淺談車牌識(shí)別在智慧城市停車中的深度應(yīng)用

近幾年來，車牌識(shí)別的概念被提及的越來越多。面對傳統(tǒng)停車業(yè)務(wù)在飛速發(fā)展的城市交通面前暴露出來的停車難、尋車難、效率低下等各種問題，車牌識(shí)別無疑已成為智能交通行業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)。

車牌識(shí)別技術(shù)簡單概括就是基于圖像分割和圖像識(shí)別的技術(shù)，對含有車輛號(hào)牌的圖像進(jìn)行分析處理，從而確定牌照在圖像中的位置，并進(jìn)一步提取和識(shí)別出文本字符。車牌識(shí)別過程包括圖像采集、預(yù)處理、車牌定位、字符分割、字符識(shí)別、結(jié)果輸出等一系列算法運(yùn)算。

車牌識(shí)別應(yīng)用在智慧停車領(lǐng)域主要包含出入口車牌識(shí)別、場內(nèi)視頻引導(dǎo)、道路停車三大板塊，這三大板塊也是城市停車整體架構(gòu)中必不可少的部分。

出入口車牌識(shí)別

早期，視頻識(shí)別引入到停車場出入口領(lǐng)域主要還是靠后端識(shí)別，通過前端模擬相機(jī)的視頻流實(shí)時(shí)輸入后端分析服務(wù)器，后端服務(wù)器同時(shí)接入多路前端相機(jī)的視頻流，通過服務(wù)器自身算法分析輸出車牌文本信息到平臺(tái)。

隨著智能化程度的前移，網(wǎng)絡(luò)相機(jī)逐漸替代了模擬相機(jī)，隨之而來的車牌識(shí)別技術(shù)也集成到前端相機(jī)內(nèi)，車輛進(jìn)入IPC的識(shí)別區(qū)域內(nèi)則觸發(fā)相機(jī)進(jìn)行抓拍業(yè)務(wù)和識(shí)別業(yè)務(wù)，同時(shí)輸出車牌信息，將車牌OSD信息疊加到抓拍圖片，這樣不但降低了前端設(shè)備成本和系統(tǒng)造價(jià)，同時(shí)還提高了車牌識(shí)別速度。

車牌識(shí)別的整套識(shí)別業(yè)務(wù)包括圖像采集、圖像預(yù)處理、車牌定位、字符分割、字符識(shí)別等環(huán)節(jié)，將車牌識(shí)別的結(jié)果以文本格式輸出或者疊加在抓拍圖片上，如圖1所示。

圖1 IPC的車牌識(shí)別流程▲

01圖像采集

通過IPC對過車或車輛違章行為進(jìn)行實(shí)時(shí)、不間斷記錄、采集。

02圖像預(yù)處理

圖像預(yù)處理是影響車牌識(shí)別率高低的關(guān)鍵因素，需要對IPC采集到的原始圖像進(jìn)行噪聲過濾、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光以及伽馬校正、邊緣增強(qiáng)、對比度調(diào)整等處理。

03車牌定位

圖像預(yù)處理是影響車牌識(shí)別率高低的關(guān)鍵因素，需要對IPC采集到的原始圖像進(jìn)行噪聲過濾、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光以及伽馬校正、邊緣增強(qiáng)、對比度調(diào)整等處理。

04字符分割

字符分割是在圖像中定位出車牌區(qū)域后，通過灰度化、灰度拉伸、二值化、邊緣化等處理，進(jìn)一步精確定位字符區(qū)域，然后根據(jù)字符尺寸特征提出動(dòng)態(tài)模板法進(jìn)行字符分割，并將字符大小進(jìn)行歸一化處理。

05字符識(shí)別

字符識(shí)別是對分割后的字符進(jìn)行縮放、特征提取，獲得特定字符的表達(dá)形式，然后通過分類判別函數(shù)和分類規(guī)則，與字符數(shù)據(jù)庫模板中的標(biāo)準(zhǔn)字符表達(dá)形式進(jìn)行匹配判別就可以識(shí)別出輸入的字符圖像。

場內(nèi)視頻引導(dǎo)

場內(nèi)視頻引導(dǎo)技術(shù)誕生前，停車場車位引導(dǎo)主要還是以超聲波技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，但超聲波探測器只能做到一對一檢測，且無法做到車輛車牌信息的獲取從而實(shí)現(xiàn)反向?qū)ぼ嚬δ?無法實(shí)時(shí)看到停車畫面，而且方案整體施工較為復(fù)雜，檢測效果對工程施工的依賴性較高。

視頻技術(shù)場內(nèi)引導(dǎo)大大提高了整體方案，大華公司率先推出室內(nèi)視頻車位檢測器，基于車牌識(shí)別技術(shù)、車輛模型檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)對有牌車車牌識(shí)別和無牌車車位狀態(tài)準(zhǔn)確判斷。同時(shí)大華公司推出的兩車位、三車位以及六車位相機(jī)的行業(yè)創(chuàng)新產(chǎn)品結(jié)合雙網(wǎng)口技術(shù)大大降低了施工復(fù)雜成程度和施工成本。

場內(nèi)引導(dǎo)視頻識(shí)別技術(shù)有別于停車場出入口車牌識(shí)別技術(shù)，主要區(qū)別在于前者是基于靜態(tài)車輛的車輛模型檢測為前提進(jìn)行車牌識(shí)別業(yè)務(wù)，所以對無牌車的車位狀態(tài)也能進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。隨著視頻技術(shù)在場內(nèi)引導(dǎo)的廣泛應(yīng)用，超聲波檢測技術(shù)逐漸被市場淘汰。

道路停車

國內(nèi)道路停車業(yè)務(wù)可追溯到1980年代港澳地區(qū)的咪表時(shí)代，到21世紀(jì)初純?nèi)斯ぶ悄苁殖纸K端收費(fèi)引入，以及2014年以深圳為代表的“地磁+app”模式。隨著時(shí)間推移，可以發(fā)現(xiàn)車牌識(shí)別業(yè)務(wù)也逐漸滲透進(jìn)來，下面就來回顧一下車牌識(shí)別技術(shù)在道路停車管理中的應(yīng)用。

01手持POS收費(fèi)終端

1980年代，港澳地區(qū)開始實(shí)行咪表管理技術(shù)，但該技術(shù)并不適應(yīng)當(dāng)下國情，隨著技術(shù)的發(fā)展以及客戶對車位管理需求的提高，出現(xiàn)了人工手持智能收費(fèi)終端的收費(fèi)方式，通過人工對車主停車情況進(jìn)行把握，然后利用智能收費(fèi)終端對車位上的車輛進(jìn)行拍照車牌識(shí)別和登記，把登記信息同步上傳給云平臺(tái)做計(jì)費(fèi)管理，如圖2。

圖2 人工手持智能收費(fèi)終端拍攝車牌識(shí)別車牌號(hào)▲

當(dāng)車輛駛離時(shí)通過人工收費(fèi)對車輛停車進(jìn)行繳費(fèi)，停車欠繳費(fèi)車主的車牌會(huì)被平臺(tái)自動(dòng)記錄，欠款會(huì)累計(jì)到車輛下一次停車收費(fèi)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)繳。但人工管理車位相對效率較低，時(shí)常導(dǎo)致停車收費(fèi)金額流失。

手持終端識(shí)別車位上停放的車輛車牌，其原理屬于后端識(shí)別，通過手持終端拍照功能，結(jié)合收費(fèi)軟件本身自帶的車牌識(shí)別算法，對圖片流中的車牌進(jìn)行定位、車牌提取、字符切割和識(shí)別，輸出車牌信息。車牌識(shí)別技術(shù)結(jié)合手持終端的應(yīng)用在當(dāng)時(shí)一度受到熱捧。

02室外視頻車位檢測器

室外視頻車位檢測器應(yīng)用在道路停車領(lǐng)域可以被認(rèn)為是“道路停車3.0階段”。室外視頻車位檢測器的原理結(jié)合了多種人工智能技術(shù)，比如車牌識(shí)別、超聲波檢測、車牌顏色檢測、車輛模型檢測等技術(shù)。每車位放置1臺(tái)視頻車位檢測器對駛?cè)胲囕v進(jìn)行車牌識(shí)別和車位狀態(tài)判斷，通過終端盒走無線網(wǎng)橋傳輸方式把抓拍圖片和對應(yīng)的識(shí)別結(jié)果上傳給云平臺(tái)。就前端室外視頻車位檢測器而言，它不僅僅應(yīng)用到了車牌識(shí)別技術(shù)，還應(yīng)用深度學(xué)習(xí)技術(shù)把車輛的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提取成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，超聲波檢測技術(shù)輔助判斷車位狀態(tài)，多重檢測機(jī)制確保車牌識(shí)別率和車位狀態(tài)判斷率，如圖3。

圖3 室外視頻車位檢測器實(shí)際抓拍圖片▲

03槍球聯(lián)動(dòng)方案

槍球聯(lián)動(dòng)方案是目前車牌識(shí)別應(yīng)用于道路停車管理的另一個(gè)熱門方案。系統(tǒng)前端設(shè)備主要有車位管理槍球一體機(jī)、LED常亮補(bǔ)光燈、交換機(jī)、終端管理盒和智能手持終端。車位管理槍球一體機(jī)，用于停車點(diǎn)停車狀態(tài)檢測以及車輛抓拍;LED常亮補(bǔ)光燈用于夜間環(huán)境光照度較低時(shí)槍球機(jī)的補(bǔ)光，采用暖光燈，降低光污染;交換機(jī)用于前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的匯聚;終端管理盒用于前端數(shù)據(jù)緩存;智能手持POS輔助收費(fèi)工作，用于泊位狀態(tài)以及車輛信息核準(zhǔn)、收費(fèi)管理等。

車位管理槍機(jī)用于管理槍球機(jī)視場盲區(qū)車位，若現(xiàn)場立桿位置可以使有效車位避開槍球機(jī)的視場盲區(qū)(即槍球機(jī)視場盲區(qū)內(nèi)沒有泊位)，則可以免去車位管理槍機(jī)，見圖4。

圖4 槍球聯(lián)動(dòng)方案現(xiàn)場檢測效果圖▲

車牌識(shí)別的延伸應(yīng)用

目前，甲方客戶的需求呈多樣化趨勢，已不僅僅局限于對車牌識(shí)別的要求以及車身顏色、車標(biāo)、車型、掛墜、年檢標(biāo)志等和車輛相關(guān)的縱向非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的提取，結(jié)合當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，市場對車牌的橫向數(shù)據(jù)挖掘也有很旺盛的需求，比如車內(nèi)駕駛員人臉、手機(jī)上的二維碼等等。

大華公司抓住了市場的這種個(gè)性化需求，與其子公司華睿科技共同推出了機(jī)器視覺相機(jī)，通過前端高幀率相機(jī)的快速抓拍，在手機(jī)處于喚醒狀態(tài)時(shí)定位手機(jī)二維碼，快速識(shí)別二維碼并輸出文本信息，同時(shí)后端POS機(jī)對前端相機(jī)傳輸過來的二維碼信息完成微信/支付寶扣費(fèi)。機(jī)器視覺相機(jī)的強(qiáng)大性能及算法優(yōu)勢，提高了出入口車主的進(jìn)出和支付體驗(yàn)，為視頻技術(shù)在停車領(lǐng)域的多樣化應(yīng)用提供一個(gè)很好的實(shí)際案例。