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1、中南民族大学 硕士学位论文 基于数学形态学的车牌自动识别 姓名：朱俊梅 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：陈少平 20080515 中南民族大学硕士学位论文 I 摘摘 要要 随着汽车行业和公路交通事业的迅速发展，交通管理的智能化、信息化是大 势所趋。车牌自动识别系统（LPR）是智能交通系统（ITS）的核心，是交通信息 服务系统的重要组成部分，也是整个智能系统顺利运作的关键和基础。 车牌自动识别包括：车牌定位、字符分割和字符识别。虽然数学形态学已被 应用于车牌定位，但在字符分割方面应用较少。本文探讨了将数学形态学与其它 方法相结合，改善车牌定位、字符分割的性能，从而得到较高的车
2、牌识别率。在 车牌定位方面，使用了形态学和拓扑学相结合的方法对车牌区域进行定位提取。 该方法首先采用 TopHat 变换以及开、闭运算对抓拍的车辆图像进行预处理； 然后采用连通体态分析法（CCA）对图像进行粗定位；最后对计算得到的车牌候 选区的欧拉数进行判别，最终提取真正的车牌区域。在字符分割方面，采用数学 形态学与投影相结合的方法进行车牌字符分割。首先采用数学形态学突出车牌字 符区域特征，然后利用水平投影除去上下边界，垂直投影突出单个字符区域，再 结合车牌固有特征等先验知识最终分割出字符。在字符识别方面，采用了模板匹 配方法。先将字符归一化，然后提取字符的过线特征、左右轮廓特征，根据这些 特
3、征组成字符的特征向量，对字符进行初分类，然后利用模板匹配的方法对字符 进行细分类，从而完成字符的识别。文中基于数学形态学的车牌识别方法定位准 确度较高，字符分割质量较好，而且算法实现简单，对提高整个系统的时效性有 很大帮助。 最后利用 SOPC 搭建车牌自动识别系统的 FPGA 硬件平台，并利用 NIOS II 软处理核实现了识别的软件设计。 关键字：车牌识别；车牌定位；字符分割；字符识别；数学形态学；FPGA 基于数学形态学的车牌自动识别 II Abstract With the rapid growth of the automobile enterprise and transpotat
4、ion, the world requires the intelligent management of traffic management. License Plate Recognition system (LPR) is the core of Intelligent Traffic System (ITS). It is the main part of the traffic information service system and plays an important role in the intelligent control system. The license p
5、late recognition is composed of three steps, i.e., license plate location, character segmentation, and character recognition. Although mathematical morphology has been employed in license plate location, it has not been used in other two steps. In this paper, mathematical morphology and other techni
6、ques are used in license plate location and character segmentation to improve their performance and the license plate recognition rate is therefore significantly increased. At the stage of license plate location, Morphology and Topology are employed in plate location. Firstly, image preprocessing is
7、 adopted, which is implemented by Top-Hat transform, opening and closing operations. Secondly, connected components analysis is performed to detect candidate regions. At last, the real license plate area is obtained according to the Euler Number of candidate regions. During the stage of character se
8、gmentation, improved projection algorithm based on Morphology and Projection is used in segmentation. Firstly, morphology is adopted to intensify the whole characters area. Secondly, horizontal projection is performed to eliminate horizontal plate frames and vertical projection is used to intensify
9、the single character area. At last, every character is segmented according to the characteristic features of the plate. In the character recognition stage, template matching method is used in recognition. Characters should be normalized at first. And then we abstract the characters thread attribute,
10、 periphery attribute, and formed a vector, and compare it with the attribute vectors in character template library, so the characters are recognised. This LPR algorithm based on Mathematical Morphology has good accuracy and time effectiveness. At last, a hardware of license plate recognition system
11、based on FPGA is designed by SOPC, and the software design of the system is accomplished by Nios II soft core processor. Key Words ： license plate recognition ； license plate location ； character segmentation；character recognition；Mathematical morphology；FPGA 中南民族大学中南民族大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所
12、呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查 阅和借阅。 本人授权中南民族大学可以将本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
13、手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 中南民族大学硕士学位论文 1 第一章 绪 论 第一章 绪 论 随着全球经济的快速持续发展，车辆数目迅猛增长，世界各国交通拥堵、交通事故 和环境污染越来越影响着社会经济发展和生活。 虽然道路运输增长的需求可以靠提供更 多的道路设施来满足，但是在资源、环境矛盾越来越突出的今天，道路设施的增长收到 限制，这就需要依靠提供除设施之外的技术方法来满足这一需求。智能交通系统（ITS） 就是解决这一矛盾的重要途径之一
14、，而且，其重要性正被越来越多的人所认可。 ITS 是 21 世纪地面交通运输科技、 运营和管理的主要发展方向， 是交通运输的一场 革命。自 20 世纪 80 年代末以来，西欧、北美和日本竞相发展智能交通系统，制定并实 施了开发计划。发展中国家也开始了 ITS 的全面开发与研究。智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）的概念最初由美国智能交通学会 CITS America（当时名为 IVHS America） 于 1990 年提出的。 ITS 系统就是将先进的信息技术、 数据通讯传输技术、 电子传感技术、 电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集
15、成运用于整个交通运输管 理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运 输和管理系统。 智能交通系统的开发，不仅可以减少与环境有关的不良影响，而且可以通过增加运 输系统的效率来提高空气质量，减少道路拥堵、提高安全水平、确保环境储备，以及使 我们的交通运输系统能够通过利用智能交通系统这样的技术而得到更好的利用。通过 ITS 系统和智能汽车的开发与应用，有助于增强道路规划和建设决策的科学性，对实现 城市交通科学化、现代化管理，创造可持续发展的交通环境，具有重要的参考意义。 1.1 车牌自动识别系统的应用背景 车牌自动识别系统（License Plate Recogni
16、tion 简称 LPR）是智能交通系统的核心， 是交通信息服务系统的重要组成部分，也是整个智能系统顺利运作的关键和基础。在实 际运用中由于车牌作为汽车的唯一标识，必须首先把车辆的身份识别出来，才能进一步 进行交通信息的获取、采集、传输和处理。因此车牌识别系统对交通流诱导、交通控制 和自动化管理起着非常重要的作用。车牌自动识别系统采用先进的图像处理、模式识别 和人工智能等技术，通过对采集的数字图像进行分析和处理，实现自动识别汽车牌照号 码。车牌自动识别系统具有广泛的应用范围，主要应用于： 高速公路收费、监控管理； 小区、停车场的管理； 闯红灯等违章车辆监控； 交通流量检测与控制； 车辆安全防盗、堵查指定车辆等。 车牌自动识别系统应用于这些地方，可以解决通缉车辆的自动稽查问题，可以解决 车辆高峰期因出入车流瓶颈造成的路桥卡口、停车场交通堵塞问题，可以解决因工作人
