一种治安智能卡口系统

1.一种治安智能卡口系统，其特征在于包括：
摄像及辅助照明单元：包括高清摄像机和补光灯，用于全天候捕获车辆及车牌信息，每条车道至少配置一台特写摄像机，每个行驶方向配置一台全景摄像机；
车辆检测单元：包括检测主机及地感线圈，用于完成对车辆的检测、车速的测定以及车流量的记数与统计；当车辆通过地感线圈时，地感线圈产生感应信号并将其发送给检测主机，检测主机根据这些感应信号测定车速和统计车流量；
图像采集与处理单元：包括工控计算机、视频采集卡和控制模块，视频采集卡、控制模块均安装在工控计算机内，视频采集卡接收由摄像机传过来的视频流，控制模块包括图像采集处理子模块和车牌自动识别子模块，由视频采集卡将摄像机的模拟视频图像信号转换成数字图像，当检测主机检测到有车辆通过时，图像采集子模块此时在特写摄像机的视频流中截取一幅特写图片，同时在全景摄像机的视频流中截取一张全景图片，特写图片经车牌识别子模块完成车牌信息识别；
所述图像的采集和处理单元采用的车牌信息识别方法，具体步骤如下：
第一步，分析视频流，对图像中的车辆进行跟踪，截取特写图片；
第二步，采用基于特征显著性的多种特征融合的车牌定位算法完成车牌定位；
第三步，采用基于连通域的字符切分算法完成车牌号码字符的切分，具体步骤如下：
3.1车牌号码字符高度估计；
1）将车牌转化为白底黑字；
2）车牌垂直边缘检测，首先使用Sobel算子完成对车牌的边缘检测，然后使用OTSU方法获得车牌的垂直映射，边缘像素用黑色代替，其他像素用白色代替，找到车牌的垂直边缘；
3）水平投影，找到车牌号码字符的上边界和下边界；
3.2车牌号码字符宽度估计；
1）使用OTSU算法找出阈值，完成车牌图像二值化，；
2）垂直投影，对于宽度大于6个像素并且小于最宽的块的块，使用这些块的平均值作为字符宽度的估计值；
3.3通过连通域提取区分字符块，包含连通域检测和连通域检查两个部分；
1）连通域检测算法；
首先，一个标签计数被创建并初始化为1，然后，二进制图像被从左至右，从上至下的扫描；
1.对于每一个像素，检查8连通域的东北、北、西北和西像素是否是前景像素；
2.如果没有符合的邻居，则把区域计数器的值赋给该区域，该区域计数器加1；
3.如果只有一个符合的邻居，把像素分配给该区域，如果多个邻居符合并且都是同一区域的，把像素值分配给该区域；
4.如果多个邻居匹配并且在不同区域，把像素分配到这些区域中的任意一个，记录所有这些区域为等价区域；
5.扫描图像，并将所有等价的区域赋予相同的区域值；
扫描停止，直到图像中没有未标示的像素；
2）连通域检查，规则标准如下：
规则1：如果一个连通域的上边界小于总体的上边界，或如果它的上边界大于总体的下边界，则这个连通域是不含字符的；
规则2：如果一个连通域的高宽比大于0.8或小于0.3，则该连通域被假定为不含字符的；
规则3：如果该连通域的面积大于整体图像的大小的六分之一，则需要进一步分割；
规则4：如果成功检测到的连通域数量超过7或低于3，则需要重新检查；
不满足上述标准的连通域被视为不含字符的，因此被删除；当给定的车牌的所有的连通域被检查后，这一过程完成；
第四步，采用ORC完成车牌号码的识别；
第五步，对每帧视频图像进行上述实时识别，对识别结果进行决策，即通过计算观测帧数、识别结果稳定性、轨迹稳定性、速度稳定性、平均可信度和相似度度量值得到该车牌的综合可信度评价，从而决定是继续跟踪该车牌，还是输出识别结果，或是拒绝该结果；
传输单元：包括远程网络通信模块、传输设备光端机和传输线路光纤；用于将摄像及辅助照明单元采集的视频信号和车辆检测单元检测的车检信号传输到工控计算机；
中心管理单元：包括数据库服务器、网络交换机以及查询工作站，查询工作站和数据库服务器直接连接网络交换机，中心管理单元采用C/S和B/S结构，用于完成查询信息、发布布控、报警功能；数据库服务器接收并存储图像采集与处理单元识别出的车牌信息，图像采集子模块截取的特写图片和全景图片存储在数据库服务器中；
摄像及辅助照明单元输出视频信号，车辆检测单元输出车检信号，输出的车检信号和视频信号输入到图像采集与处理单元的信号输入端，图像采集与处理单元的信号输出端输出车牌信息，输出的车牌信息输入到中心管理单元的信号输入端，中心管理单元将车牌信息存入到数据库中。
2.根据权利要求1所述的治安智能卡口系统，其特征在于：所述摄像及辅助照明单元采用陶瓷金卤CDM泛光灯补光。
3.根据权利要求1所述的治安智能卡口系统，其特征在于：所述车辆检测单元每个车道埋设两个地感线圈，检测主机采用拨码开关设置检测灵敏度。
4.根据权利要求1所述的治安智能卡口系统，其特征在于所述工控计算机内置硬件看门狗，并且采用一体化主板。

一种治安智能卡口系统\n技术领域\n[0001] 本发明属于智能交通和电子警察领域，特别是一种治安智能卡口系统。\n背景技术\n[0002] 当前，在各类刑事犯罪当中和机动车辆有关的案件为数不少，如交通肇事逃逸、盗抢机动车辆等等。如果在进出市区的重要道路及高速公路的重点路段设立一个自动监控点实现对过往车辆的情况进行24小时不间断、全天候的自动记录，即安装公路车辆智能监测记录系统（俗称“智能卡口” ），则可为各地公安部门侦破案件提供重要线索与依据，并能有效地提高各地公安交警部门对机动车辆的管理水平。除此之外，该系统还具备测速及车流量监测的功能，可以实现对违法超速行驶车辆的监控与记录，“黑名单”缉查也是该系统的一个主要功能。\n[0003] 治安智能卡口系统利用先进的计算机图像处理、模糊识别、远程数据访问等技术研制而成。系统对通过被监控路段的每一台机动车辆的前部物征图像（车牌类型及号码）和车辆全貌（颜色、车辆长度等）进行连续全天候实时记录，系统对抓拍到的车辆图像进行车牌自动识别并对车辆进行动态布控，对超速、逆行等非法行驶的车辆进行抓拍，并将车辆通过卡口监控点的时间、车速及车辆类型等信息一并生成数据文件保存，也可通过宽带网络将各个监控点的信息传送到远端的管理中心，实现有机共享。当前卡口系统往往功能单一，缺乏多元化，满足不了实际的需求，车牌的识别往往是基于单幅图像的识别方法，这样避免不了偶然性错误，系统的识别率往往不高，另外环境的变换往往给系统带来较大的影响，系统无法快速适应环境的变换。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提供一种智能卡口系统，该系统可以实现车辆检测、车辆号牌自动识别与布控车辆辑查，车速测定与超速报警、车流量统计、数据传输与远程维护、数据检索、故障容错和防盗报警功能。\n[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种治安智能卡口系统，包括：\n[0006] 摄像及辅助照明单元：包括高清摄像机和补光灯，用于全天候捕获车辆及车牌信息，每条车道至少配置一台特写摄像机，每个行驶方向配置一台全景摄像机；\n[0007] 车辆检测单元：包括检测主机及地感线圈，用于完成对车辆的检测、车速的测定以及车流量的记数与统计；当车辆通过地感线圈时，地感线圈产生感应信号并将其发送给检测主机，检测主机根据这些感应信号测定车速和统计车流量；\n[0008] 图像采集与处理单元：包括工控计算机、视频采集卡和控制模块，视频采集卡、控制模块均安装在工控计算机内，视频采集卡接收由摄像机传过来的视频流，控制模块包括图像采集处理子模块和车牌自动识别子模块，由视频采集卡将摄像机的模拟视频图像信号转换成数字图像，当检测主机检测到有车辆通过时，图像采集子模块此时在特写摄像机的视频流中截取一幅特写图片，同时在全景摄像机的视频流中截取一张全景图片，特写图片经车牌识别子模块完成车牌信息识别；\n[0009] 传输单元：包括远程网络通信模块、传输设备光端机和传输线路光纤；用于将摄像及辅助照明单元采集的视频信号和车辆检测单元检测的车检信号传输到工控计算机；\n[0010] 中心管理单元：包括数据库服务器、网络交换机以及查询工作站，查询工作站和数据库服务器直接连接网络交换机，中心管理单元采用C/S和B/S结构，用于完成查询信息、发布布控、报警功能；数据库服务器接收并存储图像采集与处理单元识别出的车牌信息，图像采集子模块截取的特写图片和全景图片存储在数据库服务器中；\n[0011] 摄像及辅助照明单元输出视频信号，车辆检测单元输出车检信号，输出的车检信号和视频信号输入到图像采集与处理单元的信号输入端，图像采集与处理单元的信号输出端输出车牌信息，输出的车牌信息输入到中心管理单元的信号输入端，中心管理单元将车牌信息存入到数据库中。\n[0012] 本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明采用基于智能决策和在线学习的车牌识别算法，不仅提高了系统的识别率和识别结果的正确性和鲁棒性，而且提高了系统快速适应新的应用环境的能力。本发明采用远程传输技术，将工控计算机采用看门狗和一体化主板，不仅提高了系统的可靠性和可维护性。本发明通过在每个车道埋设两个地感线圈的方式，不仅提高了检测的准确性，而且能够检测车速及逆向行驶。本发明设有中心管理单元，公安网内的内部用户可以查询信息、发布实时布控信息以及报警。本发明将多种功能集合于一身，满足了多元化的需求。\n附图说明\n[0013] 图1是治安智能卡口系统拓朴结构图。\n[0014] 图2智能卡口系统前端拓扑结构图\n[0015] 图3本系统前端工作流程图。\n[0016] 图4本系统中心管理单元框架图。\n[0017] 图5卡口系统前端安装示意图（同向双车道）。\n[0018] 图6是本发明的系统连接框图。\n具体实施方式\n[0019] 一种治安智能卡口系统，包括：\n[0020] 摄像及辅助照明单元：包括高清摄像机和补光灯，用于全天候捕获车辆及车牌信息，每条车道至少配置一台特写摄像机，同时为了看清车辆的车型、颜色、轮廓、装载情况以及道路情况，每个行驶方向配置一台全景摄像机，并且采用CDM泛光灯补光，减少驾驶员的不适感；\n[0021] 车辆检测单元：包括检测主机及地感线圈，用于完成对车辆的检测、车速的测定以及车流量的记数与统计；采用线圈检测器的车辆检测方式，每个车道埋设两个地感线圈，用于检测车辆和车速，并能对超速车辆和逆向行使车辆发出报警信号；检测主机采用拨码开关设置检测灵敏度，系统掉电永不丢失参数，可靠性高。当车辆通过地感线圈时，地感线圈产生感应信号并将其发送给检测主机，检测主机根据这些感应信号测定车速和统计车流量；所述车辆检测单元每个车道埋设两个地感线圈，用于检测车辆和车速，并能对超速车辆和逆向行使车辆发出报警信号；检测主机采用拨码开关设置检测灵敏度。:\n[0022] 图像采集与处理单元：采用工控计算机、视频采集卡和相应的控制模块完成图像的采集和处理，包括车牌定位、车牌切分、车牌识别、车牌识别结果决策。其中，车牌定位采用基于特征显著性的多种特征融合的车牌定位算法完成车牌定位，适用于各种复杂的背景环境和不同的摄像角度，车牌识别结果决策模块利用一个车牌经过视野的过程中留下的历史记录（包括识别结果、识别可信度、轨迹记录、相似度记录等），对识别结果进行智能化的决策；视频采集卡、控制模块均安装在工控计算机内，视频采集卡接收由摄像机传过来的视频流，控制模块包括图像采集处理子模块和车牌自动识别子模块，由视频采集卡将摄像机的模拟视频图像信号转换成数字图像，当检测主机检测到有车辆通过时，图像采集子模块此时在特写摄像机的视频流中截取一幅特写图片，同时在全景摄像机的视频流中截取一张全景图片，特写图片经车牌识别子模块完成车牌信息识别；\n[0023] 传输单元：包括远程网络通信模块、传输设备光端机和传输线路光纤；用于将摄像及辅助照明单元采集的视频信号和车辆检测单元检测的车检信号传输到工控计算机；\n[0024] 中心管理单元：包括数据库服务器、网络交换机以及查询工作站，查询工作站和数据库服务器直接连接网络交换机，中心管理单元采用C/S和B/S结构，用于完成查询信息、发布布控、报警功能；数据库服务器接收并存储图像采集与处理单元识别出的车牌信息，图像采集子模块截取的特写图片和全景图片存储在数据库服务器中；各个用户终端分别具有相应的权限，均为公安网内的内部用户，实行分级管理。\n[0025] 摄像及辅助照明单元输出视频信号，车辆检测单元输出车检信号，输出的车检信号和视频信号输入到图像采集与处理单元的信号输入端，图像采集与处理单元的信号输出端输出车牌信息，输出的车牌信息输入到中心管理单元的信号输入端，中心管理单元将车牌信息存入到数据库中，对外提供查询等功能，主要完成查询、布控、报警功能。\n[0026] 本发明治安智能卡口系统，所述图像的采集和处理单元采用的车牌信息识别方法，具体步骤如下：\n[0027] 第一步，分析视频流，对图像中的车辆进行跟踪，截取特写图片；\n[0028] 第二步，采用基于特征显著性的多种特征融合的车牌定位算法完成车牌定位；\n[0029] 第三步，采用基于连通域的字符切分算法完成车牌号码字符的切分，具体步骤如下：\n[0030] 3.1车牌号码字符高度估计；\n[0031] 1）将车牌转化为白底黑字；\n[0032] 2）车牌垂直边缘检测，首先使用Sobel算子完成对车牌的边缘检测，然后使用OTSU方法获得车牌的垂直映射，边缘像素用黑色代替，其他像素用白色代替，找到车牌的垂直边缘；\n[0033] 3）水平投影，找到车牌号码字符的上边界和下边界；\n[0034] 3.2车牌号码字符宽度估计；\n[0035] 1）使用OTSU算法找出阈值，完成车牌图像二值化，；\n[0036] 2）垂直投影，对于宽度大于6个像素并且小于最宽的块的块，使用这些块的平均值作为字符宽度的估计值；\n[0037] 3.3通过连通域提取区分字符块，包含连通域检测和连通域检查两个部分；\n[0038] 1）连通域检测算法；\n[0039] 首先，一个标签计数被创建并初始化为1，然后，二进制图像被从左至右，从上至下的扫描；\n[0040] 1.对于每一个像素，检查8 –连通域的东北、北、西北和西像素是否是前景像素；\n[0041] 2.如果没有符合的邻居，则把区域计数器的值赋给该区域，该区域计数器加1；\n[0042] 3.如果只有一个符合的邻居，把像素分配给该区域，如果多个邻居符合并且都是同一区域的，把像素值分配给该区域；\n[0043] 4.如果多个邻居匹配并且在不同区域，把像素分配到这些区域中的任意一个，记录所有这些区域为等价区域；\n[0044] 5.扫描图像，并将所有等价的区域赋予相同的区域值；\n[0045] 6. 扫描停止，直到图像中没有未标示的像素；\n[0046] 2）连通域检查，规则标准如下：\n[0047] 规则1：如果一个连通域的上边界小于总体的上边界，或如果它的上边界大于总体的下边界，则这个连通域是不含字符的；\n[0048] 规则2：如果一个连通域的高宽比大于0.8或小于0.3，则该连通域被假定为不含字符的；\n[0049] 规则3：如果该连通域的面积大于整体图像的大小的六分之一，则需要进一步分割；\n[0050] 规则4：如果成功检测到的连通域数量超过7或低于3，则需要重新检查；\n[0051] 不满足上述标准的连通域被视为不含字符的，因此被删除；当给定的车牌的所有的连通域被检查后，这一过程完成；\n[0052] 第四步，采用ORC完成车牌号码的识别；\n[0053] 第五步，对每帧视频图像进行上述实时识别，对识别结果进行决策，即通过计算观测帧数、识别结果稳定性、轨迹稳定性、速度稳定性、平均可信度和相似度度量值得到该车牌的综合可信度评价，从而决定是继续跟踪该车牌，还是输出识别结果，或是拒绝该结果。\n[0054] 本发明治安智能卡口系统，所述工控计算机内置硬件看门狗，并且采用一体化主板。（系统死机可自动重启，另工控机采用目前运算速度高、一体化主板，使系统处理速度快，并减少多板卡插拔引起的不良影响）。\n[0055] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。\n[0056] 由图1、图2、图3和图4所示，治安智能卡口系统包括：车辆检测单元、前端摄像及辅助照明单元、图像采集及处理单元、传输单元及中心管理单元。本系统前端系统中摄像机一直处于实时摄像状态（每秒25帧），图像远程传输到工控机内的视频采集卡里，由视频采集卡将摄像机的模拟视频图像信号转换成数字图像，当检测主机检测到有车辆通过时，图像采集子模块此时在特写摄像机的视频流中截取图片（车牌特写），同时在全景摄像机的视频流中截取全景图片，特写图片经车牌识别模块完成车牌号码识别，控制模块记录车辆通过监控点的时间、地点、车辆行驶速度、行驶方向、车身长度以及车辆图像等，当测得的车速超过系统设定的限速值时，立即现场报警，通知值班人员加以注意，以上车牌号码、车辆图像、测速值等图像、数据信息经处理可通过传输网络上传至中心管理单元，并存入数据库服务器；中心管理单元后台系统可接受前端的报警信息，并转发值班工作站，发布黑名单等，后台系统对上传的图像、数据信息进行处理，可进行查询（布控查询、违法查询、过往查询）、统计（车流量统计、违法统计、车辆统计）等，当需布控车辆时，可录入布控信息，同时传至系统前端。\n[0057] 前端摄像及辅助照明单元：有全景摄像机、特写摄像机和补光灯组成。如图5所示，在同向双车道道路上卡口系统前端的安装，需要两台特写摄像机（每车道一台）和一台全景摄像机，安装在同一根“L”杆上，补光灯安装在另一个“L”杆上。\n[0058] 车辆检测单元：地感线圈检测是否有车辆通过，将信号发送给检测主机，检测主机车辆通过前后线圈的时间，判断车辆是否逆向行驶，并且利用前后经过前后线圈的时间以及线圈间的距离，计算车速；检测主机利用车辆通过单一线圈的时间，乘以当前车速得到车长信息，将结果发送给图像采集与处理单元。本系统采用型号：JL810ZJ车辆检测器，内置6路地感检测电路，可连接6条地感线圈，地感线圈检测周期小于1ms，线圈灵敏度：8级。\n[0059] 图像采集与处理单元：图像采集及处理由1台工控计算机完成。工业控制计算机的配置为：CPU P4 2.8以上，内存≥512M，内置视频采集卡1块。本系统按每部车辆至少存贮特征图像1张和全景图像1张计算，2张图片约占磁盘空间80K，储存150万辆车辆的图像约占磁盘空间144G，具体视监控点车流量而定，一般情况下至少可储存半年以上车辆信息。当硬盘空间不足时，自动对记录时间最早的车辆信息和图片进行循环覆盖。控制模块包括图像采集处理子模块、车牌自动识别子模块及数据库。其中车牌自动识别子模块包括：\n车牌定位、车牌切分、车牌识别、车牌识别结果决策。\n[0060] 车牌定位模块：该模块是后续环节的基础，其准确性对整体系统性能的影响巨大。\n本系统采用基于特征显著性的多种特征融合的车牌定位算法完成车牌定位，适用于各种复杂的背景环境和不同的摄像角度。\n[0061] 车牌切分模块：采用基于连通域的字符切分算法，在基本的联通域查找算法的基础上，增加了联通域的检测，并给出了4个检查标准。\n[0062] 车牌识别模块：本系统采用ORC完成车牌的识别。\n[0063] 车牌识别结果决策模块：本系统可以对每帧视频图像进行实时识别，因此在一辆车通过视野的过程中，本系统将得到若干相同或不同的识别结果。这就需要一个识别结果的决策模块，具体地说，决策模块利用一个车牌经过视野的过程中留下的历史记录（包括识别结果、识别可信度、轨迹记录、相似度记录等），对识别结果进行智能化的决策，通过计算观测帧数、识别结果稳定性、轨迹稳定性、速度稳定性、平均可信度和相似度等度量值得到该车牌的综合可信度评价，从而决定是继续跟踪该车牌，还是输出识别结果，或是拒绝该结果。一个车牌的最终识别结果是通过分析所有帧的识别结果，对它们进行智能化的归类和投票，并结合一定的文法信息综合而成。这种方法综合利用了所有帧的信息，减少了以往基于单幅图像的识别方法所带来的偶然性错误，大大提高了系统的识别率和识别结果的正确性和鲁棒性。\n[0064] 传输单元：每个监控点设计安装一对光纤收发器（10/100M自适应）或多路视频复用光端机。\n[0065] 中心管理单元：本系统中心管理单元主要包括数据库服务器、网络交换机、以及查询工作站。各个用户终端分别具有相应的权限，均为公安网内的内部用户，实行分级管理，整个系统采用C/S和B/S结构，主要完成查询、布控、报警功能。