【华为云IoT】读书笔记之《万物互联：物联网核心技术与安全》第3章（中）

第3章，物联网的感知识别技术体系

       无论物联网层次如何划分，架构的最底层都是感知层。感知层实现了物联网对整个物联世界的感知，感知层的各种感知技术将各种物体和环境的感知信息通过通信模块和接入网关，传递到物联网网络传输层（接入层）中。感知技术的本质是信息采集，物联网感知层涉及的技术众多，书中通过标识技术、传感技术和传感网、特征识别技术、位置感测技术和人机智能交互技术对感知识别技术体系进行分析，由于从第三章开始，涉及到物联网的一些具体技术，并非如前几章节一样只是概览，综述类的知识，由于章节内容较多，学习笔记将分上中下三部分，此次主要学习分享特征识别技术、交互技术。

3.3特征识别技术

       特征识别用来进行个体与群体的辨识。特征识别可以较好地让物或别人搞清楚“我是谁”和“谁属于我”，人的身份对保护“物权”很重要，且物体本身是有其属性的，当属于私人物品时，其感知信息并不能够面向公众，必须控制物品信息的“可知范围”，这就需要确定人的身份和权限。以往的身份识别方法如密码、IC卡等由于易忘记和丢失、易伪造、易破解等局限性，已无法满足当代社会的需要，而基于生物特征的身份识别技术由于具有稳定、便捷、不易伪造等优点，近几年已成为技术热点并广泛应用于我们的日常生活中。

       基于生物特征的电子身份识别是指通过对生物体（一般特指人）本身的生物特征来区分生物体个体的电子身份识别技术。物联网能识别用户和物体的一切信息都是用一组特定的数据来表示的，这组特定的数据代表了数字身份，所有对用户和物体的授权也是针对数字身份的授权。目前，特征识别研究领域非常多，主要包括语音、脸、指纹、掌纹、虹膜、视网膜、体形等生理特征识别；按键、签字等行为特征识别；还有基于生理特征和行为特征的复合生物识别。这些识别技术广泛应用于各个行业。

       生物特征识别技术是利用人体生物特征进行身份认证，其技术基础主要是计算机技术和图像处理技术 ，最早发源于指纹研究。指纹识别利用人的指纹特征对人体身份进行认证，是目前在所有的生物识别技术中技术最为成熟、应用最为广泛的生物识别技术。指纹是人与生俱来的身体特征，大约在14岁后，我们的指纹就已经定型，指纹具有唯一性。如今，指纹识别的应用也最为普遍和常见，如电脑、键盘、鼠标、手机、门锁、考勤等。

       面部识别是能够根据人的面部特征来进行身份识别的技术，一般分为基于标准视频的识别和基于热成像技术的识别。基于标准视频的识别能够通过普通的摄像头记录下被拍摄者眼睛、鼻子、嘴的形状及相对位置等面部特征，然后将其转化为数字信号进行身份识别。或基于标准格式的图像、视频，进行局部特征提取。视频面部识别是一种常见的身份识别方式。基于热成像技术的识别属于红外技术的应用，主要通过分析面部血液产生的热辐射来产生面部图像。与视频识别不同的是，热成像技术不需要很好的光源，即使在黑暗情况下也可以正常使用。面部识别的优势在于其自然性和不被被测个体察觉的特点。但其研究难度也很高，如何提高精确性也是其困难之处。

       在利用人眼特征进行识别的技术中，眼球与虹膜识别是比较容易混淆的概念，比如我，如果不是读书或搜索，会想当然将其认为是同一种技术。眼球识别分为虹膜识别（眼珠除掉中间黑色瞳孔）和巩膜识别（眼白）。虹膜是瞳孔周围有颜色的肌肉组织，虹膜上有很多微小的凹凸起伏和条状组织，其表面特征几乎是唯一的，所以虹膜识别的精准度高，但是巩膜识别（眼白）的使用及其方便，巩膜识别也叫眼纹识别，相对虹膜识别安全系数会低些，眼白识别主要是提取眼白部分的血管构成，在实际应用中也更容易实现，成本更低。

       广义的行为特征识别包括语音识别和签字识别等和人类言行相关的特征识别。语音识别主要利用人的声音特点进行身份识别的一门技术，通过提取并识别“声纹”确定身份。作为一种非接触识别技术，语音识别也容易别公众接受，但声音识别具有一定局限性，比如今天感冒了，鼻音重，就存在差异。“认知轨迹”其实就是研究个人的各项生活习惯，包括但不限于使用计算机的时候，浏览界面的习惯，单界面的浏览速度，浏览界面类型，登录习惯、按键方式等等。

       复合生物识别技术在应用中包含生理特征或行为特征之间的复合，这样就可以扬长避短，相互补充，提高识别的精确性。识别技术与认证技术的结合将是安全物联网入口的发展方向之一，将广泛应用于金融和安全领域。

3.4交互技术

       物联网可以理解为以机器的智能交互为核心的，实现网络化应用与服务的一种“物物相连”的网络。物联网中的各种类型的通信，说到底都是要受人控制的，也是为人服务的，所以人机交互是物联网中必不可少的重要环节。人机交互（HCI）或人机互动（HMI），是一门研究系统与用户之间交互关系的跨学科领域，是计算机科学、心理学、社会学、图形设计、工业设计等学科的综合，从广义上可理解为用户体验。书中讨论的“交互”是根据“拟人”的技术分析，将物联网时代智能交互中人类感知外在世界的感觉器官功能，分为“五觉”：视觉，听觉，触觉，嗅觉，味觉。

       人类感知外在世界的五觉之中，视觉感知占据了绝大部分的信息来源。物联网视觉源自图像、视频等能够代替人眼功能的系统。视觉增强属于我们熟知的AR中的一种，也有人称AR为混合现实。视觉增强就是借助计算机技术、可视化技术以及可以突破人类视觉限制的技术，从而产生一些现实环境中不存在的虚拟对象，或者不能被人类肉眼发现的对象，通过传感技术将虚拟对象准确表现在真实环境中，借助显示设备将虚拟对象和现实环境融为一体，并呈现给使用者一个视觉感官效果真实的新环境。

       人类视觉的理解并不局限于能够看见，目光、眼神和视线的移动也能传达视觉信息，可以把独立于眼睛所看到的图像之外的视觉信息表达为视觉理解与视觉交流。如：眼动检测、视线追踪、视觉交流等新兴技术。基于视觉的智能交互技术的发展，最终将作为物联网视觉感知与交互的组成部分，在交通领域实现“智能视觉物联网”。智能视觉物联网由智能视觉传感器、智能视觉信息传输、智能视觉信息处理和针对人、车、物三大类目标的物联网应用。智能视觉物联网使人类视觉突破生理极限，借助机器（计算机）视觉技术看得更远、更细、更准、更全。

       基于听觉的人机交互，即通过人类的声音与机器进行交互活动。这种交互包括语音理解、语音交互、语音合成等智能语音交互功能。当前智能听觉技术的研究与应用主要集中在语音语义理解、语音交互与合成。语音的交互是建立在理解的基础之上的，是人机交互中最直接的一种方式，比如我们手机中的智能语音助手，就是应用场景之一。我国的讯飞在语音合成领域不断实现技术创新，这些技术创新使得语音合成系统在自然度、表现力、灵活性以及多语种应用等方面的性能都有进一步的提升。

       触摸技术随着技术的发展，已经从单点触摸发展到多点触摸。多点触摸最成功的应用就是iPhone的问世。触摸屏技术改进了人机交互性能，减轻了用户依赖键盘、鼠标、按钮型遥控器的负担，极大方便了用户操作。触觉再现也正在人工仿真领域被用于研制人工触觉器，比如仿生的义肢、仿生头发等。非接触式的交互，比如华为Mate系列的手势识别，不再需要通过直接接触，而是通过手势、动作、头部运动、眼睛或面部肌肉的变化等肢体语言，向机器传递个人意识表达或操作意图等信息的智能交互模式。体感交互属于非接触式交互的一种，未来可以用于车辆的辅助驾驶和无人驾驶之中。

       嗅觉与味觉好像没有办法去具体量化，比如，我们说一个东西的香与臭，好吃与难吃，有些臭但是好吃，香但难吃的，都有较强的主观意识差异。对于嗅觉和味觉的仿生技术研究也很多，比如电子鼻、电子舌，具体的介绍及原理此处就不再赘述了。生物的基本特征之一就是能够对外界的各种刺激做出反应。作为传感器在生物智能方向的延伸，生物传感器是能够对生物物质敏感并将其浓度转换成电信号进行检测的仪器。生物传感器正在进入全面深入研究开发时期，各种微型化、集成化、智能化、实用化的生物传感器与系统越来越多，当前的应用领域有：食品安全控制、自然环境监测、生物医学领域、生化安防等。

       视觉增强属于AR增强现实中的一种，AR是现实场景和虚拟场景的结合，因此都需要摄像头，结合增强现实眼镜，三维全息成像。当然，裸眼全息成像，也在研究之中。而VR则是纯虚拟场景，无论是AR还是VR，都属于智能交互技术在五觉中的应用。AR和VR是一种平行关系，AR的重心在R，是增强了现实，它以现实为模板，叠加了现场感，有真有假，真假叠加。VR的重心在V，是虚拟的现实，是“信息技术复制出一个可交互的场景”，都是假的，模拟的感官体验。

       随着技术的发展，五觉的感知也将不断在各自不同维度被增强，也将开启非浏览器交互的新交互时代！

       本周学习笔记如上，坚持学习，坚持读书，咱们下篇见！