专利名称：基于嵌入式平台的便携式车辆识别装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于嵌入式平台的便携式车辆识别装置，属交通和车辆管理的
技术领域。
背景技术：
当前，基于车牌识别的车辆管理系统普遍应用于交通部门、停车场。其基本原 理是将摄像头拍摄到的含有车牌的图像通过视频采集卡输入PC机或嵌入式数字信号处 理(EDSP)系统，再由PC机或嵌入式数字信号处理系统完成图像处理和车牌字符识别， 最后根据识别出的数字化车牌字符进行相应信息的记录或查询等操作。 这种车辆管理系统的缺点是摄像头安装在固定位置，只能对进入其采集区域内 的车辆进行识别检查，导致该方法不能随时随地地对车辆进行检查，难以发现问题车 辆，发现时也不能及时地处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是推出一种基于嵌入式平台的便携式车辆识别装置， 该装置最大的特点就是便携性，它解决了现有系统终端安装在固定位置的不足，由它组 成的车辆管理系统可以实现对车辆的全方位监控。 为解决上述的技术问题，本发明采取以下的技术方案。在嵌入式平台上安装摄 像头、显示器/触摸屏、无线传输(GPRS)模块、射频识别卡(RFID)阅读器和全球定位 (GPS)模块，构成集数据采集、数据显示、数据处理、自身定位、数据传输和通信功能于 一体的所述的便携装置，实现包括图像采集、图像预处理、车牌定位、字符分割和字符 识别五个关键环节在内的车牌图像的识别，使图像的采集和处理在所述的便携装置内直 接完成，从根本上解决了已有系统的缺点。此外，还可与服务控制中心通信，提高识别 准确率，使服务控制中心能随时掌握操作人员的地理位置，以便对其增援。
现结合附图详细说明本发明的技术方案。 一种基于嵌入式平台的便携式车辆识 别装置，需与服务控制中心、GPS卫星、GPRS网络和Internet网络联用，含嵌入式平台 和摄像头、显示器/触摸屏、射频识别卡(RFID)阅读器、无线传输(GPRS)模块和全球定 位(GPS)模块，嵌入式平台内的处理器是三星公司的S3C2440芯片，所述芯片配备有摄 像头接口CAMIF、显示器/触摸屏接口、第一串行接口UARTO、第二串行接口UART1 和第三串行接口 UART2，嵌入式平台的存储器内存储有WINCE5.0操作系统，其特征在 于，摄像头通过摄像头接口CAMIF与嵌入式平台连接，显示器/触摸屏通过显示器/触 摸屏接口与嵌入式平台连接，射频识别(RFID)模块通过第一串行接口 UARTO与嵌入式平 台连接，无线传输(GPRS)模块通过第二串行接口 UART1与嵌入式平台连接，全球定位 (GPS)模块通过第三串行接口 UART2与嵌入式平台连接，摄像头是互补金属氧化物半导 体(CMOS)摄像头。 将摄像头采集到的车牌图像在嵌入式平台上完成图像识别，快速而准确地得到车牌的数字信息，是实现装置便携的关键。本发明的另一个目的是推出一种所述的便携
装置用摄像头采集车牌信息的方法。为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案。该
方法通过五个步骤图像采集、图像预处理、车牌定位、字符分割和字符识别完成从车
牌图像采集到得到车牌的数字信息的全部操作。该方法的操作流程，见图3。
现结合附图详细说明本发明的技术方案。 一种所述的便携装置的用摄像头采集
车牌信息的方法，其特征在于，具体操作步骤 第一步图像采集 将所述的便携装置的摄像头对准待检车辆的车牌，拍摄该车牌的号码，采集到
该车牌的彩色图像； 第二步图像预处理 包括以下三个过程 ①灰度化 彩色图像又称RGB图像，用R、 G、 B分量分别代表红、绿、蓝色的分量，灰 度化指图像由彩色转换为黑白的处理，给R、 G、 B赋不同的权值，使R、 G、 B都等于 它们的值的加权和的平均值，完成图像的灰度化，即
R = G = B = (wr X R+Wg X G+wb X B)/3 ， 其中w卩wg、 Wb分别为R、 G、 B的权值，当\^ = 0.299， wg = 0.587， wb = 0.114时，将得到最合理的黑白图像；(说明摄像头采集到的车牌图像是彩色的，由于彩色图像包含了大量的信息， 不但占用了很大的存储空间，而且在嵌入式平台上进行处理时也会占用大量的资源，降 低系统的运行速度，所以首先应将采集到的彩色的车牌图像转换成其对应的黑白的车牌 图像，灰度化指图像由彩色转换为黑白的处理。经验表明，当^ = 0.299， Wg = 0.587， wb = 0.114时，能得到最合理的黑白图像。)
②用水平Sobel算子提取边缘特征 用水平Sobel算子提取黑白的车牌图像中的边缘特征，该算子的方向性确保提取 到的边缘特征更加清晰；(说明图像边缘是图像的基本特征，边缘是指那些周围图像象素灰度有阶跃变 化的象素集合。考察图像的每个象素在某个领域内灰度的变化，利用边缘邻近一阶或二
阶方向导数变化规律就可以得到图像的边缘信息。为使边缘特征更加清晰，用水平Sobel
算子提取黑白的车牌图像中的边缘特征。) ③图像二值化 图像二值化指根据某个阈值T来区分图像中的目标和背景，因此图像二值化的 关键在于选取阈值T，用Otsu算法来对图像进行二值化，将图像分成目标和背景两部 分，目标和背景之间的类间方差越大，说明构成图像的两部分的差别越大，当部分目标 错分为背景或部分背景错分为目标时，都会导致两部分差别变小，因此，使类间方差最 大的分割意味着错分概率最小，将图像目标和背景的分割阈值记为T，属于目标的像素点 数占整幅图像的比例记为"。，其平均灰度记为P。，属于背景的像素点数占整幅图像的 比例记为"i，其平均灰度记为i^，图像的总平均灰度记为P，类间方差记为P，则
]i = co。X li 。十li "l)
5
P = "。X(ii o-ii )2+o^X(ii广ii )2(2) 将式(1)代入式(2)，得到等价公式|3 = "。""ii。-^)2，采用遍历的方法使类 间方差达到最大的T即为所求的阈值；(说明由于图像经过水平Sobd算子变换，使得的图像灰度直方图呈现良好的 双峰，所以OtSU算法的二值化效果良好。)
第三步车牌定位
①水平跳变检测 为使车牌信息的提取与车牌图像的大小无关，必需对图像进行水平跳变检测和 保存水平跳变的信息；(说明车牌图像的一个很大的特点就是车牌内的字符比较密集，经过边缘特征 提取后的图像灰度跳变频率很高。这一特征体现在图像灰度上就会有一小块灰度密集震 荡的区域，而字符本身与牌照底色的内部都有较均匀的灰度。利用上述特征可实现车牌 信息的提取与车牌图像的大小无关的目标。为此，必需对图像进行水平跳变检测，并保 存水平跳变的信息。)
②纹理分析车牌定位 对于我国现行的标准车牌而言，车牌区域共有七个标准字符，经过上面边缘检 测后字符边缘0-1跳变特征将较为突出，按照18《车牌所在行的边缘跳变次数《80的标 准，将车牌图像中的所有可能的车牌所在行筛选出来，再用聚类算法分割出车牌图像的 左右边界，得到车牌的精确定位；(说明对于我国现行的标准车牌而言，车牌所在行的边缘跳变次数的取值 范围可按下述方法设定(l)下限的设定考虑极端的情况，若车牌号码五个数字都为 "11111"，则其边缘跳变次数为IO，汉字和字母某一行都为单笔划时，边缘跳变次数 最小且为4(如"京""I"的最顶行)，因而边缘跳变次数的最小值应为14，考虑到车 牌两侧干扰的存在，可设为18; (2)上限的设定考虑极端的情形，车牌号的五个数字 两次经过某一行(如"88888"中的上下半部分)时，其边缘跳变次数最大为20，当字 母为"M"或"W"时，字母四次经过某一行，其边缘跳变次数最大且为8，当汉字为 "藏"字时，扫描线经过该字时边缘跳变次数最大为12。理论上最大值应该为60(如 "藏WWWWWW")，考虑到实际车牌图像中可能存在一些干扰因素，可将该最大值设 为80。用上述的标准筛选出车牌图像中的所有可能的车牌所在行，再用聚类算法分割出 左右边界，就能精确的定位出车牌。)
第四步字符分割 按以下的具体算法实现车牌图像的字符分割 (l)对车牌图像进行垂直投影，定位出每个字符的左右边界，并保存在车牌号码 的数组中，(2)再对车牌图像进行水平投影，定位出每个字符的上下边界，并保存在车牌 号码的数组中，禾P(3)根据每个字符的边界，把字符信息保存在车牌号码的数组里，并在 图像中显示定位情况；(说明用投影法实现车牌图像的字符分割。根据车牌图像中字符排列整齐均匀 的特点，(l)把车牌图像进行垂直方向的投影，因字符区域黑色像素点比较多且集中，每 个车牌字符之间有一定的空隙间隔，这样得到的投影图应该有几个相对集中的投影峰值群。只要根据峰值群的特点进行分割，定位出每个字符的左右边界，得到车牌图像中的 字符。(2)对车牌图像进行水平投影，定位出每个字符的上下边界。(3)根据每个字符的 边界，把字符信息保存在车牌号码的数组里，并在图像中显示定位情况。)
第五步字符识别 用神经网络算法来对分割出的字符进行识别。(说明先对待识别字符进行特征提取，然后用获得的特征来训练神经网络分类 器，再用神经网络分类器去识别字符，这种方法具有很强的自学习和自组织能力、很强 的处理非线性问题的能力、很强的抗干扰能力和较好的鲁棒性。)
与现有系统相比，本发明的装置具有以下优点
1、方便携带 将处理器、摄像头、显示器/触摸屏、无线传输设备、全球定位设备、射频识 别设备等功能集成在一个比手掌略大的装置中，不但功能齐全，而且方便灵活，便于携 带，保证了发现的问题能够及时得到处理。
2、快速定位 可以通过全球定位和无线数据传输及时地将操作人员和车辆位置的信息发送到 服务控制中心，方便服务控制中心对该地区增派人员等事务。
3、灵活高效 对配备射频识别标签的车辆可以直接通过射频识别模块来得到车辆信息，而对 没有安装射频识别标签的车辆可以通过拍照分析图像来得到车辆信息，而且这两种识别 方法均能在3s内完成。
4、准确可靠 对配备射频识别标签的车辆通过射频识别模块得到的车辆信息快速准确，而对
没有安装射频识别标签的车辆，结合灰度变换、边缘检测等图像预处理方法，在定位算
法中较好地排除了光照和复杂背景等干扰因素，将车牌定位准确率控制在98%左右。与
此同时，还可以对倾斜车牌进行矫正，采用神经网络的模式识别方法使车牌识别的准确
率得到保证。 5、价廉物美 创造性地在嵌入式平台上实现了车牌定位和车牌字符识别算法，并将RFID读取 和写入设备嵌入其中，并在触摸屏上实现一个按键完成一项基本功能，使得设备体积和 成本大幅度下降，而且非常易用。
图1是本发明的便携装置与服务控制中心联用的结构示意图。
图2是本发明的便携装置的结构示意图。 图3是本发明的便携装置用摄像头采集车牌信息的方法的操作流程图。
具体实施例方式
在上述的发明内容中已公开了本发明的便携装置及其用摄像头采集车牌信息的 方法，此内容就是本发明的具体实施方式
，为避免重复，这里不再赘述。现结合附图详细说明本发明的便携装置的工作原理和应用。 该装置与服务控制中心构成一个便携智能车辆管理系统。其结构示意图见图1。
以该装置应用在交通部门车辆管理中为例说明之。假如交警发现一可疑车辆， 需要上前对其进行检查确认。此时，该装置的操作可归纳如下 a)操作人员通过该装置，利用射频识别(RFID)或拍照分析车牌图像，得到车辆 的车牌的数字信息。 b)操作人员将车牌的数字信息和当前的时间、地理位置信息通过无线传输
(GPRS)模块发送到GPRS网络，然后经Internet网络传输到服务控制中心。c)服务控制中心在数据库中查询该车辆的详细信息，比如车主姓名、车辆所在
地、车主违章记录等。若发现该车为问题车辆(失窃、违规、假牌或套牌车辆)，服务控
制中心便发出告警信息，通知操作人员处理，否则显示正常。最后将详细信息发送到该装置。 该装置接收到来自服务控制中心的反馈信息，操作人员根据信息做出相应处 理，比如扣留问题车辆等等。 此外，该装置还可以用在停车场管理收费和小区安保，该装置的操作可归纳如 下 停车场管理收费当汽车进入停车场入口时，设该车辆的车窗上贴有射频识 别(RFID)卡，管理员用该装置的RFID读卡器读取该车辆的车牌号和记录该车辆的进入 时间，并把该车牌号和该进入时间的信息通过无线传输(GPRS)模块，经GPRS网络、 Internet网络发送到服务控制中心，服务控制中心保存该信息。当该车辆欲离开停车场 时，管理员利用RFID读卡器读取该车辆的车牌号，并将该车牌号通过无线传输(GPRS) 模块经GPRS网络、Internet网络发送到服务控制中心，服务控制中心根据该车牌号的车 辆的进入时间来确定收费金额，并把该收费信息通过Internet网络、GPRS网络，经无线 传输(GPRS)模块反馈给该装置，管理员根据接收到的收费信息，完成收费，打开闸门， 给车辆放行。 小区安保当汽车进入小区时，在入口处管理员用该装置的摄像头拍摄一张车 辆图像，经嵌入式平台处理，识别出该车辆的车牌号码，并记录该车辆的进入时间，把
该车牌号和该进入时间的信息通过无线传输(GPRS)模块，经GPRS网络、Internet网络 发送到服务控制中心，服务控制中心保存该信息。当该车辆欲离开小区时，管理员用 该装置的摄像头再拍摄一张车辆图像，经嵌入式平台处理，识别出该车辆的车牌号码， 并将该车牌号通过无线传输(GPRS)模块经GPRS网络、Internet网络发送到服务控制中 心，服务控制中心根据该车牌号的车辆的进入时间来确定收费金额，并把该收费信息通 过Internet网络、GPRS网络，经无线传输(GPRS)模块反馈给该装置，管理员根据接收到 的收费信息，完成收费，打开闸门，给车辆放行。
权利要求
一种基于嵌入式平台的便携式车辆识别装置，需与服务控制中心、GPS卫星、GPRS网络和Internet网络联用，含嵌入式平台和摄像头、显示器/触摸屏、射频识别卡阅读器、无线传输模块和全球定位模块，嵌入式平台内的处理器是三星公司的S3C2440芯片，所述芯片配备有摄像头接口(CAMIF)、显示器/触摸屏接口、第一串行接口(UART0)、第二串行接口(UART1)和第三串行接口(UART2)，嵌入式平台的存储器内存储有WINCE5.0操作系统，其特征在于，摄像头通过摄像头接口(CAMIF)与嵌入式平台连接，显示器/触摸屏通过显示器/触摸屏接口与嵌入式平台连接，射频识别卡阅读器通过第一串行接口(UART0)与嵌入式平台连接，无线传输模块通过第二串行接口(UART1)与嵌入式平台连接，全球定位模块通过第三串行接口(UART2)与嵌入式平台连接，摄像头是互补金属氧化物半导体/触摸屏摄像头。
2. —种权利要求1所述的便携装置的用摄像头采集车牌信息的方法，其特征在于，具 体操作步骤第一步图像采集将所述的便携装置的摄像头对准待检车辆的车牌，拍摄该车牌的号码，采集到该车 牌的彩色图像；第二步图像预处理 包括以下三个过程① 灰度化彩色图像又称RGB图像，用R、 G、 B分量分别代表红、绿、蓝色的分量，灰度化 指图像由彩色转换为黑白的处理，给R、 G、 B赋不同的权值，使R、 G、 B都等于它们 的值的加权和的平均值，完成图像的灰度化，即R = G = B = (wrXR+WgXG+wbXB)/3其中wr、 wg、 wb分别为R、 G、 B的权值，当wr = 0.299， wg = 0.587， wb = 0.114 时，将得到最合理的黑白图像；② 用水平Sobel算子提取边缘特征用水平Sobel算子提取黑白的车牌图像中的边缘特征，该算子的方向性确保提取到的 边缘特征更加清晰；③ 图像二值化图像二值化指根据某个阈值T来区分图像中的目标和背景，因此图像二值化的关键 在于选取阈值T，用Otsu算法来对图像进行二值化，将图像分成目标和背景两部分，目 标和背景之间的类间方差越大，说明构成图像的两部分的差别越大，当部分目标错分为 背景或部分背景错分为目标时，都会导致两部分差别变小，因此，使类间方差最大的分 割意味着错分概率最小，将图像目标和背景的分割阈值记为T，属于目标的像素点数占整 幅图像的比例记为"。，其平均灰度记为P。，属于背景的像素点数占整幅图像的比例记 为"n其平均灰度记为i^，图像的总平均灰度记为P，类间方差记为P，则]i = C0。X ]i 。+C0!X li ! (1)P = co。X(ii 。-ii )2+c^X(ii广ii )2 (2)将式(1)代入式(2)，得到等价公式|3 = "。""il。-i^)2，采用遍历的方法使类间方 差达到最大的T即为所求的阈值；第三步车牌定位① 水平跳变检测为使车牌信息的提取与车牌图像的大小无关，必需对图像进行水平跳变检测和保存 水平跳变的信息；② 纹理分析车牌定位对于我国现行的标准车牌而言，车牌区域共有七个标准字符，经过上面边缘检测后 字符边缘0-1跳变特征将较为突出，按照18《车牌所在行的边缘跳变次数《80的标准，将 车牌图像中的所有可能的车牌所在行筛选出来，再用聚类算法分割出车牌图像的左右边 界，得到车牌的精确定位；第四步字符分割按以下的具体算法实现车牌图像的字符分割(l)对车牌图像进行垂直投影，定位出每个字符的左右边界，并保存在车牌号码的数 组中，(2)再对车牌图像进行水平投影，定位出每个字符的上下边界，并保存在车牌号码 的数组中，禾P(3)根据每个字符的边界，把字符信息保存在车牌号码的数组里，并在图像 中显示定位情况；第五步字符识别用神经网络算法来对分割出的字符进行识别。
全文摘要
一种基于嵌入式平台的便携式车辆识别装置，属交通和车辆管理的技术领域。在嵌入式平台上安装摄像头、显示器/触摸屏、无线传输(GPRS)模块、射频识别卡(RFID)阅读器和全球定位(GPS)模块，构成集数据采集、数据显示、数据处理、自身定位、数据传输和通信功能于一体的所述的便携装置，实现包括图像采集、图像预处理、车牌定位、字符分割和字符识别五个关键环节在内的车牌图像的识别，使图像的采集和处理在所述的便携装置内直接完成。有方便携带、快速定位、灵活高效、准确可靠和价廉物美的优点。该装置特别适于在交通和车辆管理领域作基于嵌入式平台的便携式车辆识别装置。
文档编号G08G1/04GK101692313SQ20091005437
公开日2010年4月7日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者刘锦高, 孙庆安, 柴晓荣, 陈博 申请人:华东师范大学