臺灣車牌規則用於車牌辨識

去年(2019)年年底接到車牌辨識的案子,主要是負責 OCR(Optical Character Recognition) 這個部份。

不過這篇跟 OCR 沒關係,而是主要專注在車牌這件事上。 至於 OCR 那篇還在我草稿夾,連怎麼寫頭緒都還沒理出來呢… Orz

關於文中的 Model
下文中所提到的 Model 指的是 CRNN + CTC Loss。而機器學習的訓練一些考量也是基於此模型出發的。



前言

因為車牌是有地域性的,各國車牌的字型、格式、顏色…等都不盡相同。雖然我不需要進行字模比對,但還是需要掌握這些規則,作為訓練特徵或 post-processing 的校正流程。

如果對車牌的演變或細節有興趣的,可以關注這個 歐沃車牌情報站 這個粉絲團,或者是他的 Medium 車牌研究報告 ,關於這些這位作者考察得很詳細,不過可惜因為健康因素,最近都沒有更新 :crying_cat_face:

日本車牌
日本車牌(圖片來源: 維基百科



目前車牌

距離新式第八代車牌啟用至今已經七年多了…時間還真快阿…(莫名的感嘆起來了…

由於七換八沒有實施全面換發,因此目前是採兩代車牌並行使用的做法。車牌字元由英文字母與阿拉伯數字混用(不計入軍、試、臨、使…等特殊車牌),若僅依照 - 進行區分,共有 2-44-22-23-22-33-33-4,共 7 種格式,長度由 4 到 7 不等。

當然這些車牌是有搭配不同的車種使用,這邊先不考慮這個,因為預期執行完車牌定位後,拿到資料會是車牌本身。不過,也可以先用物件偵測,取得車種資料作為額外資訊,或許可以幫助提辨識效率。


第七代

第七代車牌行之有年,應該也是臺灣車牌史上使用最久的一代。但因其歷史悠久(?),歷經車輛數目的大幅增加,再加上各種奇怪政令導致車牌樣式五花八門。(有興趣的看看這幾篇:簡介演進 I演進 II

第七代各車種號牌繪圖範例
第七代各車種號牌繪圖範例(圖片來源: 維基百科


外觀

1. 尺寸
先看看外觀的部份,第七代外觀尺寸是 320 * 150250 * 140260 * 150320 * 150 四種,分別常見於自小客車、機車、重機與拖車和電動車上。

由於各式車牌大小相異,訓練時可以兩種嘗試方向,一個使用 padding 填充、二是選擇一個尺寸後縮放圖片長寬比例。不過考慮到實務上截圖時,三個維度會存在夾角,若進行轉正後,比例可能已經跑掉,倒不如直接選擇一個尺寸並縮放。是說,也可以來試試看不轉正,直接訓練會有啥效果?


2. 底色與文字顏色
底色與文字顏色方面,除了常見的白底黑字外,又存在白底綠字、綠底白字、白底紅字、紅底白字、黃底黑字等五種,與車種存在一對多的配對關係。

因車種與編碼格式存在關聯性,訓練時或許可採用彩色圖片 RGB 3 個 channel 進行訓練。


3. 字體
七代車牌採用的是現代電腦字體風格,雖然有將字寬由 10mm 加粗至 12mm,意圖提昇準確度。

不過因為文字本身特性,與第六代相比,本來就缺少了些特徵點,這也導致第七代的車牌特別容易偽造與修改。這也反應到訓練過程中,導致當車牌被遮擋時,訓練難會變得艱難。

第六代與第七代號牌數字例示
第六代與第七代號牌數字例示(圖片來源: 車牌研究報告 Medium


P.S. 我真的覺得臺灣歷代車牌中,第六代的字體最好看。 :heart_decoration:


編碼格式

在七代車牌字元長度若不計算分隔符號的話為 4 到 6,有 2-44-23-22-33-32-2 共六種格式。


先來整理 2-44-2 這格式。這種 6 碼的編碼格式是給小客車來使用,但這 2 種編碼格式又可延伸出 4 種排列組合…。

七代甫一開始的設計其實只有 2-4 且其字元為 英英-數數數數,但因設計之初沒有考慮到舊牌換領,導致很快就面臨車牌不足的窘境。因此後來又推出 英數-數數數數數英-數數數數 兩種。

但這樣的設計又撐了幾年後,最終還是再度面臨車牌不足的狀況。而此時八代換牌的前置作業尚未完成,公路總局乾脆把編碼區對調,因此產生了 4-2 的編碼格式,其衍生的字元組合有 數數數數-英英數數數數-英數 兩種,至於 數數數數-數英 ,在新式車牌目前逐漸普及的狀況下,應該是不會繼續生產了。

因為這樣的胡搞修改,打破一開始的七代設計,使得短編碼區不再遵循全英文的規則,而是變成短編碼區必有一碼為英文。而為了避免英數混淆搖,在之後無論是 英數 開頭、數英 開頭、 短編碼區結尾的車牌中,短編碼區移除掉 IO10 四個字元。換句話說,只有 AI 開頭的車牌存在,其餘 A1 開頭、AI 結尾、A1 結尾,都是不存在的。

不過,在短編碼區必有一碼為英文得這個規則,在租賃車牌這邊被打破過,曾出現過 數數數數-數數數數-數數數數 兩種車牌,但這兩碼必是相同數字,且不使用 1100


3-22-3 這兩種格式的短編碼區也大抵適用上述 2-44-2 中的介紹。另外,拖車所使用的 2-2 與機車所使用的 3-3,有都存在兩編碼區互換狀況,且都打破全英文的規則。


最後在根據報導與介紹,有發生過 B8 以及 D0 被誤判的狀況,所以當預測結果出來時,若在數字區,出現 BD 或許可以考慮用 80 還替換。

...


第八代

第八代是目前主要的發行車牌,可在細分八代一式與八代二式,這等等在說。八代在推行之初有點像是急就章,不像七代在設計編碼時還做了大量研究與民意調查,雖然後來還是搞出一堆問題,不過好歹還是有做,但八代的編碼則是直接就在原格式中加了一位區段碼敷衍了事。

不過我想原本八代的特點應該在防偽,它們原先設計有三道防偽關卡,第一是分別是左上角的雷射標籤、車牌中間的浮水印,最後則是字體上的細刻。還要搭配車身的識別貼,看來能夠有效防止車牌的偽造及偷竊。

印度最新版(2008年)統一號牌
印度最新版(2008年)統一號牌(圖片來源: KH的車牌研究日記


整體來說有點像是現在印度車牌的前身,當然沒有這麼多碼,印度這字元數也太多了吧 XDDD 但可惜的是,八代車牌唯一的優點,因為防偽技術的製作部分涉嫌綁標爭議,後來胎死腹中,只留下滿滿缺點(殘念

第八代各車種號牌繪圖範例
第八代各車種號牌繪圖範例(圖片來源: 維基百科

外觀

1. 尺寸
一樣先看尺寸的部份,由於編碼擴增一碼,但字體寬度及鑄具排版不變的情況下,導致車牌寬度變寬為 380 * 160300 * 150310 * 160380 * 160 四種,分別常見於自小客車、機車、重機與拖車和電動車上。

不過因為車牌寬度實在太寬,在機車上真的很容易傷到用路人,所以在八代二式中尺寸下修成 380 * 160260 * 140300 * 150380 * 160。但也因為尺寸下導致容易變形,使得字型更不易辨認(M、N、W 與 V、Y)。而且這種誤認沒辦法使用規則修正,真的有點麻煩。

目前申請新號牌時是以八代二式為主,但一式並未被停用,且仍持續在發放,所以仍有機會收到八代一式的車牌資料。


2. 底色與文字顏色
在底色與文字顏色這邊,八代完全蕭規曹隨,沒有任何變動。


3. 字體
八代的字體為了防止偽造,因此改用了澳洲字體,但澳洲字體屬於比例字體,每個字的寬度有所差別;且臺灣是採用等寬字體鑄模,因此部份字元有內縮的的狀況,例如:M,這樣的內縮會導致特徵不清楚,在解析度低或是斜角度的照片,會增加辨識的困難度。

第七代與第八代字型對照
第七代與第八代字型對照(圖片來源: 待補)


說是防偽,我懷疑選擇澳洲字體的原因只是為了讓 3 跟 8 有明顯區別,免得有人遮一半變造? 但個人覺得 0 跟 8 還是很好改阿…而且 0 跟 C 更好改。

七八代文字的相異特徵不算多,尤其是八代澳洲字體。對於機器學習來說,要它學習分辨八代澳洲字體的 3 跟 5 是件非常吃力的任務,從下圖可以發現這兩者只差了一個頸部筆劃,一束一撇的差異而已,但對於機器進行特徵提取的時候,這兩個幾乎是同一件事情,再加上 CNN 存在平移不變性,使得辨識難度大大提昇。

澳洲車牌 3和5的差異
澳洲車牌 3和5的差異(圖片來源: 臺灣電信月刊



說到這個就不得不抱怨一下,為啥不換成六代的字型,辨識度比較高,也可以避免 3 與 8 的問題?若說是不想使用重複字型,且又想從現有字型當基底…德國車牌字體就是個不錯的選擇阿…每個字都有獨立特徵,不怕修改、變造與遮擋…當然車牌全擋了還是沒有救 XD

德國車牌字體
德國車牌字體(圖片來源: 每日一冷


編碼格式

這邊分成一、二式來討論。


在八代一式車牌字元長度若不計算分隔符號的話為 5 到 7,有 3-43-32-3 共六種格式。這套制度因歷時較短,所以目前現況都還符合設計之初的規劃。各規格對應的字元順序分別為 英英英-數數數數英英英-數數數英英-數數數

不過,八代一式在實務推廣上有非常大的問題,它與七代一樣採用非全車種統一編碼,也就是不同車種之間的編碼格式與順序是獨立的,但監理系統的設計卻是全車種統一編碼。

在七代時,因為所有車種的編碼格式不同(車牌長短不同),所以在監理系統上可以正常運作,但在八代中,如下圖,汽機車是採同一種編碼格式,編碼區間又相同,導致監理系統運作出錯。因此八代一式在運作初期開錯單的新聞時有所聞…一部分也是這個原因…

第八代通用車輛號牌編碼表
第八代通用車輛號牌編碼表(圖片來源: 交通部公路總局


為什麼會說是只有一部份的原因,仔細觀察八代一式的編碼表碼會發現,它除了自身衝突外,它還跟上一代的編碼起衝突…八代一式的自用大貨車跟七代的機車編碼是重疊在一起的。真搞不懂,這麼明顯的錯誤怎麼會讓它立法通過的…

所以監理機關後來才又推出名為一車一號的八代二式,在八代二式中無論車種,一律以七碼格式取代(英英英-數數數數)。


不過,這些對於訓練模型這些因素影響不大,只是降低引入額外資訊所能帶來的效益。


最後,關於字元的使用,在八代(無論一、二式),都移除 IO4 三個字元,使得臺灣成為全世界唯一僅使用 9 個數字作為車牌數字部分編碼的國家。

但實做上,由於七代與八代一式的規則混雜在一起,因此再做後處理時可能僅能針對 3-4 這個編碼格式進行處理而已。



備註

如果所設計的系統有錯誤處理或信心度不足的處理流程,可以考慮在引入禁用英文字母部分,當預測結果出現在這列表中就打到錯誤處理流程去…



附件

原型式、新式、「一車一號」新編碼方式號牌區分對照表
原型式、新式、「一車一號」新編碼方式號牌區分對照表(圖片來源: 交通部公路總局




參考資料

  1. 鄉下老師 (2018-07-07)。車牌辨識當然是有地域性的 。檢自 鄉下老師 - udn部落格 (2020-03-03)。
  2. 歐沃車牌情報站 。檢自 FB 粉絲團 (2020-03-03)。
  3. Khalid al-Hazmi。車牌研究報告 。檢自 車牌研究報告 (2020-03-03)。
  4. Khalid al-Hazmi (2017-09-18)。 <#4> 淺談台灣車牌演進 IV。檢自 KH的車牌研究日記 (2020-03-03)。
  5. Khalid al-Hazmi (2017-12-10)。 <#6> 淺談台灣車牌演進 VI。檢自 KH的車牌研究日記 (2020-03-03)。
  6. 協同撰寫 。臺灣車輛牌照 。檢自 維基百科 (2020-03-03)。
  7. 監理組車輛管理科 (2020-02-26)。號牌型式及編碼規則表 。檢自 公路總局 (2020-03-03)。
  8. 李建興等 (2010)。即時動態車牌辨識。檢自 技術學刊 第二十五卷 第二期 (2020-03-03)。
  9. cevasu (2015-04-10)。難以塗改的德國車牌字體。檢自 每日一冷 (2020-03-03)。
  10. 周天蔚 (2019-08)。細說車牌辨識原理與市場。檢自 臺灣電信月刊 (2020-03-03)。