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条形码技术在车牌识别中的应用研究

   发布时间:2017-10-23   [点击量:454]  


摘要: 在交管、治安和事故处理中经常使用车牌识别技术。通过研究带条形码的车牌识别过程中颜色编码问题、二值灰度图像处理、增加反光角度、捆绑无线射频识别标签等技术细节,证实在车牌里加入条形码是完全可行的,而且能够提高识别效率和正确性,这在一些特殊应用领域里是很有价值的。
  
  关键词: 条形码; 车牌识别; 编码; 防伪; 物联网。
  
  我国当前的机动车牌照是依据公安部 2007 年颁布的《中华人民共和国机动车号牌》( GA36 -2007) 标准制作的,另外军队、武警等的汽车牌照有自己特殊的规定。但无论是哪种汽车牌照一般都包括了汉字、英文字母、数字、颜色( 蓝、黄、白、黑) 等四大基本元素,这些元素能够准确得表达汽车牌照所包含的信息。在各类事故或者案件里汽车牌照即代表了一辆汽车,经常成为重要的线索和证据,所以对牌照的识别鉴定是十分重要的工作环节。目前可以通过摄像和计算机图像识别系统来完成对汽车牌照的识别,当然还可以用人工肉眼识别。依靠当前的图像识别技术,想要进一步提高识别的准确率和识别效率所付出的成本代价是很大的。所以我们可以考虑在源头上进行技术革新,充分利用条形码技术、物联网的 RFID 技术、信息编码等新技术新材料来制作车牌,这样的车牌更容易进行自动识别。
  
  1 汽车牌照图像识别的关键技术分析。
  
  目前对汽车牌照的拍照和图像识别主要过程如图 1,其中重点还要考虑图像位置区域定位、旋转扭曲污损变形的校正、切割识别等技术问题,同时还受到环境光、色差、距离、摄像头清晰度、车速、图像处理设备的硬件速度、恶劣天气等参数和客观条件的影响。所以在一些关键应用上自动识别系统是很难达到 100%可靠性的要求。
  


  
  而现在的条形码技术和无线射频标签技术都已经比较成熟,在许多行业得到广泛应用,如果把这些技术结合到车牌制作、管理和识别中,可以大大提高汽车牌照识别的准确度和反应速度,节约成本和资源。
  
  2 条形码识别的原理和应用特性。
  
  一维条形码的基本表示原理就是用不同宽度的黑白线条来表示二元的“1”和“0”.这些线条与空白不同的宽度及组合的图形代表不同意义,通过数学编码来表示对应的数字和字母信息。〔1〕通过条形码扫描器扫描这些线条与空白组合的图形,反射的黑白光信号对应成电信号。然后根据编码规则解码,解读出车牌的编码,再通过逻辑电路在信息系统中进一步处理,这就完成了对条形码自动辨识。
  
  条形码技术在众多领域的应用,已经证明了它能解决计算机数据的快速输入、输入正确性及自动识别等问题。另外还可以把条形码升级成二维的,它比一维条码所携带的信息量和信息密度都高,二维条形码甚至可表示图象、文字、声音。现有汽车牌照的图像识别受光线、图像质量的影响太大,容易被干扰和伪装,可靠性难以保证。而由于一维条形码图像中的条纹方向只有一个,而且图像只有整齐的长条形黑白直方块,所以比包含了汉字、字母甚至颜色的复杂图像更容易被捕捉和自动识别。条形码能够被自动快速识别,而且准确度高、抗干扰能力强。
  
  现如今条形码辨识技术已相当成熟,错误读取率非常低,约为百万分之一。一维条形码一次采集多达数十位字符信息足够车牌表示使用,冗余的信息还可以通过编码用来纠错。所以说只要制定好一定的编码标准,一般车牌所包括的信息完全可以用一维条形码来表示,并且很容易被自动识别。现在的智能手机和各种手持终端设备都很普及且能够安装条形码识别软件,结合这些现代信息技术,更方便了对现场的车牌识别、信息保存和取证。
  
  车牌识别系统不但是实现自动识别,数据还可以被信息系统采集来实现自动化管理,大大减轻人工的工作量,提高了工作相率。将条形码加入车牌,方便了自动识别,还可以推广应用在机器人图像识别领域,让机器人自动采集和保存车牌等识别信息,这就可以进一步实现交通管理自动化,实现现场勘察取证的自动化和智能化。
  
  3 条形码技术在车牌自动识别里的应用。
  
  有的一维条型码只能表示数字,有的能表示字母、数字甚至是其它一些符号。例如 Code 128,这种一维条型码可以表示大容量的数据,并且可以是不定长的字符串,其中还隐含了校验位。根据国标规定,汽车牌照包括的汉字、字母、数字、颜色四种元素,其中汉字主要表示几十个的省、市、自治区、特区等,颜色只要四种,这些可以通过字母或者数字编码来表示,这样可以精简车牌要表达的信息,剩下的车号都是数字、字母,全部都可以根据需要制定一套简约的编码最终转化成条型码来表示,而且整个车牌包含的信息量也不大,完全可以用简单的一维条型码表示,甚至都用不着像 Code 128 这样复杂的条型码。以下就条形码在车牌里的应用和识别方案细节作进一步研究。
  
  3. 1 条型码和车牌号共存的方式。
  
  车牌的大小已经有国家标准,要改动的话会影响所有在使用的汽车外形,但是车牌的内容和材质变动,只要更换车牌就可以了,成本不是很高,还是可以实现的。车牌号已经得到广泛应用,还是需要保留的,所以可以采用如图 2 的车牌,保留车牌号且增加了条型码,即保证车牌能够被一般人看清楚车号,增加的条型码又比较容易被自动识别,而且错误率极低。当然右边的图字符和条型码重叠,看起来有点不清楚,实际上在自动识别的软件程序里专门做一个处理模块来处理,不会影响自动识别的准确性,而且在车牌制作和材质上略加区别,也很容易让肉眼分辨清楚车号的。这在后文还有进一步分析。
  
  3. 2 颜色的识别。
  
  不同颜色的车牌有不同的含义,但是对颜色的自动识别处理过程比较复杂,而且容易受到光线、污染、雨水等干扰因素的影响,识别结果不理想。有了条形码就简单多了,因为在条型码里它是通过不同数值来表示不同的颜色,所以自动识别的时候不要考虑颜色问题,颜色和车号一样都只是个编码符号,只要把整个条型码当作二值灰度图像处理,不要额外处理颜色了。
  
  3. 3 二值灰度图像处理。
  
  彩色车牌图像多了颜色参数,而颜色的取值可能是很多的,存储和使用上会占用较大的位置,颜色识别率和准确度也不高,还影响速度。〔2〕条型码只有黑白色条是有意义的,所以对条型码进行识别处理时,可以直接忽略彩色信息把图像当作是二值灰度图像,由于已知条形码图像都是长方块条纹的几何特征,直线、方向整齐一致、黑白二值,所以更容易被捕捉、定位和自动识别,而且正确率高,也加快处理速度。具体的处理步骤包括灰度化处理、背景剔除、增强锐化、灰度二值化、边缘检测、滤波等。
  
  3. 4 增加反射角度。
  
  一般车牌表面都是平滑的,光线照射上去会反光,摄像头从不同的方向来拍摄效果也就不同,这不利于图像识别。我们可以根据我们拍摄的角度来制作车牌,例如交通道路上的摄像头一般在上方,那么可以利于较厚的材质做车牌,有条形码图像的位置表面做成如下的折面,折面的角度要利于摄像头的拍摄。由于一维条形码的每根竖条的宽度有意义,而它长度无关紧要,所以可以用一半长度做向上的折面利于上方的摄像头拍摄,四分之一的做成利于左上方拍摄的,还有四分之一的做成利于右上方的,一般不会对车牌从下方进行拍摄,所以不考虑向下的角度。另外车号的图像表面反射方向尽量与条形码方向相反,这样即使是车号和条形码是混合在一起的图像,人眼睛还是很容易看清楚车号的。具体的反射效果要根据实际情况和需求再不断改进完善,还可以选用不同的材质做对比试验,以取得最佳的效果。
  
  3. 5 编码处理。
  
  车牌号里的汉字主要是表示省份或者特殊车牌,只要两位的数字就足够表示了,颜色就只有几种选择,一位数字就够表示,其他字母和数字按照其本身的数据值来表示,最好再加入校验位( 如果校验出错,可以重新拍摄或捕捉条形码的图像,确保准确性) .还可以预留一些码字作为保留字,可以用于加密或防伪,不对外公布保留字的编码意义,并且规定一般的扫描器只能读取识别车牌对应的编码,无法识别保留字的含义。只有交通管理行政部门才能正确读取保留字的意义,这样可以赋予车牌更多的信息含义和功能,比如把识别到的信息与对应数据库里的信息进行比对可以确认车牌的真伪,给防伪带来了很大好处。
  
  一个好的一维条形码编码信息密度大,包含的信息大于车牌的信息量,而且纠错能力强、保密性能好、难以伪造,制作成本也不高。如果引进二维条形码,信息量就更大了,甚至可以存储汽车行驶证、保险、违章等复杂的记录信息,也可以增加数字水印来携带隐藏信息,便于管理、控制和防伪。
  
  3. 6 自动识别过程中的一些处理细节。
  
  由于自动识别的时候我们只关注黑白两色的条形码,所以应该降低背景中的其他颜色的影响。经验证明彩色图像中的 RGB 分量中的红色分量最能降低背景影响效果,这一点就类似于条形码枪产品中使用红色激光或红色光波段来扫描的效果最好。
  
  所以若用合适的摄像头及光学过滤镜头设备进行比对试验,能找出最合适的红光波段来降低背景对图像的影响,增加条形码识别可靠性,有利于进一步的处理。
  
  条形码图像自动识别程序设计的时候需要考虑到条形码图像质量受到光线不足、感光不均匀、异常彩色强光以及反光等因素影响,还有摄像镜头畸变、图像噪声等诸多问题,条形码在图像中的位置可能不很竖直等都会影响条形码判读。要提高条形码识别率,这些问题可以在软件设计时用合适的算法来解决。
  
  3. 7 车牌捆绑无线射频识别标签。
  
  无线射频识别技术( RFID) 是非接触的短距离识别技术,它可以利用读卡器发出的射频信号去识别目标对象的携带的电子标签并建立连接读取其上的信息,这个识别过程是无需接触自动完成,而且体积可以做的很小,可以看作是电子射频化的条形码。〔3〕它还具备耐高湿高温、低成本、寿命长、速度快、一次性写入不可更改、多标签防碰撞、标签可加密、存储量更大、不会被强磁场洗去信息等优点。
  
  我们选取只能写入一次不能再修改的射频标签,把写有车牌编码信息( 甚至大数据量的车辆完整信息) 的无线射频识别标签封存固定在车牌里,在需要识别或追踪车辆的地方装备相应的读卡器设备,就可以在车辆经过的时候非接触地识别和读取标签里的信息。读取的时候标签可以是不处于静止状态,所以车辆行驶不会影响对标签的识别和读取,甚至多车辆通过也能够快速反应及时读取。
  
  读卡器发生的射频信号能够穿透非金属物品,所以车牌应该把射频标签捆绑在外面,用非金属封装,这样才能够避免金属车牌对信号的干扰。
  
  4 结语。
  
  车牌识别在治安、交管和事故处理中是常用且重要的技术手段,在车牌里加入一维条形码,能够大大提高识别效率和可靠性,.这里提出的结合条形码的车牌识别方案包括一些技术细节都是完全可行的,而且这种车牌的制作和替代的成本也不大。我们不是要全面代换当前的车牌系统,只是在一些特殊情况和应用领域里需要高可靠性、高准确率自动车牌识别,这时候带条码的车牌技术就更能体现其应用价值了。
  
  参考文献:
  
  〔1〕赵利华,赵胜亭,赵海波。 一、二维追溯条码的比较研究〔J〕。 农业网络信息。 2014( 02) :56 -57.  
  〔2〕杨卿,吴堂春。 浅谈射阳广播电视台监测系统的设计与实践〔J〕。 电子世界。 2014( 24) :43 -44.  
  〔3〕刘晓丹,王馨晨。 固定资产的未来管理〔J〕。 中国集体经济。 2015( 12) :67 -68.

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