基于阈值分割的车牌定位识别

. . 科类 理工类 编号（学号） 2012311389 本科生毕业论文（设计） 基于阈值分割的车牌定位识别 License plate recognition based on template matching and matlab implementation 陈靖文 指导教师： 朱玲 职称 讲师 云南农业大学 昆明 黑龙潭 650201 学 院： 基础与信息工程学院 专 业： 电子信息工程 年级： 2012 级 论文（设计）提交日期： 2016 年 5 月 答辩日期： 2016 年 5 月 答辩委员会主任： 云南农业大学 2016 年 05 月 . . 目 录 摘 要 .1 ABSTRACT.2 1 前 言 .3 2 车牌识别系统分析 .4 2.1 车牌识别的目的 .4 2.2 车牌识别现状分析 .4 2.3 车牌识别的意义 .4 2.4 我国车牌分析 .6 3 车牌识别系统的原理及方法 .6 3.1 车牌识别系统简述.6 3.2 车牌图像处理 .7 3.2.1 图像灰度化 .7 3.2.2 图像二值化 .7 3.2.3 边缘检测 .8 3.2.4 图像形态学运算 .9 3.2.5 图像滤波处理 .10 3.2.6 车牌图像的闭运算 .11 3.3 车牌定位原理 .11 3.4 车牌字符处理 .11 3.4.1 阈值分割原理 .11 3.4.2 对车牌阈值化分割 .13 3.4.3 字符归一化处理 .13 3.5 字符识别 .13 3.5.1 字符识别简述 .13 3.5.2 字符识别的方法 .13 3.5.3 基于模板匹配的字符识别 .14 4 实验分析 .15 4.1 GUI 界面设计 .16 4.2 车牌区域的定位 .16 4.3 车牌字符识别 .18 4.4 车牌识别结果及分析 .20 5 结 论 .22 参考文献 .23 . . 基于阈值分割的车牌定位识别 陈靖文 （云南农业大学基础与信息工程学院，昆明 650201） 摘 要 汽车牌照自动识别模块是现代社会智能交通系统（ITS）的重要组成部分，是图像 处理和模式识别技术研究的热点，具有非常广泛的应用。车牌识别主要包括车牌区域 定位、车牌字符分割、车牌字符识别三个步骤。 本文通过对采集的车牌图像进行灰度变换、边缘检测、腐蚀及平滑等过程来进行 车牌的预处理，并运用基于车牌颜色纹理特征的车牌定位方法，最终实现车牌区域定 位。然后采用模板匹配的方法对输出的字符图像和模板库里的模板进行匹配得到对应 的字符信息。本文基于MATLAB的GUI工具进行设计仿真实验，实验表明，整体方案有效 可行，基于阈值分割的车牌识别技术在其识别正确率、速度方面具有独特的优势及广 阔的应用前景。 关键词：字符识别；车牌定位；阈值分割；模板匹配；边缘检测 . . License plate recognition based on threshold segmentation Chen Jing Wen (Yunnan Agricultural University information engineering, Kunming, 650201) ABSTRACT Vehicle license plate automatic recognition module is a modern society an important part of intelligent transportation system (ITS), is a hotspot of research on image processing and pattern recognition technology, has very extensive application. License plate recognition mainly include the license plate localization and license plate character segmentation, license plate character recognition three steps. This article through to the acquisition of the license plate image gray-scale transformation, edge detection, corrosion and smooth process for the pretreatment of license plate, and the use of license plate location method based on license plate color texture feature, finally realizes the license plate localization. Then adopt the method of template matching the output character image and the template library template matching to get the corresponding character information. Based on MATLAB GUI tools to carry on the design of simulation experiment, the experimental results show that the overall scheme of effective and feasible, based on threshold segmentation of license plate recognition technology in the recognition accuracy, speed, has unique advantages and broad application prospects. Key words: character recognition; pattern recognition; license plate location; template matching; edge detection . . 基于阈值分割的车牌定位识别 1 前 言 随着社会经济的高速发展汽车数量急剧增加，对交通管理的要求也日益提高，而 相应的人工管理方式已经不能满足实际的需要，微电子、通信和计算机技术在交通领 域的应用极大地提高了交通管理的效率。运用电子信息技术实现安全、高效的智能交 通成为交通管理的主要发展方向。汽车牌照号码是车辆的唯一“身份”标识，通过智 能的车牌定位及识别技术将对于维护交通安全和城市治安，防止交通堵塞，实现交通 自动化管理有着现实的意义。 车牌识别技术(Vehicle License Plate Recognition，VLPR ) 是能检测到受监控的车 辆并自动提取车辆牌照信息进行处理的技术。识别车牌是现代智能交通系统中的重要 组成部分，应用十分的广泛。它是以数字图像处理、模式识别、计算机视觉等技术为 基础，对摄像机所拍摄的车辆图像或者视频序列进行分析后得到每一辆汽车的车牌号 码，完成识别过程。 车牌定位与字符识别技术是基于计算机图像处理、模式识别等技术为基础，通过 对原图像的处理，以及边缘检测技术实现对车牌的定位，然后对车牌图像处理、归一 化处理、分割以及保存，最后进行分割图像与模板库的模板进行匹配，最后输出匹配 结果。车牌的智能定位以及识别是一个完整的系统，考虑到其应用的普遍性以及广泛 性，就要求我们在设计过程中考虑到以下几方面： (1)准确性:尽可能的避开其他外界造成的干扰，准确的识别车牌信息。 (2)实时性:因为车辆在行驶过程中速度不一，对触发超速摄像的抓拍应当及时的进 行识别并且储存，才可以有效的提高工作效率。 (3)优化性：采用竟可能低的硬件要求，对其快速的做出的计算与识别。 常用的边缘检测算子有很多，根据实验分析canny算子对弱边缘的检测相对精确， 能更多地保留车牌区域的特征信息，所以本文采用canny算子来进行边缘检测，然后通 过二值化，阈值分割等处理，最后与模板库模板进行对比，达到车牌识别的目的。 . . 2 车牌识别系统分析 2.1 车牌识别的目的 车 牌 识 别 技 术 通 过 对 信 息 量 较 大 的 对 象 采 集 ， 然 后 经 过 一 系 列 的 处 理 提 取 了 相 对 较 小 的 信 息 量 且 有 价 值 的 一 部 分 信 息 ， 仅 仅 提 取 识 别 车 “身 份 ”的 车 牌 信 息 。 对 于 维 护 交通安全和 城 市 治 安 ， 防 止 交 通 堵 塞 ， 实 现 交 通 自动化管 理 有 着 现 实 的 意 义 。 2.2 车牌识别现状分析 模 式 识 别 1是 一 门 以 应 用 为 基 础 的 学 科 ， 目 的 是 将 对 象 进 行 分 类 ， 这 些 对 象 与 应 用 领 域 有 关 ， 他 们 可 以 是 图 像 ， 信 号 波 形 或 者 是 任 何 可 测 量 且 需 要 分 类 的 对 像 ， 在 机 器 视 觉 中 ， 模 式 识 别 是 非 常 重 要 的 ， 机 器 视 觉 系 统 通 过 照 相 机 捕 捉 图 像 ， 然 后 通 过 分 析 生 成 图 像 的 描 述 信 息 。 车 牌 识 别 技 术 是 计 算 机 模 式 识 别 技 术 在 智 能 交 通 领 域 的 典 型 应 用 ， 是 一 个 以 特 写 目 标 为 对 象 的 专 用 计 算 机 视 觉 系 统 2。 简 单 地 说 ， 它 使 计 算 机 能 像 人 一 样 认 识 汽 车 牌 照 (包 括 车 牌 的 汉 字 、 字 母 、 数 字 )。 车辆牌照识别技术推出以来，人们就对其进行了广泛的研究。从20世纪90年代初， 国外就已经开始了对汽车牌照自动识别 3的研究，其主要途径就是对车牌的图像进行 分析，自动提取车牌信息，确定汽车牌号。国外己有许多相关的文章发表，有的甚至 己经非常成熟并投入实际使用。 我国车牌自动识别的研究起步较晚一些，大约在八十年代末。1988年戴营等利用常 见的图像处理技术方法提出汉字识别的分类是在提取汉字特征的基础上进行的。根据 汉字的投影直方图，然后选取浮动阈值，对其进行量化处理后，得到一个变长链码， 再用动态规划法，求出与标准模式链码的最小距离，最后进行细分类，完成汉字省名 的自动识别。 目前我国市场上有二十几家企业从事车牌识别产品的开发和生产，其中比较成熟的 有香港的ASiavisionTeChnologyLtd公司（亚洲视觉科技有限公司）、北京汉王、沈阳 聚德、川大智胜、上海高德威、清华紫光、杭州友通、深圳科安信、利普视觉中智交 通电子系统有限公司等企业。 2.3 车牌识别的意义 结合我国的国情，由于我国地域广阔，车辆道路复杂，安装相应的检测设备或者人 员配备投资巨大，且造成人力物力的浪费，因此我们急需对现有的检测设备优化，而 车牌识别技术恰好能满足这一需求，通过车牌识别我们可以解决被纳入“黑名单”的 . . 通缉车辆，可以统计一定时间范围内进出各省的车辆，还能有效的对该车辆进行定位， 对公安机关等相关部门有着很重要的作用，具体归结应用方式如下： （1）监测报警 对于纳入“黑名单”的车辆，例如：被通缉或挂失的车辆、欠交费车辆、未年检车 辆、肇事逃逸及违章车辆等，我们只需要把其牌照的信息输入系统，那么该车辆在通 过装有全国联网系统的路口或者收费站等卡口时，信息采集设备将会对其进行采集并 且与数据库对比，实现其定位。这种方式可以通过程序实现24小时工作，而且此过程 保密性好，不会提醒黑名单车辆的死机。 （2）车辆出入自动登记及放行 在需要管制的小区或者办公场所门口装设车牌识别系统，那么汽车进出此场所时间， 车牌牌照等信息将会被存储在相应的数据库中，通过修改相应的数据库，添加车牌信 息，我们还能让自动门禁对相应的车辆进行自动放行，如遇到非数据库中的车辆则由 保安进行相应的咨询，或批准后人为放行。这不仅提高物业管理的效益，同时自动比 对进出车辆，防止偷盗事件的发生。 （3）违法违章管理 车牌识别技术结合测速设备可以用于车辆超速违章处罚，一般用于高速公路、容易 肇事路段。还可以在红绿灯路口加上红外检测实现违规检测，对出现闯红灯的现象或 者违规转弯的现象进行相应的数据采集。将其传送至相关部门，从而对其下发处罚通 知书，实现对其处罚。 （4）交通流控制指标参量的测量 为了达到交通流控制的目的，对部分交通流指标的测量显得相当重要。车牌识别 系统能够测量和统计很多交通流指标参数例如车流量，车流高峰时间段，平均车速， 车辆密度等。这也为交通诱导系统提供必要的交通流信息。从而能够有效的采取措施 预防堵车，排队，事故等交通异常现象。 （5）移动电子警察系统 随着我国公路基础建设的快速发展，公路的质量、里程都有了很大程度上的提高， 但也出现了不交养路费等情况，给国家造成了巨大的经济损失。且丢失车辆稽查、车 辆是否合法、拦车路检等情况都需要公安人员对其进行相应的检查，由于人工判断工 作效率很低且容易让正常车主及乘客造成误解，现在有了车牌自动识别技术之后将大 大提高办公效率以及检查的准确性，很大程度上解决了以上的问题。 . . 2.4 我国车牌分析 汽车牌照具有统一格式、统一式样，由车辆管理机关经过申领牌照的汽车进行审核、 检验、登记后，核发的带有注册登记编码的硬质号码牌。我国车牌号的第一个是汉字： 代表该车户口所在省的简称：如云南就是云，北京就是京，重庆就是渝，上海就是 沪，第二个是英文：代表该车所在地的地市一级代码，规律一般是这样的，A 是省 会，B 是该省第二大城市，C是该省第三大城市，依此类推。 目前国内汽车牌照有六种类型：大型民用汽车所用的黄底黑字牌照；小型民用 汽车所用的蓝底白字牌照；军队或武警专用汽车的白底红字、黑字牌照；使、领 馆外籍汽车的黑底白字牌照；试车和临时牌照是白底红字，且数字前分别标有“试” 和“临时”字标志；汽车补用牌照是白底黑字。 从人的视觉特点出发，车牌的目标区域具有以下几个特点：车牌底色与车身颜 色、字符颜色有较大差异；车牌有一个连续或因为损坏而不连续的边框，车牌内有 多个字符，基本呈水平排列，因此在牌照的矩形区域内存在较丰富的边缘，并且呈现 出规则的纹理特征；车牌内字符之间的间隔是比较均匀的，字符本身与牌照底的内 部有较均匀灰度，但字符和牌照底色在灰度值上存在跳变；不同图像中牌照的具体 大小、位置不确定，但基本在一定范围。根据这些特点，可以在灰度图像的基础上提 取相应的特征。 3 车牌识别系统的原理及方法 3.1车牌识别系统简述 车牌定位与字符识别技术以计算机图像处理、模式识别等技术为基础，通过对原图 像进行预处理以及边缘检测等过程来实现对车牌区域的定位，然后对车牌区域进行图 像裁剪、归一化、字符分割及保存，最后将分割得到的图像与模板库的模板进行匹配 识别，输出匹配结果。该流程如图3.1所示。 采集图像 车牌图像预处理 定位车牌区域 车牌图像处理 字符分割字符识别输出结果 图3.1 车辆牌照识别系统 Figure 3.1 Vehicle plate recognition system . . 车牌识别首先要正确的分割车牌区域，为此已经提出了很多方法:使用Hough变换 检测直线来定位车牌边界进而获取车牌区域；使用灰度阈分割、区域生长等方法进行 区域分割；使用纹理特征分析技术检测车牌区域等。Hough 变换对图像噪声比较敏感， 因此在检测车牌边界直线时容易受到车牌变形或噪声等因素的影响，具有较大的误检 测几率。灰度阈值分割、区域增长等方法则比Hough 直线检测方法稳定，但当图像中包 含某些与车牌纹理特征相近的区域或其他干扰时，车牌定位的正确性也会受到影响。 因此，仅采用单一的方法难以达到实际应用的要求。 如果进行车牌字符的定位及裁剪，则需要首先对输入的车牌图像进行预处理以得 到精确的车牌字符图像；然后将处理后的车牌看作由连续的字符块组成，设定一个灰 度阈值，如果超过该阈值，则认为有多个字符相连，需要对其进行切割，进而实现对 车牌字符的分割；最后把分割的字符图片进行标准化并于模板库进行对比，选出最相 似的字符结果并输出，即为车牌信息。 3.2 车牌图像处理 3.2.1 图像灰度化 车牌图像的采集一般是通过数码相机或者摄像机来进行，得到的图片一般是RGB 4图 像即为真彩图像，根据三基色原理，每一种颜色都是可以由红、绿、蓝三种基色按不 同的比例构成，所以车牌图像的每个像素都是由3个数值来指定红、绿、蓝的颜色分量。 灰度图像实际上是一个数据矩阵I，该矩阵每个元素的数值代表一定范围内的亮度值， 矩阵I可以是整型、双精度，通常0代表黑色、255代表白色。在MATLAB 中，一幅RGB 图像可以用uint8、uint16或者双精度类型的m*n*3 数组来描述，其中m和n分别表示图像 的宽度和高度，此处的RGB图像不同于索引图，所以不使用调色板。 在RGB模型中，如果 R=G=B，则颜色表示一种灰度颜色，其中R=G=B的值叫做灰度 值，由彩色转换为灰度的过程叫做灰度化处理。因此，灰度图像是只有强度信息而没 有颜色信息的图像。一般而言，可采用加权平均值法对原始RGB图像进行灰度化处理， 该方法的主要思想是从原图像中取R、G、B各层像素值加权求和得到灰度图的亮度值。 在现实生活中人眼对绿色敏感度最高，对红色敏感度次之，对蓝色敏感度最低，因此 为了选择合适的权值对象使之能够输出合理的灰度图像，权值系数应该满足GRB。 实验和理论证明，当R、G、B的权值系数分别选择 0.299，0.587，0.114时，能够得到 最合适人眼观察的灰度图像。 3.2.2 图像二值化 . . 灰度图像二值化 5在图 像 处 理 的 过 程 中 有 着 很 重 要 的 作 用 ， 图 像 二 值 化 不 仅 能 使 数 据 量 大 幅 减 小 ， 还 能 突 出 需 要 的 目 标 轮 廓 ， 便 于 进 行 后 续 的 图 像 处 理 与 分 析 。 对 车 牌 灰 度 图 像 而 言 ， 所 谓 的 二 值 化 处 理 就 是 将 车 牌 图 像 上 的 像 素 点 的 灰 度 值 设 置 为 0或 255， 从 而 让 整 张 图 片 呈 现 黑 白 的 效 果 ， 因 此 ， 对 灰 度 图 像 进 行 适 当 的 阈 值 选 取 ， 可 以 在 图 像 二 值 化 图 的 过 程 中 保 留 某 些 关 键 的 图 像 特 征 。 在 车 牌 图 像 二 值 化 的 过 程 中 灰 度 大 于 或 等 于 阀 值 的 像 素 被 判 定 为 目 标 区 域 ， 其 灰 度 值 用 255 表 示 ， 否 则 这 些 像 素 点 被 排 除 在 物 体 区 域 以 外 ， 灰 度 值 为 0， 表 示 背 景 或 者 例 外 的 物 体 区 域 。 图像二值化是指整幅图像画面内仅黑、白二值的数值矩阵，每一个像素取两个离 散数值（0 或 1） ，其中 0 代表黑色，1 代表白色。在实际的图像处理系统中，进行图像 二值变换的关键是要确定合适的阀值，使得字符与背景能够分割开来。不同的阈值设 定方法对一幅图像进行处理会产生不同的二值化处理结果。二值化阈值设置过小易产 生噪声；阈值设置过大会降低分辨率，使非噪声信号被视为噪声而滤掉二值变换的结 果。 3.2.3 边缘检测 6 边缘是指图像局部亮度变化最显著的部分，边缘主要存在于目标与目标，目标与 背景，区域与区域（包括不同的色彩之间），是图像分割，纹理特征提取和形状特征 提取等图像分析的重要基础。在车牌识别系统中提取车牌位置有着很重要的低位。其 中边缘检测的算子有很多，如Roberts、Sobel、Prewitt、Laplacian、log 以及canny等算 子方式。据试验分析在车牌的边缘检测中canny算子相对精确，所以本文采用了canny 算子进行边缘检测。 坎尼（canny）算子在边缘检测中提出了三个准则分别是： （1） 信噪比 信噪比越大，提取的边缘质量越高。信噪比SNR定义为： =| + ()()| +2() 其中 代表边缘函数， 代表宽度为W的滤波器的脉冲响应， 代表高斯噪声的均() () 方差。 . . （2） 定位精度 边缘定位精度L如下定义： =| + ()()| +2() 其中 分别是 的导数。L越大表明定位精度越高。()和 () ()和 () （3） 单边缘响应 为了保证单边缘只有一个响应，检测算子的脉冲响应导数的零交叉点平均距离 应() 满足： ()= + 2()+ () 12 的二阶导数。()是 () 以上述指标和准则为基础，利用泛函求导的方法求导的方法可导出坎尼边缘检测器 是信噪比与定位之乘积的最优逼近算子，表达式近似于高斯函数的一阶导数。将坎尼3 个准则相结合可以获得最优的检测算子。canny算子的边缘检测算法步骤如下： （1） 预处理。采用高斯滤波器进行图像平滑； （2） 梯度计算。采用一阶偏导的有限差分来计算梯度，获取其幅值和方向； （3） 梯度处理。采用非极大值抑制方法对梯度幅值进行处理； （4） 边缘提取。采用双阈值算法检测和连接边缘； 3.2.4 图像 形态学运算 数学形态学图像处理的基本运算有 4 个：膨胀（或扩张） 、腐蚀（或侵蚀） 、开启 和闭合。二值形态学中的运算对象是集合，通常给出一个图像集合和一个结构元素集 合，利用结构对图像集合进行形态学操作。 膨胀运算符号为，图像集合 A，用结构元素 B 来膨胀，记作 ，其定义为： B B=|() . . 其中 表示 B 的映像，即与 B 关于原点对称的集合。上式表明，用 B 对 A 进行膨胀 的运算过程如下：首先作 B 关于原点的映射，再将其映像平移 x，当 A 与 B 映像的交 集不为空时，B 的原点就是膨胀集合的像素。 腐蚀运算的符号是 ,图像集合 A 用结构元素 B 来腐蚀，记作 ，其定义为: B|()xA 因此，A 用 B 腐蚀的结果是所有满足将 B 平移后 B 仍旧全部包含在 A 中的 X 的 集合，也就是结构元素 B 经过平移后全部包含在集合 A 中的原点所组成的集合。 膨胀操作会使物体的边界向外扩张，如果物体内部存在小空洞，则经过膨胀操作 这些洞将被补上，不再是边界。如果再次进行腐蚀操作，外部边界将变回原来的样子， 而这些内部空洞则永远消失。腐蚀操作会去掉物体的边缘点，如果物体足够细小，则 其所有的点都会被认为是边缘点，进而被整体消除，仅保留大物体。如果在进行膨胀 操作时，留下来的大物体会变回原来的大小，则被消除的小物体已经消失。 在一般情况下，由于受到噪声的影响，车牌图象在阈值化后所得到边界往往是不 平滑的，目标区域内部具有一些噪声孔洞，在背景区域上也会散布着一些小的噪声干 扰。连通过续的开和闭运算可以有效地改善这种情况。有时甚至需要经过多次腐蚀之 后再加上相同次数的膨胀，才可以产生比较好的效果。 3.2.5 图像滤波处理 图 像 滤 波 也 能 在 尽 量 保 留 图 像 细 节 特 征 的 条 件 下 对 噪 声 进 行 抑 制 ， 是 图 像 预 处 理 中 常 用 的 操 作 之 一 ， 其 处 理 效 果 的 好 坏 将 直 接 响 到 后 续 图 像 处 理 和 识 别 的 有 效 性 和 稳 定 性 。 均 值 滤 波 也 称 为 线 性 滤 波 ， 是 图 像 滤 波 最 常 用 的 方 法 之 一 ， 采 用 的 主 要 方 法 为 领 域 平 均 法 。 该 方 法 对 滤 波 像 素 的 位 置 (x,y)， 选 择 一 个 模 板 ， 该 模 板 由 其 近 邻 的 若 干 像 素 组 成 ， 求 出 模 板 中 所 包 含 像 素 的 均 值 ， 再 把 该 均 值 赋 予 当 前 像 素 点 (x,y)， 将 其 作 为 处 理 后 图 像 在 该 点 上 的 灰 度 值 ， 即 M为(,)g (,)=1M(,) 该 模 板 中 包 含 当 前 像 素 在 内 的 像 素 总 个 数 。 采 集 车 牌 图 像 的 过 程 中 往 往 会 受 到 多 种 噪 声 的 污 染 。 进 而 会 在 将 要 处 理 的 车 牌 图 像 上 呈 现 一 些 较 为 明 显 的 孤 立 像 素 点 或 像 素 块 。 在 一 般 情 况 下 ， 在 研 究 目 标 车 牌 时 所 出 现 的 图 像 质 量 ， 影 响 图 像 增 强 、 图 像 分 割 、 特 征 提 取 、 图 识 别 等 后 继 工 作 的 进 行 。 因 此 ， 在 程 序 实 现 中 为 了 有 效 的 进 行 图 像 去 噪 ， 并 且 能 有 效 地 保 存 目 标 车 牌 的 形 状 、 大 小 及 特 定 的 几 何 和 拓 扑 结 构 特 征 ， 采 用 均 值 滤 波 来 对 车 牌 图 . . 像 进 行 去 噪 处 理 。 3.2.6 车牌图像的闭运算 通过上述处理后，我们得到了滤波后的图像，为了提高其识别的准确率，我们还 要将对其做闭运算，所谓的闭运算就是对研究对象进行膨胀后腐蚀的过程，如果遇到 噪声点比较多的研究对象时，往往我们会通过对其重复做闭运算，从而减少噪声对其 造成的影响。 对车牌图像腐蚀会去掉物体的边缘点，细小物体所有的点都会被认为是边缘点， 因此会整个被删去。再做膨胀时，留下来的大物体会变回原来的大小，而被删除的小 物体则永远消失了。膨胀操作会使物体的边界向外扩张，如果物体内部存在小空洞的 话，经过膨胀操作这些洞将被补上，因而不再是边界了。再进行腐蚀操作时，外部边 界将变回原来的样子，而这些内部空洞则永远消失了。 通过上述的处理，我们将能对其图像的噪声干扰进行很大程度的排除，从而提升 对其研究的准确性 3.3 车牌定位原理 我们已经对车牌在图像中的位置作了初步的定位，移除小对象后基本就是车牌的 位置了。车牌区域具有明显的特点，因此根据车牌底色、字色等有关知识，可采用彩 色像素点统计的方法分割出合理的车牌区域，考虑到大部分小汽车的牌照为蓝底白字， 所以本文以蓝底白字的普通车牌为例说明彩色像素点统计的分割方法，假设经数码相 机或CCD摄像头拍摄得到了包含车牌的RGB彩色图像，水平方向记为Y ，垂直方向记为 X，则：首先确定车牌底色RGB各分量分别对应的颜色范围，其次在 Y方向统计在此颜 色范围内的像素点数量，设定合理的阈值，确定车牌在Y 方向的合理区域，然后在分割 出Y方向区域内统计X方向此颜色范围内的像素点数量，设定合理的阈值进行定位；最 后，根据X，Y方向的范围来确定车牌区域，实现定位。 3.4 车牌字符处理 3.4.1 阈值分割原理 阈值分割算法是图像分割中应用场景最多的算法之一。简单地说，对灰度图像的 阈值分割就是先确定一个处于图像灰度取值范围内的阈值，然后将图像中各个像素的 灰度值与这个阈值比较，并根据比较的结果将对应的像素划分为两类：像素灰度大于 阈值的一类和像素灰度值小于阈值的为另一类，灰度值等于阈值的像素可以归入这两 . . 类之一。分割后的两类像素一般分属图像的两个不同区域，所以对像素根据阈值分类 达到了区域分割的目的。由此可见，阈值分割算法主要有两个步骤： (1)确定需要进行分割的阈值； (2)将阈值与像素点的灰度值比较，以分割图像的像素。 以上步骤中，确定阈值是分割的关键，如果能确定一个合适的阈值就可以准确地 将图像分割开来。阈值确定后，将阈值与像素点的灰度值比较和分割可对各像素并行 处理，通过分割的结果将直接得到目标图像区域。在选择阈值方法来分割灰度图像时 一般会对图像的灰度直方图分布进行某些分析，或者建立一定的图像灰度模型来进行 处理。最常用的图像双峰灰度模型的条件可描述如下：假设图像目标和背景直方图具 有单峰分布的特征，且处于目标和背景内部相邻像素间的灰度值是高度相关的，但处 于目标和背景交界处两边的像素在灰度值上有很大的差别。如果一幅图像满足这些条 件，则它的灰度直方图基本上可看作由分别对应于目标和背景的两个单峰构成。如果 这两个单峰部分的大小结晶且均值相距足够远，两部分的均方差也足够小，则直方图 整体上可能呈现较明显的双峰现象。同理，如果图像中有多个呈现单峰灰度分布的目 标，则直方图整体上可能呈现较明显的多峰现象。因此，对这类图像可用取多级阈值 方法来得到较好地分割效果。 如果要将图像中不同灰度的像素分为两类，则需要确定一个阈值。如果要姜图像中 各种灰度的像素分成多个不同的类，那么需要选择一系列阈值以将每个像素分到合适 的类别中去。如，果只用一个阈值分割称为单阈值分割方法，如果用多个阈值分割称 为多阈值分割方法。单阈值分割可看作是多阈值分割的特例，许多单阈值分割算法可 推广以进行多阈值分割。反之，有时也可将多阈值分割问题转化为一系列单阈值分割 问题来解决。不管用何种方法选取阈值，一幅原始图像f（x，y）取单阈值T分割后的 图像可定义为 （ ,） =1 (,)0 (,) 这样得到的 是一幅二值图像。（ ,） 在一般的多阈值分割情况下，取阈值分割的图像可表示为： （ ,） = 1（ ,） =1,2, 其中 是一系列分割阈值，k表示赋予分割后图像各个区域的不同标0， 1， ， . . 号。 需要指出，无论是单阈值分割或多阈值分割，分割结果中都有可能出现不同区域具 有相同一标号或区域值的情况。这是因为取阈值分割时只考虑了像素本身的值，未考 虑像素的空间位置。所以根据像素值划分到同一类的像素有可能分属于图像中不相连 通的区域。这时往往需要借助一些对场景的先验知识来进一步确定目标区域。 3.4.2 对车牌阈值化分割 车牌字符图像的分割即将车牌的整体区域分割成单字符区域，以便后续进行识别。 车牌分割的难点在于字符与噪声粘连，以及字符断裂等因素的影响。均值滤波是典型 的线性滤波算法，他是指在图像上对像素进行模板移动扫描，该模板包括了像素周围 的近郊区域，通过模板命中像素的平均值来代替原来的像素值，实现去噪的效果。为 了从车牌图像中直接提取目标字符，最常用的方法是设定一个阈值T，用T将图像的像 素分成两部分：大于T的像素集合和小于T的像素集合，得到二值化图像。因此，本案 例采用均值滤波算法来对车牌字符图像进行滤波去噪，采用阈值分割来进行车牌字符 的分割。 3.4.3 字符归一化处理 字符图像归一化是简化计算的方式之一，车牌字符分割后往往会出现大小不一致 的情况，因此可采用基于图像放缩的归一化处理方式将字符图像进行尺寸放缩得到统 一大小的字符图像，便于后续的字符识别。 3.5 字符识别 3.5.1 字符识别简述 本文选择的是基于模板匹配的方式，基于模板匹配的OCR的基本过程是：首先我 们要建立自动识别的代码，然后把归一化的图像与模板中的字符对比，由于我国的普 通小汽车车牌第一位字符是汉字，分别代表各个省的简称，然后第二位是AZ的字母， 接下来的后五位则是数字和字母的混合搭配。所以我们在对比的时候为了提高效率和 准确性，我们分别对第一位和第二位还有后五位分别识别。最后识别完成后输出识别 的车牌的结果。 3.5.2 字符识别的方法 车牌字符识别方法基于模式识别理论，常用的有以下几类： (1)结构识别 该方法主要由识别及分析两部分组成:识别部分的主要包括预处理、基元抽取（包 . . 括基元和子图像之间的关系）和特征分析；分析部分包括基元选择及结构推理。 (2)统计识别 该方法的目的在于确定已知样本所属的类别。以数学上的决策论为理论基础， 并由此建立统计学识别模型。其基本方式是在对所研究的图像进行大量的统计分 析工作，寻找规律性认识，抽取反映图像本质的特征并进行识别。 (3)BP神经网络 该方法以BP神经网络模型为基础，属于误差后向传播的神经网络，是神经网 络中使用最广泛的一类，通过输入层、隐层还有输入层三层网络的层间全互联方 式，具有较高的运行效率和识别准确率。 (4)模板匹配 该方法是数字图像处理中的最常用的识别方法之一，通过建立已知的模式库，再 将其应用到输入模式中寻找与之最佳匹配模式的处理步骤，得到对应的识别结果，具 有较高的运行效率和识别准确率。 3.5.3 基于模板匹配的字符识别 模板匹配是图象识别方法中最具代表性的基本方法之一，该方法首先根据已知条 件建立模板库T(i，j)，然后从待识别的图像或图像区域f(i,j)中提取若干特征量与 T(i，j)相应的特征量进行对比，分别计算他们之间归一化的互相关量。其中，互联关 量最大的一个表示二者的相似程度最高，可将图像属于该类别。此外，也可以计算图 像与模板特征量之间的距离，采用最小距离法判定所属类别。但是，在实际情况下用 于匹配的图像往往存在差异，可能会产生较大的噪声干扰。此外，图像经过预处理和 归一化处理等步骤，其灰度或像素点的位置也可能会发生改变，进而影响识别效果。 因此，在实际设计模板时需要保持各区域形状的固有特点，突出不同区域之间的差别， 并充分考虑处理过程可能会引起的噪声和位移等因素，按照基于图像不变特性所对应 的特征向量来构建模板，提高识别系统的稳定性。 本文采用特征向量距离计算的方法来求得字符与模板中字符的最佳匹配，然后找 到对应的结果进行输出。首先建立字符模板，其次，依次将取待识别的字符与模板进 行匹配，计算其与模板字符的特征距离，得到的值越小就越匹配。然后，将每幅字符 图像的匹配结果进行保存，最后7个字符匹配识别结果即可作为车牌字符进行输出。 4 实验分析 . . 汽车牌照自动识别系统以车辆的动态视频或静态图像作为输入，通过进行牌照颜 色、牌照号码等关键内容的自动识别来提取车辆的详细信息。系统硬件配置一般包括 线圈触发设备、摄像设备、灯光设备、车牌号码识别器等；其软件核心配置包括车牌 定位算法、车牌字符分割算法和车牌字符识别算法等。某些车牌识别系统还具有通过 视频图像判断车辆驶入监控区域的功能，一半称为视频车辆检测，广泛应用于道路车 流量统计等方面。在现实生活中，一个完整的车辆识别系统应包括车辆检测、图像采 集、车牌定位、车牌识别等。例如，当车辆检测模块检测到车辆时，会触发图像采集 模块，当采集当前的车辆图像，车牌定位识别模块对图像进行处理，定位车牌位置， 再将车牌中的字符分割出来进行识别，最后组成车牌号码输出。 车牌信息是一辆汽车独一无二的标识，所以车辆牌照识别技术可以作为辨别一辆 车最为有效的方法。车牌识别系统包括汽车图像的输入、车牌图像的预处理、车牌区 域的定位和字符检测、车牌字符的分割和识别等部分，如图4-1所示 输入图像 字符识别 字符分割 字符归一化 车牌定位 预处理 输出结果 图4.1车牌识别系统流程图 Figure 4.1License plate recognition system flow chart 4.1 GUI界面设计 为集成车牌识别的过程，通过设计工具栏的快捷方式、组织按钮控件、显示控件 . . 等对象得到 GUI 框架，如图 4.1(a) 图 4.1(a)GUI 框架设计 Figure 4.1(a) the GUI framework design 4.2 车牌区域的定位 我们首先将通过MATLAB将原始图片读入并且输出如图 4.2（a ）所示,然后根据车 牌颜色纹理特征参数来标定车牌区域。经过上述过程，我们只要确定车牌底色RGB对 应的各自灰度范围，然后在行方向统计在此颜色范围内的像素点数量，设定合理的阈 值，确定车牌在行方向的合理区域，然后在分割出行方向区域内，同理统计Y 方向的像 素点数量，然后在从Y方向合理区域的图中分割出行方向的合理区域，最终确定车牌的 区域，实现定位。如图4.2（b）所示。 . . 图4.2(a) 车辆牌照原始图像 Figure 2 (a) the license plates of the original image . .