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基于多维视频技术的车型识别系统

发布时间:2017-10-10 10:06:04
摘要: 该车型识别系统基于多维度视频分析/检测,利用机器仿生等技术手段,通过图像拼接、精准分析、深度学习等提取多维度的车辆信息,实现车型的自动识别、分类、车辆多维信息提取。可以应用于自动发卡、ETC等系统,作为提高通行效率及防止逃费的应用解决方案,对通行车辆进行更加有效的监管。

关键词:车型识别;车辆多维特征信息

     在智能交通系统中,车辆特征信息的获取对于车辆有效监控和全自动收费系统的运行是关键因素,而越来越多的应用环境都需要车型信息及车辆多维特征信息。车型识别和车辆多维特征提取作为智能交通系统中的重要分支和关键技术之一,已成为越来越重要的信息采集手段。在公路收费等应用领域,车型识别技术结合车牌识别、不停车收费/计重收费,依据各地分类及收费规则,实现各类车型识别和分类,将有效改善公路部门服务质量、提高道路通行能力和路网营运管理水平。

一、系统概述
      随着交通建设的高速发展,公路、桥梁等收费有偿使用类交通设施越来越多,相应对其交通控制管理及收费方式的要求也在不断提高。车辆类型是收费规则中一个基本和核心的依据,目前车型的分类主要靠人工判断,急需自动及智能化。实现车型进行自动识别,将为公路的智能/自动化收费、道路/车辆监控的实施解决关键问题。车型识别系统以机器仿生为技术实现手段,通过机器视觉信息技术和多维车辆特征信息提取分析技术,获取车辆多维度的信息,例如:车牌信息,车头信息,车身信息,车尾信息等,利用提取的各种信息模拟人类思维,通过深度分析学习的神经网络技术,形成对特定应用的决策逻辑,最终替代人做出准确合理的判断和结论,得出车型等车辆多维特征信息,自动进行分类,并具有车辆图像、车辆类型、车辆特征(车身颜色、车辆外形尺寸、轮轴数等)等信息,可供查询。

二、  系统原理
      车型识别系统采用高清视频方式对车辆进行多维度的检测、提取车辆特征信息,依据车辆多维特征信息可以完整准确的辨识、确认车辆,从而判断车辆类型、确认车辆身份。
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产品外形示意图

      抓拍过程中,前视摄像机对车头部位检测,提取车辆的车头高清图片、车牌号码、车身颜色、车辆高度/宽度等特征信息。
      当车辆进入侧视摄像机的视野范围后,侧视摄像机对车辆侧面进行检测,提取车辆侧面完整高清图片、车辆轴数、轮数、车辆类型等特征信息。侧视摄像机实时检测每帧图像的变化,依据每两帧图像之间的差异,对其进行拼图,再依据两帧图像之间的像素差异,计算出两帧图像拼接后车身对应的长度和高度。同时,侧视摄像机实时对车轮进行检测,依据车轮的外形特征进行定位、单双轮区分,车轮检测定位后,再依据拼图的原理计算轴距。当车辆完整通过侧视摄像机后,依据车辆侧面完整的拼接图,计算出车辆侧面外形尺寸(高度、长度)、车辆轮数、车辆轴数、轴距。依据车辆侧面特征(外形尺寸、轮数、轴数、轴距)结合车头特征(车牌颜色、车辆高度/宽度)可自动判断出车辆类型。
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侧面逐帧图像
 
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侧面拼接图

后视摄像机对车辆尾部进行检测,提取车辆尾部高清图片、尾部车牌号码等特征信息。
 
基本的车型分类规则如下:
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三、系统架构
      
车型识别系统由三维图像采集、多元特征信息提取分析、车辆分离、补光等模块组成,集成在一体化的车型识别装置中。
      车型识别装置通过网络与收费系统相连,传输车型类别信息、车牌信息、车辆图片等车辆其他相关特征信息。
收费中心和车道控制机通过以太网连接,采用TCP/IP网络协议。车道控制机通过网络向收费中心发送车辆信息,收费中心将判断结果返回给相关的车道控制机。车道控制机和收费中心都是在一个网络内,之间交换信息,数据的处理过程是相互独立的。
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四、系统特点
1、 多元化
多元化特征信息提取技术,通过多维度图像采集,提取车辆的包括车牌在内的多维度特征信息(车头信息、车身信息、车尾信息等),模拟人眼视觉和大脑的辨识方式,实现机器仿生,并利用机器本身的适应性强、环境要求低、可持续作业、稳定、效率高等特性减少人工成本和工作强度,提高效益。
2、 一体化
集成多路图像采集处理单元、高性能智能处理平台、多角度智能补光等多模块一体化设计,美观实用。
3、 全方位
三维度摄像头构成对收费车道的全方位多维度覆盖,对车辆通过车道过程全景多角度监控。
4、 复用化
单台设备具备多种功能:车辆身份识别、车牌识别、车型识别、车辆分离、车道监控等,可实现收费系统和监控系统等设备复用,减少重复投资,节省建设成本。
5、 开放性
车型识别系统是一个开放性系统,系统集成的过程主要解决不同系统和设备之间的衔接、协议的标准化以及业务的定制化需求。系统扩展性好、灵活性强、兼容性高,便于进行二次开发与系统应用集成。

五、系统功能
1、 车型类别自动识别
图像采集系统采集收费车道内的车辆前/侧/后图像;多维特征信息提取分析算法对多维高清图像实时处理,实现车辆自动分离和多维特征识别,当有车辆进入检测范围时,进行抓拍和车辆多维特征识别,并输出识别结果。
2、 车牌号码自动识别
采用实时的视频检测技术和车牌识别技术,能够通过对机动车车牌定位、字符切分、字符匹配和图像预处理实现车牌自动识别功能,对符合“GA36-92”(92式牌照) 、“GA36-2007”(新号牌标准) 、“GA36.1-2001”(02式新牌照)标准的民用车牌、警用车牌、军用车牌、武警车牌、新能源车牌等的自动识别能力,包括2002式号牌,车牌信息识别准确率高。
3、 车牌颜色自动识别
车牌颜色自动识别,可以识别黑、白、蓝、黄、绿五种车牌颜色。
4、 车辆自动分离功能
利用精准的多元视频分析技术,能替代原有传统线圈、光栅等技术,实现车辆精准自动分离,分离准确率高达99%以上。
5、 收费车道车辆全景监控功能
车型识别单元有三维摄像头组成,能够提供车辆通过收费车道时全景完整过程的视频图像。
6、 智能补光功能
由于昼间、夜间的环境光照相差很大,不同应用地域光照环境不同,系统可对曝光参数和补光灯进行自动调整,以适应不同的光照环境。使用LED补光灯,使车牌和车辆反射足够亮度,抑制车辆大灯的影响,保证车牌和多维特征识别效果,并可获得良好的图像效果;同时避免对驾驶人员的视觉刺激,杜绝由此引发的交通事故。

六、系统应用
(一)自动发卡机应用
      当前,自动发卡设备在国内的高速收费站入口处广泛使用,使得车辆的通行效率大大提高,降低了收费人员的劳动强度。通过自动发卡设备来替换人工发卡不仅能够有效降低人工劳动作业量,还能有效减轻车辆拥堵的问题。随着越来越多的自动发卡设备投入到高速公路中,也暴露出其在应用过程中的诸多问题,如:自动发卡车道常规车牌识别系统识别车型准确率低,无法区分车型;不法人员利用非法手段获得通行卡上路,造成通行卡大量流失;通行车辆通过换卡实现逃费;不法车辆利用自动发卡车道无人值守和自动抓拍号牌、自动判断车型输入车辆信息的特点,上路时贴上假牌照,领卡后在路上卸下假牌照,来实现逃费;套牌、假牌、遮挡车牌、无牌车等问题车辆无法处理等。
      车辆多元化特征的提取及应用,可以更精准的辨别复杂的信息,突破原有的局限,为解决现在复杂的路网问题提供了更可靠的依据和更合理可行的办法,可以在很大程度上弥补自动发卡的不足。
在车辆驶入自动发卡车道时,车型识别系统抓拍该车图像,准确判断车型,区分客货,自动发卡机据此进行出卡口位置的选择(上卡口或下卡口),方便司机取卡,提高车道通行效率。
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驾驶员取卡操作图片
     
      同时可将车型识别系统捕获到的车辆信息(入口车道信息、时间信息、车型信息、车牌信息及车牌的二值化图像、车牌颜色、轴距、轴数等)存储到通行卡中,并存储到车道控制机中并上传至收费中心。而在无车型识别系统的自动发卡机车道,驾驶员需要按动取卡按钮进行取卡操作,易造成时间延误,影响车道通行效率。
      车辆驶出时,通过系统读取通行卡内的信息,可以获取车辆入口车道车型自动识别系统的结果,系统通过对车辆收费站入口和出口的车辆车牌、车型等信息的比对,从而可以快速核对车辆图像特征属性(车头、侧面、车尾),确定车辆身份。基于以上的信息,即使是在车辆为无牌、套牌或是遮挡号牌的情况下,也可以判断车辆是否存在逃费或其他违法行为,有效解决自动发卡机系统应用中存在的问题。
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多维信息合成图

(二)ETC收费车道应用
      在高速公路运营过程中,ETC不停车电子收费系统的应用为我们的出行提供了便利。相对于人工收费车道,ETC的优势在于可以实现快速通行、自动计费,节省人力成本,降低管理费用。但随着ETC的推广和应用,如何对通行车辆进行有效监管成为关键性问题。
      ETC车道基本无人值守,仅仅依靠常规的车牌识别系统并不能全面获取车辆信息,车型识别系统则显示出巨大的优势。车型识别系统一方面可以通过对车辆进行监测,准确识别车辆号牌;另外可精准提取出车辆更多维度的信息,对车型进行识别,通过特征的综合比对,判断通行车辆是否为同一车辆,车辆是否为套牌车辆,OBU内数据与车型是否相符等;从而可以对车辆的违法犯罪行为、逃费行为等进行有效的监管,减少不必要的经济损失。
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ETC车道应用示意图

      车型识别单元实时检测收费车道内的图像,对高清图像进行处理,对机动车进行实时视频检测。当有机动车进入检测区域时对其进行抓拍和图片处理,实现车型、车牌识别。在抓拍的图片中,车辆特征、车牌号码可清晰辨识。系统可将车辆类型、车牌信息等写入通行卡。在出口收费车道读出通行卡内的识别信息,并与入口车道自动识别系统的结果相比对,通过核对车辆图像特征属性(车头、侧面、车尾),自动判断车辆信息是否存在差异。如果核对信息不一致,将会产生报警,提醒工作人员及时处理。

七、结束语
      机器仿生,即模仿生物的形态、结构和控制原理设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。车型识别系统,是基于视频分析,利用机器仿生等技术手段,分析提取车辆多维度特征信息,通过车型决策树得出车型识别结果,从而实现车辆信息获取的全面性和精确性,为道路运营、车辆管理存在的诸多复杂问题,提供有效的解决方案。
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