自動識別技術

概述

近年來，自動識別系統 (Auto-ID) 在很多服務領域、商務和分銷、物流、工業(yè)和制造以及材料流等領域變得越老越流行。在這些領域中，自動識別過程提供關于人員、動物、貨物、材料和產品等在傳輸過程中的信息。
普遍使用的條形碼標簽在很久前出發(fā)了一場識別系統的革命，但是現在隨著急劇增長的編號數量已經發(fā)現越來越不適用了。條形碼可以十分便宜，但是其致命缺陷是其低存儲容量和不能重新編程的特點。
技術上講更好的方案是在硅芯片之上存儲數據。我們日常生活中在用的最常見的電子數據設備是接觸式IC卡(電話卡，銀行卡等)。然是機械接觸的IC卡卻限制了其適用性。在數據承載設備和閱讀器之間的非接觸式數據傳輸可以帶來更大的靈活性。在理想情況下，用于操作數據承載設備所需的電力也可以通過非接觸方式從閱讀器進行傳輸。因為用于傳輸數據和電力的方式，非接觸ID 系統也稱為是RFID 系統(射頻識別)。
活躍在RFID系統領域中進行開發(fā)和銷售的公司的數量說明了這是一個應該認真對待的市場。在2000年，RFID系統在美國的銷售額大約是9億美元，并可望在2005年達到26.5億美元。RFID 市場因此成為射頻技術領域 （還包括移動電話和無繩電話）增長最快的領域。

圖 1 RFID的應用市場增長
并且，近年來，非接觸識別已經發(fā)展成一本獨立的交叉學科，它整合了多種完全不同的領域：高頻技術和EMC，半導體技術，數據保護和加密，通信，制造科學和其他相關領域的技術。

自動識別系統Automatic Identification Systems）

圖2 主要的自動識別技術

條形碼系統

條形碼系統（Bar Code System）在過去20年歷牢牢的統治著識別系統領域。 據專家估計，在上世界90年代早期，條形碼系統在西歐的總容量曾達到30億德國馬克。
條形碼是由平行排列的線條和間隔所組成的二進制編碼。它們根據預定的模式進行排列并且表達相應記號系統的數據項。寬窄不同的線條和間隔的排列次序可以解釋成數字或者字母。它可以進行光學掃描閱讀，即根據黑色線條和白色間隔對激光的不同反射來識別。但是盡管其物理原理相似，目前在用的大約有10數種不同的編碼和布局方案。
最流行的條形碼方案是EAN 編碼 (歐洲物體編碼)，它在1976年設計，本來針對雜貨店。EAN 編碼是美國UPC (通用產品編碼)的發(fā)展。今天， UPC表達為EAN 編碼的子集，并且可以兼容之。
EAN 編碼由13位數字組成：國家標識符，公司標識符，制造商的物品標識符和校驗位。如圖3：

圖表 3  EAN編碼的條形碼實例
除了EAN 之外，下列條形碼在各種領域也很流行：

• Code Codabar: 醫(yī)學和臨床應用，?        以及高安全需求的領域
• Code 2/5 interleaved: 自動化工業(yè)，?    貨物存儲，?         貨盤，?         裝船容器和重工業(yè)。
• Code 39: 流程工業(yè)，?      物流，?         大學和圖書館。

圖4  ISBN統一書號代碼
由于一維條碼的信息容量很小，如商品上的條碼僅能容納幾位或者幾十位阿拉伯數字或字母，商品的詳細描述只能依賴數據庫提供，離開了預先建立的數據庫，一維條碼的使用就受到了局限。基于這個原因，人們迫切希望發(fā)明一種新的碼制，除具備一維條碼的優(yōu)點外，同時還有信息容量大、可靠性高、保密防偽性強等優(yōu)點。為了滿足人們的這種需求，美國Symbol公司經過幾年的努力，于1991年正式推出名為PDF417的二維條碼，簡稱為PDF417條碼（見下圖），即 “便攜式數據文件”。

圖表5 二維條碼PDF417
PDF417條碼是一種高密度、高信息含量的便攜式數據文件，是實現證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動存儲、攜帶并可用機器自動識讀的理想手段。PDF417條碼具有如下特點：

• 信息容量大

根據不同的條空比例每平方英寸可以容納250到1100個字符。在國際標準的證卡有效面積上(相當于信用卡面積的2/3，約為76mm＊25mm), PDF417條碼可以容納1848個字母字符或2729個數字字符，約500個漢字信息。這種二維條碼比普通條碼信息容量高幾十倍。

• 編碼范圍廣

PDF417條碼可以將照片、指紋、掌紋、簽字、聲音、文字等凡可數字化的信息進行編碼。

• 保密、防偽性能較好

PDF417條碼具有多重防偽特性，它可以采用密碼防偽、軟件加密及利用所包含的信息如指紋、照片等進行防偽，因此具有極強的保密防偽性能。

• 譯碼可靠性高

普通條碼的譯碼錯誤率約為百萬分之二左右，而PDF417條碼的誤碼率不超過千萬分之一，譯碼可靠性極高。

• 修正錯誤能力強

PDF417條碼采用了世界上最先進的數學糾錯理論，如果破損面積不超過50％，條碼由于沾污、破損等所丟失的信息，可以照常破譯出丟失的信息。

• 容易制作且成本低

利用現有的點陣、激光、噴墨、熱敏/熱轉印、制卡機等打印技術，即可在紙張、卡片、PVC、甚至金屬表面上印出PDF417二維條碼。由此所增加的費用僅是油墨的成本，因此人們又稱PDF417是“零成本”技術。

• 條碼符號的形狀可變

同樣的信息量，PDF417條碼的形狀可以根據載體面積及美工設計等進行自我調整。
在我國，中國物品編碼中心介紹了二維條碼國家標準《四一七條碼》，即GB／T17172－1997。

光學字符識別

光學字符識別（Optical character recognition (OCR)）最早在上世紀60年代開始應用。人們開發(fā)了一些特殊的字體，以便能夠使人和機器都能夠閱讀。OCR 系統最大的優(yōu)點是信息的高密度性以及在緊急情況下人可以介入進行可視閱讀。
今天， OCR已經被用在生產，服務和管理領域，并且在銀行用作支票的注冊。
但是， OCR系統沒有成為通用手段的原因是其高昂的價格和與其他識別方式相比更加復雜的閱讀器。

生物特征識別

生物特征識別（Biometrics） 是基于人類人體自身所帶的某種身體或者行為特征進行模版化后對個體進行識別。因此，該方式具有其他方式所不具備的特征，即識別特征是天然的不可重復的（理論上）。對于方式來說，主要有指紋、掌紋、聲音、語音、虹膜、視網膜、步態(tài)、面容等等。其中指紋方式是最流行和普遍的。
關于生物特征識別的詳細內容，請參見我編寫的《生物特征識別系統》和《生物特征識別和信息安全》兩篇白皮書。

智能卡

智能卡（smart card）是一個數據存儲系統，也可以提供附加的計算能力，并且對數據存儲提供內置的防篡改支持。第一個智能卡是1984年發(fā)行的預付費電話卡。智能卡被放入閱讀器中，這樣，就與只能卡的觸角之間形成了電流通路。閱讀器向智能卡提供電源和和時鐘脈沖。兩者之間的數據傳輸使用雙向串行接口的(I/O port)的方式。基于內部功能的不同，智能卡的基本類型分為兩種：內存卡和處理器卡。
智能卡的一個主要優(yōu)勢是存儲在其上的數據可以防止非授權的訪問和修改。因此，智能卡克易失得與這些信息相關的服務完成簡單、便宜和安全的服務事務。因此在安全訪問，認證、金融和電信領域使之成為微電子領域增站最快的一塊。

RFID系統

RFID 和上述的智能卡系統非常緊密相關。和智能卡類似，數據被存儲在一個電子數據承載設備——收發(fā)器（transponder）之上。但是，和智能卡不同，數據承載設備和閱讀器之間的電源供應和數據傳輸不是基于接觸的電流方式，而是基于磁場或電磁場的方式。其基本的依賴技術包括射頻和雷達工程技術。RFID 的縮寫代表radio frequency identification,即是說，信息是通過無線電波承載的。因為RFID 系統和其他識別系統相比有很多優(yōu)點，RFID 系統開始大規(guī)模的占領市場。一個主要的應用領域就是非接觸式智能卡在短程公共交通中的應用。

不同識別系統的比較

上述各種不同的識別系統之間的比較如下表所示。并且在接觸式智能卡和RFID 系統之間有著緊密地聯系。從某一方面說，后者彌補了前者的幾乎所有缺點。

圖表6 不同識別技術的比較