CN103177582A - 一种视频测速和车牌识别的一体机 - Google Patents

Abstract

一种视频测速和车牌识别的一体机，它涉及道路交通设备领域，嵌入式DSP视频测速控制器与嵌入式DSP车牌识别控制器连接，信号采集处理存储设备与嵌入式DSP车牌识别控制器连接，摄像装置与嵌入式DSP视频测速控制器连接，补光灯与嵌入式DSP视频测速控制器连接，移动供电设备分别与嵌入式DSP视频测速控制器、嵌入式DSP车牌识别控制器及摄像装置连接。它主要用于移动违章抓拍或者用于车载车速监控系统中，集牌照识别、车速检测、车辆信息查询、违章查询、违章记录和储存等功能于一体；具有环境适应性好、抗振动、自适应性强、成本低廉、测量精度较高等诸多优点。

Description

一种视频测速和车牌识别的一体机

技术领域：

本发明涉及一种车牌识别系统，具体涉及一种视频测速和车牌识别的一体机。

背景技术：

车辆牌照自动识别系统是实现智能化(ITS)交通的重要部分，其功能为采用雷达或地感线圈来测量车辆通过时的车速，用视频摄像机抓拍车牌牌照信息，再通过专业软件进行信息合成后传输到交管中心。并通过车辆信息数据库获取车辆的各种信息如车型、车主等，是道路交通违法处罚的有力证据。

现有的道路违章抓拍系统及方法主要采用固定式的雷达或地感线圈来检测车辆行驶速度，固定式摄像机安装于横杆上抓拍车辆牌照信息，不能移动；而驾驶员由于长期行驶非常清楚违章抓拍点的设置位置，或可以通过导航或电子狗等技术手段提前预告违章监控点，这样使得道路上交通违章情况无法从根本上得到监控。

发明内容：

为了解决背景技术所存在的问题，填补固定式测速和车牌抓拍的不足，通过移动式一体化视频测速及车牌抓拍设备打消驾驶员违法的驾驶习惯，本发明提供了一种视频测速和车牌识别的一体机，它主要用于移动式违章抓拍或者用于车载车速监控系统中，集牌照识别、车速检测、车辆信息查询、违章查询、违章记录储存等功能于一体；具有环境适应性好、抗振动、自适应性强、成本低廉、测量精度较高等诸多优点。

本发明是采用以下技术方案：一种视频测速和车牌识别的一体机包括嵌入式DSP视频测速控制器1、嵌入式DSP车牌识别控制器2、信号采集处理存储设备3、移动供电设备4、摄像装置5及补光灯6，嵌入式DSP视频测速控制器1与嵌入式DSP车牌识别控制器2连接，信号采集处理存储设备3与嵌入式DSP车牌识别控制器2连接，摄像装置5与嵌入式DSP视频测速控制器1连接，补光灯6与嵌入式DSP视频测速控制器1连接，移动供电设备4分别与嵌入式DSP视频测速控制器1、嵌入式DSP车牌识别控制器2及摄像装置5连接。

所述的摄像装置5包括导轨5-1、摄像机5-2及高清镜头5-3，摄像机5-2活动设置在导轨5-1上，摄像机5-2上设置有高清镜头5-3。

所述的嵌入式DSP视频测速控制器1采用优化的光流方程(OFE)的Mask-KHnioa算法和基于块运动模型的相位相关法。

所述的嵌入式DSP视频测速控制器1的误差修正方式采用基于特征的在图象中寻找角点(拐点)的方法来实现对应点匹配。

所述的嵌入式DSP车牌识别控制器2在牌照分割时对牌照定位，为了提高效率，不取车辆中的其他水平特征信息，而就取牌照的上下边缘作为2条水平特征向量进行车辆实际位置的计算，在算法上增加了对异常情况的处理程序。

所述的信号采集处理存储设备3可以做成有线的TCPIP协议的网络传输方式，还能增加无线3G的移动信号收发模块。

本发明的工作过程分为五个步骤：

第一步：采用单个摄像机通过在导轨上的滑动来模拟出两个不同位置和角度的摄像机，标定出摄像机的有效焦距，完成距离的测量工作；

第二步：通过摄像机和标定板间自由的运动来得到从不同的角度拍摄标定板到得多幅图像，解决车辆定位的问题；

第三步：选用比较复杂的车牌作为标定的对象，在标定板上每个特征点与其图像上相应的像点之间采用一个映射矩阵，建立车辆测速的数学模型及误差处理的智能算法；

第四步：通过图像匹配建立起近景和远景不同的图像模型；

第五步：是在测速系统中建立了智能误差分析及自动误差处理的专有控制器来确保测速的精度符合国家标准。

当车辆图像被抓到以后，首先软件对图像进行大范围的相关搜索，查找与汽车牌照特征相符的域，并将这些区域利用软件进行判断比较，选择与车牌最相似的区域作为识别对象，系统再运用视觉和神经网络技术，对分割的对象进行字符边缘提取、特提取、字符识别等，最后输出车牌号码的数字化信息。

本发明的有益效果是：通过对测量技术及数学模型方法的掌握，将视频测速与车牌自动识别进行了系统集成，在结构上采用了DSP双机高速运算的工业化设计，使得我们的设备能做成可移动式或便携式的。能弥补目前采用固定式的雷达测速或地感线圈测速的不足，同时采用了智能控制算法对于减少测量的误差非常有效，使我们的产品能成为低成本、可移动、高精度的电子警察。

附图说明：

图1是本发明中一种视频测速和车牌识别的一体机整体结构。

图2是本发明中双目二维几何模型图。

图3是本发明中摄像装置的内部机械结构。

图4是本发明中车牌定位的原理图。

图5是本发明中视频测速的工作原理图。

图6是本发明中实际测量的几何模型。

图7是本发明中一体机的系统原理图。

图8是本发明中视频测速的工作流程。

具体实施方式：

参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：它包括嵌入式DSP视频测速控制器1、嵌入式DSP车牌识别控制器2、信号采集处理存储设备3、移动供电设备4、摄像装置5及补光灯6，嵌入式DSP视频测速控制器1与嵌入式DSP车牌识别控制器2连接，信号采集处理存储设备3与嵌入式DSP车牌识别控制器2连接，摄像装置5与嵌入式DSP视频测速控制器1连接，补光灯6与嵌入式DSP视频测速控制器1连接，移动供电设备4分别与嵌入式DSP视频测速控制器1、嵌入式DSP车牌识别控制器2及摄像装置5连接。经过处理的信号已经在视频图像中自动叠加了车牌号、违章地点、违章抓拍时速度、超速率、日期和时间等关键信息，在光照不足时补光灯自动打开进行补光，本移动设备配备了移动电源及备用电池，并对所有设备的运行状态自动进行诊断和检测。该信号自动将违章车辆的图片本地存储及经无线设备9上传给道路管理部门的指挥中心控制室。

参照图2，提出了解决问题的理论依据：双目立体视觉测距是基于视差的原理，图2所示为其成像几何模型，OL、OR为摄像机光心位置，两摄像机投影中心连线的距离为基线d，f是透镜的有效焦距。目标点P左右两摄象机CCD成像面上的像点坐标分别是Pleft＝(xi，yi)，Pright＝(xr，yr)。则由三角关系得到P点距透镜中心的距离Z为 $z=\frac{\mathrm{fd}}{x_1-x_2}.$

参照图3，提出了摄像装置5的内部机械结构：所述的摄像装置5包括导轨5-1、摄像机5-2及高清镜头5-3，摄像机5-2活动设置在导轨5-1上，摄像机5-2上设置有高清镜头5-3。

参照图4，提出了车辆定位的原理图：如何从车辆二维图像得到车辆实际的三维空间位置信息？首先需要证明在每幅图像中必须取2条水平特征量，才能将求出车辆的水平实际位置。如图4，EF为CCD摄像机像平面，O为CCD焦点。在t0时刻，若车辆在路面上的实际位置为U点，牌照下边缘在图像中的垂直位置同样为D点，t1时刻车辆运动到V点，牌照下边缘在图像中的垂直位置同样为J点，则在Δt＝t1-t0时间内，车辆运动距离为ΔX＝WR-ZR＝WZ。

参照图5，提出了视频测速的工作原理图：系统应用中还要识别牌照字符，而牌照分割时要对牌照定位，为了提高效率，不取车辆中的其他水平特征信息，而就取牌照的上下边缘作为2条水平特征向量进行车辆实际位置的计算。如图5，在t0时刻，只要从图像中的牌照位置CD计算出车辆的实际位置x＝UR，同理计算出t1时刻车辆实际位置VR，则可以根据下式计算出车辆速度：

参照图6，提出了视频测距误差产生的原因及解决办法：根据图2的原理得到的距离是目标点在由两摄像机光轴构成的水平面上的投影点到基线的垂直距离P′O。而实际需要的测量距离是目标点到摄像机基线的垂直距离PO，如图6。我们可以通过把目标点在摄像机CCD靶面上的像素点的纵坐标控制在CCD靶面中心线上，即α角控制的很小，这样P′O与PO趋近相等。其真实测得的距离用ZR表示，则：

其中nx为实际匹配点与理想匹配点相差的像素个数。则δ为真实值和设备测得值之间的误差。在找到误差产生的原因和误差的正态分布曲线后我们可以通过智能算法上的自动修正的方式能智能的将误差缩小到±3％内。

参照图7，提出了一体机的系统原理图：如图7，车牌及车辆7-1经摄像装置7-2采集图像分别给测速控制器7-3和车牌视频控制器7-4，完成各自的功能车牌视频提取7-5、车牌字符切分7-6、车牌字符识别7-7、视频测速智能误差纠偏7-8，再分别图像二值化分析7-9、车牌直方图轮廓分析7-10、车牌小波识别字符算法7-11、判断车辆是否超速7-12。从而实现车牌抓拍与测速信息的智能处理7-13，再进行信息的储存、传输7-14。

参照图8，提出了本设备的工作流程：具体详见图8所示工作流程。

Claims (7)

1.一种视频测速和车牌识别的一体机，其特征在于它包括嵌入式DSP视频测速控制器(1)、嵌入式DSP车牌识别控制器(2)、信号采集处理存储设备(3)、移动供电设备(4)、双目三维摄像装置(5)及补光灯(6)，嵌入式DSP视频测速控制器(1)与嵌入式DSP车牌识别控制器(2)连接，信号采集处理存储设备(3)与嵌入式DSP车牌识别控制器(2)连接，摄像装置(5)与嵌入式DSP视频测速控制器(1)连接，补光灯(6)与嵌入式DSP视频测速控制器(1)连接，移动供电设备(4)分别与嵌入式DSP视频测速控制器(1)、嵌入式DSP车牌识别控制器(2)及摄像装置(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种视频测速和车牌识别的一体机，其特征在于所述的双目三维摄像装置(5)包括导轨(5-1)、摄像机(5-2)及高清镜头(5-3)，摄像机(5-2)活动设置在导轨(5-1)上，摄像机(5-2)上设置有高清镜头(5-3)。

3.根据权利要求1所述的一种视频测速和车牌识别的一体机，其特征在于所述的嵌入式DSP视频测速控制器(1)采用光流方程(OFE)的Mask-KHnioa算法并进行了必要的优化，以及基于块运动模型的相位相关法。

4.根据权利要求1所述的一种视频测速和车牌识别的一体机，其特征在于所述的的嵌入式DSP视频测速控制器(1)的误差修正方式采用基于特征的在图象中寻找角点(拐点)的方法来实现对应点匹配。

5.根据权利要求1所述的一种视频测速和车牌识别的一体机，其特征在于所述的嵌入式DSP车牌识别控制器(2)在牌照分割时对牌照定位，为了提高效率，不取车辆中的其他水平特征信息，而就取牌照的上下边缘作为2条水平特征向量进行车辆实际位置的计算，在算法上增加了对异常情况的处理程序。

6.根据权利要求1所述的一种视频测速和车牌识别的一体机，其特征在于所述信号采集处理存储设备(3)可以做成有线的TCPIP协议的网络传输方式，还能增加无线3G的移动信号收发模块。

7.根据权利要求1所述的一种视频测速和车牌识别的一体机，其特征在于本发明的工作过程分为五个步骤：

第一步：采用单个摄像机通过在导轨上的滑动来模拟出两个不同位置和角度的摄像机，标定出摄像机的有效焦距，完成距离的测量工作；

第二步：通过摄像机和标定板间自由的运动来得到从不同的角度拍摄标定板到得多幅图像，解决车辆定位的问题；

第三步：选用比较复杂的车牌作为标定的对象，在标定板上每个特征点与其图像上相应的像点之间采用一个映射矩阵，建立车辆测速的数学模型及误差处理的智能算法；

第四步：通过图像匹配建立起近景和远景不同的图像模型；

第五步：是在测速系统中建立了智能误差分析及自动误差处理的专有控制器来确保测速的精度符合国家标准。

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