EasyPR--开发详解（2）车牌定位

　　这篇文章是一个系列中的第三篇。前两篇的地址贴下：介绍、详解1。我撰写这系列文章的目的是：1、普及车牌识别中相关的技术与知识点；2、帮助开发者了解EasyPR的实现细节；3、增进沟通。

　　EasyPR的项目地址在这：GitHub。要想运行EasyPR的程序，首先必须配置好openCV，具体可以参照这篇文章。

　　在前两篇文章中，我们已经初步了解了EasyPR的大概内容，在本篇内容中我们开始深入EasyRP的程序细节。了解EasyPR是如何一步一步实现一个车牌的识别过程的。根据EasyPR的结构，我们把它分为六个部分，前三个部分统称为“Plate Detect”过程。主要目的是在一副图片中发现仅包含车牌的图块，以此提高整体识别的准确率与速度。这个过程非常重要，如果这步失败了，后面的字符识别过程就别想了。而“Plate Detect”过程中的三个部分又分别称之为“Plate Locate” ，“SVM train”,“Plate judge”，其中最重要的部分是第一步“Plate Locate”过程。本篇文章中就是主要介绍“Plate Locate”过程，并且回答以下三个问题：

　　1.此过程的作用是什么，为什么重要？

　　2.此过程是如何实现车牌定位这个功能的？

　　3.此过程中的细节是什么，如何进行调优？

 

 1.“Plate Locate”的作用与重要性

 　　在说明“Plate Locate”的作用与重要性之前，请看下面这两幅图片。

      

图1 两幅包含车牌的不同形式图片

　　左边的图片是作者训练的图片（作者大部分的训练与测试都是基于此类交通抓拍图片），右边的图片则是在百度图片中“车牌”获得（这个图片也可以称之为生活照片）。右边图片的问题是一个网友评论时问的。他说EasyPR在处理百度图片时的识别率不高。确实如此，由于工业与生活应用目的不同，拍摄的车牌的大小，角度，色泽，清晰度不一样。而对图像处理技术而言，一些算法对于图像的形式以及结构都有一定的要求或者假设。因此在一个场景下适应的算法并不适用其他场景。目前EasyPR所有的功能都是基于交通抓拍场景的图片制作的，因此也就导致了其无法处理生活场景中这些车牌照片。

　　那么是否可以用一致的“Plate Locate”过程中去处理它？答案是也许可以，但是很难，而且最后即便处理成功，效率也许也不尽如人意。我的推荐是：对于不同的场景要做不同的适配。尽管“Plate Locate”过程无法处理生活照片的定位，但是在后面的字符识别过程中两者是通用的。可以对EasyPR的“Plate Locate”做改造，同时仍然使用整体架构，这样或许可以处理。

　　有一点事实值得了解到是，在生产环境中，你所面对的图片形式是固定的，例如左边的图片。你可以根据特定的图片形式来调优你的车牌程序，使你的程序对这类图片足够健壮，效率也够高。在上线以后，也有很好的效果。但当图片形式调整时，就必须要调整你的算法了。在“Plate Locate”过程中，有一些参数可以调整。如果通过调整这些参数就可以使程序良好工作，那最好不过。当这些参数也不能够满足需求时，就需要完全修改EasyPR的实现代码，因此需要开发者了解EasyPR是如何实现plateLocate这一过程的。

　　在EasyPR中，“Plate Locate”过程被封装成了一个“CPlateLocate”类，通过“plate_locate.h”声明，在“plate_locate.cpp”中实现。

　　CPlateLocate包含三个方法以及数个变量。方法提供了车牌定位的主要功能，变量则提供了可定制的参数，有些参数对于车牌定位的效果有非常明显的影响，例如高斯模糊半径、Sobel算子的水平与垂直方向权值、闭操作的矩形宽度。CPlateLocate类的声明如下：

class CPlateLocate 
{
public:
    CPlateLocate();

    //! 车牌定位
    int plateLocate(Mat, vector<Mat>& );

    //! 车牌的尺寸验证
    bool verifySizes(RotatedRect mr);

    //! 结果车牌显示
    Mat showResultMat(Mat src, Size rect_size, Point2f center);

    //! 设置与读取变量
    //...

protected:
    //! 高斯模糊所用变量
    int m_GaussianBlurSize;

    //! 连接操作所用变量
    int m_MorphSizeWidth;
    int m_MorphSizeHeight;

    //! verifySize所用变量
    float m_error;
    float m_aspect;
    int m_verifyMin;
    int m_verifyMax;

    //! 角度判断所用变量
    int m_angle;

    //! 是否开启调试模式，0关闭，非0开启
    int m_debug;
};

　　注意，所有EasyPR中的类都声明在命名空间easypr内，这里没有列出。CPlateLocate中最核心的方法是plateLocate方法。它的声明如下：

    //! 车牌定位
    int plateLocate(Mat, vector<Mat>& );

　　方法有两个参数，第一个参数代表输入的源图像，第二个参数是输出数组，代表所有检索到的车牌图块。返回值为int型，0代表成功，其他代表失败。plateLocate内部是如何实现的，让我们再深入下看看。

 

2.“Plate Locate”的实现过程

　　plateLocate过程基本参考了taotao1233的博客的处理流程，但略有不同。

　　plateLocate的总体识别思路是：如果我们的车牌没有大的旋转或变形，那么其中必然包括很多垂直边缘（这些垂直边缘往往缘由车牌中的字符），如果能够找到一个包含很多垂直边缘的矩形块，那么有很大的可能性它就是车牌。

　　依照这个思路我们可以设计一个车牌定位的流程。设计好后，再根据实际效果进行调优。下面的流程是经过多次调整与尝试后得出的，包含了数月来作者针对测试图片集的一个最佳过程（这个流程并不一定适用所有情况）。plateLocate的实现代码在这里不贴了，Git上有所有源码。plateLocate主要处理流程图如下:

图2 plateLocate流程图

　　下面会一步一步参照上面的流程图，给出每个步骤的中间临时图片。这些图片可以在1.01版的CPlateLocate中设置如下代码开启调试模式。

    CPlateLocate plate;
    plate.setDebug(1);

 　　临时图片会生成在tmp文件夹下。对多个车牌图片处理的结果仅会保留最后一个车牌图片的临时图片。

　　1、原始图片。

 

　　2、经过高斯模糊后的图片。经过这步处理，可以看出图像变的模糊了。这步的作用是为接下来的Sobel算子去除干扰的噪声。

 

　　3、将图像进行灰度化。这个步骤是一个分水岭，意味着后面的所有操作都不能基于色彩信息了。此步骤是利是弊，后面再做分析。

　　4、对图像进行Sobel运算，得到的是图像的一阶水平方向导数。这步过后，车牌被明显的区分出来。

　　5、对图像进行二值化。将灰度图像（每个像素点有256个取值可能）转化为二值图像（每个像素点仅有1和0两个取值可能）。

　　6、使用闭操作。对图像进行闭操作以后，可以看到车牌区域被连接成一个矩形装的区域。

 

　　7、求轮廓。求出图中所有的轮廓。这个算法会把全图的轮廓都计算出来，因此要进行筛选。

　　8、筛选。对轮廓求最小外接矩形，然后验证，不满足条件的淘汰。经过这步，仅仅只有六个黄色边框的矩形通过了筛选。

　　8、角度判断与旋转。把倾斜角度大于阈值（如正负30度）的矩形舍弃。左边第一、二、四个矩形被舍弃了。余下的矩形进行微小的旋转，使其水平。

    

　　10、统一尺寸。上步得到的图块尺寸是不一样的。为了进入机器学习模型，需要统一尺寸。统一尺寸的标准宽度是136，长度是36。这个标准是对千个测试车牌平均后得出的通用值。下图为最终的三个候选”车牌“图块。

    

 

　　这些“车牌”有两个作用：一、积累下来作为支持向量机（SVM）模型的训练集，以此训练出一个车牌判断模型；二、在实际的车牌检测过程中，将这些候选“车牌”交由训练好的车牌判断模型进行判断。如果车牌判断模型认为这是车牌的话就进入下一步即字符识别过程，如果不是，则舍弃。

 

3.“Plate Locate”的深入讨论与调优策略

　　好了，说了这么多，读者想必对整个“Plate Locate”过程已经有了一个完整的认识。那么让我们一步步审核一下处理流程中的每一个步骤。回答下面三个问题:这个步骤的作用是什么？省略这步或者替换这步可不可以？这个步骤中是否有参数可以调优的？通过这几个问题可以帮助我们更好的理解车牌定位功能，并且便于自己做修改、定制。

　　由于篇幅关系，下面的深入讨论放在下期。

 

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参考文献：

　　1.http://my.phirobot.com/blog/2014-02-opencv_configuration_in_vs.html

　　2.http://blog.csdn.net/jinshengtao/article/details/17883075

　　3.http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/11/gaussian_blur.html

　　4.http://blog.csdn.net/xiaowei_cqu/article/details/7829481