车牌识别系统方案研究

许雪松

摘要：近年来随着车牌识别技术的发展，国内高速公路、城市道路、停车场运用车牌识别设备越来越多，以实现对车辆通行控制、简化人工管理、提高安全管理水平。因此，汽车牌照识别技术在公共安全及交通管理中体现了非常重要的实际应用价值。该文简单介绍了车牌识别系统的应用领域，着重分析比较两种车牌识别系统方案，旨在为高速公路管理部门关于车牌识别系统设备的选型、方案应用提供借鉴。

关键词：公路；车牌识别；方案

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）32-0206-04

汽车牌照识别技术（License Plate Recognition， LPR，简称“车牌通”）是一个特定目标为对象的专用计算机视觉系统。车牌识别系统从一幅图像中按照算法自动提取车牌图像，自动分割字符，进而对字符进行识别，它运用模式识别、人工智能技术，对采集到的汽车图像实时准确地自动识别出车牌的数字、字母及汉字字符，以计算机可直接运行的数据形式给出识别结果，使车辆牌照的信息化管理与车辆的数字化记录成为现实。

在交通建设日新月异发展的今天，国内公路、城市道路、停车场建设特别是高速公路收费站以及超限治理站已经大量运用车牌识别技术。以收费系统为例：高速公路收费管理部门在收费入、出口分别完成车牌号码识别和车牌匹配校验，即当车辆经过出口时，系统识别车牌并调出车辆的入口信息，自动计算出应缴纳的金额，起到了防止内部人员作弊的作用。此项功能针对纳入"黑名单"的车辆，如：冲关后或肇事后逃逸的车辆、被公安部门通缉或挂失的车辆、欠交费的车辆等。只要将其车牌资料输入系统中，系统就会处于自动检测状态，24小时不停地对所有经过车辆自动进行识别、比较、处理；一旦发现上述车辆经过，立刻给出控制信号驱动报警装置和拦截装置，进入报警拦截状态，也可向110控制中心传送报警信号，达到车辆自动稽查的目的。对于某些自动放行的车辆，如预交费车辆（如已办理月、年缴费卡的车辆）、特种车辆（军车、警车）、以及其他授权免费通行的车辆，并不是发出驱动拦截信号而是给出的控制信号，而是驱动放行装置。此时系统会自动开启道闸，达到车辆不停车过卡和减少工作人员劳动强度、严化内部管理的目的。

1 车牌识别模块

目前，车牌识别模块主流产品分为两类：一种为“软件识别模块”；另一种为嵌入式“DSP车牌识别”产品。软件车牌识别模块主要适用于具有当代主流计算机设备的环境，而DSP车牌识别产品主要用于野外无法安装工控机设备的场地。DSP车牌识别模块是一款嵌入式单片机产品，优点是由单片机负责车牌识别，识别结果通过接口传送给主机，所以不占主机的资源；缺点是造价高，不易升级。

软件识别模块除了造价低，容易维护等优点外，还具有更多DSP车牌识别产品无法比拟的优势。便于和主机系统的集成：车牌识别模块和应用系统软件安装于一台工控机系统，可以将两个产品集成在一個软件产品里面，减少系统的复杂性和维护难度。升级简单：通过拷贝或网络自动升级，当功能增加或算法更新后，所有用户可以在第一时间得到升级维护。这样可以在不影响用户正常运营的情况下，极大减少了系统的维护费用。简化系统的外围设备，降低系统的故障率：岗亭工控机是经过严格测试的设备，其稳定性有可靠的保障。只要岗亭工控机能够正常使用，车牌识别模块就可正常工作。而采用添加外围DSP设备的方式，如果DPS产品产生故障，整个系统将无法正常工作。具有处学习功能：如果当地车牌类型发生改变或增加新的车牌，如农用车牌更新，DSP产品将无法适用，而软件识别模块可以在极短的时间内通过自学习功能，更新车牌知识库，不影响车牌的识别。识别速度：车牌识别模块采集识别一个车牌的识别时间≤50ms。

需要特别说明的是，随着主机设备的不断更新，加上采用优秀的车牌识别算法，软件识别模块不仅不会耗用大量主机资源，更不会造成主机上的应用程序运行缓慢。对于外围设别，为了满足综合稽查系统的需要，如果岗亭原有工控机机型陈旧，需要更换当今主流机型。对于有些收费站，计算机硬件等设备刚刚更新不久，一般不用改换，只需添加摄像机、LED补光灯及其控制板和LED显示屏等即可。

在系统中车牌识别模块的主要功能如：①接受来自摄像机采集的车牌图片。其中车牌图片中包含的数据如表1。②识别车牌图片，包括自动识别方式和手工修正方式。③返回车牌字符信息。其中车牌字符信息中包含数据如表2所示。④车牌字符信息打包交给综合稽查模块处理。打包后的数据。

2 识别流程

本文着重介绍车牌识别模块在交通管理部门的采用情形。

在公路收费站系统和移动稽查系统中，由于摄像机安装方式和车牌识别的使用范围不同，车牌识别分别有两种不同的应用：在收费亭系统中的应用（以后简称固定式）和在移动稽查系统中的应用（以后简称移动式）。两种应用领域的设备组成及功能简介如下。

3 固定式车辆识别模式

固定式识别方式的运用地点是各个执法检查站点（收费口），用于识别通过站点的车辆的车牌。

由触发单元、摄像采集系统、识别单元、图像采集存储单元、辅助照明设施、信息网络传输单元、计算机数据库模块、测速功能单元等组成。

3.1 固定式图像采集

1） 触发单元：按照前端检测点的实际环境以及道路情况选择触发设备，包括接触式与非接触式设备。经常通过重车或路面条件不好的道路不使用接触式（如：地感线圈）触发方式。

2） 摄像单元：

摄像机：采用高清晰度具有眩光抑制的彩色摄像机，扫描线数不低于520线，快门能够调节，具有自动背光补偿功能。

3） 辅助照明单元：

当照度不能满足抓拍设备工作需要时，提供足够的照明。分为见光和不见光。

3.2 车牌识别endprint

1） 识别单元

系统一方面实时记录通行车辆的图像，一方面具有车辆号牌自动识别功能。而且用于号牌识别的字符库齐全，即能识别在我国道路上行驶的车辆号牌（至少包括：民用小型汽车号牌、民用大型汽车号牌、领馆汽车号牌、使馆汽车号牌、境外汽车号牌、外籍汽车号牌、试验汽车号牌、挂车号牌、教练汽车号牌、农用运输车号牌、2002式号牌、武警汽车号牌、警用汽车号牌、军队大型汽车号牌、军队小型汽车号牌等）。识别指标的水平达到：车辆图像捕获率不小于95%；白天车辆号牌识别率不小于90%，号牌识别正确率不小于90%；夜间车辆号牌识别率不小于90%，号牌识别正确率不小于80%。

车标识别：要求白天识别车标种类至少有：大众、雪铁龙、奥迪、奔驰、丰田、本田、现代、别克、红旗、马自达等。车标识别准确率白天不低于通过识别范围内车型的75%，夜间识别正确率不做要求。

广义车型识别：识别类型：大型车、小型车、外籍车；车型识别准确率不低于95%。

车牌颜色识别：白天要求能准确识别出白、蓝、黑、黄色。

2） 图像采集存储单元

图片保存、存储容量：按每部车辆至少存贮特征图像和全貌图像各一张计算，其磁盘具备不少于300万辆车的图像存贮能力。当超出最大存储容量时，自动对车辆信息和图片进行循环覆盖。

编码和传输：特征图像和全貌图像存贮的图像编码符合ISO/IEC 15444：2000的要求，压缩因子不高于70。其他未规定的编码按用户要求自行增加。在图像传输过程中将已识别的车辆号牌图像和车辆号牌信息一起传传至指定场所。

视频存储：采用H.264的压缩方式对前端全景及特写视频进行存储，分辨率≥320×240；特写视频录像要求能通过逐帧播放看清车辆的号牌信息；能自动响用户请求，提供指定日期和时间段的历史视频数据，视频数据叠加时间和地点等相关参数。

3） 信息网络传输单元

能通过网络实现远程数据访问和远程系统维护功能。

4） 计算机数据库单元

为用户提供按车辆信息检索的用平台，按不同权限对数据库进行操作，并提供模糊查询、数据备份和数据打印输出功能。同时具备按车道和时段进行车辆流量/流速统计，并以报表形式输出的功能。

4 移动式车辆识别模式

移动识别方式运用于动态识别车牌信息，地点可以是任意的。

它由采集单元、识别模块、图像收集存储单元、辅助照明设施、信息网络传输介质、计算机数据库管理模块等组成。

4.1 移动式图像采集

摄像机：摄像机采用高清晰度具有眩光抑制的彩色摄像机，扫描线数不低于520线，1/50-1/2000秒快门调，14倍光学变焦调，手动/自动聚焦调，具有自动背光补偿功能。用于图像记录的摄像机所覆盖的车道宽度不少于3m，覆盖车道数不少于两条。

分辨率：所记录的图像分辨率不低于768×576像素點。

清晰度：在无雾环境情况下，用于车牌识别的图像其号牌水平图像分辨率不低于100个像素点，且通过人眼能看清车辆类型、号牌、颜色和轮廓。

4.2 车牌识别

1） 识别单元

在车辆通过时，系统在能够正常拍摄到车牌的情况下，能准确拍摄通行车辆图像。对于绝对车速在0-100km/h范围内的车辆，规范行驶的车辆图像号牌识别率不小于90%；对于相对车速在0-80km/h范围内的车辆，规范行驶的车辆图像号牌识别率不小于80%。系统在实时记录通行车辆图像的同时，具有车辆号牌自动识别功能，其用于号牌识别的字符库齐全，即能识别在我国道路上行驶的车辆号牌（至少包括：民用大型汽车号牌、民用小型汽车号牌、使馆汽车号牌、领馆汽车号牌、境外汽车号牌、外籍汽车号牌、挂车号牌、试验汽车号牌、教练汽车号牌、农用运输车号牌、2002式号牌、武警汽车号牌、警用汽车号牌、军队大型汽车号牌、军队小型汽车号牌等）。

2） 图像采集存储单元

存储容量：每次识别保存一个此次识别的数据文件，文件内记录数据格式如表20所示；按每部车辆至少存贮图像一张计算，其磁盘具备不少于80万辆车的图像存贮能力。当超出最大存储容量时，自动对车辆信息和图片进行循环覆盖。

编码：获取的图像和存贮的图像编码符合ISO/IEC 15444：2000的要求，压缩因子不高于70。其他未规定的编码按用户要求自行增加。

3） 辅助照明单元

当照度不能满足抓拍设备工作需要时，提供足够的照明。分为见光和不见光。

4） 信息网络传输单元

能通过无线或有线网络实现远程数据访问和远程系统维护功能。同时满足嫌疑车辆数据库的同步需要。对嫌疑车辆本地数据库时时更新。系统该支持使用公用或者专用无线通信网络进行数据下载的功能，同时支持其他介质进行数据下载的功能。

5） 计算机数据库管理单元

用户建立有关嫌疑车辆的本地数据库信息，在系统中设置布控缉查车辆号牌。当识别出来的车辆号牌结果与系统预先设置的条件一致时，现场发出警示信息。同时为用户提供按车辆信息检索的查询字段，不同用户按不同权限操作数据库界面，模糊查询、数据备份和数据打印输出功能个性化匹配。查询分为本地数据库信息查询和网络查询两种，通过网络查询机动车和驾驶人的基本信息。

车牌识别模块的评价指标主要是车牌的识别率、识别速度和资源占用率；提供易于集成的动态链接库；采用车牌号单字符串和整牌两级置信度算法处理，提高了识别率；可实时提供三车道车牌识别，三车道整牌识别率≧95%；可准确识别的汽车移动的最高速度可以达到200Km/h；识别时间短，识别一个车牌仅需要50ms；受气候影响极小；低资源占用的设计，当检测到车辆时，启动识别模块；独特的自学习功能；设计的环保节能补光灯，可根据环境光线强弱自动补光；endprint

封装方式主要采用软件封装方式和DSP封装方式，这两种方式相比而言，DSP封装是一款嵌入式单片机产品，优点是由单片机负责车牌识别，识别结果通过接口传送给主机，所以不占主机的资源，但缺点是造价高，不易升级；DSP比较适合那种野外安装，并且无人值守的环境下，在有人值守的情况下，采用软件识别为宜。

5 可供选择的三种方案

5.1 施工方案一

方案一中采用了软件识别的方案，这种方案是最简单，也是现有车道系统改造最少的一种方案，在车道收费计算机的界面上可以看到实时的视频流，可以根据视频流中的图像，核对车牌识别结果是否正确。

这种方案不需要跨车道连线（包括视频线和网线），施工十分简单。方案的缺点，要求车道计算机上必须安装单通道采集卡；要求车道收费计算机必须满足一定的配置要求；车牌识别软件和前台应用耦合度比较高，可以提高整个业务流程的效率。

5.2 施工方案二

方案二中采用软件识别的方案，这种方案类似与DSP的安装方式，采用单独一台计算机，专用做车牌识别来用，这样可以节省车道计算机的资源；通过网络可以将识别后的车牌传送到车道收费的计算机上；并且也可以通过视频流的压缩算法，在每个车道的计算机上显示实时视频流，用来核对车牌识别是否正确。即使再增加一台专用的车牌识别计算机，其价格也比几台DSP的价格也要便宜。方案的缺点，需要另外增加一台车牌识别计算机；摄像机在每个车道上安装，如果要连接到车牌识别的专用服务器上，必须跨车道施工；车牌识别软件与前台应用程序耦合度相对较低，业务流程效率相对较慢。

5.3 施工方案三

方案三中采用DSP方案，根据DSP的特点，这种方案在计算机前台无法看到实时的视频流，如果DSP将当前识别的图片传送到车道的收费计算机上，那也只能看到静止的图片。方案的缺点，需要在每个车道上安装DSP，并且会由于需要将DSP连接到网络上，必须和车道的以太网集线器连接在一起，引起跨车道网线的铺设施工；收费前台界面不友好；车牌识别软件与前台应用程序耦合度相对较低，业务流程效率相对较慢。

本文作者主要从事高速公路收费系统、稽查系统的建设管理工作，对于车牌识别系统的研究在应用领域试做探讨，就车牌识别系统设备的选型、方案应用在交通部门的推广运用提供实践的借鉴。

参考文献：

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[2] 魏武等. 基于模版匹配和神经网络的车牌字符识别方法[J]. 模式识别与人工智能， 2001， 14（1）.

[3] 胡小峰， 赵晖. Visual C++/MATLAB图像图像处理与实用案例精选[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2004， 9（2）.endprint