本發(fā)明涉及光學(xué)，具體涉及一種強(qiáng)背景光車牌識(shí)別系統(tǒng)及方法，它用于強(qiáng)光背景下的車牌快速捕捉及精確識(shí)別。

背景技術(shù)：

1、車牌檢測識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛,尤其是在復(fù)雜環(huán)境下車牌識(shí)別時(shí)顯得非常重要，針對(duì)一些復(fù)雜場景中(如強(qiáng)光背景、高速度、弱光照等)諸多不確定因素影響，目前已公開的現(xiàn)有技術(shù)要么針對(duì)性較弱、要么識(shí)別效果較差。

2、中國專利公開號(hào)為“cn211878342u”，專利名稱為“一種車牌識(shí)別偏振裝置”，其將偏振鏡片直接固定在攝像鏡頭前，利用偏振鏡片對(duì)反射光的過濾作用，減弱陽光反射光強(qiáng)，提高車牌識(shí)別效率，最終實(shí)現(xiàn)車牌的識(shí)別作用。該方法很大程度上依賴于白天自然光對(duì)車牌表面的照射情況，尤其是在識(shí)別環(huán)境變換時(shí)(如光線較弱、車燈亮度較大)需要針對(duì)不同的環(huán)境情況做出相應(yīng)調(diào)整，同時(shí)將偏振鏡片直接安裝在攝像頭前會(huì)出現(xiàn)清晰度減弱、對(duì)比度下降的情況，并不具備目標(biāo)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)成像、主動(dòng)增強(qiáng)目標(biāo)偏振特性等特點(diǎn)。

3、單獨(dú)的偏振片只能過濾一個(gè)偏振方向，對(duì)于動(dòng)態(tài)目標(biāo)而言，相對(duì)位置、姿態(tài)實(shí)時(shí)變化，僅用一個(gè)偏振方向成像僅能對(duì)特定目標(biāo)相對(duì)位置、姿態(tài)降低強(qiáng)光。若需要對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)、車輛等實(shí)現(xiàn)多角度偏振濾光，需要旋轉(zhuǎn)偏振片方向，并且與探測器幀頻一一匹配，由此帶來拍攝延時(shí)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降等問題，無法滿足對(duì)動(dòng)態(tài)高速目標(biāo)的成像需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決交通監(jiān)控中對(duì)行駛中車輛車牌在強(qiáng)光干擾、低光照條件下難以識(shí)別的問題，提供一種強(qiáng)背景光車牌識(shí)別系統(tǒng)以及快速捕捉、精確識(shí)別強(qiáng)背景光方向車牌具體信息的方法。

2、一種強(qiáng)背景光車牌識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)由激光照明器、偏振片、可見光彩色相機(jī)、可見光彩色偏振相機(jī)、衰減片、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電源模塊、控制器和圖像處理器、激光擴(kuò)束鏡組、可見光成像鏡組和可見光偏振成像鏡組組成；

3、所述激光照明器與激光擴(kuò)束鏡組連接，窄帶偏振片安裝在激光擴(kuò)束鏡組的出光口前方；

4、所述可見光彩色相機(jī)與可見光成像鏡組連接；

5、所述可見光彩色偏振相機(jī)與可見光偏振成像鏡組連接，衰減片與安裝在可見光偏振成像鏡組的前方；

6、所述控制器分別與激光照明器、可見光彩色相機(jī)、可見光彩色偏振相機(jī)連接；

7、所述可見光彩色相機(jī)、可見光彩色偏振相機(jī)分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；

8、所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與圖像處理器連接；

9、所述控制器與激光照明器、可見光彩色相機(jī)、可見光彩色偏振相機(jī)連接；

10、所述圖像處理器連接與控制器連接；

11、所述電源模塊分別與控制器(8)和圖像處理器連接。

12、一種強(qiáng)背景光車牌識(shí)別系統(tǒng)的方法，該方法包括以下步驟：

13、第一步，目標(biāo)捕獲及照明；

14、當(dāng)車輛進(jìn)入可見光成像鏡組并聚焦到可見光彩色相機(jī)視場后，圖像處理器根據(jù)圖像中光強(qiáng)異常區(qū)域判讀車輛是否進(jìn)入視場，當(dāng)目標(biāo)車輛進(jìn)入視場后，快速給控制器觸發(fā)信號(hào)，控制器接收到可見光彩色相機(jī)的觸發(fā)信號(hào)后再快速觸發(fā)激光照明器連續(xù)發(fā)射激光，通過激光擴(kuò)束鏡組準(zhǔn)直擴(kuò)束照射到汽車進(jìn)行快速曝光，直至目標(biāo)移出視場；

15、根據(jù)車牌激光回波功率模型可計(jì)算所需的激光照明器功率和經(jīng)目標(biāo)反射返回的總功率：

16、激光器照明器輸出波長為850nm，發(fā)射pt的輸出功率，接收模組光學(xué)孔徑面積為ar，則激光發(fā)射光經(jīng)車牌表面反射，最終接收模組總接收功率為：

17、

18、式中σ為后向散射截面；area≈π(rθb/2)2為距離r處的波束覆蓋面積；θb為光束束散角，其中：反射光邊緣光線與主光線存在偏角設(shè)為θc，表達(dá)式為θc＝2arctan(r2-r1/r)且在最邊緣光時(shí)θc＝θb，r1與r2分別為出光半徑與光斑半徑；

19、根據(jù)上式，結(jié)合實(shí)際成像照明距離和目標(biāo)大小，可以有針對(duì)性地選取激光照明器，確定激光照明器功率和束散角；

20、第二步，相機(jī)曝光；

21、控制器接收到可見光彩色相機(jī)的觸發(fā)信號(hào)，同步觸發(fā)可見光彩色相機(jī)和可見光彩色偏振相機(jī)工作，分別經(jīng)過可見光成像鏡組和可見光偏振成像鏡組聚焦成像，完成對(duì)目標(biāo)以相同的幀頻進(jìn)行連續(xù)拍照，同步獲取目標(biāo)背景可見光彩色圖像和可見光偏振圖像；

22、第三步，數(shù)據(jù)采集；

23、可見光彩色相機(jī)和可見光彩色偏振相機(jī)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)的雙路圖像，可見光彩色相機(jī)獲取400nm～900nm波段的彩色圖像；可見光彩色偏振相機(jī)獲取400nm～900nm波段的不同偏振方向即0°、45°、90°、135°的圖像，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸接口將兩路圖像傳輸給圖像處理器；

24、第四步，偏振圖像處理；

25、圖像處理器對(duì)偏振圖像進(jìn)行解算，不同偏振方向強(qiáng)度信息與偏振度之間關(guān)系為：

26、

27、

28、根據(jù)激光照明，獲得表征車牌入射、反射光線分布的雙向反射分布函數(shù)為：

29、

30、利用偏振度與不同偏振方向強(qiáng)度信息之間關(guān)系，可獲得表征車牌表面特性的穆勒矩陣：

31、

32、激光經(jīng)車牌表面后反射光線的雙向反射分布函數(shù)模型為：

33、

34、

35、此時(shí)，激光經(jīng)車牌后反射光的斯托克斯矢量可表示為：

36、

37、根據(jù)車牌反射光斯托克斯矢量與偏振度計(jì)算公式可得到基于激光入射目標(biāo)表面的反射光偏振度表達(dá)式為：

38、

39、忽略傳播過程中的能量損耗，即當(dāng)p0＝pt時(shí)，偏振度表達(dá)式為：

40、

41、根據(jù)上式可知，車牌表面偏振度受入射角、探測角、束散角和介質(zhì)折射率多個(gè)參數(shù)影響，利用上式，可有針對(duì)性地設(shè)置激光照明器參數(shù)和彩色偏振相機(jī)觀測角度，實(shí)現(xiàn)更高的偏振度圖像獲取，提升偏振圖像效果；

42、第五步，圖像融合處理；

43、使用可見光彩色相機(jī)和可見光彩色偏振相機(jī)對(duì)車牌圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理、融合與重建；首先提取可見光彩色相機(jī)采集的r、g和b三通道彩色圖像數(shù)據(jù)與可見光彩色偏振圖像采集的r、g和b三通道dolp像數(shù)據(jù)；其次對(duì)兩種圖像分r、g和b三同通道進(jìn)行數(shù)據(jù)特征點(diǎn)配準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同通道上圖像的目標(biāo)對(duì)齊，然后對(duì)對(duì)齊后的r、g和b三通道數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均圖像融合處理，分別構(gòu)成r、g和b通道偏振融合圖像；最后使用r、g和b通道偏振融合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行彩色圖像重建，完成彩色偏振融合圖像處理，對(duì)車輛概況、人員面容、車牌細(xì)節(jié)進(jìn)行凸顯，實(shí)現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)區(qū)域的特征增強(qiáng)。

44、本發(fā)明的有益效果是：

45、1)與傳統(tǒng)單一可見光彩色交通監(jiān)控探頭相比，該系統(tǒng)可有效抑制汽車大燈在夜間產(chǎn)生的強(qiáng)光干擾，提升強(qiáng)光背景中車牌的成像對(duì)比度和識(shí)別精度。

46、2)將增加了激光照明器對(duì)車輛車牌進(jìn)行照射補(bǔ)光，該系統(tǒng)將激光照明器、激光擴(kuò)束鏡組和偏振片組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明光源的偏振純化，可提高出射照明光的偏振度，有效減少激光照明光源在大氣傳輸過程中的偏振衰減。當(dāng)純化后的偏振光照射到車牌上時(shí)，可以使得車牌產(chǎn)生特定的偏振光，從而增強(qiáng)車牌的偏振特性。該方法可以有效提升暗弱環(huán)境下成像照度，同時(shí)提升偏振成像效果，最終提升偏振圖像信噪比。

47、3)該系統(tǒng)采用分焦平面偏振成像方法，與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)偏振片成像方式相比，該方法可以單次曝光即可同時(shí)獲取4個(gè)偏振方向的偏振圖像，保證了目標(biāo)在不同偏振方向圖像中的位置一致性，有效解決了旋轉(zhuǎn)偏振片對(duì)于動(dòng)態(tài)目標(biāo)成像時(shí)產(chǎn)生是視場誤差，有效提升了對(duì)高速動(dòng)態(tài)目標(biāo)的偏振解算精度，具有偏振成像實(shí)時(shí)性更強(qiáng)、分辨率更高、系統(tǒng)無運(yùn)動(dòng)部件、可靠性更高、結(jié)構(gòu)更加緊湊等特點(diǎn)，更適合對(duì)移動(dòng)中的車輛進(jìn)行偏振成像。

48、4)本方法將衰減片和可見光彩色偏振相機(jī)組合使用，同時(shí)結(jié)合主動(dòng)偏振激光照明，在有效衰減車燈等強(qiáng)光進(jìn)入彩色偏振相機(jī)的同時(shí)，避免彩色偏振相機(jī)曝光過度，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)可控地保證彩色偏振相機(jī)能夠獲取有效偏振信息。由于偏振度圖像與目標(biāo)和背景絕對(duì)強(qiáng)度無關(guān)，僅與目標(biāo)和背景強(qiáng)度差異有關(guān)。由于車牌材質(zhì)與汽車表面材質(zhì)不同、粗糙度不同，其偏振特性不同。因此其車牌目標(biāo)和車身背景的偏振強(qiáng)度不同。當(dāng)利用衰減片同時(shí)過濾目標(biāo)和背景入射到相機(jī)的光強(qiáng)時(shí)，傳統(tǒng)可見光彩色相機(jī)會(huì)同時(shí)降低目標(biāo)和背景的響應(yīng)度，致使目標(biāo)信噪比變差；但對(duì)于彩色偏振相機(jī)而言，在保證彩色偏振相機(jī)不過曝的前提條件下同時(shí)對(duì)目標(biāo)和背景成像，僅利用目標(biāo)和背景的偏振度差異即可提升目標(biāo)成像對(duì)比度。因此，本方法利用了偏振的“弱光強(qiáng)化”特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)光背景的有效抑制，而不是通常方法使用的偏振“強(qiáng)光弱化”效果。

49、5)本方法將可見光彩色相機(jī)和可見光彩色偏振相機(jī)組合使用，同步獲取雙路圖像，并對(duì)其進(jìn)行融合增強(qiáng)，在凸顯目標(biāo)輪廓信息的同時(shí)，保留了可見光彩色相機(jī)獲取的車輛輪廓和周圍背景圖像，能夠有效補(bǔ)充偏振圖像丟失的細(xì)節(jié)信息和背景信息，為管理人員判斷提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。