专利名称：：车辆牌照实时识别系统的制作方法
技术领域：
：本实用新型属于交通管理领域，尤其涉及车辆牌照抓拍和实时识别系统。技术背景传统的交通检测器以模拟技术为基础，通过在道路沿途埋设环形线圈检测器及在交通要道处装设电视录像机等，将数据和画面传送到控制中心进行分析、判断和确认交通偶发事件，从而达到报警和人工干预的目的。近几年来，随着传感器技术、微电子技术和信息处理技术等的发展，交通检测技术也得到较大发展，按其基本工作原理可分为电磁感应式、电接触式、光电式、超声波式、红外线式等多种类型。其中应用比较多的检测器是环形线圈检测器、超声波检测器、微波雷达检测器和红外检测器w。由于各种传感器所获取的信号不直观，检测精度不高而且监测范围和检测参数都非常有限，并不能提供全面而直接的交通信息。近年来，随着通信与网络技术、图像处理与模式识别等高新技术的发展，智能交通信息监测技术也得到了长足的进展，以相机等视觉传感器及计算机视觉理论为基础的车辆识别与交通运行状态检测技术已经逐渐成熟，并开始应用于交通信息的自动采集与处理过程中。但仍然存在拍摄盲区和识别有误问题，如当车辆跨车道行驶时，相机往往只能拍摄到半个车身，虽然每个车道的相机都会拍摄到半个车身，但两个图像不能合成到一起，因而其车牌号不能自动识别；即使车牌在一个图像中，目前的识别系统不能将现行的各种号牌(02式个性化牌照、现用92式牌照的民用车牌照以及军车、警车、武警、港澳等特殊牌照)全部准确识别出来。另外，相机抓拍的触发主要通过环形线圈检测器，而环形线圈检测器埋于地下，其安装和检修对路面造成破坏。
发明内容本实用新型的目的是提供一种通过增设辅助近景相机消除盲区并通过精确定位法识别车辆号牌的车辆牌照实时识别系统。本实用新型的解决方案是车辆牌照实时识别系统，由车道上方的抓拍相机组、路边的控制机柜和车辆检测触发机构组成，其特征在于所述的抓拍相机组包括每个车道中间的近景相机、车道分界线上的辅助近景相机和一架全景相机，抓拍相机组将图像信号送到控制机柜；所述的控制机柜接收相机传来的图像信号，根据图像识别车辆号牌，从数据库中提取该号牌信息，并将此信息传送到上位交通控制环节；所述的车辆检测触发机构包括设置在抓拍相机组前方路面上方的线阵CCD相机，线阵CCD相机的镜头垂直于路面，可俯拍经过的车辆，并将拍摄信息送到控制机柜，作为抓拍触发信号的产生条件，控制机柜根据线阵CCD相机送来的信息判断是否有车辆出现，并控制抓拍相机组的开启。抓拍相机组中的相机采用高清晰度的光圈可调、焦距可调的彩色相机。抓拍相机组中设置有与拍摄同步的LED智能补光灯。相机和智能补光LED都安装在雅安防护罩里。抓拍相机组通过视频线将图像信号送到控制机柜，控制机柜通过串口控制抓拍相机组的开启。车辆检测触发机构中的线阵CCD相机采用DALSA公司产的spyder3Gige系列的型号为SG-10-01K40的相机，该相机利用高密度的FPGA芯片产生一系列时序，驱动CCD传感器，把外界光信号转变成电信号，再经过DSP处理器信号处理电路，对电信号进行放大、滤波、AD转换，然后储存在FIFO里，再通过以太网传输到控制机柜。线阵CCD相机安装在雅安防护罩里。控制机柜由一台工业控制计算机，一台液晶显示器，一块用于采集线阵CCD图像的双通道千兆网卡和一块采集抓拍图像的四通道图像采集卡，以及一个控制抓拍相机组的RS232转RS485的串口转换器组成。工业控制计算机采用研华的工控机。本实用新型的有益效果是-(1)采用近景辅助相机，消除了车辆号牌的拍摄盲区；(2)可以精确定位车辆号牌，准确识别车辆牌照；(3)抓拍触发机构安装维护方便，无须破坏路面；图1是图像抓拍系统结构示意图；图2是抓拍相机组拍摄覆盖面示意图；图3是图像抓拍相机组结构图；图4是抓拍相机通信协议；图5是抓拍相机控制命令；图6是串口控制协议；图7是串口控制命令；图8是CCD相机内部系统结构框图；图9是车牌识别流程。图1中，1、抓拍相机组，2、线阵CCD相机，3、控制机柜，4、龙门架。具体实施方式本系统抓拍相机组及触发器的安置如图1所示，触发器通过龙门架架设在前边路面的上方，触发器采用线阵CCD相机，镜头垂直路面向下，可扫描下面路面是否有车辆出现；抓拍相机组通过龙门架架设在后边路面的上方，可拍摄前边路面的情况。抓拍相机在安装前要事先调好焦距(18m)和聚焦。为了满足防雨，防晒要求，相机和控制器以及智能补光LED都安装在雅安防护罩里。对于线阵CCD相机来说，防雨，防潮，防尘，和散热问题尤为关键，本系统中，把相机安装在专用的雅安防护罩中，加上防尘过滤网，防雨透明玻璃片，里面再安装两个小型的散热风扇。这样，既达到通风散热，又实现了防雨，防尘目的。抓拍相机组的设置如图2，每一个行车道一台近景相机，在两个车道的分道线上加装一台近景相机(称为辅助近景相机)，一台可拍摄整个路面情况的全景相机。这样，可同时有三台相机用于拍照，三台相机的视场范围相互有些重叠。根据线阵CCD相机的图像判定车辆所在的车道，然后启动相应车道的抓拍相机，如果车辆在两个车道的中间，将启动辅助相机。因此，只要保证每个相机的视场互相重叠区域的宽度L2为一个牌照的宽度，而L1小于一辆小汽车宽度的一半。这样，每辆车都有一幅牌照特写图片和一幅车辆全景图片，保证了牌照的识别。由于增加了一台辅助相机，每辆车都有两幅牌照特写图片和一幅车辆全景图片，本系统应用牌照识别技术比较两幅特写图片的牌照识别效果，选择一幅含有完整车辆牌照的图片作为最终的牌照识别特写图片。抓拍相机组的内部结构如图3，下面作详细介绍(1)抓拍相机该子系统所采用的相机是高清晰度JVC彩色相机，光圈可调，焦距可调，焦距0~oo。该系列相机具有菜单选择功能，相机提供多种曝光模式和电子快选择，既可以用相机上的按键选择，也可以通过相机的串口来控制。JVC相机的控制协议及命令如图4和图5所示。(2)中央控制器中央控制器用来控制智能LED补光灯。智能LED实现对视频摄像头的辅助照明功能，LED照明可以按照用户需求，在视频摄像头快门开启的特定时刻进行辅助照明。LED照明可以实现以下控制功能1.LED在每场图像的特定时刻进行补光照明；2.LED在奇场/偶场的特定时刻进行补光照明；3.外部触发后延迟特定时间进行补光照明。该控制器使用单片机STC12C5410AD作为主控制芯片，通过RS232/485串口进行LED照明参数的设置。RS232/485串口波特率为9600，1个停止位，无奇偶校验，串口控制协议及命令如图6和图7所示。单片机工作时钟为20MHz。系统将LED照明参数保存在FLASH中，系统上电重启后可以自动按照以前设置的工作参数进行工作。外部触发输入使用了PS2701光耦进行隔离，要求触发输入电流不小于5mA。LED控制参数取值及功能如表1所示，该参数使用串口进行设置。串口配置为8bit，l停止位，无校验位。控制命令和参数以ASCII码进行传输，每个控制命令包含一个帧同步字(OxlB)和命令结束字(0x00)。命令格式如下OxlB，地址字符串，命令字符串，0x00地址字符串指定了响应此命令的地址，地址取值可以为100~107。具体取值由播码开关的2，3，4位决定。第2位为LSB，第4位为LSB。0N表示1，OFF表示0。例如，当开关设置为"ON，ON，OFF"时，表示地址为106;当开关设置为"ON，OFF,OFF"时，表示地址为104。地址字符串与0xlB同步字之间不能有任何字符，地址字符串和命令字符串之间必须且只能有一个空格。命令字符串由命令和相应的参数组成，命令和参数间必须且只能有一个空格。LED控制命令如表2。当单片机正确执行命令后，会通过串口返回"ok\0";当单片机不能执行制定命令，或者执行过程中遇到错误，单片机不返回任何信息。表1LED参数<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2LED控制命令<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(3)LED补光灯夜间光线不足，但系统要保证夜间能清晰地抓拍车牌并识别出来，所以要给车牌抓拍系统进行补光。由于高速公路上车速较快，若使用闪光灯会对司机驾驶造成影响，容易导致交通事故。在本系统中，采用智能LED补光。所谓智能LED灯补光，就是用多个高亮白光LED发光管组成的阵列(原理图如图4.26所示)，这些LED灯在中央控制器作用下，在抓拍相机扫描每场图像开始发光(发光持续时间可设)，这样就既保证能给图片补光，又不至于发光太强而影响司机视线。要求LED灯具有发光强，方向性好，寿命长等优点。LED参数如下发光强度11000-13000cmd发散角《15度工作电压3.2~3.4V工作电流18-20mA工作寿命IO万小时本系统中的车辆检测触发机构是一种基于视频图像分析和计算机视觉技术对通过路口(或路段)断面的车辆进行通过检测的技术。工业控制计算机中的图像采集软件通过中断方式，每隔10ms取出10帧数据进行分析，判断是否存在车辆触发，从而决定是否抓拍近景和远景图片。本系统的视频触发使用线阵CCD相机作为图像采集装置，线阵CCD相机采用的是加拿大DALSA公司产的spyder3Gige系列相机，型号为SG-10-01K40。该相机工作原理是利用高密度的FPGA芯片产生一系列复杂的时序，驱动CCD传感器，把外界光信号转变成电信号，再经过DSP处理器信号处理处理电路，对电信号进行一系列的放大、滤波、AD转换等，然后储存在FIFO里，再通过以太网传输出去，其内部结构框图如图8所示。本系统中的图像处理包括线阵图像处理和面阵图像处理两部分，线阵图像处理包括背景估计、图像二值化、判断车辆触发、判断车辆结束等功能。由于高速公路的路面纹理特征比较明显，并且受光照条件影响较小，因此对每帧图像进行小波变换，统计若干帧相邻像素灰度变化情况，将出现概率最大的情况作为背景纹理特征，并逐帧对数据进行二值化和分析处理。将线阵CCD视场划分成三个逻辑车道(对应于面阵CCD监控的两个物理车道)，并为每个逻辑车道建立若干计数器，统计各个逻辑车道目标出现情况。如果某一车道连续有30行数据均有目标出现并且其目标点总数超过一定的阈值，则认为该车道有车辆出现，向主程序发送触发消息，启动相应程序进行抓拍，如果某一车道的空行9数超过一定的阈值，并且该车道已经触发过，则判断该车道的目标是否满足车辆的长宽限制，如果满足，则向主程序发送车辆结束消息，启动测速模块，否则，则向主程序发送取消触发消息，将抓拍的图像和车牌识别结果从数据库中删除。面阵图像处理包括车牌识别及图像压縮等功能，车牌识别流程如图9所示，分为图像二值化、牌照定位、字符分割、字符识别等4个步骤。图像中牌照区域的确定(牌照定位)是牌照识别的关键步骤。本系统中，90%左右的牌照可以由定向反射图像很好地定位，定向反射图像中牌照区域非常突出，所以利用普遍采用的水平垂直直接投影删的方法就可以获得很好的效果。牌照反光表面严重损伤或没有反光特性的少数汽车牌照(约有10%)的定位问题，也就是自然光图像牌照定位问题。自然光图像中包含大量的背景目标，如何从这些复杂的背景目标中将汽车牌照区分出来是问题的关键。本系统中，我们利用局部区域的最大梯度差(MaximumGradientDifference—MGD)描述车牌字符笔画的纹理特征，并由其实现车牌的粗定位，在粗定位的基础上通过计算文字像素点和背景像素点的灰度统计实现局部阈值的二值化，再根据车牌字符的连通域特征提取车牌字符，最后结合车牌字符的结构实现车牌的精确定位。汽车牌照的字符排布总是遵循几种标准的模板，因此牌照字符的分割可以采用标准模板匹配的方法。牌照字符分割的模板匹配过程为①利用垂直投影方法获得字符的初始位置；②通过标准模板的伸縮和位置偏移去寻找和字符初始分割位置"最接近"的一个模板；③再通过垂直投影信息作进一步的细微调整.最后给出字符的水平位置信息和垂直位置信息(用于货车尾牌和新式牌结构)。字符识别方法目前主要有基于模板匹配算法和基于人工神经网络算法。基于模板匹配算法首先将分割后的字符二值化并将其尺寸大小縮放为字符数据库中模板的大小，然后与所有的模板进行匹配，最后选最佳匹配作为结果。基于人工神经网络的算法有两种一种是先对待识别字符进行特征提取，然后用所获得特征来训练神经网络分配器；另一种方法是直接把待处理图像输入网络，由网络自动实现特征提取直至识别出结果。由于计算机硬盘空间有限，因此抓怕的近景及远景图片必须压縮后存储到硬盘，图像压縮采用标准JPG2000格式进行压縮，压縮比达75%，一幅384X288的图片经压縮后，容量约为20-30k，按每辆车2幅图片，每天2000辆车，80G硬盘可存储约2年的车辆图片。本系统中的抓拍触发程序、车辆号牌的识别程序以及对抓拍相机组的控制和对图像的存储都是由控制机柜中的工业控制计算机完成的，控制机柜中还有一台液晶显示器，一块双通道千兆网卡(采集线阵图像)和一块大恒四通道图像采集卡(采集抓拍图像)，以及一个RS232转RS485的串口转换器用来对抓拍相机组进行控制，机柜中还有光端机用来将图像等信息送到上位交通管理站。路边机柜要满足防雨，防雷要求。所有进机柜的电源线，信号线都要经过防雷设施。权利要求1.车辆牌照实时识别系统，由车道上方的抓拍相机组、路边的控制机柜和车辆检测触发机构组成，其特征在于所述的抓拍相机组包括每个车道中间的近景相机、车道分界线上的辅助近景相机和一架全景相机，抓拍相机组将图像信号送到控制机柜；所述的控制机柜接收相机传来的图像信号，根据图像识别车辆号牌，从数据库中提取该号牌信息，并将此信息传送到上位交通控制环节；所述的车辆检测触发机构包括设置在抓拍相机组前方路面上方的线阵CCD相机，线阵CCD相机的镜头垂直于路面，可俯拍经过的车辆，并将拍摄信息送到控制机柜，作为抓拍触发信号的产生条件，控制机柜根据线阵CCD相机送来的信息判断是否有车辆出现，并控制抓拍相机组的开启。2.根据权利要求1所述的车辆牌照实时识别系统，其特征在于抓拍相机组通过视频线将图像信号送到控制机柜，控制机柜通过串口控制抓拍相机组的开启。3.根据权利要求1所述的车辆牌照实时识别系统，其特征在于所述的线阵CCD相机利用高密度的FPGA芯片产生一系列时序，驱动CCD传感器，把外界光信号转变成电信号，再经过DSP处理器信号处理电路，对电信号进行放大、滤波、AD转换，然后储存在FIFO里，再通过以太网传输到控制机柜。4.根据权利要求1所述的车辆牌照实时识别系统，所述的抓拍相机组中设置有与拍摄同步的LED智能补光灯。5.根据权利要求1所述的车辆牌照实时识别系统，所述的控制机柜由一台工业控制计算机，一台液晶显示器，一块用于采集线阵CCD图像的双通道千兆网卡和一块采集抓拍图像的四通道图像采集卡，以及一个控制抓拍相机组的RS232转RS485的串口转换器组成。6.根据权利要求5所述的车辆牌照实时识别系统，所述的工业控制计算机采用研华的工控机。7.根据权利要求1所述的车辆牌照实时识别系统，所述的线阵CCD相机采用DALSA公司生产的spyder3Gige系列的型号为SG-10-01K40的相机。8.根据权利要求1所述的车辆牌照实时识别系统，所述的抓拍相机组中的相机采用高清晰度的光圈可调、焦距可调的彩色相机。9.根据权利要求4所述的车辆牌照实时识别系统，所述的抓拍相机组中的相机和智能补光LED都安装在雅安防护罩里。10.根据权利要求1所述的车辆牌照实时识别系统，所述的线阵CCD相机安装在雅安防护罩里。专利摘要车辆牌照实时识别系统属于交通管理领域，尤其涉及车辆牌照抓拍和实时识别系统。该系统由车道上方的抓拍相机组、路边的控制机柜和车辆检测触发机构组成，其特征在于所述的抓拍相机组包括每个车道中间的近景相机、车道分界线上的辅助近景相机和一架全景相机，抓拍相机组将图像信号送到控制机柜；所述的控制机柜接收相机传来的图像信号；所述的车辆检测触发机构包括设置在抓拍相机组前方路面上方的线阵CCD相机，线阵CCD相机将拍摄信息送到控制机柜，作为抓拍触发信号的产生条件，控制机柜根据线阵CCD相机送来的信息判断是否有车辆出现，并控制抓拍相机组的开启。本实用新型提供了一种通过增设近景辅助相机消除盲区并通过精确定位法识别车辆号牌的车辆牌照实时识别系统。文档编号G08G1/017GK201322995SQ20082012334公开日2009年10月7日申请日期2008年10月31日优先权日2008年10月31日发明者勇文,李卫江,蒋雅辉,铮黄申请人:江西赣粤高速公路股份有限公司