[논문]라즈베리파이와 OCR기반의 포터블 차량 번호판 인식기 모듈 개발에 관한 연구

권혁호; 박성현; 임준호; 장성원; 곽태원

[국내논문] 라즈베리파이와 OCR기반의 포터블 차량 번호판 인식기 모듈 개발에 관한 연구
A Study on Raspberry Pi and OCR-based Vehicle License Plate Recognition Portable Module Development 원문보기

권혁호 (한국산업기술대학교 전자공학부 임베디드 시스템 전공) , 박성현 (한국산업기술대학교 전자공학부 임베디드 시스템 전공) , 임준호 (한국산업기술대학교 전자공학부 임베디드 시스템 전공) , 장성원 (한국산업기술대학교 전자공학부 임베디드 시스템 전공) , 곽태원 (삼성전자(주))

이 모듈은 오픈소스인 Tesseract OCR 및 Open CV 라이브러리와 Raspberry Pi를 사용하여 저렴한 비용으로 구현합니다. 컴팩트한 사이즈로 사람이 직접 들고 움직이면서도 사용이 가능하며 사용자의 니즈에 따라서 한 곳에 위치하여도 사용 가능합니다. Open CV 라이브러리를 사용하여 이미지 이진화, 노이즈 필터링 후에 흑백 이미지를 만들고 윤곽선 검출 알고리즘을 통해서 번호판 영역을 추출하여 Tesseract OCR 엔진을 사용해서 차량 번호판이 추출된 이미지에서 차량 번호를 인식 합니다. 인식된 번호는 Tkinter 와 Python, 데이터베이스를 활용하여 구현된 GUI프로그램을 통해서 유료주차장(선불, 후불) 또는 아파트에서 사용할 수 있는 주차장 관리 서비스를 함께 제공합니다.

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문제 정의

본 논문에서는 이미지에서 차량의 번호판을 인식해서 데이터베이스 서버로 전송하는 휴대용 모듈을 제안한다.
자체 구축한 데이터베이스 서버를 외부에서 접속하기 위해서는 사용하는 데이터베이스마다 접속 가능한 IP주소 권한을 부여해야 한다. 사용자가 서비스를 이용하는 것을 목적으로 하여 모든 IP주소에서 접속 가능하도록 권한을 부여 하였다.
본 논문에서는 라즈베리파이와 OCR기반으로 차량의 번호판을 인식하여 데이터서버와 통신하는 포터블 차량 번호판 인식기 모듈을 설계하고 제작하였다. 영상 촬영, 이미지 회색조 변환, 이미지 이진화, 문턱값 적용, 윤곽선 검출, 번호판 영역 검출 및 필터링, OCR 문자 인식을 사용하여 번호판을 인식하고 국내 차량의 번호판 포맷에 맞는 인식 결과만을 활용하며 사람이 들고 다닐 수 있는 포터블한 모들을 제안하였다.

제안 방법

본 연구에서는 라즈베리파이에서 사용가능한 여러 운영체제 중 라즈비안 재단에서 지원하는 공식 OS인 라즈비안을 설치 하였다. 라즈비안 OS에는 설치 시 기본적으로 Python 및 GCC 개발 환경과 함께 Geany 에디터도 설치 되므로 별도의 통합개발환경이 필요 없다.
데이터베이스 서버를 구축하기 위해서 새로운 라즈베리파이에 Linux 기반의 라즈비안 OS, Apache 웹서버, MySQL 데이터베이스, PHP 스크립트 엔진을 설치하고 웹 환경에서 데이터베이스를 관리하도록 phpMyAdmin도 함께 설치하였다.
서버에서 IP주소 하나를 할당 받아서 사용하고 있으나 IP가 변하는 유동아이피 방식을 사용하여 일정 시간 사용하지 않으면 IP주소가 변경될 수 있다. 또한 숫자로 이루어진 IP주소를 사람이 기억하기에는 무리가 있기 때문에 사람에게 편한 언어체계로 변환하는 과정이 필요하여 DNS(Domain Name System)를 사용 하여 ‘www.example.com’과 같은 주소형태로 설정 하였다.
데이터베이스를 사용하기 위해서 기본적으로 80번 포트로 설정되어있다. 이렇게 공개되어 있는 포트는 보안문제로 일반 인터넷 망에서 접속이 불가하여 포트포워딩을 통해서 다른 포트로 접속시 서버의 80번 포트로 접속하도록 공유기에서 포트포워드 설정을 하였다.
현재 국내 모든 차량의 번호판에는 2자리 숫자 + 1자리 국문 + 4자리 숫자로 이루어져 있기 때문에 본 논문에서는 이를 근거로 번호판일 확률이 높은 영역을 추출하여 번호판 인식 후 위의 포맷에 맞는 번호에만 해당 인식결과를 활용한다.
회색조로 변환된 이미지에서 윤곽선 검출을 위해 문턱값을 적용하여 문턱값 보다 낮은 픽셀은 ‘0’으로 만들어 검은 픽셀로 만들고 높은 픽셀은 ‘255’로 만들어 흰 픽셀로 만들어서 완전한 흑백이미지로 변환한다. 이진화된 이미지에서 불필요한 잡음을 제거하기 위해 가우시안 필터를 적용하며 Open CV 라이브러리의 cv2.
회색조로 변환된 이미지에서 윤곽선 검출을 위해 문턱값을 적용하여 문턱값 보다 낮은 픽셀은 ‘0’으로 만들어 검은 픽셀로 만들고 높은 픽셀은 ‘255’로 만들어 흰 픽셀로 만들어서 완전한 흑백이미지로 변환한다. 이진화된 이미지에서 불필요한 잡음을 제거하기 위해 가우시안 필터를 적용하며 Open CV 라이브러리의 cv2.findContours() 함수를 사용하여 윤곽선을 검출한다.
검출된 번호판 영역 이미지에서 가우시안 필터를 적용해 다시 한번 잡음을 제거하고 Tesseract OCR 엔진을 사용하여 번호판을 인식한다. 이때 국내 모든 차량의 번호판에는 1자리 국문이 포함되어 있으며 이 1자리 국문의 경우 비사업용 32가지, 사업용 4가지, 택배용 1가지, 대여용 3가지, 군용 5가지 등 정해진 국문이 존재한다.
본 논문에서는 기존에 없던 새로운 모듈을 제작하기 때문에 외관 케이스를 모델링 하여 3D프린팅을 통해 제작하였다.
본 논문에서는 라즈베리파이와 OCR기반으로 차량의 번호판을 인식하여 데이터서버와 통신하는 포터블 차량 번호판 인식기 모듈을 설계하고 제작하였다. 영상 촬영, 이미지 회색조 변환, 이미지 이진화, 문턱값 적용, 윤곽선 검출, 번호판 영역 검출 및 필터링, OCR 문자 인식을 사용하여 번호판을 인식하고 국내 차량의 번호판 포맷에 맞는 인식 결과만을 활용하며 사람이 들고 다닐 수 있는 포터블한 모들을 제안하였다.
실험에 사용한 데이터베이스 서버 장비는 라즈베리파이 3B+ 이다. Linux 기반의 라즈비안 OS, Apache, MySQL, PHP를 설치하여 데이터베이스를 구축하였다. 소규모 주차장을 타겟으로 하며 비실시간, 저용량의 데이터관리, 저전력, 저비용, 테스트를 위한 데모서버를 지향하고 있기 때문에 라즈베리파이를 서버로 사용하기에 충분 하였다.

대상 데이터

추출된 번호판 이미지에서 차량 번호를 인식하기 위해 Tesseract OCR 엔진을 사용하였다. Tesseract OCR은 Windows, Linux, Mac 등 다양한 운영체제를 지원하는 구글의 OCR 엔진으로 무료로 사용 가능한 대표적인 오픈 소스이며 60개 이상의 언어를 지원, 학습기능을 제공하여 다양한 폰트나 필기체를 학습 가능한 대표적인 OCR 엔진이다.
카메라에서 입력되는 영상은 Fig. 2와 같이 640x480 크기의 RGB 영상이다. 본 모듈은 일반적으로 차량의 번호판 앞에서 사람이 들고 영상을 촬영하기 때문에 차량위에서 바라보는 각도로 촬영한다.

성능/효과

본 논문에서 제안한 모듈은 저렴한 하드웨어 시스템을 제공하고 관리 시스템을 전산화하여 유지보수가 용이하고 최근 개정된 8자리 자동차 번호판 법안에 빠른 대응하여 기존의 시스템은 8자리 번호판도 인식하도록 시스템을 교체해야 하지만 “라즈베리파이와 OCR기반의 포터블 차량 번호판 인식기 모듈"은 시스템을 교체할 필요 없이 8자리 번호판 또한 인식 가능 하다. 또한 현재 개인당 소유하는 차량이 많아지면서 도심 곳곳에 자투리 공간을 활용한 소규모 주차장이 많이 늘어나고 있다.

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