1、西北工业大学硕士学位论文摘要摘要智能交通是当前交通管理发展的主要方向，汽车牌照自动识别技术是智能交通系统的核心，是目前交通部门十分重视的科研项目之一。车牌识别是一项涉及数字图像处理、计算机视觉、模式识别等多学科的技术，它在交通监督和控制中占有很重要的地位，已成为现代交通工程领域中研究的重点和热点之一。 该项技术应用前景广泛，例如在闯红灯自动抓拍系统等中的应用。车牌识别一般可以分为车牌的定位、牌照上的字符分割和字符识别三个主要部分。本文研究了进行车牌识别的关键技术，在分析近年来一些典型的车牌识别算法的基础上，最 终确定一系列有效的算法对车牌进行识别。本文的处理对象为系列机动车辆闯红灯自动抓拍系统
2、所抓拍到的近景彩色车辆照片，任 务是完成车牌定位和字符的分割与识别。整个系统包括视频采集和传输系统的设计、汽车图像的预处理、汽 车牌照定位、车牌字符分割和字符识别五个部分。 视频采集和传输系统的设计，是基于删处理器与嵌入式操作系统的，对口系列机动车辆闯红灯自动抓拍系统的改进，旨在降低该系统的成本和提高该系统的性能。在图像预处理模块中，在对抓拍系统获取的照片特点进行分析的基础上，制定了相应的图像预处理的方案，采用相应的方法来消除或减轻天气和光线等因素对图像质量的影响。在车牌定位模块中，根据车牌自身的纹理特点，采用了移差扫描的方法消除车辆本身和背景的干扰，从而突出车牌上字符的竖直纹理边缘，为后续处
3、理做好准备。在字符分割模块中， 对于预处理后比较规则的车牌图像，使用常用的垂直投影法对字符进行分割， 对于预处理结果不理想的车牌，比如车牌二值化后，存在字符的断裂、交叠等情况，本文对这样的字符的分割方法做出了更进一步的讨论，并提出了自己的观点。在字符识别模块中，使用了常规的神经网络的方法，因 为神经网络具有优异的分类性能，能准确的把众多的字符准确的分类。关键字：智能交通系统；车牌定位；字符分割；字符识别，移差扫描西北工业大学硕士学位论文自仃（【，订（）蠲仃攒姗；，姐算舔恤仃伍印锄。锄（）如嘶雒百， 畦觚硎丘她锄麟咀仃锄，锄口口 锄虹，：，铷麓毋孤嘶廿鸳（姐锄印既印丘鲥 吨删血四锄嘲职蛳培羽胁姐
4、噶 埘【，塔、，嘶锄丘吐：皿舡劬黜，髂删，曲【撇墙、，锄血塔嚣孤 锄口 锄曲培孤咄秘埔：趾粕幽锄印，删缸唧蛐正锄，州盯一廿玎丘毫哪丘血，锄【慨璐，咖缗珊丘锄毋曲“，免：，埘霉锄，酷岛聊锄卸坞丌锄 犹吐，印勰甄，洲匆墙：仃；瑙；璐廿；代西北工业大学学位论文知识产权声明书本入完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权曝留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以：瞄本学位论文的金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和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结
5、合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业大学。保密论文待解密后适用本声明。学直硷文作者签名篓挺逝月占日指导教师签名贮每）月扩 日西北工业大学学位论文原创性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任阿其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，不包含本人或他人已申请学立或其它用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文甲以明确方式标明。本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。学位论文怍者签名王臻摊嗣年月对
6、日西北工业大学硕士学位论文第一章绪论研究目的和意义第一章绪论世纪 年代以来，随着我国国民经济的迅速 发展，机 动车辆规模及流量大幅度增加，全国机动车量年均增长以上，城市通路里程年均增长，高速公路和城市交通管理现代化水平的提高势在必行，迫切需要采用高科技手段来充实和加强交通管理水平】【 】【】，因此智能交通系统（粕鼬，）便应运而生了。智能交通系统是运用“信息化”和“智能化”来解决道路交通堵塞、改善环境污染、减少交通事故、提高运输质量等问题的系统，是人与道路及车辆之间接收和发送信息的系统【】【】。它 综合考虑人、道路、交通、 车辆等因素， 实现交通及运输的优化，是保障社会可持续发展的一个先决条件【
7、】【。智能交通系统是综合性的技术，既包括装 备在汽车内的车载技术，使车辆智能化，也包括对车辆及车队进行控制、 协助、指 导 、警示的技术。如城市道路和交通状况的 图像监控、交通信息流检测、路口 红绿灯控制、城市交通 调度算法、 对违章车辆的监测抓拍及不停车电子收费系统等掣。车牌识别（璐胝。嘶，简称）是的一个重要的组成部分。其任务就是在装 备了数字摄像设备和计算机信息管理系统等软硬件平台的基础之上，通过对车辆图 像的采集，采用相应的图像处理、模式识别和人工智能技术，在图像中找到 车牌的位置，提取出车牌上的全部字符图像，再识别出车牌中的汉字、字母和数字，最后 给出车牌的真实号码。车牌自动识别是计算
8、机视觉技术的一种具体应用，其功能就是自动识别静止的或行进中的汽车牌照号码。作为的一个重要组成部分，车辆牌照识别的快速、准确实现对于交通管理、治安处罚等工作的智能化起着非常重要的作用。从世纪年代人 们就开始了对汽车牌照自动识别的研究。从应用上来讲，技术应 用范围非常广泛，具体包括【：（）交通流量检测；（）交通控制与诱导：（）机场、港口等出入口车辆管理：西北工业大学硕士学位论文第一章绪论（）小区车辆管理；（）闯红灯等违章车辆监控；（）不停车自动收费；（）道口检查站 车辆监控；（）公共停车场安全防盗管理；（）计算出行时间；（）车辆 安全防盗、查堵指定车辆等。因此，有着巨大的 应用潜力和市场实际应 用
9、价值。从理论上来讲，车辆识别系统是图像处理技术中典型的先分割目标后识别的应用系统，其 实现涉及到数字图像处理、 计算机视觉、模式识别与人工智能等众多领域，对它的研究将会极大促进相关领域理论与实践的发展。与其类似的应用包括信封上邮政编码的分割与识别，图文混排文档的图文分割与文字识别等。这些问题的共性在于图、文并存，因而必 须将图文进行分离，找到目标文字，如 车牌号码、邮政 编码等，然后采用相关的技术对文字目标进行识别。因此，解决 这些问题对各相关学科又是一个深入研究的推动，有着非常现实的理论意义。车牌识别技术中的难点车牌识别系统在实验室里己经取得了令人满意的效果，但很难应用于实际工程中，这是因
10、为实验室的环境是处于理想状态的，而在自然环境里，由于受到天气等因素的影响，识别率很难达到要求】。汽车牌照本身的特征（）牌照缺乏统一的标准，使得车牌识别过程中字符的分割 难度较大，缺乏 统一模式规则的指导作用。（）牌照的质量无法保证。有些牌照有 污迹破损 ，有些牌照的字符模糊不清，对光线的散射性不好，这些不确定性极大的影响了识别的准确率。（）车牌附近环境恶劣。车牌附近往往有复杂的外形或 挡车器等，不利于 车牌的定位和分割。外部环境的特征（）外界光照条件各不相同，白天和晚上光照不同。光照对图像质量影响很大。西北工业大学硕士学位论文第一章绪论不同的光照角度，对车牌光照的不均匀度影响也较大。不同视觉，
11、不同气候条件，以及背景光、车牌反光程度决定了车牌区域的亮度特征。（）外界背景的复杂程度也影响车牌的定位准确率。背景中与车牌区域特征相似区域的大小反映了背景的噪声程度。例如与车牌字符相似的车体上的或背景远处的广告语，容易影响 车牌的粗定位。车牌识别系统应用方案的特征（）不同实际工程其摄像方位和角度不一样。 实际 工程中摄像方位相对于车辆行驶的方向一般是正上方、左侧和右侧。相 对来说，摄像角度越小， 车牌在平面图像中变形越小， 识别效果越好。摄像方位和角度对车牌字符分割影响较大，对车牌校正方法的校正能力的要求也更高了。（）光线较暗时，不同的人工光照角度、方位和亮度对车牌识别系统影响也不一样。尽管规
12、 范的车牌对光的散射能力较强，但光照的方位角度不同时，也会影响车牌的亮度亮度不均匀对车牌二值化算法的适应性提出了更高的要求。（）不周的实际工程， 图 像的分辨率要求也不同。分辨率大小影响车牌识别系统的识别速度和字符的识别率。中字符的象素分辨率一般为，而车牌识别系统字符的分辨率一般在和之间。分辨率 过高时，整个识别系统的处理时间会明显增多，特别是在车牌分割、 车牌二值化的处理时间会显著增加。分辨率过低，字符 识别率会下降，字符中的汉字的二值化效果较差，车牌识别系统的识别率会下降。我国车辆牌照识别的特殊性由于车辆字符识别受到车牌图像噪声及分割等因素的影响，识别率一直不能达到实际使用的要求。目前，国
13、外汽车牌照识别系统研究工作已有较高水平】【】【】【，但我国存在一些特殊情况，主要有以下五个方面 【】【】：（）我国标准车辆牌照是由汉字、英文字母和数字组成， 汉字的识别与字母和数字的识别有很大的不同，从而增加了识别的难度；（）国外许多国家车辆牌照的底色和字符颜色通常只有对比度较强的两种颜色（例如韩国，其 车牌底色为红色， 车牌上的字符为白色），而我国车辆牌照仅底色就有蓝、黄、黑、白等多种 颜色，字符 颜色也有黑、红、白等多种颜色；（）其他国家的汽车牌照格式（如汽车牌照的尺寸大小，牌照上字符的排列等）通常只有一种，而我国则根据不同车辆、 车型、用途，规定了多种牌照格式（例如西北工业大学硕士学位论
14、文第一章绪论军车、警车、普通车等）；（）我国汽车牌照的 规范悬 挂位置不唯一；（）由于环境、道路或人为因素造成牌照污染严重的车辆，发达国家不允许上路，而我国则没有此规定。总之，车牌识别 系统的研究由于受到多方面的限制，其技术还存在着一些不足。相信随着研究的不断深入，车牌识别技术肯定会逐步走向成熟。车牌识别系统组成及原理汽车牌照自动识别系统由高性能工控计算机，检测单元，高分辨率摄像机、高放大倍数镜头、 辅 助光源（闪光灯）、视频采集设备和识别软件等组成。远景相机近景相机近景相机近景相机（近景相机包含闪光灯）向远景相机近景相机近景相机近景相机（近景相机包含闪光灯）工业控制机检测凳制单卜至兀一闪光驱
15、动单兀图系 统原理图指挥中心自动识别模块数据库管理系统系统的原理框图如图所示，其主要工作流程为【：交通信号控制系统输出路口红绿灯信号，确定放行车道和禁行车道。禁行车道的视频信号送到视频车辆检测单元，车辆检测单 元检测到有车辆通过禁行车道时，通过主控机来控制闯红灯违章抓拍单元拍摄违章车辆号牌图片和该方向的全景图片，为确保所拍照片能作为交警执法依据，系 统抓拍二幅连续全景照片和一张特写图片，以反映车辆运行轨迹和违章车辆的违章信息。所有处理结果都存储于主控机（工控机）存储单堕些三些奎堂堡主兰垡笙茎元中。存储信息可通 过人工控制下载到相关存储媒介，端管理系统（指挥中心）。第一章绪论图烈麟系统抓拍的近景
16、图片或由传输系统自动传给上图四闻红 灯抓拍系统 （堕苎三些盔堂堡主堂垡丝壅笙二兰笙堡图牌照识别流程图”】本文所处理的车辆图像正是由卫系统机动车闯红灯自动抓拍系统所拍摄的车辆照片。如前述， 该系统拍摄的照片为两张远景，一张近景（特写）， 这里主要研究近景图片中车牌的识别，该系统拍摄的近景照片如图所示。从图中可以看出，车辆 一般都严重地偏离照片的中部，并且车牌部分的长度约占整幅图像长度的，车牌部分的宽度约占整幅图像宽度的。闯红灯抓拍系统采集 图像过程的语言描述图所示。本文中，识别 模块是研究的核心问题， 该识别模块主要包括以下四个小模块：车辆图像预处理模块、牌照定位模块、牌照字符切割模块及字符识别
17、模块。牌照的识别流程如图所示。研究现状国内外对汽车牌照识别技术进行了大量的研刭【】【 】【】【】【。目前，西方发达国家的系统己 经进入实用化阶段，已有多家厂商推出此类产品，如香港 ），公司的系统，新加坡公司的口（硒），以色列碰公司的胡二系统等。但这些产品还不能识别中国的牌照，原因是中国的牌照类型品种多而且有汉字，国外的车牌识别系统一般不能进行汉字识别。我国的实际情况与国外有所不同，国外车牌比较规范统一，而我国的车牌颜色多，且位数不统一，不同汽车的类型有不同的规格大小和颜色，给识别带来了一定的困难。国防科技大学，上海交通大学，吉林大学都在做此研究，但是大都因条件各异而适用范围很有限，离实际应用还
18、有一定的差距，比如对汽车拍摄时的要求较高，距离不能太远，光 线要求较强，对实际因素考虑少，只是 对研究提供了一个参考，要想在实际中达到满意的效果还是需要做很多工作。图像采集方面的非理想化，由于采集误差和噪声、光照不均匀、曝光不够等因素使得图像质量较差，而且运动又不同程度的造成图像模糊退化，加上背景复杂多变使得图像预处理过程很复杂。西北工业大学硕士学位论文第一章绪论本文的主要研究内容本文从多媒体技术、数字图像处理、模式 识别的角度出发，以解决牌照识别中的问题为主要内容，内容包括从图像采集和传输、图像预处理到牌照区域搜索，再到文字识别的各个方面，完成了以下五个方面的工作：（）视频图像的采集和传输系
19、统的设计，介 绍了基于目前市 场上主流的蹦处理器与嵌入式操作系统的视频采集和传输 系统的硬件和软件的设计过程，以期降低系列机动车辆闯红灯自动抓拍系统该的成本和提高该系统的性能。（）图像预处理模块的开发，介 绍了牌照识别系 统中对采集到的图像进行的一系列预处理工作，以 优化图像质量，提高 识别率。 这是车牌图像定位前要完成的工作，预处理模 块的准确性关系到车牌定位的准确与否。（）车牌定位模块的开发， 这个模块是车牌识别 系统中的重点和难点部分，只有准确地完成车牌图像的定位，才能进行后续的工作。（）字符分割模块的开发， 详细介绍了常见的字符分割方法，以及本文采用的一些相关分割方法。（）字符识别模块
20、的开发， 详细介绍采用神经网络方法识别牌照中的英文字母和数字字符的网络设计过程。“本文的结构如下：第一章为绪论部分，介 绍了当前牌照识别及其发展现状，牌照识别的意义及论文的主要研究内容。 第二章为视频采集和传输系统的设计。主要完成基于删和嵌入式操作系统的视频采集和传输系统的硬件和软件设计工作。 第三章为图像预处理模块的开发。考虑到彩色图像的信息过多，不但在存储上开销很大，而且在处理上也会降低系统的执行速度，所以我们首先对彩色图像进行灰度化处理。由于阴天条件摄取图像的灰度范围狭窄，导致图像的信息量减少，图像变得模糊，我们 通过灰度均衡法使灰度均匀化，增加灰度的对比度，同时还介绍了采用同态增强的方
21、法处理亮度不够的图像的方法，以解决这个问题。第四章是车牌定位模块的开发，主要介绍如何准确定位牌照位置，将牌照从图片中分割出来，本环节是的关键环节。首先介 绍常用的方法， 这些方法的适用情况分析以及不足，进而提出适合本文要处理图片的算法，通过对图片一步一步的处理，突出有用信息，逐步找到牌照位置。西北工业大学硕士学位论文第一章绪论第五章是字符分割模块的开发，对于正常的车牌，根据垂直投影的方法找到牌照字符分割的基点。对于二值化后存在字符的断裂、相连和交叠的情况，提出了修正后再分割的新方法，从而准确切分出字符。第六章是字符识别模块的开发，利用了逐像素的字符特征提取法，有效提取字符的特征。第七章总结与展
22、望。 对本文的工作进行了总结并对牌照识别工作进行了展望。西北工业大学硕士学位论文第二章视频采集与传输系统的设计第二章视频采集与传输系统的设计在车牌自动识别系统中，视频图像的采集与传输是一个非常关键的步骤，相应的视频采集与传输系统也成为车牌识别系统中的主要部分，在系列机动车辆闯红灯自动抓拍系统中，其视频采集与传输系统采用的原始的机视频采集卡的形式，占地面积大、成本高，因此，为了解决这一问题，本文对系列机动车辆闯红灯自动抓拍系统进行改造，为其设计了基于跚处理器与嵌入式操作系统的视频采集和传输部分，解决了占地大和成本高的问题。本章将对视频采集和传输系统的设计过程进行介绍，包括它的硬件和软件的设计。本
23、文的方案基于三星公司的含有视频采集接口的卅芯片和图像 传感器，软件平台是衙呱操作系统内核。由于操作系 统免费开放的源代码、优良的网络支持性能、模 块化的结构即可根据系统需要来配置软件模块，较好满足系统的需要。 图 像传感器以其低廉的价格、低功耗、高集成度在多媒体、视频监控领域获得广泛的应用，本系统采用的图像传感器芯片是、，公司的，是一款高分辨率的（万像素）图像传感器。系统的硬件设计该系统由嵌入式处理器、图像传感器、存储器、以太网接口、串口及电源管理电路构成，如 图所示。图系统结构图嵌入式处理器是韩国三星公司的基于内核的位嵌入式西北工业大学硕士学位论文第二章视频采集与传输系统的设计微处理器，型号
24、：，主要面向高性价比、低功耗的应用。为了处理图像数据，的工作频率可达。的资源包括控制器，控制器，摄像 头接口，路串行接口，接口，接口，触摸屏接口。在处理器丰富资源的基础上，还进行了相关的扩展，配置了和。在嵌入式处理器的控制下，图像传感器（片上）采集到的数据经帧同步信号触发，产生中断后被拷贝到。然后通过网络接口利用 协议传输到远端做进一步处理。视频采集模块的设计图像传感器接口电路是硬件设计的关键部分，如何有效的采集数据也是系统的关键问题。峨峨 ：！图视频模块接口电路视频采集模块采用图像传感器刚，是美国、，公司生产的彩色图像传感器芯片。最大分辨率可以达到。其内部结构包括：视频感光阵列、模拟信号处理
25、、位的转换器（转换速率可达到）、时序发生器（生成控制信号）、接口、数字信号 处理（）、数据视频输出口等。图像传感器采用引脚封装，引脚功能见参考文献】。集成了（ 锄）控制接口以访问片内寄存器。该 芯片内部有个设备控制寄存器，地址从】【）【，通过对片内寄存器的读写可以方便对图像帧频、曝光时间、增益进行控制。各寄存器的功能见参考文献【】。 该芯片支持（：），（：），疋（：）数据输出格式。由于芯片有一个专用的视频接口，所以可以直接和西北工业大学硕士学位论文第二章视频采集与传输系统的设计图像传感器连接。 图像传感器输出的数据及控制信号包括像素时钟（）、水平参考（）、帧同步（、）和数据总线（），分别和主处
26、理器的相应信号相连。与也在处理器内部相与后产生有效的像素时钟信号，在有效时钟信号的上升沿将数据锁定【“。模 块和接口电路如图所示。在图像传感器中，如果输出格式【】，要用到数据线的；如果 输出格式，则要用数据线。本 设计中采用了格式。网络接口的设计在芯片上无网络接口， 为了实现在系统调试时，下载操作系统内核、文件系统映像，及在系统运行中实现视频数据的网络传输等功能，所以在系统中扩展网络接口模块（）。该芯片为伽以太网物理层芯片，具有通用的处理器接口，支持接口，支持半双工流控制下的反向电压模式和全双工模式下的流控制，支持连接状况 变更、远程唤醒可选的删配置。模块与接口如图所示：其中为命令类型引脚，在
27、高电平时为数据周期，在低电平时为地址周期。可通过咖与数据总线访问内部个控制及状态寄存器。当设置成高，设置成低，与】【匹配时，咖由引脚唯一控制是否被选中。此外，工作在正常模式，卜依次为、。为了保证收 发正常，还要加上的晶振。系统的软件设计图网络接口电路软件平台由三部分组成：系统引导加载程序、嵌入式内核、文件系统及应用程序。本 设计中通过向平台移植一实现系统的引导加载，除了正常的引导嵌入式外，还可以方便的切换到下载更新模式，利用西北工业大学硕士学位论文第二章视频采集与传输系统的设计功能对内核映像及文件系 统实时更新。嵌入式操作系 统采用，开发模式采用最为普遍的宿主开发模式，即在宿主机上编译内核及应
28、用程序然后通过网口下载到目标平台上运行，通过打印终端打印调试信息。文件系统是嵌入式系统软件平台占用存储量最大的一部分，它存储了系统配置文件、系统程序和系统外设驱动程序。嵌入式内核移植【好后，主要工作就变成在操作系统下编写驱动程序。 这里我们着重介绍的驱动程序的开发及视频数据的网络传输。驱动的开发在叫下编写 图像传感器驱动 嘲，首先要初使化。通过总线设 置的工作模式，各种参数，分配连续内存空间，容量与采集图像的点阵数相匹配。然后用乳（）函数为登记中断，其中断号为。当捕捉到信号时触发中断，把一帧图像数据拷贝到用户空间。如此反复，视频数据源源不断的被采集到。软件流程如图所示。我们知道，用 户进程是通
29、过设备文件同硬件打交道，对设备文件的操作就是一些系统调用。要想把系统调用和设备驱动程序关联起来，必须用到一个非常关键的数据结构：（）。因此编写设备驱动的主要工作就是编写数据结构中定义的予函数，并填充的各个域。摄像头的数据结构如下（：，设备标志：，打开设备函数：珥，读设备函数：，控制设备函数：，关闭设备函数）：编写好成员函数后，接下来编写（）和 （）。（）是驱动程序的入口，当用命令加载模块时自动运行。此函数中包括：（）初使化图像传感器；（）分配连续内存地址空 间 ；（）注册设备文件；西北工业大学硕士学位论文第二章视频采集与传输系统的设计（）登记中断。（）函数在姗卸载模块时调用。函数功能包括：（）
30、释放内存空 间；（）释放中断；（）注销设备文件。至此，驱动模 块编写好了，编译加载后，我们就可以像操作普通文件一样对摄像头进行读取数据了。图读流程视频数据的网络传输是面向数据报的传输协议层 ，它建立在协议之上，提供了一种无连接的高效率的服务。不保证数据的可靠而且时延短，很适合实时性高而不要求数据绝对可靠的场合，由于视频数据的实时性强，数据量大，所以我们采用此协议传输数据洲。数据传输过程中用到的基本套接字函数包括：（）（舱，）用于创建一个套接字描述符，眦用于说 明采用的通讯协议，指套接字类型，在这里用数据报套接字（【）。通常设置成。（）（，奉，）此函数用于将本地地址与套接字绑定在一起。在主机有多
31、个网络接口时使用，客户机西北工业大学硕士学位论文第二章视频采集与传输系统的设计一般不用绑定。（）（，木，）发送数据函数，成功则返回发送数据的长度。（）（。半， ，）接收数据的函数，接收成功返回接收数据的长度。图 给出了在协议下，数据传输的软件流程。小结图通讯流程传统的视频采集一般是机视频采集卡的形式、此方案体积大，成本高，由于总线插槽数目及采集卡通道的限制， 实现多点采集比较困难。本方案基于目前市场上主流的雕处理器与嵌入式操作系统，符合数字化、网络化的发展趋势，整个系 统布线集中，智能化程度高，与传统的采集系统相比有不可比拟的优势。经 初步测试，该方案在的时钟频率下， 图像的采集速率可以达到帧
32、秒，采集到的数据利用 传输协议通过网络接口传输到远端做进一步的处理。西北工业大学硕士学位论文第三章图像预处理第三章图像预处理本章将介绍车牌定位前的图像预处理技术，目的是提高图像质量，以便后续处理中能够更加容易的突出车牌信息。首先介绍数字图像处理的一些相关概念，然后介绍数字图像处理的特点及其与车牌识别技术的相同点，最后详细介绍和本文相关的图像预处理方法，从而为车牌定位和字符分割工作打下坚实的基础。数字图像处理概述数字图像处理简介数字图像处理是一门多学科的综合学科，它汇聚了光学、电子学、数学、 摄影技术和计算机技术等众多学科方面。它通过使用数字计算机对原始图像进行加工与处理【，使之能具备更好的视觉
33、效果或能满足某些应用的特定要求。数字图像处理技术经过半个多世纪的发展，目前已经广泛地应用于工业、医疗保健、航空航天、军事等各个 领域，在国民经济发展中发挥着越来越大的作用 ”。目前高度的图像信息化己成为了热门的课题，图像、 图形信息技术在信息领域的应用地位也越来越广泛。随着人类社会的进步，科学技术的发展，人们对信息处理和信息交流的要求越来越高。图像信息具有直观、形象、易懂和信息量大等特点，因此它是在人们日常的生活、生产中接触最多的信息种类之一。近年来，图像信息的处理和传输无论是在理论研究方面还是在实际应用方面都取得了长足的进展。尤其是计算机技术的应用、遥感技术和数字通信的发展、计算机网络的普及
34、以及微电子芯片密度的增加，对数字图像处理技术的发展起了关键性的推动作用，而数字图像处理技术的发展又反过来促进和加速了上述各项技术的发展。数字图像处理也称为计算机图像处理（曲，其处理方法大致可分为两大类，即空域法和变换域法【（）空域法数字图像看作是平面中各个像素组成的二维数组，可直接对这个二维数组进行相应的图像处理。空域处理法主要有下面两大类：）邻域处理法包括梯度运算（咖），拉普拉斯算子运算（丑孤），平滑算子运算（锄）和卷积运算（朋鲥）。话北工业大学硕士学位论文第三章图像预处理）点处理法包括灰度处理（），面积、周长、体积、重心运算等。（）变换域法数字图像处理的变换域方法是对图像进行变换，得到变换
35、域系数阵列，然后在变换域中进行图像处理，处理后再反变换到空间域，得到处理结果。这类处理包括滤波、数据 压缩、特征提取等处理。数字图像处理的基本内容数字图像处理学科所涉及的知识非常广泛，具体的方法种类繁多。其中包括传统的图像处理技术和智能图像处理技术，并且随着新工具、新方法的出现，这些图像处理技术也一直在更新与发展。（）传统的图像处理技术）图 像数字化由于计算机只能接收和处理数字信号，因此要将一幅模拟图像进行采样和量化，转化成数字 图像，然后交由计算机进行处理。 图像采样是数字图像处理的基础，其目的是将模拟形式的图像通过数字化设备转换为数字计算机可用的离散图像数据。）图像变换图像变换就是把图像从
36、空间域转换到变换域（如频率域）的过程。图像变换可以使人们从另一个角度来分析图像信号的特性，利用交换域中特有的性质，使图像处理过程更加简单、有效。 图像变换是许多图像处理与分析技术的基础，它广泛应用于图像增强、编码、融合、数字水印与特征提取等 领域。）图 像增强图像增强就是增强图像中用户感兴趣的信息，它的目的主要有两个：一是改善图像的视觉效果，提高图像成分的清晰度；二是使图像变得有利于计算机的处理。图像增强 的方法一般分为空间域和变换域两大类。空间域方法直接对图像像素的灰度进行处理。 变换域方法在图像的某个变换域中对变换系数进行处理，然后通过逆变换获得增强图像。钔图像恢复图像恢复也称为图像还原，
37、就是尽可能的减少或去除数字图像在获取过程中的降质，恢复被退化图像的本来面貌，从而改善图像的质量。图像恢复的方法可以分为两类：一类适用于对图像缺乏先验知识的情况；另一类是事先已经知道是哪些因素引起的图像降质，并对原始图像有足够的了解，此时，可对原始图像的西北工业大学硕士学位论文第三章图像预处理退化过程建立一个数学模型，并对图像退化的影响进行拟合。）图 像数据压缩图像的数据量非常巨大，无论传输或者存储都需要对图像数据进行有效的压缩。数据压缩 就是减少表示信号所需的数码，减少容纳给定消息集合或数据采样集合的物理存储空间，进而减少数据传输所需要的时间区间和电磁频谱区间。）图 像边缘检测图像边缘是指图像灰度（亮度）发生空间上的突变或者在梯度上发生突变的像素的集合。图 像的边缘是图像的基本特征之一，蕴含了图像丰富的内在信息，如方向、阶越性 质与形状等，它广泛应用于图像分割、 图像分类、 图像匹配和模式识别中。）图 像分割图像分割就是将图像表示为物理上有意义的连通区域的集合。人们通常是通过对图像的不同特征如边缘、纹理、 颜
