OpenCV项目实践之停车场车位实时检测

目录

• 1. 写在前面
• 2. 整体流程梳理
• 3. 数据预处理
  • 3.1 背景过滤
  • 3.2 Canny边缘检测
  • 3.3 停车场区域提取
  • 3.4 霍夫变换检测直线
  • 3.5 以列为单位，划分停车位
  • 3.6 锁定每个停车位
  • 3.7 为CNN生成预测图片
• 4. 模型的训练和预测
  • 4.1 模型训练
  • 4.2 模型预测
• 5. 小结

1. 写在前面

今天整理OpenCV入门的第三个实战小项目，前面的两篇文章整理了信用卡数字识别以及文档OCR扫描， 大部分用到的是OpenCV里面的基础图像预处理技术，比如轮廓检测，边缘检测，形态学操作，透视变换等， 而这篇文章的项目呢，不仅需要一些基础的图像预处理，还需要搭建模型进行识别和预测，所以通过这个项目，能把图像预处理以及建模型等一整套流程拉起来，并应用到实际的应用场景，还是非常有意思的。

停车场车位实时检测任务，是拿到停车场的一段视频video，主要完成两件事情：

• 检测整个停车场当中，当前一共有多少辆车，一共有多少个空余的车位
• 把空余的停车位标识出来，这样用户停车的时候，就可以直接去空余的停车位处， 为停车节省了很多时间

所以这个项目还是非常有实践应用价值的，用了大约一天半的时间搞定这个项目，参考的是唐老师的OpenCV入门教程视频， 不过这里面对于这个任务做的相对粗糙，我在这个基础上基于我的理解进行了一些优化，主要改动如下：

• 据处理方面，按列框出停车位之后，我对每一列框的坐标手工进行了调整，确保每个停车位不遗漏，不多余， 然后是对每个停车位的坐标位置进行了微调，尽量让其标记的准一些
• 模型方面，原视频采用迁移学习方式，基于keras对VGG网络进行的微调，而我模型这里统一基于pytorch，用的ResNet32预训练模型进行的finetune，验证集正确率能到0.94多，但第一版还是有少量预测的不是很准，所以又基于已有的帧图片做了数据增强，额外增加了一些数据，把准确率提升到0.98左右
• 项目的整体架构全部改变，算是听懂了上面的思想，然后基于自己的理解进行的重构，好处是后面可以进行各种优化，按照自己需求做数据增强，数据预处理以及训练各种高级模型等。

不过，发现小resnet就够强大的了，最终的预测效果如下：

这是视频中的某一帧图像，实际运行的时候，是读入视频，快速分开帧，每一帧做出这样的预测标记，然后实时显示。这样在每个时刻，都能动态的知道该停车场有哪些车位空了出来。

下面就对这个项目中用到的关键技术进行整理，由于这个项目稍微大一些，代码量多，不可能在这里全部展示，但想记录下对于这个项目我的思考过程，以及各种处理的动机，以及如何进行的处理，我觉得这个才是对以后有用的东西。

2. 整体流程梳理

首先，拿到这个任务之后， 得大致上梳理下流程，才能确定行动方案。 我们开始拿到了这样的一段视频，那么为了完成上面停车位检测以及识别的任务，就需要考虑两步：

• 我得先把停车场的每个停车位给提取出来
• 有了每个停车位，我训练一个模型，去预测这个停车位上有没有车就行啦，把没有车的标识出来，然后统计个数

其实宏观上就这么两大步。那么后面的问题就是怎么把每个车位提取出来，又怎么训练模型预测呢？

我这里主要分为了两大步， 数据预处理以及模型的训练及预测：

数据预处理方面

• 以视频中某一帧的图像为单位，进行处理
• 通过二值化，灰度化，边缘检测，特定点标定连线等，把图片中多余的部分去掉，只保留停车场内的这部分对象
• 霍夫变换的直线检测，去找图片中的直线，根据直线坐标，先按列为单位，把车位按列框起来， 然后对框手动微调
• 在每一列中，锁定每个停车位的位置，并对每个停车位进行标号，把这个保存成字典
• 有了每个停车位的位置，就能提取出对应图片，可以作为后面模型的训练以及验证的数据集，不过需要人工手动划分

通过上面步骤，会积累一些数据，大约800多张图片，接下来就可以训练模型，但是由于数据量太少，从头训练模型往往效果不好，所以这里采用迁移学习的方式，使用了预训练的resnet34，用这800多张图片微调。

训练好了模型保存，接下来，对于每一帧图像，有了停车位位置字典，就能直接提取出每一个停车位，然后对于这每个停车位，模型预测有没有车即可

所以有了这样的一个流程，就能再进一步分解细化，就可以大处着眼小处着手啦，下面整理每一步里面的关键细节。

3. 数据预处理

3.1 背景过滤

首先，把一帧图像读入进来，原始图像如下：

先通过二值化的方式过滤掉背景，突出重要信息，然后转成灰度图。

def select_rgb_white_yellow(image):
    # 过滤背景
    lower = np.uint8([120, 120, 120])
    upper = np.uint8([255, 255, 255])
    # 三个通道内，低于lower和高于upper的部分分别变成0， 在lower-upper之间的值变成255， 相当于mask，过滤背景
    # 保留了像素值在120-255之间的像素值
    white_mask = cv2.inRange(image, lower, upper)
    masked_img = cv2.bitwise_and(image, image, mask=white_mask)
    return masked_img
masked_img = select_rgb_white_yellow(test_image)

这里看到inRange()，想到了之前用到的二值化的方法threshold, 我在想这俩有啥区别？ 为啥这里不用这个了？ 下面是我经过探索得到的几点使用经验：

• cv2.threshold(src, thresh, maxval, type[, dst]):针对的是单通道图像(灰度图), 二值化的标准,type=THRESH_BINARY: if x > thresh, x = maxval, else x = 0, 而type=THRESH_BINARY_INV: 和上面的标准反着，目前常用到了这俩个
• cv2.inRange(src, lowerb, upperb)：可以是单通道图像，可以是三通道图像，也可以进行二值化，标准是if x >= lower and x <= upper, x = 255, else x = 0

这里做了一个实验， 事先把图片转化成灰度图warped = cv2.cvtColor(test_image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)，然后下面两句代码的执行结果是一样的:

• cv2.threshold(warped, 119, 255, cv2.THRESH_BINARY)[1]
• cv2.inRange(warped, 120, 255)

处理之后的图片长这样：

3.2 Canny边缘检测

接下来，采用Canny边缘检测算法，检测出边缘来

low_threshold, high_threshold = 50, 200
edges_img = cv2.Canny(gray_img, low_threshold, high_threshold)

结果如下:

下面尝试把停车场这块提取出来， 把其余那些没用的去掉。

3.3 停车场区域提取

这里的思路就是，先用6个标定点把停车场的这几个角给他定住，这个标定点得需要自己找。 找到之后， 采用OpenCV中的填充函数，就能制作一个mask矩阵，然后就能把其余部分去掉了。

def select_region(image):
    """这里手动选择区域"""
    rows, cols = image.shape[:2]
    
    # 下面定义6个标定点, 这个点的顺序必须让它化成一个区域，如果调整，可能会交叉起来，所以不要动
    pt_1  = [cols*0.06, rows*0.90]   # 左下
    pt_2 = [cols*0.06, rows*0.70]    # 左上
    pt_3 = [cols*0.32, rows*0.51]    # 中左
    pt_4 = [cols*0.6, rows*0.1]      # 中右
    pt_5 = [cols*0.90, rows*0.1]     # 右上
    pt_6 = [cols*0.90, rows*0.90]    # 右下
    
    vertices = np.array([[pt_1, pt_2, pt_3, pt_4, pt_5, pt_6]], dtype=np.int32)
    point_img = image.copy()
    point_img = cv2.cvtColor(point_img, cv2.COLOR_GRAY2BGR)
    for point in vertices[0]:
        cv2.circle(point_img, (point[0], point[1]), 10, (0, 0, 255), 4)
    # cv_imshow('points_img', point_img)
    
    # 定义mask矩阵， 只保留点内部的区域
    mask = np.zeros_like(image)
    if len(mask.shape) == 2:
        cv2.fillPoly(mask, vertices, 255)   # 点框住的地方填充为白色
        #cv_imshow('mask', mask)
    roi_image = cv2.bitwise_and(image, mask)
    return roi_image

roi_image = select_region(edges_img)

处理的效果如下：

这样处理好了，我们就需要找到这里面的直线，然后通过直线去猜测大致的位置。

3.4 霍夫变换检测直线

这里采用霍夫变换检测直线， 函数是cv2.HoughLinesP， 该函数能检测直线的两个端点(x0,y0, x1, y1)。函数原型:

HoughLinesP(image, rho, theta, threshold[, lines[, minLineLength[, maxLineGap]]]) -> lines

• image: 边缘检测的输出图像，这里要注意必须是边缘检测的输出图像
• rho: 参数极径r以像素值为单位的分辨率，一般1
• threa: 以弧度为单位的分辨率，一般1
• threshold: 检测一条直线所需最少的曲线交点
• minLineLength: 能形成一条直线的最小长度，太短，不认为是一条直线
• maxLineGap: 两条直线直接最大间隔，小于这个值，认为是一条直线

所以，这个函数拿来直接用。

def hough_lines(image):
    # 输入的图像需要是边缘检测后的结果
    # minLineLengh(线的最短长度，比这个短的都被忽略)和MaxLineCap（两条直线之间的最大间隔，小于此值，认为是一条直线）
    # rho距离精度,theta角度精度,threshod超过设定阈值才被检测出线段
    return cv2.HoughLinesP(image, rho=0.1, theta=np.pi/10, threshold=15, minLineLength=9, maxLineGap=4)

list_of_lines = hough_lines(roi_image)  # (2338, 1, 4)

竟然检测到了2338条直线，这里面肯定有很多不能用的，所以后面处理，需要对直线先进行一波筛选。筛选原则是线不能是斜的，且水平方向不能太长或者是太短。 具体代码下面会看到，这里先展示下过滤之后的效果。

过滤完了，总共628条直线。

3.5 以列为单位，划分停车位

下面的代码会稍微复杂，所以需要分块讲思路。

首先，我们拿到了停车场的直线以及它的坐标位置。 过滤操作已经做好，接下来，就是对每条直线进行排序。 让这些线，从一列一列的，从上往下依次排列好。

def identity_blocks(image, lines, make_copy=True):
    if make_copy:
        new_image = image.copy()
    
    # 过滤部分直线
    stayed_lines = []
    for line in lines:
        for x1, y1, x2, y2 in line:
            # 这里是过滤直线，必须保证不能是斜的线，且水平方向不能太长或者太短
            if abs(y2-y1) <=1 and abs(x2-x1) >=25 and abs(x2-x1) <= 55:
                stayed_lines.append((x1,y1,x2,y2))
    
    # 对直线按照x1排序, 这样能让这些线从上到下排列好， 这个排序是从第一列的第一条横线，往下走，然后是第二列第一条横线往下，...
    list1 = sorted(stayed_lines, key=operator.itemgetter(0, 1))

排列好之后，遍历所有线， 看看相邻两条线之间的距离，如果是一列， 那么两条线的x_1应该离得非常近，毕竟是同一列，如果这个值太大了，说明是下一列了。根据这个准则，遍历完之后，就能把这些线划分到不同的列里面。这里是用了一个字典，键表示列，值表示每一列里面的直线。

代码接上：

# 找到多个列，相当于每列是一排车
    clusters = collections.defaultdict(list)
    dIndex = 0
    clus_dist = 10   # 每一列之间的那个距离
    for i in range(len(list1) - 1):
        # 看看相邻两条线之间的距离，如果是一列的，那么x1这个距离应该很近，毕竟是同一列上的
        # 如果这个值大于10了，说明是下一列的了，此时需要移动dIndex， 这个表示的是第几列 
        distance = abs(list1[i+1][0] - list1[i][0])
        if distance <= clus_dist:
            clusters[dIndex].append(list1[i])
            clusters[dIndex].append(list1[i+1])
        else:
            dIndex += 1

有了每一列里面的直线，下面就是就是遍历每一列，先拿到所有直线，然后找到纵坐标的最大值和最小值，以及横坐标的最大和最小值，但由于横坐标这里，首尾列都一排车位，中间排都是两列，不好直接取到最大最小坐标，所以这里采用了求平均的方式。 这样遍历完，针对每一列，就能得到左上角点和右下角点，这是一个矩形框。

代码接上：

# 得到每列停车位的矩形框
    rects = {}
    i = 0
    for key in clusters:
        all_list = clusters[key]
        cleaned = list(set(all_list))
        # 有5个停车位至少
        if len(cleaned) > 5:
            cleaned = sorted(cleaned, key=lambda tup: tup[1])
            avg_y1 = cleaned[0][1]
            avg_y2 = cleaned[-1][1]
            if abs(avg_y2-avg_y1) < 15:
                continue
            avg_x1 = 0
            avg_x2 = 0
            for tup in cleaned:
                avg_x1 += tup[0]
                avg_x2 += tup[2]
            avg_x1 = avg_x1 / len(cleaned)
            avg_x2 = avg_x2 / len(cleaned)
            
            rects[i] = [avg_x1, avg_y1, avg_x2, avg_y2]
            i += 1
    print('Num Parking Lanes: ', len(rects))

下面，把矩形框画出来：

# 把列矩形画出来
    buff = 7
    for key in rects:
        tup_topLeft = (int(rects[key][0] - buff), int(rects[key][1]))
        tup_botRight = (int(rects[key][2] + buff), int(rects[key][3]))
        cv2.rectangle(new_image, tup_topLeft, tup_botRight, (0, 255, 0), 3)
    return new_image, rects

这里的buff，也是进行了一点微调操作。 这种是根据实际场景来的，不是死的。 效果如下：

这样就会发现，对于每一列的停车位，有了大致上的矩形框标定，但是这个非常粗糙。 原视频里面就基于这个往后面走了。 我这里对于每一列框进行微调，因为这个框非常重要。不准的话影响后面的具体车位划分。

def rect_finetune(image, rects, copy_img=True):
    if copy_img:
        image_copy = image.copy()
    # 下面需要对上面的框进行坐标微调， 让框更加准确
    # 这个框很重要，影响后面停车位的统计，尽量不能有遗漏
    for k in rects:
        if k == 0:
            rects[k][1] -= 10
        elif k == 1:
            rects[k][1] -= 10
            rects[k][3] -= 10
        elif k == 2 or k == 3 or k == 5:
            rects[k][1] -= 4
            rects[k][3] += 13
        elif k == 6 or k == 8:
            rects[k][1] -= 18
            rects[k][3] += 12
        elif k == 9:
            rects[k][1] += 10
            rects[k][3] += 10
        elif k == 10:
            rects[k][1] += 45
        elif k == 11:
            rects[k][3] += 45
    
    buff = 8
    for key in rects:
        tup_topLeft = (int(rects[key][0]-buff), int(rects[key][1]))
        tup_botRight = (int(rects[key][2]+buff), int(rects[key][3]))
        cv2.rectangle(image_copy, tup_topLeft, tup_botRight, (0, 255, 0), 3)
    
    return image_copy, rects

微调之后的效果如下：

原则就是不遗漏，不多余。

3.6 锁定每个停车位

这里就是针对每个矩形框， 对里面的停车位用直线切割成一个个的，每个停车位用(x1,y1,x2,y2)标识，左上角和右下角的坐标。并进行标号，最终形成一个字典，字典的键就是位置，值就是序号。当然，这里的一个细节，依然是中间排是两排，首尾是一排，这个在具体划分停车位的时候，一定要注意。

def draw_parking(image, rects, make_copy=True, save=True):
    gap = 15.5
    spot_dict = {}  # 一个车位对应一个位置
    tot_spots = 0
    
    #微调
    adj_x1 = {0: -8, 1:-15, 2:-15, 3:-15, 4:-15, 5:-15, 6:-15, 7:-15, 8:-10, 9:-10, 10:-10, 11:0}
    adj_x2 = {0: 0, 1: 15, 2:15, 3:15, 4:15, 5:15, 6:15, 7:15, 8:10, 9:10, 10:10, 11:0}
    fine_tune_y = {0: 4, 1: -2, 2: 3, 3: 1, 4: -3, 5: 1, 6: 5, 7: -3, 8: 0, 9: 5, 10: 4, 11: 0}
    
    for key in rects:
        tup = rects[key]
        x1 = int(tup[0] + adj_x1[key])
        x2 = int(tup[2] + adj_x2[key])
        y1 = int(tup[1])
        y2 = int(tup[3])
        cv2.rectangle(new_image, (x1, y1),(x2,y2),(0,255,0),2)
        
        num_splits = int(abs(y2-y1)//gap)
        for i in range(0, num_splits+1):
            y = int(y1+i*gap) + fine_tune_y[key]
            cv2.line(new_image, (x1, y), (x2, y), (255, 0, 0), 2)
        if key > 0 and key < len(rects) - 1:
            # 竖直线
            x = int((x1+x2) / 2)
            cv2.line(new_image, (x, y), (x, y2), (0, 0, 255), 2)
        
        # 计算数量   除了第一列和最后一列，中间的都是两列的
        if key == 0 or key == len(rects) - 1:
            tot_spots += num_splits + 1
        else:
            tot_spots += 2 * (num_splits + 1)
        
        # 字典对应好
        if key == 0 or key == len(rects) - 1:
            for i in range(0, num_splits+1):
                cur_len = len(spot_dict)
                y = int(y1 + i * gap) + fine_tune_y[key]
                spot_dict[(x1, y, x2, y+gap)] = cur_len + 1
        else:
            for i in range(0, num_splits+1):
                cur_len = len(spot_dict)
                y = int(y1 + i * gap) + fine_tune_y[key]
                x = int((x1+x2) / 2)
                spot_dict[(x1, y, x, y+gap)] = cur_len + 1
                spot_dict[(x, y, x2, y+gap)] = cur_len + 2
  
    return new_image, spot_dict

这里的fine_tune_y也是我后来加上去的，也是为了让每一列尽量把车位划分的准确些。

从这个效果上来看，基本上就把车位一个个的划分开了，划分开之后，会发现，这里面有些并不是车位， 但依然给框住了。这样统计个数的时候，以及后面给信息停车的时候会受到影响，所以我这里又一一排查，去掉了这些无效的车位。

# 去掉多余的停车位
invalid_spots = [10, 11, 33, 34, 37, 38, 61, 62, 93, 94, 95, 97, 98, 135, 137, 138, 187, 249, 
           250, 253, 254, 323, 324, 327, 328, 467, 468, 531, 532]
valid_spots_dict = {}
cur_idx = 1
for k, v in spot_dict.items():
    if v in invalid_spots:
        continue
    valid_spots_dict[k] = cur_idx
    cur_idx += 1

这样，还可以把处理好的车位信息进行可视化，再进行微调，不过，我这里由于之前的一些微调操作，感觉效果还可以，就没有做任何调整啦。

# 把每一个有效停车位标记出来
tmp_img = test_image.copy()
for k, v in valid_spots_dict.items():
    cv2.rectangle(tmp_img, (int(k[0]), int(k[1])),(int(k[2]),int(k[3])), (0,255,0) , 2)
cv_imshow('valid_pot', tmp_img)

效果如下：

如果要想让后面模型对于每个车位预测的更加准确，这里的划分一定要尽量的细致和标准。 否则如果矩形框和真实的车位对应不上，比如矩形框卡在了两个车位中间这种，这样划分出的车位拿给模型看，就很容易判断出错。

另外，最终的这个字典很重要，因为这个字典里面保存的是各个车位的位置信息。 有了这个东西，拿到一帧图片，就可以直接把每个车位标定出来，拿给模型预测。 并且对于同一停车场，这个每个车位是固定的。所以这个也不会变，视频的所有图像共用。 这样能保证实时性。

3.7 为CNN生成预测图片

有了各个车位的具体位置信息，下面直接按照这里面的左边把每个车位切割出来，就能得到后面CNN的训练和验证的数据集了。

def save_images_for_cnn(image, spot_dict, folder_name = '../cnn_pred_data'):
    for spot in spot_dict.keys():
        (x1, y1, x2, y2) = spot
        (x1, y1, x2, y2) = (int(x1), int(y1), int(x2), int(y2))
        
        # 裁剪
        spot_img = image[y1:y2, x1:x2]
        spot_img = cv2.resize(spot_img, (0, 0), fx=2.0, fy=2.0)
        spot_id = spot_dict[spot]
        
        filename = 'spot_{}.jpg'.format(str(spot_id))
        
        # print(spot_img.shape, filename, (x1,x2,y1,y2))
        cv2.imwrite(os.path.join(folder_name, filename), spot_img)
  
save_images_for_cnn(test_image, valid_spots_dict)

这样，就把模型的训练数据集准备好。 在文件中组织成这个样子：

每个目录里面，就是划分出来的一张张小的车位图像，不过这里是人为划分到了有车还是无车里面。所以后面的模型其实做一个二分类任务，给定这样一张车位的小图像，预测下是不是空的即可。

下面开始说模型的细节。

4. 模型的训练和预测

由于目前的样本非常少，不足以训练一个大模型到收敛，所以这里采用的迁移学习技术，用的预训练模型。

模型这里和视频中不一样的是，我统一采用pytorch写的模型训练和测试代码，原因是最近正在尝试pytorch复现cv里面的各个经典网络，这个项目正好让我拿来练手。另外一个就是感觉keras搭建的灵活度不够，在数据预处理方面不如torchvision里面transforms用起来方便。 基于这两个原因， 我这里直接用pytorch，采用的resnet34预训练模型，使用这个的原因是这两天正好把resnet复现了一遍，稍微熟悉了一点罢了，正好能学以致用，没有啥偏爱。

由于这里的代码非常多，这里就不过多罗列了，简单说下逻辑即可，感兴趣的可以看具体项目。

首先是训练模型。

4.1 模型训练

这个整体逻辑倒是可以看下：

def train_model():
    # 获取dataloader
    data_root = os.getcwd()
    image_path = os.path.join(data_root, "train_data")
    train_data_path = os.path.join(image_path, "train")
    val_data_path = os.path.join(image_path, "test")
    train_loader, validat_loader, train_num, val_num = get_dataloader(train_data_path, val_data_path,
                                                                      data_transform_pretrain, batch_size=8)

    # 创建模型 注意这里没指定类的个数，默认是1000类
    net = resnet34()
    model_weight_path = 'saved_model_weight/resnet34_pretrain_ori_low_torch_version.pth'

    # 使用预训练的参数，然后进行finetune
    net.load_state_dict(torch.load(model_weight_path, map_location='cpu'))

    # 改变fc layer structure  把fc的输出维度改为2
    in_channel = net.fc.in_features
    net.fc = nn.Linear(in_channel, 2)
    net.to(device)

    # 模型训练配置
    loss_function = nn.CrossEntropyLoss()
    optimizer = optim.Adam(net.parameters(), lr=0.0001)

    epochs = 30
    save_path = "saved_model_weight/resnet34_pretrain.pth"
    best_acc = 0.
    train_steps = len(train_loader)

    model_train(net, train_loader, validat_loader, epochs, device, optimizer, loss_function, train_steps, val_num,
                save_path, best_acc)

因为我这里采用了一些函数封装，所以这个逻辑应该稍微清晰些，首先pytorch模型训练，要先把数据封装成dataloader的格式，后面模型训练的时候，是从这个类里面读取数据。关于dataloader与dataset的原理这里就不过多整理。之前我详细在pytorch基础那里整理过了。

不过这里的细节，就是data_transform_pretrain， 也就是数据预处理操作。

data_transform_pretrain = {
        "train": transforms.Compose([
            transforms.RandomResizedCrop(224),  # 对图像随机裁剪， 训练集用，验证集不用
            transforms.RandomHorizontalFlip(),
            transforms.ToTensor(),
            # 这里的中心化处理参数需要官方给定的参数，这里是ImageNet图片的各个通道的均值和方差，不能随意指定了
            transforms.Normalize((0.485, 0.456, 0.406), (0.229, 0.224, 0.225))
        ]),
        "val": transforms.Compose([
            # 验证过程中，这里也进行了一点点改动
            transforms.Resize(256),
            transforms.CenterCrop(224),
            transforms.ToTensor(),
            transforms.Normalize((0.485, 0.456, 0.406), (0.229, 0.224, 0.225))
        ]),
        "test": transforms.Compose([
            transforms.Resize(256),
            transforms.CenterCrop(224),
            transforms.ToTensor(),
            transforms.Normalize((0.485, 0.456, 0.406), (0.229, 0.224, 0.225))
        ])
    }

这里由于是采用的官方训练好的resnet网络，我们这里中心化要参考官方给定的参数，因为它预训练是ImageNet这个大数据集上训练的，所以这里每个通道的均值和方差，我们最好别随意指定。用人家官方给出的。

有了dataloader，接下来创建模型， 这里是直接使用的resnet34, 把预训练的模型参数导入进来。导入的时候，会发现我这个参数名字的文件有个low_torch_version， 是因为之前导入的时候出现了报错：

xxx.pt is a zip archive(did you mean to use torch.jit.load()?)“

这个报错的原因是，官方预训练保存的模型参数使用的pytorch版本是1.6以上，PyTorch的1.6版本将torch.save切换为使用新的基于zipfile的文件格式。

torch.load仍然保留以旧格式加载文件的功能。 如果希望torch.save使用旧格式，请传递kwarg _use_new_zipfile_serialization = False。

我电脑本子的pytorch版本是1.0，所以导入1.6以上版本保存的模型参数，就会报这样的错误。 那么，我怎么解决的呢？ 那就是从我服务器上，运行了下面这个代码

model_weight_path = "saved_models/resnet34_pretrain_ori.pth"
    state_dict = torch.load(model_weight_path)
    torch.save(state_dict, 'saved_models/resnet34_pretrain_ori_low_torch_version.pth', _use_new_zipfile_serialization=False)

我服务器上的pytorch版本是1.10的版本，是能导入这个参数的，导入完了重新保存，指定官方给定的参数即可。

这个问题解决之后，下面就说下预训练模型了， 导入参数之后，我们需要修改网络最后的一层，因为resnet本身做的是1000分类，最后一层神经元个数是1000，我们这里需要做二分类，所以需要改成2。

另外，就是迁移学习的三种方式:

• 载入权重后重新训练所有参数 – 硬件设施好
• 载入权重后只训练最后几层参数，前面的层进行冻结， 或者是前面几层的学习率降低， 后面全连接层的学习率变大，即分组调整学习率
• 载入全中后在原网络基础上再添加一层全连接层， 仅训练最后一个全连接层

我这里采用的全部训练的方式，但是这里有必要整理下，如果是想只训练后面几层，或者前面层和后面层不同学习率训练的时候，应该怎么做：

# 创建模型 注意这里没指定类的个数，默认是1000类
net = resnet34()
model_weight_path = 'saved_model_weight/resnet34_pretrain_ori_low_torch_version.pth'

# 使用预训练的参数，然后进行finetune
net.load_state_dict(torch.load(model_weight_path, map_location='cpu'))

# 改变fc layer structure  把fc的输出维度改为2
in_channel = net.fc.in_features
net.fc = nn.Linear(in_channel, 2)
net.to(device)

# 模型训练配置
loss_function = nn.CrossEntropyLoss()
# 训练的时候，也可以冻结掉卷积层的参数, 也可以指定不同层的参数使用不同的学习率进行训练
res_params, conv_params, fc_params = [], [], []
# named_parameters()能返回每一层的名字以及参数，是一个字典
for name, param in net.named_parameters():
     # layer 系列是残差层
     if ('layer' in name):
           res_params.append(param)
     # 全连接层
     elif ('fc' in name):
           fc_params.append(param)
     else:
           param.requires_grad = False

params = [
     {'params': res_params, 'lr': 0.0001},
     {'params': fc_params, 'lr': 0.0002},
]

optimizer = optim.Adam(params)

这里修改优化器的参数即可。

这样完事之后，调用模型训练的函数，直接进行训练即可。这个脚本就是常规操作了，这里就不贴代码了。

4.2 模型预测

有了保存好的模型， 我们拿来一帧图像，根据停车位字典划分出一个个的停车位来，然后通过模型预测是不是空的，如果是空的， 在原图上进行标记出来即可。

所以下面是整个项目的核心预测：

def predict_on_img(img, spot_dict, model, class_indict, make_copy=True, color=[0, 255, 0], alpha=0.5, save=True):
    # 这个是停车场的全景图像
    if make_copy:
        new_image = np.copy(img)
        overlay = np.copy(img)

    cnt_empty, all_spots = 0, 0
    for spot in tqdm(spot_dict.keys()):
        all_spots += 1
        (x1, y1, x2, y2) = spot
        (x1, y1, x2, y2) = (int(x1), int(y1), int(x2), int(y2))
        spot_img = img[y1:y2, x1:x2]
        spot_img_pil = Image.fromarray(spot_img)

        label = model_infer(spot_img_pil, model, class_indict)
        if label == 'empty':
            cv2.rectangle(overlay, (int(x1), int(y1)), (int(x2), int(y2)), color, -1)
            cnt_empty += 1

    cv2.addWeighted(overlay, alpha, new_image, 1 - alpha, 0, new_image)

    # 显示结果的
    cv2.putText(new_image, "Available: %d spots" % cnt_empty, (30, 95),
                cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,
                0.7, (255, 255, 255), 2)
    cv2.putText(new_image, "Total: %d spots" % all_spots, (30, 125),
                cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,
                0.7, (255, 255, 255), 2)

    if save:
        filename = 'with_marking_predict.jpg'
        cv2.imwrite(filename, new_image)
    # cv_imshow('new_image', new_image)
    return new_image

模型预测的核心，就是model_infer函数，这个也是模型预测的常规操作，这里不过多解释了。

视频的话，无非就是多帧图像，对于每一帧过一下这个函数，就能进行视频的实时预测：

def predict_on_video(video_path, spot_dict, model, class_indict, ret=True):
    cap = cv2.VideoCapture(video_path)
    count = 0
    while ret:
        ret, image = cap.read()
        count += 1

        if count == 5:
            count = 0
            new_image = predict_on_img(image, spot_dict, model, class_indict, save=False)

            cv2.imshow('frame', new_image)
            if cv2.waitKey(10) & 0xFF == ord('q'):
                break

    cv2.destroyAllWindows()
    cap.release()

这就是整个项目啦。

5. 小结

终于看到了一个小麻雀项目了，虽然可能有些简单，但是却能把图像处理加模型训练预测，这一套机制都给利用起来，对我这样的初学者还算友好。通过这个项目，在图像预处理方面学习到了二值化中的InRange, 霍夫直线检测，定点标定技术，mask矩阵进行区域锁定，以及通过坐标进行区域提取等。在模型方面学习到了resnet，复习了pytorch迁移学习。 又认识了几个新的库glob, shutil, PIL等。所以，收获颇多，感觉cv越来越有意思了哈。

这个项目感觉实际场景中挺有意义的，开脑洞幻想下未来如果智慧交通普及了，在智能停车场的运作下， 通过摄像头实时检测停车场车位的空余状况并标定好位置，把这个信息传到无人车系统，然后无人车根据信息自动规划停车路线，直接锁定车位自动把车停好。避免了停车场的拥挤(可能现在我们停车转好几圈找不到一个停车位，还有可能堵死在里面不好出来)。并且停车场的空余情况能通过大屏幕一目了然，节省了用户找车位，停车的时间。

好吧， 只是提前开了下脑洞，至于能不能成， 未来会给我们答案 ?

本次项目代码地址https://github.com/zhongqiangwu960812/OpenCVLearning