展望车牌识别技术发展的新方向

陈诚　杨星　邱瑞波 童长华

摘 要：车牌识别作为智能交通系统的核心技术之一，是解决车辆管理规范化、信息化、智能化的支撑技术手段。本文从两个方面论述了面向车牌识别的成像机制和方法研究将成为车牌识别技术发展的一个新方向。首先，长期的研究和实践表明：很难找到一种算法可以同时有效地应对不可控交通环境中的各种复杂条件，图像质量始终是制约LPR效能的关键因素，仅依靠算法创新很难从根本上解决这一问题。其次，人为的遮挡严重影响了车牌在颜色、纹理、字符排列结构、几何尺寸等方面的固有特征，使得现有基于车牌识别的各类监管系统无法正常工作，仅从算法或软件的角度研究遮挡车牌的识别是一项很难完成的任务。

关键词：车牌识别 智能交通 成像 遮挡车牌

中图分类号：TN911.73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0046-02

21世纪，机动车辆的剧增已迎来一轮空前的高潮，随着世界经济的飞速发展和社会信息化程度的日益提高，车辆管理的规范化、信息化、智能化成为各国科技工作者亟待解决的问题。LPR（License Plate Recognition，车牌识别）作为ITS（Intelligent Transportation System，智能交通系统）的核心技术之一，可以广泛应用于违章或犯罪车辆监控、城市交通监管、高速公路收费、智能小区、停车场管理等领域。LPR是以光学成像为基础，融机器视觉、模式识别、数据通信传输等技术为一体的现代信息处理技术，为车辆管理“三化”问题的解决提供了契机。经过30年左右的发展，LPR技术的研究已经取得相当的成果，并在多个领域取得了成功的应用。然而，大量的研究表明，图像质量始终是制约LPR效能的关键因素，这一难题始终困扰着相关领域的研究者。同时，近年来出现了人为遮挡车牌，从而逃避自动违章处罚的行为，对LPR技术的发展提出了新的要求。

1 研究现状

LPR的概念提出于20世纪80年代，经过20多年的发展，其部分核心技术已达到较高的应用水平。然而，现代交通的飞速发展、交通环境的日趋复杂、以及应用范围的日益拓展等因素不断对LPR技术的发展提出新的要求，因此，LPR技术始终是ITS的研究热点之一。国际三大检索（SCI、EI、INSPEC）和国内CNKI期刊数据库中关于LPR和ITS的文献统计（图1和图2）显示：近10年内，LPR技术在ITS文献中的比例均高于10%，最高分别达到17.2%和28.3%。图像获取、车牌定位、字符分割、字符识别是LPR的四项核心技术，也是影响其识别率、实时性和鲁棒性的重要因素。近年来，针对后三项关键技术涌现出各种各样的新算法，在满足工程实践的前提下围绕增强应对某些复杂条件的鲁棒性展开研究，取得了一些重要的成果。这些复杂条件主要表现为：（1）车牌的颜色、规格、种类多样性；（2）车牌的污染、褪色、变形；（3）复杂的背景和干扰区域；（4）光照和拍摄视角变化；（5）图像的失真和模糊。然而，长期的研究和实践表明：很难找到一种算法可以同时有效地应对这些复杂条件，图像质量始终是制约LPR效能的关键因素，仅依靠算法创新很难从根本上解决这一问题。因此，探索高质量图像的获取方法对LPR的技术升级和应用范围拓展具有重要意义。

2 遮挡车牌带来的挑战

道路交通安全法明确规定：机动车号牌应当按照规定悬挂并保持清晰、完整，不得故意遮挡、污损。然而，近年来蓄意遮挡车牌，从而逃避自动违章处罚的行为始终呈逐年上升的趋势，而且屡禁不止的态势显露无疑。比如，据中国网络电视台报道[1]：2012年春节期间，扬州市江都区在交通违法行为专项整治行动中共查处违法行为284起，其中遮挡或涂改车牌256起，高达90.1%，其余酒驾等仅有28起。而且，这就发生在执法部门通告将进一步严打此类违法行为的背景下[2]—— 2011年11月17日中国江苏网公布：扬州警方将对此类违法行为进行专项整治，一经查获，机动车遮挡号牌将处以200元罚款，扣6分；用不干胶、油漆对车辆号牌进行编造、改造的，处以15日以下拘留，罚款2000元到5000元。为了遏制这种违章行为的发展趋势，一些国家或地区纷纷出台严厉的惩罚措施，如突尼斯2010年4月生效的新交规规定蓄意遮挡车牌的行为，最高处罚金3000第纳尔（约14000人民币），最高被判入狱3年[3]；我国2013年1月生效的《机动车驾驶证申领和使用规定》规定故意遮挡车牌将一次性扣12分，而且还要视情节处以罚款或拘留。然而，由于这种行为的不可预见性，人为监管很难遏制其发展的趋势，使得相当一部分遮挡车牌的违章行为不能得到有效的制止和处罚。因此，研究遮挡车牌的自动识别，尤其是遮挡判别和残缺字符识别，从而实现此类违章行为的自动监控，在加强交通执法和确保公共安全方面具有重要意义。

遮挡严重影响了车牌在颜色、纹理、字符排列结构、几何尺寸等方面的固有特征，使得现有基于LPR的各类监管系统无法正常工作。显然，面对复杂交通环境中车牌固有特征随机变化的情况，仅从算法或软件的角度研究遮挡车牌的识别是一项很难完成的任务。因此，需要探索新思路、新方法。事实上，各国的车牌几乎都采用回归反射材料制成，我国的车牌也有相关的标准——《GA 666-2006 机动车号牌用反光膜》。这种材料使得车牌具有了一种严格区别于背景和遮挡材料的光学特性，如果可以通过成像手段有效地捕捉和突出这种特性，不仅能够大幅削弱车牌多样性、复杂背景以及光照变化等诸多不利条件的影响，从而提高图像质量；更重要的是能够从图像源上将车牌的遮挡和非遮挡部分分割开来，有利于实现遮挡车牌的识别。在这方面，國外少数学者已进行了有益的尝试。J.G.Silva等[4]利用车牌的回归反射特性设计了一种主被动成像设备，大幅削弱了光照变化对图像的影响。在其它技术不变的情况下，将系统识别率从68%提高到了94%。这一研究不仅展示了图像获取阶段的重要性，更重要的是揭示了车牌的回归反射特性在削弱光照影响、提高图像质量方面的潜在优势，突显了主动成像或主被动成像融合的重要意义。

3 结论

经过多年的发展，国内外已经形成了一些比较成熟的LPR产品，其识别率和实时性均可满足某些领域的应用要求。国外以美国Electro-Optical Technologies、英国CitySync、以色列Hi-Tech等公司的产品具有代表性。国内具有代表性的有亚洲视觉的Asia Vision Technology、汉王公司的汉王眼、普利得的PlateDSP以及名图软件的CubicPlate。然而，无论是这些产品还是近期的LPR新技术都是以车牌的固有特征为基础，在遮挡导致这些特征随机变化的情况下很难正常工作。因此，针对遮挡车牌的识别，尤其是遮挡车牌的检测和遮挡判别，有必要考虑从图像获取方面入手，探索新思路和新方法。同时，这也是解决图像质量制约LPR效能的根本途径。这一研究方向对LPR技术和ITS的发展具有重要的推动作用。这与《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》和《国家“十二五”科学和技术发展规划》关于加强ITS发展和建设的科学目标，以及大力提高公共安全的国计民生需求密切相关，研究成果对这些目标的实现具有重要意义。

参考文献

[1] 姜静.256辆故意遮挡号牌车辆被查处[EB/OL].http：//news.cntv.cn/20120206/109296.shtml.

[2] 宣鸣，戴燕.警方：故意遮挡号牌行为3天共查获71起[EB/OL].http：//jsnews.jschina.com.cn/system/2011/11/17/012100003.shtml.

[3] 突尼斯新交规规定蓄意遮挡车牌判3年[J].公安交通科技窗，2010（5）：47.

[4] J.G.Silva，G.C.Marques，P.M. Jorge，et al.Evaluation of an LPR-Based Toll Enforcement System on Portuguese Motorways[C]//Proceedings of IEEE Intelligent Transportation Systems Conference.2006：721-724.