車牌識別技術(shù)及其在高速公路中的應(yīng)用

鄭州大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)重點實驗室 張永勝

車牌識別技術(shù)及其在高速公路中的應(yīng)用

鄭州大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)重點實驗室 張永勝

一、系統(tǒng)功能

近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，交通科技領(lǐng)域也有了長足的進(jìn)步，全國的高速公路基本實現(xiàn)了區(qū)域性的聯(lián)網(wǎng)收費，河南省高速公路目前采用的是封閉式聯(lián)網(wǎng)計重收費模式，出于防止換卡的目的，入口和出口均需手工輸入車牌照的后3位，收費車道軟件具備入、出口輸入牌照比對功能，對于車牌號出入口錄入不符的車輛可自動提示收費員，但是，在具體使用中存在以下問題。

1.人工輸入工作量大，速度較慢，對服務(wù)水平造成一定的影響。且夜間或大交通量車輛排隊情況下都會造成收費員無法正常觀察到車牌照。在部分管理不嚴(yán)格的收費站，收費員不輸或隨意輸入現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

2.隨著進(jìn)一步深化治超工作以及河南省計劃實施非現(xiàn)金收費，現(xiàn)有的人工輸入方式無法提供完整的車牌照信息。

3.部分收費站自動發(fā)卡車道配置了少量車牌照自動識別設(shè)備，但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在與車道控制器的通信協(xié)議、設(shè)備配置以及識別率方面均存在著一定的問題。

因此，我們以車牌照識別器為核心，在不影響收費系統(tǒng)的情況下，在所有車道安裝全車牌自動識別系統(tǒng)，并更換新型收費鍵盤，實現(xiàn)高速公路收費系統(tǒng)全車牌自動識別和輸入，以及對逃費車輛黑名單的自動報警，從而實現(xiàn)高速公路收費的全部智能化、自動化，將大大提高提高服務(wù)和管理水平，減少通行費的流失。

二、常用逃費伎倆及解決方案

目前聯(lián)網(wǎng)收費主要依據(jù)的是車型和收費里程，因此出現(xiàn)了大量以這2個元素為出發(fā)點，利用系統(tǒng)漏洞來縮短收費里程和降低車型，從而實現(xiàn)逃費的伎倆。

1.換卡。封閉式高速公路一般采取“入口領(lǐng)卡、出口交費”的管理模式。換卡逃費采用的一般是將通行卡換成里程短、小型車的通行卡，由于目前通行卡上車牌信息不足，很難辨別是否逃費，有了全車牌識別系統(tǒng)，在入口處，車道控制機(jī)將號牌識別結(jié)果和號牌二值化圖像寫入通行卡中，由司機(jī)將通行卡攜帶到出口處。在出口處，車道控制機(jī)自動比對出入口的號牌識別結(jié)果和號牌二值化圖像，以確認(rèn)是否是入口本車輛所發(fā)通行卡，如果發(fā)現(xiàn)不匹配，則同時在車道控制機(jī)和站級系統(tǒng)報警，提示人工干預(yù)處理。

2.車型降檔。以往在收費過程中，車型采用人工判別，這就不可避免的出現(xiàn)誤判、徇私舞弊的現(xiàn)象。如果我們搜集好車牌信息，建立了數(shù)據(jù)庫，并安裝了車牌識別儀后，在出口的時候就能自動判別車型，并能比對收費員是否操作錯誤，從而避免舞弊和人為失誤。

3.黑白名單車輛管理。建立黑白名單車輛數(shù)據(jù)庫，當(dāng)黑名單車輛通過出口的時候，系統(tǒng)會自動報警，提示進(jìn)行相關(guān)處理。現(xiàn)在政策免費車很多，如軍警車、綠色通道車、交通執(zhí)法車、政府公務(wù)車等，收費員一般都是通過對講機(jī)與監(jiān)控室人員進(jìn)行確認(rèn)，監(jiān)控員在系統(tǒng)中進(jìn)行查詢，處理速度較慢，有時收費人員利用這些免費車項目，將正常收費的車輛按免費車處理，造成通行費流失，當(dāng)建立了白名單數(shù)據(jù)庫后，只有白名單數(shù)據(jù)庫中的免費車輛通過時，才能免費放行。可以簡化很多繁瑣程序，還可日后稽查。

4.出口跟車沖卡。車輛通過跟車等方式進(jìn)行逃費，從而造成了通行費流失，也流失了通行卡，更有甚者，逃費司機(jī)預(yù)留通行卡，有時不僅逃掉了本次費用，也為“倒卡”逃費創(chuàng)造了可能。

高清成像更適合需要。目前汽車牌照識別器可提供一幅包含清晰車輛號牌的車輛全貌的高清晰圖像給車道控制機(jī)，便于收費員辨認(rèn)車型和車內(nèi)人員特征（閃光燈補(bǔ)光模式）。此包含車牌全部信息和車內(nèi)人員特征的信息儲存于系統(tǒng)中，也更加有利于公安刑偵部門打擊犯罪。

三、系統(tǒng)構(gòu)成

車牌自動識別系統(tǒng)由卡口前端抓拍單元、網(wǎng)絡(luò)傳輸單元和后端處理單元組成。實現(xiàn)對通行車輛信息的采集、傳輸、分析、處理與集中管理。如圖1所示。

1.車輛檢測單元（沿用已有的設(shè)備）。系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)今被廣泛使用的、精度最高的地感線圈檢測方式作為系統(tǒng)的車輛檢測手段。車輛檢測器與高清抓拍攝像機(jī)之間采用串口方式通信，當(dāng)車輛通過檢測區(qū)域時，車輛檢測器通過串口信號觸發(fā)攝像機(jī)進(jìn)行過車抓拍。主要由地感線圈、車輛檢測器等設(shè)備組成。

2.高清圖像采集及識別處理單元。實現(xiàn)對車輛綜合信息的采集，包括車輛特征照片、車牌號碼與顏色、車身顏色、司乘人員等。并完成圖片信息捕獲、識別等功能，主要由高清抓拍攝像機(jī)、補(bǔ)光設(shè)備等設(shè)備組成。

3.網(wǎng)絡(luò)傳輸單元。主要由交換機(jī)以及傳輸鏈路組成，將前端收費站節(jié)點與中心應(yīng)用系統(tǒng)互聯(lián)，完成數(shù)據(jù)信息的傳遞和交互。

4.后端處理單元。按照全省統(tǒng)一協(xié)議提供一個標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出接口，將識別結(jié)果傳輸給車道控制器。將識別結(jié)果應(yīng)用于收費系統(tǒng)可實現(xiàn)防止換卡、輔助車型分類、黑名單車輛管理等功能。

四、識別原理和過程

車輛牌照識別系統(tǒng)的基本工作原理為：將攝像頭拍攝到的包含車輛牌照的圖像通過視頻卡輸入到計算機(jī)中進(jìn)行預(yù)處理，再由檢索模塊對牌照進(jìn)行搜索、檢測和定位，并分割出包含牌照字符的矩形區(qū)域，然后對牌照字符進(jìn)行二值化并將其分割為單個字符，然后輸入JPEG或BMP格式的數(shù)字，輸出則為車牌號碼的數(shù)字。具體過程分為圖像預(yù)處理、車牌定位、字符分割、字符識別。

1.圖像預(yù)處理。對汽車圖像進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)換、圖像增強(qiáng)和邊緣檢測等。

2.車牌定位。從預(yù)處理后的汽車圖像中分割出車牌圖像。即在一幅車輛圖像中找到車牌所在的位置。

3.字符分割。對車牌圖像進(jìn)行幾何校正、去噪、二值化以及字符分割以從車牌圖像中分離出組成車牌號碼的單個字符圖像。

4.字符識別。對分割出來的字符進(jìn)行預(yù)處理（二值化、歸一化），然后分析提取，對分割出的字符圖像進(jìn)行識別給出文本形式的車牌號碼。

五、與現(xiàn)有收費系統(tǒng)的關(guān)系

車牌識別系統(tǒng)主要包含抓拍單元、補(bǔ)光燈。該系統(tǒng)獨立性高，使用和不使用時，都不會影響現(xiàn)有收費系統(tǒng)的正常工作。

首先，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來說，本方案車牌識別系統(tǒng)為“硬件模式”，即車牌識別系統(tǒng)的圖像采集、分析識別均獨立于收費系統(tǒng)，其有自己專用的完全獨立的抓拍攝像機(jī)，處理單元與抓拍單元分體設(shè)計，安裝于收費亭內(nèi)，分析識別單元的功能在車道上實現(xiàn)，保證了其運行的穩(wěn)定性，且維護(hù)界面清楚，簡化了結(jié)構(gòu)。

其次，從通訊接口的軟件實現(xiàn)上來說，無論車道上的汽車牌照識別器與車道機(jī)的通訊還是站后臺管理服務(wù)器與車道機(jī)的通訊（如果需要的話），都采用動態(tài)鏈接庫的方式。無論車牌識別系統(tǒng)（包含汽車牌照識別器和站后臺管理服務(wù)器）正常工作、非正常工作還是在關(guān)閉的情況下，收費軟件調(diào)用的接口函數(shù)都有返回值，都不會對收費系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生影響。因為系統(tǒng)的獨立性，徹底解決了日后車牌識別系統(tǒng)維護(hù)升級時對收費軟件的影響。

車牌是車輛的唯一的“身份證”，有了車牌自動識別系統(tǒng)，可以使高速公路管理細(xì)化到每一輛車，徹底解決了高速公路普遍存在的倒卡、換卡、惡意闖關(guān)等逃費的難點，利用車牌識別技術(shù)，又能輔助車型分類，建立黑白名單。這樣既挽回了經(jīng)濟(jì)損失，又提升了高速公路聯(lián)網(wǎng)收費的管理水平，也大大減少了收費員工作強(qiáng)度，更加適合形勢的需要，相信將來會在聯(lián)網(wǎng)收費中發(fā)揮更大的作用。