毕业设计(论文)车牌图像的字符匹配设计与实现.doc
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1、湖 南 农 业 大 学全日制普通本科生毕业论文车牌图像的字符匹配设计与实现Vehicle images character matching design and implementation学生姓名:学 号:年级专业及班级:2007级信息工程(1)班指导老师及职称: 学 院:信息科学技术学院湖南长沙 提交日期:2011年05月 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文诚 信 声 明本人郑重声明:所呈交的本科毕业论文(设计)是本人在指导老师的指导下,进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出
2、重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文作者签名: 年 月 日 目 录 1 绪论61.1 研究背景61.1.1 研究的主要内容61.1.2 图像匹配技术介绍71.2 国内外研究现状81.3 本文内容与组织结构92 车牌识别系统92.1.车牌识系统处理流程92.2 车牌识别系统评价的指标102.2车牌识别系统的实际配置112.3车牌识别系统中的难点122.4 车牌定位132.5车牌字符分割143 车牌字符匹配算法143.1 直接匹配法153.2 特征法153.3 高级特征算法154 实验结果及分析154.1 车牌匹配算法实现15
3、4.2 实验结果164.3 实验结果分析195 本文主要工作总结195.1 研究结果195.2结论195.3展望20参考文献20致 谢22附录:23车牌字符图像的匹配设计与实现 学 生: 指导老师: (湖南农业大学信息科学技术学院,长沙 410128)摘 要:车牌识别系统在交通的智能监视和管理中有着重要的应用,是近几年发展起来的。基于图像和字符识别技术的车牌字符识别系统也是目前国内外模式识别应用研究领域的一个热点。车牌字符识别系统LRP(License Plate Recognition)的关键技术包括数字图像处理、车牌定位、车牌字符分割和字符识别技术。关键词:MATLAB.车牌定位.字符识别
4、DIGITAL IMAGE DIVISION OF TECHNICAL DISCUSSIONS AND STUDIESAuthor: Tutor: (College of Information Science and Technology, Hunan Agricultural University,Changsha 410128, China)Abstract: The license plate recognition system,developed in recent years,has an important application in the intelligent traf
5、fic surveillance and management.At the same time, based on the image and character recognition technology,the license plate character recognition system is a hot area of research in the application of pattern recognition at home and abroad.the key technology of License plate character recognition sy
6、stem includes digital image processing,license plate location,license plate character segmentation and character recognition technology. Key Words:MATLAB.License plate localization.Character recognition1 绪论 1.1 研究背景 随着社会经济的发展,车辆的数量在急剧的增加,交通问题日益突出,这使得智能交通(Intelligent Transportation System,简称ITS)系统成为研
7、究的热点领域,受到了广泛的关注。车牌识别系统(License Plate Recognition,简称LPR)是智能交通领域中重要的研究课题之一本文根据车牌图像特点采用模板匹配法对车牌字符进行识别。因为有些字符形状在垂直方向上在主峰峰值上接近,但在水平方向上存在着比较大的差异,所以在对垂直方向做匹配效果不明显的时候,对水平方向再进行匹配。1.1.1 研究的主要内容车牌识别系统是以特定目标一一车辆牌照为对象的专用计算机视觉系统。该系统能够从一幅图像中自动提取车辆牌照,进行字符分割,进而对分割出的字符图像进行识别。一个典型的车牌识别系统包括图像采集、车牌定位、字符分割、字符识别以及结果输出五个功能
8、模块,其原理流程如图1-1 所示:图1 车牌识别系统流程图 Fig l license plate recognition system flow chart 系统的工作原理:当车辆通过检测区域时,检测装置将车辆的通过信号传送到图像采集设备;图像采集设备采集车辆图像,并将图像传送到计算机;计算机对车牌进行自动定位和识别并将识别结果送至监控中心或收费处等应用场所。系统的核心部分为图像采集、车牌定位、字符分割、字符识别。下面简述各部分的主要功能: (1)图像采集部分:当系统发现有车辆通过时(通过检测器检测或是通过视频中运动目标的检测),触发图像采集系统,一般采用CCD摄像机摄取车牌前视图或后视图,
9、由光照检测装置控制现场的光照,位置检测装置控制摄像机的拍摄角度。 (2) 图像预处理部分:需要对采集到的图像进行图像增强、平滑、恢复等操作,目的是突出车牌的主要特征,以便更好地提取车牌。(3)车牌定位:车牌的定位是一个寻找最符合车牌特征区域的过程,从本质上讲,就是一个在参量空间寻找最优定位参量的问题。车牌定位算法需要挖掘并提取车牌区域的独有特征,从而将车牌图像分割提取出来。在车牌定位过程中,由于采集到的图像中军牌区域经常是倾斜的,为避免后续的字符分割和字符识别的失败,必须对车牌行倾斜校正。 (4) 字符分割:即从定位得到的车牌图像中分离出单个字符(包括汉字、字 母和数字等)的图像,以便于字符识
10、别。 (5) 字符识别:对分割得到的字符图像进行归一化处理,进行字符识别,转换为文本存入数据库或直接显示出来。1.1.2 图像匹配技术介绍图像匹配是指通过一定的匹配算法在两幅或多幅图像之间识别同名点,如二维图像匹配中通过比较目标区和搜索区中相同大小的窗口的相关系数,取搜索区中相关系数最大所对应的窗口中心点作为同名点。其实质是在基元相似性的条件下,运用匹配准则的最佳搜索问题。图像匹配主要可分为以灰度为基础的匹配和以特征为基础的匹配。1.灰度匹配 灰度匹配的基本思想:以统计的观点将图像看成是二维信号,采用统计相关的方法寻找信号间的相关匹配。利用两个信号的相关函数,评价它们的相似性以确定同名点。 灰
11、度匹配通过利用某种相似性度量,如相关函数、协方差函数、差平方和、差绝对值和等测度极值,判定两幅图像中的对应关系。 最经典的灰度匹配法是归一化的灰度匹配 法,其基本原理是逐像素的把一个以一定大小的实时图像窗口的灰度矩阵,与参考图像的所有可能的窗口灰度阵列,按某种相似性度量方法进行搜索比较的匹配方法,从理论上说就是采用图像相关技术。 利用灰度信息匹配方法的主要缺陷是计算量太大,因为使用场合一般都有一定的速度要求,所以这些方法很少被使用。现在已经提出了一些相关的快速算法,如幅度排序相关算法,FFT相关算法和分层搜索的序列判断算法等。2.特征匹配 特征匹配是指通过分别提取两个或多个图像的特征(点、线、
12、面等特征),对特征进行参数描述,然后运用所描述的参数来进行匹配的一种算法。 基于特征的匹配所处理的图像一般包含的特征有颜色特征、纹理特征、形状特征、空间位置特征等。 特征匹配首先对图像进行预处理来提取其高层次的特征,然后建立两幅图像之间特征的匹配对应关系,通常使用的特征基元有点特征、边缘特征和区域特征。 特征匹配需要用到许多诸如矩阵的运算、梯度的求解、还有傅立叶变换和泰勒展开等数学运算。 常用的特征提取与匹配方法有:统计方法、几何法、模型法、信号处理法、边界特征法、傅氏形状描述法、几何参数法、形状不变矩法等。 基于图象特征的匹配方法可以克服利用图象灰度信息进行匹配的缺点,由于图象的特征点比较象
13、素点要少很多,大大减少了匹配过程的计算量;同时,特征点的匹配度量值对位置的变化比较敏感,可以大大提高匹配的精确程度;而且,特征点的提取过程可以减少噪声的影响,对灰度变化,图象形变以及遮挡等都有较好的适应能力。所以基于图象特征的匹配在实际中的应用越来越广泛。所使用的特征基元有点特征(明显点,角点,边缘点等),边缘线段等。1.2 国内外研究现状随着图像处理技术的不断发展,图像分割技术在各个方面也有很大的进步,但是当前国内外主要的图像分割技术主要有:1、阀值分割方法,阈值分割方法的历史可追溯到近40年前,现已提出了大量算法,对灰度图像的取阈值分割就是先确定一个处于图像灰度取值范围之中的灰度阈值,然后
14、将图像中各个象素的灰度值都与这个阈值相比较,并根据比较结果将对应的象素分为两类这两类象素一般分属图像的两类区域,从而达到分割的目的。2、基于边缘的分割方法,图像最基本的特征是边缘,它是图像局部特性不连续(或突变)的结果例如,灰度值的突变、颜色的突变、纹理的突变等边缘检测方法是利用图像一阶导数的极值或二阶导数的过零点信息来提供判断边缘点的基本依据。3、基于区域分割方法,区域分割的实质就是把具有某种似性质的像素连通起来,从而构成最终的分割区域它利用了图像的局部空间信息,可有效的克服其它方法存在的图像分割空间不连续的缺点,但它通常会造成图像的过度分割在此类方法中,如果从全图出发,按区域属性特征一致的
15、准则,决定每个像元的区域归属,形成区域图,这常称之为区域生长的分割方法;如果从像元出发,按区域属性特征一致的准则,将属性接近的连通像元聚集为区域是区域增长的分割方法;若综合利用上述两种方法,就是分裂合并的方法区域生长法的基本思想是将具有相似性质的象素合起来构成区域,具体做法是选给定图像中要分割的目标物体内的一个小块或者说种子区域,再在种子区域的基础上不断将其周围的象素点以一定的规则加人其中,达到最终将代表该物体的所有象素点结合成一个区域的目的,该方法的关键是要选择合适的生长或相似准则生长准则一般可分为3种:基于区域灰度差准则、基于区域内灰度分布统计性质准则和基于区域形状准则分裂合并法是先将图像
16、分割成很多的一致性较强的小区域,再按一定的规则将小区域融合成大区域,达到分割图像的目的。1.3 本文内容与组织结构本文主要从讨论与研究出发,然后通过各种分割技术的模拟仿真进行一个对比,找出每种分割技术适合分割的图片,搞清楚在分割什么样的图片时,应该用什么样的分割技术,使得所分割的效果达到最佳。第一章介绍研究背景、国内外研究现状以及论文的内容与组织结构。第二章主要对阀值分割法进行研究和讨论。第三章是对边缘检测进行研究和讨论。第四章主要介绍了区域法的讨论与研究。第五章是对本文中各种分割技术的一个对比,找出它们的优劣。第六章是对全文的一个总结。2 车牌识别系统 从技术上评价一个车牌识别系统有三个指标
17、,即识别率、识别速度和后台管理系统。 2.1.车牌识系统处理流程 2.2 车牌识别系统评价的指标 从技术上评价一个车牌识别系统有三个指标,即识别率、识别速度和后台管理系统。 1.识别率 一个车牌识别系统是否实用,最重要的指标是识别率。国际交通技术作过专门的识别率指标论述,要求是24 小时全天候全牌正确识别率为85%95%。为了测试一个车牌识别系统的识别率,需要将该系统安装在一个实际应用环境中,全天候运行24 小时以上,采集至少1000 辆自然车流通行时的车牌照进行识别,并且需要将车辆牌照图像和识别结果保存下来,以便调取查看。然后,还需要得到实际通过的车辆图像以及正确的人工识别结果,之后便可以统
18、计出以下识别率(1)自然交通流量的识别率=全牌正确识别总数/实际通过的车辆总数;(2)人工可识别车牌的百分率=人工正确读取的车牌总数/实际通过的车辆总数;(3)系统可识别车牌的识别率=全牌正确识别总数/人工正确读取的车牌总数;这三个指标决定了车牌识别系统的识别率,诸如可信度、误识率等都是车牌识别过程中的中间结果。必须认识到的一点是系统的识别率达到100%是不可能的,因为车牌照污损、模糊、遮挡,或者恶劣的天气情况(下雪、冰雹、大雾等)都会影响到系统的识别率。 2. 识别速度识别速度决定了一个车牌识别系统是否能够满足实时应用的要求。一个识别率很高的系统,如果需要几秒钟,甚至几分钟才能识别出结果,那
19、么这个系统就会因为满足不了实时要求而毫无实用价值。例如,在高速公路收费中车牌识别系统的作用之一是减少通行时间,处理速度是这一类应用减少通行时间,避免车道堵车的有力保障。国际交通技术提出的识别速度是1 秒以内,越快越好。3. 后台管理体系 一个车牌识别系统的后台管理体系,决定了这个车牌识别系统是否好用。后台管理体系的功能应该包括: (1)识别结果和车辆图像数据的可靠存储。当多功能的系统操作使得网络出差错时,后台管理系统应能保护图像数据不会丢失,同时便于事后人工排查。 (2)有效的自动比对和查询技术。识别出的车牌号码应能够同数据库中成千 上万的车牌号码自动比对和提示报警。如果车牌号码没有被正确读取
20、时,可采用模糊查询技术以得出相对最佳的比对结果。 (3)完善的系统功能。一个好的车牌识别系统不仅可联网运行,还需要提供实时通信、网络安全、远程维护、动态数据交互、数据库自动更新、硬件参数设置、系统故障诊断等功能。2.2车牌识别系统的实际配置 即便是一个达到实用标准的车牌识别系统,由于所选择的技术路线,软硬件体系结构以及触发方式不同,要发挥其有效的功能,还需要根据实际的应用需求确定相应的系统配置。 1.车牌识别技术。路线系统中车辆图像的采集方式决定了车牌识别的技术路线。目前国际通行的两条主流技术路线是自然光和红外光图像采集识别。自然光和红外光不会对人体产生不良的心理影响,也不会对环境产生新的电子
21、污染,属于绿色环保技术。 自然光路线是指白天利用自然光线,夜间采用辅助照明光源,用彩色摄像机采集车辆真彩色图像,用彩色图像处理方法识别车牌。自然光技术路线与人眼感习惯一致,并且真彩色图像能够反映车辆及其周围环境真实的图像信息,不仅可以用来识别汽车牌照,而且可以用来识别车牌颜色、车流量、车型、车体颜色等车辆特征。红外光路线是指利用车牌反光和红外光的光学特性,用红外摄像机采集车辆灰度图像,由于红外特性,车辆图像上儿乎只能看见车牌,然后用黑白图像处理方法识别车牌。 950nm 的红外照明装置可抓拍到很好的反光车牌照图像。因红外光是不可见光,它不会对驾驶员产生视觉影响。另外,红外照明装置提供的是不变的
22、光,所抓拍的图像都是一样的,不论是在一天中最明亮的时候,还是在一天中最暗的时候,唯一的例外是在白天,有时会看到一些牌照周围的细节,这是因为晴朗天气下太阳光的外光波的影响。采用红外灯的缺点就是所捕获的车辆牌照图像不是彩色的,不能获取整车图像,并且严重依赖车牌的反光材料。2.软硬件体系结构。一个车牌识别系统的基本硬件配置是由摄像机、主控机、采集卡、照明装置组成的,而软件是由一个具有车牌识别功能的图像分析和处理软件,以及一个满足具体应用需求的后台管理软件组成。车牌识别系统于是出现了两种产品形式,一种是软硬件一体,或者用硬件实现了识别功能的模块,形成一个全硬件的车牌识别器,例如DSP。另外一种形式是开
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