CN110428032A - 基于光学识别技术实现rfid自动定向识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统及方法，包括：包括：光学摄像头、光学识别模块、RFID读写器、RFID识别模块、单片机及显示屏；光学识别模块发识别出的待测试编码，RFID识别模块识别出的所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息，在单片机中，将待测试编码与一组对应编码一一进行比对，若待测试编码存在于一组对应编码中，则输出已经检测到待测试编码，否则，则输出不存在待测试编码；本发明具有使用方便、快速、自动化定向识别、效率高等特点，适用于车辆牌照真假识别、营运车辆身份识别、证件真伪识别，以及其他方面的物品真伪核查等，且使用时间阈值增强法可以有效弥补RFID识别距离短的问题，加大识别距离。

Description

基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统及方法

技术领域

本发明属于自动识别技术领域，具体涉及一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统及方法。

背景技术

在出租车管理实践中，有套牌车辆(克隆车)很难识别，严重影响正常的出租客运秩序，对合法取得出租车经营权的车辆非常不公平。有的管理部门为了加强出租车的管理，为出租车安装了无法克隆伪造的RFID电子标签，实现一车一标签，杜绝克隆车现象。但是，即使为出租车安装了RFID电子标签，由于出租车数量较多，易聚集在火车站、汽车站、商业区等地。RFID识别设备的方向性较差，仅能够把周边所有的车租车RFID信息都读取出来，无法精准定位到某辆车是否安装了RFID标签，也就无法对出租车进行自动定向身份核查，仍需人工盘查，工作的效率不高，未能充分发挥电子标签的作用。如果能够实现RFID自动定向识别RFID电子标签，就可以实现自动定向识别出租车的身份是否符合规定，大大提高工作效率。

目前，RFID技术的应用越来越广泛，RFID识别的前提是待识别的物品已经安装了可信的RFID电子标签。这种情况下，如果待识别的物品有多个放在一起(或距离很近)，则很难自动识别出哪个物品安装了电子标签。因为RFID读取设备不能精准定位是哪一个物品，只能把在可识别范围内的所有安装电子标签的物品都扫描出来。比如，在停车场里面检查哪个车辆安装了RFID标签，必须依靠人工对照，将扫描识别的结果逐车比对。与车辆牌照对上的，就证明其按照了RFID标签；对不上的，则认为未安装RFID标签，属于不符合要求的车辆。对于类似这种应用的场景，RFID的识别技术就显得力不从心，效率低。

如何实现RFID自动定向识别RFID电子标签，是目前急需要解决的问题。

发明内容

基于以上技术不足，本发明结合采用光学识别技术可以有效改进这一问题。通过光学识别，可以实现定向自动识别编码(如车辆牌照、二维码、条码、编号等，以下统称编码)；通过RFID识别，把周边可信的RFID电子标签信息全部读取出来，形成一个电子标签结果集；通过RFID识别的结果集中检索光学识别的编码，确定待识别物品的身份。如果含有光学识别的编码，则证明该设备安装了RFID标签，属于符合要求的物品；否则，证明该物品没有安装RFID标签，属于不符合要求的物品。由此可见，基于光学识别与RFID识别技术，可以实现RFID的快速、自动、定向识别。

一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统，包括：光学摄像头、光学识别模块、RFID读写器、RFID识别模块、单片机及显示屏；

所述光学摄像头与光学识别模块相连接，光学识别模块与单片机相连接，RFID读写器与RFID识别模块相连接，RFID识别模块与单片机相连接，单片机与显示屏相连接；

所述光学摄像头，用来获取某个待测试对象的待测试编码的图片或者视频，并将获取到的待测试编码的图片或者视频发送到光学识别模块；

所述光学识别模块，接收光学摄像头传递过来的待测试编码的图片或者视频，并识别图片或视频中的完整编码，并将该完整编码发送到单片机；

所述RFID读写器，读取RFID读写器能够接收到的所有对象的ID号，并将所有对象的ID号发送到RFID识别模块；

所述RFID识别模块，接收RFID读写器传递过来的所有对象的ID号，并识别所有对象的ID号，提取出所有对象的ID号对应的编码及其他相关信息，并将所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息发送到单片机中；

所述其他相关信息，包括：待测试对象的所有者(或持有人)名字、编号、地址、许可信息、经营信息、尺寸、重量、密度。

所述单片机，接收光学识别模块发送过来的待测试编码，并接收所述RFID识别模块传递过来的所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息，将待测试编码与一组对应编码一一进行比对，若待测试编码存在于一组对应编码中，则输出已经检测到待测试编码的信息给显示屏，若待测试编码不存在于一组对应编码中，则输出不存在待测试编码的信息给显示屏；

所述显示屏，将单片机传递过来的信息显示在显示屏上。

采用本发明的一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统，自动定向识别方法有两种：

一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别方法，使用光学识别优先法，采用一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统实现，具体步骤如下：

步骤1：光学摄像头获取某个待测试对象的待测试编码的图片或者视频，并将获取到的待测试编码的图片或者视频发送到光学识别模块；

步骤2：光学识别模块接收光学摄像头传递过来的待测试编码的图片或者视频，并识别图片或视频中的完整编码，并将该完整编码发送到单片机；

步骤3：RFID读写器读取RFID读写器能够接收到的所有对象的ID号，并将所有对象的ID号发送到RFID识别模块；

步骤4：RFID识别模块接收RFID读写器传递过来的所有对象的ID号，并识别所有对象的ID号，提取出所有对象的ID号对应的编码及其他相关信息，并将所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息发送到单片机中；

步骤5：单片机接收光学识别模块发送过来的待测试编码，并接收所述RFID识别模块传递过来的所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息，将待测试编码与一组对应编码一一进行比对，若待测试编码存在于一组对应编码中，则输出已经检测到待测试编码的信息给显示屏，若待测试编码不存在于一组对应编码中，则输出不存在待测试编码的信息给显示屏；

步骤6：显示屏将单片机传递过来的信息显示在显示屏上。

一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别方法，使用时间阈值增强法，采用一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统实现，具体步骤如下：

步骤1：光学摄像头获取某个待测试对象的待测试编码的图片或者视频，并将获取到的待测试编码的图片或者视频发送到光学识别模块；

步骤2：RFID读写器读取RFID读写器能够接收到的所有对象的ID号，并将所有对象的ID号发送到RFID识别模块；

步骤3：同时启动光学识别模块和RFID识别模块；当光学识别模块识别出结果时，记录此时为时间参考点T，设置时间阈值u，在时间段T-u到T+u之间的RFID识别结果，即该段时间所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息发送到单片机中；并将光学识别模块识别出的完整编码发到单片机中；

步骤4：单片机接收光学识别模块发送过来的待测试编码，并接收所述RFID识别模块传递过来的所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息，将待测试编码与一组对应编码一一进行比对，若待测试编码存在于一组对应编码中，则输出已经检测到待测试编码的信息给显示屏，若待测试编码不存在于一组对应编码中，则输出不存在待测试编码的信息给显示屏；

步骤5：显示屏将单片机传递过来的信息显示在显示屏上。

有益技术效果：

本发明具有使用方便、快速、自动化定向识别、效率高等特点，适用于车辆牌照真假识别、营运车辆身份识别、证件真伪识别，以及其他方面的物品真伪核查等，解决当前RFID识别设备无法自动、定向识别，以及光学识别无法鉴定真伪等问题。其中，时间阈值增强法可以有效弥补RFID识别距离短的问题，加大识别距离。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统框图；

图2为本发明实施例的光学识别优先法的识别过程图；

图3为本发明实施例的时间阈值增强法的识别过程图；

图4为本发明实施例的一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统连接图。

图中，1--单体待识别物品；2--一批待识别物品。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对发明做进一步说明：一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统，如图1、图4所示，包括：光学摄像头，型号COL-AL10；光学识别模块，型号EP-A1200；RFID读写器，即RFID扫描装置CM2000-1；RFID识别模块，型号cw-uhfAPI20180312；单片机，型号XC7Z020-1CLG4841及显示屏；

所述光学摄像头，用来获取某个待测试对象(即单体待识别物品1)的待测试编码的图片或者视频，并将获取到的待测试编码的图片或者视频发送到光学识别模块；

所述光学识别模块，接收光学摄像头传递过来的待测试编码的图片或者视频，并识别图片或视频中的完整编码，并将该完整编码发送到单片机；

所述RFID读写器，读取RFID读写器能够接收到的所有对象的ID号，并将所有对象的ID号发送到RFID识别模块；

所述RFID识别模块，接收RFID读写器传递过来的所有对象的ID号，并识别所有对象(即一批待识别物品2)的ID号，提取出所有对象的ID号对应的编码及其他相关信息，并将所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息发送到单片机中；

所述其他相关信息，包括：待测试对象的所有者(或持有人)名字、编号、地址、许可信息、经营信息，尺寸、重量、密度以及其它重要信息。

所述单片机，接收光学识别模块发送过来的待测试编码，并接收所述RFID识别模块传递过来的所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息，将待测试编码与一组对应编码一一进行比对，若待测试编码存在于一组对应编码中，则输出已经检测到待测试编码的信息给显示屏，若待测试编码不存在于一组对应编码中，则输出不存在待测试编码的信息给显示屏；

所述显示屏，将单片机传递过来的信息显示在显示屏上。

光学识别模块具有方向性，基于光学识别模块实现自动、定向识别。首先进行光学成像，然后再对图像进行分析识别。这种识别方式无法识别被阻挡的物品，以及伪造编码的物品。

通过光学识别模块实现自动定向识别物品的前提条件：待识别的物品必须具有唯一的编码，并采用张贴、悬挂等方式固定在待识别物品上，利于通过光学观测。然后建立编码外观特征模型、全部组成元素(如字母、数字、图形、符号等)和组成规则的数据集(以下简称编码数据集)，是光学自动识别判断的比对依据。

通过光学识别模块实现自动定向识别物品的过程：首先启动光学识别模块中的编码特征模型捕捉子模块，光学镜头一旦捕捉到编码的特征模型，立即保存画面，停止捕捉；同时启动光学识别模块中的编码识别子模块，对照编码数据集进行图像分析，识别出编码；将识别出的编码记录下来，形成光学识别结果，用于同RFID识别的结果进行检索。

光学识别可根据工作需要采用拍照、摄像的工作方式。无论是采用图像还是视频，其识别的原理都是相同的，因为视频也是由若干视频帧(一个视频帧就是一个图像)组成的，采用视频方式进行识别，本质上还是识别图像。一旦发现完整的特征编码模型(需要通过图像角度校正处理)，立即锁定该图像，对其进行识别，

RFID识别模块的方向性不强，但可基于RFID模块实现可信物品的自动化识别。由于超高频RFID电子标签不可复制，可以采用RFID技术对周边可信物品的进行自动化身份核实。能够快速、自动读取可识别范围内的物品上安装的RFID电子标签信息。如果伪造的物品混在一批符合要求的物品中，就无法快速、自动地将其识别出来，必须逐个进行人工查验。

通过RFID识别模块对可信物品进行识别的前提：对符合要求的全部物品一一安装超高频RFID电子标签，因为每个RFID均有一个唯一的ID号，将标签的ID号和该物品的编码进行一一对应，并输入到数据集(库)中，建立完整的RFID电子标签ID号与物品编码的一一对应的数据集，形成物品可信查验的数据集(以下简称查验数据集)。查验数据集可根据工作需要增加必要的物品相关信息。查验数据集应当建立后端的服务器，可对前端的RFID识别设备分发查验数据库的副本，并以后端数据集向前端数据集副本推送数据更新的方式建立数据更新机制；也可由前端RFID识别设备直接通过无线链路与后端服务器实时交互以实现数据查验识别，确保查验结果准确无误。

通过RFID识别模块对可信物品进行识别的过程：RFID识别模块采用射频识别的方式，对射频覆盖范围的所有RFID标签ID号进行读取，与查验数据集进行检索筛选，并将通过检索筛选的结果记录下来作为可信的RFID识别结果，用于同光学识别的结果进行比对。

光学识别结果与RFID识别结果比对过程：把光学识别出的编码在可信的RFID识别结果中进行检索比对。如果编码包含在RFID识别结果中，证明该物品属于符合要求的可信物品，为真；否则，就是不符合要求的不可信的物品，为假。并把比对结果记录下来，方便使用人进一步查阅处理。

通过光学识别与RFID识别的有效结合，不仅让RFID识别具有方向性，还可以高效、自动化地识别物品是否可信的要求，鉴别真伪。

光学识别结果与RFID识别结果的比对，根据前端设备的不同、应用场景的不同，可以采用光学识别优先法和时间阈值增强法。光学识别优先法比较适用于前端手持机设备为单线程的，或者是计算能力弱的机型；而时间阈值增强法适用于前端设备为多线程且计算能力较强的机型，并特别适用于对运动目标的识别甄别。

一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别方法，使用光学识别优先法，如图2所示，采用一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统实现，具体步骤如下：

步骤1：光学摄像头获取某个待测试对象的待测试编码的图片或者视频，并将获取到的待测试编码的图片或者视频发送到光学识别模块；

步骤2：光学识别模块接收光学摄像头传递过来的待测试编码的图片或者视频，并识别图片或视频中的完整编码，并将该完整编码发送到单片机；

步骤3：RFID读写器读取RFID读写器能够接收到的所有对象的ID号，并将所有对象的ID号发送到RFID识别模块；

步骤4：RFID识别模块接收RFID读写器传递过来的所有对象的ID号，并识别所有对象的ID号，提取出所有对象的ID号对应的编码及其他相关信息，并将所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息发送到单片机中；

步骤5：单片机接收光学识别模块发送过来的待测试编码，并接收所述RFID识别模块传递过来的所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息，将待测试编码与一组对应编码一一进行比对，若待测试编码存在于一组对应编码中，则输出已经检测到待测试编码的信息给显示屏，若待测试编码不存在于一组对应编码中，则输出不存在待测试编码的信息给显示屏；

步骤6：显示屏将单片机传递过来的信息显示在显示屏上。

光学识别优先法，首先启动光学识别模块，待光学识别出果时立即启动RFID识别模块，需根据RFID识别速度设定在一定时间内完成RFID射频识别。

一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别方法，使用时间阈值增强法，如图3所示，采用一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统实现，具体步骤如下：

步骤1：光学摄像头获取某个待测试对象的待测试编码的图片或者视频，并将获取到的待测试编码的图片或者视频发送到光学识别模块；

步骤2：RFID读写器读取RFID读写器能够接收到的所有对象的ID号，并将所有对象的ID号发送到RFID识别模块；

步骤3：同时启动光学识别模块和RFID识别模块；当光学识别模块识别出结果时，记录此时为时间参考点T，设置时间阈值u，在时间段T-u到T+u之间的RFID识别结果，即该段时间所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息发送到单片机中；并将光学识别模块识别出的完整编码发到单片机中；

步骤4：单片机接收光学识别模块发送过来的待测试编码，并接收所述RFID识别模块传递过来的所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息，将待测试编码与一组对应编码一一进行比对，若待测试编码存在于一组对应编码中，则输出已经检测到待测试编码的信息给显示屏，若待测试编码不存在于一组对应编码中，则输出不存在待测试编码的信息给显示屏；

步骤5：显示屏将单片机传递过来的信息显示在显示屏上。

识别流程开始后，立即启动光学识别模块和RFID识别模块。因为光学识别模块需要人为移动摄像头以捕捉编码模型特征，故耗时相对较长且不固定。而RFID识别模块耗时较短，没有人工移动等干预，直接进行射频批量扫描识别RFID标签，响应时间短、识别速度快，耗时很短，通常在50毫秒以内就能完成周边电子便签的读取。

光学识别模块对单个待识别物品1进行光学识别，捕获特征编码图形，对图像进行分析识别，与编码数据集进行核对，识别出该物品的编码，并记录下来，形成识别结果。

RFID识别模块对可识别区域所有的待识别物品2进行识别，首先读取第一个RFID的ID号(这个ID号是全球唯一的，不可仿制的)，与查验数据集进行核对，如果在查验数据集中有此ID号，将该条记录做好标记。用同样的方法读取识别第二个、第三个......第n个RFID的ID号，将识别结果做好标记。当所有RFID的ID号都读取识别完毕，将那些在查验数据集中做了标记的记录抽取出来，形成一组识别结果，然后将查验数据集中的标记去掉为下一次识别查验做准备。识别结果也是一个数据集，是查验数据集的一个小小的子集，他们的数据项都是一致的，包括物品的编码、RFID的ID号、其它相关信息(车主名称、持件人名称等)。

光学识别优先法，首先启动光学识别模块，待光学识别出果时立即启动RFID识别模块，需根据RFID识别速度设定在一定时间内完成RFID射频识别。

时间阈值增强法，在开始识别时，同时启动光学识别模块和RFID识别模块。当光学识别模块出现识别结果时，产生时间参考点T。按照这个时间参考点，根据应用场景以及用户可以接受的范围，设置一个时间阈值u。这个u值可以根据实际经验设置，也可以通过一定的科学计算得出。我们把在时间阈值T-u(如果T-u<＝0，则T-u的值为0，即开始识别的时间)到T+u之间产生的RFID累计识别结果，作为RFID的识别结果。然后将光学识别结果与RFID识别结果进行比对。

时间阈值增强法可以有效弥补RFID识别距离短的问题，加大识别距离。比如，当车辆迎面向用户的方向驶来时，因为光学识别的距离远，可能在20米处就识别出车辆的牌照号码，得出了识别结果。但此时RFID因距离远无法完成甄别。如果我们设置时间阈值为1秒，车辆行驶的速度为60千米/小时，则在1秒后车辆行驶了16.7米，已经进入了RFID的识别范围。这样，该车辆的RFID标签信息就能被RFID手持机读取并放入RFID识别结果。然后通过将光学识别结果与RFID识别结果进行比对，就能识别出该车辆是否为符合要求的车辆。同理，如果车辆是向原理用户的方向行驶，光学识别装置在18米处识别出该车辆的牌照号码，得出了识别结果。但此时RFID因距离远不能识别车辆上的RFID标签信息，无法完成甄别。按照时间阈值增强的方法，假定时间阈值为1秒，车辆行驶速度还是60公里/小时，则将时间回溯1秒，则车辆在T-1秒的时刻，距离用户的距离约为1.3米左右，RFID在此时刻已经完成了电子标签信息的读取，并放入到RFID识别结果中。这样，即使远离用户18米远的车辆也能成功地被甄别真伪。

光学识别结果与RFID识别结果比对模块执行后，查验光学识别结果是否包含于RFID识别结果中。如果包含，则证明该物品属于符合要求的物品，为真；否则为伪。

对于识别结果为“伪”的物品，查验人可进一步查阅相关信息并进行后续处理。如，伪造车辆牌照的，可扣留车辆。

Claims (4)

1.一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统，其特征在于，包括：光学摄像头、光学识别模块、RFID读写器、RFID识别模块、单片机及显示屏；

所述光学摄像头与光学识别模块相连接，光学识别模块与单片机相连接，RFID读写器与RFID识别模块相连接，RFID识别模块与单片机相连接，单片机与显示屏相连接；

所述光学摄像头，用来获取某个待测试对象的待测试编码的图片或者视频，并将获取到的待测试编码的图片或者视频发送到光学识别模块；

所述光学识别模块，接收光学摄像头传递过来的待测试编码的图片或者视频，并识别图片或视频中的完整编码，并将该完整编码发送到单片机；

所述RFID读写器，读取RFID读写器能够接收到的所有对象的ID号，并将所有对象的ID号发送到RFID识别模块；

所述RFID识别模块，接收RFID读写器传递过来的所有对象的ID号，并识别所有对象的ID号，提取出所有对象的ID号对应的编码及其他相关信息，并将所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息发送到单片机中；

所述单片机，接收光学识别模块发送过来的待测试编码，并接收所述RFID识别模块传递过来的所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息，将待测试编码与一组对应编码一一进行比对，若待测试编码存在于一组对应编码中，则输出已经检测到待测试编码的信息给显示屏，若待测试编码不存在于一组对应编码中，则输出不存在待测试编码的信息给显示屏；

所述显示屏，将单片机传递过来的信息显示在显示屏上。

2.根据权利要求1所述的基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统，其特征在于，所述其他相关信息，包括：待测试对象的所有者名字、编号、地址、许可信息、经营信息、尺寸、重量、密度。

3.一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别方法，采用权利要求1所述的基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统实现，其特征在于，使用光学识别优先法，具体步骤如下：

步骤1：光学摄像头获取某个待测试对象的待测试编码的图片或者视频，并将获取到的待测试编码的图片或者视频发送到光学识别模块；

步骤2：光学识别模块接收光学摄像头传递过来的待测试编码的图片或者视频，并识别图片或视频中的完整编码，并将该完整编码发送到单片机；

步骤3：RFID读写器读取RFID读写器能够接收到的所有对象的ID号，并将所有对象的ID号发送到RFID识别模块；

步骤4：RFID识别模块接收RFID读写器传递过来的所有对象的ID号，并识别所有对象的ID号，提取出所有对象的ID号对应的编码及其他相关信息，并将所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息发送到单片机中；

步骤5：单片机接收光学识别模块发送过来的待测试编码，并接收所述RFID识别模块传递过来的所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息，将待测试编码与一组对应编码一一进行比对，若待测试编码存在于一组对应编码中，则输出已经检测到待测试编码的信息给显示屏，若待测试编码不存在于一组对应编码中，则输出不存在待测试编码的信息给显示屏；

步骤6：显示屏将单片机传递过来的信息显示在显示屏上。

4.一种基于光学识别技术实现RFID自动定向识别方法，采用权利要求1所述的基于光学识别技术实现RFID自动定向识别系统实现，其特征在于，使用时间阈值增强法，具体步骤如下：

步骤1：光学摄像头获取某个待测试对象的待测试编码的图片或者视频，并将获取到的待测试编码的图片或者视频发送到光学识别模块；

步骤2：RFID读写器读取RFID读写器能够接收到的所有对象的ID号，并将所有对象的ID号发送到RFID识别模块；

步骤3：同时启动光学识别模块和RFID识别模块；当光学识别模块识别出结果时，记录此时为时间参考点T，设置时间阈值u，在时间段T-u到T+u之间的RFID识别结果，即该段时间所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息发送到单片机中；并将光学识别模块识别出的完整编码发到单片机中；

步骤4：单片机接收光学识别模块发送过来的待测试编码，并接收所述RFID识别模块传递过来的所有对象的ID号、一组对应编码和其他相关信息，将待测试编码与一组对应编码一一进行比对，若待测试编码存在于一组对应编码中，则输出已经检测到待测试编码的信息给显示屏，若待测试编码不存在于一组对应编码中，则输出不存在待测试编码的信息给显示屏；

步骤5：显示屏将单片机传递过来的信息显示在显示屏上。