專利名稱：嵌入式一體化車牌辨識儀的制作方法
所屬領域本發(fā)明為車牌辨識設備，屬于模式識別領域。
背景技術：
智能交通系統(tǒng)(ITS)是新近產生的一個概念，指計算機技術和傳統(tǒng)交通管理方法相結合，實現(xiàn)傳統(tǒng)交通管理項目的自動化或計算機輔助，或者拓展一些傳統(tǒng)交通中難以實現(xiàn)的管理項目。由于汽車牌照是分辨、注冊、管理汽車的最重要手段，車牌辨識就成為智能交通系統(tǒng)的關鍵技術和基礎。目前市場上其它的車牌辨識系統(tǒng)基本采用“攝像頭—采集卡—計算機(工控機)”結構，實際上是識別軟件和通用圖像設備的結合。這種系統(tǒng)結構復雜，成本高昂，安裝不便，維護困難；軟件的運行需要操作系統(tǒng)的支持，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。車牌辨識系統(tǒng)需要在不同的光照條件下運行，必須有光線適應性。傳統(tǒng)系統(tǒng)采用的是通用攝像機，其自動調光方式是以圖像最能為人眼接受為目的的，而非專為車牌識別設計的，在某些特定環(huán)境下不適合車牌識別，使此時段的車牌無法識別，影響整個系統(tǒng)的總體效果。

發(fā)明內容
1.本發(fā)明采用了嵌入式、一體化的體系結構。如圖1所示，系統(tǒng)集成了攝像設備模塊、圖像采集模塊、車牌辨識模塊、接口模塊、照明電路和控制中心。攝像設備實時輸出8位圖像灰度數據和行、場、點時鐘信號，辨識儀接收到觸發(fā)信號以后，控制中心命令圖像采集模塊采集當前幀的圖像；圖像采集模塊根據同步信號將最先到達完整一場圖像灰度數據記錄在存儲器中，然后通知控制中心“采集完畢”；控制中心將數據總線交給車牌辨識模塊使用，命令其開始處理，車牌辨識模塊從原始圖像數據中識別出號碼和車牌圖像，分別在存儲器中以ASCII碼格式和JPEG格式存儲，然后通知控制中心“辨識完畢”；控制中心即操縱接口模塊將圖片和號碼數據組織成可供串口發(fā)送的報文，并發(fā)送給用戶軟件或系統(tǒng)，完成整個辨識過程。所有這些模塊被集成在一起，用戶無需裝備攝像機、采集卡等其它設備就可以得到最終的辨識結果。控制中心還從車牌辨識模塊得到圖像暴光水平的反饋，對攝像設備的快門速度進行自動調節(jié)，必要時啟動照明，予以補光。
2.本發(fā)明采用“牌照效果優(yōu)先方式”實現(xiàn)數字調光。調光電路結構如圖2所示在攝像設備中，CCD成像芯片是攝像機的主要設備，它通過電荷耦合方式將光強信號轉變?yōu)殡妷盒盘?，并疊加一些表示感光位置的同步信息，形成模擬視頻信號；CCD控制芯片生成成像芯片正常工作需要的一些時鐘信號，并可設定成像芯片的工作參數，包括快門時間、增益控制?？刂菩酒峁┩獠靠刂菩盘柦涌冢梢酝ㄟ^sc引腳控制快門；微處理機通過兩個引腳p1、p2信號分別控制模擬開關s1和s2，以達到調整暴光的目的，當暴光合適時，p1和p2都輸出低電平，模擬開關s1、s2都截止，sc端的電壓就是由電阻R1和R2分壓產生，快門時間保持不變；當p1輸出高電平，s1導通，sc點電壓被拉至電源VCC，快門時間減慢，暴光量增加；當p2輸出高電平，s2導通，sc點電壓被拉至地線GND，快門時間加快，暴光量減少；p1和p2不會同時為高。攝像控制微處理機與主板DSP系統(tǒng)有串行通信信道，可以從主板獲取暴光信息，實現(xiàn)CCD暴光量的調節(jié)。主板DSP系統(tǒng)獲取數字圖像后，首先定位出車牌的區(qū)域，然后對該區(qū)域圖像進行對比度和亮度信息，如果發(fā)現(xiàn)車牌圖片不利于識別車牌號碼，則進一步分析原因，即是由于暴光過度還是暴光不足，然后通過串行信道向攝像控制微處理機發(fā)送相應的調光指令。
本發(fā)明一體化結構的優(yōu)點在于a.安裝維護方便本辨識儀是一個整體的產品，用戶只需將其固定在使用現(xiàn)場即可，既無需安裝其它設備，也不需要其它軟件的驅動；b.可靠性高本發(fā)明是一個專用系統(tǒng)，并采用了多項故障預防和自恢復措施，平均無故障工作時間達到20000小時。
c.低成本、低功耗。


圖1為嵌入式一體化車牌辨識儀的功能模塊示意2為嵌入式一體化車牌辨識儀的調光電路示意3為嵌入式一體化車牌辨識儀的圖像拍攝效果實例圖4為嵌入式一體化車牌辨識儀的安裝方式示意圖
具體實施例方式本發(fā)明的工作過程如下首先通過對數字圖像的分析，可以將攝像設備的暴光調節(jié)到最有利于車牌識別的水平，并且在需要的時候進行照明補光，從而保證辨識儀可以在各種光線環(huán)境下的識別效果。例如，由于車牌由反光材料制成，在夜間人工照明條件下，拍照亮度會大大高于車體亮度，此時普通攝像機會依照整幅畫面進行調光，造成車牌部分暴光過度；本發(fā)明則可將暴光調節(jié)到合適的水平，得到如圖3所示的圖片。另外，辨識儀采用的是高速暴光方式，可以適應比較高的車速，可以應用于包括高速公路超速監(jiān)察的各種場合。
本發(fā)明應用于高速公路超速監(jiān)察系統(tǒng)會提高系統(tǒng)的運行效率，降低執(zhí)法人員的工作強度。安裝在路段上的辨識儀識別過往車輛的車牌號碼，并與測速設備測得的車速信息一同送往收費卡口，由管理軟件整理出超速車輛的車牌號碼，生成超速數據庫；安裝在收費卡口的辨識儀識別出每一輛通過該收費口的車輛的號碼，送交管理軟件；如果這輛車在被監(jiān)控路段上有超速行為，管理軟件將驅動警報裝置以提醒執(zhí)法人員對違章車輛實施處罰。
本發(fā)明對環(huán)境有很強的適應性，通過選用不同的成像鏡頭，可以從各種角度各距離辨識車牌，以25mm鏡頭為例，應該按照圖4方法安裝本辨識儀可安裝在車道的一側，盡量靠近車道以獲得合適的拍攝角度，但應注意本發(fā)明為不易被通過車輛刮蹭，還應安裝在離地面0.5米以上的高度。本辨識儀還配有觸發(fā)線圈，觸發(fā)線圈安置在車道地面下，觸發(fā)線圈應距辨識儀約為7-12米最佳為11米的距離，這樣可使本辨識儀的視野能夠獲得覆蓋約3米寬的范圍。
本發(fā)明由于采用DSP芯片作為識別算法的運行硬件平臺，是照明、鏡頭、攝像頭和DSP電路形成一體化的結構形式，與通常的車牌識別系統(tǒng)不同，它不需計算機即可實現(xiàn)車牌圖像的采集和識別，具有識別性能高、結構緊湊、環(huán)境適應性強、安裝維護簡單等特點。不需改變目前已有的交通管理系統(tǒng)，本發(fā)明即可添加并運用于各類管理系統(tǒng)中，從而使整個系統(tǒng)更加強大，管理更加有效。
本發(fā)明是車牌智能辨識系統(tǒng)，除具有車牌號碼識別系統(tǒng)的功能外，本發(fā)明還可以根據車牌的字符識別結果或對兩幅車牌圖片進行圖像匹配兩種方法來驗證車牌，即判斷本辨識儀所拍攝的車輛是否為指定號牌的車輛，或判斷本辨識儀拍攝的車輛的車牌是否與指定的車牌圖片為同一車牌。
車牌圖片匹配功能可以用于辨識污損嚴重的車牌，此時無法通過識別獲得車牌號碼，但是可以通過車牌圖像匹配判斷兩個車牌圖像是否為同一車牌。
本辨識儀是嵌入式系統(tǒng)，以數字處理芯片(DSP)作為算法運行的硬件平臺，所有算法固化在硬件之中，因此可以脫離計算機實現(xiàn)其功能，使本辨識儀具有極高的系統(tǒng)穩(wěn)定性，并獲得更廣闊的應用空間。
本辨識儀是一體化的系統(tǒng)，它集成了車牌辨識系統(tǒng)所必須的所有硬件和軟件，不再需輔助的設備即可完成其功能。在硬件上，本辨識儀集成了可控照明燈、鏡頭、電子快門、成像模塊、數字信號處理器(DSP)、存儲器(數 據和程序存儲器)、通信模塊、溫控模塊、協(xié)調控制單片機等；在軟件上，本辨識儀集成了車牌定位、車牌字符切分、車牌字符識別、車牌圖像匹配等算法。一體化的結構形式使得本設備降低了對環(huán)境的要求，可以很容易安裝、調試。
本發(fā)明的技術特點；1.采用OCR技術，進行車牌號碼識別，并輔以圖像匹配技術，對污損嚴重的車牌進行辨識，使本設備達到很高的辨識率，同時使設備的總車牌辨識率不再嚴重依賴于車牌質量。
2.識別軟件識別速度為0.5秒，識別速度可與PC版軟件相媲美。
3.可以根據拍攝圖像中車牌的效果自動調整快門速度和曝光強度，并且在夜晚可以自動開啟補光照明，可以適應清晨、正午、傍晚、夜晚、夕照、車輛大燈等各種不同光照環(huán)境的影響。
4.由于本設備是嵌入式系統(tǒng)，其功耗、體積很小，容易實現(xiàn)對其溫度的調控。因此通過采取措施，可以適應很寬的溫度范圍，同時具有很好的防雨、雪、高濕的能力。
5.可以適應很高的車速。
6.具有相對于應用系統(tǒng)的獨立性，只通過數據通信接口與應用系統(tǒng)發(fā)生關系。
7.具有很高的系統(tǒng)可靠性，由于采取了防死鎖措施和自恢復技術，本設備不存在死機現(xiàn)象。
本發(fā)明的應用領域車牌號碼識別系統(tǒng)是智能交通最基本的組成構件之一。以本車牌號碼識別為基礎，可以對車輛進行自動登記、驗證、監(jiān)視、報警，進而可以應用在多種場合，如高速公路收費系統(tǒng)；道口、卡口監(jiān)控系統(tǒng)；小區(qū)、停車場收費、監(jiān)控系統(tǒng)；車流統(tǒng)計、引導系統(tǒng)等。主要應用范圍為1.高速公路收費、監(jiān)控管理2.小區(qū)、停車場管理3.城市道路監(jiān)控、違章管理4.車牌登錄、驗證5.車流統(tǒng)計、安全管理
權利要求
1.一種由攝像設備、圖像采集模塊、車牌辨識模塊、接口模塊、照明設備、控制中心構成的嵌入式一體化車牌辨識儀，其特征在于接收觸發(fā)信號的控制中心分別于照明設備、攝像設備、圖像采集模塊、車牌辨識模塊、接口模塊連接；攝像設備與圖像采集模塊及接口模塊連接；圖像采集模塊與車牌辨識模塊連接；車牌辨識模塊與接口模塊連接；接口模塊將數據發(fā)送給用戶軟件和系統(tǒng)。
2.根據權利要求1所述的嵌入式一體化車牌辨識儀，其特征在于攝像設備有CCD成像芯片、CCD控制芯片、分壓電阻R1和R2、模擬開關s1和s2、攝像控制由處理機及視頻信號模擬數字轉換器構成；其連接方式如下由數字信號處理器(DSP)連接攝像控制微處理機；該處理機通過p1引腳連接開關s1的控制端，p2引腳連接開關s2的控制端；s1和s2分別與分壓電阻R1和R2并聯(lián)；它們有一個公共端共同連接到CCD控制芯片的sc引腳；另一端分別連接到電源(VCC)和地(GND)；CCD控制芯片連接CCD成像芯片，CCD成像芯片產生模擬視頻信號通過接口模塊傳至用戶系統(tǒng)，CCD成像芯片連接視頻信號模擬數字轉換器，該轉換器與DSP系統(tǒng)連接將數字視頻數據傳至圖像采集模塊。
3.根據權利要求1所述的嵌入式一體化車牌辨識儀，其特征在于主板DSP系統(tǒng)獲取數字圖像后，首先定位出車牌的區(qū)域，然后對該區(qū)域圖像進行對比度和亮度分析，在發(fā)現(xiàn)車牌圖片不利于識別車牌號碼時，則進一步分析原因，即是由于暴光過度還是暴光不足，然后通過串行信道向攝像控制微處理機發(fā)送相應的調光指令，由微處理機通過對s1和s2的控制實現(xiàn)攝像設備快門速度的調節(jié)，使拍攝到的圖像中，車牌部分清晰、易于辨識。
全文摘要
嵌入式一體化車牌辨識儀為車牌辨識設備，屬于模式識別領域。該設備采用OCR+車牌圖像匹配兩項核心技術，實現(xiàn)車牌號碼識別和車牌匹配兩項功能，對不同光照具有很強的適應能力，且不依賴于車牌質量，在夜間還可自動開啟補光照明，無需人工參與。該辨識儀還具有內部視頻觸發(fā)和外部信號觸發(fā)兩種方式，適應各種應用場合。本發(fā)明的硬件以數字信號處理器(DSP芯片)作為識別算法的平臺，照明、鏡頭、攝像頭和硬件電路為一體化的結構，識別性能高、適應性強、安裝維護簡單。本發(fā)明適用于高速公路收費、監(jiān)控，城市道路監(jiān)控、電子警察，小區(qū)、停車場管理，車流統(tǒng)計、違章管理，車牌登錄、驗證等。
文檔編號G06K9/32GK1420041SQ01139959
公開日2003年5月28日 申請日期2001年11月21日 優(yōu)先權日2001年11月21日
發(fā)明者尹緒凱, 劉迎建, 黃山松, 馬曉麗, 沈嘉勵, 張學亮, 高慶宏 申請人:北京漢王科技有限公司