基于视频处理技术的智能停车场管理系统的制作方法

本发明属于机器视觉，监控技术领域，具体为一种基于视频处理技术的智能停车场管理系统。

背景技术：

停车场可以分为室内停车场与室外停车场，室外停车场的面积较大，相对于封闭的室内停车场而言需要更多的管理成本，除了增加人力成本进行管理外，使用智能化设备管理的智能停车场正获得更多关注与投入。根据设计原理智能停车场管理系统可分为三大部分：信息的采集与传输、信息的处理与人机界面、信息的储存与查询。其中智能停车场的关键技术在于即时得到所有车位的占用状态。

国内外的专家学者通过多年研究，提出了多种基于不同原理或传感器的车位占用状态检测方法：

1)超声波检测，通过发射超声波，检测反射回波来获取车位占用状态。优点有体积小，便于安装，使用寿命长，且比较经济，但超声波传感器容易受到障碍物形状，外界环境如温度，强风等影响。且由于超声波传感器的传播受限于传感器发射面尺寸，对于一个车位可能需要多个传感器。

2)红外传感器，通过红外发射与接收传感器进行检测，优点是检测距离略大于超声波，但成本较高，在不同光照条件下可靠性不高。

3)毫米波与微波检测，与超声波检测类似，通过检测回波判断车位占用状态，优点是准确度高，且在恶劣天气条件下可靠性高，缺点是高功耗与高成本。

4)地感线圈，通过于现在车位所在地面下埋设的感应线圈，通过电磁学原理检测地下线圈内磁场的变化情况，进而辨别车位占用状况。其优点是成本低，检测精度高，不收环境的气候变化与光照等条件印象，但缺点在于对于每一个车位均需要掘开地面埋设地感线圈，造成后期维护困难。

室外停车场由于环境、光照等变化比较大，应用上述方法时，存在车辆检测容易受到干扰，或者检测高成本、维护困难等问题。除了以上提及的方法，还有一类是使用以摄像头为传感器的机器视觉方法，运用监控视频处理技术即时得到所有车位的占用状态，并实时联网，同步完成计时扣费功能。基于视频处理技术的智能停车场管理系统的设计难点在于：

1)实际物理设施的架构与安装需要满足其将要应用的具有不同面积与区域形状的多种场景；

2)图像/视频处理时对于干扰算法的设计，要求在非停车位区域行驶的车辆不能影响其他车位的占用状态。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于视频处理技术的智能停车场管理系统，以解决使用人力管理室外停车场所遇到的问题，并克服目前采用基于机器视觉方法实现室外停车管理的难题。

本发明提供的基于视频处理技术的智能停车场管理系统，硬件设备包括：负责识别车牌的摄像头，负责跟踪车辆的摄像头，数据存储设备，通信设备，嵌入式设备与远程计算机。所述嵌入式设备为近摄像头端的计算机设备。所述远程计算机为远端或云端的计算机设备。所述通信设备用于嵌入式设备与远程计算机通信。

所述摄像头通过固定装置安装在立杆上。负责识别车牌的摄像头，安装在停车场入口，并且监控范围覆盖所在的停车场入口。所有负责跟踪车辆的摄像头的监控区域覆盖所有停车区域，每个停车位在任意时刻至少由一个负责跟踪车辆的摄像头监控，每个摄像头负责监控设定的一个或多个停车位。

所述智能停车场管理系统包括的软件模块有：车牌识别模块、车辆跟踪模块以及综合信息管理模块。

所述车牌识别模块对负责识别车牌的摄像头获取的视频的检测帧进行处理，识别车牌位置，利用光学字符识别技术识别车牌，将车牌信息发送到综合信息管理模块。

所述综合信息管理模块，接收车牌识别模块发送来的车牌信息，当判断是新入的未处理的车辆时，将车辆信息加入待处理队列；综合信息管理模块记录每个车辆进出入停车场的时刻和停车时间，将所有信息存入数据库。所述的车辆信息包括车牌、已占用停车位和停车时间，对于新入的未处理的车辆，已占用停车位和停车时间均设置为无。

所述车辆跟踪模块实时监控综合信息管理模块的待处理队列，在检测到待处理队列中有新入车辆信息后，在监控视频中检测对应车牌的车辆，初始化车辆跟踪区域，并跟踪车辆的运行轨迹，同步更新车位的占用状态。在车位的占用状态发生改变后，更新车辆信息，并发送给综合信息管理模块。在车辆停车后，更新车辆信息中的已占用停车位和停车时间。

所述智能停车场管理系统包括用户界面与交互模块，用于处理用户对所述智能停车场管理系统的命令，并提供人机交互界面。

所述综合信息管理模块中设置有费用计算模块，实现自动计算停车费用、超时费用和其他费用的计算。

所述综合信息管理模块中设置有费用收取模块，支持使用网银或转账方式扣除费用。

相对于现有技术，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明的应用场景是任意入口与任意出口的室外停车场；

(2)本发明中摄像头的选址不受限于停车场地形地貌，不要求车位间具有连续性；

(3)本发明中负责识别车牌的摄像头与负责跟踪车辆的摄像头使用了增加夜视能力的灯组，具有全天候工作的能力；

(4)本发明使用预先标记的方法标记出停车区域，可以提高车位占用情况的检测精度，减少视频处理算法的复杂度；

(5)本发明设计的智能停车场管理系统使用并行运行模式，在运行时并行进行四种操作，对于具体的程序设计，可以使用多进程(每进程单线程)，单进程单线程及单进程多线程三种方法进行设计；

(6)本发明降低了室外停车场管理所需人力成本，同时避免了现有检测技术的弊端，利用视频处理技术，实现了智能的停车场管理。

附图说明

图1是停车场监控示意图；

图2是监控摄像头选址与监控区域示意图；

图3是处理流程图；

图1中标号说明：

1-1为单个车辆跟踪区域；1-2为被跟踪车辆；1-3为负责识别车牌的摄像头；

1-4为负责跟踪车辆的摄像头；1-5为安装摄像头的立柱；1-6为已停放车辆；

1-7为停车位所在道路或区域；1-8为停车位；

图2中标号说明：

2-1为负责跟踪车辆的摄像头可观察范围；2-2为停车位所在道路或区域；

2-3为负责跟踪车辆的摄像头的监控区域；

2-4为负责跟踪车辆的摄像头(监控所处停车区域方式)

2-5为负责识别车牌的摄像头；2-6为停车场入口；

2-7为负责跟踪车辆的摄像头(监控所对停车区域方式)；

2-8为停车位；2-9为另一个负责跟踪车辆的摄像头，与2-4负责不同的监控区域；

2-10为多个停车位间排列情况的简略示意图；2-11为停车场出口。

具体实施方式

以下是根据图1-图3给出的本发明的较好的实施方案，并给予详细说明，便于更好地理解本发明而非用来限制本发明的使用范围。

本发明在说明时，不区分图像处理技术与视频处理技术，都统称为视频处理技术；不区分摄像头与相机，都统称为摄像头。

本发明提供的基于视频处理技术的智能停车场管理系统，包括硬件组成部分与软件组成部分。所述的硬件组成部分包括：负责识别车牌的摄像头，负责跟踪车辆的摄像头，数据存储设备，通信设备，嵌入式设备与远程计算机。软件模块包括：车牌识别模块、车辆跟踪模块、用户界面与交互模块、以及综合信息管理模块。

首先需要对停车场的监控区域进行考察，对于每一个入口，如1-1与2-6所示，入口附近都需要安装负责识别车牌的摄像头，如1-3或2-5所示。负责跟踪车辆的摄像头，如1-4，2-4，2-7，2-9所示，摄像头的位置可以根据需求选取。负责识别车牌的摄像头与负责跟踪车辆的摄像头的选址与安装条件如下：

(1)负责识别车牌的摄像头与负责跟踪车辆的摄像头的安装基座为取景台或立柱，高度根据场景选取，同一根立柱可以架构任意数量的负责识别车牌的摄像头与负责跟踪车辆的摄像头；

(2)负责识别车牌的摄像头的监控范围必须覆盖其所在的停车场入口，使得车辆的车牌信息可以由相关视频处理技术获得；

(3)负责跟踪车辆的摄像头可以获取的可视范围定义为该摄像头的可观察范围，如2-1所示，多个负责跟踪车辆的摄像头的可观察范围一定需要重合，并在初次安装时划分好无重叠区域，称为监控区域，如2-3所示；

(4)每个监控区域由一个确定的负责跟踪车辆的摄像头监控，但其安装位置可以有多种选择，至少有两种形式:负责跟踪车辆的摄像头监控其所处停车一方的停车区域，如2-4所示，负责跟踪车辆的摄像头监控其安装地点所面对的停车区域，如2-7所示；

(5)受限于停车场地形地貌，停车位如1-8，2-8所示，之间具有或不具有连续性，如2-10所示，要求每个停车位任意时刻至少由一个确定的负责跟踪车辆的摄像头监控。

图1与图2中的停车位形状仅作为示意，实际使用的停车位标线用来标示车辆停放位置，包含蓝色，黄色与白色标线，并有多种规定尺寸以适应大中小型车辆。根据设置方式，停车位标线还可分为：车辆平行于通道方向停放的平行式；车辆与通道方向成一定角度停放的倾斜式；车辆垂直于通道方向停放的垂直式；根据通道宽度、停放车辆种类、交通量的情况采用的其他未具体说明的停车位标线。以上停车位标线均适用于本发明。

在停车场监控区域划分与设施安装选址步骤完成后，需要安装负责识别车牌的摄像头与负责跟踪车辆的摄像头并对其进行校准与调试。

初次运行的负责识别车牌的摄像头需要单独使用实车进行现场校准与调试。

初次运行的负责跟踪车辆的摄像头在校准与调试后，需要手工标记出其所负责的停车位区域，具体来说，停车位区域分为两种，一种仅仅使用线条或多边形划分出联通的单块区域；另一种为依据具体的停车位标出的与停车位标线相差不大的以矩形、四边形或多边形表示的单个不联通停车位。使用两种方法之一或组合的方法标记出停车区域可以提高车位占用情况的检测精度，减少视频处理算法的复杂度。

嵌入式设备为近摄像头端的小型计算机设备，最基本地，要实现控制摄像头采集视频图像、传输数据的功能。其上设置有数据存储设备和通信设备。通信设备实现嵌入式设备与远程计算机通信，进行数据传输等。所使用的摄像头为具有夜视能力的灯组，具有全天候工作的能力。

本发明智能停车场管理系统中实现的软件模块，可以全部在远程计算机上实现，部分软件模块也可以根据实际设备所需性能与成本要求，采用分布式方式实现。例如，车牌识别模块也可以设置在近摄像头端的嵌入式设备上实现。

本发明设计的智能停车场管理系统的软件模块在运行时并行进行四种操作，以下用使用计算机术语“线程”命名。而对于具体的程序设计，该并发思想可以使用多进程(每进程单线程)，单进程单线程及单进程多线程方法设计。下面结合图3来说明各软件模块的使用流程。

用户界面交互线程启动用户界面与交互模块，用来处理用户(指使用本发明设计的智能停车场管理系统的管理人员)对本发明设计的智能停车场管理系统的命令，并提供方便的交互形式。

综合信息管理线程启动综合信息管理模块，记录新入车辆与已跟踪车辆情况，作为整个系统的数据库与后端存在。综合信息管理模块接收车牌识别模块发送来的车牌信息，判断是否为新入的未处理的车辆，如果是加入待处理队列。综合信息管理模块中记录每个车辆进出入停车场的时刻，以及车辆的停车时间，并将所有信息存入数据库。综合信息管理模块支持外部设备同步或异步、线上或线下从数据库中查询这些信息。

在车辆进入停车场入口时，负责识别车牌的摄像头如1-3、2-5所示，在车牌信息获取线程中激活一个对象，启动车牌识别模块。

车牌信息获取线程启动车牌识别模块，首先对负责识别车牌的摄像头获取的视频的检测帧进行预处理，包括灰度化、滤波等处理，然后通过形态学特征与边缘检测算法得到车牌位置，进一步处理车牌所在位置的子图片。接下来启动光学字符识别模块，其中包含字符的分割过程，字符的提取过程与字符的的识别过程。在获得新入车辆的车牌信息后，将该信息打包送入综合信息管理模块。光学字符识别模块是车牌识别模块中的一个子模块。

车辆跟踪与车位监控线程启动车辆跟踪模块，实时监控综合信息管理线程中的待处理队列，该队列为一个记录新入的未处理的车辆的队列数据结构。在检测到待处理队列中有新入的车辆信息后，在监控视频中检测对应车牌的车辆，启动初始化轨迹跟踪模块，该模块能初始化一个矩形的车辆跟踪区域。进一步通过车辆跟踪模块根据车辆，得到车辆的运行轨迹，并对轨迹进行监控，监控车位区域并同步更新车位的占用情况。具体而言，针对每一检测帧中的当前被跟踪的车辆，记录其矩形车辆跟踪区域的中心点，判断该中心点是否属于任何一个停车位区域的内部，若不属于任何一个停车位区域的内部，不更新该停车位的占用状态；若属于某一个停车位区域的内部，则更新该停车位的占用状态。初始化轨迹跟踪模块为车辆跟踪模块中的一个子模块。

本发明设计的智能停车场管理系统还包含一个防干扰检测模块，可以区分在非停车位区域行驶的车辆，使其不能影响其他车位的占用状态，防干扰检测模块功能的实现方法如下：

1)在每个停车位区域上标记一个覆盖所停车辆的矩形区域；

2)车辆跟踪模块会对在非停车位区域中行驶的新入车辆记录属于其的矩形区域；

3)检测新入车辆与停车位区域上标记的矩形区域的交叉面积；

4)当交叉面积大于设定阈值后，暂定与其交叉的停车位区域的占用状态更新；

5)持续3)-4)过程，直到交叉面积小于设定阈值时，恢复停车位区域的占用状态为未占用；

在车位的占用状态发生改变后，更新车辆信息，并发送入综合信息管理线程对应信息管理模块。

运行以上模块，直到得到确定性终止命令，结束程序。