1.2 自动识别技术

1.2.1 自动识别技术的分类及特点

自动识别（Automatic Identification，Auto-ID）是先将定义的识别信息编码按特定的标准实现代码化，并存储于相关的载体中，借助特殊的设备，实现定义编码信息的自动采集，并输入信息处理系统从而完成基于代码的识别。

自动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，它是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，归根到底，自动识别技术是一种高度自动化的信息和数据采集技术。

自动识别的方法有多种，包括光学符号识别、智能IC卡识别、生物（指纹和语音）识别、条形码识别、射频识别等。

目前，市场上大量应用的自动识别技术主要有条形码Barcode自动识别技术、二维码自动识别技术、生物识别技术、RFID技术等，每种识别技术均有自身的优缺点和应用场景。

1.2.2 条形码（Barcode）自动识别技术

条形码技术是随着计算机与信息技术的发展和应用而诞生的，它是集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新型技术。

条形码（也称条码）是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。常见的条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和空白（简称空）排成的平行线图案。条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息，因而在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到了广泛的应用。常见的条形码如图1-3所示。

1.条形码工作原理

条形码是由一组条、空及对应的字符按照一定的编码规则组合起来的一种信息符号。“条”指对光线反射率较低的部分，“空”指对光线反射率较高的部分，由于条形码符号中“条”“空”对光线具有不同的反射率，从而使条形码扫描器接收到强弱不同的反射光信号，相应地产生电位高低不同的电脉冲。扫描器接收到的光信号需要经光电转换成为电信号，并通过放大电路进行放大。这种信号被称为“模拟电信号”。“模拟电信号”需经整形变成常用的“数字信号”。根据码制所对应的编码规则，译码器可将“数字信号”识读并译成数字、字符信息。这些条和空组成的数据表达一定的信息，并能够用特定的设备识读，转换成与计算机兼容的二进制和十进制信息。

要将按照一定规则编译出来的条形码转换成有用的信息，需要经历扫描和译码两个过程。物体的颜色是由其反射光的类型决定的，白色物体能反射各种波长的可见光，黑色物体则吸收各种波长的可见光，所以当条形码扫描器光源发出的光在条形码上反射后，反射光照射到条码扫描器内部的光电转换器上，光电转换器根据强弱不同的反射光信号，转换成相应的电信号。

条形码扫描器一般由光源、光学透镜、扫描模组、模拟-数字转换电路及塑料或金属外壳等构成。对于一维条形码扫描器，如激光型、影像型扫描器，扫描器都通过从某个角度将光束发射到标签上并接收其反射回来的光线读取条形码信息。因此，在读取条形码信息时，光线要与条形码呈一个倾斜角度，这样，整个光束就会产生漫反射，可以将模拟波形转换成数字波形。如果光线与条形码垂直照射，则会导致一部分模拟波形幅值过高而不能正常地转换成数字波形，从而无法读取信息。

2.条形码识别系统

条形码识别系统是由光学阅读系统、放大电路、整形电路、译码电路、接口电路、开关和计算机系统等组成。当打开条码扫描器开关，条码扫描器光源发出的光照射到条码上时，反射光经凸透镜聚焦后，照射到光电转换器上。光电转换器接收到与空和条相对应的强弱不同的反射光信号，并将光信号转换成相应的电信号输出到放大电路进行放大。条形码识别系统组成及信号流程如图1-4所示。

3.编码方案

（1）宽度调节法

组成条码的条或空只能由两种宽度的单元构成，尺寸较小的单元叫窄单元，尺寸较大的单元叫宽单元，通常宽单元是窄单元的2～3倍。窄单元用来表示数字0，宽单元用来表示数字1，采用这种方法编码的条码有25码、39码、93码、库德巴码等。

（2）模块组配法

组成条码的每一个模块宽度相同，一个条或一个空是由若干个模块构成的，每个条的模块表示一个数字1，每个空的模块表示一个数字0。第一个条是由3个模块组成的，表示111；第二个空是由两个模块组成的，表示00；而第一个空和第二个条则只有一个模块，分别表示0和1。模块组配法编码的条码有商品条码、CODE-128等。

1.2.3 二维码自动识别技术

二维码（2-Dimensional Barcode）是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）上分布的黑白相间的记录数据符号信息的图形；在代码编制上巧妙地利用了构成计算机内部逻辑基础的“0”和“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何图形来表示文字或数值信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理：它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。

二维码是一种比一维码更高级的条码格式。一维码只能在一个方向（一般是水平方向）上表达信息，而二维码在水平和垂直方向都可以存储信息。一维码只能由数字和字母组成，而二维码能存储汉字、数字和图片等信息，因此二维码的应用领域要广得多。

1.二维码原理及分类

二维码可以分为堆叠式和矩阵式。堆叠式二维码由多行短的一维码堆叠而成；矩阵式二维码以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上用“点”表示二进制“1”，用“空”表示二进制“0”，“点”和“空”的排列组成条码。

（1）堆叠式二维码

堆叠式二维码又称堆积式二维码或层排式二维码，其编码原理是在一维码基础上，按需要堆积成两行或多行。它在编码设计、校验原理、识读方式等方面继承了一维码的一些特点，识读设备及条码印刷技术与一维码技术兼容。但由于行数的增加，需要对行进行判定，其译码算法与软件也不完全相同于一维码。

（2）矩阵式二维码

矩阵式二维码（又称棋盘式二维码）它是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。在矩阵相应元素位置上，用点（方点、圆点或其他形状）的出现表示二进制“1”，点的不出现表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵式二维码所代表的意义。矩阵式二维码是建立在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上的一种新型图形符号自动识读处理码制。

常用的二维码有Date Matrix、Maxi Code、Aztec Code、QR Code、Vericode、PDF417、Ultracode、Code 49、Code 16K等种类，如图1-5所示。

2.二维码特点

二维码具有如下特点。

● 高密度编码，信息容量大：可容纳多达1850个大写字母、2710个数字、1108个字节或500多个汉字。

● 编码范围广：可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码，用条码表示出来；可以表示多种语言文字；可表示图像数据。

● 容错能力强，具有纠错功能：二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读，损毁面积达30%仍可恢复信息。

● 译码可靠性高：它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万分之一。

● 可引入加密措施：保密性、防伪性好。

● 成本低，易制作，持久耐用。

● 条码符号形状、尺寸大小和比例可变。

1.2.4 其他自动识别技术及特点

目前，应用较为广泛的其他自动识别技术主要有生物特征识别技术、自动识别IC卡和自动识别CPU卡等技术。

1.生物特征识别技术

生物特征识别技术目前主要应用于对人的识别。生物特征识别技术是通过计算机与各种传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性和行为特征，来进行个人身份的鉴定。常用的生理特征有人脸、指纹、虹膜等；常用的行为特征有步态、签名等。声纹兼具生理和行为的特点，介于两者之间。

（1）指纹识别技术

指纹识别技术是通过取像设备读取指纹图像，然后用计算机识别软件分析指纹的全局特征和指纹的局部特征的一种技术。

指纹识别的优点表现在：技术相对成熟；指纹图像提取设备小巧；同类产品中，指纹识别的成本较低。

（2）虹膜识别技术

虹膜是指眼球中瞳孔和眼白之间是充满了丰富纹理信息的环形区域，每个虹膜都包含一个独一无二的基于水晶体、细丝、斑点、凹点和条纹等特征的结构。虹膜识别技术是利用虹膜终身不变性和差异性的特点来识别身份的。

（3）基因（DNA）识别技术

脱氧核糖核酸（DNA）存在于一切有核的动（植）物中，生物的全部遗传信息都储存在DNA分子里。DNA识别是利用不同人体细胞中具有不同的DNA分子结构，人体内的DNA在整个人类范围内具有唯一性和永久性。

（4）语音识别技术

语音识别技术以语音信号为研究对象，是语音信号处理的一个重要研究方向。其目标是实现人与机器进行自然语言通信。

（5）步态识别技术

步态是指人们行走时的方式，这是一种复杂的行为特征。步态识别主要提取的特征是人体每个关节的运动。步态识别的输入是一段行走的视频图像序列，因此其数据采集与人脸识别类似，具有非侵犯性和可接受性。

2.自动识别IC卡、CPU卡技术

自动识别IC卡和自动识别CPU卡技术主要应用于保密性较高、不考虑成本的系统和场所中。

（1）自动识别IC卡

集成电路卡（Integrated Circuit Card，IC）也称智能卡（Smart Card）、智慧卡（Intelligent Card）、微电路卡（Microcircuit Card）或微芯片卡等。它是将一个微型电子芯片嵌入符合ISO 7216标准的卡基中，做成卡片形式。IC卡是继磁卡之后的又一种新型信息工具。

（2）自动识别CPU卡

CPU卡也称智能卡，卡内的集成电路中带有微处理器CPU、存储单元（随机存储器RAM）、程序存储器ROM（FLASH）、用户数据存储器（E²PROM）及芯片操作系统（COS）。装有COS的CPU卡相当于一台微型计算机，不仅具有数据存储功能，同时具有命令处理和数据安全保护等功能。