一种应用于停车场的避免车辆无信息的交互系统的制作方法

本发明涉及停车场设备领域，尤其是一种基于在双挡车杆前后搭配多个摄像机的停车场道闸。

背景技术：

智能停车场管理系统是现代化停车场车辆收费及设备自动化管理的统称。是将停车场完全置于计算机统一管理下的高科技机电一体化产品。目前停车场常用的基于车牌图像识别技术的车辆收费管理系统都是基于一个路口只有一台挡车杆以及围绕此挡车杆安装摄像机以此为原理设计的道闸，然后拍摄车辆的车牌信息再上传，目前市场上也没有专门针对车辆的外形进行智能识别然后自动放行的技术方案。传统的停车场收费管理系统常规部件主要由摄像机、车牌识别算法芯片、专用控制器、显示屏、语音、补光、快速闸机以及计算机、软件等组成。摄像机用于系统获取车辆视频信息，车牌识别算法芯片用于自动识别进出车辆，道闸用于管理道路上限制机动车行驶的通道出入口。它们之间的核心识别算法基本上都是一致的，只是在某些细节处理上有一定的区别。

车牌软识别是基于电脑端的运行，需要在电脑端接入数据采集卡设备，软件识别算法和摄像机是分开的，这种软识别方式对电脑的硬件要求相对较高，对抓拍机也就是(车牌拍摄设备)的要求比较低，市场上普通的抓拍摄像机就可以满足工作要求，软识别在拍摄的图像质量很高，所以传到电脑端速度较慢。在外界恶劣天气例如：(大雨天、下雪天、雾天、大风天)在这些天气的影响下识别率大幅下降。车牌硬识别指的是抓拍摄像机内部嵌入了DSP算法。配合外置补光灯，或者内置补光灯，核心算法，一体化的程度更高，适合目前流行的简单、可靠的设计要领，系统各部分完全整合到一起，安装简便。这种嵌入式的车牌识别一体机很有优势，在识别正确率上面也有很大的提高，识别速度可达到0.5秒左右。在恶劣的天气环境下优于软识别的方式，这种硬识别模式最重要的几点就是，系统稳定可靠，安装成本低，后期调试、维护相对方便操作简单，并且提供升级端口，缺点就是集成度太高，一旦损坏，必须更换整个系统硬件，导致成本较高。发明人认为后期根据科技的发展，停车场车牌识别系统有向多种识别方式发展的趋势。

发明人经过调查发现，无论采用车牌软识别的停车场还是车牌硬识别的停车场，都无法解决一个车辆无进场（出场）信息的问题，以及有部分信息而无法匹配优惠信息的问题，经过研究分析，发现造成此问题的原因主要有八个：原因一是车辆底盘过低，而摄像机位置较高，形成角度偏差；原因二是后一辆车与前一辆车没有保持车距，通俗的说法就是跟车太近，溜车蹭停；原因三是部分车辆车灯是高亮度的氙气灯或者高频闪的灯，车灯亮光对摄像机感光元件CMOS/CCD造成过度曝光的干扰，导致摄像机短暂的无法拍摄可识别的照片。原因四是部分车辆是只有临时车牌的新车；原因五是部分车辆车司机误操作，把出口处的道闸挡车杆抬升信号触发，但是车辆并没有驶离停车场，而是倒车回到停车场其它停车位，故意导致进场信息丢失；原因六是下雨天的水污，以及长期不洗车牌累积的灰尘遮蔽车牌信息，导致单一角度拍摄不了车牌信息；原因七是部分车辆车是没有车牌的摩托车、电动自行车；原因八是部分车辆车主是以经过维修为理由而不挂车牌，故意以无牌状态驶入。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是：主要提供了针对停车场入口或者出口车辆无进场、或者离场信息的问题的模块化、智能化、自动化的技术方案，实现了解决停车收费系统入口处摄像机抓拍时无法区分跟车过近，或者不愿意遵守保持车距规则的车辆，导致停车收费系统入口处（出口处）摄像机抓拍时无法区分跟车过近的后一辆车，进而无法得出进场信息、或者离场信息，无法确定起止时间，无法计时，无法收费只能手动放行的问题，顺便解决了临时车牌车辆遗失或者故意丢弃入场条形码或者二维码纸条，导致无法确定入场时间的问题，也顺便解决了未来自动驾驶（无人驾驶）车辆在临时车牌情况下驶进停车场的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种停车场路口（入口、出口）的挡车杆与摄像机的设置方法与设计结构，以及相应的模块化系统，包括：车辆感应器或者地感线圈配置三个，分别安装在道闸甲、乙挡车杆区域内外两侧和甲、乙挡车杆之间，分别称之为内车检与外车检、中车检。在停车场入口处拍摄车牌识别的摄像机由两台摄像机或者两台以上的摄像机抓拍，第一台摄像机的位置是安装在专门用于拍摄机动车前车牌的地方，命名为甲摄像机，譬如安装在面临车头的第一个挡车杆立桩上，或者硅橡胶材质为主结构的挡车杆中间部位，甲摄像机内部是由并联有四个摄像头组成的摄像头模组，摄像机外部是由有两片滤光片组成的摄像头半透半反镜专门用于遮住黑白相机摄像头，四个摄像头分别是一个采用CCD感光元件的RGB彩色相机摄像头、一个Mono黑白相机摄像头、一个采用CMOS感光元件的超广角12MP（f/2.4）RGB彩色相机摄像头，一个红外线摄像头，前三个摄像头分别或者同时拍摄车辆照片，再由专用的ASIC芯片把三帧图像合成为一帧图像，ASIC芯片合成的图像传输给DSP芯片进行识别车牌，或者ASIC芯片合成的图像，传输给另外一颗执行YOLO-V3算法（不限于YOLO-V3算法，其它类似算法也可以）的人工智能专用ASIC芯片，并且在此过程中采用外接USB3.0接口的带NPU处理器的外部设备加速YOLO-V3算法的信息处理过程，以便快速进行车主或驾驶员人脸识别，以及客运机动车、货运机动车的车标和车身颜色识别、乃至摩托车和电动自行车的外形识别与驾驶员人脸识别，最终把识别结果转换为唯一性的文本数据（指定格式的特征码）存入数据库，并且与数据库的待匹配字符串（包括而不限于时间、车牌号、手机号、工号、会员号、姓名、社交网络应用账号、账户余额、消费记录等）比对或嫁接合成为新的数据。红外线摄像头是备用摄像头，在前三个摄像头能够采集到车辆特征信息时，启动红外线摄像头所拍摄的照片只是作为备用参考信息，如果在前三个摄像头以及乙摄像机、丙摄像机都不能够采集到车辆特征信息与车主人脸特征信息时，启动红外线摄像头时所拍摄车辆及其乘员的红外线辐射照片作为主要依据并且由此形成特征码。

摄像机的黑白相机外部的滤光片由两片玻璃滤光片叠加组成，第一片滤光片只能过滤紫外线。第二片滤光片是半透半反镜用于过滤强光。对于从任意里外任意一边射过来的光，这种镜子让大约一半的光透射，大约一半的光被反射（通过在4毫米薄的钢化玻璃滤光片背面镀上6纳米厚的金属银、铬或铝实现）。然后，由于镜子两侧的光强相差很大，就造成了人眼从外侧，看到的摄像机是感觉和全反射平面镜没有区别的假象。对于从感光元件CMOS/CCD一侧向外看则是透明的景象。在黑白相机旁边的两个彩色相机不使用滤光片，这样设计的结构使ASIC芯片合成图像时能够在算法的协助下有效合成无高亮光的清晰图像，清晰的图像能够有效的让RAW或者JPG图片格式的车牌信息转换为正确的SQL或者TXT文本格式的信息，所有车辆信息并不会因为车辆离场而被从计算机的数据库中全部删除，而只是删除照片部分，保留特征码；

第二台摄像机称之为乙摄像机，安装在面临车尾的第二个挡车杆中间部位上，第二个挡车杆也称之为乙挡车杆，用于拍摄车辆的尾部车牌，第二个挡车杆上除了安装有摄像机还在该摄像机旁边5厘米处安装有LED闪光灯，这个闪光灯的闪烁频次以大于等于0.5秒，小于1.2秒的间隔并且用电路实现，用于拍摄车辆的尾部车牌时照明，第二个挡车杆距离第一个挡车杆有6米远，第一个挡车杆称之为甲挡车杆。乙挡车杆与甲挡车杆呈对角线排列或者直线排列；

第三台摄像机称之为丙摄像机，使用5倍光学变焦摄像头，安装在甲摄像机附近的天花板或者遮雨棚上，丙摄像机距离地面200厘米，用于识别临时车牌或者车主手机号牌（如果挪车联系人手机号牌如果倒置，也可以被人工智能识别），丙摄像头可以识别近距离50厘米内车挡风玻璃，而拍摄机动车前车牌的甲摄像机位于第一个拦车杆立桩上，乙摄像机或者丙摄像机的安装位置始终高于甲摄像机，

在停车场出口处设置两个挡车杆并且安装两台摄像机，两个挡车杆和两台摄像机排列方式和进口处一样；

所述交互的执行是由2台计算机完成；所述2台计算机的第一台是指一台包含3颗芯片进行图像识别的、模块化的嵌入式设备，属于机器视觉设备的一种，且具有通过其它计算机向数据库传递信息的功能；第二台是指一台执行控制逻辑，具有控制挡车杆和摄像机的功能，并且可以读写数据库的设备；

在停车场道闸区域，入口处两个挡车杆具有乙挡车杆抬杆放行入场、甲挡车杆降杆拦截入场等待识别，两种状态；出口处两个挡车杆具有乙挡车杆降杆拦截出场车辆等待识别、甲挡车杆抬杆放行车辆出场，两种状态；对应所述四种状态，具有四种控制信号，分别是：车辆进场等待识别、识别完成放行入内，并且等待下一辆车、车辆出场等待识别、识别完成放行离场，并且等待下一辆车。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术，目前现存的厂商没有专门针对前述问题提供合理、有效、模块化、自动化、智能化的解决方案。本发明通过解决传统道闸的缺陷，实现更高程度的自动化，并且由于使用模块化设计，可以在各个子系统应用高端零配件，好处是在面临损坏时，只需要更换一部分零配件，而不必更换整个主电路板或者系统。使用传统道闸造成的后果就是停车场系统经常性无法根据所停车辆的起止时间来执行自动化计费、收费，并且间接导致停车场堵车和由于人工收费、手动放行导致的结算困难与识别员工是否贪污的问题。车牌识别的方式进行技术升级后，无论从产品外型还是系统自动控制带来的先进性和管理的科学化，不但可以提高商业场所物业管理水平，还将使其企业形象，知名度大为提升，即使是手动放行也可以在监控室的监控之下远程控制挡车杆手动放行，而不必派人专门值守岗亭。

而应用于停车场自动收费系统的传统道闸，没有切实针对现代大型商业停车场管理的需要进行真正无人值守的进出车辆实时管理，并且人工收费方式效率低下、成本较高，无法适应车流高峰期管理的需求。

附图说明

图1为本发明方法实施例中的流程逻辑框图；

图2为本发明具体实施例中的流程示意图上半部分；

图3为本发明具体实施例中的流程示意图下半部分。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合较佳实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：通过增加并且设置摄像机的内部构造以及安装摄像机的位置、增加并且设置挡车杆的内部构造以及安装的挡车杆位置、由系统的程序逻辑自动分析摄像机是否采集到车辆前车牌的车牌数据，再判断是否应该获取车辆后车牌的信息，乃至再判断是否获取车辆临时车牌或者手机号、车辆外形和车标、车身颜色、车主人脸、红外线辐射图等特征信息，并比较车牌信息，进而确定出入停车场的时间信息，并且形成特征数据录入数据库。

根据本发明的设计原理，本发明硬件部分主要可分为四大部分实施：硅橡胶材质的道闸挡车杆、适应本发明信息采集方式的摄像头模组、甲、乙挡车杆内、中、外各一个车辆感应器或者地感线圈、道闸挡车杆上安装以电路方式实现的LED闪光灯作为照明光源，并且在此LED闪光灯旁边2厘米处安装皮秒级别1550纳米红外激光器作为红外摄像头的照明光源，此红外激光器出光口以凹透镜作为散射介质。

本发明软件部分可分为三大部分实施：信息的采集（车牌识别、外观识别、人脸识别、红外线识别）与传输的实施、信息的处理与交互界面的实施、信息的储存与查询的实施。实际运行时主要创新就是软件部分的这四种的信息采集方式组合与应用，首选以采集到的车牌信息为主要核对要素；它是通过摄像机视频流的方式扫描车牌号，当感应到车牌后系统就会将相应的信息传输到相应的计算机主板，主板内部有个DSP芯片和ASIC芯片运算自动进行识别这个车牌是否为允许通行的车辆，如果是，那就会将开闸的信息传输到道闸接着挡车杆会自动升杆，车辆通行；如果运算出是不允许通行的车辆，就会提示为非允许车不允许进入（或者是计时收费系统运转，记录进场时间，出场时进行核算停车多久，并且收取相应的费用），如果是欠费车辆，不缴费则不允许放行离场；对于无法采集临时牌照信息的车辆，系统以外形识别为第一选项，外观识别包括车身颜色与车类别和车标，辅助以人脸识别为第二选项，以红外线识别为第三选项，系统以识别的信息提交为特征码为载体，通过操作数据库记录、删除、查询、修改车辆进出的相关信息，同时对其信息加以运算、传送并通过LED显示屏字符显示、扬声器语音播报等人机界面转化成人工能够辨别和判断的信号，从而实施判断识别、准入/拒绝、引导、记录、计时、收费、车辆管理等需求；系统把信息的采集（车牌识别、外观识别、人脸识别、红外线识别）以及识别结果转换为唯一性的文本数据（指定格式的特征码）存入数据库；

指定格式的特征码示例：车类别如果是轿车标记为J，摩托车标记为M，电动自行车标记为D，三轮车标记为S，大货车标记为H，小货车面包车标记为M，其它车类别标记为Z；

车身颜色如果是红色标记为R，橙色、棕色标记为O，黄色标记为Y，绿色标记为G，青色、蓝色标记为B，紫色标记为P，银色、灰色标记为A，黑色标记为Q，白色标记为W，粉红色标记为F，其它颜色标记为Z；人脸识别特征码依据人工智能算法归纳驾驶员、车主照片骨相（面部与颈部骨骼各个突出点、连接点之间的距离与比例形成数据）是标记为16进制的一连串字符串，例如C8BB60EEAF136AFA0FC13CA79BC71A94、红外线识别特征码依据人工智能算法归纳车身与驾驶员、车主在720纳米红外线照片上各个热力突出点位之间的距离与比例形成数据）是标记为16进制的一连串字符串，例如AC9A79F0CD408566AEED769FA673BC3B；如果在没有车牌的（临时牌照和手机号未放于挡风玻璃）车辆（比亚迪黑色轿车）驶入时，该车总特征码各个分段特征码以下划线、两个下划线或者空格嫁接，数据结构是：比亚迪J_Q_C8BB60EEAF136AFA0FC13CA79BC71A94_AC9A79F0CD408566AEED769FA673BC3B；

如果该车下次以正式牌照驶入停车场，那么新的特征码就是其车标品牌加上车牌号鄂A573DJ以前缀方式加上形成类似：比亚迪_鄂A573DJ_J_Q__C8BB60EEAF136AFA0FC13CA79BC71A94__AC9A79F0CD408566AEED769FA673BC3B的字符串；

如果该车以代驾司机驾驶，则代驾司机的人脸特征码插入在车主人脸特征码与红外线特征码之间，但是以数学运算中的等于符号(=)代替下划线进行连接，表示的意义是两者特征码可以等同使用，以此类推，其它字符串也可以动态更新以增强特征码的容错性和适用模糊匹配的冗余性。按照预定格式构成总特征码之后，该车总特征码字符串与通过各种方式采集到的数据库的待匹配字符串（包括而不限于该车车标品牌、车牌号、时间、手机号、工号、会员号、姓名、社交网络应用账号、账户余额、消费记录、支付方式、征信记录、身份证号、护照号、指纹、签名、银行卡账号）比对或嫁接合成为新的数据进行更新，可以应对复杂结算情况，譬如：内部员工车辆免费停车标记为N、贵宾客户长期停车优惠标记为V、逃费车辆字符串后缀标记为T+，补缴欠费后标记为T-等，匹配时算法根据字符串比对，当80%信息相同即可以判定为同一个车；

产品适应复杂的气候及光照条件和环境，如阴天、雨天、晚上仍可保证高识别率；

基于模块化的DSP高速硬件识别系统提高了识别的速度和准确性；

配置模块化的UPS不间断电源，可在停电的情况下实施车辆放行；

由于模块化设计，工程安装简便、运行稳定，可以在用户已有系统上改造升级；

对于手机没电，又没带现金的车主，可以先放行，后收费，由于使用特征码录入数据库，并且嫁接该车车主其它信息，不用担心车辆逃费，挡车杆可以大部分使用硅橡胶等弹性与柔性配伍的组合材料，也是先进的防砸车机制。

具体实施时系统的程序执行交互的流程逻辑是：在停车场入口处靠近公路的挡车杆被定义为乙挡车杆，在入口处靠近停车场的挡车杆被定义为甲挡车杆，车辆驶来停车场入口，外车检发送信号给系统，乙挡车杆先抬升放行，车辆驶进乙挡车杆和甲挡车杆之间的拍摄区，甲、乙挡车杆之间的中车检发送信号给系统，此时乙挡车杆先恢复拦车状态，甲挡车杆保持拦车状态，并且等待指令，如果甲摄像头没有采集到前车牌信息，那就由乙摄像机来拍摄机动车的后车牌，如果乙摄像头没有采集到后车牌信息，那就由丙摄像机来拍摄机动车的临时车牌或者手机号，采集信息后传送信息到数据库，甲挡车杆抬升放行，车辆驶入停车场，内车检发送信号给系统，然后甲挡车杆恢复拦车状态，乙挡车杆等待指令，由于乙拦车杆的隔离，使前后两辆车的车距得以保持，摄像头的视野得以无阻。

在出口处靠近公路的挡车杆被定义为甲挡车杆，在出口处靠近停车场的挡车杆被定义为乙挡车杆，当车辆驶离停车场时，内车检发送信号给系统，此时乙挡车杆先抬升，甲挡车杆保持拦车状态，车辆进入出口道闸的乙挡车杆和甲挡车杆之间的拍摄区，中车检发送信号给系统，此时乙挡车杆降下，并且等待指令，由于乙拦车杆的隔离，使前后两辆车的车距得以保持，也顺便防止车辆倒车回到停车场其它停车位，故意导致进场信息丢失，同时如果甲摄像头没有采集到前车牌信息，那就由乙摄像机来拍摄机动车的后车牌，如果乙摄像头没有采集到后车牌信息，那就由丙摄像机来拍摄机动车的临时车牌或者手机号，采集信息后传送信息到数据库，进行缴费结算，结算成功后，甲挡车杆抬升放行，然后恢复拦车状态。当车辆驶出停车场出口，如果甲挡车杆外车检已经自动感应到车辆离开，则外车检自动发送信号给系统。

上述流程确保驶入车辆有出入时间信息，并且所有车辆信息并不会因为车辆离场而被系统从计算机的数据库中全部删除，而只是删除照片部分，保留特征码，以备该车辆下次再来该停车场时，可以直接补全或者修正该车辆特征信息，以便进一步避免信息误差，同时由于使用特征码以及车主身份信息录入数据库，车辆欠费信息是可以累积的，除非欠费车辆以后永远不来该停车场，但这种小概率事件损失也是可以承受的，所以不用担心车辆逃费，挡车杆可以大部分使用硅橡胶材料，这也是一种先进的防砸车机制。

具体实施时优选的规格

道闸挡车杆外层蒙皮采用硅橡胶材质，蒙皮厚度5毫米、内部金属杆圆柱形直径1厘米，采用镍铬记忆合金材质、活动关节采用钴镍铬非晶态合金材质；适应本发明信息采集方式的摄像头模组内部是由并联有四个摄像头组成的，摄像机外部是由有两片滤光片组成的摄像头半透半反镜专门用于遮住黑白相机摄像头，四个摄像头分别是一个采用CCD感光元件的2000万像素RGB彩色相机摄像头、一个1000万像素Mono黑白相机摄像头、一个采用CMOS感光元件的超广角12MP（f/2.4）1000万像素RGB彩色相机摄像头，一个720纳米红外线摄像头；挡车杆区域内、中、外各一个车辆感应器或者地感线圈；道闸挡车杆上安装以电路方式实现的LED闪光灯照明安装在第二个挡车杆上摄像机旁边5厘米处，这个闪光灯的闪烁频次以大于等于0.5秒，小于1.2秒的间隔并且用电路实现，使用功率为50瓦的皮秒级别1550纳米红外激光器作为红外摄像头的照明光源；

具体实施时建议的参数

车牌识别率≥99.7%

单帧识别速度＜0.04秒

适应车速范围≤65km/h

输出图像分辨率768*576/1280*720

电源电压AC 220V+10% 50Hz

工作温度-25~+78℃

工作湿度≤95%

道闸挡车杆长度，根据停车场环境，长度可选配2~8M，道闸挡车杆力矩基本保持为零，无磨损、可靠性高，使用寿命长达800万次；起降速度3S/6S任选，挡车杆起落运行平稳、轻快；设计电机功率〈45W，实际配置电机80W；

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接运用在其它的技术领域，或间接运用在相关的技术领域，并且是被权利要求所涵盖的，均同理包括在本发明的专利保护范围内。