车牌自动识别系统的设计与研究(车牌定位与分割)毕业设计.doc

南京工程学院毕业设计论文说明书（论文） 南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)专 业： 信息工程 题 目： 车牌自动识别系统的设计与研究 （车牌定位与分割） - 47 - The Design and Research of Automatic License Plate Recognition System （License plate location and segmentation）显示对应的拉丁字符的拼音A Dissertation Submitted toNanjing Institute of TechnologyFor the Academic Degree of Bachelor of ScienceBy Xiaowei MaSupervised by Lecturer Ying Tong College of Communication EngineeringNanjing Institute of Technology June 2011毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘 要随着信息化时代的到来，我们的生活变得更加便捷，汽车的数量也与日俱增，这就需要一个高效的方法来实现对汽车的管理。智能交通系统在这种背景下应运而生，而智能交通系统的关键技术便是车牌识别系统。本文就是对车牌识别系统（System of License Plate Recognition）中的车牌定位算法和车牌字符分割算法的研究。车牌识别系统能够广泛用于高速公路车辆监测、十字路口车辆监测、小区车辆管理等。有了车牌识别系统，我们便可以对车辆进行24小时的自动监控，这大大提高了效率，节省了人力和物力。车牌识别系统主要由硬件和软件构成，车牌识别算法主要分为三个部分：车牌定位、字符分割、字符识别。本文主要介绍了车牌定位与字符分割算法。论文首先介绍了汽车车牌识别技术课题开展的背景和意义，阐述了它在国内国外发展的概况，并且对车牌定位系统的组成进行了研究。其次，论文对汽车车牌识别系统中的关键技术，车牌定位，字符分割分别进行了阐述，介绍了车牌定位中常用方法的比较，提出了基于数学形态学与边缘特征相结合的车牌定位技术。最后，对设计的车牌自动识别技术系统中存在的不足做出总结，对系统的改进提出建议，指出论文的进一步研究工作展望与设想。关键字：车牌识别系统，车牌定位，字符分割ABSTRACTAlong with the coming of the Information age,our life become more and more convenient,at the same time there is more and more vehicle.So it is urgent for us to study an efficient method to manage them.Intelligengt Transportation System emerges in this condition,and the key technology of this system is License Plate Recognition System(LPRS).This article studies the algorithm of license plate location and the algorithm of license plate character segmentation in details.LPRS is widely used in the monitoring of vehicle on highway,the monitoring of vehicle at cross-road and vehicle management in district.The system can work in day and night efficiently,which saves labors and resources.LPRS is consisting of hardware and software, LPRS includes three steps: Locating License plate,Segmengting Characters,RecognizingCharacters.And this article studies the algorithms of the former two steps.This article,firstly,introduces the background knowledge and meaning of carrying out the subject of License Plate identification technology,expounds the general situation of its development at home and abroad.It also surveys the build up of the License Plate Location system and structure of the main hardwares.Secondly,this article expounds the main technologies of License Plate identification, character segmentation and identification.Conceived the license plate location technology which is based on mathematical morphology and edge features. Lastly,it concludes the deficiency of the car indentification technology,brings out suggestion to improve this technology. Keywords:License Plate Reconition System,License Plate Location,Character Segmentatio目录 第一章 绪论- 1 -11 课题研究背景与意义- 1 -12 车牌定位与分割国内外发展- 1 -13 主要研究内容- 3 -14 论文章节安排- 4 -第二章 图像处理技术- 6 -21图像灰度化- 6 -22图像增强- 9 -23车牌图像的二值化- 11 -24空间域滤波- 13 -第三章 车牌定位- 16 -31车牌的规格及特征- 16 -32车牌定位中常用方法- 16 -321基于颜色的定位方法- 16 -322基于纹理的定位方法- 17 -323基于边缘检测的定位方法- 17 -324基于数学形态学的定位方法- 17 -325基于遗传算法的定位方法- 18 -326基于神经网络的定位方法- 18 -33车牌定位流程及结果- 18 -第四章 倾斜校正- 23 -41 Hough变换角度检测原理- 23 -42 Radon变换角度检测原理- 24 -43基于Radon变换的车牌图像校正- 25 -第五章 车牌字符分割- 27 -51车牌区域的预处理- 27 -52字符的分割与归一化- 30 -第六章 总结与展望- 33 -61 总结- 33 -62今后展望- 33 -致谢- 35 -参考文献- 36 -附录- 38 -第一章 绪论11 课题研究背景与意义近年来，随着经济的快速发展，社会信息化程度同益提高，智能交通管理系统已经逐渐成为21世纪道路交通的发展趋势。同时高速公路的持续发展和车辆管理体制的不断完善，使图像场景同益简单化和标准化，也为以图像理解为基础的智能交通管理系统进入实际应用领域提供了契机。车牌自动识别(License Plate Recognition，LPR)系统正是在这种应用背景下提出的能够自动、实时地检测车辆经过和识别汽车牌照的智能交通管理系统的重要组成部分。车牌自动识别系统具有广泛的应用范围，主要应用于：1高速公路收费、监管管理；2小区、停车场的管理；3闯红灯等违章车辆监控；4车辆流量检测与控制；5车辆安全防盗、堵查指定车辆等。车牌自动识别系统应用于这些地方，可以解决通缉车辆的自动稽查问题，可以解决车辆高峰期因出入车流瓶颈造成的陆桥卡口、停车场交通堵塞问题，可以解决因工作人员作弊造成的陆桥卡口、高速公路、停车场应收款流失的问题，还可以最简单的方式完成交通部门的车辆信息联网，解决数据统计自动化、模糊查询的问题。12 车牌定位与分割国内外发展 从20世纪80年代(1988年)，国外的研究人员就开始了对车牌识别系统的研究，其主要途径就是对车牌的图像进行分析，自动提取车牌信息，确定汽车的车牌号。在车牌识别的过程中，虽然运用了很多的技术方法，但由于外界环境光线变化、光路中有灰尘、季节环境变化及车牌本身被污染而模糊等条件的影响，使得车牌识别系统一直处于实验室阶段，得不到很好的应用；而且，很多的方法都需要大量的数值计算，不能很好地满足实时性要求。为了解决图像恶化的问题，目前国内外的研究机构和公司企业采取的办法是采用主动红外照明摄像或使用特殊的传感器来提高图像的质量。虽然提高了识别率，但是，这同时也造成了系统的投资成本过大，应用领域变窄，不能普遍推广应用。 目前，国内外已开发出的一些产品有：以色列Hi_Tech公司的SeeCar System系列产品，香港Asia ViSion Technology公司的VECON产品，新加坡Optasia公司的VLPRS产品等，其中VECON和VLPRS产品主要适合于香港和新加坡的车牌，Hi Tech公司的SeeCar System有多种的产品来分别使用于某一个国家的车牌，SeeCar Chinese系统可以对中国大陆的车牌进行识别，但也有很大的缺陷，而且不能识别车牌中的汉字。另外日本、加拿大、德国、意大利、英国等各个西方发达国家都有适合本国的车牌识别系统。各个国家的产品虽然不同，但基本上都足基于车辆探测器的系统，设备投资巨大。国内做得好的产品有中科院自动化所汉王公司的“汉王眼”，除此之外国内的亚洲视觉科技有限公司，中科院沈阳自动化所的沈阳聚德公司，深圳市吉通电子有限公司，中国信息产业部下属的中智交通电子预先公司等也都有自己的产品，另外，西安交通大学的图像处理与识别研究所，上海交通大学的计算机科学与工程系，清华大学人工智能国家重点实验室，浙江大学的自动化系等也都做过类似的研究。 关于车牌定位的研究，国外起步比较早，现在比较好的车牌定位方法主要有JBarroso等提出的基于水平搜寻的定为方法；RParisi等提出的基于DFT变换的频域分析方法；JBulasCrue等人提出的基于扫描行车牌提取方法。上述方法，尽管在一定的条件下能够定位出车牌，但车牌识别系统大多是利用摄像机室外拍摄车牌图像，存在许多外在的干扰，如天气、背景因素、车牌磨损、污染、图像中车牌倾斜等因素，因此定位并不十分理想。车牌定位是解决图像分割、图像分析与理解的问题。它的方法多种多样，它可以是对先前方法的改进，也可以是独辟蹊径的创新，也可以是新老方法的结合。对一些复杂的图像应用某些数学工具不仅可以加快处理速度，而且可以改善和优化处理结果。车牌定位是车牌识别的基础，车牌定位的结果直接影响着字符分割和字符识别的效果，所以有必要对车牌定位方法进行深入的研究。 车牌字符分割是把车牌的字符一个个分离出来，为车牌字符的识别做好准备工作。车牌字符分割属于印刷体字符分割的范畴。印刷体字符分割的任务是从多行或多字符图像中切割出单个字符。对于字符分割的问题常常不被重视，但是字符的正确分割对字符的识别又很关键。由于各种因素的影响，使得字符分割的复杂性大。目前的字符分割的算法一直在不断完善。针对车牌图像的字符分割，是字符分割的一个具体应用，目前人们根据车牌字符的特征已提出了一些算法，比如：基于先验知识的分割算法，基于投影轮廓和拓扑结构的分割算法等。但是考虑到车牌中字符可能存在的粘连、断裂情况，字符分割技术仍然需要进一步改进。 13 主要研究内容课题研究的主要内容是对数码相机拍摄的车牌，进行基于数字图像处理技术的车牌定位技术和车牌字符分割技术的研究与开发，涉及到图像预处理、车牌定位、倾斜校正、字符分割等方面的知识,总流程图如图1-1所示，其中车牌定位的流程图如图1-2所示，字符分割与归一化的流程图如图1-3所示。输入车牌图像车牌图像预处理车牌定位倾斜校正字符分割图1-1系统总流程图 对车牌图像进行预处理，得到车牌的基本形态去除非目标区域通过计算寻找X和Y方向车牌的区域完成车牌定位 图1-2 车牌定位的流程图 m，n=size（d），逐排检查有没有白色像素点，设置1=j=T); % d:二值图像imwrite(d,2.车牌图像二值化.jpg);figure(10);subplot(3,2,2),imshow(d),title(2.车牌图像二值化)图2-8车牌图像二值化 图2-9车牌图像二值化图2-10车牌图像二值化以上图片是对一些车牌图像采用全局阈值分割方法的结果，从中可以看出，经过采用上述方法进行阈值分割后，能够很好的把车牌字符与背景分割开，同时该方法简单快捷，易于理解，实用性强。24空间域滤波对于包含噪声污染的车牌图像，通常采用空间域法对车牌图像进行滤波，常使用的方法有:线性滤波、中值滤波等。1.线性滤波线性滤波可以去除图像中某些类型的噪声，如采用邻域平均法的均值滤波器就非常适合去除用扫描方式得到的图像中的颗粒噪声。邻域平均法对于给定的图像f(i,j)中的每个像素点(i,j)，取其邻域S,求邻域S中像素值的平均值作为处理后所得图像像素点(i，j)处的灰度。用一个像素邻域内各像素灰度平均值来代替像素原来的灰度，即使用了邻域平均技术。邻域S的形状和大小根据图像特点确定。一般取的形状是正方形、矩形及十字形等，S的形状和大小可以在全图处理中保持不变，也可根据图像的局部统计特性而变化，点(i，j)一般位于S的中心。如S为33邻域，点(i，j)位于中心，则： （2-10）假设噪声n是加性噪声，在空间各点互不相关，且期望为0，方差为，g是未受污染的图像，含有噪声的图像f经过邻域平均后为: （2-11）式中M为邻域S内的像素总数。由公式2-11可知，经邻域平均后，噪声的均值不变，方差。即噪声方差变小，说明噪声强度减弱了，即抑制了噪声。同时，由公式2-10还可看出，邻域平均法也平滑了图像信号，特别是可能使图像目标区域的边界变得模糊。可以证明，对图像进行邻域平均处理相当于使图像信号通过一个低通滤波器。2.中值滤波中值滤波是一种非线性信号处理方法，它被用来抑制图像中的噪声。对于给定的n个数值，将它们按大小有序排列，当n为奇数时，位于中间位置的那个数值称为这n个数值的中值;当n为偶数时，位于中间位置的两个数值的平均值称为这n个数值的中值，记作med()。中值滤波就是这样的一个变换，图像中值滤波后某像素的输出等于该像素邻域中各像素灰度的中值。中值滤波器可以推广到二维，即对二维图像操作。二维中值滤波的窗口形状和尺寸对滤波效果影响较大，不同的图像内容和不同的应用要求，往往采用不同的窗口形状和尺寸。常用的窗口形状有线状、方形、圆形、十字形以及圆环形等，窗口的尺寸一般先用3再取5，逐点增大，直到其滤波效果满意为止。一般对于有缓变的较长轮廓线物体的图像，采用方形或圆形窗口为宜，对于包含有尖顶角物体的图像，适宜用十字形窗口。而窗口大小则以不超过图像中最小有效的细线状物体为宜，如果图像中点、线、尖角细节过多，不宜采用中值滤波。在本文算法的实际应用中，对车牌图像采用了均值滤波的方法，图2-11为采用上述滤波方法的结果，实现代码如下：h=fspecial(average,3);d=im2bw(round(filter2(h,d);图2-11 均值滤波后的车牌图像利用领域平均法可以消除或减少噪声，改善图像的质量。从信号分析的观点来看，均值滤波的本质是低通滤波，它通过信号的低频部分，阻截高频的噪声信号。但是由于图像边缘也处于高频部分，这样往往带来另外一个问题：在对图像进行均值滤波操作时，往往对图像的细节造成一定的破坏。h=fspecial(average,3)中“3”代表模板的大小，本文选择的模板进行均值滤波，效果如图2-12所示。如果选用的模板大，去除噪声的效果会更明显，但是计算复杂，所涉及的像素多而容易把细节抹去，造成模糊，如图2-13所示。图2-12 均值滤波后的车牌图像（模板的大小为）图2-13 均值滤波后的车牌图像（模板的大小为）第三章 车牌定位31车牌的规格及特征我国现有车牌主要有六种类型：1小型车使用的蓝底白字车牌；2大型车使用的黄底黑字车牌；3军用或警用的白底黑字、红字车牌：4国外驻华机构使用的黑底白字车牌；5摩托车牌；6农用车、拖拉机车牌。第一种车牌的前车牌长度均为440mm，宽度为140mm，共有8个字符，本文研究的各种算法主要使用这种车牌。车牌的第一个字符是汉字，