陳誠　楊星　邱瑞波 童長華

摘 要：車牌識(shí)別作為智能交通系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，是解決車輛管理規(guī)范化、信息化、智能化的支撐技術(shù)手段。本文從兩個(gè)方面論述了面向車牌識(shí)別的成像機(jī)制和方法研究將成為車牌識(shí)別技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。首先，長期的研究和實(shí)踐表明：很難找到一種算法可以同時(shí)有效地應(yīng)對(duì)不可控交通環(huán)境中的各種復(fù)雜條件，圖像質(zhì)量始終是制約LPR效能的關(guān)鍵因素，僅依靠算法創(chuàng)新很難從根本上解決這一問題。其次，人為的遮擋嚴(yán)重影響了車牌在顏色、紋理、字符排列結(jié)構(gòu)、幾何尺寸等方面的固有特征，使得現(xiàn)有基于車牌識(shí)別的各類監(jiān)管系統(tǒng)無法正常工作，僅從算法或軟件的角度研究遮擋車牌的識(shí)別是一項(xiàng)很難完成的任務(wù)。

關(guān)鍵詞：車牌識(shí)別 智能交通 成像 遮擋車牌

中圖分類號(hào)：TN911.73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（c）-0046-02

21世紀(jì)，機(jī)動(dòng)車輛的劇增已迎來一輪空前的高潮，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和社會(huì)信息化程度的日益提高，車輛管理的規(guī)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(shí)別）作為ITS（Intelligent Transportation System，智能交通系統(tǒng)）的核心技術(shù)之一，可以廣泛應(yīng)用于違章或犯罪車輛監(jiān)控、城市交通監(jiān)管、高速公路收費(fèi)、智能小區(qū)、停車場管理等領(lǐng)域。LPR是以光學(xué)成像為基礎(chǔ)，融機(jī)器視覺、模式識(shí)別、數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)燃夹g(shù)為一體的現(xiàn)代信息處理技術(shù)，為車輛管理“三化”問題的解決提供了契機(jī)。經(jīng)過30年左右的發(fā)展，LPR技術(shù)的研究已經(jīng)取得相當(dāng)?shù)某晒?，并在多個(gè)領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。然而，大量的研究表明，圖像質(zhì)量始終是制約LPR效能的關(guān)鍵因素，這一難題始終困擾著相關(guān)領(lǐng)域的研究者。同時(shí)，近年來出現(xiàn)了人為遮擋車牌，從而逃避自動(dòng)違章處罰的行為，對(duì)LPR技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求。

1 研究現(xiàn)狀

LPR的概念提出于20世紀(jì)80年代，經(jīng)過20多年的發(fā)展，其部分核心技術(shù)已達(dá)到較高的應(yīng)用水平。然而，現(xiàn)代交通的飛速發(fā)展、交通環(huán)境的日趨復(fù)雜、以及應(yīng)用范圍的日益拓展等因素不斷對(duì)LPR技術(shù)的發(fā)展提出新的要求，因此，LPR技術(shù)始終是ITS的研究熱點(diǎn)之一。國際三大檢索（SCI、EI、INSPEC）和國內(nèi)CNKI期刊數(shù)據(jù)庫中關(guān)于LPR和ITS的文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)（圖1和圖2）顯示：近10年內(nèi)，LPR技術(shù)在ITS文獻(xiàn)中的比例均高于10%，最高分別達(dá)到17.2%和28.3%。圖像獲取、車牌定位、字符分割、字符識(shí)別是LPR的四項(xiàng)核心技術(shù)，也是影響其識(shí)別率、實(shí)時(shí)性和魯棒性的重要因素。近年來，針對(duì)后三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)涌現(xiàn)出各種各樣的新算法，在滿足工程實(shí)踐的前提下圍繞增強(qiáng)應(yīng)對(duì)某些復(fù)雜條件的魯棒性展開研究，取得了一些重要的成果。這些復(fù)雜條件主要表現(xiàn)為：（1）車牌的顏色、規(guī)格、種類多樣性；（2）車牌的污染、褪色、變形；（3）復(fù)雜的背景和干擾區(qū)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(shí)踐表明：很難找到一種算法可以同時(shí)有效地應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜條件，圖像質(zhì)量始終是制約LPR效能的關(guān)鍵因素，僅依靠算法創(chuàng)新很難從根本上解決這一問題。因此，探索高質(zhì)量圖像的獲取方法對(duì)LPR的技術(shù)升級(jí)和應(yīng)用范圍拓展具有重要意義。

2 遮擋車牌帶來的挑戰(zhàn)

道路交通安全法明確規(guī)定：機(jī)動(dòng)車號(hào)牌應(yīng)當(dāng)按照規(guī)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(dòng)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(tài)勢顯露無疑。比如，據(jù)中國網(wǎng)絡(luò)電視臺(tái)報(bào)道[1]：2012年春節(jié)期間，揚(yáng)州市江都區(qū)在交通違法行為專項(xiàng)整治行動(dòng)中共查處違法行為284起，其中遮擋或涂改車牌256起，高達(dá)90.1%，其余酒駕等僅有28起。而且，這就發(fā)生在執(zhí)法部門通告將進(jìn)一步嚴(yán)打此類違法行為的背景下[2]—— 2011年11月17日中國江蘇網(wǎng)公布：揚(yáng)州警方將對(duì)此類違法行為進(jìn)行專項(xiàng)整治，一經(jīng)查獲，機(jī)動(dòng)車遮擋號(hào)牌將處以200元罰款，扣6分；用不干膠、油漆對(duì)車輛號(hào)牌進(jìn)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(fā)展趨勢，一些國家或地區(qū)紛紛出臺(tái)嚴(yán)厲的懲罰措施，如突尼斯2010年4月生效的新交規(guī)規(guī)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(jī)動(dòng)車駕駛證申領(lǐng)和使用規(guī)定》規(guī)定故意遮擋車牌將一次性扣12分，而且還要視情節(jié)處以罰款或拘留。然而，由于這種行為的不可預(yù)見性，人為監(jiān)管很難遏制其發(fā)展的趨勢，使得相當(dāng)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(dòng)識(shí)別，尤其是遮擋判別和殘缺字符識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)此類違章行為的自動(dòng)監(jiān)控，在加強(qiáng)交通執(zhí)法和確保公共安全方面具有重要意義。

遮擋嚴(yán)重影響了車牌在顏色、紋理、字符排列結(jié)構(gòu)、幾何尺寸等方面的固有特征，使得現(xiàn)有基于LPR的各類監(jiān)管系統(tǒng)無法正常工作。顯然，面對(duì)復(fù)雜交通環(huán)境中車牌固有特征隨機(jī)變化的情況，僅從算法或軟件的角度研究遮擋車牌的識(shí)別是一項(xiàng)很難完成的任務(wù)。因此，需要探索新思路、新方法。事實(shí)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(guān)的標(biāo)準(zhǔn)——《GA 666-2006 機(jī)動(dòng)車號(hào)牌用反光膜》。這種材料使得車牌具有了一種嚴(yán)格區(qū)別于背景和遮擋材料的光學(xué)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(fù)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(zhì)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(shí)現(xiàn)遮擋車牌的識(shí)別。在這方面，國外少數(shù)學(xué)者已進(jìn)行了有益的嘗試。J.G.Silva等[4]利用車牌的回歸反射特性設(shè)計(jì)了一種主被動(dòng)成像設(shè)備，大幅削弱了光照變化對(duì)圖像的影響。在其它技術(shù)不變的情況下，將系統(tǒng)識(shí)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(zhì)量方面的潛在優(yōu)勢，突顯了主動(dòng)成像或主被動(dòng)成像融合的重要意義。

3 結(jié)論

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)形成了一些比較成熟的LPR產(chǎn)品，其識(shí)別率和實(shí)時(shí)性均可滿足某些領(lǐng)域的應(yīng)用要求。國外以美國Electro-Optical Technologies、英國CitySync、以色列Hi-Tech等公司的產(chǎn)品具有代表性。國內(nèi)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(chǎn)品還是近期的LPR新技術(shù)都是以車牌的固有特征為基礎(chǔ)，在遮擋導(dǎo)致這些特征隨機(jī)變化的情況下很難正常工作。因此，針對(duì)遮擋車牌的識(shí)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(shí)，這也是解決圖像質(zhì)量制約LPR效能的根本途徑。這一研究方向?qū)PR技術(shù)和ITS的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。這與《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》和《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》關(guān)于加強(qiáng)ITS發(fā)展和建設(shè)的科學(xué)目標(biāo)，以及大力提高公共安全的國計(jì)民生需求密切相關(guān)，研究成果對(duì)這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜靜.256輛故意遮擋號(hào)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(hào)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(guī)規(guī)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.