基于航拍圖像的室外停車場(chǎng)空置停車位識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于無(wú)人機(jī)低空航拍圖像的停車場(chǎng)范圍 內(nèi)停車位識(shí)別方法，特別是涉及一種基于多模板匹配的室外停車場(chǎng)空置停車位檢測(cè)方法和 停車位類型識(shí)別方法，同時(shí)涉及一種基于航拍高度的模板尺寸調(diào)節(jié)方法。 技術(shù)背景
[0002] 隨著科技的迅速發(fā)展，各大、中城市的交通設(shè)施建設(shè)水平也得到了進(jìn)一步的提升。 人們是物質(zhì)生活水平也隨之提高，越來(lái)越多的汽車進(jìn)入各家各戶。雖然城市道路不斷加寬， 立交橋的數(shù)量也不斷增加，停車場(chǎng)的規(guī)模也在不斷增大，但仍然緩解不了各大中城市交通 所承受的巨大壓力。尤其對(duì)于空間資源和環(huán)境資源本來(lái)就有限的城市，隨著私人轎車數(shù)量 的不斷增加以及停車場(chǎng)內(nèi)車輛的頻繁出入，使得人們停車難的問(wèn)題越來(lái)越突出。為了提高 停車場(chǎng)的工作效率，節(jié)省人們的停車時(shí)間，使停車顯得更為方便，就需要合理的管理有限的 停車場(chǎng)資源。
[0003]目前，多數(shù)的停車位檢測(cè)主要研究停車位占用檢測(cè)。停車位占用檢測(cè)主要分為基 于視頻與非視頻兩類?；诜且曨l的車位檢測(cè)方法包括地感線圈檢測(cè)法、紅外線檢測(cè)法、微 波檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法，這些方法由于需要大量安裝檢測(cè)設(shè)備，主要應(yīng)用于室內(nèi)或小型停 車場(chǎng)，而對(duì)室外大型停車場(chǎng)不適用。基于視頻的停車場(chǎng)車位占用情況的檢測(cè)方法有很多，檢 測(cè)方法是利用攝像頭進(jìn)行圖像采集，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)對(duì)連續(xù)的圖像進(jìn) 行處理，從而達(dá)到檢測(cè)車位有無(wú)泊車的目的，該方法要求檢測(cè)出車位的同時(shí)也要檢測(cè)出車 輛在車位的占用情況，相比于直接檢測(cè)空置停車位的方法更為復(fù)雜。所以，基于航拍視頻圖 像的空置停車位檢測(cè)方法能夠更加簡(jiǎn)單快速的找出室外停車場(chǎng)的空置停車位，節(jié)約人們的 停車時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)目前室外停車場(chǎng)監(jiān)控方式的不足，本發(fā)明提出了基于模板匹配的室外停車場(chǎng) 空置停車位檢測(cè)方法，采用基于模板匹配的檢測(cè)方法進(jìn)行室外停車場(chǎng)停車位檢測(cè)。本發(fā)明 為基于低空航拍圖像的室外停車場(chǎng)空置停車位檢測(cè)方法，從多模板車位匹配出發(fā)，通過(guò)航 拍高度與實(shí)際情況對(duì)匹配模板進(jìn)行調(diào)節(jié)識(shí)別停車位以及整個(gè)室外停車場(chǎng)類型和范圍，再通 過(guò)航拍高度進(jìn)行模板尺寸調(diào)節(jié)，構(gòu)成完整的反饋檢測(cè)系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明以全新的研究著入點(diǎn)，針對(duì)各種類型停車場(chǎng)嘗試提出一種可以普遍適用的 檢測(cè)辦法，通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn)：
[0006] 步驟1 :基于ROI區(qū)域的模板提??；
[0007] 對(duì)航拍圖像中停車場(chǎng)區(qū)域手動(dòng)劃定ROI區(qū)域，并將該區(qū)域轉(zhuǎn)化為模板圖像儲(chǔ)存在 指針當(dāng)中，為下一步空置停車位模板匹配提供基礎(chǔ)；
[0008] 步驟2 :基于模板匹配的停車位識(shí)別；
[0009] 通過(guò)對(duì)已提取模板中空置停車位所在位置的顏色背景特征，平行線排列特征等特 征進(jìn)行特征提取后，結(jié)合推測(cè)出的停車位對(duì)應(yīng)類型的部分已有的普遍停車位特征，進(jìn)一步 對(duì)整體空間平面內(nèi)非車輛密集位置進(jìn)行停車位識(shí)別，引入一定的誤差量調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) 整體停車場(chǎng)停車位的識(shí)別；
[0010] 步驟3 :基于已識(shí)別空置停車位空間布局的停車位結(jié)構(gòu)分析判斷；
[0011] 將通過(guò)多模板匹配識(shí)別出的空置停車位進(jìn)行標(biāo)記，通過(guò)記錄空置停車位中心點(diǎn)所 在位置等信息，整理出空置停車位的平面布局結(jié)構(gòu)；由所判斷出的空置停車位平面布局結(jié) 構(gòu)判斷出室外停車場(chǎng)停車位的所屬類型，同時(shí)根據(jù)空置停車位的整體布局位置得到大致的 停車場(chǎng)整體范圍；
[0012] 步驟4 :根據(jù)航拍高度對(duì)停車位模板進(jìn)行尺寸調(diào)節(jié)；
[0013] 航拍圖像存在水平面內(nèi)移動(dòng)和豎直方向上的移動(dòng)，當(dāng)無(wú)人機(jī)航拍高度發(fā)生變化時(shí) 航拍圖像中停車位的尺寸也會(huì)隨之發(fā)生變化；此時(shí)根據(jù)航拍圖像高度變化對(duì)相應(yīng)模板做出 對(duì)應(yīng)尺寸調(diào)整，能夠有效提高移動(dòng)航拍圖像空置停車位識(shí)別精度。
[0014] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：無(wú)人機(jī)航拍圖像具有視野廣、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于空置停車 位檢測(cè)方法，采用無(wú)人機(jī)在短時(shí)間內(nèi)飛臨多個(gè)停車場(chǎng)，可獲得多區(qū)域空置停車位信息，因此 基于無(wú)人機(jī)低空航拍圖像的停車場(chǎng)空置停車位檢測(cè)方法具有檢測(cè)范圍廣、更新速度快的優(yōu) 勢(shì)；在提出空置停車位檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上提出停車位結(jié)構(gòu)分析判斷方法與根據(jù)航拍高度的 模板尺寸調(diào)節(jié)方法，擁有多點(diǎn)創(chuàng)新。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的航拍圖像室外停車場(chǎng)空置停車位模板匹配識(shí)別方法的整體流程 圖；
[0016] 圖2為基于ROI區(qū)域的模板提取算法流程圖；
[0017] 圖3為基于多模板匹配的停車位檢測(cè)方法流程圖；
[0018] 圖4為現(xiàn)有停車位的三種不同類型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 本發(fā)明提供一種基于航拍圖像的室外停車場(chǎng)空置停車位識(shí)別方法，所述識(shí)別方法 首先提取空置停車位ROI區(qū)域，并將該區(qū)域圖像轉(zhuǎn)換為指針圖像進(jìn)行保存，作為模板圖像； 然后根據(jù)模板圖像對(duì)航拍圖像進(jìn)行多模板匹配處理，識(shí)別得到每一幀航拍圖像中的空置停 車位；根據(jù)識(shí)別得到的空置停車位推算出停車場(chǎng)區(qū)域的車輛布局，從而得到該停車場(chǎng)的停 車位類型；結(jié)合對(duì)全景范圍內(nèi)所有位置進(jìn)行空置停車位識(shí)別，確定停車場(chǎng)整體區(qū)域；通過(guò) 航拍高度與航拍圖像中停車位尺寸線性變化關(guān)系對(duì)待匹配模板圖像進(jìn)行尺寸調(diào)節(jié)，提高航 拍圖像中空置停車位識(shí)別精度。上述基于航拍圖像的室外停車場(chǎng)空置停車位識(shí)別方法，結(jié) 合圖1，具體處理步驟如下：
[0021] 步驟1 :基于ROI區(qū)域的模板圖像提?。?br>[0022] R0I(region of interest)區(qū)域即感興趣區(qū)域，機(jī)器視覺(jué)、圖像處理中，從被處理 的圖像以方框、圓、橢圓、不規(guī)則多邊形等方式勾勒出需要處理的區(qū)域，稱為感興趣區(qū)域；在 OpenCV(Open Source Computer Vision Library)中我們能夠非常方便地獲取指定ROI區(qū) 域的子圖像；如果對(duì)圖像設(shè)置了 ROI區(qū)域，那么，OpenCV的大多數(shù)函數(shù)只在該ROI區(qū)域內(nèi)運(yùn) 算（只處理該ROI區(qū)域），如果沒(méi)設(shè)ROI區(qū)域，則會(huì)對(duì)整幅圖像進(jìn)行處理。如圖2所示，所述 的模板圖像提取，首先選定航拍圖像中空置停車位所屬的矩形區(qū)域，確定該矩形區(qū)域?yàn)楹?拍圖像的ROI區(qū)域，建立空?qǐng)D像并保存所述的ROI區(qū)域，作為模板圖像。
[0023] 步驟2 :基于模板匹配的停車位識(shí)別；
[0024] 提取航拍圖像中空置停車位的模板圖像后，可以使用基于多模板匹配的停車位檢 測(cè)方法來(lái)檢測(cè)對(duì)應(yīng)的空置停車位；基于模板匹配的停車位識(shí)別算法工作方式跟直方圖的反 向投影基本一樣，具體過(guò)程為：通過(guò)在輸入的航拍圖像上滑動(dòng)已提取的空置停車位模板圖 像，將實(shí)際的航拍圖像中空置停車位圖像和輸入的模板圖像進(jìn)行匹配；
[0025] 假設(shè)輸入航拍圖像為100X100的輸入圖像，所提取的空置停車位圖像為10X10 的模板圖像，多模板匹配檢測(cè)流程為：
[0026] (1)從輸入航拍圖像的左上角（0, 0)點(diǎn)開(kāi)始，切割一塊（0, 0)至（10, 10)的臨時(shí)待 檢測(cè)圖像；所述臨時(shí)待檢測(cè)圖像與模板圖像大小相同，均為10X10。
[0027] (2)用臨時(shí)待檢測(cè)圖像和已提取的空置停車位模板圖像進(jìn)行匹配，匹配值記為 a[0]；
[0028] (3)建立一個(gè)結(jié)果圖像，將匹配值a[0]保存為其對(duì)應(yīng)的結(jié)果圖像（0, 0)處的像素 值；
[0029] (4)切割輸入航拍圖像從（0, 1)至（10, 11)的臨時(shí)待檢測(cè)圖像，與已提取的空置停 車位模板圖像進(jìn)行匹配，并記錄匹配值到結(jié)果圖像對(duì)應(yīng)位置；
[0030] (5)重復(fù)⑴~（4)步驟直到輸入航拍圖像的右下角，并將匹配值保存到結(jié)果圖 像；
[0031] (6)提取結(jié)果圖像中匹配值達(dá)到一定范圍內(nèi)的像素值（即匹配精度達(dá)到檢測(cè)精度 90 %以上），其保存位置所對(duì)應(yīng)的原輸入航拍圖像相應(yīng)位置為匹配出的空置停車位位置，與 已提取的空置停車位模板圖像尺寸相同的圖像為檢測(cè)出的空置停車位圖像；
[0032] 步驟（2)中使用的匹配方法分為平方差匹配法、相關(guān)匹配法、相關(guān)系數(shù)匹配法、歸 一化平方差匹配法、歸一化相關(guān)匹配法和歸一化相關(guān)系數(shù)匹配法幾種；
[0033] 其中平方差匹配法采用平方差來(lái)進(jìn)行匹配，可以用下式衡量待匹配圖像中被搜索 區(qū)域子圖和模板圖像的相似性：
[0034]
[0035] 其中，待匹配圖像像素為（i，j)，模板圖像的尺寸為（m，n)，最好的匹配值為0,匹 配越差，匹配值越大；D(i，j)為計(jì)算出的待匹配圖像中每個(gè)像素點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的平方差匹配 值，M和N為待匹配圖像的長(zhǎng)和寬，S 1](m，η)為待匹配圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)處被搜索區(qū)域子圖， T (m, η)為模板圖像。
[0036] 運(yùn)用相關(guān)系數(shù)匹配法進(jìn)行判斷時(shí)，將上式（1)展開(kāi)：
[0037] CN 105160322 A 說(shuō)明書(shū) 4/5 頁(yè)
[0038] 展開(kāi)式（2)中，第一項(xiàng)為子圖的能量，第三項(xiàng)為模板圖像的能量，都與模板圖像 匹配無(wú)關(guān)；第二項(xiàng)是模板圖像和子圖的互相關(guān)，隨（i，j)而改