참조 템플릿 기반 실시간 이동체 영상을 이용한 대안적 탐지 방안 - 주차관리시스템을 대상으로 Alternative Tracing Method for Moving Object Using Reference Template in Real-time Image - Focusing on Parking Management System원문보기
주차장은 교통시스템의 일부분으로, 최근 차량이 급증하면서 주차장의 안전성과 효율적 운영이 중요해 지고 있다. 이동 차량을 탐지하여 주차 현황을 안내하기 위한 다양한 연구가 진행되어 왔지만 영상 내에 빠르게 이동하는 다수의 차량을 동시에 탐지하는 것은 여전히 도전적인 문제이다. 이에 본 연구에서는 공영 주차장이나 대형 주차장에 주차 구역이 분명하고 주차 구역 내에 감시 카메라가 설치되어있는 것에 착안하여, 참조 템플릿 기반 실시간 영상처리 기법을 이용한 무인 주차 가용 정보 제공 및 안내 시스템을 개발하고자 하였다. 즉, 주차 공간 내에 참조 표식 마커로써 주정차 중인 차량의 움직임과 상황을 인지하여 차량의 크기, 형태 등 직접적인 탐지 여부에 관계없이 주차 관제가 가능한 대안적 방법을 제시하였다. 또한, 주차 정보와 층별 주차 현황을 시뮬레이션하기 위한 프로토타입 시스템을 구현하여 본 연구에서 제시한 방법론의 실제 적용 가능성을 검토하고 성능 분석을 수행하였다. 결과적으로 실시간 영상 정보를 처리하여 주차장의 총 주차 공간 수, 주차된 차량 수와 같은 주차장 통계 정보의 저장 관리가 가능하였다. 향후, 본 연구 결과는 주차 상황 분석을 통해 주차 관리를 체계적이고 효율적으로 운영하는데 있어 비용 절감과 사용자 편의를 보다 증진 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
주차장은 교통시스템의 일부분으로, 최근 차량이 급증하면서 주차장의 안전성과 효율적 운영이 중요해 지고 있다. 이동 차량을 탐지하여 주차 현황을 안내하기 위한 다양한 연구가 진행되어 왔지만 영상 내에 빠르게 이동하는 다수의 차량을 동시에 탐지하는 것은 여전히 도전적인 문제이다. 이에 본 연구에서는 공영 주차장이나 대형 주차장에 주차 구역이 분명하고 주차 구역 내에 감시 카메라가 설치되어있는 것에 착안하여, 참조 템플릿 기반 실시간 영상처리 기법을 이용한 무인 주차 가용 정보 제공 및 안내 시스템을 개발하고자 하였다. 즉, 주차 공간 내에 참조 표식 마커로써 주정차 중인 차량의 움직임과 상황을 인지하여 차량의 크기, 형태 등 직접적인 탐지 여부에 관계없이 주차 관제가 가능한 대안적 방법을 제시하였다. 또한, 주차 정보와 층별 주차 현황을 시뮬레이션하기 위한 프로토타입 시스템을 구현하여 본 연구에서 제시한 방법론의 실제 적용 가능성을 검토하고 성능 분석을 수행하였다. 결과적으로 실시간 영상 정보를 처리하여 주차장의 총 주차 공간 수, 주차된 차량 수와 같은 주차장 통계 정보의 저장 관리가 가능하였다. 향후, 본 연구 결과는 주차 상황 분석을 통해 주차 관리를 체계적이고 효율적으로 운영하는데 있어 비용 절감과 사용자 편의를 보다 증진 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
As the number of vehicles has been sharply increases, the significance of safety and effective operation issues in the parking lot is being emphasized, which takes a part of the transportation system. Recently, there have been several studies for the parking management by detecting moving object, ho...
As the number of vehicles has been sharply increases, the significance of safety and effective operation issues in the parking lot is being emphasized, which takes a part of the transportation system. Recently, there have been several studies for the parking management by detecting moving object, however, recognizing numbers of fast-moving vehicles simultaneously in the picture is still a challenging problem. The parking lot in public area, or large-sized buildings has clear parking section, whereas the sensor system is configured to monitor a plurality of parking spaces. Therefore, by considering those parking lots, we suggested to develop the real-time parking availability information system by applying the real-time image processing techniques. with the help of template matching. Following the study, we wanted to provide the alternative method for parking management system through the reference template makers by recognizing movements of parked vehicles with the size and shape, regardless of direct detecting of driving movements. In addition, we evaluated the applicability and performances of the information system, presented in this study, and implemented a prototype system to simulate the parking statuses of each floor. In fat, it was possible to manage and analyze statistics about the total number of parking spaces and the number of vehicles parked through real-time video flames. We expected that the result of the study will be advanced, following the user-friendliness and cost reduction in operating parking management system and giving information by efficient analysis of parking situation.
As the number of vehicles has been sharply increases, the significance of safety and effective operation issues in the parking lot is being emphasized, which takes a part of the transportation system. Recently, there have been several studies for the parking management by detecting moving object, however, recognizing numbers of fast-moving vehicles simultaneously in the picture is still a challenging problem. The parking lot in public area, or large-sized buildings has clear parking section, whereas the sensor system is configured to monitor a plurality of parking spaces. Therefore, by considering those parking lots, we suggested to develop the real-time parking availability information system by applying the real-time image processing techniques. with the help of template matching. Following the study, we wanted to provide the alternative method for parking management system through the reference template makers by recognizing movements of parked vehicles with the size and shape, regardless of direct detecting of driving movements. In addition, we evaluated the applicability and performances of the information system, presented in this study, and implemented a prototype system to simulate the parking statuses of each floor. In fat, it was possible to manage and analyze statistics about the total number of parking spaces and the number of vehicles parked through real-time video flames. We expected that the result of the study will be advanced, following the user-friendliness and cost reduction in operating parking management system and giving information by efficient analysis of parking situation.
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문제 정의
다시 말해 기존 연구가 단순히 근거리 센서에 의한 정보 획득과 카메라 정확도 향상에 주안을 두었다면, 본 연구는 기 구축된 카메라 영상 시설을 기반하여 영상처리 기법과 실시간 데이터 관리기법을 적용시킨 주차 현황(입·출차)과 주정차 관리에 보다 특화된 이동체 검출 방법론이다.
본 연구에서는 공영 주차장이나 대형 주차장에 주차 구역이 분명하고 주차 구역 내에 감시 카메라가 설치되어있는 것에 착안하여, 실시간 영상 처리 기법에 기반을 둔 무인 주차 가용 정보 제공 및 안내 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 본 연구에는 비용과 가용성 측면에서 기존 주차 구역에 설치된 카메라 인프라를 활용하고 이동 차량의 직접적인 탐지보다는 주차 공간의 표식 마커를 인식하는 템플릿 매칭에 기반을 둔 실시간 영상 처리 기법을 제안하였다.
본 연구에서는 카메라의 대용량 이미지 데이터를 가공하여 출·입차 중인 이동 객체를 검출하고 주차 가용 공간을 시각화하여 이를 실시간 영상 서비스 및 주차 현황 정보를 제공하는 방안을 제시하였다.
이에 본 연구에는 비용과 가용성 측면에서 기 설치된 주차 구역의 영상 장비와 기반 시설을 최대한 활용하되, 이동체의 직접적인 탐지 대신 참조 템플릿 기반 실시간 영상처리 기법을 제시하여 대안적 이동체 인식과 주정차 관리 방안을 제시하였다. 다시 말해 기존 연구가 단순히 근거리 센서에 의한 정보 획득과 카메라 정확도 향상에 주안을 두었다면, 본 연구는 기 구축된 카메라 영상 시설을 기반하여 영상처리 기법과 실시간 데이터 관리기법을 적용시킨 주차 현황(입·출차)과 주정차 관리에 보다 특화된 이동체 검출 방법론이다.
제안 방법
이때 매칭에 사용된 마커는 탐지 객체를 담고 있는 유사한 형태의 영상이다. 두 번째 단계로 명암 대비를 통해 배경과 템플릿 구분하고 잡음 제거를 위해 임계값을 이용한 이진 영상을 제작한다(Step 2). 주차 구역 형상에 근거하여 ROI (Region Of Interest)를 지정하여 영역을 나누어 준 후 (Step 3), 영상에서 마커 인식을 위해 상관계수 맵 생성하고 유클리디안 거리를 이용해 픽셀을 이동하는 템플릿 매칭을 수행한다(Step 4).
실시간 카메라 영상을 통한 패턴 인식 및 영상처리를 통해 출입차 중인 이동체의 위치 추적 및 주·정차 차량을 검출하였다. 또한 실시간 주차 가용 정보 (개별 차량 주차 현황 색상 , 가용 주차 공간, 전체 층별 주차 공간)를 표시하였다. 이동체 주차 관제 정보의 시뮬레이션은 카메라 인식이 기능한 C++기반 OPEN CV 라이브러리를 사용하여 영상 처리 및 패턴 인식을 수행하였다.
주차 현황 시뮬레이션을 위한 프로토타입 시스템을 구현하여 실시간 카메라 영상을 통한 패턴 인식 및 영상처리를 수행하고 출·입차 이동체의 위치 추적 및 주차 차량을 검출하였다. 또한 실시간 주차 가용 정보 (개별 차량 주차 현황의 색상 표현, 가용 주차 공간 표시, 전체 층별 주차 공간 등)를 표시하였다.
보안 감시 CCTV는 가용 주차 공간을 식별하는 센싱 노드로 활용되고, 캡쳐된 영상 이미지는 마이크로 컨트롤러를 통해 처리된다. 또한 지그비를 통해 가용 주차 공간에 대한 공급 상태를 전송하고 이를 중앙 컴퓨터에서 저장 관리하도록 하였다.
또한 카메라의 대용량 이미지 데이터를 가공하여 출·입차 중인 이동 차량을 검출하고, 주차 가용 공간을 시각화하여 이를 실시간 영상 서비스 및 주차 현황 정보를 제공하는 프로토타입 시스템을 구현하였다.
마지막으로 실시간으로 촬영된 카메라 영상과 전체 층별 주차 공간을 표시하고 탐지된 결과를 기반으로 건물 층별로 개별 차량의 입·출차 현황을 지도에 가시화하고 가용 주차 공간 표시하여 주차 현황을 시뮬레이션 하였다(Step 5).
명암 대비를 통해 배경과 템플릿 구분하고 잡음 제거를 위해 임계값을 이용하여 이진 영상을 제작한다. 영상 이진화는 영상 안에 포함된 물체의 특징을 검출하기 위해 모든 픽셀을 흑과 백으로 표현한다.
본 논문에서는 템플릿 매칭의 원리를 이용하여 주차 공간 내에 존재하는 두 개 템플릿을 가지고 상관계수 맵에 나타나는 최댓값의 임계치를 조절하여 이동 중인 차량의 유무와 주차 현황을 탐지할 수 있다. 즉, 입·출차 또는 주차 되어 있는 차량의 정확한 일치 여부에 관계없이 탐지된 영상 패치의 개수에 따라 가용 주차 공간 (Fig.
본 연구에서 제시된 시스템은 센서 네트워크를 이용한 주차 관리 시스템과 달리 기 구축된 CCTV와 무인 카메라 인프라와 컴퓨터 비전을 융합한 공간정보 솔루션이다. 이동체 탐지 및 가용 주차 공간의 지도 매핑이 가능하고, 주차 시설 이용에 대한 변화를 탐지하여 주정차 현황 정보를 실시간 제공하므로 주차 관제를 위한 시간과 비용, 인력이 절감되고 주차장 이용자의 편의를 보다 증진 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서 제안된 방법은 주차장의 입구 지점에 설치된 카메라로부터 촬영된 대용량의 이미지 시퀀스를 대상으로 한 영상 패치 기반 탐지 알고리즘이다. 주정차 차량 유무의 판단은 영상 패치를 이용한 템플릿 매칭 기법4) 을 적용하였다.
실시간 카메라 영상을 통한 패턴 인식 및 영상처리를 통해 출입차 중인 이동체의 위치 추적 및 주·정차 차량을 검출하였다.
또한 실시간 주차 가용 정보 (개별 차량 주차 현황 색상 , 가용 주차 공간, 전체 층별 주차 공간)를 표시하였다. 이동체 주차 관제 정보의 시뮬레이션은 카메라 인식이 기능한 C++기반 OPEN CV 라이브러리를 사용하여 영상 처리 및 패턴 인식을 수행하였다. 지상 1층과 2층 주차 공간에 주차된 차량을 대상으로 층별 주차현황 정보(가용주차/총주차)를 제공하였다.
이때 경계, 블록, 골격 등 주차 영역 및 차량 탐지에 필요한 영상 요소를 추출하고 단위 주차 공간 내 차량과 마커를 인식하여 차량 입·출차 현황을 분석할 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 공영 주차장이나 대형 주차장에 주차 구역이 분명하고 주차 구역 내에 감시 카메라가 설치되어있는 것에 착안하여, 실시간 영상 처리 기법에 기반을 둔 무인 주차 가용 정보 제공 및 안내 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 본 연구에는 비용과 가용성 측면에서 기존 주차 구역에 설치된 카메라 인프라를 활용하고 이동 차량의 직접적인 탐지보다는 주차 공간의 표식 마커를 인식하는 템플릿 매칭에 기반을 둔 실시간 영상 처리 기법을 제안하였다. 또한 카메라의 대용량 이미지 데이터를 가공하여 출·입차 중인 이동 차량을 검출하고, 주차 가용 공간을 시각화하여 이를 실시간 영상 서비스 및 주차 현황 정보를 제공하는 프로토타입 시스템을 구현하였다.
두 번째 단계로 명암 대비를 통해 배경과 템플릿 구분하고 잡음 제거를 위해 임계값을 이용한 이진 영상을 제작한다(Step 2). 주차 구역 형상에 근거하여 ROI (Region Of Interest)를 지정하여 영역을 나누어 준 후 (Step 3), 영상에서 마커 인식을 위해 상관계수 맵 생성하고 유클리디안 거리를 이용해 픽셀을 이동하는 템플릿 매칭을 수행한다(Step 4). 이때 경계, 블록, 골격 등 주차 영역 및 차량 탐지에 필요한 영상 요소를 추출하고 단위 주차 공간 내 차량과 마커를 인식하여 차량 입·출차 현황을 분석할 수 있도록 하였다.
주차 구역 형상에 근거하여 ROI를 설정하여 영역을 나누어준다. 이는 템플릿 매칭 수행 시 유사 영역 검출을 위한 스캔 영역을 줄여 준다.
주차 현황 시뮬레이션을 위한 프로토타입 시스템을 구현하여 실시간 카메라 영상을 통한 패턴 인식 및 영상처리를 수행하고 출·입차 이동체의 위치 추적 및 주차 차량을 검출하였다.
카메라는 주차장의 고정된 장면을 취득하기 위해 주차장의 사이드 및 정면부에 위치시키고, 카메라의 높이가 주차장의 장애물 없이 평면 이미지를 확보하기에 충분하도록 하였다.
해당 영상들을 이용하여 상관 계수의 변화(0.1~0.9)에 따른 검출(recall or detection), 미검출 및 오검출(false positive) 등 성능 지표에 대한 측정을 수행하였다. 검출은 입력 데이터에 있는 전체 템플릿 중 성공적으로 검출된 마커 수를 나타내며, 미검출은 검출과는 상반되는 개념으로 입력 데이터 있는 전체 템플릿 중 검출되지 못한 마커 수이다.
대상 데이터
이동체 주차 관제 정보의 시뮬레이션은 카메라 인식이 기능한 C++기반 OPEN CV 라이브러리를 사용하여 영상 처리 및 패턴 인식을 수행하였다. 지상 1층과 2층 주차 공간에 주차된 차량을 대상으로 층별 주차현황 정보(가용주차/총주차)를 제공하였다. 현재 주차장에 설치된 카메라에서 전송되는 영상 위에 처리되는 화면, 그에 해당하는 정보를 단순화시켜 구분이 용이한 색상 정보, 마지막으로 전체 층에 따른 가용 주차 공간과 영역을 보여주는 화면으로 구성하었다.
이론/모형
입력 영상과 I와 템플릿 영상 T 영역 간의 유사도(similarity)를 구하려면 두 영상의 값들이 얼마나 차이가 있는지 알아야 하며 이 때 가장 보편적으로 이용하는 방법이 거리 측정(distance measure)이다. 본 연구에서는 거리 측정을 위한 대표적인 방법인 유클리디안 거리를 이용하였다. Eq.
매칭 방법은 크게 픽셀 값의 제곱차를 이용하는 제곱 차 매칭(squared difference), 템플릿과 입력 영상의 곱을 제곱하여 모두 더한 후 값의 범위에 따라 일치 여부를 확인하는 상관관계 매칭(correlation), 템플릿과 입력 영상 각각의 평균을 고려한 상관계수 매칭(correlation coefficient), 영상 사이의 조명 차이가 존재 시 유용한 정규화 방법이 있다. 일반적으로 제곱 차 같은 간단한 방법보다 상관계수와 같이 복잡한 형태의 매칭 방법이 정확한 결과를 얻을 수 있으며 본 연구에서 상관계수 매칭의 정규화(Normalized Cross Correlation: NCC)를 이용하였다. NCC는 정규화된 상호 연관성을 찾는 방식으로 입력 이미지와 찾고자하는 이미지간의 밝기의 선형적인 차이와 기하학적 유사도를 측정할 수 있는 방식이다.
주정차 차량 유무의 판단은 영상 패치를 이용한 템플릿 매칭 기법4) 을 적용하였다.
성능/효과
결론적으로 실시간 주차장의 총 주차 공간 수, 주차 가능한 위치와 같은 정보를 제공 할 수 있으며, 주차장에서의 층별 주차 가용성 여부 파악하여 운전자에게 제공 가능한 기반을 마련할 수 있다. 또한 주차정보를 필요로 하는 클라이언트는 단말 장치를 통하여 서버에 접속하여 원하는 주차장의 주차 가용성 여부를 파악할 수 있고 주차장을 선택하는 결정을 내릴 수 있다.
즉, 템플릿 매칭의 원리를 기반으로, 주차 공간 내에 존재하는 두개 영상 패치와 상관계수 맵에 나타나는 최댓값의 임계값을 조절하여 입·출차 또는 주차 되어 있는 차량의 정확한 일치 여부에 관계없이 주차 차량의 유무와 주차 현황을 탐지할 수 있었다. 이를 통해 기존 주차장에 설치된 카메라를 이용하여 실시간 이동체 탐지와 가용 주차 공간 위치와 정보를 알려주는 서비스 등 주차 관제 기능 구현이 가능함을 확인 할 수 있었다.
즉, 템플릿 매칭의 원리를 기반으로, 주차 공간 내에 존재하는 두개 영상 패치와 상관계수 맵에 나타나는 최댓값의 임계값을 조절하여 입·출차 또는 주차 되어 있는 차량의 정확한 일치 여부에 관계없이 주차 차량의 유무와 주차 현황을 탐지할 수 있었다.
후속연구
현재 카메라가 다룰 수 있는 영역 범위로 두 개의 주차 구역을 담고 있으나, 보다 넓은 주차 영역에 방법론을 적용할 필요가 있을 것이다. 또한 카메라의 설치 위치, 마커의 형태와 샘플 크기, 장애물 존재 등 다양한 상황에서 검출 및 오검출 등에 대한 성능 지표를 측정하여 구현의 타당성을 검토할 필요가 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서 제시된 시스템은 센서 네트워크를 이용한 주차 관리 시스템과 달리 기 구축된 CCTV와 무인 카메라 인프라와 컴퓨터 비전을 융합한 공간정보 솔루션이다. 이동체 탐지 및 가용 주차 공간의 지도 매핑이 가능하고, 주차 시설 이용에 대한 변화를 탐지하여 주정차 현황 정보를 실시간 제공하므로 주차 관제를 위한 시간과 비용, 인력이 절감되고 주차장 이용자의 편의를 보다 증진 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
하지만, 본 연구에서는 CCTV의 카메라 설치와 주정차 차량에 대한 개인 정보 문제에 대한 제약으로 다음의 사항을 향후 연구과제로 제시한다. 현재 카메라가 다룰 수 있는 영역 범위로 두 개의 주차 구역을 담고 있으나, 보다 넓은 주차 영역에 방법론을 적용할 필요가 있을 것이다.
하지만, 본 연구에서는 CCTV의 카메라 설치와 주정차 차량에 대한 개인 정보 문제에 대한 제약으로 다음의 사항을 향후 연구과제로 제시한다. 현재 카메라가 다룰 수 있는 영역 범위로 두 개의 주차 구역을 담고 있으나, 보다 넓은 주차 영역에 방법론을 적용할 필요가 있을 것이다. 또한 카메라의 설치 위치, 마커의 형태와 샘플 크기, 장애물 존재 등 다양한 상황에서 검출 및 오검출 등에 대한 성능 지표를 측정하여 구현의 타당성을 검토할 필요가 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주차장이란?
주차장은 교통시스템의 일부분으로, 최근 차량이 급증하면서 주차장의 안전성과 효율적 운영이 중요해 지고 있다. 이동 차량을 탐지하여 주차 현황을 안내하기 위한 다양한 연구가 진행되어 왔지만 영상 내에 빠르게 이동하는 다수의 차량을 동시에 탐지하는 것은 여전히 도전적인 문제이다.
주차장 통계 정보의 저장 관리가 가능해짐으로 얻을 수 있는 이익은?
결과적으로 실시간 영상 정보를 처리하여 주차장의 총 주차 공간 수, 주차된 차량 수와 같은 주차장 통계 정보의 저장 관리가 가능하였다. 향후, 본 연구 결과는 주차 상황 분석을 통해 주차 관리를 체계적이고 효율적으로 운영하는데 있어 비용 절감과 사용자 편의를 보다 증진 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
차량 주차의 방법에는 어떤 것들이 있는가?
초·고층 복합 건축물에서 주차 가능 구역을 찾기 위한 운전자의 검색 운행 시간이 길어짐에 따라 시간과 연료의 낭비를 초래하는 일이 발생하고 있다. 일반적으로 차량 주차는 운전자의 시각과 경험에 의해 행하여지지만, 최근 각종 감지기를 통해 정확한 거리측정과 공간 확보가 가능하고 주차를 보다 신속하고 안전하 게 할 수 있게 되었다. 하지만 여전히 초기 설치와 유지비용이 고가라는 한계로 인하여 사람이 주차 가용 여부를 판단하여 안내하는 형태가 이어지고 있다.
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