THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMBỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ *** NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhóm sinh viên thực hiện: Viện: CƠ KHÍ Chuyên ngành: CƠ ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nhóm sinh viên thực hiện:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

***

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nhóm sinh viên thực hiện:

Viện: CƠ KHÍ

Chuyên ngành: CƠ ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Thiết kế bãi đỗ xe thông minh ứng dụng xử lý ảnh

NỘI DUNG THUYẾT MINH

Chương I: Tổng quan về bãi đỗ xe thông minh

Chương II: Thiết kế bãi đỗ xe

Chương III: Xử lý ảnh nhận dạng biển số xe

Chương IV: Thẻ RFID và lưu trữ dữ liệu hệ thống

Chương V: Phần mềm quản lý bãi đỗ xe

BẢN VẼ

Hà Nội, Ngày……

tháng……năm 2019 Trưởng bộ môn Giảng viên hướng dẫn Nhóm sinh viên thực hiện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ Độc lập-Tự do-Hạnh phúc BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ *** NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Giảng viên hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ Độc lập-Tự do-Hạnh phúc BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ *** NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN DUYỆT ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Giảng viên duyệt

TÓM TẮT NỘI DUNG

Ở Việt Nam cũng như trên thế giới hiện nay có rất nhiều loại mô hình bãi đỗ xe thông minh nhằm giảm thiểu diện tích bãi đỗ và tiết kiệm thời gian gửi và nhận xe Dựa trên những mô hình đã có trong thực tế, trong đồ án này chúng em chú trọng tập trung tính toán bãi đỗ xe thông minh có ứng dụng công nghệ xử lý ảnh Với nội dung thực hiện trong đề tài này chúng em chia làm 3 phần chính:

I Phát hiện và nhận dạng biển số xe

II Quản lý xe thông qua thẻ RFID

III Tìm kiếm vị trí xe trong bãi đỗ

Bước đầu tiên khi có xe vào cảm biến sẽ phát tín hiệu và gửi về hệ thống điều khiển để thực hiện quá trình nhận dạng biển số, biển số sau khi được nhận dạng sẽ được lưu vào hệ thống và mỗi phương tiện sẽ được kiểm soát bằng một thẻ RFID Khi xe ra cảm biến cũng phát tín hiệu về hệ thống và hệ thống sẽ thực hiện quá trình nhận dạng và so sánh với thông tin đã được lưu trong hệ thống Nếu thông tin biển số hợp lệ thì barrier sẽ tự động

mở và cho xe qua, nếu không thì không cho xe qua Một chức năng khác là tìm kiếm vị trí

xe cần tìm trong bãi đỗ xe Khi cần tìm một xe bất kỳ, ta nhập biển số xe vào giao diện quản lý sau đó hệ thống sẽ gửi tín hiệu cho các camera trong bãi đỗ, khi tìm được biển số cần tìm thì hệ thống sẽ hiển thị thông tin xe và vị trí lên giao diện quản lý

Sau quá trình tìm hiểu và thực hành cùng nhóm, chúng em đã xây dựng được mô hình Bên cạnh đó vẫn có nhiều vấn đề thiết kế phần cứng cũng như các phần điều khiển Chúng

em hi vọng các nhóm thực hiện sau thực hiện đề tài này tiếp tục phát triển để đề tài này ngày càng hoàn thiện hơn

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả Thầy Cô bộ môn Cơ Điện Tử - Viện Cơ Khí đãtận tình dạy dỗ, giúp đỡ chúng em trong thời suốt quá trình học tập tại trường Đại họcBách khoa Hà Nội Xin cảm ơn các thầy cô đã trực tiếp dạy bảo chúng em cũng như thầy

cô đã gián tiếp giúp đỡ bọn em trong quá trình tìm kiếm tài liệu cho việc thực hiện đồ ántốt nghiệp này

Đặc biệt em xin trân trọng cảm ơn Thầy TS Nguyễn Anh Tuấn – Người đã tận tìnhhướng dẫn, cung cấp tài liệu và truyền đạt nhiều ý kiến thiết thực trong suốt quá trình thựchiện đồ án Những kinh nghiệm quý báu mà Thầy truyền đạt sẽ là hành trang vững chắcgiúp chúng em tự tin hơn trong nghề nghiệp sau này

Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ chúng em vượt qua khókhăn trong suốt thời gian vừa qua để chúng em có thể hoàn thành nhiệm vụ học tập cũngnhư đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng với kiến thức còn hạn hẹp và thời gian tiếp xúc vớithực tế chưa nhiều, vì vậy bài báo cáo đồ án của bọn em không thể tránh khỏi nhiều thiếusót Bọn em rất mong có được những ý kiến đóng ghóp chân thành của các Thầy Cô để chokiến thức trong cuốn báo cáo này được hoàn thành hơn

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của công nghệ và khoa học kỹ thuật, các hệ thống giao thôngthông minh đang dần trở thành những công cụ hỗ trợ đắc lực cho con người Có rất nhiềunhiều thành tựu khoa học công nghệ trong giao thông vận tải giúp các nhà quản lý giám sát

và điều khiển sự di chuyển, hoạt động các phương tiện giao thông ở các đô thị lớn Mộttrong số đó là bãi đỗ xe thông minh Hệ thống này làm đơn giản và thực hiện nhanh chóngquá trình gửi, lấy cũng như quản lý xe

Trong những năm gần đây, số lượng các phương tiện giao tham gia giao thông ngàymột tăng lên do nhu cầu đi lại, sản xuất của người dân ngày càng nhiều Lưu lượng cácphương tiện giao thông sử dụng nơi công cộng rất lớn Vấn đề quản lý các phương tiệngiao thông tại các địa điểm công cộng, bãi giữ xe là một bài toán lớn cho các nhà quản lý.Bên cạnh vấn đề quản lý sao cho phù hợp, yêu cầu về kinh tế cũng không thể bỏ qua Mặc

dù cách sử dụng mắt người là cách tốt nhất để đọc biển số xe nhưng đó không phải là cáchtốt nhất cho các hệ thống với số lượng phương tiện lớn Bài toán đặt ra ở đây cho nhữngngười làm khoa học là cần phải xây dựng một hệ thống tự động quản lý các phương tiệngiao thông nơi công cộng với chi phí phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam

Trên hệ thống này cần có một chương trình nhận dạng biển số xe tự động trên ảnh, mộtchương trình tìm kiếm xe trong bãi cho những trường hợp khách hàng không nhớ rõ vị trí

đã đỗ xe Kết hợp chương trình này với các phần cứng phù hợp thành một hệ thống hoànchỉnh Hệ thống này giúp các nhà quản lý giảm thiểu nhân lực, tiết kiệm chi phí, triển khaiquy mô rộng Đồng thời hỗ trợ con người trong công việc lặp đi lặp lại như nhận xe, trả xe,ghi vé xe, …Hệ thống bãi đỗ xe thông minh được ứng dụng được nhiều nơi có lượngphương tiện giao thông như các doanh nghiệp, công ty, trường học…

Ngoài việc hỗ trợ coi giữ xe ở những nơi công cộng, hệ thống còn được lắp đặt vớinhiều mục đích khác nhau Hệ thống lắp đặt cùng với hệ thống mở cổng tự động, sẽ nhậndạng biển số xe công ty, biển số xe khách hàng để tiến hành mở cổng Trên các trạm thuphí người ta sử dụng hệ thống nhận dạng biển số xe để tự động thu phí các phương tiệngiao thông Hay trên các xa lộ, các điểm giao thông, người ta lắp đặt hệ thống này để hỗtrợ công tác điều tra, truy bắt tội phạm…

Hiện nay, trên thế giới các hệ thống bãi đỗ xe thông minh được áp dụng một cách rộngrãi Nhằm giải quyết các vấn đề về bãi đỗ cũng như các vấn đề về quản lý các phương tiệngiao thông thì việc thiết kế và lắp đặt hệ thống bãi đỗ xe thông minh là một yêu cầu thiếtyếu.

Hình 3 2: Biển trắng

Hình 3 3: Biển xanh

Hình 3 4: Kích thước biển trước

Hình 3 5: Kích thước biển sau

Hình 3 6: Hệ thống nhận dạng biển số xe

Hình 3 7: Sơ đồ tách bằng dò biên và Hough

Hình 3 8: Các bước tách ký tự sử dung kỹ thuật tách ngưỡng

Hình 3 9: Các bước tách ký tự sử dụng kỹ thuật sobel

Hình 3 12:Hệ thống pixels của ảnh xám

Hình 3 13: Trước và sau khi thực hiện phép giãn nở

Hình 3 14: Trước và sau khi thực hiện phép co

Hình 3 15: Trước và sau khi thực hiện phép toán mở

Hình 3 16: Trước và sau thực hiện phép toán đóng

Hình 3 17: Trước và sau khi thực hiện TopHat

Hình 3 18: Trước và sau khi thực hiện BlackHat

Hình 3 19: Ảnh gốc

Hình 3 20: Ảnh xám

Hình 3 21: Ảnh nhị phân

Hình 3 22: Ảnh sau khi tìm contours

Hình 3 23: Hàm để tìm ra contours có khả năng là ký tự trong biển số

Hình 3 24: Nhũng contours có khả năng chứa ký tự biển số

Hình 3 25: Hàm tính toán vị trí giữa các contours

Hình 3 26: Ảnh nhận được có chứa biển số

Hình 3 27: Vẽ hình chữ nhật bao quanh list contour có khả năng là biển số

Hình 3 28: Dữ liệu training

Hình 3 29: Ảnh nhị phân của dữ liệu training

Hình 3 30: Tìm và vẽ contours cho dữ liệu Training

Hình 5 1: Tạo giao diện bằng Qt Designer

Hình 5 2: Tạo giao diện bằng Qt Designer

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH

1.1 Đặt vấn đề

 Sự gia tăng phương tiện giao thông ở nước ta hiện nay: song với tốc độ phát triển

đô thị hóa mạnh mẽ như hiện nay, Việt Nam đang gặp phải một số tác động ảnhhưởng đến quá trình xây dựng giao thông đô thị bền vững như: sự gia tăng nhanhphương tiện với tỷ lệ 10-12%/năm, thiếu quy hoạch hệ thống bến xe, bãi đỗ xephương tiện, ùn tắc giao thông còn diễn biến phức tạp tại các thành phố lớn như HàNội, TP Hồ Chí Minh Theo thống kê cho thấy, cả nước ta hiện có 3,7 triệu ô tô và

57 triệu xe máy đã đăng ký, mỗi ngày lại có thêm 850 ô tô và 9000 xe máy đăng kýmới khiến thách thức về giao thông cũng như bãi đậu xe tại Việt Nam là rất lớn.Cùng với sự gia tăng nhanh phương tiện giao thông là nhu cầu chỗ đỗ Khi lượng ô

tô, xe máy quá lớn có thể gây khó khăn cho quá trình kiểm soát ra vào bãi đỗ, cóthể dẫn đến ùn tắc Với những vấn đề gặp phải ở trên, giải pháp hiệu quả nhất đượcđưa ra là xây dựng hệ thống bãi đỗ xe thông minh Nhằm mục đích thực hiện nhanhchóng quá trình gửi xe, tìm kiếm vị trí đỗ xe cũng như tìm vị trí xe cần tìm Do đónhu cầu đầu tư và phát triển hệ thống bãi đỗ xe thông minh là nhu cầu cần thiết vàcấp bách

 Thực trạng bãi đỗ xe ở Việt Nam tại các thành phố lớn: theo thống kê sơ bộ của Sởgiao thông – Công chính TP Hồ Chí Minh, cuối năm 2004, tại các quận trung tâmthành phố chỉ có thể bố trí khoảng 3.500 chỗ đậu ô tô, kể cả chỗ đậu được phép trên

lề đường và trong các bãi giữ xe công cộng Trong khi đó, hằng ngày hơn 5.800 ô

tô có nhu cầu về chỗ đỗ, điều đó dẫn đến tình trạng ô tô có thể tìm bất cứ chỗ nào

có thể đỗ, kể cả gây cản trở giao thông Còn ở TP Hà Nội có gần 200 nghìn xe ô tôđang hoạt động Trong khi đó, sức chứa của 139 điểm trông giữ xe ô tô chỉ đủ cho7.900 xe Cung không đáp ứng nổi cầu dẫn đến tình trạng quá tải 100% tại cácđiểm đỗ

 Sự phát triển bãi đỗ xe ở các nước trên thế giới:

• Tại Mỹ: theo thống kê của tổ chức International Parking Institue, loại hìnhdịch vụ kinh doanh bãi đỗ xe tại Mỹ đang đóng ghóp một doanh thu hàng năm

lên tới 26 tỷ USD Hiện có tới 40000 gara đỗ xe với khoảng 105 triệu chỗtrống Ấy vậy mà cung đó vẫn chưa đáp ứng nổi cầu đang ngày càng gia tăng.Xây dựng 10 hệ thống giữ xe ở trung tâm, các hệ thống này liên kết với nhauqua máy tính chủ Mọi thông tin như còn chỗ trống được thể hiện qua bảngđiện tử, giúp người lái xe nhanh chóng tìm được chỗ đậu.

• Tại Châu Âu: thiếu bãi đỗ xe là tình trạng chung của các thành phố lớn trêntoàn thế giới Trong đó MAastxocova ở Nga, hiện nay đang có xu hướng xâydựng các tòa nhà cao tầng để xe tự động Các tòa nhà đỗ xe hoàn toàn tự động

và hệ thống thông tin về vị trí đỗ đã đầy hay còn trống được thể hiện trên bảngđiện tử, rất thuận tiện cho người đỗ xe vào bãi giữ Không chỉ ở Nga mà cácthành phố lớn của các nước như Anh, Pháp, Đức… đã xây dựng nhiều hệthống bãi đỗ xe thông minh nhằm giải quyết bài toán chỗ để xe

• Tại Châu Á: Nhật Bản và Hàn Quốc là 2 quốc gia đi đầu trong việc cơ giớihóa bãi đỗ xe, đặc biệt tại Nhật Bản với mật độ dân cư tập trung đông ở cácthành phố như Tokyo Nhật Bản đang đứng đầu thế giới về số lượng cũng nhưchất lượng của bãi đỗ xe tự động

 Ưu nhược điểm của bãi đỗ xe tự động

- Phải sử dụng nhiều camera cho việc tìm kiếm xe trong bãi

- Gặp khó khăn trong việc gửi và nhận xe trông điều kiện thời tiếtkhông thuận lợi

1.2 Tìm hiểu một số loại hình bãi đỗ xe thông minh trên thị trường

Trên thế giới có rất nhiều bãi đỗ xe tự động, có thể phân loại chúng theo hệ thốngtruyền động: bằng thanh răng, bằng thủy lực, bằng cáp, bằng xích Phân loại chúng theocách bố trí nhà xe ở trên mặt đất hay ngầm đưới đất, hoặc phân loại theo quy mô cỡ nhỏhay cỡ lớn… Trong thực tế hệ thống 1 bãi giữ xe có thể kết hợp nhiều phương án do đóviệc phân loại chúng là rất phức tạp Sau đây, chúng em xin giới thiệu một số loại để ô tô

tự động mà thế giới đã làm

1.2.1 Hệ thống xoay vòng tầng (Cycle Parking)

Hệ thống lắp đặt ngầm dưới đất, phù hợp cho mặt bằng nhỏ hẹp Xe được đặt trên cácbàn nâng (pallet), hệ thống xoay vòng tròn 360 độ theo phương thẳng đứng bằng một thangphụ để di chuyển lần lượt các pallet đến vị trí thang nâng chính khi xe ra/ vào hệ thống

Hình 1 1: Mô hình hệ thống xoay vòng tầng ngầm dưới đất

1.2.2 Hệ thống xoay vòng ngang (Total Parking)

Hệ thống đỗ xe dạng xoay vòng ngang là loại thiết bị rất hiệu quả cho các diện tích cóhình vuông, hình chữ nhật có nhiều tầng, nhiều hàng ngầm dưới mặt đất Xe được đưa vào

và lấy ra khỏi hệ thống bằng thiết bị nâng di chuyển theo hai trục đứng và ngang theo mộtthứ tự lập trình trước Các đặc điểm chính của hệ thống gồm:

- Thời gian đưa xe vào/lấy xe ra có thể giảm thiểu nhờ sự vận hành đồng thờitheo trục đứng và ngang của hệ thống nâng

- Tăng diện tích sử dụng nhờ thiết kế lắp đặt dạng nhiều hàng và nhiều tầng

- Việc điều hành hệ thống rất thuận lợi nhờ hệ thống tương thích vi tính điềukhiển trung tâm

- Hệ thống lắp đặt ngầm dưới đất, phù hợp cho mặt bằng nhỏ hẹp

- Xe được đặt trên các bàn nâng (pallet), hệ thống xoay vòng tròn 360 độ trênmột mặt phẳng ngang để di chuyển các pallet đến vị trí thang nâng để đưa xe ra/vào hệ thống

- Số lượng xe tối ưu của hệ thống: 12-36 xe

Hình 1 2: Hệ thống xoay vòng ngang

1.2.3 Hệ thống xoay vòng đứng (Mini Rotary)

Ở dạng này, xe được xếp vào bàn nâng (pallet) xoay khép kín và nặng nề, mỗi lầnmuốn đưa xe vào hay xe ra, hệ thống bàn nâng phải xoay và kéo theo tất cả các xe chứatrong nó Quy trình diễn ra như sau: xe được lái vào đúng vị trí của một ô trong guồngđược đặt ngay phía dưới đất, sau đó cả hệ thống bàn nâng quay để có được ô trống nằmngay mặt đất Khi lấy xe ra bàn nâng cũng quay để đưa chiếc xe yêu cầu ở vị trí mặt đất vàngười dùng có thể lên xe và lái xe ra

Là hệ thống mang lại hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất Hệ thống đỗ

xe dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xe được đặt trên các bàn nâng (pallet),các pallet này di chuyển xoay vòng 360 độ quanh trục cố định, có thể đảo chiều xoay Hệthống được lập trình để chọn cách thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất

Hệ thống có đặc điểm chính:

- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, có thể lắp đặt nhiều hệ thống liên tiếpnhau

- Điểm xe vào từ dưới mặt đất

- Có thể lắp đặt độc lập hoặc lắp bên trong tòa nhà cao tầng

Hình 1 3: Hệ thống xoay vòng đứng

1.2.4 Hệ thống thang nâng di chuyển (Lift Side system)

Loại hệ thống đỗ ô tô dạng thang nâng là loại hệ thống rất thuận tiện, an toàn, kinh tế.Với loại này tăng diện tích tối đa sử dụng, 60 xe có thể đỗ trên diện tích đất dành cho 3 xe(khoảng 48 m2), tốc độ xe vào ra nhanh (60m/phút) Hệ thống tương thích PLC lập trìnhđiều khiển toàn bộ vận hành của hệ thống nên các vấn đề xảy ra (nếu có) sẽ có thể đượcphát hiện và giải quyết tức thời Do tương thích PLC nên hệ thống liên tục cập nhật cácthông tin về tình trạng hoạt động của hệ thống và thu thập dữ liệu về xe vào, ra, cước phítrên cơ sở từng giờ, từng ngày và từng tuần, … Hệ thống có thể được thiết kế với các kíchthước khác nhau phù hợp với kích thước cho phép bên trong tòa nhà Rung động, tiếng ồn

và lượng điện tiêu thụ được giảm thiểu nhờ thiết bị biến tần

Hệ thống lắp ngầm hoặc nổi, mặt bằng từ trung bình đến lớn

Xe được đặt trên các bàn nâng (pallet) thang nâng vừa di chuyển theo chiều ngang vừanâng hạ để đưa xe vào vị trí đỗ

Số lượng xe tối ưu của hệ thống: 40 – 70 xe

Tuy nhiên loại này có nhược điểm là việc vận hành của toàn hệ thống phụ thuộc củathang di chuyển này, và thời gian xếp xe chậm hơn so với loại hệ thống tầng di chuyển(Super Parking) nên hiện nay ít được lựa chọn

1.2.5 Hệ thống tháp xe (Sky parking)

Là hệ thống xây dựng hình tháp nhiều tầng, tự động nâng xe lên xuống trong thangnâng theo chiều thẳng đứng để xếp xe vào các tầng, tại mỗi tầng có lắp đặt pallet để dichuyển ngang từ tầng đến thang nâng

Số lượng xe đỗ tối đa trong 1 diện tích tối thiểu: khoảng 60 xe có thể đỗ trong diện tíchthông thường dành cho 3 xe Số tầng tối ưu nên lắp đặt là 25 tầng, tối đa 36 tầng Nơi đặt

xe vào tháp chỉ cần diện tích 2400 mm x 1800 mm Tốc độ di chuyển nâng hạ nhanh (60 –

120 m/phút), êm nhẹ Xếp xe và lấy xe hoàn toàn tự động, điều khiển bằng hệ thống vitính.

Thuận tiện sử dụng tối đa mặt bằng: lối đưa xe vào có thể từ dưới hoặc trên, hoặc giữu

hệ thống

Có thể xây dựng bê tông hoặc kết cấu thép, xây dựng tòa nhà riêng biệt hoặc bên trongkiến trúc khác

Thiết bị đảm bảo đa cấp

Nếu hướng vào của xe không phù hợp với hướng xe của hệ thống thì có thể lắp đặtthêm bàn xoay quay 360 độ

Hình 1 4: Hệ thống tháp xe

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BÃI ĐỖ XE

2.1 Mô hình bãi đỗ xe

Từ những yêu cầu thực tế hiện nay ở các thành phố lớn tại Việt Nam Các thành phốlớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh là nơi tập trung đông người khiến cho phương tiện thamgiao thông ngày một tăng, từ đó dẫn đến nhu cầu gửi và trông giữ xe cũng tăng lên Như đãliệt kê ở trên, hiện nay trong nước cũng như nước ngoài đã và đang giải quyết vấn đề trônggiữ phương tiện giao thông bằng cách xây dựng nhiều hệ thống bãi đỗ thông minh Để giảiquyết vấn đề trên, chúng em đã lựa chọn tính toán thiết hệ thống bãi đỗ xe thông minh ứngdụng xử lý ảnh

Hình 2 1: Bản vẽ mô hình chiung bãi đỗ xe

2.1.1 Đặc điểm chung của hệ thống

Như chúng ta đã thấy, hiện nay trong và ngoài nước có rất nhiều loại mô hình bãi đỗ xethông minh đa dạng về cách thức thiết kế cũng như sự hiệu quả của từng loại bãi đỗ manglại Bên cạnh những đặc thù riêng của từng loại thì về cơ bản nhìn chung thì tất cả cónhững đặc điểm chung sau đây:

• Thiết kế bãi đỗ với chi phí đầu tư thấp nhưng hiệu quả mang lại lớn

• Tiết kiệm diện tích

• Tiết kiệm thời gian tìm và lấy xe

• Hệ thống có camera giám sát, quản lý các phương tiện vào ra

• Hệ thống có tính linh hoạt cao, vừa tiết kiệm thời gian gửi nhận vừa đảmbảo an toàn phương tiện của khách hàng.

• Mức độ tự động hóa cao, ít phải sử dụng đến sức lực con người

2.1.2 Đặc điểm của bãi đỗ xe cần thiết kế.

Bãi đỗ xe của chúng em cần thiết kế là loại bãi đỗ xe có ứng dụng xử lý ảnh để nhậndạng biển số xe, kết hợp với phần mềm quản lý, tìm kiếm vị trí xe trong bãi trong trườnghợp cần tìm một phương tiện nào đó Với hệ thống bãi đỗ xe, chúng ta vừa đảm bảo việctiết kiệm thời gian gửi cũng như lấy xe so với các loại trông giữ xe truyền thống, nó vừagiảm thiểu ùn tắc tại cổng ra vào để gửi và quản lý các phương tiện một cách có hệ thống,đảm bảo an toàn

Sau đây là một số đặc điểm của bãi đỗ xe của chúng em cần thiết kế:

• Hệ thống vào ra

Trong hệ thống bãi đỗ chúng ta cần thiết kế hệ thống cửa ra vào để kiểm soát, điều tiếtphương tiện vào ra Trong trường hợp này chúng em sử dụng barrier tự động Nguyên lýhoạt động của của barrier khá đơn giản Đối với các hệ thống ngoài thực tế barrier hoạtđộng với nguồn điện dân dụng 220V Cơ cấu vận hành nâng hạ, tốc độ đóng mở, điềukhiển tự động đều được setup trên main trung tâm Barie tự động có 4 giao thức điềukhiển:

• Điều khiển qua bộ nút nhấn ON-OFF Dừng khẩn cấp, kết nối bằng dây tín hiệuđược bố trí cố định tại bàn điều khiển

• Điều khiển bằng bộ điều khiển từ xa đa kênh (Bán kính điều khiển khoảng 50m)

• Điều khiển nâng hạ với khóa tay, cơ cấu này phục vụ khi gặp sự cố mất điện(không tốn sức vì đã có bộ trợ lực)

• Điều khiển hoàn toàn tự động với các thiết bị phụ trợ thông minh như: đầu đọcthẻ từ xa, cảm biến quang, bộ dò vòng từ

dễ dàng hơn cho người thực hiện quá trình gửi và nhận xe, bên cạnh đó là hệ thống cameradùng để chụp ảnh biển số và đưa vào hệ thống để xử lý và quản lý dữ liệu của phương tiện.

Một bộ mini PC (raspberry Pi 3 mode B+)

Chúng ta sử dụng một bộ mini PC kết hợp với camera, chúng được gắn ở trong bãi đỗ

xe nhằm mục đích tìm vị trí của một phương tiện bất kỳ Khi có yêu cầu tìm kiếm xe từngười trông giữ, camera trong bãi sẽ quét và tìm ra biển số cần tìm và gửi trả về hệ thống,

từ đó chúng ta biết được vị trí xe cần tìm

2.2 Nguyên lý làm việc của bãi đỗ xe thông minh

Thông qua sự tìm hiểu các hệ thống bãi đỗ xe thông minh trong thực tế tương tự như

mô hình, hệ thông bãi đỗ xe thông minh mà chúng em đang thực hiện Em xin trình bày vềnguyên lý bãi hoạt động của bãi đỗ xe dựa trên các hệ thống trong thực tế như sau:

 Cửa vào: xe khi vào hệ thống bãi đỗ, lái xe sẽ tự động nhấn nút lấy thẻ từ hệthống cấp phát thẻ tự động (trong trường hợp mà mô hình chúng em thiết kế thìchủ phương tiện sẽ được người trông giữ xe cấp cho một chiếc thẻ) và barrier sẽ

tự động mở để xe vào bãi Ngay lúc đó, hệ thống camera sẽ tự động chụp biển

số xe và phân tích thành số Với số thẻ và biển số xe sẽ được lưu trữ đồng thờicùng với ảnh của lái xe Toàn bộ thời gian và vị trí xe sẽ được ghi trên thẻ vàđây là cơ sở tính toán thời gian đậu xe

 Cửa ra: Chủ phương tiện muốn ra thì phải xác thực thẻ lên đầu đầu đọc thẻ Nếuthông tin hợp lệ, đầu đọc thẻ sẽ phát hiện ra tín hiệu để mở barie đồng thời khi

đó camera sẽ chụp hình ảnh của cả người và xe và biển số xe, các thông tin sau

đó sẽ được truyền về phần mềm và cảnh báo bằng còi và đèn nếu tích hợp trên

hệ thống

 Trong trường hợp người chủ phương tiện không nhớ được vị trí xe mình đã đỗthì thông qua giao diện tìm kiếm trên máy tính chúng ta có thể nhập biển số xecần tìm, lúc đó máy tính (hay còn gọi là server) sẽ gửi yêu cầu (request) đến tất

cả hệ thống camera giám sát trong toàn bộ bãi đỗ để quét và bắt đầu quá trìnhtìm kiếm biển số theo yêu cầu, sau khi tìm kiếm thành công, tại vị trí cameranào gửi thông tin về thì chúng ta sẽ biết được phương tiện cần tìm nằm trongvùng mà camera giám sát

Tại trung tâm phần mềm điều khiển thông qua hệ thống phần mềm có thể thực hiệnđược rất nhiều chức năng khác nhau như đăng ký lại thẻ, đóng mở barie, cấp quyền truycập, … và đồng thời có thể quan sát tất cả các sự kiện ra vào trên toàn hệ thống

Tất cả thông tin vào ra đều được lưu trữ tại phần mềm quản lý trên máy chủ server,phục vụ cho việc báo cáo sau này.

• Kết nối với Raspberry Pi thông qua cáp ribbon đi kèm dài 15 cm

• Camera Module được hỗ trợ với phiên bản mới nhất của Raspbian

Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm việc là 3.3 V đến 5V.

Độ nhạy sáng của cảm biến được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ

sử dụng,

Thông số kĩ thuật:

• Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định

• Điện áp làm việc: 3.3V - 5V DC

• Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng.

• OUT: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1)

Hình 2 4: Module thu phát hồng ngoại

2.3.4 Hệ thống Barrier tự động.

a Khái niệm.

Không thể nghi ngờ việc sử dụng các Barrier an ninh cho công tác đảm bảo an toàn

là một ý tưởng được đánh giá cao Vậy chính xác Barrier an ninh là gì, hiểu một cách đơngiản đó chính là việc phòng ngừa các xe không mong muốn hoặc hành động có chủ ý củanhững đối tượng xấu Để có thể nâng cao khả năng an toàn thì những Barrier tự động nàyđòi hỏi nhiều kĩ thuật và áp dụng những công nghệ tiên tiến nhất

b Cấu tạo của Barrier tự động.

Hiện tại, barrier có thể phân thành 3 loại chính: barrier cần gấp, barrier hàng rào

và barrier cần thẳng Cả 3 loại này hiện đang được sử dụng khá phổ biến ở nước ta trongcác hầm khu chung cư, tòa nhà, các bãi gửi xe trung tâm lớn hay đơn giản chỉ là nơi kiểmsoát vào ra của các phương tiện Hiện nay đã có rất nhiều thương hiệu cung cấp, triển khailắp đặt barrier tự động Mặc dù có nhiều kiểu dáng thiết kế khác nhau, đa dạng về màu sắc

và chất liệu nhưng cấu tạo các loại barrier tự động về cơ bản tương đối giống nhau, với các

bộ phận chính thực hiện các chức năng riêng biệt

• Tủ barrier tự động

Đây cũng có thể coi là phần thân của barrier Có thể nói đây là bộ phận quan trọngnhất của hệ thống, là cơ quan đầu não điều khiển hoạt động của các bộ phận khác, cungcấp thông tin, kiểm soát các hoạt động của hệ thống Barrier thường được đặt ngoài trờihoặc trong hầm các tòa nhà vì vậy chúng được thiết kế chuyên biệt phù hợp với môitrường Bằng cách sử dụng hợp kim nhôm và sơn tĩnh điện có thể giúp bảo vệ barrier khỏicác tác động của thời tiết, tác động của môi trường tốt hơn Không những vậy, lớp sơn tĩnhđiện còn giúp chống xước, chống hao mòn Bên trong tủ là bao gồm cả một hệ thống: lò

xo, bộ động cơ, bảng main Bộ dò vòng từ là một thiết bị cũng thường xuyên được gắntrong thân tủ với vai trò quan trọng là giúp phát hiện xe

Hiện nay, đấu nối main, lắp đặt lò xo, bộ động cơ hầu hết đều được thực hiện ngaytrong khâu sản xuất góp phần giảm bớt thời gian thi công, nhân viên kĩ thuật chỉ cần thựchiện một vài thao tác đơn giản: đấu nguồn, cấu hình main là có thể đưa hệ thống barrier tựđộng vào vận hành nhanh chóng

• Thanh chắn barrier

Thanh chắn là bộ phận có thể tách rời phần tủ trong quá trình vận chuyển Thanhchắn tuy không có cấu tạo phức tạp như tủ barrier nhưng nó lại có vai trò vô cùng quantrọng Thanh chắn cũng giống như tủ thân chúng đều được làm từ hợp kim nhôm và đượcsơn màu tĩnh điện Thanh chắn này có thể được dán thêm miếng phản quang giúp cho chủphương tiện có thể dễ dàng quan sát khi trời tối Thanh chắn được thiết kế cố định một đầuvào phần tủ, đầu còn lại được đặt vào một giá đỡ để đảm bảo giảm xung tốc và hoạt độngtốt hơn Thanh chắn thường thấy có chiều dài từ 4m tới 8m Độ dài của thanh chắn có thểthay đổi linh hoạt tùy vào thiết kế hiện trường và mục đích sử dụng Đi kèm với 3 loạibarrier tự động kể trên là 3 kiểu thiết kế thanh chắn: thanh chắn cần gấp, thanh chắn hàngrào, thanh chắn cần thẳng

từ xa điều khiển đóng mở barrier khi có phương tiện ra vào Để barrier có thể hoạt độngchính xác, cần thiết sẽ phải lắp đặt các vòng từ cảm biến và bộ dò vòng từ để phát hiện xekhi những chiếc xe đi vào vòng từ Một số các thiết bị hỗ trợ cũng được dùng phổ biếnnhư: đèn báo sáng vào ban đêm, đèn LED báo giá tiền khi vào bãi đỗ, decal phản chiếu để

ra tín hiệu cảnh báo chủ xe

Với những bộ phận chính kể trên chỉ cần lắp đặt đúng cách là có thể đưa hệ thốngbarrier tự động vào vận hành hiệu quả

c Vai trò của barrier tự động trong đời sống.

Trong các phương án kiểm soát và điều hành tự động hiện giờ barrier có một vị trí quan

trọng với hầu hất các khu vực cần bảo vệ Vận hành hoàn toàn tự động bằng điều khiển từ

xa, barie rào chắn được lắp để ở cửa các cơ quan, khu công nghiệp, trạm thu phí, bãi giữxe…

Hình 2 5: Barrier tự động trong bãi đỗ xe.

+) Giải pháp kiểm soát điều hành giao thông hữu hiệu

Hãy thử hình dung tình trạng các phương tiện ra vào thoải mái tại các doanh nghiệp, cơquan thì điều gì sẽ xảy ra? Nguy cơ về an ninh cùng việc mất mát tài sản sẽ không thểtránh khỏi Khi chưa có thiết bị chắn đường barie tự động, con người phải sử dụng ràochắn bằng tay thủ công – dùng sức người để vận hành Ngày nay sự ra đời và phổ biến củabarrier tự động đã giúp tiết kiệm sức lực của con người và kiểm soát và điều hành giaothông tác dụng hơn

Khi có phương tiện ra/vào các khu vực bảo vệ, chủ phương tiện chỉ cần đưa tin xácnhận, nhân viên sẽ bấm điều khiển mở thanh chắn để xe đi qua Vì vậy đây là một trongnhững công dụng của việc lắp đặt barrier tự động được coi cao nhất.

+) Nâng cao hệ thống an ninh

Sự mở ra của barie tự động đã tạo nên một rào cản an ninh hữu hiệu cho các khoanhvùng Với doanh nghiệp, barie tự động sẽ làm tăng tính chuyên nghiệp và bài bản, uy tíncủa họ trong mắt các khách hàng, công ty đối tác Còn với các cơ quan hành chính, tổchức, thanh chắn tự động tạo dựng hình ảnh văn minh Hệ thống an ninh được bảo đảo khi

mà mọi hoạt động ra vào đều được điều hành và kiểm soát chặt chẽ Barrier tự động vànhững tác dụng an ninh kinh tế là điều đã được chứng minh qua quá trình sử dụng của rấtnhiều doanh nghiệp, cơ quan

Barie rào chắn còn được sử dụng cho các Quanh Vùng cấm giống như các khu quân sự,đặc khu kinh tế… cần điều hành và kiểm soát chặt chẽ người ra vào, hoặc tại các khu vựcnày chỉ có một số người được cấp quyền ra vào…

+) Sử dụng chắn đường ngang dân sinh.

Vai trò của barrier trong việc ngăn chặn ở địa chỉ giao giữa đường sắt và đường dânsinh, đây chính là vị trí nguy khốn nếu không có cảnh báo của các nhân viên cai trị phốicùng barie chắn đường tự động thì sẽ dễ xảy ra các vụ tai nạn nghiêm trọng Cũng theothống kê của ban ngành giao thông đường bộ thì hiện nay cả nước thiếu khoảng 3000 thanhchắn tự động tại khoanh vùng đường ngang dân sinh Hi vọng rằng trong thời gian tới đây,con số này sẽ giảm bớt khi barie tự động được lắp đặt tại đây để đảm bảo an toàn giaothông

d Barrier tự động hoạt động như thế nào trong hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh.

Cổng tự động barrier hoạt động với nguồn điện lưới dân dụng, điều khiển đa dạngbằng điều khiển từ xa (khả năng bắt tín hiệu lên tới 50m), điều khiển bàn được cắm điện.Ngoài ra khi mất điện có thể điều khiển bằng tay vặn bên trong tủ (rất nhẹ, do đã có bộ trợlực)

Sử dụng thanh chắn barrier để đưa ra cảnh báo giúp các phương tiện giảm tốc độ từ xa

và dừng lại trước thanh chắn để xác minh vào ra Khi xác minh xong sẽ ấn nút điều khiển thanh chắn nâng lên để xe có thể lưu thông

e Vai trò của Barrier tự động trong hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh

Vai trò chủ chốt của Barrier cần thẳng ở trong hệ thống quản lý bãi xe thông minhBarrier cần thẳng thiết bị quan trọng trong hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh Thanhchắn barrier vận hành tự động đảm bảo các phương tiện được kiểm tra thông tin trước khivào/ ra khu vực cần kiểm soát và điều hành

Hệ thống điều hành bãi đỗ xe thông minh được lắp đặt tại bãi giữ xe quy mô lớn vớivai trò điều hành và kiểm soát xe ra vào thuận tiện, nhanh chóng, an ninh và công dụnghơn

Hệ thống bao gồm: máy giữ xe thông minh được cài đặt phần mềm quản lý bãi xe;camera thống kê giám sát chụp biển số; Barrier tự động cần thẳng và nhiều thiết bị phụ trợkhác

Trong đó vai trò của barrier là thanh chắn có thể nâng lên/ hạ xuống tự động khi cólệnh điều khiển từ bảo vệ

Trước khi khách gửi xe hoặc lấy xe khỏi bãi giữ xe, barrier ngăn các phương tiện lại

để hệ thống giữ xe thông minh kiểm tra thông tin cũng như xác nhận phương tiện cá nhânchính chủ

Hình 2 6: Sơ đồ hệ thống bãi đỗ xe sử dụng Barrier tự động.

• Ngăn chặn trường hợp xâm nhập mục đích xấu vào vùng điều hành và kiểm soát.

Tại khu công nghiệp hay trung tâm giao thương với lượng xe ra vào lớn rất nhiềutrường hợp các phương tiện tự ý bước vào các vùng bãi xe mà không qua kiểm tra của bảo

vệ, chưa kể việc nhiều kẻ gian lợi dụng sơ hở trong khâu kiểm soát sẽ lấy trộm xe trong bãigửi xe…

Tuy vậy, vụ việc này sẽ được giải quyết nếu những vùng này được lắp đặt thêm barie tựđộng kết hợp hệ thống bãi giữ xe thông minh thì an ninh sẽ được thắt chặt tối đa

Mọi phương tiện đều phải dừng trước thanh chắn barie để lưu lại thông tin trước khivào bãi đậu xe và xác thực phương tiện chính chủ trước khi lấy xe ra khỏi bãi

Đặc biệt đối với khu công nghiệp có diện tích rộng, kho bãi xuất nhập khẩu hàng hóa,còn nếu không có hệ thống rào chắn barie tự động thì việc kiểm soát sẽ không đảo bảo anninh và tính chính xác khi có hàng ngàn các phương tiện trọng tải lớn chuyên chở hàng hóa

ra vào tiếp tục Bất kỳ sự xâm nhập trái phép nào vào Khu Vực kiểm soát đều sẽ bị ngănchặn ngay từ vị trí lắp đặt barrier tự động

• Phân luồng giao thông giảm ùn tắc.

Lắp đặt thanh chắn barie cần thẳng phân luồng giao thông, giảm bớt lưu lượng phươngtiện lưu thông tại các khu vực nhất định

Với thiết kế của hệ thống bãi xe thông minh tất cả phương tiện đều phải xếp hàng lầnlượt trước khi gửi hay lấy xe ở các vùng này Điều đó sẽ làm giảm tình trạng ùn tắc giaothông, đặc biệt là vào giờ làm/ giờ tan tầm tại các khu công nghiệp, khu đô thị, tầng hầmcao ốc, trung tâm thương mại…

Bên cạnh đó, barie cần thẳng là dấu hiệu cảnh báo các phương tiện giảm mạnh độ lưuthông, bởi vậy thiết bị này còn hỗ trợ phòng tránh tai nạn giao thông tại khu vực côngcộng

Vận hành tự động tiết kiệm thời điểm và sâu sát hiệu quả kiểm soát phương tiện

f Tính toán, thiết kế động cơ serov cho hệ thống Barrier tự động.

• Khái niệm động cơ Servo

Động cơ Servo là một bộ phận của hệ thống điều khiển chuyển động của máy móc.Một trong các bộ phận không thể thiếu giúp Động cơ Servo có thể hoạt động đó chính

là Driver servo Tương tự như driver của máy tính Động cơ Servo cung cấp lực chuyểnđộng cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành

• Động cơ Servo AC

Nhờ sự phát triển vượt bậc của công nghệ điều khiển điện, hiện nay chuyển động chạydao trong máy công cụ điều khiển số dùng khá phổ biến động cơ AC Servo.Nhưng nhược

điểm của động cơ AC Servo là hệ điều chỉnh tốc độ động cơ phức tạp và đắt tiền so vớiđộng cơ DC Hệ điều khiển tốc độ động cơ AC Servo dựa trên cơ sở biến đổi tần số Tốc

độ động cơ được xác định theo tần số nguồn Một trong những phương pháp điều khiển tốc

độ động cơ AC Servo là biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều nhờ bộ chỉnh lưu

3 pha, sau đó biến đổi dòng 1 chiều thành dòng xoay chiều nhưng ở tần số đã được lựachọn

Hình 2 7: a) Dạng ngoài động cơ AC b) Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ

+) Momen khởi động động cơ

Momen ở tốc độ quay bằng 0 được gọi là momen khởi động cơ Để động cơ tự khởiđộng được, động cơ phải sinh ra momen lớn hơn momen ma sát và momen tải đặt lên trụccủa nó Nếu gọi A là gia tốc góc của động cơ và đuợc đo bằng Rad/s2, Tm là momen động

cơ, Ttải là momen tải đặt lên trục động cơ và J là momen quán tính của Rôto và tải ta cóquan hệ:

A=(Tm-Ttải)/J (1)

+) Tốc độ cực đại của động cơ

Nhìn vào đồ thị quan hệ momen tốc độ, tại điểm momen bằng 0 xác định tốc độ cực đạicủa động c.ơ Cần phải nhớ rằng tại tốc độ này động cơ không qua momen và tốc độ nàygọi là tốc độ không tải

+) Công suất yêu cầu tải

Công suất yêu cầu đặt biệt quan trọng đối với động cơ, vì vậy người thiết kế phải lựachọn động cơ có công suất tương ứng với công suất yêu cầu trong chu kỳ làm việc

+) Hệ thống cần hay không cần giảm tốc

Thông thuờng tải được điều khiển ở dải tốc độ thấp và momen lớn Đặc tính của động

cơ ở tốc độ cao momen thấp vì vậy cần hợp tốc độ để giảm tốc độ đầu ra Khi dùng hộp tốc

độ quán tính tải cũng thay đổi theo và sự thay đổi này thể hiện trong công thức

: Jc= Jtải (ωtải/ ωđ) ^2 (2)

- Trong đó: ωtải- Tốc độ góc của tải, Rad/s

ωđ - Tốc độ góc của động cơ, rad/s

• Lựa chọn động cơ Servo AC

- Thông số kĩ thuật:

Nguồn cấp: 220V AC 50 HzCông suất motor: 100 WVận tốc quay: 1500 r p m (V/P)Nhiệt độ làm việc: -35 ~ 50 CThời gian đóng, mở: 1.5s (3m), 3S (4M), 6S (6M), 8-9S (8M)

Raspberry Pi 3 Model B+ là một phiên bản nâng cấp của Raspberry Pi 3 Model B, làthế hệ Raspberry Pi 3 mới nhất và mạnh nhất hiện nay trong dòng Raspberry Pi

• HDMI

• 4 x cổng USB 2.0

• Khe cắm thẻ Micro SD

• Hỗ trợ Power-over-Ethernet (PoE)

• Cải thiện PXE network và USB mass-storage booting

• Tản nhiệt tốt hơn Model B

Hình 2 8: Ảnh Raspberry Pi 3 Mode B+

có biển số xe Đầu ra là chuỗi ký tự trên biển số xe.

Hình 3 1: Sơ đồ quá trình nhậndạng biển số xe

Trong đồ án này, em xin phát triển hệ thống nhận dạng biển số xe với một số giới hạn:

• Biển số là biển số Việt Nam là hệ thống chỉ được sử dụng ở phạm vi trongnước Nếu đưa hệ thống ra hoạt động ở nước ngoài thì độ chính xác sẽ giảm

• Hệ thống chỉ xử lý ảnh có chứa biển số nền trắng chữ đen

• Vùng ảnh chứa biển số bé hơn hoặc bằng 4 độ

Từ những điều kiện trên, bài toán tự động nhận dạng biển số xe được phát biểu như

sau: quá trình nhận dạng biển số được áp dụng cho các phương tiện giao thông có chứa biển số ở Việt Nam Đầu vào là ảnh chụp phương tiện cùng với biển số Đầu ra là các ký

tự trên biển số xe dưới dạng text.

3.1.2 Một số quy định đối với biển số xe Việt Nam

Nhìn chung biển số xe Việt Nam đều có những đặc điểm như: hình vuông hoặc hìnhchữ nhật, có màu sáng, phủ sơn phản quang, có chứa ký tự, thường được gắn đằng trướchoặc đằng sau xe hoặc cả 2 Tuy nhiên, ở mỗi quốc gia biển số lại có những đặc thù riêng

về kích thước, tỷ lệ chiều rộng/chiều dài, số lượng ký tự, kiểu ký tự…

Ở Việt Nam, biển số xe là tấm biển gắn trên mỗi xe cơ giới, được cơ quan công an cấpkhi mu axe mới hoặc chuyển nhượng xe Biển số xe được lầm bằng hợp kim nhôm sắt, códạng hình chữ nhật hoặc hơi vuông, trên đó có in những con số, chữ viết cho biết: vùng địaphương quản lý, các con số cụ thể khi tra trên máy tính còn cho biết danh tính người chủ

Nhận dạng ký tự

Tách ký tự trên biển số

và tách biển số

hay đơn vị đã mua nó, thời gian mua nó phục vụ cho công tác an ninh… Đặc biệt trên đócòn ghi quốc huy của nước CHXHCN Việt Nam.

Một số đặc điểm của biển số xe Việt Nam:

- Biển trước: chiều cao 110 mm, chiều dài 470 mm

Hình 3 4: Kích thước biển trước

- Biển sau: chiều cao 200 mm, chiều rộng 280 mm

Hình 3 5: Kích thước biển sau

o Biển số rơ mooc, sơ mo rơ mooc: 1 biển gắn phía sau thành xe Kíchthước: Chiều cao 200 mm, chiều dài 280 mm

o Biển số xe mô tô: 1 biển gắn phía sau xe Kích thước: chiều cao 140

mm, chiều dài 190 mm

3.1.3 Phân loại phương pháp nhận dạng biển số xe

Có một vài tiêu chí khác nhau để phân loại các phương pháp nhận dạng biển số nhưmục đích sử dụng, kiểu ảnh đầu vào… Dựa trên loại ảnh mà hệ thống phân tích xử lý cóthể chia phương pháp nhận dạng biển số thành 2 loại sau:

• Loại 1: Ảnh đầu vào có giới hạn vùng nhìn

- Đầu vào: Ảnh thu trực tiếp từ các thiết bị ghi nhận kỹ thuật số.Ảnh được ghi nhận thường chỉ giới hạn trong vùng có chứa biểnsố

- Nguyên lý hoạt động: Các phương tiện giao thông phải chạy vớimột tốc độ đủ chậm để máy ghi nhận hình ảnh có thể thu đượcảnh vùng biển số xe

- Ứng dụng: Những ứng dụng nhận dạng biển số xe loại nàythường được áp dụng tại các trạm kiểm soát, các trạm thu phí,các bãi gửi xe tự động, các trạm gác cổng

• Loại 2: Ảnh đầu vào không giới hạn vùng nhìn:

- Đầu vào: Ảnh đầu vào thu được từ các thiết bị ghi hình tự động,không phụ thuộc vào góc độ, các đối tượng xung quanh, ảnhkhông bắt buộc chỉ chụp riêng phần biến số, mà ảnh có thể tổnghợp như chứa thêm các đối tượng khác như người, cây, đườngphố…, miễn là vùng có chứa biển số phải đủ rõ để thực hiệnnhận dạng được các ký tự trong vùng đó.

- Nguyên lý hoạt động: Do đặc tính không giới hạn vùng nhìn màảnh đẩu vào có thể thu được từ một thiết bị ghi hình (camera,máy ảnh…) Và do đó, công việc đầu tiên là phải dò tìm trongảnh, để xác định đúng vùng nào là biển số xe Sau đó, thực hiệntách vùng và nhận dạng Cuối cùng tùy thuộc vào mục đích sửdụng mà kết quả nhận dạng được truyền đi hay lưu trữ để phục

vụ nhu cầu của người dùng cuối

- Ứng dụng: Vì không phụ thuộc vào hình ảnh thu nhận được nên có thể dùngứng dụng tại nhiều bãi đỗ xe khác nhau như: ở trường học, các công ty, các cơ quanvới lượng phương tiện giao thông nhiều

Trong quá trình tìm hiểu, xây dựng hệ thống nhận dạng biển số Phương pháp mà emhướng tới trong quá trình xây dựng là ứng dụng loại 1

3.1.4 Hệ thống nhận dạng biển số xe trong bãi đỗ xe thông minh

Hệ thống nhận dạng biển số xe được xây dựng nhằm mục đích giám sát, kiểm soát cácphương tiện một cách nhanh chóng, tiết kiệm thời gian gửi xe, tránh ùn tắc ở khu vực đỗxe:

• Đối với xe cơ quan: ứng dụng sẽ nhận dạng, và biết được xe đó có phải là xecủa cơ quan minhg không, để tiến hành tự động đóng mở cổng

• Tại các bãi đỗ xe tự động: sẽ nhận dạng được xe vào và ra khỏi nhà để xe

• Tại các trạm thu phí: Ứng dụng hỗ trợ tự động thu phí giao thông Mà khôngcần nhân viên thu phí Đảm bảo nhanh chóng, chính xác

• Được sử dụng trong giao thông: hệ thống xác định những xe vi phạm giaothông, như phóng vượt tốc độ cho phép, vượt đèn đỏ…

• Và được sử dụng trong nhiều trường hợp khác

Ứng dụng của hệ thống nhận dạng biển số xe được áp dụng rộng rãi trong thực tế.Trong mô hình bãi đỗ xe thông minh, chúng em áp dụng xử lý ảnh để nhận dạng biển số xevới mục đích kiểm soát xe một cách nhanh chóng và dễ dàng Mô hình của chúng em dựatrên những bãi đỗ xe đã có trong thực tế như các bãi đỗ xe ở trường học, cơ quan và doanhnghiệp có nhiều phương tiện giao thông

Hình 3 6: Hệ thống nhận dạng biển số xe

3.2 Phương pháp thực hiện

3.2.1 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình Python

Python là ngôn ngữ lập trình bậc cao cho các mục đích lập trình đa năng, do Guido vanRossum tạo ra và lần đầu ra mắt vào năm 1991 Python được thiết kế với ưu điểm mạnh là

dễ đọc, dễ học và dễ nhớ Python là ngôn ngữ có hình thức sáng sủa, cấu trúc rõ ràng,thuận tiện cho người mới học lập trình

Python được phát triển chạy trên nền Unix Nhưng rồi theo thời gian, nó đã chạy trênnhiều hệ điều hành khác nhau từ MS-DOS đến Mac OS, OS/2, Window, Linux và các hệđiều hành thuộc họ Unix

Phiên bản dùng hiện tại phục vụ cho việc lập trình là phiên bản Python 3 Nó được càitrên một máy tính nhúng raspberry Pi 3 Model B+

Ngày nay Python trở thành một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất thế giớibên cạnh C#, Java… Đặc biệt trong lĩnh vực AI (Artificial Intelligence – Trí tuệ nhân tạo)

và Machine Learning thì python càng thể hiện tính ưu việt của nó

Vì những lý do trên cũng như tính hữu dụng và phổ biến của nó, python là ngôn ngữlập trình được chúng em lựa chọn để áp dụng trong đồ án này

3.2.2 Giới thiệu về thư viện OpenCV

a OpenCV là gì?

OpenCV là một thư viện mã nguồn mở hàng đầu cho thị giác máy tính (computervision), xử lý ảnh và máy học (Machine Learning), và các tính năng tăng tốc GPU trongthời gian hoạt động thực

OpenCV được phát hành theo giấy phép BSD, do đó nó hoàn toàn miễn phí cho cả họcthuật và thương mại Nó có các interface C++, C, Python, Java và hỗ trợ trên các hệ điều

hành như Windows, Linux, Mac OS, IOS và Android OpenCv được thiết kế để tính toánhiệu quả và với sự tập trung nhiều vào các ứng dụng thời gian thực Được viết tối ưu hóaC/C++, thư viện có thể tận dụng lợi thế xử lý đa lõi Được sử dụng trên khắp thế giới,OpenCV có cộng đồng hơn 47 nghìn người dùng và số lượng download vượt quá 6 triệulần Phạm vi sử dụng từ nghệ thuật tương tác, cho đến lĩnh vực khai thác mỏ, bản đồ trênweb hoặc công nghệ robot.

b Các ứng dụng của OpenCV

OpenCV được ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng bao gồm:

 Hình ảnh street view

 Kiểm tra và giám sát tự động

 Robot và xe hơi tự lái

 Phân tích hình ảnh y tế

 Tìm kiếm và phục hồi hình ảnh, video

 Phim - cấu trúc 3D chuyển động

c Chức năng của OpenCV

 Image/video I/O, xử lý, hiển thị (core, imgproc, highgui)

 Phát hiện vật thể (objdetect, features 2d, nonfree)

 Geometry-based monocular or stereo computer vision (calib3d, stitching,videostab)

 Computational photography (photo, video, superres)

 Machine learning & clustering (ml, flann)

 CUDA acceleration (GPU)

3.3 Quy trình thực hiện

3.3.1, Các phương pháp đã được phát triển và áp dụng

Với bài toán này, chúng ta có rất nhiều hướng giải quyết tùy vào đặc thù của biến số xecủa mỗi quốc gia và thuật toán được lựa chọn Tuy nhiên nhìn chung thì có một số kỹ thuậtchung được áp dụng vào bài toán nhận dạng biển số xe Những kỹ thuật này có thể kể rađây như: phương pháp hình thái học, phương pháp hough, phương pháp chiếu…

Vấn đề chính gặp phải khi xây dựng hệ thống tự động nhận dạng biển số xe là vấn đềphân đoạn ảnh Có hai giai đoạn phân đoạn ảnh chính Thứ nhất là xác định và trích xuấtvùng biển số xe từ ảnh lớn hơn Thứ hai là trích xuất các ký tự alpha từ vùng biển đã có.Giải quyết bài toán này yêu cầu một hệ thống các thủ tục được sắp xếp hợp lý Để dẽdàng hơn, bài toán được chia làm hai bài toán nhỏ: bài toán tách biển số xe, bài toán tách

ký tự và nhận dạng ký tự

3.3.2 Các phương pháp tách biển số xe

a Hướng tiếp cận dò biên và biến đổi Hough

Ý tưởng của cách tiếp cận này là: Biển số xe được bao bọc bởi đường viền Do đó, cóthể dùng phương pháp phát hiện biên, sau đó dùng phương pháp biến đổi Hough để táchtừng đoạn dọc ngang tồn tại trong ảnh Giao điểm của những đoạn thẳng này chính là vùngbao chứa biển số xe Và cuối cùng là tiến trình nhận dạng ký tự ở trên mỗi vùng con.

Hình 3 7: Sơ đồ tách bằng dò biên và Hough

Ưu điểm: độ chính xác cao Và hệ thống nhận dạng đa phần đều phát triển theo hướngtiếp cận này

Nhược điểm: Độ phức tạp tính toán khá cao Khi ảnh có thêm nhiều đối tượng khác thìkhối lượng tính toán tăng lên rất nhiều Do mục đích là phải xác định được vùng con nào làchứa biển số

b Hướng tiếp cận dò tìm biên sobel và chiếu

• Ý tưởng của cách tiếp cận này là: Trên biển số xe có rất nhiều ký tự nên khi dòbiên sobel có thể phát hiện ra các ký tự này, rồi dùng phép chiếu để tách dải ảnh

có các ký tự này Sau đó dùng một kỹ thuật phụ trợ để giới hạn lại độ rộng củadải ảnh, khi đó ta có thể xác định được vùng biển số xe

• Ưu điểm: Khá nhanh và đơn giản do không phải xét nhiều các đường thẳng nhưphương pháp hough

• Nhược điểm: Nếu gặp những ảnh có xen lẫn các đối tượng là ký tự thì dễ chokết quả không như mong muốn Vùng được nhận ra không phải là biển số mà là

có thể là vùng có chứa những ký tự đó Đôi khi ảnh đầu vào có nhiều đối tượngkhác cũng làm cho độ chính xác của cách tiếp cận này giảm đi rất nhiều

c Hướng tiếp cận phát triển vùng

Tách ngưỡng

Trích vùng ứng cử

• Ý tưởng của phương pháp này: đó là biển số xe thường chứa một màu đồngnhất, chẳng hạn như màu trắng và có diện tích tương đối nhất định Vì vậy cóthể dùng phương pháp phát triển vùng, hoặc dùng khung chữ nhật di chuyển đểtìm ra vùng có tính chất thỏa mãn biển số xe và tiến hành nhận dạng.

• Ưu điểm: rất đơn giản, và xử lý rất nhanh đối với những ảnh chỉ chứa vùng biểnsố

• Nhược điểm: khi ảnh có thêm nhiều đối tượng không phải dùng biển số, chẳnghạn như ảnh chụp cảnh vật bên ngoài thì cách tiếp cận này trở nên không hiệuquả Vì vậy phương pháp này rất hiệu quả với trạm thu phí, trạm gác cổng, gửi

Việc tách ký tự có thể gặp một số khó khăn như dính ký tự, dính viền biển số xe với ký

tự, không thể tách ký tự do biển số quá mờ hoặc quá cũ Đôi khi tách ký tự lại nhận đượcmột số nhiễu đi kèm làm cho việc nhận dạng bị sai Đặc biệt đối với biển số xe Việt Nam,rất nhiều ký tự trên biển số bị che lấp bởi các đinh ốc gắn vào biển Đây là một thách thứclớn đối với quá trình nhận dạng

Có rất nhiều phương pháp để thực hiện tách ký tự, một số phương pháp có thể kể đếnnhư phương pháp chiếu, phương pháp hình thái học, phương pháp phát hiện contour,phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo… Tuy nhiên phương pháp chiếu có vẻ được sử dụngnhiều hơn Trong bài báo cáo này em tập trung sử dụng phương pháp chiếu Với phươngpháp chiếu này chúng ta có thể thực hiện, có thể nhị phân ảnh rồi chiếu, có thể phát hiệnbiên rồi chiếu

Phương pháp đã phát triển – sử dụng ngưỡng xám và chiếu

Phương pháp này sử dụng một ngưỡng tự động để làm nổi ký tự rồi chiếu ngang, chiếudọc để phân tách ký tự

Hình 3 8: Các bước tách ký tự sử dung kỹ thuật tách ngưỡng

 Các bước xử lý:

• Chuyển ảnh đầu vào thành ảnh xám 256 mức xám

• Tiền xử lý: lọc nhiễu, chuẩn hóa histogram…

• Nhị phân hóa ảnh xám bằng thuật tách ngưỡng Thông thường người ta

sử dụng thuật toán tách ngưỡng Ostu hoặc thuật toán tách ngưỡng thíchứng (adaptive Thresholding)

• Chiếu ngang để phát hiện dòng chữ trên biển số xe

• Tách các dòng ký tự

• Chuẩn hóa ký tự về một kích thước nhất định

Phương pháp đề xuất – sử dung phát hiện biên sobel và chiếu

Hình 3 9: Các bước tách ký tự sử dụng kỹ thuật sobel

 Các bước xử lý:

• Chuyển ảnh đầu vào thành ảnh xám 256 mức xám

• Tiền xử lý: lọc nhiễu, chuẩn hóa histogram…

• Phát hiện biên dọc bằng thuật toán sobel

• Chiếu ngang để phát hiện dòng chữ trên biển số

Ảnh đầu vào

Tiền xử lý Ảnh xám

Nhị phân hóa

Chuẩn hóa ký tự

Giới thiệu một số phương pháp nhận dạng ký tự

Sau khi tách rời các ký tự, việc tiếp theo là nhận dạng ký tự Bài toán nhận dạng ký tự

là bài toán đã được phát triển và sử dụng trong rất nhiều ứng dụng nhận dạng chữ viết tay,nhận dạng chữ in Với bài toán nhận dạng biển số xe, số lượng ký tự ít, các kiểu front chữ

ít cho nên độ phức tạp cũng ít hơn, đó là một thuận lợi

Có rất nhiều phương pháp để nhận dạng ký tự, phổ biến là sử dụng mạng noron tức làhuấn luyện cho máy tính nhận dạng các ký tự Phương pháp này cho kết quả khá chính xác.Bên cạnh đó còn có một phương pháp khác đó là phương pháp hình thái học Phươngpháp này sử dụng các hình thái đặc biệt của các ký tự để phân biệt các ký tự Các ký tự cónhững đặc điểm riêng có thể phân biệt với nhau chẳng hạn như số ‘0’ có một lỗ trống ởgiữa, ‘8’ có 2 lỗ trống hay ‘X’ đối xứng 2 trục ngang dọc…

Hai phương pháp này đều đã được sử dụng khá nhiều, tuy nhiên ở đây em sử dụngphương pháp nhận dạng KNN (K Nearest Neighbor)

Phương pháp KNN (K-Nearest Neighbors)

K-nearest neighbors là một trong những thuật toán supervised-learning (học có giámsát) đơn giản nhất (mà mang lại hiệu quả trong một vài trường hợp) trong MachineLearing Khi training, thuật toán này không học một điều gì từ dữ kiệu training (đây cũng

là lý do thuật toán này được xếp vào loại Lazy learning), mọi tính toán được thực hiện khi

nó cần dự đoán kết quả dữ liệu mới K-nearest neighbor có thể áp dụng được vào cả 2 loạithuật toán Supervised learning là Classification (phân loại) và Regression (Hồi quy) KNNcòn được gọi là thuật toán Instance-based hay Memory-based learning, dịch sang tiếng việtmột cách nôm na là thuật toán học dựa trên khoảng cách hay học dựa vào việc ghi nhớ.Người ta đặt tên như vậy vì thuật toán dự đoán kết quả đầu ra dựa vào K điểm dữ liệutrong tập training gần nhất với nó

Nói một cách khác ngắn gọn hơn, KNN là một thuật toán đi tìm đẩu ra của một điểm

dữ liệu mới bằng cách chỉ dựa trên thông tin của K điểm dữ liệu trong training set (tập sữliệu huấn luyện) gần nó nhất (K-lân cận) không quan tâm đến việc có một vài điểm dữ liệutrong những điểm gần nhất này bị nhiễu

3.3.4 Các bước thực hiện

Quá trình nhận dạng biển số xe được chia ra thành 2 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Tìm ra được vị trí hay khung có chứa ký tự biển số

 Giai đoạn 2: Nhận dạng ký tự bên trong biển số

Sơ đồ nhận dạng biển số:

 Sơ đồ 1: Tìm và cắt ra vùng có chứa biển số trong ảnh

 Sơ đồ 2: Nhận dạng các ký tự có chứa trong biển số

Không thỏa mãn

Bắt đầu

Ảnh đầu vào (ảnhmàu)

Ảnh xám, ảnh nhịphân

Tìm contourscủa ký tựContours cần tìm