基于圖像處理技術的車牌識別方法研究

黎洪龍

（湖北工業大學，湖北武漢430068；江西錦路科技開發有限公司，江西南昌330038）

基于圖像處理技術的車牌識別方法研究

黎洪龍

（湖北工業大學，湖北武漢430068；江西錦路科技開發有限公司，江西南昌330038）

在智能交通系統中，車牌識別系統尤為關鍵?；趫D像處理技術的車牌識別可以在不影響車輛行駛狀態的情況下自動完成車牌識別，降低交通管理的工作難度。基于此，從車牌定位、車牌字符分割和車牌字符識別3方面研究了基于圖像處理技術的車牌識別方法，并對現有的車牌識別方法進行了簡單改進。

圖像處理技術；車牌識別系統；數字形態學；直接分割法

近年來，我國的汽車銷量與日俱增，雖然汽車工業的發展為我國經濟建設作出了巨大貢獻，但大量的汽車在道路上行駛也為我國交通增添了許多壓力。為方便交通管理、建立智能交通系統，車牌識別方法被大量運用。目前我國的車牌識別系統已經實現了車輛不停車自動收費、不停車檢查、車輛定位、車輛自動識別、交通流量自動測量、高速公路事故自動測報、車輛追蹤及交通壓力緩解等，而如何讓車牌識別方法更智能、更快捷已經成為重要的科研方向。

1 車牌定位

1.1 邊緣檢測算子

邊緣不同于邊界，前者由灰度值的變化產生，后者是物體實際的間隔線。在圖片中，物體的邊緣與邊界并不一定吻合。不同物體在同一圖像中的邊緣會比較明顯，利用這種特性可以實現圖形的邊緣檢測。在實際檢測中，因為二階導數的算法對噪聲極其敏感，三階導數沒有實際價值，所以一般只用到一階導數和二階導數。

邊緣梯度檢測會先對圖片進行濾波。因為邊緣檢測是基于圖像強度計算像素的導數，有些圖片的質量比較差，圖片中含有噪聲干擾，計算的數值就會特別敏感，因此要采用濾波器對圖片降噪。濾波器雖然能降低噪聲對圖像檢測的干擾，但也會降低圖像的邊緣強度，所以在使用濾波器濾波時要注意邊緣強度和圖像噪聲的平衡。在濾波后要利用計算機梯度幅值增強圖像，排除幅值相差較大卻不是邊緣的點，最后利用邊緣位置的像素分辨率估計邊緣的方位。

1.2 二值圖像形態學

數學形態學可以簡化圖像數據，同時保持圖像的形狀特征，去除不相干的結構元素。數學形態學由4個基本運算組成：膨脹、腐蝕、開運算和閉運算。

二值圖像的膨脹是指將背景像素與物體自身結合的過程，這一過程填補了目標物體中的小空洞，使目標成為連通域，增大了目標物體。腐蝕的主要目的是消除圖像邊界點，使剩下的圖像比原圖像周邊小了若干像素。當原圖像某部位像素極少時，腐蝕會將該處變為非連通，將原圖分為2個獨立圖像，從而實現降噪。當圖像先進行腐蝕后進行膨脹時，這種組合被稱為開運算。開運算的特點是可以將物體圖像拆分，刪除物體圖像中的小物體圖像。當圖像先進行膨脹后進行腐蝕時，這種組合被稱為閉運算。閉運算的特點是可以連接相近的物體圖像，填充物體圖像中的像素小洞[1]。

1.3 車牌圖像預處理

在獲取的圖片亮度和對比度不合理時，技術人員需要通過預處理對模糊的圖片加以調整。預處理是將輸入的車牌圖像二值化處理后進行平滑處理的過程。在進行二值化處理前，要先將拍到的彩色圖像轉化成灰度圖像。本文利用的轉換方法是將三原色的加權值作為圖像灰度值。計算公式為：g＝0.110B＋0.588G＋0.302R，其中，g代表灰度值，R，G，B代表紅、綠、藍三色的分量值。

2 車牌字符分割

2.1 車牌圖像校正

因為車牌和攝像頭的安裝問題或者拍攝角度問題，拍到的車牌圖像往往在水平方向呈傾斜。利用傳統的Hough變化檢測傾斜花費的時間比較多，于是技術人員可以利用一種基于定位原水平線的校正方法。

Hough變換主要是通過車牌上下邊框尋找其中最長線段來判斷車牌傾斜情況，而基于定位原水平線的校正方法是以車牌字符的傾斜情況為依據。這種校正方法將圖像分割成三等份，選擇中間圖像中沒有鉚釘的一份，然后以200為閾值將選取的圖像二值化并進行垂直像素投影分割，保證分割后至少2個區域存在完整字符，連接2個字符像素的最高點和最低點以確定原圖像的水平線，在確定水平線后利用旋轉變換對車牌進行校正。

2.2 車牌字符分割

車牌字符分割是為了將車牌中的每個字符從原圖像中切割出來形成獨立的字符子圖像，以方便車牌識別。常用的字符分割方法有直線分割法、模板匹配的字符分割算法和基于先驗知識的字符分割算法。直接分割法就是在車牌定位準確、車牌圖像截取完整的情況下根據車牌字符的位置進行切割，其要求車牌圖像尺寸精度必須要高，否則會造成切割后的字符不完整，影響字符識別。這種分割法的優點就在于其操作簡單，但缺點是其分割點會被噪聲干擾，影響準確性。

基于模板匹配的字符分割算法是根據我國車牌的設計特點總結設計的一套字符串匹配算法。我國的車牌第一位是省、自治區及直轄市的簡稱，第二位是大寫英文字母，后五位是大寫字母與數字的混合，根據這種規律設計一套算法將圖片與模板庫中的圖案進行比較分割。這種算法要求圖像形狀較為清晰，如果車牌傾斜，算法會無法比較字符而導致分割的準確性降低。基于先驗知識的字符分割算法是按照國家對車牌規定的標準如漢字、英文字母、數字的長寬和間距等作為約束條件對車牌圖像進行分割。

3 車牌字符識別

3.1 模板匹配法

模板匹配法是圖像識別中比較有代表性的一種方法，它是利用原圖像中的特征與模板比較，算出原圖像與模板的差距，找出與原圖像最接近的模板。這種方法要求技術人員事先建立一個包含二值化數字模板的模板庫，模板之間要大小相同，系統在進行車牌與模板匹配時先將車牌圖像字符與模板大小統一以方便匹配；然后建立一個相識度公式衡量模板與待識別圖的相似度，將模板逐一和待識別字符匹配運算，找出相似度最大的模板字符。

3.2 樹分類法

樹分類法是根據樹形分層理論，采用3個分類器識別車牌。分類器1識別車牌第一個字符，分類器2識別車牌第二個字符，分類器3識別后五位字符。這種分類方法將位置數據歸屬于某一類，用特征f1將集合{C1，C2，…，Cn}分為幾個小組，用特征f2將第一小組再次分組，用特征f3將第二小組再次分組，以此類推，最終達到唯一的種類。這種識別法先對字符輪廓進行定義，再利用輪廓的季節微分變化趨勢定義構成字符輪廓的基本基元[2]。

在設計數字和字母分類器時，設計步驟為：檢測字符高度與寬度比，比值大于4，字符為1，否則進行第二輪檢測，第二輪檢測左側輪廓是否突變并進行排除，排除后進入第三輪，檢測突變在上部還是下部，并判斷突變為豎直、水平或左右傾斜，最后結合輪廓突變判斷字符。

4 總結

綜上所述，基于圖像處理技術的車牌識別方法推動了我國交通管理方面的發展，但目前的車牌識別方法還存在著效率低的問題。由分析可知，技術人員將拍攝的車牌圖像轉化為二值圖像，并進行預處理，提高了對車牌原圖的定位；利用基于定位原水平線的校正方法和模板匹配的字符分割算法使車牌字符分割更清晰準確；利用模板匹配法或樹分類法使車牌字符識別更智能；最終實現了基于圖像處理技術的車牌識別方法的優化，從而為我國建立智能交通系統奠定基礎。

［1］李建華.基于圖像處理技術的車牌識別方法研究與實現［D］.開封：河南大學，2015.

［2］阮曉波.基于圖像處理技術的車牌識別的研究［D］.合肥：合肥工業大學，2010.

〔編輯：劉曉芳〕

TP391.41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.065

2095－6835（2017）19－0065－02

黎洪龍（1989—），男，研究方向為交通通信。