CN105046266B - Led船名标志牌及其智能识别方法 - Google Patents

Abstract

为了克服现有船名标志牌通过监控摄像机无法捕获船名号信息、雾天及夜晚更无法识别的不足，本发明提出一种带有主动发光、并且可通过太阳能板进行供电的LED船名标志牌；具体地，包括棱柱形灯箱，形成在灯箱四面的船名号，所述船名号采用反光透光膜制成、利用背光LED照射，在灯箱顶部设置有太阳能电池板，在灯箱内包括太阳能电池，以用于LED供电。

Description

LED船名标志牌及其智能识别方法

技术领域

本发明涉及一种能主动发光的LED船用铭牌，适用于海事内河航道上视频对船名号的智能识别。

背景技术

目前，现有船名号在识别方面存在诸多不足，对于以传统的喷涂方式标示在船弦两侧的船名，容易被水淹没，监控摄像机无法及时、准确地捕获船名号信息，雾天及夜晚更加无法识别；此外，对于以发光方式形成的船名标志牌则亮度不够，透雾性不强，标志牌的整体发光导致船名模糊，使得不能准确视频识别船名号；再有，传统发光标志牌耗能很大，光伏供电无法满足其正常运行。在夜晚和雾天的时候，有的船民为逃避检查会主动关闭标志牌。标志牌内普遍使用普通灯管，耗能高、损坏率高且维护更换成本高。

发明内容

因此，现有技术中存在以下需要解决的技术问题：

1.如何保证船名标志牌在晚上或者雾天等天气状况不好的情况下，能在视频中分辨清楚；

2.如何保证在各个角度都能清晰的看到船名标志牌；

3.如何保证船名标志牌灯箱的供电；

4.如何让视频能智能分析出船名标志牌。

为此，本发明提出与如下技术方案：

一种LED船名标志牌智能识别方法，包括以下步骤：

(1)对船名标志牌进行图像采集；

(2)对所采集的船名标志牌图像进行智能识别；

(3)输出船名标志牌信息；

其中所述智能识别包括按照如下方法进行灰度化处理：

将船名标志牌的彩色图像在RGB空间表达，将RGB彩色船名标志牌图像转换为灰度图像：

Gray₁＝[max(红，绿，蓝)+min(红，绿，蓝)]/2

①

Gray₂＝(红+绿+蓝)/3

②

Gray₃＝红×0.3+绿×0.59+蓝×0.11

③

Gray₄＝Gray₁×50％+Gray₂×30％+Gray₃×20％

④

依据公式④得到船名标志牌图像的灰度值。

进一步地，还包括在图像采集之前进行红外线定位的步骤。

进一步地，还包括对船名标志牌的灰度图像进行平滑滤波和开运算处理。

进一步地，还包括对船名标志牌的灰度图像进行鲁棒性的二值化。

进一步地，还包括对船名标志牌字符的定位与后续处理。

进一步地，所述定位和后续处理包括对船名标志牌的二值图像的清理、船名标志牌模板的匹配、以及船名标志牌的字符纠偏与归一化处理。

本发明还提出了一种LED船名标志牌，包括LED灯箱、灯箱内部的LED灯、形成在灯箱四面或者前后两面的船名号，所述船名号采用反光透光膜制成、利用背光LED照射，还包括为LED供电的电源装置。

进一步地，所述灯箱为棱柱形或长方形。

进一步地，所述电源装置包括设置在灯箱顶部的太阳能电池板，以及设置在灯箱内的蓄电池。

进一步地，所述LED船名标志牌灯箱上还设置有红外线发射器。

为了克服现有船名标志牌通过监控摄像机无法捕获船名号信息、雾天及夜晚更无法识别的不足，本发明提出一种带有主动发光、并且可通过太阳能板进行供电的LED船名标识灯箱。

为便于船名号能被视频有效识别的考虑，把LED船名号灯箱设 计成棱柱形，这样就可以从多个不同的角度识别船名号，增加了识别的准确性。在棱柱的顶面，放一块太阳能电板；棱柱的内部，用于存放电池，用来对LED进行供电，同时为了保证在没有阳光的时候能持续的供电，还设计了直流电源接口。为了便于视频对船名号的捕捉，在船名标志牌下面设计一个撑杆和底座。

箱体上的船名号，用白色3M反光透光膜制成，用背光LED照射，以便在光线不好的时候能准确识别船名号。

在LED船名牌灯箱设计好后，需要视频的智能识别技术来进行配合。船名号识别技术要求能够将运动中的船舶的船名号从复杂背景中提取并识别出来，通过提取、图像预处理、特征提取、字符识别等技术，识别船名号。

本发明专利使用新型LED船名标志牌，无论在夜晚还是雾天等光线不足的环境下，LED船名标志牌都能够被视频采集装置、比如摄像机有效识别。通过太阳能光伏板，新型LED船名标志牌可以实现自主供电。通过对船名号灯箱的改造和视频的智能分析，能实时、精准的解析出船名号，对于海事机构执法具有重大的意义。

附图说明

图1是棱柱形LED船名标志牌灯箱的形状。

图2是棱柱形LED船名标志牌灯箱的效果图。

图3是长方形LED船名标志牌牌面示意图。

图4是长方形LED船名标志牌灯箱的效果图。

图5是对船名标志牌进行智能识别的总体流程图。

图6是对船名标志牌智能识别的具体过程示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明，所展示的实施例仅是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

实施例1

参见图1-2，本发明的LED船名标志牌灯箱形状，按照棱柱的方式设计，比如设计成40cm*40cm*20cm的大小。船名号分别用白色3M反光透光膜制成，分布在棱柱的四个面上，用白色背光LED照射。船名号的每个字符的大小均设置为5cm*5cm。在灯箱的上面，放一个40cm*20cm的大小的太阳能电板，在灯箱的内部放置一块蓄电池，用于LED的供电，同时为了保证在没有阳光的时候能持续的供电，还设计了直流电源接口；并且在棱柱的顶部角落位置放置一个光传感器，用于控制有无阳光时对电池供电进行判断。为了便于视频对船名号的捕捉，在下面设计一个撑杆和底座。

实施例2

参照图1-2，LED船名牌灯箱的形状，按照棱柱的方式设计，设计成60cm*60cm*30cm的大小。船名号分别用白色3M反光透光膜制成，分布在棱柱的四个面上，用红色背光LED照射。船名号的每个字符的大小均设置为6cm*6cm。在灯箱的上面，放一个60cm*30cm 的大小的太阳能电板，在灯箱的内部放置一块电池，用于LED的供电，同时为了保证在没有阳光的时候能持续的供电，还设计了直流电源接口；并且在棱柱的顶部角落位置放置一个光传感器，用于控制有无阳光时对电池供电进行判断。为了便于视频对船名号的捕捉，在下面设计一个撑杆和底座。

实施例3

参照图1-2，LED船名牌灯箱的形状，按照棱柱的方式设计，设计成80cm*80cm*40cm的大小。船名号分别用白色3M反光透光膜制成，分布在棱柱的四个面上，用白色背光LED照射。船名号的每个字符的大小均设置为10cm*10cm。在灯箱的上面，放一个80cm*40cm的大小的太阳能电板，在灯箱的内部放置一块电池，用于LED的供电，同时为了保证在没有阳光的时候能持续的供电，还设计了直流电源接口；并且在棱柱的顶部角落位置放置一个光传感器，用于控制有无阳光时对电池供电进行判断。为了便于视频对船名号的捕捉，在下面设计一个撑杆和底座。

实施例4

参照图1-2，LED船名牌灯箱的形状，按照棱柱的方式设计，设计成100cm*100cm*50cm的大小。船名号分别用白色3M反光透光膜制成，分布在棱柱的四个面上，用白色背光LED照射。船名号的每个字符的大小均设置为12cm*12cm。在灯箱的上面，放一个100cm*50cm的大小的太阳能电板，在灯箱的内部放置一块电池，用于LED的供电，同时为了保证在没有阳光的时候能持续的供电，还 设计了直流电源接口；并且在棱柱的顶部角落位置放置一个光传感器，用于控制有无阳光时对电池供电进行判断。为了便于视频对船名号的捕捉，在下面设计一个撑杆和底座。

实施例5

参见图3-4，本发明所提出的LED船名标志牌灯箱，还可以设计成长方体，例如设计成90cm*10cm*50cm的大小、100cm*10cm*60cm的大小、80cm*10cm*40cm的大小；船名号标志牌分别用白色3M反光透光膜制成，分布在长方体的前侧盒面和后侧盒面，用白色背光LED照射。船名号标志牌的每个字符的大小例如设置为8cm*8cm、9cm*9cm、6cm*6cm，字符的背景颜色设置为蓝色。具体地，在灯箱下面可设计长方体底座，大小设置为110cm*50cm*50cm、120cm*60cm*50cm、120cm*60cm*50cm，根据标志牌的大小而设定。在底座顶部，放置两块太阳能电池板，电池板的大小根据灯箱牌的大小而设计，例如可为：40cm*20cm、50cm*20cm、30cm*15cm的大小，在底座的内部放置一块蓄电池，用于LED的供电，同时为了保证在没有阳光的时候能持续供电，还在底座上面设计了一个直流电源接口；并且在灯箱与底座连接的位置，放置一个光传感器，该传感器的作用是用于对有无阳光的情况下，对电池是否开始供电进行判断。为了对船名号牌进行准确扑捉和定位，在灯箱的前侧盒面和后侧盒面的每个面的四个直角上分别放置了一个红外线发射器。如图4所示。实施例6

参见图5，本发明还提出一种针对LED船名号的智能识别方法， 当船舶进入视频监控范围后，视频先进行视频拍照，然后进行图像的采集。对采集到的图像按照船名号的位置进行船名号的定位，分析出船名号后，再对其进行字符切割，切割成一个一个的字符。然后通过图像识别软件对字符进行解析，分析出具体的符号，最后把识别的字符再合并，生成最后的船名号。

具体地：当摄像头采集到船名号牌进行准确定位后，视频要对船名号牌进行智能识别，此处采用一种快速可行的鲁棒性较强的船名号图像二值化识别算法。要对船名号牌字符准确定位是实现船名号牌辨识的前提，本算法以字符定位代替笼统的船名号牌定位，即寻求船名号牌各个组成字符的方式来间接获得整个船名号牌。识别系统的整体构成如图5所示。

参见图6，对智能识别过程进行详细描述，通过图像采集系统获得船名号牌的彩色图像后，先进行灰度变换、平滑滤波和开运算等处理，为下面的操作提供良好的基础。本算法设计了一种鲁棒性的直接二值化方法获得船名号牌图像的二值化图像，效果好，速度快。然后，通过快速连通体侦测算法和图像简化算法可以尽可能地剔除非字符部分，保留可能的船名号牌字符部分。最后利用一种基于模板的船名号牌字符侦测模块，便可准确地获得船名号牌上的所有字符单元。使用这种单元也可获知字符的大小、倾斜角度等主要信息，然后依据这些信息通过字符纠偏及归一化处理来处理字符单元，字符识别模块便可获得准确的信息。

具体实施步骤如下：

1、灰度化处理

彩色图像在RGB空间表达，将RGB彩色船名号牌图像转换为灰度图像，通常彩色图像灰度化有三种转换方发：

灰度化方法一：

Gray₁＝[max(红，绿，蓝)+min(红，绿，蓝)]/2

灰度化方法二：

Gray₂＝(红+绿+蓝)/3

灰度化方法三：

Gray₃＝红×0.3+绿×0.59+蓝×0.11

为了使视觉感受更加明显，灰度图像边缘更加突出，结合这三种灰度处理方法，本发明提出了一种新的灰度处理方法，经过多次实验，得出当这三种灰度转化方法所占比例分别为50％、30％、20％时，便可得到最佳的灰度处理效果。即：

Gray₄＝Gray₁×50％+Gray₂×30％+Gray₃×20％

2、平滑滤波和开运算处理

为了消除各种噪声因素的干扰，也为了保留图像的锐度，因此需要在灰度图像上进行一次中值滤波。此外，为了消除船名号牌字 符之间可能存在的黏连、搭接等现象，在下面的操作中，可以运用形态学算子，即先做腐蚀运算，再做膨胀运算。采用这种“开”算子处理图像，便尽可能的达到使图像中的字符分离的目的，因此，为接下来的字符定位与读取奠定基础。

3、船名号牌图像的二值化方法

为了获得稳定可靠的船名号牌二值化图像，此处采用一种船名号牌图像的鲁棒性的二值化方法，由于船名号牌图像因船名号牌破损、斑点、肮脏、光照过强或过弱等因素的影响，寻求全局化阈值将船名号牌字符从船名号牌图像中分离出来是非常困难的。考虑到船名号牌字符与船名号牌背景的灰度差异显著是这一分类船名号牌的共同特征，利用它设计船名号牌图像二值化方法将具有良好的鲁棒性与普遍适用性。考虑到任一像素的合适邻域，应先找到此邻域的极大极小灰度像素，若二者的差值小于某一个阈值，便可认为该邻域的灰度是相同的，因而可以根据该像素的灰度值进行判定该邻域为明或者暗；如果极大极小灰度之差大于某一个阈值，则便可判定该邻域中那些接近极大值的像素为前景，接近极小值的像素为背景。该二值化方法的本质是一种区域化域值方法，具有较强的稳定性和适应性。

4、船名号牌字符的定位与后续处理

二值化方法尽可能保留船名号牌字符及其特征不被破坏。在此基础上，可进行船名号牌字符信息的挖掘。为了准确地获取船名号牌字符的位置及其字模信息便可根据船名号牌特征来进行，本发明主 要考虑如下船名号牌特征：(1)除汉字外，所有船名号牌字符均是单一连通体；(2)每个船名号牌字符的高和宽的比例，在一定的范围内变化；(3)每个船名号牌字符的高和宽的比例均在一定的范围内；(4)每个船名号牌字符连通体的面积与其外包络矩形的面积之比在一定的范围内变化；(5)相邻船名号牌字符的位置在水平和垂直方向上有一致的关联关系。由上述准备作为基础，设计了船名号牌字符位置侦测与字模读取算法。

(1)对船名号牌二值图像进行清理

二值化的船名号牌图像包含大量信息，不利于快速获得船名号牌字符，因此根据上述船名号牌的特征先进行一次清除，以消除明显非字符信息。先进行连通体的识别，连通体的识别有许多的算法，这里主要解决的问题是执行时间的长短，为了节省时间，此处采用一种轮廓线跟踪技巧，不但可以标记连通体，同时还可以获得该连通体的轮廓信息，其执行速度比一般算法提高了十几倍到几十倍不等。经连通体标记之后，可获得每个连通体的外包络矩形。根据上述船名号牌特征，将不可能是船名号牌字符的连通体全部去除。

(2)船名号牌模板的匹配

为了提高船名号牌定位和字符读取的速度及算法普遍适用性该处采用了一种动态的模板方式搜索和定位船名号牌及其字符。在清理后的船名号牌图像中，先根据船名号牌字符的大小及关联关系，搜索2～3个可能的船名号牌的字符连通体，接着计算出船名号牌字符的大小与其间距。结合探索船名号牌的标准规定，建立完整的 船名号牌中包含有字符的所有位置的船名号牌模板，将该模板与可能的船名号牌字符对齐，进行动态扫描，观察船名号牌模板相对应的位置是否有船名号牌字符存在。若符合，则搜索成功，反之，则根据其他可能的船名号牌字符连通体，重新调整船名号牌模板，继续进行动态扫描，直到搜索完成为止。

(3)船名号牌字符纠偏与归一化处理

根据模板侦测到的字符，其中不少是有倾斜角度的，为了使字符识别更加方便，需要进行纠偏。依据最终确定的所有船名号牌字符的位置，可以计算出整个船名号牌的坐标位置，然后依据常规纠偏方法纠偏即可。当纠偏后的字符大小归一化到标准大小之后，便可调用字符识别模块，从而获取船名号牌字符文本。

实施例7

针对本申请中LED船名号牌，为了增强视频对船名号牌的捕捉和定位，在每个LED船名号牌的四个直角上分别放置一个红外线发射器，在本实施例中，在视频图像采集之前，还包括通过红外线定位步骤，借助于LED船名号牌四角所放置的红外线发射器，对船名号牌进行准确定位，然后进行船名号牌图像采集。采集到船名号牌后，对其智能识别过程与实施例6中的相同，此处不再赘述。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方 案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种LED船名标志牌智能识别方法，包括以下步骤：

(1)对船名标志牌进行图像采集；

(2)对所采集的船名标志牌图像进行智能识别；

(3)输出船名标志牌信息；

其中所述智能识别包括按照如下方法进行灰度化处理：

将船名标志牌的彩色图像在RGB空间表达，将RGB彩色船名标志牌图像转换为灰度图像：

Gray₁＝[max(红,绿,蓝)+min(红,绿,蓝)]/2①

Gray₂＝(红+绿+蓝)/3②

Gray₃＝红×0.3+绿×0.59+蓝×0.11③

Gray₄＝Gray₁×50％+Gray₂×30％+Gray₃×20％④

依据公式④得到船名标志牌图像的灰度值。

2.根据权利要求1所述的LED船名标志牌智能识别方法，还包括在图像采集之前进行红外线定位的步骤。

3.根据权利要求1所述的LED船名标志牌智能识别方法，还包括对船名标志牌的灰度图像进行平滑滤波和开运算处理。

4.根据权利要求1所述的LED船名标志牌智能识别方法，还包括对船名标志牌的灰度图像进行鲁棒性的二值化。

5.根据权利要求1所述的LED船名标志牌智能识别方法，还包括对船名标志牌字符的定位与后续处理。

6.根据权利要求5所述的LED船名标志牌智能识别方法，所述定位和后续处理包括对船名标志牌的二值图像的清理、船名标志牌模板的匹配、以及船名标志牌的字符纠偏与归一化处理。