车牌识别技术及其在高速公路中的应用

郑州大学信息网络重点实验室 张永胜

车牌识别技术及其在高速公路中的应用

郑州大学信息网络重点实验室 张永胜

一、系统功能

近年来，随着计算机技术的飞速发展，交通科技领域也有了长足的进步，全国的高速公路基本实现了区域性的联网收费，河南省高速公路目前采用的是封闭式联网计重收费模式，出于防止换卡的目的，入口和出口均需手工输入车牌照的后3位，收费车道软件具备入、出口输入牌照比对功能，对于车牌号出入口录入不符的车辆可自动提示收费员，但是，在具体使用中存在以下问题。

1.人工输入工作量大，速度较慢，对服务水平造成一定的影响。且夜间或大交通量车辆排队情况下都会造成收费员无法正常观察到车牌照。在部分管理不严格的收费站，收费员不输或随意输入现象较为严重。

2.随着进一步深化治超工作以及河南省计划实施非现金收费，现有的人工输入方式无法提供完整的车牌照信息。

3.部分收费站自动发卡车道配置了少量车牌照自动识别设备，但由于缺乏统一的标准，在与车道控制器的通信协议、设备配置以及识别率方面均存在着一定的问题。

因此，我们以车牌照识别器为核心，在不影响收费系统的情况下，在所有车道安装全车牌自动识别系统，并更换新型收费键盘，实现高速公路收费系统全车牌自动识别和输入，以及对逃费车辆黑名单的自动报警，从而实现高速公路收费的全部智能化、自动化，将大大提高提高服务和管理水平，减少通行费的流失。

二、常用逃费伎俩及解决方案

目前联网收费主要依据的是车型和收费里程，因此出现了大量以这2个元素为出发点，利用系统漏洞来缩短收费里程和降低车型，从而实现逃费的伎俩。

1.换卡。封闭式高速公路一般采取“入口领卡、出口交费”的管理模式。换卡逃费采用的一般是将通行卡换成里程短、小型车的通行卡，由于目前通行卡上车牌信息不足，很难辨别是否逃费，有了全车牌识别系统，在入口处，车道控制机将号牌识别结果和号牌二值化图像写入通行卡中，由司机将通行卡携带到出口处。在出口处，车道控制机自动比对出入口的号牌识别结果和号牌二值化图像，以确认是否是入口本车辆所发通行卡，如果发现不匹配，则同时在车道控制机和站级系统报警，提示人工干预处理。

2.车型降档。以往在收费过程中，车型采用人工判别，这就不可避免的出现误判、徇私舞弊的现象。如果我们搜集好车牌信息，建立了数据库，并安装了车牌识别仪后，在出口的时候就能自动判别车型，并能比对收费员是否操作错误，从而避免舞弊和人为失误。

3.黑白名单车辆管理。建立黑白名单车辆数据库，当黑名单车辆通过出口的时候，系统会自动报警，提示进行相关处理。现在政策免费车很多，如军警车、绿色通道车、交通执法车、政府公务车等，收费员一般都是通过对讲机与监控室人员进行确认，监控员在系统中进行查询，处理速度较慢，有时收费人员利用这些免费车项目，将正常收费的车辆按免费车处理，造成通行费流失，当建立了白名单数据库后，只有白名单数据库中的免费车辆通过时，才能免费放行。可以简化很多繁琐程序，还可日后稽查。

4.出口跟车冲卡。车辆通过跟车等方式进行逃费，从而造成了通行费流失，也流失了通行卡，更有甚者，逃费司机预留通行卡，有时不仅逃掉了本次费用，也为“倒卡”逃费创造了可能。

高清成像更适合需要。目前汽车牌照识别器可提供一幅包含清晰车辆号牌的车辆全貌的高清晰图像给车道控制机，便于收费员辨认车型和车内人员特征（闪光灯补光模式）。此包含车牌全部信息和车内人员特征的信息储存于系统中，也更加有利于公安刑侦部门打击犯罪。

三、系统构成

车牌自动识别系统由卡口前端抓拍单元、网络传输单元和后端处理单元组成。实现对通行车辆信息的采集、传输、分析、处理与集中管理。如图1所示。

1.车辆检测单元（沿用已有的设备）。系统应用当今被广泛使用的、精度最高的地感线圈检测方式作为系统的车辆检测手段。车辆检测器与高清抓拍摄像机之间采用串口方式通信，当车辆通过检测区域时，车辆检测器通过串口信号触发摄像机进行过车抓拍。主要由地感线圈、车辆检测器等设备组成。

2.高清图像采集及识别处理单元。实现对车辆综合信息的采集，包括车辆特征照片、车牌号码与颜色、车身颜色、司乘人员等。并完成图片信息捕获、识别等功能，主要由高清抓拍摄像机、补光设备等设备组成。

3.网络传输单元。主要由交换机以及传输链路组成，将前端收费站节点与中心应用系统互联，完成数据信息的传递和交互。

4.后端处理单元。按照全省统一协议提供一个标准的输入输出接口，将识别结果传输给车道控制器。将识别结果应用于收费系统可实现防止换卡、辅助车型分类、黑名单车辆管理等功能。

四、识别原理和过程

车辆牌照识别系统的基本工作原理为：将摄像头拍摄到的包含车辆牌照的图像通过视频卡输入到计算机中进行预处理，再由检索模块对牌照进行搜索、检测和定位，并分割出包含牌照字符的矩形区域，然后对牌照字符进行二值化并将其分割为单个字符，然后输入JPEG或BMP格式的数字，输出则为车牌号码的数字。具体过程分为图像预处理、车牌定位、字符分割、字符识别。

1.图像预处理。对汽车图像进行图像转换、图像增强和边缘检测等。

2.车牌定位。从预处理后的汽车图像中分割出车牌图像。即在一幅车辆图像中找到车牌所在的位置。

3.字符分割。对车牌图像进行几何校正、去噪、二值化以及字符分割以从车牌图像中分离出组成车牌号码的单个字符图像。

4.字符识别。对分割出来的字符进行预处理（二值化、归一化），然后分析提取，对分割出的字符图像进行识别给出文本形式的车牌号码。

五、与现有收费系统的关系

车牌识别系统主要包含抓拍单元、补光灯。该系统独立性高，使用和不使用时，都不会影响现有收费系统的正常工作。

首先，从系统结构上来说，本方案车牌识别系统为“硬件模式”，即车牌识别系统的图像采集、分析识别均独立于收费系统，其有自己专用的完全独立的抓拍摄像机，处理单元与抓拍单元分体设计，安装于收费亭内，分析识别单元的功能在车道上实现，保证了其运行的稳定性，且维护界面清楚，简化了结构。

其次，从通讯接口的软件实现上来说，无论车道上的汽车牌照识别器与车道机的通讯还是站后台管理服务器与车道机的通讯（如果需要的话），都采用动态链接库的方式。无论车牌识别系统（包含汽车牌照识别器和站后台管理服务器）正常工作、非正常工作还是在关闭的情况下，收费软件调用的接口函数都有返回值，都不会对收费系统的正常工作产生影响。因为系统的独立性，彻底解决了日后车牌识别系统维护升级时对收费软件的影响。

车牌是车辆的唯一的“身份证”，有了车牌自动识别系统，可以使高速公路管理细化到每一辆车，彻底解决了高速公路普遍存在的倒卡、换卡、恶意闯关等逃费的难点，利用车牌识别技术，又能辅助车型分类，建立黑白名单。这样既挽回了经济损失，又提升了高速公路联网收费的管理水平，也大大减少了收费员工作强度，更加适合形势的需要，相信将来会在联网收费中发挥更大的作用。