1、一、項目介紹（研究目標、研究背景及現(xiàn)狀、工作原理和方案設想、計劃進度安排等）見附錄。二、項目自我評價1、先進性：在數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)高速發(fā)展的后PC時代，隨著嵌入式處理器性能的不斷提高，高性能的處理器已經(jīng)能滿足復雜算法應用和其他復雜功能應用，嵌入式將不可避免得走進各個領(lǐng)域。另一方面，伴隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和北京奧運會的舉行，“交通智能化”將毋庸質(zhì)疑的成為熱門話題。由于交通行業(yè)的特殊性，其對ITS設備的技術(shù)參數(shù)、使用條件都有苛刻的要求，而嵌入式恰好能夠滿足此要求，因此嵌入式智能交通設備的大范圍應用是必然趨勢。嵌入式汽車身份自動識別系統(tǒng)是智能化交通管理系統(tǒng)的重要組成部分，是嵌入式技術(shù)與汽車身

2、份識別技術(shù)的完美結(jié)合，他涵蓋了嵌入式車牌識別、嵌入式車標識別以及汽車顏色識別三大主體功能，力求將汽車目標一次性鎖定。它擁有以下優(yōu)點：1、高度獨立：使用嵌入式技術(shù)，僅通過通信接口與應用系統(tǒng)連接，獨立性高。2、功能齊全：同時識別汽車車牌、車標及顏色，一次性鎖定目標，具有現(xiàn)有系統(tǒng)所沒有的強大功能。3、可塑性強：前端可與信號觸發(fā)裝置等上游產(chǎn)品結(jié)合，末端內(nèi)置無線網(wǎng)絡及多種串口接口以便與下游產(chǎn)品結(jié)合。系統(tǒng)功能與使用范圍得到極大拓展。4、易于維護：修理、維護僅涉及本系統(tǒng)而不影響其他模塊，維護成本遠低于同類產(chǎn)品。5、便攜靈活：設備高度集成，小巧靈活，使用方便。2、可操作性和可實現(xiàn)性：目前，車牌識別、車標識別等

3、技術(shù)日趨成熟與完善，相關(guān)資料較易獲取。現(xiàn)有的嵌入式技術(shù)也比較成熟。故，從技術(shù)難度上講該選題較于其他的前沿科學容易實現(xiàn)。選題所涉及的設備和材料也較易獲得，且成本適中。3、創(chuàng)新點：現(xiàn)有的車牌識別裝置一般使用電腦處理數(shù)據(jù)，有些甚至需要若干臺電腦合作完成占用大量空間與資源。即使偶有由嵌入式完成的系統(tǒng)其功能也僅限于車牌識別或車標識別。本系統(tǒng)創(chuàng)造性地將嵌入式與車牌識別、車標識別以及汽車顏色識別相結(jié)合，一次性解決了目前設備體系臃腫、集成難度大、穩(wěn)定性差，維護難，功能單一等問題。4、可能存在的問題：目前，主要問題是嵌入式集成度及無線傳輸?shù)木嚯x。我們所設想的理想情況是：針對現(xiàn)在大多使用電腦整機處理數(shù)據(jù)，設備靈活

4、性差的缺點，開發(fā)出便攜式、數(shù)據(jù)可無線傳輸?shù)钠嚿矸葑R別系統(tǒng)。但是由于我們時間、精力和資金的限制，“便攜的程度”是目前最大的難題。另外車速與景深對圖像識別的影響問題也是我們可能會面對的難題。三、預期成果（成果的具體形式，如：申請專利、公開發(fā)表論文、制作科技實物（含軟件程序）等，可以同時有多種成果形式）我們預計我們的實驗成果有以下幾個方面。首先，我們計劃制作出科技實物，即確實地完成該嵌入式系統(tǒng)，拿出實實在在的成果。第二，從我們對市場現(xiàn)狀的分析來看，該嵌入式汽車身份識別系統(tǒng)的市場前景非常樂觀，故可以將我們的產(chǎn)品申請專利并投入市場進行生產(chǎn)。第三方面，由于汽車顏色、車牌、車標的組合識別還沒有合適的算法，

5、所以在完成本系統(tǒng)的過程中我們不可避免的要完成算法設計，而這部分成果可以通過公開發(fā)表論文的形式進行展示。因為我們計劃完成一個系統(tǒng)，所以我們需要同時完成該系統(tǒng)的硬件和軟件兩個部分。從大的角度來看，軟件及算法部分的成果可以通過論文發(fā)表，而硬件方面的成果則可以通過投入生產(chǎn)和申請專利來體現(xiàn)。無疑，我們的成果形式會比只做軟件部分或者只做硬件部分的選題多。這也是我們的一大優(yōu)勢。實驗環(huán)境要求經(jīng)費預算內(nèi)容用途預算金額預計執(zhí)行時間CCD攝像部分前端圖像的獲取，購買攝像頭或攝像機300007.1208.2月輔助光源針對特殊環(huán)境進行光線補充150007.1208.2月圖像采集卡模擬信號數(shù)字化250007.1208.2

6、月嵌入式系統(tǒng)硬件設施圖像的處理400008.308.10月硬盤錄像機視頻信息的存儲250008.1008.12月顯示裝置輸出圖像識別結(jié)果150008.1209.2月無線收發(fā)或有線傳輸裝置信息的傳輸250009.209.3月機械加工機械零件組裝成樣機2000最后階段合計：19500元學院審批意見專家委員會評審意見學校審批意見附錄一：選題的現(xiàn)狀、背景及意義自1885年，世界上第一臺汽車誕生至今，汽車為我們?nèi)粘９ぷ髋c生活的帶來了翻天覆地的影響。一百多年來，汽車以其價格低廉，操作方便等優(yōu)勢逐漸被大眾所接受，走入了千家萬戶。在我國，每年都有許多人加入有車一族。隨之而來的自然是越來越快捷方便的生活方式以及

7、由此引發(fā)的一系列問題：汽車盜竊案每年逾萬，交通事故時有發(fā)生無疑，汽車需要規(guī)范管理。現(xiàn)在，我國的大部分汽車管理工作都是由人來操作完成的。不難想象，面對越來越龐大的汽車隊伍，人工操作明顯的力不從心。所以“交通智能化”將成為未來交通管理的必然趨勢。要實現(xiàn)交通智能化怎么可以沒有“汽車身份”的識別呢。早在上個世紀九十年代初汽車身份識別已經(jīng)引起了全世界的廣泛重視，人們開始研究有關(guān)汽車身份證汽車牌照自動識別的相關(guān)問題。幾年后，汽車的另一個重要的身份象征汽車標志識別也成為了熱門話題。車牌識別的一般途徑為：采用計算機圖象處理技術(shù)對車牌進行分析后自動提取車牌信息以確定車牌號。車標識別則基于邊緣直方圖和模板匹配相關(guān)

8、系數(shù)混合的算法。目前車牌與車標識別的理論已經(jīng)成熟，離線算法識別率已經(jīng)達到較高的水平，同時正向著集成化、智能化方向發(fā)展。在智能化交通管理系統(tǒng)中，汽車身份識別相當于VC+中的“基類”地位，即智能化交通管理系統(tǒng)中的其他子模塊需要在汽車身份識別的基礎(chǔ)上進行繼承和發(fā)展。所以我們認為，汽車身份識別要求較高的集成度，最好能由可以嵌入到其他系統(tǒng)中的、集成度高的模塊來完成，如單片機、CPLD。而現(xiàn)階段的汽車身份識別大部分卻是依靠計算機來完成的。另外，由于汽車身份識別的“基類”定位，使用時對“能否唯一的鎖定汽車”以及“能否很快地判定是哪輛車”就有了一定的要求。而現(xiàn)階段的汽車身份識別卻僅依靠單純的識別車牌來完成。市

9、場上存在的也多是車牌或是車標的單獨識別系統(tǒng)，將二者結(jié)合的系統(tǒng)則非常罕見。而這些單一的系統(tǒng)顯然很難達到真正的識別鎖定汽車身份的目的。結(jié)合智能化交通管理系統(tǒng)的要求，現(xiàn)今汽車身份識別的現(xiàn)狀以及二者的發(fā)展趨勢我們小組選擇了嵌入式汽車身份自動識別系統(tǒng)作為我們本次創(chuàng)新實驗計劃的選題。我們計劃以嵌入式完成汽車身份識別后，將處理完的數(shù)字信息傳遞到智能化交通管理系統(tǒng)的其他模塊中。用嵌入式代替電腦處理汽車身份識別將大大提高智能化交通管理系統(tǒng)的集成度，降低成本。區(qū)別于單一的識別系統(tǒng)，我們設計完成的汽車身份識別系統(tǒng)將車牌識別與車標識別相結(jié)合，并輔以汽車顏色識別。同時識別，同時輸出，從而從多方面判斷并鎖定汽車，力求達到

10、萬無一失。從而極大地方便了該系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的使用。公安交管領(lǐng)域，該嵌入式汽車身份自動識別系統(tǒng)可被應用在交管系統(tǒng)中。將本產(chǎn)品嵌入到用來測速、測超載的其他交通設施中，就可以完成一系列的管理工作；與終端電腦處理系統(tǒng)相連，傳輸?shù)氖且呀?jīng)經(jīng)過處理的數(shù)字信息而非圖片信息，大大節(jié)省了終端電腦的處理時間和內(nèi)存空間，提高反應速度與處理效率，有效解決交管領(lǐng)域人手不足的現(xiàn)狀。在園區(qū)車輛管理方面，本嵌入式汽車身份自動識別系統(tǒng)將留有端口，使其可以與園區(qū)的業(yè)主入住時所登記的汽車信息庫相連。在園區(qū)大門處，安裝我們的車牌自動識別系統(tǒng)，以對進出車輛自動識別，然后將數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)庫并根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的車牌數(shù)據(jù)判斷是否是園區(qū)內(nèi)的車輛，然后

11、分情況處理。這將大大增加園區(qū)汽車的安全系數(shù)，而使用該系統(tǒng)的成本遠低于使用電腦處理的系統(tǒng)的成本。關(guān)于停車場管理，我們的嵌入式車牌自動識別系統(tǒng)可以完成智能化管理過程。將系統(tǒng)安裝在停車場的出、入口處，用來對進出停車場的車輛進行自動識別，而處理后的數(shù)據(jù)將傳入終端電腦，由終端電腦結(jié)合傳入的信息與數(shù)據(jù)庫判斷是否屬已買（或租）車位的車輛做出相應處理。綜上，我們有理由相信我們計劃完成的嵌入式車牌自動識別系統(tǒng)可以在未來的交通智能化管理系統(tǒng)中發(fā)揮舉足輕重的作用，是值得去研究和探索的。附錄二：工作原理及方案設想本汽車身份識別系統(tǒng)包含車牌識別、車色以及車標的識別，本系統(tǒng)將使用嵌入式系統(tǒng)完成此三部分的識別。由于我們剛接

12、觸這部分內(nèi)容，所以想法不是很成熟。下面將分車牌識別與車色、車標識別以及嵌入式三個部分介紹我們的工作原理和第一部分：車牌識別1、總體結(jié)構(gòu)車牌自動識別系統(tǒng)主要分為三大模塊:(1)觸發(fā)：即前端設備的數(shù)據(jù)入口處，如測速系統(tǒng)等。(2)圖像處理部分：分為圖像采集、車牌定位、字符分割和字符識別四部分。(3)無線傳輸系統(tǒng)將所處理得的數(shù)據(jù)傳送至后端應用系統(tǒng)，如交通違規(guī)管理系統(tǒng)，只能停車場系統(tǒng)，安檢系統(tǒng)等。2、算法部分前端CCD攝像機：原始圖像獲取由CCD攝像機及輔助照明裝置組成。獲取圖像質(zhì)量的好壞直接影響到后端處理和識別的效果.要獲得比較清晰的圖像,需要考慮許多影響圖像質(zhì)量的因素,主要包括:攝像頭和圖像卡的選取

13、,攝像機的位置標定,汽車的車速,出入單位的汽車車隊之間的距離,天氣、光線等情況對攝像機所攝圖像曝光量的影響。判斷是否有車輛進入觀測區(qū)采用圖像差值法來判斷監(jiān)測區(qū)是否有目標進入，即首先將視頻圖像灰度化，然后比較兩幅圖像對應像素點的灰度值，看是否有變化以及變化有多少。圖像差分只能測定監(jiān)測區(qū)中是否有物體經(jīng)過，但它是否交通車輛，尚未可知。鑒于圖像差分所產(chǎn)生的噪聲、行人、自行車比汽車所占區(qū)域小得多，設計尺度濾波器將尺度較小的物體及噪聲濾掉。車牌定位及預處理左圖為車牌定位的主要算法。完成基本的車牌定位后，還需要對車牌進行一些基本的預處理。包括傾斜矯正與鉚釘和邊框的去除。I、車牌字符的傾斜矯正車牌字符分割的難

14、點在有些車牌是傾的，直接分割效果不好，需要做校正。首先求出車牌的傾斜率，根據(jù)此斜率對車牌做旋轉(zhuǎn)校正。II、車牌邊框和鉚釘?shù)娜コ闰炛R:對于標準車牌,字符間間距為12mm,第2、3個字符間間距為34mm,其中，中間小圓點10mm寬，小圓點與第2、3個字符間間距分別為12mm。在車牌邊框線的內(nèi)側(cè)，通常有四個鉚釘，他們不同程度地與第2個字符或第6個字符粘連，如果不去除鉚釘，將給第2和第6在字符的識別造成困難。將車牌圖像進行二值化后，圖像僅黑、白二值。白色像素點（灰度值255）取1，黑色像素點（灰度值0）取0，這里采用的是白底黑字模式。對車牌圖像逐行進行從內(nèi)向外式掃描，當掃描到車牌圖像某一行中，白色

15、像素點的寬度大于某一閥值時（第一個符合條件的行），則認為是車牌字符的邊沿處，切除這一行以上或以下的所有行。車牌字符分割右圖為車牌字符分割的主要算法。在此，由于我們的知識有限就不對這些算法做具體介紹了。字符識別方法字符識別是車牌識別的核心部分。常見的車牌字符識別算法包括六種。我們將他們羅列在右圖中。其中，我們比較感興趣的是基于神經(jīng)網(wǎng)絡的字符識別算法。下面，我們具體介紹兩種比較簡單且普遍的算法以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡的字符識別算法。I、模板匹配車牌字符識別中國車牌的字符模板分為漢字、英文字母和數(shù)字模板，由統(tǒng)計方法構(gòu)造并保存到數(shù)據(jù)庫中。模板匹配是將字符模板和標準化了的車牌字符進行匹配來識別字符。II、特征匹

16、配車牌字符識別車牌識別的方法中，可利用的字符特征很多，大致可以分為結(jié)構(gòu)特征、象素分布特征及其他特征。在這里，我們擬重點突破神經(jīng)網(wǎng)絡法，因為人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)具有非線性描述、大規(guī)模并行分布處理能力、高度魯棒性和自學習與聯(lián)想等特點，適用于非線性時變大系統(tǒng)的模擬與在線控制。具體步驟如下圖所示：此外，我們還會嘗試將各種算法結(jié)合起來，以揚長避短，如：將遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)合起來，既能利用遺傳算法能并行計算且能快速、全局搜索的優(yōu)點又能克服神經(jīng)網(wǎng)絡固有的搜索速度慢且易陷入局部旱熱的缺點等。由于我們還在大學二年級學習專業(yè)基礎(chǔ)課程，對圖像處理的最新算法還不夠了解，我們會在實際操作過程中，選擇一種最優(yōu)的方案并且

17、結(jié)合我們的系統(tǒng)特征提出改進意見。第二部分：車色以及車標識別、車身顏色識別顏色特征具有對圖像本身的尺寸、方向、視角等依賴小、魯棒性高等優(yōu)點，因此在基于內(nèi)容的圖像索引技術(shù)和智能交通系統(tǒng)以及眾多的I業(yè)(如造紙、紡織、印刷等)系統(tǒng)中有著極其重要的應用。長期以來，由于各種原因，人們提出了數(shù)量眾多的彩色空間模型，主要可分為三類:第一類是基于人類視覺系統(tǒng)(HumanVisionSystem,HVS)的彩色空間，它包括RGB,HSI,Munsell彩色空間等；第二類是基于特定應用的彩色空間，它包括電視系統(tǒng)中所采納的YUV和YIQ、攝影行業(yè)如柯達的YCC、打印系統(tǒng)的CMY(K)彩色空間；第三類是CIE彩色空間(

18、包括CIEXYZ,CIELab和CIELuv等)。這些彩色空間各有優(yōu)缺點，它們在各自的領(lǐng)域里發(fā)揮了重要的作用。我們擬采用RGB彩色空間完成我們的系統(tǒng)。RGB彩色空間在計算機相關(guān)領(lǐng)域里應用廣泛，例如用于常見的CRT顯示器等。在RGB彩色空間中，各彩色值用R、G、B三通道值的組合來共同表示，而其相應的通道值是通過圖形采集卡或者CCD傳感器等類似器件中的光感受器來獲得的。其中，各通道值用入射光及其相應光感受器的光敏函數(shù)值之和來表示:R=G=B=其中，S(A)是光譜，R(A)、G(A)和B(A)分別是R,G,B傳感器的靈敏度函數(shù)。從上式可以看出，該彩色空間是設備相關(guān)的，它與具體捕獲設備的光敏函數(shù)相關(guān)。

19、然而，由于RGB值易于獲得和在計算機中計算和表示，因此通常可以用來表示其他各彩色空間，即把RGB值轉(zhuǎn)換為其他彩色空間值。RGB彩色空間的標準色差定義為：)由于不同的彩色對人主觀感受的影響不同，為了更好的表示色差，在本顏色識別子系統(tǒng)中使用經(jīng)驗色差公式：對于我們擬設計的車身顏色識別系統(tǒng)主要分以下四大步驟完成車身顏色識別1識別區(qū)域的選取為了準確識別出車身顏色，識別區(qū)域的選取至關(guān)重要。本實驗選取車臉前部靠近排氣扇的部分2顏色直方圖計算對所選區(qū)域，計算出現(xiàn)次數(shù)最多的顏色。在實際應用中，由于其他彩色空間模型的分量值均可用RGB值來表示，為了計算簡便，在計算顏色直方圖時可僅針對RGB彩色空間模型進行。3色差

20、計算根據(jù)相應彩色空間模型的色差計算公式，計算其與顏色模板間的色差。4、顏色識別在得到樣本色與標準色在各個彩色空間模型中的對應色差后，就可以根據(jù)其結(jié)果進行顏色識別。即選取前一步計算得到的色差中的最小值，作為識別結(jié)果。、車標識別部分毋庸質(zhì)疑，車牌和車標的自動、實時識別是運動車輛類型精確識別系統(tǒng)中至關(guān)重要的兩個部分。目前人們已經(jīng)提出了眾多的車牌定位算法，主要可以分為兩大類:基于黑白圖像的車牌定位算法和基于彩色圖像的車牌定位算法。基于黑白圖像的車牌定位算法又可以分為多類，如基于特征的車牌定位算法基于自適應能量濾波的車牌定位算法，基于小波變換和形態(tài)學處理相結(jié)合的車牌定位算法，基于二值投影的車牌定位算法，

21、以及基于遺傳算法的車牌定位算法等。這些車牌定位算法各有優(yōu)缺點，但他們都可以在一定程度上作為車標定位的參考車標定位與識別無論在國內(nèi)還是國外都是一個較為嶄新的領(lǐng)域。由于車標本身固有的特殊性：目標小、相似性大、受尺寸和光照影響大、背景不統(tǒng)一，以及不同汽車公司的車標形狀大小不一致等，使得其精確定位識別成為一個難點。我們將車標識別分為以下幾個主要步驟:車牌定位:根據(jù)車牌的紋理特征，基于多分辨率分析快速獲取車牌區(qū)域；車頭定位:根據(jù)車頭區(qū)域能量較高且較為集中的特點，通過OTSU二值化算法進行圖像二值化，然后利用二值投影，并結(jié)合車牌位置信息進行車頭快速定位中軸定位:在車頭區(qū)域內(nèi)，根據(jù)軸對稱性定位車頭中軸；車標

22、粗定位:在定位出車頭的基礎(chǔ)上，根據(jù)車標與車牌的先驗知識，得到車標經(jīng)驗搜矩形；車標精確定位:在第(4)步的基礎(chǔ)上，利用車標紋理特征進行車標的精確定位。主要包括兩步:一是根據(jù)車標區(qū)域在垂直方向上具有能量高且相對集中的特點，利用能量增強和自適應形態(tài)學濾波進行車標的一次定位；二是利用改進的模板匹配算法進行車標的精確定位。車標識別系統(tǒng)是運動車輛識別系統(tǒng)中的重要組成部分，與車牌識別一樣，它也包括了定位和識別兩項關(guān)鍵技術(shù)。上圖為車標識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，與典型的目標識別系統(tǒng)一樣，它包括了離線的訓練過程和在線的識別過程。在訓練過程中，首先將手工采集得到的車標樣本進行圖像歸一化、尺度歸一化等預處理，然后分別進行模

23、板提取以得到車標標準模板庫。車標標準模板庫中的模板不僅用于車標定位，還用于進行特征提取以得到車標特征模型庫用于車標識別。在定位過程中，除了輸入汽車圖像外，還需輸入車牌的位置信息。這是因為各類車標不具有穩(wěn)定的紋理特征，且大小、形狀各不相同，所以在復雜的背景下直接利用特征匹配或模板匹配進行車標定位是非常困難的。因此必須利用車牌位置、車輛對稱性等先驗信息進行粗定位，在此基礎(chǔ)上再利用相關(guān)圖像處理技術(shù)和模板匹配進行精確定位。車標定位以后，車標識別問題就轉(zhuǎn)化為一個2D形狀的識別問題，這可以通過模板匹配的方法實現(xiàn)。但是在實際采集的圖像中，往往存在光照、噪聲、部分遮擋和形狀相似等問題的影響，常規(guī)的模板匹配方法

24、難以達到滿意的識別效果。因此通常還需要一種合適的特征提取和識別方法來輔助進行車標識別，以提高系統(tǒng)的識別率。第三部分：嵌入式按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求，嵌入式系統(tǒng)應定義為：“嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)”。“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。對象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器，它有4個優(yōu)點：對實時和多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內(nèi)部的代碼和實時操作系統(tǒng)的執(zhí)行時間減少到最低限度；具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。可擴展的處理器結(jié)構(gòu)，可以迅速地擴展出滿足應用的高性能的嵌入式微處理器；嵌入式微處理器的功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，功耗只能為