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科立德:基于虛擬線圈的自觸發車牌識別系統

文章來源: 科立德(深圳)智能科技有限公司人氣:566發表時間:2018-03-26 15:15:09

  在車牌識別的問題上,通常采用的有多種處理方法。包括在車牌定 位上使用基于 彩色分割或區域生長法等技術;在字符識別上使用基于模板的匹配算法或基于統計的匹配 算法等技術南方彩票|官网登录。但這些技術往往由于圖像的噪聲或車牌位置的傾斜等原因造成了圖像提取的模糊不清或者定位不準確等問題,使系統的識別率并不很高南方彩票|官网登录。

  科立德基于虛擬線圈的自觸發車牌識別系統,它的技術方案為:

  步驟1,對車輛視頻信號進行預處理;

  步驟2,工控機接收視頻流信號后,創建兩個進程分別是視頻流處理進程和車牌識別進 程南方彩票|官网登录,兩進程間采用油槽通信;在視頻流處理進程中,采用基于虛擬線圈的自觸發方式采集含 有車牌信息的靜態車輛圖像;在車牌識別進程中,對靜態車輛圖像的處理;

  步驟3,工控機對車輛圖像進行預處理;

  步驟4,對車牌進行定位和車牌傾斜的校正;

  步驟5,自動車牌圖像中過濾鉚釘、白邊、污損信息;

  步驟6南方彩票|官网登录,進行字符分割;

  步驟7南方彩票|官网登录,進行字符識別;

  步驟8,將識別出合格合理的車牌信息存入數據庫,結束本次識別南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录。


車牌識別系統


  所述步驟1中南方彩票|官网登录,預處理過程為,攝像頭通過鏡頭聚焦于像平面的光線生成圖像,幀 率大25幀/秒,形成PAL格式的模擬彩色信號視頻流南方彩票|官网登录,然后視頻流進入圖像采集卡南方彩票|官网登录,在圖像 采集卡中進行模數轉換南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录,將模擬信號轉換為數字信號并對圖像進行壓縮和裁剪南方彩票|官网登录,送入工控 機。其中,像平面是由一些光電傳感器陣列組成南方彩票|官网登录,將光信號轉換為電信號進入計算機形成圖 像。所述步驟2中南方彩票|官网登录,視頻流處理進程直接利用采集卡所附帶的SDK軟件開發包中的示 例程序進行修改南方彩票|官网登录,對每幀圖像的采集和減背景處理;在視頻視野范圍內圈定模擬線圈,用來 判斷視頻流中的每幀圖像此區域與該區域背景的灰度差值,根據該差值以及預先設定的閾 值來判斷該區域中是否有車輛進入;若沒有發現有車輛進入,繼續處理下一幀圖像;若發 現有車輛進入,則啟動圖像發送線程南方彩票|官网登录,將該圖像發送到車牌識別進程,進行后續處理;

  車牌識別進程首先不斷判斷是否有接收到圖片南方彩票|官网登录,如果未接收到南方彩票|官网登录,繼續等待,若接收到, 則啟動圖像處理線程,對轉入步驟3)對圖像進行處理。所述步驟3中,所述車牌圖像預處理包括真彩色圖像灰度化、圖像增強和中值 濾波三步;在監控攝像機返回的視頻流中采集到的圖像是一 24位真彩色圖像,圖像數 據量大,首先需要對圖像灰度化,去除無效信息即顏色,保存有效信息即亮度南方彩票|官网登录,公式為:g (i, j)=0. ll*R(i,j)+0. 59*G(i南方彩票|官网登录,j)+0. 30*B(i,j),((i南方彩票|官网登录,j 為像素位置參數,R、G、B 為像素 紅、綠、藍三分量))從而實現圖像灰度化;由于可見光南方彩票|官网登录、汽車燈和氣候因素的影響南方彩票|官网登录,造成 圖像偏暗或偏亮,所以需要進行圖像增強南方彩票|官网登录,使圖像的亮度信息達到良好效果,使用算法 /(g) = nm(_te + i + 0.5],a),-l) (g為灰度值;| a| >1,對比度增強;|a|b>0南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录,亮度值增加;b<0,亮度值減小);還需要對圖像平滑南方彩票|官网登录,使用中值濾波,過濾掉圖像噪聲;通過圖像灰度化、灰度值變換和中值濾波三方面的預處理南方彩票|官网登录,獲得了可以進入下一步處理的 圖像。

  所述步驟4中,車牌定位由粗定位和精確定位實現,即采用基于自適應性閥值法 的車牌定位算法,通過將輸入圖像二值化南方彩票|官网登录,再利用灰度跳變密集分布的特點對拍照進行粗 定位南方彩票|官网登录,找出若干候選區域南方彩票|官网登录,并在后續處理中進一步對它們驗證,即牌照高寬的比例以及亮度 信息南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录,從而實現精確定位; 車牌傾斜校正南方彩票|官网登录,首先是在將車牌區域提取出來之后,對車牌區域圖像進行二值化南方彩票|官网登录,本系 統采用最大類間方差發即OTSU法對已定位的車牌進行二值化;然后通過對車牌區域圖像 進行HOUGH變換,定位出車牌邊界的四條直線,根據這些直線的傾斜角度對整幅圖像進行 校正同時將圖像大小歸一化南方彩票|官网登录,方便字符識別處理南方彩票|官网登录。所述步驟5中,過濾鉚釘信息過程為,利用鉚釘是固定車牌用的螺絲的密封圈南方彩票|官网登录,它 在圖像中反映出來是一白色圓形區域,是一連通域南方彩票|官网登录,具有很高的密集度南方彩票|官网登录,對它的處理采用了 Blob分析的方法南方彩票|官网登录,對車牌二值圖像進行腐蝕操作,將鉚釘與字符分離開,標定連通域南方彩票|官网登录,分別 計算各個連通域的密集度,將密集度大于一閾值的連通域過濾掉南方彩票|官网登录,這樣就達到了過濾鉚釘 的目的;

  白邊信息過濾過程為,白邊其實就是車牌的邊緣南方彩票|官网登录,在二值圖像中表現為細長的白邊南方彩票|官网登录,對 它的消除要利用到車牌校正后的圖像,由于車牌校正后白邊為水平或垂直的直線,利用對 圖像進行裁剪的方法南方彩票|官网登录,將白邊位置裁剪出去南方彩票|官网登录,剩下的圖像就為排除白邊干擾的圖像了 ;

  污損信息過濾過程為南方彩票|官网登录,污損在二值圖像中表現為隨機分布的噪聲白點南方彩票|官网登录,利用一個3*3 的中值濾波器南方彩票|官网登录,對污損的濾除南方彩票|官网登录。所述步驟6中南方彩票|官网登录,所述字符分割就是將車牌號碼分離為單個的字符,采用水平投影 和垂直投影的方法將車牌中的各個字符分割出來,在投影圖像的波谷處進行分割南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录,水平投 影確定字符的上下邊界南方彩票|官网登录,垂直投影可分割出各個字符,根據字符寬度和間隔的先驗知識,實 現字符的精確分割南方彩票|官网登录。所述步驟7中,所述字符識別采用模板匹配和特征匹配的方法實現南方彩票|官网登录,首先將分割 出的字符在字符模板庫中循環進行匹配,將匹配系數滿足設定要求的字符作為備選字符; 然后對易混淆目的字符和備選字符進行特征匹配,具體為連通域匹配和直方圖匹配,選出 匹配系數最好的字符為字符識別結果南方彩票|官网登录。所述步驟8中,將車牌區域圖像和識別出的車牌字符寫入數據庫南方彩票|官网登录,同時寫入系統 時間南方彩票|官网登录,方便歸檔和查閱。本發明的主要內容主要體現在以下幾個方面,基于虛擬線圈的自觸發方式,雙進 程的快速軟件開發架構,基于Hough變換的車牌傾斜校正算法以及自動過濾鉚釘南方彩票|官网登录,白邊,污 損等干擾的方法。車牌識別產品的自觸發機制是指產品不需要接收外界觸發信號控制其進行圖像 的采集,而是由車牌識別產品本身自行完成對輸入視頻流的檢測分析,并由算法控制其自 身,自行決定在合適的時機截取圖像,完成車牌識別功能南方彩票|官网登录。采用自觸發機制的車牌識別產品 都需要輸入視頻流信號,以便對其進行分析南方彩票|官网登录,因此也通常把這種觸發機制稱為“視頻觸發”。 因其觸發時機是通過產品自身對視頻信號進行分析來決定的。自觸發機制的車牌識別產品 的優勢在于不依賴于外界觸發信號南方彩票|官网登录,只需接入視頻信號便可自行完成從采集圖像到完成車 牌識別的全部功能南方彩票|官网登录。這就避免了前面提到的外觸發機制中所涉及到的關于外觸發信號源裝 置的使用年限南方彩票|官网登录、安裝調試南方彩票|官网登录、維護等工作,也不會造成對監測點路面的損壞南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录。


車牌識別系統


  基于虛擬線圈的方式通過在視野范圍內設置一個類似于地感線圈功能的區域,通 過計算該區域內的灰度(或顏色)的變化而判斷是否有車輛進入到區域中南方彩票|官网登录,當發現有車輛 時啟動觸發。這種方法工作原理比較簡單,運算也并不復雜,能做到觸發及時,觸發時車輛 位置相對比較準確,同時南方彩票|官网登录,由于其觸發的信息來源是車輛本身,而非車牌,因此對于不懸掛 車牌的車輛同樣能完成有效觸發抓拍。為了提高系統開發周期,本發明還設計了雙進程的軟件架構,其具體拓撲圖如圖2 所示。本架構分別將視頻流和識別算法放入不同進程。視頻流進程可直接利用不同的采集 卡廠商提供的軟件開發包中的示例程序,稍作修改即可達到本系統的目的南方彩票|官网登录,可實現實時視 頻的監控南方彩票|官网登录,同時利用基于虛擬線圈觸發圖片采集的思想對視頻流實時處理南方彩票|官网登录,若發現有車輛 進入虛擬線圈區域并達到觸發條件,則本進程采集一幀圖像,并通過管道傳遞給車牌識別 進程南方彩票|官网登录。在車牌識別進程中實現對圖片的預處理、車牌定位、字符分割和字符識別,以及對車 牌信息的后處理南方彩票|官网登录。這種軟件架構能夠實現基于多種采集卡系統的快速開發,車牌識別進程 可在各個不同系統間無改動的直接復制,大大縮短了開發周期,而且經過長時間現場運行, 此種軟件架構也是非常穩定和合理的。作為圖像的特征,圖像的邊緣和區域有重要的意義,因此對邊緣的檢測對于圖像 的分析和識別也是至關重要的。在車牌的圖像當中南方彩票|官网登录,車牌是一個具有一定長寬比的矩形,可 以采用已知形狀的曲線檢測的方法來確定車牌的位置。Hough變換是把圖像平面中的點按 照待求曲線的函數關系映射到參數空間南方彩票|官网登录,然后尋找最大凝聚點,由此最大點確定曲線位置。 車牌由四條直線組成,上下平行,左右平行,在此,先把它簡化為一條直線的位置檢測,再根 據平行特性找出四條相關的直線南方彩票|官网登录,從而找出車牌的位置。在車牌識別過程中,車牌定位和校正之后南方彩票|官网登录,可能存在著鉚釘、白邊和污損等干擾信 息,不利于對后面字符分割和字符識別的處理,所以本系統還發明了自動過濾鉚釘南方彩票|官网登录、白邊南方彩票|官网登录、 污損等干擾的解決方法。鉚釘是固定車牌用的螺絲的密封圈南方彩票|官网登录,它在圖像中反映出來是一白 色圓形區域,是一大的連通域南方彩票|官网登录,具有很高的密集度南方彩票|官网登录,所以對它的處理采用了 Blob分析的方 法南方彩票|官网登录,對車牌二值圖像進行腐蝕操作,將鉚釘與字符分離開,標定連通域南方彩票|官网登录,分別計算各個連通 域的密集度南方彩票|官网登录,將密集度大于一閾值的連通域過濾掉南方彩票|官网登录,這樣就達到了過濾鉚釘的目的。白邊其 實就是車牌的邊緣,在二值圖像中表現為細長的白邊,對它的消除要利用到車牌校正后的 圖像,由于車牌校正后白邊為水平或垂直的直線南方彩票|官网登录,所以清除它可利用對圖像進行裁剪的方 法,將白邊位置裁剪出去南方彩票|官网登录,剩下的圖像就為排除白邊干擾的圖像了。污損在二值圖像中表現 為隨機分布的噪聲白點,利用了一個3*3的中值濾波器,可以很好的實現對污損的濾除。通 過上述方法可以很好的解決鉚釘南方彩票|官网登录、白邊和污損的干擾,而且適應性較強南方彩票|官网登录,能為字符分割和識 別提供清晰可靠的車牌圖像。

  具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。本發明的硬件結構有攝像頭、圖像采集卡、工控PC等構成。攝像頭的作用是將通過鏡頭聚焦于像平面的光線生成圖像南方彩票|官网登录,幀率大25幀/秒,形成PAL格式的模擬彩色信號視 頻流南方彩票|官网登录,然后視頻流進入圖像采集卡,在圖像采集卡中進行模數轉換,將模擬信號轉換為數字 信號并對圖像進行壓縮和裁剪,送入工控PC的內存中,工控PC是對視頻流信號進行處理和 車牌識別的硬件設備南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录,它同時通過交換機連入網絡南方彩票|官网登录,可將識別結果與遠程數據庫進行通信。 本發明所涉及到的基于虛擬線圈的自觸發方式、雙進程的快速軟件開發架構、基于Hough 變換的車牌校正算法以及適應性較強的抗干擾算法都是在工控PC中南方彩票|官网登录,通過軟件系統實現 的南方彩票|官网登录。本系統的流程圖如圖1所示,系統啟動后創建兩個進程分別是視頻流處 理進程和 車牌識別進程南方彩票|官网登录,在視頻流處理進程中,實現基于虛擬線圈的自觸發方式采集含有車牌信息 的靜態車輛圖像,而在車牌識別進程中,主要實現對靜態車輛圖像的處理,經過預處理南方彩票|官网登录、車 牌定位、字符分割和字符分割識別出車牌信息南方彩票|官网登录,并實現將相關信息存入數據庫的操作南方彩票|官网登录。以下 就對上述過程進行具體的說明。視頻流處理進程可直接利用采集卡所附帶的SDK軟件開發包中的示例程序進行 修改,實現對每幀圖像的采集和減背景處理。在視頻視野范圍內圈定模擬線圈南方彩票|官网登录,用來判斷視 頻流中的每幀圖像此區域與該區域背景的灰度差值,根據該差值以及預先設定的閾值來判 斷該區域中是否有車輛進入。若沒有發現有車輛進入,繼續處理下一幀圖像;若發現有車輛 進入南方彩票|官网登录,則啟動圖像發送線程南方彩票|官网登录,將該圖像發送到車牌識別進程,進行后續處理。車牌識別進程首先不斷判斷是否有接收到圖片南方彩票|官网登录,如果未接收到南方彩票|官网登录,繼續等待南方彩票|官网登录,若接收 至IJ南方彩票|官网登录,則啟動圖像處理線程南方彩票|官网登录,對圖像進行處理南方彩票|官网登录。在圖像處理線程中,依次對圖像進行了預處理、 車牌定位、傾斜校正南方彩票|官网登录、字符分割、字符識別和后處理六步處理南方彩票|官网登录,最終識別出合格合理的車牌 fn息ο車牌圖像預處理包括真彩色圖像灰度化、圖像增強和中值濾波三步。在監控攝像 機返回的視頻流中采集到的圖像是一 24位真彩色圖像南方彩票|官网登录,圖像數據量大南方彩票|官网登录,首先需要對圖像灰 度化南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录,去除無效信息(顏色)南方彩票|官网登录,保存有效信息(亮度)南方彩票|官网登录,公式為:g(i, j)=0. ll*R(i,j)+0. 59*G( i, j)+0. 30*B(i,j)南方彩票|官网登录,從而實現圖像灰度化;由于可見光南方彩票|官网登录、汽車燈和氣候等環境因素的影響, 造成圖像偏暗或偏亮南方彩票|官网登录,所以需要進行圖像增強,使圖像的亮度信息達到良好效果南方彩票|官网登录,使用算法 /(g^m^ma^g + b + 0.5];0),24 -1);還需要對圖像平滑,使用中值濾波南方彩票|官网登录,過濾掉圖像噪聲。通 過圖像灰度化、灰度值變換和中值濾波三方面的預處理南方彩票|官网登录,獲得了可以進入下一步處理的圖 像。車牌定位由粗定位和精確定位實現南方彩票|官网登录。車牌區域具有如下特點汽車牌的邊界是一 個矩形南方彩票|官网登录,車牌號碼和車牌背景灰度有明顯差別,車牌的長寬比是定值,車牌號碼沿水平方向 直線排列。由于車牌號碼和背景灰度存在較大的對比度,可利用一高通濾波器突出此特點, 方便車牌定位的實現南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录。本系統使用基于自適應性閥值法的車牌定位算法,通過將輸入圖像 二值化南方彩票|官网登录,再利用灰度跳變密集分布的特點對拍照進行粗定位,找出若干候選區域,并在后續 處理中進一步對他們驗證,如牌照高寬的比例,亮度信息,從而實現精確定位。車牌傾斜校正首先是在將車牌區域提取出來之后,對車牌區域圖像進行二值化南方彩票|官网登录, 本系統采用最大類間方差發(0TSU法)對已定位的車牌進行二值化;然后通過對車牌區域 圖像進行HOUGH變換,定位出車牌邊界的四條直線,根據這些直線的傾斜角度對整幅圖像 進行校正同時將圖像大小歸一化,方便字符識別處理南方彩票|官网登录。

  字符分割就是將車牌號碼分離為單個的字符,本系統采用水平投影和垂直投影的 方法將車牌中的各個字符分割出來。在投影圖像的波谷處進行分割南方彩票|官网登录,水平投影確定字符的 上下邊界,垂直投影可分割出各個字符。根據字符寬度和間隔等先驗知識,實現字符的精確 分割。字符識別采用模板匹配和特征匹配的方法實現。首先將分割出的字符在字符模板 庫中循環進行匹配南方彩票|官网登录,將匹配系數滿足設定要求的字符作為備選字符;然后對易混淆目的字 符和備選字符進行特征匹配南方彩票|官网登录,具體為連通域匹配和直方圖匹配南方彩票|官网登录,選出匹配系數最好的字符 為字符識別結果南方彩票|官网登录。車牌后處理部分主要實現將車牌區域圖像和識別出的車牌字符寫入數據庫南方彩票|官网登录,同時寫入系統時間,方便歸檔和查閱。在本發明的雙進程架構體系中南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录,還涉及到進程間通信的實現,由于采集出來的靜 態圖片是從視頻流處理進程單向傳輸到車牌識別進程,所以在視頻流處理進程中開辟圖像 發送線程南方彩票|官网登录,在車牌識別進程中開辟圖像接收線程南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录,去實現進程間通信南方彩票|官网登录。油槽是基于廣播通信 體系設計出來的南方彩票|官网登录南方彩票|官网登录,它是一種單向通信機制,創建油槽的服務器進程讀取數據南方彩票|官网登录,打開油槽的客 戶機進程寫入數據。所以本系統的雙進程間的通信就是采用的油槽通信。由上述具體實施方式的介紹南方彩票|官网登录,可知本發明的基于虛擬線圈的自觸發方式避免了外 觸發機制的使用年限、安裝調試、維護等工作,也不會造成對監測點路面的損壞;同時南方彩票|官网登录,雙進 程的軟件架構不僅可縮短軟件開發周期南方彩票|官网登录,還增加了系統代碼的可移植性。通過現場運行證 明,本發明設計的車牌傾斜校正和抗干擾算法能很好的適應現場環境,具有良好的識別效 果,而且外部擴展方便,有很好的應用價值南方彩票|官网登录。

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