公路入口自动发卡系统及其发卡方法
【专利摘要】本发明的目的是提供一种为了节约发送时间的公路入口自动发卡系统，该系统具体如下功能：机动车驶入检测区，触动虚拟触发线(5)，启动相位激光测距装置(1)和抓拍相机(2)分别获得车辆高度数据和车辆图像数据；取卡机(4)中的计算及控制模块对车辆图像数据和车辆高度数据进行处理分析，获得前挡风玻璃下沿位置参数和机动车高度，进而计算出驾驶舱高度；根据驾驶舱高度计算及控制模块判断通过低位出卡口(42)或高位出卡口(41)吐出通行卡。其通过改进的Roberts边缘检测算子可以更加精确的确定原图像边缘图像，精确控制出卡的位置，方便用户的取卡，进而增加车道通行能力。
【专利说明】公路入口自动发卡系统及其发卡方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆收费领域，尤其是涉及一种公路入口自动发卡系统。
【背景技术】
[0002] 伴随着国内高速公路的快速发展以及机动车数量的与日俱增，人们对于高速公路 通行效率的提出了更高的要求，智能化的高速公路收费系统应运而生。从完全手动的人工 收费系统到越来越普及的电子不停车收费（ETC)系统，高速公路收费系统取得了长足的进 步。对于未办理ETC通行卡或偶尔使用高速公路的机动车辆，在高速公路使用自动发卡机 无疑是一种可以提高通行效率的有效方式。
[0003] 但是，在目前市场上常使用的自动发卡机存在以下缺点：
[0004] 1.发卡效率低，目前市场上使用的自动发卡机所提高的通行效率并不明显，驾驶 员需要经过停车、按钮、等待出卡等过程，明显增加发卡时间；
[0005] 2.需要配备工作人员随机值守，对车主进行指导，这样违背了使用自动发卡机从 而减少人工投入的初衷；
[0006] 3.由于每个驾驶员驾车技术不同和驾驶室垂直位置不同，无法保证每个驾驶员都 能将汽车停放在手臂能够轻松按键取卡的位置，有些驾驶员需要下车取卡，这样反而影响 了通行效率。
[0007] 4.即便采用了多个发卡口，但是识别车型不准确，造成发卡口的选择错误。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种为了节约发送时间的公路入口自动发卡系统，其通过改 进的Roberts边缘检测算子可以更加精确的确定原图像边缘图像，精确控制出卡的位置， 方便用户的取卡，进而增加车道通行能力。
[0009] 本发明是采用以下的技术方案实现的：一种公路入口自动发卡系统，由位于入口 上空的激光测距装置（1)、人工标靶（3)、虚拟触发线（5)、抓拍相机（2)和取卡机（4)组成； 取卡机包括位于上部的高位出卡口（41)、位于中部的低位出卡口（42)、位于顶部的主动红 外检测器（44)和位于下部的激光测距装置（43);取卡机进一步包括计算及控制模块；出卡 口（41，42)中设置的可移动出卡装置。
[0010] 通过上述公路入口自动发卡系统出卡的控制方法，包括如下步骤如下：
[0011] (1)、机动车驶入检测区，触动虚拟触发线（5)，启动相位激光测距装置（1)和抓拍 相机（2)分别获得车辆高度数据和车辆图像数据；
[0012] (2)、取卡机（4)中的计算及控制模块对车辆图像数据和车辆高度数据进行处理 分析，获得前挡风玻璃下沿位置参数、机动车高度、机动车驾驶舱高度，进而计算出驾驶舱 玻璃窗的位置；
[0013] (3)、根据驾驶舱高度计算及控制模块判断通过低位出卡口（42)或高位出卡口 (41)吐出通行卡；
[0014] (4)、通过安装在取卡机（4)上的相位激光测距装置（43)测量机动车与取卡机（4) 距离参数，判断是否需要将通过出卡口（41，42)中设置的可移动出卡装置将出卡位向前移 动以方便驾驶员可以舒适的取到通行卡；
[0015] (5)、通过安装在取卡机（4)上的主动红外装置（44)检测驾驶员手部动作，以此判 定是否需要将出卡位继续向前移动以方便驾驶员可以舒适的取到通行卡。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图Ia是本发明的系统结构侧面示意图
[0017] 图Ib是本发明的系统结构正面示意图
[0018] 图2是本发明的系统控制流程图
【具体实施方式】
[0019] 本发明的目的是提供一种公路入口自动发卡系统，解决公路或停车场入口目前发 卡系统效率低下，不能方便司机取卡，以及发卡窗口选择不准确等技术问题。
[0020] 如图Ia和Ib所示，公路入口自动发卡系统是由位于入口上空的激光测距装置 (1)、人工标靶（3)、虚拟触发线（5)、抓拍相机（2)和取卡机（4)组成。取卡机包括位于上 部的高位出卡口（41)、位于中部的低位出卡口（42)、位于顶部的主动红外检测器（44)和位 于下部的激光测距装置（43)。
[0021] 下面结合图2,对本发明中的公路入口自动发卡系统工作流程进行详细说明。
[0022] SI.机动车驶入检测区，触动虚拟触发线（5);
[0023] S2.启动相位激光测距装置（1)和抓拍相机（2);
[0024] S3.抓拍相机（2)抓拍到车辆图像数据通过无线或有线方式发送给取卡机中的计 算及控制模块，其中抓拍的图片需要包含人工标靶；同时，激光测距装置（1)将车辆高度数 据发送给计算及控制模块；
[0025] 计算及控制模块根据获得的激光测距装置（1)相位延迟差值来计算机动车高度， 根据车型的不同得出结果不同，本发明采用相位法激光测距，就是通过测量连续的调制信 号在待测距离上往返传播所产生的相位变化来间接地测定信号传播时间，从而求得被测的 距离。具体算法如下：
[0026] 若调制光角频率为w，在待测量距离LAB上往返一次产生的相位延迟为Φ，则对应 时间t可表示为
【权利要求】
1. 一种公路入口自动发卡系统，由位于入口上空的激光测距装置（I)、人工标靶（3)、 虚拟触发线（5)、抓拍相机（2)和取卡机（4)组成；取卡机包括位于上部的高位出卡口 (41)、位于中部的低位出卡口（42)、位于顶部的主动红外检测器（44)和位于下部的激光测 距装置（43);取卡机进一步包括计算及控制模块；出卡口（41，42)中设置的可移动出卡装 置。
2. 通过权利要求1所述的公路入口自动发卡系统的控制出卡的方法，其包括如下步 骤： (1) 、机动车驶入检测区，触动虚拟触发线（5)，启动激光测距装置（1)和抓拍相机（2) 分别获得车辆高度数据和车辆图像数据； (2) 、取卡机（4)中的计算及控制模块对车辆图像数据和车辆高度数据进行处理分析， 获得前挡风玻璃下沿位置参数、机动车高度、机动车驾驶舱高度，进而计算出驾驶舱玻璃窗 的位置； (3) 、根据驾驶舱玻璃窗的位置计算及控制模块判断通过低位出卡口（42)或高位出卡 口（41)吐出通行卡； (4) 、通过安装在取卡机（4)上的相位激光测距装置（43)测量机动车与取卡机（4)距 离参数，判断是否需要将通过出卡口（41，42)中设置的可移动出卡装置将出卡位向前移动 以方便驾驶员可以舒适的取到通行卡； (5) 、通过安装在取卡机（4)上的主动红外装置（44)检测驾驶员手部动作，以此判定是 否需要将出卡位继续向前移动以方便驾驶员可以舒适的取到通行卡。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2)进一步包括：计算及控制模块根据 激光测距装置（1)的相位延迟变化来判定机动车高度。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据激光测距装置（1)的相位延迟变化来判 定机动车高度的具体方法如下： 若激光测距装置（1)的调制光角频率为w，在待测量距离LAB上往返一次产生的相位延 迟为Φ，则对应时间t可表示为-J=Φ+Δφ= 2π(m+Am)，前式中，m表示激 光往返LAB所经历的波长整数个数，Am表示不足一个波长个数的分量，则待测距离LAB可 表示为以5 =备U= =+Δ#λ为波长，将所得到的待测距离与人工标革巴 2 2w2 相对应，解算车辆的实际高度值。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2)进一步包括：计算及控制模块对车 辆图像数据进行处理分析，获得前挡风玻璃下沿位置参数的方法如下； (1) 、获取图像坐标（1，7)上的像素点的灰度值以1，7)，元素的取值范围为〇?255，共 256个灰度级； (2) 、通过公式G(x，y) = |f(x，y)-f(x+l，y+l)| + |f(x+l，y)_f(x，y+l)| 计算边缘检测 算子； (3) 、边缘图像提取，边缘图像就是图像中各个像素的灰度级用来反映各像素符合边缘 像素要求程度；参考边缘图像的直方图选取阈值，对车辆灰度图像的边缘图像进行阈值分 r(A 割得到二值边缘图像；阈值1 = 2255 00其中；<〇=y255〉(yi= 0，1，·"，255,f(i)是 灰度值i的所有像素梯度之和， 其中f(i) =f(x，y) + |f(x-l，y-l)-f(x+l，y+1) | + |f(x-l，y+l)-f(x+l，y-1) (4)、单阈值T分割后的二值边缘图像可定义为： g(x，>·)= ，通过g(x，y)获取机动车前挡风玻璃下沿位置参数。
6. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2)进一步包括：计算及控制模块对车 辆图像数据进行处理分析，获得机动车驾驶舱高度和位置的方法如下； 在识别运动车辆车型之前，在学习的基础上建立起的标准车辆车型的模板库，里面存 储着标准车辆车型的高度特征表，将待识别图像的Gabor集特征向量和不同的模板图像的 特征向量进行比较，对于每一个模板图像都会有一个相似，取最高的相似值来确认待识别 车辆的类型，以获得机动车驾驶舱高度和位置； Gabor集特征向量计算如下： 定义滤波器为：
其中，（x，y)定义了时域中的像素位置，Wtl为中心频率，Θ为Gabor小波的旋转方向，σ是高斯函数沿X和y轴的标准偏差，这里σχ=σy，加入exPtiwPI补偿图像的直流 分量； 通过公式GHf=f(x，y)*H(x，y，wQ，Θ)获得Gabor集特征向量，f(x，y)为坐标（X，y)上的像素点的灰度值。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4)进一步包括： 通过安装在取卡机（4)上的激光测距装置（43)来获取机动车与取卡机（4)之间的水 平距离； 通过距离参数与预设值对比来判定是否需要将可移动出卡装置前移，以方便方便驾驶 员可以舒适的取到通行卡。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5)进一步包括： 通过主动式红外检测器（44)检测驾驶员手部动作； 当机动车驾驶员有多次会动手部动作时，将可移动出卡装置前移，以方便方便驾驶员 可以舒适的取到通行卡。
【文档编号】G06T7/00GK104463991SQ201410728876
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】孙丹, 王霄, 卢晓煜, 苏鹏, 沈湘萍 申请人:北京公科飞达交通工程发展有限公司