基于Android平台智能手机的车牌快速识别系统

刁景泽, 王奕涵, 温淑焕

(1. 南开大学 数学科学学院, 天津 300071; 2. 天津市汇文中学, 天津 300030； 3. 燕山大学 电气工程学院, 秦皇岛 066004)

0 引 言

当今社会, 随着城镇化的普及, 城市人口的持续增加以及私家车的数量急剧上升, 随之带来的交通压力也不断增大, 社会治安管理成为人们关注的焦点。21世纪互联网和通信技术的飞速发展, 智能交通管理已经非常普及。而基于移动端的智能交通管理目前还较少, 但移动视频监控技术却非常成熟。在国外, 移动视频监控系统发展比较早, 韩国Nespot系统采用Zigbee协议, 通过图像采集设备将家庭的实时监控视频传输到移动端, 用户可以通过网络远程观看视频。2009年我国工信部发放3G牌照, 移动视频监控系统也逐渐地发展起来。但由于3G网络带宽的限制, 视频传输还存在各种问题, 如视频不流畅, 分辨率低等。2013年工信部发放了4G牌照, 配合智能手机, 使移动视频监控技术得到了快速发展[1-3]。各种基于4G网络传输的手机APP(Application)也如雨后春笋般出现, 也有许多视频以及具有社交功能的APP。

笔者将成熟的移动监控技术应用于交通管理上, 作为智能交通管理的一个辅助环节。基于Android智能手机平台开发车牌快速识别系统, 主要有以下特点： 利用手机拍照, 通过4G网络传输到后台服务器进行处理, 利用识别得到的车牌号在违章数据库中查询, 并将相关信息反馈到手机端。交警可录入新的违章信息以及相关视频图片到数据库。该UI(User Interface)界面简便, 操作性好, 可以有效提升交警执法的效率。

1 系统总体框架设计

基于Android平台智能手机的车牌快速识别系统采用Client/Server(客户端/服务器)结构模型[4-6], 主要由视频获取和发送平台、 服务器和数据库组成。视频获取和发送平台通过智能手机APP调用摄像头拍照, 并通过4G网络传输到服务器, 利用图像处理算法识别出车牌号码, 利用识别出的车牌号在违章数据库中检索相关信息, 再反馈到手机端。系统结构图如图1所示。

图1 4G移动车牌识别系统结构Fig.1 4G mobile license plate recognition system structure

1.1 图像采集和操作界面

采用智能手机作为移动端, 基于安卓系统开发客户端。软件将具备以下几点功能。

1) 基本的软件安全防护功能, 软件第1次使用需要注册, 之后每次登陆需提供登陆账号, 才可进行操作。

图2 Android客户端软件模块Fig.2 Android client software module

2) 通过软件调用手机相机拍照或拍摄视频, UI界面具有基本的图像显示功能。图像可同时保存到手机内存上并利用4G网传输到远程服务端。

软件界面可显示识别出的车牌号, 并可编辑。点击查询, 即可得到违章数据库中相关信息, 并提供插入新的违章数据功能。笔者提供了常见的一些违章可供选择, 快速更新到数据库, 提高工作效率。移动端软件模块如图2所示。

1.2 移动网络传输的稳定性

虽然目前移动通信技术得到了很大的提升, 在4G网络传输速度良好的情况下, 下载可达50～90 Mbps, 上行在25～40 Mbps, 而在网速较差的情况下, 下载约在5～15 Mbps, 上行在几十kB左右[1]。网络的不稳定性不仅影响软件的使用体验, 更重要的是降低交警执法效率, 但是随着将来5G技术的普及, 可以有效地避免网络拥堵带来的影响。目前笔者将采用视频压缩编码降低网络的影响。表2是以720 p大小的视频传输为例, 通过计算, 可以得到传输速率为2 Mbps时, 不同编码方式[7]的实时性, 以及在固定帧率为30帧/s时所需的流量。具体对比如表1所示。

由表1可见, 在同等的网络环境下, H.264和H.265编码[8-10]方式可以达到高速视频实时传输的要求, 但H.265编码方式在满足实时性的同时所消耗的流量是最少的, 符合通过4G网传输的需求, 所以采用H.265的编码方式压缩图像, 传输到服务端。

表1 不同编码方式的数据对比

H.265编解码算法的发展目标就是要提高视频编码、 传输和解码的效率。相比H.264编解码, H.265提供了更加多样化的手段降低码流。它将宏块的大小从H.264的16×16扩展到了64×64, 最小可以实现8×8像素编码, 最大64×64像素编码, 以便于提升高分辨率视频的压缩比率； 同时采用了更加灵活的编码结构, 包括编码单元、 预测单元、 变换单元提高编码效率。除了在编解码效率的提升外, 对网络的适应性方面H.265也有显著提升, H.265编解码在H.264的基础上进行大量技术创新, 尤其是在降低实时时延上有着显著的成果。

1.3 服务端和违章数据库

为提升工作效率, 车牌识别的算法部分在远程服务器端实现, 通过交换机, 实现服务器与数据库之间的通信。服务器是专门提供计算的设备, 具有可靠的服务, 在处理能力、 稳定性、 可靠性、 安全性、 可扩展性和可管理性等方面具有较高的能力。根据用户的数量, 可采用普通的工作集服务器, 或是部门级服务器。服务器端接收通过4G传输的图片和视频, 经过解码, 保存到数据库当中, 以待以后查证。车牌的识别基于深度学习算法实现[11-15], 识别精度可达99%以上, 识别速度可达0.05 s。系统可以对多姿态, 多种类车牌识别, 而且环境适应性强。整个系统具有准确, 高效, 灵活的特点, 满足交警对巡逻以及突发事件的处理要求。

2 实现效果

基于Android平台开发这款APP, 软件界面除了常见的注册登录界面, 笔者还加了一步验证步骤, 手机发送短信, 服务端接收到短信后返给验证码, 验证码是一个4位随机数。输入验证码后, 进入主界面, 如图3a所示, 主界面主要由图像显示区域、 相册、 拍照和录像4部分组成, 即APP具有识别相册中车牌的功能, 也可以拍照识别, 录像功能可以将重要的视频数据直接传输到后台服务器, 进行保存。图3b主要展示了车牌识别的结果, 可以对识别结果进行修改, 点击确定, 即可进入到图3c所展示的画面。根据识别的车牌号, 在后端数据库中查询数据和反馈, 结果如图3c～图3e所示, 包括了基本的车辆信息, 车主信息以及违章信息。通过点击上方的菜单栏即可完成快速切换, 快速的查看需要的信息, 而图图3e主要呈现了违章信息, 既可以看到历史的违章记录, 也可以实时录入新的违章信息到数据库。整个APP界面简洁, 操作方便, 也保证了其安全性, 其功能可以极大地提升交警对于巡逻以及突发事件的处理效率。

a 界面1 b 界面2 c 界面3 d 界面4 e 界面5图3 APP功能界面Fig.3 APP function interface

3 结 语

笔者以基于Android的4G网络移动车牌识别系统为研究背景, 通过4G网络技术和H.265 编码技术的结合, 实现了从手机端到远程服务端的视频图像数据传输。笔者从视频传输的帧率、 压缩率以及传输所需的流量对比了几种常见的视频编码标准, 经分析, H.265视频数据压缩满足系统视频数据传输的需求。系统采用远程服务器作为数据处理终端, 有效解决了手机硬件处理速度受限问题, 在4G传输技术的支持下, 提高了任务处理的效率。该系统结合交警部门提供的违章数据库, 可以达到从事件发生到远程数据的实时交互, 进而提升交警巡逻以及处理突发事件的效率。