车牌自动识别技术在高速公路收费系统中的应用

发表时间：2019-01-15 18:07

随着高速公路信息化水平的不断提高，计算机联网收费在高速公路中的应用已越来越普及，联网收费为高速公路的带来了高效、快捷的管理，而车牌自动识别技术在联网收费系统中的应用，不仅减轻了收费员的劳动强度，提高了车辆信息的处理速度，站口的车辆通行能力，还为管理人员治理逃漏费车辆、倒卡车辆、免费车管理等提供强有力的数据依据。也正是适应高速公路向智能化发展的需要，这一高新技术在高速公路联网收费系统中被广泛应用。

一、车牌自动识别技术简介
车牌自动识别技术以先进的光电、计算机、图像处理、模式识别、远程数据访问等技术为基础，建立运动车辆的特征模型，识别车辆特征(如号牌、车型、颜色等)。它是一个以特定目标为对象的专用计算机视觉系统。实际使用中的车牌情况复杂，汽车牌照区域的定位，牌照的变形校正，牌照的粘污损坏，环境光的影响(太阳定向反射、镜面反射)，车速、车距都会对车牌识别的准确率造成影响，如何处理这些状况也是车牌识别技术的难点。
车牌自动识别系统是一种基于自动检测、图像处理、计算机视觉以及模式识别等技术于一体的智能交通管理系统。它是一种以汽车牌照为特定对象，通过图像抓拍系统上传工控机，经过车牌识别器处理后，自动识别车牌的计算机视觉系统。随着高速公路的发展，特别是高速公路联网收费管理的迫切需要，车牌自动识别系统已成为公路收费稽查系统的重要组成部分。由于牌照识别系统的复杂性，一般都是由专业厂家来开发生产，而车道机软件通常由系统集成商设计开发，在实际应用中，需要综合考虑车牌自动识别系统和联网收费系统。目前国内高速公路已应用或在建的车牌识别系统与收费系统的结合在技术上主要采用两种方式：“硬件方式”和“软硬件结合方式”。
二、车牌自动识别系统的工作原理
车牌自动识别系统的设备主要由触发单元、抓拍单元、处理单元组成。当车辆检测器给出车辆到达的信号时，处理单元启动一个处理过程，包括图像序列的抓拍、补光模式的自动设计、辅助光源的控制和牌照识别处理过程的开始。序列图像被抓拍到计算机内存后，首先启动硬件计算模块，对图像进行大范围的相关搜索，寻找与汽车牌照特征相关的线索和与汽车牌照特征相符的若干区域，利用软件对这些候选区域做进一步的评判比较，最后选定一个最佳的区域作为牌照区域，将它从图像中分割出来。后面的处理就局限在这一区域内进行，主要由软件完成，包括牌照边界定位、字符边缘提取、字符粗切分、字符细切分、字符特征提取、字符识别、牌照底色识别及识别结果置信度分析等。如果置信度低于设定门限，则给出拒识结果，如置信度高于设定门限，则发送识别结果。这样就可完成对车辆牌照的自动识别过程。
三、车牌自动识别的技术要点
车牌自动识别技术一般由图像采集、图像处理、车牌定位、字符分割、字符识别等组成。
（一）图像采集：图像采集由摄像机和图像采集卡组成。为了提高系统对天气、环境、光线等的自适应性，摄像机一般采用自动对焦、自动光圈的一体化机。当车辆到达车辆检测线圈，传感器检测到车辆进入拍摄范围时，向主机发送启动信号，主机即通过视频采集卡采集车辆图片。
(二)图像处理和车牌定位：车辆的运动状态和车牌的清晰程度都会对车牌识别带来影响，因此需要对拍摄的车牌图像进行处理，对图像进行增强、恢复、变换，突出其主要特征，使其达到足够的精度，才能更好的提取车牌。车牌定位是车牌自动识别系统的关键技术之一，对于每一辆车图像的噪声和背景等干扰因素都会使定位非常的困难。
（三）字符分割和字符识别：字符分割是指对获得的牌照分离出单个字符以便于识别。目前，针对车牌的分割提出了多种算法。利用车牌区域中灰度变化频率较高这一特征进行车牌分割是一种简单、可靠、能满足实时性要求的方法，因此得到广泛应用。其基本方法是：在摄取的车辆图像中以一定的间隔d(像素数)进行行扫描，d应小于实际图像中车牌的字符高度，以保证在车牌区中至少有一个扫描行穿过字符。对每一扫描行，计算每一像素与其相邻像素的灰度差，若差值大于给定的阈值，则把这一像素标为灰度变化点。根据每一扫描行上，灰度变化点之间的距离、数量可确定几个候选车牌区。之后，根据车牌的结构特点，如长宽比例、颜色特征等，对候选车牌区作进一步验证，以确定真正车牌区域。
为了准确识别车牌中的字符，在识别前一般要对提取的车牌图像进行一些处理，由于我国车牌照的种类繁多，所以车牌识别的技术难度很大，随着自符分割和识别技术的不断提高，车牌识别的准确率也在不断提高。
四、车牌识别系统在高速公路运营管理中的作用
随着车牌自动识别技术的逐渐成熟完善，其应用领域越来越广泛。其在高速公路中的应用，对高速公路的运营管理起到了重要的作用。
（一）提高工作效率：随着车流量的增加，高速公路收费站口堵车现象已成了广大司乘人员以及高速公路管理者的困扰，而车牌自动识别技术在高速公路中的应用，有效的改善了这一状况。当车辆驶入收费车道时，收费员不在手工录入车牌而由系统自动识别，这不仅减轻了收费员的劳动强度，还提高了发卡收费的速度，减少了车辆在车道的等待时间，提高了站口车辆的通行能力。
（二）有效治理逃费漏费现象：车牌识别系统自动识别出每辆车的车牌号、车牌颜色以及二值化图片，并将这些信息写入驾驶员所领的IC卡中，这就确定了通行车辆与通行卡的一一对应关系，有效防止了车辆在中途换卡逃费，还可依据领卡车辆的车牌号进行追查，杜绝司机中途换卡、倒卡现象的发生，对于闯口逃废车辆也可以根据实时上传到监控室或数据中心的数据查看该车辆的车辆信息和IC卡编号，从而可通过公安机关的配合进行通行费的追缴。
（三）免费车管理：通过车牌自动识别，识别车牌信息被实时上传到监控室，通过与监控计算机中免费车数据库进行对比迅速比对该车辆的信息是否符合免费要求，通过监控员的确认或取消操作反馈给收费员，以此达到军车、警车、公务车的管理。如果系统有自动建立数据库的功能，在车辆第一次通过时系统将自动把该车辆的车牌、车型、车种等信息增加到数据库已供调用。如果能发展到与车管部门的联网，就能查到该车车牌照的原始信息，这样就完全解决了借套牌车、假军车车牌逃漏费的现象。
（四）黑名单管理：在以往的高速公路对黑名单车的管理中，往往通过监控录像查找黑名单车辆的信息，不但费时费力还容易遗漏，而通过车牌识别系统，可以将经常逃漏费车辆、公安通缉查找车辆的信息放入黑名单库，当该车牌车辆通过时，系统会自动报警，监控人员可以立即通知相应部门进行办理。
（五）加强内部管理：在收费站入口通过车牌自动识别将车辆的原始信息计入通行卡，在出口卡机读取IC卡信息后将信息传到车牌识别器，通过车牌识别系统对车辆信息进行比对判断从而确定车辆通行费的数额，可以避免收费员用改变车型车种的方式进行作弊的行为。同时系统会根据各高速公路的需要设计不同功能的报表，如交通量统计、违章记录、免费车信息、黑名单信息等，而这些报表在减少人工录入工作量的同时，还为各级管理人员提供了数据依据。
（六）为实现银行预存通行费提供技术支持：由于汽车牌照的唯一性，通过识别出的车牌和对应的车牌图片，利用联网收费系统的功能，结合现在各高速公路正在开展的不停车收费，车辆预存的费用可以通过银行预交，这不仅扩展了高速公路的缴费方式，还减少了车辆缴费时点现找零的繁琐，减少了车辆等待的时间，使高速通行费也能如商场购物一样刷卡消费，向智能交通管理又迈进了一步。

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