识别系统

近红外光谱及其仪器的特点近红外光谱的波长范围是780～2500nm，主要源于化合物中含氢基团，如C-H, O-H, N-H, S-H等振动光谱的倍频及合频吸收，由于其谱带较宽且强度较弱，限制了其应用。80年代中后期，随着计算机技术的发展和化学计量学研究的深入，加之近红外光谱（near infrared spectroscopy, NIR）仪器制造技术的日趋完善，促使了现代近红外光谱分析技术的发展。近红外光谱测定通常采用透射方式（transmittance）或漫反射方式(diffuse reflectance)，通常不需对样品进行预处理即可以直接对不同物态的样品进行分析，配合光纤可满足对不同尺寸、形状样品测定的需要。作为一种间接测定方法，近红外光谱分析首先需要通过训练集得到校正模型，再来预测未知样品的性质或组成，因此训练集样品的性质或组成的适用范围、基础数据的准确性以及选择化学计量学方法的合理性，都直接影响最终的分析结果。此外，近红外光谱分析的灵敏度较低，对微量组分的测定比较困难。近红外光谱仪主要有滤光片型、扫描型和傅立叶变换近红外光谱仪三种类型。滤光片型仪器的特点是设计简单、成本低、光通量大、信号记录快、坚固耐用；但通常只能在单一或有限的波长下测定，灵活性较差；适用于制成各类专用仪器进行特定项目的分析，如土壤中水分的测定、糖及烟草中尼古丁的分析等。扫描型近红外光谱仪的分光元件可以是棱镜或光栅。该类仪器的特点是可进行全谱扫描，分辨率较高，仪器价格适中，便于维修；其最大弱点是光栅的机械轴容易磨损，影响波长的精度和重现性，一般抗振性较差，特别不适于在线检测。傅立叶变换近红外光谱仪的主要光学元件是麦克尔逊（Michelson）干涉仪。其具有扫描速度快、波长精度高、分辨率好以及信噪比和测定灵敏度较高等特点；采用立体角镜偶合等技术的麦克尔逊干涉仪，已极大地消除了传统干涉仪对振动、温度、湿度等的敏感性，减少了不同仪器的台间测定误差；发展出的便携式仪器可满足车载等野外测定的需要。从近期的国内外仪器展览会看，傅立叶变换近红外光谱仪将成为近红外光谱仪的主导产品。近红外光谱分析在假药识别中的应用近红外光谱法在药物分析领域中的应用范围相当广泛，它不仅适用于分析药物的多种不同状态如原料、完整的片剂、胶囊与液体等制剂，还可用于不同类型的药品，如蛋白质、中草药、抗生素 等。NIR更适用于对原料药纯度、包装材料等的分析与检测、以及生产工艺的监控 ；利用不同的光纤探头可实现生产工艺的在线连续分析监控。此外，近红外作为一种快速扫描技术,以它无需对样品预处理以及收集信息量大等特点，有助于假药劣药的识别与鉴定，正在成为国内外药物分析领域中的一枝奇葩。目前已有研究人员将其用于辅料间存在差异的不同生产厂家所生产的同一品种药品的鉴定，还有人对建立假药识别谱库的影响因素进行了全面的考察。在药品的鉴别过程中，常采用马氏（Mahalanobis）距离等指标，通过对样品光谱与标准光谱距离的定量描述，确定样本离校正集样本的差异，进而对其归属。虽然此方法在对光谱匹配程度的检测和模型外推方面均很准确，但应用时对波长范围的选择非常重要；波长点过少，光谱得不到合理的描述；波长点过多，计算量过大。此外，由于药品制剂特别是口服制剂中通常含有较多的辅料成分，也干扰对活性成分的鉴别。为有效的避免各类干扰作用，选择合理的波长范围进行药品的鉴别，可利用主成分分析（Principal Component Analysis；PCA）法对光谱数据进行分析，通过对活性成分光谱、辅料光谱和因子光谱的比较分析，首先对诸因子光谱的属性进行归属，进而选用合理的因子光谱进行鉴别。将PCA与马氏距离结合，既可以充分利用PCA对采集的全光谱数据进行降维处理，较好的解决马氏距离计算时波长范围的选择问题，也可克服利用PCA进行自身界限判断不易量化的问题。此外结合导数光谱等手段，还可以提高对鉴别的分辨率。近红外假药识别系统的设想根据近红外光谱分析的特点，可以看出，建立近红外假药识别系统，可以大大地提高假药识别的速度和识别能力，满足基层现场快速鉴别的需要。在国家食品药品监督管理局的支持下，中国药品生物制品检定所已经启动了近红外假药识别系统的科研项目。拟建立的假药识别系统包括有定性分析和定量分析两部分，首先确定药品与其标签标示名称是否一致，再根据需要调用适当模型对药品的质量进行快速检验或判别药品是否为特定企业的产品。近红外光谱分析是一个间接分析方法，假药鉴别系统的完善与否与模型中所包括的已知样品的数量与质量密切相关。由于药品品种的数量巨大，市场中出现的假药品种较多，且不断有新的假药出现，因此假药识别系统中所需要的鉴别模型不仅数量多，而且应能不断更新，故建模不可能在一个实验室完成；此外，由于我国地域广阔，开展假药的监督检验工作不可能由少数实验室承担，但为保证药品监督检验的严肃性，所有实验室的检验结果应具有一致性；因此，近红外假药鉴别系统应用的关键是能在不同的近红外光谱仪间实现模型的共享，并保证不同仪器测定图谱的一致性。虽然由于众多因素影响模型传输的准确性，使得光栅型及普通傅立叶变换型近红外光谱仪通过简单的模型传输不可能保证不同仪器测定结果的一致性，但在以采用立体角镜偶合等技术为基础的8台傅立叶变换型近红外光谱仪之间，传输间苯二酚水溶液定量模型，在未对模型经任何校正的情况下，对一批样品（300g/l）每台仪器每星期测定10次，连续测定60个星期，其测定结果显示，仪器间的测定误差（SD＝0.22%）及不同时间的测定误差（SD?0.13%）均可以忽略。即现代近红外光谱仪已经较好的解决了模型传输的准确性，结合互联网技术，可以在全国范围内建立近红外假药识别模型网络系统（图1），由设立在全国的近红外假药鉴别模型建立基地将建好的模型输入国家假药鉴别模型数据库；各基层使用单位直接从中心数据库中调用所需的鉴别模型；国家近红外假药鉴别中心负责对进入数据库的模型的评价与更新；进而解决假药识别系统中鉴别模型的建立与模型共享问题。 http://assets.dxycdn.com/app/bbs/img/attachment.gif 近红外光谱假药识别系统的设想及可行性探讨.rar(73.35k) 在线查看

2013年03月13日 来源： 新浪科技 新浪科技讯 北京时间3月12日消息，据美国《连线》杂志网站报道，可以通过你行走方式识别你身份的手机；可以在6米外扫描你指纹的指纹扫描仪；可以探测到混凝土厚墙背后隐藏着的人的心跳的雷达；可以识别两个长得一模一样双胞胎的算法；出卖你的眉毛和耳垂… 所有这些都是正在逐渐崭露头角的新一代识别系统，它们可以通过人的一些生理现象达到身份识别的目的。和旧式的计量生物学系统不同，你并不需要靠的足够近以便被仪器识别。如果这些新型系统果真如它们的生产厂家在广告中所宣称的那样的话，那么你基本上就会在根本尚未意识到的情况下便已经被进行了身份识别。 在美国遭受9·11恐怖袭击之后，计量生物学识别系统迎来了发展的黄金时期。大量政府资金被用于采购人脸及相关识别系统；单单五角大楼一家便在5年时间内投入了将近30亿美元的资金，而国防部还仅仅是众多加入安保系统采购大军中的普通一员而已。然而这样做也引起了一些民权主义者的担忧，他们担心这些技术有朝一日会被肆意滥用。 尽管这些技术在从伊拉克到世界各地机场出入口安检等方面都发挥了不可替代的作用，围绕这些技术的争议之声也从未停止过。不过，尽管经过了大幅发展，这些扫描技术仍然无法从人群中识别特定的一张脸孔，要想进行有效的识别，必须要有恰当的光照条件和角度。 甚至，这种识别技术的市场前景也不容乐观，政府机构对这项技术的热情正在下降。不过这项技术的发展本身却并没有因此出现大的停滞。各大厂商和实验室的研究人员们仍在继续努力开发出能更精确识别个人身份的系统，以下所列举的便是其中有代表性的11项技术。 1 远距离指纹扫描仪　　http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130313/50b7c34a1a5812aa014436.jpg 大部分指纹扫描仪都需要手指与扫描仪的物理接触，然而这样的接触也常常会造成一起的污染和失效。因此现在有研究者正在尝试开发一种能在大约20英尺(约合6米)远处进行指纹扫描的仪器。 当然这种能在6米远处扫描人的指纹的仪器目前距离正式上市还有很长的路要走。不过美国亚拉巴马州有一家名为“先进光学系统”的公司开发了一款名为“AIRprint”的扫描仪，其可以实现在距离9英尺(约合2.7米)远处对指纹进行扫描。其工作的原理是使用两台130万象素的相机来接受不同的影像数据：一台水平偏振光，另一台垂向偏振光。在使用时，会有一束光被射到手指上，反射光随后进入镜片系统，在其中分离的偏振波被合成为清晰影像。另一家名为“IDair”的公司同样开发出了类似的，能在大约6英尺(约合1.8米)距离上实现指纹扫描的设备并计划向安全机构推销。该公司目前正致力于开发20英尺距离上的类似设备，并宣称其拍摄的图像将会和卫星图像的效果相似。 据报道，美国军方对这些设备显示出浓厚的兴趣。据麻省理工学院评论报道称，美国海军陆战队正打算借助这项技术实现在相对安全的空间，如装甲车内或防爆墙的背后实现对目标人物指纹的扫描，这样做或许将有助于规避由于自 杀式炸弹袭击等带来的潜在威胁。对于民用市场而言，这项技术的出现也免去了按压手指的麻烦，当然如果你不会对莫名其妙就被纪录了指纹感到心里不舒服的话。 2 耳朵 http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130313/50b7c34a1a5812aa018e37.jpg 你的耳朵有特别之处吗？其实每个人的耳朵都不一样，因此研究人员们正在开发一种基于人耳识别的技术，将耳朵的一些特征当做人的指纹那样来加以使用。在2010年，一组英国研究人员使用一种名为“图像射频转换”的技术将光束打在人的耳部，随后重复这一过程，利用一种算法生成人耳管状区域的图像。这个耳朵的边缘区域是每个人都不同的，并且也是区别最明显的部分。 随后，研究人员将图像转换为一系列的数字并储存起来，这样一来，以后当再次扫描到数据相符的耳朵时，系统便能将扫描结果与数据库中已有样本进行比对。目前这一识别系统的精度已经可以达到99.6%。在2012年3月，两位印度新德里的科学家曾经尝试使用Gabor滤波器进行类似的人耳识别，这是一种数字图像处理器，其原理与人类处理图像的方式相类似。不过这项尝试的结果并不够理想，其识别的准确度大约仅有92%~96.9%。 甚至有可能开发出一种耳部扫描识别技术，使其识别精度超过传统的指纹识别。这是因为当你长期从事艰难劳动之后你的手指指纹会变得模糊，但是总体来说人的耳朵在人的一生当中是不会有什么大的改变的。 当然这项技术目前仍然充满争议，因为指纹识别仍然是人们使用最广泛，历史也最悠久的一项身份识别技术。其中的一个大问题便是在不同的光照条件下，或是耳朵被头发部分遮蔽，或者佩戴着首饰，这些情况是否会对识别精确度造成影响。但是一旦这项技术达到实用阶段，那么它就将可以被用于和已有的指纹识别技术相互验证，配合使用。或许在未来我们也会见识到更加极端的耳部改造术的出现，因为魔高一尺道高一丈，总会出现对抗的手段。 3 气味http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130313/50b7c34a1a5812aa019938.jpg 在21世纪头一个十年的早中期，美国五角大楼“先进研究计划局”(Darpa)启动了一项名为“独特线索探测”的项目。该项目旨在尝试通过气味来找到不同的人，甚至通过气味的不同来进行身份识别。这项研究在2008年终结。一年之后，美国政府国土安全部召集进行一项有关通过人体气味来用于测谎的技术，并打算将该项技术用于机场和其它关卡出入口区域。 不过到目前为止通过气味开展身份识别还仅仅停留在研究项目阶段。这项研究所涉及的内容是非常复杂的，人体有超过300种不同的化学物质产生气味，并且我们身体的体味还会随着我们所吃食物的不同以及环境的差异而出现不同。不过或许研究人员们将会有办法将代表我们身份的“主要体味”和由于饮食环境等变化而造成的“二级体味”以及使用香皂沐浴露等而产生的“三级体味”区分开来。这里的“主要体味”是与我们身体的遗传特性相关的，代表了我们的身份。此前已经在老鼠身上开展了相关实验，实验的结果显示每一个个体都可以产生独特的味道。在2007年，美国政府反恐怖技术支持工作组甚至还打算建立人体气味数据库以供军犬队调用。当然，犬类被用于识别并追踪人体气味踪迹已有数十年历史，科学家们相信犬类正是通过区分人体的主要体味来开展追踪识别的。 4 心跳http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130313/50b7c34a1a5812aa01bb39.jpg 每当你呼吸，你的胸口起伏，还有你的心跳，也会让你的左胸微微颤动。多年来科学家们致力于研发一种敏感度足够高的雷达，其精度足以在数百米之外的距离上察觉到这种极细微的胸部颤动——哪怕是隔着厚厚的混凝土墙壁或电磁屏障也不影响到它的识别精度。目前一家总部位于美国亚利桑那的小公司VAWD工程公司正在履行国防部“先进研究计划局”一项名为“远距离生物探测”的国防合同并开展相关研究。 实现这种探测的关键原理在于多普勒效应，也就是由于物体运动而对电磁波波长频率造成的影响。我们对此并不陌生，比方说救护车朝着你开来时你会觉得声音变得越发尖利，而当它远去时鸣笛声则会变得越发低沉。根据VAWD工程公司的说法，他们目前开发的车载“障碍穿透型远程感知系统”(STORMS)可以感知甚至远比人的胸口起伏更加细微的颤动信号。 5 声音http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130313/50b7c34a1a5812aa01ca3a.jpg 大部分人大概都会对一些自动朗读软件的声音感到熟悉，比如iphone上的某些功能。那么有没有想过如果有一款软件可以对声音进行分析甚至能根据声音识别人的身份呢？ 俄罗斯公司“话音技术中心”便开发出了这项技术，这家公司称之为“语音网格”(VoiceGrid)。只要事先将某个人的声音录入，这一系统随后便可以自动识别出此人的声音。这家公司还有着更大的抱负，他们甚至还开发了用于大城市，州，乃至国家层面的相应系统。这项技术目前已经在墨西哥执法部门中得到应用，因为他们有数十万份的声音文件需要辨认。 6 虹膜

识别人物身份，人们大多会想到生物识别技术，如指纹、脸象、红膜、声音等。目前很多仪器能够具有身份识别的功能，比如视网膜识别系统等。但是你会想到有朝一日，自己鞋底也能充分识别你的身份吗？或许有一天，他会成为现实。近日，美国科学家正在研究通过脚来进行身份识别。 每个人都具有一双独一无二的脚，步态也都不同，这位科学家们的研究提供了可行性。目前科学家希望研发一种能够识别人物身份的生物鞋底，从帮助控制要害区域的人员出入。目前该研究拥有150万美元研究资金。拥有150万美元的研究资金，也使得此项研究便得切实可行。 科学家将在生物鞋底安装能够测量脚温度和压强的特殊传感器，进而监测人们的步态，通过微型电脑与步态数据库连接来识别人物身份。当人物身份与监测结果不相符时，生物鞋底就会发出无线报警信息。如果人物身份正确的话，则会保持安静，不会发出报警信息，精确度柯达99%以上。 除了用于身份识别，科学家还表示生物鞋底还有望用于医疗领域，如对老年痴呆症提供早期预警等。通过对老年人的步速变化监测，以提供老年痴呆的早期预警。