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关于python:车牌识别系统Python基于CNN卷积神经网络算法

jiezi

一、介绍

车牌识别系统，基于 Python 实现，通过 TensorFlow 搭建 CNN 卷积神经网络模型，对车牌数据集图片进行训练最初失去模型，并基于 Django 框架搭建网页端平台，实现用户在网页端输出一张图片辨认其后果，并基于 Pyqt5 搭建桌面端可视化界面。

在智能交通和车辆监控畛域，车牌辨认技术表演了至关重要的角色。明天，咱们很荣幸地为大家带来一款全新的车牌识别系统，该零碎基于 Python 语言，采纳深度学习技术中的卷积神经网络（CNN），并且为用户提供了 Web 和桌面两种接口。

该零碎的外围是一款采纳 TensorFlow 搭建的 CNN 模型。CNN 作为一种深度学习技术，在图像识别畛域曾经被宽泛地利用。咱们的零碎应用 CNN 模型对车牌数据集进行训练，从而失去一个可能辨认车牌的模型。这个模型具备较高的准确度，可能解决各种环境下的车牌图片。

Python 作为一种简洁且弱小的语言，被咱们选为次要开发语言。Python 领有丰盛的库反对，其中就包含 TensorFlow 和 Django。这使得咱们的开发过程更为顺畅，也让咱们的零碎更易于保护和降级。对于用户界面，咱们采纳了 Web 和桌面两种形式。Web 界面基于 Django 框架开发，用户能够通过浏览器拜访咱们的零碎，上传车牌图片，零碎会在短时间内返回辨认后果。对于桌面界面，咱们基于 Pyqt5 框架进行开发。Pyqt5 是一款创立原生利用的库，应用它咱们可能为用户提供一种更加疾速、便捷的应用形式。

二、成果图片

三、演示视频 + 代码

视频 + 残缺代码：https://www.yuque.com/ziwu/yygu3z/kxnuztpebgxnp131

三、Pyqt5 介绍

PyQt5 是一种用于创立跨平台应用程序的集成开发环境。它是 Qt 利用框架的 Python 绑定，既能创立好看的 GUI 桌面利用，也可创立简单的网络应用或其它各种程序。

以下是一些 PyQt5 的次要特点：

  1. 跨平台：PyQt5 能够在 Windows、MacOS、Linux 等多种操作系统下运行。
  2. 弱小的性能：PyQt5 领有许多预制的工具和控件，如按钮、文本框、滑块、表格等等，简直所有你想在软件中实现的性能，PyQt5 都能提供相应的控件或工具。
  3. 反对面向对象编程：PyQt5 齐全反对面向对象编程，这对于构建大型和简单的应用程序是十分重要的。
  4. 集成的事件处理：在 PyQt5 中，事件处理（如鼠标点击、键盘输入等）是通过信号和槽机制来实现的，这种机制使得程序的逻辑更加清晰和稳固。
  5. 设计师工具：PyQt5 还提供了一个名为 Qt Designer 的图形用户界面，用户能够在这个界面中拖拽控件，轻松地设计出简单的 GUI 界面。
  6. 弱小的文档反对：PyQt5 领有具体的官网文档，这对于开发者了解和学习 PyQt5 是十分有帮忙的。

总的来说，PyQt5 是一款弱小的工具，可能帮忙开发者轻松地创立出跨平台的、好看的、功能丰富的应用程序。

四、CNN 卷积神经网络

卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）是一种在计算机视觉工作中宽泛应用的深度学习模型。因为它在解决图像数据方面的杰出体现，它曾经成为了图像识别、物体检测和宰割等工作的首选模型。以下是一些对于 CNN 的根本介绍：

  1. 卷积层（Convolutional Layer）：这是 CNN 的外围组成部分。卷积层应用一种称为“卷积”的数学运算来解决输出数据。这种运算波及一个小的权重矩阵，称为“卷积核”或“过滤器”，通过在输出数据上滑动并利用点积运算，从而产生新的特色映射。
  2. 池化层（Pooling Layer）：池化层通常在一个或多个卷积层前面，用于升高特色映射的维度。这样做能够缩小计算量，也能够提供肯定水平的地位不变性。最常见的池化操作是最大池化和均匀池化。
  3. 全连贯层（Fully Connected Layer）：全连贯层通常位于 CNN 的最初，用于将学习到的特色映射转化为最终的分类或回归预测。全连贯层的输入单元数量通常等于工作的类别数量。
  4. ReLU 激活函数：在 CNN 中，ReLU（Rectified Linear Unit）是最罕用的激活函数。它能够减少模型的非线性，从而使模型可能学习更简单的模式。
  5. 反向流传与卷积神经网络训练：卷积神经网络的训练通常采纳梯度降落办法，通过反向流传算法计算每个权重的梯度。训练的指标是最小化预测值与实在值之间的差别。

CNN 之所以在图像处理工作中表现出色，次要是因为其可能无效地学习部分空间特色，并通过卷积和池化层放弃了地位不变性，这与图像的天然属性高度吻合。

五、示例代码

在这个示例中，咱们将展现如何应用 TensorFlow 和 CNN 构建一个根本的车牌辨认模型。首先，咱们须要创立一个 CNN 模型。而后，咱们将应用车牌数据集对该模型进行训练。

以下是用于创立模型和进行训练的 Python 代码：

import tensorflow as tf
from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import Conv2D, MaxPooling2D, Flatten, Dense

# 定义模型参数
input_shape = (64, 128, 3)  # 假如咱们的图片大小为 64x128，且为彩色图片
num_classes = 34  # 假如咱们有 34 个不同的字符，包含数字和字母

# 创立模型
model = Sequential()
model.add(Conv2D(32, (3, 3), activation='relu', input_shape=input_shape))
model.add(MaxPooling2D((2, 2)))
model.add(Conv2D(64, (3, 3), activation='relu'))
model.add(MaxPooling2D((2, 2)))
model.add(Conv2D(128, (3, 3), activation='relu'))
model.add(MaxPooling2D((2, 2)))
model.add(Flatten())
model.add(Dense(128, activation='relu'))
model.add(Dense(num_classes, activation='softmax'))  # 分类层应用 softmax 激活函数

# 编译模型
model.compile(optimizer='adam', loss='categorical_crossentropy', metrics=['accuracy'])

# 假如咱们有一个车牌数据集，蕴含图片和对应的标签
images = [...]  # 形态为 (num_samples, 64, 128, 3) 的 numpy 数组
labels = [...]  # 形态为 (num_samples, num_classes) 的 numpy 数组，应用 one-hot 编码

# 训练模型
model.fit(images, labels, epochs=10, validation_split=0.2)

# 保留模型
model.save('license_plate_recognition_model.h5')

这段代码创立了一个简略的卷积神经网络（CNN）模型，而后应用车牌数据集对其进行训练。以下是对代码各局部的具体解释：

  1. 模型创立：首先定义一个序贯模型Sequential()，这种模型是多个网络层的线性重叠。接着，向模型中增加多个网络层：

    • 三个 Conv2D 层：这些是卷积层，用于提取图像特色。卷积层的参数包含：输入空间的维度（即卷积中滤波器的数量）、卷积核的大小、激活函数类型和输出数据的形态（只在第一层卷积层指定）。
    • 三个 MaxPooling2D 层：这些是池化层，用于升高特色数据的维度，从而缩小计算量。
    • 一个 Flatten 层：将输出展平。用于卷积层和全连贯层之间的过渡。
    • 一个 Dense 层：这是全连贯层，用于执行分类工作。第一个 Dense 层用 ReLU 激活函数，第二个（即最初一个）层用 softmax 激活函数，因为它是输入层，须要输入各个类别的概率。
  2. 模型编译 ：通过调用compile 办法来编译模型。编译模型时须要指定损失函数、优化器和评估规范。
  3. 模型训练 ：应用fit 办法对模型进行训练。在训练过程中，模型会尝试最小化定义的损失函数，并通过反向流传和梯度降落办法来更新模型的权重。此处，咱们应用了一个假如的图像数据集（images）和对应的标签（labels）进行训练。
  4. 模型保留：将训练好的模型保留到硬盘上，以.h5 文件格式保留。这样，就能够在未来加载模型进行推理，而不须要从新训练。

这段代码是一个十分根底的示例，实在的车牌辨认可能须要更简单的模型构造，以及更详尽的数据预处理步骤。

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