基于边缘探测的停车位监测方法.pdf

本发明提出一种基于边缘探测的停车位监测系统。每个停车位图像的边界含有一没有被任何车辆遮挡的暴露边界。在所有探测到的边缘中，主要边缘是指在停车位图像之有效区域(ROI)中与暴露边界基本平行的边缘。如果主要边缘满足第一预设条件中的至少一种：1)主要边缘的总数目超过第一预设最低数目；2)主要边缘的总长度超过第一预设最短长度，则一个停车位处于已占状态。

1.  一种监测停车位的方法，其特征在于含有如下步骤：
拍摄数个停车位的图像，每个停车位图像的边界含有一没有被任何车辆遮挡的暴露边界；
探测每个停车位图像之有效区域内的边缘；
从探测到的边缘中选出与暴露边界基本平行的主要边缘；
监测每个停车位的停车状态：如果主要边缘满足第一预设条件，该停车位处于已占状态。

2.  根据权利要求1所述的停车位监测方法，其特征还在于：所述第一预设条件是该主要边缘的总数目大于第一最低数目。

3.  根据权利要求1所述的停车位监测方法，其特征还在于：所述第一预设条件是该主要边缘的总长度大于第一最短长度。

4.  根据权利要求1所述的停车位监测方法，其特征还在于：该主要边缘的切线角度与该暴露边界的方向角度的差别小于第一范围。

5.  根据权利要求1所述的停车位监测方法，其特征还在于：该主要边缘之最佳拟合线的方向角度与该暴露边界的方向角度的差别小于第二范围。

6.  根据权利要求1所述的停车位监测方法，其特征还在于：该主要边缘所有像素与该暴露边界之一平移线的距离小于一预设距离。

7.  根据权利要求1所述的停车位监测方法，其特征还在于：
每个停车位还含有至少一遮挡边界，该遮挡边界可能被一车辆遮挡；
从探测到的边缘中选出与遮挡边界基本平行的次要边缘；
如果次要边缘满足第二预设条件，该停车位处于未占状态。

8.  根据权利要求7所述的停车位监测方法，其特征还在于：所述第二预设条件是该次要边缘的总数目大于第二最低数目。

9.  根据权利要求7所述的停车位监测方法，其特征还在于：所述第二预设条件是该次要边缘的总长度大于第二最短长度。

10.  根据权利要求1所述的停车位监测方法，其特征还在于：车辆采用边靠边或顺序方式停车。

基于边缘探测的停车位监测方法
技术领域
本发明涉及电子领域，更确切地说，涉及对停车位的监测。
背景技术
司机们经常因为找不到停车位而感到烦恼。寻找停车位的过程浪费时间，增加燃油消耗，对环境有负面影响。为了节约能源，并提高环境质量，迫切需要开发一种停车位监测系统，它可以实时监测停车位的占用情况。在获取停车位占用数据后，司机可以迅速地在目的地附近找到停车位。
停车位执法是城市管理的一个重要组成部分。现有的停车位执法系统是通过停车执法人员对停车街道和停车场进行不间断巡逻来实现的。这种巡逻模式需要消耗大量人力物力。为了避免这种浪费，人们希望能利用上述停车位监测系统测量每个停车位中所停车辆的停车时间。
上述停车位监测和执法系统均需要能随时监测停车位的占用情况。由于它能同时监测数个停车位，摄像头很适合该任务。现有技术披露了多种基于摄像头的停车位监测系统。Bernal等的美国专利申请2013/0265423披露了一种基于背景比较法的停车位监测系统：在一停车位图像的有效区域(ROI)内，将该停车位的现时图像与其背景图像(即该停车位未占时的图像)比较。如果有很大差别，则该停车位处于已占状态。这里，一个停车位的ROI是指该停车位在监测中进行图像处理的区域。
背景比较法对摄像头的拍摄角度很敏感。当时摄像头的拍摄角度较小(摄像头被安装得离地很近)时，可能会得到错误的结果。图1A显示了这样一个例子。该停车区域包括4个停车位A1-A4。停车位A2的图像50是一个平行四边形abcd(b和c点未显示)，它被前方停放(停放在停车位A2前方的停车位A1)的车辆40a大部挡住。这时，背景比较法会错误地认为停车位A2是占用的。
背景比较法对阴影也很敏感。当停车位被阴影覆盖时，可能会产生错误的结果。图1B显示了一个例子。假设背景图像是在停车位A2没有阴影时拍摄的。在监测时，停车位A2被阴影55覆盖。这时，背景比较法会错误地认为停车位A2处于已占状态。除了拍摄角度和阴影外，背景比较法还对光线强弱和停车位的地面状态敏感：光线强度的改变(如从晴天到阴天)可能会导致错误结果；雨天、雪天或有树叶的地面都有可能导致错误结果。总体说来，背景比较法的监测效果较不稳定。
发明内容
本发明的主要目的是节约能源，并改善环境质量。
本发明的另一目的是提高一种监测效果较稳定的停车位监测系统。
本发明的另一目的是提供一种对拍摄角度、阴影、光线强弱和地面状态不敏感的停车位监测方法。
根据这些以及别的目的，本发明提出一种基于边缘探测的停车位监测方法。摄像头对一个含有数个停车位的停车区域拍摄。每个停车位图像的边界含有一暴露边界和至少一遮挡边界。其中，暴露边界没有被任何车辆遮挡，而遮挡边界可能被一停放的车辆遮挡，且暴露边界和遮挡边界不平行。一个处理器对拍摄的图像进行图像处理，并利用边缘探测法来探测每个停车位ROI内的边缘。在所有探测到的边缘中，主要边缘是指在停车位ROI内与暴露边界基本平行的边缘。一个停车位处于已占状态，如果其主要 边缘满足第一预设条件中的至少一种：1)主要边缘的总数目超过第一预设最低数目；2)主要边缘的总长度超过第一预设最短长度。在本发明中，因为主要边缘表示一个车辆的存在，它又被称为特征边缘。
另一方面，一个停车位处于未占状态，如果其次要边缘满足第二预设条件中的至少一种：1)次要边缘的总数目超过第二预设最低数目；2)次要边缘的总长度超过第二预设最短长度。这里，次要边缘是指在停车位ROI中与遮挡边界基本平行的边缘。
相对于背景比较法，边缘探测法的探测效果更加稳定，它对遮挡、阴影、光线强弱和表面状态不敏感。为了减少图像处理时的计算负担，边缘探测法只探测停放车辆的特征边缘，而非其形状。
附图说明
图1A显示一种被前方车辆遮挡的停车位；图1B显示一种被阴影覆盖的停车位。
图2A是一种采用边缘探测法监测已占停车位的流程图；图2B显示在一个已占停车位ROI内的主要边缘(边靠边停车)。
图3A是一种采用边缘探测法监测未占停车位的流程图；图3B显示在一个未占停车位ROI内的次要边缘(边靠边停车)。
图4A-图4C详细阐述术语“基本平行”的几种定义。
图5显示一种采用车尾先入停车方式之车辆的主要边缘(边靠边停车)。
图6A显示一种已占停车位ROI内的主要边缘(顺序停车)；图6B显示一种未占停车位ROI内的次要边缘(顺序停车)。一
注意到，这些附图仅是概要图，它们不按比例绘图。为了显眼和方便起见，图中的部分尺寸和结构可能做了放大或缩小。在不同实施例中，相同的符号一般表示对应或类似的结构。
具体实施方式
图2A是一种采用边缘探测法监测一车辆40b占用的停车位A2之流程图；图2B显示在该已占停车位ROI70内探测到的主要边缘80a-80d。在这个实施例中，停车位A1-A4中停放的车辆(40b等)平行停放，即边靠边停车。
在停车位监测中，摄像头拍摄停车区域(包括停车位A1、A2)的照片(步骤100)。在每个停车位(如A2)的图像50中，其边界含有一暴露边界20(ad线)和至少一遮挡边界30(cd线)。其中，暴露边界20没有被任何车辆遮挡(如图1A-图1B所示)，而遮挡边界30可能被一停放的车辆遮挡(如图1A中的车辆40a)，且暴露边界20和遮挡边界30不平行。处理器对拍摄的图像进行图像处理，并利用边缘探测法来探测停车位A2之ROI70中的边缘(步骤110)。在所有探测到的边缘中，主要边缘80a-80d是指在停车位ROI70中与暴露边界20基本平行的边缘(步骤120)，它们又被称为车辆40a的特征边缘，并分别对应于后防撞杠的下边缘、后备箱突出的边缘、后车窗的下边缘、以及后车窗的上边缘。如果主要边缘80a-80d满足第一预设条件中的至少一种(步骤130)，停车位A2处于已占状态(步骤140)：1)主要边缘的总数目超过第一预设最低数目；2)主要边缘的总长度超过第一预设最短长度。
在图2B中，停车场A2的ROI70的形状保证其前停放的车辆(如图1A中的停放在停车位A1中的车辆40a)不会影响对停车位A2的监测。在该实施例中，ROI70具有一六边形stuvwx形状，它通过将 至少部分暴露边界20先向上在向一边拉伸形成。
图3A是一种采用边缘探测法监测未占停车位A2的流程图；图3B显示在一个未占停车位ROI70内的次要边缘90a-90b。在所有被探测的边缘中，次要边缘是指在停车位ROI中与遮挡边界30基本平行的边缘90a-90b(步骤150)。它们分别对应于将停车位A2和A3分离的ab线，后方停放车辆40c车体的下边缘。如果次要边缘满足第二预设条件中的至少一种(步骤160)，停车位A2被认为是未占(步骤170)：1)次要边缘的总数目超过第二预设最低数目；2)次要边缘的总长度超过第二预设最短长度。
图4A-图4C详细阐述术语“基本平行”的几种定义。该术语在主要边缘和次要边缘中用到。在图4A中，如果曲线80任意像素的切线角度θ与直线20的方向角度β的差别在第一范围内，曲线80与直线20基本平行。在图4B中，如果曲线80之最佳拟合线80*的方向角度α与直线20的方向角度β的差别在第二范围内，曲线80也与直线20基本平行。在图4C中，如果曲线80的所有像素与直线20的一平移线80x的距离小于一预设距离，曲线80与直线20也基本平行。这里，切线角度和方向角度是直线与x轴之间的角度。很明显，“基本平行”还可以有其它定义。
图5显示一种尾部先入车辆的主要边缘。在图2B中的车辆40b*与停车区域A1-A4中的其它车辆均采用边靠边停车的方式。但是，图5中的车辆40b*并没有采用车头先入的停车方式，而是采用车尾先入的停车方式，即其车头面向暴露边界20。在ROI70中，主要边缘80e、80f对应于车辆40b*前防撞杠的下边缘和前车窗的下边缘。这些主要边缘80e、80f也是车辆40b*的特征边缘。
除了边靠边停车方式(图2B、图3B和图5)，边缘探测法也用来监测采用顺序停车方式的停车区域。所谓顺序停车，是指车和车之间沿着车身方向(头尾相连)停车。注意到，大部分街边停车采用顺序停车方式。图6A显示一个实施例。在该实施例中，车辆40x等沿着街沿10顺序停放在停车位B1、B2中。停车位B1内停有车辆40x，其边界包括暴露边界20(ef线)和遮挡边界30(eg线)。停车位B1的ROI70通过向上平移至少部分暴露边界20形成。在ROI70中，主要边缘80x、80y是车辆40x的特征边缘，它们对应于车辆40x车身的下边缘和侧车窗的下边缘。与图2B类似，如果主要边缘80x、80y满足第一预设条件中的至少一种，停车位B1处于已占状态：1)主要边缘的总数目超过第一预设最低数目；2)主要边缘的总长度超过第一预设最短长度。
图6B显示一种未占停车位B1之ROI70内的次要边缘90x。注意到，在停车位B1后方停放的车辆40y可能影响对停车位B1的监测。在ROI70内，次要边缘90x对应于后方停放车辆40y的车身下边缘。与图3B相似，如果次要边缘90x满足第二预设条件中的至少一种，停车位B1处于未占状态：1)次要边缘的总数目超过第二预设最低数目；2)次要边缘的总长度超过第二预设最短长度。
应该了解，在不远离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明的形式和细节进行改动，这并不妨碍它们应用本发明的精神。因此，除了根据附加的权利要求书的精神，本发明不应受到任何限制。