高速公路车牌识别系统设计及MATLAB仿真 第一章 绪论

第一章 绪论

1.1国内外车牌识别技术现状

随着经济社会的迅速发展，人们生活水平的提高，机动车辆的数量也越来越多。为了提高车辆的管理效率，缓解交通压力，我们必须找到一种解决方案。而作为汽车“身份证”的车牌是确定汽车身份的不二选择。

早在上世纪的70年代，英国能够就在实验室完成了“实时车牌检测系统”的广域检测及开发。发展到如今，国外对车牌检测技术的研究已经取得了一些引人注目的成果。如Yuntao Cui［1］提出的一种车牌识别系统，在实现车牌定位之后，通过马尔科夫场来完成车牌特征的提取和二值化，其正确识别率达到了比较高的水平。Eun Ryung等［2］利用颜色中的分量，进行车牌的识别，他们提到了三种方法：第一，利用Hough来实现边缘检测定位识别；第二，利用灰度值变换的车牌识别算法；第三，利用HLS彩色模式开发的车牌识别系统。由于开始这方面研究的时间较早，日本在车牌图像的获取方面也进行了大量的研究。Luis［3］开发的车牌识别系统已经应用于公路收费站，一般天气下识别率高达90%以上，即使天气情况不好，其正确识别率也在70%以上。

1990年，美国智慧交通学会 CITS America 首次提出智能交通系统（ITS）的概念。如今，在发达国家的一些大城市，智能交通系统已经广泛运用到收费站和高速公路系统。车牌识别系统集摄像、计算机信息处理、图像处理和图形识别技术于一体，成为智能交通管理系统中关键组成部分。车牌识别系统在车辆管理及交通安全管理中都具有很重要的意义。车牌自动识别技术在车辆过路、过桥全自动不停车收费、交通流量控制指标的测量、车辆的自动识别、高速公路上的事故自动测报、不停车检查、车辆的定位、汽车的防盗、稽查和追踪车辆违规、违法行为、维护交通和城市治安、防止交通堵塞、提高收费路桥的服务速度、缓解交通紧张状况等方面将会起到积极的作用。尽管我国在车牌识别系统领域的研究起步相对较晚，但随着智慧交通技术在全世界的兴起，我国在智慧交通也取得了一些成就，技术也慢慢步入了应用的阶段。与此同时，我国对智慧交通技术的研究投入了大量的精力，使智能交通技术的研究步入了快速发展期。其中，中科院自动化所的刘志勇等［4］开发的系统在总量达到3180的一个样本集中，使车牌正确定位的概率高达99.42%，而其正确切分的概率也达到了94.52%。后来，汉王公司采用这套系统作为车牌识别系统，取得了相当好的效果。还有南京大学的熊军等［5］提出了一种建立在字符纹理特征之上的新定位算法，其准确率有95%。此外，华中科技大学的陈振学等［6］提出一种新颖的用于车牌图像中进行字符分割与字符识别的算法，通过一维循环清零法，再对垂直投影图进行扫描，能够有效的清除杂点和间隔符，其正确率高达96.8%。另外，浙江大学的张引、潘云鹤等［7］提出了彩色边缘操作数ColorPrewitt及彩色边缘检测和区域生长相结合的一种拍照定位算法ColorLP，不仅算法简单，而且能够全面作用

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于色彩空间的三个分量上，还能使检测出的牌照区域与背景的剥离更加容易。但由于其计算量和存储量都较大，难以达到实时性的要求。此外，当车辆区域的颜色与附近比较接近时，定位的失误率会增加。

当前，全球许多国家都在大力发展适用于本国汽车牌照的车牌识别系统研究，美、日、韩等经济发达的国家已有相关系统（基于传感器的）问世。考虑到引进这些系统不仅费用比较高，而且由于各国车牌和实际的交通情况不同，引进的系统通常无法满足我国城市的要求。虽然我国市场上已出现了相关的产品开始使用，但是其在后续的处理上依然很大程度需要人工的帮助，因此对车牌识别系统的研发不仅当前而且在将来一段时间都会处在高科技科研的最热门领域。因为能够完成车牌识别系统的开发设计而应用到实际生活中，不仅具有相当重大的学术意义，还有十分积极的社会和经济效益见文献[8]。

1.2程研究的目的

车牌识别技术是建立在图像处理、图像识别、计算机等技术的基础上的智能识

别系统，它基于每一个汽车只有唯一的车牌号码的特征，通过对摄像机拍摄的车辆图像的处理进行车牌号码的识别。在不对汽车造成影响的情况下利用计算机自动实现车牌的识别，进而大大降低交通管理工作的难度。

同时本设计的高速公路车牌识别系统基于MATLAB应用软件的基本知识和相关程序设计方法，通过解决实际应用问题，来进一步加深对理论知识的掌握，并把所掌握的知识系统、高效的运用到实践中来，把理论与实践的相结合，加深对知识的理解。同时增强独立编程的能力，并在实践中不断发现问题解决问题，完善理论基础，提高自己的综合能力。

1.3MATLAB简介

MATLAB 是美国MathWorks公司的产品，是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB其实是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，与Mathematica、Maple并称为数学的三大软件。MATLAB无论在数学类的科技应用软件中，还是在数值的计算方面都首屈一指。MATLAB也可以实现矩阵的运算、函数的绘制以及实现算法、用户接口的创建、与其它编程语言程序的连接等，主要应用在工程计算、自动控制、信号检测、信号处理、图像处理、金融建模的设计和分析等领域。 MATLAB中基本的数据单位是矩阵，由于它的指令表达式和数学、工程中常用的形式非常的相似，因此采用MATLAB来解觉问题要比采用C，FORT等语言解决相同的问题要简捷得多，而且mathwork也拥有Maple等软件的优点,这使MATLAB

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成为了一个功能强大的数学软件。在新版本的MATLAB中也增加了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。用户不仅可以直接调用,还可以把自己编好的程序导入到MATLAB函数库中以便于自己以后的调用，重多的MATLAB爱好者编写了许多经典的程序，一般的用户下载后，就可以直接进行使用。在20世纪的70年代，美国新墨西哥大学的计算机科学系主任Cleve Moler出于减轻学生编程的负担的目的，利用FORTRAN编写了世界上最早的MATLAB。到了1984年，Little、Moler、Steve Bangert共同成立的MathWorks公司正式开始把MATLAB推向了市场。到了20世纪的90年代，MATLAB已成为了国际上控制界中的标准计算机软件。 1.3.1MATLAB的特点

1. MATLAB数值计算以及符号计算能力，能帮用户把复杂的数学运算及分析简化了许多；

2.完整的图形处理功能,可以让计算结果和编程实现可视化；

3.的用户接口加上与数学表达式接近的自然化语言，便于使用者的学习和掌握； 4.功能丰富的应用工具箱(例如信号处理工具箱及通信工具箱) ，为用户提供了 许多实用且方便的处理工具。 1.3.2MATLAB的优势

1.编程环境

MATLAB由一系列的工具构成。这些工具为用户使用MATLAB的函数和檔提供了很大的便利，其中很多的工具是图形用户接口方式，其中包括MATLAB桌面及命令窗口、历史命令窗口、编辑器、调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、浏览文件的浏览器。而且，伴随着MATLAB的商业化和软件本身的不断更新升级，MATLAB中的用户接口已经非常精致了，越来越接近Windows的标准接口，不仅增强了人机之间的交互性，也进一步简化了操作。同时新版本的MATLAB还提供有一套完整的联机查询及帮助的系统功能，为用户的使用带来了极大的便利。尽管其编程环境简洁，但其调试系统却相当的完整，使编好的程序不需要通过编译就可以进行运行，并且能够在及时地显示出错误同时还能对出错的原因进行分析。

2.简单易用

MATLAB是一种高级矩阵/数组语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输 入和输出以及面向对象编程的特点。而且用户能够在命令窗口中实现输入命令和执行语句同步联系起来，还能与预先编好的应用程序（M文件）一起运行。最新的MATLAB语言是以目前非常流行的C++语言为基础，因此其语法特征和C++十分的相似，同时却更加简单，也更加接近科研人员对数学公式的书写格式，让其对不是来自计算机专业的科研人员来说使用也更加容易。并且这种语言具有相当不错的可移植性、极强的可拓展性的特点，这也是为什么MATLAB可以深入应用到科学研究和工程计算等相关领域的关键。

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3.强处理能力

MATLAB集合了大量的计算算法。其包含了几百个工程计算中有可能被会用到的数学运算函数，能够方便帮用户实现所需要的各种运算功能。MATLAB中包含的函数，其所采用的算法都是基于研究与工程计算领域的最新的研究成果，而且还对其进行了相关的优化处理。在一般情况下，利用它来替代一些底层编程语言，如C或C++ 是可行的。在同样的计算要求下，使用MATLAB编程，能够大大减少工作量。MATLAB里面的函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换等复杂函数。函数所能解决的问题大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其它初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。

4.图形处理

MATLAB的可视化功能子从一开始的出现就已具备，可以把向量与矩阵用以图形的形式表现出来，而且能够对图形进行标记注释与打印。层次较高的作图包括对图像的处理以及动画和表达式的作图等。MAYLAB也可用于数学计算与工程制图。版本较新的MATLAB对图形处理的功能作了十分巨大的完善，不仅在一般数据的可视化软件都具有的功能方面更加完善，而且在一些别的软件所不具备的功能的方面，MATLAB所具有的能力也相当出色。另外，对某些特别的可视化需求， MATLAB也包含有相对应的函数能够达到要求，满足了不同用户的不同需求。此外， MATLAB新版本的开发还重点在图形用户接口（GUI）的制作上做了非常大的改进，在这方面有要求较高的用户也能够得到满足。

MATLAB针对许多特殊的领域都研发了功能相当完备的模块集与工具箱。通常，这些工具与模块都是由相应领域的专家研发出来的，用户能够直接利用工具箱进行学习、运用以及对不同的方法进行评估却而不用自己去写程序代码。当前情况，MATLAB已经将工具箱的应用延伸到了科学研究与工程学中的很多领域，例如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、算法的优化、偏微分方程的求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统的仿真等，都在MATLAB的工具箱（Toolbox）中占据了一席之地。

5.程序接口

版本较新的MATLAB能够通过MATLAB中的编译器与C/C++中的数学与图形库，把MATLAB程序自行转换成独立于MATLAB之外的C/C++程序的来运行。同时，还能够实现让用户以C/C++语言编写的程序与MATLAB进行交互。此外，MATLAB的网页服务程序还允许在Web应用中运用自己的MATLAB数学与图形程序。MATLAB具有的另外一个特点就是拥有一个程序的扩展系统与一个被叫做工具

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