高速公路收費(fèi)站高清視頻車牌識(shí)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(fèi)站車牌識(shí)別系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)有全國(guó)高速公路收費(fèi)站建設(shè)的車牌識(shí)別系統(tǒng)大多數(shù)采用標(biāo)清視頻攝像機(jī)加DSP板卡處理模式，圖片清晰度不高，系統(tǒng)識(shí)別性能低，僅能防止倒換卡，不能解決其倒換卡的同時(shí)換車牌的問題，并且系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性弱、安裝維護(hù)成本高。尤其是DSP板卡模式占用車道控制機(jī)較多系統(tǒng)資源，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。正因?yàn)槿珖?guó)高速公路車牌識(shí)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(fèi)站系統(tǒng)效率的提高取決于車牌識(shí)別的準(zhǔn)確率，因抓拍照片模糊導(dǎo)致車牌識(shí)別準(zhǔn)確率下降，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)識(shí)別精度下降。這將嚴(yán)重影響到及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地進(jìn)行通行車輛管理，甚至造成交通費(fèi)用的流失。

2 高清視頻車牌識(shí)別系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

圖1 高清視頻車牌識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成圖

2.2 系統(tǒng)組成

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

2.2.1 車輛檢測(cè)器

收費(fèi)車道上的環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器對(duì)通行車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)車輛進(jìn)入環(huán)形線圈時(shí)，車輛檢測(cè)器通過檢測(cè)線圈電感量變化來探測(cè)到車輛，并獲取信號(hào)，從而觸發(fā)攝像機(jī)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(duì)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(hào)處理器

數(shù)字信號(hào)處理器DSP包括抓拍單元、補(bǔ)光單元和立柱單元等裝置，數(shù)字信號(hào)處理器用于運(yùn)行算法，對(duì)采集到的動(dòng)態(tài)視頻和圖片進(jìn)行高速處理，獲得車牌號(hào)碼的識(shí)別結(jié)果、車牌圖像和匹配結(jié)果，增強(qiáng)了系統(tǒng)處理能力，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，擴(kuò)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(jī)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(shí)現(xiàn)方法

2.3.1 防止通行費(fèi)流失、防止換卡、防止換卡同時(shí)換車牌

2.3.1.1 實(shí)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(fèi)”，在入口處，車牌識(shí)別系統(tǒng)抓拍當(dāng)前車輛車牌進(jìn)行識(shí)別（即牌照的漢字、英文字母、數(shù)字、顏色），同時(shí)提供車牌二值化圖并同識(shí)別結(jié)果、車牌圖片打包實(shí)時(shí)上傳到本地車道工控機(jī)，以便車道收費(fèi)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(duì)車牌號(hào)的依據(jù)。出口車牌信息與入口車牌信息比較，將比對(duì)結(jié)果反饋給車道收費(fèi)軟件，如果發(fā)現(xiàn)不匹配，則在車道控制機(jī)和站級(jí)系統(tǒng)報(bào)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(jìn)IC卡中，然后由司機(jī)將IC卡攜帶到出口處。收費(fèi)員操作結(jié)束后，由入口車道控制機(jī)產(chǎn)生的處理數(shù)據(jù)（號(hào)牌識(shí)別結(jié)果、入口站號(hào)、車型、處理類型、車道號(hào)、收費(fèi)員工號(hào)、通過時(shí)間等）存儲(chǔ)在本地車道控制機(jī)的同時(shí)實(shí)時(shí)上傳至收費(fèi)站系統(tǒng)。

在出口處，車道控制機(jī)將出口牌照識(shí)別器識(shí)別的號(hào)牌與IC卡上的入口號(hào)牌比對(duì)，如果發(fā)現(xiàn)不匹配，則自動(dòng)調(diào)用號(hào)牌圖像比對(duì)模塊，比較出入口的號(hào)牌二值化圖像是否匹配，如果不匹配則在車道控制機(jī)上顯示出入口號(hào)牌二值化圖像，同時(shí)向站級(jí)系統(tǒng)報(bào)警。

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

2.3.1.3 二值化號(hào)牌圖像自動(dòng)比對(duì)算法

圖像自動(dòng)比對(duì)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的技術(shù)問題。圖像比對(duì)主要采用旋轉(zhuǎn)校正、滑動(dòng)匹配、伸縮匹配等方法來判斷兩幅圖像是否來自于同一個(gè)目標(biāo)。

將號(hào)牌圖像匹配模塊封裝成一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫，由車道控制機(jī)的收費(fèi)軟件調(diào)用接口函數(shù)，完成圖像匹配的過程。

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

2.3.2 輔助車型分類

2.3.2.1 實(shí)現(xiàn)方法

在收費(fèi)站數(shù)據(jù)服務(wù)器上建立號(hào)牌和車型對(duì)應(yīng)庫，當(dāng)收費(fèi)員輸入車型后，將通行車輛的號(hào)牌和車型傳入數(shù)據(jù)服務(wù)器，和庫中相應(yīng)車輛進(jìn)行比較。

2.3.2.2 處理過程

a）自動(dòng)建庫 當(dāng)車第一次通過時(shí)，監(jiān)控程序?qū)⑼ㄟ^車輛的號(hào)牌和收費(fèi)員輸入的車型自動(dòng)存入站數(shù)據(jù)服務(wù)器中的號(hào)牌和車型對(duì)應(yīng)庫中。

b）自動(dòng)報(bào)警 當(dāng)同一輛車再次通過該站時(shí)，監(jiān)控程序發(fā)現(xiàn)此次收費(fèi)員判斷的號(hào)牌和車型與對(duì)應(yīng)庫中的不符，則自動(dòng)報(bào)警，提醒監(jiān)控員進(jìn)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(hào)牌和車型對(duì)應(yīng)庫。

2.4 系統(tǒng)功能

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

b）具有車牌識(shí)別功能。在實(shí)時(shí)記錄通行車輛圖像的同時(shí)，還可識(shí)別符合“GA36—1992”、“GA36.1—2001”、“GA36—2007”標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)識(shí)別功能。系統(tǒng)能識(shí)別黑、白、藍(lán)、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(duì)車牌號(hào)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(bǔ)光功能。對(duì)車燈起到抑制作用，夜間可得到清晰的效果。

g）具有后臺(tái)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(duì)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(shí)別系統(tǒng)特點(diǎn)

高清視頻車牌識(shí)別系統(tǒng)采用了200萬像素的高清視頻攝像機(jī)，采集的車輛圖片分辨率達(dá)到1 600×1 200（200萬像素），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)普清牌照識(shí)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(shí)別準(zhǔn)確率。

牌照識(shí)別主要依靠圖片上牌照的有效像素，傳統(tǒng)普清牌照識(shí)別系統(tǒng)因圖片像素較低，為提高牌照識(shí)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(shí)別率降低。而高清視頻車牌識(shí)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(diǎn)，提高牌照識(shí)別率。

智能補(bǔ)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(shí)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(fèi)系統(tǒng)的其他功能，識(shí)別速度快且不受計(jì)算機(jī)配置及任務(wù)的影響，體積小、功耗低，安裝維護(hù)方便、供電方式靈活。

高清視頻攝像機(jī)內(nèi)部集成高速DSP芯片替代標(biāo)清視頻攝像機(jī)加后端處理模式進(jìn)行視頻圖像采集、識(shí)別、處理等；車牌識(shí)別軟件不斷更新，車輛捕獲率達(dá)到99%，整牌識(shí)別率達(dá)到98%，識(shí)別準(zhǔn)確率不小于95%，能夠識(shí)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(shí)換車牌現(xiàn)象。

4 結(jié)論

車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是整個(gè)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(kuò)大，對(duì)各管理部門，尤其是收費(fèi)、交通控制、安全方面提出了更高的要求。高速公路收費(fèi)站高清視頻車牌識(shí)別系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)車牌圖像自動(dòng)抓拍、車牌號(hào)碼自動(dòng)識(shí)別，通過智能化接口，縮短收費(fèi)口的停留時(shí)間，從而提高服務(wù)水平。