基于Matlab的车牌识别系统

一、设计原理

车辆车牌识别系统的基本工作原理为：将摄像头拍摄到的包含车辆车牌的图像通过视频卡输入到计算机中进行预处理，再由检索模块对车牌进行搜索、检测、定位，并分割出包含车牌字符的矩形区域，然后对车牌字符进行二值化并将其分割为单个字符，然后输入JPEG或BMP格式的数字，输出则为车牌号码的数字。车牌自动识别是一项利用车辆的动态视频或静态图像进行车牌号码、车牌颜色自动识别的模式识别技术。其硬件基础一般包括触发设备、摄像设备、照明设备、图像采集设备、识别车牌号码的处理机等，其软件核心包括车牌定位算法、车牌字符分割算法和光学字符识别算法等。某些车牌识别系统还具有通过视频图像判断车辆驶入视野的功能称之为视频车辆检测。一个完整的车牌识别系统应包括车辆检测、图像采集、车牌识别等几部分。当车辆检测部分检测到车辆到达时触发图像采集单元，采集当前的视频图像。车牌识别单元对图像进行处理，定位出车牌位置，再将车牌中的字符分割出来进行识别，然后组成车牌号码输出。

参考源码：MATLAB车牌识别GUI界面.zip-专业指导文档类资源-CSDN下载

二、设计步骤

总体步骤为：

车辆→图像采集→图像预处理→车牌定位

→字符分割→字符定位→输出结果

基本的步骤：

a.车牌定位，定位图片中的车牌位置；

b.车牌字符分割，把车牌中的字符分割出来；

c.车牌字符识别，把分割好的字符进行识别，最终组成车牌号码。

　　车牌识别过程中，车牌颜色的识别依据算法不同，可能在上述不同步骤实现，通常与车牌识别互相配合、互相验证。

(1）车牌定位:

自然环境下，汽车图像背景复杂、光照不均匀，如何在自然背景中准确地确定车牌区域是整个识别过程的关键。首先对采集到的视频图像进行大范围相关搜索，找到符合汽车车牌特征的若干区域作为候选区，然后对这些侯选区域做进一步分析、评判，最后选定一个最佳的区域作为车牌区域，并将其从图象中分割出来。

流程图:

（2）车牌字符分割 :

完成车牌区域的定位后，再将车牌区域分割成单个字符，然后进行识别。字符分割一般采用垂直投影法。由于字符在垂直方向上的投影必然在字符间或字符内的间隙处取得局部最小值的附近，并且这个位置应满足车牌的字符书写格式、字符、尺寸限制和一些其他条件。利用垂直投影法对复杂环境下的汽车图像中的字符分割有较好的效果。

流程图：

（3）车牌字符识别 :

字符识别方法目前主要有基于模板匹配算法和基于人工神经网络算法。基于模板匹配算法首先将分割后的字符二值化,并将其尺寸大小缩放为字符数据库中模板的大小，然后与所有的模板进行匹配，最后选最佳匹配作为结果。基于人工神经元网络的算法有两种：一种是先对待识别字符进行特征提取，然后用所获得特征来训练神经网络分配器；另一种方法是直接把待处理图像输入网络，由网络自动实现特征提取直至识别出结果。实际应用中，车牌识别系统的识别率与车牌质量和拍摄质量密切相关。车牌质量会受到各种因素的影响，如生锈、污损、油漆剥落、字体褪色、车牌被遮挡、车牌倾斜、高亮反光、多车牌、假车牌等等；实际拍摄过程也会受到环境亮度、拍摄亮度、车辆速度等等因素的影响。这些影响因素不同程度上降低了车牌识别的识别率，也正是车牌识别系统的困难和挑战所在。为了提高识别率，除了不断的完善识别算法，还应该想办法克服各种光照条件，使采集到的图像最利于识别。

流程图：

三 源码实现

3.1输入待处理的原始图像:

clear ;
close all;
%Step1 获取图像   装入待处理彩色图像并显示原始图像
Scolor = imread('3.jpg');%imread函数读取图像文件

%将彩色图像转换为黑白并显示
Sgray = rgb2gray(Scolor);%rgb2gray转换成灰度图
figure,imshow(Sgray),title('原始黑白图像');

s=strel('disk',13);%strei函数
Bgray=imopen(Sgray,s);%打开sgray s图像
figure,imshow(Bgray);title('背景图像');%输出背景图像

Egray=imsubtract(Sgray,Bgray);%两幅图相减
figure,imshow(Egray);title('增强黑白图像');%输出黑白图像

fmax1=double(max(max(Egray)));%egray的最大值并输出双精度型
fmin1=double(min(min(Egray)));%egray的最小值并输出双精度型
level=(fmax1-(fmax1-fmin1)/3)/255;%获得最佳阈值
bw22=im2bw(Egray,level);%转换图像为二进制图像
bw2=double(bw22);
figure,imshow(bw2);title('图像二值化');%得到二值图像

grd=edge(bw2,'canny')%用canny算子识别强度图像中的边界
figure,imshow(grd);title('图像边缘提取');%输出图像边缘

bg1=imclose(grd,strel('rectangle',[5,19]));%取矩形框的闭运算
figure,imshow(bg1);title('图像闭运算[5,19]');%输出闭运算的图像
bg3=imopen(bg1,strel('rectangle',[5,19]));%取矩形框的开运算
figure,imshow(bg3);title('图像开运算[5,19]');%输出开运算的图像
bg2=imopen(bg3,strel('rectangle',[19,1]));%取矩形框的开运算
figure,imshow(bg2);title('图像开运算[19,1]');%输出开运算的图像

[L,num] = bwlabel(bg2,8);%标注二进制图像中已连接的部分
Feastats = imfeature(L,'basic');%计算图像区域的特征尺寸
Area=[Feastats.Area];%区域面积
BoundingBox=[Feastats.BoundingBox];%[x y width height]车牌的框架大小
RGB = label2rgb(L, 'spring', 'k', 'shuffle'); %标志图像向RGB图像转换
figure,imshow(RGB);title('图像彩色标记');%输出框架的彩色图像

histcol1=sum(sbw1);      %计算垂直投影
histrow=sum(sbw1');      %计算水平投影
figure,subplot(2,1,1),bar(histcol1);title('垂直投影（含边框）');%输出垂直投影
subplot(2,1,2),bar(histrow);     title('水平投影（含边框）');%输出水平投影

figure,subplot(2,1,1),bar(histrow); title('水平投影（含边框）');%输出水平投影
subplot(2,1,2),imshow(sbw1);title('车牌二值子图');%输出二值图

fresult = fit(xdata',ydata','poly1');   %poly1表示一介拟合    Y = p1*x+p2
p1=fresult.p1;
angle=atan(fresult.p1)*180/pi; %弧度换为度，360/2pi,  pi=3.14

subcol = imrotate(subcol1,angle,'bilinear','crop'); %旋转车牌图象
sbw = imrotate(sbw1,angle,'bilinear','crop');%旋转图像
figure,subplot(2,1,1),imshow(subcol);title('车牌灰度子图');%输出车牌旋转后的灰度图像标题显示车牌灰度子图
subplot(2,1,2),imshow(sbw);title('');%输出车牌旋转后的灰度图像
title(['车牌旋转角: ',num2str(angle),'度'] ,'Color','r');%显示车牌的旋转角度

histcol1=sum(sbw); %计算垂直投影
histrow=sum(sbw'); %计算水平投影
figure,subplot(2,1,1),bar(histcol1);title('垂直投影（旋转后）');
subplot(2,1,2),bar(histrow);     title('水平投影（旋转后）');

figure,subplot(2,1,1),bar(histrow);     title('水平投影（旋转后）');
subplot(2,1,2),imshow(sbw);title('车牌二值子图（旋转后）');

maxhight=max(markrow2);
findc=find(markrow2==maxhight);
rowtop=markrow(findc);
rowbot=markrow(findc+1)-markrow1(findc+1);
sbw2=sbw(rowtop:rowbot,:);  %子图为(rowbot-rowtop+1)行
maxhight=rowbot-rowtop+1;   %字符高度(rowbot-rowtop+1)

histcol=sum(sbw2);  %计算垂直投影
figure,subplot(2,1,1),bar(histcol);title('垂直投影（去水平边框后）');%输出车牌的垂直投影图像
subplot(2,1,2),imshow(sbw2); %输出垂直投影图像
title(['车牌字符高度： ',int2str(maxhight)],'Color','r');%输出车牌字符高度
%对垂直投影进行峰谷分析

l=0;
for k=1:n1markcol3(k)=markcol(k+1)-markcol1(k+1);%字符下降点markcol4(k)=markcol3(k)-markcol(k); %字符宽度（上升点至下降点）markcol5(k)=markcol3(k)-double(uint16(markcol4(k)/2));%字符中心位置
end
markcol6=diff(markcol5); %字符中心距离（字符中心点至下一个字符中心点）
maxs=max(markcol6); %查找最大值，即为第二字符与第三字符中心距离
findmax=find(markcol6==maxs);
markcol6(findmax)=0;
maxwidth=max(markcol6);%查找最大值，即为最大字符宽度

l=1;
[m2,n2]=size(subcol);
figure;
for k=findmax-1:findmax+5cleft=markcol5(k)-maxwidth/2;cright=markcol5(k)+maxwidth/2-2;if cleft<1cleft=1;cright=maxwidth;endif cright>n2cright=n2;cleft=n2-maxwidth;endSegGray=sbw(rowtop:rowbot,cleft:cright);SegBw1=sbw(rowtop:rowbot,cleft:cright);SegBw2 = imresize(SegBw1,[22 14]); %变换为22行*14列标准子图      subplot(2,n1,l),imshow(SegGray);if l==7title(['车牌字符宽度： ',int2str(maxwidth)],'Color','r');endsubplot(2,n1,n1+l),imshow(SegBw2);        fname=strcat('F:\MATLAB\work\sam\image',int2str(k),'.jpg');%保存子图备选入样本库,并建立样本库imwrite(SegBw2,fname,'jpg') l=l+1;
end