基于matlab多路径识别算法的研究毕业设计说明书含源程序毕业设计论文.docx
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基于matlab多路径识别算法的研究毕业设计说明书含源程序毕业设计论文
毕业设计（论文）
课题
名称
多路径识别算法的研究
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
随着各省市高速公路的不断建设，基本上建成了大小规模不等的联网收费系统，在联网收费系统建设中，都面临了一个共同的问题——车辆行驶路径的识别。
路径识别不仅仅涉及对每一通行车辆如何计算通行费，同时还要考虑将收入的通行费拆分给哪个收费单位的问题，通行费的拆分直接关系到各条高速公路的合法利益，是联网收费的关键。
所以说解决多路径识别问题在完善高速公路联网收费系统中起着至关重要的作用。
本文介绍了多路径识别的多种算法，并着重分析了识别算法中的汽车牌照识别，根据车牌图像特点，对车牌识别算法关键环节包括数字图像预处理，车牌定位，车牌字符识别等三部分一一进行了分析研究。
本文采用直方图变换、边缘检测、二值化等方法对车牌图像进行了预处理。
对车牌定位采用了一种基于灰度图像求取卷积能量极值区域的车牌定位方法。
采用模板匹配法对车牌字符进行识别。
并采用了MATLAB来完成算法的设计与实现。
研究结果表明车牌识别率较高，适应性较强，实时性比较好。
关键词：
多路径识别；车牌识别；车牌定位；模板匹配；字符识别
ABSTRACT
Asexpresswayconstructionunceasinglyinprovinces,numbersofonlinechargingsystemswascompletedbascially.Intheconstructionofonlinechargingsystem,wearefacingacommonproblem—Theidentificationofvehiclepath.Pathrecognitioninvolvesnotonlyhowtocalculatethetollstoeveryvehicle,alsoshouldconsiderhowtosplittheincomestorelevantchargingunit.Tollsplitisdirectlyrelatedtothelegitimatebenifitofeveryexpressway,andisthekeytonetworkingtoll.Sosolvingtheproblemofmultipathrecognitionplaysanimportantroleinperfectingtheexpresswaynetworkingtollsystem.
Thisarticleintroducesthemultipathrecognitionalgorithms,Andemphaticallyanalysedtherecognitionalgorithmoflicenseplaterecognition.Basedonimagecharactersoflicenseplate,wehaveadeeplyresearchonthekeytechnologiesofthevehiclelicenseplaterecognitionsystem,whichincludethreeparts:
digitalimagepre-processing,licenseplatelocation,licenseplatecharactersrecognition.
Inthevehicleimagespre-procession,thepaperusethemethodsofHistogramTransformation,Edgedetection,binarization.Forlicenseplatelocalizationusingakindofcalculatingconvolutionbasedongrayimageenergyextremumregionoflicenseplatelocatingmethod.Thepaperusepatternmatchingwhichmethodhasbeenimprovedtorecognizethecharacters.AndusingMATLABtocompletethedesignandimplementationofthealgorithm.Researchresultsshowthatthelicenseplaterecognitionrateishigher,adaptabilityisstronger,betterreal-timeperformance.
KeyWords:
Multipathrecognition;Licenseplateidentification;licenseplatelocation;templatematching;OCR
第1章绪论
随着各省市高速公路的不断建设，基本上建成了大小规模不等的联网收费系统，在联网收费系统建设中，都面临了一个共同的问题——车辆行驶路径的识别。
路径识别不仅仅涉及对每一通行车辆如何计算通行费，同时还要考虑将收入的通行费拆分给哪个收费单位的问题，通行费的拆分直接关系到各条高速公路的合法利益，是联网收费的关键。
所以说解决多路径识别问题在完善高速公路联网收费系统中起着至关重要的作用。
1.1研究背景和意义
随着高速公路路网规模的不断扩大，联网收费区域内的环状路结构变得更加复杂，仅河北省一片区（京津以南高速公路）联网收费区域内的已有路、在建路和未建路共有约20个最小封闭环路，如果在每个不同业主的路段设收费站，投资巨大，也会影响高速公路的效率，同时，传统的收费车道所采用的人工输入车牌号码后3位数字的方式时效性差，巨大的工作量直接影响高速公路的通行能力和服务水平。
因此，高速公路上两点之间车辆行驶的多路径识别问题成为联网收费及网络费用清分模式中迫切需要解决的问题。
多路径识别主要解决高速公路通行费的合理收取以及通行费的准确拆分问题。
同时由于高速公路中大型车辆倒卡、逃费现象十分猖獗，通常表现为利用目前机电系统存在的功能不完善漏洞，实现相同货车套牌倒卡具体表现为满载长途与空载短途同号牌车辆倒卡，即通过减少里程，逃避超载处罚力度。
为高速公路正常收取车辆通行费造成的及大的损失，同时也带来了不良的社会影响。
所以多路径识别在实现识别车辆的实际行驶路径从而进行收费拆分，同时也要解决倒卡、逃费问题。
综上所述，多路径识别就需要解决以下三个问题：
（1）高速公路通行费的合理收取。
（2）通行费的准确拆分。
（3）倒卡、逃费问题。
1.2MATLAB的概述
MATLAB是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高科技计算语言和交互式环境。
它具有以下特点：
1．友好的工作平台和编程环境
MATLAB由一系列工具组成。
这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。
包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。
随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。
而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。
简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。
2．简单易用的程序语言
MATLAB一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。
用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。
新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C＋＋语言基础上的，因此语法特征与C＋＋语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。
使之更利于非计算机专业的科技人员使用。
而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。
3．强大的科学计算数据处理能力
MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。
其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。
函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。
在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。
在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。
MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。
函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。
4．出色的图像处理功能
MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。
高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。
可用于科学计算和工程绘图。
新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。
同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。
另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。
5．应用广泛的模块集合工具箱
MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。
一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。
目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。
6．使用的程序接口和发布平台
新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。
允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序。
另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。
MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。
工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。
7.应用软件开发（包括用户界面）
在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。
本文设计的系统采用MATLAB搭建车辆牌照识别系统，具有非常明显的优势：
（1）可以直接使用MATLAB的ImageAcquisitionToolbox、ImageProcessingToolbox以及NeuralNetworkToolbox作为骨架来搭建整个系统。
（2）使用MATLAB的图形用户界面技术（GUI）编写牌照识别系统面板，可以达到与牌照定位切分程序及字符识别程序的无缝连接。
（3）使用专业工具箱，使得研究人员不必过于关心程序的细节问题，可以将主要的精力放在算法的研究、设计方面，极大地减少了工作量，为算法的研究改进提供了先决条件。
1.3本文框架结构
本文通过对多路径识别算法理论进行系统认真的学习和研究，查阅了大量的国内外相关的文献和资料，主要完成了围绕汽车牌照识别技术的多路径识别算法的实现。
本文的主要结构如下所示：
第一章，绪论。
本章首先介绍了多路径识别理论研究的背景和意义，然后综述了陈述了本文的内容安排。
第二章，国内外研究现状。
本章介绍了多路径识别理论的历史、发展、国外各国发展现状及立足我国的研究发展方向。
第三章，多路径识别基本理论。
本章详细阐述了多路径识别理论的基本原理。
首先讲述了多路径识别理论的构成，然后围绕多路径识别算法的精确识别中汽车牌照识别技术的主要算法展开讨论，介绍了该技术应用了哪些方面的知识，是如何实现的。
第四章，基于模板匹配的车牌识别详细设计。
本章是本文的重点，包括图像的采集、图像预处理、车牌定位、倾斜校正、字符分割、字符识别。
第五章，实验环境平台搭建、识别过程、实验数据及分析。
第六章，总结和展望。
本章总结了本设计所完成的工作，并对其中的缺陷做出了说明，指出了所采用算法的不足指出，对下一步的工作做了展望。
第2章国内外研究现状
多路径识别在高速公路联网收费系统中起到的关键作用，引起了大家广泛的关注和研究，下面我们将对该理论的历史和发展历程做出介绍。
2.1国外研究现状
国外高速公路实行收费的虽然有一些，但是大部分规模不大，或者是路公司比较单一，他们的研究主要集中在电子不停车收费（ETC,即ElectronicTollCollection）系统上面，或者是更为智能的如德国研究的利用全球定位系统（GPS）的收费系统，但专门就在高速公路路径识别这方面的研究很少。
日本是一个典型的对高速公路实行收费制度的国家，其在高速公路收费防堵方面进行了不倦的探索。
从2001年3月开始，ETC（电子不停车收费）技术在日本整体上投入运营。
在实际应用中，ETC技术相对于传统收费技术来说有两个优势：
一是更加适应于多个不同主体运营管理多条收费道路的情况；二是对非法行为、人为破坏和逃费行为有着更强的防范性。
目前,日本高速公路80%的出入口都实现了ETC化,而且越来越多的汽车安装了ETC系统。
据日本政府估计,到2007年,ETC的用户将达到1500万辆。
日本最常用的ETC收费站采取3个门桥的样式,这3个门桥分别用于识别车型、识别入口和收费信息传输。
关于其应用此项技术进行路径识别的研究还没有见诸报道,但这样一来就有望通过大量的ETC用户,在关键路段安装扫描器,来达到高概率智能识别车辆行驶路径的效果。
德国一直在高速公路上未建任何收费设施,对车辆收取的通行费包含在燃油费和养路费中。
自2003年8月31日起,实施一项新的高速公路收费政策,即所有行驶在德国高速公路上的12吨以上的重型卡车,包括外国入境运输车辆,都必须缴纳高速公路行驶费。
所有收取的费用将用于改善德国交通基础设施,因为重型卡车将大量增加高速公路的建设和维护成本。
德国实行高速公路收费没有采用传统的关卡式收费站,他们采用的是卫星定位和移动通讯技术相结合的收费系统。
德国将投入的高速公路收费系统命名为“TollCollect”,是目前世界上不设收费窗口的最先进的道路收费系统之一。
它采用卫星辅助探测技术,依靠每辆行驶在高速公路上的车辆上安装的收音机大小的接收机精确计算出车辆所行驶里程。
接收机含有GPS导航信号接收机和一个移动通讯终端,一旦卡车启动,接收机便会自动记录行驶里程,并将计算出的缴费金额数据发送到监控中心。
这种技术相当于已经识别出了车辆行驶路径,但其依赖于美国的GPS定位系统,受其控制的识别精度影响,目前GPS的导航精度为10m,但不排除美国改变其导航精度的可能,使识别精度受到质疑,另外其车载接收机的价格也是一个问题。
2.2国内研究现状
目前许多省市建设的高速公路都具有相当规模,联网收费己成大势所趋。
由于路网结构的复杂性,有的里面具有环形结构,随着路网的不断完善这种环形结构将会越来越多,而一个路网里面一般有多个路公司在管理,如何确定车辆行驶路径也就成为一个摆在眼前的问题了。
国内对这方面的专题研究不多,目前以软课题的形式开展此类研究的有江苏省苏北高速公路网和浙江省高速公路网。
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