畢業(yè)論文：基于DSP的數(shù)字圖像處理技術(shù)研究與設(shè)計(jì)

基于DSP的數(shù)字圖像處理技術(shù)研究與設(shè)計(jì)
Digital image processing technology research and design based on DSP

學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 通信13-1
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師： **教授

2017 年 5 月 28 日
基于DSP的數(shù)字圖像處理技術(shù)研究與設(shè)計(jì)

摘要

經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展促使汽車(chē)數(shù)量與日俱增。車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)成為現(xiàn)代智能交通管理的必然趨勢(shì)。由于車(chē)牌清晰程度、拍攝方式以及環(huán)境等因素的影響，常常會(huì)給車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別造成一定的干擾。所以，車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的一大難題就是在復(fù)雜的背景中快且準(zhǔn)地對(duì)車(chē)牌信息進(jìn)行定位。
本文在軟件設(shè)計(jì)部分對(duì)車(chē)牌識(shí)別的車(chē)牌定位、字符分割和字符識(shí)別三個(gè)組成部分進(jìn)行研究。在車(chē)牌定位中采用基于車(chē)牌彩色信息的彩色分割方法對(duì)車(chē)牌進(jìn)行定位。字符分割則是其他兩部分的的橋梁，其采用查詢存在連續(xù)文字塊的方法，對(duì)車(chē)牌字符進(jìn)行分割。字符識(shí)別關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的成敗，提取字符的加權(quán)組合特征，利用模板匹配法進(jìn)行汽車(chē)牌照的字符識(shí)別。
在硬件設(shè)計(jì)方面主要將車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究與TMS320DM642 DSP芯片的硬件結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，探究車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)與DSP硬件系統(tǒng)之間的內(nèi)在聯(lián)系，并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。這對(duì)DSP技術(shù)、車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有無(wú)法比擬的作用。


關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理，DSP，車(chē)輛牌照識(shí)別，二值化，字符分割，字符識(shí)別

Digital image processing technology research and design based on DSP

ABSTRACT


The number of cars is becoming more and more due to the continuous development of the economy. License plate recognition system has become an inevitable trend of modern intelligent traffic management. Automatic license plate recognition is often interfered, because of the clarity of the license plate, the shooting mode and environmental factors. Therefore, the problem of automatic license plate recognition system is to locate the license plate information quickly and accurately in comple* background.
In the software design of this paper
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略2075字，正式會(huì)員可完整閱讀）……　
著科學(xué)水平的不斷進(jìn)步，全球智能化和信息化時(shí)代的到來(lái)，使得智能交通系統(tǒng)成為現(xiàn)代交通管理的必然趨勢(shì)。車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)作為現(xiàn)代智能化交通系統(tǒng)中備受青睞的研究領(lǐng)域。在城市道路、收費(fèi)站、停車(chē)場(chǎng)以及高速公路都是其用武之地，汽車(chē)牌照的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)大大提高了交通系統(tǒng)的管理水平和自動(dòng)化水平，并兼具安全，高效以及巨大的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)其起著無(wú)法比擬的作用。他是交通管理系統(tǒng)從傳統(tǒng)向智能化發(fā)展的一次偉大跨越。其應(yīng)用范圍廣泛，主要體現(xiàn)在：
1．交通監(jiān)控。在相應(yīng)的交通路段通過(guò)車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)車(chē)輛的交通信息進(jìn)行監(jiān)控，以避免和觀察交通狀況。其還能夠結(jié)合一些類似的速度檢測(cè)器，對(duì)違速行駛的車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一經(jīng)測(cè)得即通過(guò)相關(guān)拍攝設(shè)備采集車(chē)輛信息以提取車(chē)牌號(hào)并且對(duì)其發(fā)出警告信號(hào)。
2．事故自動(dòng)測(cè)報(bào)。主要是在高速公路上該車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控路面狀況和對(duì)車(chē)輛的流動(dòng)指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便能夠即時(shí)的處理排隊(duì)、違速、交通堵塞以及事故等不正常的交通情況。
3．不停車(chē)檢查。通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)車(chē)牌號(hào)碼進(jìn)行提取并從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出該車(chē)的相關(guān)信息，以發(fā)現(xiàn)未交養(yǎng)路費(fèi)的車(chē)輛或在一些特殊單位（如軍用部門(mén)、b_m單位等）、公路路橋收費(fèi)站、住宅小區(qū)區(qū)等對(duì)于需要自動(dòng)放行的車(chē)輛驅(qū)動(dòng)相關(guān)機(jī)器令其通過(guò)。如果與同一型號(hào)的車(chē)輛測(cè)速器結(jié)合使用，能夠快速測(cè)得與汽車(chē)型號(hào)不一致的車(chē)牌車(chē)輛。
4．車(chē)輛定位。通過(guò)該識(shí)別系統(tǒng)提取車(chē)牌信息以對(duì)被盜車(chē)輛實(shí)現(xiàn)追蹤定位。由于該系統(tǒng)能夠預(yù)防、發(fā)現(xiàn)以及追蹤被執(zhí)法部門(mén)列入“黑名單”的車(chē)輛的重要作用，使其成為交通安全和城市治安的有力保障。將車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用于停車(chē)場(chǎng)、公路收費(fèi)站以及高峰路段，用以對(duì)通緝的車(chē)輛進(jìn)行排查；對(duì)車(chē)輛高峰期的收費(fèi)站排隊(duì)以及交通擁堵問(wèn)題進(jìn)行處理；對(duì)路橋關(guān)口、車(chē)輛停放場(chǎng)所以及高速公路的收費(fèi)監(jiān)管提供有力保障；對(duì)交通單位的車(chē)輛信息以最簡(jiǎn)單地方式與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接。以達(dá)到對(duì)車(chē)輛據(jù)統(tǒng)計(jì)的智能化，查詢不清楚等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行處理。
1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
對(duì)車(chē)牌識(shí)別技術(shù)的研究起源于國(guó)外，早在20世紀(jì)80年代國(guó)外就著手對(duì)其進(jìn)行了零零散散的探究，但由于當(dāng)時(shí)科技水平的限制，對(duì)車(chē)牌技術(shù)的研究并不能建立一個(gè)相對(duì)完整的體系，而僅僅是停留在某一具體的問(wèn)題上，僅僅只能是在實(shí)驗(yàn)室中完成。并且識(shí)別過(guò)程要經(jīng)過(guò)相當(dāng)多的數(shù)值計(jì)算，滿足不了實(shí)時(shí)性條件。即使利用簡(jiǎn)便的圖像處理技術(shù)，仍然有必要對(duì)最后接入進(jìn)行人為干預(yù)。90年代后，對(duì)車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)詳細(xì)完整以及全面的研究逐漸步入正軌。典型的代表有A.S.Johnson等相關(guān)研究人員在1990年基于圖像和視覺(jué)技術(shù)提出的包括圖像分割、特征提取和模板構(gòu)造、字符識(shí)別等三個(gè)模塊組成的車(chē)輛牌照自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。包括R.A.Lotufo在內(nèi)的若干研究人員與1990年利用基于視覺(jué)的字符識(shí)別技術(shù)對(duì)得到的圖像進(jìn)行分析處理，首先將車(chē)牌在經(jīng)過(guò)二值轉(zhuǎn)化后的圖像中找出，之后通過(guò)邊界追蹤技術(shù)對(duì)車(chē)牌特征進(jìn)行提取，接著通過(guò)相關(guān)分類器將提取到的車(chē)牌信息同字符庫(kù)中的最正確字符進(jìn)行對(duì)比，獲得單一或多個(gè)汽車(chē)牌照的候選號(hào)碼，最后對(duì)這些號(hào)碼進(jìn)行核查以確保最終找出的車(chē)牌號(hào)碼的準(zhǔn)確性。由于這一時(shí)期的研究?jī)H關(guān)注與車(chē)牌號(hào)碼識(shí)別的正確率而忽視了實(shí)時(shí)性的要求，從而車(chē)牌號(hào)碼的識(shí)別效率有待進(jìn)一步提高。
完成車(chē)輛牌照的精確定位后后續(xù)的主要工作就是如何對(duì)車(chē)牌中的存在的相關(guān)字符信息進(jìn)行分析確認(rèn)。而我國(guó)的車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)由于包含了漢字，使其與國(guó)外的系統(tǒng)有很大的區(qū)別，因此對(duì)于國(guó)外的車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)我們不能照搬照抄而是只能作為參考。尋找一條實(shí)用的能夠?qū)︓?chē)牌字符實(shí)現(xiàn)正確識(shí)別的處理方案迫在眉睫。雖然目前有很多方法應(yīng)用于車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)，但由于其局限性以及實(shí)時(shí)性較差，其效果與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)，很難應(yīng)用于高速度、快節(jié)奏的現(xiàn)代化交通管理系統(tǒng)，所以對(duì)車(chē)牌系統(tǒng)的深入研究成為首要工作。值得欣喜的是我們只需要開(kāi)拓字符識(shí)別中漢字的識(shí)別研究而對(duì)于字母和數(shù)字的識(shí)別我們可以借鑒外國(guó)的研究技術(shù)。
1.4 目前存在的問(wèn)題
對(duì)車(chē)牌定位系統(tǒng)的研究最早起源與國(guó)外，我國(guó)也從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，逐漸加深對(duì)車(chē)牌定位系統(tǒng)的研究，并取得了一定得成果�；谧儞Q函數(shù)的車(chē)牌定位算法；基于車(chē)牌特征的車(chē)牌定位算法；基于視覺(jué)檢測(cè)的車(chē)牌定位算法。這些都是比較好的算法，但由于其本身的局限性和針對(duì)性，所以不能很好的滿足車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的要求。而J.Barroso等相關(guān)研究人員人發(fā)明的基于水平線搜尋的車(chē)牌定位算法;R.Parisi等提出的基于DFT變換的頻域分析方法;雖然克服了車(chē)牌定位的局限性，但由于其運(yùn)行速度較慢，極易受到復(fù)雜背景和光照條件的影響，也不能很好的加以利用。通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)合某些數(shù)學(xué)相關(guān)工具，對(duì)那些繁雜的圖像進(jìn)行處理，不盡能夠提高圖像處理效率還能夠改善圖像的處理質(zhì)量。例如基于局部閾值的車(chē)牌定位二值化算法和自適應(yīng)形態(tài)學(xué)濾波的車(chē)牌定位算法。還有其他一些算法是通過(guò)某些數(shù)學(xué)工具利用小波變換、遺傳算法等對(duì)原有的方法進(jìn)行改進(jìn)，如基于屬性開(kāi)運(yùn)算的車(chē)牌定位算法；基于小波變換和形態(tài)學(xué)圖像分割的車(chē)牌定位方法等。這些方法滿足實(shí)時(shí)性的要求，具有一定的參考價(jià)值，但仍然存在不足的地方，需要進(jìn)一步的研究與改進(jìn)。
車(chē)牌字符識(shí)別系統(tǒng)主要就是對(duì)車(chē)牌中的字符、漢字、數(shù)字進(jìn)行分析確認(rèn)。能否完成對(duì)車(chē)牌上的印刷體文字的正確識(shí)別是車(chē)牌字符識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵，研究時(shí)我們不單單要關(guān)注車(chē)牌的文字識(shí)別技術(shù)問(wèn)題，還要考慮車(chē)牌區(qū)域問(wèn)題。車(chē)牌字符識(shí)別系統(tǒng)主要是文字識(shí)別與車(chē)牌圖像自身因素兩者相互兼容的系統(tǒng)。由于車(chē)牌清晰度、光照條件、環(huán)境因素、車(chē)輛運(yùn)動(dòng)以及拍照角度等因素的干擾可能會(huì)給車(chē)牌字符識(shí)別帶來(lái)字符模糊、破裂、傾斜等的影響。干擾車(chē)牌識(shí)別的正確性。綜合上述問(wèn)題，研究了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模板匹配的字符識(shí)別算法，該算法取二者之所長(zhǎng)，大大改善了車(chē)牌字符識(shí)別的正確率。但我們也不能太過(guò)驕傲，雖然取得這么大的成功，但其離實(shí)用化階段還很遠(yuǎn)，許多研究?jī)H僅停留在理論和實(shí)驗(yàn)室階段，并不能夠投入生產(chǎn)和應(yīng)用到實(shí)際生活中。因此，對(duì)車(chē)牌字符識(shí)別系統(tǒng)還要進(jìn)一步的研究。
對(duì)于我們國(guó)家的車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)，其不單單要完成對(duì)車(chē)牌中的字符以及數(shù)字的識(shí)別，還要實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)牌中漢字的精確定位。對(duì)車(chē)牌上的文字的識(shí)別正確與否是整個(gè)系統(tǒng)得以實(shí)施的關(guān)鍵，研究時(shí)我們不單單要關(guān)注車(chē)牌的漢字識(shí)別問(wèn)題，還要對(duì)車(chē)牌所處位置進(jìn)行考慮。該系統(tǒng)主要是漢字識(shí)別和車(chē)牌圖像自身?xiàng)l件兩者相互兼容的系統(tǒng)。由于車(chē)牌清晰度、光照強(qiáng)度、自然環(huán)境、車(chē)輛運(yùn)動(dòng)以及拍照角度等一系列因素的干擾，常常會(huì)使車(chē)牌字符發(fā)生畸變，出現(xiàn)模糊不清以及破損裂開(kāi)等現(xiàn)象。干擾車(chē)牌識(shí)別的正確性。經(jīng)過(guò)對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行綜合，提出了將模板匹配與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合的字符識(shí)別算法，該算法取二者之所長(zhǎng)，大大改善了車(chē)牌字符識(shí)別的正確率。但我們也不能太過(guò)驕傲，雖然取得這么大的成功，但其離實(shí)用化階段還很遠(yuǎn)，許多研究?jī)H僅停留在理論和實(shí)驗(yàn)室階段，并不能夠投入生產(chǎn)和應(yīng)用到實(shí)際生活中。因此，對(duì)于車(chē)牌字符識(shí)別系統(tǒng)這座高峰，還需要我們繼續(xù)去攀登與征服。如圖1-1所示為車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)圖。

圖1-1 車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)圖
1.5 論文的主要內(nèi)容
車(chē)牌識(shí)別技術(shù)(Vehicle License Plate Recognition，VLPR) 是指能夠檢測(cè)并受監(jiān)控路面上的車(chē)輛并對(duì)其車(chē)牌信息進(jìn)行提取與處理的技術(shù)。車(chē)牌識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)代化智能交通系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，應(yīng)用前景廣泛。
本文系統(tǒng)的介紹了車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)從車(chē)牌定位到字符識(shí)別的各個(gè)階段，并利用DSP進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下：
第一章緒論簡(jiǎn)單闡述了車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題。第二章介紹數(shù)字圖像處理的相關(guān)內(nèi)容。第三章從軟件方面介紹車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)從車(chē)牌定位到字符分割，最后到字符識(shí)別的三個(gè)主要階段，并利用MATLAB進(jìn)行仿真。第四章主要介紹了DSP的相關(guān)理論并從硬件方面對(duì)車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。第五章對(duì)本文內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)提出文中的不足和需要改進(jìn)的地方。



2 圖像處理技術(shù)
2.1 數(shù)字圖像處理的簡(jiǎn)述
2.1.1 什么是數(shù)字圖像處理
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和相關(guān)理論的不斷完善，數(shù)字圖像處理技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，信號(hào)處理也由傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)處理，從而為數(shù)字圖像處理(Digital Image Processing)提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。數(shù)字圖像就是能夠在計(jì)算機(jī)上顯示和處理的圖像。數(shù)字圖像處理則被稱為計(jì)算機(jī)圖像處理，數(shù)字圖像處理即利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行加工處理，將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理以滿足人的視覺(jué)心理需要和實(shí)際應(yīng)用或某種目的的要求。數(shù)字圖像處理著重強(qiáng)調(diào)在圖像之間進(jìn)行的變換，輸入和輸出都是圖像，包括圖像采集和獲取、圖像增強(qiáng)、圖像平滑、圖像銳化、幾何變換、圖象編碼、圖像復(fù)原等。數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)_到國(guó)j-a全，航空航天，工業(yè)控制，醫(yī)療保健等各個(gè)領(lǐng)域乃至我們的日常生活和娛樂(lè)當(dāng)中，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。
2.1.2 數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷程
數(shù)字圖像處理技術(shù)起源于20世紀(jì)20年代，采用壓縮和編碼技術(shù)有效地提高了從英國(guó)倫敦到美國(guó)紐約通過(guò)海底電纜傳輸?shù)膱D片質(zhì)量，節(jié)省了近一半的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了圖像的遠(yuǎn)距離傳輸。從此，開(kāi)始了圖像處理的新紀(jì)元。20世紀(jì)40年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使數(shù)字圖像處理成為可能。但是，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平、硬件條件等的限制，圖像處理技術(shù)發(fā)展的比較緩慢。數(shù)字圖像處理技術(shù)真正的發(fā)展出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代。當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一定水平，它才開(kāi)始真正吸引人們的目光，但當(dāng)時(shí)主要還是用于數(shù)值計(jì)算，滿足不了處理大容量圖像的要求。數(shù)字圖像處理作為一門(mén)學(xué)科大約形成于20世紀(jì)60年代中期，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室用計(jì)算機(jī)對(duì)“旅行者七號(hào)”太空船發(fā)回的大批月球照片進(jìn)行處理，取得了明顯的效果。20世紀(jì)60年代末至70年代初，數(shù)字圖像處理開(kāi)始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像、地球遙感監(jiān)測(cè)和天文學(xué)等領(lǐng)域。數(shù)字圖像處理較完整的理論體系已經(jīng)形成，成為了一門(mén)新興學(xué)科。20世紀(jì)70至80年代，隨著離散數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)立和完善，數(shù)字圖像處理的理論和方法進(jìn)一步完善，1976年第一本數(shù)字圖像處理專著問(wèn)世。20世紀(jì)80年代，隨著三維圖像設(shè)備和處理系統(tǒng)等硬件的發(fā)展，人們不僅可以處理二維圖像，也開(kāi)始處理三維圖像。20世紀(jì)90年代至今，數(shù)字圖像處理向更高級(jí)的方向發(fā)展，包括實(shí)時(shí)性、智能化、普及化、網(wǎng)絡(luò)化和低成本。20世紀(jì)90年代初視覺(jué)信息學(xué)的學(xué)科概念被提出，這個(gè)學(xué)科概念為圖像科學(xué)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的各種新理論、新方法、新算法、新手段、新設(shè)備等的綜合研究和集成應(yīng)用提供了一個(gè)新的統(tǒng)一框架。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和其他各有關(guān)領(lǐng)域的迅速發(fā)展(如在圖像表現(xiàn)、科學(xué)計(jì)算可視化、多媒體計(jì)算技術(shù)等方面的發(fā)展)，數(shù)字圖像處理已從一個(gè)專門(mén)的研究領(lǐng)域變成了科學(xué)研究和人機(jī)界面中普遍應(yīng)用的一種工具。
2.2 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)及應(yīng)用
2.2.1 數(shù)字圖像處理的優(yōu)缺點(diǎn)
（1）數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)：
① 正確性和重現(xiàn)性好
數(shù)字圖像處理的處理過(guò)程是通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，同一程序即使運(yùn)行數(shù)次，結(jié)果也是相同的，這就保證了其正確性。理論上 ……（未完，全文共32407字，當(dāng)前僅顯示5829字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：基于DSP的數(shù)字圖像處理技術(shù)研究與設(shè)計(jì)》）