【正文】 基于圖像處理的車牌定位與檢測技術(shù)畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論 1 車牌定位識別技術(shù)的研究背景 1 車牌定位識別技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 車牌定位識別難點(diǎn) 3 車牌定位識別技術(shù)的應(yīng)用情況 4 車牌識別技術(shù)的發(fā)展趨勢 6 論文的章節(jié)安排 7第二章 基于圖像處理的車牌識別系統(tǒng) 8 車牌識別系統(tǒng)簡介 8 系統(tǒng)軟件設(shè)計 9 車牌圖像預(yù)處理 10 彩色圖像灰度化 11 灰度直方圖變換 12 邊緣檢測 14第三章 車牌定位與檢測 19 車牌特征與分析 19 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理 20 區(qū)域分割 22 定位后車牌圖像處理 23 圖像二值化 23 均值濾波 24 分割與歸一化 25 字符分割 25 字符歸一化處理 27 字符識別 27第四章 結(jié)束語 31 總結(jié) 31 問題改進(jìn)與展望 31致 謝 33參考文獻(xiàn) 34II第1章 緒論 車牌定位識別技術(shù)的研究背景隨著經(jīng)濟(jì)全球化的到來，人們的生活水平也得到了很大的提高，汽車數(shù)量急劇增加，與此同時這樣的情況也給城市交通及運(yùn)輸業(yè)帶來了前所未有的壓力。目前交通堵塞、交通事故日益頻繁等現(xiàn)象已倍受人們的關(guān)注，因此，準(zhǔn)確地定位與檢測車輛以使交通更為通暢，已經(jīng)成為現(xiàn)代化城市交通系統(tǒng)重點(diǎn)研究對象。隨著當(dāng)今科技的快速發(fā)展，現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)[1]就是將數(shù)字圖像處理、模式識別[2]、計算機(jī)視覺處理技術(shù)等綜合應(yīng)用于現(xiàn)代智能交通運(yùn)輸體系當(dāng)中，這樣使得交通管理系統(tǒng)運(yùn)行得更加智能化、科學(xué)化和規(guī)范化，以解決了交通運(yùn)輸業(yè)中存在的一系列問題。其中，車牌號碼是汽車具有的獨(dú)一無二的信息，以此為依據(jù)，車牌定位及檢測技術(shù)成了車牌識別不可或缺的重要部分。 近年來，車輛定位及識別技術(shù)發(fā)展得很快，如IC卡識別技術(shù)、條形碼識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)，車牌識別技術(shù)[3]，前三者都需要在車身上安裝專門的印刷條形碼或標(biāo)示卡，但是由于車輛的數(shù)量龐大，有些信息不可能非常準(zhǔn)確地應(yīng)用到每一輛車上，從而導(dǎo)致難以核對車與車牌信息是否匹配，所以這三種技術(shù)在推廣應(yīng)用方面受到相當(dāng)大的限制。而車牌識別屬于直接識別，是以數(shù)字圖像處理為基礎(chǔ)的，可以對車輛的圖像進(jìn)行檢索與回放，具有高效實(shí)時性，因而對車牌定位及檢測的研究具有很大的經(jīng)濟(jì)價值和應(yīng)用意義[4]。 車牌定位及識別技術(shù)運(yùn)用目前先進(jìn)的計算機(jī)視覺技術(shù)來處理受監(jiān)控的車牌圖像，應(yīng)用大量的數(shù)字圖像處理技術(shù)識別出車牌號碼，從而極大地提高了車輛的管理效率，節(jié)省了人力、物力，使得城市交通管理科學(xué)化與智能化。在現(xiàn)代社會中，車牌定位及識別技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在檢查站車輛實(shí)時監(jiān)控、高速公路電子收費(fèi)、監(jiān)測報警、偷盜車輛辨識、停車廠車輛安全停車管理系統(tǒng)、違章交通車輛監(jiān)控、交警稽查管理、車流統(tǒng)計等需要車牌定位識別的地方，特別是在現(xiàn)代化高速公路實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)方面。車牌定位及識別系統(tǒng)主要由圖像獲取、車牌圖像預(yù)處理、車牌區(qū)域定位與分割、字符分割、字符識別等部分組成。其中，由于車輛圖像采集于戶外，車輛圖像往往會摻雜一些非常不利的因素來降低圖像高清質(zhì)量，在很大程度上影響了車牌精確定位。而車牌定位及識別系統(tǒng)能夠運(yùn)行起來的首要前提且最重要的一步就是準(zhǔn)確無誤地定位出汽車牌照，因此車牌定位是車牌定位識別系統(tǒng)的關(guān)鍵一步?，F(xiàn)有的定位識別技術(shù)還不能完全很好的適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，所以對車牌定位及識別技術(shù)的研究仍然是當(dāng)今高科技領(lǐng)域的熱門課題，它的有關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)，能使智能交通管理系統(tǒng)更加現(xiàn)代化。 車牌定位識別技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從1988年開始，國外的學(xué)者們就已經(jīng)開啟了對車牌定位識別系統(tǒng)的研究，其主要途徑就是分析所采集的車牌圖像，提取車牌區(qū)域信息，識別車牌號碼。在車牌定位及識別的過程中，雖采用了多種定位及識別的方法，但是由于外界復(fù)雜的背景，光照不均及車牌自身的污漬或殘缺等條件的影響，使得車牌定位識別系統(tǒng)一直沒有得到有效地應(yīng)用，而且很多方法運(yùn)算量比較大，不具有實(shí)用性?，F(xiàn)如今，國外在車牌定位、識別方面的研究成績顯著，不少相當(dāng)成熟的相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表，同時也開發(fā)出了多種技術(shù)成熟的車牌識別產(chǎn)品。如英國IPI公司研發(fā)的RTVNPR系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是便攜式，可以應(yīng)用在高速公路收費(fèi)站、路段流量檢測口及安全停車等需要車牌識別場所；新加坡Optasia公司自制研發(fā)IMPS系統(tǒng)，其特點(diǎn)是可以在多種環(huán)境和不同光照及氣候條件下精確定位，非常準(zhǔn)確地識別出車牌號碼，可以說準(zhǔn)確率極高。日本在車牌圖像的處理方面也進(jìn)行了深入研究，并為系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化做了做出極大貢獻(xiàn)。日本所研發(fā)Luis系統(tǒng)主要應(yīng)用于高速公路收費(fèi)站，其全天車牌識別率高達(dá)90%以上，即使在陰天或暴雨的情況下也能達(dá)到70%左右。此外，美國、加拿大、德國等各個發(fā)達(dá)國家都研發(fā)了屬于本國的車牌定位識別系統(tǒng)。各個國家的車牌定位識別產(chǎn)品雖然有區(qū)別，但大體上都是基于車輛檢測器的系統(tǒng)，設(shè)備耗資巨大。我國對車牌識別技術(shù)的研究起步較晚，大約發(fā)生在八十年代末。由于中國車牌的字符結(jié)構(gòu)構(gòu)成與國外有明顯差異，所以國外一些技術(shù)在中國使用效果并不是很理想，但其所運(yùn)用的很多定位識別算法還是具有很好的借鑒意義。目前國內(nèi)最常用的車牌定位技術(shù)[5]有基于彩色圖的定位算法、基于灰度變化的定位算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定位算法、基于數(shù)學(xué)形態(tài)的定位算法、基于遺傳學(xué)算法的定位算法等。當(dāng)今，中國市面上已有二十多家企業(yè)從事于車牌識別系統(tǒng)產(chǎn)品方面的研發(fā)，其中比較成熟的產(chǎn)品有：川大智勝的zTZ000車牌自動識別系統(tǒng)、北京漢王的“漢王眼”、上海高德威的車牌識別器、除此之外，還有香港的亞洲視覺科技有限公司、清華紫光、沈陽聚德、杭州友通、深圳科安信、利普視覺中智交通電子系統(tǒng)有限公司等企業(yè)所研發(fā)的產(chǎn)品也很成熟。目前，車牌識別技術(shù)和產(chǎn)品性能進(jìn)入實(shí)用階段的時間還不是很長，隨著人工智能以及自動識別技術(shù)的進(jìn)步，未來的技術(shù)發(fā)展空間還會非常大。例如，核心算法繼續(xù)發(fā)展，識別率和識別速度進(jìn)一步改善，圖像處理中對模糊圖像預(yù)處理能力增強(qiáng)等等。 車牌定位識別難點(diǎn) 到目前為止,采用不同的設(shè)計方案，各種車牌識別的識別效果都會有所區(qū)別，因此，車牌識別的實(shí)時性和魯棒性有待進(jìn)一步提高。經(jīng)過三十多年的研究后，車牌準(zhǔn)確識別仍然有很多技術(shù)性難題需要解決。如光照的不同、季節(jié)氣候的變化、車輛背景的復(fù)雜性[6]、車牌及其字符褪色、缺損、污漬等不利因素的影響，給車牌的精確定位識別帶來了很大的困難。在復(fù)雜多變環(huán)境下的車牌定位識別率較低的原因主要有以下幾個方面：1. 我國車牌本身特征的復(fù)雜性（1）字母、漢字和數(shù)字的復(fù)合。我國車牌不僅僅有字母和阿拉伯?dāng)?shù)字，還有代表各省份的漢字。由于漢字本身結(jié)構(gòu)就很復(fù)雜，其識別難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過英文字母和阿拉伯漢字?jǐn)?shù)字。（2）車牌底色繁多。我國的車牌底色相對于國外要多很多。按GA362007標(biāo)準(zhǔn)[7]大致可以分為六種：大型民用汽車是黃底黑字；小型民用汽車是藍(lán)底白字；軍隊(duì)或武警專用車用白底紅字、黑字牌照；大使館及外籍汽車用黑底白字牌照；試車與臨時牌照是白底紅字，汽車補(bǔ)用車牌是白底黑字。（3）懸掛方式不確定。我國對汽車車牌的懸掛方式很難做統(tǒng)一規(guī)定，每個汽車公司出產(chǎn)的汽車的車牌放置位置有所差異，導(dǎo)致了車牌的懸掛位置不唯一。（4）車牌管理不嚴(yán)格。由于外界環(huán)境或者人為因素造成車牌模糊不清、斷裂或者車牌偏斜角度很大的車輛，我國在行駛方面沒做太大限制。但在國外，這種車輛是被禁止上路的?，F(xiàn)實(shí)生活中，人們所采取的拍攝角度是相對于車輛的行駛方向的正上方和左、右側(cè)。拍攝角度過大的話，會影響車牌定位，所以拍攝的角度越小，所獲取到的圖像中的車牌變形就越小，識別準(zhǔn)確率就越高。由智能化交通管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成可知，攝像機(jī)采集到的目標(biāo)車輛圖像均是系列圖像，而由于外界環(huán)境復(fù)雜程度的影響，車牌定位識別系統(tǒng)所采用的目標(biāo)車牌圖像可能不是最佳的。3. 外界環(huán)境復(fù)雜（1）外界光照條件差異大，不同的時間與地點(diǎn)的光照都會有差異。由經(jīng)驗(yàn)可知，光照決定著采集圖像的質(zhì)量，不同的光照角度也影響著車牌光照均勻程度。氣候的變化、光照環(huán)境變化、車牌反光程度等都可能對車牌區(qū)域定位產(chǎn)生一定地干擾。光照過亮或過暗都會使車牌的某些特征發(fā)生改變影響到車牌號碼定位識別的精確度。（2）外界背景環(huán)境的復(fù)雜程度也影響車牌的定位識別準(zhǔn)確率。類似區(qū)域的干擾如背景中有類似于車牌信息等都會使車牌定位造成誤判從而導(dǎo)致車牌定位識別的錯誤識讀。 車牌定位識別技術(shù)的應(yīng)用情況車牌號碼是車輛身份認(rèn)定的唯一標(biāo)識，車輛牌照自動識別技術(shù)[7]可以不用對汽車做任何的改變就能實(shí)現(xiàn)車牌號碼的自動登記，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于高速公路電子收費(fèi)、停車安全管理、違法違章管理、監(jiān)測報警、公警稽查、車輛流量檢測等需要車輛識別的各種場合。以下列舉了幾種應(yīng)用領(lǐng)域[8]：1. 高速公路電子收費(fèi)目前，全國高速公路已開始實(shí)施以車牌識別技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的方式收費(fèi)，正因?yàn)椴煌能囕v其收費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)有很大的差異，導(dǎo)致很多有心司機(jī)想鉆電子收費(fèi)系統(tǒng)的漏洞的空子，使得中途換卡進(jìn)行逃費(fèi)的現(xiàn)象日益突出，因此，車牌定位識別技術(shù)是解決此類問題的根本途徑?，F(xiàn)在最常采取的措施就是將出入口資料相結(jié)合作為收費(fèi)參考從而實(shí)現(xiàn)公路收費(fèi)管理，其具體做法就是在高速公路的各個出入口安裝電子車牌識別設(shè)備，當(dāng)車輛駛?cè)霑r電子設(shè)備會自動感應(yīng)并識別目標(biāo)車牌將其入口的相關(guān)資料存入到收費(fèi)系統(tǒng)中，接著等車輛行駛到出口時電子車牌識別設(shè)備會再次自動識別目標(biāo)車牌并根據(jù)目標(biāo)車牌的相關(guān)信息來調(diào)用入口注冊的資料。這種應(yīng)用可有效防止作弊，避免應(yīng)收款的流失。實(shí)現(xiàn)電子自動收費(fèi)，在緩解交通壓力的同時，也使得交通管理更加有序化、智能化。公路上一般會安裝車牌識別技術(shù)與測速技術(shù)相結(jié)合的設(shè)備用來測速并記錄違章車輛信息。具體應(yīng)用途徑是：在路上設(shè)置車速監(jiān)測點(diǎn)，用來捕捉超速的車輛并準(zhǔn)確識別其車牌號碼，然后將違章超速車輛的信息及其圖片發(fā)往各出口；接著在各出口設(shè)置處罰點(diǎn)，通過用車牌識別設(shè)備識別出的車牌號與已經(jīng)被記錄的違章超速的車牌號一一對比，當(dāng)號碼完全匹配的同時警示設(shè)備也會啟動，來通知執(zhí)法人員對違章車輛進(jìn)行處罰。相較于傳統(tǒng)的測速方式，這種應(yīng)用不但節(jié)省人力、物力及辦公時間，還能極大地減少了因超速引發(fā)的事故。執(zhí)法工作人員會將那些有被通緝、逃費(fèi)、未年檢、肇事逃逸或違章等現(xiàn)象的車輛納入黑名單，一般的車牌識別設(shè)備會被安裝在指定的路口、收費(fèi)站卡口，有時根據(jù)特殊情況，執(zhí)法人員會隨時攜帶按具體情況放置，只要將納入黑名單的車輛的牌照號碼輸入到車牌識別應(yīng)用系統(tǒng)中，該應(yīng)用系統(tǒng)將識別所有通過車牌號碼并與系統(tǒng)中的“黑名單”進(jìn)行比對，實(shí)現(xiàn)其定位，一旦發(fā)現(xiàn)號碼相同就立刻做出報警。該應(yīng)用系統(tǒng)一般可通過程序設(shè)定24小時不間斷工作，準(zhǔn)確率極高；可以適應(yīng)各種速度行駛的車輛；可以在不影響正常交通的情況下完成黑名單搜索任務(wù)；整個監(jiān)視過程中安全、隱蔽、精確。該系統(tǒng)的應(yīng)用將使得執(zhí)法效率極大地提高。、校園出入管理一般情況下，高級小區(qū)或?qū)W校出于安全考慮都會在出入口安裝車牌識別設(shè)備，用來記錄每天進(jìn)出車輛的牌照號碼、出入時間，這些信息將會被存儲在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，該設(shè)備還與自動門或欄桿機(jī)的控制設(shè)備結(jié)合，實(shí)現(xiàn)小區(qū)、校園車輛的自行管理。該系統(tǒng)的應(yīng)用使得一些智能小區(qū)或校園能自動判別駛?cè)氲能囕v是否屬于本管轄區(qū)域，對非本部車輛啟動安全隱患提示，由工作人員審核批準(zhǔn)后人為放行。此外，還有一些單位還會將這種應(yīng)用與車輛調(diào)度系統(tǒng)相結(jié)合，客觀地、準(zhǔn)確地記錄單位車輛的出車情況。在現(xiàn)代化智能交通管理系統(tǒng)中，執(zhí)法人員為了能準(zhǔn)確判斷某條道路上擁堵狀況，往往會將車牌識別設(shè)備安裝在道路的起點(diǎn)與終點(diǎn)，識讀所通過車輛的牌照號碼并將其發(fā)送到交通指揮中心，指揮中心收到信息后會利用自己的管理系統(tǒng)計算出車輛行駛時間的均值。得到的均值作為判斷該道路擁堵狀況的一個參數(shù)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，會極大地緩解城市交通壓力，節(jié)省人們的時間。智能停車場管理系統(tǒng)一般將攝像頭安裝在停車場入口，捕捉到的車牌號碼圖像經(jīng)過車牌識別系統(tǒng)自動識別，并將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號便于后續(xù)處理。車牌識別的主要優(yōu)點(diǎn)能做到一卡一車，即可以把卡和車對應(yīng)起來，使得管理層次有了進(jìn)一步提高，卡和車的一一對應(yīng)的優(yōu)勢主要在于長租卡和車必須配合使用，這也就表示一卡就表示一車，杜絕一卡多車的局面，該種使用漏洞是被嚴(yán)格禁止的，從而有助于物業(yè)管理效益的上升；同時自動地將進(jìn)出車輛進(jìn)行嚴(yán)格比對，可實(shí)現(xiàn)偷盜監(jiān)管。攝像系統(tǒng)經(jīng)過升級后其采集到的圖片更加清晰化，可以為一些不必要的糾紛提供最有利的證據(jù)。并且方便了管理人員通過車牌識別技術(shù)在車輛進(jìn)入管理場合時進(jìn)行比對，有效地增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和安全性。汽車牌照自動識別技術(shù)是模式識別技術(shù)在智能交通管理系統(tǒng)的重要應(yīng)用，通過對圖像的采集、預(yù)處理、定位、字符分割和識別等手段來完成汽車牌照的自動識別功能，其硬件基礎(chǔ)設(shè)備一般包括CCD攝像設(shè)備、照明