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研究生： 左浩仁
How-Jeng Tzuo
論文名稱： 具車牌辨識功能之四通道即時數位監視系統之研製
An Improved 4 Channel Real-Time Digital Video Recorder for Surveillance Applications: Automobile Plate Recognition & Video Multiplexer/De-multiplexer/Image Grabber Design and Simulation
指導教授： 鐘太郎
Tai-Lang Jong
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 63
中文關鍵詞： 車牌辨識 、數位監視系統 、硬體電路設計 、軟體程式設計
外文關鍵詞： Automobile Plate Recognition, Digital Video Recorder, Hardware Design, Software Design
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    • 現今監視系統，分成PC base以及Standalone兩類，PC base的系統，如名稱上所表示的需要由PC作為平台，加上其他軟硬體，如視訊卡、監視器，來組成一監視系統，而Standalone的系統，顧名思義是為一個獨立的架構，系統本身擁有自己的處理器、記憶體、儲存裝置，可獨自運作，體積較小，適用於多數場所。而現今監視系統的趨勢，除體積小，可安裝在多數場所，兼具多通道的架構，以便節省監視系統之硬體外，還須附加針對特別場所及應用所需的額外功能，故本論文針對停車場監視管理的應用，提出一個以DSP及小波壓縮解壓縮晶片為主的多通道的監視系統，並設計額外的硬體與軟體功能，達到高解析度與即時的數位監視錄影，同時做車牌的辨識，來自動辨識停車場出入之車牌號碼，本論文專注在多通道監視系統數位視訊多工解多工及畫面捕捉硬體的設計以及車牌辨識部分的軟體設計，硬體部份包含視訊Mux電路，DeMux電路，將多通道的影像合一或將單通道影像分開至多個通道，以及補捉與傳送單一畫面影像資料給DSP的image capture電路，來將影像資料傳送至DSP，以便讓軟體部分做影像處理及車牌辨識，影像軟體部分有將影像優化，車牌擷取以及字母辨識的功能，另外如再加上額外的控制功能，預期可以發展成為智慧型的停車場監控系統，並且也可在NTSC信號中加入語音資料，日期資料，或特殊之資訊，做特殊之應用。因軟體部分皆為簡單之運算，亦可將軟體部份特別以硬體製作，以期可達到Standalone的監視系統 ，而無需連結到PC處理，以便適用於更多的場合。

    Digital Video Recorder (DVR) system has found many applications nowadays. Besides traditional long hour and high resolution recordings, some special functions such as fast and intelligent retrieving, pattern recognition, etc., are expected of modern DVR. In this study, our goal is to design a multi-channel DVR system with automatic automobile plate recognition capability for use in a parking station surveillance and management environment. We focus our research on two main parts: hardware design of video Mux (multiplexer)/DeMux (demultiplexer) and image capture circuits used in the multi-channel DVR system, and software design of automobile plate recognition. The Mux and DeMux circuits can merge multi-channel digital video signal into one channel and split one channel into multi-channel digital video signals, respectively. The image capture hardware can capture image data of one frame and send it to DSP for further processing. All these three functions are designed and implemented in an FPGA chip. For the automobile plate recognition, we develop a simple software program that contains an image enhancement, an automobile plate ROI grab, and a characters recognition module to extract and identify the plate number in captured auto image. These functions can be easily augmented with other control functions to tailor the DVR system for various application purposes.

    內容目錄 中文摘要 ………………………………………………...………………………….Ⅰ 英文摘要 ………………………………………………...………………………….Ⅱ 內容目錄 ………………………………………………………...………………….Ⅲ 圖目錄 ………………………………………………………...…………………….Ⅵ 表目錄 ………………………………………………………...…………………….Ⅷ 第一章 前言 1-1 監視系統現況與趨勢 …………………………..………………………….1 1-2 本論文主要目標…………………………………………………………….2 1-3 本論文概要 ……………………………………………..………………….2 第二章 系統架構 2-1 硬體系統概要 ……………………………………………..……………….3 2-2 軟體程式概要 …………………………………………………..………….5 第三章 硬體電路設計 3-1 CCIR656介紹 …………………………………………………...………….6 3-2 Mux硬體……………………………………………………………………16 3-2-1 Mux概要 ……………………………………………….………….17 3-2-2 Mux電路設計 …………………………………….……………….17 3-2-3 Mux電路模擬 …………………………………….……………….18 3-3DeMux硬體…………………………………………………………………22 3-3-1 DeMux概要 ………………………………………….…………….22 3-3-2 DeMux電路設計 ……………………………….………………….23 3-3-3 DeMux電路模擬 ………………………………….……………….24 3-4 Image Capture硬體 ……………………………………………………….28 3-4-1 Image Capture及DSP EMIF介紹…………………….……………28 3-4-2 Image CaptureF電路設計 …………………………………………30 3-4-3 Image Capture電路模擬 ………………………..…………………31 第四章 軟體程式設計 4-1 軟體概要 ………………………………………………………………….33 4-2 影像優化 ………………………………………………………………….33 4-2-1 影像優化步驟 …………………………………………………….33 4-2-2 影像優化模擬………………………………………..…………….33 4-3 影像二值化………………………………………………………..……….36 4-3-1 影像二值化步驟 ………………………………………………….36 4-3-2 影像二值化模擬 ………………………………………………….37 4-4 車牌擷取 ………………………………………………………………….38 4-4-1 水平掃描 ………………………………………………………….38 4-4-2 垂直掃描 ………………………………………………………….39 4-4-3 車牌二值化 ……………………………………………………….40 4-5 字母擷取 ………………………………………………………………….41 4-5-1 上下緣切割 ……………………………………………………….41 4-5-2 左右緣切割 ……………………………………………………….41 4-5-3 字母放大 ………………………………………………………….41 4-6 字母切割 ………………………………………………………………….42 4-7 字母辨識 ………………………………………………………………….42 4-7-1 英文字母與數字字母分別……………………...…………………42 4-7-2 英文字母與數字字母分組…………………...……………………42 4-7-3 數字字母辨識………………………………….………………….44 4-7-4 英文字母辨識………………………………….………………….46 4-7-5 字母與樣本比對………………………………………………….46 4-8車牌辨識模擬…………………………………………………………….47 第五章 結論與未來發展 5-1 結論………………………………………………………………..…….50 5-2 未來發展………………………………………………………….…….50 參考文獻 …………………………………………………………………………52 圖目錄 圖2-1 整體系統架構…………………………………………………………………3 圖3-1 交錯式掃描……………………………………………………………………7 圖3-2 4:2:2YCbCr…………………………………………………………………….8 圖3-3 NTSC格式……………………………………………………………………..8 圖3-4 類比視訊訊號對數位視訊訊號………………………………………………9 圖3-5 掃描線的Blanking區域……………………………………………………10 圖3-6 掃描線中Blanking區域的模擬圖…………………………………………10 圖3-7 Field轉換的模擬……………………………………………………………..15 圖3-8 V訊號的轉換…………………………………………………………………15 圖3-9 MUX的基本架構…………………………………………………………….16 圖3-10 MUX概念…………………………………………………………………...16 圖3-11 SDRAM Address指向開頭模擬……………………………………………19 圖3-12 CCIR輸入模擬……………………………………………………………...19 圖3-13 CCIR Output Field1時模擬…………………………………………………20 圖3-14 CCIR Output Field2時模擬…………………………………………………20 圖3-15 MUX Odd field轉Even field時CCIR Output模擬………………………21 圖3-16 DeMux基本架構……………………………………………………………22 圖3-17 DeMux概念…………………………………………………………………23 圖3-18 DeMux模組的Blanking區域模擬…………………………………………25 圖3-19 DeMux輸入信號的模擬……………………………………………………26 圖3-20 DeMux輸出信號的模擬……………………………………………………27 圖3-21 Image Capture的介面圖…………………………………………………..29 圖3-22 Image Capture讀取時脈圖………………………………………………..31 圖3-23 Image Capture讀取時脈模擬……………………………………………...31 圖3-24 Image Capture配合Mux部分模擬………………………………………32 圖3-25 只向DSP傳送亮度資料的模擬……………………………………………32 圖4-1 原始畫面……………………………………………………………………..34 圖4-2 原始畫面的Histogram………………………………………………………34 圖4-3 經過Median Filter……………………………………………………………35 圖4-4 Histogram重新分配後………………………………………………………..35 圖4-5 優化後的Histogram…………………………………………………………36 圖4-6 畫面二值化之概念…………………………………………………………..37 圖4-7 二值化的結果………………………………………………………………..37 圖4-8 水平掃描結果………………………………………………………………..39 圖4-9 垂直掃描辨識結果…………………………………………………………..40 圖4-10 車牌擷取結果………………………………………………………………40 圖4-11 車牌重新二值化結果………………………………………………………41 圖4-12 車牌字母擷取結果…………………………………………………………41 圖4-13 英文辨識法概念……………………………………………………………43 圖4-14 數字辨識法概念……………………………………………………………43 圖4-15背面車牌辨識結果…………………………………………………………48 圖4-16正面車牌辨識結果…………………………………………………………48 圖4-17低亮度車牌辨識結果………………………………………………………49 圖4-18高亮度車牌辨識結果………………………………………………………49 表目錄 表3-1 整個Frame的6個區域 ……………………………………………………11 表3-2 Blanking及Field ……………………………………………………………..12 表3-3 EAV和SAV …………………………………………………………………..12 表3-4 Protection bits ………………………………………………………………...13 表3-5 Protection bits更正錯誤信號 ………………………………………………14 表3-6 EAV和SAV內容……………………………………………………………..14 表3-7 Frame的6塊區域 …………………………………………………………...24 表3-8 EMIF的控制線 ……………………………………………………………...30 表4-1 數字部份辨識結果 …………………………………………………………44 表4-2 數字部份分組 ………………………………………………………………44 表4-3 英文字母部分辨識結果 ……………………………………………………45 表4-4 英文字母分組 ………………………………………………………………46 表4-5 各部份模擬運算時間………………………………………………………47

    參考文獻
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