彩色圖像自微分車牌區(qū)域定位技術*

金百東,李文舉

(遼寧師范大學 計算機與信息技術學院,遼寧 大連116081)

隨著信息化的飛速發(fā)展，智能交通系統(tǒng)已成為交通管理的重要研究方向，可以解決諸如交通堵塞、違章等問題。一般來說，車牌是各種交通工具的唯一標識，因此車牌識別是實現(xiàn)智能交通系統(tǒng)的先決條件。車牌識別按功能順序分為車牌定位、字符劃分和字符識別三部分。車牌定位直接決定后序功能實現(xiàn)的好壞，因此它是車牌識別的關鍵。車牌區(qū)域識別可基于灰度圖像及彩色圖像。由于人眼對灰度圖像不敏感性，僅能識別幾十個灰度等級，如果圖像背景、光照度等因素復雜的話，無形中增加了車牌區(qū)域識別算法的復雜度，花費的時間也高，這對于智能交通系統(tǒng)的實時性要求也是不現(xiàn)實的。由于人眼對彩色識別非常敏感，遠遠大于灰度圖像，因此，目前存在許多基于顏色空間的車牌區(qū)域識別算法。一般來說，首先把RGB彩色空間圖像轉(zhuǎn)化成HSV、HSI、CMY等色彩空間，然后在變換后的色彩空間中運用各種算法，最后再轉(zhuǎn)換回RGB色彩空間，得到所需結(jié)果。本文也是基于色彩空間的，但直接作用于最基本的RGB空間。

1 RGB空間自微分車牌區(qū)域識別原理

車牌區(qū)域識別具體來說是指車牌區(qū)域的底色顏色識別。我國常用的是藍底白字、黃底黑字車牌，因此，主要完成RGB空間中的藍色、黃色識別。設每個像素顏色分量值為 R、G、B。

1.1 藍色車牌識別

(1)確定藍色像素。當滿足 B＞G且B＞R時，則為藍色像素。

(2)確定藍色車牌候選區(qū)域。根據(jù)步驟(1)確定的藍色像素集一定包含非車牌區(qū)域。一般來說，車牌區(qū)域與整個車其他區(qū)域相比較，它的藍色對比度是最大的，按式(2)描述對比度即可：

當 value＞16(可初始變量設定)時，把該像素歸結(jié)為藍色車牌候選區(qū)域。

1.2 黃色車牌識別

(1)確定黃色像素。當滿足 R＞B且G＞B時，則為黃色像素。

(2)確定黃色車牌候選區(qū)域。根據(jù)步驟(1)確定的黃色像素集一定包含非車牌區(qū)域。一般來說，車牌區(qū)域與整個車其他區(qū)域相比較,它的黃色對比度是最大的，按式(2)描述對比度即可:

當 value＞16(可初始變量設定)時，把該像素歸結(jié)為黃色車牌候選區(qū)域。

(3)自微分作用。由式(1)及式(2)可知，它們均是對每個元素R、G、B分量的內(nèi)部差分，所以叫作自微分。原彩色圖像經(jīng)過自微分運算后的值作為灰度值保存在等大小的灰度圖像中，且原彩色圖像中彩色車牌區(qū)域在灰度圖像中是一個較亮的區(qū)域。總之，通過彩色圖像自微分運算，巧妙形成了新的灰度圖像，車牌區(qū)域識別在新的灰度圖像中完成即可。

2 車牌識別設計思想

2.1 總體框圖

該算法的總體框圖如圖1所示。

2.2 關鍵點說明

以藍色車牌為例進行說明。

設原彩色圖像 A三基色表示為：f(x,y,R)、f(x,y,G)、f(x,y,B),灰度圖像 B為 g(x,y)。

(1)灰度圖像B生成算法

遍歷圖像，對每個像素而言，如下：

可以看出，通過該運算后，灰度圖像B中僅包含原彩色圖像中藍色像素部分，其他原彩色圖像中非藍色部分都可以不考慮了。

(2)灰度圖像B閾值的確定

需要考慮兩種情況：一種是原彩色圖像A中藍色像素少(如車身是白色等),在這種情況下，當生成灰度圖像B時，非零灰度值絕大多數(shù)集中在車牌區(qū)域；另一種是原彩色圖像A中藍色像素多(如車身是藍色)，在這種情況下，當生成灰度圖像B時，非零灰度值集中在車牌區(qū)域及其他區(qū)域。因此，按如下算法決定B的閾值大小：

閾值thresh=0;

統(tǒng)計B中非零元素數(shù)n及灰度累加值t;

灰度平均值aver=t/n;

(3)二值圖像C形態(tài)學處理

二值圖像C生成后,車牌區(qū)域可能是不連通的，必須把它處理成連通區(qū)域，這樣才能得到正確的車牌區(qū)域坐標。用到的形態(tài)學處理方法是膨脹、收縮。對大量原彩色圖像分析可以得出，圖像在豎直方向變化大，水平方向變化小。所以要對常規(guī)的膨脹、收縮方法加以改進，僅進行水平膨脹及水平收縮。

水平膨脹算法如下所示：

水平收縮算法如下所示：

水平膨脹與水平收縮是成對出現(xiàn)的,膨脹n次,則收縮比n次。對本文論述內(nèi)容而言,應先進行水平膨脹,再進行水平收縮運算。

(4)車牌區(qū)域確定

我國車牌的長、寬比約為3.14。由于拍攝等多方面原因，圖像上發(fā)生了一些變化，本文取[2，4.5]。具體算法如下：

核心思想是：自下向上掃描，找到第1個連通域，滿足其矩形邊界長、寬比在[2,4.5]范圍內(nèi)，則該矩形邊界即可作為車牌區(qū)域坐標，直接終止循環(huán)即可。

(5)有效區(qū)域設定

車牌區(qū)域在圖像中占有很小的一部分，很容易受其他因素干擾，影響車牌識別的精確度。通過對大量車牌圖片分析可以得出，要想識別出車牌，車牌圖像應有一定大小，要在整個圖像的下半部分。因此，之前的所有算法及其功能僅針對圖像下半部分操作，無須涉及上半部分圖像元素，最大限度地屏蔽了上半部分圖像元素對車牌識別的影響。

3 實驗結(jié)果

如圖 2所示,圖 2(a)是原圖，其中不包含矩形框，矩形框是最終獲得的車牌區(qū)域坐標，為了簡潔，放在了一起。

圖2(b)是自微分形成的灰度圖，設坐標原點為左上角，圖像高h,僅處理了[h/2,h)間圖像下半部分像素。從圖2(b)中看出，執(zhí)行水平膨脹、收縮，不會影響車牌的連通區(qū)域；而執(zhí)行普通的膨脹、收縮，上下區(qū)域就可能連起來，影響車牌真實的連通域大小。

圖2(c)是二值圖像。其中有亮、有暗，這是因為二值化后所有前景灰度都置成了255，遍歷某連通區(qū)域后，該區(qū)域都置成了64。圖2(c)中高亮區(qū)域表示沒有遍歷的連通區(qū)域。另一方面也說明了如果找到某連通區(qū)域，其矩形邊界長寬比在[2,4.5]范圍內(nèi)，則表示找到了車牌圖像區(qū)域，不必繼續(xù)遍歷其他的連通區(qū)域了。

本文通過彩色圖像自微分巧妙地生成了所需的灰度圖像，有效區(qū)域的設定提高了車牌區(qū)域識別的精度及速度。但如何更有效確定自微分圖像后的二值化閾值，車牌有一定傾角如何處理等，都是今后值得深入研究的問題。

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