專利名稱：具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置及其識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能交通監(jiān)控和模式識別領(lǐng)域，尤其涉及具有車道全景監(jiān)控功能的車牌識別器及其識別方法。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)在軟硬件方面的發(fā)展和成熟，國內(nèi)外相繼出現(xiàn)了對汽車牌照識別系統(tǒng)這一課題的探索和研究。80年代后期，國內(nèi)在汽車牌照識別方面取得了一定的進(jìn)展，但由于研究工作局限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，所開發(fā)出的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)同實(shí)際應(yīng)用相距甚遠(yuǎn)。90年代以來，許多研究單位都試圖將已有的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)推向?qū)嵱?，取得了一定的效果，但局限牌照識別系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展提高的各種光線適應(yīng)性問題、夜間車輛大燈的抑制問題等一直沒有很好地解決，這直接導(dǎo)致系統(tǒng)無法滿足用戶要求的保持全天候穩(wěn)定高識別率的普遍要求，從而使牌照識別系統(tǒng)的有效應(yīng)用大大受限。
同時對于目前應(yīng)用在工程中的牌照識別設(shè)備為了滿足牌照識別技術(shù)的要求，其視場的大小約為4～6倍的牌照寬度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足對車道進(jìn)行全景大視場監(jiān)控的要求(車體全貌和收費(fèi)交易過程在監(jiān)控視場范圍內(nèi))，采用高分辨率攝像頭又使得成本非常的昂貴，使用一個通用攝像頭不可能解決牌照識別和收費(fèi)監(jiān)控視場上的矛盾。現(xiàn)在實(shí)際中采用在牌照識別系統(tǒng)外，再增加一套獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)來完成全景監(jiān)控的功能的方法，監(jiān)控設(shè)備在結(jié)構(gòu)上和功能上完全獨(dú)立于牌照識別系統(tǒng)，這樣增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，實(shí)際效果中，仍然無法解決監(jiān)控圖像(靜態(tài)和動態(tài)圖像)在的質(zhì)量問題(特別在夜間、順光和逆光的情況下)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有牌照識別功能單一和效果差的缺陷，而提供的一種在公路收費(fèi)系統(tǒng)和道路監(jiān)控等場合下，采用一套集成式一體化的具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置及其識別方法，采用該裝置和方法可兼具完成牌照識別和收費(fèi)車道監(jiān)控的功能，可以提高系統(tǒng)的簡潔性、設(shè)備安裝的方便性，便于設(shè)備的調(diào)試和維護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。并可以通過牌照識別的處理硬件平臺對監(jiān)控攝像機(jī)進(jìn)行控制，滿足動態(tài)監(jiān)控的視場要求并解決全景監(jiān)控的圖像質(zhì)量問題。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，與道路檢測點(diǎn)的線圈觸發(fā)器配合使用；其特點(diǎn)是，包括一固定在檢測點(diǎn)道路口適當(dāng)位置的立柱、一設(shè)在立柱頂部的殼體，還包括設(shè)在殼體正面板適當(dāng)位置的一全景監(jiān)控攝像頭、一特寫攝像頭，設(shè)在殼體內(nèi)的成像識別控制電路，以及一固設(shè)在立柱正面適當(dāng)位置的漫反射補(bǔ)光閃光光源；所述的成像識別控制電路包括一數(shù)字信號處理單元及與該數(shù)字信號處理單元電連接的全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元；所述的漫反射補(bǔ)光閃光光源分別受全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元控制。
上述具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，其中，所述的全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元組成電路相同，各包括一成像傳感器、一成像/補(bǔ)光控制電路以及一驅(qū)動電路；所述的成像/補(bǔ)光控制電路的輸出端與成像傳感器的輸入端連接，其輸入端與驅(qū)動電路的輸出端連接，該成像/補(bǔ)光控制電路并與數(shù)字信號處理單元雙向連接；所述驅(qū)動電路的輸出端與漫反射補(bǔ)光閃光光源連接。
上述具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，其中，所述的成像/補(bǔ)光控制電路主要由一單片機(jī)構(gòu)成。
上述具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，其中，所述的全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元組成電路相同，各包括一成像傳感器以及一驅(qū)動電路；所述的成像傳感器的輸入端與驅(qū)動電路的輸出端連接，該成像傳感器的輸出端與數(shù)字信號處理單元的輸入端連接；所述數(shù)字信號處理單元的輸出端與漫反射補(bǔ)光閃光光源連接；所述漫反射補(bǔ)光閃光光源與驅(qū)動電路之間采用同步線連接。
上述具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，其中，所述的全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元組成電路不同，其中全景監(jiān)控攝像處理單元包括一成像傳感器以及一驅(qū)動電路；所述的成像傳感器的輸入端與驅(qū)動電路的輸出端連接，該成像傳感器的輸出端與數(shù)字信號處理單元的輸入端連接；所述數(shù)字信號處理單元的輸出端與漫反射補(bǔ)光閃光光源連接；所述漫反射補(bǔ)光閃光光源與驅(qū)動電路之間采用同步線連接；特寫攝像處理單元包括一成像傳感器、一成像/補(bǔ)光控制電路以及一驅(qū)動電路；所述的成像/補(bǔ)光控制電路的輸出端與成像傳感器的輸入端連接，其輸入端與驅(qū)動電路的輸出端連接，該成像/補(bǔ)光控制電路并與數(shù)字信號處理單元雙向連接；所述驅(qū)動電路的輸出端與漫反射補(bǔ)光閃光光源連接。
上述具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，其中，所述的汽車牌照識別裝置還包括一定向反射閃光光源，設(shè)在立柱或殼體正面板的適當(dāng)位置，其與驅(qū)動電路的輸出端電連接。
具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別方法，其特點(diǎn)是，包括以下步驟a、進(jìn)入車道的車輛經(jīng)過鋪設(shè)在車道的線圈觸發(fā)器，該線圈觸發(fā)器觸發(fā)數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元控制全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元分別抓拍全車圖像和特寫圖像，并根據(jù)現(xiàn)場圖像的特征調(diào)整成像參數(shù)和補(bǔ)光策略，得到清晰的全景車輛圖像和特寫車輛牌照圖像；b、數(shù)字信號處理單元采用分時采集的方法對兩路視頻圖像信號分別進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和儲存；c、數(shù)字信號處理單元采用牌照識別技術(shù)在特寫圖像數(shù)據(jù)中識別車牌的號碼和顏色，并對全景和特寫兩幅圖像進(jìn)行壓縮處理；d、然后將壓縮處理后的全景和特寫圖像以及牌照識別結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)中心；同時全景攝像機(jī)還提供一路清晰的、不間斷的動態(tài)視頻輸出到車道監(jiān)控終端顯示屏，作為全景的實(shí)時監(jiān)控信號。
上述具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別方法，其中，b步驟所述的數(shù)字信號處理單元采用分時采集的方法對兩路復(fù)合視頻信號分別進(jìn)行數(shù)字信號采集是指對于采集的全景監(jiān)控圖像，利用其興趣區(qū)域的直方圖、對比度和飽和度，通過自適應(yīng)方法生成相應(yīng)的成像控制命令，發(fā)送給全景監(jiān)控攝像處理單元控制其電子快門速度和自動增益開啟和關(guān)閉的指令，構(gòu)成一個對全景動態(tài)圖像的閉環(huán)控制，使得動態(tài)監(jiān)控圖像清晰，能夠良好地適應(yīng)于各種復(fù)雜光照條件，滿足對車道進(jìn)行監(jiān)控的要求；對于采集的特寫監(jiān)控圖像，數(shù)字信號處理單元在獲取特寫攝像處理單元的模擬視頻信號后，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，自適應(yīng)地尋找動態(tài)變化的圖像興趣區(qū)域，通過自適應(yīng)方法生成相應(yīng)的成像和補(bǔ)光控制命令，發(fā)送給特寫攝像處理單元中的成像和補(bǔ)光控制模塊，并由其控制相應(yīng)的曝光時間長度和圖像補(bǔ)光效果。
上述具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別方法，其中，d步驟所述的將壓縮處理后的全景和特寫圖像以及牌照識別結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)中心是指對每次車輛的觸發(fā)，數(shù)字信號處理單元都向車道監(jiān)控終端傳送一幅靜態(tài)的牌照清晰的特寫圖像和一幅車體特征明顯的全景圖像以備儲存和事后的稽查、驗(yàn)證。
上述具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別方法，其中，c步驟所述的數(shù)字信號處理單元采用牌照識別技術(shù)在特寫圖像數(shù)據(jù)中識別車牌的號碼和顏色的方法還包括基于定向反射原理的牌照識別方法，該方法是指利用汽車牌照表面涂有反光材料的特性，由定向反射閃光光源打出與攝像機(jī)光軸平行的入射光線，該光線被涂有反光材料的汽車牌照反射后將車輛牌照部分圖像從整個車輛特寫圖像中分割出來原路返回到特寫攝像機(jī)，再經(jīng)過字符分割、二值化處理和運(yùn)行模式識別法識別車牌的號碼和顏色。
本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，使與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)1、采用集成式一體化的體系結(jié)構(gòu)，將全景攝像機(jī)、特寫攝像機(jī)、DSP處理單元、定向反射閃光光源和漫反射補(bǔ)光閃光光源集成在一套抓拍單元之中，不需要為完成車道全景的監(jiān)控功能，而額外安裝獨(dú)立的設(shè)備。
2、而且，兩臺攝像機(jī)均為通用攝像頭，加入成像和補(bǔ)光控制單元來控制攝像頭的成像參數(shù)，一臺作為特寫圖像采集設(shè)備完成牌照識別的功能，一臺作為全景圖像采集設(shè)備完成全景監(jiān)控的功能，替代了昂貴的專用高分辨率攝像頭，降低了成本，增加了系統(tǒng)的通用性；基于定向反射原理的牌照識別技術(shù)，采用定向反射閃光光源和漫反射閃光光源的組合，提高牌照識別精度，采用漫反射閃光光源在夜間和復(fù)雜光照條件下提高監(jiān)控圖像的質(zhì)量；在計算特寫和全景圖像的成像和補(bǔ)光控制參數(shù)時，本發(fā)明采用基于動態(tài)變化的興趣區(qū)域，而不是常規(guī)攝像頭采用的基于固定興趣區(qū)域的方法，從而獲得良好的牌照識別效果和出色的全景監(jiān)控圖像質(zhì)量。
3、再有，利用汽車牌照表面涂有反光材料的特性，由定向反射閃光光源打出與攝像機(jī)光軸平行的入射光線，該光線被涂有反光材料的汽車牌照反射后原路返回到特寫攝像機(jī)，而其它區(qū)域卻不具備這種特性，因此，特寫攝像機(jī)獲得的圖像中牌照區(qū)域的亮度被顯著地凸現(xiàn)出來，從而便于牌照的定位和識別，解決了牌照識別系統(tǒng)全天候工作穩(wěn)定一致性的難題。


本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)性能由以下的實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步描述。
圖1是本發(fā)明具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置的外形結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖1a為本發(fā)明具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置的外形結(jié)構(gòu)從正面看過去的示意圖；圖1b是該識別裝置從側(cè)面看過去、并且將罩蓋打開時的示意圖(立柱只顯示部分)；圖2為本發(fā)明汽車牌照識別裝置的電原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明特寫攝像處理單元(或全景監(jiān)控攝像處理單元)的電路原理圖；圖4為本發(fā)明特寫攝像處理單元(或全景監(jiān)控攝像處理單元)中的成像和補(bǔ)光控制模塊電路圖；圖5為本發(fā)明成像和補(bǔ)光控制原理流程圖；圖6為本發(fā)明全景監(jiān)控攝像處理單元另一種實(shí)施例的電路原理圖；圖7為具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置的使用安裝方式示意圖；圖8為定向反射原理圖。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1a、圖1b。本發(fā)明具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置1，與道路檢測點(diǎn)的線圈觸發(fā)器A配合使用；其包括一固定在檢測點(diǎn)道路口適當(dāng)位置的立柱11、一設(shè)在立柱頂部的殼體12，還包括設(shè)在殼體正面板13適當(dāng)位置的一全景監(jiān)控攝像頭3、一特寫攝像頭4、設(shè)在殼體內(nèi)的成像識別控制電路6(請配合參見圖2)、以及一固設(shè)在立柱正面適當(dāng)位置的漫反射補(bǔ)光閃光光源7；為使牌照識別產(chǎn)生更好的效果，可在該識別裝置的立柱或殼體正面板的適當(dāng)位置增設(shè)一定向反射閃光光源5，本實(shí)施例是在殼體正面板的適當(dāng)位置增設(shè)一定向反射閃光光源5。本發(fā)明中定向反射閃光光源5和漫反射補(bǔ)光閃光光源7統(tǒng)稱補(bǔ)光光源。
為便于維護(hù)，殼體12頂部的罩蓋14采用可翻啟式的，本實(shí)施例采用在殼體和罩蓋相接觸的有一個邊部位采用轉(zhuǎn)軸141連接，這樣，當(dāng)需要打開罩蓋維護(hù)時，可將罩蓋沿軸141翻轉(zhuǎn)，然后采用撐桿142支撐。
本發(fā)明采用集成式一體化的體系結(jié)構(gòu)，將全景攝像機(jī)、特寫攝像機(jī)、成像識別控制電路、定向反射閃光光源和漫反射補(bǔ)光閃光光源集成在一套抓拍單元之中，不需要為完成車道全景的監(jiān)控功能而額外安裝獨(dú)立的設(shè)備。
請參閱圖2。本發(fā)明所述的成像識別控制電路6包括一數(shù)字信號處理單元(以下簡稱DSP處理單元)61及與該DSP處理單元的輸入端電連接的全景監(jiān)控攝像處理單元62和特寫攝像處理單元63。DSP處理單元的輸入端與線圈觸發(fā)器A的輸出端連接，定向反射閃光光源5和漫反射補(bǔ)光閃光光源7分別受全景監(jiān)控攝像處理單元62和特寫攝像處理單元63控制。DSP處理單元并與車道工控機(jī)8雙向連接。全景監(jiān)控攝像處理單元62的輸出端并與車道監(jiān)控終端9連接。
請參閱圖3，本發(fā)明具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置中所述的全景監(jiān)控攝像處理單元62和特寫攝像處理單元63組成電路相同，現(xiàn)以特寫攝像處理單元63為例說明。各包括一成像傳感器631、一成像/補(bǔ)光控制電路632以及一驅(qū)動電路633。所述的成像/補(bǔ)光控制電路632的輸入端分別與傳感器631和驅(qū)動電路633的輸出端連接，其輸出端與定向反射閃光光源5和漫反射補(bǔ)光閃光光源7的串行接口連接，該成像/補(bǔ)光控制電路并通過RS232/RS485/電流環(huán)等串行口協(xié)議方式與DSP處理單元61雙向連接。
本發(fā)明通過采集圖像中的敏感區(qū)域的圖像亮度，自適應(yīng)尋找動態(tài)變化的圖像敏感區(qū)域，通過自適應(yīng)的算法生成相應(yīng)的成像和補(bǔ)光控制命令，全景和特寫圖像的成像具有相關(guān)性。在通用攝像頭中加入一個成像和補(bǔ)光控制模塊，截取攝像頭中驅(qū)動電路產(chǎn)生的時鐘信號和快門控制信號，并根據(jù)從DSP處理單元接受到的快門速度產(chǎn)生相應(yīng)的快門控制信號來控制傳感器(CCD芯片)的曝光時間長度和自動增益的開啟和關(guān)閉，同時成像和補(bǔ)光控制模塊根據(jù)DSP處理單元的命令產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)光閃光燈的控制命令，控制閃光燈是否開啟和閃光燈開啟時間與快門開啟時間的相對位置，來控制對圖像補(bǔ)光的效果。
當(dāng)接受到觸發(fā)信號，DSP處理單元采集特寫攝像機(jī)的圖像，根據(jù)其中敏感區(qū)域的亮度來通過自適應(yīng)的方法產(chǎn)生特寫攝像機(jī)的快門速度和補(bǔ)光的效果來控制特寫圖像的亮度，這樣就構(gòu)成以一個閉環(huán)控制，使得圖像一直保持在最適合于進(jìn)行車牌識別的亮度。同時DSP處理單元根據(jù)產(chǎn)生的特寫設(shè)備的快門速度和采集到的全景圖像的敏感區(qū)域(車道部分)的亮度等信息來產(chǎn)生對全景攝像機(jī)的靜態(tài)快門速度和補(bǔ)光命令，得到一幅清晰靜態(tài)全景圖像，特別在夜間可以對車輛的大燈燈光進(jìn)行抑制和對圖像補(bǔ)光，使得夜間車輛的車型和車體特征清晰可見。
另外對于采集的全景監(jiān)控圖像，利用其敏感區(qū)域的直方圖、對比度和飽和度，通過自適應(yīng)算法生成相應(yīng)的成像控制命令，發(fā)送給全景攝像機(jī)控制其電子快門速度和自動增益開啟和關(guān)閉的指令，構(gòu)成一個對全景動態(tài)圖像的閉環(huán)控制，使得動態(tài)監(jiān)控圖像清晰，能夠良好的適應(yīng)于各種復(fù)雜光照條件，滿足對車道進(jìn)行監(jiān)控的要求。
對于每次車輛的觸發(fā)，DSP處理單元采集儲存特寫和全景圖像，進(jìn)行車輛的識別，除了識別結(jié)果(牌照顏色和號碼)，還向上位軟件系統(tǒng)傳送相對應(yīng)壓縮的一幅特寫圖像和一幅車體特征明顯的靜態(tài)全景圖像以備儲存，并可以對兩幅圖像進(jìn)行一定編輯合成和疊加地點(diǎn)和時間信息，為事后的車輛稽查、查詢和驗(yàn)證提供更有力的證據(jù)資料。
請參閱圖4，本發(fā)明所述的成像/補(bǔ)光控制電路632主要由一單片機(jī)CI構(gòu)成。由單片機(jī)完成主控制功能，完成整個模塊的控制和對成像傳感器(CCD芯片)成像效果的控制，并且完成對外部補(bǔ)光設(shè)備工作狀態(tài)的控制。U1，U2，U3，U4是隔離光耦，用來進(jìn)行信號隔離保護(hù)內(nèi)部電路，所有通訊和控制打光信號都通過光耦隔離后轉(zhuǎn)為電流環(huán)信號輸出。
驅(qū)動電路633(也可稱CCD控制電路)工作原理和流程為，主控單片機(jī)截取驅(qū)動電路的控制成像效果的時鐘信號(Xin，X1，X2，X3和CLK)，通過RXD腳獲取從控制單元發(fā)來的控制電子快門的RS232串行信號命令，主控單片機(jī)由此控制命令，按照設(shè)定的成像控制的算法，生成一個控制成像效果的時鐘信號Xout，由(Xout，X1，X2，X3和CLK)5個腳輸出給成像傳感器(CCD芯片)，達(dá)到由處理單元通過串口命令控制攝像設(shè)備電子快門曝光時間的效果，控制流程完成后由TXD腳將控制信號和控制狀態(tài)以串口數(shù)據(jù)的反饋給處理單元，以確認(rèn)控制狀態(tài)。
例如，DSP處理單元發(fā)給主控單片機(jī)一個圖像變暗命令，這樣主控單片機(jī)就將Xout信號延時一個時間段后輸出，使得成像圖像曝光時間變短，成像效果變暗。處理單元由自適應(yīng)算法，發(fā)給主控單片機(jī)一個圖像變亮命令，這樣主控單片機(jī)就將Xout信號提前一個時間段輸出，使得成像圖像曝光時間變長，成像效果變亮。
同時由主控單片機(jī)接收控制單元發(fā)來的控制打光效果的命令，通過控制電子快門開啟和打光時刻的時間相位關(guān)系來控制的補(bǔ)光效果，由單片機(jī)管腳Flash1、Flash2控制定向反射閃光燈和漫反射補(bǔ)光閃光燈的工作狀態(tài)。這樣就構(gòu)成一個對于特寫圖像質(zhì)量的閉環(huán)控制，使得特寫圖像無論在白天和黑夜都能一直保持在最適合于牌照的定位和識別，從而使系統(tǒng)能夠在各種光線條件下達(dá)到很高的牌照識別率。
請參閱圖5。這是本發(fā)明識別牌照的流程圖。模擬的視頻圖像輸入到DSP處理單元后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)行圖像預(yù)處理后變?yōu)榉弦蟮臄?shù)字圖像，根據(jù)要興趣區(qū)域的圖像特征，例如顏色特征、灰度特征和紋理特征等，在整幅圖像中自動尋找興趣區(qū)域的位置(對于全景攝像機(jī)而言興趣區(qū)域一般為車輛頭部駕駛室附近，對于特寫攝像機(jī)而言興趣區(qū)域一般為車燈或者車牌的位置)，在確定的興趣區(qū)域內(nèi)，分析區(qū)域內(nèi)圖像的亮度和紋理等圖像特征是否滿足圖像識別算法的處理要求，如果滿足，則不需調(diào)節(jié)成像參數(shù)和補(bǔ)光效果，直接轉(zhuǎn)入下一場視頻圖像再執(zhí)行如上所述過程；否則，進(jìn)行成像效果的控制，首先判斷是否控制攝像機(jī)成像的參數(shù)已經(jīng)調(diào)節(jié)到了最大值(例如快門已經(jīng)調(diào)到最大)，如果沒有，則調(diào)節(jié)成像參數(shù)，轉(zhuǎn)入下一場視頻圖像再執(zhí)行如上所述過程；否則說明依靠攝像機(jī)本身的功能參數(shù)不可能使圖像滿足要求，則啟動補(bǔ)光設(shè)備，確定補(bǔ)光設(shè)備的光照亮度，同時根據(jù)補(bǔ)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)攝像機(jī)的成像參數(shù)，以達(dá)到最好的成像效果。
因此本發(fā)明通過自適應(yīng)方法對全景和特寫圖像中的敏感區(qū)域進(jìn)行分析，控制攝像機(jī)的快門速度和補(bǔ)光效果，構(gòu)成對圖像亮度的閉環(huán)控制達(dá)到最優(yōu)的圖像效果。本發(fā)明利用基于定向發(fā)射原理的車牌號碼識別技術(shù)，具有牌照識別率高的優(yōu)點(diǎn)。全景監(jiān)控的效果良好，對環(huán)境的適應(yīng)性高，在夜間、強(qiáng)順光、強(qiáng)逆光和外部光照不足的場景下，可以保持車道監(jiān)控范圍內(nèi)，圖像的清晰，并在低照度的情況下自動的開啟全景攝像機(jī)的自動增益保證全景監(jiān)控的效果。針對夜間車燈的光暈對車型和車體特征的辨識的影響，對全景采集的圖像進(jìn)行車燈抑制和閃光燈補(bǔ)光，這樣保證采集到全景靜態(tài)圖像滿足車輛稽查和驗(yàn)證的要求。
請參閱圖6。圖6為本發(fā)明全景監(jiān)控攝像處理單元或特寫攝像處理單元的另一種實(shí)施例的電路原理圖；所述的全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元組成電路相同，各包括一成像傳感器以及一驅(qū)動電路；為便于表述，現(xiàn)以全景監(jiān)控攝像處理單元為例進(jìn)一步說明。所述的全景監(jiān)控攝像處理單元62的成像傳感器621的輸入端與驅(qū)動電路622的輸出端連接，該成像傳感器621的輸出端與數(shù)字信號處理單元61的輸入端連接；數(shù)字信號處理單元61的輸出端與補(bǔ)光光源(5，7)連接；補(bǔ)光光源與驅(qū)動電路622之間采用同步線連接。
當(dāng)然，本發(fā)明的全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元組成電路也可以不相同，例如全景監(jiān)控攝像處理單元采用圖6的電路圖，特寫攝像處理單元采用圖3的電路圖，都能完成攝像和監(jiān)控以及牌照識別的功能。該兩種電路前面已經(jīng)詳細(xì)介紹過了，故不再贅述。
請參閱圖7。本發(fā)明具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置1使用時固定在車道B的一側(cè)，車道B近收費(fèi)亭T的地面鋪設(shè)有線圈觸發(fā)器A，而本發(fā)明具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置1的正面通過旋轉(zhuǎn)一定的角度與線圈觸發(fā)器A相對。本實(shí)施例中，具有全景監(jiān)控功能的牌照識別器安裝在收費(fèi)車道處距離觸發(fā)線圈約6米的位置處。對特寫攝像機(jī)選用12mm鏡頭，視場大小約為5～6倍牌照寬度；而對全景攝像機(jī)選用6mm鏡頭，全景視場約為10～12倍牌照大小，這樣可以保證大型車的全部車體特征和車道的全景可以處于監(jiān)控視場以內(nèi)，司機(jī)同收費(fèi)員的收費(fèi)交易過程也處于全景的監(jiān)控視場內(nèi)，可以在真正意義上起到車道監(jiān)控的作用，這樣就可以用一套設(shè)備兼容了牌照識別和車道監(jiān)控這兩項(xiàng)智能交通管理的主要的功能。
本發(fā)明進(jìn)行車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別方法是進(jìn)入車道的車輛C經(jīng)過鋪設(shè)在車道B的線圈觸發(fā)器A時，線圈觸發(fā)器輸出繼電器閉合信號，觸發(fā)特寫攝像處理單元和全景監(jiān)控攝像處理單元的快門按鈕，特寫攝像頭和全景攝像頭分別捕捉進(jìn)入車道的車輛牌照區(qū)域D的車輛牌照以及車外形圖像，通過特寫攝像處理單元和全景監(jiān)控攝像處理單元輸出復(fù)合視頻信號(CVBS)到DSP處理單元；DSP處理單元采用分時采集的方法對兩路復(fù)合視頻信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號采集和儲存，該DSP處理單元采用分時采集的方法對兩路復(fù)合視頻信號分別進(jìn)行數(shù)字信號采集是指對于采集的全景監(jiān)控圖像，利用其興趣區(qū)域的直方圖、對比度和飽和度，通過自適應(yīng)方法生成相應(yīng)的成像控制命令，發(fā)送給全景監(jiān)控攝像處理單元控制其電子快門速度和自動增益開啟和關(guān)閉的指令，構(gòu)成一個對全景動態(tài)圖像的閉環(huán)控制，使得動態(tài)監(jiān)控圖像清晰，能夠良好地適應(yīng)于各種復(fù)雜光照條件，滿足對車道進(jìn)行監(jiān)控的要求；對于采集的特寫監(jiān)控圖像，DSP處理單元在獲取特寫攝像處理單元的模擬視頻信號后，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，自適應(yīng)地尋找動態(tài)變化的圖像興趣區(qū)域，通過自適應(yīng)方法生成相應(yīng)的成像和補(bǔ)光控制命令，發(fā)送給特寫攝像處理單元中的成像和補(bǔ)光控制模塊，并由其控制相應(yīng)的曝光時間長度和圖像補(bǔ)光效果。
請配合參見圖8。這是本發(fā)明采用定向反射原理的汽車牌照識別技術(shù)的示意圖。DSP處理單元還采用基于定向反射原理的牌照識別技術(shù)對牌照進(jìn)行識別，其方法是利用汽車牌照表面涂有反光材料的特性，由定向反射閃光光源5打出與攝像機(jī)光軸平行的入射光線，該光線被涂有反光材料的汽車牌照反射后原路返回到特寫攝像機(jī)，而其它區(qū)域卻不具備這種特性，因此，特寫攝像機(jī)獲得的圖像中牌照區(qū)域的亮度被顯著地凸現(xiàn)出來，從而便于牌照的定位和識別，解決了牌照識別系統(tǒng)全天候工作穩(wěn)定一致性的難題，通過定向反射技術(shù)，將車輛牌照部分圖像從整個車輛特寫圖像中分割出來，經(jīng)過字符分割、二值化處理、運(yùn)行模式識別算法識別車牌的號碼和顏色，并對兩幅(全景和特寫)圖像進(jìn)行壓縮處理。圖中D為定向閃光燈5所照射的車輛牌照區(qū)域。
DSP處理單元在識別和壓縮過程完成后，將兩幅壓縮圖像和牌照識別結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)中心，同時全景攝像機(jī)還提供一路連續(xù)的清晰的不間斷的動態(tài)視頻輸出，作為全景的實(shí)時監(jiān)控信號。
本發(fā)明對每次車輛的觸發(fā)，DSP處理單元都向車道監(jiān)控終端傳送一幅靜態(tài)的牌照清晰的特寫圖像和一幅車體特征明顯的全景圖像以備儲存和事后的稽查、驗(yàn)證。
本發(fā)明可以完成對車輛牌照的登記和比對、車道的監(jiān)控、車輛稽查、報警等功能，其適用范圍廣，主要應(yīng)用在高速公路收費(fèi)系統(tǒng)、公安卡口、電子警察、海關(guān)、小區(qū)、停車場、道路監(jiān)控系統(tǒng)和交通信息采集系統(tǒng)等。其產(chǎn)生的技術(shù)效果是1、進(jìn)行車牌號碼和顏色的識別，解決了牌照識別系統(tǒng)全天候工作穩(wěn)定一致性的難題，達(dá)到很高的整牌識別率；2、采用雙攝像頭集成式一體化的方式，系統(tǒng)完全獨(dú)立，通過標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議和視頻接口同數(shù)據(jù)中心接口，適應(yīng)多種應(yīng)用場合；3、兩臺攝像機(jī)均為通用攝像頭，并額外加入成像控制單元控制攝像頭的成像參數(shù)，一臺作為特寫圖像采集實(shí)現(xiàn)牌照識別的功能，一臺作為全景圖像采集實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控的功能，替代了昂貴的高分辨率攝像頭，從而降低了成本，擴(kuò)大了系統(tǒng)的使用范圍；4、集成了定向反射和漫反射補(bǔ)光閃光光源，采用定向反射閃光光源和漫反射閃光光源組合，提高牌照識別精度，同時漫反射閃光光源在夜間和復(fù)雜光照條件下提高靜態(tài)監(jiān)控圖像的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，與道路檢測點(diǎn)的線圈觸發(fā)器配合使用；其特征在于，包括一固定在檢測點(diǎn)道路口適當(dāng)位置的立柱、一設(shè)在立柱頂部的殼體，還包括設(shè)在殼體正面板適當(dāng)位置的一全景監(jiān)控攝像頭、一特寫攝像頭，設(shè)在殼體內(nèi)的成像識別控制電路，以及一固設(shè)在立柱正面適當(dāng)位置的漫反射補(bǔ)光閃光光源；所述的成像識別控制電路包括一數(shù)字信號處理單元及與該數(shù)字信號處理單元電連接的全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元；所述的漫反射補(bǔ)光閃光光源分別受全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，其特征在于，所述的全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元組成電路相同，各包括一成像傳感器、一成像/補(bǔ)光控制電路以及一驅(qū)動電路；所述的成像/補(bǔ)光控制電路的輸出端與成像傳感器的輸入端連接，其輸入端與驅(qū)動電路的輸出端連接，該成像/補(bǔ)光控制電路并與數(shù)字信號處理單元雙向連接；所述驅(qū)動電路的輸出端與漫反射補(bǔ)光閃光光源連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，其特征在于，所述的成像/補(bǔ)光控制電路主要由一單片機(jī)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，其特征在于，所述的全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元組成電路相同，各包括一成像傳感器以及一驅(qū)動電路；所述的成像傳感器的輸入端與驅(qū)動電路的輸出端連接，該成像傳感器的輸出端與數(shù)字信號處理單元的輸入端連接；所述數(shù)字信號處理單元的輸出端與漫反射補(bǔ)光閃光光源連接；所述漫反射補(bǔ)光閃光光源與驅(qū)動電路之間采用同步線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，其特征在于，所述的全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元組成電路不同，其中全景監(jiān)控攝像處理單元包括一成像傳感器以及一驅(qū)動電路；所述的成像傳感器的輸入端與驅(qū)動電路的輸出端連接，該成像傳感器的輸出端與數(shù)字信號處理單元的輸入端連接；所述數(shù)字信號處理單元的輸出端與漫反射補(bǔ)光閃光光源連接；所述漫反射補(bǔ)光閃光光源與驅(qū)動電路之間采用同步線連接；特寫攝像處理單元包括一成像傳感器、一成像/補(bǔ)光控制電路以及一驅(qū)動電路；所述的成像/補(bǔ)光控制電路的輸出端與成像傳感器的輸入端連接，其輸入端與驅(qū)動電路的輸出端連接，該成像/補(bǔ)光控制電路并與數(shù)字信號處理單元雙向連接；所述驅(qū)動電路的輸出端與漫反射補(bǔ)光閃光光源連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置，其特征在于，所述的汽車牌照識別裝置還包括一定向反射閃光光源，設(shè)在立柱或殼體正面板的適當(dāng)位置，其與驅(qū)動電路的輸出端電連接。
7.具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別方法，其特征在于，包括以下步驟a、進(jìn)入車道的車輛經(jīng)過鋪設(shè)在車道的線圈觸發(fā)器，該線圈觸發(fā)器觸發(fā)數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元控制全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元分別抓拍全車圖像和特寫圖像，并根據(jù)現(xiàn)場圖像的特征調(diào)整成像參數(shù)和補(bǔ)光策略，得到清晰的全景車輛圖像和特寫車輛牌照圖像；b、數(shù)字信號處理單元采用分時采集的方法對兩路視頻圖像信號分別進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和儲存；c、數(shù)字信號處理單元采用牌照識別技術(shù)在特寫圖像數(shù)據(jù)中識別車牌的號碼和顏色，并對全景和特寫兩幅圖像進(jìn)行壓縮處理；d、然后將壓縮處理后的全景和特寫圖像以及牌照識別結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)中心；同時全景攝像機(jī)還提供一路清晰的、不間斷的動態(tài)視頻輸出到車道監(jiān)控終端顯示屏，作為全景的實(shí)時監(jiān)控信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別方法，其特征在于，b步驟所述的數(shù)字信號處理單元采用分時采集的方法對兩路復(fù)合視頻信號分別進(jìn)行數(shù)字信號采集是指對于采集的全景監(jiān)控圖像，利用其興趣區(qū)域的直方圖、對比度和飽和度，通過自適應(yīng)方法生成相應(yīng)的成像控制命令，發(fā)送給全景監(jiān)控攝像處理單元控制其電子快門速度和自動增益開啟和關(guān)閉的指令，構(gòu)成一個對全景動態(tài)圖像的閉環(huán)控制，使得動態(tài)監(jiān)控圖像清晰，能夠良好地適應(yīng)于各種復(fù)雜光照條件，滿足對車道進(jìn)行監(jiān)控的要求；對于采集的特寫監(jiān)控圖像，數(shù)字信號處理單元在獲取特寫攝像處理單元的模擬視頻信號后，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，自適應(yīng)地尋找動態(tài)變化的圖像興趣區(qū)域，通過自適應(yīng)方法生成相應(yīng)的成像和補(bǔ)光控制命令，發(fā)送給特寫攝像處理單元中的成像和補(bǔ)光控制模塊，并由其控制相應(yīng)的曝光時間長度和圖像補(bǔ)光效果。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別方法，其特征在于，d步驟所述的將壓縮處理后的全景和特寫圖像以及牌照識別結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)中心是指對每次車輛的觸發(fā)，數(shù)字信號處理單元都向車道監(jiān)控終端傳送一幅靜態(tài)的牌照清晰的特寫圖像和一幅車體特征明顯的全景圖像以備儲存和事后的稽查、驗(yàn)證。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別方法，其特征在于，c步驟所述的數(shù)字信號處理單元采用牌照識別技術(shù)在特寫圖像數(shù)據(jù)中識別車牌的號碼和顏色的方法還包括基于定向反射原理的牌照識別方法，該方法是指利用汽車牌照表面涂有反光材料的特性，由定向反射閃光光源打出與攝像機(jī)光軸平行的入射光線，該光線被涂有反光材料的汽車牌照反射后將車輛牌照部分圖像從整個車輛特寫圖像中分割出來原路返回到特寫攝像機(jī)，再經(jīng)過字符分割、二值化處理和運(yùn)行模式識別法識別車牌的號碼和顏色。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有車道全景監(jiān)控功能的汽車牌照識別裝置及其識別方法。識別裝置包括一固定在檢測點(diǎn)道路口適當(dāng)位置的立柱、一設(shè)在立柱頂部的殼體，一定向反射閃光光源，以及一漫反射補(bǔ)光閃光光源，殼體內(nèi)設(shè)有成像識別控制電路，殼體面板設(shè)有一全景監(jiān)控攝像頭和一特寫攝像頭；成像識別控制電路包括一DSP處理單元及全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元；定向反射閃光光源和漫反射補(bǔ)光閃光光源分別受全景監(jiān)控攝像處理單元和特寫攝像處理單元控制。采用雙攝像頭一體化的方式兼具了大視場車道全景監(jiān)控的功能。用自適應(yīng)的方式自動控制兩臺攝像機(jī)和補(bǔ)光效果，對各種環(huán)境均能達(dá)到較高的牌照識別準(zhǔn)確率和良好的全景監(jiān)控效果。
文檔編號G06K9/62GK1725230SQ200410053049
公開日2006年1月25日 申請日期2004年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者李月成, 宋煥生, 田維林 申請人:上海高德威智能交通系統(tǒng)有限公司