本發(fā)明涉及車牌識(shí)別
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地，涉及一種基于透視變換的角度車牌圖像庫搭建方法。
背景技術(shù)：
：車牌的傾斜矯正一直是車牌識(shí)別技術(shù)中一個(gè)重要的課題?，F(xiàn)有識(shí)別算法和軟件主要都應(yīng)用于固定的場(chǎng)景，通常只能識(shí)別傾斜角度很小或完全水平的車牌圖像，使得攝像頭的拍攝角度的適應(yīng)范圍受到很大的限制，對(duì)車牌發(fā)生傾斜情況的識(shí)別具有不穩(wěn)定性，對(duì)于一些傾斜度較大的車牌還需要人眼去進(jìn)行分辨，因此關(guān)于研究?jī)A斜車牌圖像的定位與識(shí)別技術(shù)意義重大。標(biāo)準(zhǔn)車牌圖像庫的搭建是評(píng)價(jià)和推動(dòng)車牌識(shí)別技術(shù)的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有的獲取車牌庫的方法都是在實(shí)驗(yàn)室或者道路上搭建拍攝平臺(tái)，通過拍攝車牌樣本或者道路上的車輛采集所需要的車牌圖像庫從而進(jìn)行識(shí)別算法或者軟件的評(píng)測(cè)，這種采集方式所需要的成本大，需要資金購買拍攝設(shè)備，并且搭建采集環(huán)境。道路采集的方式，雖然拍攝環(huán)境是固定的，但是由于道路上車輛的位置以及車牌的懸掛位置，角度都不完全一致，所以拍攝到的圖像并不完全一致，其成像屬性雖然近似，但是不夠明確，以至于圖像的測(cè)試結(jié)果難以說明問題。實(shí)驗(yàn)室采集的方式，雖然能夠明確成像屬性，但是難以收集到一定數(shù)量的車牌樣本。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷(不足)，提供一種基于透視變換的角度車牌圖像庫搭建方法。該方法可以模擬實(shí)際的拍攝環(huán)境，能夠明確成像屬性，圖像可擴(kuò)充性強(qiáng)，且成本低。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于透視變換的角度車牌圖像庫搭建方法，其具體實(shí)現(xiàn)過程為：1)建立針孔相機(jī)成像模型，獲得三維車牌四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值；2)對(duì)三維車牌進(jìn)行空間幾何變換，獲得變換后的三維車牌四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值；3)將三維車牌投影變換到二維車牌圖像，并獲得二維車牌圖像四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值；同時(shí)可手動(dòng)取點(diǎn)并且根據(jù)車牌的標(biāo)準(zhǔn)尺寸(GA36-2014)獲得正投影的車牌圖像四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值，這里正投影的車牌圖像是指當(dāng)車牌平面平行于成像平面，并且車牌上下邊緣平行于x軸的一種車牌投影圖像；這種車牌圖像的形狀為矩形，并且車牌沒有變形。4)計(jì)算二維圖像變成不同形狀二維圖像的投影矩陣H；5)基于所得的投影矩陣H，將正投影的車牌圖像變換成不同形狀的車牌圖像，建立不同成像形狀的車牌圖像庫。優(yōu)選的，所述針孔相機(jī)成像模型具體為：相機(jī)坐標(biāo)系為(x',y',z')，原點(diǎn)o'的坐標(biāo)為(0,0,0)，相機(jī)焦距為f，(x,y)平面為像平面，相機(jī)光軸通過z'軸，設(shè)初始情況下車牌幾何中心與相機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，并且車牌的水平邊緣平行于x軸，車牌的豎直邊緣平行于y軸，則在相機(jī)坐標(biāo)系中車牌頂點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y,z)。優(yōu)選的，所述對(duì)三維車牌進(jìn)行空間幾何變換是指對(duì)三維車牌進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)變換，其中平移變換矩陣為Mt，旋轉(zhuǎn)變換矩陣為Mr，平移和旋轉(zhuǎn)變換能夠多次進(jìn)行，上述變換的矩陣相乘之后得到最終的變換矩陣為M，如公式(1)所示，空間幾何變換后車牌頂點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(xe,ye,ze)，如公式(2)所示；M=Mt·Ms=m11m12m13m14m21m22m23m24m31m32m33m34m41m42m43m44---(1)]]>(xe,ye,ze,1)＝(x,y,z,1)·M(2)其中mij為4×4變換矩陣M的參數(shù)，(x,y,z)表示變換前車牌頂點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；采用公式(2)對(duì)車牌四個(gè)頂點(diǎn)分別進(jìn)行空間幾何變換得到變換后的三維車牌四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值。優(yōu)選的，將三維車牌投影變換到二維圖像，是用針孔相機(jī)模型下的投影變換公式計(jì)算投影坐標(biāo)(xs,ys)，如公式(3)所示；xs=xef/zeys=yef/ze---(3)]]>其中f為相機(jī)焦距；采用公式(3)對(duì)三維車牌的四個(gè)頂點(diǎn)分別進(jìn)行投影變換，獲得車牌二維圖像四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值。優(yōu)選的，計(jì)算二維圖像變成不同形狀二維圖像的投影矩陣H的方式為：利用公式(4)求得透視投影變換矩陣H；xsys1=H·x′y′1=h11h12h13h21h22h23h31h32h33·x′y′1---(4)]]>其中，[xs,ys]為輸出車牌圖像的頂點(diǎn)坐標(biāo)，即公式(3)計(jì)算出的值；[x',y']為輸入車牌圖像的頂點(diǎn)坐標(biāo)，即正投影的車牌圖像頂點(diǎn)坐標(biāo)。優(yōu)選的，基于所得的投影矩陣H，采用公式(5)將正投影的車牌圖像變換不同形狀的車牌圖像，其中，[u,v]為輸出圖像，[x',y']為輸入圖像，即正投影的車牌圖像。uv1=H·x′y′1---(5).]]>與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：由于車牌是平面物體，所以可以利用透視變換的原理將正投影的車牌圖像變換成不同形狀的車牌圖像。與傳統(tǒng)的搭建拍攝平臺(tái)采集標(biāo)準(zhǔn)圖像庫的方法相比，本發(fā)明提出的建立車牌圖像庫的方法可以模擬實(shí)際的拍攝環(huán)境，能夠明確成像屬性，圖像可擴(kuò)充性強(qiáng)，并且成本低。另外，本發(fā)明所提出的建立的車牌庫圖像只含有車牌，沒有車輛，道路以及其他背景圖像，該圖像庫不涉及車輛個(gè)人隱私問題，可公開用于車牌識(shí)別算法(軟件)對(duì)于不同成像角度車牌圖像的識(shí)別評(píng)測(cè)。附圖說明圖1為角度車牌庫搭建方法流程圖。圖2為車牌成像模型示意圖。圖3為豎直平行透視車牌圖。圖4為正投影的車牌圖。圖5為車牌豎直平行透視圖。具體實(shí)施方式附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制；為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。本實(shí)施例提出了一種基于透視變換的角度車牌圖像庫搭建方法，圖1是該方法的流程圖。由于車牌是平面物體，所以可以利用透視變換的原理將正投影的車牌圖像變換成不同形狀的車牌圖像。與傳統(tǒng)的搭建拍攝平臺(tái)采集標(biāo)準(zhǔn)圖像庫的方法相比，本實(shí)施例建立車牌圖像庫的方法可以模擬實(shí)際的拍攝環(huán)境，能夠明確成像屬性，圖像可擴(kuò)充性強(qiáng)，并且成本低。另外，本實(shí)施例建立的車牌庫圖像只含有車牌，沒有車輛，道路以及其他背景圖像，該圖像庫不涉及車輛個(gè)人隱私問題，可公開用于車牌識(shí)別算法(軟件)對(duì)于不同成像角度車牌圖像的識(shí)別評(píng)測(cè)。該方法分為以下五個(gè)步驟。第一，建立針孔相機(jī)成像模型，如圖2所示，其中相機(jī)坐標(biāo)系為(x',y',z')，原點(diǎn)o'的坐標(biāo)為(0,0,0)，相機(jī)焦距為f，(x,y)平面為像平面，相機(jī)光軸通過z'軸，假設(shè)初始情況下車牌幾何中心與相機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，并且車牌的水平邊緣平行于x軸，車牌的豎直邊緣平行于y軸，那么在相機(jī)坐標(biāo)系中車牌頂點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y,z)。第二，三維車牌物體的空間幾何變換，即在相機(jī)模型下，車牌三維物體的平移和旋轉(zhuǎn)變換。其中平移變換矩陣為Mt，旋轉(zhuǎn)變換矩陣為Mr，平移和旋轉(zhuǎn)變換可以多次進(jìn)行，上述變換的矩陣相乘之后得到最終的變換矩陣為M，如公式(1)所示，幾何變換后車牌頂點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(xe,ye,ze)，如公式(2)所示。M=Mt·Ms=m11m12m13m14m21m22m23m24m31m32m33m34m41m42m43m44---(1)]]>(xe,ye,ze,1)＝(x,y,z,1)·M(2)第三，三維物體向二維圖像的投影變換，用線性相機(jī)模型下的投影變換公式計(jì)算投影坐標(biāo)(xs,ys)，如公式(3)所示。xs=xef/zeys=yef/ze---(3)]]>第四，二維圖像的透視投影變換，已知輸入輸出車牌四個(gè)頂點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)值，可以利用公式(4)求得透視投影變換矩陣H。xsys1=H·x′y′1=h11h12h13h21h22h23h31h32h33·x′y′1---(4)]]>其中，[xs,ys]為輸出車牌圖像的4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)，即公式(3)計(jì)算出的值。[x',y']為輸入車牌圖像的4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)，即正投影的車牌圖像頂點(diǎn)坐標(biāo)。第五，已知投影矩陣H，可以利用公式(5)將正投影的車牌圖像變換成不同形狀的車牌圖像，其中，[u,v]為輸出圖像，[x',y']為輸入圖像，即正投影的車牌圖像。uv1=H·x′y′1---(5).]]>由于汽車牌照與CCD攝像機(jī)所成的角度以及距離的變化，拍攝得到的汽車牌照?qǐng)D像可能從矩形變成梯形或是平行四邊形或是任意四邊形，當(dāng)相機(jī)與車牌的俯拍角度較大并且拍攝距離近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生豎直透視車牌圖像。本實(shí)施例的目標(biāo)是建立如圖3所示的車牌豎直平行透視圖像，圖3中的車牌圖像為等腰梯形，其車牌圖像豎直透視角為γ，γ＝車牌豎邊與y軸的角度，具體實(shí)施步驟如下。第一，建立針孔相機(jī)模型。初始情況下，車牌頂點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y,z)，以小型汽車車牌的尺寸為例，具體可以表示為A(-22k,-7k,0),B(22k,-7k,0),C(22k,7k,0),D(-22k,7k,0)，其中k表示車牌尺寸。第二，幾何變換。車牌的豎直透視成像形成的過程可以理解為先做車牌繞x'軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為θx，然后再沿著z'軸平移，平移距離為-zs，變換矩陣Mx如公式(6)所示，其中Tx為旋轉(zhuǎn)變換矩陣，Tt為平移變換矩陣。幾何變換后車牌四個(gè)頂點(diǎn)Av，Bv，Cv，Dv在相機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)如公式(7)所示。Mx=Tx·Tt=10000cosθxsinθx00-sinθxcosθx00001·10000100001000-zs1=10000cosθxsinθx00-sinθxcosθx000-zs1---(6)]]>Av(-22k,-7kcosθ,-zs-7ksinθ)Bv(22k,-7kcosθ,-zs-7ksinθ)Cv(22k,7kcosθ,-zs+7ksinθ)Dv(-22k,7kcosθ,-zs+7ksinθ)---(7)]]>第三，三維物體向二維圖像的投影變換。利用公式(3)計(jì)算出車牌四個(gè)頂點(diǎn)的投影坐標(biāo)，公式(8)為點(diǎn)B和C的坐標(biāo)值，豎直透視角γ與θx的數(shù)學(xué)關(guān)系，如公式(9)所示，那么車牌四個(gè)頂點(diǎn)的投影坐標(biāo)(xs,ys)是k，f，zs，γ的函數(shù)。xBs22k-zs-7ksinθxfyBs-7kcosθx-zs-7ksinθxfxCs22k-zs+7ksinθxfyCs7kcosθx-zs+7ksinθxf---(8)]]>tan(90-γ)=yCs-yBsxCs-xBs⇒θx=tan-1(zstan(90-γ)22k)---(9)]]>第四，二維圖像的透視投影變換。已知輸入輸出四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，可以利用公式(4)求得透視投影變換矩陣H,輸入的四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為正投影的車牌圖像坐標(biāo)A'(-22k,-7k),B'(22k,-7k),C'(22k,7k),D'(-22k,7k)，輸出的四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為公式(4)和(9)所計(jì)算出來的四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值。這里假設(shè)k＝10，zs＝220，f＝35，γ＝10,15,20。第五，建立豎直平行透視車牌圖像庫。已知投影矩陣H，可以利用公式(5)將正投影的車牌圖像，如圖(4)，變換成不同豎直透視角度的車牌圖像，如圖(5)，(a)、(b)、(c)分別是γ＝10、γ＝15、γ＝20的情況。顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3