高速公路收费站高清视频车牌识别系统的研究

高速公路收费站高清视频车牌识别系统的研究

唐振宇

上海电科智能系统股份有限公司上海市200063

摘要：目前，高速公路收费监控视频高清需求已经成为了必然趋势。本文将重点对车牌识别控制系统进行分析，以供参考。

关键词：高速公路；高清视频识别系统；应用

1前言

为促进高速公路收费站更好地运行和工作，为了能及时掌握收费站运行基本情况，合理应用视频监控系统是十分必要的。

2高清概念及标准

谈论高清，必须先说清楚标清。标清视频监控指的是目前广泛应用的模拟视频监控，包括模拟摄像机、普通镜头、光端机或编解码器、硬盘录像机等设备所组成的系统。

对视频监控来说，图像的清晰度最为重要，界定图像清晰程度最重要的技术指标为图像分辨率。图像分辨率指当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间的条纹时，在监视器(其分辨率比摄像机要高)上能够看到的最多线数，当超过这一线数时，屏幕上就只能够看到灰蒙蒙的一片，而不再能够分辨出黑白相间的线条。

传统模拟彩色摄像机采集的垂直分辨率在PAL制式下为625行，去消隐后为575行，最高达到540行左右已经接近模拟信号的极限了。此外模拟视频信号经过反复A/D转换，视频传输电磁干扰、隔行扫描、DI画面的合成反交错等视频损伤的影响，实际到达人眼观看时的效果已经大打折扣。

高清，顾名思义是指高清晰度，英文缩写是HD(HighDefinition)。在广电行业，高清具有明确的定义。根据美国电影电视工程师协会(SMPTE)、国际电联(ITU)和我国国家广电的相关定义，高清视频标准主要有三种:720P(1280/720分辨率，16:9宽屏显示，逐行扫描/60Hz)、1080I(1920/1080分辨率，16:9宽屏显示，隔行扫描/60Hz)、1080P(1920/1080分辨率，16:9宽屏显示，逐行扫描/60Hz)。最常用的标准为720P和1080P。高清的最低分辨率为720TVL,图像分辨率低于720TVL的，即可认为图像质量为标清。

3高速公路收费站对于高清视频监控系统的需求

3.1视频监控系统组成的模式较为复杂

目前在高速公路收费站的视频监控系统中，同时存在着数字、模拟以及高清等多种监控模式，这些模式的混用导致设备兼容性存在较大问题。从实用性角度出发，收费站视频监控系统应当具备良好的系统兼容性、稳定性以及扩展性，并且应正确选用最佳框架，以实现综合集成管理各种模式的需求。

3.2视频监控系统分辨率不足

目前很多收费站的视频监控图像品质存在分辨率低的情况，仅仅能满足看得见的需求，无法满足从视频监控中看得清的需求，对于驾驶人员的面部特征、车辆的车牌以及细节等情况都无法看清楚。

3.3视频监控系统存在录像效果差以及储存时间短的问题

对于标清视频图像，一般都是采用2CIF或者是CIF格式储存，导致在面临突发事件取证的需求时，无法提供高清晰度的视频图像，甚至因为存储容量问题导致过了储存期而无法提供视频图像，这一问题一直受到多方面的诟病。

3.4视频监控系统不够智能化

很多地方的收费站车流量极大，所以出现异常事件的几率也较高，诸如社会人员闯入、车辆拥堵、车辆事故以及其他的异常情况等，一般为了确保收费广场车辆畅通，通常要求监控人员长期观看屏幕，以保证第一时间发现异常情况；但是长期观看监控会导致监控人员用眼疲劳，使得监控人员的劳动强度明显增加。尤其是在夜间光线不足以及精神状况不佳的时候，很容易出现异常情况被忽略的情况，采用视频监控系统智能化来替代人工监控，能够在第一时间发现异常情况，以降低收费站拥堵的可能性。

4高清视频车牌识别系统方案

4.1高清视频车牌识别系统的优点

高清视频车牌识别系统通常采用200万像素的高清视频摄像机，采集的车辆图片分辨率达到1600×1200（200万像素），远远高于传统普清牌照识别系统采集的40万像素的图片，极大地提高了图片清晰度及车牌识别准确率。牌照识别主要依靠图片上牌照的有效像素，传统普清牌照识别系统因图片像素较低，为提高牌照识别率，一般仅采集车辆头部有车牌照的部分区域，而丢失了车辆头部的完整图像信息，如完整采集车辆头部全貌，则会导致牌照的有效像素降低，引起牌照识别率降低。而高清视频车牌识别系统可在一张图片中完成采集车辆头部全貌，并保证车辆牌照区域具有更高的像素点，以提高牌照识别率。智能补光灯选用智能LED频闪灯，通过与闪光灯配合使用，还可清晰地采集到车内驾乘人员的相貌，有助于辨识驾驶员是否中途换卡。图片的色彩还原性好，图片更逼真，比普清图片具有更好的图片效果，不会对收费系统的其他功能产生干扰，识别速度快且不受计算机配置及任务的影响，体积小、功耗低，安装维护方便、供电方式灵活。

4.2系统组成

高清视频车牌识别系统由车辆检测器、高清视频图像数字信号处理器及通讯模块组成，能够实现车辆信息的集中管理。

（1）车辆检测器

收费车道上的环形线圈车辆检测器对通行车辆进行实时检测，当车辆进入环形线圈时，车辆检测器通过检测线圈电感量变化来探测到车辆，并获取信号，从而触发摄像机来抓拍车牌。通过微处理器的智能控制，车检器的灵敏度可以适应各种要求，能对不同大小的感应线圈和引线进行良好的匹配。

（2）高清视频图像数字信号处理器

数字信号处理器DSP包括抓拍单元、补光单元和立柱单元等装置，数字信号处理器用于运行算法，对采集到的动态视频和图片进行高速处理，获得车牌号码的识别结果、车牌图像和匹配结果，增强了系统处理能力，使得系统结构清晰，扩展方便。

（3）通讯模块

完成数据信息的传输与交换。主要由交换机以及传输链路组成，完成数据信息的传递、交互。

4.3应用及实现方法

（1）实现原理

封闭式高速公路管理形式为“入口领卡、出口交费”，在入口处，车牌识别系统抓拍当前车辆车牌进行识别（即牌照的汉字、英文字母、数字、颜色），同时提供车牌二值化图并同识别结果、车牌图片打包实时上传到本地车道控制机，以便车道收费软件能够将车牌信息和车牌的二值化图像存入IC卡，作为出口车道比对车牌号的依据。出口车牌信息与入口车牌信息比较，将比对结果反馈给车道收费软件，如果发现不匹配，则在车道控制机和站级系统报警，提示人工干预处理。

（2）处理流程

封闭式高速公路上，在入口处，入口数据编写进IC卡中，然后由司机将IC卡携带到出口处。收费员操作结束后，由入口车道控制机产生的处理数据（号牌识别结果、入口站号、车型、处理类型、车道号、收费员工号、

通过时间等）存储在本地车道控制机的同时实时上传至收费站系统。在出口处，车道控制机将出口牌照识别器识别的号牌与IC卡上的入口号牌比对，如果发现不匹配，则自动调用号牌图像比对模块，比较出入口的号牌二值化图像是否匹配，如果不匹配则在车道控制机上显示出入口号牌二值化图像，同时向站级系统报警。由于实际实施过程中，号牌识别率不可能达到100%，因此必然存在一部分无法通过牌照识别设备正确识别号牌的车辆，即号牌匹配也不能达到100%，为了弥补这一缺陷，方案设计中采用了号牌二值化图像自动比对技术。同时二值化图像自动匹配技术解决了污损严重的号牌匹配鉴别的难题。系统生成的号牌二值化图像数据量非常小，能够存储到IC卡中，因此，在出入口之间传送号牌图像不需要网络支持，对系统要求低，图像传送安全、快速、可靠。

5.高清视频监控系统设备选型

5.1管理平台及存储设备选型

系统可采用全交换架构方案,视频管理平台包括视频管理服务器、视频数据服务器、视频媒体交换服务,以及其他系统软件和应用软件。在服务器故障和网络中断情况下,正在进行的视频存储和监视仍继续进行,不会受到干扰或中断。平台支持检索录像数据,检索回放精度到秒,支持对管理模式、存储设备的统一管理。采用双控制器磁盘阵列,一个控制器发生故障时,另一个可继续使用,保证系统的稳定可靠。

5.2收费车道设备选型

根据收费车道视频需要具备高清实时监控、收费信息动态字符叠加功能的特点,可以选用日夜型高清枪式网络摄像机。设备应具有强光抑制、低照度特征,能满足夜间监控的需求，同时应具有宽压保护、供电和供热备份功能,以保证设备运行的可靠性,有利于设备更好地运行和发挥作用。

5.3收费亭设备选型

针对收费厅内视频监控的需求，可以选用高清半球网络摄像机,实现对收费亭全范围监控覆盖,提供高清晰音质,保证图像声音同步录制,管理人员可以全面掌握收费亭运行的基本情况。

5.4收费广场设备选型

收费广场可以选用高清全天候球型网络摄像机,对焦精准,色彩真实,满足高清监控工作需要。同时该设备的防水、防尘、防雾能力强,实现对精密元器件的有效控制。

6.结语

综上所述，近年来高速公路建设飞速发展，各省、市高速网逐步扩大，对各管理部门，尤其是收费、交通控制、安全方面提出了更高的要求。高速公路收费站高清视频车牌识别系统就是要实现车牌图像自动抓拍、车牌号码自动识别，通过智能化接口，缩短收费口的停留时间，从而提高服务水平。

参考文献：

[1]刘云琦.论数字图像处理技术在车牌识别中的应用[J].中国科技投资，2012（33）.

[2]刘新建.高速公路收费站高清视频监控系统的应用[J]中国交通信息化，2016(10):11-4-115.

[3]刘春.高清视频技术在高速公路监控系统中的应用探讨[J]中国安防，2017(1):36