William Pao
a&s International

Automatyczne rozpoznawanie numerów tablic rejestracyjnych (ANPR – Automatic Number Plate Recognition) stało się popularną technologią stosowaną w wielu dziedzinach – od kontroli dostępu po egzekwowanie opłat.

W systemie ANPR najważniejszym elementem jest kamera, która musi spełniać określone wymagania i być prawidłowo zainstalowana, by użytkownikom końcowym zapewnić optymalne korzyści. Jakiej kamery użyć, jakie wymagania musi spełniać, a także jak ją zainstalować?

Aplikacje ANPR
Rozpoznawanie numerów tablic rejestracyjnych (LPR – License Plate Recognition) – znane również jako automatyczne rozpoznawanie tablic rejestracyjnych (ALPR – Automatic License Plate Recognition) lub automatyczne rozpoznawanie numerycznych tablic rejestracyjnych (ANPR) – zyskuje coraz większą popularność. Według badania przeprowadzonego przez Research and Markets, globalny rynek ANPR w okresie 2017–2025 będzie charakteryzował się dużym wzrostem i w 2025 r. osiągnie 1,7 mld USD.
ANPR jest przeważnie oparte na konwersji obrazu tablicy rejestracyjnej na ciąg znaków alfanumerycznych za pomocą technologii optycznego rozpoznawania znaków (OCR – Optical Character Recognition). Można je stosować w różnych obiektach i do różnych celów, np. na zamkniętych parkingach do wykrywania prób wjazdu nieuprawnionych pojazdów, w garażach do kontroli przepływu ruchu, w centrach handlowych do celów statystycznych. Władze lokalne mogą wykorzystać system do monitorowania przepływu pojazdów pod kątem przyszłych modernizacji drogowych.

Kontrola dostępu
Kontrola dostępu jest jedną z bardziej oczywistych aplikacji umożliwiających wjazd pojazdu na teren obiektu lub wyjazd z niego w sposób zautomatyzowany. Pojazd jest wpuszczany lub nie w zależności od tego, czy jego numer rejestracyjny znajduje się w bazie danych na liście uprawnionych.

Egzekwowanie prawa
Rozpoznanie numerów tablic rejestracyjnych pozwala zidentyfikować niezarejestrowane, a nawet skradzione pojazdy. Umożliwia również wykrywanie samochodów z nieopłaconymi mandatami. W skrajnych przypadkach system może pomóc organom ścigania w śledzeniu podejrzanych pojazdów.

Parking miejski
Zarządzanie parkowaniem w mieście – zwłaszcza szybko rozwijającym się – jest wyzwaniem. Ręczne sprawdzanie opłat za parkowanie zajmuje sporo czasu. Technologia ANPR upraszcza egzekwowanie opłat i poprawia ogólną wydajność.

Zarządzanie ruchem
Analiza danych generowanych przez systemy ANPR, obrazujących natężenie ruchu pojazdów w obrębie miasta i na jego obrzeżach, dostarcza włodarzom miasta cennych informacji pozwalających usprawnić zarządzanie ruchem ulicznym. Mogą być pomocne w zrozumieniu wzorców tworzenia się korków i spowolnienia czasu przejazdu na konkretnym odcinku.

Inne aplikacje
Dane dostarczane przez ANPR można również wykorzystać do innych celów. Przykładowo operatorzy w supermarketach mogą informować pracowników o parkujących na miejscu dla inwalidów, którzy mogą potrzebować pomocy, np. o osobach niepełnosprawnych lub niedowidzących.

KAMERA: główny komponent ANPR
Na system ANPR składa się kilka komponentów: kamera, działający „silnik” odczytu tablic rejestracyjnych, nośnik pamięci, a także inne opcjonalne elementy, np. przełączniki sieciowe IP, urządzenia wejścia/wyjścia lub audio. Wśród nich najważniejsza jest kamera, której zadaniem jest odczyt numerów tablic rejestracyjnych, często w zmiennych warunkach otoczenia, nieprzerwanie przez 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu.

Aplikacja ANPR w kamerze czy na serwerze?
Analiza ANPR może być wykonywana w kamerze, w rejestratorze znajdującym się blisko kamery lub na serwerze. Wzrost popularności i oferty kamer odczytujących tablice rejestracyjne wynika z dwóch powodów:
• przetwarzanie i analiza obrazu odbywają się w jednym urządzeniu. Dane z odczytu numerów nie muszą być przesyłane przez sieć, a kamera może być bardzo efektywnym jednoproduktowym systemem kontroli przejazdu, co oznacza mniejsze obciążenie sieci. Ponadto analiza może być wykonywana na nieskompresowanym obrazie;
• większa efektywność kamer ANPR – systemy oparte na platformie serwerowej mogą się nie sprawdzić w najbardziej wymagających scenariuszach. Często wymagają większej mocy obliczeniowej w porównaniu z kamerami z uruchomioną aplikacją ANPR. Jest to związane m.in. z niedociągnięciami programowymi. Struktura kodu aplikacji ANPR przeznaczonej na jednostki serwerowe nie jest optymalizowana pod kątem zużycia zasobów, tak jak jest to w przypadku ograniczonej mocy obliczeniowej kamer.
Jakość działania dostępnego oprogramowania ANPR różni się, w zależności od dostawcy, mocą obliczeniową czy nieefektywną konstrukcją silnika ANPR. Niektóre aplikacje mogą odczytywać tylko jedną tablicę w danej jednostce czasu (wtedy mowa o odczycie z jednego pasa ruchu o standardowej szerokości 3 m). Takie aplikacje nie są w stanie odczytywać tablic wielu pojazdów na drogach dwujezdniowych czy niestandardowych tablic z innych regionów.

Wymagania dotyczące kamery
Kamery stosowane do aplikacji ANPR muszą spełniać specjalne wymagania. Kluczową kwestią jest to, że aby proces rozpoznawania działał skutecznie, obraz wygenerowany przez kamerę musi być wystarczająco ostry.

Przetwornik
Istotnym elementem każdej kamery jest właściwy przetwornik obrazu. Większość nowych modeli kamer radzi sobie dobrze w trudnych warunkach oświetleniowych. Obecnej technologii wytwarzania przetworników CMOS nie przeszkadza wzrost gęstości pikseli i najnowsze przetworniki 1/3” są znacznie lepsze niż niewiele starsze przetworniki 1/2”. Kamery w warunkach dobrego oświetlenie mogą bez problemów pracować w tzw. trybie dziennym (tj. kolorowym) z włączonym filtrem odcinającym promieniowanie podczerwone. W warunkach niedostatecznego oświetlenia kamery przechodzą w tryb nocny, tj. czarno-biały, by umożliwić wprowadzenie promieniowania IR z promienników wbudowanych lub wewnętrznych. Najczęściej stosuje się oświetlacze IR o długości fali 850 nm. W przypadkach wykorzystania tego sposobu doświetlenia na trasach szybkiego ruchu lub w pobliżu portów lotniczych wymagane jest użycie oświetlaczy 940 nm.

Oświetlenie
Oświetlenie jest kluczowym parametrem kamery, ponieważ musi ona generować obraz tablic i w dzień, i w nocy, zwłaszcza że sugerowana szybkość migawki jest 10x większa od domyślnej, tj. 1/250 s. Wbudowane oświetlacze IR są użytecznym narzędziem umożliwiającym optymalny odczyt nawet w trudnych warunkach oświetleniowych. Diody LED muszą być wyposażone w odpowiednie soczewki i często także dyfuzory, aby równomiernie rozłożyć oświetlenie w kadrze, bez tzw. hot-spota, czyli bardzo jasno oświetlonego obszaru w środku kadru.
Niektóre tablice rejestracyjne nie są retro refleksyjne (np. w krajach Bliskiego Wschodu) i do prawidłowego odczytu wymagają użycia światła białego (rys. 1). Na Florydzie problem sprawiają metalowe pomarańczowo-zielone tablice. Do ich odczytu często używane jest oświetlenie IR o długości fali 750 nm, widziane przez kierowców jako czerwona poświata i czasami mylone z czerwonym światłem sygnalizacji świetlnej.

Rozdzielczość i kompresja
Rozdzielczość obrazu to kolejny kluczowy parametr do rozważenia. Zaleca się, aby nie była niższa niż 1080p, ale nie powinna być zbyt duża bez wyraźnej potrzeby. Specjaliści uważają, że do odczytu standardowej tablicy w UE wystarczy ok. 256 pikseli na metr. Większa gęstość pikseli sprawi, że działanie systemu będzie wolniejsze, a to może spowodować pominięcie odczytu kolejnych tablic rejestracyjnych.
Większość nowoczesnych kamer IP może wysyłać obrazy zakodowane w standardzie MJPEG lub H.264. Warto pamiętać, żeby kompresja była ograniczona do minimum. Otrzymany obraz może wyglądać znakomicie dla człowieka, ale po powiększeniu jest rozmyty, co powoduje błędy w odczycie, zwłaszcza gdy tablica jest uszkodzona, brudna lub źle oświetlona.

Warunki środowiskowe
Instalacja kamery w pobliżu drogi stanowi nie lada wyzwanie. Pył, kurz i brud nanoszony spod kół przejeżdżających samochodów wymaga odpowiedniej obudowy kamery, by mogła skutecznie działać. Zdaniem ekspertów w większości scenariuszy wystarczy obudowa o klasie szczelności IP66 i dobrej jakości osłony przeciwsłoneczne chroniące obiektyw przed słońcem i pyłem.

Instalacja kamery
Właściwa instalacja odgrywa kluczową rolę w odczytywaniu numerów tablic rejestracyjnych, ponieważ poprawność montażu decyduje o wydajności i skuteczności systemu. Szczególnie ważne jest tu prawidłowe ustawienie kamery, wpływające na jakość generowanego obrazu, a tym samym na wydajność procesu rozpoznawania numerów rejestracyjnych.

Punkt montażu
Odległość między przejeżdżającym pojazdem a kamerą różni się w zależności od wymagań użytkownika. Kamera ANPR może odczytywać numery nawet z dużych odległości. Należy jednak pamiętać, że im pojazd jest bardziej oddalony, tym więcej zmiennych ma wpływ na pracę systemu, np. najeżdżanie pojazdów na siebie i w efekcie brak możliwości rozpoznania tablicy rejestracyjnej.

Kąt patrzenia
Ważny jest również kąt, pod jakim kamera jest skierowana w stronę pojazdu. Użytkownik powinien brać pod uwagę dwa: kąt pionowy między osią wzdłużną kamery a płaszczyzną, po której porusza się pojazd, oraz kąt poziomy między osią wzdłużną kamery a osią wzdłużną pojazdu. Im mniejszy kąt, tym lepiej. Najefektywniej funkcja rozpoznawania tablicy działa, gdy kąt mieści się w zakresie 30 stopni (rys. 2).

Pozycja
Należy zwracać uwagę, aby kamera była odpowiednio ustawiona, np. za szlabanem, a nie przed nim, żeby ramię szlabanu nie zasłaniało pola widzenia kamery przechwytującej obraz tablicy rejestracyjnej. Jeśli z jakiegoś powodu tablica nie została poprawnie odczytana, to prawdopodobieństwo ponownego rozpoznania jest niewielkie. Gdy wjazd jest szeroki, a pojazdy poruszają się środkiem zamiast po wyznaczonym pasie ruchu lub wjazd jest pod kątem ostrym, warto zastosować więcej kamer. Techniczne rozwiązania drogowe wpływające na organizację ruchu, np. gumowe ograniczniki wyznaczają prawidłowe ustawienie pojazdów pod właściwym kątem do odczytu tablic.

Liczba pikseli
Wielkość obrazu tablicy rejestracyjnej jest bardzo ważna. Najlepszym sposobem jest podawanie wysokości w pikselach. Dobry silnik odczytuje numery rejestracyjne do 12 pikseli, ale optymalne rozpoznawanie uzyskuje się przy 20–30 pikselach. Dlatego ważne jest, aby stosować właściwy obiektyw. Według specjalistów najlepiej sprawdzą się kamery 1080p.

Inne wymagania
Czasami pojawiają się różne problemy, np. z zasilaniem czy komunikacją. Wybór właściwego miejsca montażu może stanowić najtrudniejszy etap wdrożenia. Należy uwzględnić specyfikę lokalizacji, w której kamerę ANPR można zainstalować. Głównym problemem jest uzyskanie pozwolenia na instalację w najlepszym miejscu dla kamery, trzeba pamiętać o zachowaniu odpowiedniej odległości, trajektorii czy kątów.
Podsumowując, każda instalacja ma inne cele i wymagania. Projektując system ANPR, instalator musi je w pełni znać. Musi przewidzieć, czy tablica rejestracyjna zawsze będzie w polu widzenia kamery i w jakim zakresie prędkości pojazdów odczytają tablice. Może przydadzą się środki spowalniania ruchu lub pasy nakierowujące pojazd do pola widzenia kamery.

Mobilny LPR
W omówionym systemie ANPR kamera jest zamontowana na stałe, lecz może on być także w wersji mobilnej, z kamerą zainstalowaną na pojeździe ruchomym, np. na samochodach patrolowych, autobusach, robotach czy śmieciarkach. Wówczas jest skanowana tablica każdego pojazdu, który pojawia się w polu widzenia kamery. Pojazd z kamerą skanującą może poruszać się po mieście, prowadząc swoją regularną działalność. Każdy przechwycony numer jest przesyłany do serwera ANPR zlokalizowanego w chmurze lub w centralnej serwerowni. Rejestrowany jest czas, lokalizacja, obraz tablicy rejestracyjnej oraz obraz ogólny z tyłu lub przodu pojazdu. System ANPR, sprawdzając każdy tag w bazie danych, może wysyłać komunikaty np. do policji, gdy numer rejestracyjny figuruje na czarnej liście wykroczeń czy w bazie pojazdów skradzionych.