基于图像自动识别的停车场信息管理系统设计

于海娇

摘要：随着科学技术的飞速发展，车辆迅速增加，车辆信息统计管理问题已经成为当前停车场管理的一项重要而紧迫的任务。文章设计了一款停车场信息管理系统，系统以单片机作为核心控制部件，利用车辆自动识别模块检测车辆的进入和驶出状态，结合传感器、警示器、显示器等自动完成车辆的信息采集、录入和显示功能，同时可以进行车辆计费统计管理以及停车场车位信息统计管理，并通过远程通信将信息传送到信息管理中心。该系统实现了停车场信息的智能化管理，契合现实社会需求，具有便捷性、可靠性和高效性。

关键词：车辆管理；单片机；图像识别

中图分类号：TP311

文献标志码：A

0 引言

随着现代科学信息技术的飞速进步以及我国居民生活条件的改善，汽车总量规模不断扩大，停车位的需求量也与日俱增，停车场车位不足的问题越来越突出。停车场智能化管理具有较强的必要性与现实意义^［1］。传统的停车场需要人工管理，效率低，安全性差。采用图像识别技术能够实现停车自动化、智能化管理^［2］，既可以节省资源，也可以提高管理效率^［3］。本文设计的停车场信息管理系统基于图像自动识别技术，能够自动识别驶入和驶出区域车辆的车牌信息，并连同车辆出入时间一同录入系统，可以满足计时、引导、计费（如有必要）等功能需求。本系统能够提高停车管理的便捷性、可靠性，提高车辆管理效率，节约了人力和时间，为大众提供了一个舒适的停车环境，实现停车场信息管理的智能化。

1 停车场信息管理系统结构设计

本文设计的停车场信息管理系统具有车牌信息识别及车辆统计功能。当车辆驶入或驶出停车场时能自动记录车牌信息及车辆出入时间，根据时间记录信息计算停车总时长以及停车费用。该系统能够对停车场内的车辆数目进行统计，显示当前停车场内停车位剩余数目，当停车场内无停车位时进行声音及灯光警示。该系统能够实现对指定区域内车辆信息的统计管理。

单片机使用灵活，控制功能强，可靠性高，抗干扰能力强，因此本系统采用STM32F103V8T6单片机作为整个系统的核心控制芯片，系统的设计结构如图1所示。

2 车牌自动识别方案设计

车牌自动识别方案是由拍摄车辆图像、图像预处理、车牌定位、字符分割、字符识别5个部分组成。车牌自动识别系统具有操作自动化、车牌识别准确、识别效率高、信息便于储存等优点，在现代化交通快速发展的今天，有着举足轻重的作用^［4］。

2.1 预处理

车牌自动识别系统首先需要对获取的车辆图像进行预处理。在实际生活中，由于四季变换、昼夜转换、光照不均匀性、车辆自身的移动等因素，传感器所获取的图像往往会充斥着各种各样的噪声，图像质量难以保障，为确保车牌自动识别系统能够正常运行，首先需要对拍摄的车辆图像进行有针对性的预处理，以达到过滤噪声干扰、几何色彩校正等目的。预处理分为几个步骤，首先是图像灰度化处理，灰度转化公式为：

N=0.229R+0.588G+0.144B（1）

式中：N表示亮度值，R、G和B分别代表彩色图像红色分量值、绿色分量值和蓝色分量值。利用先腐蚀再膨胀的开运算方法进行图像增强，腐蚀运算和膨胀运算公式分别为公式（2）和公式（3）：

采用Roberts算子对图像进行边缘检测，再利用图像的二值化处理提高计算机处理图像的速率。通过直方图方法得到二值化阈值，二值化公式为：

2.2 车牌定位与字符分割

数学形态学定位算法能在较大程度上抑制外界因素的干扰，去除图像中的噪声，并且能够保留原始图像的大部分的信息，从而实现快速的车牌定位，因此本系统采用数学形态学定位算法对预处理后的图像进行车牌定位。

车牌定位之后进行字符分割。由于车牌中的字符通常字体较大，并且字符与字符之间有一定间距，因此可以采用垂直投影法来对车牌进行字符分割。垂直投影法是通过统计字符图像垂直方向（即列向）的白色像素点的个数确定分割边界，白色像素点数量值低的区域即为黑色背景，以此为依据将车牌图像分割为7个单独字符。该方法的分割原理符合车牌字符特点，系统计算量小，能实现快速字符分割。

2.3 字符识别

目前，字符识别方法很多，本系统采用特征提取法和模板匹配算法相结合的方法进行字符识别。我国的车牌信息由7个字符组成，其中首位字符为汉字，为各个省份简称，第二位为英文字符，其余5位由英文字母和数字组成，由此可以建立汉字模板库、英文字母模板库、英文字母和数字组合模板库。为了提高字符识别的成功率，在进行字符识别之前，需要对分割图像进行归一化处理，即把原分割图像转换为一个与模板字符图像大小相匹配的标准形式图像。提取待识别字符的特征向量，依次将首位、第二位、后5位待识别字符分别与相应模板库中的标准字符进行对比识别，选取相似度最高、差值最小的字符作为待识别字符的识别结果。由于识别灰度图的计算量十分庞大，因此本系统采用二值化图像算法进行字符识别，识别公式为：

式中：D为差值，D越小，匹配率则越高。虽然二值化图像只有黑白二色，字符识别效果没有灰度化图像理想，但是这种方法效率高，识别率准确，算法简单。模板匹配算法流程如图2所示。

3 系统硬件搭建

停車场信息管理系统需要实时、快速地完成车牌信息的录入、计算、显示等功能，因此本系统选用主频为144 MHz的STM32F103V8T6单片机作为主控芯片。该芯片构成的最小系统为主控模块。主控模块通过车辆自动识别系统获取车辆信息，通过时钟计时模块获取时间信息，通过按键设置模块进行功能选择和参数设置，通过显示模块、警示模块以及语音提示模块进行相关信息输出。

车牌自动识别系统的硬件部分由触发图像识别设备、车牌摄像设备、车牌照明设备、图像采集设备、车牌识别设备等组成。当红外检测器检测车辆通过信号时触发图像识别系统启动，通过摄像设备进行图像采集，通过A/D转换将拍摄图像转换变成数字信号，输入车牌识别设备进行图像自动识别。

本系统通过无线通信方式能够实现对停车场出入信息的远程管理。无线通信方式有多种选择，如蓝牙、4G、ZigBee^［5］等，其中，蓝牙方式通信距離短，只有10 m左右，4G通信方式要求场所所在区域的信号质量较高，因此本系统选用短波通信方式，能够达到10 km的通信距离，满足大多数的场所需求。短波通信模块选用E22-900T22S1C型号模组，通过串行通信方式与单片机系统连接。该模块采用了基于ASR6505射频芯片方案的新型调制技术，是一种LoRa无线模块，可以通过多级模组中继达到超远距离通信，在同一区域支持运行多个网络，通信距离远，用户能够自行设定通信密钥且无法被读取，提高了数据的保密性，抗干扰能力强，能够实现自动调频和自动连接。

时钟计时模块采用外部计时芯片DS1302，为主控模块提供时间和计时功能，与单片机连接电路如图3所示。

本系统的信息输出部分包含LED灯光警示器、语音提示模块以及LCD显示屏幕。当车辆驶入或驶出指定区域时，系统进行语音提示，同时在显示屏幕上显示相关信息。当停车场内无停车位时，进行LED灯光警示提醒，并在显示屏幕显示停车位已满的信息，提醒车主不要驶入区域内。

4 结语

本文设计并描述了一种基于图像自动识别的停车场信息管理系统，该系统以STM32F103V8T6芯片

为控制核心，由车辆自动识别模块、计时模块、输入/输出模块、远程通信模块等功能部件组成。本系统通过图像预处理、车牌定位、字符分割及归一化处理、字符识别等步骤实现了车牌信息的自动识别，实现了实时记录车辆出入信息，统计停车场车位信息，计算车辆停留时间及缴费信息等功能，并完成与信息管理中心的远程通信。经系统测试证明，本系统操作识别准确，效率高，便于操作，性能可靠，提高了停车管理的便捷性，不仅适用于集中型的停车区域管理，也便于零散的小型停车区域的集中管理，具有一定的普适性，实现停车场的现代化信息管理。

参考文献

［1］王梓涵，张宏伟.基于物联网停车场车位管理系统的设计和实现［J］.甘肃科技纵横，2020（1）：78-80，39.

［2］冯建，李嘉明，廖明华，等.基于图像识别技术的车位管理系统研究与设计［J］.电脑知识与技术，2021（24）：116-119.

［3］徐博，王冠.基于单片机的车位管理系统设计［J］.无线互联科技，2022（8）：53-54.

［4］钟彩，彭春富，傅波，等.一种车牌字符定位分割算法研究［J］.无线互联科技，2022（18）：132-134，146.

［5］李晓宇，孟令军，王佳军，等.基于ZigBee的立体停车场车位管理系统设计［J］.计算机与数字工程，2022（7）：1624-1629.

（编辑 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