物联网第2章 信息自动识别技术课件.ppt
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1、,目 录,全球定位与地理信息系统,物联网导论 共十一章,第6章,第8章,第9章,第11章,第10章,第1章,第2章,第3章,第4章,第5章,物联网概述,射频识别与产品电子编码,无线传感网络,传感器与微机电系统,信息自动识别技术,目 录,物联网应用案例,物联网导论 共十一章,第8章,第9章,第11章,第10章,第7章,第8章,第9章,第10章,第11章,互联网与移动互联网,物联网应用接口技术,物联网安全,物联网支撑技术,第2章 信息自动识别技术,2.1自动识别技术 2.1.1 自动识别技术概述 2.1.2 生物识别技术 2.1.3 磁条(卡)和IC卡识别技术 2.1.4 图像识别技术 2.1.5
2、 光学字符识别技术,第2章 信息自动识别技术,2.2 条形码技术 2.2.1 条形码概述 2.2.2条形码的识别原理 2.2.2 条形码技术的优点 2.2.4 条形码的结构及其扫描 2.2.5 条形码的编码规则和方案 2.2.6 条形码的制作 2.2.7 二维条码,2.1 自动识别技术,自动设备识别技术(Automatic Equipment Identification,AEI)是目前国际上发展很快的一项新技术,该项技术的基本思想是通过采用一些先进的技术手段,实现人们对各类物体或设备(人员、物品)在不同状态(移动、静止或恶劣环境)下的自动识别和管理。2.1.1 自动识别技术概述 自动识别技术
3、就是应用一定的识别装置,通过被识别物品和识别装置之间的接近活动,主动地获取被识别物品的相关信息,并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。 1. 自动识别技术的特点 (1)准确性:自动数据采集,极大地降低人为错误。 (2)高效性:数据采集快速,信息交换可实时进行。 (3)兼容性:以计算机技术为基础,可与信息管理系统无缝连接。,2.1 自动识别技术,2. 自动识别系统的一般模型 完整的自动识别计算机管理系统包括自动识别系统、应用程序接口或者中间件和应用系统软件,其系统结构见图3.1。 自动识别系统完成系统的采集和存储工作,应用系统软件对自动识别系统所采集的数据进行应用处理,而应用
4、程序接口软件则提供自动识别系统和应用系统软件之间的通讯接口包括数据格式,将自动识别系统采集的数据信息转换成应用软件系统可以识别和利用的信息并进行数据传递。自动识别技术通过中间件或者接口(包括软件和硬件的)将数据传输给后台处理计算机,由计算机对所采集到的数据进行处理或者加工,最终形成对人们有用的信息。,2.1 自动识别技术,图2.1 自动识别系统结构,2.1 自动识别技术,2. 自动识别系统的一般模型 企业管理信息系统(MIS)是以信息技术为基础,为企业管理和决策提供信息支持的系统。其特点是建立了企业数据库,强调达到数据共享,从系统观点出发,从全局规划和设计信息系统。 企业资源计划(ERP)针对
5、制造业的生产控制管理模块,把经营过程中有关各方如供应商、销售网络、客户、市场等纳入系统,将企业整个生产过程有机整合,以实现降低库存、提高效率、减少生产脱节、降低延误交货时间的目标。 直接数字式频率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer,DDS)同DSP(数字信号处理)一样,是一项关键的数字化技术。与传统的频率合成器相比,DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点,广泛使用在电信与电子仪器领域,是实现设备全数字化的一个关键技术。,2.1 自动识别技术,3. 自动识别技术的种类 自动识别系统根据识别对象的特征可以分为两大类,分别是数据采集技术和特征提取技术。
6、这两大类自动识别技术的基本功能都是完成物品的自动识别和数据的自动采集。 数据采集技术的基本特征是需要被识别物体具有特定的识别特征载体(如标签等,仅光学字符识别例外),而特征提取技术则根据被识别物体的本身的行为特征(包括静态的、动态的和属性的特征)来完成数据的自动采集。 (1)数据采集技术 光存储器:包括条码(一维、二维)、矩阵码、光标阅读器、光学字符识别(OCR)。磁存储器:包括磁条、非接触磁卡、磁光存储、微波。电存储器:包括触摸式存储、RFID射频识别(无芯片、有芯片)、存储卡(智能卡、非接触式智能卡)、视觉识别、能量扰动识别。 (2)特征提取技术 静态特征:包括指纹、虹膜、视网膜、面部。动
7、态特征:包括签名、声音(语音)、键盘敲击、其他感觉特征。属性特征:包括化学感觉特征、物理感觉特征、生物抗体病毒特征、联合感觉系统。,2.1 自动识别技术,2.1.2 生物识别技术 生物识别技术是指利用可以测量的人体生物学或行为学特征来识别、核实个人身份的一种自动识别技术。能够用来鉴别身份的生物特征应该具有广泛性、唯一性、稳定性、可采集性等特点。生物识别大致可分为指纹识别、虹膜识别、视网膜识别、手掌几何学识别、语音识别、面部识别、签名识别、步态识别、静脉识别、基因识别等。 1虹膜识别技术 人类眼睛的虹膜是由相当复杂的纤维组织构成,其细部结构在出生之前就以随机组合的方式决定下来了。虹膜识别技术是基
8、于在自然光或红外光照射下,对虹膜上可见的外在特征进行计算机识别的一种生物识别技术。虹膜在眼球中的位置见图3.2,其中虹膜是围绕瞳孔呈现绚丽彩色的一层生理薄膜。虹膜是包裹在眼球上的彩色环状物,每一个虹膜都包含一个独一无二的基于像冠、水晶体、细丝、斑点、结构、凹点、射线、皱纹和条纹等特征的结构。,2.1 自动识别技术,虹膜识别是将上述可见特征转化为512字节的虹膜编码,该编码被存储下来以便后期识别所用。512个字节对从虹膜获得的信息量来说是十分巨大的。从直径为11mm左右的虹膜上,DrDaugman 的算法用34个字节的数据来代表每平方毫米的虹膜信息,这样,一个虹膜约有266个量化特征点,而一般的
9、生物识别技术只有13个到60个特征点。,2.1 自动识别技术,1虹膜识别技术 (1)虹膜技术的优点 便于用户使用。 是最可靠的生物识别技术之一。 无需物理的接触。 (2)虹膜技术的缺点 最主要的缺点是它没有进行过任何的测试,当前的虹膜识别系统只是用 统计学原理进行小规模的试验,而没有进行过现实世界的唯一性认证的试验。 很难将图像获取设备的尺寸小型化。 需要昂贵的摄像头聚焦,一个这样的摄像头的最低价为7000美元。 镜头可能产生图像畸变而使可靠性降低。 黑眼睛极难读取。 需要较好光源。,2.1 自动识别技术,2视网膜识别 有研究证明,每个人的眼睛后半部的血管图形是惟一的,即使是孪生兄弟也各不相同
10、。视网膜图形是稳定的,除非有眼科疾病或者严重的脑部创伤。 视网膜识别技术要求激光照射眼球的背面以获得视网膜特征。与虹膜识别技术相比,视网膜扫描也许是最精确可靠的生物识别技术。由于感觉上它高度介入人的身体,它也是最难被人接受的技术。 (1)视网膜技术的优点 视网膜是一种极其固定的生物特征,不磨损、不老化、不受疾病影响。 使用者无需和设备直接接触。 是一个最难欺骗的系统,因为视网膜不可见,所以不会被伪造。 (2)视网膜识别的缺点 同虹膜一样,最主要的缺点是它没有进行过任何的测试,当前的视网膜识别系统只是用统计学原理进行小规模的试验,而没有进行过现实世界的唯一性认证的试验。 激光照射眼球的背面可能会
11、影响使用者健康,这需要进一步的研究。 对消费者而言,视网膜技术没有吸引力。 很难进一步降低成本。,2.1 自动识别技术,3签名识别 签名作为身份认证的手段已经用了几百年了,将签名数字化的过程包括将签名图像本身数字化以及记录整个签名的动作(包括每个字母以及字母之间不同的速度、笔序和压力等)。签名识别和语音识别一样,是一种行为测定学。 (1)签名识别的优点 容易被大众接受。 是一种公认的身份识别的技术。 (2)签名识别的缺点 随着经验的增长、性情的变化与生活方式的改变,签名也会随着而改变。 在Internet上使用不便。 用于签名的手写板结构复杂而且价格昂贵,因为和笔记本电脑的触摸板的分辨率差异很
12、大,在技术上将两者结合起来较难。 很难将尺寸小型化。,2.1 自动识别技术,4面部识别 面部识别技术通过对面部特征和它们之间的关系来进行识别,识别技术基于这些唯一的特征时非常复杂,需要人工智能和机器知识学习系统。用于捕捉面部图像的两项技术为标准视频和热成像技术。 标准视频技术通过一个标准的摄像头获得面部的图像或者一系列图像,捕捉后,记录一些核心点(例如眼睛、鼻子和嘴等)以及它们之间的相对位置,然后形成模板。 热成像技术通过分析由面部的毛细血管的血液产生的热线来产生面部图像,与视频摄像头不同,热成像技术并不需要在较好的光源条件下,因此即使在黑暗情况下也可以使用。一个算法和一个神经网络系统加上一个
13、转化机制就可将一幅指纹图像变成数字信号,最终产生匹配或不匹配信号。,2.1 自动识别技术,4面部识别 (1)面部识别的优点 面部识别是非接触的,用户不需要和设备直接的接触。 (2)面部识别的缺点 尽管可以使用桌面的视频摄像,但只有比较高级的摄像头才可以有效高速的捕捉面部图像。 使用者面部的位置与周围的光环境都可能影响系统的精确性。 大部分研究生物识别的人公认面部识别最不准确,也最容易被欺骗。 面部识别技术的改进有赖于提取特征与比对技术的提高,采集图像的设备比技术昂贵得多。 对于因人体面部的如头发,饰物,变老以及其他的变化需要通过人工智能补偿,机器学习功能必须不断地将以前得到的图像和现在的得到的
14、进行比对,以改进核心数据和弥补微小的差别。 很难进一步降低设备成本。,2.1 自动识别技术,5指纹识别 因为每个人的指纹纹路在图案、断点和交叉点上各不相同,也就是说,是惟一的,并且终生不变。依靠这种惟一性和稳定性,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进行比较,就可以验证他的真实身份,这就是指纹识别技术。 指纹具有以下三大固有特性。第一,确定性。每幅指纹的结构是恒定的,胎儿在4个月左右就形成指纹,以后就终身不变。第二,惟一性。两个完全一致的指纹出现的概率非常小,不超过10-36。第三,可分类性。可以按指纹的纹线走向进行分类。 随着现代电子集成制造技术、计算机技术的
15、发展以及快速而可靠的算法研究,指纹自动识别技术于二十世纪六十年代开始兴起并得到了飞速发展。作为生物特征识别的一种,由于它具有其他特征识别所不可比拟的优点,使得自动指纹识别有着更为广泛的应用。相对于其他生物特征鉴定技术,例如语音识别及视网膜识别等,指纹自动识别是一种更为理想的身份确认技术。,2.1 自动识别技术,5指纹识别 (1)指纹识别的优点 指纹是人体独一无二的特征,并且它们的复杂度足以提供用于鉴别的足够特征。 如果要增加可靠性,只需登记更多的指纹、鉴别更多的手指,最多可以多达十个,而每一个指纹都是独一无二的。 扫描指纹的速度很快,使用非常方便。 读取指纹时,用户必需将手指与指纹采集头相互接
16、触,与指纹采集头直接接触是读取人体生物特征最可靠的方法。 指纹采集头可以更加小型化,并且价格会更加的低廉。 (2)指纹识别的缺点 某些人或某些群体的指纹特征少,难成像。 过去因为在犯罪记录中使用指纹,使得某些人害怕“将指纹记录在案”。 实际上现在的指纹鉴别技术都可以不存储任何含有指纹图像的数据,而只是存储从指纹中得到的加密的指纹特征数据。 每一次使用指纹时都会在指纹采集头上留下用户的指纹印痕,而这些指纹痕迹存在被用来复制指纹的可能性。,2.1 自动识别技术,6声音识别技术 声音识别和签名识别相同,声音识别也是一种行为识别技术。声音识别设备不断地测量和记录声音波形变化,然后将现场采集到的声音同登
17、记过的声音模板进行各种特征的匹配。声音识别的迅速发展以及高效可靠的应用软件的开发,使声音识别系统在很多方面得到了应用。声音识别系统可以用声音指令实现“不用手”的数据采集,其最大特点就是不用手和眼睛,这对那些采集数据同时还要完成手脚并用的工作场合尤为适用。 (1)声音识别的优点: 声音识别也是一种非接触的识别技术,用户可以很自然地接受。 (2)声音识别的缺点: 作为行为识别技术,声音变化的范围太大,很难精确的匹配。 声音会随着音量、速度和音质的变化(例如感冒时)而影响到采集与比对的结果。 很容易用录在磁带上的声音来欺骗声音识别系统。 高保真的麦克风很昂贵。 综合以上分析比较,指纹识别技术是目前最
18、方便、可靠、非侵害和价格便宜的生物识别技术解决方案,对于广大市场的应用有着很大的潜力。,2.1 自动识别技术,2.1.3 磁条(卡)和IC卡识别技术 1. 磁条(卡)技术 磁条技术应用了物理学和磁力学的基本原理。磁条是一层薄薄的由定向排列的铁性强化粒子组成的磁性材料(也称为涂料),用树脂粘合剂将这些磁性粒子严密地粘合在一起,并粘合在诸如纸或者塑料这样的非磁性基片媒介上,就构成了磁卡或者磁条卡。 磁条技术的优点是数据可读写,即具有现场改写数据的能力。数据存储量能满足大多数需求,便于使用、成本低廉、具有一定的数据安全性且它粘附于许多不同规格和形式的基材上。这些优点,使之在很多领域得到了广泛应用,如
19、信用卡、银行ATM卡、机票、公共汽车票、自动售货卡、会员卡、现金卡(如电话磁卡)、地铁AFC等。磁条的缺点是数据存储时间的长短受磁性粒子极性的耐久性限制以及存储数据的安全性较低。,2.1 自动识别技术,2. IC卡技术 IC(Integrated Card)卡是1970年由法国人Roland Moreno发明的,他第一次将可编程设置的IC芯片放于卡片中,使卡片具有更多功能。按照数据读写方式,IC卡可分为接触式IC卡和非接触式IC卡,通常说的IC卡多数是指接触式IC卡。 根据所封装的IC芯片的不同,IC卡可分为存储器卡、逻辑加密卡、CPU卡和超级智能卡四大类。超级智能卡在卡上具有MPU和存储器并
20、装有健盘、液晶显示器和电源,有的卡上还具有指纹识别装置等。 IC卡相对于其他种类的卡具有存储容量大、体积小、重量轻、抗干扰能力强、便于携带、易于使用、安全性高、对网络要求不高等特点。,2.1 自动识别技术,2.1.4 图像识别技术 图像识别是模式识别在图像领域的应用。图像识别系统主要涉及上图中的图像输入设备、图像处理器。一般图像信息系统框架见图3.3。 1. 图像输入设备 图像输入设备分为电视摄像机和CCD(Charge-coupled Device,电荷耦合元件)两大类。电视摄像机是种广泛使用的景物和图像的输入设备,它能将景物、图片等光学信号转变为全电视信号。目前主要有黑白摄像机和彩色摄像机
21、两种。CCD分为线型CCD像感器和面型CCD像感器。 2. 图像处理部分 图像与视频是两个既有联系又有区别的概念,静止的图片称为图像(Image),运动的图像称为视频(Video)。图像的输入要靠扫描仪、数字照相机或摄像机,而视频的输入只能是摄像机、录像机、影碟机以及电视接收机等可以输出连续图像信号的设备。 图像与视频处理系统包括图像与视频的输入、输出设备,通用的计算机和附加的专用处理硬件卡。不同的应用环境,所需要的硬件设备、软件环境也不同。,2.1 自动识别技术,图2.3 一般图像信息系统框架图,2.1 自动识别技术,2.1.5 光学字符识别(OCR)技术 光学字符识别OCR(Optical
22、 Character Recognition,OCR)是基于图型识别的一种技术,其目的就是要让计算机知道它到底看到了什么,尤其是文字资料。OCR技术能够使设备通过光学的机制来识别字符。一个OCR识别系统的处理流程如下:首先将标的物的影像输入,然后经过影像前处理、文字特征抽取、比对识别等过程,最后经人工校正将认错的文字更正,将结果输出。OCR技术主要应用于:文字资料的自动输入;建立文献档案库;文本图像的压缩存储和传输;书刊自动阅读器,盲人阅读器;书刊资料的再版输入,古籍整理;智能全文信息管理系统,汉英翻译系统;名片识别管理系统;车牌自动识别系统;网络出版;表格、票据、发票识别系统;身份证识别管理
23、系统;无纸化评卷等。OCR的优点是人眼可视读、可扫描,但输入速度和可靠性不如条码,数据格式有限,通常要用接触式扫描器。,2.1 自动识别技术,2.1.6 条码技术 条码成本最低、适于大量需求且数据不必更改的场合。例如商品包装上就很适宜,但是较易磨损、且数据量很小。而且条码只对一种或者一类商品有效,也就是说,同样的商品具有相同的条码。 1.一维条码 条码是由一组规则排列的条、空以及相应的数字组成,这种用条、空组成的数据编码可以供条码阅读器识读,而且很容易译成二进制数和十进制数。这些条和空可以有各种不同的组合方法,构成不同的图形符号,即各种符号体系(也称码制),适用于不同的应用场合。 目前最常用的
24、几种码制是EAN、UPC、39码,交叉25码和EAN128码。UPC条码主要用于北美地区。EAN条码是国际通用符号体系,它们是一种定长、无含义的条码,主要用于商品标识。EAN128条码是由国际物品编码协会(EAN International)和美国统一代码委员会(UCC)联合开发、共同采用的一种特定的条码符号。它是一种连续型、非定长有含义的高密度代码,用以表示生产日期、批号、数量、规格、保质期、收货地等更多的商品信息。另有一些码制主要是适应特殊需要的应用方面,如库德巴码用于血库、图书馆、包裹等的跟踪管理、25码用于包装、运输和国际航空系统为机票进行顺序编号,还有类似39码的93码,它密度更高些
25、,可代替39码。,2.1 自动识别技术,2.二维条码 为了提高条码信息密度,二维条码问世并得到快速发展。从结构上讲,二维条码分为两类,一类是由矩阵代码和点代码组成,其数据是以二维空间的形态编码的,另一类是包含重叠的或多行条码符号,其数据以成串的数据行显示。重叠的符号标记法有CODE 49、CODE l6K和PDF417。 PDF是便携式数据文件(Portable Data File)的缩写,简称为PDF417条码。417则与多宽度代码有关,用来对字符编码。PDF417是由Symbol Technologies Inc设计和推出的。重叠代码中包含了行与行尾标识符以及扫描软件,可以从标签的不同部分
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