车辆牌照自动识别技术研究与应用
来源:用户上传
作者: 徐辉
【摘 要】本文详述了车辆牌照自动识别技术的原理和关键技术，并对应用领域进行了分析和探讨。还探讨了用安装在高速公路收费车道和行驶车道上的汽车牌照自动识别系统，如何防止司机中途换卡换车牌逃费，通过旅行时间检测和流量分析进行旅行时间预测及交通堵塞等重大交通事故自动报告，以及利用车牌识别摄像机进行能见度测量等一些新思路，试图通过本文抛砖引玉式的技术探讨为交通管理部门做好技术参谋。
【关键词】高速公路监控；车辆牌照自动识别技术；自动识别
汽车牌照是机动车辆唯一、外在、可见的合法身份标记，尽管汽车牌照的格式、颜色、内容等多种多样，但汽车牌照仍是目前最常用和最精确的机动车辆识别标记，因此，在高速公路管理中进行车牌识别以及如何更好地应用识别结果，是值得交通管理部门和产品研发部门重视的一个课题。
一、车辆牌照自动识别系统中的关键技术
ITS系统就是信息的管理。交通监视摄像机在高速公路中的应用越来越普及，但利用摄像机抓拍并识别牌照技术刚刚兴起。随着计算机技术的发展，计算机的处理能力不断提高，价格不断下降。光学字符识别OCR(Optical Character Recognition)技术也随着计算机技术的发展取得了很大的进展。目前在保证图像清晰的情况下，OCR技术能够正确区分图像和文字，且文字的识别正确率可以接近100％。这些都促进车辆牌照自动识别技术的发展。
1.车辆牌照自动识别系统的工作原理车辆牌照自动识别系统利用摄像机抓拍车辆牌照，然后传输至计算机。计算机对车辆牌照图像进行分析处理，定位车辆牌照字符位置，然后利用OCR技术识别出车辆牌号。
2.车辆牌照自动识别系统的关键技术目前OCR技术对清晰的图像识别正确率可以接近100％。因此车辆牌照自动识别技术的识别正确率主要取决于抓拍图像中车辆牌照字符的清晰度。图像中车辆牌照字符的清晰度受如下因素影响：（1）摄像机自身因素。如摄像机的规格、性能指标，摄像机位置是否适当，镜头是否有灰尘等都会影响图像质量；（2）车辆行驶引起的图像模糊；（3）外界光的干扰。阳光和夜间车辆大灯都会对摄像机造成炫光干扰；（4）车辆牌照表面的清洁度。由于上述因素有影响，如果不采取措施，车辆牌照字符的识别正确率很低，有时甚至不到50％。因此必须采取技术手段减少上述因素带来的不利影响。摄像机自身因素这些因素可以通过选用性能指标适当的摄像机，调整摄像机位置，定期清除镜头表面的灰尘等措施很好地解决。因此适当处理外界光的干扰，解决车辆行驶引起的图像模糊以及减少车辆牌照表面清洁度的影响成为车辆牌照自动识别系统的关键技术。
3.减少车辆行驶引起的图像模糊高速行驶的车辆会使抓拍的图像非常模糊。在北美，CCTV摄像机标准的曝光时间是16.7ms，在欧洲则是20ms。如果车辆行驶速度为约100km／h，这段时间内车辆可以前进约0.5m，车辆的行驶会使车辆牌照图像很模糊且难以正确识别。为降低车辆运动引起的图像模糊，摄像机曝光时间必须控制在1ms以下。CCD摄像机可以使用电子滤光技术。图像信息使光感应器在15.7ms(北美)或19咖(欧洲)内聚集电荷，然后向感应器下层放电。这种作用反复进行，但只保留最后1毫秒的结果。
4.处理外界光的干扰摄像机主要安装在收费亭旁边或附着在桥梁和交通标志立柱上。阳光和夜间车辆大灯的影响使摄像机很难获取满意的图像。这就需要在路边安装辅助光源而且不能干扰司机的视线。所以不可见的红外光infra-red(IR)最适宜用作辅助光源。获得红外光的一种方法是通过过滤白炽灯等光源的光波。这种方法常用在夜间监控系统中。如果车辆需要停车，比如在自动栏杆机前，这种方法获取的红外光是很好的辅助光源。摄像机抓拍的图像也很清晰。采用电子滤光技术后，1毫秒的曝光时间将摄像机的灵敏度降低到不采用滤光技术时的6％。虽然车灯等干扰光源仍然影响摄像机的工作，但其影响降低了很多，因为摄像机只受视野中光源短暂的影响。同时辅助光源光线强度也降低到相同的水平。也就是说94％的红外光也被滤掉。为了获得满意的识别效果，必须采用更强的红外光源。
最近Pearpoint公司开发成功了一种技术并申请了专利。这项技术利用红外发光二极管(IR-LED)做光源，产生短暂高亮度的脉冲光。采取适当的电路控制措施，红外发光二极管可以将发光时间由16．7ms或20ms压缩至1ms。这样摄像机同样能获得稳定充足的光能，而干扰光的影响减少到原来的1／20。红外发光二极管发出的光的波长范围很小，一般是60纳米。干扰光的波长范围很大，其光谱从紫外光UV(Ultra Violet)经可见光区直到红外光区中部(波长从350纳米到2700纳米)。
结合滤光措施，采用IR光后车灯的光线强度减少到车辆牌照反射光强度的1／200。如果辅助光源能够与摄像机协同工作，车辆牌照又是定向反射式，则对IR功率要求很低。Pearpoint公司制造的摄像机中辅助光源固定在镜头旁边。P 365交通摄像机采用1281R-LED，最大功率20W，比采用红外滤光白炽光源的功率(约500W)小很多。红外发光二极管IR-LED和摄像机的滤光对阳光同样有效。
5.车辆牌照的影响。牌照表面的尘土会降低定向反射式车辆牌照的反射系数。根据牌照表面的清洁度调整IR光强度以正确识别车辆牌照。红外光IR光强度可以是高、中、低三档，通过调整电流或脉冲光持续时间调整光强度。采取上述技术和适当的人工干预后，系统识别正确率和识别速度大大提高。白天识别率可超过95％，晚上可超过90％。识别速度小于0.5s，个别最慢不超过1s，而且可在车速200 km／h以内识别车牌。
二、高速公路牌照识别技术应用新思路探讨
（一）司机中途换卡检测
正常情况下，在高速公路收费站(出入口)加入车牌自动识别技术，可以防止司机中途换卡造成的收费损失。通过在入口处将车牌号和车牌图像写入通行卡中，在出口处进行匹配来防止不同车辆之间进行换卡，另外在收费站数据库中对应了卡号和车牌号，即使闯关出去的车辆也可以查找到它的入口卡号和车牌号。对内部人员的车型降档能有效的预防，通过车牌颜色和数据库中的车型信息来辅助核查分型是否正确，这样可以防止收费员利用车类或车型降档进行营私舞弊，也可以事后定期对车型降档进行稽查。但是，该方法不能对司机在高速公路上既换卡又换车牌的逃费作弊进行自动检查和判断。如何避免此类情况的发生呢，本文建议在高速公路行驶车道上加入车牌自动识别技术，实现对司机在高速公路上既换卡又换车牌的逃费作弊进行自动检查和判断。
例如：假设I车(辽X12345)在A站进入高速公路获得i卡(辽X12345)、II车(辽X54321)在D站进入高速公路获得ii卡(辽X54321)，如果他们在服务区相遇并交换车牌和通行卡，则I车(辽X54321)拿ii卡(辽X54321)在C站出高速公路只交D站一C站的通行费、II车(辽X12345)拿i卡(辽X12345)在B站出高速公路只交A站->B站的通行费，I车和II车都逃费了但只在收费站加入车牌识别是无法自动检查出来。如果我们在J1、J2截面安装了车牌识别设备，I车和II车利用此方法是无法逃费的，因为J1截面记录了辽X12345双向通过了本识别点，而A站->B站是不可能通过J1截面的，同理，J2截面记录了辽X54321双向通过了本识别点，而D站->C站是不可能通过J2截面的。
图1 收费示意图
因此，高速公路管理部门只要在J1、J2截面上安装车牌识别设备，当车辆通行时间异常时(中途换卡其表现出来的通行时间肯定异常)，在管理中心数据库管理系统中引入此逻辑判断，即可轻松查出中途换卡换车牌的逃费者。当然，对I车和II车通过J1、J2截面时都不安装或卸下车牌，会导致管理系统出现一些麻烦，但当车辆通行时间异常时，系统调出可能时间区段内通过J1、J2截面的无牌车辆远近景图片，还是可以通过管理中心人工确认方式(原理同上)抓到逃费者的。
（二）交通堵塞、交通事故预报
目前，利用车牌识别来获取同一辆汽车通过一个高速公路区段的时间并计算出平均行驶速度，在技术上是比较切实可行的，如目前的区间超速检测触发系统。目前，采集车辆旅行时间主要被用作交通管理部门对车辆超速违法的监测和处罚，并不对车辆的旅行时间进行预测。在一些现有的旅行时间预测系统中，其数学模型比较简单，例如通过对一些车辆在高速公路本区段的旅行时间检测、计算，对即将进入高速公路本区段的汽车提供旅行时间预测。实际上，在采用上述方法进行车辆旅行时间预测的基础上，我们还可以通过安装在截面J1、J2上的车牌识别系统自动检测、发现交通堵塞等重大交通事故。正常情况下，在J2截面被识别的车辆在时间T(正常通行时间)后大部分都应该通过了J1截面并被识别出来，并且通过高速公路某一区段的流量(即该区段车辆进入数和离开数)也应该存在一种动态平衡关系(理想状态下一个时间区段的ΣM-ΣN≈0)。如果安装在J1截面上的车牌识别系统在预定的时间内没有发现或很少发现在J2截面被识别而此时应该通过J1截面的车辆，而且该区段的动态车流平衡关系也异常，系统完全可以自动判断在该区段高速公路可能存在交通堵塞等重大交通事故等并自动向管理人员发出警报。
（三）能见度测量
目前的能见度分析仪器，以激光雷达等造价昂贵设备居多，采用视频方法进行能见度测量的不多，但目前已有许多科技工作者在此领域进行技术尝试。采用视频方法进行能见度分析，具有以下优点：（1）从原理上，它类似于人眼的观察方式，可输出直观图像却避免了人的主观性，不存在像激光雷达发射强激光探测，在大气光学厚度很大时，多次散射效应会影响测量结果的问题；（2）可以进行连续的、无人值守式的观测；（3）低成本、高可靠性，有可能使它具备对恶劣气象条件和复杂场地的适应性。利用这些设备，可以在不增加硬件成本的条件下，实现能见度视觉测量。利用车牌识别产品进行能见度测量的主要思路如下：利用安装在高速公路行驶车道上的车牌识别远景摄像机，对可见的高速公路标线、护栏以及其他方便观测、测量的目标进行边缘检测、特征提取、目标匹配，通过对目标图像的可见性、清晰度、边缘轮廓等的智能视觉分析，根据事先对安装位置、角度以及目标的标定，实时计算高速公路上的大气能见度参数，以价格低廉、方便易见的技术方式为交通管理部门及时采取措施提供技术帮助。
本文试图从技术角度探讨一些高速公路牌照识别技术应用新思路问题，希望借此与交通管理部门的领导和专家以及广大的业界同行交流意见，以便让我国的高速公路在管理和技术上达到更高的水平，为高速公路投资者创造更大的经济效益，进而产生良好的社会效益。
参考文献
[1]周霞．车辆牌照自动识别的设计与实现[J]．学周刊C版．2010（6）
[2]于艳春，刘国柱，王波．车辆牌照自动识别技术研究[J]．微计算机信息．2007．23（28）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-608818.htm
