林 輝，蔡秉華，張藝彬，蔡嘉安，許文強(qiáng)

（韶關(guān)學(xué)院 物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東 韶關(guān)512005）

隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活水平的提高，機(jī)動車的數(shù)量和使用頻率也大大增加，“停車難”的問題日益困擾著車主們.為了提高人們停車的便利性，許多便利型停車場蜂擁而起，可還是存在人工操作效率低，停車管理不到位等問題［1-3］.為了節(jié)省時間與提高便利性，筆者提出一種基于機(jī)器視覺的智能泊車系統(tǒng)，通過識別進(jìn)出車輛的車牌號記錄入庫，同時監(jiān)控停車場內(nèi)情況，讓人們通過APP就能知曉停車場內(nèi)車位剩余量，自主選擇是否進(jìn)入該停車場，提高人們的便利性［4-6］.

1 智能泊車系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能泊車系統(tǒng)主要由視覺系統(tǒng)模塊和管理系統(tǒng)模塊兩大部分組成.系統(tǒng)選擇一款產(chǎn)自海康威視的500萬像素?cái)z像頭作為視覺系統(tǒng)硬件部分.攝像頭將采集到的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)獲取信息后，對圖像進(jìn)行整合、處理得出進(jìn)入停車場的車輛車牌號，并獲取當(dāng)前停車場的停車位的使用情況，即實(shí)現(xiàn)車牌識別和車位檢測的功能.管理系統(tǒng)可分為服務(wù)器（包括上位機(jī)）系統(tǒng)、APP系統(tǒng)兩部分.其中上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能是數(shù)據(jù)的處理、傳輸、保存和顯示.例如：服務(wù)器接收到視覺系統(tǒng)發(fā)送過來的停車場數(shù)據(jù)后，經(jīng)過處理保存到數(shù)據(jù)庫并有選擇性的把某些數(shù)據(jù)顯示到服務(wù)器程序界面上.設(shè)計(jì)APP系統(tǒng)的目的是為了提高停車場的利用率，使停車系統(tǒng)更智能化.用戶可通過APP獲得在線查看停車場的狀況、預(yù)定車位、付款、查看用戶停車狀態(tài)等服務(wù)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1.

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2 視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能泊車系統(tǒng)視覺部分由車牌識別、車位檢測兩部分組成，通過機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能泊車功能.

2.1 車牌識別

車牌識別算法大致分為3步：圖像預(yù)處理、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)車牌粗定位、藍(lán)色像素統(tǒng)計(jì)與行列掃描車牌精確定位［7-9］.通過車牌提取、圖像預(yù)處理、特征提取、車牌字符識別等技術(shù)，識別車輛牌號［10-12］.

車牌識別的步驟有6個：（1）圖像壓縮.圖像采集設(shè)備所采集的圖像尺寸較大，導(dǎo)致圖像處理運(yùn)算量極大，為了保證系統(tǒng)的實(shí)時性，提高運(yùn)算速度，必須縮小圖像的尺寸.（2）RGB彩色圖像灰度轉(zhuǎn)換.RGB彩色圖像在MATLAB中是由3個255級的灰度矩陣按一定比例構(gòu)成，彩色圖像含有大量彩色信息，占據(jù)存儲空間較多，可對彩色圖像進(jìn)行降維處理.（3）圖像灰度拉伸.經(jīng)過灰度轉(zhuǎn)換后的圖像，有可能出現(xiàn)對比度不高、圖像畫面模糊等問題，此時需要進(jìn)行灰度拉伸，提高圖像對比度，突出車牌區(qū)域，本算法采用自適應(yīng)灰度拉伸.（4）增強(qiáng)車牌區(qū)域圖像.該步驟主要采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的開運(yùn)算，先腐蝕后膨脹，消除背景噪聲，并采用簡單的圖像代數(shù)運(yùn)算，突出車牌區(qū)域.（5）車輛圖像二值化處理.該步驟采用取圖像灰度范圍三分點(diǎn)為閾值的車輛圖像二值化方法.（6）車牌提取.通過邊緣檢測獲取牌照以及字符的輪廓.該步驟采用了對弱邊緣有較精確的提取能力，同時又能較大程度保留車牌輪廓紋理的Canny算子.

2.2 車位檢測模塊

車位檢測模塊的作用在于統(tǒng)計(jì)停車場剩余車位.識別到停車場的剩余車位后，服務(wù)器會把停車場的停車情況反饋到APP上，使用戶能夠?qū)崟r的查看停車場的狀況，方便用戶選擇停車場.筆者采用模板匹配的方法，檢測停車位上是否有車輛停放.停車場的每個車位都有固定的車位編號，通過模板匹配的方法，逐一匹配判斷是否有對應(yīng)的車位編號.具體車位檢測流程見圖2.通過create_shape_model算子創(chuàng)建車位序號模板，find_shape_model算子進(jìn)行模板匹配，當(dāng)車輛進(jìn)入車位后，若無法匹配到對應(yīng)的車位編號，表示此時車位已被占用.

3 管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2 車位檢測流程圖

智能泊車系統(tǒng)管理部分由上位機(jī)系統(tǒng)和APP系統(tǒng)部分組成，實(shí)現(xiàn)在線查看停車場的狀況、預(yù)定車位、付款、查看用戶停車狀態(tài)等功能.在 Myeclipse和 Qt Creater開發(fā)環(huán)境下，使用 Java和 C/C++開發(fā)語言，結(jié)合 Tomcat、Servlet和 MySQL等技術(shù)，完成上位機(jī)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)4個功能：（1）計(jì)算汽車的停車時間與收費(fèi)金額；（2）監(jiān)控進(jìn)出車輛車牌號，停車時間和查詢歷史記錄等；（3）通過操作數(shù)據(jù)庫把停車場的各種信息（用戶信息、預(yù)定車位信息、車位信息等）保存在Mysql數(shù)據(jù)庫上；（4）通過HTTP協(xié)議遠(yuǎn)程傳輸停車場的停車信息（停車場剩余車位、車輛停車狀態(tài)等）到移動端APP上顯示［13-14］.

首先服務(wù)器初始化停車場的預(yù)定信息，然后對視覺系統(tǒng)傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得停車場的有用信息并保存到MySQL數(shù)據(jù)庫上，再有選擇地顯示到上位機(jī)界面上，并把信息公布到APP上.上位機(jī)顯示和傳輸功能完成后，上位機(jī)把停車場的全部停車信息發(fā)布到APP上，同時監(jiān)控用戶是否有在線預(yù)約車位和取消訂單的行為.若用戶使用了預(yù)約功能，如果當(dāng)前預(yù)約時間段的停車位大于零，服務(wù)器會使用戶預(yù)約的停車時間段的停車位數(shù)量減少一個，若當(dāng)前預(yù)約的時間段停車位數(shù)量為零，用戶則無法預(yù)約當(dāng)前停車位.其中上位機(jī)程序流程圖見圖3，上位機(jī)界面見圖4.

圖3 上位機(jī)程序流程圖

圖4 上位機(jī)主界面

APP程序是在Eclipse開發(fā)環(huán)境下，使用JAVA開發(fā)語言開發(fā)的［15］.APP上設(shè)計(jì)的界面有：登錄界面、車位查詢界面、預(yù)定記錄界面、用戶個人界面、停車場信息界面和付款界面等.其中APP的全部界面見圖5.其主要實(shí)現(xiàn)功能包括：（1）顯示各個停車場當(dāng)前停車情況；（2）顯示用戶的歷史停車情況；（3）顯示綁定的車牌好的停車狀況信息；（4）提供在線預(yù)約、付款的功能；（5）提供聯(lián)系客服的服務(wù).

圖5 APP界面結(jié)構(gòu)圖

4 測試結(jié)果

經(jīng)過反復(fù)調(diào)試后，系統(tǒng)能夠?qū)ν＼噲鲞M(jìn)行自動化管理，實(shí)現(xiàn)多個停車場同時管理，實(shí)時監(jiān)測車位剩余量及車輛停放信息，用戶可在APP上實(shí)時查看愛車狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)真正的全方位智能泊車.

用戶可通過輸入正確的用戶名和密碼登錄APP.其登錄界面見圖6（a）.登錄成功后，APP會跳轉(zhuǎn)到車位查詢主界面.在此界面上，用戶可查看各個停車場的主界面.其主界面見圖6（b）.點(diǎn)擊停車的相應(yīng)場位置，APP會跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的預(yù)約界面.在預(yù)約界面上，用戶可查看當(dāng)前停車場的使用情況，并提供預(yù)約車位的功能.車位預(yù)定界面見圖6（c）.在線付款見圖6（d）.另外，在登錄成功后，用戶也可以點(diǎn)擊“預(yù)定記錄”按鍵來查看歷史預(yù)約記錄.預(yù)定記錄界面見圖6（e）.當(dāng)點(diǎn)擊“我的”按鈕時，APP會跳轉(zhuǎn)到用戶界面。在用戶界面上，可查看已綁定的車牌號對應(yīng)的車輛的停車情況，同時還提供退款、聯(lián)系客服和查看公告等輔助小功能.用戶界面見圖 6（f）.

圖6 APP界面圖

筆者采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和Android技術(shù)開發(fā)的智能泊車系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動識別車牌、在線查看實(shí)時剩余車位、在線查看當(dāng)前停車情況、在線預(yù)定車位、在線付款等功能.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)使停車場更加智能化，大大地提高了停車效率及停車場的利用率.