车牌识别嵌入式系统的软硬件设计.pdf

2 0 2 4年1期1 6 3 2 0 2 4年第4 6卷第1期车牌识别嵌入式系统的软硬件设计王 旭1 胡 斌2作者简介:王旭(1 9 9 5-),硕士,研究方向为自动化及电气化技术;胡斌(2 0 0 0-),本科,研究方向为嵌入式技术应用及研发。(1.中国航发北京航空材料研究院 北京1 0 0 0 9 5;2.北京华卓精科科技股份有限公司 北京1 0 1 1 1 1)摘 要 作为交通信息服务系统的重要手段,车牌识别技术避免了人工操作存在的各种弊端。文中设计了车牌识别嵌入式系统的软硬件,该系统的整体框架主要包含3个模块,分别是OV 7 6 7 0摄像头、S TM 3 2单片机和T F T显示屏。为满足任务需求,设计了最小系统和电源模块等硬件;为解决传统投影法误差较大的问题,该系统在字符分割前会先对车牌区域进行识别,并采用上下投影的方式在有效区域内进行字符分割。实验表明,该系统可以实现车牌识别功能,且精确度较高。关键词:车牌识别;嵌入式;图像处理;投影法中图分类号 T P 2 9S o f t w a r ea n dH a r d w a r eH e s i g no fE m b e d d e dS y s t e mf o rL i c e n s eP l a t eR e c o g n i t i o nWAN GX u1a n dHUB i n2(1.A E C CB e i j i n gI n s t i t u t eo fA e r o n a u t i c a lM a t e r i a l s,B e i j i n g1 0 0 0 9 5,C h i n a;2.B e i j i n gH u a z h u oJ i n g k eT e c h n o l o g yC o.,L t d.,B e i j i n g1 0 1 1 1 1,C h i n a)A b s t r a c t A sa n i m p o r t a n tm e a n so f t r a f f i c i n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e m,l i c e n s ep l a t er e c o g n i t i o nt e c h n o l o g ya v o i d sv a r i-o u sd r a w b a c k se x i s t i n g i nm a n u a l o p e r a t i o n.T h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g no f t h e l i c e n s ep l a t er e c o g n i t i o ne m b e d d e ds y s t e mi sc a r r i e do u t i nt h i sp a p e r.T h eo v e r a l l f r a m e w o r ko f t h es y s t e m m a i n l y i n c l u d e s t h r e em o d u l e s,n a m e l yOV 7 6 7 0c a m e r a,S TM 3 2s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e ra n dT F Td i s p l a ys c r e e n.I no r d e rt om e e t t h er e q u i r e m e n t so f t h et a s k,t h eh a r d w a r es u c ha s t h em i n i m u ms y s t e ma n dp o w e rm o d u l e i sd e s i g n e d;i no r d e r t os o l v e t h ep r o b l e mo f l a r g ee r r o ro f t h et r a d i t i o n a l p r o j e c t i o nm e t h o d,t h es y s t e m w i l l f i r s t i d e n t i f yt h e l i c e n s ep l a t ea r e ab e f o r ec h a r a c t e rs e g m e n t a t i o n,a n du s et h eu p p e r a n d l o w e r p r o j e c t i o nm e t h o d t od i v i d e t h e c h a r a c t e r s i n t h e e f f e c t i v e a r e a.E x p e r i m e n t s s h o wt h a t t h e s y s t e mc a nr e a l i z e t h e f u n c t i o no f l i c e n s ep l a t er e c o g n i t i o nw i t hh i g hp r e c i s i o n.K e y w o r d s L i c e n s ep l a t er e c o g n i t i o n,E m b e d d e d,I m a g ep r o c e s s i n g,P r o j e c t i o n0 引言车牌识别系统的作用是利用摄像头采集车牌图像,利用单片机识别车牌内容。本文设计了车牌识别系统的硬件电路及软件程序。为解决投影法误差较大的问题,系统会先识别车牌区域,应用上下边缘投影法完成字符分割。1 车牌识别系统概述车牌识别系统采用了嵌入式和图像处理技术1。嵌入式技术的主要作用是通过硬件和软件解决用户的某种需求,软件的作用是实现某一特殊的功能,硬件则是软件实现该功能的载体。图像处理技术是利用计算机对数字信号进行处理的技术2,而数字信号又是由图像信号经过计算机处理、转换而来的,因此可以利用计算机对图像进行处理。本文设计的车牌识别系统主要处理摄像头采集的图像。首先,将需要识别的车牌照片存在手机里,再利用车牌识别系统的摄像头对照片进行扫描,完成车牌识别。本系统主要由3个部分模块构成,分别是摄像头、S TM 3 2单片机和T F T显示屏,如图1所示。图1 车牌识别系统的主要模块2 车牌识别系统的硬件设计2.1 最小系统设计最小系 统 的 电 路 设 计 图 如 图2所 示。系 统 供 电 为D C 5 V,接入S TM 3 2核心板5 V引脚。S TM 3 2核心板上装有稳压芯片AM S 1 1 1 7,其主要作用是将5 V电压变为3.3 V1 6 4 2 0 2 4年1期电压,并通过核心板引脚输出。图2 最小系统电路设计图S TM 3 2芯片、T F T彩屏及摄像头模块的供电电压均为3.3 V电压。2.2 电源模块电路设计电源模块的电路设计如图3所示。系统采用D C-5 V供电,并设计了带有滤波的电源电路。在该供电电路中,C 3、C 4主要起到滤波的作用,车牌识别系统需要输出稳定的3.3 V直流电进行供电。设计R C和L C结合的滤波电路,可以除去噪声和其他干扰。图3 电源模块的电路设计图2.3 图像采集电路设计摄像头 的 实 物 及 电 路 设 计 如 图4所 示。系 统 选 择OV 7 6 7 0摄像头,它本身携带一个F I F O芯片。该摄像头模块体积小,可以实现影像处理器和V G A摄像头的全部功能。F I F O芯 片 具 有 数 据 缓 冲 功 能,可 以 满 足 摄 像 头 和S TM 3 2单片机的频率要求。图4 摄像头的实物及电路设计2.4 图像显示电路设计系统选 择T F T_I L I 9 3 4 1 2.8显 示 屏。它 采 用2.8寸T F T模组,支持8/1 6位数据长度,还支持2 4 03 2 0像素的R G B 5 6 5格式。在出厂之前,模组的默认数据长度为8位。3 车牌识别系统的软件程序设计3.1 m a i n函数设计m a i n函数主要完成时钟、OV 7 6 7 0、L E D、L C D、串口等模块的初始化及引脚配置,初始化完成后,显示屏全屏显示绿色。利用Wh i l e语句等待摄像头初始化,摄像头初始化成功后,显示屏显示红色。完成初始化后,开始进行车牌的扫描及测定。3.2 车牌扫描及测定车牌扫描的目的是通过检测横向跳变点来检测摄像头所对位置是否存在车牌。车牌扫描及测定流程如图5所示。先逐一扫描车牌的像素点,获取图像信息,再将摄像头扫描的图像信息传送给F I F O进行保存3。当S TM 3 2单片机获得图像像素值后,在2 4 0方向跳变点显示,之后进行2 4 0方向跳变点分析。如果车牌位置合适,经过短暂延时后,就可以进行车牌测定。首先,进行3 2 0方向跳变点显示,再对3 2 0方向进行跳变点分析,得到车牌有效区域的左右边界。经过车牌扫描后,车 牌 位 置 已 经 合 适,就 可 以 进 行 字 符 分 割 及 字 符识别。图5 车牌扫描及测定流程图3.3 二值化处理二值化4是一种研究灰度变换的特殊方法,它可以将多个灰度值的彩色图像变换成黑白二值化图像,并可以设定R,G,B的 阈 值,利 用 这 个 阈 值 去 控 制 像 素 点 变 黑 或变白。OV 7 6 7 0摄像头采集的图像的像素格式为R G B 5 6 5。每个像素由两个字节组成,第一字节的高五位是R,第一字节的低三位和第二字节的高三位组成G,第二字节的低五位是B。扫描每个跳变点,将第一次采集的值赋予AA,第二次采集的值赋予B B,最后赋予C o l o r,组成一个1 6位数。对图像中的每个像素进行二值化处理,即设定R,G,B的阈值。R,G,B合适的阈值分别为2 5,5 5,2 5。将每个像素点移动信息2 0 2 4年1期1 6 5 的R,G,B的值与阈值进行比较,大于阈值变为白色,小于阈值变为黑色。3.4 识别车牌区域通常情况下,经过二值化处理后的图像可以直接采用投影法进行字符分割,但由于空洞的存在,当车牌图像不清晰时,会导致字符分割出现较大误差5。为解决上述问题,本系统先识别车牌区域,之后采用上下边缘投影法来识别字符。图像经过二值化处理后,彩色图像变为灰度图像。一般情况下,字符通常显示为白色,背景部分显示为黑色,这样就可以利用由黑变白或由白变黑的跳变点,来得到车牌有效区域的上下边界。可以将阈值设定为1 56,并不断扫描灰度图像,得到每一行跳变点的值。当某一行的跳变点数量大于1 5个时,将这一行作为车牌的起始位置,且将它设置为车牌区域的上边界;当某一行的跳变点数量小于1 5个时,将这一行作为车牌的结束位置,且将它设置为车牌区域的下边界。3.5 字符分割本系统主要利用白色像素的数量来分割字符,如图6所示。采集的车牌图像经过二值化处理后,车牌图像就变成了黑白图像。通过纵向分析,每一纵行字符处的白色像素点明显多于黑色像素点,利用这一特性,就可以横向逐一扫描每一纵行的像素点,得到白色像素点个数。而白色像素点从无到有或从有到无则是字符的边界,之后进行划线处理,通过扫描得到每个字符的左右边界白色像素点的值。其中,将左边界白色像素点的值赋予k k,将右边界白色像素点的值赋予k。这样就可以得到每个字符的左右边界。由于正常的车牌具有8个字符(包含汉字与字母、数字间的点),因此需要判断分割得到的字符个数是否为8个,若不 是,就 需 要 重 新 调 整 车 牌 位 置,重 新 进 行 分 割处理。图6 字符分割3.6 字符识别完成字符分割后,还需进行归一化处理,将分割字符的像素统一为2 5*5 0。字符模板通过取模软件先提取程序中大小为2 4*5 0的单一像素。在字符模板中,03 6代表数字和字母,3 64 1代表汉字。比较像素点,在相同位置,像素点相同则n u m+1,像素点不同则为n u m-1。将相似度最大值保存到S a v e中,显示匹配字样后,将相似性最大值的对应字符作为输出结果。4 实验结果分析利用J-L i n k将相关程序融入S TM 3 2单片机内,这时显示屏会不断进行红绿变换,这是系统内的部分模块在完成相关引脚及接口的初始化配置。经过几秒钟后,显示屏上就可以得到摄像头所对位置的图片。本次实验选择利用摄像头来扫描手机上的车牌图片,并不断调整摄像头和车牌图像间的角度,此时系统会不断进行车牌的扫描和测定。最终,可以在显示屏的识别结果一栏看到车牌号码,如图7所示。图7 车牌识别系统测试结果图5 结语车牌识别系统的软硬件设计主要利用S TM 3 2单片机的强大功能来完成车牌识别任务,主要应用了嵌入式技术和数字图像处理技术。在车牌识别过程中,需要依次进行车牌图像信息采集、二值化处理、识别车牌区域、字符分割、字符识别处理等过程。为克服传统投影法的不足,在进行字符分割前,该系统会先识别车牌区域,得到更加准确的识别范围,并采用上下边缘投影法进行字符分割,提高车牌识别的准确率。参考文献1刘祺,王银玲,吴林恒.基于S TM 3 2的图像采集与显示系统的研究与设计J.数字技术与应用,2 0 1 2(2):9 4.2李德明.基于S TM 3 2的车牌自动识别系统设计J.广西物理,2 0 1 8,3 9(Z 1):7-1 2.3 高晓雷,张彬,王林惠,等.基于改进V G G 1 6的嵌入式图像识别系统设计J.电脑知识与技术,2 0 2 2(2):1 8.4Z HAN GR,L I UJL,HUANGY,e ta l.E n r i c h i n gt h e i n t e r-n a t i o n a l c l i n i c a l n o m e n c l a t u r ew i t hC h i n e s ed a i l yu s e ds y n o-n y m sa n dc o n c e p tr e c o g n i t i o ni np h y s i c i a nn o t e sJ.BMCM e d i c a l I n f o r m a t i c sa n dD e c i s i o nM a k i n g,2 0 1 7,1 7(1).5赖道亮,赵平,钟昆,等.面向车牌字符分割的图像预处理方法研究J.计算机测量与控制,2 0 1 8,2 6(9):2 5 0-2 5 4.6赵伟,鞠 美 玉,李子 双.复杂 光线 下的 车 牌图 像增 强 算 法J.计算机辅助设计与图形学学报,2 0 1 6(6):9 7 6-9 8 5.移动信息