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快准狠!Intel论文揭示自家车牌识别算法:LPRNet

 我爱计算机视觉 2020-12-23

LPRNet特性
1.实时、高精度、支持车牌字符变长、无需字符分割、对不同国家支持从零开始end-to-end的训练;
2.第一个不需要使用RNN的足够轻量级的网络,可以运行在各种平台,包括嵌入式设备;
3.鲁棒,LPRNet已经应用于真实的交通监控场景,事实证明它可以鲁棒地应对各种困难情况,包括透视变换、镜头畸变带来的成像失真、强光、视点变换等。

车牌识别的挑战
图像模糊、很差的光线条件、车牌数字的变化(比如中国和日本的车牌有一些特殊字符)、车牌变形、天气影响(比如雨雪天气)、车牌上的字符个数有变化。

空间变换预处理LocNet
这是对检测到的车牌形状上的校正,使用 Spatial Transformer Layer[1],这一步是可选的,但用上可以使得图像更好得被识别。

LPRNet的基础构建模块
LPRNet的基础网络构建模块受启发于SqueezeNet Fire Blocks[2]和Inception Blocks[3],如下图所示。

特征提取骨干网架构
骨干网将原始的RGB图像作为输入,计算得到空间分布的丰富特征。为了利用局部字符的上下文信息,该文使用了宽卷积(1×13 kernel)而没有使用LSTM-based RNN。骨干网络最终的输出,可以被认为是一系列字符的概率,其长度对应于输入图像像素宽度。
由于解码器的输出与目标字符序列长度不同,训练的时候使用了CTC Loss[4],它可以很好的应对不需要字符分割和对齐的end-to-end训练。

为了进一步提高性能,使用了论文[5]中global context嵌入。
推理阶段对上述一系列字符的概率进行解码,使用beam search[6],它可以最大化输出序列的总概率。
后过滤(post-filtering)阶段,使用面向任务的语言模型实现作为目标国家车牌模板的一组集合,后过滤阶段是和beam search 结合一起用的,获得通过beam search找到的前N个最可能序列,返回与预定义模板集合最匹配的第一个序列,该模板取决于特定国家的车牌规则。

识别实验结果
训练时,使用一个来自监控场景的中国车牌的私有库,总共有11696幅经过LBP级联检测器检测出来的车牌,并进行了数据增广(data augmentation)即随机旋转、平移、缩放,下图报告了上述各种tricks对识别精度的影响。

最大的识别精度增益来自于global context(36%),其次是data augmentation(28.6%),STN-based alignment即预处理也带来了显著提高(2.8-5.2%),Beam Search联合post-filtering进一步提高了0.4-0.6%.

识别速度
Intel将LPRNet在CPU\GPU\FPGA上都进行了实现,每个车牌的识别时间如下:

这里GPU用的是nVIDIA GeForce1080, CPU是Core i7-6700K SkyLake, FPGA是Intel Arria10,推断引擎IE来自Intel OpenVINO.

虽然这篇文章本身没有什么新的发明,但52CV还是认为非常值得推荐给大家的,它绝不属于水文,因为Intel已经将其商用了,足以证明它的优势和价值。

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