基于車牌識(shí)別的機(jī)器視覺(jué)課程研究

相入喜　周祥才　吳峰　葛志康

【摘 要】本文提出了一種基于車牌識(shí)別的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用本科課程研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目的目的是通過(guò)檢測(cè)和識(shí)別視頻序列中的汽車車牌來(lái)學(xué)習(xí)機(jī)器視覺(jué)這門課，從而提高應(yīng)用電子信息類本科畢業(yè)生的應(yīng)用能力，改善電子信息類畢業(yè)生的就業(yè)狀態(tài)。此外，本文還詳細(xì)介紹了課程的內(nèi)容，時(shí)間計(jì)劃表和如何評(píng)價(jià)學(xué)生的成績(jī)。

【關(guān)鍵詞】車牌識(shí)別；機(jī)器視覺(jué)；研究

0 引言

機(jī)器視覺(jué)是應(yīng)用本科電子信息類的一門重要選修課，該課程涉及圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、信號(hào)處理、模式識(shí)別和人工智能等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)容。機(jī)器視覺(jué)從二維信息處理的角度研究了信息的認(rèn)知、表征、處理的方法和理論，涉及的理論抽象、復(fù)雜且算法眾多[1]。傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師只是對(duì)照教材按部就班講解教材中的內(nèi)容，學(xué)生只是被動(dòng)學(xué)習(xí)，沒(méi)有實(shí)踐的內(nèi)容，而且所學(xué)內(nèi)容比較雜亂，不能靈活應(yīng)用所學(xué)的方法去解決實(shí)際的一些問(wèn)題，因此該種教學(xué)方法嚴(yán)重束縛了學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，制約學(xué)生的各種能力的發(fā)展，與現(xiàn)代社會(huì)人才培養(yǎng)模式極不符合，為此，急需一種新的教學(xué)模式。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是一種適應(yīng)新形勢(shì)下教學(xué)模式，該模式與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相反，從教師為中心轉(zhuǎn)到學(xué)生為中心，通過(guò)項(xiàng)目激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，做到了“做中學(xué)”[2-4]。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法雖然將教轉(zhuǎn)到學(xué)，但其忽略了教師的教和項(xiàng)目的整體。為了彌補(bǔ)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)中的一些不足，本文有效結(jié)合教師的導(dǎo)和項(xiàng)目的整體，提出了一個(gè)基于項(xiàng)目為核心的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用本科課程項(xiàng)目。在課程中，教師可以有效引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)圖像處理、圖像描述和分類學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。由于機(jī)器視覺(jué)這門課程設(shè)在電子信息類大四的第一學(xué)期，這學(xué)期的學(xué)生有一個(gè)很大的特點(diǎn)，就是面臨著找工作，急需要一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為了提高學(xué)生的就業(yè)能力，需要選擇一個(gè)有效的項(xiàng)目提升就業(yè)能力。項(xiàng)目選擇既要考慮項(xiàng)目的難度，又要考慮課程所涉及的具體內(nèi)容，本文從這兩方面提出了基于現(xiàn)實(shí)中視頻序列中車牌識(shí)別來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，這個(gè)項(xiàng)目難度中等，涉及到內(nèi)容主要有圖像處理、模式識(shí)別的內(nèi)容，這些內(nèi)容是解決車牌檢測(cè)和識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵。

1 車牌識(shí)別項(xiàng)目

車牌識(shí)別在智能交通中地位越來(lái)越突出，在港口，停車場(chǎng)、車輛監(jiān)管方面得到了廣泛的應(yīng)用，涉及到了多門學(xué)科的內(nèi)容，主要包括圖像處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)河應(yīng)用數(shù)學(xué)等。車牌識(shí)別主要包含以下幾個(gè)模塊：車牌采集、車牌定位、車牌分割和車牌識(shí)別模模塊，在每個(gè)模塊中涉及到了許多相關(guān)的理論[5-6]，如圖1所示。本項(xiàng)目正好滿足該門課程的相關(guān)內(nèi)容，項(xiàng)目從教教學(xué)計(jì)劃，每周的工作及成績(jī)?cè)u(píng)估進(jìn)行分析。

1.1 教學(xué)計(jì)劃

經(jīng)過(guò)為期8周的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，可以完整地完成一個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，學(xué)到機(jī)器視覺(jué)的相關(guān)理論知識(shí)和技能。整個(gè)項(xiàng)目主要包含3個(gè)2個(gè)小時(shí)理論講座和每周的1個(gè)小時(shí)的討論會(huì)議，完成給定的項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)一般有四個(gè)階段：理論學(xué)習(xí)階段，數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理階段、數(shù)據(jù)處理階段和完善項(xiàng)目階段。理論學(xué)習(xí)階段主要是學(xué)習(xí)項(xiàng)目所需的理論知識(shí)和開(kāi)發(fā)所要注意的內(nèi)容；數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理階段主要是采集所需數(shù)據(jù)，完成一些數(shù)值預(yù)處理；數(shù)據(jù)處理階段就是按照要求處理數(shù)據(jù)，完善項(xiàng)目階段就是要求學(xué)生按照要求完善項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。這幾個(gè)階段按照時(shí)間不同分布于不同的周次完成。

第1周到2周是理論學(xué)習(xí)階段，對(duì)于車牌識(shí)別項(xiàng)目來(lái)說(shuō)就是要學(xué)習(xí)車牌的采集、定位、圖像的預(yù)處理（如圖像校正，圖象增強(qiáng)和邊緣檢測(cè)等操作），字符分割（垂直投影分割，連通區(qū)域分割和模板分割），字符識(shí)別（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模板匹配和支持向量機(jī)）的理論。

第3周是數(shù)據(jù)采集和圖像預(yù)處理，這兩周主要是完成數(shù)據(jù)采集和圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理，包括圖像的平滑，圖像的校正和邊緣檢測(cè)。

第4周到7周完成車牌的定位、分割和字符識(shí)別。

第8周完成項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)

1.2 每周工作

在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)階段，每周的1個(gè)小時(shí)師生討論會(huì)。討論過(guò)程中，每個(gè)團(tuán)隊(duì)選出一名學(xué)生簡(jiǎn)短介紹自己團(tuán)隊(duì)一周來(lái)的工作，這些工作包括技術(shù)實(shí)現(xiàn)、結(jié)果，還有遇到的問(wèn)題，須用PPT 展示自己團(tuán)隊(duì)的成果，接著教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，給出每個(gè)團(tuán)隊(duì)的一些建議和疑難問(wèn)題分析，以及一些特別復(fù)雜的算法（如梯度方向直方圖、支持向量機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）的講解。最后，接著用10-20分鐘的時(shí)間布置下周的開(kāi)發(fā)內(nèi)容和疑難問(wèn)題解答。

1.3 成績(jī)?cè)u(píng)估

對(duì)于項(xiàng)目的評(píng)估，主要按照開(kāi)發(fā)階段和筆試成績(jī)確定，開(kāi)發(fā)的四個(gè)階段占總分的30%，小組的口頭報(bào)告占10%，10%小組的互評(píng)成績(jī)，剩下的是筆試成績(jī)。每個(gè)階段團(tuán)隊(duì)都要上交一份10頁(yè)以上的項(xiàng)目報(bào)告和部分源代碼，每個(gè)階段任務(wù)根據(jù)學(xué)生采用的方法的復(fù)雜性和創(chuàng)意性給分。在每周的討論會(huì)議上，每個(gè)團(tuán)隊(duì)給給出相同時(shí)間口頭報(bào)告，還有5分鐘的討論時(shí)間，要求每個(gè)成員都必須參與討論，教師根據(jù)口頭報(bào)告的內(nèi)容和學(xué)生參與討論的程度給出成績(jī)。每個(gè)團(tuán)隊(duì)把自己項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的報(bào)告和結(jié)果互評(píng)，取互評(píng)的平均成績(jī)作互評(píng)的成績(jī)。除了項(xiàng)目實(shí)踐成績(jī)以外，還需要掌握了一些機(jī)器視覺(jué)的相關(guān)理論知識(shí)，這也避免學(xué)生忽略理論的學(xué)習(xí)，其中也讓學(xué)生既理解開(kāi)發(fā)所需的技術(shù)，也需要理解其對(duì)應(yīng)的理論。

1.4 學(xué)生反饋

課程結(jié)束后，學(xué)生要求填寫一份匿名的項(xiàng)目評(píng)估表，根據(jù)表的內(nèi)容填寫自己的見(jiàn)解。評(píng)估收集后，根據(jù)重視的程度，大約70%的學(xué)生認(rèn)為相關(guān)理論講座比較重視，大約82%的學(xué)生比較重視每周的口頭報(bào)告，但也有一些學(xué)生抱怨時(shí)間不夠，完不成項(xiàng)目訓(xùn)練。絕大部分學(xué)生認(rèn)為每周的口頭報(bào)告這種交流方式很好，可以相互交流，找到自己的不足，解決自己的疑難問(wèn)題，完善自己的程序開(kāi)發(fā)。

2 結(jié)論

本文提出了一種基于項(xiàng)目為核心的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用本科課程項(xiàng)目，在該項(xiàng)目中，學(xué)生不僅可以學(xué)到了分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，而且也增大了就業(yè)的機(jī)會(huì)。課程結(jié)束后，每個(gè)團(tuán)隊(duì)都能開(kāi)發(fā)出一套采用不同方法的車牌識(shí)別系統(tǒng)，雖然難易度不同，但都能識(shí)別視視頻中的車牌。項(xiàng)目開(kāi)始階段，有些學(xué)生為了解決開(kāi)發(fā)過(guò)程中面臨的問(wèn)題，自己主動(dòng)去學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)，這些知識(shí)不僅來(lái)自課本，而且也來(lái)自大量的相關(guān)的專業(yè)文獻(xiàn)，也激發(fā)他們創(chuàng)新能力，得到了比預(yù)期好的成果。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]