專利名稱：城市卡口車牌自動識別系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于監(jiān)控領域，涉及一種自動識別系統(tǒng)，特別涉及一種城市卡口車牌自動 識別系統(tǒng)。
背景技術：
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國汽車的保有量迅猛增長，交通違法現(xiàn)象也大為增加，政 府交管和公安部門越來越重視對出入城市的機動車輛進行有效管理，城市治安卡口是城市 的出入動脈，加強對卡口的管理有效協(xié)助交管部門交通管理，如超速、套牌等，協(xié)助公安機 關案件的偵破，如車輛盜搶、車輛肇事逃逸等?，F(xiàn)階段城市卡口車牌抓拍系統(tǒng)一般采用的系統(tǒng)架構如圖1所示，該系統(tǒng)中由車輛 檢測單元101通過紅外、線圈、雷達或者激光等方式檢測車輛的通過，當有車輛通過時觸發(fā) 車牌識別單元102抓取攝像頭103輸出的視頻信號，通過車牌識別單元102對獲取的圖像 進行一定的檢測從而獲取車輛的車牌數(shù)據(jù)，然后上傳到PC機105，交管部門和公安部門通 過對后臺數(shù)據(jù)的對比和查詢實現(xiàn)對違章車輛的取證和處罰，由于該系統(tǒng)要完成全天候24 小時的車牌抓拍，在夜間或者光線條件不滿足的情況下必須通過LED補光單元104對通行 車輛進行光線補償。但在實際實施存在以下幾個問題城市卡口系統(tǒng)是一個相對復雜而且工程龐大的系統(tǒng)，其中涉及到的設備種類繁 多，一般通過集成商對所采購的設備進行整合和安裝，各個廠家生產(chǎn)的設備也各不相同，其 中不乏各個廠家提供的特殊的功能由于相互之間融合的問題導致無法實現(xiàn)。而且廠商產(chǎn)品 質量參差不齊，可能由于某個設備的問題導致整個系統(tǒng)的癱瘓，集成商很難在整體上把握 系統(tǒng)設計，這給設備的正常運行帶來很大的隱患，同時會大大增加后期的維護成本。車輛檢測的方式比較多，比較常用的是視頻觸發(fā)和線圈觸發(fā)，視頻觸發(fā)對工程安 裝簡單，而且沒有對路面破壞性的施工，但是對于車速、路面紋理和光照條件有一定的局限 性，而且存在比較大的誤觸發(fā)率，線圈觸發(fā)方式對路面有破壞性的施工，將路面切割埋設線 圈，其觸發(fā)率相對較高，對光照和車速都沒有苛刻的要求，但城市卡口系統(tǒng)中的車輛識別設 備如果采用線圈觸發(fā)方式，線圈埋設在道路路面下，通往的車輛日夜的碾壓對線圈造成損 壞，當日積月累，線圈出現(xiàn)故障時，將無法感知車輛的通過，從而無法抓拍和采集到車牌數(shù) 據(jù)。而且由于設備運行的局限性和施工成本的考慮，城市卡口系統(tǒng)中的設備很大一部分是 工作在道路旁邊，無人看管，很容易受到盜竊。城市治安卡口要求24小時全天候對每一輛經(jīng)過的車輛進行抓拍、識別，由于城市 治安卡口安裝地點普遍夜間光線比較昏暗，再加上夜間行駛車輛的大燈會影響普通攝像 機，使之產(chǎn)生光暈無法拍清車牌，這種情況下將無法獲取到車牌數(shù)據(jù)。由于城市卡口遠離市區(qū)，而車輛數(shù)據(jù)中有車牌圖片、車輛圖片和相關的速度等數(shù) 據(jù)，必須采用有效的數(shù)據(jù)傳輸方式遠距離的傳輸才能將是數(shù)據(jù)上傳到指揮中心或者服務中 心，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡異常，導致數(shù)據(jù)鏈路的中斷，數(shù)據(jù)將無法上傳，有可能導致數(shù)據(jù)的丟失。
由于車牌識別對所拍攝的圖像像素有比較高的要求，一般要求車牌在占圖像的 1/6以上，車道的寬度一般為3m左右，現(xiàn)行標清攝像機大概能拍攝一個車道，如果要求比較 高的車牌識別率，圖像中車牌的像素點越高越好，在保證識別率的情況下，一臺標清攝像機只能覆蓋一個車道，因此，如果一個方向上有三個車道，必須使用5個攝像機才能實現(xiàn)無縫 隙覆蓋，如果采用線圈觸發(fā)，在每個車道之間必須再增加一個線圈。一方面由于車輛檢測器 對線圈的鋪設寬度、高度、還有間隔都有很嚴格的要求，如果相鄰線圈鋪設太近將會引起線 圈之間的相互串擾，影響車輛檢測靈敏度和可靠性，另一方面，線圈的鋪設會對路面有一定 的破壞，如果鋪設密度過大，將會對路面造成很大的損傷，影響路面的使用壽命，同時由于 路面損傷過重，其日益變形又對線圈造成損壞。因此在采用線圈觸發(fā)的模式下如何實現(xiàn)多 車道覆蓋一直是個比較棘手的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種適用于城市卡口的車牌自動識別系統(tǒng)，基于視頻和線圈觸發(fā)相結 合，同時提供防盜報警和故障報警功能的車牌抓拍系統(tǒng)。本發(fā)明的一種城市卡口車牌自動識別系統(tǒng)，包括線圈組，連接至車輛檢測模塊，當車輛經(jīng)過時線圈產(chǎn)生脈沖信號；車輛檢測模塊，用于檢測線圈組，將接收到的脈沖信號傳送至車牌識別模塊；車牌識別模塊，用于在接收到脈沖信號時抓取前端模塊發(fā)送過來的視頻圖像，完 成對整個車牌識別的視頻圖像處理過程，并通過網(wǎng)絡上傳處理結果；前端模塊，用于在車輛識別模塊的控制下對攝像機的同步曝光和補光、同時拍攝 視頻圖像，并將視頻圖像傳輸?shù)杰嚺谱R別模塊；網(wǎng)絡傳輸模塊，用于將車牌和車輛數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心。所述前端模塊包括多個前端系統(tǒng)，每一個車道配置一個前端系統(tǒng)；前端系統(tǒng)包括 攝像機，用于拍攝包括車牌視頻圖像的車輛圖像；LED補光單元，用于在光線不足的情況 下，實現(xiàn)對攝像頭的補光；同步單元，用于使同一方向上的所有攝像機同時拍攝，并使得所 有LED補光單元配合攝像機同時補光。所述前端系統(tǒng)還包括通訊單元，用于將車牌識別模塊以RS485信號格式發(fā)送過來 的控制信號轉換為TTL串行數(shù)據(jù)，用來控制攝像機和同步單元。攝像機將拍攝下的視頻信號傳送給車牌識別模塊，車牌識別模塊對視頻信號進行 亮度分析，并與配置的參數(shù)進行對比，據(jù)此控制攝像機的光圈、快門和增益達到調(diào)節(jié)視頻亮 度，如果亮度達到需要補光的基準則發(fā)送指令給同步單元，開啟LED補光單元進行補光，否 則關閉LED補光單元。所述同步單元包括同步控制單元和同步配置，同步配置用于配置同步控制單元的 同步方式；當同步方式為內(nèi)同步方式時，同步控制單元產(chǎn)生同步時鐘驅動攝像機和LED補 光單元同步工作。當同步方式為外同步方式時，所述同步單元還包括外同步接口，外部的同步時鐘 線通過外同步接口接入同步控制單元，使得同方向同斷面上的所有攝像機和LED補光單元 同步工作。當同步方式為電源同步方式時，所述同步單元還包括電源同步檢測單元，其檢測前端系統(tǒng)的220V交流電源輸入中的50Hz工頻信號，通過該信號來同步所有的攝像機和LED 補光單元。車輛檢測模塊包括車輛檢測器，用于檢測線圈組，當有車輛通過線圈時接收線圈 產(chǎn)生的脈沖信號并傳送給車檢器控制模塊；車檢器控制模塊，用于將脈沖信號傳送至車輛 識別模塊，并對車輛檢測器的狀態(tài)和脈沖信號進行邏輯分析和控制，當車輛檢測器或線圈 發(fā)生故障或出現(xiàn)異常時發(fā)送故障報警信號。所述系統(tǒng)中，系統(tǒng)車牌識別模塊從車輛檢測模塊接收到線圈發(fā)生故障時所發(fā)送的 故障報警信號，自動切換到視頻觸發(fā)模式，同時將該故障報警信號通過網(wǎng)絡傳輸模塊上傳 至數(shù)據(jù)中心。車牌識別模塊包括多個車輛識別卡，車輛識別卡的數(shù)目根據(jù)車道數(shù)目進行配置， 每個車輛識別卡包括圖像采集單元，用于從前端系統(tǒng)采集車輛圖像；圖像處理單元，用于 根據(jù)采集到的車輛圖像完成車牌定位和車牌識別；觸發(fā)邏輯控制單元，用于完成與車輛檢 測模塊相連的控制接口，實現(xiàn)車輛觸發(fā)邏輯的控制，根據(jù)車輛檢測模塊傳送的信號產(chǎn)生觸 發(fā)信號并提供給測速單元；測速單元，用于對觸發(fā)信號進行分析，轉換為速度信息；網(wǎng)絡通 訊單元，用于實現(xiàn)與車輛檢測模塊的信息交互，向網(wǎng)絡傳輸模塊傳輸包括車牌定位信息、車 牌識別信息、速度信息和故障報警信息的數(shù)據(jù)；DSP處理器，用于控制車輛識別卡中各單元 的操作。所述車輛識別卡還包括前端控制接口，用于與前端系統(tǒng)通訊以完成對攝像機以 及LED補光單元的控制；實時時鐘單元，用于為整個車牌識別卡提供基準時間，獲取車輛抓 拍時的日歷和時間信息；數(shù)據(jù)緩存單元，用于當網(wǎng)絡出現(xiàn)異常無法傳輸數(shù)據(jù)時，緩存數(shù)據(jù)， 當網(wǎng)絡通訊恢復后再上傳數(shù)據(jù)；看門狗電路，用于檢測車輛識別卡中各單元，當出現(xiàn)異常時 該電路會馬上自動復位重啟，同時該電路具有定時復位功能，設定間隔固定時間讓系統(tǒng)復 位或者指定間隔幾天后，在固定的時間點復位。所述的網(wǎng)絡傳輸模塊包括網(wǎng)絡交換機，用于實現(xiàn)多個車牌識別模塊的級聯(lián)以及與系統(tǒng)所在的卡口中電腦的 連接；光傳輸設備，用于當系統(tǒng)所在的卡口離數(shù)據(jù)中心較遠時，通過光纖完成安全的遠程數(shù) 據(jù)通訊。所述系統(tǒng)中，前端模塊還用于進行視頻圖像采集，在啟用視頻觸發(fā)模式時，車牌識 別模塊還用于對采集到的每一幀圖像指定的區(qū)域進行車牌檢測，同時基于背景檢測，檢測 其中的運動物體；如果檢測到車牌，則控制前端模塊進行抓拍，更新背景，繼續(xù)采集視頻圖 像；如果沒有檢測到車牌，背景檢測中也沒有檢測到運動物體，則更新背景，繼續(xù)采集視頻 圖像；如果沒有檢測到車牌，背景檢測中檢測到運動物體，并且最近N幀內(nèi)沒有觸發(fā)抓拍， 則控制前端模塊進行抓拍，更新背景，繼續(xù)采集視頻圖像。本發(fā)明同時該發(fā)明幾乎集成了卡口車牌抓拍識別中的全部功能，采用一體化設計，用戶只要根據(jù)車道狀況和需要合理的配置該系統(tǒng)，大大減少了由于系統(tǒng)的復雜性帶了 的系統(tǒng)維護困難，提高了系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和可靠性，降低了系統(tǒng)維護的成本。而且提供 了系統(tǒng)狀態(tài)檢測功能，結合線圈觸發(fā)和視頻觸發(fā)方式，當線圈出現(xiàn)故障時，從線圈觸發(fā)模式 轉換到視頻觸發(fā)模式，保證了在線圈故障的情況下依然能夠實現(xiàn)車牌的抓拍和識別，同時 當出現(xiàn)故障或出現(xiàn)例如非法開箱的異常情況時將會提供遠程的故障報警信息；本發(fā)明還提供了多種同步補光模式，保證了抓拍所需的亮度，同時本發(fā)明中設計了自動調(diào)光機制，防止光暈、順光、逆光導致的無法拍清車牌的問題，實現(xiàn)全天候24小時車輛抓拍識別；本發(fā)明中 的車牌識別模塊采用分離設計，識別模塊中有多個識別卡，根據(jù)車道的數(shù)量來合理的配置 該系統(tǒng)，各個識別卡之間保持相對的獨立性，一塊識別卡的故障不會影響到其他車道識別； 同時，本發(fā)明中設計了數(shù)據(jù)緩存單元，即便斷網(wǎng)多天、非法掉電或關機都不會導致數(shù)據(jù)的丟 失；本發(fā)明還采用虛擬線圈的技術，根據(jù)相鄰車道的輸出進行邏輯分析，實現(xiàn)多車道的無縫 隙覆蓋，大大減少了所要鋪設的線圈數(shù)目。


圖1示出了現(xiàn)有技術的城市卡口車牌抓拍系統(tǒng)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的城市卡口車牌自動識別系統(tǒng)的結構框圖；圖3示出了當車經(jīng)過時線圈、車輛檢測器和車檢器控制模塊工作過程的示意圖；圖4示出了前端系統(tǒng)的結構示意圖；圖5示出了車牌識別卡的結構示意圖；圖6示出了基于視頻觸發(fā)和線圈觸發(fā)相結合的處理方法流程7示出了當車輛跨線行駛時虛擬線圈車道的示意圖；圖8示出了基于車牌的視頻觸發(fā)和基于背景的視頻觸發(fā)相結合的處理方法流程 圖；圖9示出了本發(fā)明在城市卡口中的一種應用實施例；圖中，101、車輛檢測單元102、車牌識別單元103、攝像頭104、LED補光單元105、 PC機200、線圈組201、車輛檢測器202、車檢器控制模塊203、車牌識別模塊204、前端模塊 205、網(wǎng)絡傳輸模塊206、車輛檢測模塊401、攝像機402、LED補光單元403、同步單元404、通 訊單元405、控制單元406、配置單元407、外同步接口 408、電源同步檢測單元501、DSP處理 器502、圖像采集單元503、圖像處理單元504、測速單元505、網(wǎng)絡通訊單元506、前端控制接 口 507、觸發(fā)邏輯控制單元508、實時時鐘單元509、數(shù)據(jù)緩存單元510、看門狗電路
具體實施例方式為了更好的說明本發(fā)明的具體實施過程，以下結合附圖加以說明，如圖2所示，為 一種用于城市卡口或公安卡口的車牌自動識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括線圈組200、由車輛檢測 器201和車檢器控制模塊202組成的車輛檢測模塊206、車牌識別模塊203、前端模塊204、
網(wǎng)絡傳輸模塊205 ；其中，線圈組200包括若干套線圈線圈1、線圈2......線圈N，每套
線圈分為測速線圈和抓拍線圈，測速線圈用來測速，抓拍線圈用來抓拍圖片，每車道對應一 套線圈，每套線圈根據(jù)是否需要線圈測速來配置。如果需要測速，則每套包括測速線圈和 抓拍線圈，反之只配置抓拍線圈。前端模塊204包括多個前端系統(tǒng)，前端系統(tǒng)1、前端系統(tǒng)
2......前端系統(tǒng)N。每一車道配置一前端系統(tǒng)，如果需要拍攝車輛通過時整個路面以及整
車的圖片數(shù)據(jù)，則還需增加一個拍攝全景的前端系統(tǒng)，為同方向上的各個車道提供全景圖 像。車輛檢測模塊206中，車檢器控制模塊202對車輛檢測器201進行控制，車輛檢測器201 接收線圈組200傳遞過來的模擬信號并對其進行檢測，并將這些檢測結果通過車檢器控制 模塊202傳遞到車牌識別模塊203中，車牌識別模塊203中有多個車牌識別卡，數(shù)據(jù)信息在各識別卡中進行識別；識別后的數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡傳輸模塊205。網(wǎng)絡傳輸模塊205包括光 通訊單元和網(wǎng)絡交換機，車牌識別模塊203中各個車道的車牌識別卡都將集連在網(wǎng)絡交換 機上，通過網(wǎng)絡交換機再將數(shù)據(jù)上傳到卡口的數(shù)據(jù)中心；如果卡口離數(shù)據(jù)中心較遠，就需要 在網(wǎng)絡傳輸模塊205與數(shù)據(jù)中心之間增設光通訊單元，通過光纖將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心。下面結合圖3說明車輛檢測模塊206中車輛檢測器201與車檢器控制模塊202的 工作過程兩者用于檢測線圈狀態(tài)變化，將接收到的脈沖信號傳送至車牌識別模塊203。汽 車從行進的方向上行駛，順經(jīng)過線圈組200中的某一套測速線圈和抓拍線圈時，會引起線 圈磁通量的變化，車輛檢測器通過對磁通量的變化進行檢測產(chǎn)生如圖的兩個脈沖脈沖a 和脈沖b，車輛檢測器201將該脈沖信號傳遞給車檢器控制模塊202，車檢器控制模塊對相 連車道的脈沖進行邏輯分析，將屬于同一車道的兩個脈沖信號發(fā)送給相應的車牌識別模塊 203。車牌識別模塊203再根據(jù)計算兩個脈沖之間的間隔St以及測速線圈和抓拍線圈之 間的間隔S 1就能計算車輛通過該位置的速度ν
<formula>formula see original document page 8</formula>由圖2和圖3所示，前端模塊204中，對應車道的前端系統(tǒng)的攝像頭對準相應抓拍 線圈所在的位置，當車經(jīng)過該抓拍線圈時，脈沖b就會觸發(fā)車牌識別模塊203，車牌識別模 塊203獲取前端模塊204傳輸過來的視頻圖像進行車牌的抓拍，車牌識別模塊203根據(jù)抓 拍的圖像進行車牌的識別。如果對應線圈組200的該套線圈中抓拍線圈或者測速線圈出現(xiàn) 故障，如線圈中的繞組線圈斷開等，車輛檢測器201則可以檢測到該故障并將故障信息傳 遞給車檢器控制模塊202，車檢器控制模塊202得到該故障信息后會向車牌識別模塊203發(fā) 送相應車道的報警信號，車牌識別模塊203根據(jù)該報警信號進行相應的動作。如圖4所示，前端模塊204用于在車輛識別模塊203的控制下完成對車輛抓拍并 將抓拍到的車輛圖像傳送至車牌識別模塊203。一套前端系統(tǒng)包括攝像機401、LED補光單 元402、同步單元403 (如虛線所示)和通訊單元404。同步單元403包括控制單元405、配 置單元406、外同步接口 407和電源同步檢測單元408。攝像機401用于拍攝車牌視頻圖像； LED補光單元402在光線不足的情況下，實現(xiàn)對攝像機401的補光；同步單元403用于使同 一方向上的所有攝像機同時拍攝，并使得所有LED補光單元配合攝像機同時補光。本發(fā)明不僅實現(xiàn)攝像機與補光同步，而且實現(xiàn)各個車道對應的攝像機與補光燈都 同步，這樣就能使相鄰車道之間相互補光，達到增強補光效果的作用。為此，本發(fā)明中設計 3種同步方式內(nèi)同步、外同步和電源同步；這三種同步方式對應不同的系統(tǒng)配置如果該 系統(tǒng)的設置中不要求相鄰車道直接相互補光，就選用內(nèi)同步方式，如果需要相鄰車道相互 補光，則選用外同步或者電源同步。一種具體的實施方案如圖4，同步單元403包括控制單 元405和配置單元406，在外同步方式中還需要有外同步接口 407，在電源同步方式中還需 要有電源同步檢測單元408。同步方式的選擇通過對系統(tǒng)的配置來實現(xiàn)，如果配置單元406輸出的配置信息為 內(nèi)同步，則攝像機401和LED補光單元402在控制單元405產(chǎn)生的時序時鐘驅動下同步工 作；如果配置單元406輸出的配置信息為外同步，則需要外部額外的同步時鐘線通過外同 步接口 407接入控制單元405，使得同方向同斷面上的所有攝像機和LED補光單元同時同步 工作；如果配置單元406輸出的配置信息為電源同步方式，則要求需要同步的前端系統(tǒng)的220V交流電源輸入的零線和火線接入一致，通過前端系統(tǒng)中的電源同步檢測單元408檢測 220V交流中的50Hz工頻信號，該信號被傳輸至控制單元405，對所有的攝像機和LED補光 單元進行同步，這種方式不需要額外的同步線，安裝簡潔，施工簡單。不管是采用哪種同步方式，LED補光單元402和攝像機401都是在對應的控制單元405所產(chǎn)生的同步時鐘信號控制下以25幀/秒的頻率進行頻閃曝光和拍攝，對每一場圖 像都曝光。因此可以看出，使用內(nèi)同步的方式下，只有同一前端系統(tǒng)中的攝像機401和LED 補光單元402同步頻閃拍攝，當采用外同步或電源同步時，該斷面上的所有攝像機和LED補 光燈都同時頻閃，同時拍攝，這樣大大增強了補光效果。前端系統(tǒng)中的通訊單元404主要是將車牌識別模塊203以RS485信號格式發(fā)送過 來的指令通過電平轉換，將RS485信號轉換為TTL串行數(shù)據(jù)，用來控制攝像機401和控制單 元405。攝像機401將拍攝下的視頻信號傳送給車牌識別模塊203，車牌識別模塊203通過 對攝像機401拍攝下的視頻信號進行亮度分析，并與車牌識別模塊203中配置的分時段調(diào) 光基準和調(diào)光參數(shù)進行對比，進而控制攝像機401的光圈、快門和增益達到調(diào)節(jié)視頻亮度 的要求，如果亮度達到需要補光的基準則發(fā)送指令給同步單元403，由同步單元403的控制 單元405通過頻閃信號開啟LED補光單元402進行補光，否則關閉LED補光單元402。車牌識別模塊203用于在接收到脈沖信號時，抓取各前端系統(tǒng)傳送過來的視頻信 號進行車輛的抓拍；并從前端模塊204接收抓拍到的車輛圖像并進行分析，獲取車牌和車 輛數(shù)據(jù)并發(fā)送至網(wǎng)絡傳輸模塊205。車牌識別模塊203含有多個車牌識別卡，車牌識別卡的 數(shù)目根據(jù)具體的車道數(shù)進行配置，一個車牌識別卡包括DSP處理器501、圖像采集單元502、 圖像處理單元503、測速單元504、網(wǎng)絡通訊單元505、前端控制接口 506、觸發(fā)邏輯控制單元 507、實時時鐘單元508、數(shù)據(jù)緩存單元509以及看門狗電路510，如圖5所示。車牌識別卡以DSP處理器501為核心，該DSP處理器501與識別卡中各單元連接， 用于控制各單元的操作。圖像采集單元502負責對全景圖像和特征圖像的視頻采集，全景 視頻部分用來監(jiān)視車輛通過該卡口的全景圖像，為該組車輛通行記錄提供車身、車貌和車 色的整車信息；特征視頻部分用來抓取車牌圖像，為車牌識別提供車牌信息，該單元以每秒 25幀的頻率對圖像進行采集。圖像處理單元503完成對特征視頻的圖像處理，包括車牌的 檢索、車牌定位、車牌識別、視頻觸發(fā)以及測光分析等處理，當抓取到車牌之后對全景和特 征圖片進行JPEG壓縮和圖像疊加。測速單元504負責對觸發(fā)信號進行分析，轉換為速度信 息。觸發(fā)邏輯控制單元507負責對車檢器控制模塊202傳輸?shù)男盘?例如，脈沖a和b)進 行隔離轉換，并對線圈的狀態(tài)進行檢測，提供觸發(fā)信號給測速單元并提供線圈故障報警信 號。前端控制接口 506根據(jù)圖像處理單元503做出的測光分析與調(diào)光基準比對，發(fā)出控制 信號以對前端系統(tǒng)204進行調(diào)光控制。網(wǎng)絡通訊單元505連接至網(wǎng)絡傳輸模塊205，以與 數(shù)據(jù)中心的電腦或服務器的數(shù)據(jù)交互，上傳車輛數(shù)據(jù)和狀態(tài)報警等。數(shù)據(jù)緩存單元509在 網(wǎng)絡出堵塞，網(wǎng)絡通訊單元505無法將數(shù)據(jù)上傳時，會將車輛數(shù)據(jù)緩存在該單元中，當網(wǎng)絡 恢復通暢之后，再將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心，為了不影響車牌識別卡抓取車輛數(shù)據(jù)，防止積累 數(shù)據(jù)過多上傳過程中出現(xiàn)網(wǎng)絡超負荷的情況，緩存數(shù)據(jù)的上傳可以采用被動方式，數(shù)據(jù)中 心通過定時查詢獲取車牌識別卡中的車輛數(shù)據(jù)，成功接收后，刪除車牌識別卡中的數(shù)據(jù)。實 時時鐘單元508為整個車牌識別卡提供基準時間，根據(jù)此時間進行調(diào)光、時間信息疊加等 操作?？撮T狗電路510負責對整個識別卡的檢測，如果出現(xiàn)異常導致識別卡程序崩潰，看門狗電路將產(chǎn)生復位信號，對該識別卡復位重啟；另外，該識別卡可以使能定時復位，當時間 運行到設定的時間點時會啟動看門狗電路復位該識別卡，防止長時間的運行導致的錯誤積累.車牌識別卡集成了基于線圈觸發(fā)和基于視頻觸發(fā)的兩種觸發(fā)方式，兩種方式可以 單獨使用，也可以協(xié)調(diào)使用，由于該系統(tǒng)中設計了對線圈狀態(tài)的檢測，當線圈出現(xiàn)故障，車 輛檢測器201就會通過車檢器控制模塊202將所在的線圈故障信號傳輸?shù)街付ǖ能嚺谱R別 卡。如果車牌識別卡使能了線圈故障自動切換功能，識別卡將自動切換到視頻觸發(fā)模式， 同時發(fā)送線圈故障信息到所連接的電腦或服務器，提醒用戶進行檢修。其具體的處理流程 如圖6所示系統(tǒng)啟動后判斷是否進行視頻觸發(fā)，如果是，則按照常規(guī)的流程獲取特征視頻 圖像，進行視頻檢測，在有車經(jīng)過時獲取視頻圖像并進行車牌識別，判斷車牌是否有效，有 效的話將進行數(shù)據(jù)上傳；上傳結束后，進行下一輪的檢測。識別的車牌數(shù)據(jù)無效的話重新 進行下一次的視頻觸發(fā)的判定；如果不進行視頻觸發(fā)，則進行線圈狀態(tài)檢測，在線圈無故障 時采用正常的線圈觸發(fā)流程，檢測是否有車通過，如果有車通過，則獲取全景和特征視頻圖 像，并進行車牌識別，并將識別后的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)上傳，上傳結束后，進行下一輪的檢測；否 則直接進行下一輪的檢測。在線圈有故障時，則判斷是否啟用了切換，如果啟用了切換，則 獲取特征視頻圖像，然后繼續(xù)進行視頻檢測等過程；否則直接進行下一輪的檢測。上述的車牌識別卡視頻觸發(fā)中融合了基于車牌的視頻觸發(fā)和基于背景的視頻觸 發(fā)算法，基于車牌的觸發(fā)算法是在每一幀圖像中都對車牌進行檢測，如果檢測到車牌就說 明有車通過，否則沒有車通過，這樣對有車牌而且車牌相對比較清楚的車輛來說比較準確， 但是對車牌污損或者無車牌的車輛來說就很可能漏掉?；诒尘坝|發(fā)的算法是對背景中的 運動目標進行檢測，有無車牌都能夠進行檢測，但是基于背景的觸發(fā)方式對光照、路面紋理 比較敏感，特別是太陽照射下的影子、晚上車燈的投影，很難準確的定位車的真正位置，所 以基于背景的觸發(fā)方式有比較高的誤觸發(fā)率，在本發(fā)明中將兩種結合起來，以車牌觸發(fā)為 主，基于背景觸發(fā)為輔，在從觸發(fā)時間和空間上進行邏輯判定，如圖8所示，具體的步驟如 下1、各前端系統(tǒng)的攝像機以25幀/秒的速度對特征相機的視頻圖像進行采集，以獲 取特征視頻數(shù)據(jù)；2、獲取特征視頻之后由車輛檢測器201和車檢器控制模塊202對該視頻圖像做基 于車牌的視頻檢測，檢測其中指定的區(qū)域是否有車牌通過，如有則說明有車通過，設置有車 通過標識位，進入第4步，否則進入第3步；3、對視頻圖像做基于背景的運動檢測，如沒有檢測到運動目標，則直接跳轉到第4 步，如果檢測到運動目標，而且在前N(N值與實際車輛運行的平均速度有關，速度越高取值 越小，在本實施例中，80Km/h時，取典型值5)幀內(nèi)都沒有檢測到運動目標，說明有車通過， 而且是新運動目標，則設置有車通過標識位，否則進入第4步；4、如果沒有檢測到運動目標通過，或者檢測到運動目標，但是前N幀已經(jīng)檢測到 運動目標，或者由第2、3步檢測到車輛通過而且設置了有車通過標識位，則將最新視頻圖 像中的背景進行更新，以便下一次的背景檢測。上述基于背景觸發(fā)和基于車牌觸發(fā)相結合的辦法減少了基于車牌觸發(fā)對無車牌、 污損車牌和遮擋車牌的漏觸發(fā)，同時也彌補了基于背景觸發(fā)方式光照和路面紋理等造成的誤觸發(fā)，這種方式大大改善了整體的觸發(fā)率和準確率。車輛檢測模塊206用來完成對線圈狀態(tài)檢測和觸發(fā)信號的邏輯分析功能，在無縫隙覆蓋的卡口系統(tǒng)中，由于使用的為標清攝像機，在保證識別率的情況下，一個攝像機只能 覆蓋一個車道，在多車道的道路中，如圖7所示，車道與車道之間的間隔將是個盲區(qū)，因為 如果車輛騎線行駛，車道1和車道2中只有半張車牌，通過車輛檢測器201和車檢器控制模 塊202得到的數(shù)據(jù)則不具備意義。這樣就無法進行整個車牌的識別，由于線圈與線圈之間 必須保持一定的距離，在車道之間再沒法鋪設線圈，即使鋪設也會由于線圈的串擾導致車 檢器靈敏度降低或故障。為了在多車道中實現(xiàn)無縫隙覆蓋，本發(fā)明中采用了虛擬線圈的方式。在相鄰車道 中間配置識別卡和攝像機，當車輛沒有跨線行駛時，各個車道前端系統(tǒng)中的線圈負責監(jiān)控 各個車道的車輛觸發(fā)情況；當車輛跨線行駛(相鄰兩種線圈同時觸發(fā)或者間隔時間很小， 就認為是跨線行駛)，車輛將會觸發(fā)相鄰車道中間的識別卡來控制攝像機抓拍車牌數(shù)據(jù)。為 了防止因為車輛并排行駛導致的相鄰車道同時觸發(fā)，在虛擬車道觸發(fā)的同時，相鄰車道都 同時進行觸發(fā)，這樣避免了由于誤判導致的漏觸發(fā)。當檢測到線圈出現(xiàn)故障時，所在車道的 識別卡將獲得線圈故障報警信息，與此同時該線圈所毗鄰的虛擬線圈車道也獲得線圈故障 報警信號。上述用于城市卡口或公安卡口的車牌自動識別系統(tǒng)主要應用于車輛出入管理、超 速抓拍以及出入監(jiān)測等，其施工安裝簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，不僅對光線變化適應性高，而且 抓拍和識別率高，能滿足在不同城市卡口和公安卡口對車牌抓拍的需求。如圖9所示，是本發(fā)明在城市卡口中的一種應用實例，是一個兩車道的實例，各前 端系統(tǒng)架在路面以上7m左右的龍門架上，圖中只顯示了一個方向上的前端系統(tǒng)，上面架有 3個前端系統(tǒng)，其中前端系統(tǒng)1和前端系統(tǒng)2用來拍攝特征視頻圖像，前端系統(tǒng)3用來拍攝 全景視頻圖像。車輛檢測器201、車檢器控制模塊202、車牌識別模塊203和網(wǎng)絡通訊模塊 205都安裝在卡口機柜中。本實施例中，由于只有兩個車道，所以車牌識別模塊中只有兩塊 識別卡，各自分管一個車道識別，各前端系統(tǒng)中采用外同步方式，由全景攝像機所在的前端 系統(tǒng)3提供同步時鐘給前端系統(tǒng)1和前端系統(tǒng)2來完成整個方向上各個攝像機401和LED 補光單元402的同步。LPl和LP2、LP3和LP4分別為兩車道的測速線圈和抓拍線圈。車輛 行駛通過卡口時，由線圈LP1、LP2和前端系統(tǒng)1進行測速和抓拍，并由卡口機柜中的車輛檢 測器201、車檢器控制模塊202、車牌識別模塊203和網(wǎng)絡通訊模塊205進行車牌的識別和 數(shù)據(jù)上傳。以上具體實施方式
僅是說明本發(fā)明，而并非用于限定本發(fā)明。顯然，本領域的技術 人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā) 明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含 這些改動和變型在內(nèi)。
權利要求
一種城市卡口車牌自動識別系統(tǒng)，其特征在于，包括線圈組，連接至車輛檢測模塊，當車輛經(jīng)過時線圈產(chǎn)生脈沖信號；車輛檢測模塊，用于檢測線圈組，將接收到的脈沖信號傳送至車牌識別模塊；車牌識別模塊，用于在接收到脈沖信號時抓取前端模塊發(fā)送過來的視頻圖像，完成對整個車牌識別的視頻圖像處理過程，并通過網(wǎng)絡上傳處理結果；前端模塊，用于在車輛識別模塊的控制下對攝像機的同步曝光和補光、同時拍攝視頻圖像，并將視頻圖像傳輸?shù)杰嚺谱R別模塊；網(wǎng)絡傳輸模塊，用于將車牌和車輛數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述前端模塊包括多個前端系統(tǒng)，每一個 車道配置一個前端系統(tǒng)；前端系統(tǒng)包括攝像機，用于拍攝包括車牌視頻圖像的車輛圖像；LED補光單元，用于在光線不足的情況下，實現(xiàn)對攝像頭的補光；同步單元，用于使同一方向上的所有攝像機同時拍攝，并使得所有LED補光單元配合 攝像機同時補光。
3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述前端系統(tǒng)還包括通訊單元，用于將車 牌識別模塊以RS485信號格式發(fā)送過來的控制信號轉換為TTL串行數(shù)據(jù)，用來控制攝像機 和同步單元。
4.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，攝像機將拍攝下的視頻信號傳送給車牌 識別模塊，車牌識別模塊對視頻信號進行亮度分析，并與配置的參數(shù)進行對比，據(jù)此控制攝 像機的光圈、快門和增益達到調(diào)節(jié)視頻亮度，如果亮度達到需要補光的基準則發(fā)送指令給 同步單元，開啟LED補光單元進行補光，否則關閉LED補光單元。
5.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述同步單元包括控制單元和配置單元， 配置單元用于配置控制單元的同步方式；當同步方式為內(nèi)同步方式時，控制單元產(chǎn)生同步 時鐘驅動攝像機和LED補光單元同步工作。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，當同步方式為外同步方式時，所述同步單 元還包括外同步接口，外部的同步時鐘線通過外同步接口接入同步控制單元，使得同方向 同斷面上的所有攝像機和LED補光單元同步工作。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，當同步方式為電源同步方式時，所述同步 單元還包括電源同步檢測單元，其檢測前端系統(tǒng)的220V交流電源輸入中的50Hz工頻信號， 通過該信號來同步所有的攝像機和LED補光單元。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，車輛檢測模塊包括車輛檢測器，用于檢測線圈組，當有車輛通過線圈時接收線圈產(chǎn)生的脈沖信號并傳送 給車檢器控制模塊；車檢器控制模塊，用于將脈沖信號傳送至車輛識別模塊，并對車輛檢測器的狀態(tài)和脈 沖信號進行邏輯分析和控制，當車輛檢測器或線圈發(fā)生故障或出現(xiàn)異常時發(fā)送故障報警信號。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，車牌識別模塊從車輛檢測模塊接收到線 圈發(fā)生故障時所發(fā)送的故障報警信號，自動切換到視頻觸發(fā)模式，同時將該故障報警信號 通過網(wǎng)絡傳輸模塊上傳至數(shù)據(jù)中心。
10.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，車牌識別模塊包括多個車輛識別卡，車 輛識別卡的數(shù)目根據(jù)車道數(shù)目進行配置，每個車輛識別卡包括圖像采集單元，用于從前端系統(tǒng)采集車輛圖像；圖像處理單元，用于根據(jù)采集到的車輛圖像完成車牌定位和車牌識別；觸發(fā)邏輯控制單元，用于完成與車輛檢測模塊相連的控制接口，實現(xiàn)車輛觸發(fā)邏輯的 控制，根據(jù)車輛檢測模塊傳送的信號產(chǎn)生觸發(fā)信號并提供給測速單元；測速單元，用于對觸發(fā)信號進行分析，轉換為速度信息；網(wǎng)絡通訊單元，用于實現(xiàn)與車輛檢測模塊的信息交互，向網(wǎng)絡傳輸模塊傳輸包括車牌 定位信息、車牌識別信息、速度信息和故障報警信號的數(shù)據(jù)；DSP處理器，用于控制車輛識別卡中各單元的操作。
11.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述車輛識別卡還包括前端控制接口，用于與前端系統(tǒng)通訊以完成對攝像機以及LED補光單元的控制；實時時鐘單元，用于為整個車牌識別卡提供基準時間，獲取車輛抓拍時的日歷和時間 fn息；數(shù)據(jù)緩存單元，用于當網(wǎng)絡出現(xiàn)異常無法傳輸數(shù)據(jù)時，緩存數(shù)據(jù)，當網(wǎng)絡通訊恢復后再 上傳數(shù)據(jù)；看門狗電路，用于檢測車輛識別卡中各單元，當出現(xiàn)異常時該電路會馬上自動復位重 啟，同時該電路具有定時復位功能，設定間隔固定時間讓系統(tǒng)復位或者指定間隔幾天后，在 固定的時間點復位。
12.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，車牌識別模塊包括多個車輛識別卡，每 個車道配置一個車輛識別卡，在相鄰車道中間配置一個車輛識別卡，每個車道配置一個或 多個線圈，前端模塊包括多個攝像機，在相鄰車道中間配置有攝像機；當車輛騎線行駛時，則相鄰兩個車道的線圈會同時產(chǎn)生脈沖信號，車輛檢測模塊將接 收到的脈沖信號傳送至車牌識別模塊；相鄰車道中間的車輛識別卡在接收到該脈沖信號 時，從前端模塊發(fā)送的視頻信號中抓取圖像數(shù)據(jù)，進行車輛的抓拍。
13.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的網(wǎng)絡傳輸模塊包括網(wǎng)絡交換機，用于實現(xiàn)多個車牌識別模塊的級聯(lián)以及與系統(tǒng)所在的卡口中電腦的連接；光傳輸設備，用于當系統(tǒng)所在的卡口離數(shù)據(jù)中心較遠時，通過光纖完成安全的遠程數(shù) 據(jù)通訊。
14.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，前端模塊還用于進行視頻圖像采集，在 啟用視頻觸發(fā)模式時，車牌識別模塊還用于對采集到的每一幀圖像指定的區(qū)域進行車牌檢 測，同時基于背景檢測，檢測其中的運動物體；如果檢測到車牌，則控制前端模塊進行抓拍， 更新背景，繼續(xù)采集視頻圖像；如果沒有檢測到車牌，背景檢測中也沒有檢測到運動物體， 則更新背景，繼續(xù)采集視頻圖像；如果沒有檢測到車牌，背景檢測中檢測到運動物體，并且 最近N幀內(nèi)沒有觸發(fā)抓拍，則控制前端模塊進行抓拍，更新背景，繼續(xù)采集視頻圖像。
全文摘要
本發(fā)明城市卡口車牌自動識別系統(tǒng)，屬于監(jiān)控領域，包括線圈組，連接至車輛檢測模塊，當車輛經(jīng)過時線圈產(chǎn)生脈沖信號；車輛檢測模塊，檢測線圈，將接收到的脈沖信號傳送至車牌識別模塊；車牌識別模塊，接收到脈沖信號時抓取前端模塊發(fā)送過來的視頻圖像，完成對整個車牌識別的視頻圖像處理過程，并通過網(wǎng)絡上傳處理結果；前端模塊，在車輛識別模塊的控制下對攝像機的同步曝光和補光、拍攝并將視頻圖像傳輸?shù)杰嚺谱R別模塊；網(wǎng)絡傳輸模塊，將車牌和車輛數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心。本系統(tǒng)通過采用一體化設計，集成卡口車牌抓拍識別中的大部分功能，大大減少了由于系統(tǒng)的復雜性帶了的系統(tǒng)維護困難，提高了系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和可靠性，降低了系統(tǒng)維護的成本。
文檔編號G08G1/052GK101807346SQ20091007774
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月16日 優(yōu)先權日2009年2月16日
發(fā)明者周國華, 張開春, 晏峰, 秦緒彬 申請人:漢王科技股份有限公司