Kennzeichen-Erkennung: Tipps für optimale Leistung

Kennzeichenerkennungs-Technologie (LPR) hat sich zu einem unschätzbaren Werkzeug für Verkehrsmanagement, Sicherheit und Strafverfolgung entwickelt. Ihre Effektivität hängt jedoch stark von der korrekten Einrichtung der Kamera-Hardware und -Software ab. Dieser Leitfaden bietet einen umfassenden Überblick über die besten Verfahren zur Einrichtung eines LPR-Systems, das eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Erfassung von Nummernschildern gewährleistet.

Optimierung der Kameraplatzierung für LPR

Vermeiden Sie eine zu große Reichweite: Die Erfassung zu vieler Fahrspuren mit einer einzigen Kamera kann die Qualität der Nummernschilderkennung beeinträchtigen. Es ist wichtig, die Reichweite der Kamera zu begrenzen, um Klarheit und Detailgenauigkeit der aufgenommenen Bilder zu gewährleisten.
Vorsicht bei den Winkeln: Falsche Kamerawinkel, entweder zu steil oder zu schräg, können die genaue Erfassung von Nummernschildern behindern. Achten Sie auf eine möglichst senkrechte Positionierung zu den Nummernschildern.
Zielspuren begrenzen: Im Idealfall sollten Sie eine Kamera pro Fahrspur einsetzen. Wenn dies nicht möglich ist, versuchen Sie, nicht mehr als zwei Fahrspuren zu verwenden.

Schwenken und Neigen steuern: Halten Sie den Schwenk- und Neigungswinkel der Kamera innerhalb von 30 Grad zum Kennzeichen, um Verzerrungen zu vermeiden und eine klare Sicht zu gewährleisten.
Physikalische Hilfsmittel verwenden: Geschwindigkeitsschwellen und andere verkehrsberuhigende Maßnahmen können die Fahrzeuge verlangsamen und so die Chance auf eine eindeutige Erfassung erhöhen, indem sie längere Laufzeiten für die Analyse schaffen.

Kameraeinstellungen für optimale Erkennung

Manuelle Einstellungen

Automatische Einstellungen wie automatische Verstärkung, automatische Belichtung und Komprimierung können Rauschen verursachen, das die Erkennung von Nummernschildern erschwert. Passen Sie diese Einstellungen manuell an, um Rauschen zu reduzieren und die Klarheit zu verbessern.

Kontrast und Verschlusszeit

Kontrast: Hohe Kontrasteinstellungen unterstützen die Unterscheidung der Kennzeichen vom Hintergrund und verbessern die Erkennungsgenauigkeit.
Verschlusszeit vs. Bilder pro Sekunde: Eine höhere Verschlusszeit kann schärfere Bilder liefern, die für das genaue Lesen von Nummernschildern unerlässlich sind, und steht nicht in direktem Zusammenhang mit den Bildern pro Sekunde der Kamera.

Besonderheiten der Kamera

Weiter Dynamikbereich (WDR) und Scheinwerferkompensation (HLC): Diese Funktionen können die Sichtbarkeit von Nummernschildern bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen, insbesondere bei Nacht, verbessern.
IR-Beleuchtung: Die IR-Strahler sind ideal für den Einsatz in der Nacht und verbessern die Reflektivität der Nummernschilder für eine bessere Erkennung.

Konfiguration von Kamera und Software

Codec und Komprimierung

MJPEG Codec: Bevorzugt für LPR aufgrund der Vollbildaufnahme, die sicherstellt, dass jedes Bild für die Nummernschilderkennung verwendet werden kann.
Komprimierungseinstellungen: Minimieren Sie die Kompression, um Artefakte zu reduzieren, die Details verwischen können, und streben Sie die höchstmögliche Bildqualität an.

Auflösung und Bildausschnitt

Optimale Auflösung: Für eine effektive LPR brauchen Sie keine ultrahochauflösenden Kameras. Berechnen Sie die Mindestauflösung auf der Grundlage der Breite des Kennzeichens und des Abstands zur Kamera, um Klarheit zu gewährleisten, ohne das System zu überlasten.
Fokusbereich: Stellen Sie den Fokus der Kamera so ein, dass er sich auf den Bereich konzentriert, in dem sich die Nummernschilder befinden, und ignorieren Sie irrelevante Umgebungen, um die Effizienz des Systems zu verbessern.

Praktische Tipps zur Einrichtung

Schnappschuss-Analyse: Machen Sie zahlreiche Schnappschüsse unter verschiedenen Bedingungen, um Kameraeinstellungen und Fokus zu optimieren. Regelmäßige Anpassungen an veränderte Bedingungen können die Erkennungsraten beibehalten oder verbessern.
Bereichsdefinition: Legen Sie den Erkennungsbereich innerhalb des Systems klar fest, um sich ausschließlich auf Nummernschilder zu konzentrieren, was die Genauigkeit erhöht und falsch positive Ergebnisse reduziert.

Die Umsetzung dieser Praktiken kann die Leistung von LPR-Systemen erheblich verbessern und sie zu effektiveren Werkzeugen für die vorgesehenen Anwendungen machen. Durch genaue Beachtung der Kameraplatzierung, -einstellungen und -konfiguration können Benutzer höhere Genauigkeitsraten und eine zuverlässigere Kennzeichenerkennung erreichen, was zu einer sichereren Umgebung beiträgt.

Die Erkennungsrate von Kfz-Kennzeichen mit dem XProtect LPR-Plugin hängt weitgehend von der Umgebung ab, in der die Kamera, die die Kennzeichen erfasst, eingesetzt wird. Das Administratorhandbuch für Ihr spezifisches Produkt enthält eine ausführlichere Übersicht über die Einstellungen, aber hier sind einige Dinge, die Sie schnell überprüfen können, um Ihre Ergebnisse zu verbessern:

Blickwinkel - Achten Sie darauf, dass die Kamera so positioniert ist, dass sie sich dem Fahrzeug nähert und einen horizontalen Blickwinkel von 15-25 Grad und einen vertikalen Blickwinkel von 15-30 Grad hat.
Verwenden Sie die Ein-Linien-Regel - Sie sollten in der Lage sein, eine einzelne, horizontale Linie durch ein Standbild des Nummernschildes zu ziehen, die sowohl durch den linken als auch durch den rechten Rand geht.
Mindestbreite des Kennzeichens - Vergewissern Sie sich, dass sich das Kennzeichen in der Mitte oder in der unteren Hälfte des Bildes befindet und dass das Kennzeichen bei einem idealen Schnappschuss eine Mindestbreite hat. Für Europa: 170 Pixel für stehende Motive oder 280 Pixel für bewegte Motive.
Vorgeschlagene Auflösungen - Niedrigere Auflösungen ermöglichen eine schnellere Erkennung (allerdings sollten Sie nicht zu niedrig eingestellt sein!). Eine zu hohe Auflösung kann die Erkennungszeit erheblich verlängern und zu Fehlern führen. Im Allgemeinen wird SVGA (800x600) in den USA und VGA (640x480) in Europa empfohlen.
Wenn Sie das LPR-Plugin einrichten, stellen Sie sicher, dass Sie mindestens 20 Schnappschüsse verwenden (empfohlen: 40) - Es mag wie eine Menge Schnappschüsse erscheinen, aber jeder einzelne trägt zur Verbesserung der Genauigkeit bei und ist die Zeit wert. 20 ist zwar die Mindestanzahl, aber in der Praxis erweist sich die Verwendung von 40 oder mehr Snapshots als die bessere Option. Verwenden Sie viele verschiedene Arten von Schnappschüssen - z. B. Schnappschüsse bei schwachem Licht, Schnappschüsse von Schildern, die in einem bestimmten Winkel aufgenommen wurden, schwer lesbare Schilder und leicht lesbare Schilder, Schnappschüsse mit guter Lichtqualität usw. Wenn ein Kfz-Kennzeichen verschiedene Hintergrundfarben haben kann, verwenden Sie Schnappschüsse mit allen möglichen Hintergrundfarben. Der wichtigste Punkt ist, dass Sie dem LPR "etwas beibringen" und ihm alle möglichen Bedingungen zeigen müssen, mit denen es später in realen Situationen (in der Produktion) konfrontiert sein könnte.

Faktoren, die Ihre Konfiguration einer LPR beeinflussen:

Diese Faktoren müssen berücksichtigt werden, da sie einen großen Einfluss auf den Erfolg der Nummernschilderkennung haben. Sie müssen die Kameras so montieren und XProtect LPR so konfigurieren, dass es für die jeweilige Umgebung passt. Sie können nicht erwarten, dass das Produkt ohne Konfiguration erfolgreich ist. Die CPU-Auslastung einer für LPR eingesetzten Kamera ist ca. fünfmal höher als die einer normalen Kamera. Wurde eine Kamera nicht richtig eingestellt, hat dies erhebliche Auswirkungen auf den Erfolg der Erkennungen und die CPU-Leistung.

Positionierung der Kamera

Bei der Montage von Kameras für LPR ist es wichtig, ein gutes, klares Bild des gewünschten Bereichs zu erhalten, damit das Nummernschild konstant erkannt werden kann. Dadurch wird die bestmögliche Leistung erzielt und das Risiko für fehlerhafte Erkennungen gering gehalten:

Der Bereich sollte nur den Bereich des Bildes abdecken, in dem das Nummernschild sichtbar ist, wenn das Fahrzeug das Bild durchfährt
Objekte, die das Sichtfeld behindern, wie Pfeiler, Schranken, Zäune, Tore, sollten vermieden werden.
Vermeiden Sie, dass irrelevante bewegliche Objekte wie Menschen, Bäume oder Verkehr im Bild sind.

Sind zu viele irrelevante Elemente im Bild, beeinträchtigen sie die Erkennung und der LPR-Server nutzt die CPURessourcen zur Analyse irrelevanter Elemente statt von Nummernschildern.

Zum Erzielen eines klaren Bildes ohne Beeinträchtigungen können Sie Folgendes tun:

Die Kamera so nah wie möglich am gewünschten Bereich anbringen
Kamerawinkel anpassen
Zoomen. Verwenden Sie zum Zoomen immer den optischen Zoom der Kamera

Bringen Sie die Kamera so an, dass das Nummernschild zuerst oben im Bild zu sehen ist (oder unten, wenn sich der Verkehr von der Kamera weg bewegt) und nicht rechts oder links. Dadurch sorgen Sie dafür, dass der Erkennungsprozess eines Nummernschildes erst dann beginnt, wenn das gesamte Nummernschild im Sichtfeld ist:

Kamerawinkel

Ein-Zeilen-Regel

Montieren Sie die Kamera so, dass Sie eine horizontale Linie ziehen können, die sich in den erfassten Bildern über die linke und rechte Kante des Nummernschildes erstreckt. In den folgenden Abbildungen sind korrekte und falsche Winkel zur Erkennung dargestellt.

Bei Sonderkennzeichen wie Elektrokennzeichen (ein "E" am Ende) ist der Algorithmus für die Erkennung wesentlich empfindlicher und wir empfehlen daher deutlich engere Kamerwinkel:

Vertikaler Winkel

Der empfohlene vertikale Blickwinkel einer Kamera für LPR liegt zwischen 15° und 30°.

Horizontaler Winkel

Der empfohlene maximale horizontale Blickwinkel einer Kamera für LPR liegt zwischen 15° und 25°.

Kamerabelichtung

Die Kamerabelichtung bestimmt, wie hell/dunkel und scharf/verschwommen ein Bild nach der Aufnahme ist. Das wird durch drei Kameraeinstellungen festgelegt: Blende, Verschlusszeit und ISO-Wert. Die Kenntnis der Verwendung dieser Einstellungen und ihres Zusammenwirkens hilft Ihnen bei der korrekten Einstellung der Kamera für LPR.

Blendeneinstellungen

Über die Einstellung der Blende wird der Lichtdurchlass in die Kamera durch das Objektiv geregelt. Dies wird über einen Blendenwert festgelegt, der erst einmal eher unlogisch erscheint, da die Blende mit abnehmendem Blendenwert größer wird.
Niedriger Blendenwert/große Blende = niedrige Tiefenschärfe
Hoher Blendenwert/kleine Blende = hohe Tiefenschärfe

Ein hoher Blendenwert sorgt dafür, dass das Nummernschild in einem größeren Bereich scharf fokussiert ist. Gute Lichtverhältnisse sind für eine ausreichende Belichtung entscheidend. Sind die Lichtverhältnisse nicht ausreichend, muss die Belichtungszeit länger sein, wodurch sich wieder das Risiko für unscharfe Aufnahmen erhöht.

Ein niedriger Blendenwert reduziert den Fokusbereich und somit den Bereich zur Erkennung, eignet sich jedoch bei Verhältnissen mit schwachem Licht. Kann sichergestellt werden, dass die Fahrzeuge den Fokusbereich langsam durchfahren, ist ein niedriger Blendenwert für eine konstante Erkennung geeignet.

Verschlusszeit

Der Verschluss einer Kamera bestimmt, wann der Kamerasensor für einfallendes Licht aus dem Kameraobjektiv geöffnet oder geschlossen ist. Die Verschlusszeit bezieht sich auf die Dauer, während dessen der Verschluss offen ist und Licht in die Kamera einfallen kann. Verschlusszeit und Belichtungszeit bezeichnen dasselbe Konzept; eine schnellere Verschlusszeit entspricht einer kürzeren Belichtungszeit.
Bewegungsunschärfe ist für die Nummernschilderkennung und Überwachung nicht wünschenswert. Oft bewegen sich Fahrzeuge während der Nummernschilderkennung, weshalb die korrekte Verschlusszeit ein wichtiger Faktor ist. Es gilt die Faustregel, die Verschlusszeit schnell genug zu halten, um Bewegungsunschärfe zu vermeiden, jedoch nicht zu
schnell, da dies je nach Lichtverhältnissen und Blende unterbelichtete Bilder zur Folge haben könnte.

ISO-Wert

Der ISO-Wert legt fest, wie empfindlich die Kamera auf Lichteinfall reagiert. Ähnlich wie die Verschlusszeit hängt er auch 1:1 davon ab, wie stark sich die Belichtung erhöht oder verringert. Doch anders als bei Blende und Verschlusszeit ist ein niedriger ISO-Wert generell wünschenswert, da ein hoher ISO-Wert Bildrauschen erheblich verstärkt. Deshalb
wird der ISO-Wert normalerweise nur erhöht, wenn die gewünschte Bildqualität durch eine Einstellung von Blende und Verschlusszeit alleine nicht erreicht werden kann.

Bild mit niedriger ISO-Geschwindigkeit vs. Bild mit hoher ISO-Geschwindigkeit

Gängige ISO-Werte sind 100, 200, 400 und 800, doch bei vielen Kameras sind auch niedrigere oder höhere Werte möglich. Bei digitalen Spiegelreflexkameras (DSLR) ist oft ein Bereich von 50-800 (oder höher) möglich.

Lichtstärke und Verschlusszeit

Bei der Konfiguration von Kameraobjektiven und Verschlusszeiten für LPR müssen Sie Folgendes beachten:

Fokus: Stellen Sie stets sicher, dass das Nummernschild im Fokus ist
Auto-Iris: Stellen Sie bei Verwendung eines Auto-Iris-Objektivs den Fokus immer mit der größtmöglichen Blende ein. Um die Blende zu öffnen, können Sie Neutraldichtefilter (ND) verwenden oder – wenn die Kamera eine manuelle Konfiguration der Verschlusszeit unterstützt – die Verschlusszeit sehr kurz einstellen
Neutraldichte filter (ND) oder Graufilter verringern im Grunde genommen den Lichteinfall in die Kamera. Sie sind die „Sonnenbrille“ der Kamera. ND-Filter wirken sich auf die Belichtung der Bilder aus
Infrarot: Wenn Sie eine Infrarot-Lichtquelle verwenden, kann sich der Fokus beim Wechsel zwischen sichtbarem und Infrarotlicht verändern. Sie können die Fokusänderung durch Verwendung eines kompensierten Infrarotobjektivs oder eines Infrarot-Passfilters umgehen. Bei Verwendung eines Infrarot- Passfilters ist eine Infrarot-Lichtquelle erforderlich – auch am Tag.
Fahrzeuggeschwindigkeit: Wenn sich Fahrzeuge bewegen, sollte die Verschlusszeit der Kameras kurz genug sein, um eine Bewegungsunschärfe zu vermeiden.

Hinderliche Kamerafunktionen

Bei der Konfiguration von Kameras zur Nummernschilderkennung (LPR) müssen Sie Folgendes beachten:

Automatische Anpassung des Verstärkungsfaktors
Eine der häufigsten von Kameras verursachten Bildstörungen ist das Rauschen durch Verstärkung.

Die Verstärkung ist die Art und Weise, wie eine Kamera das Bild einer Szene erfasst und das Licht darin verteilt.
Wird das Licht im Bild nicht optimal verteilt, führt dies zu einem Rauschen durch Verstärkung.
Die Verstärkungsregelung erfordert die Anwendung von komplexen Algorithmen und viele Kameras sind mit Funktionen zur automatischen Verstärkungsregelung ausgestattet. Leider sind solche Funktionen in Verbindung mit LPR eher selten hilfreich. Milestone empfiehlt, die automatische Verstärkungsfunktion Ihrer
Kameras so niedrig wie möglich zu konfigurieren. Alternativ können Sie die automatische Verstärkung der Kameras deaktivieren.
In dunklen Umgebungen können Sie Rauschen durch Verstärkung durch das Anbringen einer ausreichenden
externen Beleuchtung verhindern.

Automatische Optimierung

Manche Kameras verwenden Algorithmen zur Kontur-, Kanten- oder Kontrastoptimierung, um Bilder für das
menschliche Auge anschaulicher zu gestalten. Solche Algorithmen können sich störend auf die Algorithmen
auswirken, die im Prozess der Nummernschilderkennung (LPR) verwendet werden. Milestone empfiehlt, dass Sie
wann immer möglich die Algorithmen Kontur, Rand und Kontrastverstärkung der Kamera deaktivieren.

Automatische Kompression

Hohe Komprimierungsraten können sich negativ auf die Qualität der Bilder von Nummernschildern auswirken. Bei
Verwendung einer hohen Kompressionsrate braucht es eine höhere Auflösung (siehe Empfehlungen für die
Nummernschildbreite auf Seite 15), um eine optimale LPR-Leistung zu erreichen. Wird eine niedrige JPEGKomprimierung
verwendet, sind die negativen Auswirkungen auf die Nummernschilderkennung (LPR) sehr gering,
solange die Bilder mit einer JPEG-Qualitätsstufe von mindestens 80 % gespeichert werden, und Auflösung, Kontrast
und Fokus der Bilder normal sind und der Rauschpegel niedrig ist.

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