Thứ Bảy, 22/1/2022
Hotline: 02466615539. Email: tccsnd@hvcsnd.edu.vn
Tìm hiểu về công nghệ nhận dạng kí tự quang học (OCR - Optical Character Recognition) ứng dụng trong các phần mềm phát hiện và xử lý vi phạm luật giao thông thông qua hệ thống camera giám sát

Với tốc độ gia tăng các phương tiện GTĐB lớn trong khi quỹ đất dành cho phát triển kết cấu hạ tầng giao thông đô thị chiếm tỉ lệ thấp khoảng 7-8%, bên cạnh đó ý thức của một bộ phận người tham gia giao thông còn kém đã làm nảy sinh các vấn đề mất TTATGT như: TNGT, tình trạng ùn tắc, vi phạm các quy định về ĐKPTGT cơ giới đường bộ… Trong khi lực lượng CSGT còn thiếu và không thể túc trực 24/24h trên tất cả các tuyến đường giao cắt, tại các ngã 3, ngã 4, các tuyến đường quốc lộ, đường cao tốc… từ đó chúng ta đặt ra bài toán là làm sao để có thể phát hiện và xử lý các phương tiện vi phạm luật giao thông một cách tự động, kể cả tại những thời điểm mà lực lượng CSGT không có mặt tại hiện trường nhằm đẩy mạnh hiệu quả công tác phát hiện, xử lý vi phạm, nâng cao ý thức tự giác chấp hành luật giao thông của người đăng ký phương tiện giao thông cơ giới đường bộ.
Để giải quyết bài toán này thì hiện nay trên thế giới đã và đang làm gì để nâng cao khả năng phát hiện, giám sát và xử lý các phương tiện giao thông cơ giới khi vi phạm luật giao thông một cách tự động?
Trong thời đại mà công nghệ thông tin phát triển, thành tựu của nó được áp dụng vào trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội và trong lĩnh vực đảm bảo TTATGT cũng không ngoại lệ. Tại các nước phát triển trên thế giới việc tiến hành nghiên cứu và ứng dụng thành tựu của công nghệ thông tin vào trong lĩnh vực đảm bảo TTATGT đã được triển khai từ khá lâu. Có rất nhiều công nghệ đã được nghiên cứu phát minh và ứng dụng thành công trong thực tiễn như sử dụng thuật toán Canny, kỹ thuật Contour Tracing, công nghệ nhận dạng kí tự quang học OCR… Trong bài viết này tác giả xin tập trung giới thiệu về công nghệ nhận dạng kí tự quang học (OCR Optical Character Recognition) đây là công nghệ được ứng dụng trong các phần mềm phát hiện và xử lý vi phạm luật giao thông đường bộ thông qua hệ thống camera giám sát. Công nghệ này đã được ứng dụng thành công vào khá nhiều phần mềm, hệ thống tại một số nước trên thế giới, có thể kể ra như:
- IMPACTS là một hệ thống giám sát giao thông được phát triển bởi Hoose tại Trường Đại học London, Vương quốc Anh…
- Phần mềm giám sát giao thông thời gian thực của IBM phát triển tại Trung tâm nghiên cứu IBM do Belle L.Tseng, Ching-Yung Lin và John R. Smith chủ trì.
- Hệ thống đánh giá giao thông bằng phương pháp xử lý ảnh (TRIP - Traffic Research using Image Processing, trong đó OCR là một nhánh của phương pháp xử lý ảnh) đây là hệ thống được hợp tác phát triển giữa Trường Đại học Manchester, Viện Khoa học và Công nghệ và Trường Đại học Sheffield, Vương quốc Anh, từ những năm 1980…
Vậy công nghệ nhận dạng kí tự quang học là gì? Và ứng dụng tại Việt Nam hiện nay như thế nào?
Optical Character Recognition (OCR) là công nghệ nhận diện kí tự được xây dựng theo hệ thống mạng Neuron nhân tạo. Nó là kỹ thuật được sử dụng để chuyển đổi hình ảnh văn bản sang dạng văn bản có thể chỉnh sửa trong máy tính. OCR sẽ nhận đầu vào là các ảnh có kí tự riêng rẽ và cho ra kí tự văn bản tương ứng, ngoài ra các giải thuật so khớp mẫu (Template Matching) cũng được áp dụng tùy theo tình huống.
Công nghệ OCR được biết đến xuất phát bắt nguồn từ những năm 1974, Ray Kurzweil bắt đầu phát triển một công nghệ có thể nhận ra các kí tự trong hình ảnh của các văn bản, công nghệ này được ứng dụng vào thiết bị hỗ trợ đọc cho người khiếm thị. Ngày 13/1/1976, các sản phẩm đã hoàn thành, Ray Kurzweil đã công bố kết quả nghiên cứu trong một cuộc họp báo rộng rãi trước công chúng và các nhà lãnh đạo của Liên đoàn người khiếm thị. Sau đó, công nghệ này ngày càng hoàn thiện và phát triển, cho tới ngày nay thì công nghệ này đã được ứng dụng và rất nhiều lĩnh vực trong cuộc sống từ các ứng dụng nhận dạng chữ viết, văn bản, cho tới các phần mềm hệ thống ứng dụng nhận diện các biển số xe…


Hình 1: Mô phỏng cấu trúc hệ thống

Về mặt cấu trúc, hệ thống gồm camera để thu nhận hình ảnh theo thời gian thực, cung cấp chuỗi ảnh đã được số hóa về hiện trạng giao thông trong tầm kiểm soát của camera và truyền vào một máy tính nhúng tốc độ cao làm nhiệm vụ xử lý ảnh, các thuật toán xử lý ảnh như phân tích ảnh, biến đổi ảnh, nhận dạng ảnh... sau đó truyền các thông tin kết quả về trung tâm giám sát qua hệ thống truyền dẫn. 


 

Hình 2: Mô hình tổng quan các bước thực hiện của một hệ thống ứng dụng công nghệ nhận dạng kí tự quang học OCR

Ví dụ như trong tình huống hệ thống phát hiện và nhận diện phương tiện không chấp hành hiệu lệnh của đèn tín hiệu: Camera phân tích đèn giao thông sẽ phát hiện thời điểm đèn xanh, đèn đỏ. Khi đèn đỏ bật sáng, nếu có xe vi phạm (xe vượt đèn đỏ), phần mềm sẽ ngay lập tức chụp ảnh đối tượng vi phạm, chụp ảnh toàn cảnh. Sau đó hệ thống sẽ nhận dạng biển số (Quá trình nhận dạng kí tự quang học OCR nằm trong bước này), lưu trữ và đưa ra các biên bản báo cáo phục vụ cho công tác xử phạt.
Cụ thể như sau:

Bước 1: Bắt hình từ Camera giám sát
Quá trình này sẽ thực hiện thu nhận từng khung hình trong video từ hệ thống camera giám sát. Quá trình bắt hình sẽ được thực hiện tự động, liên tục, theo chu kì, hoặc tùy thuộc vào mục đích của hệ thống nhận dạng.
Bước 2: Tiền xử lý ảnh
Nhiệm vụ của bước này là nhằm chuyển đổi không gian màu, khử nhiễu, cân bằng sáng… từ những khung hình thu được thông qua hệ thống camera nhằm chuẩn bị dữ liệu tốt, phù hợp tùy theo yêu cầu của các thuật toán xử lý ở mức cao hơn.

Hình 4: Hình ảnh được trích ra từ video

Bước 3: Xử lý trích xuất vùng biển số.
Tại bước này, hệ thống tiến hành phát hiện ra vùng chứa biển số. Đây là bước khó khăn nhất, nó quyết định tới toàn bộ kết quả mà chúng ta thu được ở các bước sau. Để phát hiện được biển số xe có nhiều cách tiếp cận khác nhau, như dùng phương pháp khớp mẫu, mạng neuron... cách đơn giản hơn ở đây là dùng phương pháp hình học, dựa trên tỉ lệ kích thước chiều dài trên rộng, tỉ lệ pixel đen trên trắng... 

Hình 5: Hệ thống trích xuất ra vùng chứa biển số

Bước 4: Cô lập các ký tự trong vùng biển số
Từ vùng chứa biển số xe, hệ thống sẽ sử dụng các phương pháp biến đổi để nâng cao chất lượng ảnh và chuyển ảnh về dạng bitmap. Sau đó tiến hành tách từng ký tự trong ảnh dựa vào việc nhận diện các bit 0, 1 lần lượt theo chiều ngang, dọc của ảnh bitmap.
Bước 5: Nhận dạng các ký tự bằng OCR

Ở bước này công nghệ OCR sẽ nhận đầu vào là các ảnh có kí tự riêng rẽ sau đó xử lý ảnh đó và trích xuất ra kí tự văn bản tương ứng, ngoài ra các giải thuật so khớp mẫu (Template Matching) cũng được áp dụng tùy theo tình huống. 
Bước 6: So khớp biển số với các biển số trong cơ sở dữ liệu
Từ kết quả nhận diện ở bước 5 hệ thống sẽ cho ra biển số xe ở dạng văn bản (dạng text) và so sánh biển số này với những biển có trong hệ thống cơ sở dữ liệu lưu trữ của lực lượng CSGT và trích xuất ra màn hình.
Trông lĩnh vực giao thông, công nghệ nhận dạng kí tự quang học OCR được ứng dụng vào các hệ thống có tác dụng để nhận diện biển kiểm soát phương tiện giao thông cơ giới vi phạm luật giao thông như: Không chấp hành tín hiệu đèn giao thông, vi phạm tốc độ, đi sai làn, ngược chiều, dừng đỗ trái phép… từ hình ảnh được trích xuất từ hệ thống camera giám sát, sau đó lấy thông tin chủ phương tiện từ hệ thống cơ sở dữ liệu mà lực lượng CSGT quản lý và trích xuất ra báo cáo để lực lượng chức năng tiến hành xử lý vi phạm; nó cũng cấp hình ảnh phục vụ công tác điều tiết phân luồng giao thông; lưu trữ các thông tin hình ảnh nhằm hỗ trợ công tác điều tra, tìm hiểu diễn biến nguyên nhân vụ tai nạn, xác định được đối tượng gây án; ngoài ra, còn phục vụ cho mục đích đảm bảo an ninh trật tự.
Tại Việt Nam, thực hiện chủ trương của Đảng, Chính phủ, Bộ Công an qua các văn bản chỉ đạo như: Quyết định số 238/2006/QĐ-TTg ngày 24/10/2006 quy định về “Việc sử dụng phương tiện, thiết bị kỹ thuật nghiệp vụ của lực lượng Cảnh sát nhân dân trong hoạt động tuần tra, kiểm soát về trật tự an toàn giao thông”, Quyết định số 259/2008/QĐ-TTg ngày 4/3/2008, Thông tư số 11/2007/TT-BCA của Bộ Công an ngày 31/08/2007 hướng dẫn thi hành một số điều của Quyết định số 238/2006/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ, Kế hoạch số 134/2008/BCA-KH(C11) ngày 03/10/2008, Văn bản số 4863/C11/(C26) ngày 13/10/2008 của Tổng cục Cảnh sát - Bộ Công an về phân công tổ chức triển khai thực hiện kế hoạch số 134/2008/BCA-KH(C11) ngày 03/10/2008 của Bộ Công an về Kế hoạch thực hiện chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ về Dự án xây dựng hệ thống giám sát giao thông bằng hình ảnh và các dự án đầu tư cho lực lượng CSGT đường bộ, Quyết định số 1914/2009/QĐ- BCA(E11) ngày 7/7/2009 về việc ban hành “Tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống giám sát, xử lý vi phạm TTATGT đường bộ” TCCS 01:2009/BCA, trong đó quy định mô hình kiến trúc vật lý, yêu cầu về chức năng, yêu cầu về công nghệ và mô hình chuẩn của hệ thống.
Qua đó việc áp dụng công nghệ nhận dạng kí tự quang học OCR trong các phần mềm thông qua hệ thống camera giám sát nhằm phục vụ cho công tác phát hiện, xử lí các vi phạm giao thông bằng hình ảnh bắt đầu được Cục CSGT - Bộ Công an triển khai thử nghiệm từ đầu năm 2008 nhưng qua quá trình ứng dụng triển khai hệ thống thực tế phát sinh một số vấn đề về kỹ thuật cần nâng cấp khắc phục nên đã tạm dừng và mới chỉ bắt đầu áp dụng triển khai phổ biến trong vài năm trở lại đây.
Trong đó tiêu biểu nhất có thể kể đến đó là “Phần mềm nhận dạng biển số ứng dụng trong quản lý phương tiện và phát hiện vi phạm giao thông STM01” là hệ thống sử dụng công nghệ nhận dạng ký tự quang học (Optical Character Recognition - OCR). Đây là kết quả của sự hợp tác giữa Cục Quản lý Khoa học Công nghệ và môi trường - Tổng cục Hậu cần - Kỹ Thuật Bộ Công An (H46) phối hợp với Công ty CP Biển Bạc - Hiệp hội An ninh Chuyên nghiệp Châu Á, Trung tâm Nghiên cứu ATGT - Viện Khoa học Cảnh sát - Học viện CSND, Viện Công nghệ thông tin - Bộ Quốc Phòng, dưới sự bảo trợ của Liên hiệp các Hội khoa học và Kỹ thuật Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu, thử nghiệm và triển khai thành công phần mềm STM01 ứng dụng trong quản lý phương tiện và phát hiện các hành vi vi phạm thông thường như: Vi phạm tốc độ, không chấp hành tín hiệu đèn giao thông, tìm biển số đen, đi sai làn, ngược chiều, dừng đỗ trái phép… phần mềm đã được áp dụng thực tại một số địa phương như Tp. Rạch Giá - Tỉnh Tiền Giang, Tam Kỳ - Quảng Nam, Biên Hòa - Đồng Nai, Tây Ninh, Đăk Lăk, Tp Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Bạc Liêu… Ngoài ra có thể kể đến một số dự án như: Dự án thí điểm trên cao tốc Nội Bài - Lào Cai do Công ty TNHH Hệ thống thông tin FPT làm chủ đầu tư; Dự án thí điểm trên cao tốc Pháp Vân - Cầu Giẽ - Ninh Bình chủ đầu tư là Công ty TNHH MTV Hanel.
Qua thời gian thực tiễn áp dụng thực tế tại một số tỉnh, thành phố những phần mềm áp dụng công nghệ OCR đã đem lại những kết quả khả quan. 
Trung tâm Nghiên cứu ATGT đã thống kê, tổng hợp một số kết quả tiêu biểu trong 2 năm gần đây nhất như sau:
- Theo báo cáo số 335/BC-CAT-PV11 ngày 23/10/2014 của Công an tỉnh Đồng Nai về tình hình, kết quả triển khai hoạt động của hệ thống camera giám sát an ninh và TTATGT trên địa bàn TP. Biên Hòa. Trong thời gian từ (01/09/2014 đến 30/09/2014) Trung tâm Giám sát giao thông Biên Hòa đã phát hiện 3.910 trường hợp vi phạm về TTATGT gồm các lỗi: Chạy quá tốc độ 2.379 trường hợp; không chấp hành tín hiệu đèn 1.232 trường hợp; chuyển hướng không có tín hiệu 302 trường hợp; vượt sai quy định 25 trường hợp; không chấp hành chỉ dẫn vạch kẻ đường 18 trường hợp.
- Báo cáo số 102/BC-CAT-PV11 ngày 13/05/2014 của Công an tỉnh Tây Ninh về kết quả sử dụng thử nghiệm camera giám sát ATGT. Tính từ 11/2013 đến 4/2014 hệ thống camera đã ghi nhận 65.301 lượt vi phạm trong đó: Không chấp hành đèn tín hiệu là 59.397 trường hợp, vi phạm tốc độ là 5.904 trường hợp….
- Chỉ tính riêng trong năm 2015, theo báo cáo của Phòng CSGT ĐB-ĐS Công an TP. Hồ Chí Minh lực lượng CSGT đã phát hiện, xử phạt qua hình ảnh là 42.496 trường hợp (chiếm 12,9%) so với cùng kì năm 2014 tăng 21.526 trường hợp (+7%); đã có 6.195 trường hợp được thực hiện đóng phạt đạt tỷ lệ 14,58%.
Cũng trong năm 2015, theo báo cáo của Phòng CSGT ĐB-ĐS Công an TP. Hà Nội thì kết quả xử phạt theo chuyên đề lực lượng CSGT đã xử phạt 1.603 trường hợp thông qua hệ thống camera giám sát.
Từ một số kết quả trên cho chúng ta thấy rằng việc áp dụng công nghệ nhận dạng kí tự quang học OCR trong công tác xử lí vi phạm luật giao thông đường bộ tại Việt Nam thực sự đem lại hiệu quả rõ rệt. Tuy nhiên trong quá trình áp dụng vào thực tiễn thì việc áp dụng công nghệ OCR này tại Việt Nam còn gặp một số khó khăn vướng mắc như về hạ tầng công nghệ còn thiếu đồng bộ (chúng ta chưa có cơ sở dữ liệu quốc gia về đăng kí quản lí phương tiện, trang thiết bị phục vụ cho công tác triển khai hệ thống trên phạm vi rộng còn thiếu cả về số lượng cũng như chất lượng), trình độ nguồn nhân lực sử dụng công nghệ còn hạn chế… Qua đó để có thể nâng cao hơn nữa hiệu quả của công tác xử lí vi phạm luật giao thông thông qua hệ thống camera giám sát sử dụng công nghệ OCR thì cần phải nâng cấp, cải tiến hơn nữa kỹ thuật công nghệ, đẩy nhanh tốc độ nhận dạng, tối ưu hơn nữa hệ thống, kèm theo đó là việc nâng cấp chất lượng hạ tầng công nghệ cũng như bồi dưỡng năng lực cán bộ sử dụng công nghệ để đạt hiệu quả cao nhất.

 

Phạm Tiến Tài 
Trung tâm NCATGT - Học viện CSND







 


 


 

Gửi cho bạn bè

Phản hồi

Thông tin người gửi phản hồi

Các tin khác