KR100371100B1 - 자동차 번호판 인식 시스템에서의 제한적 워터폴알고리듬을 이용한 분할 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 번호판 자동 인식 시스템의 번호판 문자추출 과정에서 효과적인 번호판 분할 방법에 관한 것이다.영상분할 방법은 크게 3가지로, 히스토그램 임계값에 의한 방법과 외곽선 기반 방법, 그리고 영역기반 방법이 있다. 본 발명에서는 외곽선 기반 방법과 영역기반 방법의 장점을 수용하고 수리형태학에 기반을 둔 워터세드 알고리즘을 사용하여 영상을 분할하는 방법으로, 워터세드 알고리즘에서는 계조도 영상에서 획득된 에지 영상을 수리형태학적 연산을 통하여 초기영역으로 분할하고, 이 영역을 토대로 영역기반 방법을 통하여 최종 분할 영상으로 병합한다. 그러나 이 알고리즘은 구조적 특성상 초기 분할 영상이 과도하게 분할되는 현상을 갖게 되는데 이는 영역병합 과정에서 연산시간이 늘어나는 문제점을 유발한다. 이러한 과분할 현상을 줄이기 위하여 제한적 워터폴 알고리즘을 발명하였다.

Description

자동차 번호판 인식 시스템에서의 제한적 워터폴 알고리듬을 이용한 분할방법{Segmentation Method Using Restricted Waterfall Algorithm for Vehicle Licence Plate Recognition System}

본 발명은 영상 분할 방법에 관한 것으로, 특히 영상 내의 의미 있는 객체를 분리하는 과정으로 검사 및 인증 분야에서 널리 사용되고 있는 영상 분할 방법에 관한 것이다.영상 분할 방법은 자동차 번호판 인식 시스템에서 문자 인식을 위해 기본적으로 수행되어야 하는 영상처리 방법이다. 현재 개발되어 있는 자동차 번호판 자동 인식 시스템의 경우에는, 히스토그램의 임계값에 따른 영상 분할 방법이 빠른 수행속도 때문에 주로 사용되고 있다.아래에서는 이러한 영상 분할 방법이 적용 가능한 경우와 불가능한 경우에 대해서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.도 1은 배경과 문자의 계조도가 뚜렷하게 분리되는 히스토그램 분포를 나타내는 도면이며, 도 2는 배경과 문자의 계조도가 분리되지 않는 히스토그램 분포를 나타내는 도면이다. 도 3은 조명이 기울어지고 휘어진 자동차 번호판 영상을 나타내는 도면이며, 도 4는 히스토그램 임계값에 의한 방법으로 도 3의 영상이 분할된 영상을 나타내는 도면이다.임계값에 의한 방법은 도 1에 나타낸 바와 같이 계조도의 히스토그램이 배경과 문자로 뚜렷하게 양분되는 경우에만 이상적으로 사용될 수 있으며, 도 2에 나타낸 바와 같이 조명의 방향이 기울거나 구겨진 번호판의 경우에는 명암이 한쪽으로 치우쳐지게 되어 이상적인 번호판 영상의 취득이 어려워지게 된다. 즉 도 3에 나타낸 바와 같은 자동차 번호판 영상을 히스토그램 임계값에 의한 방법으로 분할하면 도 4와 같은 영상이 주어진다.이러한 임계값에 의한 영상 분할 방법 외에 워터세드(watershed) 분할 방법이 있다. 도 5는 자동차 번호판 영상을 나타내는 도면이며, 도 6은 워터세드 알고리즘에 따른 영상 분할 방법을 나타내는 도면이다. 도 7은 도 5의 자동차 번호판의 초기 워크세드 분할 영상을 나타내는 도면이다.도 6에 나타낸 바와 같이, 워터세드 분할 방법은 에지 영상을 토대로 영역을 분할하는 방법이다. 이러한 워터세드 분할 방법에 의하면, 먼저 캡처된 영상에서 계조도 영상(gray-level image)을 구하고 계조도 영상에서 경사도 영상(gradient image)을 구함으로써, 워터세드 초기 분할 영상을 얻는다. 다음에 워터세드 라인을 따라 시드(seed)를 추출하고 이 시드를 이용하여 영상을 분할한다. 이러한 워터세드 방법에 따라 도 5에 나타난 자동차 번호판을 분할하면, 도 7에 나타낸 바와 같이 초기 분할 영상이 과도하게 분할된다. 이와 같이 과도하게 초기 분할 영상이 분할되면 영역을 병합하는 과정에서 연산 시간이 많이 소모된다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자동차 번호판의 휘어짐, 조명의 불균일 등과 같은 현상에 의하여 번호판 영상의 계조도 분포가 정규 분포를 벗어나는 경우에도 영상을 적절히 분할하고 또한, 초기 분할에서 발생하는 과분할을 억제함으로써 자동차 번호판에서 문자 정보를 효과적으로 추출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 배경과 문자의 계조도가 뚜렷하게 분리되는 히스토그램 분포를 나타내는 도면이다.

도 2는 배경과 문자의 계조도가 분리되지 않는 히스토그램 분포를 나타내는 도면이다.

도 3은 조명이 기울어지고 휘어진 자동차 번호판 영상을 나타내는 도면이다.

도 4는 히스토그램 임계값에 의한 방법으로 도 3의 영상이 분할된 영상을 나타내는 도면이다.

도 5는 자동차 번호판 영상을 나타내는 도면이다.

도 6은 워터세드 알고리즘에 따른 영상 분할 방법을 나타내는 도면이다.

도 7은 도 5의 영상의 초기 워크세드 분할 영상을 나타내는 도면이다.

도 8은 워터폴 알고리즘의 기본 개념을 설명하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따라 영상 분할된 자동차 번호판을 나타내는 도면이다.

도 10은 워터세드 알고리즘에 따라 분할된 초기 분할 영역에서 에지 강도를 나타내는 히스토그램이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영상 분할 방법을 나타내는 도면이다.

도 12 및 도 13은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따라 도 5 및 도 3의 영상의 워트세드 분할 영상을 나타내는 도면이다.

도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따라 도 3의 영상이 복원된 영상을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 자동차 번호판 영상을 분할하는 방법에 의하면, 먼저 자동차 번호판 영상을 워터세드(watershed)를 이용하여 초기 분할한다. 다음에 초기 분할된 영상에서 경사도(gradient)의 평균값 이상의 영상만으로 워터폴(waterfall) 알고리즘에 따라 마커 영상을 획득하고, 이 마커 영상으로 초기 분할 영상을 재건하여 재건 영상을 만든다.아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.먼저 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 영상 분할 방법에 대해서 설명한다.도 8은 워터폴 알고리즘의 기본 개념을 설명하는 도면이며, 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따라 영상 분할된 자동차 번호판을 나타내는 도면이다.본 발명의 제1 실시예에서는 워터세드 알고리즘을 이용하여 자동차 번호판을 분할한 초기 분할 영역에 모폴로지 연산을 통한 영상 재건을 기본으로 하는 워터폴 알고리즘을 적용한다.도 8에 나타낸 바와 같이, 워터폴 알고리즘에 의하면 먼저 초기 분할 영상에서 워터세드 라인상의 픽셀은 원래의 에지 강도를 가지며, 나머지 픽셀은 최상위 에지강도를 가지는 g 영상이 형성된다. 다음에 이 g 영상을 마커 영상으로 하여 원영상인 f 영상을 재건하여 적은 시드(seed)를 갖는 영상이 형성된다.하지만 이와 같이 워터폴 알고리즘에 따라 형성된 영상을 워터세드 알고리즘에 따라 분할하면, 도 9에 나타낸 바와 같이 만족스럽지 못한 결과가 주어진다.아래에서는 이러한 제1 실시예에서 주어지는 문제점을 해결하기 실시예에 대해서 도 10 내지 도 14를 참조하여 설명한다.도 10은 워터세드 알고리즘에 따라 분할된 초기 분할 영역에서 에지 강도를 나타내는 히스토그램이며, 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영상 분할 방법을 나타내는 도면이다. 도 12 및 도 13은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따라 도 5 및 도 3의 영상의 워트세드 분할 영상을 나타내는 도면이며, 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따라 도 3의 영상이 복원된 영상을 나타내는 도면이다.본 발명의 제2 실시예는 워터세드 알고리즘에 따라 자동차 번호판이 초기 분할된 영역에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이 문자 외곽선들이 초기 분할 영역의 외곽선들에서 차지하는 비중이 5%에서 10% 내외라는 점에 기초한다.본 발명의 제2 실시예에 따라 워터폴 알고리즘에서 마커 영상을 만들 때는, 도 11에 나타낸 바와 같이 외곽선들의 평균값(도 10의 mean level 및 도 11의 m-level) 이하의 픽셀을 마커 영상 획득에서 제외시킨다. 이와 같이 평균값 이하의 픽셀을 제외하여 마커 영상을 만들고, 이 마커 영상으로 원영상(f 영상)을 재건하면 도 11의 오른쪽 도면에 나타난 재건 영상이 주어진다. 이와 같이 재건 영상을 만들면 본 발명의 제1 실시예에서 보다 시드를 대폭 줄일 수 있게 된다.이 재건 영상을 워터세드 알고리즘에 따라 분할하면 도 12와 같이 과분할 현상이 대폭 줄어든 분할 영상을 얻을 수 있다. 그리고 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법을 도 3에 나타낸 조명이 기울어지고 휘어진 자동차 번호판 영상에 적용하여 재건 영상을 생성하면 도 13과 같이 주어진다. 도 13의 영상에 워터세드 알고리즘을 적용하여 이치화하면 도 14와 같이 뚜렷한 영상이 주어진다. 도 14의 영상은 히스토그램 임계값에 의해 분할된 도 4의 영상에 비하여, 영상이 강건히 분할된 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 기존의 히스토그램 임계값에 의한 영상 분할방법을 사용했을 경우 이상적으로 분할 할 수 없었던, 조명이 기울어지고 휘어진 번호판 영상을 워터세드 분할 방법을 사용하여 효과적으로 분할하였고 워터세드 알고리듬의 구조적인 문제점인 과분할 현상을 제한적 워터폴 알고리듬을 사용하여 획기적으로 줄였다.

Claims (1)

1. 자동차 번호판 영상을 분할하는 방법에 있어서,

   상기 자동차 번호판 영상을 워터세드(watershed)를 이용하여 초기 분할하는 제1 단계,

   상기 초기 분할된 영상에서 경사도(gradient)의 평균값 이상의 영상만으로 워터폴(waterfall) 알고리즘에 따라 마커 영상을 획득하는 제2 단계, 그리고

   상기 마커 영상으로 상기 초기 분할 영상을 재건하여 재건 영상을 만드는 제3 단계

   를 포함하는 영상 분할 방법.