高速公路收费站高清视频车牌识别系统的研究

薄秀丽

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 高速公路收费站车牌识别系统现状

现有全国高速公路收费站建设的车牌识别系统大多数采用标清视频摄像机加DSP板卡处理模式，图片清晰度不高，系统识别性能低，仅能防止倒换卡，不能解决其倒换卡的同时换车牌的问题，并且系统环境适应性弱、安装维护成本高。尤其是DSP板卡模式占用车道控制机较多系统资源，影响系统的稳定性。正因为全国高速公路车牌识别系统建设目前呈现出的现状，导致了种种技术和规划部署上的问题，这些问题日益凸显，亟待解决。

收费站系统效率的提高取决于车牌识别的准确率，因抓拍照片模糊导致车牌识别准确率下降，进而导致系统识别精度下降。这将严重影响到及时、准确、有效地进行通行车辆管理，甚至造成交通费用的流失。

2 高清视频车牌识别系统方案

2.1 系统构成图

图1 高清视频车牌识别系统构成图

2.2 系统组成

高清视频车牌识别系统由车辆检测器、高清视频图像数字信号处理器及通讯模块组成。从而实现车辆信息的集中管理。

2.2.1 车辆检测器

收费车道上的环形线圈车辆检测器对通行车辆进行实时检测，当车辆进入环形线圈时，车辆检测器通过检测线圈电感量变化来探测到车辆，并获取信号，从而触发摄像机来抓拍车牌。由于有微处理器的智能控制作用，车检器的灵敏度可以适应各种要求，对不同大小的感应线圈和引线也能良好匹配。

2.2.2 高清视频图像数字信号处理器

数字信号处理器DSP包括抓拍单元、补光单元和立柱单元等装置，数字信号处理器用于运行算法，对采集到的动态视频和图片进行高速处理，获得车牌号码的识别结果、车牌图像和匹配结果，增强了系统处理能力，使得系统结构清晰，扩展方便。

2.2.3 通讯单元

完成数据信息的传输与交换。主要由交换机以及传输链路组成，完成数据信息的传递、交互。

2.3 应用及实现方法

2.3.1 防止通行费流失、防止换卡、防止换卡同时换车牌

2.3.1.1 实现原理

封闭式高速公路管理形式为“入口领卡、出口交费”，在入口处，车牌识别系统抓拍当前车辆车牌进行识别（即牌照的汉字、英文字母、数字、颜色），同时提供车牌二值化图并同识别结果、车牌图片打包实时上传到本地车道工控机，以便车道收费软件能够将车牌信息和车牌的二值化图像存入IC卡，作为出口车道比对车牌号的依据。出口车牌信息与入口车牌信息比较，将比对结果反馈给车道收费软件，如果发现不匹配，则在车道控制机和站级系统报警，提示人工干预处理。

2.3.1.2 处理流程图

图2 入口流程图

图3 出口流程图

封闭式高速公路上，在入口处，入口数据编写进IC卡中，然后由司机将IC卡携带到出口处。收费员操作结束后，由入口车道控制机产生的处理数据（号牌识别结果、入口站号、车型、处理类型、车道号、收费员工号、通过时间等）存储在本地车道控制机的同时实时上传至收费站系统。

在出口处，车道控制机将出口牌照识别器识别的号牌与IC卡上的入口号牌比对，如果发现不匹配，则自动调用号牌图像比对模块，比较出入口的号牌二值化图像是否匹配，如果不匹配则在车道控制机上显示出入口号牌二值化图像，同时向站级系统报警。

由于实际实施过程中，号牌识别率不可能达到100%，因此必然存在一部分无法通过汽车牌照识别器设备正确识别号牌的车辆，即号牌匹配也不能达到100%，为了弥补这一缺陷，方案设计中采用了号牌二值化图像自动比对技术。同时二值化图像自动匹配技术解决了污损严重的号牌匹配鉴别的难题。系统生成的号牌二值化图像数据量非常小，能够存储到IC卡中，因此，在出入口之间传送号牌图像不需要网络支持，对系统要求低，图像传送安全、快速、可靠。

2.3.1.3 二值化号牌图像自动比对算法

图像自动比对是一个相对复杂的技术问题。图像比对主要采用旋转校正、滑动匹配、伸缩匹配等方法来判断两幅图像是否来自于同一个目标。

将号牌图像匹配模块封装成一个动态链接库，由车道控制机的收费软件调用接口函数，完成图像匹配的过程。

号牌图像自动比对算法解决了在无法获得可信的号牌识别结果的情况下，出入口号牌信息匹配的问题。由于采用定向反射加自然光进行号牌定位，因此号牌图像定位率高，号牌二值化图像可信，因此，例如在号牌污损比较严重的情况下，利用出入口号牌二值化图像自动匹配有利于弥补号牌识别技术的缺陷。

2.3.2 辅助车型分类

2.3.2.1 实现方法

在收费站数据服务器上建立号牌和车型对应库，当收费员输入车型后，将通行车辆的号牌和车型传入数据服务器，和库中相应车辆进行比较。

2.3.2.2 处理过程

a）自动建库 当车第一次通过时，监控程序将通过车辆的号牌和收费员输入的车型自动存入站数据服务器中的号牌和车型对应库中。

b）自动报警 当同一辆车再次通过该站时，监控程序发现此次收费员判断的号牌和车型与对应库中的不符，则自动报警，提醒监控员进行稽查。

c）稽查处理 监控员通过看车辆图像和录像，来确定此车正确的车型，并更新号牌和车型对应库。

2.4 系统功能

a）具有车辆检测、抓拍功能。依据设定的逻辑，为闯卡逃费车辆，将抓拍图片、高清视频录像、车牌识别结果等信息上传至收费站服务器，作为违法证据处理。

b）具有车牌识别功能。在实时记录通行车辆图像的同时，还可识别符合“GA36—1992”、“GA36.1—2001”、“GA36—2007”标准的民用车牌照和“2012式”军车牌照、“2012式”武警车牌照的汉字、字母、数字、颜色等信息。

c）具有车牌颜色自动识别功能。系统能识别黑、白、蓝、黄、绿5种车牌颜色。

d）具有车牌图像输出功能。作为出口车道比对车牌号码的依据。

e）具有图片采集与叠加功能。方便车牌图片的归类、减少查询工作的繁杂性。

f）具有补光功能。对车灯起到抑制作用，夜间可得到清晰的效果。

g）具有后台数据管理。

h）具有高清视频输出功能。

i）具有违法车辆监控功能。该功能符合公安、业主对车辆管理的需求，在系统里建立有黑名单车牌库。

3 高清视频车牌识别系统特点

高清视频车牌识别系统采用了200万像素的高清视频摄像机，采集的车辆图片分辨率达到1 600×1 200（200万像素），远远高于传统普清牌照识别系统采集的40万像素的图片，极大地提高了图片清晰度及车牌识别准确率。

牌照识别主要依靠图片上牌照的有效像素，传统普清牌照识别系统因图片像素较低，为提高牌照识别率，仅采集车辆头部有车牌照的部分区域，丢失了车辆头部的完整图像信息，如完整采集车辆头部全貌，则导致牌照的有效像素降低，引起牌照识别率降低。而高清视频车牌识别系统可在一张图片中完成采集车辆头部全貌，并保证车辆牌照区域具有更高的像素点，提高牌照识别率。

智能补光灯选用智能LED频闪灯，通过与闪光灯配合使用，还可清晰地采集到车内驾乘人员的相貌，有助于辨识换卡车辆。图片的色彩还原性好，图片更逼真，比普清图片具有更好的图片效果。

不干扰收费系统的其他功能，识别速度快且不受计算机配置及任务的影响，体积小、功耗低，安装维护方便、供电方式灵活。

高清视频摄像机内部集成高速DSP芯片替代标清视频摄像机加后端处理模式进行视频图像采集、识别、处理等；车牌识别软件不断更新，车辆捕获率达到99%，整牌识别率达到98%，识别准确率不小于95%，能够识别军用车辆、民航车辆等特殊车牌，有效防止倒换卡或者换卡的同时换车牌现象。

4 结论

车牌自动识别系统是整个高速公路智能监控领域重要组成部分，近年来高速公路建设飞速发展，各省、市高速网逐步扩大，对各管理部门，尤其是收费、交通控制、安全方面提出了更高的要求。高速公路收费站高清视频车牌识别系统就是要实现车牌图像自动抓拍、车牌号码自动识别，通过智能化接口，缩短收费口的停留时间，从而提高服务水平。