專利名稱：：車輛牌照實時識別系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型屬于交通管理領(lǐng)域，尤其涉及車輛牌照抓拍和實時識別系統(tǒng)。技術(shù)背景傳統(tǒng)的交通檢測器以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)，通過在道路沿途埋設(shè)環(huán)形線圈檢測器及在交通要道處裝設(shè)電視錄像機等，將數(shù)據(jù)和畫面?zhèn)魉偷娇刂浦行倪M(jìn)行分析、判斷和確認(rèn)交通偶發(fā)事件，從而達(dá)到報警和人工干預(yù)的目的。近幾年來，隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)和信息處理技術(shù)等的發(fā)展，交通檢測技術(shù)也得到較大發(fā)展，按其基本工作原理可分為電磁感應(yīng)式、電接觸式、光電式、超聲波式、紅外線式等多種類型。其中應(yīng)用比較多的檢測器是環(huán)形線圈檢測器、超聲波檢測器、微波雷達(dá)檢測器和紅外檢測器w。由于各種傳感器所獲取的信號不直觀，檢測精度不高而且監(jiān)測范圍和檢測參數(shù)都非常有限，并不能提供全面而直接的交通信息。近年來，隨著通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像處理與模式識別等高新技術(shù)的發(fā)展，智能交通信息監(jiān)測技術(shù)也得到了長足的進(jìn)展，以相機等視覺傳感器及計算機視覺理論為基礎(chǔ)的車輛識別與交通運行狀態(tài)檢測技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，并開始應(yīng)用于交通信息的自動采集與處理過程中。但仍然存在拍攝盲區(qū)和識別有誤問題，如當(dāng)車輛跨車道行駛時，相機往往只能拍攝到半個車身，雖然每個車道的相機都會拍攝到半個車身，但兩個圖像不能合成到一起，因而其車牌號不能自動識別；即使車牌在一個圖像中，目前的識別系統(tǒng)不能將現(xiàn)行的各種號牌(02式個性化牌照、現(xiàn)用92式牌照的民用車牌照以及軍車、警車、武警、港澳等特殊牌照)全部準(zhǔn)確識別出來。另外，相機抓拍的觸發(fā)主要通過環(huán)形線圈檢測器，而環(huán)形線圈檢測器埋于地下，其安裝和檢修對路面造成破壞。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種通過增設(shè)輔助近景相機消除盲區(qū)并通過精確定位法識別車輛號牌的車輛牌照實時識別系統(tǒng)。本實用新型的解決方案是車輛牌照實時識別系統(tǒng)，由車道上方的抓拍相機組、路邊的控制機柜和車輛檢測觸發(fā)機構(gòu)組成，其特征在于所述的抓拍相機組包括每個車道中間的近景相機、車道分界線上的輔助近景相機和一架全景相機，抓拍相機組將圖像信號送到控制機柜；所述的控制機柜接收相機傳來的圖像信號，根據(jù)圖像識別車輛號牌，從數(shù)據(jù)庫中提取該號牌信息，并將此信息傳送到上位交通控制環(huán)節(jié)；所述的車輛檢測觸發(fā)機構(gòu)包括設(shè)置在抓拍相機組前方路面上方的線陣CCD相機，線陣CCD相機的鏡頭垂直于路面，可俯拍經(jīng)過的車輛，并將拍攝信息送到控制機柜，作為抓拍觸發(fā)信號的產(chǎn)生條件，控制機柜根據(jù)線陣CCD相機送來的信息判斷是否有車輛出現(xiàn)，并控制抓拍相機組的開啟。抓拍相機組中的相機采用高清晰度的光圈可調(diào)、焦距可調(diào)的彩色相機。抓拍相機組中設(shè)置有與拍攝同步的LED智能補光燈。相機和智能補光LED都安裝在雅安防護(hù)罩里。抓拍相機組通過視頻線將圖像信號送到控制機柜，控制機柜通過串口控制抓拍相機組的開啟。車輛檢測觸發(fā)機構(gòu)中的線陣CCD相機采用DALSA公司產(chǎn)的spyder3Gige系列的型號為SG-10-01K40的相機，該相機利用高密度的FPGA芯片產(chǎn)生一系列時序，驅(qū)動CCD傳感器，把外界光信號轉(zhuǎn)變成電信號，再經(jīng)過DSP處理器信號處理電路，對電信號進(jìn)行放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換，然后儲存在FIFO里，再通過以太網(wǎng)傳輸?shù)娇刂茩C柜。線陣CCD相機安裝在雅安防護(hù)罩里?？刂茩C柜由一臺工業(yè)控制計算機，一臺液晶顯示器，一塊用于采集線陣CCD圖像的雙通道千兆網(wǎng)卡和一塊采集抓拍圖像的四通道圖像采集卡，以及一個控制抓拍相機組的RS232轉(zhuǎn)RS485的串口轉(zhuǎn)換器組成。工業(yè)控制計算機采用研華的工控機。本實用新型的有益效果是-(1)采用近景輔助相機，消除了車輛號牌的拍攝盲區(qū)；(2)可以精確定位車輛號牌，準(zhǔn)確識別車輛牌照；(3)抓拍觸發(fā)機構(gòu)安裝維護(hù)方便，無須破壞路面；圖1是圖像抓拍系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是抓拍相機組拍攝覆蓋面示意圖；圖3是圖像抓拍相機組結(jié)構(gòu)圖；圖4是抓拍相機通信協(xié)議；圖5是抓拍相機控制命令；圖6是串口控制協(xié)議；圖7是串口控制命令；圖8是CCD相機內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖9是車牌識別流程。圖1中，1、抓拍相機組，2、線陣CCD相機，3、控制機柜，4、龍門架。具體實施方式本系統(tǒng)抓拍相機組及觸發(fā)器的安置如圖1所示，觸發(fā)器通過龍門架架設(shè)在前邊路面的上方，觸發(fā)器采用線陣CCD相機，鏡頭垂直路面向下，可掃描下面路面是否有車輛出現(xiàn)；抓拍相機組通過龍門架架設(shè)在后邊路面的上方，可拍攝前邊路面的情況。抓拍相機在安裝前要事先調(diào)好焦距(18m)和聚焦。為了滿足防雨，防曬要求，相機和控制器以及智能補光LED都安裝在雅安防護(hù)罩里。對于線陣CCD相機來說，防雨，防潮，防塵，和散熱問題尤為關(guān)鍵，本系統(tǒng)中，把相機安裝在專用的雅安防護(hù)罩中，加上防塵過濾網(wǎng)，防雨透明玻璃片，里面再安裝兩個小型的散熱風(fēng)扇。這樣，既達(dá)到通風(fēng)散熱，又實現(xiàn)了防雨，防塵目的。抓拍相機組的設(shè)置如圖2，每一個行車道一臺近景相機，在兩個車道的分道線上加裝一臺近景相機(稱為輔助近景相機)，一臺可拍攝整個路面情況的全景相機。這樣，可同時有三臺相機用于拍照，三臺相機的視場范圍相互有些重疊。根據(jù)線陣CCD相機的圖像判定車輛所在的車道，然后啟動相應(yīng)車道的抓拍相機，如果車輛在兩個車道的中間，將啟動輔助相機。因此，只要保證每個相機的視場互相重疊區(qū)域的寬度L2為一個牌照的寬度，而L1小于一輛小汽車寬度的一半。這樣，每輛車都有一幅牌照特寫圖片和一幅車輛全景圖片，保證了牌照的識別。由于增加了一臺輔助相機，每輛車都有兩幅牌照特寫圖片和一幅車輛全景圖片，本系統(tǒng)應(yīng)用牌照識別技術(shù)比較兩幅特寫圖片的牌照識別效果，選擇一幅含有完整車輛牌照的圖片作為最終的牌照識別特寫圖片。抓拍相機組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3，下面作詳細(xì)介紹(1)抓拍相機該子系統(tǒng)所采用的相機是高清晰度JVC彩色相機，光圈可調(diào)，焦距可調(diào)，焦距0~oo。該系列相機具有菜單選擇功能，相機提供多種曝光模式和電子快選擇，既可以用相機上的按鍵選擇，也可以通過相機的串口來控制。JVC相機的控制協(xié)議及命令如圖4和圖5所示。(2)中央控制器中央控制器用來控制智能LED補光燈。智能LED實現(xiàn)對視頻攝像頭的輔助照明功能，LED照明可以按照用戶需求，在視頻攝像頭快門開啟的特定時刻進(jìn)行輔助照明。LED照明可以實現(xiàn)以下控制功能1.LED在每場圖像的特定時刻進(jìn)行補光照明；2.LED在奇場/偶場的特定時刻進(jìn)行補光照明；3.外部觸發(fā)后延遲特定時間進(jìn)行補光照明。該控制器使用單片機STC12C5410AD作為主控制芯片，通過RS232/485串口進(jìn)行LED照明參數(shù)的設(shè)置。RS232/485串口波特率為9600，1個停止位，無奇偶校驗，串口控制協(xié)議及命令如圖6和圖7所示。單片機工作時鐘為20MHz。系統(tǒng)將LED照明參數(shù)保存在FLASH中，系統(tǒng)上電重啟后可以自動按照以前設(shè)置的工作參數(shù)進(jìn)行工作。外部觸發(fā)輸入使用了PS2701光耦進(jìn)行隔離，要求觸發(fā)輸入電流不小于5mA。LED控制參數(shù)取值及功能如表1所示，該參數(shù)使用串口進(jìn)行設(shè)置。串口配置為8bit，l停止位，無校驗位?？刂泼詈蛥?shù)以ASCII碼進(jìn)行傳輸，每個控制命令包含一個幀同步字(OxlB)和命令結(jié)束字(0x00)。命令格式如下OxlB，地址字符串，命令字符串，0x00地址字符串指定了響應(yīng)此命令的地址，地址取值可以為100~107。具體取值由播碼開關(guān)的2，3，4位決定。第2位為LSB，第4位為LSB。0N表示1，OFF表示0。例如，當(dāng)開關(guān)設(shè)置為"ON，ON，OFF"時，表示地址為106;當(dāng)開關(guān)設(shè)置為"ON，OFF,OFF"時，表示地址為104。地址字符串與0xlB同步字之間不能有任何字符，地址字符串和命令字符串之間必須且只能有一個空格。命令字符串由命令和相應(yīng)的參數(shù)組成，命令和參數(shù)間必須且只能有一個空格。LED控制命令如表2。當(dāng)單片機正確執(zhí)行命令后，會通過串口返回"ok\0";當(dāng)單片機不能執(zhí)行制定命令，或者執(zhí)行過程中遇到錯誤，單片機不返回任何信息。表1LED參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2LED控制命令<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(3)LED補光燈夜間光線不足，但系統(tǒng)要保證夜間能清晰地抓拍車牌并識別出來，所以要給車牌抓拍系統(tǒng)進(jìn)行補光。由于高速公路上車速較快，若使用閃光燈會對司機駕駛造成影響，容易導(dǎo)致交通事故。在本系統(tǒng)中，采用智能LED補光。所謂智能LED燈補光，就是用多個高亮白光LED發(fā)光管組成的陣列(原理圖如圖4.26所示)，這些LED燈在中央控制器作用下，在抓拍相機掃描每場圖像開始發(fā)光(發(fā)光持續(xù)時間可設(shè))，這樣就既保證能給圖片補光，又不至于發(fā)光太強而影響司機視線。要求LED燈具有發(fā)光強，方向性好，壽命長等優(yōu)點。LED參數(shù)如下發(fā)光強度11000-13000cmd發(fā)散角《15度工作電壓3.2~3.4V工作電流18-20mA工作壽命IO萬小時本系統(tǒng)中的車輛檢測觸發(fā)機構(gòu)是一種基于視頻圖像分析和計算機視覺技術(shù)對通過路口(或路段)斷面的車輛進(jìn)行通過檢測的技術(shù)。工業(yè)控制計算機中的圖像采集軟件通過中斷方式，每隔10ms取出10幀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷是否存在車輛觸發(fā)，從而決定是否抓拍近景和遠(yuǎn)景圖片。本系統(tǒng)的視頻觸發(fā)使用線陣CCD相機作為圖像采集裝置，線陣CCD相機采用的是加拿大DALSA公司產(chǎn)的spyder3Gige系列相機，型號為SG-10-01K40。該相機工作原理是利用高密度的FPGA芯片產(chǎn)生一系列復(fù)雜的時序，驅(qū)動CCD傳感器，把外界光信號轉(zhuǎn)變成電信號，再經(jīng)過DSP處理器信號處理處理電路，對電信號進(jìn)行一系列的放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換等，然后儲存在FIFO里，再通過以太網(wǎng)傳輸出去，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖8所示。本系統(tǒng)中的圖像處理包括線陣圖像處理和面陣圖像處理兩部分，線陣圖像處理包括背景估計、圖像二值化、判斷車輛觸發(fā)、判斷車輛結(jié)束等功能。由于高速公路的路面紋理特征比較明顯，并且受光照條件影響較小，因此對每幀圖像進(jìn)行小波變換，統(tǒng)計若干幀相鄰像素灰度變化情況，將出現(xiàn)概率最大的情況作為背景紋理特征，并逐幀對數(shù)據(jù)進(jìn)行二值化和分析處理。將線陣CCD視場劃分成三個邏輯車道(對應(yīng)于面陣CCD監(jiān)控的兩個物理車道)，并為每個邏輯車道建立若干計數(shù)器，統(tǒng)計各個邏輯車道目標(biāo)出現(xiàn)情況。如果某一車道連續(xù)有30行數(shù)據(jù)均有目標(biāo)出現(xiàn)并且其目標(biāo)點總數(shù)超過一定的閾值，則認(rèn)為該車道有車輛出現(xiàn)，向主程序發(fā)送觸發(fā)消息，啟動相應(yīng)程序進(jìn)行抓拍，如果某一車道的空行9數(shù)超過一定的閾值，并且該車道已經(jīng)觸發(fā)過，則判斷該車道的目標(biāo)是否滿足車輛的長寬限制，如果滿足，則向主程序發(fā)送車輛結(jié)束消息，啟動測速模塊，否則，則向主程序發(fā)送取消觸發(fā)消息，將抓拍的圖像和車牌識別結(jié)果從數(shù)據(jù)庫中刪除。面陣圖像處理包括車牌識別及圖像壓縮等功能，車牌識別流程如圖9所示，分為圖像二值化、牌照定位、字符分割、字符識別等4個步驟。圖像中牌照區(qū)域的確定(牌照定位)是牌照識別的關(guān)鍵步驟。本系統(tǒng)中，90%左右的牌照可以由定向反射圖像很好地定位，定向反射圖像中牌照區(qū)域非常突出，所以利用普遍采用的水平垂直直接投影刪的方法就可以獲得很好的效果。牌照反光表面嚴(yán)重?fù)p傷或沒有反光特性的少數(shù)汽車牌照(約有10%)的定位問題，也就是自然光圖像牌照定位問題。自然光圖像中包含大量的背景目標(biāo)，如何從這些復(fù)雜的背景目標(biāo)中將汽車牌照區(qū)分出來是問題的關(guān)鍵。本系統(tǒng)中，我們利用局部區(qū)域的最大梯度差(MaximumGradientDifference—MGD)描述車牌字符筆畫的紋理特征，并由其實現(xiàn)車牌的粗定位，在粗定位的基礎(chǔ)上通過計算文字像素點和背景像素點的灰度統(tǒng)計實現(xiàn)局部閾值的二值化，再根據(jù)車牌字符的連通域特征提取車牌字符，最后結(jié)合車牌字符的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)車牌的精確定位。汽車牌照的字符排布總是遵循幾種標(biāo)準(zhǔn)的模板，因此牌照字符的分割可以采用標(biāo)準(zhǔn)模板匹配的方法。牌照字符分割的模板匹配過程為①利用垂直投影方法獲得字符的初始位置；②通過標(biāo)準(zhǔn)模板的伸縮和位置偏移去尋找和字符初始分割位置"最接近"的一個模板；③再通過垂直投影信息作進(jìn)一步的細(xì)微調(diào)整.最后給出字符的水平位置信息和垂直位置信息(用于貨車尾牌和新式牌結(jié)構(gòu))。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?；谌斯ど窠?jīng)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)自動實現(xiàn)特征提取直至識別出結(jié)果。由于計算機硬盤空間有限，因此抓怕的近景及遠(yuǎn)景圖片必須壓縮后存儲到硬盤，圖像壓縮采用標(biāo)準(zhǔn)JPG2000格式進(jìn)行壓縮，壓縮比達(dá)75%，一幅384X288的圖片經(jīng)壓縮后，容量約為20-30k，按每輛車2幅圖片，每天2000輛車，80G硬盤可存儲約2年的車輛圖片。本系統(tǒng)中的抓拍觸發(fā)程序、車輛號牌的識別程序以及對抓拍相機組的控制和對圖像的存儲都是由控制機柜中的工業(yè)控制計算機完成的，控制機柜中還有一臺液晶顯示器，一塊雙通道千兆網(wǎng)卡(采集線陣圖像)和一塊大恒四通道圖像采集卡(采集抓拍圖像)，以及一個RS232轉(zhuǎn)RS485的串口轉(zhuǎn)換器用來對抓拍相機組進(jìn)行控制，機柜中還有光端機用來將圖像等信息送到上位交通管理站。路邊機柜要滿足防雨，防雷要求。所有進(jìn)機柜的電源線，信號線都要經(jīng)過防雷設(shè)施。權(quán)利要求1.車輛牌照實時識別系統(tǒng)，由車道上方的抓拍相機組、路邊的控制機柜和車輛檢測觸發(fā)機構(gòu)組成，其特征在于所述的抓拍相機組包括每個車道中間的近景相機、車道分界線上的輔助近景相機和一架全景相機，抓拍相機組將圖像信號送到控制機柜；所述的控制機柜接收相機傳來的圖像信號，根據(jù)圖像識別車輛號牌，從數(shù)據(jù)庫中提取該號牌信息，并將此信息傳送到上位交通控制環(huán)節(jié)；所述的車輛檢測觸發(fā)機構(gòu)包括設(shè)置在抓拍相機組前方路面上方的線陣CCD相機，線陣CCD相機的鏡頭垂直于路面，可俯拍經(jīng)過的車輛，并將拍攝信息送到控制機柜，作為抓拍觸發(fā)信號的產(chǎn)生條件，控制機柜根據(jù)線陣CCD相機送來的信息判斷是否有車輛出現(xiàn)，并控制抓拍相機組的開啟。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛牌照實時識別系統(tǒng)，其特征在于抓拍相機組通過視頻線將圖像信號送到控制機柜，控制機柜通過串口控制抓拍相機組的開啟。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛牌照實時識別系統(tǒng)，其特征在于所述的線陣CCD相機利用高密度的FPGA芯片產(chǎn)生一系列時序，驅(qū)動CCD傳感器，把外界光信號轉(zhuǎn)變成電信號，再經(jīng)過DSP處理器信號處理電路，對電信號進(jìn)行放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換，然后儲存在FIFO里，再通過以太網(wǎng)傳輸?shù)娇刂茩C柜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛牌照實時識別系統(tǒng)，所述的抓拍相機組中設(shè)置有與拍攝同步的LED智能補光燈。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛牌照實時識別系統(tǒng)，所述的控制機柜由一臺工業(yè)控制計算機，一臺液晶顯示器，一塊用于采集線陣CCD圖像的雙通道千兆網(wǎng)卡和一塊采集抓拍圖像的四通道圖像采集卡，以及一個控制抓拍相機組的RS232轉(zhuǎn)RS485的串口轉(zhuǎn)換器組成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛牌照實時識別系統(tǒng)，所述的工業(yè)控制計算機采用研華的工控機。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛牌照實時識別系統(tǒng)，所述的線陣CCD相機采用DALSA公司生產(chǎn)的spyder3Gige系列的型號為SG-10-01K40的相機。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛牌照實時識別系統(tǒng)，所述的抓拍相機組中的相機采用高清晰度的光圈可調(diào)、焦距可調(diào)的彩色相機。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛牌照實時識別系統(tǒng)，所述的抓拍相機組中的相機和智能補光LED都安裝在雅安防護(hù)罩里。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛牌照實時識別系統(tǒng)，所述的線陣CCD相機安裝在雅安防護(hù)罩里。專利摘要車輛牌照實時識別系統(tǒng)屬于交通管理領(lǐng)域，尤其涉及車輛牌照抓拍和實時識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)由車道上方的抓拍相機組、路邊的控制機柜和車輛檢測觸發(fā)機構(gòu)組成，其特征在于所述的抓拍相機組包括每個車道中間的近景相機、車道分界線上的輔助近景相機和一架全景相機，抓拍相機組將圖像信號送到控制機柜；所述的控制機柜接收相機傳來的圖像信號；所述的車輛檢測觸發(fā)機構(gòu)包括設(shè)置在抓拍相機組前方路面上方的線陣CCD相機，線陣CCD相機將拍攝信息送到控制機柜，作為抓拍觸發(fā)信號的產(chǎn)生條件，控制機柜根據(jù)線陣CCD相機送來的信息判斷是否有車輛出現(xiàn)，并控制抓拍相機組的開啟。本實用新型提供了一種通過增設(shè)近景輔助相機消除盲區(qū)并通過精確定位法識別車輛號牌的車輛牌照實時識別系統(tǒng)。文檔編號G08G1/017GK201322995SQ20082012334公開日2009年10月7日申請日期2008年10月31日優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日發(fā)明者勇文,李衛(wèi)江,蔣雅輝,錚黃申請人:江西贛粵高速公路股份有限公司