《車牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》5700字（論文）

目錄摘要3車牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄第1章緒論 摘要：隨著近年來由于我國(guó)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)社會(huì)的不斷進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,人民的日常生活用品質(zhì)量和消費(fèi)水平也隨著經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的步伐飛速發(fā)展,隨著人民生活水平的而提高而來的是高端消費(fèi)產(chǎn)品——車輛的不斷增多，但由于車輛基數(shù)告訴上漲，車輛管理也就變得越來越困難。為解決這一困境，我們只能從機(jī)動(dòng)車輛的“身份證”——汽車牌照下手，汽車牌照是機(jī)動(dòng)車的“身份證”，是唯一可以在公共場(chǎng)所識(shí)別機(jī)動(dòng)車的證書。我國(guó)交通部門在車輛的日常管理中汽車牌照是最重要的管理基礎(chǔ)，汽車牌照在車輛的管理中有著非比尋常的重要地位。車牌的生產(chǎn)、發(fā)放、上牌、維護(hù)等都有十分嚴(yán)格的制度要求，并且有交通管理部門同意進(jìn)行管理。鑒于汽車牌照的唯一性，我們可以以此基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一個(gè)以汽車牌照為車輛識(shí)別依據(jù)的系統(tǒng)來監(jiān)控車輛的狀況。在這種情況的基礎(chǔ)上，一種能適用于公共場(chǎng)所的車牌識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)將會(huì)極大的提高汽車的安全管理水平及管理效率，它實(shí)現(xiàn)了在公共場(chǎng)所對(duì)汽車的牌照迅速的進(jìn)行自動(dòng)定位識(shí)別的功能，這具有很大的意義。在該設(shè)計(jì)中，傳感器和單片機(jī)被用作車牌識(shí)別系統(tǒng)的核心組件，并且可以通過與其他設(shè)備配合來實(shí)現(xiàn)車牌識(shí)別的功能。在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)選擇STM32作為控制裝置，并通過攝像機(jī)OV7670識(shí)別車牌。車牌標(biāo)志識(shí)別主要是利用ov7670攝像機(jī),stm32單片機(jī)和tft顯示屏對(duì)其進(jìn)行標(biāo)志信號(hào)辨認(rèn)。它的設(shè)計(jì)合理,簡(jiǎn)單易懂,價(jià)格便宜。該單片機(jī)完全可以應(yīng)用于對(duì)車牌標(biāo)志信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)的監(jiān)視和管理,具有一定的實(shí)用價(jià)值。本文主要介紹并詳細(xì)解釋車牌識(shí)別系統(tǒng)中的每個(gè)功能及其相應(yīng)的組件。關(guān)鍵詞：車牌識(shí)別；單片機(jī)；OV7670第1章緒論目的及意義隨著近年來由于我國(guó)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)社會(huì)的不斷進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,人民的日常生活用品質(zhì)量和消費(fèi)水平也隨著經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的步伐飛速發(fā)展,隨著人民生活水平的而提高而來的是高端消費(fèi)產(chǎn)品——車輛的不斷增多，但由于車輛基數(shù)告訴上漲，車輛管理也就變得越來越困難。為解決這一困境，我們只能從機(jī)動(dòng)車輛的“身份證”——汽車牌照下手，汽車牌照是機(jī)動(dòng)車的“身份證”，是唯一可以在公共場(chǎng)所識(shí)別機(jī)動(dòng)車的證書。我國(guó)交通部門在車輛的日常管理中汽車牌照是最重要的管理基礎(chǔ)，汽車牌照在車輛的管理中有著非比尋常的重要地位。車牌的生產(chǎn)、發(fā)放、上牌、維護(hù)等都有十分嚴(yán)格的制度要求，并且有交通管理部門同意進(jìn)行管理。鑒于汽車牌照的唯一性，我們可以以此基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一個(gè)以汽車牌照為車輛識(shí)別依據(jù)的系統(tǒng)來監(jiān)控車輛的狀況。在這種情況的基礎(chǔ)上，一種能適用于公共場(chǎng)所的車牌識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)將會(huì)極大的提高汽車的安全管理水平及管理效率，它實(shí)現(xiàn)了在公共場(chǎng)所對(duì)汽車的牌照迅速的進(jìn)行自動(dòng)定位識(shí)別的功能，這具有很大的意義。車牌標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)技術(shù)對(duì)該系統(tǒng)提出了更高的要求,使其可以隨時(shí)地適應(yīng)室外氣溫和工作條件。它還要求具有在現(xiàn)實(shí)生活中處理各類車牌圖像和其他事件中的圖像,包括模糊,污損,傾斜和其他無法識(shí)別的情況。到目前為止,當(dāng)前的各種通用型車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)并不能夠很好地適合當(dāng)今情況,這充分表現(xiàn)出了車牌信息的多元化和識(shí)別方法面臨的挑戰(zhàn)和環(huán)境變化的復(fù)雜性。為解決交通問題日益嚴(yán)重的各種交通困難,可以研究和開發(fā)出更好的自動(dòng)化車牌標(biāo)志識(shí)別技術(shù)并應(yīng)用到交通管理系統(tǒng)中。這是車牌識(shí)別技術(shù)研究的重要意義。題目?jī)?nèi)容定位“車牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”為我本次的論文選題，同時(shí)主要是通過STM32單片機(jī)來對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制的。其次,車牌識(shí)別系統(tǒng)是該子程序的主體。這就要求其必須能夠隨時(shí)地適應(yīng)室外的任何天氣和工作環(huán)境。同時(shí),還需要我們能夠識(shí)別和處理現(xiàn)實(shí)生活中的各類車牌信息,其中包括模糊,污損和傾斜等各類無法被識(shí)別的特殊情況,所以說就需要通過圖像的采集和預(yù)處理來實(shí)現(xiàn)對(duì)于車牌的精密的定位和識(shí)別。需要解決的主要問題（1）進(jìn)行系統(tǒng)總體規(guī)劃即功能上的設(shè)計(jì)并完成設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需信息的查詢。（2）完成車牌識(shí)別系統(tǒng)電路原理圖的設(shè)計(jì)，并通過電路原理圖的設(shè)計(jì)合理選擇各種元件。（3）完成車牌識(shí)別系統(tǒng)中的硬件部分的仿真圖的繪制，同時(shí)對(duì)它的硬件電路進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和一定的改進(jìn)。（4）進(jìn)行實(shí)物的電路焊接，并實(shí)現(xiàn)電路在硬件上的聯(lián)通。（5）了解OV7670攝像頭的工作原理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)車牌的圖像采集。（6）在了解車牌識(shí)別原理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車牌的定位功能，并實(shí)現(xiàn)字符分割、轉(zhuǎn)換和匹配以及識(shí)別（7）測(cè)試車牌識(shí)別系統(tǒng)，并完成對(duì)字符的實(shí)時(shí)更新。第２章車牌識(shí)別系統(tǒng)中的主要技術(shù)與分析2.1總體設(shè)計(jì)方案二值化算法車牌定位圖像采集字符識(shí)別字符分割字符匹配車牌識(shí)別系統(tǒng)是可以較為準(zhǔn)確地檢測(cè)出車牌的識(shí)別系統(tǒng)。該車牌識(shí)別系統(tǒng)我們從它的設(shè)計(jì)的要求來進(jìn)行合理的二值化算法車牌定位圖像采集字符識(shí)別字符分割字符匹配圖2—1系統(tǒng)總體流程圖

2.2圖像采集2.2.1OV7670攝像頭OV7670攝像機(jī)是一種圖像傳感器，它不僅可以提供單芯片VGA攝像機(jī)和圖像處理器的所有功能，而且體積小且工作電壓低。通過SCCB總線控制，您可以輸入全分辨率，子采樣和窗口化等各種分辨率的8位圖像數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品的VGA圖像每秒可達(dá)到30幀。用戶可以完全控制圖像質(zhì)量，信息格式及數(shù)據(jù)傳輸處理方法。因此,在我們自行設(shè)計(jì)這種車牌識(shí)別系統(tǒng)時(shí),我們只要直接依靠它的ov7670攝像機(jī)實(shí)時(shí)接收發(fā)送到來的相關(guān)車牌信息數(shù)據(jù)即可。所以在采集后得到的每個(gè)圖像像素尺寸分別為320*240像素,像素編碼格式分別為：argb565。每個(gè)原始像素由兩個(gè)原始字節(jié)共同一起組成,第一個(gè)像素字節(jié)的高五位分別指的是s和r,第一個(gè)像素字節(jié)的低三位和第二個(gè)像素字節(jié)的高三位分別一起形成了f和g,第二個(gè)像素字節(jié)的低五位分別指的是a和b。識(shí)別讀取出來的數(shù)字圖像被稱為stm32單片機(jī)自動(dòng)識(shí)別讀取,經(jīng)過特殊程序處理的圖像數(shù)據(jù)在一個(gè)tft的顯示器上被自動(dòng)識(shí)別。OV7670的技術(shù)參數(shù)如表2-1所示。模擬電壓2.5-3.0VIO電壓1.7-3.0V功耗工作時(shí)60m；休眠時(shí)小于20uA操作溫度-30℃-70℃穩(wěn)定工作溫度0℃-50℃最大幀率30fps信噪比46dB光學(xué)尺寸1/6"視場(chǎng)角25°表2-1MQ-2的技術(shù)參數(shù)下2.3二值化算法相機(jī)可以通過數(shù)據(jù)采集的方式從一個(gè)收集的過程中獲得數(shù)據(jù),然后對(duì)每一個(gè)像素都執(zhí)行一次二值化的處理,即通過設(shè)置r,g和b的閾值。通過二次數(shù)值化,把像素的值分成兩種類型:全黑0x0000和全白0xffff。同時(shí),通過編譯程序來分析各條線路的跳躍。分析跳躍位置的目標(biāo)就在于識(shí)別該車牌號(hào)的區(qū)域。2.4車牌定位在車牌定位過程中，它使用了非常重要的一點(diǎn)，即跳躍點(diǎn)。跳轉(zhuǎn)點(diǎn)用于確定車牌的面積。通過這種二值式轉(zhuǎn)換法來分析每一條線路的跳躍。車牌號(hào)碼的區(qū)域主要是由文本或者字符號(hào)所引起,這導(dǎo)致了跳轉(zhuǎn)點(diǎn)。顯然,大約都會(huì)有15個(gè)以上,通過對(duì)每個(gè)跳躍點(diǎn)車號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析判斷,就已經(jīng)能夠直接給出確定一個(gè)新的車牌號(hào)碼發(fā)放區(qū)域。結(jié)果顯示如下面上圖所示,左側(cè)那個(gè)紅色點(diǎn)數(shù)標(biāo)志點(diǎn)示的是每行可以跳轉(zhuǎn)一段時(shí)間的平均點(diǎn)數(shù)。在此前的系統(tǒng)應(yīng)用程序中,設(shè)置同時(shí)跳轉(zhuǎn)到的點(diǎn)預(yù)設(shè)大于15,在連續(xù)的運(yùn)行中又將設(shè)置多個(gè)同時(shí)跳轉(zhuǎn)到的點(diǎn)設(shè)置大于15,將車牌起始區(qū)域位置重新設(shè)定為一個(gè)新的車牌終止區(qū)域上一個(gè)邊界上的y_up,并將車牌終止區(qū)域位置重新設(shè)定為一個(gè)新的車牌啟動(dòng)區(qū)域。下一個(gè)點(diǎn)的邊界就是y_down。然后,通過rgb-hsv的一個(gè)顏色梯度變換,識(shí)別顯示出一個(gè)放在車牌顯示區(qū)域左側(cè)的一個(gè)邊界頂點(diǎn)x_left和右側(cè)的一個(gè)邊界頂點(diǎn)x-right。這樣既你就能夠快速獲取一個(gè)顯示車牌號(hào)的位置在該區(qū)域的精確曲線邊界,如所示下圖2-2藍(lán)色的矩形邊框。圖2-22.5字符分割、匹配2.5.1字符分割識(shí)別出車牌區(qū)域后，再次通過二值化執(zhí)行字符分割過程。在這兩種處理過程中,獲得每一個(gè)字符的左側(cè)邊界kk和右側(cè)邊境k。如果被分割的每個(gè)字符數(shù)量均為8,則表示其分割更精細(xì)。結(jié)構(gòu)框圖如下面的圖2-3所示,垂直藍(lán)線是每一個(gè)字符之間的邊界標(biāo)志。將字符進(jìn)行分割,并為下一位字符進(jìn)行匹配而準(zhǔn)備了必要參數(shù)。 圖2-32.5.2字符匹配首先,對(duì)每個(gè)字符串進(jìn)行劃分和歸一化,然后依次地匹配每個(gè)字符。該字符模板是由仿真軟件自動(dòng)提取和存儲(chǔ)。它的尺寸是24*50個(gè)單位像素。匹配后,可以輸出最大相似度的兩個(gè)對(duì)應(yīng)字符,并且被顯示成輸出的結(jié)果。。

第3章車牌識(shí)別系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)方案3.1.1系統(tǒng)需求分析該車牌識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如下所述：當(dāng)系統(tǒng)通上電源之后，OV7670攝像頭就會(huì)開始識(shí)別車牌的區(qū)域，以及對(duì)車牌的識(shí)別，而當(dāng)識(shí)別的區(qū)域過遠(yuǎn)時(shí)或者識(shí)別的車牌不清晰時(shí)，就可以通過焦距調(diào)焦到最佳位置，當(dāng)攝像頭對(duì)準(zhǔn)車牌圖片時(shí)，屏幕開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為0時(shí)，車牌開始識(shí)別。當(dāng)車牌識(shí)別區(qū)域是正確的，并且是水平放置，無傾斜時(shí)，而且文字是字庫中的文字時(shí)，車牌就能識(shí)別成功。若系統(tǒng)出現(xiàn)了識(shí)別未成功，可人工進(jìn)行相應(yīng)的操作，即通過檢查車牌是否傾斜放置，圖像是否清晰以及車牌是否超過紅線截至區(qū)來進(jìn)行判斷，通過這樣的設(shè)計(jì)，可以為用戶提供了極大的便利。3.1.2具體功能分析（1）采集功能：系統(tǒng)將利用硬件電路中所使用的OV7670攝像頭對(duì)車牌識(shí)別系統(tǒng)中的硬件探測(cè)部分所識(shí)別的圖像來進(jìn)行車牌識(shí)別，并將其所識(shí)別到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過彩屏顯示出來進(jìn)行對(duì)比，以此來判斷車牌識(shí)別是否發(fā)生，同時(shí)車牌識(shí)別是否正確識(shí)別。（2）識(shí)別功能：車牌識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別功能是通過對(duì)車牌進(jìn)行二值化分析，定位，匹配和識(shí)別來識(shí)別車牌區(qū)域，并通過跳轉(zhuǎn)點(diǎn)來識(shí)別車牌區(qū)域以識(shí)別車牌的邊界，然后通過二值化來識(shí)別字符的邊界，然后識(shí)別它們。（3）計(jì)時(shí)功能：當(dāng)該系統(tǒng)對(duì)車牌識(shí)別成功時(shí)，會(huì)開始記錄車牌的識(shí)別時(shí)間，分辨出車停留的時(shí)間，便于記錄時(shí)間來取收費(fèi)。3.1.3模塊框架示意圖基于車牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)，它們主要由硬件這個(gè)部分組成。硬件部分包括OV7670攝像頭、2.8寸彩屏、STM32芯片、萬能版等元器件，是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，通過對(duì)代碼的編寫以及對(duì)設(shè)計(jì)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了車牌識(shí)別的功能，并實(shí)現(xiàn)了計(jì)時(shí)的功能。車牌識(shí)別系統(tǒng)的模塊框架示意圖如圖3-1所示STM32硬件部分車牌識(shí)別系統(tǒng)STM32硬件部分車牌識(shí)別系統(tǒng)其他元器件OV7670其他元器件OV7670Keil編寫軟件部分Keil編寫軟件部分圖3-1模塊框架示意圖3.2程序設(shè)計(jì)3.2.1系統(tǒng)工作流程圖在系統(tǒng)進(jìn)行正式的工作之前，首先需要通過OV7670攝像頭開始信號(hào)采集，即攝像頭進(jìn)行識(shí)別圖片，當(dāng)圖片區(qū)域識(shí)別失敗或者圖片不清晰時(shí)，攝像頭無法識(shí)別，若圖片區(qū)域識(shí)別成功時(shí)，系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行字符分割，若分割出現(xiàn)錯(cuò)誤，如字符分割成兩個(gè)單位，則返回字符分割步驟，當(dāng)字符分割正確，系統(tǒng)就行字符匹配和識(shí)別，當(dāng)識(shí)別成功時(shí)，字符將顯示在顯示屏并進(jìn)行儲(chǔ)存，若字符未識(shí)別成功時(shí)，將返回到信息采集步驟，即重新對(duì)圖片進(jìn)行采集。硬件系統(tǒng)工作流程圖如圖3-2所示。圖3-2硬件系統(tǒng)工作流程圖3.3實(shí)物制作3.3.1原理圖繪制車牌識(shí)別系統(tǒng)原理圖如圖3-3所示圖3-3原理圖3.3.2代碼的編寫（1）RGB轉(zhuǎn)化為HSV由于rgb可以通過對(duì)三種原色進(jìn)行混合而產(chǎn)生不同的顏色效果,因此這三種原色由8bit來定義,這在軟件的實(shí)現(xiàn)中很容易被人們所理解和進(jìn)行圖像處理,但是HSV通過色度，亮度值和飽和度來定義顏色，即更貼近人眼對(duì)于顏色的定義，我們可以通過豎立RGB三維坐標(biāo)的中心軸并將其展平來獲得HSV模型。RGB轉(zhuǎn)化為HSV的代碼如下：（2）像素點(diǎn)測(cè)試在識(shí)別圖片時(shí)，我們需要通過像素點(diǎn)的移動(dòng)來識(shí)別圖片的位置以及對(duì)圖片進(jìn)行識(shí)別。像素點(diǎn)測(cè)試代碼如下：（3）字符分割通過對(duì)識(shí)別的圖片進(jìn)行字符分割，從而便于對(duì)字符的識(shí)別，字符分割的代碼如下。我們首先進(jìn)行字符的分割，把分割的剩下字符返回，避免出現(xiàn)兩個(gè)字符的情況，無法識(shí)別，并且當(dāng)?shù)谝粋€(gè)字符被識(shí)別完成后，我們需要添加下一個(gè)需要分割的字?jǐn)?shù)，并統(tǒng)計(jì)以及被分割的字?jǐn)?shù)代碼如下當(dāng)字符被分割完成后，我們需要對(duì)字符的上下限進(jìn)行定義，避免字符無法識(shí)別的情況如下：（4）字符識(shí)別的代碼當(dāng)字符分割完畢后，我們就需要將分割的字符進(jìn)行匹配，從而便于完成字符的識(shí)別，完成車牌識(shí)別的功能。通過從右至左識(shí)別，取每個(gè)字符的值來進(jìn)行識(shí)別，并且省略低于三個(gè)像素的位置，字符識(shí)別的代碼如下：當(dāng)識(shí)別字符完成，通過歸一化的處理，把圖片變?yōu)閿?shù)組，并保存下來，代碼如下：（5）二值化顯示主要代碼車牌識(shí)別系統(tǒng)的車牌區(qū)域主要通過二值化算法顯示，車牌區(qū)域和識(shí)別區(qū)域的內(nèi)容主要通過像素值和跳點(diǎn)識(shí)別。車牌區(qū)域二值化顯示的代碼如下：3.3.3成品圖展示圖3-5OV7670和STM32圖3-6顯示屏第4章總結(jié)在經(jīng)過本次畢業(yè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與完成之后，我的學(xué)習(xí)能力得到了非常大的提高，獨(dú)立設(shè)計(jì)完成一個(gè)完整的項(xiàng)目對(duì)我而言是一次難得的自我提升的經(jīng)歷。在沈榮老師的悉心指導(dǎo)下，我基本實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的車牌識(shí)別系統(tǒng)，完成了項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初的目標(biāo)。項(xiàng)目最終實(shí)現(xiàn)完成了以下功能：通過對(duì)車牌進(jìn)行定位車牌的區(qū)域，在進(jìn)行區(qū)域的分割以及對(duì)分割部分的匹配和識(shí)別功能。對(duì)于我而言，完成這樣一個(gè)系統(tǒng)雖然并沒有完全超出我的能力范圍，但也不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任