車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是智能交通重要的組成部分，其主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)采集單元輸出的車輛原始圖像進(jìn)行檢測(cè)分析，提取車牌相關(guān)特征信息，進(jìn)行比對(duì)和識(shí)別，可在對(duì)車輛不做任何改動(dòng)的情況下，有效地記錄和驗(yàn)證車輛號(hào)牌信息。

　　近年來，車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于城市智能交通系統(tǒng)中，如闖紅燈抓拍、超速行駛違章抓拍及交通治安卡口系統(tǒng)等，尤其是交通治安卡口系統(tǒng)，其作為治安刑偵管理的重要科技手段之一，對(duì)車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)提出了更高的要求，促進(jìn)了車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展。高清系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得圖像分辨率大大提高，為車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)提供了良好的基礎(chǔ)條件，車牌識(shí)別的準(zhǔn)確率得到很大的提高，并且相應(yīng)的識(shí)別基礎(chǔ)數(shù)據(jù)被不斷地得到挖掘，卡口業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)也從單一的治安及交通監(jiān)控發(fā)展為可供交通管理、城市規(guī)劃、公安刑偵、國(guó)安安保、高速公路多路徑識(shí)別等不同業(yè)務(wù)部門均可以綜合應(yīng)用的綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

　　本文以車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在我司智能交通卡口系統(tǒng)中的運(yùn)用為例，闡述了車牌自動(dòng)識(shí)別的基本流程以及功能和應(yīng)用特點(diǎn)。

　　大華卡口系統(tǒng)采用基于分布式集中管理的策略，通過多層次立體式結(jié)構(gòu)，把系統(tǒng)前端物理層、傳輸網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)處理層和用戶應(yīng)用層有機(jī)結(jié)合起來，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 卡口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　系統(tǒng)主要由前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)、中心管理子系統(tǒng)等部分組成。前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)通過視頻跟蹤和分析技術(shù)獲取車輛的經(jīng)過時(shí)間、速度、圖片、車牌號(hào)碼、車身顏色等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)傳輸?shù)街行墓芾碜酉到y(tǒng)。中心管理子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理、存儲(chǔ)、共享等處理。

[nextpage]

　　車牌自動(dòng)識(shí)別流程

　　系統(tǒng)前端采用了嵌入式高清一體化攝像機(jī)，可實(shí)現(xiàn)百萬級(jí)分辨率的視頻和圖片碼流輸出，內(nèi)置了高性能DSP芯片，支持內(nèi)置智能算法、可實(shí)現(xiàn)視頻檢測(cè)、車牌自動(dòng)識(shí)別等功能。

　　內(nèi)置相機(jī)的車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)使用了獨(dú)特的紋理+模型算法，具有定位精準(zhǔn)，識(shí)別速度快，識(shí)別精度高，誤識(shí)率低等特點(diǎn)，不但能捕獲有車牌的車輛，對(duì)于無牌車同樣也能進(jìn)行正常捕獲。將傳統(tǒng)模式中基于后端服務(wù)器或前端工控機(jī)的車牌識(shí)別算法移植到前端相機(jī)中，具有高集成度，高穩(wěn)定性，高適應(yīng)性等特點(diǎn)，相比傳統(tǒng)的PC或工控機(jī)模式，更能適應(yīng)實(shí)際道路的復(fù)雜環(huán)境，更能滿足智能交通系統(tǒng)中全天候工作的要求。

　　采用了動(dòng)態(tài)視頻識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻流每一幀圖像進(jìn)行識(shí)別，從而達(dá)到增加識(shí)別比對(duì)次數(shù)，大大提高了識(shí)別的效率和準(zhǔn)確率。

　　車輛牌照的自動(dòng)識(shí)別主要是基于圖像分割和圖像識(shí)別理論，對(duì)含有車輛號(hào)牌的圖像進(jìn)行分析處理，從而確定牌照在圖像中的位置，并進(jìn)一步提取和識(shí)別出文本字符。

　　識(shí)別的具體步驟分為車牌定位、車牌提取、字符識(shí)別。在自然環(huán)境中，相機(jī)首先對(duì)采集到的視頻圖像進(jìn)行大范圍相關(guān)搜索，找到符合汽車牌照特征的若干區(qū)域作為候選區(qū)，然后對(duì)這些侯選區(qū)域做進(jìn)一步分析、評(píng)判，最后選定一個(gè)最佳的區(qū)域作為牌照區(qū)域，并將其從圖象中分割出來。

　　圖2 車牌定位示意圖

　　完成牌照區(qū)域的定位后，再將牌照區(qū)域分割成單個(gè)字符，然后進(jìn)行識(shí)別，車牌識(shí)別算法采用基于模板匹配算法，首先將分割后的字符二值化,并將其尺寸大小縮放為字符數(shù)據(jù)庫(kù)中模板的大小，然后與所有的模板進(jìn)行匹配，最后選最佳匹配作為結(jié)果，通過這種多次比對(duì)的方式極大了提高了車牌識(shí)別的準(zhǔn)確率。

　　圖3 車牌識(shí)別示意圖

　　整個(gè)車牌識(shí)別的基本過程如下圖所示：

[nextpage]

　　車牌識(shí)別功能

　　大華卡口系統(tǒng)采用先進(jìn)的圖像識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)通過的所有車輛進(jìn)行車輛號(hào)碼識(shí)別、號(hào)牌顏色識(shí)別、車身顏色及車型等自動(dòng)識(shí)別。

　　1)號(hào)牌結(jié)構(gòu)識(shí)別

　　系統(tǒng)能識(shí)別的號(hào)牌結(jié)構(gòu)包括：

　　單排字符結(jié)構(gòu)的號(hào)牌，如軍隊(duì)用小型汽車號(hào)牌、GA36-2007中的小型汽車號(hào)牌、港澳入出境車號(hào)牌、教練汽車號(hào)牌等;

　　武警用小型汽車號(hào)牌;

　　警用汽車號(hào)牌;

　　雙排字符結(jié)構(gòu)的號(hào)牌，如軍隊(duì)用大型汽車號(hào)牌、武警用大型汽車號(hào)牌、GA36-2007中的大型汽車號(hào)牌、掛車號(hào)牌、低速汽車號(hào)牌等。

　　2)號(hào)牌字符識(shí)別

　　識(shí)別的字符包括:

　?、贁?shù)字：0~9;

　?、谧帜福篈~Z;

　?、凼?、自治區(qū)、直轄市簡(jiǎn)稱：京、津、晉、冀、蒙、遼、吉、黑、滬、蘇、浙、皖、閩、贛、魯、豫、鄂、湘、粵、桂、瓊、川、貴、云、藏、陜、甘、青、寧、新、渝;

　?、苘娕朴脻h字：軍、海、空、北、沈、南、蘭、廣、成、濟(jì)、京;

　　⑤號(hào)牌分類用漢字：警、學(xué)、領(lǐng)、試、掛、港、澳、超、使;

　?、尬渚?hào)牌特殊字符：WJ、00~34、練。

　　3)號(hào)牌顏色識(shí)別

　　系統(tǒng)能識(shí)別藍(lán)、黃、白、黑四種底色的機(jī)動(dòng)車號(hào)牌。系統(tǒng)采用車牌顏色和視頻檢測(cè)技術(shù)結(jié)合的方法對(duì)車輛進(jìn)行分型。對(duì)于民用車來說，藍(lán)顏色車牌表示的是小型車輛，而黃顏色車牌表示的是大型車輛。因此，首先利用車牌顏色判斷車輛類型，對(duì)于無法根據(jù)車牌顏色判別車型或者無法判斷車牌顏色的情況，利用圖像分析技術(shù)來輔助區(qū)分車輛的類型。

　　4)車輛號(hào)牌識(shí)別

　　號(hào)牌識(shí)別信息包含號(hào)牌結(jié)構(gòu)、號(hào)牌字符、號(hào)牌顏色等信息。

　　系統(tǒng)識(shí)別的車牌類型部分示例：

　　車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)

　　強(qiáng)大的ISP處理能力

　　車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率與牌照質(zhì)量和拍攝的圖像質(zhì)量有非常密切的關(guān)系，不但牌照本身的生銹、污損、油漆剝落、字體褪色等各種因素會(huì)大大影響車牌識(shí)別的準(zhǔn)確性，而且拍攝的環(huán)境是否理想也會(huì)給車牌識(shí)別帶來很大的影響。

　　大華智能交通攝像機(jī)內(nèi)置了強(qiáng)大的ISP處理功能，可提供視頻穩(wěn)定、面部檢測(cè)、噪聲過濾、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光以及伽馬校正、邊緣增強(qiáng)等功能，將圖像質(zhì)量和效果提升到一個(gè)新的層次，不但改善了用戶實(shí)際觀感，更為智能化應(yīng)用如車牌識(shí)別等提供了很好的運(yùn)算分析基礎(chǔ)，充分保證了較高的車牌識(shí)別的準(zhǔn)確率。

[nextpage]

　　對(duì)光照氣候背景良好的適應(yīng)性

　　很多車牌識(shí)別系統(tǒng)在陰天時(shí)識(shí)別率較高，晴天時(shí)反而下降甚至無法識(shí)別。

　　這是因?yàn)閿z像機(jī)是針對(duì)監(jiān)控需求設(shè)計(jì)的，如果讓攝像機(jī)自行調(diào)節(jié)曝光強(qiáng)度，只能依據(jù)圖像中某一固定區(qū)域的平均亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式一般是固定的、非智能化的。陰天時(shí)，陽(yáng)光透過云層散射后光照很均勻，上午和下午、東西向和南北向沒有多少差別，攝像機(jī)拍到的車輛、路面、景物都非常清晰。晴天時(shí)，陽(yáng)光直射到路面上、車身上，就產(chǎn)生了逆光、直射光的問題。逆光情況下，拍攝方向與陽(yáng)光照射方向相反，拍攝到的路面、背景較清晰，而車牌區(qū)域的對(duì)比度很差不利于識(shí)別。直射光情況下，拍攝方向與陽(yáng)光照射方向相同，拍攝到的車牌區(qū)域很亮導(dǎo)致字符筆劃較粗、相互粘連，而且我國(guó)的車牌都采用反光漆，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)鏡面反射，無法看清車牌號(hào)碼。另外，車體表面的反光產(chǎn)生的亮線、光暈也會(huì)對(duì)識(shí)別造成影響。牌照識(shí)別多數(shù)用于識(shí)別運(yùn)動(dòng)中的車輛，車牌區(qū)域在整個(gè)圖像中是不固定的，普通攝像機(jī)無法根據(jù)車牌區(qū)域進(jìn)行調(diào)節(jié)。夜間環(huán)境下車輛開啟車燈，普通攝像機(jī)受大燈的影響減弱曝光強(qiáng)度造成圖像車牌區(qū)域很暗，無法看清號(hào)碼，車大燈的光線還可能形成大面積光暈遮擋牌照區(qū)域。

　　我司自主研發(fā)的環(huán)境光線動(dòng)態(tài)分析技術(shù)、局部亮度反饋閉環(huán)控制技術(shù)，能對(duì)圖像整體亮度和車牌區(qū)域亮度實(shí)時(shí)分析、控制，并智能地調(diào)整攝像機(jī)的光圈、快門、增益等曝光參數(shù)，動(dòng)態(tài)跟蹤光線的變化，對(duì)復(fù)雜的環(huán)境、氣候及光照變化具有良好的適應(yīng)性，全天候都可拍攝到最清晰的圖像，進(jìn)而確保了極高的車牌識(shí)別率。

　　準(zhǔn)確抓拍無后車牌或者后車牌遮擋的車輛

　　系統(tǒng)采用成熟穩(wěn)定可靠的地感線圈和先進(jìn)的視頻分析檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于無后車牌或者為了逃避抓拍故意將后車牌遮擋的車輛同樣能夠準(zhǔn)確抓拍，確保路口違章情況記錄準(zhǔn)確、完整，為交管部門實(shí)施交通管理措施、違章處罰等提供可靠線索和依據(jù)。

　　多車道、多車輛同時(shí)號(hào)牌識(shí)別

　　車牌識(shí)別不是一項(xiàng)孤立的技術(shù)，而是與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合緊密，市面上的一些車牌識(shí)別技術(shù)將注意力僅僅放在識(shí)別率上面，對(duì)于多車牌識(shí)別能力鮮有提及，而對(duì)于智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用，監(jiān)控多車道、畫面中同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)車輛的情況是較為常見的情況，此時(shí)就需要系統(tǒng)具備多車道、多輛車同時(shí)號(hào)牌識(shí)別的能力，否則就會(huì)漏車、漏識(shí)別，其危害不言而喻。

　　充分考慮到系統(tǒng)應(yīng)用的各種實(shí)際情況，針對(duì)多車道、多輛車同時(shí)號(hào)牌識(shí)別也進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)。不同于其他廠家的機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別等算法，大華采用的是最先進(jìn)的視覺分析算法，不僅能夠在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)畫面中的所有車牌實(shí)現(xiàn)快速定位、快速識(shí)別并輸出識(shí)別結(jié)果，而且同樣能夠保證極高的車牌識(shí)別率。

　　車牌識(shí)別速度快

　　車牌識(shí)別速度決定了車牌識(shí)別系統(tǒng)是否能夠滿足實(shí)時(shí)實(shí)際應(yīng)用的要求。一個(gè)識(shí)別率很高的系統(tǒng)，如果需要幾秒鐘，甚至幾分鐘才能識(shí)別出結(jié)果，那么這個(gè)系統(tǒng)就會(huì)因?yàn)闈M足不了實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)時(shí)要求而毫無實(shí)用意義。

　　大華智能交通攝像機(jī)內(nèi)置的車牌識(shí)別算法具有極高的識(shí)別效率，單車牌識(shí)別時(shí)間平均在40ms左右，較快的識(shí)別速度能夠很好地避免車牌漏識(shí)別，同時(shí)能夠及時(shí)地為其他智能分析應(yīng)用釋放出更多的系統(tǒng)資源。

[nextpage]

　　車牌識(shí)別像素、角度容忍度高

　　大華車牌識(shí)別技術(shù)具有較高的識(shí)別像素、角度容忍度，識(shí)別車牌大小范圍可達(dá)到75像素到220像素;支持識(shí)別車牌存在一定程度的傾斜，傾斜±15°以內(nèi)都能夠正常識(shí)別。對(duì)于車牌的大小、車輛出現(xiàn)在畫面中的遠(yuǎn)近、偏斜位置具有良好的適應(yīng)能力，極大地提升了系統(tǒng)的實(shí)用性。

　　車牌識(shí)別準(zhǔn)確率高

　　車牌自動(dòng)識(shí)別軟件為我司自主研發(fā)，具有軟件著作權(quán)證書，采用的車牌識(shí)別技術(shù)成熟，廣泛運(yùn)用于治安卡口、闖紅燈系統(tǒng)、收費(fèi)站、停車場(chǎng)、測(cè)速儀等，在大量的實(shí)際工程應(yīng)用中，車牌識(shí)別準(zhǔn)確率高，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

　　車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，已是一項(xiàng)較為成熟的技術(shù)。傳統(tǒng)的車牌識(shí)別系統(tǒng)基于模擬標(biāo)清圖像來進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，由于標(biāo)清圖像分辨率低，層次感不強(qiáng)且視場(chǎng)較小等原因，導(dǎo)致車牌識(shí)別不能達(dá)到理想的效果，往往為了達(dá)到車牌識(shí)別率而需要犧牲車輛全景，因此需要通過兩臺(tái)攝像機(jī)配合來完成車牌的特寫和車輛全景的記錄，系統(tǒng)復(fù)雜度較高。

　　高清技術(shù)的成熟應(yīng)用，使得車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)也從模擬標(biāo)清逐步向數(shù)字高清邁進(jìn)，采用百萬級(jí)高清攝像機(jī)，并結(jié)合新一代補(bǔ)光技術(shù)，不僅可以清楚抓拍車牌，還可以提供高質(zhì)量的前排司乘人員的面貌圖像，并且可以記錄車輛全貌及車載情況等信息。

　　相信在未來幾年，隨著各地高清智能交通系統(tǒng)的不斷應(yīng)用建設(shè)，車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)會(huì)逐步向高清化、集成化、智能化發(fā)展，在各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，將會(huì)不斷發(fā)揮其越來越重要的作用。