Đặt vấn đề Trong các thành phố lớn, người lái xe luôn phải đối mặt với khó khăn trong việc lựa chọn bãi đỗ xe và tìm kiếm chỗ đỗ xe trong khu vực đỗ xe lớn. Một số phương pháp đã được đề xuất nhằm hỗ trợ việc quản lý bãi đỗ xe như sử dụng rào chắn kết hợp với cảm biến hồng ngoại, cảm biến mặt đất, camera nhiệt… Phương pháp sử dụng rào chắn kết hợp với cảm biến hồng ngoại có ưu điểm là dễ triển khai, lắp đặt nhưng lại không linh động trong một số khu vực và khi có các yếu tố bên ngoài tác động, ví dụ như: xe ô tô đi vào nhưng không đỗ lại (xe giao hàng, xe đưa thư,…), xe đi vào là xe máy xe đạp,… Phương pháp sử dụng cảm biến mặt đất có ưu điểm là đơn giản, dễ triển khai nhưng nhược điểm là tốn kém vì mỗi một vị trí cần đặt một cảm biến, không phù hợp với điều kiện thời tiết ngoài trời,… Hình 1. 1: Một số phương pháp quản lý bãi đỗ xe ngoài trời. (a) sử dụng cảm biến hồng ngoại kết hợp với rào chắn [1], (b) sử dụng cảm biến [2] Phương pháp sử dụng camera nhiệt có ưu điểm đơn giản, dễ triển khai, có thể thông báo được trạng thái vị trí đỗ xe.
Tuy nhiên, nhược điểm chỉ có thể phát hiện khi các phương tiện duy trì nhiệt nếu không hệ thống sẽ phải hỗ trợ bởi các thiết bị khác, có thể nhận diện nhầm với các xe đang di chuyển qua bãi đỗ xe, hơn nữa chi phí của một chiếc camera nhiệt khá cao… [3] 3 download by : skknchat@gmail. 2: Phương pháp sử dụng camera nhiệt Hiện nay, các bãi đỗ xe thường được trang bị CCTV camera với mục đích giám sát đồng thời sử dụng cho các hệ thống phát hiện tự động. Thấy được điều này, phòng thí nghiệm IC Design đã có ý tưởng sử dụng CCTV camera để xác định chỗ đỗ xe. Với điều kiện trang thiết bị có sẵn và khả năng quan sát rộng nên hệ thống phân loại trạng thái chỗ đỗ xe bằng camera là giải pháp khả thi để giám sát bãi đỗ và giảm thời gian tìm kiếm vị trí đỗ xe trống cho người sử dụng, đặc biệt là với những bãi đỗ xe lớn.
Ưu điểm của phương pháp này là ta có thể giám sát được vài chục vị trí đỗ chỉ với một camera, và việc thi công đơn giản không ảnh hưởng nhiều đến môi trường. Về hoạt động của hệ thống giám sát: Camera chụp hình ảnh toàn cảnh bãi đỗ xe, một bộ xử lý phải xử lý hình ảnh đó để đưa ra số vị trí còn trống và trống tại những vị trí nào. Các vị trí trống luôn được cập nhật liên tục và được hiển thị trên màn hình đặt tại các vị trí chiến lược trong khu vực đỗ xe nhằm hỗ trợ cho người dùng. 4 download by : skknchat@gmail.
3: Sử dụng camera để giám sát, quản lý bãi đỗ xe [4] Nội dung nghiên cứu trong luận văn này tập trung vào giải quyết, phát triển phương pháp xác định các vị trí ô đỗ xe. Hệ thống sử dụng hình ảnh mà camera chụp từ bãi đỗ xe, sử dụng phần mềm chọn cắt thành các ảnh nhỏ chụp từng vị trí đỗ, ghi lại tọa độ vị trí của các chỗ đỗ xe. Từ đó, các hình ảnh cập nhật trạng thái về sau của bãi đỗ xe sẽ được đưa vào phần mềm tự động cắt ảnh các chỗ đỗ xe dựa theo thông tin các vị trí đã có sẵn. Đây chính là những ảnh được ra khối công việc tiếp theo của hệ thống - sử dụng CNN để phân loại mỗi ảnh nhỏ thuộc trạng thái “bận” (busy – có xe tại vị trí đỗ) hoặc “trống” (free – không có xe tại vị trí đỗ).
Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn. Mục tiêu của luận văn: - Thực hiện đánh dấu các điểm mốc trên hiện trường, sử dụng các hình ảnh được chụp từ camera, viết chương trình tính toán xác định tọa độ các vị trí đỗ xe ô tô sử dụng các điểm mốc đã đánh dấu. - Sử dụng phần mềm xử lý ảnh OpenCV để cắt ra thành các ảnh nhỏ của từng vị trí ô đỗ xe, tạo thành bộ dữ liệu ảnh và gửi đến khối công việc tiếp theo để phân loại trạng thái vị trí đỗ là “busy” hay là “free”. Nhiệm vụ của luận văn để đạt được mục tiêu trên là: 5 download by : skknchat@gmail.com - Tìm hiểu về ngôn ngữ lâp trình python.
Tìm hiểu các lệnh, hàm xử lý cơ bản của OpenCV – thư viện hỗ trợ cho việc xử lý ảnh, và hiểu về các thuật toán xử lý ảnh cơ bản. - Xây dựng chương trình cho phép chọn và tính toán các điểm mốc và vị tí đỗ xe trong ảnh chụp khu vực bãi đỗ xe. - Xây dựng chương trình cho phép cắt ảnh tự động từ các mốc trong ảnh và các vị trí đỗ xe đã có. Kết luận chương Trong phần này, chúng ta đã đi khảo sát các phương pháp quản lý bãi đỗ xe nhằm chọn ra một phương pháp quản lý tối ưu phù hợp với mục tiêu giúp người lái xe tiết kiệm đượ thời gian trong việc tìm kiếm vị trí đỗ xe trống.
Từ đó, chúng ta xác định mục tiêu và nhiệm vụ phải thực hiện để xây dựng một hệ thống được trình bày chi tiết ở chương tiếp theo. 6 download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG 2. SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu chung về hệ thống.
Bài toán Bài toán đặt ra là xây dựng một hệ thống quản lý bãi đỗ xe ngoài trời tự động và ít có sự quản lý của con người. Hệ thống này có thể thông tin kịp thời cho người lái xe về vị trí bãi đỗ cũng như số lượng hay vị trí cụ thể của từng ô đỗ còn trống ở trong bãi. Nhiều phương pháp đã được triển khai sử dụng như lắp đặt cảm biến tại từng vị trí đỗ để kiểm soát trạng thái của từng vị trí, sau đó tổng hợp và đưa ra số lượng cũng như những vị trí đỗ còn trống. Phương pháp này có ưu điểm là dễ triển khai và đơn giản tuy nhiên lại gây tốn kém khi phải sử dụng nhiều cảm biến cho các bãi đỗ lớn [5].
Hoặc một số nơi sử dụng bộ đếm ở cửa ra vào để kiểm soát số lượng xe trong bãi đỗ. Phương pháp này tuy đơn giản, chi phí thấp nhưng lại không bao quát được nhiều trường hợp như xe đi qua nhưng không đỗ lại hay không kiểm soát được vị trí đỗ của xe [6]. Ngoài những phương pháp trên, một trong những phương án phổ biến và có nhiều ưu điểm hiện nay là quản lý bãi đỗ xe sử dụng camera. Hệ thống quản lý bằng cách nhận diện trạng thái bãi đỗ xe ô tô sử dụng camera, có thể ứng dụng giám sát tại các bãi đỗ xe lòng đường, trung tâm thương mại, trường học… với các vị trí đỗ được bố trí theo những vị trí cố định và góc đặt camera cũng cố định.
Phương pháp này có ưu điểm là lắp đặt dễ, thi công ít làm ảnh hưởng đến môi trường thực tế, giá thành rẻ và vận hành bảo dưỡng dễ dàng. Mỗi camera có thể kiểm soát được khoảng không gian khá lớn, có khả năng nhận ra vài chục vị trí đỗ ô tô và tình trạng chỗ đỗ, do đó tiết kiệm được kinh phí thiết bị cũng như kinh phí bảo dưỡng. Ở mỗi bãi đỗ ô tô, hệ thống cho phép phát hiện ra vị trí từng ô đỗ xe và đưa ra kết luận vị trí đó còn trống hay không, tổng hợp số chỗ đỗ trống, cập nhật về hệ thống quản lý trung tâm để cập nhật lên tiện ích của người dùng, người đang điều khiển phương tiện và có nhu cầu tìm kiếm vị trí đỗ. Để phân loại vị trí đỗ dựa vào ảnh chụp bãi đỗ, hệ thống cần một thuật toán xử lý ảnh hiệu quả.
Có nhiều thuật toán được sử dụng cho công việc này như Background Subtraction, Color-based SVM (Support Vector Machine), … Tuy nhiên, phương án phổ biến hiện nay và cũng là phương án cho độ chính xác cao là 7 download by : skknchat@gmail.com sử dụng phương pháp học sâu (Deep Learning) hay mạng nơ-ron tích chập CNN. Phương pháp này có thể cho độ chính xác gần ngang bằng với con người nhưng nhược điểm của nó là cần bộ dữ liệu đủ lớn cho quá trình huấn luyện để cho ra được kết quả chính xác. Hệ thống sử dụng camera giám sát phát hiện ô tô đỗ cần đạt được các yêu cầu sau: - Phát hiện được trạng thái có xe và không có xe đang đỗ tại vị trí lắp đặt với các loại xe ôtô cá nhân thông dụng tại Việt Nam. - Hoạt động trong điều kiện có ánh sáng ban ngày hoặc đèn chiếu sáng trên đường phố.
- Kết nối tới trạm xử lý tập trung qua các công nghệ truyền thông không dây - Hệ thống stand – alone, có kích thước nhỏ gọn, tiện lắp đặt và triển khai. Đầu vào/ra của hệ thống. Hệ thống yêu cầu nhận dữ liệu đầu vào là các hình ảnh được chụp từ camera giám sát có kích thước 1920 x 1080 pixel với định dạng “. Sau đó, kết quả hệ thống trả về là trạng thái của từng vị trí đỗ xe và tổng số vị trí còn trống.
Sơ đồ khối Sơ đồ khối của hệ thống được mô tả như hình sau: Hình 2. 1: Sơ đồ khối hệ thống nhận dạng chỗ đỗ xe ô tô bằng camera Mô tả hoạt động của hệ thống: - Hệ thống xử lý sẽ nhận các hình ảnh (frame) từ camera và đưa vào khối Image Processing nhằm mục đích tiền xử lý hình ảnh trước khi phân loại vị trí đỗ. 8 download by : skknchat@gmail.com - Tại khối này, hình ảnh sẽ được căn chỉnh theo hình ảnh tham chiếu (được lưu từ trước), thông báo về vị trí của camera (vẫn giữ nguyên hay bị lệch khỏi vị trí ban đầu) và sau đó sẽ cắt ra hình của từng vị trí ô đỗ xe. Tập các hình ảnh được đưa vào khối Car Classifcation để phân loại xem tại đó đã có xe đỗ hay không (trạng thái của từng vị trí) và cho biết số vị trí trống còn lại.
Khối Training có nhiệm vụ huấn luyện mô hình trên tập dữ liệu thu được (dataset) và đưa ra các trọng số tới khối Car Classifcation hỗ trợ cho việc phân loại. Để giám sát trạng thái bãi đỗ xe, ta lựa chọn thuật toán phân loại ảnh dựa vào mạng nơ-ron tích chập CNN. Convolutional Neural Network (CNN – Mạng nơ-ron tích chập) là một trong những mô hình Deep Learning tiên tiến. Nó giúp cho chúng ta xây dựng được những hệ thống thông minh với độ chính xác cao như hiện nay.