機動車輛牌號自動識別系統(tǒng)不僅為治安管理現(xiàn)代化，也為平安校園的建設發(fā)揮了重要作用。本文以車牌識別系統(tǒng)在某校園園區(qū)的應用為例，進行分析，希望讀者喜歡。

        機動車輛牌號自動識別系統(tǒng)是集圖像數(shù)字采集、存儲和壓縮及車輛號牌實時自動識別等諸多功能于一身的智能視頻處理系統(tǒng)，可廣泛應用于道路通行車輛監(jiān)控與報警。該系統(tǒng)為治安管理現(xiàn)代化，為平安校園的建設發(fā)揮了重要作用。

系統(tǒng)簡介
        機動車輛牌號自動識別系統(tǒng)采用國際領先的計算機視覺算法，集成數(shù)字視頻網(wǎng)絡平臺形成高效可靠的系統(tǒng)。系統(tǒng)檢測實時記錄過往監(jiān)控路面的每一輛機動車的圖像；對運行車輛的流量情況進行常年不間斷的自動記錄、分析和存儲；實現(xiàn)車輛牌照信息的抓拍和識別；并可與黑名單比對，對可疑車輛進行抓拍及報警。

方案設計
        系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構

簡要說明
1、前端視頻獲取部分
        在學校北門和南門口分別安裝牌照特寫攝像機、輔助光源、防護罩和全景攝像機。

        牌照特寫攝像機用來全天候抓拍車輛牌照；全景攝像機記錄同一場景的車輛外觀，北門和南門分別再使用2路視頻光端機，將前端攝像機獲取的視頻信號通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。輔助光源采用頻閃補光，既保證所獲取圖像的質量，又延長其使用壽命。

2、車輛識別部分
        監(jiān)控中心客戶端計算機安裝車牌識別軟件，系統(tǒng)對來自交換機的實時視頻流進行智能分析，并將圖像存儲到磁盤相應目錄下，車輛通過的信息寫入相關數(shù)據(jù)庫，并在圖像中標注車輛通行數(shù)據(jù)，如時間、地點、車速、方向等（參見圖2）。

圖2  抓拍識別結果顯示示意圖

系統(tǒng)優(yōu)勢
1、原監(jiān)控系統(tǒng)無縫聯(lián)接
        因該校原有監(jiān)控系統(tǒng)基于H3C iVS IP智能監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)直接利用原有系統(tǒng)的數(shù)字信號進行智能分析，保障全網(wǎng)數(shù)字信號的統(tǒng)一，并可在監(jiān)控中心進行集中管理。

        只要在監(jiān)控中心客戶端計算機上安裝一套車牌識別軟件，就可以對由編碼器上傳的視頻圖像進行分析，保證了監(jiān)控系統(tǒng)原有資源利用的最大化。如果采用其它方式的車輛識別系統(tǒng)，就會出現(xiàn)多種數(shù)字編碼信號，導致無法進行系統(tǒng)整合。

2、車輛號碼、顏色、標志識別
        系統(tǒng)除具有車輛號碼、顏色識別功能外，還可對出入校園的車輛的標志進行識別，現(xiàn)可以識別出絕大部分常見車標，將來還可升級其數(shù)據(jù)庫以便識別更多類型的車輛。

3、集中服務、集中管理
        完成后的車牌識別系統(tǒng)運行于監(jiān)控中心的客戶端計算機，系統(tǒng)管理和操作人員在監(jiān)控中心即可完成關于進出車輛信息查詢等操作；同時也可將前端攝像機以視頻流的方式進行記錄和存儲。[nextpage]

軟件結構及工作原理
        本方案機動車輛牌號自動識別系統(tǒng)是完全基于視頻的智能化車牌識別系統(tǒng)，可對視頻圖像中靜止或行駛中的車牌進行檢測和識別，檢測不需要添加外部觸發(fā)裝置。系統(tǒng)操作方便、識別率高、識別速度快，對不同的光照條件、圖像質量和攝像角度都有相當?shù)倪m應性。另外，本系統(tǒng)還擁有完善的配置和查詢管理功能以及方便的升級和功能擴展接口，為用戶的實際應用提供了便利。

車牌識別系統(tǒng)框架
        機動車輛牌號自動識別系統(tǒng)采用模塊化設計，車牌識別過程的各個環(huán)節(jié)各自作為一個獨立模塊，系統(tǒng)軟件框圖如圖3所示。

圖3  車牌識別系統(tǒng)框架

        機動車輛牌號自動識別系統(tǒng)采用計算機智能算法技術，首先通過視頻輸入管理模塊得到需要的最佳質量的視頻圖像，對獲取的每一幀圖像，利用最新的高效視頻檢測技術對行駛中的車輛的車牌進行定位和跟蹤，從中自動提取車牌圖像，然后經(jīng)過車牌精定位、切分和識別模塊準確地自動分割和識別字符，得到車牌的全部字符信息以及顏色和類別信息。另外通過車輛檢測模塊，可以鑒別出無牌車輛并輸出結果。通過查詢違法數(shù)據(jù)庫得到車輛的違法信息，顯示違法車輛的相關信息，同時現(xiàn)場報警。通過查詢征稽數(shù)據(jù)庫得到車輛的征稽信息，顯示欠費車輛的相關信息，同時現(xiàn)場報警。另外，系統(tǒng)還采用獨特的在線學習新技術，對各識別模塊進行動態(tài)的調整，使得車牌識別系統(tǒng)能夠自動適應各種應用環(huán)境變化，從而大幅提高識別系統(tǒng)的應用性。

1、車輛檢測跟蹤模塊
        本系統(tǒng)加入了車輛檢測跟蹤模塊，對視頻進行分析，判斷其中車輛的位置，對圖像中的物體進行跟蹤，并在物體位置最佳的時刻，記錄該物體的特寫圖片，由于加入了跟蹤模塊，本系統(tǒng)能夠很好地克服各種外界干擾，得到更加合理的識別結果，可以檢測無牌車輛并輸出結果。

2、車牌定位模塊
        車牌定位模塊是一個十分重要的環(huán)節(jié)，是后續(xù)環(huán)節(jié)的基礎，其準確性對整體系統(tǒng)性能的影響巨大。本系統(tǒng)完全摒棄了以往的算法思路，實現(xiàn)了一種完全基于學習的多種特征融合的車牌定位新算法，適用于各種復雜的背景環(huán)境和不同的攝像角度。由于該算法是一種完全基于學習的算法，只要有足夠的學習樣本，可以快速訓練出針對不同車牌類型的新的檢測模型。[nextpage]

3、車牌矯正及精定位模塊
        受拍攝條件限制，圖像中的車牌總不可避免的存在一定的傾斜，需要一個矯正和精定位環(huán)節(jié)來進一步提高車牌圖像的質量，為切分和識別模塊做準備。本系統(tǒng)使用獨創(chuàng)的精心設計的快速圖像處理濾波器，該算法不僅計算快速，而且利用的是車牌的整體信息，避免了局部噪聲帶來的影響。使用該算法的另一個優(yōu)點就是通過對多個中間結果的分析還可以對車牌進行精定位，進一步減小非車牌區(qū)域的影響。

4、車牌切分模塊
        本系統(tǒng)配置了一個十分可靠的車牌切分模塊。利用了車牌文字的灰度、顏色、邊緣分布等各種特征，能較好地抑制車牌周圍其他噪聲的影響，并能容忍一定傾斜角度的車牌。這一算法有利于類似移動式稽查車牌圖像噪聲較大的應用。

5、車牌識別模塊
        在車牌識別模塊中，本系統(tǒng)采用了多種識別模型相結合的方法，構建了一種層次化的字符識別流程，有效地提高了字符識別的正確率。另一方面，本系統(tǒng)在字符識別之前，使用計算機智能算法對字符圖像進行了前期處理，不僅盡可能保留了圖像信息，而且提高了圖像質量，提高了相似字符的可區(qū)分性，保證了字符識別的可靠性。

6、車牌識別結果決策模塊
        與其它車牌識別系統(tǒng)的一大不同之處在于，本系統(tǒng)可以對每幀視頻圖像進行實時識別，因此在一輛車通過視野的過程中，本系統(tǒng)將得到若干相同或不同的識別結果。這就需要一個識別結果的決策模塊，具體地說，決策模塊利用一個車牌經(jīng)過視野的過程中留下的歷史記錄（包括識別結果、識別可信度、軌跡記錄、相似度記錄等），對識別結果進行智能化的決策，通過計算觀測幀數(shù)、識別結果穩(wěn)定性、軌跡穩(wěn)定性、速度穩(wěn)定性、平均可信度和相似度等度量值得到該車牌的綜合可信度評價，從而決定是繼續(xù)跟蹤該車牌，還是輸出識別結果，或是拒絕該結果。一個車牌的最終識別結果是通過分析所有幀的識別結果，對它們進行智能化的歸類和投票，并結合一定的文法信息綜合而成。這種方法綜合利用了所有幀的信息，減少了以往基于單幅圖像的識別算法所帶來的偶然性錯誤，大大提高了系統(tǒng)的識別率和識別結果的正確性和可靠性。

7、車牌跟蹤模塊
        車牌跟蹤模塊記錄下車輛行駛過程中每一幀中該車車牌的位置以及外觀、識別結果、可信度等各種歷史信息。由于車牌跟蹤模塊采用了具有一定容錯能力的運動模型和更新模型，使得那些被短時間遮擋或瞬間模糊的車牌仍能被正確地跟蹤和預測，最終只輸出一個識別結果。

8、在線學習模塊
        在以上各個模塊中，使用了大量基于學習的算法，本系統(tǒng)特別添加了在線學習模塊，該模塊采用最新的反饋型學習模型，利用決策模塊和跟蹤模塊得到的車牌質量、車輛軌跡、速度等反饋信息，智能化地更新一些算法參數(shù)，使得系統(tǒng)能快速適應新的應用環(huán)境。該算法作為已有算法的一個有力補充，進一步提高了系統(tǒng)性能。

車牌識別系統(tǒng)功能
        機動車輛牌號自動識別系統(tǒng)能對受監(jiān)控路面行駛的車輛號牌與特征進行全天候、不間斷的自動采集、傳輸和處理，而且還能將信息傳至中心以實現(xiàn)車輛動態(tài)信息的異地查詢和共享，具體功能如下。

1、車輛捕獲
        采用視頻觸發(fā)方式，能按用戶需求對監(jiān)測車頭或車尾進行調整；監(jiān)測被檢測車道的過往機動車輛，通過智能算法抓拍機動車的頭部或尾部圖片，用于車牌照及車標信息的識別，檢測區(qū)域的寬度完全能夠滿足覆蓋被檢測車道和檢測斷面的寬度要求。

        通過監(jiān)控區(qū)域道路所有車輛的捕獲準確率達99%以上（其中汽車圖像捕獲準確率=所拍攝的汽車特征圖像數(shù)/監(jiān)控區(qū)內規(guī)范行駛的全部汽車數(shù)），準確記錄車輛圖片。

        在機動車抓拍功能中，與實際需求相符的觸發(fā)機制是準確實現(xiàn)功能的關鍵，通過采用國際領先的模式識別算法和計算機智能優(yōu)化算法，保證抓拍的正確性和可靠性。對于無牌車以及遮擋號牌車輛都有很好的定位作用，保證了公安執(zhí)法的正確性，可靠性。[nextpage]

2、圖像記錄
        在車輛通過時，機動車輛牌號自動識別系統(tǒng)能準確拍攝車輛特征圖像,并將圖像存儲到磁盤相應目錄下（目錄設計必須簡單易使用），車輛通過的信息寫入相關數(shù)據(jù)庫，并在圖像中標明車輛通行數(shù)據(jù)，如時間、地點、車速、方向等情況。

        在環(huán)境無霧包括雨雪天情況下，對監(jiān)控區(qū)域內的規(guī)范行駛的特寫車輛圖像包含車輛頭部（或尾部）所有特征。
·分辨率：所記錄的特征圖像分辨率最高為768×576，像素點可以根據(jù)客戶需要進行修改； 
·編碼：特征圖像存貯的圖像編碼應符合 ISO/IEC 15444：2000的要求，壓縮因子不高于70；
·存貯容量：每部車輛存貯特征圖像一張計算，磁盤應具備不少于100萬輛車的圖像存貯能力。當超出最大存儲容量時，自動對車輛信息和圖片進行循環(huán)覆蓋。

3、號牌識別
        系統(tǒng)從視頻流中判斷出車輛，并對車輛進行識別，從中判斷出車輛全部特征，包括車輛行駛方向、經(jīng)過時間、地點、車速、車身顏色、車輛類型、車牌號碼等，并根據(jù)所拍攝的車輛特征圖片進行車輛號碼和車牌顏色自動識別。

        我國車輛的號牌有二十多種，即大型汽車前號牌、小型汽車號牌、領館汽車號牌、境外汽車號牌、外籍汽車號牌、試驗汽車號牌、教練汽車號牌、掛車號牌、武警汽車號牌、警用汽車號牌、軍隊小型汽車號牌、軍隊大型汽車號牌、使館汽車號牌、大型汽車后號牌、2002式號牌、農(nóng)用運輸車號牌、摩托車號牌、拖拉機號牌、其它號牌。

·可識別車牌種類：能識別在我國道路上行駛的機動車號牌包括民用、警用、軍用、武警車牌等，可以根據(jù)客戶需要增加2002式機動車號牌、摩托車牌，農(nóng)用車牌（由于各地方農(nóng)用車牌、摩托車牌等車牌格式不同，需要當?shù)夭蓸訑?shù)據(jù)）等各式車牌；

·車牌字符：所能識別的字符包括： “0—9”十個阿拉伯數(shù)字、“A—Z”二十六個英文字母、省市區(qū)漢字簡稱、軍牌漢字、號牌分類用漢字（警、學、領、試、掛、港、澳）、武警車牌字；

·自學習：當車牌形式發(fā)生變更時，要求在不更改識別軟件的前提下通過改變識別字庫以及字符訓練達到軟件升級。對保質期內出現(xiàn)的新式車牌，免費提供車牌識別軟件的升級服務；

·技術指標：識別率：系統(tǒng)在車輛按道規(guī)范行駛且不含“五小車輛”（低速載貨汽車、三輪汽車、三輪摩托車、兩輪摩托車和輕便摩托車）、號牌無污損下，白天后六位英文數(shù)字識別率≥97%，整牌識別率（含漢字）≥92%；識別速度：小車單幀單車識別時間20毫秒左右，大車70毫秒左右；識別車牌顏色：可識別出白、藍、黑、黃色車牌；識別模式：可識別車頭或車尾車牌，車輛車速≤180公里/小時。

4、遠程控制
        系統(tǒng)具備網(wǎng)絡接入功能，可以通過網(wǎng)絡訪問智能視頻服務器，能通過網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、遠程訪問和進行遠程系統(tǒng)維護。

5、故障容錯和報警
        在視頻處理計算機中配備專門的設備管理程序，能夠準確反映各部件運行狀況和計算機資源占用情況。當設備出現(xiàn)故障時能自動報警，將報警信息按照上傳到數(shù)據(jù)庫，并顯示故障類型。同時，數(shù)據(jù)庫中對檢測方式有標記，設立日志文件，詳細記錄程序運行情況。

6、系統(tǒng)安全性處理
        系統(tǒng)操作人員較多，包括：數(shù)據(jù)錄入人員、高層管理人員、系統(tǒng)維護人員等。為了保證系統(tǒng)的安全性，在設計上為以上人員進行分級，規(guī)定了各自的操作“身份”，每個“身份”都只能有相應的權限，不允許任何越級操作。

7、自動日志記錄
        記錄系統(tǒng)設備運行情況和操作員登陸情況。

結語
        本項目只是機動車號牌識別在校園園區(qū)中的應用，機動車車牌識別應用還有其它較為廣泛的應用領域，其將在各類行業(yè)應用中大放異彩，為各類行業(yè)服務。