1、 1 毕业论文文献综述 计算机科学与技术 高清车辆抓拍 系统 的设计与研究 1引言 上世纪六七十年代 ,世界经济高速增长 ,汽车数量急剧增加 ,导致原有的道路远不能满足经济发展的需要 ,交通状况日益恶化。为解决交通堵塞问题 ,除了修建必要的道路网以外 ,还尝试了很多新的方法来解决这个问题。计算机、信息、通信、电子控制等技术的飞速发展 ,使人们意识到利用这些新技术把车辆、道路及其使用者紧密结合起来 ,不仅能够有效的解决交通堵塞问题 ,而且对交通事故的应急处理、环境保护、节约能源等都有显著的效果 ,从而促使了智能交通系统的诞生。 智能交 通系统（ ITS）是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子
2、传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地集成运用于整个交通管理而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的、实时、准确、高效的综合交通运输管理系统 智能交通系统实质上就是利用高新技术对传统的交通系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型交通系统。它能使交通基础设施发挥出最大的效能 ,提高服务质量同时使社会能够高效地使用交通设施和能源 ,从而获得巨大的社会经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵 ,而且交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、道 路收费系统等方面都会产生巨大的影响。 智能交通系统的服务领域分为七个方面先进的交通信息服务系统、先进的交通管理系统先进的公共交通系统、先进
3、的车辆控制系统、客货运管理系统、电子收费系统、紧急救援系统。智能交通系统中的机动车辆的检测技术是整个系统中的关键 ,良好的检测技术不仅能反应检测区域的交通状况 ,记录车辆信息 ,而且能够促进相关行业、相关系统的发展。 2.智能交通领域的发展现状 智能交通系统的发展起步于 60-70 年代 ,相关的 ITS 项目当时有美国 ERGS(Electronic Route Guidance System,电子路线引导系统 )、欧洲的 COST30(Cooperationin the field of Scientific and Technical research,科学技术领域研究协作 )、日本的
4、CACS（ Comprehensive 2 Automobile Control System,汽车综合控制系统）等。 日本在 CACS 后 ,于 80 年代后半期 ,推动了以建设省为主导的路车间通信系统RACS(Road/Automobile Communication System;1984-1989)和以警察厅为主导的新汽 车交通信息通信系统 AMTICS（ Advanced Mobile Traffic Information and Communication System:1987-1988）。 90 年代，日本参与了以美国为主导的 ITS 国际化工作。到 1996 年 ,日本已经
5、有难以计数的大小项目在开展 ,从理论规划到实际实施 ,从现场试验到形成产业 ,其发展规模和速度咄咄逼人。日本目前在工 ITS 项目上已经形成了官方、民间、学术机构的协调体制 ,这对日本 ITS 的发展起到了很大的推动作用。 美国自 60 年代的 ERGS 之后到 80 年代之间 ,在道路交通 的信息化、智能化方面 ,几乎没有任何进展。但是 ,受到日欧进展的触动 ,在进入 90 年代以后 ,关于工的研究工作开始大规模地开展起来。 1991 年美国国会通过了“综合地面运输效率方案” ,旨在利用高新技术和合理的交通分配提高整个路网的效率 ,由美国运输部负责全国的 ITS发展工作 ,并在以后的 6年中
6、由政府拨款 6.6 亿美元 ,用来进行 ITS 的研究工作。 1997 年 ,美国在加州实施了一个“自动驾驶公路系统现场试验和演示项目” ,在现有道路骨架基础上 ,利用先进技术以提高安全性、畅通性和旅行质量。 我国在交通运输和管理中应用电子信息技术的工 作早在上世纪 70 年代末就已经开始 ,当时称为交通工程 ,根据国际上对智能运输系统发展的研究 ,可以认为 ,交通工程的研究与应用是智能交通系统初级阶段的工作。因此 ,我国的 ITS 前身或基础工作早在 70 年代末就己经开始 ,当时交通部公路科学研究所与北京市公安局合作 ,首次在中国进行计算机控制交通信号的工程试验 :1986-1995 年期
7、间 ,国家在交通管理系统方面开展了一系列科学研究和工程实施 ,在城市交通管理、高速公路监控系统、收费系统、安全保障系统等方面取得了多项科研成果 ,并开发生产了车辆检测器、可变情报板、可变限速标志、紧急电 话、分车型检测仪、通信控制器、监控地图板等多种专用设备 ,制定了一系列的标准和规范。上世纪 90 年代中期以来 ,在交通部的组织下 ,我国交通运输界的科学家和工程技术人员开始跟踪国际上智能交通系统的发展。交通部将智能交通系统的研究纳入了公路、水运科技发展“九五”计划和发展纲要。 3.车牌识别技术发展分析 早在 20 世纪 50 年代人们就开始了印刷体字符识别（ OCR）的研究 ,在以后的三十年
8、中不断有一些不太成熟的软件出现。随着计算机硬件技术的飞速提高 ,到了 80 年代后期 ,字符的3 快速识别成为可能。 90 年代初 ,大量的 OCR 方面的论文和系 统见诸于世 ,SPIE、 IEEE 在这一方向也曾举行过多次会议 ,大大推动了该方向的研究 ,所有这些研究成果为研究车牌识别提供了理论上的指导。 从 20 世纪 80 年代初 ,国外的研究人员就已经开始了对汽车牌照的识别研究。以色列的Hi-Tech 公司的 See/Car System 系列 ,新加坡 Optasia 公司的 VLPRS 系列都是比较成熟的产品。其中 VLPRS 产品主要适合新加坡的车牌 , Hi-Tech 公司的
9、 See/Car System 有多种变形的产品来分别适应某一个国家的车牌识别 , See/Car Chinese 系统可以对中国 大陆的车牌进行识别 ,但是都不能识别车牌中的汉字。另外日本、加拿大、德国、意大利、英国等各个西方发达国家都有适合本国车牌的识别系统。尽管国外的车牌识别系统的研究工作己经有很大的进展 ,但对我国车牌识别的研究只能进行某些借鉴。 虽然许多国家都在致力于 LPR 系统的研究与开发 ,但是仍未达到完全实用化的要求。近二三十年以来 ,世界各国的汽车数量迅速增长 ,致使道路交通负担愈来愈重。针对此问题 ,人们相继研制开发出了各种道路交通监测、管理的系统 ,这些系统一般都包括车
10、辆检测装置 ,通过这些装置对过往车辆进行检测 ,提取有关交通数据 ,以达到监控、管理和指挥交通的目的。 LPR 技术是车辆检测系统中的一个重要环节 ,目前主要有以下几种实现方法： 1. IC 卡识别技术； 2. 条形码识别技术； 3. 图像处理技术； 4. 传统模式识别技术； 5. 人工神经网络技术。 这几种实现方法都有其自身的特点和局限性 ,IC 卡识别技术和条形码识别技术实现比较简便 ,但它们的技术缺点限制了它们的推广和应用 :近十几年以来 ,计算机及其相关技术的快速发展为图象处理技术、传统模式识别技术和人工神经网络技术的发展提供了极大的支持，并使多项技术交叉发展得以实现，尤其以图像处理技
11、术为基础的 LPR 系统发展迅速 。一些国家开始探讨用人工神经网络技术解决车牌的自动识别问题，例如 1994 年 M.M.M.FAHMY等就成功地运用了 BAM（ Bidirectional Associative Memories）神经网络方法对车牌上的字符进行自动识别 ,BAM 神经网络是由相同神经元构成的双向联想式单层网络 ,每一个字符模板对应着唯一的一个 BAM 矩阵 ,通过与车牌上的字符比较 ,识别出正确的车牌号码。这种采用 BAM 神经网络方法的缺点是无法解决识别系统存储容量和处理速度相矛盾的问题。 由于人工神经网络技术抛开了传统的计算结构和相应的算法 ,采 用了生物神经网络的模4
12、 型 ,因此它能较好地实现人类存储知识及处理信息的机能 ,使系统可以模拟人类思维 ,对需要处理和解决的问题进行记忆、联想、推理 ,从而较好地解决了车牌识别中所提出的因字符残缺不完整而无法识别的问题 “另外人工神经网络技术应用于车牌识别领域与传统方法相比 ,还可以避免繁重的数据分析和数学建模工作 ,可以将信息存储与处理并行起来 ,大大提高了运行速度 ,因此越来越受到人们的广泛关注。 进入 20 世纪 90 年代以来 ,我国也开始对车牌定位进行深入的研究 ,并取得了一定的成效。比较好的定位算法有基于特征的车辆牌照定位算法； 基于变换函数提取车牌的算法；基于视觉的车辆牌照检测；基于字符串的车辆牌照分
13、割方法；基于局部闽值二值化与自适应形态滤波算法；基于属性开运算的汽车牌照区域定位算法；基于小波与形态学的车牌图像分割方法；这些车牌定位方法具有一定的实用性和参考价值 ,然而也都有不完善的方面 ,有待进一步完善。字符分割的任务是把多行或多字符图像中的每个字符从整个图像中切割出来成为单个字符。有关字符分割的问题常常不被重视 ,但是字符的正确分割对于字符的识别又很关键。由于字符的断裂、粘连等因素的影响使得字符分割的复杂性大 ,目前的字符分割算法一直 在不断的完善。针对车牌的字符分割 ,是针对字符分割的一个具体应用 ,目前根据车牌的字符特征提出的算法主要有基于先验知识的分割算法、基于投影轮廓和拓扑结构
14、的分割算法等。但是如果要解决车牌字符中可能存在的粘连、断裂等情况 ,字符分割技术仍需要进一步改进。 我国 LPR 技术正在逐步成熟 ,中科院自动化所、亚洲视觉科技有限公司、上海图锐计算机科技有限公司、深圳吉通电子有限公司、中国信息产业部下属的中智交通电子有限公司等都有自己的产品。另外 ,西安交通大学的图像处理和识别研究室、上海交通大学的计算机科学和工程系、清华大学的人工智 能国家重点实验室、浙江大学的自动化系等也在作类似的研究。发达国家的系统在实际交通系统中己成功应用 ,而我国的开发应用进展比较缓慢 ,直到年 ,我国的车牌识别技术才开始在高速公路中得到一定的应用。我国第一条将车牌识别技术应用于
15、高速公路收费系统并率先通过系统验收进入实际（运营而不是试验性）的安装试用的高速公路是广东汕汾（汕头至汾水关）高速公路。 4.车辆速度检测技术简介 对机动车辆行驶速度的实时检测是获取交通信息数据的一种重要方式 ,也是 ITS 研究内容的一个重要环节。目前 ,车辆速度检测方法主要有雷达测速、激光测速、 地感线圈测速和视频测速四种。下面对这几种不同测速技术的原理分别作简要介绍 ,并对它们的特点和性能进行分析和比较。 5 雷达测速是应用多普勒效应 ,通过多普勒频移计算目标的速度。雷达测速可应用于固定式和移动式测速监控系统 ,一般要求测量偏差角度应小于 10 度。固定测速设备探测距离远、误差小 ,移动测
16、速采用的测速设备的功率小 ,使用灵活方便。雷达测速具有测速准确、测速快、可移动测速、性价比低等优点 ,目前在国内外得到广泛应用 ,其缺点是不能用于多车测速 ,抗电子干扰性差。 激光测速是采用激光测距的原理 ,即对被测物体进行两次有特定时间 间隔的激光测距 ,取得在该时段内被测物体的移动距离 ,从而得到该被测物体的移动速度。激光测速具有以下几个特点由于激光光束基本为射线 ,相对于雷达测速有效距离远测速精度高 ,误差小于公里对测量偏差角度要求高 ,导致测速成功率低、难度大。鉴于激光测速的原理 ,激光测速只能在静止状态下使用 ,而且激光测速仪价格非常昂贵。 6 参考文献 1张树京， 交通信息论研究，
17、交通运输系统工程与信息 ，试刊第二期， P51-57， 1995. 2段里仁， 智能交通系统在我国道路交通管理中的应用 ，北京智能交通系统发展趋势国际学术研讨会论文集， P33-40， 1995. 3JM Blosseville,Ckrafft,Flenoir,et al.TITAN:New Traffic Measurements by Image. 4王笑京， ITS 在中国的发展 ，计算机世界 1999， 9， 27 第 37 期 C 版 . 5 郁梅，蒋刚毅 .智能交通系统中的计算机视觉技术应用 J.计算机工程及应用， 2001，37（ 10）： P101-103. 6 中华人民共和国
18、科学技术部网站， http:/. 7中华人民共和国交通运输部 网站， http:/. 8 李维平 .智能交通技术应用 M.北京：人民交通出版社， 2006. 9 关晖，袁绍松 .智能交通驶入快车道 .中国交通信息产业， 2003（ 1）： P20-21. 10 Courtney R.LA broad view of ITS standards in the US.Proceeding of Intelligent Transportation System,1997:P529-536. 11 孙鑫 ,余安萍 .VC+深入详解 .电子工业出版 社， 2006. 12 王广宇， 车辆牌照识别系统综
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