Automatische Nummernschilderkennung mit Industrie- und IP-Kameras

Basler: Kombination aus optischer Zeichenerkennung und ALPR-Algorithmen identifizieren individuell gestaltete Nummernschilder

Schwarze Zahlen- und Buchstabenkombination auf weißem Grund - eine einheitliche Gestaltung, die die Kennzeichen­erkennung auf deutschen Straßen einfach macht. Doch andere Länder, andere Nummernschilder. Eine Kombination aus Industrie- und IP-Kamera erkennt auch im Kennzeichendschungel zuverlässig jede Zeichen-, Ziffern- und Buchstabenfolge.


Die automatische Nummernschilderkennung, kurz ALPR (Automatic License Plate Recognition), wird in zahlreichen Verkehrsanwendungen genutzt. Denn Parksysteme und Zufahrtskontrollen, Verkehrsflussmanagement, Überwachungs- und Mautsysteme beruhen häufig auf dem Erkennen von Ziffern und Zeichen, die mithilfe von optischer Zeichenerkennung (OCR) und ALPR-Algorithmen entschlüsselt werden. Auch wenn sich diese Anwendungen im Detail unterscheiden, so haben sie doch den Bedarf an gestochen scharfen Bildern gemeinsam. Digitale Industrie- oder Netzwerkkameras mit hochempfindlichen Sensoren liefern eine sehr gute Bildqualität, um Nummernschilder in all ihren individuellen regionalen Gestaltungsformen eindeutig identifizieren zu können.
Verkehrsanwendungen sind ein klassischer Einsatzbereich für Industriekameras. Sie liefern detailreiche, unkomprimierte Bilder, können leicht in ein System integriert und mit GigE-Schnittstelle und -Kabeln bis zu 100 Metern Länge flexibel eingesetzt werden. Kombiniert man die Einzelbilder einer Indus­triekamera mit einer IP-Kamera, erhält man zusätzlich Videomaterial und Bilder, die gleichzeitig unterschiedliche Bildausschnitte mittels Multi-Streaming aufnehmen und so für eine beweissichere Dokumentation sorgen.
Die durch den simultanen Einsatz entstehenden Datenmengen werden aus Gründen der Speicherung komprimiert. Allerdings gehen bei jeder Komprimierung, abhängig vom gewählten Format, Bildinformationen verloren. ALPR-Anwendungen benötigen aber jedes kleine Bilddetail, um die Ziffern und Zeichen präzise und schnell identifizieren zu können.

Um seinen Kunden größtmögliche Flexibilität in ihren Kamerasystemen zu ermöglichen, verfügen zum Beispiel Basler-IP-Kameras über das sogenannte YUV-Feature. YUV-Bilder sind unkomprimierte Aufnahmen, die im Zusammenspiel mit dem Echtzeit-Trigger aufgenommen werden. Sie durchlaufen keinerlei Neuberechnung oder Komprimierung und erreichen die Rechnereinheit ohne Datenverlust.

Herausforderung:
Wechselnde ­Lichtverhältnisse

ALPR-Lösungen müssen sich oft in schwierigem Umfeld beweisen. So stellen zum Beispiel die ständig wechselnden Lichtbedingungen zwischen Tageslicht, Dämmerung und Nacht eine Herausforderung dar. Damit eine Kamera unter allen Lichtverhältnissen Bilder in konstant guter Qualität produziert, wird eine zusätzliche Lichtquelle installiert, die typischerweise nur ein schmales Spektrum, wie zum Beispiel 760 nm oder 850 nm, umfasst.
Vor allem NIR-Lösungen bieten sich in diesem Zusammenhang an, da diese Art Licht gut von den Nummernschildern reflektiert wird. Monochrom-Kameras sind üblicherweise mit einem IR-Pass-Filter ausgestattet, der das sichtbare Lichtspektrum blockt. So sorgt reine IR-Beleuchtung sowohl tagsüber als auch nachts für stabile Lichtverhältnisse und ermöglicht damit eine konstant zuverlässige Nummernerkennung.

Andere Länder, andere Anforderungen

Systeme, die für den Einsatz in China oder dem Mittleren Osten konzipiert werden, müssen andere Anforderungen erfüllen. Dort sind ALPR-Systeme mit Farbkameras ausgestattet und durch Weißlicht unterstützt. Diese Entscheidung zugunsten Weißlicht-basierten ALPR-Systemen hat einerseits mit den lokalen Präferenzen hinsichtlich Schwarz-Weiß- oder Farbaufnahmen zu tun, andererseits mit dem Bedarf an Farbe. Bei Überwachungsanwendungen zum Beispiel hilft die Farbe des Fahrzeugs oder des Kennzeichens bei der eindeutigen und zweifelsfreien Identifizierung.
In vielen Fällen helfen auch Kombinationen aus Monochrom- und Farbkameras. Dabei ist die Monochrom-Kamera mit NIR-Beleuchtung auf das Nummernschild ausgerichtet, während die Farbkamera einen deutlich größeren Bildausschnitt aufnimmt. Diese kombinierten Systeme arbeiten mit integrierter (meist LED-) Beleuchtung und einem Prozessor für die entsprechenden ALPR-Algorithmen. Die unterschiedlichen Nummernschilder einiger amerikanischer Bundesstaaten machen deutlich, welch bunte Kennzeichenvielfalt es weltweit gibt. Sie unterscheiden sich nicht alleine durch ihre Farbgebung, sondern weiterhin auch durch die Größe ihrer Ziffern, Zeichen und Buchstaben, sowie ihre Reflektivität.
Auch die unterschiedlichen Breiten von Fahrspuren spielen eine Rolle. So haben europäische Fahrspuren üblicherweise eine Breite zwischen 2,75 m und 3,75 m, für die Kameras mit einer Auflösung zwischen 800 bis 1.000 Pixel ausreichen. In den USA hingegen sind Fahrspuren typischerweise etwa 3,70 m breit. Gleichzeitig sind die Nummernschilder der Fahrzeuge kleiner, mit entsprechend kleineren Ziffern und Buchstaben. Für aussagekräftige Bilder sind hier mindestens 2.000 Pixel notwendig.

Entscheidend: die Bildqualität

Nur in seltenen Fällen stehen die Fahrzeuge, deren Nummernschilder erfasst werden sollen, still. Meist bewegen sie sich - und das häufig recht schnell. Kamera und Sensor müssen mit diesen Geschwindigkeiten mithalten können und ein Kennzeichen auch präzise erfassen, wenn es mit hoher Geschwindigkeit passiert. Hohe Empfindlichkeit und sehr kurze Belichtungszeiten helfen Bewegungsunschärfe und unerwünschte Rolling-Shutter-Effekte zu vermeiden.

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