正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)論文.doc

1、燕山大學(xué)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)在牌照識(shí)別中的應(yīng)用學(xué)院（系）： 理學(xué)院 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 11經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 110108020005 學(xué)生姓名： 呂凱旋 指導(dǎo)教師： 孟憲云 教師職稱(chēng)： 教授 完成時(shí)間：2014年11月4日燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)院（系）： 理學(xué)院 基層教學(xué)單位：燕山大學(xué) 學(xué) 號(hào)110108020005學(xué)生姓名呂凱旋專(zhuān)業(yè)（班級(jí)）經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)題目正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)在牌照識(shí)別中的應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)方差極差均值設(shè)計(jì)要求1. 嚴(yán)格遵守學(xué)習(xí)紀(jì)律，不得遲到、早退和曠課;2. 學(xué)習(xí)態(tài)度端正, 勤于思考, 注重理論聯(lián)系實(shí)踐;3. 了解課程的基本理論和基本知識(shí), 概念清晰，主次分明;

2、4論文推導(dǎo)合理, 條理清楚, 層次分明, 結(jié)論正確, 撰寫(xiě)規(guī)范, 圖表清晰工作量綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題, 提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,體現(xiàn)壽險(xiǎn)精算程理論的具體應(yīng)用, 撰寫(xiě)一篇完整的論文.工作計(jì)劃1確定課程設(shè)計(jì)內(nèi)容；第1天2搜集、整理相關(guān)資料；第2天3對(duì)問(wèn)題進(jìn)行建模；第34天4結(jié)合理論、軟件進(jìn)行模型求解；第56天5對(duì)論文細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，提交課程設(shè)計(jì)論文第7天參考資料1 杜建波，任洪娥車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)探討J信息技術(shù)，2005，29(5)：52542 孟國(guó)強(qiáng)車(chē)輛牌照識(shí)別系統(tǒng)的原理及算法研究D吉林：吉林大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，20023 張耀躍，霍金龍汽車(chē)牌照自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在高速公路收費(fèi)中的應(yīng)用J遼寧交通科

3、技，2004，(3)：5457指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說(shuō)明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。2014年11月1日 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)審意見(jiàn)表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 摘要摘要：車(chē)輛牌照識(shí)別技術(shù)是智能交通系統(tǒng)中采集交通數(shù)據(jù)的重要技術(shù)手段。本文將正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于車(chē)輛牌照識(shí)別技術(shù)影響因素分析。在歸納了影響牌照識(shí)別準(zhǔn)確度的主要因素的基礎(chǔ)上，以上海市虹橋路測(cè)試數(shù)據(jù)為實(shí)例，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，得出了光線為車(chē)輛牌照識(shí)別技術(shù)主要影響因素的結(jié)論，進(jìn)而給出了提高車(chē)輛牌照識(shí)別正確度的建議。關(guān)鍵詞 牌照識(shí)別；正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)；影響因素；智能交通系統(tǒng)Ab

4、stractAbstract：The license plate recognition(LPR)is an important technology of traffic data collecting intelligent traffic systemThis paper presents orthogonal experimental design(OED) method to the analysis of factors impacting LPRThen，main factors influence on the LPR are sortedBased on the real s

5、ample of Hongqiao Road in Shanghai，the OED method is found feasibleAlso，it concludes that light is the key factor affecting LPRAnd correspondent conclusion and advices of LPR were put forwardKey words license plate recognition；orthogonal experimental design；influencing factors；intelligent traffic sy

6、stem目錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1 課題背景1第二章 預(yù)備知識(shí)22.1 牌照識(shí)別技術(shù)22.1.1 牌照識(shí)別技術(shù)原理22.1.2 牌照識(shí)別技術(shù)影響因素分析42.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)42.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理42.2.2 OED法的優(yōu)點(diǎn)42.2.3 OED法的應(yīng)用步驟5第三章 試驗(yàn)設(shè)計(jì)53.1 基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法的牌照識(shí)別影響因素分析53.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)63.3 試驗(yàn)結(jié)果分析7第四章 結(jié)論9參考文獻(xiàn)1010 第一章 緒論1.1 課題背景智能交通系統(tǒng)是21世紀(jì)世界道路交通的發(fā)展趨勢(shì)。交通信息采集系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在眾多的數(shù)據(jù)采集技術(shù)中，車(chē)輛牌照識(shí)別技術(shù)(License

7、Plate Recognition，LPR)是一個(gè)非常重要的發(fā)展方向。該技術(shù)能對(duì)車(chē)輛牌照進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的自動(dòng)登記、驗(yàn)證、監(jiān)視、報(bào)警等功能，大大提高智能化管理水平，減少人力物力投入，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。其應(yīng)用場(chǎng)合包括：高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)；城市交通車(chē)輛管理、監(jiān)控；電子警察系統(tǒng)；智能停車(chē)場(chǎng)、智能小區(qū)管理；車(chē)牌驗(yàn)證；車(chē)流統(tǒng)計(jì)等。牌照識(shí)別技術(shù)存在的主要問(wèn)題是它的準(zhǔn)確度，它受到多種因素(如天氣、光線、車(chē)牌污損等)的綜合影響。到底哪些因素引起了識(shí)別錯(cuò)誤的現(xiàn)象?其中哪些因素對(duì)LPR技術(shù)的準(zhǔn)確度有顯著的貢獻(xiàn)? 主要影響因素的識(shí)別可通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，但全樣本試驗(yàn)工作量巨大，難以實(shí)現(xiàn)。正交試驗(yàn)法(Orthog

8、onal Experimental Design ,OED)是解決這一問(wèn)題的高效方法。使用OED方法，能夠大幅度減少試驗(yàn)次數(shù)且不會(huì)降低試驗(yàn)的可信度。第二章 預(yù)備知識(shí)2.1 牌照識(shí)別技術(shù)2.1.1 牌照識(shí)別技術(shù)原理汽車(chē)牌照識(shí)別技術(shù)(LPR)是一個(gè)以特定目標(biāo)為對(duì)象的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，能從一幅圖像中自動(dòng)提取車(chē)牌圖像，自動(dòng)分割字符，進(jìn)而對(duì)字符進(jìn)行識(shí)別。該技術(shù)對(duì)采集到的汽車(chē)圖像進(jìn)行處理，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地自動(dòng)識(shí)別出車(chē)牌的數(shù)字、字母及漢字字符，并以計(jì)算機(jī)可直接運(yùn)行的數(shù)據(jù)形式給出識(shí)別結(jié)果1。LPR的基本工作流程為：(1)車(chē)輛檢測(cè)：當(dāng)車(chē)輛到達(dá)車(chē)檢器時(shí)，車(chē)檢器向處理單元發(fā)出車(chē)輛到達(dá)信號(hào)(也可能沒(méi)有車(chē)檢器，僅采用視

9、頻虛擬車(chē)檢器觸發(fā))；(2)圖像抓拍：處理單元接收到到達(dá)信號(hào)后，啟動(dòng)抓拍單元并發(fā)出輔助光，采集攝像頭送出的圖像信號(hào)；(3)牌照識(shí)別：將攝像頭拍攝到的包含車(chē)輛牌照的圖像通過(guò)視頻卡輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)處理，再由檢索模塊對(duì)牌照進(jìn)行搜索、檢測(cè)、定位，并分割出包含牌照字符的矩形區(qū)域，然后對(duì)牌照字符進(jìn)行二值化并將其分割為單個(gè)字符，規(guī)整后輸入字符識(shí)別子系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別。其流程如圖1所示。圖像抓拍圖像采集車(chē)輛檢驗(yàn)車(chē)輛定位拍照識(shí)別圖像預(yù)處理拍照定位車(chē)牌分割字符切分、識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)圖1 LPR工作流程圖2.1.2 牌照識(shí)別技術(shù)影響因素分析車(chē)輛牌照識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)具有很高的識(shí)別正確率，對(duì)環(huán)境光照條件、拍攝位置和車(chē)輛行駛速度等因素的影響

10、應(yīng)有較大的容閾，并且要滿足實(shí)時(shí)性要求2。從人類(lèi)視覺(jué)基本原理分析，要想看清一幅圖像必須具備三個(gè)條件：圖像本身必須清晰、眼睛視力必須好、必須要有適當(dāng)?shù)墓饩€。車(chē)輛牌照識(shí)別技術(shù)就是根據(jù)視覺(jué)的基本原理而確定的，是一個(gè)集成像、光源、識(shí)別三位一體的完整的過(guò)程3。其難點(diǎn)為：(1)算法(包括牌照區(qū)域定位、變形旋轉(zhuǎn)校對(duì)、污損修復(fù)、字符切分、識(shí)別)；(2)成像環(huán)節(jié)(包括環(huán)境光影響、車(chē)輛高速運(yùn)動(dòng)成像)。本文僅討論外界因素對(duì)車(chē)輛牌照識(shí)別技術(shù)的影響，不涉及技術(shù)本身。因此，在本試驗(yàn)中，可將車(chē)輛牌照識(shí)別技術(shù)的主要影響因素歸結(jié)為交通流條件、光照條件與環(huán)境條件。根據(jù)實(shí)際情況，交通流條件考慮流量因素，如高峰時(shí)段、平峰時(shí)段；光照條件

11、考慮光線明、暗；環(huán)境條件考慮天氣因素，如晴、雨。2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)2.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)(0rthogonal Experimental Design)是一種解決多因素、多水平對(duì)比試驗(yàn)的數(shù)學(xué)方法。它依據(jù)數(shù)學(xué)原理，根據(jù)正交性從大量的試驗(yàn)因素中挑選具有正交性質(zhì)的因素和水平指標(biāo)，通過(guò)均衡搭配組合使用那些具有代表性，典型性的組臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)。這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散、齊整可比”的特點(diǎn)，町雌涵蓋各個(gè)因素組合的情況，極大地減少了試驗(yàn)的次數(shù)。用少而有代表性的試驗(yàn)反映出全面情況，提高了工作效率。2.2.2 OED法的優(yōu)點(diǎn)一般認(rèn)為，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)4,5,6。(1)考察因素及水半

12、臺(tái)理、分梅均勻。(2)不需進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，誤差便可估計(jì)出來(lái)且計(jì)算精度高。(3)找出了最主要因素，便于進(jìn)一步試驗(yàn)。(4)因素越多、水平越多、因素之間交互作用越多，正交裹的作用越大。在分析車(chē)輛牌照識(shí)別影響因索的試驗(yàn)中，可以利用正交試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)(1）、(3)和(4)柬大幅降低試驗(yàn)的數(shù)量并保證試驗(yàn)質(zhì)量。2.2.3 OED法的應(yīng)用步驟牌照識(shí)別技術(shù)準(zhǔn)確率的影響因素十分復(fù)雜，是許多影響因素共同作用的結(jié)果。如前文所述，主要的影響因素可以歸納為交通流條件、光線條件和天氣條件。以牌照識(shí)別技術(shù)影響因素為分析對(duì)象，其應(yīng)用步驟如下：(1)明確研究對(duì)象的目的，確定考核指標(biāo)；(2)挑因素，選擇臺(tái)適的正交裘i選水平，制定因索水平

13、表，確定試驗(yàn)方案；(3)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。第三章 試驗(yàn)設(shè)計(jì)3.1 基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法的牌照識(shí)別影響因素分析本文選擇上海虹橋路淮每路的測(cè)試路作為分析對(duì)象(見(jiàn)圖2)。設(shè)路段為四車(chē)道，機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)之間為物理分隔。通過(guò)對(duì)2007年9月11日2007年9月21日問(wèn)工作日的流量統(tǒng)計(jì)分析可知，該路段機(jī)動(dòng)車(chē)日平均流量約為2400輛，流量時(shí)變具有穩(wěn)定的變化規(guī)律，早、晚高峰時(shí)段及平峰時(shí)段明顯。該案例對(duì)于分析牌照識(shí)別影響因素具有重要的借鑒作用。圖2 虹橋路3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況交通流條件考慮流量因素，分為高峰時(shí)段和平峰時(shí)段兩個(gè)水平光照條件分為明、暗兩個(gè)水平；環(huán)境條件考慮天氣因素分為晴、雨兩個(gè)。困此，本次

14、試驗(yàn)中分析這3個(gè)因素對(duì)牌照識(shí)別準(zhǔn)確率影響的顯著性。具體影響因素和水平指標(biāo)設(shè)置如表1。表1 影響因素和水平指標(biāo)表影響因素流量光線天氣水平1 高峰2 平峰1 明2 暗1 晴2 雨由于影響因索是3個(gè)，每個(gè)因素的水平為2，所以選用正交表，將進(jìn)行4次試驗(yàn)(僅為全面試驗(yàn)次數(shù)的50)。試驗(yàn)計(jì)劃見(jiàn)表2：表2 基于方法的OED試驗(yàn)計(jì)劃表編號(hào)影響因素流量光線天氣11 高峰1 明1 晴21 高峰2 暗2 雨32 平峰1 明2 雨42 平峰2 暗1 晴即方案組合為：晴天早高峰(07.9.12.89點(diǎn))雨滅晚高峰(07.9.18.1819點(diǎn))雨天白天平峰(07.9.18.78點(diǎn))晴天夜晚平峰(07.9.12.1819點(diǎn)

15、)從正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)后的方案綴合結(jié)果中看出：試驗(yàn)條件均衡的分散在配合完全的水平組合中，因而代表性強(qiáng)容易出現(xiàn)好條件，具有均衡分散性；對(duì)于每列因素，在各個(gè)水平的結(jié)果之和中，其他因素各個(gè)水平的出現(xiàn)次數(shù)都是相同的，這保證了在各個(gè)水平的效果中，最大限度地排除了其他因素的干擾，因而能最有效地進(jìn)行比較?？己酥笜?biāo)：捕獲率、識(shí)別正確率和總正確率。各指標(biāo)的計(jì)算方法見(jiàn)公式(1)，式(2)、式(3)；捕獲事=捕獲數(shù)實(shí)際流量 (1)識(shí)別正確率=正確數(shù)(捕獲數(shù)一重拍數(shù)) (2)總正確率=捕獲率*識(shí)別正確率 (3)3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析分析結(jié)果見(jiàn)表。表3.1 關(guān)于捕獲率指標(biāo)的直觀分析表因素流量光線天氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)11 高峰1 明

16、1 晴95.41實(shí)驗(yàn)21 高峰2 暗2 雨95.33實(shí)驗(yàn)32 平峰1 明2 晴97.43實(shí)驗(yàn)42 平峰2 暗1 雨93.92均值195.37096.42094.665均值295.67594.62596.380極差0.3051.7951.715表3.2 關(guān)于識(shí)別正確率指標(biāo)的直觀分析表因素流量光線天氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)11 高峰1 明1 晴95.46實(shí)驗(yàn)21 高峰2 暗2 雨85.26實(shí)驗(yàn)32 平峰1 明2 晴97.17實(shí)驗(yàn)42 平峰2 暗1 雨96.24均值190.36096.31595.850均值296.70590.75091.215極差6.3455.5654.635表3.3 關(guān)于總正確率指標(biāo)的直觀

17、分析表因素流量光線天氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)11 高峰1 明1 晴91.2實(shí)驗(yàn)21 高峰2 暗2 雨81.38實(shí)驗(yàn)32 平峰1 明2 晴95.07實(shí)驗(yàn)42 平峰2 暗1 雨90.65均值186.29093.13590.925均值292.86086.01588.225極差6.5707.1202.700從表3.1,3.2,3.3分析，可以得到以下結(jié)論：(1)直接比較4個(gè)試驗(yàn)的捕獲率、識(shí)別正確率、總正確率，都是3號(hào)試驗(yàn)的指標(biāo)值最高，即雨天、白天、平峰條件下可以獲得好的試驗(yàn)結(jié)果。(2)比較各列均值1、2的大小，如果均值1比均值2大，則占有該列的因素的水平1，在該評(píng)價(jià)指標(biāo)上通常比水平2好。對(duì)于識(shí)別正確率和總正確率

18、，均為平峰時(shí)段比高峰好，光線明亮比黑暗好，晴天比雨天好；捕獲率變化不大，平峰時(shí)段比高峰好，光線明亮比黑暗好，但雨天比晴天要好。(3)級(jí)差的大小用來(lái)衡量試驗(yàn)中相應(yīng)因素作用的大小，級(jí)差大的因素，意味著它的兩個(gè)位級(jí)對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)造成的差別比較大，通常是重要因素。根據(jù)以上結(jié)果，可將影響因素重要程度排序，分析如下：捕獲率：光線天氣流量。但級(jí)差值均較小，即捕獲率隨天氣、光線和流量的變化不大。識(shí)別率：流量光線天氣。級(jí)差值均較高且相差不大，即天氣、光線和流量都對(duì)識(shí)別率有較大的影響?？傉_率：光線流量天氣。該指標(biāo)可作為總體評(píng)價(jià)參考，即光線是影響牌照識(shí)別主要影響因素?？梢钥闯觯壳暗能?chē)輛牌照識(shí)別系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了一定的準(zhǔn)確度，但是，在光線條件差的情況下或者流量大時(shí)，正確率、識(shí)別率會(huì)明顯降低。這是因?yàn)椋?1)現(xiàn)場(chǎng)光線條件隨著晝夜更替、天氣變化而截然不同，道路兩邊樹(shù)影、建筑物陰影的移動(dòng)使圖像受干擾嚴(yán)重；(2)當(dāng)交通量很大時(shí)，車(chē)輛間距離較小，在圖像上往往反映為兩車(chē)相連，車(chē)輛牌照被遮擋，造成漏捕。第