毕业论文（设计）运动模糊车牌识别关键技术研究

1、the research of key techniques of motion blurlicense plate recognitionthesis submitted to nanjing university of posts andtelecommunications for the degree ofmaster of engineeringbyshi hailingsupervisor: prof. qiu xiao huimay 2015南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致

2、谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对木研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。研究生签名：口期：南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索； 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。论文的公布（包括刊

3、登）授权南京邮电大学研究牛院办理。涉密学位论文在解密后适用木授权书。研究生签名：导师签名：日期：摘要目前，车牌识别系统（lprs）已广泛应用于高速公路收费管理、城市交通路口车辆违章 监控、停车场管理等领域，成为智能交通系统（its）的重要组成部分。本文针对相对运动造成 的模糊车辆图像，研究其复原、定位、倾斜校正、字符分割及字符识别等关键技术，在分析 近年来国内外最新研究的基础上，对有关算法进行了改进。首先在分析了现有的运动模糊图像复原算法的基础上，提出了一种基于点扩展函数 （psf）估计和耦合梯度保真项的白适应全变分算法的运动模糊图像复原算法。利用改进的 radon变换和双谱模型估计出运动模糊

4、的方向和长度，再用基于耦合梯度保真项的自适应全 变分算法对模糊图像进行复原。实验结果表明，木文提出的方法能较好地实现运动模糊车辆 图像的复原。在车牌定位阶段，考虑到运动模糊复原后的车辆图像质量与原始图像仍有一定差距，传 统定位方法的准确率会受到影响，本文提出了一种结合混沌优化和自适应遗传算法的车牌定 位算法。实验结果表明，该方法在图像质量较差的情况下仍有较好的定位效果，适应能力强。在倾斜校正方面，由于垂直倾斜校正对于字符分割的影响更大，所以对其采用精度较高 的旋转投影法，而对于水平倾斜校正则采用了简单快速的radon变换法，在不影响精度的情 况下减少了字符倾斜校正的时间。在字符分割阶段，首先用

5、投影法将字符初步划分矩形区域，提取标准符，然后对矩形区 域采用连通标记和生长法来进一步分割字直到分割出所有的字符。在字符识别阶段，木文采用基于小波核函数的ls-svm方法，结合字符和字符识别的特 征，分析小波函数作为核函数的可行性，最后通过实验结果横向、纵向对比，得岀了小波核 函数的优势。关键词：车牌识别，运动模糊，车牌定位，倾斜校正，字符分割，字符识别abstractat present, the license plate recognition system (lprs) has been widely used in highways' toll and speed monit

6、oring management, peccancy monitoring of urban traffic intersection, parking management and many other areas, it becomes an important part of intelligent transportation system (its). this paper mainly researches motion blur license plate image restoration and locating, tilt correction,character segm

7、entation and character recognition on the basis of analying the latest research at home and abroad in recent years, and the relevant algorithms are improved.first of all, on the basis of the analysis of the existing motion blur image restoration algorithm, a motion blur image restoration algorithm b

8、ased on psf estimation and tv regularization is proposed. we estimate the motion blur direction and length according to the fuzzy image, then realize blurred image restoration using tv regularization restoration algorithm. the experimental results show that the proposed method can well realize the r

9、ecovery of the motion blur vehicle image.in license plate locating phase, considering the image quality after recovery still has certain gap with the ideal image, which is likely to affect the accuracy in the traditional positioning method.this paper implements a license plate location method based

10、on chaos genetic. the method uses the chaos genetic algorithm in global search optimal, so as to realize the license plate localization. the experimental results show that the proposed method still has good positioning effect, strong ability to adapt under the condition of low image resolution, and

11、poor image quality.in tilt correction stage, due to the influence of vertical tilt for character segmentation is bigger, so the high precision rotation projection method is used for vertical tilt coitection, while rapid radon transformation method is used for horizontal tilt correction. the results

12、show that it reduces the tilt correction time while does not affect the precision.in character segmentation stage, we first differentiate characters preliminary rectangular area and extract the standard using the projection method, then use the method of connecting markers and growth to further char

13、acter segmentation until all of the characters are segmented.in character recognition stage, this article uses the ls-svm method based on wavelet kernel function.according to the characteristics of the character and character recognition,we analyze the feasibility of the wavelet function as the kern

14、el function, and the experimental results show the advantage of wavelet kernel by the lateral, longitudinal comparison.key words: license plate recognition, motion blur, license plate location, tilt correction, character segmentation, character recognition目录第一章绪论11课题研究背景与意义错误!未定义书签。1.2车牌识别系统概述21.2.1

15、车牌识别系统原理概述21.2.2车牌识别系统的国内外研究现状31.3运动模糊车牌识别技术的一些新问题41.4论文的结构与框架4第二章运动模糊车辆图像复原错误!未定义书签。2.1章内标题2.162.1章内标题2.1.172.1.2章内标题2.1.272.2章内标题2.27221章内标题2.282.2.2章内标题2.2.2 82.3章内标题2.38231章内标题2.382.3.2章内标题2.3.282.4本章小结8第三章研究点193.1章内标题393章内标题3丄193.1.2章内标题3.1.293.2章内标题3.293.2.1章内标题32193.2.2章内标题32293.3章内标题3.393.3.

16、1章内标题331103.3.2 章内标题 3.3.2103.4本章小结10第四章研究点2114.1章内标题4114.1.1章内标题4丄1114.1.2章内标题4.2114.2章内标题4.211421章内标题4.2114.2.2 章内标题 4.2.2114.3章内标题4.3114.3章内标题4.3124.3.2 章内标题 4.3.2124.4本章小结12第五章 研究点3135.1章内标题5135.1章内标题5135.1.2 章内标题5.1.2135.2章内标题5.2135.2.1章内标题521135.2.2章内标题522135.3章内标题5.3135.3.1 章内标题 5.3.1145.3.2

17、章内标题 5.3.2145.4本章小结14第六章总结与展望15参考文献16附录1攻读硕士学位期间撰写的论文18致谢21$用术语注释表符号说明:bd多普勒扩展5(/)多普勒功率谱专用术语注释表absadaptive binary splittingaesadvanced encryption standardamsadaptive multi-tree searchaqsadaptive query splittingarapanonymous rfidauthentication protocolascallocated slot counterbscttabi-slotted collisi

18、on tracking tree algorithmi4qtimproved 4-ary query treeiamsimproved adaptive multi-tree search缩略词说明:木部分内容非强制性要求，如果论文中所用符号不多,自适应二叉树分割高级加密标准自适应多叉树自适应查询分割树匿名rfid认证协议分配计数器双时隙碰撞跟踪树算法改进型四叉查询树 改进型自适应多叉树可以省略专用术语注释表。第一章绪论1.1课题研究背景与意义近年來，我国经济高速发展，车辆数量和交通设施不断增加，随z而来的就是交通拥堵, 违章车辆变多，交通事故频发，车辆管理压力变人等问题。因此，如何有效地提高

19、对车辆交 通的管理和监控能力受到了政府及相关部门越来越多的重视。这时，一种交通道路实时监控 及管理系统，即智能交通系统(its),便产生了。这种系统综合利用了人工智能技术、信息 技术、通信传输技术、计算机处理技术以及自动控制技术等，并将之应用于整个交通体系中, 提高了道路的通行能力和安全系数、增强了交通管理部门对车辆的监控、指挥、管理能力。在智能交通系统基础上发展起来的午牌识别系统(license plate recognition system, lprs)是its的重要组成部分。这种系统综合利用了模式识别、图像处理、人工智能等技术。 其广泛应用于车辆车速监测管理系统，违章车辆管理系统，高速

20、路口、停车场等收费站点自 动收费管理系统，企业、政府部门、居民住宅区车辆安全管理系统等多个领域山。对交通拥 堵的缓解，车辆交通安全的管理和城市治安的维护等起到了重要的作用。因此，对车牌识别 系统的相关技术进行研究具有非常人的现实意义和发展前景。目前已有很多学者、机构对车牌识别技术进行研究，但大多是基于假设采集到的车辆图 像较为理想。而在实际的智能交通系统中，图像采集设备采集到的车辆图像由于受到不均匀 光照、天气干扰、复杂的外界背景干扰、相对运动等因素的影响而质量各异，从而影响了车 牌识别的准确率。针对上述的退化车辆图像，已有相关文献针对其屮某种影响因素对现有的 车牌识别技术进行了改进。女口，文

21、献针对复杂背景下车牌区域所占比例较小，图像中干扰 区域较多的问题，提出了一种基于边缘检测、数学形态学滤波和颜色特征的车牌定位算法； 文献针对雾霾等恶劣天气以及镜头失焦、车速过快造成的退化车辆图像，分别研究了雾化 车辆图像、离焦模糊和运动模糊车辆图像的复原算法。本文主要针对相对运动引起的运动模 糊车辆图像，对运动模糊车辆图像的复原、车牌的定位、校正及字符分割、识别等关键技术 做一些研究。1.1.1章内标题1丄1正文x x x x x(1) 正文内一级序号(首行不缩进)正文x x x x x(a) 正文内二级序号(b) 正文内二级序号(2) 正文内一级序号(首行不缩进)正文x x x x x(a)

22、 正文内二级序号(b) 止文内二级序号1.2车牌识别系统概述车牌识别系统是以车辆牌照为目标的专用计算机视觉系统，它是计算机视觉与模式识别 技术在智能交通领域应用的重要研究课题乞一，是实现交通智能化管理的重要环节。它能从 一幅车辆图像中定位出车牌，进而分割车牌字符，最后对字符进行识别从而得到车牌号码。1.2.1车牌识别系统原理概典型的车牌识别系统主要由以下模块组成：图像采集模块、图像预处理模块、车牌定位 模块、字符分割模块以及字符识别模块等。其工作流程如图1所示：图1.1典型车牌识别系统的工作流程图(1) 图像釆集：图像采集一般由摄像机和车辆感应器完成。当车辆检测器(如红外线、地 感线圈)检测到

23、车俩进入拍摄范围时，车俩感应器发送信号触发图像采集系统中与摄像机光 快门相连接的光电传感器，这时在车辆不同位置、不同角度的摄像机将同时拍摄车辆，由此 便采集得到当前车辆的图像。一般而言摄像机拍摄的角度不是正对着车辆的，因此很多情况 下车辆图像中的车牌是倾斜的。当倾斜度达到一定值时，会影响车牌识别的准确性，这就必 须在字符分割之前对车牌进行倾斜校正处理，这部分内容将在后面的章节中予以分析解决。(2) 图像预处理：车辆图像在采集时，由于受光照、系统噪声、相对运动、环境干扰等各种 因素的影响，采集到的图像与原始图像之间会有某种差异，如过亮、过暗、有噪声或者模糊 等，这种差异称为降质或退化，这种退化会

24、增加后续的车牌定位、字符分割及识别的难度， 且影响车牌识别的准确度。因此，需对采集到的车俩图像进行预处理$6, 般包括灰度化、 中值滤波、图像校正、对比度增强、二值化、形态学处理等。本文主要针对运动模糊车辆图 像进行复原处理。（3）车牌定位：车牌定位实际上就是基于图像处理、模式识别等技术，根据车牌区域特有的 特征，如：纹理特征、几何特征等，在整个车辆图像中寻找最符合车牌特征的区域的过程。 车牌定位是整个车牌识别过程的关键，其定位结果的准确率直接关系到字符分割和识别的准 确率，并影响着车牌识别系统的效率。（4）车牌字符分割：字符分割即对定位校正后的车牌区域进行去边框等处理，将车牌区域分 割成单个

25、字符（汉字、英文字母和数字等）。字符分割是字符识别的基础，如果分割出的字符 出现断裂，粘连等现象，将会影响后续字符识别过程的准确性。（5）车牌字符识别：这是车牌识别系统的最后一个模块，也是该系统的最终目标。该过程以 字符分割的结果为基础，识别并输出车牌字符识别的结果。能否得到正确的识别结果是衡量 整个车牌识别系统有效与否的最终衡量标准。1.2.2车牌识别系统的国内外研究现状早在20世纪80年代，就有一些学者对车牌识别进行研究，但当时的研究只是针对某个 部分或某个阶段，对整个系统的整体研究还未出现。而且其识别过程自主性较差，需要人工 的参与，同时会受到外界环境的严重影响，总体来说还处于试验阶段，

26、硏究成果并不成熟。到了 90年代，随着计算机cpu处理速度的很大提高和图像处理技术、视觉技术等的不 断发展，人们便逐渐开始了对车牌识别的系统化研究。在车牌识别系统的研究发展过程中， 许多车牌识别技术被提出，如模糊数学理论、神经网络、遗传算法、小波变换等技术。国外研究人员对车牌识别系统的研究起步较早，其中比较具有代表性的有：robertson提 出的基于dft变换频域的分析方法；barroso提出的基于niblack二值化算法及自适应便捷 搜索的分析方法叫r.parisi提出的利用dsp和神经网络的分析方法切等。随着数学工具的引 入，mi-ae ko. young-mo kim提出了基于权重模板

27、匹配的分析方法，后来又出现了基于 动态投影翘曲的分析方法、基于形态学和投影的分析方法、基于小波变换的分析方法等。在国外，一些研究机构和公司已开发出了一些较为成熟的车牌识别系统的产品，如口儿 由以色列hi-tech公司开发的see/car system系列产品，由新加坡optasia公司开发的 vlprs产品等。特别是以色列的see/car system系列产品，hi-tech公司针对每个国家分别南京邮电大学硕上研究生学位论文 第一章绪论 研制出了不同的see/car system产品，其中专门针对中国研制的see/car chinese系统除 不能对汉字进行识别外，其它字符都可以止确识别。而其

28、他国家都是根据本国车牌的特征信 息开发相应的识别系统，其识别系统只适用于本国车牌格式。我国对车牌识别系统的研究起步晚于国外，直至20世纪90年代初，随着经济的快速发 展，我国的现代化交通得以飞速发展，从而对车牌识别系统的需求也越来越大。而此时汉字 的识别技术也己得到了完善，我国的众多学者开始投身于车牌识别技术的深入研究之中，并 且获得了很多成果。当前，我国车牌识别技术发展的困难主要体现在：复杂的外界背景干扰、 多样性的车牌样式、车牌污损、由于车速过快等原因造成的车辆图像模糊等情况。如何使车 牌识别系统在复杂环境和车辆图像质量各异的情况下有较好的鲁棒性，成为车牌识别技术的 重点研究问题。在我国，

29、比较成熟的车牌识别系统产品有"叫由隶属于中科院自动化研究所的汉王公司 研制的“汉王眼”，由浙江大学研制的“车牌通”等。另外，隶属于位于沈阳的中科院自动化 研究的聚徳公司，中智交通电子有限公司（中国信息产业部下属公司）等单位也先后研制出 了自己的产品。除此z外，清华大学的人工智能国家重点实验室、上海交通大学的图像研究 所以及浙江大学的自动化系等也先后对此领域进行了研究。目前，以上这些国内研制的识别 产品的识别率可达90%以上，但这些产品大多是针对某一种环境可以达到较高的识别率，一 旦环境改变，这些产品的识别率会大大降低甚至无法识别。所以考虑到我国车牌识别的复杂 性，冃前对车牌识别技术的

30、研究还有很多工作要做。1.3运动模糊车牌识别技术的一些新问题目前，已有很多学者对不同影响因素造成的退化车辆图像的车牌识别技术进行了研究。 本文针对相对运动引起的的运动模糊车辆图像的车牌识别技术进行了深入研究，首先对运动 模糊车辆图像进行复原处理，通过模糊图像来建立退化模型，再利用退化模型完成图像的复 原，最终得到相对清晰的车辆图像以供车牌识别系统的后续处理。其需要解决的一些问题有:（1）运动模糊图像退化过程估计的准确性、振铃效应、噪声等对运动模糊图像复原算法的影 响。尤其是图像退化过程的估计，其估计的准确性直接影响着图像复原的效果。如何有效地 去除噪声而又不影响运动模糊图像退化参数的估计也需要

31、继续深入研究。（2）现有的人多数车牌定位方法要求车辆图像质量较高，而经过运动模糊复原处理后的车辆 图像质量虽然有一定的改进，但是与原始的清晰图像相比仍有差距，这就需要对现有的车牌 定位方法进行改进，以更加适应运动模糊复原处理后的车辆图像，提高定位的准确率。南京邮电大学硕上研究生学位论文 第一章绪论1.4论文的结构与框架本文主要是对运动模糊车牌识别系统的关键技术进行研究。研究的主要内容是运动模糊 车辆图像的复原、车牌定位、倾斜校正、字符分割、字符识别等关键技术。全文章节安排如 下：第一章绪论。介绍了课题的研究背景与意义，概述了车牌识别系统的原理及其国内外研 究现状及发展趋势，分析了运动模糊车牌识

32、别技术的一些难点，最后详述了本文的主要研究 内容和章节安排。第二章运动模糊车辆图像复原。首先阐述了运动模糊图像的形成原因及其退化模型，然 后分别介绍了常见的几种运动模糊图像处理算法，另外还从主客观的角度阐述了图像质量评 价方法；最后提出了一种基于psf估计和tv正则化的运动模糊图像复原算法应用于运动模 糊车牌图像的去模糊处理中，并对复原效果进行了分析。第三章车牌定位。首先介绍了我国车辆牌照的特点，然后分别分析了几种常用的车牌定 位方法，比较其优缺点，最后针对运动模糊复原后的车牌图像提出了一种基于基于混沌遗传 的车牌定位方法，并通过仿真实验比较分析了该算法和传统定位算法的定位准确率。第四章车牌倾

33、斜校止。首先介绍了倾斜的原因及常见情况，然后分别分析了儿种常用的 倾斜校正方法，比较其优缺点，最后提出了一种radon变换和旋转投影结合的倾斜校正算法, 并通过仿真实验比较分析了该算法和传统倾斜校正算法的校正效果。第五章车牌字符分割。首先介绍了字符分割的主要流程，然后分别分析了几种常用的字 符分割算法，比较其优缺点，最后提出了一种基于改进的连通域字符二次分割算法进行字符 分割。并通过仿真实验比较分析了该算法和传统字符分割算法的分割效果。第六章车牌字符识别。首先介绍了车牌字符的特点，然后分别分析了几种常用的字符识 别算法，比较其优缺点，最后本文釆用了基于小波核函数的ls-svm算法，并通过仿真实

34、验 验证了该算法的可行性。第七章总结与展望。对本文的研究内容进行总结，并指出不足之处，在此基础上对今后 的工作和研究方向进行了展望。第二章运动模糊车辆图像复原在实际的智能交通系统中，由于车辆与摄像机的相对运动，且曝光时间有限，采集到的 车辆图像往往是运动模糊的。这将会导致后续的车牌定位、字符分割、字符识别等步骤出现 问题，最终导致识别出的结果是错误的甚至识别不出车牌。因此，在车牌识别系统中，对运 动模糊车辆图像的复原方法进行研究很有现实意义。图像复原有两个关键问题，一是获取图 像退化过程的先验知识，而是采用什么方法对模糊图像进行反卷积推导。2运动模糊图像的退化模型正文x x x x xpra(

35、x) = -e 2a2, x>0公式(2)正文x x x x xn-1力0,/)=工(/)(一乙)公式(2.2)n=0正文x x x x x图2.1图的名称正文x x x x x表2.1表的名称正文x x x x x止文x x x x x平坦慢衰落!平坦快衰落ii频率选择性丨频率选择性快衰落 !; 慢衰落i频率选择性j频率选择性平坦快衰落丨平坦慢衰落发送信号符号周期发送基带信号带宽图2. 2 图的名称正文x x x x x表2. 2 表的名称正文x x x x x止文x x x x x2.1.1章内标题211正文x x x x x22章内标题2.1.2正文x x x x x2.2章内标题

36、222.2.1章内标题221正文x x x x x2.2.2章内标题222正文x x x x x2.3章内标题2.3正文x x x x x2.3.1章内标题231正文x x x x x2.3.2章内标题232正文x x x x x2.4本章小结正文x x x x x第三章研究点1正文x x x x x3.1章内标题3.1正文x x x x x3.1.1章内标题3.1.1正文x x x x x3.1.2章内标题3.1.2正文x x x x x3.2章内标题3.2正文x x x x x3.2.1章内标题321正文x x x x x3.2.2章内标题3.2.2正文x x x x x3.3.1章内标题

37、331正文x x x x x3.3.2章内标题正文x x x x x3.4本章小结正文x x x x x第四章研究点2正文x x x x x4.1章内标题4.1正文x x x x x4.1.1章内标题4.1.1正文x x x x x4.1.2章内标题4.1.2正文x x x x x4.2章内标题4.2正文x x x x x4.2.1章内标题4.2.1正文x x x x x4.2.2章内标题4.2.2正文x x x x x4.3.1章内标题4.3.1正文x x x x x4.3.2章内标题4.3.2正文x x x x x4.4本章小结正文x x x x x第五章研究点3正文x x x x x5.

38、1章内标题5.1正文x x x x x5.1.1章内标题5.1.1正文x x x x x5.1.2章内标题5.1.2正文x x x x x5.2章内标题5.2正文x x x x x5.2.1章内标题521正文x x x x x522章内标题522正文x x x x x5.3.1章内标题531正文x x x x x532章内标题532正文x x x x x5.4本章小结正文x x x x x第六章总结与展望正文x x x x x正文x x x x x参考文献1 godard d n. self-recovering equalization and carrier-tracking in two-dimensional data communication systemsj. ieee transactions on communications, 1980, com-28(no.l 1): 1867-1875.2 张贤达，保铮.通信信号处理m.北京:国防工业出版社,2000: 30-50.3 larimore m, treichler j. convergence behavior of the constant modulus algorithmfc. ieee international conference on ica