小议自动识别和信息采集技术.doc

小议自动识别和信息采集技术信息网络是现代物流的核心，当各项仓储物流设备由机械化/人工化进入自动化阶段时，如何处理设备与系统的连接及实物与信息的对应成了软件系统需要解决的问题。这就是采用AIDC（自动识别与数据采集）技术的必要性。随着计算机技术的普及及网络技术的应用,自动识别技术和数据采集技术日益受到人们的重视。自动识别与数据采集技术（AIDC）主要解决的问题是实物与信息之间的匹配关系，使实物的运输、仓储过程，可以即时的反映到信息网络环境中，使操作者能够迅速了解物流的全部过程，尤其是在途的情况，提高物流过程的作业效率及货物数量的准确性。目前主要的自动识别信息采集技术有1、条码技术（Bar code）2、光学字符识别技术(Optical Character Recognitian)3、磁条（卡）技术4、声音识别技术5、视觉识别技术6、射频识别技术（RFID）7、集成电路卡技术（Integrated Circuit Card）8、便携式数据终端（PDT）。下面一一介绍以上几种自动识别和信息采集技术。（一） 条码技术（Bar code） 条码技术是在计算机和信息技术基础上产生和发展起来的容编码、识别、数据采集、自动录入和快速处理等功能于一体的新兴信息技术。它最早产生在二十年代，诞生于Westinghouse的实验室里。条码是由一组按预先规定编码规则和有关技术标准排列的条、空符号，用以表示一定的字符、数字及符号组成的信息。条码系统是由条码符号设计、制作及扫描阅读组成的自动识别系统。条码是一种数据载体，它在信息传输过程中起着重要作用， 如果条码出问题，物品信息的通讯将被中断。条码技术以其独的技术性能（如实时生成或预先制作均可，操作简单，成本低廉，技术成熟等），广泛应用于各行各业，迅速地改变着人们的工作方式和生产作业管理，极大地提高了生产效率。其中，尤以现代化物流业运用最为广泛、有效。条码技术是物流信息系统的关键节点和物流信息由手工处理到数字化、自动化的桥梁，可以说没有条码技术就无法建立真正的物流信息系统。条形码技术有以下特点：（1）简单。条码符号制作容易，扫描操作简单易行。 （2）信息采集速度快。普通计算机键盘录入速度是200字符/分钟，而利用条码扫描的录入信息的速度是键盘录入的20倍。 （3）采集信息量大。利用条码扫描，依次可以采集几十位字符的信息，而且可以通过选择不同码制的条码增加字符密度，使采集的信息量成倍增加。 （4）可靠性强。键盘录入数据，误码率为三百分之一，利用光学字符识别技术，误码率约为万分之一。而采用条码扫描录入方式，误码率仅为百万分之一，首读率可达98%以上。 （5）灵活、使用。条码符号作为一种识别手段可以单独使用，也可以和有关设备组成识别系统实现自动化识别，还可以和其他控制设备联系起来实现整个系统的自动化管理。同时，在没有自动识别设备时，也可以实现手工键盘输入。 （6）自由度大。识别装置与条码标签相对位置的自由度要比光学字符识别（OCR）大得多。 （7）设备结构简单、成本低。条码符号识别设备的结构简单，容易操作，无须专门训练。与其它自动化技术相比，推广应用条码技术所需费用较低。（二） 光学字符识别技术(Optical Character Recognitian)光学字符识别是指电子设备（例如扫描仪或数码相机）检查纸上打印的字符，通过检测暗、亮的模式确定其形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机文字的过程；即，对文本资料进行扫描，然后对图像文件进行分析处理，获取文字及版面信息的过程。衡量一个OCR系统性能好坏的主要指标有：拒识率、误识率、识别速度、用户界面的友好性，产品的稳定性，易用性及可行性等。OCR的概念是在1929年由德国科学家Tausheck最先提出来的，后来美国科学家Handel也提出了利用技术对文字进行识别的想法。OCR软件主要是由下面几个部分组成。图像输入：对于不同的图像格式，有着不同的存储格式，不同的压缩方式，目前有OpenCV,CxImage等开源项目 。二值化：对摄像头拍摄的图片，大多数是彩色图像，彩色图像所含信息量巨大，对于图片的内容，我们可以简单的分为前景与背景，为了让计算机更快的，更好的识别文字，我们需要先对彩色图进行处理，使图片只前景信息与背景信息，可以简单的定义前景信息为黑色，背景信息为白色，这就是二值化图了。噪声去除：对于不同的文档，我们对噪声的定义可以不同，根据噪声的特征进行去噪，就叫做噪声去除倾斜较正：由于一般用户，在拍照文档时，都比较随意，因此拍照出来的图片不可避免的产生倾斜，这就需要文字识别软件进行较正。版面分析：将文档图片分段落，分行的过程就叫做版面分析，由于实际文档的多样性，复杂性，因此，目前还没有一个固定的，最优的切割模型。字符切割：由于拍照条件的限制，经常造成字符粘连，断笔，因此极大限制了识别系统的性能，这就需要文字识别软件有字符切割功能。字符识别：比较早有模板匹配，后来以特征提取为主，由于文字的位移，笔画的粗细，断笔，粘连，旋转等因素的影响，极大影响特征的提取的难度。版面恢复：人们希望识别后的文字，仍然像原文档图片那样排列着，段落不变，位置不变，顺序不变的输出到word文档,pdf文档等，这一过程就叫做版面恢复。后处理、校对:根据特定的语言上下文的关系，对识别结果进行较正，就是后处理。（三） 磁条（卡）技术磁卡是一种磁记录介质卡片。它由高强度、耐高温的塑料或纸质涂覆塑料制成，能防潮、耐磨且有一定的柔韧性，携带方便、使用较为稳定可靠。通常，磁卡的一面印刷有说明提示性信息，如插卡方向；另一面则有磁层或磁条，具有2-3个磁道以记录有关信息数据。磁条能否正常进行读磁、写磁主要与电磁性能有密切关系，包括饱和曲线斜率、信号幅度、分辩率、冒脉冲及可抹除性。磁条由3个磁道组成：字母数字磁道-第1磁道；数字磁道-第2磁道；读写磁道-第3磁道，其质量好坏的标志主要是由信号幅度、冒脉冲及可抹除性组成，按照国家和国际标准，衡量信号幅度、冒脉冲及可抹除性的指标是一个相对比值的数据。（1）信号幅度：分为平均信号幅度和单个信号幅度。平均信号幅度表示在普通的磁卡读写机具上，当以一定的记录电流在卡上写信息时，当幅度偏低未达到标准规定时，就会出现应该写上信息的位置并没有写上信息，造成数据丢失，对磁卡的可靠性影响较大；单个信号辐度表示当卡上的磁条受到污染或划伤造成磁性介质脱落，因而导致信息记录失败。（2）冒脉冲：表示磁条本身的静态磁性能未达到要求（磁层表面粗糙及磁层薄等）或读卡机具对噪声的灵敏度较高时，原来在磁条没有记录信息的地方却读出了信息。（3）可抹除性：表示当做刷卡动作时，应被删除信息的位置，信息并未被删除。如果磁条信号辐度达不到标准，则可能无法正常读磁、写磁，影响磁卡的可靠性，而磁条冒脉冲及可抹除性达不到标准，可能使用户无法正常使用磁卡。（四） 声音识别技术声音识别技术又称声纹识别技术，是生物识别技术的一种。也称为说话人识别，有两类，即说话人辨认和说话人确认。它是用电声学仪器显示的携带言语信息的声波频谱。声纹识别在社会中应用还是比较广泛的，比如：信息领域。比如在自动总机系统中，把身份证之声纹辨认和关键词检出器结合起来，可以在姓名自动拨号的同时向受话方提供主叫方的身份信息。前者用于身份认证，后者用于内容认证。同样，声纹识别技术可以在呼叫中心(Call Center)应用中为注册的常客户提供友好的个性化服务。银行、证券。鉴于密码的安全性不高，可以用声纹识别技术对电话银行、远程炒股等业务中的用户身份进行确认等；公安司法。对于各种电话勒索、绑架、电话人身攻击等案件，声纹辨认技术可以在一段录音中查找出嫌疑人或缩小侦察范围等等；军队和国防。声纹辨认技术可以察觉电话交谈过程中是否有关键说话人出现，继而对交谈的内容进行跟踪(战场环境监听)等；保安和证件防伪。如机密场所的门禁系统。声纹识别技术在应用中也是有缺点，比如同一个人的声音具有易变性，易受身体状况、年龄、情绪等的影响；比如不同的麦克风和信道对识别性能有影响；比如环境噪音对识别有干扰；又比如混合说话人的情形下人的声纹特征不易提取；等等。尽管如此，与其他生物特征相比，声纹识别的应用有一些特殊的优势：（1）蕴含声纹特征的语音获取方便、自然，声纹提取可在不知不觉中完成，因此使用者的接受程度也高；（2）获取语音的识别成本低廉，使用简单，一个麦克风即可，在使用通讯设备时更无需额外的录音设备；(3)适合远程身份确认，只需要一个麦克风或电话、手机就可以通过网路(通讯网络或互联网络)实现远程登录；(4)声纹辨认和确认的算法复杂度低；(5)配合一些其他措施，如通过语音识别进行内容鉴别等，可以提高准确率；等等。这些优势使得声纹识别的应用越来越收到系统开发者和用户青睐，声纹识别的世界市场占有率15.8%，仅次于指纹和掌纹的生物特征识别，并有不断上升的趋势。（五） 视觉识别技术计算机视觉识别是一门研究如何使机器“看”的科学，更进一步的说，就是是指用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等机器视觉，并进一步做图形处理，用电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像。常用的是计算机人脸识别技术，是利用计算机对人脸进行分析，从中提取有效的识别信息，用来辨别身份，其在商业上和法律上有大量的应用，如身份证、护照、信用卡驾驶执照和持证人的核对等等。计算机识别技术包括以下功能：图像获取：感知器可以是各种光敏摄像机，包括遥感设备，X射线断层摄影仪，雷达，超声波接收器等，产生的图片可以是普通的二维图像，三维图组或者一个图像序列。 预处理：在对图像实施具体的计算机视觉方法来提取某种特定的信息前，一种或一些预处理往往被采用来使图像满足后继方法的要求。特征提取：从图像中提取各种复杂度的特征。例如：线，边缘提取局部化的特征点检测如边角检测，斑点检测 更复杂的特征可能与图像中的纹理形状或运动有关。 检测/分割：在图像处理过程中，有时会需要对图像进行分割来提取有价值的用于后继处理的部分，例如筛选特征点分割一或多幅图片中含有特定目标的部分 高级处理：到了这一步，数据往往具有很小的数量，例如图像中经先前处理被认为含有目标物体的部分。这时的处理包括：验证得到的数据是否符合前提要求估测特定系数，比如目标的姿态，体积对目标进行分类等（六）射频识别技术（RFID）射频识别技术是20世纪80年代发展起来的一种新兴自动识别技术，它是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。零售商特别推崇RFID，据Sanford C. Bernstein公司的零售业分析师估计，通过采用RFID，沃尔玛每年可以节省83.5亿美元，其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。尽管另外一些分析师认为80亿美元这个数字过于乐观，但毫无疑问，RFID有助于解决零售业两个最大的难题：商品断货和损耗（因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品），而现在单是盗窃一项，沃尔玛一年的损失就差不多有20亿美元，如果一家合法企业的营业额能达到这个数字，就可以在美国1000家最大企业的排行榜中名列第694位。研究机构估计，这种RFID技术能够帮助把失窃和存货水平降低25%。一套完整的RFID系统，是由阅读器，电子标签以及系统管理应用软件构成。而在这三部分中，阅读器负责发射一定频率的信号给电子标签。而电子标签则将电路内部的数据发出，并送给最终环节的应用程序进行相应的处理。它具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，其应用将给各个产业带来革命性的变化。它具有以下技术特点：（1）电子标签可以重复多次读取（可大10万次）（2）RFID电子标签可悲识读器稳定读取（错误率低）（3）可省略大量的人力和时间（4）主系统对生产过程的指挥全面提升（5）、使生产全过程和主系统连接成为一体，生产效益大大提高。（六） 集成电路卡技术（Integrated Circuit Card）集成电路卡又称IC卡，它是在大小和普通信用卡相同的塑料卡片上嵌置一个或多个集成电路构成的。集成电路芯片可以是存储器或向处理器。带有存储器的IC卡又称为记忆卡或存储卡，带有微处理器的IC卡又称为智能卡或智慧卡。记忆卡可以存储大量信息；智能卡则不仅具有记忆能力，而且还具有处理信息的功能。它是1974年一名法国新闻记者发明的。由于小巧玲珑，便于携带，存储量大，保密性好，使用寿命长，制造成本低，它日益受到人们的青睐。如今，它已广泛用于金融流通、购物预付、身份认证、资料记录等方面。IC卡工作的基本原理是：射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个IC串联协振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC协振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。 IC卡的外形与磁卡相似，它与磁卡的区别在于数据存储的媒体不同。磁卡是通过卡上磁条的磁场变化来存储信息的，而IC卡是通过嵌入卡中的电擦除式可编程只读存储器集成电路芯片(EEPROM)来存储数据信息的。因此，与磁卡相比较，IC卡具有以下优点： 存储容量大。磁卡的存储容量大约在200个数字字符；IC卡的存储容量根据型号不同，小的几百个字符，大的上百万个字符。安全保密性好。IC卡上的信息能够随意读取、修改、擦除，但都需要密码。CPU卡具有数据处理能力。在与读卡器进行数据交换时，可对数据进行加密、解密，以确保交换数据的准确可靠；而磁卡则无此功能。使用寿命长。（七） 便携式数据终端（PDT）。便携式数据终端是一种应用在物流技术-RFID（射频识别技术）中的一种终端，它能提高数据的读取速度 ，提高数据的读取准确率，有助于提升物流效率。便携式数据采集终端（PDT），也称为便携式数据采集器，或手持终端（HT）。又因其用于自动识别条形码，故称作便携式条码扫描终端（以下统称为便携式数据采集器）。便携式数据采集器是集激光扫描、汉字显示、数据采集、数据处理、数据通讯等功能于一体的高科技产品，它相当于一台小型的计算机，将电脑技术与条形码技术结合，利