《车牌识别系统的设计与实现》5700字（论文）

目录摘要3车牌识别系统的设计与实现目录第1章绪论 摘要：随着近年来由于我国主义市场经济和工业社会的不断进步与经济飞速发展,人民的日常生活用品质量和消费水平也随着经济进步的步伐飞速发展,随着人民生活水平的而提高而来的是高端消费产品——车辆的不断增多，但由于车辆基数告诉上涨，车辆管理也就变得越来越困难。为解决这一困境，我们只能从机动车辆的“身份证”——汽车牌照下手，汽车牌照是机动车的“身份证”，是唯一可以在公共场所识别机动车的证书。我国交通部门在车辆的日常管理中汽车牌照是最重要的管理基础，汽车牌照在车辆的管理中有着非比寻常的重要地位。车牌的生产、发放、上牌、维护等都有十分严格的制度要求，并且有交通管理部门同意进行管理。鉴于汽车牌照的唯一性，我们可以以此基础，设计一个以汽车牌照为车辆识别依据的系统来监控车辆的状况。在这种情况的基础上，一种能适用于公共场所的车牌识别系统，该系统将会极大的提高汽车的安全管理水平及管理效率，它实现了在公共场所对汽车的牌照迅速的进行自动定位识别的功能，这具有很大的意义。在该设计中，传感器和单片机被用作车牌识别系统的核心组件，并且可以通过与其他设备配合来实现车牌识别的功能。在设计中，单片机选择STM32作为控制装置，并通过摄像机OV7670识别车牌。车牌标志识别主要是利用ov7670摄像机,stm32单片机和tft显示屏对其进行标志信号辨认。它的设计合理,简单易懂,价格便宜。该单片机完全可以应用于对车牌标志信号识别系统的监视和管理,具有一定的实用价值。本文主要介绍并详细解释车牌识别系统中的每个功能及其相应的组件。关键词：车牌识别；单片机；OV7670第1章绪论目的及意义随着近年来由于我国主义市场经济和工业社会的不断进步与经济飞速发展,人民的日常生活用品质量和消费水平也随着经济进步的步伐飞速发展,随着人民生活水平的而提高而来的是高端消费产品——车辆的不断增多，但由于车辆基数告诉上涨，车辆管理也就变得越来越困难。为解决这一困境，我们只能从机动车辆的“身份证”——汽车牌照下手，汽车牌照是机动车的“身份证”，是唯一可以在公共场所识别机动车的证书。我国交通部门在车辆的日常管理中汽车牌照是最重要的管理基础，汽车牌照在车辆的管理中有着非比寻常的重要地位。车牌的生产、发放、上牌、维护等都有十分严格的制度要求，并且有交通管理部门同意进行管理。鉴于汽车牌照的唯一性，我们可以以此基础，设计一个以汽车牌照为车辆识别依据的系统来监控车辆的状况。在这种情况的基础上，一种能适用于公共场所的车牌识别系统，该系统将会极大的提高汽车的安全管理水平及管理效率，它实现了在公共场所对汽车的牌照迅速的进行自动定位识别的功能，这具有很大的意义。车牌标志识别系统技术对该系统提出了更高的要求,使其可以随时地适应室外气温和工作条件。它还要求具有在现实生活中处理各类车牌图像和其他事件中的图像,包括模糊,污损,倾斜和其他无法识别的情况。到目前为止,当前的各种通用型车牌自动识别技术并不能够很好地适合当今情况,这充分表现出了车牌信息的多元化和识别方法面临的挑战和环境变化的复杂性。为解决交通问题日益严重的各种交通困难,可以研究和开发出更好的自动化车牌标志识别技术并应用到交通管理系统中。这是车牌识别技术研究的重要意义。题目内容定位“车牌识别系统的设计与实现”为我本次的论文选题，同时主要是通过STM32单片机来对整个系统进行管理和控制的。其次,车牌识别系统是该子程序的主体。这就要求其必须能够随时地适应室外的任何天气和工作环境。同时,还需要我们能够识别和处理现实生活中的各类车牌信息,其中包括模糊,污损和倾斜等各类无法被识别的特殊情况,所以说就需要通过图像的采集和预处理来实现对于车牌的精密的定位和识别。需要解决的主要问题（1）进行系统总体规划即功能上的设计并完成设计系统所需信息的查询。（2）完成车牌识别系统电路原理图的设计，并通过电路原理图的设计合理选择各种元件。（3）完成车牌识别系统中的硬件部分的仿真图的绘制，同时对它的硬件电路进行相应的优化和一定的改进。（4）进行实物的电路焊接，并实现电路在硬件上的联通。（5）了解OV7670摄像头的工作原理，并实现对车牌的图像采集。（6）在了解车牌识别原理的同时，实现对车牌的定位功能，并实现字符分割、转换和匹配以及识别（7）测试车牌识别系统，并完成对字符的实时更新。第２章车牌识别系统中的主要技术与分析2.1总体设计方案二值化算法车牌定位图像采集字符识别字符分割字符匹配车牌识别系统是可以较为准确地检测出车牌的识别系统。该车牌识别系统我们从它的设计的要求来进行合理的二值化算法车牌定位图像采集字符识别字符分割字符匹配图2—1系统总体流程图

2.2图像采集2.2.1OV7670摄像头OV7670摄像机是一种图像传感器，它不仅可以提供单芯片VGA摄像机和图像处理器的所有功能，而且体积小且工作电压低。通过SCCB总线控制，您可以输入全分辨率，子采样和窗口化等各种分辨率的8位图像数据。该产品的VGA图像每秒可达到30帧。用户可以完全控制图像质量，信息格式及数据传输处理方法。因此,在我们自行设计这种车牌识别系统时,我们只要直接依靠它的ov7670摄像机实时接收发送到来的相关车牌信息数据即可。所以在采集后得到的每个图像像素尺寸分别为320*240像素,像素编码格式分别为：argb565。每个原始像素由两个原始字节共同一起组成,第一个像素字节的高五位分别指的是s和r,第一个像素字节的低三位和第二个像素字节的高三位分别一起形成了f和g,第二个像素字节的低五位分别指的是a和b。识别读取出来的数字图像被称为stm32单片机自动识别读取,经过特殊程序处理的图像数据在一个tft的显示器上被自动识别。OV7670的技术参数如表2-1所示。模拟电压2.5-3.0VIO电压1.7-3.0V功耗工作时60m；休眠时小于20uA操作温度-30℃-70℃稳定工作温度0℃-50℃最大帧率30fps信噪比46dB光学尺寸1/6"视场角25°表2-1MQ-2的技术参数下2.3二值化算法相机可以通过数据采集的方式从一个收集的过程中获得数据,然后对每一个像素都执行一次二值化的处理,即通过设置r,g和b的阈值。通过二次数值化,把像素的值分成两种类型:全黑0x0000和全白0xffff。同时,通过编译程序来分析各条线路的跳跃。分析跳跃位置的目标就在于识别该车牌号的区域。2.4车牌定位在车牌定位过程中，它使用了非常重要的一点，即跳跃点。跳转点用于确定车牌的面积。通过这种二值式转换法来分析每一条线路的跳跃。车牌号码的区域主要是由文本或者字符号所引起,这导致了跳转点。显然,大约都会有15个以上,通过对每个跳跃点车号进行数据分析判断,就已经能够直接给出确定一个新的车牌号码发放区域。结果显示如下面上图所示,左侧那个红色点数标志点示的是每行可以跳转一段时间的平均点数。在此前的系统应用程序中,设置同时跳转到的点预设大于15,在连续的运行中又将设置多个同时跳转到的点设置大于15,将车牌起始区域位置重新设定为一个新的车牌终止区域上一个边界上的y_up,并将车牌终止区域位置重新设定为一个新的车牌启动区域。下一个点的边界就是y_down。然后,通过rgb-hsv的一个颜色梯度变换,识别显示出一个放在车牌显示区域左侧的一个边界顶点x_left和右侧的一个边界顶点x-right。这样既你就能够快速获取一个显示车牌号的位置在该区域的精确曲线边界,如所示下图2-2蓝色的矩形边框。图2-22.5字符分割、匹配2.5.1字符分割识别出车牌区域后，再次通过二值化执行字符分割过程。在这两种处理过程中,获得每一个字符的左侧边界kk和右侧边境k。如果被分割的每个字符数量均为8,则表示其分割更精细。结构框图如下面的图2-3所示,垂直蓝线是每一个字符之间的边界标志。将字符进行分割,并为下一位字符进行匹配而准备了必要参数。 图2-32.5.2字符匹配首先,对每个字符串进行划分和归一化,然后依次地匹配每个字符。该字符模板是由仿真软件自动提取和存储。它的尺寸是24*50个单位像素。匹配后,可以输出最大相似度的两个对应字符,并且被显示成输出的结果。。

第3章车牌识别系统的详细设计与实现3.1系统功能设计方案3.1.1系统需求分析该车牌识别系统实现的功能如下所述：当系统通上电源之后，OV7670摄像头就会开始识别车牌的区域，以及对车牌的识别，而当识别的区域过远时或者识别的车牌不清晰时，就可以通过焦距调焦到最佳位置，当摄像头对准车牌图片时，屏幕开始倒计时，当倒计时为0时，车牌开始识别。当车牌识别区域是正确的，并且是水平放置，无倾斜时，而且文字是字库中的文字时，车牌就能识别成功。若系统出现了识别未成功，可人工进行相应的操作，即通过检查车牌是否倾斜放置，图像是否清晰以及车牌是否超过红线截至区来进行判断，通过这样的设计，可以为用户提供了极大的便利。3.1.2具体功能分析（1）采集功能：系统将利用硬件电路中所使用的OV7670摄像头对车牌识别系统中的硬件探测部分所识别的图像来进行车牌识别，并将其所识别到的各项数据通过彩屏显示出来进行对比，以此来判断车牌识别是否发生，同时车牌识别是否正确识别。（2）识别功能：车牌识别系统的识别功能是通过对车牌进行二值化分析，定位，匹配和识别来识别车牌区域，并通过跳转点来识别车牌区域以识别车牌的边界，然后通过二值化来识别字符的边界，然后识别它们。（3）计时功能：当该系统对车牌识别成功时，会开始记录车牌的识别时间，分辨出车停留的时间，便于记录时间来取收费。3.1.3模块框架示意图基于车牌识别系统的设计这个系统，它们主要由硬件这个部分组成。硬件部分包括OV7670摄像头、2.8寸彩屏、STM32芯片、万能版等元器件，是整个设计的关键，通过对代码的编写以及对设计的调试，实现了车牌识别的功能，并实现了计时的功能。车牌识别系统的模块框架示意图如图3-1所示STM32硬件部分车牌识别系统STM32硬件部分车牌识别系统其他元器件OV7670其他元器件OV7670Keil编写软件部分Keil编写软件部分图3-1模块框架示意图3.2程序设计3.2.1系统工作流程图在系统进行正式的工作之前，首先需要通过OV7670摄像头开始信号采集，即摄像头进行识别图片，当图片区域识别失败或者图片不清晰时，摄像头无法识别，若图片区域识别成功时，系统对其进行字符分割，若分割出现错误，如字符分割成两个单位，则返回字符分割步骤，当字符分割正确，系统就行字符匹配和识别，当识别成功时，字符将显示在显示屏并进行储存，若字符未识别成功时，将返回到信息采集步骤，即重新对图片进行采集。硬件系统工作流程图如图3-2所示。图3-2硬件系统工作流程图3.3实物制作3.3.1原理图绘制车牌识别系统原理图如图3-3所示图3-3原理图3.3.2代码的编写（1）RGB转化为HSV由于rgb可以通过对三种原色进行混合而产生不同的颜色效果,因此这三种原色由8bit来定义,这在软件的实现中很容易被人们所理解和进行图像处理,但是HSV通过色度，亮度值和饱和度来定义颜色，即更贴近人眼对于颜色的定义，我们可以通过竖立RGB三维坐标的中心轴并将其展平来获得HSV模型。RGB转化为HSV的代码如下：（2）像素点测试在识别图片时，我们需要通过像素点的移动来识别图片的位置以及对图片进行识别。像素点测试代码如下：（3）字符分割通过对识别的图片进行字符分割，从而便于对字符的识别，字符分割的代码如下。我们首先进行字符的分割，把分割的剩下字符返回，避免出现两个字符的情况，无法识别，并且当第一个字符被识别完成后，我们需要添加下一个需要分割的字数，并统计以及被分割的字数代码如下当字符被分割完成后，我们需要对字符的上下限进行定义，避免字符无法识别的情况如下：（4）字符识别的代码当字符分割完毕后，我们就需要将分割的字符进行匹配，从而便于完成字符的识别，完成车牌识别的功能。通过从右至左识别，取每个字符的值来进行识别，并且省略低于三个像素的位置，字符识别的代码如下：当识别字符完成，通过归一化的处理，把图片变为数组，并保存下来，代码如下：（5）二值化显示主要代码车牌识别系统的车牌区域主要通过二值化算法显示，车牌区域和识别区域的内容主要通过像素值和跳点识别。车牌区域二值化显示的代码如下：3.3.3成品图展示图3-5OV7670和STM32图3-6显示屏第4章总结在经过本次毕业项目的设计与完成之后，我的学习能力得到了非常大的提高，独立设计完成一个完整的项目对我而言是一次难得的自我提升的经历。在沈荣老师的悉心指导下，我基本实现了一个具有实用价值的车牌识别系统，完成了项目设计之初的目标。项目最终实现完成了以下功能：通过对车牌进行定位车牌的区域，在进行区域的分割以及对分割部分的匹配和识别功能。对于我而言，完成这样一个系统虽然并没有完全超出我的能力范围，但也不是一个简单的任