我们用“卡技术”这个称呼,它到底代表什么呢?或许最字面的理解就是“一种能放在卡上面的技术”。一提到卡,我们首先想到的就是银行的信用卡或者是电话磁卡,IC卡,其实,还有许多其他用途的卡。卡的用途不同,它的制作材料和大小也就可能不同。卡的制作材料可以是塑料、树脂、聚氯乙稀、纸或者其它材料。现在,我们使用的卡按照技术实现的不同,主要可以分成三种:磁卡、智能卡、光卡。下面分别简要介绍。
磁卡
第一张应用在交通车票系统的磁卡是20世纪60 年代开始应用的,伦敦交通局在伦敦地铁上首次使用磁卡技术;而首次应用在银行系统的磁卡是70年代开始应用的。从那时起,磁卡的应用就越来越广泛。磁条(卡)就是一层薄薄的由定向排列的铁性氧化粒子组成的材料,用树脂粘合在一起并粘在如纸或塑料这样的非磁性基片上。磁条技术数据的存储就是靠改变磁条上氧化粒子的磁性来实现的。大家知道,磁性分为两种极性—正极和负极,也叫南极北极,磁性的这种二分性正好与机器码的“0”和“1”相对应。在数据的写入过程中,需要输入的数据首先通过“编码器”变换成二进制的机器代码,然后控制器控制的“磁头”与磁条的相对移动过程中改变磁条磁性粒子的极性来实现数据写入;数据的读出是“磁头”先读出机器代码再通过“译码器”还原成人们可识读的数据信息。从某些方面来看,磁卡技术与录音机读写磁带的工作原理是基本相同的。由于磁卡技术是靠磁条磁性粒子的极性来存取信息的,所以磁性离子极性的耐久性和可靠性就成为影响磁卡应用的关键因素。
磁条技术的优点是数据可读写,即具有现场改变数据的能力;数据的存储一般能满足需要;使用方便、成本低廉。这些优点使得磁条技术的应用领域十分广泛,如信用卡、银行ATM卡、会员卡、现金卡(如电话磁卡)、机票、公共汽车票、自动售货卡等。磁条技术的限制因素是数据存储的时间长短受磁性粒子极性的耐久性限制,另外,磁卡存储数据的安全性一般较低,如磁卡不小心接触磁性物质就可能造成数据的丢失或混乱,要提高磁卡存储数据的安全性能,就必须采用另外的相关技术,增加成本。随着新技术的发展,安全性能较差的磁卡有逐步被取代的趋势,但是,现有条件下,社会上仍然存在大量的磁卡设备,再加上磁卡技术的成熟和低成本,短期内,磁卡技术仍然会在许多领域应用。
智能卡(SMART CARD)
智能卡是一种通过嵌在塑料卡片上的微型集成电路芯片来实现数据读写、存储的AIDC技术。在中国,智能卡最广为人知的称呼是“IC卡”,这是英文“INTEGRATED CIRCUITS CARD”的缩写,译为“集成电路卡”。与磁卡技术相比,智能卡主要有以下几点不同:
(1)智能卡可以存储的信息比磁卡大的多,磁卡的存储容量最大的只有几百个字节,智能卡的容量可以作到几千个字节,而且其存储区可以划分,允许有不同的访问级别,为信息处理和一卡多用提供了方便;
(2)一些智能卡具有编程功能以便实现对存储数据的添加、删除、更改等功能;
(3)抗破坏性与耐用性,磁卡是由磁条来存储信息,在遇到强磁场、静电、刮伤、扭曲等情况下,存储在磁条内的信息容易丢失,另外,磁条上的信息存放时间较短及读写次数较少,修改不方便。智能卡是由硅片来存储信息的,先进的硅片制作工艺完全可以保证智能卡的抗磁性、抗静电及各种辐射的能力;智能卡信息的保存时间也很长,目前,智能卡的信息保存期都在100年以上,而且读写方便,读写次数可达10万次以上;
(4)保密性,智能卡具有很强的保密性,首先体现在芯片的结构和读取方式上,智能卡的容量比较大,读取和写入区域可以任意选择,灵活性较大。加密的智能卡,其存储区的访问受逻辑电路控制,只有密码正确,才能读写,而且密码的核对次数有限,超过规定的次数,卡将被锁死。
智能卡是个比较新的事物,它的第一个专利是1974年在法国申请的,而智能卡的首次应用是在1982年,也是在法国。一般来说,我们使用的智能卡有两种,一种称为“DUMB”卡,也叫存储器卡,卡中的集成电路为EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)。这种卡仅有数据存储能力,没有数据处理能力。另外,存储器卡中有一种卡叫逻辑加密卡,它的集成电路芯片是具有加密逻辑的EEPROM,这种卡在对卡中的数据进行操作前,必须验证每个卡的操作密码。密码的验证是由卡中的芯片完成,而不是由读卡终端完成。DUMB卡的一个典型应用事例是在卡上面存储一定数量的现金后,使用人就可以用卡代替现金支付,如打电话,养老保险,自动售货机等。DUMB卡的另一个典型应用事例是把卡装入个人电脑“PC卡”,习惯上称PCMCIA。另一种智能卡才是真正意义上的“智能卡”,也叫CPU卡,卡中的集成电路包括CPU(中央处理器)、EEPROM、RAM(随机存储器)以及固化在ROM(只读存储器)中的COS(片内操作系统)。在这种卡上,除了记忆能力外,嵌入了微型处理器,这种卡就可以实现对所存储信息的简单处理能力。当要实现相当大的数据必须随着人或者事物移动时,首先选择的技术就是智能卡技术。例如,在记录出租汽车行驶时间系统中应用智能卡技术。智能卡的微处理器按照工作方式不同又可以分成两种工作模式:接触模式和非接触模式。非接触式智能卡除了有上述智能卡的电路外,还带有射频收发电路及相关的电路,它实现卡片与阅读器的非接触传递信息,没有卡片的磨损,也不会象接触式智能卡那样,由于接触不当造成集成电路的破坏。今天,世界上每时每刻都有许多张智能卡在使用,它已经成为人们日常生活的一部分。在1993年,全球共制造了330万张智能卡,其中,12%是真正的“智能卡”;到了1995年,全球造出的智能卡就达到了580万张,其中,10%是“智能卡”。在1993年的330万张卡中,260万张用于电话系统,23万张用于银行系统。由此可以看出,智能卡的发展速度是非常迅速的。AIDC技术中,智能卡技术也是公认最有发展前景的卡技术。因为随着集成电路技术的提高,我们将得到更小的智能卡设备,它具有较低的工作电压,非常小的耗电,而且存储容量更大,工作速度更快。
光卡(OPTICAL CARD)
OPTICAL CARD使用的技术与音乐CD和CD ROM所用的技术非常相似,一个“金色”的光敏材料制成的圆盘层压在卡片上,用来存储信息。在信息的写入过程中,比较强的激光会在控制器的控制下,在光卡上光敏材料的不同地方“烧灼”出一个一个的“洞”。在光卡的读操作过程中,相对较弱的激光照射在光卡的光敏材料上,有“洞”的地方和没“洞”的地方光的反射率是不同的,这种反射的不同就分别代表机器码的“0”和“1”,反射光再通过光、电转换器,把光信号转换成机器的电信号。光敏材料在数据写入过程中被改变,以后是不能复原的,也就是说,光卡技术是一次写入而可以多次反复读出的AIDC技术。光卡能够存储的信息是非常大的,现在,一张光卡可以存储4—6MB的信息,可以用来存储几何图形,如照片,指纹,X光照片等等。
无线射率识别技术(RFID)
RFID是英文“RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION”的缩写。射频技术是利用无线电波对记录媒体进行读写。射频识别的距离可达几十厘米至几米,且根据读写的方式,可以输入数千字节的信息,同时,还具有极高的保密性。射频识别技术适用的领域:物料跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触数据采集和交换的场合,要求频繁改变数据内容的场合尤为适用。如香港的车辆自动识别系统—驾易通,采用的主要技术就是射频技术。目前香港已经有约8万辆汽车装上了电子标签,装有电子标签的车辆通过装有射频扫描器的专用隧道、停车场或高速公路路口时,无需停车缴费,大大提高了行车速度,提高了效率。射频技术在其它物品的识别及自动化管理方面也得到了较广泛的应用。
现在,RFID是AIDC领域最热门的技术,尽管这种技术已经存在发展了许多年了,但它只有在从本领域众多的发明技术中总结规划出一个技术标准以后才能得到快速的切实的应用,ISO和AIM(AUTO-ID MANUFACTURES)正在进行这方面的工作,相信不久的将来,RFID会得到很快的发展。
1、RFID系统的组成
RFID系统在具体的应用过程中,根据不同的应用目的和应用环境,系统的组成会有所不同,但从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。下面分别加以说明:
1)、信号发射机
在RFID 系统中,信号发射机为了不同的应用目的,会以不同的形式存在,典型的形式是标签(TAG)。标签相当于条码技术中的条码符号,用来存储需要识别传输的信息,另外,与条码不同的是,标签必须能够自动或在外力的作用下,把存储的信息主动发射出去。标签一般是带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路。典型的标签结构如上图所示:按照不同的分类标准,标签有许多不同的分类。
(1)、主动式标签、被动式标签
在实际应用中,必须给标签供电它才能工作,虽然它的电能消耗是非常低的(一般是百万分之一毫瓦级别)。按照标签获取电能的方式不同,可以把标签分成主动式标签与被动式标签。主动式标签内部自带电池进行供电,它的电能充足,工作可靠性高,信号传送的距离远。另外,主动式标签可以通过设计电池的不同寿命对标签的使用时间或使用次数进行限制,它可以用在需要限制数据传输量或者使用数据有限制的地方,比如,一年内,标签只允许读写有限次。主动式标签的缺点主要是标签的使用寿命受到限制,而且随着标签内电池电力的消耗,数据传输的距离会越来越小,影响系统的正常工作。
被动式标签内部不带电池,要靠外界提供能量才能正常工作。被动式标签典型的产生电能的装置是天线与线圈,当标签进入系统的工作区域,天线接收到特定的电磁波,线圈就会产生感应电流,在经过整流电路给标签供电。被动式标签具有永久的使用期,常常用在标签信息需要每天读写或频繁读写多次的地方,而且被动式标签支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。被动式标签的缺点主要是数据传输的距离要比主动式标签小。因为被动式标签依靠外部的电磁感应而供电,它的电能就比较弱,数据传输的距离和信号强度就受到限制,需要敏感性比较高的信号接收器(阅读器)才能可靠识读。
(2) 只读标签与可读可写标签
根据内部使用存储器类型的不同,标签可以分成只读标签与可读可写标签。只读标签内部只有只读存储器ROM(READ ONLY MEMORY)和随机存储器RAM (RANDOM ACCESS MEMORY)。ROM用于存储发射器操作系统说明和安全性要求较高的数据,它与内部的处理器或逻辑处理单元完成内部的操作控制功能,如响应延迟时间控制,数据流控制,电源开关控制等。另外,只读标签的ROM中还存储有标签的标识信息。这些信息可以在标签制造过程中由制造商写入ROM中,也可以在标签开始使用时由使用者根据特定的应用目的写入特殊的编码信息。这种信息可以只简单地代表二进制中的“0”或者“1”,也可以象二维条码那样,包含复杂的相当丰富的信息。但这种信息只能是一次写入,多次读出。只读标签中的RAM用于存储标签反应和数据传输过程中临时产生的数据。另外,只读标签中除了ROM和ROM外,一般还有缓冲存储器,用于暂时存储调制后等待天线发送的信息。
可读可写标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲存储器之外,还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器除了存储数据功能外,还具有在适当的条件下允许多次写入数据的功能。非活动可编程记忆存储器有许多种,EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)是比较常见的一种,这种存储器在加电的情况下,可以实现对原有数据的擦除以及数据的重新写入。
(3) 标识标签与便携式数据文件
根据标签中存储器数据存储能力的不同,可以把标签分成仅用于标识目的的标识标签与便携式数据文件两种。对于标识标签来说,一个数字或者多个数字字母字符串存储在标签中,为了识别的目的或者是进入信息管理系统中数据库的钥匙(KEY)。条码技术中标准码制的号码,如EAN/UPC码,或者混合编码,或者标签使用者按照特别的方法编的号码,都可以存储在标识标签中。标识标签中存储的只是标识号码,用于对特定的标识项目,如人、物、地点进行标识,关于被标识项目的详细的特定的信息,只能在与系统相连接的数据库中进行查找。
顾名思义,便携式数据文件就是说标签中存储的数据非常大,足可以看作是一个数据文件。这种标签一般都是用户可编程的,标签中除了存储标识码外,还存储有大量的被标识项目其它的相关信息,如包装说明,工艺过程说明等等。在实际应用中,关于被标识项目的所有的信息都是存储在标签中的,读标签就可以得到关于被标识项目的所有信息,而不用再连接到数据库进行信息读取。另外,随着标签存储能力的提高,可以提供组织数据的能力,在读标签的过程中,可以根据特定的应用目的控制数据的读出,实现在不同的情况下读出的数据部分不同。
2)信号接收机
在RFID系统中,信号接收机一般叫做阅读器。根据支持的标签类型不同与完成的功能不同,阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外,阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外,还必须含有一定的附加信息,如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起,并按照特定的顺序向外发送。阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达阅读器的信息被正确的接收和译解后,阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次,或者知道发射器停止发信号,这就是“命令响应协议”。使用这种协议,即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签,也可以有效地防止“欺骗问题”的产生。
3) 编程器
只有可读可写标签系统才需要编程器。编程器是向标签写入数据的装置。编程器写入数据一般来说是离线(OFF-LINE)完成的,也就是预先在标签中写入数据,等到开始应用时直接把标签黏附在被标识项目上。也有一些RFID应用系统,写数据是在线(ON-LINE)完成的,尤其是在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时。
4) 天线
天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中,除了系统功率,天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收,需要专业人员对系统的天线进行设计、安装。
2、无线数据通信(RFDC)
标签与阅读器之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式进行的。一般地,我们可以用两个参数衡量数据在空气介质中的传播,数据传输的速度和数据传输的距离。由于标签的体积、电能有限,从标签中发出的无线信号是非常弱的,信号传输的速度与传输的距离就很有限。为了实现数据高速、远距离地传输,必须把数据信号叠加在一个规则变化的信号比较强的电波上,这个过程叫调制,规则变化的电波叫载波。在RFID系统中,载波电波一般由阅读器或编程器发出。有多种方法可以实现数据在载波上的调制,如用数据信息改变载波的波幅叫调幅;改变载波的频率叫调频;改变载波的相位叫调相等等。一般来说,使用的载波频率越高,数据能够传输的速度越快,例如,2.4GHZ频率的载波,可以实现2Mbps(相当于每秒可以传输大约200万个字符)。但是,不能无限地提高载波频率以提高信息传输速度,因为,无线电波频率的选用是受到政府管制的,各个国家一般都对不同频率的无线电波规定了不同的应用目的,RFID技术无线电波的选择也必须遵守这种规定。目前,国内一般采用通信频率为2.4GHz扩频技术进行通信。这是因为在我国2.4G-2.4835GHz 的频段是无需向国家无线电管理委员会申请使用许可证的公用频段。过去,商业的无线数据传输一般采用窄带传输,即使用比较单一的载波频率传输数据。现在,商业领域广泛使用扩频技术传输无线数据,即使用有一定范围的频率传输数据,这就有了带宽的概念,带宽就是通信中使用的最高的载波频率与最低的载波频率之差。使用宽带频率传输数据最明显的优势是数据传输的速度进一步加快,而且可靠性更高,因为当一个频率的载波线路繁忙或出现故障时,信息可以通过别的频率载波线路传输。实际商用宽带传输数据技术又可以分为两种:即直接序列扩频技术(Direct Sequence
Spread Spectrum,简称直频技术)和跳频技术(Frequency Hopping FH)。
直频技术使用伪随机码对数据进行处理,得到扩频序列,然后将扩频序列调制通过不同的信道同时进行传输,信号接收装置收到信号后将信号解码并按照特定的算法重组信息,以还原成可以识读的信息。应用这种技术,系统占用功率频谱密度(在单位频段上的发射功率)大大降低,信息扩展到一个比较宽的频率范围内传输,达到可抵抗其它特定频率干扰的目的。我国的无委会规定的开放频段与欧洲标准一致,参照欧洲标准,直频技术可以从13个信道(中心频点)中选用,为了免除自身干扰,选用的互相关联的不同信道之间,两两之间频率至少间隔30MHZ。这13个频点的设定从2.412至2.472GHz之间,共有60M带宽,通常直频系统只能选择2-3个信道进行数据传播,在一定程度上不能充分利用频带资源,影响了数据的传播速度。另外,由于使用同一功率支持多个信道的数据传输,一个信道上载波的波幅就比较小,信息传输的距离受到限制。
跳频技术与直频技术完全不同,跳频的载频受一个伪随机码的控制,在其工作带宽内,不断地跳变频率,跳频相当于瞬时的窄带通信系统,在2.4-2.4853GHz之间将信道设为79个,每隔0.02-0.1秒跳变一个频率,当跳跃至某个频点时,先判断该频点是否有噪声干扰,若无则传输信号,若有则依据算法跳至下一频点继续判断。因此在不同的频点,跳频的频率及传输率可能会变化,并且很难避免一些无谓的频率上的损耗,即在检测频点是否空闲时会造成信号传输延迟。另外,因为系统有响应时间限制,超过响应时间,跳频设备会认为检测信号发射失败(丢包),会命令发射机重发,也造成系统资源的浪费。变频技术的特点是保密性好,抗干扰能力也比较好。与直频技术相比,信息传输的距离也比较远。商用系统的跳变频率较低,在每秒50跳以内,成本较低。
影响数据传输距离远近的首要因素是载波信号与标签中数据信号的强度,载波信号的强度受阅读器功率大小控制,标签中数据信号的强度由标签自带电池功率(主动式标签)或标签可以产生的电能(被动式标签)大小决定。一般来说,阅读器和标签的功率越大,载波信号和数据信号越强,数据能够传输的距离越远。无线电波在空气介质中传播,随着传播的距离越来越远,信号的强度会越来越弱。从理论上说,无线电波的衰减程度与传输距离的平方成正比。在系统实际应用中应该注意的是,不能为了达到数据传输的距离而无限制的提高阅读器和标签的功率,因为与载波频率的选择一样,无线电波的功率是受到政府的管制的。除了系统功率影响数据传输的距离外,空气介质的性质和数据传输路径也显著影响数据传输的距离。空气介质的性质包括空气的密度、湿度等性质。一般来说,采用的载波频率越高,空气性质不同对数据传输距离的影响越明显。空气的湿度越大或者是空气的密度越高,介质对无线电波的吸收越严重,数据传输的距离就越小。另外,如果数据传输路径中有许多障碍物,也会显著影响数据传输的距离,因为无线电波碰到障碍物时,物体一般都会对无线电波产生吸收和反射。考虑到空气的性质和数据传输中经过障碍物,无线电波衰减的程度有时可以达到与传输距离的四次方成正比。影响数据传输距离的因素还包括,发射、接收天线的设计和布置,躁声干扰等等。
3、 RFID系统的分类
根据RFID系统完成的功能不同,可以粗略地把RFID系统分成四种类型:EAS系统、便携式数据采集系统、网络系统、定位系统。
1)、EAS技术
ELECTRONIC ARTICLE SURVEILLANCE(EAS)是一种设置在需要控制物品出入的门口的RFID技术。这种技术的典型应用场合是商店、图书馆、数据中心等地方,当未被授权的人从这些地方非法取走物品时,EAS系统会发出警告。在应用EAS技术时,首先在物品上粘付EAS标签,当物品被正常购买或者合法移出时,在结算处通过一定的装置使EAS标签失活,物品就可以取走。物品经过装有EAS系统的门口时,EAS装置能自动检测标签的活动性,发现活动性标签EAS系统会发出警告。EAS技术的应用可以有效防止物品的被盗,不管是大件的商品,还是很小的物品。应用EAS技术,物品不用再锁在玻璃橱柜里,可以让顾客自由地观看、检查商品,这在自选日益流行的今天有着非常重要的现实意义。典型的EAS系统一般由三部分组成,1)、附着在商品上的电子标签,电子传感器;2)、电子标签灭活装置,以便授权商品能正常出入;3)、监视器,在出口造成一定区域的监视空间。
EAS系统的工作原理是:在监视区,发射器以一定的频率向接收器发射信号。发射器与接受器一般安装在零售店、图书馆的出入口,形成一定的监视空间。当具有特殊特征的标签进入该区域时,会对发射器发出的信号产生干扰,这种干扰信号也会被接收器接收,再经过微处理器的分析判断,就会控制警报器的鸣响。根据发射器所发出的信号不同以及标签对信号干扰原理不同,EAS可以分成许多种类型。关于EAS技术最新的研究方向是标签的制作,人们正在讨论EAS标签能不能象条码一样,在产品的制作或包装过程中加进产品,成为产品的一部分。
2)、便携式数据采集系统
便携式数据采集系统是使用带有RFID阅读器的手持式数据采集器采集RFID标签上的数据。这种系统具有比较大的灵活性,适用于不宜安装固定式RFID系统的应用环境。手持式阅读器(数据输入终端)可以在读取数据的同时,通过无线电波数据传输方式(RFDC)实时地向主计算机系统传输数据,也可以暂时将数据存储在阅读器中,在一批一批地向主计算机系统传输数据。
3)物流控制系统
在物流控制系统中,固定布置的RFID阅读器分散布置在给定的区域,并且阅读器直接与数据管理信息系统相连,信号发射机是移动的,一般安装在移动的物体、人上面。当物体、人流经阅读器时,阅读器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理信息系统存储、分析、处理,达到控制物流的目的。
4)定位系统
定位系统用于自动化加工系统中的定位以及对车辆、轮船等进行运行定位支持。阅读器放置在移动的车辆、轮船上或者自动化流水线中移动的物料、半成品、成品上,信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。信号发射机上存储有位置识别信息,阅读器一般通过无线的方式或者有线的方式连接到主信息管理系统。
生物统计识别技术
生物统计识别技术,是基于对有生命个体(LIVING PERSON)的生理特征或行为特征进行分析来识别验证个体身份的自动识别技术。典型的生物统计识别系统一般包括三个部分,用于扫描或捕获个体的生理、行为特征的扫描、照相装置;用于对扫描到的信息进行分析、压缩,并且把扫描信息与系统中已经存储的信息(对比模板)比较分析的装置;与其它设备接口装置。这种技术不仅仅用于对个体的识别,也可以与其它的设备相结合,用于对系统进行安全控制。
在实际应用中,根据不同的应用目的,选择个体的稳定的生理特征或行为特征进行识别是系统成功应用的关键。根据生理特征识别除了众所周知的指纹识别外,还包括手掌形状、瞳孔形状、视网膜血管分布图识别等等。行为特征识别包括对个体签字的书写规律与力度识别,个体说话方式识别等等。另外,由于个体的行为特征会随着时间的推移而发生变化,所以,基于个体行为方式的生物统计识别系统应该能够对个体逐渐变化的行为方式自动修正。
一般来说,衡量生物统计识别系统识别能力的大小可以用误拒率与误受率两个指标。误受率是非授权人被系统错误接受,非法进入系统的几率,误拒率是授权人不能正常进入系统的几率。生物统计识别系统一般都允许用户对系统适当设置以平衡调节系统的这两个指标。如果系统防止非授权人非法进入系统的能力加强(误受率变小),授权人不能正常进入系统的几率就会变大(误拒率变大)。生物统计识别技术专家指出,为了有效地降低误受率而防止误拒率的变大,必须对系统的使用者进行培训。在实际应用中,了解系统的识读能力,并对系统的识读能力进行最优化设置,以确保系统能够满足具体的应用目的。例如,对信用卡、支票等进行检验就不能仅仅采用签字识别的生物统计识别技术,因为金融银行业一般都要求非常低的误拒率。
生物统计识别技术广泛应用于安全控制领域。技术的成本和复杂性曾经限制了这种系统的应用,随着技术的发展,系统的成本持续下降,而系统的性能不断提高,系统在其它领域的应用也将逐渐扩大。
1、语音识别技术
语音识别技术的迅速发展及其高效可靠的应用软件的开发,使语音识别技术在很多方面得到了应用。语音识别一般的处理过程如下:首先使用与语音处理器相连的微型麦克风进行语音输入,语音处理器再对输入的语音信号进行处理,把它变成模拟电信号,再经过特殊的设备变成数字信号,再用“模块识别法”或者“特征分析法”把数字信号转化成计算机的二进制输入。输入的语音数据可以直接用于特定的应用程序,也可以用于控制计算机智能设备,如控制智能生产设备,控制打印机等。
按照不同的分类方法,语音识别系统可以分成不同的类型。根据系统是否能够连续处理语音输入,可以把语音识别系统分成连续型与非连续型。非连续语音识别系统语音的输入是间断的,也就是说,输入者读入每一个单词以后必须短暂停顿才能读入下一个单词。这样的系统可以有效降低出错的几率,易于对输入信息的正确与否进行检验,系统的准确性比较高。当需要大量的信息输入或者环境中有相当严重的背景噪音时,使用非连续语音识别系统是比较明智的。连续语音识别系统允许输入者以正常说话的语速完成语音输入,所以这种系统使用更加自然。但是,连续语音识别系统错误率比较高,而且系统能够容忍的背景噪音比较低。连续语音识别系统的价格曾一度非常昂贵,近年来随着技术的发展,价格已经戏剧性地降了下来,而且系统的性能显著提高。
根据语音识别系统对语音输入者的敏感程度不同,可以把语音识别系统分成SPEAK-DEPENDENT型和SPEAK-INDEPENDENT型。SPEAK-INDEPENDENT语音识别系统预先把可以识别的词汇表输入到系统中,允许多个语音输入者使用识别系统。由于人类语言非常丰富,这种语音识别系统只能输入并识别差别比较大的简单的词汇,如数字0~9,而且可以识别的词汇有限。SPEAK-DEPENDENT 系统不需要预先输入词汇表,在使用过程中,系统会记忆输入者的语音、方言等语音特征,系统就是根据记忆的输入者的语音特征完成语音输入。新的语音输入者使用系统时,系统也会根据已经记忆的原有输入者的语音特征识读新的语音输入,所以系统是不允许多个用户同时使用系统。
语音识别系统使用声音指令或者特定语句实现“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手脚并用的工作场合尤为适用。随着语音识别系统硬件、软件技术的不断完善和价格的持续下降,语音识别必将在许多领域广泛应用。
2、指纹识别技术
3、其它生物统计识别技术
其它AIDC技术
1、光学字符(OCR)识别技术
光学字符识别技术是最早被考虑作为键盘输入的代替手段,已经有30多年的发展历史。光学字符识别技术首先是用光符识读扫描仪对字符、字母、图形等进行水平方向和垂直方向的扫描,然后使用OCR软件把扫描到的字符、字母、图形等转变成二进制文件形式,输入到计算机系统。使用光学字符识别系统,可以一次输入整篇的文档。
一般来说,光学字符识别技术对扫描的文档进行二进制转化有两种方法:模块识别法和特征分析法。模块识别法是预先在系统中装入各种字符、数字等的样品,通过比较扫描到的文档与存储的样品,选择最相近的模板来完成二进制的转化。特征分析法把字体看成由各个比划组成,并抽象出各比划的规律来完成扫描字符的二进制转化。
光学字符识别技术曾被美国经销商协会选为标准自动识别技术,并在许多商场使用了光学字符识读设备。现在,向计算机系统输入帐单、发票的数据是光学字符识别技术的典型应用。另外,OCR系统能够准确扫描照片、图表或其它图形文件,并且能以各种格式存储(BMP/TIFF/PCX/EPS等)。图形文件可以剪切、更改以满足不同的应用目的。
自从90年代以来,光学字符识别技术的发展非常迅速。现在,光学字符识别系统识读“脏”文件的能力已经显著提高,这种能力使得光学字符识别系统能够可靠识读复印多次已经模糊不清的文件或者传真质量比较差的文件。但是,影响光学字符识读技术广泛应用的真正关键因素是系统能够达到的准确率,尤其是识读字符型文件可以达到的准确率。理论上说,只有光学字符识读技术达到100%的准确率,系统才具有真正的使用价值。因为即使系统可以达到99%的准确,也要求系统的使用者逐字检查100个字符以消除那1个错误。光学字符识读技术由于存在着首读率低、误码率较高、硬件价格贵等原因,不适合需要大量数据输入的环境。
2、机器视觉识别系统(MVS)
在需要高速识别、检查物体的应用环境中,机器视觉识别系统发挥着重要的作用,因为在这种应用环境中,人工操作会变的极易疲劳,准确性也没有保障。机器视觉识别技术的工作原理与光学字符识别技术的原理基本相同,系统首先使用照相机对被检测的物体扫描,然后,系统的微型处理器对扫描到的物体图形与系统中原先存储的物体图形比较,找出差别,并指导系统应该采取什么行动。
在应用机器识别系统时,关键是对用于照明被检测物体的光线进行选择,选择适合的光线,系统才能稳定可靠地工作。随着机器识别技术的发展,系统可以达到误差分析精度越来越高,现在有的系统可以达到百万分之一英寸的分析精度。把机器视觉识别系统与适当的自动机械、机器人、或其它过程控制设备相连,就可以自动完成产品检验。
人类视觉识别系统最多可以区分60 种不同的颜色,而机器视觉识别系统可以轻易区别几百种颜色。机器视觉识别系统也不会因常年累月的做重复的工作而“疲劳”。随着人工智能、三维处理技术的不断发展,机器视觉识别技术已经有了很大发展。当今,机器视觉识别技术已经从传统的被动的产品检测功能发展为对对各种处理过程进行实时控制和信息反馈。
3、磁性墨迹识别(MAGNETIC INK CHARACTER RECOGNITION,MICR)
磁性墨迹识别技术是50年代中期发展起来的自动识别与数据采集技术,广泛用于银行业对各种票据的书写。磁性墨迹识别技术的原理是:使用带有特殊磁性的墨水印刷字符,这种字符与普通的印刷文档表面看没有任何区别,但这种字符可以供人识别的同时,也可以用专门的磁性识读工具识读,甚至字符上打上删除标记或者被弄脏也可以识读。在实际应用中,磁性识读设备必须与磁性字符可靠接触才能准确识别,并且需要对设备与字符进行准确定位。
磁性墨迹识别技术在发展之初首先应用在金融业,随着技术的发展,这种技术已经开始在零售业应用。应用磁性识别技术,对每个单据的处理可以节省30秒钟时间,而且能够有效地防止票据的“欺骗行为”。 |