高速公路收費站高清視頻車牌識別系統(tǒng)的研究

薄秀麗

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 高速公路收費站車牌識別系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)有全國高速公路收費站建設(shè)的車牌識別系統(tǒng)大多數(shù)采用標清視頻攝像機加DSP板卡處理模式，圖片清晰度不高，系統(tǒng)識別性能低，僅能防止倒換卡，不能解決其倒換卡的同時換車牌的問題，并且系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性弱、安裝維護成本高。尤其是DSP板卡模式占用車道控制機較多系統(tǒng)資源，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。正因為全國高速公路車牌識別系統(tǒng)建設(shè)目前呈現(xiàn)出的現(xiàn)狀，導(dǎo)致了種種技術(shù)和規(guī)劃部署上的問題，這些問題日益凸顯，亟待解決。

收費站系統(tǒng)效率的提高取決于車牌識別的準確率，因抓拍照片模糊導(dǎo)致車牌識別準確率下降，進而導(dǎo)致系統(tǒng)識別精度下降。這將嚴重影響到及時、準確、有效地進行通行車輛管理，甚至造成交通費用的流失。

2 高清視頻車牌識別系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

圖1 高清視頻車牌識別系統(tǒng)構(gòu)成圖

2.2 系統(tǒng)組成

高清視頻車牌識別系統(tǒng)由車輛檢測器、高清視頻圖像數(shù)字信號處理器及通訊模塊組成。從而實現(xiàn)車輛信息的集中管理。

2.2.1 車輛檢測器

收費車道上的環(huán)形線圈車輛檢測器對通行車輛進行實時檢測，當車輛進入環(huán)形線圈時，車輛檢測器通過檢測線圈電感量變化來探測到車輛，并獲取信號，從而觸發(fā)攝像機來抓拍車牌。由于有微處理器的智能控制作用，車檢器的靈敏度可以適應(yīng)各種要求，對不同大小的感應(yīng)線圈和引線也能良好匹配。

2.2.2 高清視頻圖像數(shù)字信號處理器

數(shù)字信號處理器DSP包括抓拍單元、補光單元和立柱單元等裝置，數(shù)字信號處理器用于運行算法，對采集到的動態(tài)視頻和圖片進行高速處理，獲得車牌號碼的識別結(jié)果、車牌圖像和匹配結(jié)果，增強了系統(tǒng)處理能力，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，擴展方便。

2.2.3 通訊單元

完成數(shù)據(jù)信息的傳輸與交換。主要由交換機以及傳輸鏈路組成，完成數(shù)據(jù)信息的傳遞、交互。

2.3 應(yīng)用及實現(xiàn)方法

2.3.1 防止通行費流失、防止換卡、防止換卡同時換車牌

2.3.1.1 實現(xiàn)原理

封閉式高速公路管理形式為“入口領(lǐng)卡、出口交費”，在入口處，車牌識別系統(tǒng)抓拍當前車輛車牌進行識別（即牌照的漢字、英文字母、數(shù)字、顏色），同時提供車牌二值化圖并同識別結(jié)果、車牌圖片打包實時上傳到本地車道工控機，以便車道收費軟件能夠?qū)④嚺菩畔⒑蛙嚺频亩祷瘓D像存入IC卡，作為出口車道比對車牌號的依據(jù)。出口車牌信息與入口車牌信息比較，將比對結(jié)果反饋給車道收費軟件，如果發(fā)現(xiàn)不匹配，則在車道控制機和站級系統(tǒng)報警，提示人工干預(yù)處理。

2.3.1.2 處理流程圖

圖2 入口流程圖

圖3 出口流程圖

封閉式高速公路上，在入口處，入口數(shù)據(jù)編寫進IC卡中，然后由司機將IC卡攜帶到出口處。收費員操作結(jié)束后，由入口車道控制機產(chǎn)生的處理數(shù)據(jù)（號牌識別結(jié)果、入口站號、車型、處理類型、車道號、收費員工號、通過時間等）存儲在本地車道控制機的同時實時上傳至收費站系統(tǒng)。

在出口處，車道控制機將出口牌照識別器識別的號牌與IC卡上的入口號牌比對，如果發(fā)現(xiàn)不匹配，則自動調(diào)用號牌圖像比對模塊，比較出入口的號牌二值化圖像是否匹配，如果不匹配則在車道控制機上顯示出入口號牌二值化圖像，同時向站級系統(tǒng)報警。

由于實際實施過程中，號牌識別率不可能達到100%，因此必然存在一部分無法通過汽車牌照識別器設(shè)備正確識別號牌的車輛，即號牌匹配也不能達到100%，為了彌補這一缺陷，方案設(shè)計中采用了號牌二值化圖像自動比對技術(shù)。同時二值化圖像自動匹配技術(shù)解決了污損嚴重的號牌匹配鑒別的難題。系統(tǒng)生成的號牌二值化圖像數(shù)據(jù)量非常小，能夠存儲到IC卡中，因此，在出入口之間傳送號牌圖像不需要網(wǎng)絡(luò)支持，對系統(tǒng)要求低，圖像傳送安全、快速、可靠。

2.3.1.3 二值化號牌圖像自動比對算法

圖像自動比對是一個相對復(fù)雜的技術(shù)問題。圖像比對主要采用旋轉(zhuǎn)校正、滑動匹配、伸縮匹配等方法來判斷兩幅圖像是否來自于同一個目標。

將號牌圖像匹配模塊封裝成一個動態(tài)鏈接庫，由車道控制機的收費軟件調(diào)用接口函數(shù)，完成圖像匹配的過程。

號牌圖像自動比對算法解決了在無法獲得可信的號牌識別結(jié)果的情況下，出入口號牌信息匹配的問題。由于采用定向反射加自然光進行號牌定位，因此號牌圖像定位率高，號牌二值化圖像可信，因此，例如在號牌污損比較嚴重的情況下，利用出入口號牌二值化圖像自動匹配有利于彌補號牌識別技術(shù)的缺陷。

2.3.2 輔助車型分類

2.3.2.1 實現(xiàn)方法

在收費站數(shù)據(jù)服務(wù)器上建立號牌和車型對應(yīng)庫，當收費員輸入車型后，將通行車輛的號牌和車型傳入數(shù)據(jù)服務(wù)器，和庫中相應(yīng)車輛進行比較。

2.3.2.2 處理過程

a）自動建庫 當車第一次通過時，監(jiān)控程序?qū)⑼ㄟ^車輛的號牌和收費員輸入的車型自動存入站數(shù)據(jù)服務(wù)器中的號牌和車型對應(yīng)庫中。

b）自動報警 當同一輛車再次通過該站時，監(jiān)控程序發(fā)現(xiàn)此次收費員判斷的號牌和車型與對應(yīng)庫中的不符，則自動報警，提醒監(jiān)控員進行稽查。

c）稽查處理 監(jiān)控員通過看車輛圖像和錄像，來確定此車正確的車型，并更新號牌和車型對應(yīng)庫。

2.4 系統(tǒng)功能

a）具有車輛檢測、抓拍功能。依據(jù)設(shè)定的邏輯，為闖卡逃費車輛，將抓拍圖片、高清視頻錄像、車牌識別結(jié)果等信息上傳至收費站服務(wù)器，作為違法證據(jù)處理。

b）具有車牌識別功能。在實時記錄通行車輛圖像的同時，還可識別符合“GA36—1992”、“GA36.1—2001”、“GA36—2007”標準的民用車牌照和“2012式”軍車牌照、“2012式”武警車牌照的漢字、字母、數(shù)字、顏色等信息。

c）具有車牌顏色自動識別功能。系統(tǒng)能識別黑、白、藍、黃、綠5種車牌顏色。

d）具有車牌圖像輸出功能。作為出口車道比對車牌號碼的依據(jù)。

e）具有圖片采集與疊加功能。方便車牌圖片的歸類、減少查詢工作的繁雜性。

f）具有補光功能。對車燈起到抑制作用，夜間可得到清晰的效果。

g）具有后臺數(shù)據(jù)管理。

h）具有高清視頻輸出功能。

i）具有違法車輛監(jiān)控功能。該功能符合公安、業(yè)主對車輛管理的需求，在系統(tǒng)里建立有黑名單車牌庫。

3 高清視頻車牌識別系統(tǒng)特點

高清視頻車牌識別系統(tǒng)采用了200萬像素的高清視頻攝像機，采集的車輛圖片分辨率達到1 600×1 200（200萬像素），遠遠高于傳統(tǒng)普清牌照識別系統(tǒng)采集的40萬像素的圖片，極大地提高了圖片清晰度及車牌識別準確率。

牌照識別主要依靠圖片上牌照的有效像素，傳統(tǒng)普清牌照識別系統(tǒng)因圖片像素較低，為提高牌照識別率，僅采集車輛頭部有車牌照的部分區(qū)域，丟失了車輛頭部的完整圖像信息，如完整采集車輛頭部全貌，則導(dǎo)致牌照的有效像素降低，引起牌照識別率降低。而高清視頻車牌識別系統(tǒng)可在一張圖片中完成采集車輛頭部全貌，并保證車輛牌照區(qū)域具有更高的像素點，提高牌照識別率。

智能補光燈選用智能LED頻閃燈，通過與閃光燈配合使用，還可清晰地采集到車內(nèi)駕乘人員的相貌，有助于辨識換卡車輛。圖片的色彩還原性好，圖片更逼真，比普清圖片具有更好的圖片效果。

不干擾收費系統(tǒng)的其他功能，識別速度快且不受計算機配置及任務(wù)的影響，體積小、功耗低，安裝維護方便、供電方式靈活。

高清視頻攝像機內(nèi)部集成高速DSP芯片替代標清視頻攝像機加后端處理模式進行視頻圖像采集、識別、處理等；車牌識別軟件不斷更新，車輛捕獲率達到99%，整牌識別率達到98%，識別準確率不小于95%，能夠識別軍用車輛、民航車輛等特殊車牌，有效防止倒換卡或者換卡的同時換車牌現(xiàn)象。

4 結(jié)論

車牌自動識別系統(tǒng)是整個高速公路智能監(jiān)控領(lǐng)域重要組成部分，近年來高速公路建設(shè)飛速發(fā)展，各省、市高速網(wǎng)逐步擴大，對各管理部門，尤其是收費、交通控制、安全方面提出了更高的要求。高速公路收費站高清視頻車牌識別系統(tǒng)就是要實現(xiàn)車牌圖像自動抓拍、車牌號碼自動識別，通過智能化接口，縮短收費口的停留時間，從而提高服務(wù)水平。