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车牌识别系统

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车牌识别系统原理 车牌识别系统应用领域

车牌识别系统原理 车牌识别系统应用领域

作者:志鹏 来源:南天瑞丰 发布时间:2018-08-22 14:34 浏览量:
导读:南天瑞丰给大家分享车牌识别系统原理和车牌识别系统的应用领域给大家。

  车牌识别系统原理

  车牌识别过程包括图像采集、预处理、车牌定位、字符分割、字符识别、结果输出等一系列算法运算,其运行流程如下图所示:

车牌识别系统流程图

  1.图像采集

  根据车辆检测方式的不同,图像采集一般分为两种,一种是静态模式下的图像采集,通过车辆触发地感线圈、红外或雷达等装置,给相机一个触发信号,相机在接收到触发信号后会抓拍一张图像,该方法的优点是触发率高,性能稳定,缺点是需要切割地面铺设线圈,施工量大;另一种是视频模式下的图像采集,外部不需要任何触发信号,相机会实时地记录视频流图像,该方法的优点是施工方便,不需要切割地面铺设线圈,也不需要安装车检器等零部件,但其缺点也十分显著,由于算法的极限,该方案的触发率与识别率较之外设触发都要低一些。

  2.预处理

  由于图像质量容易受光照、天气、相机位置等因素的影响,所以在识别车牌之前需要先对相机和图像做一些预处理,以保证得到车牌最清晰的图像。一般会根据对现场环境和已经拍摄到的图像的分析得出结论,实现相机的自动曝光处理、自动白平衡处理、自动逆光处理、自动过爆处理等,并对图像进行噪声过滤、对比度增强、图像缩放等处理。去噪方法有均值滤波、中值滤波和高斯滤波等;增强对比度的方法有对比度线性拉伸、直方图均衡和同态滤波器等;图像缩放的主要方法有最近邻插值法、双线性插值法和立方卷积插值等。

逆光图像
逆光图像
过曝图像
过曝图像
有噪声图像
有噪声图像

  3.车牌定位

  从整个图像中准确地检测出车牌区域,是车牌识别过程的一个重要步骤,如果定位失败或定位不完整,会直接导致最终识别失败。车牌定位方法一般会依据纹理特征、颜色特征和形状特征等信息,采用投影分析、连通域分析、机器学习等算法检测车牌。投影分析方法根据车牌字符与背景交替出现的次数相比于其他情况要多这个特征,通过图像在水平和垂直方向的投影分析来定位车牌。连通域分析根据车牌中的每个字符都是一个连通域且这些连通域的结构和颜色都一致的特征,通过检测并合并这些连通域来定位车牌;机器学习的思路是,先使用从很多个车牌样本中提取出来的特征把一个弱分类器训练成一个强分类器,再使用这个强分类器对图像进行扫描检测从而定位到车牌。由于复杂的图像背景,且要考虑不清晰车牌的定位,所以很容易把栅栏,广告牌等噪声当成车牌,所以如何排除这些伪车牌也是车牌定位的一个难点。为了提高定位的准确率和提高识别速度,一般的车牌识别系统都会设计一个外部接口,让用户自己根据现场环境设置不同的识别区域。

车牌定位
基于连通域分析的车牌定位方法流程图

  4.车牌校正

  由于受拍摄角度、镜头等因素的影响,图像中的车牌存在水平倾斜、垂直倾斜或梯形畸变等变形,这给后续的识别处理带来了困难。如果在定位到车牌后先进行车牌校正处理,这样做有利于去除车牌边框等噪声,更有利于字符识别。目前常用校正方法有:Hough变换法,通过检测车牌上下、左右边框直线来计算倾斜角度;旋转投影法,通过按不同角度将图像在水平轴上进行垂直投影,其投影值为0的点数之和最大时的角度即为垂直倾斜角度,水平角度的计算方法与其相似;主成分分析法,根据车牌背景与字符交界处的颜色具有固定搭配这一特征、求出颜色对特征点的主成分方向即为车牌的水平倾斜角度;方差最小法,根据字符在垂直方向投影点的坐标方差最小导出垂直倾斜角的闭合表达式,从而确定垂直倾斜角度;透视变换,利用检测到的车牌的四个顶点经过相关矩阵变换后实现车牌的畸变校正。

水平和垂直倾斜
水平和垂直倾斜
梯形畸变

  5.字符分割

  定位出车牌区域后,由于并不知道车牌中总共有几个字符、字符间的位置关系、每个字符的宽高等信息,所以,为了保证车牌类型匹配和字符识别正确,字符分割是必不可少的一步。字符分割的主要思路是,基于车牌的二值化结果或边缘提取结果,利用字符的结构特征、字符间的相似性、字符间间隔等信息,一方面把单个字符分别提取出来,也包括粘连和断裂字符等特殊情况的处理;另一方面把宽、高相似的字符归为一类从而去除车牌边框以及一些小的噪声。一般采用的算法有:连通域分析、投影分析,字符聚类和模板匹配等。污损车牌和光照不均造成的模糊车牌仍是字符分割算法所面对的挑战,有待更好的算法出现并解决以上问题。

字符切割

  6.字符识别

  对分割后的字符的灰度图像进行归一化处理,特征提取,然后经过机器学习或与字符数据库模板进行匹配,最后选取匹配度最高的结果作为识别结果。目前比较流行的字符识别算法有:模板匹配法、人工神经网络法、支持向量机法和Adaboost分类法等。模板匹配法的优点是识别速度快、方法简单,缺点是对断裂、污损等情况的处理有一些困难;人工神经网络法学习能力强、适应性强、分类能力强但比较耗时;支持向量机法对于未见过的测试样本具有更好的识别能力且需要较少的训练样本;Adaboost分类法能侧重于比较重要的训练数据,识别速度快、实时性较高。我国车牌由汉字、英文字母和阿拉伯数字3种字符组成,且具有统一的样式,这也是识别过程的方便之处。但由于车牌很容易受外在环境的影响,出现模糊、断裂、污损字符的情况,如何提高这类字符和易混淆字符的识别率,也是字符识别的难点之一。易混淆字符包括:0与D、0与Q、2与Z、8与B、5与S、6与G、4与A等。

字符识别
污损车牌

  7.车牌结果输出

  将车牌识别结果以文本格式输出,包括车牌号,车牌颜色,车牌类型等。

车牌输出结果

  车牌识别系统应用领域

  一、监测报警

  对于纳入“黑名单”的车辆,例如:被通缉或挂失的车辆、欠交费车辆、未年检车辆、肇事逃逸及违章车辆等,只需将其车牌号码输入到应用系统中,车牌识别设备安装于指定的路口、卡口或由执法人员随时携带按需要放置,系统将识读所有通过车辆的牌照号码并与系统中的“黑名单”比对,一旦发现指定车辆立刻发出报警信息。系统可以全天不间断工作、不会疲劳、错误率极低;可以适应高速行驶的车辆;可以在车辆行使过程中完成任务不影响正常交通;整个监视过程中司机也不会觉察、保密性高。应用这种系统将极大地提高执法效率。

  二、超速违章处罚

  车牌识别技术结合测速设备可以用于车辆超速违章处罚,一般用于高速公路。具体应用是:在路上设置测速监测点,抓拍超速的车辆并识别车牌号码,将违章车辆的牌照号码及图片发往各出口;在各出口设置处罚点,用车牌识别设备识别通过车辆并将号码与已经收到的超速车辆的号码比对,一旦号码相同即启动警示设备通知执法人员处理。与传统的超速监测方式相比,这种应用可以节省警力,降低执法人员的工作强度,而且安全、高效、隐蔽,司机需时刻提醒自己不能超速,极大地减少了因超速引发的事故。

  三、车辆出入管理

  将车牌识别设备安装于出入口,记录车辆的牌照号码、出入时间,并与自动门、栏杆机的控制设备结合,实现车辆的自动管理。应用于停车场可以实现自动计时收费,也可以自动计算可用车位数量并给出提示,实现停车收费自动管理节省人力、提高效率。应用于智能小区可以自动判别驶入车辆是否属于本小区,对非内部车辆实现自动计时收费。在一些单位这种应用还可以同车辆调度系统相结合,自动地、客观地记录本单位车辆的出车情况,H3智在通行管理系统采用了车牌识别技术,达到不停车、免取卡,有效提高车辆出入通行效率。

车牌识别系统应用领域

  四、自动放行

  将指定的牌照信息输入系统,系统自动地识读经过车辆的牌照并查询内部数据库。对于需要自动放行的车辆系统驱动电子门或道闸让其通过,对于其它车辆系统会给出警示,由值勤人员处理。可用于特殊单位(如军事管理区、保密单位、重点保护单位等)、路桥收费卡口、高级住宅区等。

  五、高速公路收费管理

  在高速路的各个出入口安装车牌识别设备,车辆驶入时识别车辆牌照将入口资料存入收费系统,车辆到达出口时再次识别其牌照并根据牌照信息调用入口资料,结合出入口资料实现收费管理。这种应用可以实现自动计费并可防止作弊,避免了应收款的流失。

  高速公路已开始实施联网收费,随着联网范围的扩大,不同车型的收费差额也越来越高,司机利用现有收费系统的漏洞通过中途换卡进行逃费的问题将越来越突出,利用车牌识别技术是解决此类问题的根本方法。

  六、计算车辆旅行时间

  在交通管理系统中可以将车辆在某条道路的平均旅行时间作为判断该道路拥堵状况的一个参数。安装车牌识别设备于道路的起止点,识读所有通过车辆并将牌照号码传回交通指挥中心,指挥中心的管理系统根据这些结果就可计算出车辆平均旅行时间。

  七、牌照号码自动登记

  交通监管部门每天都要处理大量的违章车辆图片,一般由人工辨识车牌号码再输入管理系统,这种方式工作量大、容易疲劳误判。采用自动识别可以减少工作强度能够大幅度提高处理速度和效率。这种功能可用于电子警察系统、道路监控系统等。

  车牌识别停车场系统将摄像机在入口拍摄的车辆车牌号码图象自动识别并转换成数字信号。做到一卡一车,车牌识别的优势在于可以把卡和车对应起来,使管理提高一个档次,卡和车的对应的优点在于长租卡须和车配合使用,杜绝一卡多车使用的漏洞,提高物业管理的效益;同时自动比对进出车辆,防止偷盗事件的发生。升级后的摄像系统可以采集更清晰的图片,作为档案保存,可以为一些纠纷提供有力的证据。方便了管理人员在车辆出场时进行比对,大大增强了系统的安全性。

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