智能管控關鍵技術

虹膜識別技術

虹膜是位於人眼表面黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環狀區域，在紅外光下呈現出豐富的紋理信息，如斑點、條紋、細絲、冠狀、隱窩等細節特徵。虹膜識別技術通過對比虹膜圖像特徵之間的相似性來確定人們的身份，其核心步驟是使用模式識別、圖像處理等方法對人眼睛的虹膜特徵進行描述、匹配和分類，從而實現自動的個人身份認證。

虹膜作為最精確、最穩定、最快速的生物特徵，是高端門禁系統的理想選擇。虹膜識別系統將人的眼睛作為隨身攜帶的&34;，可以從根本上杜絕代替打卡、無關人員混入等現象。與其他相關的生物認證技術相比，虹膜識別門禁系統識別率高、使用方便、衛生、快速。

虹膜作為身份標識具有許多先天優勢：

· 準確性

準確性是生物識別技術的關鍵性能。受英國政府委託，英國國家物理實驗室（NPL）測試比較了視網膜、虹膜、指紋、掌紋、面部、聲音、手書動力學等七種技術。報告認為：虹膜、視網膜準確度最高，面部&34;，指紋要提高準確性須採集十個手指的指紋。此外，日本自動識別專題研討會（AIM）給出了不同技術的錯誤接受率，虹膜比指紋準確1200倍，比面部準確12000，比聲音準確40000倍。AIM認為，準確度最低的是聲音識別。

· 唯一性

虹膜的形態由DNA以及胚胎發育過程的隨機幹擾而定，所以每個人都具有獨一無二的虹膜紋理，自然界不可能出現完全相同的兩個虹膜，即使是同一個人的左右眼或者是同卵雙胞胎，其虹膜紋理也有顯著差異。

· 穩定性

虹膜從嬰兒胚胎期的第3個月起開始發育，到第8個月虹膜的主要紋理結構已經成形。除非經歷危及眼睛的外科手術，此後幾乎終生不變。由於角膜的保護作用，發育完全的虹膜不易受到外界的傷害。

· 抗欺騙性

NPL認為，虹膜、視網膜最強，指紋、掌紋容易偽造，籤名可以模仿，聲音可以用錄音代替，面部是&34;。例如：指紋每次使用時都會留下印膜，很容易被他人獲取，用以製造假指紋。

· 實用性

視網膜在眼底，取像困難，沒有發展前景；深色虹膜難於採集可用圖像（實際是所採圖像難於正確識別）；聲音需要高保真度的麥克風；面部、掌紋需要高精度攝像機；手書需要專用寫字板，不能使用計算機上的已有配置；指紋取像容易，但屬於接觸式採集（均來源於NPL）。接觸式採集的弊端是易汙染設備，影響準確性。此外，對指紋識別來說，還有體力勞動紋理磨損、老年人手指乾澀影響使用等問題。

· 非接觸式採集

虹膜是一個外部可見的器官，不必緊貼採集裝置就能獲取合格的虹膜圖像，識別方式相對於指紋、手形等需要接觸感知的生物特徵更加乾淨衛生，不會汙損成像裝置，影響其他人的識別。

指靜脈識別技術

識別技術是利用近紅外線穿透手指後所得的靜脈紋路影像來進行，是具有高精度、高速度、活體檢測、高防偽性等特點的。用手指靜脈進行身份認證時，獲取的是手指內部的靜脈圖像特徵，而不是手指表面的圖像特徵。因此，不存在任何由於手指表面的損傷、磨損、乾燥或太溼等帶來的識別障礙。

指靜脈生物特徵識別技術的具體實現步驟如下：

1、靜脈掃描：LED在手指一方發射近紅外線，透射手指，在手指另一方，照相機拍攝靜脈圖像。

2、圖像校正：調整圖像的位置和角度，使其符合規格。

3、特徵提取：根據以上得到的圖像，提取靜脈分布圖像，得到特徵圖。

4、圖像對比與匹配：將以上得到的特徵圖與資料庫中的原始模版進行比較，計算相關性。如果相匹配則通過，不匹配則被拒絕。

醫學研究證明指靜脈的形狀具有唯一性和穩定性，即每個人的指靜脈圖像都不相同，同一個人不同手指的靜脈圖像也不相同，健康成年人的靜脈形狀不再發生變化，這就為指靜脈提供了醫學依據。

指靜脈生物特徵識別技術具有以下特點：

(1) 高度準確。只需要手指輕輕一放，就能觸發高度準確識別，誤識率為0.0001%，拒真率為0.01%，拒絕率為0。

(2) 高度防偽。靜脈隱藏在身體內部，被複製或者盜用的機會極小，活體技術無需擔心偽造。

(3) 特性穩定。指靜脈信息不會隨年齡、生活環境、工作性質、心理因素的變化而變化。

(4) 快速認證。指靜脈原始靜脈影像被捕獲並數位化處理，通過專有的靜脈提取算法，整個過程不到1秒。

(5) 簡單易用。指靜脈特徵數據量少，每1根手指靜脈的特徵數據僅536個字節，便於保存和使用。

(6) 易於接受。使用者心理抗拒性低，受心理和環境因素影響低。

無線射頻識別技術

· 無線射頻識別技術的分類

根據無線射頻識別系統的基本特徵，可以將其進行多種分類，具體如下：

（1）根據工作方式進行分類： 全雙工系統、半雙工系統、時序系統。

（2）根據電子標籤的信息量進行分類：1 位系統、多位系統。 1 位系統是指系統的信息量為 1 位，該系統的讀寫器能夠發出兩種狀態的信號，1 和 0 信號，1信號代表在發出的信號範圍內有電子標籤，0 信號代表在發生的信號範圍內沒有電子標籤。這樣能夠實現簡單的監控和信號發送接收功能。多位系統是指電子標籤的信息量能在幾個字節甚至幾千個字節當中，具體的信息量由應用需要來決定。

（3）根據信息載體進行分類：只讀系統和可讀寫系統。只讀系統是指讀寫器只能讀取電子標籤中的信息，而不能將信息再次寫入到電子標籤中，電子標籤的內容一旦存儲完成，就無法通過讀寫器來進行寫入。可讀寫系統是指讀寫器既可以對電子標籤的信息進行讀取又可以讀電子標籤的信息進行寫入。

（4）根據工作頻率進行分類：低頻系統、中高頻系統、超高頻系統和微波系統。

· 無線射頻識別系統的構成

無線射頻識別系統(RFID 系統)是自我識別系統(Automatic EquipmentIdentification)在射頻技術方面的具體應用和發展。具有能夠在惡劣環境下自動識別的功能，因此它可以完全取代條形碼識別技術。無線射頻識別系統一般由三個部分組成：標籤、讀寫器、天線。

射頻標籤是由耦合元件和晶片組成，可以作為設備的標示，每個射頻標籤都是唯一的產品代碼(Electronic Product Code ,EPC)，這樣射頻讀寫器就能夠通過對EPC 的識別和跟蹤來獲得 EPC 所標示的物品的信息，並建立用戶驅動的供應網絡。無線射頻讀寫器是由高頻結構和控制單元兩個基本模塊組成，EPC 標籤讀寫器具有初始化EPC標籤的信息，讀取EPC標籤信息，刪除EPC標籤信息的功能。天線一般是內置在讀寫器和標籤當中的，標籤的天線和讀寫器的天線都能夠發射和接受能量，以此來實現信息傳遞的目的。

· 無線射頻識別系統的工作原理

無線射頻讀寫器在接收到需要讀寫標籤的指令之後，會在一定的範圍內發出無線射頻信號，在該範圍內的標籤憑藉線圈上的感應電流獲得能量啟動標籤控制電路和射頻電路發出存儲在晶片中的數據，標籤主動發出特定信號，讀寫器直接接受到該信號進行相應解碼後恢復數據原始信息，然後傳輸到電子計算機中進行處理，管理系統得到相關的信息，這就是相應的自動識別的工作原理，如圖所示

RFID 技術的基本工作原理是：標籤進入磁場後，隨即接收解讀器發出的射頻信號，憑藉著感應電流所獲得的能量發送存儲在晶片中的產品信息（Passive Tag，無源標籤或被動標籤），或者讓標籤主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有源標籤或主動標籤），解讀器讀取信息並完成解碼後，再送至中央信息系統進行有關數據處理。

RFID 系統， 是由讀寫器（Reader）與電子標籤（TAG）正是所謂的應答器（Transponder）及應用軟體系統這三個部份所組成，其工作原理是由 Reader 發射一特定頻率的無線電波能量給Transponder，用以驅動Transponder的電路將內部的數據送出，這時 Reader 便依序接收解讀數據，再送給應用程式做相應的處理。以 RFID 卡片讀寫器和電子標籤之間的通訊及能量感應方式上來看大致上可以分為：感應耦合（Inductive Coupling) 及後向散射耦合（BackscatterCoupling）兩種。一般低頻的 RFID 大都採用第一種方式，而較高頻大多採用第二種方式。讀寫器能夠根據使用的結構和技術不同分為讀或讀/寫裝置，是 RFID 系統信

息控制和處理平臺。讀寫器通常由耦合模塊、收發模塊、控制模塊和接口單元組合而成。讀寫器與應答器之間一般採用的是半雙工通信方式進行信息交換，同時讀寫器還通過耦合給無源應答器提供能量和時序。而在實際應用中，可以進一步通過 Ethernet 或 WLAN 等實現對物體識別信息的採集、處理及遠程傳送等基礎管理功能。應答器是 RFID 系統信息的載體，應答器大多是由耦合原件（線圈、微帶天線等）與微晶片組成無源單元。

視頻結構化技術

關於視頻圖像結構化技術，業界內比較容易讓人理解的定義是：視頻圖像結構化是指對視頻、圖片內容按語義關係，採用目標檢測、特徵提取、對象識別、深度學習等分析手段，組織成可被計算機和人識別、理解、檢索的文本信息的技術。視頻圖像結構化分析流程如下圖所示。

目前，視頻監控系統產生的海量的視頻或圖片大多為非結構化或半結構化數據，其中，非結構化視頻或圖片多為原始視頻或圖片，視頻或圖片中的內容均需由人工完成內容信息的提取與識別；半結構化視頻或圖片，是由計算機提取部分信息，再結合人工完成內容信息的提取與識別。然而，非結構化或半結構化的視頻或圖片，均不能有效被計算機應用於基於數據開展的實戰業務中，因此，如何將視頻或圖片中的車輛信息進行結構化提取，將是開展本系統設計的先決條件。

前端設計採用抓拍單元實時抓拍過車圖片；後端解析設計採用視頻結構化技術，對監控攝像機採集的視頻進行智能化分析，提取出視頻中有用的車輛信息，如車牌、車型、車身顏色、車標等；採用圖像結構化技術，對卡口前端感知系統抓拍的過車圖片進行二次分析，深度挖掘車輛信息。車輛信息結構化分析過程如下圖所示。

圖 425車輛信息結構化分析過程示意圖

視頻結構化分析系統可實現視頻中車輛和活動目標的結構化信息提取，提取屬性豐富，精確度高；支持智能結構化分析後文本信息和圖片信息的存儲和檢索；支持動態擴容，智能分析性能隨著設備數量增加呈線性增強；

視頻結構化技術將視頻信息智能化、語義化、情報化，是智能視頻後檢索和事件檢索的一項重要技術，解決了視頻重要信息的高效提取。通過結構化特徵、時間等條件進行人、車的結構化特徵信息檢索，如：車牌類型、車輛類型、車身顏色、人體著裝顏色、性別等，展示的視頻結構化技術實現了目標精確提取和跟蹤，以及對人、車屬性更豐富更細緻的分析。利用這項技術做視頻後檢索和視頻信息智能提取，具有目標定位更精確、目標跟蹤更穩定、場景適應性更強、檢測範圍更寬廣等優異性能。

超寬帶（UWB）技術

UWB技術是一種使用1GHz以上頻率帶寬的無線載波通信技術。它不採用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈衝傳輸數據，因此其所佔的頻譜範圍很大，儘管使用，但其數據傳輸速率可以達到幾百兆比特每秒以上。使用UWB技術可在非常寬的帶寬上傳輸信號，美國聯邦通信委員會（FCC）對UWB技術的規定為：在3.1~10.6GHz頻段中佔用500MHz以上的帶寬。

UWB技術始於20世紀60年代興起的脈衝通信技術。UWB技術利用頻譜極寬的超寬基帶脈衝進行通信，故又稱為基帶通信技術、無線載波通信技術，主要用於、定位和低截獲率/低偵測率的通信系統中。2002年2月，美國聯邦通信委員會發布了民用UWB設備使用頻譜和功率的初步規定。該規定中，將相對帶寬大於0.2或在傳輸的任何時刻帶寬大於500MHz的通信系統稱為UWB系統，同時批准了UWB技術可用於民用商品。隨後，日本於2006年8月開放了超寬帶頻段。由於UWB技術具有數據傳輸速率高（達1Gbit/s）、抗多徑幹擾能力強、功耗低、成本低、穿透能力強、截獲率低、與現有其他無線通信系統共享頻譜等特點，UWB技術成為無線個人區域網通信技術（WPAN）的首選技術。

UWB 定位方法包括信號到達角（angle of arrival,AOA）、接收信號強度（received signal strength,RSS）、信號到達時間（time of arrival, TOA）和信號到達時間差（time difference of Arrival, TDOA），是一種典型的基於測距方法的定位技術。

· 基本原理

UWB實質上是以佔空比很低的作為信息載體的無載波擴譜技術，它是通過對具有很陡上升和下降時間的衝擊脈衝進行直接調製。典型的UWB直接發射衝擊脈衝串，不再具有傳統的中頻和的概念，此時發射的信號既可看成（依常規無線電而言），也可看成射頻信號（從發射信號的頻譜分量考慮）。

衝擊脈衝通常採用單周期高斯脈衝，一個信息比特可映射為數百個這樣的脈衝。單周期脈衝的寬度在納秒級，具有很寬的頻譜。UWB開發了一個具有吉赫茲容量和最高空間容量的新無線信道。基於CDMA的UWB脈衝無線收發信機在發送端時鐘發生器產生一定重複周期的脈衝序列，用戶要傳輸的信息和表示該用戶地址的偽隨機碼分別或合成後對上述周期脈衝序列進行一定方式的調製，調製後的脈衝序列驅動脈衝產生電路，形成一定脈衝形狀和規律的脈衝序列，然後放大到所需，再到UWB天線發射出去。在接收端，UWB天線接收的信號經低噪聲放大器放大後，送到相關器的一個輸入端，相關器的另一個輸入端加入一個本地產生的與發端同步的經用戶調製的脈衝序列，接收端信號與本地同步的偽隨機碼調製的脈衝序列一起經過相關器中的相乘、積分和取樣保持運算，產生一個對用戶地址信息經過分離的信號，其中僅含用戶傳輸信息以及其他幹擾，然後對該信號進行運算。

· 特點

UWB技術解決了困擾傳統無線通信技術多年的有關傳播方面的重大難題，具有對信道衰落不敏感、發射信號功率譜密度低、截獲率低、系統複雜度低、能提供數釐米的定位精度等優點。

1.系統結構的實現比較簡單

當前的無線通信技術所使用的通信載波是連續的電波，載波的頻率和功率在一定範圍內變化，利用載波的狀態變化來傳輸信息。而UWB技術則不使用載波，它通過發送納秒級非正弦波窄脈衝來傳輸數據信號。UWB系統中的發射器直接用脈衝小型激勵天線，不需要傳統收發器所需要的上變頻，從而不需要功用放大器與混頻器。UWB系統允許採用非常低廉的寬帶發射器。同時在接收端，UWB系統的接收機也有別於傳統的接收機，它不需要中頻處理，因此，UWB系統結構的實現比較簡單。

2.高速的數據傳輸

民用商品中，一般要求UWB信號的傳輸範圍為10m以內，根據經過修改的信道容量公式，民用商品數據傳輸速率可達500Mbit/s，UWB技術是實現個人通信和無線區域網的一種理想調製技術。UWB技術以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數據傳輸，並且不單獨佔用已經擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術使用的頻帶。在J事應用中，UWB技術可以利用巨大的擴頻增益來實現遠距離、低截獲率、低檢測率、高安全性和高速的數據傳輸。

3.功耗低

UWB系統使用間歇的脈衝來發送數據，脈衝持續時間很短，一般在0.20~1.5ns之間，有很低的佔空比，系統耗電很低，在高速通信時系統的耗電量僅為幾百微瓦至幾十毫瓦。民用UWB設備的功率一般是傳統行動電話所需功率的1/100左右，是藍牙設備所需功率的1/20左右。J用的UWB電臺耗電也很低。因此，UWB設備在電池壽命和電磁輻射上，與傳統無線通信設備相比，有著很大的越勢。

4.安全性高

作為的技術，UWB技術具有天然的安全性能。由於UWB信號一般把信號能量彌散在極寬的頻帶範圍內，對於一般通信系統來說，UWB信號相當於白噪聲信號，並且在大多數情況下，UWB信號的功率譜密度低於自然的電子噪聲的功率譜密度，從電子噪聲中將檢測出來是一件非常困難的事。採用編碼對脈衝參數進行偽隨機化後，脈衝的檢測將更加困難。

5.多徑分辨能力強

由於常規無線通信的射頻信號大多為連續信號或其持續時間遠大於多徑傳播時間，多徑傳播效應限制了通信質量和數據傳輸速率，由於超寬帶無線電發射的是持續時間極短且佔空比極小的單周期脈衝，多徑信號在時間上是可分離的。假如多徑脈衝要在時間上發生交疊，其多徑傳輸路徑長度應小於脈衝寬度與傳播速度的乘積。由於脈衝多徑信號在時間上不重疊，很容易分離出多徑分量以充分利用發射信號的能量。大量的實驗表明，對常規無線電信號多徑衰落深達10~30dB的多徑環境，對超寬帶無線電信號的衰落最多不到5dB。

6.定位精確

衝激脈衝具有很高的定位精度。採用UWB技術，很容易將定位與通信合一，而常規無線電難以做到這一點。UWB技術具有極強的穿透能力，可在室內和地下進行精確定位，而GPS（）只能工作在GPS定位衛星的可視範圍之內。與GPS提供絕對地理位置不同，超寬帶無線電定位器可以給出相對位置，其定位精度可達釐米級，此外，超寬帶無線電定位器在價格上更為便宜。

· 應用場景

UWB技術應用按照通信距離分大體可以分為兩類：

一類是短距離高速應用，數據傳輸速率可以達到數百兆比特每秒，主要是構建短距離高速WPAN、家庭無線多媒體網絡以及替代高速率短程有線連接，如無線USB和DVD，其典型的通信距離是10m；

另一類是中長距離（幾十米以上）低速率應用，通常數據傳輸速率為1Mbit/s，主要應用於無線傳感器網絡和低速率連接。同時，由於UWB技術可以利用低功耗、低複雜度的收發信機實現高速數據傳輸，所以UWB技術在近年來得到了迅速發展。它在非常寬的頻譜範圍內採用低功率脈衝傳輸數據而不會對常規窄帶無線通信系統造成大的幹擾，並可充分利用頻譜資源。基於UWB技術而構建的高速率數據收發機有看廣泛的用途。