基于视觉的车辆定位方法及应用其方法的停车场管理系统   0    0

本发明涉及一种基于视觉的车辆定位方法及应用其方法的停车场管理系统，属于信息化领域。所述方法包括：(1)位置标定：建立停车场的三维世界坐标系和车位平面电子地图，并对对停车场内的唯一标识做位置标定，存储每个车位编号的三维世界坐标和二维图像平面坐标；(2)图像采集：利用车载摄像头获取车身周围的环境信息；(3)编号识别：对采集到的图像进行分析处理，完成车位编号识别；(4)位置解算：根据识别的车库编号，读取相应的二维图像坐标和三维世界坐标，利用本身所使用算法得到摄像机的位置，实现定位。本发明能够实现车位管理和空车位查找功能，以及解决车辆出库卫星信号恢复慢的问题。可以更好的提升用户的停车和取车体验。

1.基于视觉的车辆定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：位置标定；
S2：图像采集；
S3：编号识别；
S4：位置解算；
所述S1具体为：
建立停车场的三维世界坐标系、极坐标系、车位平面电子地图和车位的三维图像，并对停车场内的标识做位置标定，存储每个车位编号的三维世界坐标、极坐标、二维图像平面坐标和三维图像坐标；
所述S2具体为：
利用车载摄像头获取车身周围的环境信息；所述环境信息包括：光度信息、湿度信息、障碍物信息和通讯信号信息、车载记录仪获取的前方柱子或者墙上的车位号标记、两边的摄像头获取的地上的车位号信息；
所述S3具体为：
对采集到的图像进行分析处理，完成车位编号识别，选择有效的四个车位编号图像分割和识别；
根据识别的车位编号，读取相应的二维图像坐标、三维世界坐标和极坐标，利用车辆定位算法得到摄像机的位置，实现定位；
所述车位编号方法，包括以下步骤：
S31：图像预处理：对图像去噪，二值化和形态学操作处理；利用高斯模糊来降低噪声，开操作和加权来强化对比度，二值化和Canny边缘检测来找到物体轮廓，用先闭后开操作找到整块的矩形位置；
S32：有效区定位：基于颜色特征、几何特征和纹理特征综合检测图片中的车位编号位置，符合特征的若干区域作为候选区，选择轮廓尺寸最大的作为有效位置区域，即距离最近的车位编号位置，然后将其从图像中分离出来；
利用特征提取方法，根据车位编号的颜色、几何和纹理特征做检测获得候选区：
根据采集的车位编号图片做标记使用名为LabelImg的程序制作数据集，并训练网络，然后使用训练好的网络识别采集的图片，得到框出候选区的图像，然后对候选区做筛选选择有效区，这里设定4个区域作为有效区便于之后的位置解算，将选定的4个有效区从图片分割出来；
S33：字符分割识别；将多个有效区同步处理进行字符分割，分割得到单个字符图像；
字符分割使用垂直投影和水平投影结合法，利用二值化图片的像素分布直方图直方图的波峰波谷分析，找出相邻字符的分界点进行分割；
或选择连通域分割法，寻找连续有文字的块，若长度大于某阈值则认为该块有两个字符组成，需要分割；
S34：字符识别：识别得到的单个字符字符图像，将结果组合，实现车位编号识别任务；
选择基于模板匹配算法，将分割后的字符二值化并将其尺寸大小缩放为字符数据库中模板的大小，然后与所有的模板进行匹配，选择最佳匹配作为结果；
或选择支持向量机SVM的分类算法，训练两个SVM分类器，一个SVM用来识别大写字母，另一个SVM用来识别数字；
或选择基于深度神经网络的方法，把图像输入网络，由网络自动实现特征提取直至识别出结果；
所述车辆定位方法利用车辆定位算法得到摄像机的位置，实现具体定位：根据得到的多个点的三维世界坐标、极坐标和二维图像坐标得到相机在三维世界坐标系下和极坐标系下的位置坐标，所述车辆定位算法具体为：
(1)根据三角形的性质和相机的内参数求出多个点在当前相机坐标系下的三维坐标和极坐标；
(2)根据世界坐标系下的三维坐标和当前相机坐标系下的三维坐标以及极坐标，使用迭代最近点ICP算法求得相机旋转矩阵R和平移向量t，求得相机位姿。

2.根据权利要求1所述的基于视觉的车辆定位方法，其特征在于：所述S4具体为：
将识别的车位编号传给存储器，读取相应的二维地图坐标和三维世界坐标，根据几何投影算法得到摄像机的位置，即汽车的位置，从而实现定位；几何投影算法是根据得到的多个点的三维世界坐标和二维图像坐标得到相机的三维位置坐标的算法，具体实施流程是：
S41：读取多个车位编号的二维地图坐标，记为点集R＝{r1,r2,...,rn}和三维世界坐标，记为点集Pw＝{pw1,pw2,...,pwn}；
S42：根据点集Pw中多点的空间坐标利用距离公式计算得任意两点之间的空间距离，根据对应的二维坐标r和余弦定理以及三角形相似定理计算得任意两点与相机光心夹角的余弦值；
S43：根据小孔成像模型和余弦定理构造约束方程，参数求解计算得多个点在当前相机坐标系下的三维坐标，记为点集Qc＝{qc1,qc2,...,qcn}；
S44：根据多点世界坐标系下的三维坐标点Pw和当前相机坐标系下的三维坐标Qc，利用SVD算法，求解如下公式得到相机旋转矩阵R和平移向量t；
其中
根据如下公式求得相机在世界坐标下的坐标位置，记为Ow；
‑1
Ow＝‑R t。

3.应用权利要求1～2中任一项所述方法的停车场管理系统，其特征在于：该系统包括停车场云服务中心和车载终端；
所述云服务中心包括数据存储模块、通信模块、连接管理模块、入库管理模块、出库管理模块、车位管理模块、定位模块、导航模块和空车位查找模块；
所述车载终端包括通信模块、地图处理显示模块和图像采集识别模块。

4.根据权利要求3所述的停车场管理系统，其特征在于：
所述数据存储和计算是基于云的云计算和云存储，支持多终端的云交互操作；将区域内的所有停车场电子云地图进行汇总，接口支持车载地图或百度高德地图的访问；
所述通信模块是与终端通讯相连，包括地图接口、车载移动终端接口和手机终端，通信方式根据不同的场合需求，选择WIFI、蓝牙或移动网络数据通讯方式；
所述连接管理模块是处理外来接口、终端发来的各种请求，安全性验证后转接给相应的功能的模块；
所述定位模块包括车位的使用与空闲状态，根据上述提出的定位方法实现车辆的定位，提供给导航模块；
所述导航模块是对接收每帧图的定位进行处理，结合该停车场的电子地图，在地图上描点标记当前位置，实现汽车跟踪；
所述入库管理模块是负责汽车驶入停车场的任务调度，通过调用其他功能模块实现入库任务；
所述出库管理模块是负责汽车驶出停车场的任务调度，通过调用其他功能模块实现出库任务；
所述车位管理模块是记录并更新车位的使用与空闲状态；
所述空车位查找模块是负责搜索空车位；
所述地图处理显示模块是对接收到的地图数据进行处理并显示；
所述图像采集识别模块是调用摄像头采集车身周围的图像信息，然后识别车位编号。