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ROAD TO THE BEST ALPR lMAGES
road to the BEST ALPR images 自動車ナンバープレート認識 はじめに 自動車ナンバープレート認識(ALPRまたはANPR)は画像の光学式 文字認識(OCR)に依存するため、撮像された画像の質が高いほど 精度も高くなる。 テレビで見られるのとは違い、ぼやけた画像にズームしてより細部 の情報を得ることはできない。シャープネスやコントラストの条件 を満たす画像は最初から適切なシステムで取り込まれなければなら ない。それには適切なイメージセンサ、カメラ、光学系、照明の全 てが信頼できる方法で組み合わせられる必要がある。 自動車ナンバープレート認識向けの ハイクオリティな画像により ＯＣＲアルゴリズムは機能する -- 自動車ナンバープレート認識に 適した良好な画像 最初に画像の中の適切な場所にナンバープレートを捉えるための信頼できるトリガーを備え る。これは複数車線の場合特に難しい。そして良好で正確な画像としては次のような特長が 挙げられる。 » » » » シャープネス 十分なコントラスト アーチファクトのないこと 場合によっては正確なカラー これらの画質の問題の原因は様々である。下表にいくつかの考えられる理由を挙げる。シャ ープネス、コントラスト、アーチファクトについては次項で詳しく述べる。 画質パラメータ 制約に関連する原因 制御するための画像システムパラメータ シャープネス • 限られた被写界深度 • レンズのF値 • 被写体ブレ • イメージセンサの感度 • 変化する照明 • アイリス制御 • 限らた画像数 • イメージセンサ/カメラのフレームレート • ナンバープレートの反射 • 雪、雨、霧の反射 • イメージセンサ/カメラのダイナミックレ ンジ • ゴーストイメージ • フィルタ、レンズ、照明の調整 • 太陽光や反射光からの輝点と輝線 • カメラでのチャネルマッチング コントラスト アーチファクト • カメラでのブルーミングとスミアの制御 -- シャープネス シャープネスは画質の構成要素のひとつである。それは画像の鮮明さを示しており画像の中 の微細な部分の指標となる。ビジョンシステムの構成要素全てがうまく整合していないと空 間細部は不鮮明になる。全てがよく整合しているならナンバープレート認識システムの全体 的精度は向上することになる。 特に欧米で見られるゲートが無人のオープンロードと呼ばれる通行料徴収のような高速ナン バープレート認識システムの場合、必要なシャープネスを得ることは難題となるかもしれな い。シャープネスに影響する要因とその対処方法を挙げてみる。 被写界深度 一般的に被写界深度(DOF)とは被写体にピン トを合わせた時にある程度ピントの合ってい る被写体前後の範囲の幅のことを言う。 ナンバープレート認識向けの画像では、画像 全体のピントが合っている必要があるため、 非常に深い被写界深度が要求される。 アイリスを絞ることにより深い被写界深度が 可能になる。アイリスを絞るために、より感 度の良いセンサを使うという方法がある。 -- 被写体ブレ 被写体ブレとは輪郭が不鮮明なことであり、高 速道路での車両やナンバープレートのような高 速で動いている被写体を静止画像で撮像する時 に現れる。 この場合レンズのＦ値を小さくすることで動い ている被写体がぶれないよう露光時間を短くす ることができる。また、より感度の高いセンサ を使用すれば、より低照度であっても良好な画 像を得ることができるため露光時間を短くする ことが可能である。 照明 ナンバープレートごとにその反射率は異なる。最善の結果を得るためには赤外線照 明の波長をナンバープレートに合わせなければならない。 アイリス制御 自動アイリスよりも固定アイリスを選択することにより画像の制御がし易くなる。 固定アイリスで異なる露光時間で同じ被写体の画像を複数枚撮像することにより、 より効果的にピントと露光の制御をすることができる。自動アイリス機能は動的な 被写界深度を生じさせるため画像に不鮮明な部分が発生する可能性がある。 -- コントラスト 自動車ナンバプレート認識のOCRアルゴリ ズムに合ったシャープな画像を得る方法につ ハイダイナミックレンジの カメラを使う いて述べてきたが、もう一つの重要な画質パ ラメータとしてコントラストがある。 ハイダイナミックレンジのイメージセンサは 背景から前景（車両番号）をよりはっきりと コントラストとは明るい部分と暗い部分の明 度の差のことである。明度の差がはっきりと 表現されるほど微細な部分を検出することが 可能になる。 識別することが可能である。全世界を見た場 合、ある地域のナンバープレートではこの識 別は特に難しい課題となっている。適切に実 装されるなら、カメラメーカーはセンサのフ ルリニアダイナミックレンジを実現すること ができる。さらにダイナミックレンジを改善 する機能を加えることすら可能である。 照明 ナンバープレートの光反射が乏しいとコント 自動車ナンバープレート認識の要件となるコ ントラストを改善する方法を次に挙げる。 カメラのフレームレートを 上げる ラストが制限される。ナンバープレートによ り光反射率も異なる。シャープネスを最適化 するように、最善の結果を得るためには赤外 照明の波長を計測されるナンバープレートに 合わせなければならない。 高フレームレートのカメラを使い、異なる露 光時間で同じ被写体の画像を複数枚撮像する ことが可能である。異なる条件でこの方法の 複数の画像を得ることが可能であり、最善の 画像を選ぶことができる。解像度200万画素 HDで60fps以上のスピードのCCDカメラが現 在ある。CMOSカメラならば、その5倍以上 のスピードである。 -- 雪、雨、霧もまた赤外LEDに反射する。使 われる赤外線波長に特に配慮することで画 像のコントラストが改善されるであろう。 アーチファクト を最少化する センサ由来の欠陥を減らすのは簡単ではないが、カメラメーカーは特に自動車ナンバープレ ート認識の要件に係わるアーチファクトの除去や最少化に貢献できる。 ゴーストイメージを防ぐ ゴーストイメージは赤外照明が可視光ブロッ クフィルタと合わせて使われると出現する。 正しいフィルタを使用することにより、フィ ルタがレンズ、カメラ、照明と適切に調整さ れている限りゴーストイメージは減らすこと が可能である。システム性能を阻害するゴー ストイメージやレンズのアーチファクトを防 ぐ最も簡単な方法は、カメラに適切にフィル タやレンズを装着する専門技術のあるカメラ サプライヤを活用することである。 ブルーミングとスミアを 操作する ブルーミングとスミア（線）はシーンの輝点 の飽和により生じるアーチファクトであるた めアウトドアビジョンシステムにとり難しい 問題である。（右写真を参照）輝点はヘッド ライト、ナンバープレートからの反射、太 陽、道路に反射した太陽光などに起因する。 システムの画像処理ではこれらのアーチファ クトを補正することができないため、カメラ に内蔵されている、元の画像データでナンバ ープレートが不鮮明にならないようにする特 別な機能で、ブルーミングとスミアは操作さ れる必要がある。 -- チャネルマッチングを 改善する ブルーミングとスミアを効果的に操作したと しても、カメラに搭載されたイメージセンサ のチャネルマッチングが不十分な場合、太陽 の直射光はクオリティの低い画像の原因とな る。イメージセンサには通常2つもしくは4つ の読出チャネルがあり完全な画像を再現する ためにはカメラ内部で継ぎ合わせる必要があ る。チャネルマッチングの悪いカメラでは片 側は露出過度でもう片側は露出が足りないと いうような画像になる可能性があり、そうの ような画像はOCRアルゴリズムの性能を落と すことになる。 まとめ 質の高い入力画像ほどナンバープレート認識アルゴリズムのための良い出発点となり、より 高い認識精度に繋がる。 交通監視アプリケーションの厳しい照明条件で扱われるカメラに内蔵された特別な機能の他 に、レンズ、フィルタ、カメラ、照明の適切な調整により画像アーチファクトは低減または 除去される。最適なシャープネスとコントラストの組み合わせにより質の高い画像が実現で きる。 それによりOCRアルゴリズムの効率が向上し、より良い交通環境に寄与することが可能にな る。 -- adimec Adimecはマシンビジョン、メディカルイメージング、ア ウトドアイメージングなどの主要分野のアプリケーショ ンごとの要件に対応する高性能カメラの開発および製造 に特化しています。1992年の創業以来、ワールドワイド に大手装置メーカーと連携しながら、業界をリードする カメラを開発してきました。 Adimec独自の True Accurate Imaging® テクノロジーによ りビジョンシステムに全く新しいレベルの精密性と正確 性を提供します。さまざまなカメラ製品ラインにより、 性能、サイズ、価格、インターフェース、アプリケーシ ョン要件などに幅広く対応します。Adimecでは、地域で の親身なサポートによりお客様に貢献することを目的に 各地域に現地法人を置いています。 詳細情報についてはお問合せください。 www.adimec.co.jp --