基于車牌識別的機器視覺課程研究

相入喜　周祥才　吳峰　葛志康

【摘 要】本文提出了一種基于車牌識別的機器視覺應用本科課程研究項目，該項目的目的是通過檢測和識別視頻序列中的汽車車牌來學習機器視覺這門課，從而提高應用電子信息類本科畢業生的應用能力，改善電子信息類畢業生的就業狀態。此外，本文還詳細介紹了課程的內容，時間計劃表和如何評價學生的成績。

【關鍵詞】車牌識別；機器視覺；研究

0 引言

機器視覺是應用本科電子信息類的一門重要選修課，該課程涉及圖像處理、計算機視覺、信號處理、模式識別和人工智能等多個領域內容。機器視覺從二維信息處理的角度研究了信息的認知、表征、處理的方法和理論，涉及的理論抽象、復雜且算法眾多[1]。傳統的教學方法，教師只是對照教材按部就班講解教材中的內容，學生只是被動學習，沒有實踐的內容，而且所學內容比較雜亂，不能靈活應用所學的方法去解決實際的一些問題，因此該種教學方法嚴重束縛了學生學習主動性，制約學生的各種能力的發展，與現代社會人才培養模式極不符合，為此，急需一種新的教學模式。

項目驅動教學法是一種適應新形勢下教學模式，該模式與傳統的教學模式相反，從教師為中心轉到學生為中心，通過項目激發學生的學習興趣，做到了“做中學”[2-4]。項目驅動教學法雖然將教轉到學，但其忽略了教師的教和項目的整體。為了彌補項目驅動教學中的一些不足，本文有效結合教師的導和項目的整體，提出了一個基于項目為核心的機器視覺應用本科課程項目。在課程中，教師可以有效引導學生主動學習圖像處理、圖像描述和分類學習理論的基礎知識和基本技能，培養學生靈活運用相關知識解決實際問題的能力。由于機器視覺這門課程設在電子信息類大四的第一學期，這學期的學生有一個很大的特點，就是面臨著找工作，急需要一些實踐經驗，為了提高學生的就業能力，需要選擇一個有效的項目提升就業能力。項目選擇既要考慮項目的難度，又要考慮課程所涉及的具體內容，本文從這兩方面提出了基于現實中視頻序列中車牌識別來進行項目開發，這個項目難度中等，涉及到內容主要有圖像處理、模式識別的內容，這些內容是解決車牌檢測和識別系統的關鍵。

1 車牌識別項目

車牌識別在智能交通中地位越來越突出，在港口，停車場、車輛監管方面得到了廣泛的應用，涉及到了多門學科的內容，主要包括圖像處理、模式識別、計算機視覺河應用數學等。車牌識別主要包含以下幾個模塊：車牌采集、車牌定位、車牌分割和車牌識別模模塊，在每個模塊中涉及到了許多相關的理論[5-6]，如圖1所示。本項目正好滿足該門課程的相關內容，項目從教教學計劃，每周的工作及成績評估進行分析。

1.1 教學計劃

經過為期8周的項目學習，可以完整地完成一個項目的開發，學到機器視覺的相關理論知識和技能。整個項目主要包含3個2個小時理論講座和每周的1個小時的討論會議，完成給定的項目的開發。項目開發一般有四個階段：理論學習階段，數據采集和預處理階段、數據處理階段和完善項目階段。理論學習階段主要是學習項目所需的理論知識和開發所要注意的內容；數據采集和預處理階段主要是采集所需數據，完成一些數值預處理；數據處理階段就是按照要求處理數據，完善項目階段就是要求學生按照要求完善項目開發。這幾個階段按照時間不同分布于不同的周次完成。

第1周到2周是理論學習階段，對于車牌識別項目來說就是要學習車牌的采集、定位、圖像的預處理（如圖像校正，圖象增強和邊緣檢測等操作），字符分割（垂直投影分割，連通區域分割和模板分割），字符識別（神經網絡、模板匹配和支持向量機）的理論。

第3周是數據采集和圖像預處理，這兩周主要是完成數據采集和圖像數據的預處理，包括圖像的平滑，圖像的校正和邊緣檢測。

第4周到7周完成車牌的定位、分割和字符識別。

第8周完成項目的開發

1.2 每周工作

在項目開發階段，每周的1個小時師生討論會。討論過程中，每個團隊選出一名學生簡短介紹自己團隊一周來的工作，這些工作包括技術實現、結果，還有遇到的問題，須用PPT 展示自己團隊的成果，接著教師進行點評，給出每個團隊的一些建議和疑難問題分析，以及一些特別復雜的算法（如梯度方向直方圖、支持向量機和神經網絡等）的講解。最后，接著用10-20分鐘的時間布置下周的開發內容和疑難問題解答。

1.3 成績評估

對于項目的評估，主要按照開發階段和筆試成績確定，開發的四個階段占總分的30%，小組的口頭報告占10%，10%小組的互評成績，剩下的是筆試成績。每個階段團隊都要上交一份10頁以上的項目報告和部分源代碼，每個階段任務根據學生采用的方法的復雜性和創意性給分。在每周的討論會議上，每個團隊給給出相同時間口頭報告，還有5分鐘的討論時間，要求每個成員都必須參與討論，教師根據口頭報告的內容和學生參與討論的程度給出成績。每個團隊把自己項目開發的報告和結果互評，取互評的平均成績作互評的成績。除了項目實踐成績以外，還需要掌握了一些機器視覺的相關理論知識，這也避免學生忽略理論的學習，其中也讓學生既理解開發所需的技術，也需要理解其對應的理論。

1.4 學生反饋

課程結束后，學生要求填寫一份匿名的項目評估表，根據表的內容填寫自己的見解。評估收集后，根據重視的程度，大約70%的學生認為相關理論講座比較重視，大約82%的學生比較重視每周的口頭報告，但也有一些學生抱怨時間不夠，完不成項目訓練。絕大部分學生認為每周的口頭報告這種交流方式很好，可以相互交流，找到自己的不足，解決自己的疑難問題，完善自己的程序開發。

2 結論

本文提出了一種基于項目為核心的機器視覺應用本科課程項目，在該項目中，學生不僅可以學到了分析問題、解決實際問題的能力，而且也增大了就業的機會。課程結束后，每個團隊都能開發出一套采用不同方法的車牌識別系統，雖然難易度不同，但都能識別視視頻中的車牌。項目開始階段，有些學生為了解決開發過程中面臨的問題，自己主動去學習相關理論知識，這些知識不僅來自課本，而且也來自大量的相關的專業文獻，也激發他們創新能力，得到了比預期好的成果。

【參考文獻】

[1]史金龍，白素琴，龐林斌，錢強.研究生機器視覺課程的CDIO 教學改革實踐[J].計算機教育，2013（9）：40-43.

[2]王洪才.論大學創新教學的三要素[J].復旦教育論壇，2012，10（4）：41-45.

[3]李成學，楊大柱.任務驅動教學法在電子技術實驗課中的應用[J].中外教育研究，2011，1（1）：79-80.

[4]施琴，陳軍，孫娣全，盧娟，許鳳慧.項目驅動教學法在電子技術實驗課程中的應用研究[J].工業與信息化教育，2013，8：66-69.

[5]魏承文.汽車牌照識別技術的研究[D].華南理工大學，2014.

[6]陳浩.基于遺傳算法的BP神經網絡在車牌識別中的應用[J].信息系統工程， 2014（05）：152-143.

[責任編輯：楊玉潔]