基于圖像自動識別的停車場信息管理系統(tǒng)設(shè)計

于海嬌

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，車輛迅速增加，車輛信息統(tǒng)計管理問題已經(jīng)成為當(dāng)前停車場管理的一項重要而緊迫的任務(wù)。文章設(shè)計了一款停車場信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機作為核心控制部件，利用車輛自動識別模塊檢測車輛的進入和駛出狀態(tài)，結(jié)合傳感器、警示器、顯示器等自動完成車輛的信息采集、錄入和顯示功能，同時可以進行車輛計費統(tǒng)計管理以及停車場車位信息統(tǒng)計管理，并通過遠(yuǎn)程通信將信息傳送到信息管理中心。該系統(tǒng)實現(xiàn)了停車場信息的智能化管理，契合現(xiàn)實社會需求，具有便捷性、可靠性和高效性。

關(guān)鍵詞：車輛管理；單片機；圖像識別

中圖分類號：TP311

文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)的飛速進步以及我國居民生活條件的改善，汽車總量規(guī)模不斷擴大，停車位的需求量也與日俱增，停車場車位不足的問題越來越突出。停車場智能化管理具有較強的必要性與現(xiàn)實意義^［1］。傳統(tǒng)的停車場需要人工管理，效率低，安全性差。采用圖像識別技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)停車自動化、智能化管理^［2］，既可以節(jié)省資源，也可以提高管理效率^［3］。本文設(shè)計的停車場信息管理系統(tǒng)基于圖像自動識別技術(shù)，能夠自動識別駛?cè)牒婉偝鰠^(qū)域車輛的車牌信息，并連同車輛出入時間一同錄入系統(tǒng)，可以滿足計時、引導(dǎo)、計費（如有必要）等功能需求。本系統(tǒng)能夠提高停車管理的便捷性、可靠性，提高車輛管理效率，節(jié)約了人力和時間，為大眾提供了一個舒適的停車環(huán)境，實現(xiàn)停車場信息管理的智能化。

1 停車場信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文設(shè)計的停車場信息管理系統(tǒng)具有車牌信息識別及車輛統(tǒng)計功能。當(dāng)車輛駛?cè)牖蝰偝鐾＼噲鰰r能自動記錄車牌信息及車輛出入時間，根據(jù)時間記錄信息計算停車總時長以及停車費用。該系統(tǒng)能夠?qū)ν＼噲鰞?nèi)的車輛數(shù)目進行統(tǒng)計，顯示當(dāng)前停車場內(nèi)停車位剩余數(shù)目，當(dāng)停車場內(nèi)無停車位時進行聲音及燈光警示。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對指定區(qū)域內(nèi)車輛信息的統(tǒng)計管理。

單片機使用靈活，控制功能強，可靠性高，抗干擾能力強，因此本系統(tǒng)采用STM32F103V8T6單片機作為整個系統(tǒng)的核心控制芯片，系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 車牌自動識別方案設(shè)計

車牌自動識別方案是由拍攝車輛圖像、圖像預(yù)處理、車牌定位、字符分割、字符識別5個部分組成。車牌自動識別系統(tǒng)具有操作自動化、車牌識別準(zhǔn)確、識別效率高、信息便于儲存等優(yōu)點，在現(xiàn)代化交通快速發(fā)展的今天，有著舉足輕重的作用^［4］。

2.1 預(yù)處理

車牌自動識別系統(tǒng)首先需要對獲取的車輛圖像進行預(yù)處理。在實際生活中，由于四季變換、晝夜轉(zhuǎn)換、光照不均勻性、車輛自身的移動等因素，傳感器所獲取的圖像往往會充斥著各種各樣的噪聲，圖像質(zhì)量難以保障，為確保車牌自動識別系統(tǒng)能夠正常運行，首先需要對拍攝的車輛圖像進行有針對性的預(yù)處理，以達到過濾噪聲干擾、幾何色彩校正等目的。預(yù)處理分為幾個步驟，首先是圖像灰度化處理，灰度轉(zhuǎn)化公式為：

N=0.229R+0.588G+0.144B（1）

式中：N表示亮度值，R、G和B分別代表彩色圖像紅色分量值、綠色分量值和藍(lán)色分量值。利用先腐蝕再膨脹的開運算方法進行圖像增強，腐蝕運算和膨脹運算公式分別為公式（2）和公式（3）：

采用Roberts算子對圖像進行邊緣檢測，再利用圖像的二值化處理提高計算機處理圖像的速率。通過直方圖方法得到二值化閾值，二值化公式為：

2.2 車牌定位與字符分割

數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)定位算法能在較大程度上抑制外界因素的干擾，去除圖像中的噪聲，并且能夠保留原始圖像的大部分的信息，從而實現(xiàn)快速的車牌定位，因此本系統(tǒng)采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)定位算法對預(yù)處理后的圖像進行車牌定位。

車牌定位之后進行字符分割。由于車牌中的字符通常字體較大，并且字符與字符之間有一定間距，因此可以采用垂直投影法來對車牌進行字符分割。垂直投影法是通過統(tǒng)計字符圖像垂直方向（即列向）的白色像素點的個數(shù)確定分割邊界，白色像素點數(shù)量值低的區(qū)域即為黑色背景，以此為依據(jù)將車牌圖像分割為7個單獨字符。該方法的分割原理符合車牌字符特點，系統(tǒng)計算量小，能實現(xiàn)快速字符分割。

2.3 字符識別

目前，字符識別方法很多，本系統(tǒng)采用特征提取法和模板匹配算法相結(jié)合的方法進行字符識別。我國的車牌信息由7個字符組成，其中首位字符為漢字，為各個省份簡稱，第二位為英文字符，其余5位由英文字母和數(shù)字組成，由此可以建立漢字模板庫、英文字母模板庫、英文字母和數(shù)字組合模板庫。為了提高字符識別的成功率，在進行字符識別之前，需要對分割圖像進行歸一化處理，即把原分割圖像轉(zhuǎn)換為一個與模板字符圖像大小相匹配的標(biāo)準(zhǔn)形式圖像。提取待識別字符的特征向量，依次將首位、第二位、后5位待識別字符分別與相應(yīng)模板庫中的標(biāo)準(zhǔn)字符進行對比識別，選取相似度最高、差值最小的字符作為待識別字符的識別結(jié)果。由于識別灰度圖的計算量十分龐大，因此本系統(tǒng)采用二值化圖像算法進行字符識別，識別公式為：

式中：D為差值，D越小，匹配率則越高。雖然二值化圖像只有黑白二色，字符識別效果沒有灰度化圖像理想，但是這種方法效率高，識別率準(zhǔn)確，算法簡單。模板匹配算法流程如圖2所示。

3 系統(tǒng)硬件搭建

停車場信息管理系統(tǒng)需要實時、快速地完成車牌信息的錄入、計算、顯示等功能，因此本系統(tǒng)選用主頻為144 MHz的STM32F103V8T6單片機作為主控芯片。該芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)為主控模塊。主控模塊通過車輛自動識別系統(tǒng)獲取車輛信息，通過時鐘計時模塊獲取時間信息，通過按鍵設(shè)置模塊進行功能選擇和參數(shù)設(shè)置，通過顯示模塊、警示模塊以及語音提示模塊進行相關(guān)信息輸出。

車牌自動識別系統(tǒng)的硬件部分由觸發(fā)圖像識別設(shè)備、車牌攝像設(shè)備、車牌照明設(shè)備、圖像采集設(shè)備、車牌識別設(shè)備等組成。當(dāng)紅外檢測器檢測車輛通過信號時觸發(fā)圖像識別系統(tǒng)啟動，通過攝像設(shè)備進行圖像采集，通過A/D轉(zhuǎn)換將拍攝圖像轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，輸入車牌識別設(shè)備進行圖像自動識別。

本系統(tǒng)通過無線通信方式能夠?qū)崿F(xiàn)對停車場出入信息的遠(yuǎn)程管理。無線通信方式有多種選擇，如藍(lán)牙、4G、ZigBee^［5］等，其中，藍(lán)牙方式通信距離短，只有10 m左右，4G通信方式要求場所所在區(qū)域的信號質(zhì)量較高，因此本系統(tǒng)選用短波通信方式，能夠達到10 km的通信距離，滿足大多數(shù)的場所需求。短波通信模塊選用E22-900T22S1C型號模組，通過串行通信方式與單片機系統(tǒng)連接。該模塊采用了基于ASR6505射頻芯片方案的新型調(diào)制技術(shù)，是一種LoRa無線模塊，可以通過多級模組中繼達到超遠(yuǎn)距離通信，在同一區(qū)域支持運行多個網(wǎng)絡(luò)，通信距離遠(yuǎn)，用戶能夠自行設(shè)定通信密鑰且無法被讀取，提高了數(shù)據(jù)的保密性，抗干擾能力強，能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)頻和自動連接。

時鐘計時模塊采用外部計時芯片DS1302，為主控模塊提供時間和計時功能，與單片機連接電路如圖3所示。

本系統(tǒng)的信息輸出部分包含LED燈光警示器、語音提示模塊以及LCD顯示屏幕。當(dāng)車輛駛?cè)牖蝰偝鲋付▍^(qū)域時，系統(tǒng)進行語音提示，同時在顯示屏幕上顯示相關(guān)信息。當(dāng)停車場內(nèi)無停車位時，進行LED燈光警示提醒，并在顯示屏幕顯示停車位已滿的信息，提醒車主不要駛?cè)雲(yún)^(qū)域內(nèi)。

4 結(jié)語

本文設(shè)計并描述了一種基于圖像自動識別的停車場信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以STM32F103V8T6芯片

為控制核心，由車輛自動識別模塊、計時模塊、輸入/輸出模塊、遠(yuǎn)程通信模塊等功能部件組成。本系統(tǒng)通過圖像預(yù)處理、車牌定位、字符分割及歸一化處理、字符識別等步驟實現(xiàn)了車牌信息的自動識別，實現(xiàn)了實時記錄車輛出入信息，統(tǒng)計停車場車位信息，計算車輛停留時間及繳費信息等功能，并完成與信息管理中心的遠(yuǎn)程通信。經(jīng)系統(tǒng)測試證明，本系統(tǒng)操作識別準(zhǔn)確，效率高，便于操作，性能可靠，提高了停車管理的便捷性，不僅適用于集中型的停車區(qū)域管理，也便于零散的小型停車區(qū)域的集中管理，具有一定的普適性，實現(xiàn)停車場的現(xiàn)代化信息管理。

參考文獻

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（編輯 王永超）

Design of parking lot information management system based on image automatic recognition

Yu Haijiao

（Jilin University of Architecture and Technology， Changchun 130114， China）

Abstract： With the rapid development of science and technology， vehicles are increasing rapidly. Now vehicle information statistics has become an important and urgent issue in parking lot management. In order to solve the parking problem， the paper designs a parking information management system taking the Single-chip microcomputer as the core control component. The system uses the vehicle automatic identification module to detect the entry and exit status of vehicles， and combines sensors， warning devices and displays to automatically complete the functions of vehicle information collection， input and display. At the same time， it can carry out the statistical management of vehicle billing and parking space information， and transmit the information to the information management center through remote communication. It realizes the intelligent management of parking lot information， which is convenient， reliable and efficient.

Key words： vehicle management; single-chip microcomputer; image recognition