车辆图像识别方法及装置
技术领域:
本发明涉及一种通行车辆图像识别方法及装置,应用于高速高等级公路车辆收费站、门禁、安全防范、城市交通等领域。属机器视觉领域。
背景技术:
随着我国汽车工业的持续高速发展以及车辆拥有量的不断增加,车辆过境收费、城市卡口、停车场和小区门禁等场所都对车辆的识别及监测提出了更高的要求。
已有的发明有以下几种:
同比技术{I},中国专利公开号CN 1201957A,公开日1998年12月16日,发明名称为《具有图像监察功能的封闭式高速公路收费系统》,该申请案公开了由站级系统和各车道系统组成,在入口车道,通行卷读写器向通行卷写入车型和收费员等信息。在出口车道,摄像机获取车型信息,通过费额显示器显示应收费额,通行卷读写器读出通行卷中的信息。其不足之处是仅提出用监控摄象机监察功能来解决收费员操作时的舞弊和伺机逃票的问题。另外,该技术中通行卷信息全部是收费员手工录入,无法避免人工录入时会出现的主观和客观错误。
同比技术{II},中国专利公开号CN 1413861A,公开日2003年4月30日,发明名称为《车牌自动识别方法》,该申请案公开了将现有基于OCR技术的车牌号码识别技术和基于模式识别技术的车牌图像匹配技术结合起来对车辆车牌进行自动登记、验证、监视报警。其不足之处是车辆牌照的自动识别率不能达到100%,原因包括受识别技术的限制,车牌照受损、被车架上物体遮挡、车牌照号码被弄脏、甚至是人为破坏,下雪、暴雨、大雾等等,因此该方法对不能识别或识别错误的车辆无法进行认证。
同比技术{III},中国专利公开号CN 1424695A,公开日2003年6月18日,发明名称为《高速公路收费系统中车牌图像的应用方法》,该申请案公开了将入口处图像中车牌部分图像提取出来,经过归一化、二值化成为统一大小的二值化图像数据,再写入通行卡。其不足之处是车辆牌照的定位率不能达到100%,对不能定位或定位错误的车辆无法进行认证。另外,车辆牌照的二值化图像仅仅能够反映车辆的一个车牌图像特征,而不能反映车辆的全貌特征。
另外,同比技术{I},{II},{III}中共同存在的不足之处是,三种发明都缺乏能够在车辆通行的出入口对车辆身份进行实时认证的技术方法。
目前,无论是高速公路收费站,还是城市治安卡口、停车场和小区门禁等应用场所,都在使用上述技术背景下的产品和方法来进行车辆身份认证和管理,尽管存在许多不足之处。
发明内容:
本发明克服了现有技术中的不足,提供了一种采用利普视觉公司研发的车辆图像采集、识别、压缩、存储技术,结合读写通行卡,以及车辆牌照自动识别技术,能够准确认证车辆身份,可杜绝各种舞弊、逃费行为,提高通行车辆管理效率。
本发明的装置包括通行卡[1],通行卡读写器[2],主控机[3],图像采集卡[4],视频器[5],补光照明器[6],显示器[7],车辆管理监控中心数据库服务器[8]。其中,图像采集卡[4]与主控机[3]的总线插槽相连接,视频器[5]的接插口与主控机[3]的接插口相连接,补光照明器[6]的控制输入端与主控机[3]的照明控制输出端相连接,显示器[7]的输入端与主控机[3]的显示输出端相连接,通行卡读写器[2]的输出端与主控机[3]的输入端相连接,主控机[3]通过计算机通信网络与车辆管理监控中心数据库服务器[8]相连接。通行卡[1]是标准接触/非接触数据存储卡,例如IC卡,用于存储车辆管理信息、车辆图像、车牌照号码;通行卡读写器[2]是将数据写入或读出通行卡[1]的标准器具,例如IC卡读写器;主控机[3]是具有标准工业计算机功能的设备,内装操作系统、管理应用程序、车牌照识别程序、图像压缩程序、自动比对程序、通信程序、通行卡读写器[2]标准驱动程序、图像采集卡[4]控制程序、视频器[5]和补光照明器[6]控制程序,用于控制本发明中的所有装置,运行本发明方法中的所有程序,以及负责与其它相关应用系统的通信和数据交换;图像采集卡[4]是标准工业图像采集装置,用于采集车辆图像;视频器[5]是电荷偶合器件摄像机、电荷充放电器件摄像机、电荷注入器件摄像机、金属氧化物半导体摄像机中的任一种,用于采集车辆图像;补光照明器[6]是标准工业照明器,用于弥补环境光变化和夜间补光;显示器[7]是标准计算机显示器,主要用于显示车辆图像、车牌照号码以及车辆管理信息;车辆管理监控中心数据库服务器[8]是标准计算机服务器,用于存储和管理所有车辆管理信息。
本发明的方法是,将本发明中的装置分别安装在通行道路车辆的出口和入口。在车辆通行的入口处,例如高速高等级公路收费站入口或生活小区门禁入口,主控机[3]启动操作系统并运行管理应用程序;当有车辆驶入时,主控机[3]控制图像采集卡[4]、视频器[5]和补光照明器[6]实时采集通行车辆图像,此时图像的大小以彩色768×576分辨率为例是1.3M;主控机[3]调用车牌照识别程序识别出车牌照号码,同时调用利普视觉图像压缩程序对车辆图像进行压缩处理,以1.3M彩色车辆图像为例,可以压缩至3K大小的彩色图像;显示器[7]的界面上显示在入口处采集的车辆图像,车牌照识别结果,和车辆管理信息;如果车牌照识别程序识别出的车牌照号码有误,管理人员对识别结果可以进行人工纠错;主控机[3]调用通行卡读写器[2]标准驱动程序,将压缩后的车辆图像、车牌照识别号码、和车辆管理信息写入通行卡[1];管理人员将通行卡[1]交给通行车辆驾驶员;主控机[3]调用通信程序把写入通行卡[1]的信息上传到车辆管理监控中心数据库服务器[8]。
在车辆通行的出口处,例如高速高等级公路收费站出口或生活小区门禁出口,主控机[3]启动操作系统并运行管理应用程序;当有车辆驶出时,主控机[3]控制图像采集卡[4]、视频器[5]和补光照明器[6]实时采集通行车辆图像;主控机[3]调用车牌照识别程序识别出车牌照号码,同时调用利普视觉图像压缩程序对车辆图像进行压缩处理;如果车牌照识别程序识别出的车牌照号码有误,管理人员对识别结果可以进行人工纠错;管理人员向通行车辆驾驶员收回在通行入口处发放的通行卡[1];主控机[3]调用通行卡读写器[2]标准驱动程序,从通行卡[1]中将入口处记录的车辆图像、车牌照识别号码、和车辆管理信息读出到主控机[3];显示器[7]的界面上同时显示从通行卡[1]中读出的车辆图像、车牌照识别号码、和车辆管理信息,以及在出口处采集的车辆图像,车牌照识别结果,通行时间,和车辆管理信息;主控机[3]调用通信程序把出口处的车辆图像、车牌照识别号码、和车辆管理信息上传到车辆管理监控中心数据库服务器[8];管理应用程序将入口处识别的车牌照号码与出口处识别的车牌照号码进行自动比对,管理人员人工比对在出/入口处分别采集和显示的车辆图像,在确认出/入口车辆特征一致和车牌照号码自动比对结果一致后,管理人员执行收费和相关管理操作,放行车辆;如果车牌照号码自动比对结果不一致,管理人员人工比对显示器[7]上显示的出/入口车辆图像特征,排查可能出现的识别错误,人工纠正识别错误;如果显示器[7]上显示的出/入口处的车辆图像特征经管理人员人工比对后发现不一致,以及如果管理人员利用随行通行车辆的通行卡[1]中读出的通行车辆管理信息,如通行时间和地点与出口处车辆通行时间和地点,判别出/入口通行车辆身份不一致,管理人员向车辆管理监控中心和安全保卫部门有关人员报告,以便对该通行车辆进行进一步违规、违章、逃费和犯罪嫌疑排查,包括排查车架号码和车辆发动机号码。
本发明的装置可用通行车辆在出口处识别的车辆特征,与车辆管理监控中心通过计算机网络传输到出口处的在通行车辆入口处获得的车辆特征进行自动比对,一次确认出/入口通行车辆身份;管理人员利用通过计算机网络传输到出口处的通行车辆在入口处获得的车辆图像与出口处实时采集的车辆图像对通行车辆特征进行人工比对,二次确认出/入口通行车辆身份;管理人员利用通过计算机网络传输到出口处的通行车辆在入口处获得的车辆管理信息与出口处获得的车辆管理信息,人工判别出/入口通行车辆身份。
在出入口,管理人员可以向车辆管理监控中心申请,经同意和授权后,通过车辆图像、车牌照识别结果、车辆特征、车辆管理信息对通行车辆进行查询和对车辆进行综合管理认证;车辆管理监控中心的授权主管人员可以对每一辆通行车辆的管理信息进行查询,以监控和管理所有车辆通行状况,以及所有出入口管理人员的操作结果,有效防止各种类型的舞弊行为。
前面叙述的车辆图像识别方法及装置中通行卡[1]在整个车辆通行过程中伴随通行车辆,通行车辆与通行卡[1]是唯一对应。
前面叙述的车辆图像识别方法及装置中出/入口处的车辆图像具有100%对应关系。
前面叙述的车辆图像识别方法及装置在入口处显示器[7]上显示入口处获取的车辆管理信息,在出口处显示器[7]上同时显示分别在出入口处获取的车辆管理信息。
前面叙述的车辆图像识别方法及装置,通行车辆出入口处的车辆管理信息通过计算机通信网络传送到车辆管理监控中心数据库服务器[8]。
前面叙述的车辆图像识别方法及装置,其图像方法采用的视频器[5]是电荷偶合器件摄像机、电荷充放电器件摄像机、电荷注入器件摄像机、金属氧化物半导体摄像机中的任一种。
前面叙述的车辆图像识别方法及装置中的车辆特征包括车型分类,车辆颜色,车辆商标,车辆品牌,车牌照号码,车牌照颜色,车架号码和发动机号码。
前面叙述的车辆图像识别方法及装置中车辆管理信息包括车辆图像,车辆特征自动和人工识别结果,车辆特征自动和人工比对结果,车辆通行时间,地点,收费额,收费员身份,以及用户所需的车辆管理数据。
前面叙述的车辆图像识别方法及装置中车辆特征自动识别结果是指,由发明装置应用机器视觉技术从车辆图像中自动识别出车辆特征。而车辆特征人工识别结果是指,由管理人员目视车辆图像或通行车辆实物,人工识别出车辆特征。
前面叙述的车辆图像识别方法及装置中车辆特征自动比对结果是指,由本发明的装置应用机器视觉技术对出入口处车辆特征的识别结果进行自动比对得出的结果。而车辆特征人工比对结果是指,由管理人员对出入口处车辆特征的识别结果通过目视车辆图像或通行车辆实物,人工比对得出的结果。
前面叙述的车辆图像识别方法及装置中的所述的车辆图像是车辆的全貌图像,所述的车辆的全貌图像是通行车辆及其背景的真彩色图像。
本发明的车辆图像识别方法及装置,可应用于高速高等级公路收费站、门禁、安全防范、城市交通等领域。
本发明提供的方法及其装置可以克服现有技术的不足,提高通行车辆的管理效率,与同比技术对照,具有的创新点是:
1.采用图像压缩技术把通行车辆及其通行现场背景的彩色图像经过压缩处理,压缩后的车辆图像质量能够保证人工判读车型特征。压缩后的车辆图像尺寸能够满足通用标准通行卡[1]的存储容量要求。压缩后的车辆图像尺寸能够满足通行卡[1]数据写入和读出时间在实时应用中的要求。
2.压缩后的车辆图像、车辆牌照识别结果、车辆管理信息写入通行卡[1]内,通行卡[1]在整个车辆通行过程中伴随通行车辆,保证通行车辆与通行卡[1]的唯一对应。
3.在车辆通行过程中,本发明中出口的车辆牌照号码自动识别结果,自动与通过随行通行车辆的通行卡[1]中的通行车辆牌照号码比对,认定出/入口通行车辆身份;管理人员利用随行通行车辆的通行卡[1]中读出的通行车辆图像与出口处实时采集的车辆图像对通行车辆进行人工比对,判读车辆特征,二次确认出/入口通行车辆身份;管理人员利用随行通行车辆的通行卡[1]中读出的通行车辆管理信息,如通行时间和地点判别出/入口通行车辆身份。
4.采用本发明中的方法,可以解决同比发明中仅仅依靠车辆牌照号码自动识别技术无法100%完成车辆身份认定的问题,本发明的方法和装置可以保证出入口车辆图像具有100%对应关系,为管理人员提供了在车辆牌照号码自动识别结果的基础上通过人工二次确认和辅助推断出/入口通行车辆身份的可靠的技术手段,弥补了车辆牌照号码自动识别技术不可能达到100%的全牌正确识别率的不足。
5.采用本发明中的方法,可以解决同比发明中依靠车辆牌照号码自动识别技术和依靠取出车辆牌照二值化图像写入通行卡中,进行车辆身份认证时,无法100%完成车辆身份认定的问题,本发明的方法和装置可以保证出入口车辆图像具有100%对应关系,为管理人员
6.提供了在车辆牌照号码自动识别结果的基础上通过人工二次确认和判别出/入口通行车辆身份的可靠的技术手段,弥补了同比技术中车辆牌照定位不可能达到100%的准确率的不足。
7.采用本发明中的方法,可以在车辆管理监控中心通过对所有存储通行车辆的信息管理和查询,包括压缩后的车辆图像、车辆牌照识别结果、车辆管理信息,可以有效排查出/入口管理员人工操作错误或舞弊行为。
8.采用本发明中的方法,可以为车辆管理监控中心数据库服务器节约存储车辆图像用的磁盘空间和容量,为用户节约硬件投资,优异的性价比、识别速度快、系统稳定、开放、使用方便、易于维护等优点。
附图说明
图1为利用本发明车辆图像识别方法及装置的系统的示意图
其中1通行卡;2通行卡读写器;3主控机;4图像采集卡;5视频器;6补光照明器;7显示器;8车辆管理监控中心数据库服务器。
图2为本发明所述的车辆图像识别方法及装置应用于高速高等级公路车辆收费站系统的工作流程图
具体实施方式
图1为利用本发明车辆图像识别方法及装置系统的示意图
图2为本发明所述的车辆图像识别方法及装置应用于高速高等级公路车辆收费站系统的工作流程图
下面结合本发明的车辆图像识别方法及装置,以高速公路收费系统车道收费站的应用为实施例对本发明的方法及装置做进一步的说明:
目前在高速公路收费系统中普遍存在收费舞弊的现象,解决收费舞弊的基本方法是通过技术手段,最大限度地控制和消除收费舞弊。
现行的高速公路收费系统的通行费的构成要素包括车型、车种、通行距离以及通行状态,而收费舞弊的基本手段是混淆收费金额的构成要素。通常,实际收费过程中经常见到的舞弊行为有以下几种:
1.通行状态舞弊
■非闯关车混淆为闯关车
■通过道口混淆为未通过道口
■未通过道口混淆为通过道口
2.车种舞弊
■收费车混淆为免费车
■全价车混淆为特价车
■高价车混淆为普通车
3.车型舞弊
■大型车混淆为小型车
4.距离舞弊
■通行距离舞弊通过倒换通行卡或其它手段混淆通行距离
目前高速公路收费系统中通用的解决收费舞弊的基本方法和技术手段参见同比技术{I}{II}{III},而本发明的方法和装置正是克服了同比技术中的不足所提出的一种新的发明。
本发明的装置可以独立使用,也可以嵌入到收费系统中使用。独立使用时,在各个收费车道上配置通行卡[1]和安装通行卡读写器[2]、主控机[3]、图像采集卡[4]、视频器[5]、补光照明器[6]、显示器[7],在收费监控中心安装车辆管理监控中心数据库服务器[8]。主控机[3]通过串口、并口、或计算机网络通信接口方式与收费系统中的车道机连接,实现数据交换。嵌入使用时,可以共用收费系统中的车道机硬件设备,包括已有的工控机,摄像机,图像采集卡,摄像机镜头,以及收费监控中心数据库服务器,配齐本发明的装置和嵌入本发明的相关程序,即可实现应用目的。
现详细描述车辆图像识别方法及装置应用于封闭式高速公路车辆收费系统的方法和步骤:
1)收费车道入口车辆到达,主控机[3]通过车辆检测线圈、或视频、或红外、或微波传感器检测车辆到达触发信号;
2)根据环境光照度,设置视频器[5]和补光照明器[6]参数;
3)主控机[3]收到触发信号,启动图像采集卡[4]和视频器[5]采集车辆图像;
4)主控机[3]利用车牌识别程序识别车牌号码;
5)显示器[7]上显示所有车辆管理信息,包括车辆图像,车牌号码;
6)若车牌照因遮挡、破损、模糊或其它原因,未正确识别出车牌照号码,则收费员可以进行人工纠错,输入正确的车牌号码;
7)主控机[3]将车辆图像进行实时压缩处理,主控机[3]将压缩后的车辆图像、识别出的车牌照号码和车辆管理信息一起存入数据库中;
8)主控机[3]将压缩后的车辆图像、识别出的车牌照号码和车辆管理信息通过通行卡读写器[2]写入通行卡[1]中;
9)收费员将通行卡[1]发给通行车辆驾驶员;
10)主控机[3]将压缩后的车辆图像,识别出的车牌照号码和车辆管理信息传送到车辆管理监控中心数据库服务器[8];
11)出口车辆到达,主控机[3]通过车辆检测线圈、或视频、或红外、或微波传感器检测车辆到达触发信号;
12)根据环境光照度,设置视频器[5]和补光照明器[6]参数;
13)主控机[3]收到触发信号,启动图像采集卡[4]和视频器[5]采集车辆图像;
14)主控机[3]利用车牌识别模块识别车牌号码;
15)若车牌照因遮挡、破损、模糊或其它原因,未正确识别出车牌照号码,则收费员可以进行人工纠错,输入正确的车牌号码;
16)收费员向通行车辆驾驶员收回在通行入口处发放的通行卡[1],主控机[3]调用通行卡读写器[2]标准驱动程序,从通行卡[1]中将入口处记录的车辆图像、车牌照识别号码和车辆管理信息读出到主控机[3];
17)显示器[7]上同时显示从通行卡[1]中读出的车辆图像,车牌照识别结果和车辆管理信息,以及在出口处采集的车辆图像,车牌照识别结果和车辆管理信息;
18)主控机[3]将从通行卡[1]中读出的车牌照号码与出口处识别的车牌照号码进行自动比对,如果比对结果不相符,则调用报警软件发出声光报警提示信号,收费员根据显示器上显示的出入口车辆图像人工比对车辆图像特征,排查可能出现的识别错误,人工纠正识别错误,判别是识别错误还是车辆换卡,若是换卡,则按照相关规定处理;
19)主控机[3]将车辆图像进行实时压缩处理,主控机[3]将压缩后的车辆图像、识别出的车牌照号码和车辆管理信息一起存入数据库中;
20)主控机[3]将压缩后的车辆图像、识别出的车牌照号码和车辆管理信息传送到车辆管理监控中心数据库服务器[8];
21)收费员执行通行车辆放行的相关操作。
上述的车辆图像识别方法及装置中的步骤(7)中的压缩后的车辆图像、车辆牌照识别结果、和车辆管理信息写入通行卡[1]内,由入口处车辆带到出口处供出口处通行卡读写器[2]使用。通行卡[1]在整个车辆通行过程中伴随通行车辆,通行车辆与通行卡[1]是唯一对应。
上述的车辆图像识别方法及装置中的步骤(8)中的压缩后的车辆图像、车辆牌照识别结果、和车辆管理信息通过计算机通信网络传送到车辆管理监控中心数据库服务器[8]。
上述的车辆图像识别方法及装置中的步骤(16)中的管理人员利用随行通行车辆的通行卡[1]中读出的通行车辆图像与出口处实时采集的车辆图像对通行车辆特征进行人工比对,判别车辆特征,二次确认出/入口通行车辆身份。
同理,本发明所述的车辆图像识别方法及装置也可应用于停车场、政府和小区门禁监控系统中。目前的停车场、政府和小区门岗监控系统仅有车辆车牌照号码的识别或车辆车牌图像识别的监测,偷盗分子便可将低档车车牌换到要偷盗的高档车上,使用在入口处领的仅有车牌号码信息的通行卡便可顺利通过仅有车辆车牌识别或车牌图像识别的监测系统的门岗。故,在停车场、政府和小区门禁监控系统中安装本发明的车辆图像识别装置,管理人员在出口处进行车牌照号码和车辆图像双重对比,二次确认出/入口通行车辆身份,便可识别和监测,杜绝此类偷盗事件的发生。
对于停车场、政府和小区门禁监控系统,车牌号码、车辆管理信息和压缩后的车辆图像数据通过计算机网络或局域网传送到停车场车辆监控管理中心,从而实现系统化、网络化监控管理。
对于公路收费系统,车牌号码、车辆管理信息和压缩后车辆图像数据通过计算机网络或局域网传送到车辆监控管理中心、信息管理中心可同全省或全国的公路信息网相连,实现网络化监控管理。
本发明提出一种用车辆图像识别方法及装置应用于高速高等级公路车辆收费站、门禁、安全防范、城市交通等领域,适用于全天候环境。