CN100409270C - 视频车位检测器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于城市室内外停车场车位检测技术领域，其特征在于：该检测器内置有CPU和图像采集控制电路用以控制CCD摄像机采集图像，通过所述图像采集控制电路来读取、存储图像，然后通过所述CPU来用改进后的均值方差状态分析软件来计算背景图像的以及实测图像的整幅图像的灰度值减去均值后的均差值，再从所得的两个均差值之差中求取方差，去和设定的有车时的最低阈值比较，来判断车位占用情况的信息。本发明具有室内外通用、安装维护方便、检测准确度高的优点。

Description

视频车位检测器及其检测方法

技术领域

本发明属于城市室内外停车场车位检测技术领域。

背景技术

传统的车位检测器均采用地感线圈检测器，当车辆进入车位时，安装于地面下方的环线圈(LOOP COIL)可以产生电磁感应信号，通过相应的检测电路，可以获取车位状态信息，从而实现车辆检测。该传感器可靠性高，但是安装施工复杂，维护费用高。

随着技术的发展，出现了超声波车位传感器，其主要工作原理是根据超声波探测器由上往下发出的超声波，检测车顶和地面的反射波，由此能够正确地检测出每个车位有无车辆。但是超声波车位传感器安装环境要求高，不适用于室外停车场。

除此之外，这两种车位传感器都需要在每个车位的上方或下方进行施工和安装，然后将各个车位停车情况的简单信息通过专用网络(RS232或RS485)线路传给上端控制计算机。

发明内容

本发明的目的是要提供一种新型的车位检测器及其检测方法。该车位检测器采用视频图像处理技术，可以同时监测多个车位；该车位检测器可将车位检测信息传递到计算机，除了传送简单的车位占用情况信息之外，还可以传送现场监测图片，起到安防监控的作用。这些特点是地感线圈检测器和超声波检测器所不具备的。

本发明所述的检测器，其特征在于：含有模拟视频信号接口1、视频A/D转换电路2、视频图像存储器3、图像采集控制电路5、CPU4、程序存储器6、数据存储器7以及网络接口8，其中：

模拟视频信号接口1与外部设备的模拟视频输出端连接，接收包含车位信息的模拟车位图像信号；

视频A/D转换电路2，用来将各个模拟车位图像信号转换为数字车位图像信号：设有模拟车位图像信号输入端与所述模拟视频信号接口1的输出端相连，接收模拟车位图像信号；设有数字信号输出接口，将数字车位图像输出；

视频图像存储器3，用来存放数字车位图像信息：设有数据总线、地址总线，接收/发送数字车位图像信息；设有读写控制信号线，控制数字车位图像信息的读写；

图像采集控制电路5，在系统初始化时对所述视频A/D转换电路2和视频图像存储器3进行设置，使所述视频A/D转换电路2和视频图像存储器3进入指定的工作模式，来实现对视频图像存储器3读写操作的控制；该图像采集控制电路5用大规模可编程逻辑器件实现；该图像采集控制电路5同时与所述视频A/D转换电路2，以及视频图像存储器3互连，含有：

A/D接口，该接口与所述视频A/D转换电路2的数字信号输出接口互连，接收数字车位图像信息；

视频图像存储器接口，该接口与所述视频图像存储器3互连，读写数字车位图像信息；

CPU接口；

视频图像存储器控制器，该控制器与所述A/D接口，CPU接口，视频图像存储器接口互连，实现将视频A/D转换电路2输出的数字车位图像信息正确地写入视频图像存储器3中，以及将视频存储器中3的数字车位图像信息正确地提供给CPU4；

CPU4，用来对数字车位图像信息做进一步处理；其相应端口与所述图像采集控制电路5的CPU接口互连，向所述图像采集控制电路5发出指令，使所述视频图像存储器控制器产生读写操作的控制信号，并通过与所述图像采集控制电路5的CPU接口从所述视频存储器3中读取数字车位图像；其相应端口与所述程序存储器6的CPU接口互连，收到数字车位图像后，根据所述程序存储器6中存储的均值方差状态分析程序对该数字车位图像进行处理，提取关于车位占用情况的信息；其相应端口与所述数据存储器7的CPU接口互连，对数字车位图像进行压缩处理后存入所述数据存储器7中；其相应端口与所述网络接口8的CPU接口互连，接收命令，发送包含车位现场压缩图像在内的车位占用情况的信息；

程序存储器6，用来存放CPU4运行的程序代码，其信号线与CPU4相应的端口连接；

数据存储器7，用来存放CPU4处理的数据，其信号线与CPU4相应的端口连接；

网络接口8，通过相应端口与外部的上端计算机，或与连接到用户端的数据通信网连接，接收命令、发送信息；与所述CPU4相应端口互连，读取包含车位现场压缩图像在内的车位占用情况的信息。

本发明所述的检测方法的特征在于：该方法是一种均值方差状态分析法，依次含有以下步骤：

步骤1：在CPU中设定表示有车占用了车位时的最低阈值TH，该TH值是在有车和无车两种情况下，从车位全场各点灰度值中减去平均值后得到的两组数据间的最低方差值；

步骤2：所述CPU通过CCD摄像机在车位现场摄取车位号为id的背景图像，再用该车位内各点的灰度值构成数组id0[num]；

步骤3：所述CPU根据步骤2中获得的数据计算该数组id0[num]的均值average0；

步骤4：所述CPU根据步骤2、步骤3所得到的数据计算数组id0[num]-average0，该数组用id’0[num]表示；

步骤5：所述CPU通过CCD摄像机在车位现场摄取所述车位号为id的观测图像，再用所述车位内各点灰度值构成数组id1[num]；

步骤6：所述CPU从步骤5中获得的数据计算该id1[num]数组的均值average1；

步骤7：所述CPU根据步骤5、步骤6所得到的数据计算数组id1[num]-average1，该数组用id’1[num]表示；

步骤8：所述CPU根据步骤4、步骤7得到的数据计算帧差，得到数组id’1[num]-id’0[num]，该数组用id2[num]表示；

步骤9：所述CPU根据步骤8所得到的帧差id2[num]，计算该id2[num]的方差md，所述方差

$\mathrm{md}=\frac{1}{\mathrm{num}-1}\underset{i=0}{\overset{\mathrm{num}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\mathrm{id}2\right[i\left]\right)}^2,$

其中，num表示数据点的总数，

i＝0，1，A，num-1，表示数据点的序号；

步骤10：所述CPU判断md是否≥所设阈值TH，若md≥TH，则该id车位有车，否则无车。

本发明既可在室内也可在室外使用，优于超声波车位传感器，本发明安装施工简单，维护费用低；优于地感应线圈检测器，根据实测结果，本发明的车位检测准确率可达在室内停车场为99.8％；在室外停车场为95.8％。

附图说明：

图1视频车位检测系统的框图，其中：

1、模拟视频信号接口，2、视频A/D转换电路，3、视频图像存储器，4、CPU，5、图像采集控制电路，6、程序存储器，7、数据存储器，8、网络接口；

图2图像采集控制电路结构框图；

图3视频车位检测器的主程序流程图；

图4均值方差状态分析法程序流程图。

具体实施方式

参照图1，包含一个车位id的光学图像信息由CCD摄像机获取，并将其转换为车位现场模拟信号图像，把该车位现场模拟信号图像送入到视频车位检测器中的标准的模拟视频信号接口1。一个视频车位检测器可以支持四路模拟视频信号输入。

视频车位检测器由模拟视频信号接口1、视频A/D转换电路2、视频图像存储器3、图像采集控制电路5、CPU4、程序存储器6、数据存储器7、网络接口8组成。

从CCD摄像机输出的车位现场模拟信号图像通过视频A/D转换电路2被转换为数字车位图像信号，在图像采集控制电路5的操作下，把该数字车位图像存入视频图像存储器3。CPU4通过信号总线与图像采集控制电路5连接，将被采集的车位现场数字图像从视频图像存储器3中读出，再采用均值方差状态分析法对数字车位图像进行处理，提取各个车位占用情况信息；同时对该数字车位图像进行压缩处理，并将车位占用信息和压缩后的数字车位图像通过信号总线输出到数据存储器7中。停车场管理的上端计算机，或者用户端通过数据通信网络，从网络接口8中获取视频车位检测器的数据存储器7中各个车位占用情况信息，所述的网络接口8和该CPU4互连，并可以根据需要提取车位现场的压缩图像。

图像采集控制电路5由A/D接口、视频图像存储器接口、CPU接口和视频图像存储器控制器组成。所述的图像采集控制电路5采用大规模可编程器件实现，其结构框图见图2。其中：A/D接口通过数据信号线(VD7-VD0)和控制信号线(VCE/RT1/RT0/LLC/SCK/SDA)与所述视频A/D转换电路2连接；视频图像存储器接口通过数据信号线(MD15-MD0)，地址信号线(MA18-MA0)和控制信号线(MCE/MOE/MWE)与所述视频图像存储器3连接；CPU接口通过数据信号线(CD31-CD16)，地址信号线(CA22-CA0)和控制信号线(CCS3/CCS2/CWE/COE)与CPU4连接；视频图像存储器控制器用以产生所述各个接口电路需要的读/写操作控制信号、地址信号和数据缓冲通道。

图像采集控制电路5的功能是：在系统初始化或复位时对视频A/D转换电路2和视频图像存储器3进行设置，使其进入指定的工作模式；在正常工作状态，根据CPU4的指令，产生读写操作控制信号，将车位数字图像存入视频图像存储器3；根据CPU4的指令，产生读写操作控制信号，将车位数字图像从视频图像存储器3中输出到CPU4中，进行相应的图像处理。

在检测方法中，现有的均值方差状态分析法含有以下步骤：

1、对背景图象低通滤波(除噪)

2、求该背景图像的灰度均值average0

3、求该背景图像的平均偏差 $\mathrm{md}0=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{\mathrm{width}}{\mathrm{\Σ}}}|\underset{j=1}{\overset{\mathrm{length}}{\mathrm{\Σ}}}(x(i\·j)-\stackrel{\‾}{x})$

4、求任意时刻采集到图像低通滤波并求其灰度均值average1及平均偏差md1，过程同上1、2、3所述

5、md1-md0＞＝TH有车，否则无车

该算法是充分利用不管背景如何随时间，环境的变化，但是在同时同地变化都是相对的，从背景或实摄的整个图像灰度值减去均值后的两个平均偏差之差值中，设定一个阈值，当大于这个阈值的时候，视为有车，否则无车。

优点：该算法执行的步骤很简单、能抑制部分加性噪声。

缺点：这个阈值的选取的范围较大，选取不当可能引起误判，准确度没有保障，对由于灯光强度不同引起的噪声不能很有效的抑制。

经过本发明改进的均值方差状态分析法依次含有以下步骤：

1、获取背景图像车位号为id的数据构成数组id0[num]

2、计算数组id0[num]的均值average0

3、得到新数组id0[num]＝id0[num]-average0

4、获取观测图像车位号为id的数据构成数组id1[num]

5、计算数组id1[num]的均值average1

6、得到新数组id1[num]＝id1[num]-average1

7、求帧差，得新数组id2[num]＝id1[num]-id0[num]

8、求id2[num]的方差 $\mathrm{md}=\frac{1}{\mathrm{num}-1}\underset{i=0}{\overset{\mathrm{num}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\mathrm{id}2\right[i\left]\right)}^2$

9、判断当md＞＝阈值TH则有车，否则无车，阈值是根据积差相关分析法通过实验选择得到的。

本发明在选取阈值时的范围较小，准确度得到保障。

Claims (2)

1. 一种视频车位检测器，其特征在于：含有模拟视频信号接口(1)、视频A/D转换电路(2)、视频图像存储器(3)、图像采集控制电路(5)、CPU(4)、程序存储器(6)、数据存储器(7)以及网络接口(8)，其中：

模拟视频信号接口(1)与外部设备的模拟视频输出端连接，接收包含车位信息的模拟车位图像信号；

视频A/D转换电路(2)，用来将各个模拟车位图像信号转换为数字车位图像信号：设有模拟车位图像信号输入端与所述模拟视频信号接口(1)的输出端相连，接收模拟车位图像信号；设有数字信号输出接口，将数字车位图像输出；

视频图像存储器(3)，用来存放数字车位图像信息：设有数据总线、地址总线，接收/发送数字车位图像信息；设有读写控制信号线，控制数字车位图像信息的读写；

图像采集控制电路(5)，在系统初始化时对所述视频A/D转换电路(2)和视频图像存储器(3)进行设置，使所述视频A/D转换电路(2)和视频图像存储器(3)进入指定的工作模式，来实现对视频图像存储器(3)读写操作的控制；该图像采集控制电路(5)用大规模可编程逻辑器件实现；该图像采集控制电路(5)同时与所述视频A/D转换电路(2)，以及视频图像存储器(3)互连，含有：

A/D接口，该接口与所述视频A/D转换电路(2)的数字信号输出接口互连，接收数字车位图像信息；

视频图像存储器接口，该接口与所述视频图像存储器(3)互连，读写数字车位图像信息；

CPU接口；

视频图像存储器控制器，该控制器与所述A/D接口，CPU接口，视频图像存储器接口互连，实现将视频A/D转换电路(2)输出的数字车位图像信息正确地写入视频图像存储器(3)中，以及将视频存储器中(3)的数字车位图像信息正确地提供给CPU(4)；

CPU(4)，用来对数字车位图像信息做进一步处理；其相应端口与所述图像采集控制电路(5)的CPU接口互连，向所述图像采集控制电路(5)发出指令，使所述视频图像存储器控制器产生读写操作的控制信号，并通过与所述图像采集控制电路(5)的CPU接口从所述视频存储器(3)中读取数字车位图像；其相应端口与所述程序存储器(6)的CPU接口互连，收到数字车位图像后，根据所述程序存储器(6)中存储的均值方差状态分析程序对该数字车位图像进行处理，提取关于车位占用情况的信息；其相应端口与所述数据存储器(7)的CPU接口互连，对数字车位图像进行压缩处理后存入所述数据存储器(7)中；其相应端口与所述网络接口(8)的CPU接口互连，接收命令，发送包含车位现场压缩图像在内的车位占用情况的信息；

程序存储器(6)，用来存放CPU(4)运行的程序代码，其信号线与CPU(4)相应的端口连接；

数据存储器(7)，用来存放CPU(4)处理的数据，其信号线与CPU(4)相应的端口连接；

网络接口(8)，通过相应端口与外部的上端计算机，或与连接到用户端的数据通信网连接，接收命令、发送信息；与所述CPU(4)相应端口互连，读取包含车位现场压缩图像在内的车位占用情况的信息。

2. 根据权利要求1所述的一种视频车位检测器所使用的检测方法，其特征在于：该方法是一种均值方差状态分析法，依次含有以下步骤：

步骤1：在CPU中设定表示有车占用了车位时的最低阈值TH，该TH值是在有车和无车两种情况下，从车位全场各点灰度值中减去平均值后得到的两组数据间的最低方差值；

步骤2：所述CPU通过CCD摄像机在车位现场摄取车位号为id的背景图像，再用该车位内各点的灰度值构成数组id0[num]；

步骤3：所述CPU根据步骤2中获得的数据计算该数组id0[num]的均值average0；

步骤4：所述CPU根据步骤2、步骤3所得到的数据计算数组id0[num]-average0，该数组用id’0[num]表示；

步骤5：所述CPU通过CCD摄像机在车位现场摄取所述车位号为id的观测图像，再用所述车位内各点灰度值构成数组id1[num]；

步骤6：所述CPU从步骤5中获得的数据计算该id1[num]数组的均值average1；

步骤7：所述CPU根据步骤5、步骤6所得到的数据计算数组id1[num]-average1，该数组用id’1[num]表示；

步骤8：所述CPU根据步骤4、步骤7得到的数据计算帧差，得到数组id’1[num]-id’0[num]，该数组用id2[num]表示；

步骤9：所述CPU根据步骤8所得到的帧差id2[num]，计算该id2[num]的方差md，所述方差

$\mathrm{md}=\frac{1}{\mathrm{num}-1}\underset{i=0}{\overset{\mathrm{num}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\mathrm{id}2\left[i\right]\right)}^2,$

其中，num表示数据点的总数，

i＝0，1，Λ，num-1，表示数据点的序号；

步骤10：所述CPU判断md是否≥所设阈值TH，若md≥TH，则该id车位有车，否则无车。

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