2.1 自動識別技術簡介

隨著人類社會步入信息時代，人們所獲取和處理的信息量不斷加大。傳統的信息采集輸入是通過人工手段錄入的，不僅勞動強度大，而且數據誤碼率高。那么怎么解決這一問題呢？答案是以計算機和通信技術為基礎的自動識別技術。自動識別技術將數據自動采集，對信息自動識別，并自動輸入計算機，使得人類得以對大量數據信息進行及時、準確的處理。

自動識別技術近幾十年在全球范圍內得到了迅猛發展，初步形成了一個包括條碼技術、磁條磁卡技術、IC卡技術、光學字符識別、射頻技術、聲音識別及視覺識別等集計算機、光、磁、物理、機電、通信技術為一體的高新技術學科。中國物聯網校企聯盟認為自動識別技術可以分為：光符號識別技術、語音識別技術、生物計量識別技術、條形碼技術、IC卡技術、射頻識別技術（RFID）。這里簡要介紹常見的條形碼技術以及IC卡技術。

2.1.1 條形碼技術

條形碼（barcode），讀者都很熟悉，在我們身邊隨處可見，是隨著計算機與信息技術的發展和應用而誕生的，條形碼技術是集編碼、印刷、識別、數據采集和處理于一身的新型自動識別技術。常見的條形碼有一維條形碼和二維條形碼。因為條形碼是印刷在商品包裝上的，所以其成本幾乎為“零”。如圖2-2所示。

圖2-2 一維條形碼和二維條形碼

a）一維條形碼 b）二維條形碼

1.一維條形碼

一維條形碼是將寬度不等的多個黑條和空白，按照一定的編碼規則排列，用以表達一組信息的圖形標識符。一維條形碼只是在一個方向（一般是水平方向）表達信息，而在垂直方向則不表達任何信息，其一定的高度通常是為了便于閱讀器的對準。

常見的一維條形碼是由反射率相差很大的黑條（簡稱條）和白條（簡稱空）排成的平行線圖案。一維條形碼可以標出物品的生產國、制造廠家、商品名稱、生產日期、圖書分類號、郵件起止地點、類別、日期等許多信息，因而在商品流通、圖書管理、郵政管理、銀行系統等許多領域都得到廣泛的應用。

通用商品條形碼一般由前綴部分、制造廠商代碼、商品代碼和校驗碼組成。商品條形碼中的前綴碼是用來標識國家或地區的代碼，賦碼權在國際物品編碼協會，如00～09代表美國、加拿大，45、49代表日本，69代表中國大陸，471代表中國臺灣地區，489代表中國香港特區。制造廠商代碼的賦權在各個國家或地區的物品編碼組織，中國由國家物品編碼中心賦予制造廠商代碼。商品代碼是用來標識商品的代碼。商品條形碼最后用1位校驗碼來校驗商品條形碼中左起第1～12數字代碼的正確性。商品條形碼是指由一組規則排列的條、空及其對應字符組成的標識，用以表示一定的商品信息的符號。其中條為深色、空為淺色，用于條形碼識讀設備的掃描識讀。其對應字符由一組阿拉伯數字組成，供人們直接識讀或通過鍵盤向計算機輸入數據使用。這一組條空和相應的字符所表示的信息是相同的。

一維條形碼的應用可以提高信息錄入的速度，減少差錯率，但是一維條形碼也存在一些不足之處：①數據容量較小，只有30個字符左右；②只能包含字母和數字；③條形碼尺寸相對較大（空間利用率較低）；④條形碼遭到損壞后便不能閱讀等。

2.二維條形碼

在水平和垂直方向的二維空間存儲信息的條形碼，稱為二維條形碼（2-dimensional bar code）。與一維條形碼一樣，二維條形碼也有許多不同的編碼方法，稱為碼制。就這些碼制的編碼原理而言，通常可分為以下三種類型。

1）線性堆疊式二維條形碼：在一維條形碼編碼原理的基礎上，將多個一維碼在縱向堆疊而產生的。典型的碼制如Code 16K、Code 49.PDF417等。

2）矩陣式二維條形碼：在一個矩形空間通過黑、白像素在矩陣中的不同分布進行編碼。典型的碼制如Aztec、Maxi Code、QR Code、Data Matrix等。

3）郵政碼：通過不同長度的條進行編碼，主要用于郵件編碼，如Postnet、BPO 4-State。

二維條形碼相對于一維條形碼，主要有以下幾個優點：

1）二維條形碼包含更多的信息量。二維條形碼采用了高密度編碼，小小的圖形中可以容納1850個大寫字母、2710個數字、1108個字節或500多個漢字，是普通條碼信息容量的幾十倍。如此大的信息量能夠讓人們把更多種樣式的內容轉換成二維條形碼，通過掃描傳播更大的信息量。

2）編碼范圍廣。二維條形碼可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數字化的信息進行編碼，用條碼表示出來。可以表示多種語言文字，也可表示圖像數據。

3）二維條形碼譯碼準確。我們知道二維條形碼只是一個圖形，想要獲取圖形中的內容就需要對圖形進行譯碼。二維條形碼的譯碼誤碼率為千萬分之一，比普通條形碼的譯碼誤碼率的百分之二要低很多。

4）能夠引入加密措施。和一維條形碼相比，二維條形碼的保密性更好。通過在二維條形碼中引入加密措施，能更好地保護譯碼內容不被他人獲得。

5）成本低，易制作。二維條形碼有用非常多的內容，但其成本并不高，并且能夠長久使用。

相對其他自動識別技術，二維條形碼只是主要解決了一維條形碼信息標識容量問題。條形碼是“可視技術”，讀寫器在人的指導下工作，只能接收它視野范圍內的條形碼，并且條形碼只能識別生產者和產品，貼在所有同一種產品包裝上的條形碼都一樣，無法識別單品。這些問題的解決還需要新技術的使用。

2.1.2 磁卡與IC卡技術

1.磁卡

磁卡是一種卡片狀的磁性記錄介質，利用磁性載體記錄字符與數字信息，用來標識身份或其他用途。磁卡由高強度、耐高溫的塑料或紙質涂覆塑料制成，能防潮、耐磨且有一定的柔韌性，攜帶方便、使用較為穩定可靠。通常，磁卡的一面印刷有說明提示性信息，如插卡方向；另一面則有磁層或磁條，以液體磁性材料或磁條為信息載體，將液體磁性材料涂復在卡片上或將寬約6～14 mm的磁條壓貼在卡片上。磁條上有三條磁道：磁道1與磁道2是只讀磁道，在使用時磁道上記錄的信息只能讀出而不允許寫或修改；磁道3為讀寫磁道，在使用時可以讀出，也可以寫入。磁道1可記錄數字（0～9）、字母（A～Z）和其他一些符號（如括號、分隔符等），最大可記錄79個數字或字母。磁道2和3所記錄的字符只能是數字（0～9）。磁道2最大可記錄40個字符，磁道3最大可記錄107個字符。磁卡磁條結構如圖2-3所示。

圖2-3 磁卡磁條結構

磁卡的信息讀寫相對簡單容易，使用方便，成本低，從而較早地獲得了發展，并進入了多個應用領域，如電話預付費卡、收費卡、預約卡、門票、儲蓄卡、信用卡等。信用卡是磁卡較為典型的應用。發達國家從20世紀60年代就開始普遍采用了金融交易卡支付方式。其中，美國是信用卡的發祥地，日本首創了用磁卡取現金的自動取款機及使用磁卡月票的自動檢票機。1972年，日本制定了磁卡的統一規范，1979年又制定了磁條存取信用卡的日本標準JIS-B-9560、9561等。國際標準化組織也制定了相應的標準。

雖然磁卡得到了廣泛應用，但磁卡受壓、被折、長時間曝曬、高溫，磁條劃傷弄臟等也會使磁條卡無法正常使用。同時，在刷卡器上刷卡交易的過程中，刷卡器磁頭的清潔與老化程度，數據傳輸過程中受到干擾，系統錯誤動作，收銀員操作不當等都可能造成磁條卡無法使用。

2.IC卡

IC卡（Integrated Circuit Card，集成電路卡），也稱智能卡（Smart card）、智慧卡（Intel?ligent card）、微電路卡（Microcircuit card）或微芯片卡等。它是將一個微電子芯片嵌入符合ISO 7816標準的卡基中，做成卡片形式。IC卡與讀寫器之間的通信方式可以是接觸式，也可以是非接觸式。根據通信接口把IC卡分成接觸式IC卡、非接觸式IC卡和雙界面卡（同時具備接觸式與非接觸式通信接口）。如圖2-4所示。

接觸式IC卡是通過IC卡讀寫設備的觸點與IC卡的觸點接觸后進行數據的讀寫。國際標準ISO 7816對此類卡的機械特性、電器特性等進行了嚴格的規定。

非接觸式IC卡與IC卡設備無電路接觸，是通過非接觸式的讀寫技術進行讀寫（例如光或無線技術）。其內嵌芯片除了CPU、邏輯單元、存儲單元外，還增加了射頻收發電路。因此非接觸式IC卡又稱為射頻卡。

雙界面卡是由PVC層合芯片線圈而成，基于單芯片的，集接觸式與非接觸式接口為一體的智能卡，它有兩個操作界面，對芯片的訪問，可以通過接觸方式的觸點，也可以通過相隔一定距離，以射頻方式來訪問芯片。卡片上只有一個芯片，兩個接口，通過接觸界面和非接觸界面都可以執行相同的操作。兩個界面分別遵循兩個不同的標準，接觸界面符合ISO/IEC 7816標準；非接觸符合ISO/IEC 14443標準。

與磁卡相比較，IC卡具有以下優缺點：存儲容量大；安全保密性好，不容易被復制，IC卡上的信息能夠隨意讀取、修改、擦除，但都需要密碼；使用壽命長，可以重復充值；IC卡具有防磁、防靜電、防機械損壞和防化學破壞等能力，信息保存年限長，讀寫次數在數萬次以上。但IC卡的制造成本高。

圖2-4 IC卡

a）接觸式IC卡 b）非接觸式IC卡 c）雙界面IC卡

以RFID技術為基礎的非接觸式IC卡，即射頻卡，使用的是通過無線電波進行數據傳遞的一種非接觸式自動識別技術。它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環境。與條碼識別、磁卡識別技術和接觸式IC卡識別技術等相比，它以特有的無接觸、抗干擾能力強、可同時識別多個物品等優點，逐漸成為自動識別中最優秀的和應用領域最廣泛的技術之一，是目前最重要的自動識別技術。