CN102915638A - 基于监控视频的智能停车场管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于视频监控技术领域，具体为一种基于监控视频的智能停车场管理系统。本发明主要应用于室内外大型停车场，通过若干个摄像头将其覆盖，在视野范围内进行跟踪车辆、监控车位并实时反映各个车位的停放状况。本发明首先通过图像获取模块获得摄像头所拍摄的图像，然后利用计算机视觉算法构建自动检测模块，实现了车辆跟踪、车位检测以及车牌识别，并通过信息统计输出模块将数据相互关联，得到车辆在停车场内的全部数据并输出显示。本发明降低了对大型停车场管理的人力资源的消耗，同时避免了现有检测技术的种种弊端，利用监控视频，实现自动智能检测，从而提高监控质量，减少监控成本。

Description

基于监控视频的智能停车场管理系统

技术领域

本发明属于视频监控技术领域，具体涉及应用于停车场管理的数字视频与图像处理系统。

背景技术

智能停车场管理系统在住宅小区、大厦、机关单位的应用越来越普遍，系统通过将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于停车场管理。不仅提高了现代人类的工作效率，也大大的节约了人力物力，降低了公司的运营成本，并使得整个管理系统安全可靠。

智能停车场管理系统的应用范围十分广泛，包括车辆人员身份识别、车辆资料管理、车辆的出入情况、位置跟踪和收费管理等等。其采用的技术范围也同样跨越多个学科领域，例如电子信息卡片、摄像机监控技术、车辆感应器、远程遥控、线圈检测技术、光学检测技术等等。

除视频监控技术外，在目前停车场管理实际应用当中主要的自动车位管理统计技术有：

1) 地感线圈：当有大的金属物如汽车经过时，由于空间介质发生变化引起了振荡频率的变化，这个变化就作为汽车经过“地感线圈”的证实信号。其优点是成本低、准确率高，缺点是极易损坏，维护施工成本过高。

2)微波检测：利用微波反射原理进行车辆及行人检测，优点是灵敏度高，同一检测仪器可以同时对多个方向的运动物体进行检测，缺点是成本以及功耗过高。

3)红外检测：利用红外探头对通过物进行检测，优点是准确率及灵敏度高，缺点是高成本，以及受天气影响严重。

4)通过车辆感应IC卡来分析车流量：当车辆驶过读感应器时IC卡接收激发信号产生回馈信号。缺点在于需要为车辆安装IC卡，加大了成本而且对于临时出入的车辆信息不全。

视频监控系统通过安装在停车场里的监控摄像头拍摄的监控视频画面来分析车位情况，主要优点在于其信号包含的内容更加丰富而不单一，可以同时为计算机及工作人员所理解，为人工反馈机制提供了可能，因此大大提高了其可靠性以及发展前景。

针对停车场环境的视频监控系统的关键在于车辆的检测，主要难点在于户外监控环境下的光线变化以及初始背景样本不易获取，难以建立背景样本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述难题，且避免了其他方法的不足，提供一种基于监控视频的智能停车场管理系统。

本发明提供的基于视频监控的智能停车场管理系统，包括：

若干个安装在停车场高空的摄像头，拍摄区域可覆盖停车场内所有停车区域以及车辆行驶区域。

若干个安装在停车场出入卡口的摄像头，拍摄出入车辆的车牌号码。

一台计算机，用于对实时传入的停车场图像以及卡口处的车牌图像进行处理，并用于数据库的交互。

若干停车场的LED车位指示牌，可实时显示当前停车场车位的占用情况。

本发明中，计算机具有软件处理系统，软件处理系统主要包括的模块有：图像获取模块（1）、自动监测模块（2）、信息统计输出模块（3）。由图像获取模块（1）获得各摄像头采集到的视频信号，由自动监测模块（2）进行车辆跟踪，车位监控以及卡口处的车牌识别，并将检测的数据结果送到信息统计输出模块（3），将数据关联，得到车辆在整个停车场的车辆轨迹、停放信息，并将结果存到数据库以及输出。

所述的图像获取模块（1），包括两个子模块：停车场图像获取子模块（11）、卡口车牌图像获取子模块（12）。其中：

停车场图像获取子模块（11），用于调用位于停车场的若干摄像头，读取其拍摄的停车场图像信息，以供给之后的自动监测模块（2）进行图像分析得到停车场的车辆信息。

卡口车牌图像获取子模块（12），用于调用位于停车场出入卡口的若干摄像头，读取其拍摄的车牌图像信息，并供给自动监测模块（2）进行图像分析得到卡口处的车牌信息。

所述的自动监测模块（2），包括四个子模块：基于视频的车辆跟踪子模块（21）、基于视频的车位检测子模块（22）、基于图片的车位检测子模块（23）、基于图片的车牌识别子模块（24）。其中：

基于视频的车辆跟踪子模块（21），用于从之前的停车场图像获取子模块（11）中得到的停车场图像中分析出车辆的轨迹，从而实现跟踪相同车辆的目的。

基于视频的车位检测子模块（22），用于从之前的基于视频的车辆跟踪子模块（21）中的到的车辆状态分析出车位的占用情况。 

基于图片的车位检测子模块（23），用于辅助之前的基于视频的车位检测子模块（22）判断车位占用情况，需要事先在程序中手工标定出车位。

基于图片的车牌识别子模块（24），用于从之前的卡口车牌图像获取子模块（12）中得到的卡口车牌图像中识别出车牌号码。

所述的信息统计输出模块（3），包括三个子模块：数据关联子模块（31）、信息存储子模块（32）、信息输出子模块（33）。其中：

数据关联子模块（31），用于将之前的自动监测模块（2）中得到的信息关联起来，包括将各个摄像头的数据关联起来，例如车辆从这个摄像头的观察区域驶入下一摄像头的观察区域，程序需要将其关联为一辆车的行驶轨迹；还包括将行驶轨迹，停放位置，车牌号码等信息关联起来等操作。

信息存储子模块（32），用于将之前的数据关联子模块（31）中的数据存储到数据库中，并且提供很好的接口用于外部调用数据。数据库有车辆数据库和车位数据库。车辆数据库存储的数据主要包括进入时间，驶出时间，轨迹，停放车位，停留时间，外观信息等等；车位数据库存储的数据主要包括当前占用情况，停放车辆号码，停放车辆外观信息等等。

信息输出子模块（33），用于将数据库中的信息更直观的输出，供外界观看和使用。也可以将车位占用情况输出到停车场的LED车位占用指示牌上。

本发明综合多种图像分析技术，将不同图像处理方法有机结合，对输入的图像进行分析，从而实现停车场的实时监控和管理。

附图说明

图1是系统结构图。

图2是摄像头架设示意图。

图3是摄像头观测范围示意图。

图4是程序流程图。

图中标号：1为图像获取模块，11为停车场图像获取子模块，12为卡口车牌图像获取子模块，2为自动监控模块，21为基于视频的车辆跟踪子模块，22为基于视频的车位检测子模块，23为基于图片的车位检测子模块，24为基于图片的车牌识别子模块，3为信息统计输出模块，31为数据关联子模块，32为信息存储子模块，33为信息输出子模块。

具体实施方式

以下是根据图表1-图表4给出的本发明的较好的实施方案，并予以详细说明，便于更好地理解本发明而非用来限制本发明的使用范围。

首先在停车场中架设一定数量的摄像头使之能覆盖到所有车位以及车辆行径道路（如图表2、3所示），在停车场出入卡口处架设摄像头使之能拍摄到进出车辆的车牌照。接着将这些摄像头所拍摄到的视频信息传回计算机，调用计算机中的图像获取模块（1）获得实时图像。

在一个新的停车场，需要在程序中手工标定出摄像头所拍摄图像中的车位位置，这样做是为了通过静态的方法辅助判断车位占用情况，提高车位检测的准确率。

为每个摄像头的图像标定好车位以后，即可运行程序，程序首先扫描一遍所有标定出的车位，对每个车位区域调用基于图片的车位检测子模块（23），这样可以检测出那些在程序开始时就已经占用的车位。

程序分为三个线程工作：界面主线程、车辆跟踪和车位判断线程、车牌识别线程。界面主线程是为了方便程序运行中可以对界面进行相应操作；车辆跟踪和车位判断线程循环接收停车场摄像机拍摄的实时视频，并得出其中的车辆运动轨迹和车位占用情况；车牌识别线程循环接收卡口车牌摄像头拍摄的车牌图像，并识别出其中的车牌号码。

当程序开始运行后，启动车辆跟踪和车位判断线程，该线程循环接收停车场摄像机拍摄的实时视频，首先调用基于视频的车辆跟踪子模块（21），得到车辆状态，再调用基于视频的车位判断子模块（22），得到车位状态，为了辅助判断，隔一段时间，再调用基于图片的车位判断子模块（23），判断各个车位的占用情况，最后将所有信息送至信息统计输出模块（3），如图表4。

当程序开始运行后，启动车牌识别线程，该线程循环接收卡口车牌摄像头拍摄的车牌照片，调用基于图片的车牌识别子模块（24），得到进出车辆的车牌号码信息，最后将所有信息送至信息统计输出模块（3），如图表4。

基于视频的车辆跟踪子模块（21）的流程大致是这样的：采用先进的背景建模、前景提取算法，将当前帧学习更新背景模型，并对当前帧提取运动前景，对于提取出来的前景运动区域，根据一定车形逻辑判断，找出其中是车辆移动产生的前景区域，从而排除由于其他因素产生的前景区域（例如人、光线变化等）。得到车辆区域后，统计车辆相关信息，例如大小，方向，颜色信息等，再采用相应跟踪算法，结合之前数帧的车辆区域，考虑移动方向，距离，车辆信息等因素，得到当前车辆之前的运动轨迹。再通过运动轨迹得到车辆状态，如若之前数帧都停留在同一个地方，则说明车辆已处于停止状态，否则处于行驶状态。

基于视频的车位检测子模块（22）的流程大致是这样的：根据之前基于视频的车辆跟踪子模块（21）得到的车辆状态，若车辆处于停止状态，则此处车位被标示为被该车占用；若车辆由停止状态转为行驶状态，则原先所处车位被标示为不被占用。

基于图片的车位检测子模块（23）的流程大致是这样的：程序每隔一段时间（例如1分钟），扫描一遍所有车位，提取出车位静态图片，并从中提取某些特征（例如HOG特征）根据这些特征，采用相应分类算法（例如SVM分类器，事先需要训练正样本与负样本），将其分类，属于占用还是未被占用。这是一种辅助方法，如若检测结果与基于视频的车位检测子模块（22）的结果不同，则比较相应置信度，并结合之前的占用情况，取更可靠的结果。

基于图片的车牌识别子模块（24）的流程大致是这样的：先对接收到的图片查找车牌区域，可采用跳变点检测的方式；找到车牌区域后先进行预处理，包括二值化，旋转，去噪等操作；之后分割车牌中的每个字符区域，得到单个字符；最后对每个字符区域进行字符识别，可采用相应分类算法（例如SVM分类器，实现需要训练所有字符样本），从而得到车牌号码信息。

信息统计输出模块（3）接收自动检测模块（2）传来的处理好的数据，包括各个摄像头的车辆轨迹信息，各个车位的占用情况信息，各个卡口处的车牌号码信息。数据关联子模块（31）根据事先标定好的摄像头位置信息，结合收到信息的时间信息，将相邻的摄像头采集到的车辆轨迹信息拼接起来，得到车辆在整个停车场行径的完整轨迹，并赋予其车牌号码，停车位号码等信息。数据存储子模块（32）将这些信息存入数据库，并且支持外接向数据库查询这些信息。数据输出子模块（33）将这些信息输出到用户界面以及停车场LED车位指示牌等。

Claims (4)

1.一种基于监控视频的智能停车场管理系统，其特征在于，包括：

若干个安装在停车场高空的摄像头，拍摄区域可覆盖停车场内所有停车区域以及车辆行驶区域；

若干个安装在停车场出入卡口的摄像头，拍摄出入车辆的车牌号码；

一台计算机，用于对实时传入的停车场图像以及卡口处的车牌图像进行处理，并用于数据库的交互；

若干停车场的LED车位指示牌，用于实时显示当前停车场车位的占用情况；

所述计算机具有软件处理系统，软件处理系统包括的模块有：图像获取模块（1）、自动监测模块（2）、信息统计输出模块（3）；由图像获取模块（1）获得各摄像头采集到的视频信号，由自动监测模块（2）进行车辆跟踪，车位监控以及卡口处的车牌识别，并将检测的数据结果送到信息统计输出模块（3），将数据关联，得到车辆在整个停车场的车辆轨迹、停放信息，并将结果存到数据库以及输出。

2.根据权利要求1所述的基于监控视频的智能停车场管理系统，其特征在于，所述的图像获取模块（1），包括两个子模块：停车场图像获取子模块（11）、卡口车牌图像获取子模块（12）；其中：

停车场图像获取子模块（11），用于调用位于停车场的若干摄像头，读取其拍摄的停车场图像信息，以供给之后的自动监测模块（2）进行图像分析得到停车场的车辆信息；

卡口车牌图像获取子模块（12），用于调用位于停车场出入卡口的若干摄像头，读取其拍摄的车牌图像信息，并供给自动监测模块（2）进行图像分析得到卡口处的车牌信息。

3.根据权利要求1所述的基于监控视频的智能停车场管理系统，其特征在于，所述的自动监测模块（2）包含四个子模块：基于视频的车辆跟踪子模块（21）、基于视频的车位检测子模块（22）、基于图片的车位检测子模块（23）以及基于图片的车牌识别子模块（24）；其中：

所述的基于视频的车辆跟踪子模块（21），接收由图像获取模块（1）中的车位视频，采用前景提取算法，提取出当前帧的前景区域，通过一定的阈值判断分析分割出图中各个车辆区域，并采用相应的跟踪算法，结合之前数帧的车辆区域，将不同帧中的相同车辆区域进行匹配；

所述的基于视频的车位检测子模块（22），由之前基于视频的车辆跟踪子模块（21），得出的车辆状态：如果车辆状态为由运动转为静止，则标示此处车位占用；如果车辆状态由静止转为运动，则标示车辆原来所处车位不被占用；

所述的基于图片的车位检测子模块（23），事先手工标定车位位置，程序运行时隔一段时间，该子模块（23）在静态图片中扫描这些位置，提取相应特征，通过相应分类算法判断该车位是否被车辆占用；

所述的基于图片的车牌识别子模块（24），接收由图像获取模块（1）中的车牌图像，采用相应的车牌识别算法，识别出图像中的车牌信息。

4.根据权利要求1所述的基于监控视频的智能停车场管理系统，其特征在于，所述的信息统计输出模块（3）包含三个子模块：数据关联子模块（31）、信息储存子模块（32）以及信息输出子模块（33）；结合车辆跟踪数据、车位检测数据以及停车场卡口处架设的车牌识别设备提供的车牌数据，存入数据库，实现车辆在停车场的全程跟踪，数据记录；其中：

所述的数据关联子模块（31），由之前自动监测模块（2）得出的数据，将相同车辆的轨迹信息，车位信息，车牌信息关联起来，通过该模块得到车辆从进入停车场到驶出停车场的所有信息；

所述的信息储存子模块（32），构建车辆的数据库以及车位的数据库，存储关联好的车辆全部信息以及车位信息，方便将来对信息的检索以及输出；

所述的信息输出模块（33），将车位信息输出至用户界面以及停车场车位显示LED指示牌，方便将车位占用情况直观表示出来，并且对车位已满等情况进行提示。

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