電子警察抓拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(長(zhǎng)安大學(xué) 陜西 西安 710064)

電子警察抓拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文芳

(長(zhǎng)安大學(xué)陜西西安710064)

本文提出了一套電子警察系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方案，包括前端軟硬件設(shè)計(jì)、車(chē)牌識(shí)別軟件設(shè)計(jì)。試驗(yàn)表明該方法是有效的、可行的、與傳統(tǒng)使用單一算法相比較，該方法大大提高了車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的正確率。

智能交通系統(tǒng)；電子警察；車(chē)輛檢測(cè)；車(chē)牌識(shí)別

一、電子警察系統(tǒng)組成

(一)電子警察的組成。交通違法抓拍系統(tǒng)也稱(chēng)為“電子警察系統(tǒng)”。電子警察系統(tǒng)通常是由車(chē)輛檢測(cè)、信息采集、圖像處理及信息傳輸?shù)炔糠纸M成。

1.車(chē)輛檢測(cè)部分。前端檢測(cè)模塊為智能交通系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)，因此它是電子警察系統(tǒng)中必不可少的部分。地感線圈檢測(cè)檢器具有響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)速精度高，可進(jìn)行大小車(chē)區(qū)分功能開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，且地感線圈技術(shù)比較成熟，因此得到了廣泛使用。

2.圖像采集部分。在電子警察系統(tǒng)中負(fù)責(zé)將采集到的模擬視頻圖像進(jìn)行數(shù)字化，一般采用多路視頻圖像采集卡。該模塊將模擬視頻圖像經(jīng)過(guò)一系列處理后變成數(shù)字視頻圖像。

3.圖像處理部分。事實(shí)上，應(yīng)包括控制主機(jī)和系統(tǒng)應(yīng)用軟件兩部分，在系統(tǒng)中起控制、圖像識(shí)別、存儲(chǔ)與管理的作用。車(chē)牌識(shí)別軟件是圖像模糊識(shí)別的主要部分，一般包括圖像預(yù)處理、車(chē)牌定位、車(chē)牌校正、字符切割、字符識(shí)別、等功能模塊。圖像識(shí)別率的高低則幾乎決定了系統(tǒng)技術(shù)水平和智能化程度的高低。

4.信息傳輸部分。信息傳輸包括遠(yuǎn)程和本地傳輸兩部分，可在系統(tǒng)中進(jìn)行信息傳遞和信息交換。遠(yuǎn)程傳輸其作用是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控、維護(hù)、報(bào)警以及信息共享與利用的功能。本地傳輸部分主要有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線、檢測(cè)信號(hào)線、視頻信號(hào)線、網(wǎng)卡以及交換機(jī)等。

二、電子警察系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

(一)抓拍系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)。由信號(hào)燈檢測(cè)板檢測(cè)到的紅綠燈信號(hào)需要先轉(zhuǎn)化成串口數(shù)據(jù)然后傳送至路口工控機(jī)，攝像機(jī)記錄的視頻數(shù)據(jù)可直接傳輸至路口工控機(jī)，車(chē)輛檢測(cè)模塊也需要將線圈信號(hào)首先轉(zhuǎn)化為串口數(shù)據(jù)然后傳送至路口工控機(jī)。

(二)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在電子警察系統(tǒng)中，前端抓拍系統(tǒng)采集到的有效車(chē)牌圖片需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)傳送至中心端子系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)車(chē)牌識(shí)別后提取違章車(chē)輛信息，并作為違章處罰的有效證據(jù)。網(wǎng)絡(luò)傳輸單元從功能上劃分又可分為FTP上傳模塊、中心通訊模塊、數(shù)據(jù)處理模塊[1]。

主要功能是將接收到的圖片上傳至FTP服務(wù)器。FTP上傳程序描述：首先嘗試連接FTP服務(wù)器，如果連接失敗則等待一段時(shí)間后重新連接，連接成功則根據(jù)輸入的相關(guān)圖片參數(shù)在FTP服務(wù)器上建立相應(yīng)的目錄并定位到該目錄，目錄創(chuàng)建成功開(kāi)始上傳圖片，如果上傳失敗，則判斷圖片是否存在，如果不存在則取下一張圖片上傳，如果圖片存在，則認(rèn)為FTP已經(jīng)斷開(kāi)，重新連接FTP直至連接成功后再開(kāi)始上傳圖片。

三、圖像抓拍及車(chē)牌識(shí)別實(shí)現(xiàn)方式

(一)抓拍系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。整個(gè)視頻電子警察系統(tǒng)的軟件分為3個(gè)組成部分，即前端抓拍軟件，傳輸軟件，后臺(tái)管理軟件。前端抓拍軟件的功能比較復(fù)雜，它可同時(shí)接收紅綠燈串口數(shù)據(jù)和線圈串口數(shù)據(jù)，判斷車(chē)輛是否違章。如果車(chē)輛違章，則對(duì)違章車(chē)輛抓拍1張?zhí)貙?xiě)圖片和3張全景圖片。同時(shí)也可以對(duì)車(chē)輛進(jìn)行違章錄像。

(二)抓拍系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)?？梢圆东@交叉口四個(gè)方向的違章車(chē)輛；可在不阻礙車(chē)輛行駛的情況下，抓拍監(jiān)控范圍內(nèi)的違章車(chē)輛；在具有正常抓拍功能的前提下，可對(duì)監(jiān)控范圍進(jìn)行全天候錄像；對(duì)于闖紅燈違章車(chē)輛需抓拍4張圖片，其中包括一張?zhí)貙?xiě)圖和三張全景圖；可以同時(shí)對(duì)四個(gè)方向的八個(gè)相位的紅綠燈進(jìn)行檢測(cè)；具備計(jì)算被測(cè)車(chē)輛的速度的功能。

(三)抓拍系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)埋設(shè)在路面的環(huán)形線圈時(shí)，將導(dǎo)致環(huán)形線圈的磁通量的變化，磁通量的變化又導(dǎo)致線圈的電感值變化。電感值的變化，使得車(chē)輛檢測(cè)器的LC振蕩電路變化。車(chē)檢器通過(guò)精確檢測(cè)LC振蕩電路變化可以準(zhǔn)確判斷是否有車(chē)輛經(jīng)過(guò)。一旦檢測(cè)到車(chē)輛進(jìn)出線圈，車(chē)輛檢測(cè)器就會(huì)給控制器輸出相應(yīng)信號(hào)[2]

四、車(chē)牌識(shí)別

車(chē)牌識(shí)別作為電子警察系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，融合了圖像處理與模式識(shí)別技術(shù)，通常，車(chē)牌識(shí)別過(guò)程分為圖像預(yù)處理、車(chē)牌定位、車(chē)牌校正、字符分割和字符識(shí)別五個(gè)部分。

(一)車(chē)牌定位及車(chē)牌校正。載入車(chē)牌圖像，將彩色圖像轉(zhuǎn)換為黑白并顯示。采用canny算子識(shí)別強(qiáng)度圖像中的邊界，輸出圖像邊緣對(duì)圖像實(shí)施腐蝕平滑處理并刪除二值圖像的小對(duì)象。

(二)字符分割。字符分割是從車(chē)牌圖像中分離出組成車(chē)牌號(hào)碼的單個(gè)字符圖像，便于以后進(jìn)行字符識(shí)別彩色車(chē)牌圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換、二值化、均值濾波、腐蝕膨脹處理，處理后如圖。

圖4.1 車(chē)牌處理后圖像

圖4.2 符分割圖

(三)字符識(shí)別。利用模板匹配法進(jìn)行字符識(shí)別，處理后圖像如圖。

圖4.3 字符識(shí)別圖

由于車(chē)牌字符中的個(gè)別英文字母與阿拉伯?dāng)?shù)字具有相似的結(jié)構(gòu)特征，投影點(diǎn)的歐氏距離相差較小，因此，需要對(duì)部分相似字符的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化識(shí)別，并將優(yōu)化結(jié)果作為最終識(shí)別結(jié)果輸出。例如：

數(shù)字0與8利用數(shù)字0與8的“空心”個(gè)數(shù)進(jìn)行區(qū)分。數(shù)字0從上到下只有一個(gè)空心，而數(shù)字8從上到下有兩個(gè)空心。因此，可以將數(shù)字 0與8 區(qū)分開(kāi)數(shù)字6與9利用數(shù)字6與9的“空心”區(qū)域分別位于圖像的中下部與中上部的特點(diǎn)，可以將其區(qū)分開(kāi)。

(四)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與總結(jié)。本文對(duì)車(chē)牌圖片進(jìn)行了MATLAB仿真測(cè)試。從實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地完成車(chē)牌的定位與分割、字符的分割與識(shí)別，達(dá)到了預(yù)期的目的。本文采用基于MATLAB的車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)與傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言系統(tǒng)相比，語(yǔ)言簡(jiǎn)單易懂，便于仿真，明顯縮短了開(kāi)發(fā)周期，且操作簡(jiǎn)單、方便、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全。實(shí)際應(yīng)用中車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率還會(huì)受到車(chē)牌大小、角度、圖片清晰度等因素的影響，車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)還需要不斷的進(jìn)行完善，提高系統(tǒng)的普適性。

[1]鄭文征.視頻檢測(cè)式違章抓拍系統(tǒng).廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào).2004(6):44-46

[2]Witold Pedlycz,George Vukovich.Logic-oriented fuzzy clustering[J].Pattern Recognition Letters,2002(23):1515-1527.

[3]楊立剛，張興會(huì)，李蘭友.車(chē)牌照字符傾斜校正方法的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2004,4(s4):96-698.

文芳(1992-)，女，漢族，碩士，長(zhǎng)安大學(xué)，研究方向：圖像處理。