一種基于機(jī)器視覺低成本地下車庫尋車與智能導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計

（湖南信息學(xué)院 電子信息學(xué)院，湖南 長沙 410151）

0 引 言

近年來，隨著大規(guī)模商業(yè)購物中心和寫字樓的興建，地下車庫的規(guī)模越來越大，雖然很方便地解決了人們的停車問題，但帶來的影響是尋找自己車所在位置越來越困難。由于停車場樓層多，空間大，方向不易辨別，場景和標(biāo)志物類似，如何快速、準(zhǔn)確的找到自己的車，是一件令人頭痛的事情。因此需要加強對智能停車場進(jìn)行深入研究，解決地下停車場內(nèi)車輛的導(dǎo)航與定位問題。汽車行駛在地面時，導(dǎo)航系統(tǒng)是利用衛(wèi)星GPS定位進(jìn)行導(dǎo)航。但是在地下停車場，由于衛(wèi)星信號接收受到嚴(yán)重干擾，基本接受不到GPS信號，所以GPS定位和導(dǎo)航基本無法應(yīng)用。因此在地下停車場的定位和導(dǎo)航，就需要在地下停車場內(nèi)建立一個適合室內(nèi)環(huán)境應(yīng)用的定位系統(tǒng)。

近年來，隨著各種定位技術(shù)和定位算法的研究的進(jìn)步，室內(nèi)定位技術(shù)的研究取得了很大發(fā)展。射頻識別技術(shù)（RFID）具有非接觸、非視距、成本低且定位精度高的優(yōu)點，目前已成為各種室內(nèi)定位技術(shù)的首選。但射頻定位系統(tǒng)部署比較復(fù)雜，大型停車場需要多點部署，而且地下停車場空間環(huán)境復(fù)雜，容易受到各種干擾而影響定位精度。

針對上述問題，本文設(shè)計了一種機(jī)器視覺結(jié)合視覺定位技術(shù)的地下停車場智能定位與尋車系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，該方法能幫助用戶查找到自己車的位置信息，還能結(jié)合導(dǎo)航地圖幫助用戶快速找到愛車。

1 地下停車場主流定位技術(shù)分析

1.1 無線定位技術(shù)

目前主流地下車庫停車系統(tǒng)采用的定位技術(shù)多為無線定位技術(shù)，典型的有RFID室內(nèi)定位技術(shù)[1]、藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)[2]、WiFi室內(nèi)定位技術(shù)[3]。這些射頻室內(nèi)定位技術(shù)多采用TOA、TDOA、AOA、RSSI等距離相關(guān)測距技術(shù)[4]，需要布置大量的室內(nèi)基站，成本高，而且地下停車場環(huán)境帶來非視距問題，給室內(nèi)定位系統(tǒng)的布放和使用帶來極大的不便利性。同時，射頻技術(shù)定位需要用戶或車輛支持相關(guān)的無線通信技術(shù)，因此多用于工業(yè)園區(qū)使用，很難推廣到一般的商場寫字樓地下停車系統(tǒng)。

1.2 機(jī)器視覺技術(shù)

機(jī)器視覺目前應(yīng)用較廣，在工業(yè)機(jī)器人[5]、工業(yè)控制[6]以及農(nóng)產(chǎn)品深度加工[7]等領(lǐng)域都有較多應(yīng)用案例。在停車系統(tǒng)中，比較典型的應(yīng)用是用于進(jìn)出車庫識別車牌號碼，以及基于車牌號碼的停車計費管理系統(tǒng)[8]。通過圖像識別技術(shù)，識別車輛的車牌號碼，作為計費依據(jù)。

這種方式通常用于車庫的進(jìn)出口管理與控制，雖然有些高端商場推廣到自動找位系統(tǒng)，如找位機(jī)，但需要在每一個車位前裝一個攝像頭，提取車牌信息，成本較高，對絕大多數(shù)商場和辦公樓地下停車系統(tǒng)并不適用。

2 基于機(jī)器視覺和定位技術(shù)的智能尋車系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計的一種機(jī)器視覺裝置的一種低成本自動尋車和導(dǎo)航系統(tǒng)，其基本原理是通過2D-3D點匹配的基于數(shù)據(jù)庫的視覺定位算法[9]，對于拍攝的2D圖像進(jìn)行特征提取，然后與重建的3D場景進(jìn)行特征匹配，在包含3D描述符的空間場景的數(shù)據(jù)庫中尋找匹配。

具體工作流程是：首先用戶停好車后，用自己的手機(jī)打開商場APP，拍下標(biāo)志信息，如停車車位的號碼或者周邊立柱顯示的信息（需要在立柱等地方設(shè)定一些定位標(biāo)識）；然后將圖片上傳到商場APP，APP軟件通過中值濾波法對圖像進(jìn)行降噪處理，消除拍照環(huán)境帶來的隨機(jī)噪聲影響；再通過基于云點數(shù)據(jù)處理算法[10]，以及貝葉斯判別分析法將像素分為4～5個類別，采用機(jī)器學(xué)習(xí)，通過BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算，實現(xiàn)機(jī)器視覺系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和圖像目標(biāo)識別，完成定位終端的深度學(xué)習(xí)，從預(yù)處理的圖像中識別出停車位號或其他定位標(biāo)識，再結(jié)合地圖導(dǎo)航軟件，發(fā)送給用戶位置和導(dǎo)航信息。

基于機(jī)器視覺的低成本智能尋車與導(dǎo)航系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于機(jī)器視覺的低成本智能尋車與導(dǎo)航系統(tǒng)架構(gòu)

3 結(jié) 語

隨著大數(shù)據(jù)，人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺在各領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛，室內(nèi)定位技術(shù)必然會轉(zhuǎn)向以機(jī)器視覺為核心構(gòu)建新的智能控制系統(tǒng)。本文提出了一種基于機(jī)器視覺的低成本地下停車場智能尋車系統(tǒng)架構(gòu)。這套系統(tǒng)以機(jī)器視覺技術(shù)及視覺定位技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用各種定位標(biāo)識，從而低成本的分辨出停車車位的位置信息，結(jié)合導(dǎo)航軟件可以快速幫助用戶找到自己的停車位置，提升停車效率，增加客戶滿意度。