物联网技术(第4章)

1、导读理解自动识别的概念，了解条码识别技术、生物特征识别技术、语音识别技术、图像识别技术和光字符识别技术的发展现状和趋势；掌握自动识别技术在物联网中的应用；掌握条码的编码规则和种类；掌握一维条码的优缺点；掌握二维条码的优点；了解条码自动识别技术的应用；掌握几个常见的生物特征识别技术，图像识别技术的原理和应用，光字符识别技术的过程和应用，介绍自动识别技术与物联网的关系。14.1 自动识别技术概述自动识别技术是对信息数据进行自动采取和传输的重要方法和手段，它是以计算机和通信技术为基础的综合性科学技术。自动识别技术的发展和完善，为物联网技术的发展和应用提供了重要的技术支撑。2自动识别技术的产生自动识别

2、是将信息编码进行定义、代码化，并装载于相关的载体中，借助特殊的设备，实现定义信息的自动识别、采集，并输入信息处理系统的识别。随着计算机、信息及通信技术的发展，信息的处理能力、存储能力和传输通信能力日益强大，全面、有效的信息采集和输入几乎成为所有信息系统的关键。3自动识别技术在经济发展中的作用自动识别技术是国民经济信息化的重要基础和技术支撑自动识别技术已成为我国信息产业的有机组成部分自动识别技术可提升企业供应链的整体效率4自动识别技术的发展趋势多种识别技术的集成化应用与无线通信相结合是未来自动识别产业发展的重要趋势自动识别技术将越来越多地应用于控制，智能化水平提高自动识别技术的应用领域将继续拓宽

3、，并向纵深发展新的自动识别技术标准不断涌现，标准体系日趋完善54.2 几种典型的自动识别技术自动识别技术的任务和目的是提供关于个人、动物、货物的信息。通常，自动识别技术主要包括条码自动识别技术、生物特征识别技术、语音识别技术、图像识别技术、光字符识别技术和射频识别技术等，其分类如图4-2所示。6自动识别技术分类7条码自动识别技术条码（也称条形码）识别技术主要研究如何将信息用条码表示，以及如何将条码所表示的数据转换为计算机可识别的数据。条码（Bar Code）是由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的标记，“条”指对光线反射率较低的部分，“空”指对光线反射率较高的部分，这些条和空组成的数据表达

4、一定的信息。8条码自动识别技术条码（也称条形码）识别技术主要研究如何将信息用条码表示，以及如何将条码所表示的数据转换为计算机可识别的数据。条码（Bar Code）是由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的标记，“条”指对光线反射率较低的部分，“空”指对光线反射率较高的部分，这些条和空组成的数据表达一定的信息。9条码的编码规则唯一性永久性无含义10条码的种类条码按照不同的分类方法、不同的编码规则可以分成许多种，现在已知的世界上正在使用的条码就有大概250多种。条码可分为一维条码和二维条码。一维条码按照应用可分为商品条码和物流条码。二维条码可分为线性堆叠式二维条码和矩阵式二维条码。11一维条码A

5、. EAN条码EAN条码是国际物品编码协会（International Article Numbering Association）在全球推广应用的商品条码，是定长的纯数字型条码，它表示的字符集为数字0-9。EAN-13码EAN-8码12 EAN-13码符号结构13一维条码一个EAN-13条码被划分成了4个区域：数制厂商码商品码校验码P10514一维条码B. UPC条码UPC码是美国统一代码委员会UCC制定的商品条码，它是世界上最早出现并投入应用的商品条码，在北美地区得以广泛应用。UPC码在技术上与EAN码完全一致，它的编码方法也是模块组合法，也是定长、纯数字型条码。UPC-A码UPC-E码1

6、5一维条码C. 25条码25条码是根据宽度调节法进行编码，并且只有条表示信息的非连续型条码。每一个条码字符由规则的5个条组成，其中有两个宽单元，三个窄单元，故称为“25条码”。它的字符集为数字字符0-9。16一维条码D.交叉25条码人们在25条码的启迪下，将条表示信息，扩展到用空也表示信息，就产生了交叉25条码。这种识读率高，可适用于固定扫描器可靠扫描，在所有一维条码中的密度最高。17一维条码的优点输入速度快可靠性高信息采集量大使用灵活制作简单P10718一维条码的缺点数据容量较小存储数据类型比较单一空间利用率低安全性能低，使用寿命短19二维条码线性堆叠式二维码它是在一维条码编码原理的基础上，

7、将多个一维码在纵向堆叠而产生的。典型的编码方法如Code 16k、Code 49、PDF417等。其中，PDF417是便携式数据文件（Portable Data File）的英文缩写，它由多行组成，具有连续性、可变长、包含大量数据的符号标识。20二维条码矩阵式二维码它是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码，典型的编码方法如Aetec、Maxi Code、QR Code、Data Matrix等。Aetec是由美国韦林公司推出的，最多可容纳3832个数字，或3067个字母字符。21二维条码的优势数据容量更大数据类型增加，超越了字母和数字的限制空间利用率高具有抗损毁能力22RFI

8、D射频识别（Radio Frequency Identification，缩写RFID）技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，RFID技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。射频就是射频电流，是一种高频交流变化电磁波的简称，根据交流变化电磁波每秒变化的交流电次数的不同可以分为低频电流和高频电流两种。23RFID从信息传递的基本原理来说，RFID技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。24

9、RFID技术特点RFID技术是一种易于操控、简单实用且特别适用于自动化控制的灵活性的应用技术，识别工作无需人干预，可自由工作在各种恶劣环境下，识别距离可达到几十米。其所具备的独特优越性是其他识别技术无法比拟的。25RFID技术特点26RFID技术特点1）读取方便快捷2）识别速度快、可多目标识别3）标签数据可以动态更改4）动态实时通信5）抗恶劣环境能力强6）更好的安全性7）使用寿命长、应用范围广27RFID技术分类1）按RFID标签调制方式的不同分类 根据RFID标签调制方式的不同可以分为主动式和被动式两种。2）按RFID标签工作频率的不同分类 根据RFID标签工作频率的不同可以分为低频（30

10、kHz500 kHz）、高频（主要是13.56 MHz）、超高频（433/869/915 MHz）、微波（2.45/5.8 GHz）系统。28RFID技术分类3）按RFID标签有无电池分类 根据RFID标签的有无电池又可分为有源的和无源的。4）按RFID标签读写能力的不同分类 根据RFID标签的读写能力不同可分为可读写卡（RW）、一次写入多次读出卡（WORM）和只读卡（RO）。5）根据电子标签内保存的信息输入的方式分类 根据电子标签内保存的信息输入的方式，分为集成电路固化式、现场无线改写式和现场有线改写式。29RFID产品分类RFID技术中所衍生的产品大概有三大类：无源RFID产品、有源RFI

11、D产品、半有源RFID产品。无源RFID产品产品的主要工作频率有低频125KHZ、高频13.56MHZ、超高频433MHZ，超高频915MHZ。有源RFID产品主要工作频率有超高频433MHZ，微波2.45GHZ和5.8GMHZ。30RFID产品分类半有源RFID产品，结合有源RFID产品及无源RFID产品的优势，在低频125KHZ频率的触发下，让微波2.45G发挥优势。半有源RFID技术，也可以叫做低频激活触发技术，利用低频近距离精确定位，微波远距离识别和上传数据，来解决单纯的有源RFID和无源RFID没有办法实现的功能。简单的说，就是近距离激活定位，远距离识别及上传数据。31RFID的组成

12、一个典型的可应用RFID系统一般由电子标签、天线、读写器和应用系统几部分组成。32RFID的组成电子标签（Tag）电子标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，当受无线射频信号照射时，能反射回携带有数字字母编码信息，供阅读器处理识别。按照标签有无电源，RFID标签分为主动标签（Active Tags）和被动标签（Passive Tags）两种。按照存储的信息是否被改写，标签也被分为只读式标签（Read Only Tags）和可读写标签（Read And Write Tags）。33RFID的组成 阅读器在RFID系统中，阅读器一般也称为信号接收机。阅读器的基本功能就是提供与标签进行

13、数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶数据校检与更正功能等。34RFID的组成 天线天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接受装置。在实际应用中，除了系统功率外，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收，需要专业人员对系统的天线进行设计和安装。35RFID的组成 应用系统应用系统包括数据库服务器和其他信息系统。数据库服务器负责处理读写器传送过来的信息，并进行信息处理，将重要信息存储在数据库中。其他信息系统根据需要向读写器发送指令，对标签进行相应操作。36RFID工作原理1）阅读器通过发送天线发送一定的频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡

14、获得能量被激活。2）射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去。37RFID工作原理3）系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主机系统进行相关处理。4）主机系统根据逻辑运算判断该卡的合法性。针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号，控制执行机构动作。38生物特征识别技术生物特征识别技术（Biometric Identification Technology）是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术，它以生物技术为基础，以信息技术为手段，将生物和信息这两大热门技术融于一体。生物特征识别技术主要是利用人体生

15、物特征的惟一性，从而用于身份鉴别。39生物特征识别技术生物特征具有惟一性和稳定性等特点，可分为生理特征和行为特征。其中，生理特征包括手形、指纹、手指、手掌、虹膜、视网膜、面孔、耳廓、DNA、体味、脉搏、足迹等。行为特征有签字、声音、按键力度、步态、红外温谱图等。40语音识别技术语音识别技术将人类语音转换为电子信号，然后将这些信号输入进具有规定含义的编码模式中。它并不是将说出的词汇转变为字典式的拼法，而是转换为一种计算机可以识别的形式，这种形式通常可触发某个指令，例如，打开某个文件、发出某个信号或开始对某一活动录音。41语音识别技术原理语音信号中的语言信息是按照短时幅度谱的时间变化模式来编码的；

16、语音是可以阅读的，即它的声学信号可以在不考虑说话人试图传达的信息内容的情况下用数十个具有区别性的、离散的符号来表示； 语音交互是一个认知过程，因而不能与语言的语法、语义和结构割裂开来。42语音识别系统原理43语音识别技术特点语音识别技术的优点：系统的成本非常低廉。语音识别技术的缺点：准确性较差。44指纹识别技术指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线。纹线有规律的排列形成不同的纹型。纹线的起点、终点、结合点和分叉点，称为指纹的细节特征点。据此，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过将他的指纹和预先保存的指纹数据进行比较，就可以验证其身份的真实性，这就是指纹识别技术。45指纹识别技术

17、指纹识别技术主要涉及指纹图像采集、指纹图像处理、特征提取、数据存储、特征值的比对与匹配等过程。46虹膜识别技术虹膜是位于眼睛黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，具有终生不变性和差异性。虹膜由相当复杂的纤维组织构成，总体上呈现一种由里到外的反射状结构，包含有很多相互交错的类似于斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等细节特征，这些特征在出生之前就以随机组合的方式确定下来了，一旦形成终生不变。47虹膜识别技术虹膜识别技术的系统实现包含虹膜图像获取装置和虹膜识别算法两大模块，它们分别对应于虹膜图像的获取和虹膜的识别这两个问题。虹膜图像的获取取决于图像获取装置的合理设计，以方便地获得清晰的虹膜图像序列。而虹膜识

18、别的另一方面是虹膜的检测算法。48视网膜识别技术视网膜也是一种被用于生物识别的特征，它是一些位于眼球后部十分细小的神经（150英寸），它是人眼感受光线并将信息通过视神经传给大脑的重要器官。它同胶片的功能有些类似，用于生物特征识别的血管分布在神经视网膜周围，即视网膜四层细胞的最远处。49图像识别技术图像识别，是利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术。图像识别技术在近20年的时间里，已经迅速发展成为一门独立的有强大生命力的学科。50图像识别技术图像是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。51图像识别技术图像理解是一个总称，属于人工智能的范畴。图像处理及图像识别的最终目的就在于对图像作描述和解释，以便最终理解它是什么图像，因而图像理解包括图像处理、图像识别和结构分析。对理解部分来说，输入的是图像，输出的则是图像的描述与解释。52光字符识别技术光字符识别（Optical