摘要：通過對(duì)所設(shè)計(jì)的車輛自動(dòng)監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)的組成、作用、原理進(jìn)行分析，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的圖象采集、車牌定位、車牌字符識(shí)別和數(shù)據(jù)庫(kù)管理等幾部分的設(shè)計(jì)要求和方法。該系統(tǒng)可用于停車場(chǎng)、收費(fèi)站、交通路口等場(chǎng)所，具有識(shí)別速度快、準(zhǔn)確度高、成本低等特點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：車牌定位；圖象采集；字符識(shí)別；數(shù)據(jù)庫(kù)管理
　　中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　
　　1引言
　　
　　隨著社會(huì)交通的發(fā)展，對(duì)車輛的現(xiàn)代化管理日趨自動(dòng)化，對(duì)車輛的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和識(shí)別系統(tǒng)的需求日益增加。智能車牌識(shí)別系統(tǒng)就是一種用來監(jiān)控大門來往汽車的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，它能在不需要人的干預(yù)下自動(dòng)識(shí)別本單位的汽車，給本單位的汽車自動(dòng)打開鐵門，將非本單位的汽車拒之門外，并提醒工作人員注意，而且還可以追加學(xué)習(xí)，識(shí)別新添加的車輛。
　　車輛自動(dòng)監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)主要分為四個(gè)模塊：圖象采集子系統(tǒng)、車牌定位和字符切割子系統(tǒng)、車牌字符識(shí)別子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)，分別屬于兩大部分：前端車牌字符識(shí)別子系統(tǒng)和后端信息查詢和管理子系統(tǒng)，其組成框圖如圖1所示。
　　四個(gè)子系統(tǒng)的作用如下：
　　1）圖象采集子系統(tǒng)用來獲得正面清晰、對(duì)比度、亮度比較適中的車輛及其背景圖象，這是圖象處理的前提；
　　2）車牌定位和字符切割子系統(tǒng)從清晰圖象中定位車牌并切割出車牌字符；
　　3）車牌字符識(shí)別子系統(tǒng)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和識(shí)別出字符；
　　4）數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)提供車輛相關(guān)的信息供車牌識(shí)別子系統(tǒng)進(jìn)行查詢和匹配，并為用戶提供管理功能。
　　其中，二、三兩個(gè)子系統(tǒng)可以由純軟件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件和硬件共同實(shí)現(xiàn)。軟件實(shí)現(xiàn)較硬件實(shí)現(xiàn)的成本低，但速度較硬件慢，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性對(duì)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)依賴較大，用戶可以根據(jù)具體的實(shí)際需要來選擇。
　　圖2是用來說明系統(tǒng)原理的方框圖。下面就對(duì)以上四個(gè)部分分別說明其設(shè)計(jì)要求和原理。
　　
　　2圖象獲取
　　
　　圖象獲取部分在整個(gè)系統(tǒng)中的地位是很重要的，它是后端處理的前提。獲取圖象質(zhì)量的好壞直接影響到后端處理和識(shí)別的效果。要獲得比較清晰的圖象，需要考慮許多影響圖象質(zhì)量的因素，主要包括：攝像頭和圖象卡的選取，攝像機(jī)的位置標(biāo)定，汽車的車速，出入單位的汽車車隊(duì)之間的距離，天氣情況對(duì)攝像機(jī)所攝圖象曝光量的影響等［1］。
　　
　　3車牌定位
　　
　　當(dāng)圖象采集系統(tǒng)獲得汽車及其背景圖象后，立即需要得到感興趣的車牌圖象。如果僅以某閾門值進(jìn)行二值化獲得車牌圖象，汽車的車體和路面背景的某些部分都會(huì)成為車牌定位的干擾。所以，我們要求對(duì)這些干擾進(jìn)行一定的消除，來獲得含有車牌的汽車前端的圖象，同時(shí)還要求減少所需處理的信息量，以達(dá)到對(duì)汽車圖象進(jìn)行初切割的目的。
　　從汽車前端圖象中割取車牌圖象，我們采用的是區(qū)域分割方法。圖象的區(qū)域分割就是從不相關(guān)性的二維或三維圖象中提取所需的線段、塊或輪廓，它是進(jìn)行圖象理解的前處理。由于解決與分割有關(guān)的問題是任何特定領(lǐng)域中圖象分析實(shí)用化的一個(gè)關(guān)鍵步驟，因此，在圖象處理的各環(huán)節(jié)中它都占有很重要的位置［2］。
　　
　　4字符的識(shí)別
　　
　　經(jīng)過前面各步處理，得到的車牌圖象已經(jīng)是較為單純的灰度圖象。但是字符切分與識(shí)別還有很大困難。光照條件和車牌表面光潔度不同，增加了字符切分的難度。字符的切分是字符識(shí)別的基礎(chǔ),它決定孤立字符的狀況。通常字符的切分有以下幾種方法［3］。
　　1）間隙、間距切分法是利用字符間隙(相鄰字符間的間隔)和字符間距(相鄰字符中心的距離)進(jìn)行字符切分。這里要求字符的寬度和字符間隙基本相同，對(duì)輸入圖象的質(zhì)量的依賴性很大。
　　2）投影法是利用水平和垂直投影來進(jìn)行字符切分。水平投影特征是每一行中心黑色像素點(diǎn)的總和；垂直投影特征是每一列中心黑色像素點(diǎn)的總和。這種切分有速度快的特點(diǎn),但對(duì)不規(guī)范的字符會(huì)出現(xiàn)誤切分的問題。
　　3）識(shí)別切分法，其切分標(biāo)準(zhǔn)是識(shí)別的信度, 這個(gè)識(shí)別信度由單字符識(shí)別模塊給出。一般，識(shí)別信度還可以有后處理的詞法、句法、語(yǔ)義分析給出。
　　本系統(tǒng)的解決方法主要是利用二值化后的白點(diǎn)投影信息和灰度投影信息，輔以各種判斷條件來進(jìn)行字符切分。由于切分時(shí)主要利用垂直投影信息，為了盡量減少干擾，需要將非字符候選點(diǎn)盡量先抹去。由于車牌字符區(qū)有一定的高度，所以事先進(jìn)行水平投影，這樣可以利用水平投影信息將相當(dāng)一部分非字符候選點(diǎn)抹去，再經(jīng)過二值化和規(guī)格化使之成為二值圖象輸出給字符識(shí)別部分。
　　圖3是車牌字符分割的具體步驟。
　　
　　5系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理
　　
　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理的主要功能是為前端識(shí)別系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)查詢和匹配；為用戶提供友好的車牌數(shù)據(jù)管理界面。
　　5．1對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理的具體要求
　　1）對(duì)內(nèi)部車輛的具體數(shù)據(jù)的錄入、刪除、修改；
　　2）對(duì)車輛出入大門情況的記錄。如按車牌號(hào)、出入時(shí)間段記錄，便于使用單位進(jìn)行查詢；
　　3）對(duì)異常情況的實(shí)時(shí)記錄。如新增車輛、外單位車輛記錄、無(wú)法識(shí)別車輛記錄等；
　　4）對(duì)誤報(bào)情況的特殊處理。如自動(dòng)學(xué)習(xí)，提高精度；提供手動(dòng)學(xué)習(xí)方案；誤報(bào)情況記錄等；
　　5）所有查詢結(jié)果可由打印機(jī)輸出；
　　6）明確軟件運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫(kù)接口；
　　7）提供詳細(xì)的單機(jī)/網(wǎng)絡(luò)使用文檔；
　　8）為識(shí)別系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)查詢和匹配；
　　5．2數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)主要包括以下幾部分：
　　1）分布數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　分布數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要采用了現(xiàn)在流行的NT局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它的網(wǎng)絡(luò)安全性和多用戶、支持多平臺(tái)等良好的特性使它成為許多局域網(wǎng)組網(wǎng)的首選，并且要求數(shù)據(jù)庫(kù)建立在已經(jīng)管理良好的NT網(wǎng)上。NT網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。
　　2）車輛管理數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的設(shè)計(jì)
　　根據(jù)用戶提供的所需數(shù)據(jù)記錄和管理信息，這些信息是車型、車的顏色、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、車架號(hào)、開始使用時(shí)間、汽車車牌號(hào)碼、汽車所屬單位及地區(qū)、汽車出入權(quán)限、出入時(shí)間、停車地點(diǎn)、汽車車牌圖象等。
　　 根據(jù)用戶應(yīng)用程序的要求，在考慮更新和查詢管理方便、安全以及數(shù)據(jù)庫(kù)的大小等綜合因素的條件下，對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)體的再劃分［4］。實(shí)體分為車的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，主要是因?yàn)闀r(shí)間和地點(diǎn)對(duì)同一輛車來說，具有一對(duì)多的關(guān)系，在兩個(gè)實(shí)體之間通過出入的關(guān)系來連接。
　　記錄表的設(shè)計(jì)，是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)五個(gè)范式的約定和實(shí)體關(guān)系圖設(shè)計(jì)表格的，如圖5所示。FORM1為汽車靜態(tài)數(shù)據(jù)表，F(xiàn)ORM2為汽車動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表。其中，汽車號(hào)為檢索和聯(lián)系方便而設(shè)立的FORM1主關(guān)鍵字，同時(shí)它也是FORM2的外關(guān)鍵字。車進(jìn)入的時(shí)間是FORM2的主關(guān)鍵字。
　　3）車牌識(shí)別系統(tǒng)CLIENT /SERVER分布數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)
　　數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能的實(shí)現(xiàn)需要根據(jù)硬件的具體要求，決定是在客戶端還是在服務(wù)器端上實(shí)現(xiàn)。即在分布處理時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)荷，來設(shè)計(jì)合理的功能分布。CLENT/SERVER分布數(shù)據(jù)庫(kù)管理的結(jié)構(gòu)如圖6所示。
　　服務(wù)器端的程序?yàn)镸S-SQL SERVER，客戶端查詢和管理程序用PB開發(fā)。查詢和管理的應(yīng)用程序功能是一樣的，主要通過服務(wù)器管理客戶的權(quán)限來限制客戶端應(yīng)用程序的功能大小。車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的管理程序用VC開發(fā)［5］。其中車牌識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)程中包含有后端數(shù)據(jù)庫(kù)管理的線程，有自動(dòng)管理和與用戶交互管理功能，其管理過程是通過網(wǎng)絡(luò)把所需匹配的車牌數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒��?wù)器上，匹配查詢工作由SQL服務(wù)器完成，車牌識(shí)別系統(tǒng)獲得匹配結(jié)果。系統(tǒng)根據(jù)獲得匹配結(jié)果，進(jìn)行“交互”操作或自動(dòng)更新數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　
　　6結(jié)束語(yǔ)
　　
　　本文設(shè)計(jì)的車輛自動(dòng)監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)是智能實(shí)時(shí)系統(tǒng)在交通管理方面中一個(gè)較為集中的應(yīng)用。這項(xiàng)綜合技術(shù)包括了數(shù)據(jù)采集、傳感器、圖象分割識(shí)別和數(shù)據(jù)庫(kù)管理等技術(shù)。系統(tǒng)在硬件上包含PC機(jī)、攝象頭、圖象采集設(shè)備、相應(yīng)的圖象處理軟件。在系統(tǒng)的圖象采集、車牌定位、車牌字符識(shí)別和數(shù)據(jù)庫(kù)管理四個(gè)組成部分中，由于圖象采集和車牌定位兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)在作者相應(yīng)的參考文獻(xiàn)中已有介紹，所以文中重點(diǎn)分析了車牌字符識(shí)別和數(shù)據(jù)庫(kù)管理的設(shè)計(jì)要求和方法，以期得到推廣和應(yīng)用。該系統(tǒng)可用到停車場(chǎng)、收費(fèi)站、交通路口等場(chǎng)所，具有識(shí)別速度快、準(zhǔn)確度高、成本底等特點(diǎn)。
　　
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