展望車牌識別技術發展的新方向

陳誠　楊星　邱瑞波 童長華

摘 要：車牌識別作為智能交通系統的核心技術之一，是解決車輛管理規范化、信息化、智能化的支撐技術手段。本文從兩個方面論述了面向車牌識別的成像機制和方法研究將成為車牌識別技術發展的一個新方向。首先，長期的研究和實踐表明：很難找到一種算法可以同時有效地應對不可控交通環境中的各種復雜條件，圖像質量始終是制約LPR效能的關鍵因素，僅依靠算法創新很難從根本上解決這一問題。其次，人為的遮擋嚴重影響了車牌在顏色、紋理、字符排列結構、幾何尺寸等方面的固有特征，使得現有基于車牌識別的各類監管系統無法正常工作，僅從算法或軟件的角度研究遮擋車牌的識別是一項很難完成的任務。

關鍵詞：車牌識別 智能交通 成像 遮擋車牌

中圖分類號：TN911.73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（c）-0046-02

21世紀，機動車輛的劇增已迎來一輪空前的高潮，隨著世界經濟的飛速發展和社會信息化程度的日益提高，車輛管理的規范化、信息化、智能化成為各國科技工作者亟待解決的問題。LPR（License Plate Recognition，車牌識別）作為ITS（Intelligent Transportation System，智能交通系統）的核心技術之一，可以廣泛應用于違章或犯罪車輛監控、城市交通監管、高速公路收費、智能小區、停車場管理等領域。LPR是以光學成像為基礎，融機器視覺、模式識別、數據通信傳輸等技術為一體的現代信息處理技術，為車輛管理“三化”問題的解決提供了契機。經過30年左右的發展，LPR技術的研究已經取得相當的成果，并在多個領域取得了成功的應用。然而，大量的研究表明，圖像質量始終是制約LPR效能的關鍵因素，這一難題始終困擾著相關領域的研究者。同時，近年來出現了人為遮擋車牌，從而逃避自動違章處罰的行為，對LPR技術的發展提出了新的要求。

1 研究現狀

LPR的概念提出于20世紀80年代，經過20多年的發展，其部分核心技術已達到較高的應用水平。然而，現代交通的飛速發展、交通環境的日趨復雜、以及應用范圍的日益拓展等因素不斷對LPR技術的發展提出新的要求，因此，LPR技術始終是ITS的研究熱點之一。國際三大檢索（SCI、EI、INSPEC）和國內CNKI期刊數據庫中關于LPR和ITS的文獻統計（圖1和圖2）顯示：近10年內，LPR技術在ITS文獻中的比例均高于10%，最高分別達到17.2%和28.3%。圖像獲取、車牌定位、字符分割、字符識別是LPR的四項核心技術，也是影響其識別率、實時性和魯棒性的重要因素。近年來，針對后三項關鍵技術涌現出各種各樣的新算法，在滿足工程實踐的前提下圍繞增強應對某些復雜條件的魯棒性展開研究，取得了一些重要的成果。這些復雜條件主要表現為：（1）車牌的顏色、規格、種類多樣性；（2）車牌的污染、褪色、變形；（3）復雜的背景和干擾區域；（4）光照和拍攝視角變化；（5）圖像的失真和模糊。然而，長期的研究和實踐表明：很難找到一種算法可以同時有效地應對這些復雜條件，圖像質量始終是制約LPR效能的關鍵因素，僅依靠算法創新很難從根本上解決這一問題。因此，探索高質量圖像的獲取方法對LPR的技術升級和應用范圍拓展具有重要意義。

2 遮擋車牌帶來的挑戰

道路交通安全法明確規定：機動車號牌應當按照規定懸掛并保持清晰、完整，不得故意遮擋、污損。然而，近年來蓄意遮擋車牌，從而逃避自動違章處罰的行為始終呈逐年上升的趨勢，而且屢禁不止的態勢顯露無疑。比如，據中國網絡電視臺報道[1]：2012年春節期間，揚州市江都區在交通違法行為專項整治行動中共查處違法行為284起，其中遮擋或涂改車牌256起，高達90.1%，其余酒駕等僅有28起。而且，這就發生在執法部門通告將進一步嚴打此類違法行為的背景下[2]—— 2011年11月17日中國江蘇網公布：揚州警方將對此類違法行為進行專項整治，一經查獲，機動車遮擋號牌將處以200元罰款，扣6分；用不干膠、油漆對車輛號牌進行編造、改造的，處以15日以下拘留，罰款2000元到5000元。為了遏制這種違章行為的發展趨勢，一些國家或地區紛紛出臺嚴厲的懲罰措施，如突尼斯2010年4月生效的新交規規定蓄意遮擋車牌的行為，最高處罰金3000第納爾（約14000人民幣），最高被判入獄3年[3]；我國2013年1月生效的《機動車駕駛證申領和使用規定》規定故意遮擋車牌將一次性扣12分，而且還要視情節處以罰款或拘留。然而，由于這種行為的不可預見性，人為監管很難遏制其發展的趨勢，使得相當一部分遮擋車牌的違章行為不能得到有效的制止和處罰。因此，研究遮擋車牌的自動識別，尤其是遮擋判別和殘缺字符識別，從而實現此類違章行為的自動監控，在加強交通執法和確保公共安全方面具有重要意義。

遮擋嚴重影響了車牌在顏色、紋理、字符排列結構、幾何尺寸等方面的固有特征，使得現有基于LPR的各類監管系統無法正常工作。顯然，面對復雜交通環境中車牌固有特征隨機變化的情況，僅從算法或軟件的角度研究遮擋車牌的識別是一項很難完成的任務。因此，需要探索新思路、新方法。事實上，各國的車牌幾乎都采用回歸反射材料制成，我國的車牌也有相關的標準——《GA 666-2006 機動車號牌用反光膜》。這種材料使得車牌具有了一種嚴格區別于背景和遮擋材料的光學特性，如果可以通過成像手段有效地捕捉和突出這種特性，不僅能夠大幅削弱車牌多樣性、復雜背景以及光照變化等諸多不利條件的影響，從而提高圖像質量；更重要的是能夠從圖像源上將車牌的遮擋和非遮擋部分分割開來，有利于實現遮擋車牌的識別。在這方面，國外少數學者已進行了有益的嘗試。J.G.Silva等[4]利用車牌的回歸反射特性設計了一種主被動成像設備，大幅削弱了光照變化對圖像的影響。在其它技術不變的情況下，將系統識別率從68%提高到了94%。這一研究不僅展示了圖像獲取階段的重要性，更重要的是揭示了車牌的回歸反射特性在削弱光照影響、提高圖像質量方面的潛在優勢，突顯了主動成像或主被動成像融合的重要意義。

3 結論

經過多年的發展，國內外已經形成了一些比較成熟的LPR產品，其識別率和實時性均可滿足某些領域的應用要求。國外以美國Electro-Optical Technologies、英國CitySync、以色列Hi-Tech等公司的產品具有代表性。國內具有代表性的有亞洲視覺的Asia Vision Technology、漢王公司的漢王眼、普利得的PlateDSP以及名圖軟件的CubicPlate。然而，無論是這些產品還是近期的LPR新技術都是以車牌的固有特征為基礎，在遮擋導致這些特征隨機變化的情況下很難正常工作。因此，針對遮擋車牌的識別，尤其是遮擋車牌的檢測和遮擋判別，有必要考慮從圖像獲取方面入手，探索新思路和新方法。同時，這也是解決圖像質量制約LPR效能的根本途徑。這一研究方向對LPR技術和ITS的發展具有重要的推動作用。這與《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020年）》和《國家“十二五”科學和技術發展規劃》關于加強ITS發展和建設的科學目標，以及大力提高公共安全的國計民生需求密切相關，研究成果對這些目標的實現具有重要意義。

參考文獻

[1] 姜靜.256輛故意遮擋號牌車輛被查處[EB/OL].http：//news.cntv.cn/20120206/109296.shtml.

[2] 宣鳴，戴燕.警方：故意遮擋號牌行為3天共查獲71起[EB/OL].http：//jsnews.jschina.com.cn/system/2011/11/17/012100003.shtml.

[3] 突尼斯新交規規定蓄意遮擋車牌判3年[J].公安交通科技窗，2010（5）：47.

[4] J.G.Silva，G.C.Marques，P.M. Jorge，et al.Evaluation of an LPR-Based Toll Enforcement System on Portuguese Motorways[C]//Proceedings of IEEE Intelligent Transportation Systems Conference.2006：721-724.