機(jī)動(dòng)車輛牌號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)不僅為治安管理現(xiàn)代化，也為平安校園的建設(shè)發(fā)揮了重要作用。本文以車牌識(shí)別系統(tǒng)在某校園園區(qū)的應(yīng)用為例，進(jìn)行分析，希望讀者喜歡。

        機(jī)動(dòng)車輛牌號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是集圖像數(shù)字采集、存儲(chǔ)和壓縮及車輛號(hào)牌實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)別等諸多功能于一身的智能視頻處理系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于道路通行車輛監(jiān)控與報(bào)警。該系統(tǒng)為治安管理現(xiàn)代化，為平安校園的建設(shè)發(fā)揮了重要作用。

系統(tǒng)簡介
        機(jī)動(dòng)車輛牌號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采用國際領(lǐng)先的計(jì)算機(jī)視覺算法，集成數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)形成高效可靠的系統(tǒng)。系統(tǒng)檢測實(shí)時(shí)記錄過往監(jiān)控路面的每一輛機(jī)動(dòng)車的圖像；對(duì)運(yùn)行車輛的流量情況進(jìn)行常年不間斷的自動(dòng)記錄、分析和存儲(chǔ)；實(shí)現(xiàn)車輛牌照信息的抓拍和識(shí)別；并可與黑名單比對(duì)，對(duì)可疑車輛進(jìn)行抓拍及報(bào)警。

方案設(shè)計(jì)
        系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

簡要說明
1、前端視頻獲取部分
        在學(xué)校北門和南門口分別安裝牌照特寫攝像機(jī)、輔助光源、防護(hù)罩和全景攝像機(jī)。

        牌照特寫攝像機(jī)用來全天候抓拍車輛牌照；全景攝像機(jī)記錄同一場景的車輛外觀，北門和南門分別再使用2路視頻光端機(jī)，將前端攝像機(jī)獲取的視頻信號(hào)通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。輔助光源采用頻閃補(bǔ)光，既保證所獲取圖像的質(zhì)量，又延長其使用壽命。

2、車輛識(shí)別部分
        監(jiān)控中心客戶端計(jì)算機(jī)安裝車牌識(shí)別軟件，系統(tǒng)對(duì)來自交換機(jī)的實(shí)時(shí)視頻流進(jìn)行智能分析，并將圖像存儲(chǔ)到磁盤相應(yīng)目錄下，車輛通過的信息寫入相關(guān)數(shù)據(jù)庫，并在圖像中標(biāo)注車輛通行數(shù)據(jù)，如時(shí)間、地點(diǎn)、車速、方向等（參見圖2）。

圖2  抓拍識(shí)別結(jié)果顯示示意圖

系統(tǒng)優(yōu)勢
1、原監(jiān)控系統(tǒng)無縫聯(lián)接
        因該校原有監(jiān)控系統(tǒng)基于H3C iVS IP智能監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)直接利用原有系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行智能分析，保障全網(wǎng)數(shù)字信號(hào)的統(tǒng)一，并可在監(jiān)控中心進(jìn)行集中管理。

        只要在監(jiān)控中心客戶端計(jì)算機(jī)上安裝一套車牌識(shí)別軟件，就可以對(duì)由編碼器上傳的視頻圖像進(jìn)行分析，保證了監(jiān)控系統(tǒng)原有資源利用的最大化。如果采用其它方式的車輛識(shí)別系統(tǒng)，就會(huì)出現(xiàn)多種數(shù)字編碼信號(hào)，導(dǎo)致無法進(jìn)行系統(tǒng)整合。

2、車輛號(hào)碼、顏色、標(biāo)志識(shí)別
        系統(tǒng)除具有車輛號(hào)碼、顏色識(shí)別功能外，還可對(duì)出入校園的車輛的標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別，現(xiàn)可以識(shí)別出絕大部分常見車標(biāo)，將來還可升級(jí)其數(shù)據(jù)庫以便識(shí)別更多類型的車輛。

3、集中服務(wù)、集中管理
        完成后的車牌識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行于監(jiān)控中心的客戶端計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)管理和操作人員在監(jiān)控中心即可完成關(guān)于進(jìn)出車輛信息查詢等操作；同時(shí)也可將前端攝像機(jī)以視頻流的方式進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)。[nextpage]

軟件結(jié)構(gòu)及工作原理
        本方案機(jī)動(dòng)車輛牌號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是完全基于視頻的智能化車牌識(shí)別系統(tǒng)，可對(duì)視頻圖像中靜止或行駛中的車牌進(jìn)行檢測和識(shí)別，檢測不需要添加外部觸發(fā)裝置。系統(tǒng)操作方便、識(shí)別率高、識(shí)別速度快，對(duì)不同的光照條件、圖像質(zhì)量和攝像角度都有相當(dāng)?shù)倪m應(yīng)性。另外，本系統(tǒng)還擁有完善的配置和查詢管理功能以及方便的升級(jí)和功能擴(kuò)展接口，為用戶的實(shí)際應(yīng)用提供了便利。

車牌識(shí)別系統(tǒng)框架
        機(jī)動(dòng)車輛牌號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，車牌識(shí)別過程的各個(gè)環(huán)節(jié)各自作為一個(gè)獨(dú)立模塊，系統(tǒng)軟件框圖如圖3所示。

圖3  車牌識(shí)別系統(tǒng)框架

        機(jī)動(dòng)車輛牌號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)智能算法技術(shù)，首先通過視頻輸入管理模塊得到需要的最佳質(zhì)量的視頻圖像，對(duì)獲取的每一幀圖像，利用最新的高效視頻檢測技術(shù)對(duì)行駛中的車輛的車牌進(jìn)行定位和跟蹤，從中自動(dòng)提取車牌圖像，然后經(jīng)過車牌精定位、切分和識(shí)別模塊準(zhǔn)確地自動(dòng)分割和識(shí)別字符，得到車牌的全部字符信息以及顏色和類別信息。另外通過車輛檢測模塊，可以鑒別出無牌車輛并輸出結(jié)果。通過查詢違法數(shù)據(jù)庫得到車輛的違法信息，顯示違法車輛的相關(guān)信息，同時(shí)現(xiàn)場報(bào)警。通過查詢征稽數(shù)據(jù)庫得到車輛的征稽信息，顯示欠費(fèi)車輛的相關(guān)信息，同時(shí)現(xiàn)場報(bào)警。另外，系統(tǒng)還采用獨(dú)特的在線學(xué)習(xí)新技術(shù)，對(duì)各識(shí)別模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整，使得車牌識(shí)別系統(tǒng)能夠自動(dòng)適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境變化，從而大幅提高識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用性。

1、車輛檢測跟蹤模塊
        本系統(tǒng)加入了車輛檢測跟蹤模塊，對(duì)視頻進(jìn)行分析，判斷其中車輛的位置，對(duì)圖像中的物體進(jìn)行跟蹤，并在物體位置最佳的時(shí)刻，記錄該物體的特寫圖片，由于加入了跟蹤模塊，本系統(tǒng)能夠很好地克服各種外界干擾，得到更加合理的識(shí)別結(jié)果，可以檢測無牌車輛并輸出結(jié)果。

2、車牌定位模塊
        車牌定位模塊是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，是后續(xù)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確性對(duì)整體系統(tǒng)性能的影響巨大。本系統(tǒng)完全摒棄了以往的算法思路，實(shí)現(xiàn)了一種完全基于學(xué)習(xí)的多種特征融合的車牌定位新算法，適用于各種復(fù)雜的背景環(huán)境和不同的攝像角度。由于該算法是一種完全基于學(xué)習(xí)的算法，只要有足夠的學(xué)習(xí)樣本，可以快速訓(xùn)練出針對(duì)不同車牌類型的新的檢測模型。[nextpage]

3、車牌矯正及精定位模塊
        受拍攝條件限制，圖像中的車牌總不可避免的存在一定的傾斜，需要一個(gè)矯正和精定位環(huán)節(jié)來進(jìn)一步提高車牌圖像的質(zhì)量，為切分和識(shí)別模塊做準(zhǔn)備。本系統(tǒng)使用獨(dú)創(chuàng)的精心設(shè)計(jì)的快速圖像處理濾波器，該算法不僅計(jì)算快速，而且利用的是車牌的整體信息，避免了局部噪聲帶來的影響。使用該算法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是通過對(duì)多個(gè)中間結(jié)果的分析還可以對(duì)車牌進(jìn)行精定位，進(jìn)一步減小非車牌區(qū)域的影響。

4、車牌切分模塊
        本系統(tǒng)配置了一個(gè)十分可靠的車牌切分模塊。利用了車牌文字的灰度、顏色、邊緣分布等各種特征，能較好地抑制車牌周圍其他噪聲的影響，并能容忍一定傾斜角度的車牌。這一算法有利于類似移動(dòng)式稽查車牌圖像噪聲較大的應(yīng)用。

5、車牌識(shí)別模塊
        在車牌識(shí)別模塊中，本系統(tǒng)采用了多種識(shí)別模型相結(jié)合的方法，構(gòu)建了一種層次化的字符識(shí)別流程，有效地提高了字符識(shí)別的正確率。另一方面，本系統(tǒng)在字符識(shí)別之前，使用計(jì)算機(jī)智能算法對(duì)字符圖像進(jìn)行了前期處理，不僅盡可能保留了圖像信息，而且提高了圖像質(zhì)量，提高了相似字符的可區(qū)分性，保證了字符識(shí)別的可靠性。

6、車牌識(shí)別結(jié)果決策模塊
        與其它車牌識(shí)別系統(tǒng)的一大不同之處在于，本系統(tǒng)可以對(duì)每幀視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別，因此在一輛車通過視野的過程中，本系統(tǒng)將得到若干相同或不同的識(shí)別結(jié)果。這就需要一個(gè)識(shí)別結(jié)果的決策模塊，具體地說，決策模塊利用一個(gè)車牌經(jīng)過視野的過程中留下的歷史記錄（包括識(shí)別結(jié)果、識(shí)別可信度、軌跡記錄、相似度記錄等），對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行智能化的決策，通過計(jì)算觀測幀數(shù)、識(shí)別結(jié)果穩(wěn)定性、軌跡穩(wěn)定性、速度穩(wěn)定性、平均可信度和相似度等度量值得到該車牌的綜合可信度評(píng)價(jià)，從而決定是繼續(xù)跟蹤該車牌，還是輸出識(shí)別結(jié)果，或是拒絕該結(jié)果。一個(gè)車牌的最終識(shí)別結(jié)果是通過分析所有幀的識(shí)別結(jié)果，對(duì)它們進(jìn)行智能化的歸類和投票，并結(jié)合一定的文法信息綜合而成。這種方法綜合利用了所有幀的信息，減少了以往基于單幅圖像的識(shí)別算法所帶來的偶然性錯(cuò)誤，大大提高了系統(tǒng)的識(shí)別率和識(shí)別結(jié)果的正確性和可靠性。

7、車牌跟蹤模塊
        車牌跟蹤模塊記錄下車輛行駛過程中每一幀中該車車牌的位置以及外觀、識(shí)別結(jié)果、可信度等各種歷史信息。由于車牌跟蹤模塊采用了具有一定容錯(cuò)能力的運(yùn)動(dòng)模型和更新模型，使得那些被短時(shí)間遮擋或瞬間模糊的車牌仍能被正確地跟蹤和預(yù)測，最終只輸出一個(gè)識(shí)別結(jié)果。

8、在線學(xué)習(xí)模塊
        在以上各個(gè)模塊中，使用了大量基于學(xué)習(xí)的算法，本系統(tǒng)特別添加了在線學(xué)習(xí)模塊，該模塊采用最新的反饋型學(xué)習(xí)模型，利用決策模塊和跟蹤模塊得到的車牌質(zhì)量、車輛軌跡、速度等反饋信息，智能化地更新一些算法參數(shù)，使得系統(tǒng)能快速適應(yīng)新的應(yīng)用環(huán)境。該算法作為已有算法的一個(gè)有力補(bǔ)充，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)性能。

車牌識(shí)別系統(tǒng)功能
        機(jī)動(dòng)車輛牌號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)能對(duì)受監(jiān)控路面行駛的車輛號(hào)牌與特征進(jìn)行全天候、不間斷的自動(dòng)采集、傳輸和處理，而且還能將信息傳至中心以實(shí)現(xiàn)車輛動(dòng)態(tài)信息的異地查詢和共享，具體功能如下。

1、車輛捕獲
        采用視頻觸發(fā)方式，能按用戶需求對(duì)監(jiān)測車頭或車尾進(jìn)行調(diào)整；監(jiān)測被檢測車道的過往機(jī)動(dòng)車輛，通過智能算法抓拍機(jī)動(dòng)車的頭部或尾部圖片，用于車牌照及車標(biāo)信息的識(shí)別，檢測區(qū)域的寬度完全能夠滿足覆蓋被檢測車道和檢測斷面的寬度要求。

        通過監(jiān)控區(qū)域道路所有車輛的捕獲準(zhǔn)確率達(dá)99%以上（其中汽車圖像捕獲準(zhǔn)確率=所拍攝的汽車特征圖像數(shù)/監(jiān)控區(qū)內(nèi)規(guī)范行駛的全部汽車數(shù)），準(zhǔn)確記錄車輛圖片。

        在機(jī)動(dòng)車抓拍功能中，與實(shí)際需求相符的觸發(fā)機(jī)制是準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵，通過采用國際領(lǐng)先的模式識(shí)別算法和計(jì)算機(jī)智能優(yōu)化算法，保證抓拍的正確性和可靠性。對(duì)于無牌車以及遮擋號(hào)牌車輛都有很好的定位作用，保證了公安執(zhí)法的正確性，可靠性。[nextpage]

2、圖像記錄
        在車輛通過時(shí)，機(jī)動(dòng)車輛牌號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)能準(zhǔn)確拍攝車輛特征圖像,并將圖像存儲(chǔ)到磁盤相應(yīng)目錄下（目錄設(shè)計(jì)必須簡單易使用），車輛通過的信息寫入相關(guān)數(shù)據(jù)庫，并在圖像中標(biāo)明車輛通行數(shù)據(jù)，如時(shí)間、地點(diǎn)、車速、方向等情況。

        在環(huán)境無霧包括雨雪天情況下，對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的規(guī)范行駛的特寫車輛圖像包含車輛頭部（或尾部）所有特征。
·分辨率：所記錄的特征圖像分辨率最高為768×576，像素點(diǎn)可以根據(jù)客戶需要進(jìn)行修改； 
·編碼：特征圖像存貯的圖像編碼應(yīng)符合 ISO/IEC 15444：2000的要求，壓縮因子不高于70；
·存貯容量：每部車輛存貯特征圖像一張計(jì)算，磁盤應(yīng)具備不少于100萬輛車的圖像存貯能力。當(dāng)超出最大存儲(chǔ)容量時(shí)，自動(dòng)對(duì)車輛信息和圖片進(jìn)行循環(huán)覆蓋。

3、號(hào)牌識(shí)別
        系統(tǒng)從視頻流中判斷出車輛，并對(duì)車輛進(jìn)行識(shí)別，從中判斷出車輛全部特征，包括車輛行駛方向、經(jīng)過時(shí)間、地點(diǎn)、車速、車身顏色、車輛類型、車牌號(hào)碼等，并根據(jù)所拍攝的車輛特征圖片進(jìn)行車輛號(hào)碼和車牌顏色自動(dòng)識(shí)別。

        我國車輛的號(hào)牌有二十多種，即大型汽車前號(hào)牌、小型汽車號(hào)牌、領(lǐng)館汽車號(hào)牌、境外汽車號(hào)牌、外籍汽車號(hào)牌、試驗(yàn)汽車號(hào)牌、教練汽車號(hào)牌、掛車號(hào)牌、武警汽車號(hào)牌、警用汽車號(hào)牌、軍隊(duì)小型汽車號(hào)牌、軍隊(duì)大型汽車號(hào)牌、使館汽車號(hào)牌、大型汽車后號(hào)牌、2002式號(hào)牌、農(nóng)用運(yùn)輸車號(hào)牌、摩托車號(hào)牌、拖拉機(jī)號(hào)牌、其它號(hào)牌。

·可識(shí)別車牌種類：能識(shí)別在我國道路上行駛的機(jī)動(dòng)車號(hào)牌包括民用、警用、軍用、武警車牌等，可以根據(jù)客戶需要增加2002式機(jī)動(dòng)車號(hào)牌、摩托車牌，農(nóng)用車牌（由于各地方農(nóng)用車牌、摩托車牌等車牌格式不同，需要當(dāng)?shù)夭蓸訑?shù)據(jù)）等各式車牌；

·車牌字符：所能識(shí)別的字符包括： “0—9”十個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字、“A—Z”二十六個(gè)英文字母、省市區(qū)漢字簡稱、軍牌漢字、號(hào)牌分類用漢字（警、學(xué)、領(lǐng)、試、掛、港、澳）、武警車牌字；

·自學(xué)習(xí)：當(dāng)車牌形式發(fā)生變更時(shí)，要求在不更改識(shí)別軟件的前提下通過改變識(shí)別字庫以及字符訓(xùn)練達(dá)到軟件升級(jí)。對(duì)保質(zhì)期內(nèi)出現(xiàn)的新式車牌，免費(fèi)提供車牌識(shí)別軟件的升級(jí)服務(wù)；

·技術(shù)指標(biāo)：識(shí)別率：系統(tǒng)在車輛按道規(guī)范行駛且不含“五小車輛”（低速載貨汽車、三輪汽車、三輪摩托車、兩輪摩托車和輕便摩托車）、號(hào)牌無污損下，白天后六位英文數(shù)字識(shí)別率≥97%，整牌識(shí)別率（含漢字）≥92%；識(shí)別速度：小車單幀單車識(shí)別時(shí)間20毫秒左右，大車70毫秒左右；識(shí)別車牌顏色：可識(shí)別出白、藍(lán)、黑、黃色車牌；識(shí)別模式：可識(shí)別車頭或車尾車牌，車輛車速≤180公里/小時(shí)。

4、遠(yuǎn)程控制
        系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)接入功能，可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問智能視頻服務(wù)器，能通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程訪問和進(jìn)行遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)。

5、故障容錯(cuò)和報(bào)警
        在視頻處理計(jì)算機(jī)中配備專門的設(shè)備管理程序，能夠準(zhǔn)確反映各部件運(yùn)行狀況和計(jì)算機(jī)資源占用情況。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能自動(dòng)報(bào)警，將報(bào)警信息按照上傳到數(shù)據(jù)庫，并顯示故障類型。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫中對(duì)檢測方式有標(biāo)記，設(shè)立日志文件，詳細(xì)記錄程序運(yùn)行情況。

6、系統(tǒng)安全性處理
        系統(tǒng)操作人員較多，包括：數(shù)據(jù)錄入人員、高層管理人員、系統(tǒng)維護(hù)人員等。為了保證系統(tǒng)的安全性，在設(shè)計(jì)上為以上人員進(jìn)行分級(jí)，規(guī)定了各自的操作“身份”，每個(gè)“身份”都只能有相應(yīng)的權(quán)限，不允許任何越級(jí)操作。

7、自動(dòng)日志記錄
        記錄系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況和操作員登陸情況。

結(jié)語
        本項(xiàng)目只是機(jī)動(dòng)車號(hào)牌識(shí)別在校園園區(qū)中的應(yīng)用，機(jī)動(dòng)車車牌識(shí)別應(yīng)用還有其它較為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，其將在各類行業(yè)應(yīng)用中大放異彩，為各類行業(yè)服務(wù)。