車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)在高速公路上的應(yīng)用研究

史望聰 耿 健

（1、西安電子科技大學(xué)，陜西 西安 710071 2、陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710018 3、陜西高速公路收費(fèi)管理中心，陜西 西安 710021）

截止2010年底，我國(guó)高速公路的通車?yán)锍桃淹黄?.4萬(wàn)公里，機(jī)動(dòng)車輛規(guī)模及流量大幅度增加，迫切需要高科技的智能交通系統(tǒng)來(lái)充實(shí)和加強(qiáng)交通管理水平。車牌識(shí)別技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中占有重要位置，這種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)目前可用于高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)、高速公路運(yùn)行管理系統(tǒng)、高速公路查找與違法犯罪行為有關(guān)的車輛。

1 車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)概述

車輛牌照是機(jī)動(dòng)車唯一的管理標(biāo)識(shí)符號(hào)，在交通管理中具有不可替代的作用，一個(gè)完整的車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)包括車輛檢測(cè)、圖像采集、圖像預(yù)處理、車牌定位、字符分割、字符識(shí)別等工作模塊，涉及光學(xué)、電器、電子控制、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、人工智能等多項(xiàng)技術(shù)。其中，車牌定位、字符分隔、字符識(shí)別三大模塊是車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

1.1 車牌定位

車牌定位是從獲得的圖像中找到車牌區(qū)域的位置并進(jìn)行標(biāo)記，將車牌區(qū)域從復(fù)雜的背景中分割出來(lái)，使后續(xù)的處理僅針對(duì)車牌區(qū)域進(jìn)行，是車牌字符識(shí)別的前提。首先對(duì)采集到的圖像進(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)最佳區(qū)域作為牌照區(qū)域，將其從圖像中分割出來(lái)，同時(shí)要考慮車牌傾斜問(wèn)題。

1.2 字符分割

字符分割是將已提取出的車牌區(qū)域分割成單個(gè)的字符，其難點(diǎn)在于模糊、斷裂和有一定傾斜角度字符的分割。字符分割一般采用垂直投影法。由于字符在垂直方向上的投影必然在字符間或字符內(nèi)的間隙處取得局部最小值的附近，并且這個(gè)位置應(yīng)滿足牌照的字符書寫格式、字符、尺寸限制和一些其他條件。利用垂直投影法對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的汽車圖像中的字符分割有較好的效果。

1.3 字符識(shí)別

字符識(shí)別是將分割出的單個(gè)字符識(shí)別出具體的數(shù)字、字母或字符，一個(gè)系統(tǒng)的好壞很大程度上取決于識(shí)別率的高低。字符的識(shí)別目前用于車牌字符識(shí)別(OCR)中的算法主要有基于模板匹配的OCR算法以及基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的OCR算法。在字符識(shí)別過(guò)程中，由于實(shí)際使用條件存在諸多干擾因素，因此對(duì)識(shí)別算法提出了很高的要求。

2 車牌識(shí)別在高速公路收費(fèi)管理中的應(yīng)用

收費(fèi)系統(tǒng)的主要目的是在保證車輛通暢通行的前提下，最大限度的減少通行費(fèi)流失。車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)車輛換卡倒卡、車型更改以及收費(fèi)站統(tǒng)計(jì)軍車和特殊車輛起到尤為重要的作用，大大減少了人工錄入車輛信息的時(shí)間，又可以及時(shí)準(zhǔn)確的上報(bào)結(jié)果。確保高速公路的正常收費(fèi)業(yè)務(wù)，提高收費(fèi)業(yè)務(wù)水平，更好的為用路人服務(wù)。

2.1 換卡、倒卡告警

車輛經(jīng)過(guò)入口處，收費(fèi)數(shù)據(jù)、自動(dòng)識(shí)別的牌照號(hào)、牌照二值化圖片存入到通行卡中。經(jīng)過(guò)出口時(shí)，將通行卡上信息和判型結(jié)果傳人牌照識(shí)別器中,由牌照識(shí)別器將此信息和識(shí)別結(jié)果、車輛圖像一并打包傳入系統(tǒng)中,系統(tǒng)對(duì)出入口牌照號(hào)、時(shí)間、車牌圖像進(jìn)行匹配后；如不符，將產(chǎn)生告警，提醒監(jiān)控員進(jìn)行處理。同時(shí)發(fā)送消息給相應(yīng)車道控制機(jī)，收費(fèi)員根據(jù)提示進(jìn)行相應(yīng)處理。

2.2 車型分類

利用車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，我們把通過(guò)車輛的車型信息收集起來(lái)，建立車牌庫(kù)，當(dāng)車輛通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)查詢此車有無(wú)在此庫(kù)中出現(xiàn)，如無(wú)，則加入此車信息。如已經(jīng)存在，則比較車型和本次收費(fèi)員輸入的車型是否一致，如不一致，則產(chǎn)生告警，提醒監(jiān)控員進(jìn)行處理。同時(shí)發(fā)送消息到相應(yīng)車道，收費(fèi)員將察看通過(guò)車輛的行車本，再次進(jìn)行分型。

2.3 自動(dòng)放行，提高通行能力

目前對(duì)于免費(fèi)車(非軍警車),收費(fèi)員都要通過(guò)對(duì)講機(jī)與監(jiān)控室的監(jiān)控員聯(lián)系確認(rèn)，處理速度慢,而且也有可能出現(xiàn)舞弊的情況。應(yīng)用車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)后，當(dāng)收費(fèi)員輸入免費(fèi)車類時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)查詢此車是否是免費(fèi)車類，公務(wù)車查詢公務(wù)車表，軍警車根據(jù)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行判斷；如不一致，則發(fā)出告警，提醒監(jiān)控員進(jìn)行處理。

2.4 違章車輛監(jiān)控

系統(tǒng)中建立如闖關(guān)、欠費(fèi)、逃費(fèi)車輛等違章車輛黑名單數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)車輛通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)比較此車是否屬于此類車輛，如是，則立即告警。

2.5 交通流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

可以根據(jù)車型、車類、時(shí)間段等條件實(shí)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)，以此實(shí)現(xiàn)收費(fèi)站的科學(xué)化管理。

2.6 自動(dòng)報(bào)表功能

提供通行記錄、違章記錄、處理記錄、車流量統(tǒng)計(jì)等豐富的報(bào)表，監(jiān)控員無(wú)需再用手記錄違章情況。

3 車牌自動(dòng)識(shí)別在高速公路運(yùn)行管理中的應(yīng)用

以車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)，與其他高科技手段結(jié)合，對(duì)高速公路交通流狀況進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)布控，從而降低交通事故的復(fù)發(fā)生率，確保交通順暢。

3.1 交通狀況監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)對(duì)通過(guò)檢測(cè)區(qū)域的車輛進(jìn)行車牌軌跡跟蹤，在一定的時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)到該車牌移動(dòng)的距離較小或長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有監(jiān)測(cè)到該車牌，則自動(dòng)向監(jiān)控中心報(bào)警，提示該路段目前有車輛暫?；蚨萝?。

3.2 超速車輛警示

目前，超速監(jiān)測(cè)主要有超速點(diǎn)測(cè)速和區(qū)間測(cè)速兩種，當(dāng)監(jiān)測(cè)出某輛車超速時(shí)，利用車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別出車牌號(hào)碼，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)構(gòu)造超速黑名單和自動(dòng)報(bào)警，既實(shí)現(xiàn)了處理的即時(shí)性（下高速時(shí)即可處罰），又大大降低了人工工作量（無(wú)需人工判讀車牌），同時(shí)系統(tǒng)可將采集到的超速車輛的車牌照通過(guò)設(shè)在高速公路沿線的可變情報(bào)板實(shí)時(shí)發(fā)布出去提示違章司機(jī)注意，起到警示超速司機(jī)的作用。

4 車牌自動(dòng)識(shí)別在高速公路布控中的應(yīng)用

我國(guó)高速公路收費(fèi)站出入口車道都安裝了監(jiān)控裝置，許多高速公路主線已安裝了每2km一對(duì)的外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)施，基本實(shí)現(xiàn)路段全程監(jiān)控。采用車牌自動(dòng)識(shí)別可實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)車輛的自動(dòng)識(shí)別，快速報(bào)警，管理員可以將交警、公安需要協(xié)查的車牌信息等輸入黑名單數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)前端主機(jī)捕獲到黑名單上的車牌時(shí)，馬上報(bào)警。同時(shí)也可通過(guò)對(duì)留存的圖像、視頻中的車輛號(hào)牌進(jìn)行自動(dòng)的檢測(cè)識(shí)別，當(dāng)自動(dòng)檢索識(shí)別到涉案或違法黑牌機(jī)動(dòng)車輛后自動(dòng)記錄并報(bào)警，就可以比較容易地查找到其活動(dòng)軌跡，實(shí)施對(duì)犯罪嫌疑人的抓捕。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于自然環(huán)境變化，人為因素，目前車牌識(shí)別率達(dá)不到100%，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，圖像視覺(jué)科技的發(fā)展，未來(lái)的車牌識(shí)別技術(shù)將會(huì)更加的智能化，在交通領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用也更加廣闊。

[1]龐尚珍，徐金龍.智能交通系統(tǒng)中的車牌識(shí)別技術(shù)研究[J].自動(dòng)化技術(shù)，2010.

[2]袁卉平.基于MATLAB的車牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010.

[3]謝盛嘉，梁竟敏.車牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).微計(jì)算機(jī)信息，2010.

[4]王吉武，程瓊.關(guān)于高速公路收費(fèi)系統(tǒng)車牌識(shí)別技術(shù)的研究.科技信息，2010.

[5]沈洋.基于灰度圖像的車牌定位研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2008.

[6]林蔚天.圖像處理與汽車牌照識(shí)別[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007.