車牌識(shí)別技術(shù)及其在高速公路中的應(yīng)用

鄭州大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 張永勝

車牌識(shí)別技術(shù)及其在高速公路中的應(yīng)用

鄭州大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 張永勝

一、系統(tǒng)功能

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，交通科技領(lǐng)域也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，全國(guó)的高速公路基本實(shí)現(xiàn)了區(qū)域性的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)，河南省高速公路目前采用的是封閉式聯(lián)網(wǎng)計(jì)重收費(fèi)模式，出于防止換卡的目的，入口和出口均需手工輸入車牌照的后3位，收費(fèi)車道軟件具備入、出口輸入牌照比對(duì)功能，對(duì)于車牌號(hào)出入口錄入不符的車輛可自動(dòng)提示收費(fèi)員，但是，在具體使用中存在以下問(wèn)題。

1.人工輸入工作量大，速度較慢，對(duì)服務(wù)水平造成一定的影響。且夜間或大交通量車輛排隊(duì)情況下都會(huì)造成收費(fèi)員無(wú)法正常觀察到車牌照。在部分管理不嚴(yán)格的收費(fèi)站，收費(fèi)員不輸或隨意輸入現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

2.隨著進(jìn)一步深化治超工作以及河南省計(jì)劃實(shí)施非現(xiàn)金收費(fèi)，現(xiàn)有的人工輸入方式無(wú)法提供完整的車牌照信息。

3.部分收費(fèi)站自動(dòng)發(fā)卡車道配置了少量車牌照自動(dòng)識(shí)別設(shè)備，但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在與車道控制器的通信協(xié)議、設(shè)備配置以及識(shí)別率方面均存在著一定的問(wèn)題。

因此，我們以車牌照識(shí)別器為核心，在不影響收費(fèi)系統(tǒng)的情況下，在所有車道安裝全車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，并更換新型收費(fèi)鍵盤，實(shí)現(xiàn)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)全車牌自動(dòng)識(shí)別和輸入，以及對(duì)逃費(fèi)車輛黑名單的自動(dòng)報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)高速公路收費(fèi)的全部智能化、自動(dòng)化，將大大提高提高服務(wù)和管理水平，減少通行費(fèi)的流失。

二、常用逃費(fèi)伎倆及解決方案

目前聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)主要依據(jù)的是車型和收費(fèi)里程，因此出現(xiàn)了大量以這2個(gè)元素為出發(fā)點(diǎn)，利用系統(tǒng)漏洞來(lái)縮短收費(fèi)里程和降低車型，從而實(shí)現(xiàn)逃費(fèi)的伎倆。

1.換卡。封閉式高速公路一般采取“入口領(lǐng)卡、出口交費(fèi)”的管理模式。換卡逃費(fèi)采用的一般是將通行卡換成里程短、小型車的通行卡，由于目前通行卡上車牌信息不足，很難辨別是否逃費(fèi)，有了全車牌識(shí)別系統(tǒng)，在入口處，車道控制機(jī)將號(hào)牌識(shí)別結(jié)果和號(hào)牌二值化圖像寫入通行卡中，由司機(jī)將通行卡攜帶到出口處。在出口處，車道控制機(jī)自動(dòng)比對(duì)出入口的號(hào)牌識(shí)別結(jié)果和號(hào)牌二值化圖像，以確認(rèn)是否是入口本車輛所發(fā)通行卡，如果發(fā)現(xiàn)不匹配，則同時(shí)在車道控制機(jī)和站級(jí)系統(tǒng)報(bào)警，提示人工干預(yù)處理。

2.車型降檔。以往在收費(fèi)過(guò)程中，車型采用人工判別，這就不可避免的出現(xiàn)誤判、徇私舞弊的現(xiàn)象。如果我們搜集好車牌信息，建立了數(shù)據(jù)庫(kù)，并安裝了車牌識(shí)別儀后，在出口的時(shí)候就能自動(dòng)判別車型，并能比對(duì)收費(fèi)員是否操作錯(cuò)誤，從而避免舞弊和人為失誤。

3.黑白名單車輛管理。建立黑白名單車輛數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)黑名單車輛通過(guò)出口的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示進(jìn)行相關(guān)處理。現(xiàn)在政策免費(fèi)車很多，如軍警車、綠色通道車、交通執(zhí)法車、政府公務(wù)車等，收費(fèi)員一般都是通過(guò)對(duì)講機(jī)與監(jiān)控室人員進(jìn)行確認(rèn)，監(jiān)控員在系統(tǒng)中進(jìn)行查詢，處理速度較慢，有時(shí)收費(fèi)人員利用這些免費(fèi)車項(xiàng)目，將正常收費(fèi)的車輛按免費(fèi)車處理，造成通行費(fèi)流失，當(dāng)建立了白名單數(shù)據(jù)庫(kù)后，只有白名單數(shù)據(jù)庫(kù)中的免費(fèi)車輛通過(guò)時(shí)，才能免費(fèi)放行?？梢院?jiǎn)化很多繁瑣程序，還可日后稽查。

4.出口跟車沖卡。車輛通過(guò)跟車等方式進(jìn)行逃費(fèi)，從而造成了通行費(fèi)流失，也流失了通行卡，更有甚者，逃費(fèi)司機(jī)預(yù)留通行卡，有時(shí)不僅逃掉了本次費(fèi)用，也為“倒卡”逃費(fèi)創(chuàng)造了可能。

高清成像更適合需要。目前汽車牌照識(shí)別器可提供一幅包含清晰車輛號(hào)牌的車輛全貌的高清晰圖像給車道控制機(jī)，便于收費(fèi)員辨認(rèn)車型和車內(nèi)人員特征（閃光燈補(bǔ)光模式）。此包含車牌全部信息和車內(nèi)人員特征的信息儲(chǔ)存于系統(tǒng)中，也更加有利于公安刑偵部門打擊犯罪。

三、系統(tǒng)構(gòu)成

車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)由卡口前端抓拍單元、網(wǎng)絡(luò)傳輸單元和后端處理單元組成。實(shí)現(xiàn)對(duì)通行車輛信息的采集、傳輸、分析、處理與集中管理。如圖1所示。

1.車輛檢測(cè)單元（沿用已有的設(shè)備）。系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)今被廣泛使用的、精度最高的地感線圈檢測(cè)方式作為系統(tǒng)的車輛檢測(cè)手段。車輛檢測(cè)器與高清抓拍攝像機(jī)之間采用串口方式通信，當(dāng)車輛通過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)，車輛檢測(cè)器通過(guò)串口信號(hào)觸發(fā)攝像機(jī)進(jìn)行過(guò)車抓拍。主要由地感線圈、車輛檢測(cè)器等設(shè)備組成。

2.高清圖像采集及識(shí)別處理單元。實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛綜合信息的采集，包括車輛特征照片、車牌號(hào)碼與顏色、車身顏色、司乘人員等。并完成圖片信息捕獲、識(shí)別等功能，主要由高清抓拍攝像機(jī)、補(bǔ)光設(shè)備等設(shè)備組成。

3.網(wǎng)絡(luò)傳輸單元。主要由交換機(jī)以及傳輸鏈路組成，將前端收費(fèi)站節(jié)點(diǎn)與中心應(yīng)用系統(tǒng)互聯(lián)，完成數(shù)據(jù)信息的傳遞和交互。

4.后端處理單元。按照全省統(tǒng)一協(xié)議提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出接口，將識(shí)別結(jié)果傳輸給車道控制器。將識(shí)別結(jié)果應(yīng)用于收費(fèi)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)防止換卡、輔助車型分類、黑名單車輛管理等功能。

四、識(shí)別原理和過(guò)程

車輛牌照識(shí)別系統(tǒng)的基本工作原理為：將攝像頭拍攝到的包含車輛牌照的圖像通過(guò)視頻卡輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行預(yù)處理，再由檢索模塊對(duì)牌照進(jìn)行搜索、檢測(cè)和定位，并分割出包含牌照字符的矩形區(qū)域，然后對(duì)牌照字符進(jìn)行二值化并將其分割為單個(gè)字符，然后輸入JPEG或BMP格式的數(shù)字，輸出則為車牌號(hào)碼的數(shù)字。具體過(guò)程分為圖像預(yù)處理、車牌定位、字符分割、字符識(shí)別。

1.圖像預(yù)處理。對(duì)汽車圖像進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)換、圖像增強(qiáng)和邊緣檢測(cè)等。

2.車牌定位。從預(yù)處理后的汽車圖像中分割出車牌圖像。即在一幅車輛圖像中找到車牌所在的位置。

3.字符分割。對(duì)車牌圖像進(jìn)行幾何校正、去噪、二值化以及字符分割以從車牌圖像中分離出組成車牌號(hào)碼的單個(gè)字符圖像。

4.字符識(shí)別。對(duì)分割出來(lái)的字符進(jìn)行預(yù)處理（二值化、歸一化），然后分析提取，對(duì)分割出的字符圖像進(jìn)行識(shí)別給出文本形式的車牌號(hào)碼。

五、與現(xiàn)有收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)系

車牌識(shí)別系統(tǒng)主要包含抓拍單元、補(bǔ)光燈。該系統(tǒng)獨(dú)立性高，使用和不使用時(shí)，都不會(huì)影響現(xiàn)有收費(fèi)系統(tǒng)的正常工作。

首先，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，本方案車牌識(shí)別系統(tǒng)為“硬件模式”，即車牌識(shí)別系統(tǒng)的圖像采集、分析識(shí)別均獨(dú)立于收費(fèi)系統(tǒng)，其有自己專用的完全獨(dú)立的抓拍攝像機(jī)，處理單元與抓拍單元分體設(shè)計(jì)，安裝于收費(fèi)亭內(nèi)，分析識(shí)別單元的功能在車道上實(shí)現(xiàn)，保證了其運(yùn)行的穩(wěn)定性，且維護(hù)界面清楚，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。

其次，從通訊接口的軟件實(shí)現(xiàn)上來(lái)說(shuō)，無(wú)論車道上的汽車牌照識(shí)別器與車道機(jī)的通訊還是站后臺(tái)管理服務(wù)器與車道機(jī)的通訊（如果需要的話），都采用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方式。無(wú)論車牌識(shí)別系統(tǒng)（包含汽車牌照識(shí)別器和站后臺(tái)管理服務(wù)器）正常工作、非正常工作還是在關(guān)閉的情況下，收費(fèi)軟件調(diào)用的接口函數(shù)都有返回值，都不會(huì)對(duì)收費(fèi)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生影響。因?yàn)橄到y(tǒng)的獨(dú)立性，徹底解決了日后車牌識(shí)別系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)時(shí)對(duì)收費(fèi)軟件的影響。

車牌是車輛的唯一的“身份證”，有了車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，可以使高速公路管理細(xì)化到每一輛車，徹底解決了高速公路普遍存在的倒卡、換卡、惡意闖關(guān)等逃費(fèi)的難點(diǎn)，利用車牌識(shí)別技術(shù)，又能輔助車型分類，建立黑白名單。這樣既挽回了經(jīng)濟(jì)損失，又提升了高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的管理水平，也大大減少了收費(fèi)員工作強(qiáng)度，更加適合形勢(shì)的需要，相信將來(lái)會(huì)在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中發(fā)揮更大的作用。