STAWOWY Marek 1 Wzyjny system nadzoru zajętośc parkngu Słowa kluczowe: nadzór wdeo, kontrola zajętośc mejsc parkngowych. Streszczene W pracy zaproponowano metodę detekcj zajętośc mejsc parkngowych wykorzystującą alternatywną, do obecne stosowanych, detekcję obrazów. Wszystke przedstawone metody operają sę o obrazy uzyskwane z kamer wdeo. VISIONAL SURVEILLANCE SYSTEM OF OCCUPANCY OF PARKING SPACES Abstract The paper proposes a method for detectng occupancy of parkng spaces usng an alternatve to currently used, detecton of mages. All the methods are based on mages obtaned from vdeo cameras. 1. WPROWADZENIE Kamery rejestrujące obrazy w sposób cągły są dość powszechne. Nawet newelkej jakośc obrazy mogą posłuŝyć do cągłego nadzoru stref parkngowych. Co za tym dze koszty ponesone na zakup detektora mogą być znkome. Systemy wzyjne mogą dostarczać welu nformacj. Ne tylko o zajętośc mejsc parkngowych. W celu otrzymana takch nformacj naleŝy zastosować odpowedną analzę obrazu. W pracy tej przedstawono metodę detekcj zajętośc mejsc parkngowych. W metodze tej wykorzystywane są mask ruchu 2 jako elementy umoŝlwające analzę ponewaŝ maska ruchy dostarcza welu nformacj dotyczących poruszającego sę obektu takch jak zmana połoŝena, prędkość, przyśpeszene a takŝe przenesene obektu poza obraz sceny. Informacje te mogą posłuŝyć do badana nnych parametrów ruchu parkujących pojazdów. 2. TRADYCYJNE SYSTEMY KONTROLI ZAJĘTOŚCI MIEJSC PARKINGOWYCH Do detekcj zajętośc mejsc zazwyczaj stosuje sę detektory ne wzyjne. Na rys. 1 2 przestawono zasadę dzałane takch czujnków ch lokalzację. Rys. 1. Kontrola zajętośc stanowsk parkngowych 1 Poltechnka Warszawska, Wydzał Transportu; 00-662 Warszawa; ul. Koszykowa 75. e-mal:mst@t.pw.edu.pl 2 Maska ruchu jest to róŝnca wyznaczona w poszczególnych punktach obrazu dla dwóch róŝnych obrazów tej samej sceny. Maska ruchu zdefnowana została w M. Stawowy Komputerowa analza obrazów w zastosowanu do pomarów parametrów ruchu pojazdów. Rozprawa Doktorska Wydzał Transportu PW Warszawa 2001. 2093
Czujnk te wykorzystują pętlę ndukcyjną oraz zjawsko odbca promena śwetlnego IR (ang. Infra Red) od pojazdu znajdującego sę nad czujnkem. Zastosowane tej metody skutkuje 98 % pozomem wykrywana, co według producenta jest pozomem wystarczającym. [5] Rys. 2. Zasada dzałana czujnka optyczno-magnetycznego Zasadnczym wadam tego rozwązane, w stosunku do metod wzyjnych, są potrzeba montaŝu na mejscu parkngowym oraz koszt ponesony na wele takch detektorów. Metoda wzyjna ne ma tych wad. 3. WIZYJNY SYSTEMY KONTROLI ZAJĘTOŚCI MIEJSC PARKINGOWYCH NajwaŜnejszym problemem w metodze wzyjnej jest elmnacja nepotrzebnych nformacj jake pojawają sę w obraze w czase obserwacj parkngu. Te nepotrzebne nformacje powodują zakłócena masek ruchu pojazdów zajmujących mejsca parkngowe. MoŜna je wyelmnować uŝywając róŝnych metod jednak sama analza masek ruchu umoŝlwa częścową lub całkowtą elmnację problemu tych nechcanych danych. Gdy juŝ w masce ruchu ne ma zakłóceń moŝna za pomocą jej analzy wykryć zmanę stanu zajętośc mejsca parkngowego. Co opsano w podrozdzale 3.2. 3.1 Optymalzacja progów detekcj ruchu wyznaczane mask ruchu Elmnację ww. zakłóceń masek ruch pojazdów moŝna przeprowadzć ustawając specjalne prog wylczana masek ruchu (prog detekcj ruchu). Najprostszym rozwązanem będze metoda doboru progów opsana w artykule [1]. Rozwązane to opera sę na algorytmcznym doborze parametrów detekcj ruchu. Czyl wylczana masek ruchu wykorzystując prog detekcj. Algorytmczna metoda optymalzacj progów wyznaczana mask ruchu Informacje o zmanach jasnośc obrazu są zawarte w samym obraze takŝe w porosty sposób, analzując poszczególne punkty obrazu, moŝna wyznaczyć zaleŝność lczby róŝnych punktów w kolejnych obrazach od progu detekcj. ZaleŜność opsana jako C (L ) przedstawona została na rys 3. Gdze: a. C jest to lczba róŝnych pksel w obraze w dwóch kolejnych chwlach czasowych przy zastosowanu progu P L = L. b. L jest to wartość progu P L dla wszystkch punktów obrazu. Czyl w rezultace C (L ) = Pc(P L ). Na rysunku tym wdać takŝe jak wyglądają zbnaryzowane mask ruchu dla wybranych, trzech progów P L. Jak wynka z badań w [1] optymalny stosunek zaleŝnośc progu lczby róŝnących sę punktów w obraze P C do progu róŝnc jasnośc tych punktów P L umeszczony jest na przegęcu przebegu zaleŝnośc C (L ). Czyl współczynnk k CL moŝna opsać wzorem 3 : C' k CL = = 1 (1) L ' W rzeczywstośc ten współczynnk pownen być najblŝszy jedynce z tego względu, Ŝe teracja jest wykonywana na wartośc L a Ŝe jest ona dyskretna to L = 1. Przy takej wartośc k CL wpływ zakłóceń na nformację nesoną przez maskę ruchu jest najmnejszy a jednocześne utrata nformacj z samej mask ruchu jest najmnejsza. Taka sytuacja została przedstawona na rys 3b). PowyŜej ustalona zaleŝność umoŝlw wyznaczene progu P L. [1,3] 3 Współczynnk k CL jest nczym nnym jak współczynnkem kerunkowej prostej prostopadłej do stycznej w danym punkce przebegu zaleŝnośc C (L ). 2094
C' [%] 100% 90% 80% Punkt A, przegęca przebegu zaleŝnośc 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 112 120 128 136 144 152 160 168 176 184 192 200 208 216 224 232 240 248 L' [-] a) b) c) Rys. 3. ZaleŜność progu lczby róŝnących sę punktów w obraze PC w funkcj progu róŝnc jasnośc w obraze PL (P La = 5, P Lb = 10, P Lc = 20). Na rys. 4 przedstawony został algorytm wyznaczana obu progów optymalnego P L maksymalnego P C. W algorytme (rys.4) uŝyty został ndeks kolejnej mask ruchu. TakŜe końcowy warunek na znalezene stosunku C' jest 1 L' następujący: C' L' = 0 Algorytm na rys. 4 wykonywany jest od wartośc L = 255 do L = 0. Optymalną wartość progu P L jest gdy C' jest L' najblŝsze zera. Wtedy P L = L. Gdy juŝ znany jest próg P L moŝna oszacować wartość progu P C. Próg P C ne mus meć wartośc równej C. MoŜe meć mnejszą co umoŝlw tolerancję błędu jak moŝe sę pojawć poprzez zmanę jasnośc obserwowanej sceny w kolejnych sekwencjach przechwytywanego obrazu. Jednak wartość progu P C pownna być blska wartośc C (np.: około 0,95 C ) ponewaŝ w ten sposób w systeme będze najmnej fałszywych detekcj ruchu. Wykorzystując zaleŝność przedstawaną na wykrese rys. 3 moŝna z łatwoścą dodać prostą metodę detekcj drgań kamery czy gwałtownych zman jasnośc obrazu. OtóŜ take zdarzena moŝna wykryć gdy C = 100% dla L = {0 255} 4. Jest to sytuacja gdy kaŝdy punkt obrazu tej samej sceny jest róŝny od punktu w poprzednej chwl czasowej dla jednej wartośc L z przedzału {0 255}. (2) 4 Przedzał {0 255} wynka z tego, Ŝe do analzy były brane obrazy o 256 progach szarośc. 2095
:=255 L TAK NIE L =0 Wyznaczene różnych punktów w obraze C dla P L = L L = L NIE C L > C L TAK Ne można ustalć optymalnego progu P maksymalnego P Został wybrany optymalny próg P L = L -1 maksymalny P C = C -1 Rys. 4. Algorytm wyznaczana progu róŝnc jasnośc w obraze PL maksymalnego PC Detekcj ruchu jako zdarzene zmany stanu zajętośc mejsca parkngowego Do wykrywana zmany stanu zajętośc mejsca parkngowego moŝna uŝyć detekcj ruchu oraz jego kerunku. W tym celu moŝna wykonać operację wyznaczana mask ruchu jej środka cęŝkośc opsanego algorytmem na rys. 5. Przyjmuje sę, Ŝe znane są: szerokość w obrazu (w pkselach), wysokość h obrazu (w pkselach), macerz jasnośc I t obrazu w chwl t, macerz jasnośc I t-1 obrazu w chwl t 1 stałe P L (próg dozwolonej wartośc róŝncy w pkselach) oraz P C (próg powerzchn mask ruchu). Oba parametry P L P C zostały wyznaczone przy uŝycu metody opsanej w poprzednm podrozdzale. Algorytm dzała cyklczne tak długo aŝ wykryje ruch. JeŜel ne wykryty został ruch na dwóch kolejnych klatkach to zostaje pobrany następny obraz znów oblczona jest maska ruchu dla nowej pary obrazów. Po zakończenu algorytmu otrzymujemy: 1. wartość lcznk, zawerającą lczbę pksel róŝnących sę w obu obrazach o węcej nŝ wynos stała P L ; 2. x s y s zawerające współrzędne środka geometrycznego mask ruchu. 2096
( I (, j, t + l) I(, j, t) ) > PL Rys. 5. Algorytm wyznaczana róŝnc obrazów, z defnowanem zakresu tych róŝnc. 3.2 Detekcja zajętośc mejsca parkngowego Po otrzymanu współrzędnych środka mask ruchu pojazdu wystarczy tylko śledzć zmanę jego połoŝena na tej podstawe wykryć czy pojazd wjeŝdŝa na mejsce parkngowe czy je opuszcza wyznaczając wektor przesunęca mask ruchu w sposób zaznaczony na rys. 6. 2097
Rys. 6. Ilustracja przedstawa wektory przesunęca mask ruchu na podstawe początku, końca środka geometrycznego. W naszym przypadku, jeśl kamera jest ustawona wzdłuŝ mejsca parkngowego, wystarczy śledzene zmany połoŝena mask ruchu wzdłuŝ jednej os. Tej równoległej do mejsca parkngowego. Na tej podstaw moŝemy opsać dwa zdarzena: 1. x st-1 -x st > 0 to pojazd wjeŝdŝa na mejsce parkngowe. 2. x st-1 -x st < 0 to pojazd opuszcza mejsce parkngowe. Indeksy t t-1 oznaczają kolejne mask ruchu obektu. W tym mejscu naleŝy zdefnować takŝe jak duŝy ruch będze uznawany za wjazd opuszczane mejsca parkngowego a ne tylko manewry na tym mejscu. 4. PODSUMOWANIE W opracowanu przedstawono zagadnene wzyjnego wykrywana zajętośc mejsc na parkngu. Ogranczono sę do detekcj wjazdu opuszczena prze pojazd z mejsca parkngowego. Jednak uwzględnono moŝlwość szacowana nnych parametrów ruchu poruszających sę obektów po parkngu. Zadane detekcj zajętośc mejsc parkngowych zostało poprzedzone analzą propozycją metody elmnacj zakłóceń jake pojawają sę na wylczanych maskach ruchu. Następne przedstawono metodę dzęk, której wylczono maskę ruchu maskę ruchu obektu. Na konec przedstawony został sposób wyznaczana dwóch zdarzeń, gdy pojazd wjeŝdŝa na mejsce parkngowe gdy je opuszcza. Metoda ta choć jest mnej precyzyjna od opsanej na początku tego artykułu konwencjonalnej metod to jednak jest duŝo tańsza. Jedna kamera moŝe obsługwać wele mejsc parkngowych. Drugą zaletą przedstawonej tu metody wzyjnej jest moŝlwość szacowana nnych parametrów ruchu pojazdów na parkngu np.: prędkość czy przyśpeszene. Następnym krokem będze mplementacja przedstawonej tu metody oraz sprawdzene w rzeczywstych warunkach. 5. BIBLIOGRAFIA [1] M. Stawowy. Automatc parameters selecton of vsonal moton detekcj of vehcles n telematc systems of motorways. Transport Systems Telematcs. 2007 October 27-19, 2007 Katowce-Ustroń, Poland. [2] Duque D. Santos H. and Cortez P. An Intellgent and Automated Vdeo Survellance System, ICIAR 2006, pp. 898 909. [3] Stawowy M.: Komputerowa analza obrazów w zastosowanu do pomarów parametrów ruchu pojazdów. Rozprawa Doktorska, Wydzał Transportu PW. Warszawa 2001. [4] Stawowy M.: Zastosowane analzy obrazu do rozwązywana zagadneń transportowych. Raport Prace IPI PAN, nr 862, Warszawa. [5] Szmgel P.: Systemy radowe w zarządzanu parkngem. Praca InŜynerka Wydzał Transportu Poltechnka Warszawska 2011. [6] Zheng, Wang, Nhan, and Hallenbeck. Extractng Roadway Background Image: a Mode-Based Approach. TRB 2006 Annual Meetng. 2098