基于圖像處理的車輛目標檢測系統

鄭子秋 范榮 周擎蒼

摘 ?要：相對于傳統的車位目標識別技術，文章采用了基于圖像處理的目標檢測方法。實驗中訓練和測試的數據來自國際公開數據集PKLot，文章采用基于方向梯度直方圖（HOG）和支持向量機（SVM）對正負樣本集提取特征并生成模板，對待檢測的圖像提取出特征并與模板進行對比，最后用矩形框標識檢測的車輛目標，經多次獨立測試，可用車位的檢測準確率在94%以上，試驗過程中，測試了大約35萬張車位圖像，包含四個場景下的不同停車場圖像，驗證了設計流程的可行性。

關鍵詞：目標檢測;圖像處理;室外停車場

中圖分類號：TP391 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）19-0036-04

Abstract： Different from the traditional parking target recognition technology， this paper adopts the target detection method based on image processing. The data trained and tested in the experiment come from the international open data set PKLot. This paper uses Histogram of Oriented Gradient （HOG） and Support Vector Machine （SVM） to extract features from positive and negative sample sets and generate templates， extract features from the detected images and compare them with templates， and finally uses rectangular boxes to identify the detected vehicle targets. After many independent tests， the detection accuracy of available parking spaces is more than 94%. About 350，000 parking images are tested， including different parking images in four scenes to verify the feasibility of the design process.

Keywords： target detection; image processing; outdoor parking lot

引言

近年來我國汽車數量飛速增長，停車難問題日益突出，為了解決日益凸顯的交通問題，結合電子傳感、計算機科學等技術，建立了智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS），車位識別系統是智能交通系統的一個重要組成部分。傳統采用地感線圈、紅外線、超聲波[1]等方式進行智能車位識別，優劣勢如表1所示。

基于圖像處理的車位檢測方法具有信息量大、硬件成本低而且無須開挖路面等優點。相比于傳統的傳感器監控方法，采用基于圖像處理的方法只需要少量攝像頭就可同時監控多個車位，大大節省了停車場管理成本，后期也可以在地圖APP中加入可用車位的顯示模塊，引導車主停車，提高車主的停車效率，對于推進相關的研究以及提高交通信息化水平有十分重要的意義。

1 目標狀態檢測系統結構設計

本文以實際應用場景中的停車場圖像為主要研究對象，研究室外環境下車位狀態識別算法，進而對室外停車場可用車位進行檢測。基于圖像處理的目標識別基本流程為：圖像數據獲取、圖像預處理、特征提取變換、分類器選擇以及分類決策[2]。

1.1 數據獲取

PKLot數據集是計算機視覺、模式識別和智能交通領域公開測試的基準數據之一，發布于2015年，圖像拍攝的天氣環境包括陰天、陰雨以及晴天等[3]。該數據集一個由PUCPR行政大樓前的圖片組成，一個由UFPR組成，由于拍攝角度不同，UFPR又分為UFPR04和UFPR05兩個數據子集，該數據集被作為可用空車位檢測的基準數據集之一。[4]本實驗采用了PKLot數據集對車位狀態識別算法進行試驗驗證。

1.2 圖像預處理

圖像預處理用于剔除圖像中的無用信息，盡可能簡化圖像并突出重要信息，圖像成像受諸多因素干擾，圖像在傳輸或量化中均有可能產生噪聲，這些噪聲可能會造成重要信息的失真，導致目標的屬性發生變化，所以需要預處理對圖像進行優化。圖像預處理一般有灰度化、濾波，增強、二值化等操作流程[5]。圖像預處理后提高了圖像質量，為特征提取提供必要的基礎。

1.3 特征提取

特征提取是指觀測圖像中目標物體的信息，選擇恰當的特征描述算子提取這些信息的過程，為避免提取到的特征位數太大，需要進行特征變換。HOG即方向梯度直方圖法，是一種特征值檢測的方式，它主要是利用了圖片中特征點的梯度信息作為特征值，可以用來做目標檢測。本實驗中采用了HOG特征提取的方法，對圖像的邊緣特征和局部特性進行檢測，將圖像劃分為大小統一的小區域cell，利用多個cell組成的塊block對梯度向量進行歸一化處理[6]，使結果擁有更好的魯棒性。

HOG特征提取的實現步驟為：輸入圖像->圖像標準化->計算梯度->計算cell中每個像素幅值和方向->計算重疊的每個block內的HOG描述子->串聯所有block區域的HOG描述子->得到圖像HOG特征。