許雪松

摘要：近年來隨著車牌識別技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)高速公路、城市道路、停車場運用車牌識別設(shè)備越來越多，以實現(xiàn)對車輛通行控制、簡化人工管理、提高安全管理水平。因此，汽車牌照識別技術(shù)在公共安全及交通管理中體現(xiàn)了非常重要的實際應(yīng)用價值。該文簡單介紹了車牌識別系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，著重分析比較兩種車牌識別系統(tǒng)方案，旨在為高速公路管理部門關(guān)于車牌識別系統(tǒng)設(shè)備的選型、方案應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：公路；車牌識別；方案

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）32-0206-04

汽車牌照識別技術(shù)（License Plate Recognition， LPR，簡稱“車牌通”）是一個特定目標為對象的專用計算機視覺系統(tǒng)。車牌識別系統(tǒng)從一幅圖像中按照算法自動提取車牌圖像，自動分割字符，進而對字符進行識別，它運用模式識別、人工智能技術(shù)，對采集到的汽車圖像實時準確地自動識別出車牌的數(shù)字、字母及漢字字符，以計算機可直接運行的數(shù)據(jù)形式給出識別結(jié)果，使車輛牌照的信息化管理與車輛的數(shù)字化記錄成為現(xiàn)實。

在交通建設(shè)日新月異發(fā)展的今天，國內(nèi)公路、城市道路、停車場建設(shè)特別是高速公路收費站以及超限治理站已經(jīng)大量運用車牌識別技術(shù)。以收費系統(tǒng)為例：高速公路收費管理部門在收費入、出口分別完成車牌號碼識別和車牌匹配校驗，即當車輛經(jīng)過出口時，系統(tǒng)識別車牌并調(diào)出車輛的入口信息，自動計算出應(yīng)繳納的金額，起到了防止內(nèi)部人員作弊的作用。此項功能針對納入"黑名單"的車輛，如：沖關(guān)后或肇事后逃逸的車輛、被公安部門通緝或掛失的車輛、欠交費的車輛等。只要將其車牌資料輸入系統(tǒng)中，系統(tǒng)就會處于自動檢測狀態(tài)，24小時不停地對所有經(jīng)過車輛自動進行識別、比較、處理；一旦發(fā)現(xiàn)上述車輛經(jīng)過，立刻給出控制信號驅(qū)動報警裝置和攔截裝置，進入報警攔截狀態(tài)，也可向110控制中心傳送報警信號，達到車輛自動稽查的目的。對于某些自動放行的車輛，如預(yù)交費車輛（如已辦理月、年繳費卡的車輛）、特種車輛（軍車、警車）、以及其他授權(quán)免費通行的車輛，并不是發(fā)出驅(qū)動攔截信號而是給出的控制信號，而是驅(qū)動放行裝置。此時系統(tǒng)會自動開啟道閘，達到車輛不停車過卡和減少工作人員勞動強度、嚴化內(nèi)部管理的目的。

1 車牌識別模塊

目前，車牌識別模塊主流產(chǎn)品分為兩類：一種為“軟件識別模塊”；另一種為嵌入式“DSP車牌識別”產(chǎn)品。軟件車牌識別模塊主要適用于具有當代主流計算機設(shè)備的環(huán)境，而DSP車牌識別產(chǎn)品主要用于野外無法安裝工控機設(shè)備的場地。DSP車牌識別模塊是一款嵌入式單片機產(chǎn)品，優(yōu)點是由單片機負責車牌識別，識別結(jié)果通過接口傳送給主機，所以不占主機的資源；缺點是造價高，不易升級。

軟件識別模塊除了造價低，容易維護等優(yōu)點外，還具有更多DSP車牌識別產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)勢。便于和主機系統(tǒng)的集成：車牌識別模塊和應(yīng)用系統(tǒng)軟件安裝于一臺工控機系統(tǒng)，可以將兩個產(chǎn)品集成在一個軟件產(chǎn)品里面，減少系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護難度。升級簡單：通過拷貝或網(wǎng)絡(luò)自動升級，當功能增加或算法更新后，所有用戶可以在第一時間得到升級維護。這樣可以在不影響用戶正常運營的情況下，極大減少了系統(tǒng)的維護費用。簡化系統(tǒng)的外圍設(shè)備，降低系統(tǒng)的故障率：崗?fù)すた貦C是經(jīng)過嚴格測試的設(shè)備，其穩(wěn)定性有可靠的保障。只要崗?fù)すた貦C能夠正常使用，車牌識別模塊就可正常工作。而采用添加外圍DSP設(shè)備的方式，如果DPS產(chǎn)品產(chǎn)生故障，整個系統(tǒng)將無法正常工作。具有處學(xué)習(xí)功能：如果當?shù)剀嚺祁愋桶l(fā)生改變或增加新的車牌，如農(nóng)用車牌更新，DSP產(chǎn)品將無法適用，而軟件識別模塊可以在極短的時間內(nèi)通過自學(xué)習(xí)功能，更新車牌知識庫，不影響車牌的識別。識別速度：車牌識別模塊采集識別一個車牌的識別時間≤50ms。

需要特別說明的是，隨著主機設(shè)備的不斷更新，加上采用優(yōu)秀的車牌識別算法，軟件識別模塊不僅不會耗用大量主機資源，更不會造成主機上的應(yīng)用程序運行緩慢。對于外圍設(shè)別，為了滿足綜合稽查系統(tǒng)的需要，如果崗?fù)ぴ泄た貦C機型陳舊，需要更換當今主流機型。對于有些收費站，計算機硬件等設(shè)備剛剛更新不久，一般不用改換，只需添加攝像機、LED補光燈及其控制板和LED顯示屏等即可。

在系統(tǒng)中車牌識別模塊的主要功能如：①接受來自攝像機采集的車牌圖片。其中車牌圖片中包含的數(shù)據(jù)如表1。②識別車牌圖片，包括自動識別方式和手工修正方式。③返回車牌字符信息。其中車牌字符信息中包含數(shù)據(jù)如表2所示。④車牌字符信息打包交給綜合稽查模塊處理。打包后的數(shù)據(jù)。

2 識別流程

本文著重介紹車牌識別模塊在交通管理部門的采用情形。

在公路收費站系統(tǒng)和移動稽查系統(tǒng)中，由于攝像機安裝方式和車牌識別的使用范圍不同，車牌識別分別有兩種不同的應(yīng)用：在收費亭系統(tǒng)中的應(yīng)用（以后簡稱固定式）和在移動稽查系統(tǒng)中的應(yīng)用（以后簡稱移動式）。兩種應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)備組成及功能簡介如下。

3 固定式車輛識別模式

固定式識別方式的運用地點是各個執(zhí)法檢查站點（收費口），用于識別通過站點的車輛的車牌。

由觸發(fā)單元、攝像采集系統(tǒng)、識別單元、圖像采集存儲單元、輔助照明設(shè)施、信息網(wǎng)絡(luò)傳輸單元、計算機數(shù)據(jù)庫模塊、測速功能單元等組成。

3.1 固定式圖像采集

1） 觸發(fā)單元：按照前端檢測點的實際環(huán)境以及道路情況選擇觸發(fā)設(shè)備，包括接觸式與非接觸式設(shè)備。經(jīng)常通過重車或路面條件不好的道路不使用接觸式（如：地感線圈）觸發(fā)方式。

2） 攝像單元：

攝像機：采用高清晰度具有眩光抑制的彩色攝像機，掃描線數(shù)不低于520線，快門能夠調(diào)節(jié)，具有自動背光補償功能。

3） 輔助照明單元：

當照度不能滿足抓拍設(shè)備工作需要時，提供足夠的照明。分為見光和不見光。

3.2 車牌識別endprint

1） 識別單元

系統(tǒng)一方面實時記錄通行車輛的圖像，一方面具有車輛號牌自動識別功能。而且用于號牌識別的字符庫齊全，即能識別在我國道路上行駛的車輛號牌（至少包括：民用小型汽車號牌、民用大型汽車號牌、領(lǐng)館汽車號牌、使館汽車號牌、境外汽車號牌、外籍汽車號牌、試驗汽車號牌、掛車號牌、教練汽車號牌、農(nóng)用運輸車號牌、2002式號牌、武警汽車號牌、警用汽車號牌、軍隊大型汽車號牌、軍隊小型汽車號牌等）。識別指標的水平達到：車輛圖像捕獲率不小于95%；白天車輛號牌識別率不小于90%，號牌識別正確率不小于90%；夜間車輛號牌識別率不小于90%，號牌識別正確率不小于80%。

車標識別：要求白天識別車標種類至少有：大眾、雪鐵龍、奧迪、奔馳、豐田、本田、現(xiàn)代、別克、紅旗、馬自達等。車標識別準確率白天不低于通過識別范圍內(nèi)車型的75%，夜間識別正確率不做要求。

廣義車型識別：識別類型：大型車、小型車、外籍車；車型識別準確率不低于95%。

車牌顏色識別：白天要求能準確識別出白、藍、黑、黃色。

2） 圖像采集存儲單元

圖片保存、存儲容量：按每部車輛至少存貯特征圖像和全貌圖像各一張計算，其磁盤具備不少于300萬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。

編碼和傳輸：特征圖像和全貌圖像存貯的圖像編碼符合ISO/IEC 15444：2000的要求，壓縮因子不高于70。其他未規(guī)定的編碼按用戶要求自行增加。在圖像傳輸過程中將已識別的車輛號牌圖像和車輛號牌信息一起傳傳至指定場所。

視頻存儲：采用H.264的壓縮方式對前端全景及特寫視頻進行存儲，分辨率≥320×240；特寫視頻錄像要求能通過逐幀播放看清車輛的號牌信息；能自動響用戶請求，提供指定日期和時間段的歷史視頻數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)疊加時間和地點等相關(guān)參數(shù)。

3） 信息網(wǎng)絡(luò)傳輸單元

能通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)訪問和遠程系統(tǒng)維護功能。

4） 計算機數(shù)據(jù)庫單元

為用戶提供按車輛信息檢索的用平臺，按不同權(quán)限對數(shù)據(jù)庫進行操作，并提供模糊查詢、數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)打印輸出功能。同時具備按車道和時段進行車輛流量/流速統(tǒng)計，并以報表形式輸出的功能。

4 移動式車輛識別模式

移動識別方式運用于動態(tài)識別車牌信息，地點可以是任意的。

它由采集單元、識別模塊、圖像收集存儲單元、輔助照明設(shè)施、信息網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)、計算機數(shù)據(jù)庫管理模塊等組成。

4.1 移動式圖像采集

攝像機：攝像機采用高清晰度具有眩光抑制的彩色攝像機，掃描線數(shù)不低于520線，1/50-1/2000秒快門調(diào)，14倍光學(xué)變焦調(diào)，手動/自動聚焦調(diào)，具有自動背光補償功能。用于圖像記錄的攝像機所覆蓋的車道寬度不少于3m，覆蓋車道數(shù)不少于兩條。

分辨率：所記錄的圖像分辨率不低于768×576像素點。

清晰度：在無霧環(huán)境情況下，用于車牌識別的圖像其號牌水平圖像分辨率不低于100個像素點，且通過人眼能看清車輛類型、號牌、顏色和輪廓。

4.2 車牌識別

1） 識別單元

在車輛通過時，系統(tǒng)在能夠正常拍攝到車牌的情況下，能準確拍攝通行車輛圖像。對于絕對車速在0-100km/h范圍內(nèi)的車輛，規(guī)范行駛的車輛圖像號牌識別率不小于90%；對于相對車速在0-80km/h范圍內(nèi)的車輛，規(guī)范行駛的車輛圖像號牌識別率不小于80%。系統(tǒng)在實時記錄通行車輛圖像的同時，具有車輛號牌自動識別功能，其用于號牌識別的字符庫齊全，即能識別在我國道路上行駛的車輛號牌（至少包括：民用大型汽車號牌、民用小型汽車號牌、使館汽車號牌、領(lǐng)館汽車號牌、境外汽車號牌、外籍汽車號牌、掛車號牌、試驗汽車號牌、教練汽車號牌、農(nóng)用運輸車號牌、2002式號牌、武警汽車號牌、警用汽車號牌、軍隊大型汽車號牌、軍隊小型汽車號牌等）。

2） 圖像采集存儲單元

存儲容量：每次識別保存一個此次識別的數(shù)據(jù)文件，文件內(nèi)記錄數(shù)據(jù)格式如表20所示；按每部車輛至少存貯圖像一張計算，其磁盤具備不少于80萬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。

編碼：獲取的圖像和存貯的圖像編碼符合ISO/IEC 15444：2000的要求，壓縮因子不高于70。其他未規(guī)定的編碼按用戶要求自行增加。

3） 輔助照明單元

當照度不能滿足抓拍設(shè)備工作需要時，提供足夠的照明。分為見光和不見光。

4） 信息網(wǎng)絡(luò)傳輸單元

能通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)訪問和遠程系統(tǒng)維護功能。同時滿足嫌疑車輛數(shù)據(jù)庫的同步需要。對嫌疑車輛本地數(shù)據(jù)庫時時更新。系統(tǒng)該支持使用公用或者專用無線通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)下載的功能，同時支持其他介質(zhì)進行數(shù)據(jù)下載的功能。

5） 計算機數(shù)據(jù)庫管理單元

用戶建立有關(guān)嫌疑車輛的本地數(shù)據(jù)庫信息，在系統(tǒng)中設(shè)置布控緝查車輛號牌。當識別出來的車輛號牌結(jié)果與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的條件一致時，現(xiàn)場發(fā)出警示信息。同時為用戶提供按車輛信息檢索的查詢字段，不同用戶按不同權(quán)限操作數(shù)據(jù)庫界面，模糊查詢、數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)打印輸出功能個性化匹配。查詢分為本地數(shù)據(jù)庫信息查詢和網(wǎng)絡(luò)查詢兩種，通過網(wǎng)絡(luò)查詢機動車和駕駛?cè)说幕拘畔ⅰ?/p>

車牌識別模塊的評價指標主要是車牌的識別率、識別速度和資源占用率；提供易于集成的動態(tài)鏈接庫；采用車牌號單字符串和整牌兩級置信度算法處理，提高了識別率；可實時提供三車道車牌識別，三車道整牌識別率≧95%；可準確識別的汽車移動的最高速度可以達到200Km/h；識別時間短，識別一個車牌僅需要50ms；受氣候影響極小；低資源占用的設(shè)計，當檢測到車輛時，啟動識別模塊；獨特的自學(xué)習(xí)功能；設(shè)計的環(huán)保節(jié)能補光燈，可根據(jù)環(huán)境光線強弱自動補光；endprint

封裝方式主要采用軟件封裝方式和DSP封裝方式，這兩種方式相比而言，DSP封裝是一款嵌入式單片機產(chǎn)品，優(yōu)點是由單片機負責車牌識別，識別結(jié)果通過接口傳送給主機，所以不占主機的資源，但缺點是造價高，不易升級；DSP比較適合那種野外安裝，并且無人值守的環(huán)境下，在有人值守的情況下，采用軟件識別為宜。

5 可供選擇的三種方案

5.1 施工方案一

方案一中采用了軟件識別的方案，這種方案是最簡單，也是現(xiàn)有車道系統(tǒng)改造最少的一種方案，在車道收費計算機的界面上可以看到實時的視頻流，可以根據(jù)視頻流中的圖像，核對車牌識別結(jié)果是否正確。

這種方案不需要跨車道連線（包括視頻線和網(wǎng)線），施工十分簡單。方案的缺點，要求車道計算機上必須安裝單通道采集卡；要求車道收費計算機必須滿足一定的配置要求；車牌識別軟件和前臺應(yīng)用耦合度比較高，可以提高整個業(yè)務(wù)流程的效率。

5.2 施工方案二

方案二中采用軟件識別的方案，這種方案類似與DSP的安裝方式，采用單獨一臺計算機，專用做車牌識別來用，這樣可以節(jié)省車道計算機的資源；通過網(wǎng)絡(luò)可以將識別后的車牌傳送到車道收費的計算機上；并且也可以通過視頻流的壓縮算法，在每個車道的計算機上顯示實時視頻流，用來核對車牌識別是否正確。即使再增加一臺專用的車牌識別計算機，其價格也比幾臺DSP的價格也要便宜。方案的缺點，需要另外增加一臺車牌識別計算機；攝像機在每個車道上安裝，如果要連接到車牌識別的專用服務(wù)器上，必須跨車道施工；車牌識別軟件與前臺應(yīng)用程序耦合度相對較低，業(yè)務(wù)流程效率相對較慢。

5.3 施工方案三

方案三中采用DSP方案，根據(jù)DSP的特點，這種方案在計算機前臺無法看到實時的視頻流，如果DSP將當前識別的圖片傳送到車道的收費計算機上，那也只能看到靜止的圖片。方案的缺點，需要在每個車道上安裝DSP，并且會由于需要將DSP連接到網(wǎng)絡(luò)上，必須和車道的以太網(wǎng)集線器連接在一起，引起跨車道網(wǎng)線的鋪設(shè)施工；收費前臺界面不友好；車牌識別軟件與前臺應(yīng)用程序耦合度相對較低，業(yè)務(wù)流程效率相對較慢。

本文作者主要從事高速公路收費系統(tǒng)、稽查系統(tǒng)的建設(shè)管理工作，對于車牌識別系統(tǒng)的研究在應(yīng)用領(lǐng)域試做探討，就車牌識別系統(tǒng)設(shè)備的選型、方案應(yīng)用在交通部門的推廣運用提供實踐的借鑒。

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