第1章 自动识别技术概论

智能识别技术山东大学控制科学与工程学院张东亮Tel:88392418自动（智能）识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术，它将数据自动识别、自动采集并且自动输入计算机进行处理。自动识别技术近些年来发展日新月异，它已成为集计算机、光、机电、通信技术为一体的高新技术学科。内容包括条码识别、射频识别、生物特征识别、语音识别、图像识别、光学字符识别(OCR)、磁卡识别、智能(IC)卡识别等技术及其在物流工程与管理中的应用。课程简介第1章自动识别技术概论 3学时第2章条码技术 9学时第3章射频识别技术 6学时第4章生物识别技术 3学时第5章语音识别技术 3学时第6章图像识别与处理技术 3学时第7章其他识别技术 3学时第8章综合案例 教材:张成海、张铎，现代自动识别技术与应用，清华大学出版社，2003.9中国物品编码中心，条码技术与应用，清华大学出版社，2003.7卢瑞文，自动识别技术，化学工业出版社，2005.7张铎，自动识别技术产品与应用，武汉大学出版社，2009张铎，自动识别技术应用案例分析，武汉大学出版社，2010陈丹晖、刘红，条码技术与应用，化学工业出版社，2006.4郑文超、崔鸿富，条码技术指南，中国标准出版社，2003.8中国物品编码中心，自动识别技术导论，武汉大学出版社，2007.5参考文献第1章自动识别技术概论1.1自动识别技术的分类1.1.1条码技术1.1.2射频识别技术1.1.3生物识别技术1.1.4语音识别技术1.1.5图像识别与处理技术1.1.6其他识别技术(OCR、磁卡、IC卡)

自动识别技术是将信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，它是以计算机技术和通信技术为基础的综合性科学技术。自动识别技术近几十年在全球范围内得到了迅猛发展，初步形成了一个包括条码识别、磁识别、智能卡识别、光学字符识别、射频识别、生物识别、语音识别及图像识别等集计算机、光、机电、通信技术为一体的高技术学科。自动识别技术的两种分类方法其一，按照数据采集技术的不同，分为光存储器、磁存储器以及电存储器。其二，按照特征提取技术的不同，分为静态特征、动态特征以及属性特征。自动识别技术为计算机提供了快速、准确地进行数据采集输入的有效手段，解决了通过键盘手工输入数据速度慢、错误率高所造成的瓶颈难题。按照数据采集技术分类按照特征提取技术分类1.1.1条码技术条码技术是集编码、符号表示、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新兴技术。其核心是利用光电扫描设备识读条码符号，实现机器的自动识别，并将快速准确的将信息输入到计算机进行处理，从而实现自动化管理。条码技术现已应用在计算机管理的各个领域，渗透到了商业、工业、交通运输业、邮电通讯业、物资管理、仓储、医疗卫生、安全检查、餐饮旅游、票证管理以及军事装备、工程项目等国民经济各行各业和人民日常生活中。条码技术的核心是条码符号。条码符号是由一组排列规则的条、空，以及相应的数字字符组成，这种用条、空组成的数据编码可以供机器识读，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。不同码制的条码，适用于不同的应用场合。使用频率较高的几种码制是:EAN、UPC、EAN128码、交插25码和39码。其中EAN条码是国际通用符号体系,是一种定长、无含义的条码，主要用于商品标识；UPC条码主要用于北美地区；EAN128条码是由国际物品编码协会和美国统一代码委员会联合开发、共同采用的一种特定的条码符号，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。另有一些码制适应特殊应用方面,如库德巴码用于血库、图书馆、包裹等的跟踪管理，交插25码用于包装、运输和国际航空系统为机票进行顺序编号。39码是第一个数字字母型条码，其密度较高。条码识别技术商品条码（EAN/UPC码）“商品的身份证“，用于标识零售贸易单元，全球通用。由国际物品编码协会（EAN）和统一代码委员会（UCC）共同开发和管理，在我国，由中国物品编码中心统一管理。商品条码应用：

建立商店自动销售管理系统（POS）

实现商品信息的电子数据交换（EDI）二维条码对物体的描述，信息量容量大、安全性高、读取率高、错误纠正能力强。二维QR条码（zdl信息）1.1.2射频识别技术射频识别技术(RFID,RadioFrequencyIdentification)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新兴技术。目前，单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。射频识别系统至少应包括以下两个部分，一是读写器，二是电子标签(或称射频卡、应答器等)。从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。RFID的应用领域车辆的自动识别管理：高速公路不停车收费（ETC）和智能交通系统(ITS)

铁路货车的车号识别、集装箱运输系统货物的全程跟踪、管理和监控仓储管理、电子支付系统生产线的自动化及过程控制

非接触识别卡，取代接触式磁卡、IC卡门禁保安系统图1-3射频识别标签自动识别车辆1.1.3生物识别技术生物识(特征)别技术是指通过计算机利用人类自身生理特征或行为特征进行身份识别的一种技术。由于人体特征的不可复制性，这一技术的安全性较传统的身份验证有很大的提高。目前用来进行身份鉴别的生物识别技术有：指纹识别、虹膜识别、视网膜识别、步态识别等。视网膜识别利用视网膜上的血管分布模式进行身份识别。视网膜读取器感知人眼后面的视网膜脉络模式时,使用者的眼睛与设备应在15mm之内,而且取图像时眼睛必须处于静止状态,特征提取可获得400多个特征点。视网膜（Retina）识别虹膜(Iris)识别指纹识别使用最早、目前最成熟的生物识别技术，指纹是手指末端正面皮肤上的呈有规则定向排列的纹线。指纹识别的主要关键技术包括指纹图像增强、特征提取、指纹分类和指纹匹配几个部分。1.1.4语音识别技术语音识别技术（SpeechRecognition，在自动识别领域中通常被称作“声音识别”）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、发出某个讯号或开始对某一活动录音。在某些应用中，特别是多步骤检验的应用中，使用模拟语音提示可以帮助完成整个检验过程。语音识别与模拟语音提示相结合，帮助操作人员完成一系列的工作，它用操作人员对模拟语音提示的回答来确认工作的正确性。在速度和准确性要求较高的应用中，或者在操作人员的手和眼睛要用来进行其他工作，而不能写字或打字的情况下，语音识别是理想的技术。通常的语音识别应用包括收货/送货、批发、订单取货、零件追踪、试验室工作、库存控制、铲车操作、分类、材料处理、质量控制和仓库管理。——语音识别的研究工作大约开始于50年代，当时AT&TBell实验室实现了第一个可识别十个英文数字的语音识别系统——Audry系统。

——60年代，计算机的应用推动了语音识别的发展。

——70年代，语音识别领域取得了突破。

——80年代，语音识别研究进一步走向深入和实用。

——我国语音识别研究工作一直紧跟国际水平。语音识别技术的应用领域1.在信息查询领域的应用。2.在电话交易方面的应用。3.在PC以及手持式设备（智能手机）上的应用。4.语音识别技术在保安系统以及证件防伪中的应用。5.与二维条码技术相结合的防伪应用。1.1.5图像识别与处理技术自70年代末以来，由于数字技术和微机技术的迅猛发展给数字图像处理提供了先进的技术手段，“图像科学”也就由信息处理、自动控制理论、计算机科学、数据通信、电视技术等学科中脱颖而出，成长为旨在研究“图像信息的获取、传输、存储、变换、显示、理解与综合利用”的崭新学科。随着图像科学基本理论的进展，具有“数据量大、运算速度快、算法严密、可靠性强、集成度高、智能性强”等特点的各种应用图文系统在国民经济各部门得到了广泛的应用，并正逐步深入到家庭生活。现在，通信、广播、计算机技术、工业自动化、国防工业，乃至印刷、医疗等部门的尖端课题无一不与图像科学的进展密切相关。图像科学已成为各高技术领域的汇流点，有人预言，“图像产业”将是21世纪影响国民经济、国防和世界经济的举足轻重的产业。图像识别技术主要应用遥感技术：地质、森林、海洋、国土资源。医用图像处理：CT、B超、核磁共振。工业领域中的应用：无损探伤、表面检测、机器人视觉。军事公安方面：目标跟踪、指纹识别、图片复原。文化、艺术及体育方面：动画制作、花纹设计、动作分析。1．OCR(Optical

CharacterRecognition光学字符识别)技术20世纪50年代初，当条码在零售业中开始使用时，OCR技术已经进入了商业化应用阶段。这种技术最初的目标是识别手写体。它最初是设计用来识读被称作“特殊字体”的字体。这些字体，如OCR-A（包括全部字母与数字符号及特殊字母）为机器扫描或识读提供了一种高速、非键盘的信息输入方法。与条码不同的是，这些字体仍能够被人类所识读。1975年，全国零售商协会在识别商品标识，信用卡授权和库存控制等领域采用了OCR技术。但是由于缺少制造标识、扫描设备不可靠，结果促成了1980年代条码应用的成功。1.1.6其他识别技术在过去的几年中，由于相对低成本、高速度的个人电脑的出现，OCR技术有了可观的改进。例如，目前大多数OCR仪器能够识读普通的办公字体，以及特殊字体和在报纸杂志上用的比例字体。近几年又出现了图像字符识别ICR(ImageCharacterRecognition)和智能字符识别ICR(IntelligentCharacterRecognition),实际上这两种自动识别技术的基本原理与OCR大致相同。近年来台式计算机的发展使得该项技术能够识别各种常见的打印机字体。通过使用复杂的神经网络技术可以不断提高识别精度，可以分辨出特定字体的细微特征和手写体，但是目前的大多数OCR系统都与字体无关。OCR系统通常有三种配置：页式阅读器、交易阅读器和手持式阅读器。OCR系统多用于财务部门处理账务和票据业务，而且大量用在文档密集的保险业和保健业，同时也常用于图书馆、出版社和其他用计算机录入印刷文档的领域。在大型制造环境中也使用OCR系统阅读其直接标记的供人识读的零件编号。医药行业使用OCR来保证关键标签和日期数字的正确性。低于300美元的低价OCR阅读器已成为常见的台式计算机的外设。OCR与条码相似，会受到低质量印刷效果的影响。但是，如果在媒体准备和应用设计上花一点点工夫，识别效果就会有很大改善。目前，进行字母速度比较时，OCR的速度与条码相同，而且它的准确性也与条码扫描相同。在某些应用（例如在需要人眼识读的应用中），OCR/ICR比使用条码更适合。在识读打字的文件或计算机印刷材料的应用中，OCR/ICR更理想。OCR/ICR在图书馆、出版业、付款处理、支票平衡、发出账单和其他普通信息输入应用中最常见。目前正在对手写字迹分析及鉴定签名方面的应用进行研究。2．磁卡识别技术常用的磁卡是通过磁条记录信息的。磁条技术应用了物理学和磁力学的基本原理。磁条就是一层薄薄的由定向排列的铁性氧化粒子组成的材料(也称为涂料),用树脂粘合在一起并粘在诸如纸或塑料这样的非磁性基片上。磁卡的应用，一般是先付款，然后在卡中编码记录一定的货币价值，用户使用它来购买商品或服务。磁卡的价值通过用户每次使用时将磁性信息进行相应的销减，具体的应用如电话卡。其他应用包括学生就餐卡，桥梁、通道和道路的过路费缴费卡、多次使用的交通车票卡、录像带出租卡、自动售货机购物卡、存有金额的驾驶员卡等。每年有100多亿张磁卡在各种应用中使用，而应用的范围还在不断的扩大。磁卡技术的优点是：数据可读写,即具有现场改变数据的能力；数据存储量能满足大多数需要,便于使用,成本低廉；还具有一定的数据安全性；它能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广泛的应用,如信用卡、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)等。3．IC卡识别技术由于磁卡的磁条上所存储的信息量有限，而且还存在一些不安全的隐患，所以人们将目光投向了IC卡（集成电路卡，IntegratedCircuitCard）也称为智能卡。近年来，磁卡电话渐渐退出市场，IC卡电话取代磁卡电话已经是大势所趋了。4．各种识别技术比较条码、OCR(光学字符识别)和MICR(磁性墨水)都是与印刷相关的自动识别技术。OCR的优点是：人眼可读，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；MICR是银行界用于支票的专用技术，在特定领域中应用，成本高，需接触才能识读，可靠性高。磁条技术是接触性识读技术,它与条码有四点不同:一个是其数据可做部分读写操作，另一个是给定的面积编码容量比条码大,还有就是对于物品逐一标识成本比条码高，而且接触性识读的最大缺点就是灵活性太差。射频识别是非接触式识别技术,由于无线电波能“扫描”数据,所以RF挂牌可做成隐形的，有些RF识别技术可读数公里以外的标签，RF标签可做成可读写的。其缺点是：射频标签成本相当高,而且一般不能随意扔掉,而多数条码扫描寿命结束时可扔掉。图像识别和语音识别还没有很好的推广应用，图像识别还可与OCR或条码结合应用，语音识别输入可解放人的手。键盘OCR磁卡条码射频识别输入12位数据速度6s4s0.3s～2s0.3s～2s0.3s～0.5s误码率1/300字符1×10-4字符1/1.5万～1/1亿字符印刷密度（字符/英寸）10～1248最大204～8000印刷面积mm2.5（高）6.4（高）长15×宽4直径4×长32至纵54×横86基材价格无低中低高扫描器价格无高中低高非接触识读不能不能接触—5米接触—2米优点●操作简单●可用眼阅读●键盘便宜●可用眼阅读●数据密度高●输入速度快●输入速度快●误码率低●设备便宜●可非接触识读●可在灰尘油污环境中使用●可非接触识读缺点●误码率高●输入速度低●输入受个人影响●输入速度低●不能非接触识读●设备价格高●不能直接用眼阅读●不能非接触识读●数据可变更●数据不能变更●不能直接用眼阅读●发射及接收装置价格贵●发射装置寿命短●数据可改写表1-1各种识别技术的特点1.2自动识别技术的组织1.2.1国际组织

1．AIMGLOBALAIM(AutomaticIdentificationManufacture)GLOBAL是一个非盈利的全球性贸易组织,成立于1983年,在自动识别系统和数据采集(AIDC)及网络方面建立了良好的信誉具有广泛的权威。AIMGLOBAL代表了各种与AIDC应用有关的产业,包括硬件制造商、软件开发商、顾问、系统整合公司、消费品公司及相关用户。AIMGLOBAL的宗旨是提供相关的产品及服务,推动AIDC工业的应用及发展。AIMGLOBAL希望通过扩大自动识别市场去增加其会员的自动识别产品的销售量；通过AIMGLOBAL增加会员与全球市场的接触面。2．国际物品编码协会（EAN）

国际物品编码协会（EANInternational），简称EAN(EuropeanArticleNumbering)，成立于1977年，它致力于建立一套国际通行的全球跨行业的产品、服务和位置的标识标准体系和通信标准体系，即全球商业语言EAN·UCC(UniformCodeCouncil)系统——全球统一标识系统。其目标是通过向物流参与方和用户提供增值服务，提高整个供应链的效率。国际EAN的前身是欧洲物品编码协会，现主要负责除北美以外的EAN·UCC系统的统一管理及推广工作。目前，其会员遍及90多个国家和地区，全世界已有85万多家公司、企业通过各国或地区的编码组织加入到EAN·UCC系统中来。EAN·UCC系统目前有六大应用领域，分别是贸易项目的标识、物流单元的标识、资产的标识、位置的标识、服务关系的标识和特殊应用。随着用户需求的不断增加，EAN·UCC系统的应用领域也将得到不断扩大和发展。图1-4EAN·UCC系统应用领域框图1.2.2中国组织

1．中国自动识别技术协会

中国自动识别技术协会是国家一级协会，英文名称为AutomaticIdentificationManufactureAssociationofChina（缩写AIMChina）。业务主管部门是中国国家质量监督检验检疫总局，接受中华人民共和国民政部的监督管理，具有独立法人地位。中国自动识别技术协会是国际自动识别制造商协会（AIMGlobal）董事会成员。中国自动识别技术协会是由从事自动识别技术研究、生产、销售和使用的企事业单位及个人自愿结成的全国性、行业性、非营利性的社会团体。业务领域涉及：条码识别技术、智能卡识别技术、光字符识别技术、语音识别技术、射频识别技术、视觉识别技术、生物特征识别技术、图像识别技术和其它自动识别技术。图1-5中国自动识别技术协会组织机构图

2．中国物品编码中心（ANCC）

中国物品编码中心(ANCC即ArticleNumberingCenterofChina，以下简称“中心”)是经国务院同意成立的统一组织、协调、管理全国条码工作的专门机构，负责研究、推广和发展以商品条码为基础的全球统一标识系统（EAN·UCC系统）。“中心”成立于1988年12月，1991年4月正式加入国际物品编码协会（EANInternational）。中国物品编码中心的职责是贯彻执行商品条码工作的方针、政策、法规和标准；统一组织、协调、管理全国商品条码工作；负责编码中心地方分支机构的设立；履行国际物品编码协会会员职责，开展相关的国际交流与合作。作为国际物品编码协会在全球范围内最有价值的成员，中国物品编码中心全体