專利名稱：視頻車位檢測器及其檢測方法
技術領域：
本發明屬于城市室內外停車場車位檢測技術領域。
背景技術：
傳統的車位檢測器均采用地感線圈檢測器，當車輛進入車位時，安裝于地面下方的環線圈(LOOP COIL)可以產生電磁感應信號，通過相應的檢測電路，可以獲取車位狀態信息，從而實現車輛檢測。該傳感器可靠性高，但是安裝施工復雜，維護費用高。
隨著技術的發展，出現了超聲波車位傳感器，其主要工作原理是根據超聲波探測器由上往下發出的超聲波，檢測車頂和地面的反射波，由此能夠正確地檢測出每個車位有無車輛。但是超聲波車位傳感器安裝環境要求高，不適用于室外停車場。
除此之外，這兩種車位傳感器都需要在每個車位的上方或下方進行施工和安裝，然后將各個車位停車情況的簡單信息通過專用網絡(RS232或RS485)線路傳給上端控制計算機。
發明內容
本發明的目的是要提供一種新型的車位檢測器及其檢測方法。該車位檢測器采用視頻圖像處理技術，可以同時監測多個車位；該車位檢測器可將車位檢測信息傳遞到計算機，除了傳送簡單的車位占用情況信息之外，還可以傳送現場監測圖片，起到安防監控的作用。這些特點是地感線圈檢測器和超聲波檢測器所不具備的。
本發明所述的檢測器，其特征在于含有模擬視頻信號接口1、視頻A/D轉換電路2、視頻圖像存儲器3、圖像采集控制電路5、CPU4、程序存儲器6、數據存儲器7以及網絡接口8，其中模擬視頻信號接口1與外部設備的模擬視頻輸出端連接，接收包含車位信息的模擬車位圖像信號；視頻A/D轉換電路2，用來將各個模擬車位圖像信號轉換為數字車位圖像信號；設有模擬車位圖像信號輸入端與所述模擬視頻信號接口1的輸出端相連，接收模擬車位圖像信號；設有數字信號輸出接口，將數字車位圖像輸出；視頻圖像存儲器3，用來存放數字車位圖像信息；設有數據總線、地址總線，接收/發送數字車位圖像信息；設有讀寫控制信號線，控制數字車位圖像信息的讀寫；圖像采集控制電路5，在系統初始化時對所述視頻A/D轉換電路2和視頻圖像存儲器3進行設置，使所述視頻A/D轉換電路2和視頻圖像存儲器3進入指定的工作模式，來實現對視頻圖像存儲器3讀寫操作的控制；該圖像采集控制電路5用大規模可編程邏輯器件實現；該圖像采集控制電路5同時與所述視頻A/D轉換電路2，以及視頻圖像存儲器3互連，含有
A/D接口，該接口與所述視頻A/D轉換電路2的數字信號輸出接口互連，接收數字車位圖像信息；視頻圖像存儲器接口，該接口與所述視頻圖像存儲器3互連，讀寫數字車位圖像信息；CPU接口；視頻圖像存儲器控制器，該控制器與所述A/D接口，CPU接口，視頻圖像存儲器接口互連，實現將視頻A/D轉換電路2輸出的數字車位圖像信息正確地寫入視頻圖像存儲器3中，以及將視頻存儲器中3的數字車位圖像信息正確地提供給CPU4；CPU4，用來對數字車位圖像信息做進一步處理；其相應端口與所述圖像采集控制電路5的CPU接口互連，向所述圖像采集控制電路5發出指令，使所述視頻圖像存儲器控制器產生讀寫操作的控制信號，還通過該CPU接口從所述視頻存儲器3中讀取數字車位圖像；其相應端口與所述程序存儲器6互連，收到數字車位圖像后，根據所述程序存儲器6中存儲的均值方差狀態分析程序對該數字車位圖像進行處理，提取關于車位占用情況的信息；其相應端口與所述數據存儲器7互連，對數字車位圖像進行壓縮處理后存入所述數據存儲器7中；其相應端口接收命令，發送包含車位現場壓縮圖像在內的車位占用情況的信息；程序存儲器6，用來存放CPU4運行的程序代碼，其信號線與CPU4相應的接口連接；
數據存儲器7，用來存放CPU4處理的數據，其信號線與CPU4相應的接口連接；網絡接口8，通過相應端口與外部的上端計算機，或與連接到用戶端的數據通信網連接，接收命令、發送信息；與所述CPU4相應接口互連，讀取包含車位現場壓縮圖像在內的車位占用情況的信息。
本發明所述的檢測方法的特征在于該方法是一種均值方差狀態分析法，依次含有以下步驟步驟1在CPU中設定表示有車占用了車位時的最低閾值TH，該TH值是在有車和無車兩種情況下，從車位全場各點灰度值中減去平均值后得到的兩組數據間的最低方差值；步驟2所述CPU通過CCD攝像機在車位現場攝取車位號為id的背景圖像，再用該車位內各點的灰度值構成數組id0[num]；步驟3所述CPU根據步驟1中獲得的數據計算該數組id0[num]的均值average0；步驟4所述CPU根據步驟1、步驟2所得到的數據計算數組id0[num]-average0，該數組用id’0[num]表示；步驟5所述CPU通過CCD攝像機在車位現場攝取所述車位號為id的觀測圖像，再用所述車位內各點灰度值構成數組id1[num]；步驟6所述CPU從步驟5中獲得的數據計算該id1[num]數組的均值average1；
步驟7所述CPU根據步驟5、步驟6所得到的數據計算數組id1[num]-average1，該數組用id’1[num]表示；步驟8所述CPU根據步驟4、步驟7得到的數據計算幀差，得到數組id’1[num]-id’0[num]，該數組用id2[num]表示；步驟9所述CPU根據步驟8所得到的幀差id2[num]，計算該id2[num]的方差md，所述方差md=1num-1Σi=0num-1(id2[i])2,]]>其中，num表示數據點的總數，i＝0，1，…，num-1，表示數據點的序號；步驟10所述CPU判斷md是否≥所設閾值TH，若md≥TH，則該id車位有車，否則無車。
本發明既可在室內也可在室外使用，優于超聲波車位傳感器，本發明安裝施工簡單，維護費用低；優于地感應線圈檢測器，根據實測結果，本發明的車位檢測準確率可達在室內停車場為99.8％；在室外停車場為95.8％。
圖1視頻車位檢測系統的框圖，其中1、模擬視頻信號接口，2、視頻A/D轉換電路，3、視頻圖像存儲器，4、CPU，5、圖像采集控制電路，6、程序存儲器，7、數據存儲器，8、網絡接口；圖2圖像采集控制電路結構框圖；
圖3視頻車位檢測器的主程序流程圖；圖4均值方差狀態分析法程序流程圖。
具體實施例方式
參照圖1，包含一個車位id的光學圖像信息由CCD攝像機獲取，并將其轉換為車位現場模擬信號圖像，把該車位現場模擬信號圖像送入到視頻車位檢測器中的標準的模擬視頻信號接口1。一個視頻車位檢測器可以支持四路模擬視頻信號輸入。
視頻車位檢測器由模擬視頻信號接口1、視頻A/D轉換電路2、視頻圖像存儲器3、圖像采集控制電路5、CPU4、程序存儲器6、數據存儲器7、網絡接口8組成。
從CCD攝像機輸出的車位現場模擬信號圖像通過視頻A/D轉換電路2被轉換為數字車位圖像信號，在圖像采集控制電路5的操作下，把該數字車位圖像存入視頻圖像存儲器3。CPU4通過信號總線與圖像采集控制電路5連接，將被采集的車位現場數字圖像從視頻圖像存儲器3中讀出，再采用均值方差狀態分析法對數字車位圖像進行處理，提取各個車位占用情況信息；同時對該數字車位圖像進行壓縮處理，并將車位占用信息和壓縮后的數字車位圖像通過信號總線輸出到數據存儲器7中。停車場管理的上端計算機，或者用戶端通過數據通信網絡，從網絡接口8中獲取視頻車位檢測器的數據存儲器7中各個車位占用情況信息，所述的網絡接口8和該CPU4互連，并可以根據需要提取車位現場的壓縮圖像。
圖像采集控制電路5由A/D接口、視頻圖像存儲器接口、CPU接口和視頻圖像存儲器控制器組成。所述的圖像采集控制電路5采用大規模可編程器件實現，其結構框圖見圖2。其中A/D接口通過數據信號線(VD7-VD0)和控制信號線(VCE/RT1/RT0/LLC/SCK/SDA)與所述視頻A/D轉換電路2連接；視頻圖像存儲器接口通過數據信號線(MD15-MD0)，地址信號線(MA18-MA0)和控制信號線(MCE/MOE/MWE)與所述視頻圖像存儲器3連接；CPU接口通過數據信號線(CD31-CD16)，地址信號線(CA22-CA0)和控制信號線(CCS3/CCS2/CWE/COE)與CPU4連接；視頻圖像存儲器控制器用以產生所述各個接口電路需要的讀/寫操作控制信號、地址信號和數據緩沖通道。
圖像采集控制電路5的功能是在系統初始化或復位時對視頻A/D轉換電路2和視頻圖像存儲器3進行設置，使其進入指定的工作模式；在正常工作狀態，根據CPU4的指令，產生讀寫操作控制信號，將車位數字圖像存入視頻圖像存儲器3；根據CPU4的指令，產生讀寫操作控制信號，將車位數字圖像從視頻圖像存儲器3中輸出到CPU4中，進行相應的圖像處理。
在檢測方法中，現有的均值方差狀態分析法含有以下步驟1、對背景圖象低通濾波(除噪)2、求該背景圖像的灰度均值average03、求該背景圖像的平均偏差md0=1NΣi=1width|Σj=1length(x(i.j)-x‾)]]>4、求任意時刻采集到圖像低通濾波并求其灰度均值average1及平均偏差md1，過程同上1、2、3所述5、md1-md0＞＝TH有車，否則無車該算法是充分利用不管背景如何隨時間，環境的變化，但是在同時同地變化都是相對的，從背景或實攝的整個圖像灰度值減去均值后的兩個平均偏差之差值中，設定一個閾值，當大于這個閾值的時候，視為有車，否則無車。
優點該算法執行的步驟很簡單、能抑制部分加性噪聲。
缺點這個閾值的選取的范圍較大，選取不當可能引起誤判，準確度沒有保障，對由于燈光強度不同引起的噪聲不能很有效的抑制。
經過本發明改進的均值方差狀態分析法依次含有以下步驟1、獲取背景圖像車位號為id的數據構成數組id0[num]2、計算數組id0[num]的均值average03、得到新數組id0[num]＝id0[num]-average04、獲取觀測圖像車位號為id的數據構成數組id1[num]5、計算數組id1[num]的均值average16、得到新數組id1[num]＝id1[num]-average17、求幀差，得新數組id2[num]＝id1[num]-id0[num]8、求id2[num]的方差md=1num-1Σi=0num-1(id2[i])2]]>9、判斷當md＞＝閾值TH則有車，否則無車，閾值是根據積差相關分析法通過實驗選擇得到的。
本發明在選取閾值時的范圍較小，準確度得到保障。
權利要求
1.本發明所述的檢測器，其特征在于含有模擬視頻信號接口(1)、視頻A/D轉換電路(2)、視頻圖像存儲器(3)、圖像采集控制電路(5)、CPU(4)、程序存儲器(6)、數據存儲器(7)以及網絡接口(8)，其中模擬視頻信號接口(1)與外部設備的模擬視頻輸出端連接，接收包含車位信息的模擬車位圖像信號；視頻A/D轉換電路(2)，用來將各個模擬車位圖像信號轉換為數字車位圖像信號；設有模擬車位圖像信號輸入端與所述模擬視頻信號接口(1)的輸出端相連，接收模擬車位圖像信號；設有數字信號輸出接口，將數字車位圖像輸出；視頻圖像存儲器(3)，用來存放數字車位圖像信息；設有數據總線、地址總線，接收/發送數字車位圖像信息；設有讀寫控制信號線，控制數字車位圖像信息的讀寫；圖像采集控制電路(5)，在系統初始化時對所述視頻A/D轉換電路(2)和視頻圖像存儲器(3)進行設置，使所述視頻A/D轉換電路(2)和視頻圖像存儲器(3)進入指定的工作模式，來實現對視頻圖像存儲器(3)讀寫操作的控制；該圖像采集控制電路(5)用大規模可編程邏輯器件實現；該圖像采集控制電路(5)同時與所述視頻A/D轉換電路(2)，以及視頻圖像存儲器(3)互連，含有A/D接口，該接口與所述視頻A/D轉換電路(2)的數字信號輸出接口互連，接收數字車位圖像信息；視頻圖像存儲器接口，該接口與所述視頻圖像存儲器(3)互連，讀寫數字車位圖像信息；CPU接口；視頻圖像存儲器控制器，該控制器與所述A/D接口，CPU接口，視頻圖像存儲器接口互連，實現將視頻A/D轉換電路(2)輸出的數字車位圖像信息正確地寫入視頻圖像存儲器(3)中，以及將視頻存儲器中(3)的數字車位圖像信息正確地提供給CPU(4)；CPU(4)，用來對數字車位圖像信息做進一步處理；其相應端口與所述圖像采集控制電路(5)的CPU接口互連，向所述圖像采集控制電路(5)發出指令，使所述視頻圖像存儲器控制器產生讀寫操作的控制信號，還通過該CPU接口從所述視頻存儲器(3)中讀取數字車位圖像；其相應端口與所述程序存儲器(6)互連，收到數字車位圖像后，根據所述程序存儲器(6)中存儲的均值方差狀態分析程序對該數字車位圖像進行處理，提取關于車位占用情況的信息；其相應端口與所述數據存儲器(7)互連，對數字車位圖像進行壓縮處理后存入所述數據存儲器(7)中；其相應端口接收命令，發送包含車位現場壓縮圖像在內的車位占用情況的信息；程序存儲器(6)，用來存放CPU(4)運行的程序代碼，其信號線與CPU(4)相應的接口連接；數據存儲器(7)，用來存放CPU(4)處理的數據，其信號線與CPU(4)相應的接口連接；網絡接口(8)，通過相應端口與外部的上端計算機，或與連接到用戶端的數據通信網連接，接收命令、發送信息；與所述CPU(4)相應接口互連，讀取包含車位現場壓縮圖像在內的車位占用情況的信息。
2.本發明所述的檢測方法的特征在于該方法是一種均值方差狀態分析法，依次含有以下步驟步驟1在CPU中設定表示有車占用了車位時的最低閾值TH，該TH值是在有車和無車兩種情況下，從車位全場各點灰度值中減去平均值后得到的兩組數據間的最低方差值；步驟2所述CPU通過CCD攝像機在車位現場攝取車位號為id的背景圖像，再用該車位內各點的灰度值構成數組id0[num]；步驟3所述CPU根據步驟1中獲得的數據計算該數組id0[num]的均值average0；步驟4所述CPU根據步驟1、步驟2所得到的數據計算數組id0[num]-average0，該數組用id’0[num]表示；步驟5所述CPU通過CCD攝像機在車位現場攝取所述車位號為id的觀測圖像，再用所述車位內各點灰度值構成數組id1[num]；步驟6所述CPU從步驟5中獲得的數據計算該id1[num]數組的均值average1；步驟7所述CPU根據步驟5、步驟6所得到的數據計算數組id1[num]-average1，該數組用id’1[num]表示；步驟8所述CPU根據步驟4、步驟7得到的數據計算幀差，得到數組id’1[num]-id’0[num]，該數組用id2[num]表示；步驟9所述CPU根據步驟8所得到的幀差id2[num]，計算該id2[num]的方差md，所述方差md=1num-1Σi=0num-1(id2[i])2,]]>其中，num表示數據點的總數，i＝0，1，…，num-1，表示數據點的序號；步驟10所述CPU判斷md是否≥所設閾值TH，若md≥TH，則該id車位有車，否則無車。
全文摘要
本發明屬于城市室內外停車場車位檢測技術領域，其特征在于該檢測器內置有CPU和圖像采集控制電路用以控制CCD攝像機采集圖像，通過所述圖像采集控制電路來讀取、存儲圖像，然后通過所述CPU來用改進后的均值方差狀態分析軟件來計算背景圖像的以及實測圖像的整幅圖像的灰度值減去均值后的均差值，再從所得的兩個均差值之差中求取方差，去和設定的有車時的最低閾值比較，來判斷車位占用情況的信息。本發明具有室內外通用、安裝維護方便、檢測準確度高的優點。
文檔編號G08G1/123GK1794312SQ200510123978
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月25日 優先權日2005年11月25日
發明者蔣大林 申請人:北京工業大學