子波协处理器

2一一第18卷第6期1g99年12月红外与毫米波学报J.
InfraredMillim.
WavesVo】.
18,No.
6December,1999光电混合体全息子波关联存储车辆牌照识别系统邋塑金国藩邬敏贤何庆声L』鼍/.
6(清华太学精密删试技术噩仪器国家重实验室,北京,100084)摘要提出并构建了一个糍的光电昆旨羊辅牌照识别系统.
系统摄取车辆牌照,由计算机完成牌照字符的舟割却提取后,送^j亡掌悼垒惠子渡若联存储协处理器进暂牌照识别,谚协处理器具有瞬多通道井秆相关特陛.
井采用于溲变热提高系统曲生别能力实验结果验证了最统晷项功能的I二陛.
引言相是检{,主挥饭5兹言车辆牌照的自动识别是实现交通管理智能化的重要环节之一,是机动车道自动收费、停车场自动管理和交通违规自动记录等应用场合的核心技术.
光电混合型图像处理系统将光学的快速并行性与电算的灵活性有机地结合起来.
十分适用十车=辆牌照识别的大批量和高效率要求.
基于光折变晶体的体全息存储技术因具有存储容量大、传输速率高和寻址速度快等优点而得到人们的重视,并在智能交通领域得到应用.
基于体全息存储的车辆自动导航系统已经出现.
体全息关联存储车辆牌照识别系统利用晶体的关联存储特性.
由特定角度的参考光复台来记录车辆牌照中的字符模板.
并通过检测由待识字符调制的物光读出的系列"参考光"中强度最大者的方位来进行识别.
该系统具有瞬间多通道并行相关操作的独特优.
将子波变换引入体全息相关系统一,可以进一步改善相关峰的质量,提高系统的鉴别能力].
本文对车辆牌照和所需识别的字符进行了分类.
用连通域搜索算法,实现牌照的分割和提取;在对比子波相关和传统相关的基础上.
描述了体全息子波关联存储协处理器的相关机理、体系结构和运作方式.
并利用实时采集的车牌图象进行广应用实验研究.
1车辆牌照和字符的分类我国目前使用最多的车辆牌照格式为"口,由7个字符组成,其中口"为汉字,一般为省、自治区、直辖市的简称或天干地支;""为英文字母;"为英文字母或阿拉伯数字;"*"为阿位伯数字.
其它特殊形式的牌照主要有:公安车辆.
格式为"口***国家自然科学基金(编号:69877007)盈863高科拄基金(编号863307—144)资助项目稿件收到El期19990104.
修改稿收到日期199q0412维普资讯http://www.
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comθ'f)L二二阴199B年12月J.
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Waves光电混合体全患子波关联存储车辆牌黑识到系统普马'飞也L夜,:\"u.
尽ecemb曰穹1,主99兰主豆豆豆豆全国著邬敏i苦好或声d刊I.
11毛【清华文学精密商i主技术"仪器国革重在实敦室穹北京,l'咱G~.
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光屯混合型图像处理系统将光学的生是速并行注与电蔡的灵活性有机地结合起采'十兮适用于车辆牌照识别的大批量秸高放率妻求基于光折变晶体的体全息存键技术因其育存储容量大、传输速率高和寻址速建快等优点顶得到人们约重视C仁,并在智能交通领域得到应用.
基于体全息存储的车领自动导航系统已经出现二体全息关联存铺车辆牌照识lllJ系统利用品体的关联存错特性电自特定角度的参考光复合来记录车辆牌照中的字符模阪.
并通过检测出待汉字符该割的物光读出的系列响参考光"中强度最大苦的方位亲进行识那该条统具育部毒i可多通道并行车E关操作的1直待优点.
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描述了体全怠子波关联存精协处理器的相关梳理、体系结梅和运作方式.
并利用实at菜集的车牌图象进行f应用实验研究E1车辆牌照和字符的分类我国吕前使用最多的车辆牌照格式为饲己二卒,''毒自7俨字待组成,真中"口"为汉字.
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com6黯冯主鞋等=光电7撞击体全息F波关联存储车辆牌田识割草或毛73、警飞7于字符h武警车辆.
格式为何W]疆、:牛,、J气9个字符),其中符号的意立与主述榕同.
自此.
传识到的字符摸版可以升为以下三类-汉字λ',包括京飞津等省级简称31子,厚、乙等天于101""~子、丑等地支121、.
以及"警"字3英文字母261',A飞ι…….
Z,阿拉伯数字10于~()、L".
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字符总数为如个''乍文仅考虑7i'、字符车辆在军照的识到-z车辆牌照字符的连通域搜索分部算法实对摄取车辆图像后.
首要任务是将车辆牌照字符分享~J并提取,由于车辆种类的多样比.
车辆将照的背景通常比较复杂,能否分割.
l',豆分割质量的好坏.
直接影响到识别的放果.
车牌字符的分害1]是由软硬件共同承担的硬件系绞应为软件提曾是尽可能清曦的图像E并且对环境光照变化有一定的适应能力本文采用也连通域搜索给部算法流程细图口时所示-先根据图律的灰阶主}f留给布选定网值T将图像一二值比.
二值图像出多于大大小心的黑或自连通域捏成.
这定的闰值比较合理对'车辆草草顶上的每于字符都将是个强立的连通域,由于系统是通过传感器(40压理线画〉放军主执行的.
可以保证图像摄取在离格对比轻固定,因此字符连通域的国担格对稳定于区!
同[二二,S"J之中,统计各连通域剖面识5,.
若5,包&;-1'区间[s苦.
5二,则视为合法连通域,否则为非法连通域,搜索出二值图像中的所有合法连通域.
并取其中尺度最为接近的7个'a~宅疯了字符剖分部和提取提取的字符大小可能因摄取距离的不同而有病变化,需要对其尺寸做归A化处理.
在911初为实验中接取的-幅车辆图像{24位真影色人其宁存甘苦到提取结果~D001(0,fiIT示.
提取的字符被送人光学体全怠fj度关联存储协处理器进行i只知设定自E憧及1合法连通壤区饲[S.
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actedτεsuJts虹外与毫米波学报18卷3体全息子波关联存储协处理器体全息子渡关联存储协处理器综台了体全息存储、子渡变换和相关检测等多项技术.
具有并行性好、处理速度快和识别准确率高等优.
3.
1子波相关理论传统相关是待识图像与模板图像问的直接匹配操作.
于波相关刚通过选择适宜参数的子波函数分别对待识图像和模板图像进行滤波.
提取图像间最具差异的特征.
实现特征间的匹配操作,因而具有更高的鉴别能力.
设待识图像与模板图像分别为(r,)和,v),则其子波相荚定义为:厂(n)@^(,J]@-str,)@^f,]式c1)中""为相关操作,t)一(一)为子波函数一"一("一、)为度因子.
F(i-j、S(训和H(.
t/,,o)分别为,(n)、(j-,】的傅里叶变换.
本文选择墨西哥帽子波函数构造滤波器,用以提取图像的边缘特征其二维频域形式:,(训=4T::("+.
)exp[27r("+)](2)为正实值函数,便于制作为获得最住的相关匹配效果,文中根据滤波器评价参数.
对字符图像在不同尺度下的于波匹配设果进行了统计分析.
获得了近似虽优尺度的子波滤波器.
以车辆牌照中的字符E和"F为例分析子渡相关的性能.
由于字符"E"完全包含"F"(见图2(a)),若采用传统匹配操作,"F"和"E"的互相关峰值等于"F"和F"的自相关峰值(见图2(b、),因此当识别字符…F'时.
会发生误判.
采用墨西哥帽子液滤波器(见图2(c)、对两个字符进行滤波预处理,结果如图2(d)所示.
字符的边缘特征被提取出来.
由于字符"E"的边缘不能完全包含"F"的边缘.
因此…F'和…F的子波自相关峰值大于"F"和"E"的于波互相关峰值(见图2(e)).
可见,图像经过子渡变换后,提高了匹配相关的鉴别能力.
3.
2体全息子波相关机理根据式(1),先在光折变晶体中存储模板图像子波滤波的多重谱全息,然后用待识图像的子波滤波谱读取存储的全息图,再对读出信息作傅里叶反变换便可得到子波相关结果.
忽略晶体厚度及有限截面尺寸影响.
在晶体中记录的角度多重子波滤波谱全息图可简写为I一.
)H("z)+R(",)'一I5IIH【!
+R【一5mHR一5HR$.
(3)式(3)中S(t-)为模板图像5(,的傅里叶变换,R(一)表示S.
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)对应的参考光柬.
识别时,用待识图像,(z.
)的子波滤波谱去读取晶体中的全息图,读出结果为维普资讯http://www.
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3,1子波相关理论传统极关是待识国海与模捉图像|泻的直接匹配操作于波相关则通过选择适宜参数自号子波画数分哥哥对待识图像和模板图像进行法波.
提取图豫i司最具辛辛辛的特征.
实现特征间的匹配操作,因而具有更高剖鉴那能力.
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/协处理器原型图3为体全包子披相关协处理器光路示意图.
激光器发出的光经滤波、扩束、准直和分物光参考光0图3体全息子渡相关协处理器光路示意图Fig3SeJ~ematicdrawingofthevolumeholographicwardercorrelationcoproce㈨r砌0如||㈨.
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com6期:马文毅等三范电混合体全J患于遮天联存储车辆将J~iP.
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",let飞rrelatlonζoprùcessor红外与毫米波学报束后,获得物光和参光两束光路.
参考光束经透镜I和l:组成的光束扫描机构后.
投射到光折变晶体PRC上为保证参考光束在晶体记录面上的大小和位置不发生变化,仅有方向变化.
需要使扫描透镜I.
所在的平面与晶体记录面关于透镜I成物像关系.
当透镜I相对于光轴中心线在r和方向分别移动和时(图3中仅画出沿r方向移动的情形j.
由几何光学理论.
可得晶体中人射光束的偏转角为:一tg'(.
)lvd一:j≈.
了一.
(6)式(6)中-,和/分别为透镜I和I的焦距.
为透镜I,和I!
的间距.
由于系统采用广球面参考光波.
具有比平面渡更低的串扰噪声和更为紧凑的系统结构.
对提高多通道体全息相关的识别准确率十分有利,相关输出就1J}球面参考光波的会聚面()上物光光路中,空间光调制器sIMJ的输人像经透镜FI的博里叶变换谱被丁波滤波器wF滤波后.
由成像透镜1I成像在晶体记录面上.
与参考光束发生f:涉.
干涉产牛的全息图因光折变效应而记录时,更换辅人图像.
井在垂直于透镜光轴的和v方向平移透镜I…便r实现角度多重记录.
读出时,关闭参考光路,输人待识图像.
就可以在参考光波的会聚面()上得到多个通道的相关输结果,每一通道相戈输的位置和峰值与记录时存储j该通道的图像一一对应.
相关输出由('CD获取后,送计算机作峰值检测.
由丁模板罔像的记录可以事先进行.
读出操作是在瞬间完成的.
凼此可以实现图像的实H识别及跟踪.
4车辆牌照识别的实验研究采用光折变晶体体息子波相关协处理器进行车辆牌照字符识别的优点在于在晶体中事先存储了所有90个字符模板的图像,应用时只要输人待识字符,便口J以在协处理器的一次并行输出中获得待识字符与90个字符模板的相关结果采用最大相关检测.
就能方便快速地实现字符的识别.
实验所用的HeNe激光器额定的功率为30roW.
工作波长为0.
6328pm;记录晶体选用Fe:IiNbO晶体.
其尺寸大小为8*8x3ram.
实际制作的滤波器用打印精度为36OOdpi的激光打印机打印在胶片上.
为便于进行相关检测,字符模板输出面上相关通道的位置对应关系如图4所示.
存储时,先记录下透镜【_在』方向的起始位置,然后在方向角度复合存储"京~藏"31个汉字;接着将透镜I恢复到方向的起始位置处并在方向平移一定距离.
再在r方向角度复台存储"甲~警"23个汉字;依此类推.
分别篓ze个英文字母以及"0~9"10.
画[2lO面It[2面2223263[拉伯数l崮崮…崮亩萄…亩萄一一依次输人图1(c)中分割提取的7个字符.
3}囚回…·-团囡田一1w11~1…回CCD获取的系统原始输出结果如图5所示.
对『LLLrL照囤4所示的位置对应关系可知.
最大相关峰'均出现在正确的位置上.
由于从不同车辆图像中分割出来的同…个c.
ⅢlatL0nchannelrh…tDcD【维普资讯http://www.
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coml'卷司在j舌雹获得物光和参危两束光路参考光束径运徨L如L勾结成的光"R扫描机构6.
投射到光折变晶体PRCi为保证参号)\";束在品体记录面上钓大r卜和位置不发生变化,仅有方向变化.
需要使扫描透镜L,听在的平面与品钵记录面关于透撬L.
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z协处理器识到字符皂"fi于稍有孜的-系统具育实时进行车辆猝照识吕号的能力.
并且速度陕、准隐率高,充廿体现了范电混合系绞的优越性.
如何提高系统适应外界环境的能fJ秘畸变不变性有待进一步研究-隧喜若品体{丰全息存错技术和相关器件约成熟.
本系统具有开发潜力.
并在'望实用化,在智能交通领域中极有广i阔的应用前景-478红外与毫米波学报18卷REFERECES【Heaunej.
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iJ1N(iLIOFanWUMinKlanHEQingShengs1i1eKeyLab(r(v、)fIrecisionMea~urcmenlIechnoh>gvandl1Isru221en[b【1"EhuflniversiI.
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AbstractAnovelreal—timeoptoelectronicsystem\~zasproposedandconstructedforli—ceriseplaterecognition.
Theextractionofcharactersinalicenseplateimagewasaccorl1一plishedbyacomputer,andtherecognitionofthecharacterswasachievedbyacoprocessorbasedonvolumehotographicstorageandwaveletcorre[ation.
Thecoprocessorhastbeabilityofmultichannelprocessingin.
parallelandinstantway.
Thefeasibilityofthesys—ten]wastestifiedbyexperimentalresuI1s.
Keywordsvolumeholographicstorage.
wavelettransform.
correlationidentificationlicenseplaterecognition.
TheprojectsupporledbytheNationalNatu*al;%'ienceFoundationandHighTechno2ogyFoundationofChinaReceived1999—01—04,revised10904I2维普资讯http://www.
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com472、红叶与毫未读字报18卷REFEREI'\CESHeauneJ.
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