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1、第2章自动识别技术 RFID及EPC基础 内容提要 感知识别技术融合物理世界和信息世界 是物联网区别于其他网络最独特的部分 本篇从自动识别技术 RFID及EPC基础开始 逐一介绍多样化的信息生成方式 内容回顾 第1章介绍了物联网的基本概念 核心技术 主要特点和应用前景 把物联网分为感知识别层 网络构建层 管理服务层和综合应用层四层 本章介绍自动识别技术和RFID 重点讨论RFID组成 分类以及EPC基础等 并简要介绍防止RFID标签冲突算法 考虑到大家已学习 RFID 课程 因此重点在EPC基础 2 1自动识别技术2 2RFID的历史和现状2 3RFID技术分析2 4RFID标签冲突 2 5R
2、FID和物联网2 6EPC基础自动识别技术是模式识别理论的典型应用 选取不同的特征产生了多样的自动识别技术 本章内容 光符号识别 语音识别 光学字符识别 OpticalCharacterRecognition OCR 是模式识别 PatternRecognition PR 的一种技术 目的是要使计算机知道它到底看到了什么 尤其是文字资料 OCR技术能使设备通过光学机制识别字符 语音识别研究如何采用数字信号处理技术自动提取及决定语言信号中最基本有意义的信息 同时也包括利用音律特征等个人特征识别说话人 自动识别技术举例光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码 语音识别框架 典型的模式识别系统
3、 虹膜识别 合适的生物特征 虹膜识别是当前应用最方便精确的生物识别技术 虹膜的高度独特性和稳定性是其用于身份鉴别的基础 虹膜识别的特点 生物活性 虹膜处在巩膜的保护下 生物活性强 非接触性 从无需用户接触设备 对人身没有侵犯 唯一性 形态完全相同虹膜的可能性低于其他组织 稳定性 虹膜定型后终身不变 一般疾病不会对虹膜组织造成损伤 防伪性 不可能在对视觉无严重影响的情况下用外科手术改变虹膜特征 自动识别技术举例光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码 指纹识别技术 从实用角度看 指纹识别是优于其他生物识别技术的身份鉴别方法 因为指纹具有各不相同 终生基本不变的特点 且目前的指纹识别系统已达
4、到操作方便 准确可靠 价格适中的阶段 正逐步应用于民用市场 指纹识别的处理流程 通过特殊的光电转换设备和计算机图像处理技术 对活体指纹进行采集 分析和比对 可以迅速 准确地鉴别出个人身份 系统一般主要包括对指纹图像采集 指纹图像处理 特征提取 特征值的比对与匹配等过程 自动识别技术举例光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码 指纹特征有哪些 总体特征 指纹特征有哪些 局部特征 终结点 Ending 一条纹路在此终结 分叉点 Bifurcation 一条纹路在此分开成为两条或更多的纹路 分歧点 RidgeDivergence 两条平行的纹路在此分开 孤立点 DotorIsland 一条特别
5、短的纹路 以至成为一点 环点 Enclosure 一条纹路分开成为两条之后 立即有合并成为一条 这样形成的一个小环称为环点 短纹 ShortRidge 一端较短但不至于成为一点的纹路 IC卡技术 IC卡 IntegratedCircuitCard 即 集成电路卡 在日常生活中已随处可见 实际上是一种数据存储系统 如有必要还可附加计算能力 一个标准的IC卡应用系统通常包括 IC卡 IC卡接口设备 IC卡读写器 PC 较大的系统还包括通信网络和主计算机等 如图所示 自动识别技术举例光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码 IC卡 基本组成 IC卡 由持卡人掌管 记录持卡人特征代码 文件资料的
6、便携式信息载体 接口设备 即IC卡读写器 是卡与PC信息交换的桥梁 且常是IC卡的能量来源 核心为可靠的工业控制单片机 如Intel的51系列等 PC 系统的核心 完成信息处理 报表生成输出和指令发放 系统监控管理以及卡的发行与挂失 黑名单的建立等 网络与计算机 通常用于金融服务等较大的系统 自动识别技术举例光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码 IC卡 分类 自动识别技术举例光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码 IC卡 按芯片分类 IC卡 按芯片分类 IC卡 按芯片分类 CPU卡 按交换界面分类 CPU卡 按应用领域分类 根据应用领域的不同可将智能卡分为金融卡和非金融卡 即
7、银行卡和非银行卡 金融卡又分为信用卡和现金卡 前者用于消费支付时 可按预先设定额度透支资金 后者可用做电子钱包和电子存折 但不得透支 而非金融卡的涉及范围极广 实质上囊括了金融卡之外的所有领域 如门禁卡 组织代码卡 医疗卡 保险卡 IC卡身份证 电子标签等 CPU卡 按数据传输形式分类 条形码技术 自动识别技术举例光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码 条码技术是在计算机应用发展过程中 为消除数据录入的 瓶颈 问题而产生的 可以说是最 古老 的自动识别技术 条形码是由一组规则排列的条 空以及对应的字符组成的标记 当使用专门的条形码识别设备如手持式条码扫描器扫描这些条码时 条码中包含的信
8、息就转化为计算机可识别的数据 目前市场上常见的是一维条形码 信息量约几十位数据和字符 二维条形码相对复杂 但信息量可达几千字符 条形码技术 一维条形码 自动识别技术举例光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码 一维条码是由一组规则排列的条 空以及对应的字符组成的标记 普通的一维条码在使用过程中仅作为识别信息 它的意义是通过在计算机系统的数据库中提取相应的信息而实现的 一个完整的条码的组成次序依次为 静区 前 起始符 数据符 中间分割符 主要用于EAN码 校验符 终止符 静区 后 一维条形码 几个基本概念 模块 构成条码的基本单位是模块 模块是指条码中最窄的条或空 模块的宽度通常以mm或m
9、il 千分之一英寸 为单位 构成条码的一个条或空称为一个单元 一个单元包含的模块数是由编码方式决定的 有些码制中 如EAN码 所有单元由一个或多个模块组成 而另一些码制 如39码中 所有单元只有两种宽度 即宽单元和窄单元 其中的窄单元即为一个模块 密度 Density 条码的密度指单位长度的条码所表示的字符个数 模块尺寸越小 密度越大 所以密度值通常以模块尺寸的值来表示 如5mil 通常7 5mil以下的条码称为高密度条码 15mil以上的条码称为低密度条码 宽窄比 对于只有两种宽度单元的码制 宽单元与窄单元的比值称为宽窄比 一般为2 3左右 常用的有2 1 3 1 宽窄比较大时 阅读设备更容
10、易分辨宽单元和窄单元 因此比较容易阅读 一维条形码 几个基本概念 续 对比度 PCS 条码符号的光学指标 PSC值越大则条码的光学特性越好PCS RL RD RL 100 RL 条的反射率RD 空的反射率 条码长度 从条码起始符前缘到终止符后缘的长度条码密度 单位长度的条码所表示的字符个数双向条码 条码的两段都可以作为扫描起点的 中间分隔符 在条码符号中 位于两个相邻的条码符号之间且不代表任何信息的空 连续性条码 在条码字符中 两个相邻的条码字符之间没有中间分隔符的条码 非连续性条码 在条码字符中 两个相邻的条码字符之间存在中间分隔符的条码 一维条形码 译码原理 激光扫描仪通过一个激光二极管发
11、出一束光线 照射到一个旋转的棱镜或来回摆动的镜子上 反射后的光线穿过阅读窗照射到条码表面 光线经过条或空的反射后返回阅读器 由一个镜子进行采集 聚焦 通过光电转换器转换成电信号 该信号将通过扫描期或终端上的译码软件进行译码 一维条形码 典型一维条形码制比较 条形码技术 二维条形码 自动识别技术举例光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码 二维码利用某种特定的几何图形按一定规律在平面 二维方向上 分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的 在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的 0 1 比特流的概念 使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息 通过图象输入设备或光电扫描设备自
12、动识读以实现信息自动处理 二维码具有条码技术的一些共性 每种码制有其特定的字符集 每个字符占有一定的宽度 具有一定的校验功能等 同时还具有对不同行的信息自动识别功能 及处理图形旋转变化等特点 条形码技术 二维条形码 自动识别技术举例光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码 目前 世界上应用最多的二维条码符号有AztecCode PDF147 DataMatrix QRCode Code16K等 Code16K DataMatrix PDF147 AztecCode QRCode 一维条形码与二维条形码的比较 一维条形码特点 可直接显示内容为英文 数字 简单符号 贮存数据不多 主要依靠计算
13、机中的关联数据库 保密性能不高 损污后可读性差 二维条形码特点 可直接显示英文 中文 数字 符号 图型 贮存数据量大 可存放1K字符 可用扫描仪直接读取内容 无需另接数据库 保密性高 可加密 安全级别最高时 损污50 仍可读取完整信息 2 1自动识别技术2 2RFID的历史和现状2 3RFID技术分析2 4RFID标签冲突 2 5RFID和物联网RFID对于计算机自动识别技术而言是一场革命 极大地提高了信息处理效率和准确度 本章内容 2 2RFID的历史与现状 RFID是射频识别技术 RadioFrequencyIdentification 的英文缩写 利用射频信号通过空间耦合 交变磁场或电磁
14、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 它是上世纪90年代兴起的自动识别技术 首先在欧洲市场上得以使用 随后在世界范围内普及 RFID较其它技术明显的优点是电子标签和阅读器无需接触便可完成识别 射频识别技术改变了条形码依靠 有形 的一维或二维几何图案来提供信息的方式 通过芯片来提供存储在其中的数量巨大的 无形 信息 2 2RFID的历史与现状 2 2RFID的历史与现状 目前RFID技术应用己经处于全面推广的阶段 特别是对于IT业而言 RFID技术被视为IT业的下一个 金矿 各大软硬件厂商包括IBM Motorola Philips TI Microsoft Oracle Sun
15、 BEA SAP等在内的各家企业都对RFID技术及其应用表现出了浓厚的兴趣 相继投入大量研发经费 推出了各自的软件或硬件产品及系统应用解决方案 在应用领域 以Wal Mart UPS Gillette等为代表的众多企业已经开始全面使用RFID技术对业务系统进行改造 以提高企业的工作效率 管理水平并为客户提供各种增值服务 2 1自动识别技术2 2RFID的历史和现状2 3RFID技术分析2 4RFID标签冲突 2 5RFID和物联网RFID系统的基本组成是什么 有哪些重要参数 本章内容 2 3RFID技术分析 RFID系统由五个组件构成 包括 传送器 接收器 微处理器 天线 标签 传送器 接收器
16、和微处理器通常都被封装在一起 又统称为阅读器 Reader 所以工业界经常将RFID系统分为为阅读器 天线和标签三大组件 这三大组件一般都可由不同的生厂商生产 2 3RFID技术分析 阅读器 阅读器是RFID系统最重要也是最复杂的一个组件 因其工作模式一般是主动向标签询问标识信息 所以有时又被称为询问器 Interrogator 下图显示不同类型的阅读器 阅读器可以通过标准网口 RS232串口或USB接口同主机相连 通过天线同RFID标签通信 有时为了方便 阅读器和天线以及智能终端设备会集成在一起形成可移动的手持式阅读器 2 3RFID技术分析 天线 天线同阅读器相连 用于在标签和阅读器之间传递射频信号 阅读器可以连接一个或多个天线 但每次使用时只能激活一个天线 RFID系统的工作频率从低频到微波 这使得天线与标签芯片之间的匹配问题变得很复杂 2 3RFID技术分析 标签 标签 Tag 是由耦合元件 芯片及微型天线组成 每个标签内部存有唯一的电子编码 附着在物体上 用来标识目标对象 标签进入RFID阅读器扫描场以后 接收到阅读器发出的射频信号 凭借感应电流获得的能量发送出存储在芯片中的
