专利名称：一种基于字符整体特征的快速车牌验证方法
技术领域：
本发明涉及车牌验证的技术领域，尤其是智能交通中快速准确确认待交易车辆合法性的验证方法及系统。
背景技术：
电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection, ETC)是国际上所努力推广的一种应用于道路、大桥和隧道的电子收费技术，ETC系统能实现车辆的不停车收费，是提高高速公路通行能力和解决收费站拥堵问题的最有效手段。标准ETC系统依靠车辆与收费站之间的微波通信实现车辆自动识别，曾被广泛研究的基于图像抓拍的牌照自动识别技术由于其识别率低，识别时间长而未被采用。ETC正常工作时，安装在汽车上的车载单元(On-Board Unit，0BU，存储与车辆身份 有关的信息)与安装在收费车道旁的路侧单元(Road-Side Unit，RSU)，以微波通信进行快速的数据交换，再通过联网的银行或提前预缴的储值卡进行费用结算，若交易成功，则电子栏杆抬起，车辆通过ETC车道。车道监视摄像机记录通过车辆以备日后检查。当ETC系统的通信范围内同时存在两辆或者多辆待交易车辆时，RSU可能误读其他车辆而不是当前车辆的0BU，并且成功交易，造成ETC系统的紊乱。其中来自同一车道上后车OBU的干扰称为跟车干扰，来自邻车道车辆OBU的干扰称为邻道干扰。干扰问题为ETC系统推广应用中所亟需解决的重要问题。跟车干扰与邻道干扰存在的本质都是由于现有ETC系统中没有其他技术检验其依靠微波通信实现的车辆识别的正确性。一种可行的解决方法为从车道监视摄像设备抓拍的车辆图像中提取牌照图像，使用图像信息对RSU获得的车辆身份信息进行验证。车辆图像总是来源于当前正确车辆，通过验证RSU获得的车牌数据是否与正确车辆的车牌图像一致，便可判定待交易车辆是否合法。现有的车牌图像验证方法大多采用直接牌照识别的方法，始终没有解决其耗时长的问题，也并未被ETC标准所采纳。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明的目的在于，克服现有技术的缺点和不足，针对直接的车牌识别精度低、耗时长的问题，研究发展了一种基于字符整体特征的快速车牌验证方法，验证ETC系统通过RSU获得的车辆身份信息的正确性，对RSU和当前OBU是否继续交易给出明确的信号，解决ETC系统的跟车干扰与邻道干扰问题。同时满足ETC系统的高精度、实时性要求。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种基于字符整体特征的快速车牌验证方法，包括对输入的静态彩色车辆图像进行车牌提取及车牌字符分割；计算车牌字符图像背景场赋值，提取字符图像的凹凸特征；使用车牌字符图像的凹凸特征对待确认车牌信息进行验证，给出各位字符的验证结果；以及使用决策融合技术组合各位车牌字符的验证结果，判断待确认车牌信息的正确性。上述方案中，所述对输入的静态彩色图像进行车牌提取和车牌字符分割的步骤中，是利用车牌区域的纹理特征并且结合灰度和边缘投影信息定位车牌，再利用车牌字符的边缘特点修正车牌的定位，最终得到二值化的车牌字符图像。上述方案中，所述计算车牌字符图像背景场赋值，提取字符图像的凹凸特征的步骤中，是利用待确认的车牌信息为已知信息，选取车牌号码中的数字位作为鉴别位，不同的数字需要计算的背景场赋值的背景点也不同，由背景场赋值获取字符图像的凹凸整体特征。上述方案中，所述使用车牌字符图像的凹凸特征对待确认车牌信息进行验证，给出各位字符的验证结果的步骤中，是依靠车牌字符图像是否具有待确认车牌信息所对应的凹凸特征，判断待确认车牌字符的正确性，每位字符的验证结果用一致、不一致和不确定三个判决假设表示，判决假设的赋值大小表示了对该类判决结果的支持程度。5、根据权利要求I所述的基于字符整体特征的快速车牌验证方法，其特征在于， 所述使用决策融合技术组合各位车牌字符的验证结果，判断待确认车牌信息的正确性的步骤中，所采用的决策融合技术为D-S证据理论。(三)有益效果本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果I、本发明提供的基于字符整体特征的快速车牌验证方法，解决了跟车干扰和邻道干扰问题。当ETC天线的通信范围内，同时存在两辆或者多辆待交易汽车，通过车牌图像对微波通信获得的牌照信息进行验证，判断其是否来源于当前正确车辆，对RSU和当前OBU是否继续交易给出明确的信号，及时检测出非法车辆，终止非法交易。2、本发明提供的基于字符整体特征的快速车牌验证方法，车辆通行速度高。以RSU获得的待确认车牌信息为已知信息，用车牌图像对其进行验证，作为验证手段的图像处理，比直接进行图像识别要快速得多；同时，选取凹凸特征作为鉴别特征，无需对图像做细化、倾斜矫正等复杂的预处理，提高了验证的速度。在解决ETC跟车干扰与邻道干扰问题的同时，使ETC车道的过车速度大大加快。3、本发明提供的基于字符整体特征的快速车牌验证方法，设备改造工程量小。采用图像验证技术的ETC系统，无需增加标准ETC系统的设备，也不需要改变ETC系统的RSU和OBU硬件设计，只需要将车道监视设备前移，配合相关的软件，便能切实解决ETC系统的跟车干扰与邻道干扰问题。4、本发明提供的基于字符整体特征的快速车牌验证方法，系统可靠性高。采用D-S证据对各个字符的验证结果进行融合，得到最终的车牌验证结果。该判决结果综合多种信息得到，比任何单一信息的证据有更高的可信度，提高了对车辆身份判决的正确性。
图I是依照本发明实施例的基于字符整体特征的快速车牌验证方法的流程图；图2是依照本发明实施例的数字字符的圈与左右凹陷示意图；图3是依照本发明实施例的输入的图像的示意图；图4是依照本发明实施例的提取出的车牌二值图像；
图5是依照本发明实施例的数字6的验证判决树及判决结果赋值；图6是依照本发明实施例的车牌字符验证结果的决策融合模型。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。图像中的圈和凹区域等特性称为图像的凹凸特征，凹凸特征是字符图像的整体特征。字符图像凹凸性特征提取方法包括以下两个步骤(I)计算赋值背景。对字符图像的背景点(二值化图中像素值为0的点)，从该点出发，向右、右上、上、左上、左、左下、下、右下8个方向发出8条射线，与前景点(字符)相交的射线数目即为背景点的赋值。(2)提取凹凸性。由赋值背景可以判定图像中的圈和凹陷区域。背景赋值为8，表示该背景像素为前景像素所包围，其所在的区域为圈。赋值为5、6、7的背景区域即为凹陷区，其中每一背景点的右边均可找到前景点的凹陷称为左凹陷；每一背景点的左边均可找到前景点的凹陷称为右 凹陷。10个数字的圈和左右凹陷如图2所示。黑色部分为圈，水平线填充为左凹陷区，垂直线填充为右凹陷区。选取牌照后5位中的数字作为牌照验证的依据。以RSU获得的待确认车牌信息作为已知信息，由右至左用对应位置牌照字符图像对其进行验证。根据牌照字符图像是否具有与已知车牌字符相同的凹凸特性给出判别结果，作为下一步决策网络的输入。本发明提供的基于字符整体特征的快速车牌验证方法，是选取牌照字符中的数字位作为牌照鉴别的依据，并选择数字图像的凹凸特性作为其鉴别特征。因为数字识别是典型的小字符集识别，相对于汉字和字母的识别，数字识别简单准确得多。同时字符的凹凸特征是字符的整体特征，选取凹凸特征作为鉴别特征，无需对图像做细化、倾斜矫正等复杂的预处理，同一字符的图像，即使形状位置有一定的偏差，依然具有相同的整体特征，从而为实现准确快速的牌照验证提供了理论依据。图I是本发明提供的基于字符整体特征的相位检测方法的流程图，该方法包括以下步骤步骤101 :对输入的静态彩色车辆图像进行车牌提取及车牌字符分割；步骤102 :计算车牌字符图像背景场赋值，提取字符图像的凹凸特征；步骤103 :使用车牌字符图像的凹凸特征对待确认车牌信息进行验证，给出各位字符的验证结果；步骤104 :使用决策融合技术组合各位车牌字符的验证结果，判断待确认车牌信息的正确性。以下结合具体的实施例进行描述。步骤一车牌提取及车牌字符分割该步骤是进行车牌验证前的处理，包括原始图像灰度化、边缘提取、车牌定位、字符分割几个步骤。利用车牌区域的纹理特征别且结合灰度和边缘投影信息定位车牌，并利用车牌字符的边缘特点修正车牌的定位，最终得到二值化的车牌字符图像。无需对图像做细化、倾斜矫正等复杂的预处理。图3为原始图像，图4为从原始图像中提取的二值化车牌。
步骤二 计算背景场赋值。选取牌照后5位中的数字作为牌照验证的依据。以RSU获得的待确认车牌信息作为已知信息，由右至左计算对应位置牌照字符图像部分背景点的背景场赋值。计算所有背景点的背景场赋值依然比较耗时，实际中只需根据不同数字的特点，选择最具有代表性的位置进行背景场赋值计算。如数字6的验证，只需查找对应字符图像的1/4高度水平线(Posl)和3/4高度水平线(Pos2)上是否具有6相应的圈与凹陷特征，具体为在图像在Posl上是否有圈，在Pos2上是否有右凹陷。步骤三给出字符验证结果及可信度。对0-9十个数字的每个数字建立一个判别树，根据步骤二计算的背景场赋值与提取的凹凸特征，对车牌字符图像与RSU获取车牌信息是否一致给出验证结果，并给出该结果的可信度赋值。一致性判决结果假设用3个集合来表示，S卩丨A，A,丨A，人丨丨，A表示 判决图像字符与已知信息两者一致，A表示判决两者不一致，丨A，表示对判决结果不确定。判决假设赋值的大小代表对该假设支持的程度，用于决策融合网络的输入。数字6的判决树如图5所示。分两种情况对一致性判决假设进行赋值I):判决结果位于判决树的左叶子，即判定两者一致。此时根据已排除的数字个数，未排除的字符个数(包含具有相同凹凸特征的字母字符)确定对应假设的判决结果赋值
权利要求
1.一种基于字符整体特征的快速车牌验证方法，其特征在于，包括 对输入的静态彩色车辆图像进行车牌提取及车牌字符分割； 计算车牌字符图像背景场赋值，提取字符图像的凹凸特征； 使用车牌字符图像的凹凸特征对待确认车牌信息进行验证，给出各位字符的验证结果；以及。
使用决策融合技术组合各位车牌字符的验证结果，判断待确认车牌信息的正确性。
2.根据权利要求I所述的基于字符整体特征的快速车牌验证方法，其特征在于，所述对输入的静态彩色图像进行车牌提取和车牌字符分割的步骤中，是利用车牌区域的纹理特征并且结合灰度和边缘投影信息定位车牌，再利用车牌字符的边缘特点修正车牌的定位，最终得到二值化的车牌字符图像。
3.根据权利要求I所述的基于字符整体特征的快速车牌验证方法，其特征在于，所述计算车牌字符图像背景场赋值，提取字符图像的凹凸特征的步骤中，是利用待确认的车牌信息为已知信息，选取车牌号码中的数字位作为鉴别位，不同的数字需要计算的背景场赋值的背景点也不同，由背景场赋值获取字符图像的凹凸整体特征。
4.根据权利要求I所述的基于字符整体特征的快速车牌验证方法，其特征在于，所述使用车牌字符图像的凹凸特征对待确认车牌信息进行验证，给出各位字符的验证结果的步骤中，是依靠车牌字符图像是否具有待确认车牌信息所对应的凹凸特征，判断待确认车牌字符的正确性，每位字符的验证结果用一致、不一致和不确定三个判决假设表示，判决假设的赋值大小表示了对该类判决结果的支持程度。
5.根据权利要求I所述的基于字符整体特征的快速车牌验证方法，其特征在于，所述使用决策融合技术组合各位车牌字符的验证结果，判断待确认车牌信息的正确性的步骤中，所采用的决策融合技术为D-S证据理论。
全文摘要
本发明公开了一种基于字符整体特征的快速车牌验证方法，包括对输入的静态彩色车辆图像进行车牌提取及车牌字符分割；计算车牌字符图像背景场赋值，提取字符图像的凹凸特征；使用车牌字符图像的凹凸特征对待确认车牌信息进行验证，给出各位字符的验证结果；以及使用决策融合技术组合各位车牌字符的验证结果，判断待确认车牌信息的正确性。本发明避免了直接的牌照字符识别，不需要对图像进行复杂的预处理，识别率高，识别速度快，能可靠地用于车辆身份合法性鉴别。
文档编号G06T7/00GK102682299SQ20121014628
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者景为平, 王亮, 鲁华祥 申请人:中国科学院半导体研究所