車牌自動識別系統(tǒng)
2008-12-01 12:14---木易人建
車牌自動識別技術(shù)是指能夠檢測到受監(jiān)控路面的車輛并自動提取車輛車牌信息（含漢字字符、英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字及號牌顏色）進(jìn)行處理與識別的技術(shù)。我就著重介紹車牌自動識別系統(tǒng)需要進(jìn)行的幾個基本步驟、關(guān)鍵技術(shù)以及主要應(yīng)用方式，同讀者共同探討。
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、汽車數(shù)量急劇增加，對交通控制、安全管理、收費(fèi)管理的要求也日益提高，運(yùn)用電子信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全、高效的智能交通成為交通管理的主要發(fā)展方向。
車牌自動識別技術(shù)是指能夠檢測到受監(jiān)控路面的車輛并自動提取車輛車牌信息（含漢字字符、英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字及號牌顏色）進(jìn)行處理與識別的技術(shù)。它以計算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、模糊識別技術(shù)為基礎(chǔ)，建立運(yùn)動車輛的特征模型，識別車輛特征，如號牌、車型、顏色等，并著重解決高速車輛圖像的獲取及清晰度問題。它把網(wǎng)絡(luò)和車輛管理信息系統(tǒng)結(jié)合起來，為交通管理和打擊涉車違法犯罪提供了有效手段。
車牌自動識別系統(tǒng)是一項(xiàng)利用車輛的動態(tài)視頻或靜態(tài)圖像進(jìn)行牌照號碼、牌照顏色自動識別的系統(tǒng)。其硬件基礎(chǔ)一般包括觸發(fā)設(shè)備（監(jiān)測車輛是否進(jìn)入視野）、攝像設(shè)備、照明設(shè)備、圖像采集設(shè)備、識別車牌號碼的處理機(jī)（如計算機(jī)）等，其軟件核心包括車牌定位算法、車牌字符分割算法和光學(xué)字符識別算法等。一個完整的牌照識別系統(tǒng)應(yīng)包括車輛檢測、圖像采集、牌照識別等幾部分。當(dāng)車輛檢測部分檢測到車輛到達(dá)時觸發(fā)圖像采集單元，采集當(dāng)前的視頻圖像。牌照識別單元對圖像進(jìn)行處理，定位出牌照位置，再將牌照中的字符分割出來進(jìn)行識別，然后組成牌照號碼輸出。
具備視頻車輛檢測功能的牌照識別系統(tǒng)，首先對視頻信號中的一幀（場）的信號進(jìn)行圖像采集，數(shù)字化，得到對應(yīng)的數(shù)字圖像；然后對其進(jìn)行分析，判斷其中是否有車輛；若認(rèn)為有車輛通行，則進(jìn)入到下一步牌照識別；否則繼續(xù)采集視頻信號，進(jìn)行處理。
系統(tǒng)進(jìn)行視頻車輛檢測，需要具備很高的處理速度并采用優(yōu)秀的算法，在基本不丟幀的情況下實(shí)現(xiàn)圖像采集、處理。若處理速度慢，則導(dǎo)致丟幀，使系統(tǒng)無法正確檢測到行駛速度較快的車輛，同時也難以保證在有利于識別的位置開始識別處理，影響系統(tǒng)識別率。因此，將視頻車輛檢測與牌照自動識別相結(jié)合具備一定的技術(shù)難度。
車牌自動識別系統(tǒng)
車牌自動識別系統(tǒng)是一項(xiàng)利用車輛的動態(tài)視頻或靜態(tài)圖像進(jìn)行牌照號碼、牌照顏色自動識別的系統(tǒng)。其硬件基礎(chǔ)一般包括觸發(fā)設(shè)備（監(jiān)測車輛是否進(jìn)入視野）、攝像設(shè)備、照明設(shè)備、圖像采集設(shè)備、識別車牌號碼的處理機(jī)（如計算機(jī)）等，其軟件核心包括車牌定位算法、車牌字符分割算法和光學(xué)字符識別算法等。一個完整的牌照識別系統(tǒng)應(yīng)包括車輛檢測、圖像采集、牌照識別等幾部分。當(dāng)車輛檢測部分檢測到車輛到達(dá)時觸發(fā)圖像采集單元，采集當(dāng)前的視頻圖像。牌照識別單元對圖像進(jìn)行處理，定位出牌照位置，再將牌照中的字符分割出來進(jìn)行識別，然后組成牌照號碼輸出。
具備視頻車輛檢測功能的牌照識別系統(tǒng)，首先對視頻信號中的一幀（場）的信號進(jìn)行圖像采集，數(shù)字化，得到對應(yīng)的數(shù)字圖像；然后對其進(jìn)行分析，判斷其中是否有車輛；若認(rèn)為有車輛通行，則進(jìn)入到下一步牌照識別；否則繼續(xù)采集視頻信號，進(jìn)行處理。
系統(tǒng)進(jìn)行視頻車輛檢測，需要具備很高的處理速度并采用優(yōu)秀的算法，在基本不丟幀的情況下實(shí)現(xiàn)圖像采集、處理。若處理速度慢，則導(dǎo)致丟幀，使系統(tǒng)無法正確檢測到行駛速度較快的車輛，同時也難以保證在有利于識別的位置開始識別處理，影響系統(tǒng)識別率。因此，將視頻車輛檢測與牌照自動識別相結(jié)合具備一定的技術(shù)難度。
基本進(jìn)行步驟
為了進(jìn)行牌照識別，需要以下幾個基本的步驟：
1、牌照定位，定位圖片中的牌照位置；
2、牌照字符分割，把牌照中的字符分割出來；
3、牌照字符識別，把分割好的字符進(jìn)行識別，最終組成牌照號碼。
牌照識別過程中，牌照顏色的識別依據(jù)算法不同，可能在上述不同步驟實(shí)現(xiàn)，通常與牌照識別互相配合、互相驗(yàn)證。
如何在自然背景中準(zhǔn)確地確定牌照區(qū)域是整個識別過程的關(guān)鍵。首先對采集到的視頻圖像進(jìn)行大范圍相關(guān)搜索，找到符合汽車牌照特征的若干區(qū)域作為候選區(qū)，然后對這些侯選區(qū)域做進(jìn)一步分析、評判，最后選定一個最佳的區(qū)域作為牌照區(qū)域，并將其從圖像中分割出來。
完成牌照區(qū)域的定位后，再將牌照區(qū)域分割成單個字符，然后進(jìn)行識別。字符分割一般采用垂直投影法。由于字符在垂直方向上的投影必然在字符間或字符內(nèi)的間隙處取得局部最小值的附近，并且這個位置應(yīng)滿足牌照的字符書寫格式、字符、尺寸限制和一些其他條件。利用垂直投影法對復(fù)雜環(huán)境下的汽車圖像中的字符分割有較好的效果。
字符識別方法目前主要有基于模板匹配算法和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法?；谀０迤ヅ渌惴ㄊ紫葘⒎指詈蟮淖址祷⑵涑叽绱笮】s放為字符數(shù)據(jù)庫中模板的大小，然后與所有的模板進(jìn)行匹配，最后選最佳匹配作為結(jié)果。基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的算法有兩種：一種是先對待識別字符進(jìn)行特征提取，然后用所獲得特征來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分配器；另一種方法是直接把待處理圖像輸入網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)自動實(shí)現(xiàn)特征提取直至識別出結(jié)果。
實(shí)際應(yīng)用中，牌照識別系統(tǒng)的識別率與牌照質(zhì)量和拍攝質(zhì)量密切相關(guān)。牌照質(zhì)量會受到各種因素的影響，如生銹、污損、油漆剝落、字體褪色、牌照被遮擋、牌照傾斜、高亮反光、多牌照、假牌照等等；實(shí)際拍攝過程也會受到環(huán)境亮度、拍攝亮度、車輛速度等等因素的影響。這些影響因素不同程度上降低了牌照識別的識別率，也正是牌照識別系統(tǒng)的困難和挑戰(zhàn)所在。為了提高識別率，除了不斷地完善識別算法，還應(yīng)該想辦法克服各種光照條件，使采集到的圖像最利于識別。
關(guān)鍵技術(shù)
以前，國內(nèi)外同類系統(tǒng)多采用輔助傳感器（如紅外、微波、電感線圈等）來檢測車輛，而現(xiàn)在多采用視頻來檢測車輛。比較而言，傳統(tǒng)傳感器的架設(shè)成本較高，檢測范圍較小，有的架設(shè)過程甚至要影響正常的交通，并且不便于移動使用，而視頻檢測則具有較多的靈活性和便捷性。采用視頻檢測可以避免破壞路面、不必附加外部檢測設(shè)備、不需矯正觸發(fā)位置、節(jié)省開支，而且更適合移動式、便攜式應(yīng)用的要求。它檢測范圍大，使用時可隨時自動設(shè)置檢測點(diǎn)，因而系統(tǒng)可以裝載在機(jī)動車輛上移動使用。性能方面，當(dāng)今世界先進(jìn)水平的車輛號牌識別系統(tǒng)的正常環(huán)境識別率一般為95%左右，識別正確率為90%左右，但較先進(jìn)的系統(tǒng)識別率≥98%，識別正確率≥95%，而且在功能方面，除車牌的自動識別外，還可同時完成車輛廠牌標(biāo)志和車身顏色的識別。
其關(guān)鍵技術(shù)有：
1、數(shù)字圖像獲取技術(shù)；
2、實(shí)時并行圖像處理，去除模糊；
3、采用多幀識別和置信度判決技術(shù)以提高識別正確率；
4、號牌字符識別及顏色分類；
5、車輛號牌區(qū)的準(zhǔn)確定位與分割。
主要應(yīng)用方式
車牌自動識別技術(shù)可以在汽車不作任何改動的情況下實(shí)現(xiàn)汽車“身份”的自動登記及驗(yàn)證，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公路收費(fèi)、停車管理、交通誘導(dǎo)、交通執(zhí)法、公路稽查、車輛調(diào)度、車輛檢測等各種場合，在公安領(lǐng)域內(nèi)主要有治安卡口系統(tǒng)、電子警察系統(tǒng)、移動查車系統(tǒng)、旅行時間計算系統(tǒng)等，以下列舉這幾種應(yīng)用方式：
治安卡口系統(tǒng)
將車牌自動識別系統(tǒng)安裝于市區(qū)、郊區(qū)的主要路口，全天候?qū)崟r檢測記錄過往車輛的信息，與相關(guān)公安數(shù)據(jù)庫連接，實(shí)時比對數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題車，特別是對過往的黑名單車輛（事故逃逸、假套牌、被盜搶、黃標(biāo)車、以機(jī)動車為工具流竄做案等各種車輛）實(shí)時報警，再由卡口駐點(diǎn)的民警根據(jù)報警信息有針對性地進(jìn)行攔截、甄別、處理。系統(tǒng)附屬的其他功能：流量統(tǒng)計、超速抓拍、違章逆行等。
系統(tǒng)可以全天不間斷工作、不會疲勞、錯誤率極低；可以適應(yīng)高速行駛的車輛；可以在車輛行駛過程中完成任務(wù)而不影響正常交通；整個監(jiān)視過程中司機(jī)也不會覺察、保密性高。這種系統(tǒng)的應(yīng)用將極大地提高執(zhí)法效率。
電子警察系統(tǒng)
安裝在路口、路段，全天24小時監(jiān)控道路情況，針對闖紅燈、逆行、超速、跨實(shí)線、沖禁令等交通違法行為進(jìn)行抓拍、識別，記錄，再針對抓拍記錄進(jìn)行登記、校驗(yàn)、核實(shí)后，最終保存到交通違法數(shù)據(jù)庫中作為處罰依據(jù)，并可實(shí)現(xiàn)流量統(tǒng)計、實(shí)時報警、硬盤錄像等功能。
移動查車系統(tǒng)
將車牌識別系統(tǒng)安裝在汽車中，不受場地、天氣的限制，一套系統(tǒng)可以在任意地點(diǎn)進(jìn)行執(zhí)法取證，機(jī)動靈活，威懾力強(qiáng)。它是一個流動的公安治安卡口系統(tǒng)，而且隱蔽性強(qiáng)、流動性高。
系統(tǒng)包括微型攝像機(jī)、車載識別器、微機(jī)、蓄電池、無線通訊設(shè)備等，安裝簡便，易于維護(hù)。
旅行時間計算系統(tǒng)
路徑旅行時間計算可實(shí)時統(tǒng)計各道路的車輛平均行程時間。在交通管理系統(tǒng)中可以通過計算車輛在某條道路的平均行駛的時間來作為判斷該道路的擁堵狀況的一個參數(shù)。安裝車牌識別設(shè)備于道路的起止點(diǎn)，識讀所有通過車輛并將車牌號碼傳回交通指揮中心，管理系統(tǒng)根據(jù)這些結(jié)果就可計算出車輛平均行駛時間。此系統(tǒng)主要應(yīng)用于交通通行情況分析、高平峰流量分析。
另外，此系統(tǒng)還可應(yīng)用于區(qū)間測速，作為電子警察監(jiān)控超速違法行為的依據(jù)。原理就是在道路限速的條件下，根據(jù)兩個車牌識別點(diǎn)的距離和限速可以計算出通過這段道路必須的最短時間，如果有車輛所用時間低于設(shè)定的最短時間，即可判定為超速。系統(tǒng)取證、識別、校驗(yàn)后可將違法紀(jì)錄放入數(shù)據(jù)庫中。
未來
鑒于該系統(tǒng)具有的應(yīng)用前景和巨大潛能，深圳市公安局于2006年9月正式啟動“深圳市網(wǎng)格化布控機(jī)動車識別綜合應(yīng)用系統(tǒng)”。系統(tǒng)由車牌識別系統(tǒng)、中央系統(tǒng)和信息發(fā)布系統(tǒng)三部分組成。其中車牌識別系統(tǒng)完成車輛監(jiān)控信息采集功能，中央系統(tǒng)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的通訊接收、存儲、實(shí)時運(yùn)算、實(shí)時預(yù)警處理及發(fā)布、以及其他綜合業(yè)務(wù)，信息發(fā)布系統(tǒng)將實(shí)時運(yùn)算結(jié)果發(fā)布至各終端用戶。深圳市公安局為滿足各警種實(shí)時預(yù)警、布控、偵察分析、交通監(jiān)控等需求，通過專家論證，總體設(shè)計共布點(diǎn)622個，按立項(xiàng)要求目前一期工程建設(shè)已進(jìn)入收尾階段。
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