[发明专利]一种适用于夜晚环境下车牌的识别系统及其识别定位方法

权利要求书

1.一种基于适用于夜晚环境下农机车牌识别系统的识别定位方法，其特征在于：所述识别系统包括图像读取模块、图像静态存储模块、通信模块、USB接口模块和单片机模块，单片机模块控制图像读取模块、图像静态存储模块、通信模块、USB接口模块工作，单片机模块控制图像读取模块采集并读取图像，单片机模块控制图像静态存储模块实现图像的静态存储；

所述单片机模块包括芯片U1，芯片U1的型号为MC9S12DG128；

所述通信模块包括芯片U2、芯片U3和芯片U4，芯片U2的型号为SIM300，芯片U3的型号为SIM_CARD，芯片U4的型号为MIC5219-3.3BM5；

所述USB接口模块包括芯片U8，芯片U8的型号为CP2102；

所述USB接口模块包括芯片U8和接插件J8，芯片U8的型号为CP2102，接插件J8为XSUSB的接口，接插件J8的4脚连接有二极管D1的一端、电容C12的一端，电容C12的另一端、二极管D1的另一端接地，接插件J8的3脚连接有二极管D2的一端，二极管D2的另一端接地，接插件J8的2脚连接有二极管D3的一端，二极管D3的另一端接地，接插件J8的1脚接地；

所述芯片U8的RECIN脚和VBUB脚连接接插件J8的4脚，芯片U8的D+脚和D-脚分别连接接插件J8的3脚和2脚，芯片U8的RST脚连接有电阻R10一端，电阻R10另一端接VCC电源，芯片U8的VDD脚连接有电容C11一端，电容C11另一端接地，芯片U8的TXD脚连接有光电耦合器N1的1脚，光电耦合器N1的2脚接地，光电耦合器N1的4脚连接有电阻R6一端，电阻R6另一端连接有电阻R7一端，并接入VCC电源，电阻R7另一端连接光电耦合器N1，光电耦合器N1的3脚接DGND，光电耦合器N1的4脚连接有芯片U1的92脚，芯片U8的RXD脚连接有光电耦合器N2的1脚，光电耦合器N2的2脚接地，光电耦合器N2的4脚连接有电阻R8一端，电阻R8另一端连接有电阻R9一端，并接入VCC电源，电阻R9另一端连接光电耦合器N7，光电耦合器N7的3脚接DGND，光电耦合器N7的4脚连接有芯片U1的91脚；

所述图像读取模块包括芯片U5，芯片U5的型号为OV7670，芯片U5的E5脚连接有电容C4一端、电容C5一端，并接入VCC电源，电容C4另一端、电容C5另一端接地，芯片U5的A1脚和B3脚相连，芯片U5的A1脚连接有电容C1一端、电容C2一端、电感C3一端，电容C1另一端、电容C2另一端接地，电感C3另一端接入电源VCC，芯片U5的E3脚连接有电容C6一端、芯片U6的5脚，电容C6另一端接地，芯片U6的型号为PAM3101DAB18，芯片U6的4脚连接有电容C7一端，电容C7另一端接地，芯片U6的1脚和3脚接入VCC电源，芯片U6的3脚连接有电阻R11一端，电阻R11另一端连接有电容C8一端，并接入芯片U5的A2脚，电容C8另一端接地，芯片U6的2脚接地；

所述芯片U5的B2脚连接有电容C9一端，电容C9另一端接地，芯片U5的A3脚连接有电容C10一端，电容C10另一端接地，芯片U5的B1脚、B4脚、F4脚、C1脚、A4脚接地，芯片U5的A5脚连接有芯片U1的4脚，芯片U5的B5脚连接有芯片U1的3脚，芯片U5的F3脚连接有芯片U1的111脚，芯片U5的C6脚连接有芯片U1的2脚；

所述芯片U5的B4脚连接有芯片U7的9脚，芯片U5的B6脚连接有芯片U9的2脚，芯片U5的F3脚连接有芯片U7的1脚，芯片U5的F2脚连接有芯片U7的2脚，芯片U5的D6脚连接有芯片U7的3脚，芯片U5的D1脚连接有芯片U7的4脚，芯片U5的E6脚连接有芯片U7的11脚，芯片U5的E1脚连接有芯片U7的12脚，芯片U5的F6脚连接有芯片U7的13脚，芯片U5的P1脚连接有芯片U7的14脚；

所述芯片U3的8脚接入+5V电源，芯片U3的7脚接地，芯片U3的6脚连接有电阻R9一端，电阻R9另一端连接有电容C7一端，电容C7另一端接地，芯片U3的5脚连接电容C7，芯片U3的4脚连接有电阻R10一端、电容C6一端，电阻R10另一端连接芯片U3的3脚，电容C6另一端接地，芯片U3的2脚连接有电阻R11一端，电阻R11另一端连接有三极管T1的基极，三极管T1的集电极连接有二极管D1一端和继电器J1一端，二极管D1另一端、继电器J1另一端接入+12V，三极管T1的发射极接地，芯片U3的1脚连接有开关SW1，开关SW1另外两端分别接地和接入+5V电源；

所述图像静态存储模块包括芯片U7和芯片U9，芯片U7的型号为AL422B，芯片U9的型号为SN74LVC1G00，芯片U7的5脚连接芯片U9的4脚，芯片U9的1脚连接芯片U1的96脚，芯片U9的2脚连接芯片U5的B6脚，芯片U9的3脚接地，芯片U9的5脚连接有电容C17一端，并接入电源VCC，电容C17另一端接地，芯片U7的1脚连接有电容C18一端，并接入电源VCC，电容C18另一端接地，芯片U7的28脚连接有电容C19一端，并接入电源VCC，电容C19另一端接地，芯片U7的6脚、7脚、23脚、24脚接地，芯片U7的8脚连接有芯片U1的109脚，芯片U7的22脚连接有芯片U1的110脚，芯片U7的21脚连接有芯片U1的112脚，芯片U7的20脚连接有芯片U1的1脚；

所述芯片U7的28脚连接有芯片U1的57脚，芯片U7的27脚连接有芯片U1的58脚，芯片U7的26脚连接有芯片U1的59脚，芯片U7的25脚连接有芯片U1的60脚，芯片U7的18脚连接有芯片U1的61脚，芯片U7的17脚连接有芯片U1的62脚，芯片U7的16脚连接有芯片U1的63脚，芯片U7的15脚连接有芯片U1的64脚；

所述通信模块包括芯片U2和芯片U3，芯片U2的型号为SIM300，芯片U3的型号为SIM_CARD，芯片U2的10脚接地，芯片U2的42脚连接芯片U1的89脚，芯片U2的44脚连接芯片U1的90脚，芯片U2的25脚连接芯片U2的2脚，芯片U2的23脚连接芯片U2的3脚，芯片U2的22脚有电阻R18的一端，电阻R18另一端连接芯片U2的6脚，并连接有电阻R14的一端，电阻R14另一端接入VCC电源，芯片U2的19脚接入VCC电源，芯片U2的1 脚接入VBAT电源，芯片U3的1脚接入VCC电源，芯片U3的4脚接地；

所述芯片U2的30脚连接有电阻R16一端，电阻R16另一端连接有电阻R20一端和三极管Q1的2脚，三极管Q1的1脚、电阻R20另一端接地，三极管Q1的3脚连接有电阻R13一端，电阻R13另一端连接有二极管D4的一端，二极管D4的另一端接入VBAT电源；

所述通信模块还包括芯片U4，芯片U4的型号为MIC5219-3.3BM5，芯片U4的1脚、3脚接入VBAT电源，芯片U4的5脚连接有电容C15一端，并接入VCC电源，电容C15另一端接地，芯片U4的4脚连接有电容C16一端，电容C16另一端接地；

所述识别定位方法包括车辆牌照预处理和车辆牌照定位，车辆牌照预处理包括车牌图像获取和基于Retinex的车牌图像增强，车辆牌照定位包括车牌背景消除算法、基于K-means聚类的车牌分割及基于边缘检测的车牌定位；

所述基于Retinex的车牌图像增强采用单尺度Retinex算法来增强原始车牌图像S（x，y），包括以下步骤：

公式2， ，车牌原始图像S（x，y）与高斯卷积函数F（x，y），用来从原图像中估算车牌原始图像S（x，y）；

公式3，，其中λ为可以使得公式4为1的常数，n为控制域范围的尺度常数；

公式4， ，通过做卷积运算，从而求得反射图像R（x，y），达到增强原始车牌图像的目的；

所述车牌背景消除算法，消除车辆牌照预处理后增强得到的车牌图像 I中的背景，粗略地提取车牌区域，包括以下步骤：

步骤11，提取图像I在RGB颜色空间中的一个彩色通道，将其转换成二值图像BW；

步骤12，用repmat函数把二值图像BW分别复制到图像I的三个彩色通道，并将最终合成的图像I₁赋值为‘0’；

步骤13，最后用图像I减去图像I₁得到车牌粗略的区域I₂；

所述基于K-means聚类的车牌分割包括以下步骤：

步骤21，初始化：选择c个代表点；

步骤22，建立c个空间聚类表： ；

步骤23，按照最小距离法则逐个对样本进行分类：

；

步骤24，计算j及用各聚类列表计算聚类均值，并用来作为各聚类新的代表点；

步骤25，若j不变或代表点未发生变化，则停止，否则转到步骤22，

；

所述基于边缘检测的车牌定位包括以下步骤：

在基于K-means聚类的车牌分割得到的图像I₃中会有少量的干扰噪声，首先将I₃转换成二值图像；

采用腐蚀运算除去图像I₃中的小区域和孤立点，结构元素选择Matlab中的‘disk’，值选择20；

采用Canny边缘检测算法检测车牌区域边缘，阈值设为‘0.6’；

将检测的车牌边缘覆盖到车牌原始图像上，完成车牌的定位。