第2章1自動識別技術(shù)與條形碼

第2章自動識別技術(shù)與RFID內(nèi)容提要感知識別技術(shù)融合物理世界和信息世界，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)最獨(dú)特的部分。本篇從自動識別技術(shù)與RFID開始，逐一介紹多樣化的信息生成方式。內(nèi)容回顧第1章介紹了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念，核心技術(shù)，主要特點(diǎn)和應(yīng)用前景。把物聯(lián)網(wǎng)分為感知識別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層四層。本章介紹自動識別技術(shù)和RFID，重點(diǎn)討論RFID組成，分類等，并簡要介紹防止RFID標(biāo)簽沖突算法。2.1自動識別技術(shù)2.2RFID的歷史和現(xiàn)狀2.3RFID技術(shù)分析2.4RFID標(biāo)簽沖突*2.5RFID和物聯(lián)網(wǎng)自動識別技術(shù)是模式識別理論的典型應(yīng)用，選取不同的特征產(chǎn)生了多樣的自動識別技術(shù)。本章內(nèi)容2.1自動識別技術(shù)自動識別技術(shù)應(yīng)用一定的識別裝置，通過被識別物品和識別裝置之間的接近活動，自動地獲取被識別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。自動識別系統(tǒng)根據(jù)識別對象的特征可以分為兩大類：特征提取技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)。自動識別技術(shù)的種類與特征比較數(shù)據(jù)采集技術(shù)特征提取技術(shù)相同點(diǎn)基本功能都是完成物品的自動識別和數(shù)據(jù)的自動采集不同點(diǎn)需要被識別物體具有特定的識別特征載體（如標(biāo)簽等，僅光學(xué)字符識別例外）根據(jù)被識別物體的本事的行為特征（包括靜態(tài)的、動態(tài)的和屬性的特征）來完成數(shù)據(jù)的自動采集2.1自動識別技術(shù)

自動識別分類2.1自動識別技術(shù)人體生物特征包括生理特征和行為特征兩大類。⑴生理特征主要包括人臉、指紋、掌紋、掌形、虹膜、視網(wǎng)膜、靜脈、DNA、顱骨等，這些特征是與生俱來的，是先天形成的；⑵而行為特征包括聲紋、簽名、步態(tài)、耳形、按鍵節(jié)奏、身體氣味等，這些特征是由后天的生活環(huán)境和生活習(xí)慣決定的。人體生物特征人臉臉部熱量圖指紋手形手部血管分布虹膜視網(wǎng)膜簽名語音常用生物特征的比較語音識別2.1自動識別技術(shù)語音識別的定義語音識別（SpeechRecognition）：主要指讓機(jī)器聽懂人說的話，即在各種情況下，準(zhǔn)確地識別出語音的內(nèi)容。從而根據(jù)其信息，執(zhí)行人的各種意圖。語音識別的應(yīng)用語音識別技術(shù)根據(jù)其屬性，基本功能可歸為兩大類：根據(jù)人本身的聲紋特征來進(jìn)行身份認(rèn)證。另一類是根據(jù)人發(fā)出特定的語音指令來進(jìn)行命令控制。

iphone4S——SiriSiri是蘋果公司在其產(chǎn)品iphone4S上應(yīng)用的一項(xiàng)語音控制功能。Siri可以令iPhone4S變身為一臺智能化機(jī)器人。實(shí)現(xiàn)一種人機(jī)互動語音識別語音識別

iPhone版：2011-10-27更新，訊飛口訊1.0.1037版本發(fā)布，新增語音輸入發(fā)布微博功能。Android版：2011-10-28更新，訊飛語音輸入法2.0.1094版本發(fā)布，增加拼音整句輸入功能，并優(yōu)化部分細(xì)節(jié)問題。2010年10月就已經(jīng)發(fā)布了第一版“語音云”平臺。2012年3月發(fā)布新一代“語音云”平臺?？拼笥嶏w騰訊2013年9月微信5.0這個版本亮相的微信語音輸入功能來自騰訊的自主研發(fā)語音識別技術(shù)。2013年11月正式上線智能開放平臺。語音識別和圖像識別成為首批開放給第三方應(yīng)用開發(fā)者的智能識別技術(shù)。通過調(diào)用相關(guān)技術(shù)接口，第三方應(yīng)用也可以實(shí)現(xiàn)微信中已有的語音轉(zhuǎn)文字、圖片掃描等功能。

語音識別語音識別框架：典型的模式識別系統(tǒng)·構(gòu)詞規(guī)則·同音字判決·語法語義·背景知識預(yù)處理聲學(xué)參數(shù)分析測度估計(jì)失真測度語音庫判決專家知識庫訓(xùn)練識別結(jié)果·反混疊失真濾波器·預(yù)加重器·端點(diǎn)檢測·噪聲濾波器·歐氏距離·似然比測度○語音信號輸入2.1自動識別技術(shù)人臉識別非接觸，用戶接受度高。人臉識別技術(shù)使用攝像頭作為識別信息的獲取裝置，以非接觸方式，自動獲取人臉，并完成人臉識別過程。直觀性突出。人臉識別技術(shù)所使用的依據(jù)是人的面部圖像，而人臉無疑是肉眼能夠判別的最直觀的信息源，“以貌取人”符合人的認(rèn)知規(guī)律。同時也方便后期人工確認(rèn)，且具再利用等明顯優(yōu)勢。識別速度快，不易被察覺。與其它生物識別技術(shù)相比，人臉識別屬于一種自動識別技術(shù)，一秒時間內(nèi)可以識別好幾次。不被察覺的特點(diǎn)對于識別方法也很重要，這會使該識別方法不令人反感，并且因?yàn)椴蝗菀滓鹑说淖⒁舛蝗菀妆黄垓_。不易仿冒。人臉識別技術(shù)要求識別對象必須親臨識別現(xiàn)場，他人無法仿冒。2.1自動識別技術(shù)人臉識別2000年8月8日，數(shù)萬名觀眾由國家體育場鳥巢的100多個人臉識別系統(tǒng)快速身份驗(yàn)證關(guān)口有序入場，參加2008北京奧運(yùn)會的開幕式。據(jù)悉，該驗(yàn)證系統(tǒng)是由中科院自動化所研制的。人臉識別人臉識別門禁系統(tǒng)中國人民銀行規(guī)定所有的金庫安防監(jiān)控系統(tǒng)都要有人臉識別功能。人臉識別自動人臉識別系統(tǒng)所謂自動人臉識別系統(tǒng)，是指不需要人為干預(yù)，能夠自動獲取人臉圖像并且辨別出其身份的系統(tǒng)一個自動人臉識別系統(tǒng)至少要包含三個部分，即數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、人臉檢測子系統(tǒng)和人臉識別子系統(tǒng)“人臉識別”有時是指整個自動人臉識別系統(tǒng)所做的工作，有時是指人臉識別子系統(tǒng)所做的工作數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)人臉識別子系統(tǒng)人臉檢測子系統(tǒng)自動人臉識別系統(tǒng)識別結(jié)果：Heis…!人臉識別人臉識別的過程人臉識別

在圖像中準(zhǔn)確標(biāo)定出人臉的位置和大小。人臉圖像中包含的模式特征十分豐富，如直方圖特征、顏色特征、模板特征、結(jié)構(gòu)特征及Haar特征等。人臉檢測就是把這其中有用的信息挑出來，并利用這些特征實(shí)現(xiàn)人臉檢測。主流的人臉檢測方法基于以上特征采用Adaboost學(xué)習(xí)算法，挑選出一些最能代表人臉的矩形特征(弱分類器)，按照加權(quán)投票的方式將弱分類器構(gòu)造為一個強(qiáng)分類器，再將訓(xùn)練得到的若干強(qiáng)分類器串聯(lián)組成一個級聯(lián)結(jié)構(gòu)的層疊分類器，有效地提高分類器的檢測速度。人臉檢測人臉識別對人臉進(jìn)行特征建模的過程。人臉識別系統(tǒng)可使用的特征通常分為視覺特征、像素統(tǒng)計(jì)特征、人臉圖像變換系數(shù)特征、人臉圖像代數(shù)特征等。人臉特征提取的方法歸納起來分為兩大類：一種是基于知識的表征方法；另外一種是基于代數(shù)特征或統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的表征方法?；谥R的表征方法主要是根據(jù)人臉器官的形狀描述以及他們之間的距離特性來獲得有助于人臉分類的特征數(shù)據(jù)，其特征分量通常包括特征點(diǎn)間的歐氏距離、曲率和角度等。人臉由眼睛、鼻子、嘴、下巴等局部構(gòu)成，對這些局部和它們之間結(jié)構(gòu)關(guān)系的幾何描述，可作為識別人臉的重要特征，這些特征被稱為幾何特征?；谥R的人臉表征主要包括基于幾何特征的方法和模板匹配法。人臉圖像特征提取人臉識別基于人臉特征點(diǎn)的識別算法（Feature-basedrecognitionalgorithms）基于整幅人臉圖像的識別算法（Appearance-basedrecognitionalgorithms）基于模板的識別算法（Template-basedrecognitionalgorithms）利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識別的算法（Recognitionalgorithmsusingneuralnetwork）基于光照估計(jì)模型理論提出了基于Gamma灰度矯正的光照預(yù)處理方法,并且在光照估計(jì)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行相應(yīng)的光照補(bǔ)償和光照平衡策略。優(yōu)化的形變統(tǒng)計(jì)校正理論基于統(tǒng)計(jì)形變的校正理論，優(yōu)化人臉姿態(tài)；強(qiáng)化迭代理論強(qiáng)化迭代理論是對DLFA人臉檢測算法的有效擴(kuò)展；獨(dú)創(chuàng)的實(shí)時特征識別理論該理論側(cè)重于人臉實(shí)時數(shù)據(jù)的中間值處理，從而可以在識別速率和識別效能之間，達(dá)到最佳的匹配效果人臉識別算法人臉識別人臉識別的困難相似性不同個體之間的區(qū)別不大，所有的人臉的結(jié)構(gòu)都相似，甚至人臉器官的結(jié)構(gòu)外形都很相似。易變性人可以通過臉部的變化產(chǎn)生很多表情，而在不同觀察角度，人臉的視覺圖像也相差很大，另外，人臉識別還受光照條件（例如白天和夜晚，室內(nèi)和室外等）、人臉的很多遮蓋物（例如口罩、墨鏡、頭發(fā)、胡須等）、年齡等多方面因素的影響。人臉識別虹膜識別：合適的生物特征虹膜識別是當(dāng)前應(yīng)用最方便精確的生物識別技術(shù)，虹膜的高度獨(dú)特性和穩(wěn)定性是其用于身份鑒別的基礎(chǔ)。虹膜識別的特點(diǎn)：生物活性:虹膜處在鞏膜的保護(hù)下，生物活性強(qiáng)。非接觸性:從無需用戶接觸設(shè)備,對人身沒有侵犯。唯一性:形態(tài)完全相同虹膜的可能性低于其他組織。穩(wěn)定性:虹膜定型后終身不變，一般疾病不會對虹膜組織造成損傷。防偽性:

不可能在對視覺無嚴(yán)重影響的情況下用外科手術(shù)改變虹膜特征。2.1自動識別技術(shù)虹膜識別的缺點(diǎn)很難將圖像獲取設(shè)備的尺寸小型化；設(shè)備造價高，無法大范圍推廣；鏡頭可能產(chǎn)生圖像畸變而使可靠性降低；兩大模塊：硬件和軟件一個自動虹膜識別系統(tǒng)包含硬件和軟件兩大模塊：虹膜圖像獲取裝置和虹膜識別算法。分別對應(yīng)于圖像獲取和模式匹配這兩個基本問題。虹膜識別技術(shù)指紋識別技術(shù)從實(shí)用角度看，指紋識別是優(yōu)于其他生物識別技術(shù)的身份鑒別方法。因?yàn)橹讣y具有各不相同、終生基本不變的特點(diǎn)，且目前的指紋識別系統(tǒng)已達(dá)到操作方便、準(zhǔn)確可靠、價格適中的階段，正逐步應(yīng)用于民用市場。指紋識別的處理流程：通過特殊的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，對活體指紋進(jìn)行采集、分析和比對，可以迅速、準(zhǔn)確地鑒別出個人身份。系統(tǒng)一般主要包括對指紋圖像采集、指紋圖像處理、特征提取、特征值的比對與匹配等過程。自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼2.1自動識別技術(shù)指紋特征有哪些（總體特征）？紋型：三種基本紋型包括：環(huán)型、弓型和螺旋型紋數(shù)：模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。模式區(qū)：指紋上包含總體特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于那一種類型的三角點(diǎn)：位于從核心點(diǎn)開始的第一個分叉點(diǎn)或斷點(diǎn)、或者兩條紋路會聚處、孤立點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、或者指向這些奇異點(diǎn)。指紋識別技術(shù)指紋特征有哪些（局部特征）？終結(jié)點(diǎn)（Ending）：一條紋路在此終結(jié)。分叉點(diǎn)（Bifurcation)：一條紋路在此分開成為兩條或更多的紋路。分歧點(diǎn)（RidgeDivergence）：兩條平行的紋路在此分開。孤立點(diǎn)（DotorIsland）:一條特別短的紋路，以至成為一點(diǎn)。環(huán)點(diǎn)（Enclosure）:一條紋路分開成為兩條之后，立即有合并成為一條，這樣形成的一個小環(huán)稱為環(huán)點(diǎn)。短紋（ShortRidge）:一端較短但不至于成為一點(diǎn)的紋路。光符號識別光學(xué)字符識別（OpticalCharacterRecognition，OCR），是模式識別（PatternRecognition，PR）的一種技術(shù)，目的是要使計(jì)算機(jī)知道它到底看到了什么，尤其是文字資料。OCR技術(shù)能使設(shè)備通過光學(xué)機(jī)制識別字符。數(shù)據(jù)采集技術(shù)有：利用光學(xué)原理的存儲器：光學(xué)字符識別、條碼（一維、二維）、矩陣碼、光標(biāo)讀寫器；磁存儲器：磁條、非接觸磁卡、磁光存儲、微波；電存儲器：觸摸式存儲、RFID射頻識別、存儲卡（智能卡、非接觸式智能卡）、視覺識別、能量擾動識別。磁卡識別技術(shù)

磁卡是由一定材料的片基和均勻涂覆在片基上的微粒磁性材料制成的，采用的是磁識別技術(shù)。磁條從本質(zhì)意義上講和計(jì)算機(jī)用的磁帶或磁盤是一樣的，可以記載字母、字符及數(shù)字信息，通過粘合或熱合與塑料或紙牢固地整合在一起，形成磁卡。磁條記錄信息的方法是變化磁的極性，一部解碼器可以識讀到磁性變換，并將它們轉(zhuǎn)換成字母或數(shù)字的形式。IC卡技術(shù)IC卡（IntegratedCircuitCard），即“集成電路卡”在日常生活中已隨處可見。實(shí)際上是一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，如有必要還可附加計(jì)算能力。一個標(biāo)準(zhǔn)的IC卡應(yīng)用系統(tǒng)通常包括：IC卡、IC卡接口設(shè)備（IC卡讀寫器）、PC，較大的系統(tǒng)還包括通信網(wǎng)絡(luò)和主計(jì)算機(jī)等，如圖所示。自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼IC卡：基本組成IC卡：由持卡人掌管，記錄持卡人特征代碼、文件資料的便攜式信息載體。接口設(shè)備：即IC卡讀寫器，是卡與PC信息交換的橋梁，且常是IC卡的能量來源。核心為可靠的工業(yè)控制單片機(jī)，如Intel的51系列等。PC：系統(tǒng)的核心，完成信息處理、報(bào)表生成輸出和指令發(fā)放、系統(tǒng)監(jiān)控管理以及卡的發(fā)行與掛失、黑名單的建立等。網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)：通常用于金融服務(wù)等較大的系統(tǒng)。自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼IC卡：分類自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼IC卡：按芯片分類（1）存儲器卡。存儲器卡卡內(nèi)嵌入的芯片為存儲器芯片，這些芯片多為通用E2PROM（或FlashMemory）；無安全邏輯，可對片內(nèi)信息不受限制地任意存??；卡片制造中也很少采取安全保護(hù)措施；不完全符合或支持ISO/IEC7816國際標(biāo)準(zhǔn)，而多采用兩線串行通信協(xié)議（I2C總線協(xié)議）或3線串行通信協(xié)議。存儲器卡功能簡單，沒有（或很少有）安全保護(hù)邏輯，但價格低廉，開發(fā)使用簡便，存儲容量增長迅猛，因此多用于某些內(nèi)部信息無須保密或不允許加密（如急救卡）的場合。特點(diǎn)：IC卡：按芯片分類（2）邏輯加密卡。邏輯加密卡由非易失性存儲器和硬件加密邏輯構(gòu)成，一般是專門為IC卡設(shè)計(jì)的芯片，具有安全控制邏輯，安全性能較好；同時采用ROM、PROM、E2PROM等存儲技術(shù)；從芯片制造到交貨，均采取較好的安全保護(hù)措施，如運(yùn)輸密碼TC（TransportCard）的取用；支持ISO/IEC7816國際標(biāo)準(zhǔn)。邏輯加密卡有一定的安全保證，多用于有一定安全要求的場合，如保險卡、加油卡、駕駛卡、借書卡、IC卡電話和小額電子錢包等。特點(diǎn)：

IC卡：按芯片分類（3）CPU卡。CPU卡也稱智能卡。CPU卡的硬件構(gòu)成包括CPU、存儲器（含RAM、ROM、E2PROM等）、卡與讀寫終端通信的I/O接口及加密運(yùn)算協(xié)處理器CAU，ROM中則存放有COS（ChipOperationSystem，片內(nèi)操作系統(tǒng)）。計(jì)算能力高，存儲容量大，應(yīng)用靈活，適應(yīng)性較強(qiáng)。安全防偽能力強(qiáng)。不僅可驗(yàn)證卡和持卡人的合法性，且可鑒別讀寫終端，已成為一卡多用及對數(shù)據(jù)安全保密性特別敏感場合的最佳選擇，如手機(jī)SIM卡等。真正意義上的“智能卡”。特點(diǎn)：

CPU卡：按交換界面分類接觸式IC卡

接觸式IC卡的多個金屬觸點(diǎn)為卡芯片與外界的信息傳輸媒介，成本低，實(shí)施相對簡便；非接觸式IC卡則不用觸點(diǎn)，而是借助無線收發(fā)傳送信息，因此在前者難以勝任的交通運(yùn)輸?shù)戎T多場合有較多應(yīng)用。非接觸式IC卡CPU卡：按應(yīng)用領(lǐng)域分類

根據(jù)應(yīng)用