物联网导论【课件】第2章 认识物联网感知层技术 任务1 认识自动识别技术7-8讲

物联网导论点击此处结束放映物联网导论物联网导论点击此处结束放映第2章

认识物联网感知层技术物体标识、数据感知和采集是物联网应用中重要的一环，前端数据质量的好坏直接影响到后端数据处理的精度和相应的控制概念能否正确实现。

物联网导论点击此处结束放映本章主要内容：任务1认识自动识别技术任务2认识条形码技术任务3认识RFID技术任务4认识传感器技术任务5认识无线传感器网络技术任务6认识嵌入式系统技术认识自动识别技术2.1认识条形码技术2.2认识嵌入式系统技术2.6认识无线传感器网络技术2.5物联网导论点击此处结束放映认识RFID技术2.3认识传感器技术2.4物联网导论

点击此处结束放映认识自动识别技术2.1

物联网中非常重要的技术就是自动识别技术，自动识别技术是将信息数据自动采集、自动识别并自动输入计算机的重要方法和手段，融合了物理世界和信息世界，是物联网区别于其他网络（电信网、互联网等）最独特的部分。

标识、识别、数据实时更新自动识别技术主要有哪些？工作原理是什么？有何典型应用？

物联网导论

点击此处结束放映

在现实中，各种各样的活动或事件都会产生数据，这些数据包括数字、文字、符号、图形、图像及它们能转换成的数据等，这些数据的采集与分析对于我们的生产或者生活决策十分重要。

早期，信息识别和管理多采用单据、凭证和传票等作为载体，通过手工记录、电话沟通、人工计算、邮寄或传真等方法对信息进行采集、记录、处理、传递和反馈，不但数据量十分庞大，劳动强度大，而且数据极易出现差错，信息极易滞后，无实时的意义，也使管理者对物品在流动过程中的各个环节难以统筹协调。自动识别技术，它将人们从繁重的、重复的但又十分不精确的手工劳动中解放出来，提高了信息的实时性和准确性，从而为生产的实时调整、财务的及时总结及决策的正确制定提供了正确的参考依据。

物联网时代，自动识别技术扮演的是一个信息载体和载体认识的角色，是物联网感知层技术的部分，它的成熟与发展决定着物联网应用的成熟与发展。

物联网导论2.1.1自动识别技术的概念、特点及分类1.

自动识别技术的概念

自动识别（AutomaticIDentification，Auto-ID）技术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，用于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。

自动识别技术就是一种能够让物品“开口说话”的技术。

广泛应用于制造、物流、防伪、安全和社会信息化管理等领域，显现出不可替代的作用，在整体信息化建设水平的提高、产品质量追溯等方面发挥了重要作用。点击此处结束放映物联网导论2.

自动识别技术的特点准确性：自动采集数据，极大地降低人为错误。高效性：数据采集快速，信息交换可实时进行。兼容性：以计算机技术为基础，可与信息管理系统无缝连接。全面性：全方位、各方面采集数据，数据量足够且具有分析价值，数据面足够支撑分析。

点击此处结束放映物联网导论3.

自动识别技术的种类

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形码技术、卡类识别技术、RFID技术、生物识别技术及视觉识别技术等集计算机、光、磁、物理、机电、通信技术于一体的高新技术学科。点击此处结束放映物联网导论

自动识别技术根据识别对象的特征可以分为两大类：数据采集技术和特征提取技术。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（光、电、磁等），而特征提取技术则根据被识别物体本身的行为特征（包括静态的、动态的和属性的特征）来完成数据的自动采集。

点击此处结束放映自动识别技术数据采集技术特征提取技术物联网导论（1）数据采集技术

数据采集技术按照存储器介质的不同，可分为光存储器类、磁存储器类和电存储器类。光存储器类包括条形码（一维、二维）、光学字符识别（OCR）；磁存储器类包括磁条、磁卡等；电存储器类包括射频卡、智能卡。点击此处结束放映物联网导论（2）特征提取技术

特征提取技术按照特征的性质可分为静态特征提取、动态特征提取及属性特征提取。静态特征提取包括指纹识别、虹膜识别、静脉识别、人脸识别等；动态特征提取包括声音识别、签名识别、步态识别等；属性特征提取包括化学感觉特征提取、物理感觉特征提取等。点击此处结束放映物联网导论2.1.2光学字符识别技术

光学字符识别（OpticalCharacterRecognition，OCR）是指电子设备（扫描仪、数码相机等）基于图形识别、字符识别方法将形状翻译成计算机文字的过程，即对文本资料进行扫描，然后对图像文件进行分析处理，获取文字及版面信息的过程。其目的是要让计算机知道它到底看到了什么，尤其是文字资料。OCR技术使设备通过确定形状，检测暗、亮模式等光学机制来识别字符。

OCR应用有办公室自动化中的文字资料自动输入，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，网络出版物，表格、票据、发票识别系统，身份证识别管理系统，无纸化评卷，邮件自动处理，零售价格识读，订单数据输入，单证、支票识读，微电路及小件产品上状态特征识读，与自动获取文本过程相关的其他领域。

点击此处结束放映物联网导论

于科大讯飞的自研OCR技术，能实现将手写笔迹快速转换为文本，识别准确率高达99%。一个OCR系统从图像输入到结果输出，需经过图像输入、图像预处理、版面分析、文本分割、特征提取、字符识别环节，最后通过人工校正将认错的文字更正，将结果输出。多语言多格式呈现。点击此处结束放映物联网导论2.1.3磁卡识别技术

磁卡（MagneticCard）是一种卡片状的磁性记录介质，利用磁性载体记录字符与数字信息，用于身份识别或其他用途。一个标准的磁卡应用系统通常包括磁卡、接口设备（磁卡读写器）、计算机，较大的系统还包括通信网络和主计算机等。

点击此处结束放映物联网导论

磁卡以液体磁性材料或磁条为信息载体，将液体磁性材料涂覆在卡片（或存折）上或将宽为6～14mm的磁条压贴在卡片上。按照使用的基材不同，磁卡可分为PET卡、PVC卡和纸卡三种；按照磁层构造的不同，磁卡可分为磁条卡和全涂磁卡两种。

通常，磁卡的一面印有说明提示性信息，如插卡方向；另一面有磁层或磁条，具有2～3个磁道，用于记录有关信息数据。

磁条从本质上讲和计算机用的磁带或磁盘是一样的，它可以用来记录字母、字符及数字信息。一般而言，银行卡上的磁条有3个磁道，分别为Track1、Track2和Track3。每个磁道都记录着不同的信息，这些信息有着不同的应用。Track1和Track2是只读磁道，；Track3为读写磁道。点击此处结束放映物联网导论磁卡具有以下优点。①磁卡数据可读写，即具有现场改写数据的能力。②磁卡数据存储量较大，能满足大多数需求。③磁条能黏附在许多不同规格和形式的基材上。④磁卡造价便宜，成本低廉。⑤磁卡具有一定的数据安全性。

点击此处结束放映物联网导论2.

技术标准的统一与协调

目前，标准化是物联网发展面临的最大挑战之一，它是行业领导者之间的一场竞争。目前我国物联网行业百家争鸣，物联网感知层的数据多源异构，不同的设备有不同的接口、不同的技术标准；网络层、应用层也由于使用的网络类型不同、行业的应用方向不同而存在不同的网络协议和体系结构。建立统一的技术标准是物联网现在正在面对的难题，因此在未来可能会通过不断竞争出现有限数量的供应商主导市场。

点击此处结束放映物联网导论磁卡具有以下缺点①磁场因素的干扰：磁卡在使用过程中易受到诸多磁场因素的干扰，存在消磁风险。②磁卡易受外界影响：磁卡受压、被折、长时间磕碰、曝晒、高温，磁条划伤或弄脏等会使磁卡无法正常使用。③操作不便：在刷卡器上刷卡交易的过程中，磁头的清洁、老化程度，数据传输过程中受到干扰，系统错误动作，收银员操作不当等都可能造成磁卡无法使用。④磁卡有被盗刷的风险：磁卡是通过卡片中的磁条来读取卡片信息的，这种卡片是写磁的，所以很容易被一些不法分子制造伪卡盗刷用户的卡内资金。

信用卡、银行卡、机票、自动售货卡、会员卡、现金卡（电话磁卡等）等。

点击此处结束放映物联网导论银行卡一般可分为以下三种类型第一种是只有磁条的纯磁条银行卡：纯磁条银行卡的消费方式是刷磁条付款，其安全性能低，易消磁、易复制、易被盗刷。第二种是只有芯片的金融IC卡：金融IC卡是以芯片作为介质的银行卡，其信息存储在芯片中，卡内信息难以被复制，并且有多重的交易认证流程，可有效地保障账户安全。第三种是磁条和芯片都有的复合卡：其安全性等同于纯磁条银行卡，即便有芯片，在防止银行卡被复制方面也并没有起到作用。

为了保障用户资金安全，提高金融交易的安全系数，自2017年5月1日起，中国各大银行全面关闭复合卡的磁条交易功能。复合卡逐渐退出金融舞台，由更安全方便的金融IC卡取代。

点击此处结束放映物联网导论2.1.4IC卡识别技术IC卡（IntegratedCircuitCard，集成电路卡）也叫作智能卡（SmartCard）、智慧卡（Intelligentcard）、微电路卡（Microcircuitcard）或微芯片卡等，它将一个微电子芯片嵌入符合ISO7816标准的卡基中，做成卡片形式。IC卡通过集成电路芯片上写的数据来进行识别。IC卡与IC卡读写器之间的通信方式可以是接触式，也可以是非接触式。

一个标准的IC卡应用系统通常包括IC卡、IC卡读写器（IC卡接口设备）、计算机，较大的系统还包括通信网络和主计算机等。

点击此处结束放映物联网导论IC卡：由持卡人掌管，记录持卡人特征代码、文件资料的便携式信息载体。IC卡读写器：即IC卡接口设备，是IC卡与计算机交换信息的桥梁，且通常是IC卡的能量来源。其核心为可靠的工业控制单片机，如Intel公司的51系列等。计算机：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、卡的发行与挂失、黑名单的建立等。主计算机：通常用于金融服务等较大的系统。1969年12月，日本的有村国孝先生提出一种制造安全可靠信用卡的方法，并于1970年获得专利，那时叫ID卡（IDentificationCard）。1974年，法国人RolandMoreno第一次将可编程设置的IC芯片置于卡片中，使卡片具有更多功能。点击此处结束放映物联网导论IC卡按照不同的标准，有不同的分类：（1）根据接触方式的不同，IC卡可分为接触式IC卡和非接触式IC卡，通常说的IC卡多数指接触式IC卡；非接触式IC卡又称为射频卡（RFID卡），采用RFID技术与IC卡读写器进行通信，成功地解决了无源（卡中无电源）和免接触两大难题，是电子器件领域的一大突破，其主要用于公交、轮渡、地铁的自动收费系统，也应用在门禁管理、身份证和电子钱包等领域。点击此处结束放映物联网导论（2）根据所封装的芯片类型的不同，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。超级智能卡上具有MPU和存储器，并装有键盘、液晶显示器和电源，有的卡上还具有指纹识别装置等。（3）根据应用领域的不同，IC卡可分为金融卡和非金融卡。金融卡就是应用在金融领域的IC卡，简单地说，就是与钱打交道的IC卡，分为金融信用卡与金融现金卡（水电费的交费卡、煤气费卡、就餐卡、医疗卡等）；非金融卡主要指电子证件，其记录持卡人各方面的信息，用于身份识别，如身份证、学生证、考勤卡等。点击此处结束放映物联网导论IC卡相较于其他种类的卡具有：

存储容量大、体积小、质量轻、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。与磁卡相比，特点为：（1）安全性高：IC卡必须通过与读写设备之间特有的双向密钥认证。（2）存储容量大：IC卡的存储容量小到几百个字符，大到上百万个字符，便于应用。（3）防磁：IC卡能防一定强度的静电，抗干扰能力强，可靠性比磁卡高。（4）使用寿命长：IC卡的数据至少能保持10年，读写次数能达到10万次以上。（5）价格：IC卡的价格稍高。点击此处结束放映物联网导论2.1.5生物识别技术

生物识别技术是指利用可以测量的人体生理或行为特征来识别、核实个人身份的一种自动识别技术。生物特征应具有广泛性、唯一性、稳定性、可采集性等特点。生物识别技术可分为两大类：基于生理特征的生物识别技术：人脸识别、虹膜识别、视网膜识别、指纹识别、手掌几何学识别、静脉识别、基因识别等。基于行为特征的生物识别技术：声音识别、步态识别、签名识别等。

以人的现场参与验证的前提和特点，不受干扰，有安全性优势。软件和硬件设施的普及率上升、价格下降，在金融、司法、海关、军事、人们日常生活应用广泛。生物识别技术都包括：原始数据获取、特征提取、比较和匹配4个步骤。

点击此处结束放映物联网导论1.

人脸识别人脸识别是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。其是用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部识别的一系列相关技术，通常也被叫作人像识别、面部识别。包括四个组成部分：人脸图像采集及检测、人脸图像预处理、人脸图像特征提取、匹配与识别。点击此处结束放映物联网导论人脸识别的主要特点：

人脸、指纹、虹膜等与生俱来，具有唯一性和不易被复制。（1）非强制性：人脸是唯一不需要用户主动配合就可以采集到的生物特征信息。指纹、掌纹、虹膜、静脉、视网膜，都需要以用户的主动配合，否则无法获得高质量的特征信息。（2）非接触性：设备不需要和用户直接接触就能获取人脸图像。（3）并发性：在实际应用场景下，可以进行多个人脸的分拣、判断及识别。（4）信息的可靠性及稳定性较弱：年龄、整容导致容貌较大的变化。（5）信息量较少，辨识性不高：人脸蕴含的信息量较少，变化的复杂性不够，辨识性不很高。（6）外界影响较大：受外界环境的变化（光照、遮挡、动态识别等）影响。

人工智能、大数据、云计算技术“快车”点击此处结束放映物联网导论2.

虹膜识别

人眼睛的外观主要由巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成。虹膜是一种在瞳孔内的织物状各色环状物，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。任意两个虹膜都是不一样的。高度独特性、稳定性及不可更改的特点，当前应用最为方便和精确的一种。

点击此处结束放映物联网导论虹膜识别步骤：虹膜图像的获取、预处理、特征提取与编码、分类。

中国科学院自动化所谭铁牛院士团队从1998年起开始在国内开展虹膜识别的研究，在虹膜图像获取、虹膜区域分割、虹膜特征表达、虹膜图像分类等一系列关键问题上取得了重要进展，系统发展了虹膜识别的计算理论和技术方法，具有完整自主知识产权的虹膜设备和识别系统。其优点：方便快捷：虹膜是身体自身的功能器官，忘记或丢失问题。无法复制：虹膜在眼睛内部，几乎没有被复制的可能。非接触性：非接触直接获取图像，干净卫生，避免了疾病的接触传染。虹膜识别缺点：技术难度更高，造价和成本高，大范围推广困难。点击此处结束放映物联网导论3.

视网膜识别

视网膜是一些位于眼球后部十分细小的神经（一英寸的1/50），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，用于生物识别的血管分布在视网膜周围。有研究表明，每个人的眼睛后半部的血管图形都是唯一的，即使是孪生兄弟也各不相同。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。

眼睛距离录入设备在半英寸之内，眼睛必须处于静止状态，设备读取视网膜图像。激光照射眼球的背面以获得视网膜特征，录入设备从视网膜上可以获得400个特征点，因此，用于视网膜识别的录入设备的认假率低于百万分之一。视网膜识别虽然是精确可靠的生物识别技术，但由于在感觉上它高度介入人的身体，因此它也是最难被人接受的技术。

点击此处结束放映物联网导论4.

签名识别

签名作为身份认证已经用了几百年，将签名数字化的过程包括将签名图像本身数字化及记录整个签名的动作（包括每个字母及字母之间不同的速度、笔序和压力等）。签名识别的优点：实名认证，意愿真实，可追溯，防篡改，容易被大众接受，是一种公认的身份识别技术。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，签名也会随着改变；很难将尺寸小型化。互联网金融、电子商务、电子合同、电子公文流转、旅游、物流等诸多领域。

点击此处结束放映物联网导论5.

指纹识别

指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别的生物识别技术，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，是唯一的，并且终生不变。根据这种唯一性和稳定性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过对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。特性：①确定性，每幅指纹的结构是固定的，胎儿在4个月左右时就形成了指纹，以后就终身不变；②唯一性，出现两个完全一致的指纹的概率非常小；③可分类性，可以按指纹的纹线走向进行分类。点击此处结束放映物联网导论

指纹识别系统是一个典型的模式识别系统，包括指纹图像获取、指纹图像处理、指纹特征提取、指纹匹配等模块。常见的指纹识别主要有以下三种。光学式指纹识别：价格低廉、可靠性及稳定性差。电容式指纹识别：技术成本较高，但具备识别速度快、精确度高、可识别活体指纹、杜绝仿制指纹蒙混过关等优点。超声波指纹识别：能够不受手指上可能存在的污物影响，如汗水、护手霜或凝露等，是一种更稳定、更精确的认证方法。与基于传统电容触摸屏的指纹识别相比，其可提供更高的识别能力、适用性和集成性。点击此处结束放映物联网导论

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满足鉴别的要求；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，用户必须将手指与指纹采集头相互接触，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，并且价格会更加低廉。

指纹识别的缺点：某些人或某些群体的指纹特征少，难成像；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，而这些指纹印痕存在被用来复制指纹的可能性；对环境的要求较高，手指的湿度、清洁度等都可能影响识别结果。点击此处结束放映物联网导论6.

声音识别技术

又称为语音识别，声音识别设备不断地测量和记录声音的波形变化，然后将现场采集到的声音同登记过的声音模板进行各种特征的匹配。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，这对那些采集数据的同时还要手眼并用的工作场景尤为适用。

点击此处结束放映物联网导论声音识别的优点：非接触的，用户可以很自然地接受。声音识别的缺点：声音变化的范围太大，很难精确