Automatische Nummernschilderkennung

Automatische Nummernschilderkennung (automatische Kennzeichenerfassung) ist eine Videoüberwachungsmethode, die Schrifterkennung (OCR) nutzt, um Kfz-Kennzeichen an Fahrzeugen zu erkennen. Derartige Systeme können derzeit (Stand: 2005) etwa ein Fahrzeug pro Sekunde bei einer Fahrgeschwindigkeit von bis zu 160 km/h auswerten. Dazu werden entweder fest installierte Videoüberwachungskameras, Foto- und Videokameras in Geschwindigkeitsmessanlagen oder speziell dafür aufgestellte mobile Geräte genutzt. Derartige Systeme werden von Behörden zur automatischen Beweisführung bei der Erhebung von Mautgebühren und zur Verkehrsüberwachung (etwa Geschwindigkeits- und Abstandsmessungen oder Einhaltung des roten Lichtzeichens an ampelgeregelten Kreuzungen) eingesetzt.


Französische Nummernschilder: Das System muss in der Lage sein, nach Farbe, Form und grafischem Aufbau unterschiedliche Arten von Nummernschildern zu erkennen.

Ein technisch taugliches System kann sowohl die aufgenommenen Bilder speichern als auch den erkannten Text auslesen, teilweise zusätzlich ein Foto des Fahrers speichern. Üblicherweise wird zur Ausleuchtung infrarotes Licht eingesetzt, um unabhängig von der Tageszeit Aufnahmen machen zu können. Die Systeme verwenden auch Blitzlicht, um einerseits die Bildqualität zu steigern und andererseits dem Fahrer sein Fehlverhalten zu signalisieren. Eingesetzte Systeme unterscheiden sich im Detail, insbesondere aufgrund länderspezifischer Unterschiede in den benutzten Nummernschildern.

Die eingesetzte Software läuft auf PC-Hardware und kann mit anderen Programmen oder Datenbanken kommunizieren. Nachdem in dem Foto das Nummernschild lokalisiert ist, wird dieser Bereich optisch normalisiert und qualitativ verbessert. Dann wird eine Schriftzeichenlesung durchgeführt, um den alphanumerischen Text zu erhalten.

Die Systeme werten entweder an Ort und Stelle aus oder es werden Fotos gesammelt und an ein ausgelagertes Rechnersystem gesendet, wo die Erkennung zeitversetzt stattfindet. Wird die Erkennung an Ort und Stelle durchgeführt, dauert der gesamte Erkennungsprozess etwa 250 Millisekunden, wobei der Text der Nummerntafel, das Datum der Aufnahme, der Fahrstreifen und weitere relevante Daten (etwa das angelastete Vergehen) herausgezogen werden. Diese relativ kompakten Informationen werden übertragen oder zur späteren Abholung gespeichert. Werden die Daten ohne Reduktion des Datenvolumens sofort übertragen, dann werden sie von einem leistungsfähigen Server verarbeitet, wie etwa beim London Congestion Charge. Systeme ohne Datenreduktion benötigen für die Übertragung der Bilddaten jedoch eine höhere Bandbreite der Datenverbindung.

Begriffe

Es gibt eine Vielzahl an Begriffen, die die automatische Nummernschilderkennung bezeichnen. Im Englischen werden folgende Begriffe verwendet:

Automatic Number Plate Recognition (ANPR)
Automatic vehicle identification (AVI)
Car plate recognition (CPR)
Licence plate recognition (LPR)

Technik


Buchstaben auf einem niederländischen Nummernschild

Der wichtigste Teil in der Software ist die Zeichenerkennung auf den Fotos („Optical Character Recognition“; OCR). Neben vielen technischen Aspekten ist dabei auch auf die Gestaltung der Kennzeichen und der darauf verwendeten Schriftzeichen zu achten. In Deutschland wird bei neuen Kennzeichen seit 2000 die „Fälschungserschwerende Schrift“ verwendet. In dieser Schrift sind üblicherweise ähnliche Buchstabenformen (z. B. Ziffer Null/Buchstabe O, 3/8, E/F oder P/R) bewusst abweichend gestaltet. Obwohl primär zur Erschwerung von Kennzeichenmodifikationen durch Kriminelle eingeführt, vereinfacht dies auch die Zeichenerkennung.

Nach ähnlichem Muster wurden bei der Umstellung der niederländischen Kennzeichen im Jahr 2002 einige Änderungen an der Schriftart vorgenommen. So wurden etwa kleine Leerräume in die Zeichen P und R eingefügt, um diese leichter unterscheiden zu können und den Einsatz der automatischen Nummernschilderkennung zu vereinfachen. Einige Kennzeichen-Systeme benutzen unterschiedliche Schriftgrößen und -positionen, was die automatische Erkennung deutlich erschwert. Komplexe Erkennungssysteme können unterschiedliche Kennzeichenarten erkennen; die meisten sind jedoch auf ein spezifisches System eingestellt.

Als Kamerasystem können bestehende Radar-Kameras oder sonstige Überwachungskameras eingesetzt werden, aber auch mobile Systeme, die meist in Fahrzeugen installiert sind. Einige Systeme benutzen Infrarot-Kameras, um ein besseres Bild des Kennzeichens zu erhalten.
Algorithmen
Folgende Algorithmen werden auf das Bild angewandt, um den Text auf den Kennzeichen zu erkennen:


Schritte 2, 3 und 4: Das Nummernschild wird erst auf einen einheitlichen Kontrast und Helligkeit gebracht (Normalisierung) und danach für die Schrifterkennung segmentiert


Kennzeichen-Lokalisierung: erkennt die Position des Nummernschildes im Bild
Kennzeichen-Orientierung und -Größe: kompensiert Unterschiede in der räumlichen Lage und der Größe des Nummernschildes
Normalisierung: passt die Helligkeit und den Kontrast des Bildes an
Zeichensegmentierung: identifiziert und trennt die Zeichen des Textes
Zeichenerkennung: erkennt die einzelnen alphanumerischen Zeichen.

Die Qualität jeder einzelnen Stufe beeinflusst die Genauigkeit des Gesamtsystems. Während der dritten Phase versuchen einige Systeme, die Ränder der Zeichen – den farblichen Unterschied zwischen den Zeichen und dem Hintergrund – zu erkennen. Ebenso werden Filter benutzt, um optische Störungen zu kompensieren.
Schwierigkeiten

Es gibt eine Vielzahl an möglichen Problemen, die die Software berücksichtigen und ausgleichen muss. Dies sind etwa:

schlechte Bildqualität wegen großer Entfernung der Kamera zum Fahrzeug oder zu geringer Bildauflösung
unscharfe Bilder, besonders bei hohen Geschwindigkeiten und bei mobilen Kameras
schlechte Beleuchtung, insbesondere zu geringer Kontrast oder Überbeleuchtung aufgrund von Reflexionen
verdeckte Kennzeichen, etwa durch Verschmutzung oder Anhängerkupplungen
unterschiedliche Kennzeichen auf der Frontseite (etwa rein dekorative, wenn erlaubt)
absichtliche Vereitelung der Aufnahme

Während einige davon von der Software korrigiert werden können, ist der Großteil nur über bessere Hardware oder Änderungen am Gesamtsystem zu erreichen. So lässt sich über eine höhere Platzierung der Kamera das Problem beheben, dass andere Objekte - wie etwa Fahrzeuge - die Nummerntafel überdecken. Andererseits ergeben sich dadurch zusätzliche Probleme durch die stärkere Verzerrung des Kennzeichens.

Viele Länder benutzen retroreflektive Kennzeichen. Diese reflektieren das Licht in die Richtung der Quelle, wodurch sich ein besserer Kontrast ergibt. Auch werden oft nicht-reflektierende Zeichen eingesetzt, was auch unter schlechten Lichtbedingungen den Kontrast erhöht. Infrarot-Kameras eignen sich ebenfalls gut für den Einsatz in solchen Systemen – in Verbindung mit einem Infrarot-Strahler und einem Normallicht-Filter vor der Kamera. Dies kann jedoch nur bei Systemen angewandt werden, die speziell dafür adaptiert sind; herkömmliche Radar-Kameras eignen sich dafür üblicherweise nicht. Werden zu Beweiszwecken auch Echtfarben-Bilder benötigt (etwa des Fahrers), so kann die Infrarot-Kamera mit einer Normallichtkamera gekoppelt werden, um zwei Bilder aufzunehmen.


Unscharfe Bilder erschweren die Schrifterkennung

Unscharfe Bilder erschweren die Zeichenerkennung. Es werden daher Kameras mit einer sehr kurzen Belichtungszeit eingesetzt, um die Bewegungsunschärfe zu minimieren. Idealerweise beträgt die Belichtungszeit 1/1000 Sekunde. Wird die Kamera sehr niedrig montiert oder bewegt sich der Verkehr langsam, kann diese Zeit auch länger sein. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 64 km/h reicht eine Belichtung von 1/500, bei 8 km/h genügen 1/250.

Andere Fahrzeuge, Anhängerkupplungen, Abschleppstangen oder ähnliche Objekte können die Sicht auf ein oder zwei Zeichen verdecken, ebenso Fahrräder auf Fahrradträgern. Die meisten derartigen Hindernisse können mittels einer höheren Platzierung der Kamera korrigiert werden. Hinsichtlich der Fahrradträger existieren teilweise Gesetze (etwa in Österreich, New South Wales, Australien), die die Montage eines zusätzlichen, gut sichtbaren Kennzeichens vorschreiben, wenn Fahrradträger oder ähnliche Sichthindernisse benutzt werden.

Je nach Anwendungszweck können auch geringfügige Fehler akzeptiert werden. Wird ein Erkennungssystem verwendet, um Zufahrt zu einem ansonst gesperrten Gebiet zu gewähren, so kann die Fehl- oder Nichterkennung eines einzelnen Zeichens meist toleriert werden. Es wäre sehr unwahrscheinlich, dass ein Fahrzeug mit fast dem gleichen Kennzeichen Zutritt zu dem Gelände erlangen möchte. In den meisten Einsatzgebieten ist jedoch eine korrekte Erkennung des gesamten Nummernschildes Voraussetzung für ein Funktionieren des Gesamtsystems.
Technische Einschränkungen

Eine hohe Fehlerrate und mögliche Fehlidentifikationen werden allgemein und im Einzelfall kritisiert. Durch eine stetige Weiterentwicklung steigen jedoch die Zuverlässigkeit und die Trennschärfe der Systeme ständig an. Es ist davon auszugehen, dass Testreihen mit jeder neuen Gerätegeneration wiederholt durchgeführt werden.

Die Fehlerrate älterer Systeme war alarmierend: Ein Kritiker des Londoner Systems gibt an, dass vier von zehn Nummerntafeln falsch erkannt wurden. Dies führt unweigerlich zu einer hohen Fallanzahl der Verrechnung von Gebühren an unbeteiligte Bürger. Diese können sich gegen eine Zahlung von £10 den Beweis erbringen lassen, dass die Kosten gerechtfertigt sind, etwa durch Aushändigung des Beweisfotos. Verbesserungen in der verwendeten Technik haben die Fehlerraten aber drastisch reduziert, obschon unberechtigte Zahlungsansprüche noch immer häufig auftreten.
Polizeiliche Testreihen in Bayern

In Bayern lief von Oktober 2002 bis März 2003 ein Großversuch unter Polizeiaufsicht, in dem die Erkennungstechnik an mehreren Orten unter Einsatzbedingungen getestet wurde, unter anderem an zwei Grenzübergängen zu Tschechien und an der A 8 München-Salzburg. Seit 2006 werden in Bayern automatisiert Nummernschilder von Kraftfahrzeugen mit stationären und mobilen Geräten erfasst. Die automatisierte Kennzeichenerkennung AKE scannt dabei monatlich etwa acht Millionen Kennzeichen. Stationäre Geräte sind derzeit auf zwölf Standorte an bayerischen Autobahnen verteilt.[1]
Polizeiliche Testreihen in Thüringen

Ein ähnlicher Test wurde ab Juni 2003 mit einem nicht genehmigten Gerät auch in Thüringen (Rennsteigtunnel der A 71) durchgeführt.
Polizeiliche Testreihen in Brandenburg

In Brandenburg hat es im Oktober 2003 einen Testlauf mit einem mobilen Gerät zur Nummernschilderkennung gegeben. Seit Anfang 2012 wird in Brandenburg zur Aufklärung von Pkw-, Bau- und Landmaschinen-Diebstählen von der Polizei das automatische Kennzeichen-Erfassungssystem KESY für fünf Jahre befristet eingesetzt. Mit KESY könnten zur Fahndung ausgeschriebene Fahrzeuge an elf Stellen im Land geortet werden.[2][3]
Polizeiliche Testreihen in Hessen

In Hessen hat das Innenministerium im Herbst 2003 am Elzer Berg einen temporären technischen Funktionstest durchgeführt, ohne dass Daten gespeichert worden wären.[4].
Einsatz in den Vereinigten Staaten

Mobile Systeme zur automatischen Nummernschilderkennung sind in den USA weit verbreitet; etwa 71 % aller Polizeiämter setzen sie ein.[5]

Die Speicherdauer der Daten unterscheidet sich zwischen den Bundesstaaten sehr stark.[6]

Bei einem Test an der Grenze zu Mexiko stellte sich heraus, dass von 780.000 erfassten Kennzeichen mehr als 1300 mit einem Verbrechen in Verbindung standen, darunter auch vier Morde.[7]
Einsatz im Vereinigten Königreich
Allgemeine Polizeiliche Nutzung


Flächendeckende Überwachung in der Londoner Innenstadt, hier abgebildet Kameras in einem Wohnviertel nahe dem Trafalgar Square

Nachdem das Kennzeichen identifiziert ist, kann es in einer polizeilichen Datenbank gesucht und eingetragen werden. Damit können etwa gestohlene Fahrzeuge entdeckt werden oder solche, die für eine Straftat genutzt wurden. Manche Systeme prüfen auch, ob die Versicherung oder Zulassung des Fahrzeuges noch gültig ist.

Am 18. November 2005 wurde die britische Polizistin Sharon Beshenivsky während eines Raubüberfalles in Bradford erschossen. Über ein automatisches Nummernschild-Erkennungssystem wurde das Fluchtfahrzeug wenig später registriert, woraufhin sechs Verdächtige verhaftet werden konnten. Das System wurde von einem Vertreter der britischen Polizei als ein „revolutionäres Werkzeug zur Verbrechensbekämpfung“ bezeichnet.
Project Laser (Vereinigtes Königreich)

Im März 2005 wurde angekündigt, im gesamten Vereinigten Königreich über 2.000 automatische Nummernschild-Erkennungssysteme zu installieren. Im Jahr 2006 sollte Großbritannien also das erste Land sein, in dem praktisch jede Fahrzeugbewegung überwacht und aufgezeichnet werden kann.

Das war eine logische Folge des Project Spectrums, bei der alle 43 Polizeieinheiten in England und Wales mit derartigen, jedoch mobilen Systemen ausgerüstet wurden. Das ursprüngliche Projekt lief von September 2002 bis März 2003, wobei die Geräte von neun Polizeieinheiten getestet wurden. Von Sommer 2003 bis Sommer 2004 lief anschließend als zweite Phase ein Feldversuch in 23 Dienststellen. Dabei wurden von der Driver and Vehicle Licensing Agency (DVLA) auch bereits Daten von unregistrierten und nicht versicherten Fahrzeugen gesammelt.

Das Projekt wurde als großer Erfolg angesehen, obwohl Berichte davon ausgehen, dass die Fehlerrate bis zu 40 % falsch erkannter Fahrzeuge betrug. Im Gegenzug führte das Projekt zu über 100 Verhaftungen pro Polizist und Jahr, was etwa dem zehnfachen Landesdurchschnitt entsprach. Weitere Tests und Änderungen am System (Einführung von Infrarot-Systemen und Software-Verbesserungen) führten dazu, dass die Fehlerrate auf 5 % gesenkt werden konnte.

Insgesamt wurden während der einjährigen Testphase etwa 28 Millionen Kennzeichen erkannt; 1,1 Millionen davon (3,9 %) konnten in der Datenbank gefunden werden. 180.543 Fahrzeuge wurden angehalten (101.775 davon unmittelbar auf Grund der automatischen Erkennung), was zu 13.499 Verhaftungen (7,5 % der Anhaltungen) und 50.910 Strafmandaten (28,2 %) führte. 1.152 gestohlene Fahrzeuge konnten entdeckt werden, Drogen im Wert von 380.000 £ und gestohlene Güter im Wert von 640.000 £ beschlagnahmt werden.

Das Hauptziel der zweiten Phase war es zu ermitteln, ob sich die Kosten des Systems amortisieren würden. Das Ergebnis war, dass lediglich 10 % der aufgewendeten Kosten wieder über Strafen eingenommen werden konnten. Es wurde aber angegeben, dass viele Bestrafte nicht pünktlich zahlten und nur deswegen dieser niedrige Wert erreicht wurde. Es wurde von den Betreibern empfohlen, das Projekt fortzusetzen und es landesweit zu installieren.

Die Finanzierung des landesweiten Systems ist nun gesichert. Grundlage dafür ist ein Rechenzentrum, das täglich 50 Millionen Nummernschilder erkennen kann. Es sollte ab März 2006 betriebsbereit sein.
Rechtliche Grundlagen

Bedenklich sind Systeme, die Daten erfassen und ohne Auswertung speichern hinsichtlich des Datenschutzes und der Furcht, von Regierungs- oder anderen Stellen überwacht zu werden („Personenbezogene Bewegungsprofil-Erstellung“).
Generalverdacht

In den Vereinigten Staaten lehnen viele wie etwa Gregg Easterbrook solche Systeme ab, da sie Maschinen, die Strafmandate ausstellen können, als den Einstieg in ein automatisiertes Rechtssystem ansehen. „Eine Maschine hält dich für einen Straftäter, und du kannst den Ankläger nicht damit konfrontieren, da es gar keinen Ankläger gibt. Ist es klug, ein Prinzip einzuführen, dass, wenn eine Maschine behauptet, du hättest etwas Illegales gemacht, du mutmaßlich schuldig bist?“

Ähnliche Kritik wurde auch in anderen Ländern laut. Easterbrook argumentiert weiter, dass derartige Technologien nur den Geldzugang für den Staat maximieren sollen, anstatt für mehr Verkehrssicherheit zu sorgen.

Weitere Bedenken schließen die Datenspeicherung der aufgenommenen Daten ein. Diese könnten benutzt werden, um Informationen über Personen zu sammeln, wie etwa das Fahrverhalten oder gar die tägliche Terminplanung („Personenbezogene Bewegungsprofile“). Derartige personenbezogene Daten werden von den Rechtssystemen im Rahmen des Grundrechts auf informationelle Selbstbestimmung normalerweise streng geschützt.
Entscheidung des deutschen Bundesverfassungsgerichts am 11. März 2008
→ Hauptartikel: Urteil des Bundesverfassungsgerichts zur automatisierten Kennzeichenerfassung

Das deutsche Bundesverfassungsgericht erklärte am 11. März 2008 das hessische und schleswig-holsteinische Gesetz zur automatisierten Kennzeichenerfassung für nichtig. Das Gericht führte aus, die automatisierte Kennzeichenerfassung greife in den Schutzbereich des Grundrechts auf informationelle Selbstbestimmung ein, wenn das Kennzeichen nicht unverzüglich mit dem Fahndungsbestand abgeglichen und ohne weitere Auswertung sofort wieder gelöscht wird. Das Gericht verneinte, dass die durch die beiden Landesgesetze legitimierten Eingriffe in dieses Grundrecht auf verfassungsmäßigen gesetzlichen Grundlage beruhen, unter anderem weil die angegriffenen Bestimmungen dem verfassungsrechtlichen Gebot der Verhältnismäßigkeit nicht genügen.[8]
Betrieb von Erfassungsanlagen nach dem Gerichtsurteil

Insbesondere die Bundesländer Bayern, Baden-Württemberg und Niedersachsen setzen nach wie vor die Kennzeichenerfassung ein. Der ehemalige Baden-Württembergische Innenminister Heribert Rech (CDU) sagte dazu, dass der Einsatz automatischer Nummernschild-Lesesysteme ein wichtiges Instrument der Fahndungsarbeit sei.[9]

Die Kennzeichen-Daten werden mittlerweile (Stand 2010) in Echtzeit mit dem polizeilichen Fahndungscomputer abgeglichen. Ergibt sich hierbei ein Treffer, so wird die zuständige Autobahn-Polizeiinspektion ohne Verzögerung automatisch informiert, um das betreffende Fahrzeug aus dem Verkehr herauszuziehen.

Das Verwaltungsgericht München[10] und der Bayerische Verwaltungsgerichtshof[11] erklärten den Betrieb der Anlagen in Bayern für zulässig. Laut einer vom ADAC in Auftrag gegebenen Studie des Datenschutzexperten Alexander Roßnagel vom April 2009 dagegen sind fast alle betreffenden Landesgesetze in Teilen verfassungswidrig.[12]

Bayern betreibt (Stand November 2013) 30 Anlagen an 12 festen Standorten[13] und zusätzlich drei mobile Anlagen. Die Systeme werden zur Verfolgung leichter und schwerer Straftaten genutzt.[14] Pro Monat werden in Bayern im Schnitt rund acht Millionen Fahrzeuge fotografiert, wobei in der Regel pro Monat 500 bis 600 Treffer gemeldet werden.[15]
Meinungsstand betreffend der Verfolgung schwerer Straftaten / Nutzung der Lkw-Maut-Anlagen

Die Nutzungs-Einschränkung der für die Abrechnung und Überwachung der Lkw-Maut eingesetzten Anlagen, welche auf der gleichen Technologie beruhen, nur auf Zwecke der Mauterhebung, wird bereits seit deren Einführung im Jahre 2005 von Polizei, Justiz und weiten Kreisen der Politik stark kritisiert (so z. B. vom ehemaligen Generalbundesanwalt Nehm[16]). Eine bundesweit einheitlich geregelte Ausdehnung des Einsatzes dieser Technik für die Verfolgung von Fällen schwerer Kriminalität gilt in absehbarer Zukunft daher als sehr wahrscheinlich.
Weitere Einsatzgebiete

Für folgende Zwecke lassen sich Systeme zur automatischen Nummernschilderkennung ebenfalls einsetzen bzw. werden bereits eingesetzt:

bei Grenzübertritten
an Tankstellen zur automatischen Zahlungsverrechnung
an Parkplätzen und Parkhäusern zur Verrechnung und Zutrittskontrolle
zum Verkehrsmanagement, um die Geschwindigkeit von Fahrzeugen im Verkehrsfluss auszuwerten [17]
zur Stauvorhersage, durch Auswertung des Verkehrsflusses unter Berücksichtigung der Städte- und Regionenkennziffer
zur Analyse des Verkehrsverhaltens (Routenwahl, Quelle und Ziele) für die Verkehrsplanung [18]


Quelle