摘要：本文提出了一種合理且實用的汽車車牌圖象獲取方案，并對方案中攝像頭和圖象卡的選取、攝像機的位置標(biāo)定、汽車的車速、出入單位的汽車車隊之間的距離、天氣情況對攝像機所攝圖象曝光量的影響等問題均進行了詳細的分析和討論，能使智能車牌識別系統(tǒng)在各種復(fù)雜變化的環(huán)境中獲得理想清晰的車牌圖象。
　　關(guān)鍵詞：圖象識別；車牌定位；攝象頭標(biāo)定；圖象曝光量
　　中圖分類號：U495　文獻標(biāo)識碼：A
　　
　　智能車牌識別系統(tǒng)由圖象獲取、圖象識別、數(shù)據(jù)庫管理等幾部分組成，圖象獲取部分在整個系統(tǒng)中的地位是很重要的，它是后端處理的前提。獲取圖象質(zhì)量的好壞直接影響到后端處理和識別的效果，所以本文主要對圖象的獲取技術(shù)進行研究和討論。，
　　要獲得比較清晰的圖象，需要考慮許多影響圖象質(zhì)量的因素，主要包括：攝像頭和圖象卡的選取，攝像機的位置標(biāo)定，汽車的車速，出入單位的汽車車隊之間的距離，天氣情況對攝像機所攝圖象曝光量的影響等。下面分別介紹各部分的設(shè)計和實現(xiàn)。
　　
　　1　攝像機和圖象卡的選取
　　
　　絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的視頻都是采用標(biāo)準的黑白/彩色電視標(biāo)準。標(biāo)準攝像機的最大分辨率為700電視線。如果為了處理高分辨率圖象，須采用非標(biāo)準的高分辨率的攝像機，這無疑提高了系統(tǒng)的成本。所以我們采用標(biāo)準黑白攝像機，它的分解力較高，相對價格也較低。為了滿足識別的需要，圖象采集卡灰度精度定為8位，而圖象卡的分辨率則由后端識別要求的精度來決定。
　　
　　2　攝像機鏡頭位置的標(biāo)定
　　
　　攝像機鏡頭的位置標(biāo)定，需依據(jù)后端識別要求的圖象清晰度、實際用戶的建筑設(shè)施約束和現(xiàn)行攝像機、圖象采集卡技術(shù)所能達到的分辨率等條件來統(tǒng)籌設(shè)計。
　　2.1　后端識別對清晰度的要求
　　系統(tǒng)后端車牌識別部分要求分割下來的車牌具有較高的清晰度，這就對前端攝像頭的拍攝視野提出一定的要求。表1是根據(jù)識別需要對汽車的一些基本參數(shù)的統(tǒng)計。
　　按照識別的要求，分辨率愈高愈好，用來確定車牌像素點數(shù)的圖片如圖1所示。結(jié)合后端ANN識別需要的特征向量數(shù)，這里提出兩種假設(shè)：
　�、偃绻�要求16×8像素/字符，則七個字符的車牌所需像素為16×{[8(字符像素數(shù))+2(間隔像素數(shù))]×7+2(字母與數(shù)字間隔像素數(shù))}=16×72像素。對應(yīng)的實際長度為0.40米。
　�、谌绻�要求32×16像素/字符，則清晰度提高一倍。所以需32×144個像素。
　　設(shè)全景寬Y米，采集卡的分辨率為x(列點數(shù))，那么攝像頭視野與車牌像素點數(shù)目的關(guān)系如圖2所示：
　　從圖2中可見，在兩種假設(shè)情況下，斜率愈小清晰度愈高。如果采用分辨率為768×576的采集卡，則滿足144個像素需全景寬(即視野寬)至多為2.133米，一般選取2米。
　　
　　2.2　攝像頭視角的選取
　　攝像頭視角與攝像頭視野及其安裝位置的關(guān)系可用圖3來表示。圖中點A是攝像頭的安裝位置，B是攝像頭的視角，點B、c分別是攝像頭視角邊線與車前端的交點，線段AB長為a，線段AC長為b，a是a在地面上的投影，H是攝像頭到地面的高，h是車牌離地面的高度，D是車前端到門的距離，d是攝像頭到路邊的垂直距離，G是攝像頭的視野寬。由余弦定理可得：
　　在式(7)中，B的大小主要與D有關(guān)。D的選取由下面兩個因素決定：
　�、僭趯嶋H建筑設(shè)施中，單位大門與門前公路的垂直距離約為10米，汽車車身約長4～5米，當(dāng)汽車從公路上欲進人大門，車前端正對大門時，汽車離大門的垂直距離此時約為5～6米。所以D≤5米。
　�、谕瑫r考慮到進門車的車速大約為3～4米/秒，而系統(tǒng)識別處理的時間約為一秒，系統(tǒng)在汽車進門前需作出判斷，則系統(tǒng)對D的要求為D≥3米。
　　若選d：1米、H=2米、h=0.5米，將D≤5米代入式(7)得到攝像頭視角β>23.3°。同時考慮到車前端與攝像頭之間的距離愈遠，攝像頭視角愈小，車牌圖象的投影畸變愈小；并且系統(tǒng)有充足的時間來響應(yīng)，作出判斷。在市場上，視角大于23.3°的攝像頭最小標(biāo)準是27.3°。因此選擇27.3°的攝像頭，此時D為3.8米，同時滿足D≥3米的約束。
　　2.3　攝像頭數(shù)目的確定
　　本系統(tǒng)采用電磁定位傳感器作為觸發(fā)識別器，給出汽車方位時，系統(tǒng)能自動開啟攝像頭，同時能兼顧在汽車中部或左部的車牌。但是，由于大門前路面較寬，汽車可以從路面不同的位置進入大門，為了達到所需的視野寬度，需要安裝多個攝像頭，并且為了使汽車車牌始終能完整地落入到某個攝像頭的視野中，還需要考慮兩攝像頭視野間的重復(fù)覆蓋區(qū)。如圖4所示。設(shè)L為某大門前的路寬，w為攝像頭重復(fù)覆蓋區(qū)寬度，其他參數(shù)設(shè)定與圖3相同。
　　如果設(shè)鏡頭數(shù)為n，從圖中可以得出n與G、W的關(guān)系為：
　　nG－(n－1)×W≥L　8)
　　由圖4和(8)式可知，如用較少的鏡頭，則要有較寬的視野，然而分辨精度達不到，給后面的識別增加難度；而用較多的鏡頭，則要求磁感應(yīng)線圈的定位系統(tǒng)較精確，并且硬件投入加大。下面根據(jù)相關(guān)因素進行綜合考慮，分析攝像頭設(shè)置數(shù)目的方案。
　　假設(shè)路寬為6m，設(shè)置一米寬的人行道，這時L=5m，攝像頭視野按前面的要求G=2m，需選用3個攝像頭，其重復(fù)覆蓋面積w為0，5米。經(jīng)計算后。結(jié)果為：β=27.3°，即采取27.3°的視角攝像機三臺，D=3.8m，設(shè)計符合要求，如圖4所示。s3為安裝在門中間上的攝像頭，s1、s2分別為安裝在門柱上的攝像頭。s1、s2、s3分別以各自角度樣本為主識別樣本進行識別，用兩臺處理系統(tǒng)來做后段并行處理，其優(yōu)點是采樣和識別精度都比較高。
　　妞果能在路兩邊設(shè)置兩條寬1.25m的人行道，使路寬L=3.5m，則可以在上面方案的基礎(chǔ)上減少一個攝像頭。雖然對汽車道寬有所限制，但無須磁感應(yīng)線圈的精確定位，車來時，兩鏡頭同時開啟，兩系統(tǒng)并行處理，提高了系統(tǒng)的整體性能同時提高了后端的識別率，并且降低了系統(tǒng)硬件費用，這種方案顯得更加經(jīng)濟實用。
　　
　　3　車速的限定
　　
　　當(dāng)汽車進入大門識別范圍之內(nèi)時，車速需要緩慢和穩(wěn)定，因為車速的大小直接影響汽車振動的幅度，汽車的振動又會影響圖象質(zhì)量。同時車速緩慢也提供給識別系統(tǒng)足夠的時間判斷和驅(qū)動電機開啟大門。解決方法是在大門前豎立減速牌或增加減速坎。如圖4所示。
　　
　　4　連續(xù)車隊車距的限定
　　
　　對連續(xù)車隊車與車之間需要保持一定的車距，以免前一輛車尾擋住后一輛車頭，車牌無法進入攝像頭視角，同時還可以提供給識別系統(tǒng)更從容的時間關(guān)閉大門。解決方法是提供保持車距告示牌。保持的車距大小與車速、車長、識別間隔時間、攝像頭的視角有關(guān)。由于除了攝像視角決定后不再改變外，其他參數(shù)對于各個汽車都不同，所以決定車距大小比較復(fù)雜，需要通過實際測量與樣本分析得出結(jié)論。這里給出的經(jīng)驗值為一個車身長。
　　
　　5　汽車到來的檢測
　　
　　通過識別一輛汽車后，后置識別系統(tǒng)關(guān)閉。如何再開啟系統(tǒng)，可以通過測距系統(tǒng)來檢測汽車的到來。即某一輛車進入一測定距離，則自動開啟后置識別系統(tǒng)。測距系統(tǒng)有光學(xué)被動測距，紅外主動測距，聲納測距，但都沒有磁感應(yīng)線圈的定位檢測經(jīng)濟實用。所以圖4中采用的磁感應(yīng)線圈傳感器。
　　
　　
　　6　攝像頭的曝光量
　　
　　攝像頭采用曝光自動測定系統(tǒng)采集曝光量，即采用了自動光圈鏡頭。在自動光圈鏡頭下，晴天，陰天時，能獲得較好的圖象質(zhì)量。而在下雪、雨、霜后，這時需注意攝像頭的加熱以及利用雨刷、風(fēng)扇，以達到除霜、刷雨珠、通風(fēng)等目的。雨刷的擺動一般在機器不工作時或工作之前進行，用加裝在攝像頭外的防護罩實現(xiàn)上述功能。另外，下雪后的曝光量要比測定的平均曝光量高出1－2EV，此時最好采用中心重點測定曝光量。
　　對于光照條件較暗的情況下(如夜晚)，需提供人工照明，此時加在攝像頭前的偏振片的起偏方向須與車燈前起偏器方向相反，這樣可以濾掉車燈正面強光的干擾。在太陽光直射的情況下，因為直接反射太陽光的鏡面反射光部分大都為偏振光，使用偏振片可以濾掉這部分光。從而減少強光的干擾，提高圖象的清晰度。
　　
　　7　結(jié)語
　　
　　由以上分析可見，系統(tǒng)要獲取清晰的圖象，首先在于最前端的攝像頭和采集卡的分解力的大小，其次是鏡頭的位置、汽車的車速以及攝像頭的曝光量，只要我們綜合考慮這些因素，進行合理設(shè)計，就可以為后端處理與識別提供清晰的圖象，同時還可以降低系統(tǒng)的成本。由于現(xiàn)有的長距離實時傳輸技術(shù)標(biāo)準是模擬視頻信號的傳輸，難以選用非標(biāo)準的高清晰度數(shù)字圖象傳感器和圖象采集卡。但隨著新的數(shù)字圖象傳輸標(biāo)準的制定及其技術(shù)的不斷成熟和完善，以及相應(yīng)設(shè)備成本的不斷降低，高清晰度的數(shù)字圖象獲取技術(shù)設(shè)備將會應(yīng)用到這個領(lǐng)域。
　　
　　(本文責(zé)任編輯　黃鋼)

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