专利名称：基于连通区域和间隙模型的车牌字符分割方法
技术领域：
本发明属于数字图像处理及模式识别技术领域，具体涉及智能交通管理中交通场景车牌识别的方法。
背景技术：
智能交通系统(IntelligentTransportation System,简称 ITS)是将电子技术、计算机技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面运输的实际需求的各种交通道路监视管理系统、车辆控制系统及公路交通安全系统的综合系统。车牌识别(Vehicle License Plate Recognition,简称VLPR)是智能交通系统的重要组成部分之一，其应用非常广泛。车牌识别以数字图像处理、模式识别、计算机视觉等技术为基础，对摄像机所拍摄的车辆图像或者视频序列进行分析，得到每辆汽车唯一的车牌号码，从而完成识别过程。通过一些后续的处理手段，车牌识别技术可以实现停车场收费管理、交通流量控制 指标测量、车辆定位、汽车防盗、高速公路超速自动化监管等功能，对维护交通安全和城市治安，防止交通堵塞，实现交通的自动化管理有着现实的意义。车牌识别技术主要包括三个步骤车牌图像的定位、车牌字符的分割和车牌字符的识别。“车牌定位”是利用图像处理方法和模式识别技术从一幅具有不确定背景的车辆数字图像中准确定位出车牌的位置，为后续的车牌字符分割和识别处理提供准确可靠的数据源。“字符分割”是将车牌区域分割成单个的字符区域，用于下一步的字符识别。车牌的字符由有限的汉字、英文字母和数字组成，“车牌字符的识别”则是对分割出来的待识别的字符进行分类从而识别它们。其中，“字符分割”是车牌识别技术承前启后的一环，字符分割的正确与否直接影响到车牌字符识别的结果。但是，“字符分割”却是难度较大的部分，其难度主要体现在以下几个问题上
(I)由于天气情况，车牌图像清洁程度不一，经过车牌预处理后得到的车牌二值图像中，可能存在字符粘连，也可能存在字符笔画断裂，因此，在字符分割方法中应避免将多个字符分割为一个字符，以及将一个字符分割成多个字符的误操作。(2)由于字符“I”的宽度比其它字符的宽度要窄，如何区分字符“I’’与干扰笔画，特别是车牌左右保留下来的竖直边框，在方法中应当充分考虑。(3)经过预处理后的车牌二值图，并不能精确定位到字符的上下边界，还受到边框及铆钉的干扰，另外车牌的左右两边也会存在干扰，特别是左右两边的边框，并且可能与第一个或者最后一个字符发生粘连。因此所设计的分割方法不能受这些干扰区域的影响。(4)由于拍摄时光照的影响，车牌的全部或者部分区域显得特别亮，导致字符和背景颜色区分度不大，分割方法应该考虑一种合适的灰度化和二值化方法准确的区分背景区域和字符区域。目前常用的几种字符分割方法有
(I)基于投影法的字符分割方法。利用垂直投影法快速找到字符之间的最优分割点，并可利用横向投影来去除车牌边框等干扰。(2)基于车牌字符几何特征的分割字符方法。该方法先用数学形态学对二值化后的车牌图像进行一系列的形态运算，去除掉一些无用信息，使得字符与车牌左右边框、字符与字符之间空隙变大，便于划出 字符间的垂直分割线。(3)基于模板匹配的最大类间方差车牌字符分割方法。根据字符串的结构和尺寸特征，设计了车牌字符串模板，该模板在车牌区域滑动匹配进行分类，并结合最大类间方差判决准则确定最佳匹配位置，分割车牌字符。(4)基于扫描的字符分割方法，该方法利用由中间向两端搜索的方法确定字符的上下边界，且利用一维循环清零法及车牌字符的相关规则进行垂直分割得到单个的字符。(5)基于连通区域分析分割车牌字符的方法。即按照属于同一个字符的像素构成一个连通区域的原则，再结合车牌字符的相关规则，从而较好解决了汽车牌照在复杂背景条件下的字符切分问题。(6)基于神经网络和颜色特征的车牌字符分割方法。在颜色空间中利用树型判决结构，首先由亮度信息识别出车牌区域中的白色、黑色像素，然后利用网络对车牌区域中的蓝、红、黄色以及其他颜色进行识别。根据车牌的颜色特征，在判断出车牌的类型后，对车牌区域进行二值化处理。去除车牌边框和铆钉后，综合利用投影法和字符的连通性来分割车牌字符。以上这些车牌字符分割方法，是车牌字符分割方法发展过程中逐渐提高的方法，但都没有很好的解决污损或受光照影响车牌的字符分割，特别是车牌中有两三个字符区域模糊或混淆的情况，这些方法往往都不能准确的分割，在实际交通场景中，字符分割的准确率就会大幅度降低。由于交通领域应用场景的复杂性，车牌识别技术所要解决的问题相当复杂。目前的车牌识别技术在实际应用中还存在一些不足之处，例如外界亮度过低、光照条件恶劣、特殊天气条件、复杂的非车牌区域干扰等都会给车牌的定位造成一定的难度；车牌自身的清洁度或光照条件的影响会给字符切分造成困难；相似字符的识别区分也存在某种困难。
发明内容
本发明的目的是，为解决上述车牌污损和光照不均匀导致车牌字符难以区分的问题，提供一种基于连通区域和间隙模型的车牌字符分割方法。本发明提出的基于连通区域和间隙模型的车牌字符分割方法，是在定位获取车牌之后，进行如下步骤的操作
(I)灰度化和二值化处理
①采用分量法将车牌图像进行灰度化处理，其步骤为将彩色图像中的RGB三分量的亮度作为三个灰度图像的灰度值，根据应用需要选取其中一种灰度图像；
由于蓝色车牌的红色分量比较明显，黄色车牌的绿色分量比较明显，为了增加字符区域和背景之间的区分度，需要对蓝色和黄色车牌进行灰度化处理；
②在步骤(I)-①的灰度化处理之后，对车牌图像进行二值化处理，其步骤为采用NiBlack动态阈值二值化算法，通过公式计算得到车牌图像中某像素点(坐标点)阈值，将该阈值与坐标点的像素值做比较，小于阈值为背景颜色，大于阈值为字符颜色，得到车牌二值图像；
(2)标记连通区域
所述连通区域为八连通区域，即任一像素点和与之周围相邻的八个像素点的像素值相同时，则视为它们之间连通；以此为标准，将步骤(I)-②得到的二值图像按照递归的方法标记连通区域；连通区域经过标记确定后，记录连通区域最小和最大的横纵坐标；
(3)去除杂质噪声
通过步骤(2)记录的连通区域最小和最大的横纵坐标计算连通区域的几何特征，判断连通区域是否为字符区域；若满足条件则保留；否则，则设为背景色；
(4)横向切割 车辆的车牌是通过铆钉固定在车辆上的，在车牌的二值图像中部分字符区域和铆钉相连，使其和边框连通成为一个连通区域，这样的区域因不符合字符区域的几何特征将会被删除；保留下来的字符区域的上、下两个中心坐标点分别存在一个集合中，对这两个坐标点集分别进行线性拟合，上、下各得到一条直线；两条直线将字符区域与铆钉分离开，重复进行步骤(2)和步骤(3)的操作，将与铆钉相连的字符区域保留下来；
(5)间隙计算恢复剩余字符。通过计算相邻连通区域间的间隙，计算这两个连通区域间存在几个字符和几个间隙，再根据已知区域的标准宽度和计算获得的间隙宽度来恢复被误删的字符区域；通过这些连续的保留字符区域计算字符的标准宽度和标准高度，再通过标准宽度计算间隙的宽度，最后利用由标准宽度和标准高度确定的字符框，按间隙向左右扩展，最终确定车牌的七个字符区域，完成分割。本发明的积极效果是
(I)利用二值图像字符连通和车牌字符标准几何形状的特性，通过连通区域的几何形状信息能够去除不规则的杂质噪声。(2)利用已确定的字符区域的位置信息进行上、下切割，能很好的避免铆钉等杂质与字符相连对分割的影响。(3)利用车牌标准字符大小和字符间隙的比例，计算字符所在的位置，关键的作用就在于能够恢复一下由于污溃或光照影响而不符合几何特性被删除的字符区域。
图I是本发明基于连通区域和间隙模型的车牌字符分割方法的流程框图。图2是NiBlack 二值化算法原理图。图3是标记流通区域方法流程图。图4是去除杂质方法流程图。图5是车牌字符区域保留区域的类型表。图6是标准汽车车牌(图像来源于GA36-2007标准)。图7是车牌字符间隙类型表。图8是车牌二值图像保留区域间隙扩展后的类型表。图9是本发明方法处理一张车牌的各步骤效果图。
具体实施例方式以下结合附图解释本发明基于连通区域和间隙模型的车牌字符分割方法的具体实施方式
，但是应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。一种基于连通区域和间隙模型的车牌字符分割方法，首先对车牌图像进行灰度化和二值化，标记连通区域之后去除杂质噪声，然后横向切割之后再重复标记连通区域和去除杂质噪声两个步骤，最后通过间隙计算恢复剩余字符获取七个字符区域。本发明方法的具体运算步骤如附图I所示。一、灰度化和二值化处理
首先，这是蓝色车牌，进行红色分量二值化；然后进行NiBlack动态阈值二值化。通过计算图像中每个像素点其邻域的统计性质(均值与方差)来确定此点的阈值，方法原理图如图2所示，计算方法如下公式所示
权利要求
1.一种基于连通区域和间隙模型的车牌字符分割方法，其特征在于，在定位获取车牌之后，进行如下步骤的操作 (1)灰度化和二值化处理 ①采用分量法将车牌图像进行灰度化处理，其步骤为将彩色图像中的三分量的亮度作为三个灰度图像的灰度值，根据应用需要选取其中一种灰度图像； 对蓝色和黄色车牌进行灰度化处理； ②在步骤(I)-①的灰度化处理之后，对车牌图像进行二值化处理，其步骤为采用NiBlack动态阈值二值化算法，计算得到车牌图像中某像素点阈值，将该阈值与坐标点的像素值做比较，小于阈值为背景颜色，大于阈值为字符颜色，得到车牌二值图像； (2)标记连通区域 所述连通区域为八连通区域，即任一像素点和与之周围相邻的八个像素点的像素值相同时，则视为它们之间连通；以此为标准，将步骤(I)-②得到的二值图像按照递归的方法标记连通区域；连通区域经过标记确定后，记录连通区域最小和最大的横纵坐标； (3)去除杂质噪声 通过步骤(2)记录的连通区域最小和最大的横纵坐标计算连通区域的几何特征，判断连通区域是否为字符区域；若满足条件则保留；否则，则设为背景色； (4)横向切割 车辆的车牌是通过铆钉固定在车辆上的，在车牌的二值图像中部分字符区域和铆钉相连，使其和边框连通成为一个连通区域，这样的区域因不符合字符区域的几何特征将会被删除；保留下来的字符区域的上、下两个中心坐标点分别存在一个集合中，对这两个坐标点集分别进行线性拟合，上、下各得到一条直线；两条直线将字符区域与铆钉分离开，重复进行步骤(2)和步骤(3)的操作，将与铆钉相连的字符区域保留下来； (5)间隙计算恢复剩余字符； 通过计算相邻连通区域间的间隙，判断这两个连通区域间存在几个字符和几个间隙，再根据已知区域的标准宽度和计算获得的间隙宽度来恢复被误删的字符区域；通过这些连续的保留字符区域计算字符的标准宽度和标准高度，再通过标准宽度计算间隙的宽度，最后利用由标准宽度和标准高度确定的字符框，按间隙向左右扩展，最终确定车牌的七个字符区域，完成分割。
全文摘要
本发明属于数字图像处理及模式识别技术领域，具体为一种基于连通区域和间隙模型的车牌字符分割方法。本发明首先对车牌灰度图像进行二值化处理，然后对二值化后的车牌图像标记连通区域，初步获得车牌中字符区域，再根据标准车牌字符间的比例建立间隙模型以确定车牌各字符的位置，从而完成车牌中字符区域的分割。本发明有效利用了标准车牌的字符和间隙的尺寸，避免了由于车牌污损、图像光照等原因引起的字符不清晰对字符分割的影响。相比于传统基于连通区域和基于投影分割的车牌字符分割方法，本发明有效提高车牌字符分割的准确率，较好解决了由于图像不清晰带来的车牌字符分割问题。
文档编号G06K9/54GK102722707SQ201210189898
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者冯瑞, 王琰滨, 蒋龙泉, 薛向阳, 金城 申请人:复旦大学