对象识别与数据库研究.docx
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对象识别与数据库研究
第一章前言
1.1本设计的意义：
信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，也是我国产业升级和实现工业化，现代化的关键环节。
而对象识别作为数据采集处理环节也是信息化的一个重要方面。
用于对象识别的方法很多，本论文通过几种识别技术的介绍对比重点突出了射频卡技术。
并通过Philips公司MIFARE技术的射频卡读卡器系统的设计与开发。
来介绍其原理和优点，射频卡技术由于其和其他对象识别系统相比具有存储容量大；体积小；重量轻；抗干扰能力强；便于携带；安全性好；对网络要求不高等优点现在被广泛的应用在商贸，交通，电信，医疗，校园等等领域。
它对提高现代化管理水平和人们的生活质量，推动整个社会信息化进程具有重要作用。
这就是本论文把射频卡技术作为重中之重的原因。
同时也本论文研究的意义所在
1.2对象识别技术概述：
在我们的现实生活中，各种各样的活动或者事件都会产生这样或者那样的数据，这些数据包括人的，物质的。
财务的，也包括采购的，生产的和销售的，这些数据的采集和分析对于我们的生产或者生活决策来讲是十分重要的。
如果没有实际准确的数据支援生产和决策就将成为一句空话，也将缺乏现实基础。
所以人们一直在寻求简单准确的获取数据的方法。
在信息系统早期，相当部分数据的处理是通过人工手工录入，这样，不仅数据量十分庞大，劳动强度大，而且数据误码率高，也失去了实时的意义为了解决这些问题，人们就研究了各种各样的对象识别技术。
各种条码技术，生物识别技术，卡类技术都是在这种需求下研究出来的，这些技术研究成功后大大的将人们从繁重的数据输入中解放出来，这样不但使人们不在为数据输入困扰，而且大大的降低了误码率。
随着对象识别技术集成应用的快速发展，无论是条码技术、射频技术，还是生物识别技术，都在不同程度上显示出其巨大的应用潜力。
2003-2005年，自动识别产业及应用推广取得了重大成果。
在国家“以信息化带动工业化”的宏观政策和“中国条码推进工程”的指导下，对象识别技术将成为IT技术重要的增值技术。
整个产业的技术性、增值性和成长性，将促使整个产业以完整独特的产业形象出现在IT的舞台上，形成产业、业内企业共赢的良好局面。
1.3对象识别技术概念：
对于什么是对象识别技术一般是这样定义的，对象识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间接近活动，以获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的数据处理系统来完成相关的后续处理的一种技术。
举例说明，例如商场的条形码技术就是一个典型的对象识别技术。
售货员通过扫描仪扫描商品的条码，获取商品的名称，价格输入数量。
后台的管理系统即可计算出该商品的价格，从而完成结算。
对象识别技术近几十年来在全球范围内得到了迅速发展，初步形成了一个包括条形码技术，以指纹识别技术为代表的生物识别技术，IC卡技术射频技术以及光学识别等集计算机信息技术通信技术传感技术为一体的高新技术。
一般来说一个典型的对象识别系统应由以下几部分组成：
1.供识别系统识别的标志，例如指纹，条码，各种卡片等等。
2.识别装置，例如各种读卡器等。
3.后台的数据管理装置，例如各种数据管理的数据库等等。
4.各种借口以及软件系统。
在以上个部分中供识别系统识别的标志是基础，只有有了可靠唯一的识别标志才能为识别提供最基础的保证。
而识别装置要通过标志来判断识别这个标志是不是合法的，如果是合法的它都带有那些信息并把这些信息及时的通过各种接口传递给后台的管理系统。
管理系统通过数据分析处理作出判断并进行一次操作，然后把结果在次传递给标志，以方便下一次的操作。
1.4对象识别的分类
对象识别系统根据识别对象的特征可以分为两大类，分别是数据采集技术和特征提取技术。
这两大类对象识别技术的基本功能都是完成物品的自动识别和数据采集。
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（如标签等），而特征提取技术则根据被识别物体本身的行为特征（包括静态的动态的特征如指纹）来完成数据的采集
数据采集包括：
1光存储器：
（1）.条码（一维，二维）
（2）.矩阵码
（3）.光标阅读器
（4）.光学字符识别（OCR）
2.磁存储器
（1）.磁条
（2）.非接触失磁卡
（3）.磁光存储
（4）.微波
3电存储器
（1）.触摸式存储
（2）.RFID射频识别（无芯片，有芯片）
（3）.视觉识别
（3）.能量扰动识别
特征提取技术包括：
1.动态特征
（1）.声音（语音）
（2）.键盘敲击
（3）.其他感觉特征
2.属性特征
（1）.化学感觉特征
（2）.物理感觉特征
（3）.生物抗体病毒特征
（4）.联合感觉系统
这些分类是根据识别对象的特征来分的在本论文中只对人们应用对广的几种识别技术做简单的介绍。
1.5各种识别技术的简单介绍：
由于以后几章将详细的对条码技术，IC卡，射频卡等技术做介绍所以这里只是对这些技术做个简单的说明。
由于真正对象识别是从条码开始的所以我们首先来说条码技术
1.5.1条码技术
条码是有一组规则排列的条，空以及相应的数字组成，这种用条，空组成的数据编码可以供条码阅读器识读，而且很容易译成二进制和十进制数。
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），适用于不同的应用场合。
目前使用频率最高的集中码制是EAN，UPC，39码，交叉码和EAN128码，其中UPC条码主要用于被美，WAN是国际通用的符号体系，它是一种定长，无含义的条码，主要用于商品标识。
还有其他的一些码制在第二章有详细的介绍。
前面的条码都是一维条码，为了提高一定面积上的条码信息密度和信息量又发展了一种新的条码编码形式——二维条码。
从结构上将二维条码可以分为两类，一类为由矩阵代码和点代码组成，其数据是以二维空间的形态编码的，另一类是包含重叠的或多行的条码符号，其数据以成串的数据显示。
重叠的符号标志法有CODE49，CODE16K和PDF417。
调码成本低，适合于大量需求且数据不必更改的场合。
例如商品的包装上就和适合，但也有较易磨损，且数据量很小等不足之处。
1.5.2磁卡技术
磁卡技术应用了物理学和磁力写的基本原理。
对识别设备制造商来说，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者塑料这样的非磁性基片上。
磁条技术的优点是数据读写，即具有现场改写的数据能力，数据存储量能满足大多数需求，使用方便，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了广泛的应用。
磁条技术是接触识读，它与条码有三个不同：
一个是其数据可做部分改写操作，另一个是给定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，接触性识读最大的缺点就是灵活性太差。
1.5.3IC卡技术
IC卡是有法国人RolandMoreno于1970年发明的，他第一次将可编程设置的IC芯片放于卡片中，使卡片具有了更多的功能。
通常所说的IC卡大多是只接触式IC卡。
IC卡和磁卡比较有以下特点：
（1）安全性高；
（2）IC卡的存储容量大，便于使用，方便保管；
（3）IC卡防磁，防一定强度的静电，抗干扰能力强，可靠性比磁卡高，使用寿命长，一般可重复使用10万次以上；
（4）IC卡价格稍高些，由于它的触点暴露在外面，有可能因为认为的原因或静电损坏。
在我们的生活中，IC卡的应用也比较广泛电话IC卡，手机SIM卡等等都应用IC卡。
1.5.4.射频技术（RFID）
射频技术的简本原理是电磁理论。
射频系统的优点是不局限与视线，识别距离比光学系统远，射频识别卡可具有读写能力，可携带大量的数据，难以伪造和智能性较高。
射频识别和条码一样是非接触式识别技术。
由于无线电波能“扫描”数据，所以RFID卡可做成隐形的。
有些RFID识别产品的识别距离可以达到数百米，RFIA标签可作成读写的。
射频标签最大的优点就是在于非接触，因此完成识别工作时无需人工干预，适合于自动并且不易损坏，可识别高速运动的物体并可同时识别多个射频标签，操作快捷方便。
射频标签不怕油喷，灰尘污染等恶劣的环境，短距离的射频标签可以在这样的环境中替代条码。
RFID的缺点是标签成本相对较高，而且一般不能随意仍掉而多数的条码扫描寿命结束时可仍掉。
其他识别技术由于篇幅限制不做介绍。
1.6本论文的内容安排：
第一章，简单介绍了对象识别的相关基础知识，目的是使大家对对象识别有个大体的了解。
第二章，介绍了条形码技术，主要包括条码技术的概述和历史，条码技术的分类。
重点介绍了一维，二维条码的原理，编码方式，优缺点，最后提出了具有一维条码和二维条码优点的复合条码技术
第三章，介绍了IC卡的相关知识，包括IC卡的分类，IC卡的国际标准，IC卡的设计方法和接口设计读卡控制等方面的知识
第四章，介绍了目前比较先进的射频卡技术。
主要包括射频技术，射频卡技术，射频卡系统工作原理等知识。
重点通过一般的射频卡设计来说明射频卡系统的相关知识，包括卡片的设计，读卡器硬件设计和相关的软件设计。
第五章，总结
第二章条形码技术
2.1条形码技术概述
条码技术是一种自动识别技术，近年来国内外EAN.UCC条形码作为一种廉价高效的识别技术，其使用推广取得了很大的进步与发展，其运用不再局限于商品的存货跟踪与零售环节的识别，在医疗卫生、运输、电信、农业等部门的使用也越来越频繁。
目前，条形码作为一种及时、准确、可靠、经济的数据输入手段己被物流信息系统所采用。
在工业发达国家己经普及应用，己成为商品独有的世界通用的“身份证”。
它被证明是一种廉价实用的基础性信息技术，具有以下优点:
1.是为实现对信息的自动扫描而设计的。
它是实现快速、准确而可靠地采集数据的有效手段。
2.条形码技术的应用解决了数据录入和数据采集和“瓶颈”问题，为供应链管理提供了有力的技术支持。
3.输入速度快与键盘输入相比，条形码输入的速度是键盘输入的5倍，并且能实现即时数据输入。
4.信息量大:
利用传统的一维条形码一次能采集八位字符的信息，二维条形码更能以携带数千个字符的信息，并有一定的自动纠错能力。
5.准确度高:
键盘输入数据出错率为三百分之一，利用光学字符识别技术出错率为万分之一，而采用条形码技术误码率低于百万分之一。
6.灵活实用:
条形码标识既可以作为一种识别手段单独使用，也.可以和有关识别设备组成一个系统实现自动化识别，还可以和其他控制设备联接起来实现自动化管理。
7.成本低:
条形码利用普通打印设备.可以打印，成本一般不超过1分钱。
条码技术为我们提供了一种对物流中的物品进行标识和描述的方法，借助自动识别技术、POS系统、EDI等现代技术手段，企业可以随时了解有关产品在供应链上的位置，并即时做出反应，由此实现物流的现代化
2.2条形码技术
条形码技术一般分为三类：
一维条码，二维条码和复合码三种。
2.2.1一维条码
一维条形码是由一组黑白相间、粗细不同的条状符号组成，条码隐含着数字信息、字母信息、标志信息、符号信息，通过和信息系统的联系用以表示商品的名称，产地、价格、种类等，是全世界通用的商品代码的表示方法。
条码构成是一组黑白相间的条纹，这种条纹由若干个黑白的“条”和白色的“空”所组成，其中，黑色条对光的反射率低而白色的空对光的反射率高，再加上条与空的宽度不同，就能使扫描光线产生不同的反射接收效果，在光电转换设备上转换成不同的电脉冲，形成了可以传输的电子信息。
由于光的运动速度极快，所以可以准确无误地对运动中的条码予以识别。
通常，将人可识别的字符注在条码的下面。
下面来了解一下条码技术基本的基本概念，这将有助于我们进行技术探讨和分析。
最基本的概念术语如下:
1.条形码元素:
用以表示条形码的条和空，简称为元素。
2.条形码字符:
用以表示一个数字、字母及特殊符号的一组条形码元素。
3.条:
在条形码符号中，反射率较低的元素。
4.空:
在条形码符号中，反射率较高的元素。
5.位空:
在条形码符号中，位于两个相邻的条形码字符之间，且为代表信息的空。
6.条高:
在条的二维尺寸中较长的那个尺寸。
7.条宽:
在条形码符号中，排除两侧静区的那部分长度。
8.单位元素长度:
在条形码符号中，窄元素的标称宽度为单位元素宽度用X表示。
9.两种元素宽条形码:
在条形码字符中，如果元素的宽度只有两种，即宽元素和窄元素，则称此种码制为两种元素宽条形码。
10.多种元素宽条形码:
在条形码符中，如果元素的宽度有三种或三种以上则称此种码制为多种元素宽型条码。
11.条形码逻辑值:
对于两种元素宽条形码，宽元素的逻辑值为1、窄元素的逻辑值为0，对于多种元素的宽条形码，若单位元素宽度上是条，则逻辑值为1，若单位元素宽度上是空，则逻辑值为0。
一维条码的字符结构及实例如表2.1所示。
空白区
起始字符
数据字符
校验字符
终止字符
空白区
表2.1一维条码的字符结构
一维条码的码制较多，常见的大概有二十多种码制，其中包括:
Code39码（标准39码）、Codabar码（库德巴码）、Code25码（标准25码）、ITF25码（交叉25码）、Matrix25码（矩阵25码）、UPC-A码、UPC-E码、EAN-13码（EAN-13国际商品条码）、EAN-8码CEAN-8国际商品条码）、中国邮政码（矩阵25码的-种变体）、Code-B码、MSI码、Code11码、Code93码、ISBN码、ISSN码、Code128码CCode128码，包括EAN128码）、Code39EMSCEMS专用的39码）等一维条码。
目前，国际广泛使用的条码种类有EAN,UPC码、Code39码（可表示数字和字母，在管理领域应用最广）、ITF25码（在物流管理中应用较多）、Codebar码（多用于医疗、图书领域）、Code93码、Code128码等。
其中，EAN码是当今世界上广为使用的商品条码，己成为电子数据交换（EDD）的基础:
UPC码主要为美国和加拿大使用:
在各类条码应用系统中，Code39码因其可采用数字与字母共同组成的方式而在各行业内部管理上被广泛使用:
在血库、图书馆和照像馆的业务中，Codebar码也被广泛使用。
EAN条码是国际上通用的通用商品代码，我国通用商品条码标准也采用EAN条码结构，我们日常购买的商品包装上所印的条码一般就是EAN码。
EAN码符号有标准版（EAN-1）和缩短版（EAN-8）两种，主版是由13位数字及相应的条码符号组成，在较小的商品上也采用8位数字码及其相应的条码符号。
其构成一般如下:
1.前缀码。
由三位数字组成，是国家的代码，我国为690，是国际物品编码会统一决定的。
2.制造商代码。
由四位数字组成，我国物品编码中心统一分配、注册，一厂一码。
3.商品代码。
由五位数字组成，表示每个制造厂商的商品，由厂商确定，可标识十万种商品。
2.2.2二维条码技术
在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码，称为二维条码（2-dimensionabarcode）。
与一维条码一样，二维条码也有许多不同的编码方法，或称码制。
就这些码的编码原理而言，通常可分为以下三种类型:
1.线性堆叠式二维码:
是在一维条码编码原理的基础上，将多个一维码在纵向堆叠而产生的。
典型的码制如:
Code16K,Code49,PDF417等。
2.矩阵式二维码:
是在一个矩形空间通过黑、白象素在矩阵中的不同分布进行编码。
典型的码制如:
Aztec,MaxiCode,QRCode,DataMatrix等。
3.邮政码通过不同长度的条进行编码，主要用于邮件编码，如:
PostnetBPO4-State。
在许多种类的二维条码中，常用的码制有:
DataMatrix,MaxiCode,Aztec,Code,Vericode,PDF417,Ultracode,Code49,Code16K等，其中:
DataMatrix主要用于电子行业小零件的标识，如Intel的奔腾处理器的背面就印制了这种码MaxiCode是由美国联合包裹服务（UPS）公司研制的，用于包裹的分拣和跟踪。
Aztec是由美国韦林（WelchAllyn）公司推出的，最多可容纳3832个数字或3067个字母字符或1914个字节的数据。
下面，我们以最长见的PDF417码为例，介绍二维条码的特性和特点。
PDF417码是由留美华人王寅敬（音）博士发明的。
PDF是取英文PortableDateFile三个单词的首字母的缩写，意为“便携数据文件”。
因为组成条码的每一符号都是由4个条和4个空构成，如果将组成条码的最窄条或空称为一个模块，则上述的4个条和4个空的总模块数一定为17，所以称417码或PDF417码。
PDF417有以下特点:
1.信息容量大PDF417码除可以表示字母、数字、ASCII字符外，还能表示二进制数。
为了使得编码更加紧凑，提高信息密度，PDF417在编码时有三种格式1.扩展的字母数字压缩格式可容纳1850个字符，2.二进制/ASCII格式可容纳1108个字节，3.数字压缩格式可容纳2710个数字。
2.错误纠正能力一维条码通常具有校验功能以防止错读，一旦条码发生污损将被拒读。
而二维条码不仅能防止错误，而且能纠正错误，即使条码部分损坏，也能将正确的信息还原出来。
3.印制要求不高普通打印设备均可打印，传真件也能阅读。
4.可用多种阅读设备阅读:
PDF417码.可用带光栅的激光阅读器，线性及面扫描的图像式阅读器阅读。
5.尺寸可调以适应不同的打印空间。
6.码制公开己形成国际标准，我国也己制定了417码的国标。
二维条码除了实现信息容量扩大的需求外，另外一个特点是纠错能力很强。
二维条码的纠错功能是通过将部分信息重复表示（冗余）来实现的。
比如在PDF417码中，某一行除了包含本行的信息外，还有一些反映其它位置上的字符（错误纠正码）的信息。
这样，即使当条码的某部分遭到损坏，也可以通过存在于其它位置的错误纠正码将其信息还原出来。
PDF417的纠错能力依错误纠正码字数的不同分为0-8共9级，级别越高，纠正码字数越多，纠正能力越强，条码也越大。
当纠正等级为8时，即使条码污损一半也能被正确读出。
不过二维条码技术还有缺陷主要表现在以下方面
1.种类繁多，各种二维条码之间编码规则区别极大，大部分条码的没有形成国际标准，各地区，各部门甚至于各企业根据自己的需要设计或选择二维条码使用，不但给条码的识读和译码上作带来极大的不便，也不利于物流企业上下游之间的信息共享。
对于很多中小用户来说，有时只需要扫描一维条码，即录入商品或包装箱的单品标识信息，而不需要扫描二维条码，即录入商品或包装箱的描述性信息，强行推广二维条码的使用，将迫使其不得不投入设备或者淘汰现有使用的设备。
2.在使用中，阅读矩阵式二维条码必须使用2DCCD条码阅读器，对于堆叠式二维码可用线性的和光栅激光扫描器识读。
国内现有物流企业大多按一维条码识别要求配置识读设备。
这样二维条码在国内的推广势必造成极大浪费而不被大多数物流企业短时间接受。
2.2.3复合码技术
国际物品编码协会（EANInternational和美国统一代码委员会（UCC）是全球条码技术的倡导者和推动者。
这两大国际条码组织一直致力于建立全球统一的商品及服务的标识体系，提高物流管理水平，促进国际商业及贸易的发展。
长斯以来，随着计算机技术在商业及物流领域的成功运用，人们己经认识到现有的商品条码（EAN/UCC条码，只有12-13位数字信息），受其信息容量的限制，己无法满足商业物流管理的需要。
为了加强对物流商品的单品管理，提高物流管理中商品信息自动采集的效率，EAN与UCC首次合作，于1999年初联合推出了一种全新的适于各个行业应用的物流条码标准一复合码（CompositeSymbology，简称CS）。
复合码的出现，解决了人们标识微小物品及表述附加商品信息的问题。
复合码是一维条码与二维条码有机地叠加在一起，以实现在读取商品的单品识别信息的同时，还能够获取更多描述商品物流特征的信息。
复合码作为一种新的条码码制，很好地保持了国际物品编码体系（EAN/UCC系统）的完整性及兼容性。
复合码中的一维条码.可以是任何形式的RSS，也可以是普通的EAN/UCC条码。
其作用在于，一是单品标识，二是作为二维条码的定位符，用于成像仪识别时的定位。
复合码中的二维条码部分由PDF417条码构成，用于表示附加的应用标识符（ApplicationIdentifier）的数据串，诸如产品的批号、保质期等商品的描述性信息。
根据所编信息容量的不同，复合码符号有3种不同的变体，以适应不同的应用。
1.CS-A76-106个字符，为一维条码加微型PDF417变体;
2.CS-B359-391个字符，为一维条码加微型PDF417二维条码:
3.CS-C2378-2410个字符，为一维条码加PDF417二维条码。
复合码是由一维码和二维码叠加在一起而构成的一种新的码制，主要用于物流及仓储管理。
在设计复合码时，应使一维条码数据内容与二维条码PDF417的数据内容相联，以免扫描条码时造成张冠李戴的错误。
在一维条码的数据与二维条码的数据之间建立一种绝对的联系是多年来编码工作者一直考虑的问题。
因为用户有时需要既扫描一维条码，即录入商品或包装箱的单品标识信息，也扫描二维条码，即录入商品或包装箱的描述性信息。
复合码是将EANUCC系统线性符号和2D（二维条码）复合组分组合起来的一种编码。
线性组分对项目的主要标识进行编码。
相邻的2D复合组分对附加数据，如批号和有效日期进行编码。
EANUCC复合码有3种类型，每个分别有不同的编码规则。
设计编码器模型.可以自动选择准确的类型并进行优化。
用于表示项目主要标识的线性组分可以被所有扫描器识别，2D复合组份可以被线性的面阵CCD扫描器，以及线性的和光栅激光扫描器识读。
2D组分给EANUCC系统线性符号增加了用以表示附加信息的应用标识符单元数据串。
从技术上说它具有了以下优点:
复合码是唯一的，具有易扫描识别的特征。
复合码的尺寸大小与矩阵相当，但可以在更大范围进行扫描。
复合码比其它激光扫描的二维码要小。
目前，复合码的应用主要集中在标识散装商品（随机称重商品）、蔬菜水果、医疗保健品及非零售的小件物品以及商品的运输与物流管理。
在零售业中，复合码的应用首先解决了微小物品的条码标识问题。
利用原有的EAN/UCC条码标识微小物品时，只能用8位的EAN/UCC缩短码，所表述的信息仅为商品唯一编号（8位数据）。
这种缩短码由于信息容量小，占用面积大，号码资源紧张等原因，给商业用户带来了诸多不便。
采用复合码以后，有效地增大了单位面积条码的信息容量。
其次，复合码的出现，为商店散装商品及蔬菜水果等的条码标识提出了理想的解决方案。
借助于复合码，不但可以表示商品的单品编码，还可以将商品的包装日期、最佳食用日期等附加商品信息标识在商品上，便于零售店采集，以对保质期商品实施有效的计算机管理和监控。
在物流系统中，越来越多的应用证明，采集和传递更多的运输单元信息是非常必要的。
而目前现有的EAN/UCC128码受信息容量的限制，无法提供满意的解决方案。
物流管理所需要的信息可分为两类:
运输信息和货物信息。
运输信息包括交易信息，诸如采购订单编号、装箱单及运输途径等。
复合码中包含这些信息的好处在于供应链的各个环节都可以随时采集所需信息，而无需在线式数据库。
将货物本身信息编在二维条码中是为了给电子数据交换（EDI提供可靠的备份，从而减少对网络的依赖性。
这些信息包括包装箱及所装物品、数量以及保质期等，掌握这些信息对混装托盘的运输及管理尤其重要。
采用复合码以后，这种以EAN/UCC128码及PDF417二维条码构成的复合码可将2300个字符编入条码中，从而解决了物流管理
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