專利名稱：一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種倒車輔助系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種用于給駕駛員提供倒車參考信息的雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著中國汽車保有量的急劇增加，道路、停車場等泊車場所日益擁擠，可以利用的泊車空間也越來越少。與此同時，快速增長的駕駛員人群中操縱不熟練的新手也逐年增多，由于汽車結(jié)構(gòu)和駕駛員視野局限的影響，倒車成為汽車駕駛的主要難點之一。美國密歇根大學(xué)的研究表明，泊車導(dǎo)致的事故占到各類事故的44%，其中大約50%的泊車事故是由于倒車造成的。由此可見，倒車是導(dǎo)致車輛事故的一個重要原因。針對上述狀況，各種類型的倒車輔助系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用。目前最常見的倒車輔助系統(tǒng)有兩類倒車?yán)走_(dá)和倒車影像。倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)通常由 超聲波探頭、控制器、顯示器和蜂鳴器組成，當(dāng)車輛掛上倒檔時，超聲波探頭發(fā)射超聲波，超聲波在碰到障礙物后發(fā)生反射，探頭接收到反射波后便可以計算出障礙物距離，并驅(qū)動顯示器或蜂鳴器報警，避免發(fā)生碰撞。倒車影像是在汽車尾部安裝一個廣角攝像頭，駕駛員可以通過廣角攝像頭觀察車后方情況?，F(xiàn)有的大多數(shù)倒車影像系統(tǒng)都可以通過視頻疊加顯示靜態(tài)軌跡線，即車身兩側(cè)在倒車圖像中的延長線。部分倒車影像系統(tǒng)還可以通過采集方向盤轉(zhuǎn)角，計算出該轉(zhuǎn)角下車輛的運行軌跡，并在倒車圖像中顯示，給駕駛員提供更豐富的信息，降低駕駛難度。但是，現(xiàn)有的倒車影像系統(tǒng)采用廣角攝像頭拍攝得到的圖像存在很大畸變，駕駛員從圖像中很難判斷車輛到后方障礙物的距離，特別是距離地面有一定高度的障礙物，由于圖像畸變的原因，駕駛員通過圖像感覺到的距離要比實際距離遠(yuǎn)，若按照圖像顯示進(jìn)行倒車操作則可能會發(fā)生碰撞。為了減少倒車事故的發(fā)生，迫切需要一些輔助方法提高倒車影像的距離感，使駕駛員容易理解車輛位置，保障倒車安全。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可以根據(jù)駕駛員選擇輸出倒車普通視場圖像或俯視視場圖像，并能夠?qū)④囕v倒車軌跡和距離標(biāo)記線疊加到兩個視場的倒車影像中，有效提高倒車影像的距離感的雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于它包括一設(shè)置在車輛后方的廣角倒車攝像頭，一方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，一倒車影像控制系統(tǒng)和一顯示器，所述倒車影像控制系統(tǒng)通過車載CAN總線獲取汽車檔位、方向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員倒車影像視場選擇信息，所述倒車影像控制系統(tǒng)還分別與所述廣角倒車攝像頭和顯示器相連接；所述倒車影像控制系統(tǒng)包括一倒車軌跡計算單元、一倒車軌跡投影單元和一倒車影像俯視變換單元；所述倒車影像控制系統(tǒng)控制所述廣角倒車攝像頭獲取車輛后方圖像并將其分別發(fā)送到所述倒車軌跡投影單元和倒車影像俯視變換單元，所述倒車軌跡計算單元采集方向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號計算倒車軌跡和距離標(biāo)記線，并將其發(fā)送到所述倒車軌跡投影單元；所述倒車軌跡投影單元根據(jù)地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系將倒車軌跡和距離標(biāo)記線投影至圖像中，并將疊加有倒車軌跡線和距離標(biāo)記線的圖像發(fā)送到所述顯示器完成普通視場倒車影像的顯示；所述倒車影像俯視變換單元根據(jù)地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系，將車輛后方圖像變換為俯視圖像，同時將倒車軌跡和距離標(biāo)記線投影至俯視圖像中，并將疊加有倒車軌跡線和距離標(biāo)記線的俯視圖像發(fā)送到所述顯示器完成俯視視場倒車影像的顯示。所述地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系為
[Xl rr dl Ui 「C" IC ,1+ /lK-I Le IJ LvJ YLv_p = ^Jx2 + Y2
■Xrx-XY= [R I T] y
Ci0 + aip + aLpL\Ll-式中，為圖像坐標(biāo)，為感光器件坐標(biāo)，{x，y}為地面坐標(biāo)；c，d和e是攝像頭
仿射系數(shù)，Cu，Cv是圖像中心偏移量，{%，. . .，aj是攝像頭畸變參數(shù)，L為畸變次數(shù)；R和T是攝像頭坐標(biāo)系相對地面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，X是縮放系數(shù)。所述倒車軌跡計算單元包括一阿克曼轉(zhuǎn)角計算模塊、一倒車方向判斷模塊、一倒車軌跡計算模塊和一距離標(biāo)記線計算模塊；所述阿克曼轉(zhuǎn)角計算模塊計算車輛的阿克曼轉(zhuǎn)角供，并將其發(fā)送到所述倒車方向判斷模塊，所述倒車方向判斷模塊將倒車方向判斷結(jié)果發(fā)送到所述倒車軌跡計算模塊分別計算左輪和右輪的倒車軌跡，并將其發(fā)送到所述距離標(biāo)記線計算模塊，所述距離標(biāo)記線計算模塊以車輛后軸中心的倒車軌跡為起始值，以后軸中心為起點，周向每隔Ar在倒車軌跡上選取距離標(biāo)記點，在每一距離標(biāo)記點處取沿左、右輪半徑方向且位于左、右側(cè)倒車軌跡內(nèi)部的一段直線作為距離標(biāo)記線，距離標(biāo)記線的起始位置分別為左、右側(cè)倒車軌跡線。所述倒車軌跡投影單元包括一倒車軌跡離散采樣模塊、一距離標(biāo)記線采樣模塊、一圖像坐標(biāo)映射模塊和一分段直線繪圖模塊；所述倒車軌跡離散采樣模塊對左右側(cè)倒車軌跡分別進(jìn)行離散采樣，并將采樣點集發(fā)送到所述圖像坐標(biāo)映射模塊；所述距離標(biāo)記線采樣模塊采集每一條距離標(biāo)記線的起點和終點的地面坐標(biāo)值，并將所有距離標(biāo)記線的起點和終點的地面坐標(biāo)點集發(fā)送到所述圖像坐標(biāo)映射模塊；所述圖像坐標(biāo)映射模塊根據(jù)地面坐標(biāo)與圖像坐標(biāo)的投影變換關(guān)系計算得到倒車軌跡采樣點集和距離標(biāo)記線采樣點集對應(yīng)的圖像坐標(biāo)，并將其全部發(fā)送到所述分段直線繪圖模塊，所述分段直線繪圖模塊將點集中相鄰坐標(biāo)點依次連接，在圖像中繪制出倒車軌跡和距離標(biāo)記線的投影。所述倒車影像俯視變換單元包括一俯視圖生成單元、一倒車軌跡采樣縮放模塊、一距離標(biāo)記線采樣縮放模塊和一俯視倒車軌跡繪制模塊；所述俯視圖生成單元計算俯視圖像中各點的像素值生成俯視像并將其發(fā)送到所述俯視倒車軌跡繪制模塊；所述倒車軌跡采樣縮放模塊采集、記錄倒車軌跡的采樣點坐標(biāo)值并將其進(jìn)行縮放后發(fā)送到所述俯視倒車軌跡繪制模塊；所述距離標(biāo)記線采樣縮放模塊采集并記錄每一條距離標(biāo)記線起點和終點的坐標(biāo)值并對其分別進(jìn)行縮放后發(fā)送到所述俯視倒車軌跡繪制模塊；所述俯視倒車軌跡繪制模塊在俯視圖像上通過分段直線繪制出倒車軌跡和距離標(biāo)記線的投影。所述俯視圖生成單元包括一俯視圖坐標(biāo)映射子模塊、一地面坐標(biāo)圖像投影子模塊和一四鄰域像素插值子模塊；所述俯視圖坐標(biāo)映射子模塊計算俯視圖像中的每個像素點(uw,vw)所對應(yīng)的地面坐標(biāo)(xw，yw)，并將其發(fā)送到所述地面坐標(biāo)圖像投影子模塊；所述地面坐標(biāo)圖像投影子模塊利用地面坐標(biāo)系與攝像頭圖像坐標(biāo)系之間的投影變換關(guān)系，計算俯視圖像的地面坐標(biāo)對應(yīng)攝像頭坐標(biāo)(U，V)，由此得到俯視圖的像素點(uw，vw)對應(yīng)的攝像頭圖像像素點(U，V)，并將其發(fā)送到所述四鄰域像素插值子模塊，所述四鄰域像素插值子模塊提取(U，v)相鄰的四個像素，經(jīng)線性插值后得到作為俯視圖像像素點(uw，vw)的像素值，完成 俯視圖像所有像素點的投影計算得到俯視圖像。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明的倒車影像控制系統(tǒng)由于設(shè)置有倒車軌跡計算單元、倒車軌跡投影單元和倒車影像俯視變換單元，倒車軌跡計算單元計算倒車軌跡和距離標(biāo)記線，倒車軌跡投影單元可以得到疊加有倒車軌跡線和距離標(biāo)記線的車輛后方普通視場圖像，倒車影像俯視變換單元可以得到疊加有倒車軌跡線線和距離標(biāo)記線的車輛后方俯視視場圖像，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，在普通視角基礎(chǔ)上，增加了俯視視角下的車輛后方影像，駕駛員可以根據(jù)實際需要，在兩個視場之間進(jìn)行切換，因此為駕駛員提供了更多、更準(zhǔn)確的參考信息，有效降低倒車難度。2、本發(fā)明的倒車影像俯視變換單元根據(jù)地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系，將車輛后方圖像變換為俯視圖像，并將倒車軌跡和距離標(biāo)記線疊加到俯視圖像中，俯視圖像更加符合駕駛員的實際倒車操作，不僅提高了倒車影像的距離感，而且駕駛員從俯視圖像中更直觀的判斷車輛周邊環(huán)境及車輛運動趨勢，更容易理解車輛位置，保障倒車安全。3、本發(fā)明由于設(shè)置有分段直線繪圖模塊和俯視倒車軌跡繪制模塊，因此在普通視場圖像和俯視視場圖像中對倒車軌跡離散采樣且分段繪制，既可以保證了倒車軌跡線平滑度，又使倒車軌跡線更加符合真實的倒車軌跡。4、本發(fā)明由于采用了更符合廣角倒車攝像頭圖像畸變模型的地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系，因此計算得到的倒車軌跡線精度更高，更能準(zhǔn)確地引導(dǎo)駕駛員倒車。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于汽車倒車過程中為駕駛員提供更多、更準(zhǔn)確的參考信息。


圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的控制邏輯示意圖；圖3是本發(fā)明的倒車軌跡計算單元的流程示意圖；圖4是本發(fā)明的倒車軌跡坐標(biāo)示意圖，倒車軌跡圓心“0”為右前輪中垂線和右后輪中垂線的交點，兩條弧線分別為左、右側(cè)倒車軌跡；圖5是本發(fā)明的倒車軌跡投影單元的處理流程示意圖；圖6是本發(fā)明的普通視場倒車軌跡投影示意圖；圖7是本發(fā)明的倒車影像俯視變換單元的流程示意圖；圖8是本發(fā)明的俯視視場及倒車軌跡線示意圖；圖9是本發(fā)明的俯視圖生成單元的流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I、圖2所示，本發(fā)明的雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)與現(xiàn)有的倒車影像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似，包括一安裝在車輛尾部的廣角倒車攝像頭I ;一設(shè)置在方向盤轉(zhuǎn)向管柱上的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器2 安裝在車體內(nèi)的倒車影像控制系統(tǒng)3和一設(shè)置在汽車控制面板上的顯示器4 ;倒車影像控制系統(tǒng)3通過車載CAN總線與車身CAN總線相連，分別獲取汽車檔位、方向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員倒車影像視場選擇信息，倒車影像控制系統(tǒng)3還通過視頻線分別與廣角倒車攝像頭I和顯示器4相連接，用于采集和發(fā)送模擬圖像信號。本發(fā)明的特點在于倒車影像控制系統(tǒng)3包括一倒車軌跡計算單元31、一倒車軌跡投影單元32和一倒車影像俯視變換單元33 ;駕駛員掛檔倒車時，通過車載CAN總線使倒車影像控制系統(tǒng)3進(jìn)入工作狀 態(tài)，倒車影像控制系統(tǒng)3啟動廣角倒車攝像頭I獲取車輛后方圖像，并將其分別發(fā)送到倒車軌跡投影單元32和倒車影像俯視變換單元33 ;倒車軌跡計算單元31采集方向盤轉(zhuǎn)角傳感器2信號，計算左、右車輪倒車軌跡和距離標(biāo)記線，并將左右側(cè)倒車軌跡和距離標(biāo)記線發(fā)送到倒車軌跡投影單元32 ;若駕駛員選擇普通倒車視場模式，倒車軌跡投影單元32根據(jù)地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系將倒車軌跡和距離標(biāo)記線投影至圖像中，并將疊加有倒車軌跡線和距離標(biāo)記線的圖像發(fā)送到顯示器4，完成普通視場下倒車影像的顯示；若駕駛員選擇俯視倒車視場模式，倒車影像俯視變換單元33根據(jù)地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系，將車輛后方圖像變換為俯視圖像，同時將倒車軌跡和距離標(biāo)記線進(jìn)行縮放投影至俯視圖像中，并將疊加有倒車軌跡線和距離標(biāo)記線的俯視圖像發(fā)送到顯示器4完成俯視視場倒車影像的顯示。上述實施例中，廣角倒車攝像頭I的水平視場不低于170°，垂直視場不低于130。，工作電流小于100mA。上述各實施例中，廣角倒車攝像頭I的成像過程可以描述為空間中一個點的光線通過鏡頭后發(fā)生折射，并照射到CXD或CMOS感光器件上，攝像頭控制器對感光面上的像素點進(jìn)行電壓采樣，得到圖像中各像素點的亮度值并將圖像輸出，此過程涉及到四個坐標(biāo)系之間的變換，地面坐標(biāo)系，攝像頭坐標(biāo)系、感光器件坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系。地面坐標(biāo)系固定于地面，其方向規(guī)定符合SAE要求，攝像頭坐標(biāo)系原點位于鏡頭中心，以光軸為Z軸，沿光軸方向向左為X軸，向上為Y軸。感光器件坐標(biāo)系固結(jié)于感光面上,為一平面坐標(biāo)系，以感光器件中心為原點，向右為X軸，向上為Y軸。圖像坐標(biāo)系以圖像左上角為原點，向右為X軸，向下為Y軸。其中，地面坐標(biāo)系與攝像頭坐標(biāo)系之間存在旋轉(zhuǎn)和平移，攝像頭坐標(biāo)系和感光器件坐標(biāo)系之間則存在畸變與縮放，感光器件坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間僅考慮簡單的仿射變換。根據(jù)上述坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，本發(fā)明所采用的地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系為
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式中，為圖像坐標(biāo)，為感光器件坐標(biāo)，{X，y}為地面坐標(biāo)；c，d和e是攝像頭
仿射系數(shù)，Cu，Cv是圖像中心偏移量，{a0, . . .，aj為攝像頭畸變參數(shù)，L為畸變次數(shù)，以上三組參數(shù)統(tǒng)稱為攝像頭內(nèi)部參數(shù)#和T是攝像頭坐標(biāo)系相對地面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，也稱為攝像頭外部參數(shù)，、是縮放系數(shù)。如圖3、圖4所示,上述各實施例中，倒車軌跡計算單元31包括一阿克曼轉(zhuǎn)角計算模塊311、一倒車方向判斷模塊312、一倒車軌跡計算模塊313和一距離標(biāo)記線計算模塊314;阿克曼轉(zhuǎn)角計算模塊311采集方向盤轉(zhuǎn)角0，并結(jié)合車輛參數(shù)和攝像頭標(biāo)定參數(shù)計算車輛的阿克曼轉(zhuǎn)角史，并將阿克曼轉(zhuǎn)角識發(fā)送到倒車方向判斷模塊312，倒車方向判斷模塊312依據(jù)阿克曼轉(zhuǎn)角將倒車方向判斷結(jié)果發(fā)送到倒車軌跡計算模塊313分別計算左、右輪的轉(zhuǎn)彎半徑，并將左、右輪轉(zhuǎn)彎半徑所對應(yīng)的弧線作為倒車軌跡(如圖4所示)發(fā)送到距離標(biāo)記線計算模塊314，距離標(biāo)記線計算模塊314以車輛后軸中心為起點，以后軸中心的倒車半徑為起始值，周向每隔Ar在左、右側(cè)倒車軌跡上選取距離標(biāo)記點，在每一距離標(biāo)記點處取 沿左、右輪半徑方向且位于左、右側(cè)倒車軌跡內(nèi)部的一段直線作為距離標(biāo)記線，距離標(biāo)記線的起始位置分別為左、右側(cè)倒車軌跡，距離標(biāo)記線的長度為s，Ar和s可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選取在此不作限定，本發(fā)明的實施例中選取Ar為0. 2m，s為30cm。倒車軌跡計算單元31中各模塊的計算過程為
(fi = k' 0式中，k'為變換系數(shù)，變換系數(shù)k'可以從車輛制造商處獲取或通過標(biāo)定方向盤轉(zhuǎn)角與前輪轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系求得。通過阿克曼原理，認(rèn)為當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，所有車輪都繞同一個瞬時中心做圓周滾動，因此可以通過如下公式計算左、右車輪的轉(zhuǎn)彎半徑。當(dāng)車輛向左方倒車時，左輪和右輪的轉(zhuǎn)彎半徑為
Ti = I ■ COt 屮—w/2
Yr = I COt (p + W/2當(dāng)車輛向右方倒車時，左輪和右輪的轉(zhuǎn)彎半徑為
Tt = I COt (p + IV/2
Tr = I COiip — W/2式中，rx為左輪的轉(zhuǎn)彎半徑，rr為右輪的轉(zhuǎn)彎半徑，I為車輛軸距，w為車輪輪距。如圖5、圖6所示，上述各實施例中，倒車軌跡投影單元32包括一倒車軌跡離散采樣模塊321、一距離標(biāo)記線采樣模塊322、一圖像坐標(biāo)映射模塊323和一分段直線繪圖模塊324 ;倒車軌跡離散采樣模塊321對左右側(cè)倒車軌跡進(jìn)行離散采樣，記錄各采樣點的地面坐標(biāo)值，并將左右側(cè)倒車軌跡所有采樣點的地面坐標(biāo)點集發(fā)送到圖像坐標(biāo)映射模塊323 ；距離標(biāo)記線采樣模塊322采集每一條距離標(biāo)記線的起點和終點的地面坐標(biāo)值，并將所有距離標(biāo)記線的起點和終點的地面坐標(biāo)點集發(fā)送到圖像坐標(biāo)映射模塊322 ;圖像坐標(biāo)映射模塊322根據(jù)地面坐標(biāo)與圖像坐標(biāo)的投影變換關(guān)系計算得到倒車軌跡采樣點集和距離標(biāo)記線采樣點集對應(yīng)的圖像坐標(biāo)，并將其全部發(fā)送到分段直線繪圖模塊324，分段直線繪圖模塊324將點集中相鄰坐標(biāo)的點依次連接，在圖像中繪制出倒車軌跡和距離標(biāo)記線的投影(如圖6所示)。倒車軌跡投影單元32中各模塊的計算過程為倒車軌跡離散采樣模塊321分別采集并記錄左、右側(cè)倒車軌跡采樣點的地面坐標(biāo)集為S1= {(Xli, Yli) I i=l, 2， ，N}Sr= {xri, yri) I i=l, 2， ，N}式中，(Xli, yXi)和(xH, yri)分別表示左、右輪倒車軌跡上第i個采樣點的地面坐標(biāo)值，N為采樣點數(shù)。距離標(biāo)記線采樣模塊323采集每一條距離標(biāo)記線的起點和終點的地面坐標(biāo)點集為S2= {xsi, ysi, xei, yei) | i=l, 2， ，M}式中，(xsi, ysi, xei, yei)表示第i條距離標(biāo)記線起點和終點的地面坐標(biāo)值，M為距離標(biāo)記線的總條數(shù)。如圖7所示,上述各實施例中，倒車影像俯視變換單元33包括一俯視圖生成單元331、一倒車軌跡采樣縮放模塊332、一距離標(biāo)記線采樣縮放模塊333和一俯視倒車軌跡繪 制模塊334 ;根據(jù)俯視圖像與俯視區(qū)域的縮放系數(shù)k，俯視圖生成單元331計算俯視圖像中各點的像素值并將生成的俯視圖像發(fā)送到俯視倒車軌跡繪制模塊334，倒車軌跡采樣縮放模塊332采集、記錄倒車軌跡的采樣點坐標(biāo)值并將其進(jìn)行縮放后發(fā)送到俯視倒車軌跡繪制模塊334 ;距離標(biāo)記線采樣縮放模塊332采集并記錄每一條距離標(biāo)記線起點和終點的坐標(biāo)值并對其分別進(jìn)行縮放后發(fā)送到俯視倒車軌跡繪制模塊334 ;俯視倒車軌跡繪制模塊334在俯視圖像上通過分段直線繪制出倒車軌跡和距離標(biāo)記線的投影(如圖8所示)。如圖9所示,上述實施例中，俯視圖生成單元331包括一俯視圖坐標(biāo)映射子模塊3311、一地面坐標(biāo)圖像投影子模塊3312和一四鄰域像素插值子模塊3313;俯視圖坐標(biāo)映射子模塊3311計算俯視圖像中的每個像素點(uw，vw)所對應(yīng)的地面坐標(biāo)(xw，yw)，并將其發(fā)送到地面坐標(biāo)圖像投影子模塊3312 ;地面坐標(biāo)圖像投影子模塊3312利用地面坐標(biāo)系與攝像頭圖像坐標(biāo)系之間的投影變換關(guān)系，計算俯視圖像的地面坐標(biāo)對應(yīng)攝像頭坐標(biāo)(u，v)，由此得到俯視圖的像素點(uw，vw)對應(yīng)的攝像頭圖像像素點(U，V)，為了提高俯視圖質(zhì)量，將其發(fā)送到四鄰域像素插值子模塊3313，四鄰域像素插值子模塊3313提取(u，v)相鄰的四個像素，經(jīng)線性插值后得到作為俯視圖像像素點(uw，vw)的像素值，完成俯視圖像所有像素點的投影計算得到俯視圖像，并將其發(fā)送到俯視倒車軌跡繪制模塊334。上述實施例中，對于同樣大小的俯視圖像，不同的縮放系數(shù)k意味著不同大小的地面區(qū)域，縮放系數(shù)越大，俯視圖覆蓋的地面區(qū)域也便越大，根據(jù)實際情況確定k的大??；倒車影像俯視變換單元33可以通過公式計算圖像坐標(biāo)與地面坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，其中，(uw，vw)為俯視圖像坐標(biāo)，{xw，yw}為地面坐標(biāo)，kx為X方向的縮放系數(shù)，ky為y方向的縮放系數(shù)，計算公式為xw=kx Uwyw=ky vw若kx不等于ky，俯視圖像將發(fā)生橫向或縱向拉伸，為了保持俯視圖像與駕駛員感受一致，本發(fā)明的實施中令kx與ky相等，記為k。由于俯視圖像與地面僅僅存在縮放關(guān)系，因此由倒車軌跡計算單元所得到的左右側(cè)倒車軌跡及距離標(biāo)記線也僅僅通過縮放便可疊加到俯視圖像中。倒車軌跡采樣縮放模塊
333完成倒車軌跡離散采樣后，根據(jù)縮放系數(shù)k將倒車軌跡地面坐標(biāo)點集進(jìn)行縮放，得到其對應(yīng)的俯視圖像點集S1'和S/ S1' ={xli/k, YliA) | i=l, 2, . . . , N}Sr' = {(xri/k, yri/k) I i=l, 2, . . . , N}距離標(biāo)記線采樣縮放模塊334完成距離標(biāo)記線采樣后，根據(jù)縮放系數(shù)k將距離標(biāo)記線坐標(biāo)點集進(jìn)行縮放，得到其對應(yīng)的俯視圖像點集S2, S2' ={ (xsi/k, ysi/k, xei/k, yei/k) i=l, 2, . . . , M}上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)和連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于它包括一設(shè)置在車輛后方的廣角倒車攝像頭，一方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，一倒車影像控制系統(tǒng)和一顯示器，所述倒車影像控制系統(tǒng)通過車載CAN總線獲取汽車檔位、方向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員倒車影像視場選擇信息，所述倒車影像控制系統(tǒng)還分別與所述廣角倒車攝像頭和顯示器相連接；所述倒車影像控制系統(tǒng)包括一倒車軌跡計算單元、一倒車軌跡投影單元和一倒車影像俯視變換單元；所述倒車影像控制系統(tǒng)控制所述廣角倒車攝像頭獲取車輛后方圖像并將其分別發(fā)送到所述倒車軌跡投影單元和倒車影像俯視變換單元，所述倒車軌跡計算單元采集方向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號計算倒車軌跡和距離標(biāo)記線，并將其發(fā)送到所述倒車軌跡投影單元；所述倒車軌跡投影單元根據(jù)地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系將倒車軌跡和距離標(biāo)記線投影至圖像中，并將疊加有倒車軌跡線和距離標(biāo)記線的圖像發(fā)送到所述顯示器完成普通視場倒車影像的顯示；所述倒車影像俯視變換單元根據(jù)地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系，將車輛后方圖像變換為俯視圖像，同時將倒車軌跡和距離標(biāo)記線投影至俯視圖像中，并將疊加有倒車軌跡線和距離標(biāo)記線的俯視圖像發(fā)送到所述顯示器完成俯視視場倒車影像的顯示。
2.如權(quán)利要求I所述的一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于所述地面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的投影變換關(guān)系為
3.如權(quán)利要求I所述的一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于所述倒車軌跡計算單元包括一阿克曼轉(zhuǎn)角計算模塊、一倒車方向判斷模塊、一倒車軌跡計算模塊和一距離標(biāo)記線計算模塊；所述阿克曼轉(zhuǎn)角計算模塊計算車輛的阿克曼轉(zhuǎn)角中，并將其發(fā)送到所述倒車方向判斷模塊，所述倒車方向判斷模塊將倒車方向判斷結(jié)果發(fā)送到所述倒車軌跡計算模塊分別計算左輪和右輪的倒車軌跡，并將其發(fā)送到所述距離標(biāo)記線計算模塊，所述距離標(biāo)記線計算模塊以車輛后軸中心的倒車軌跡為起始值，以后軸中心為起點，周向每隔Ar在倒車軌跡上選取距離標(biāo)記點，在每一距離標(biāo)記點處取沿左、右輪半徑方向且位于左、右側(cè)倒車軌跡內(nèi)部的一段直線作為距離標(biāo)記線，距離標(biāo)記線的起始位置分別為左、右側(cè)倒車軌跡線。
4.如權(quán)利要求2所述的一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于所述倒車軌跡計算單元包括一阿克曼轉(zhuǎn)角計算模塊、一倒車方向判斷模塊、一倒車軌跡計算模塊和一距離標(biāo)記線計算模塊；所述阿克曼轉(zhuǎn)角計算模塊計算車輛的阿克曼轉(zhuǎn)角爐，并將其發(fā)送到所述倒車方向判斷模塊，所述倒車方向判斷模塊將倒車方向判斷結(jié)果發(fā)送到所述倒車軌跡計算模塊分別計算左輪和右輪的倒車軌跡，并將其發(fā)送到所述距離標(biāo)記線計算模塊，所述距離標(biāo)記線計算模塊以車輛后軸中心的倒車軌跡為起始值，以后軸中心為起點，周向每隔Ar在倒車軌跡上選取距離標(biāo)記點，在每一距離標(biāo)記點處取沿左、右輪半徑方向且位于左、右側(cè)倒車軌跡內(nèi)部的一段直線作為距離標(biāo)記線，距離標(biāo)記線的起始位置分別為左、右側(cè)倒車軌跡線。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于所述倒車軌跡投影單元包括一倒車軌跡離散采樣模塊、一距離標(biāo)記線采樣模塊、一圖像坐標(biāo)映射模塊和一分段直線繪圖模塊；所述倒車軌跡離散采樣模塊對左右側(cè)倒車軌跡分別進(jìn)行離散采樣，并將采樣點集發(fā)送到所述圖像坐標(biāo)映射模塊；所述距離標(biāo)記線采樣模塊采集每一條距離標(biāo)記線的起點和終點的地面坐標(biāo)值，并將所有距離標(biāo)記線的起點和終點的地面坐標(biāo)點集發(fā)送到所述圖像坐標(biāo)映射模塊；所述圖像坐標(biāo)映射模塊根據(jù)地面坐標(biāo)與圖像坐標(biāo)的投影變換關(guān)系計算得到倒車軌跡采樣點集和距離標(biāo)記線采樣點集對應(yīng)的圖像坐標(biāo)，并將其全部發(fā)送到所述分段直線繪圖模塊，所述分段直線繪圖模塊將點集中相鄰坐標(biāo)點依次連接，在圖像中繪制出倒車軌跡和距離標(biāo)記線的投影。
6.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于所述倒車影像俯視變換單元包括一俯視圖生成單元、一倒車軌跡采樣縮放模塊、一距離標(biāo)記線采樣縮放模塊和一俯視倒車軌跡繪制模塊；所述俯視圖生成單元計算俯視圖像中各點的像素值生成俯視像并將其發(fā)送到所述俯視倒車軌跡繪制模塊；所述倒車軌跡采樣縮放模塊采集、記錄倒車軌跡的采樣點坐標(biāo)值并將其進(jìn)行縮放后發(fā)送到所述俯視倒車軌跡繪制模塊；所述距離標(biāo)記線采樣縮放模塊采集并記錄每一條距離標(biāo)記線起點和終點的坐標(biāo)值并對其分別進(jìn)行縮放后發(fā)送到所述俯視倒車軌跡繪制模塊；所述俯視倒車軌跡繪制模塊在俯視圖像上通過分段直線繪制出倒車軌跡和距離標(biāo)記線的投影。
7.如權(quán)利要求5所述的一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于所述倒車影像俯視變換單元包括一俯視圖生成單元、一倒車軌跡采樣縮放模塊、一距離標(biāo)記線采樣縮放模塊和一俯視倒車軌跡繪制模塊；所述俯視圖生成單元計算俯視圖像中各點的像素值生成俯視像并將其發(fā)送到所述俯視倒車軌跡繪制模塊；所述倒車軌跡采樣縮放模塊采集、記錄倒車軌跡的采樣點坐標(biāo)值并將其進(jìn)行縮放后發(fā)送到所述俯視倒車軌跡繪制模塊；所述距離標(biāo)記線采樣縮放模塊采集并記錄每一條距離標(biāo)記線起點和終點的坐標(biāo)值并對其分別進(jìn)行縮放后發(fā)送到所述俯視倒車軌跡繪制模塊；所述俯視倒車軌跡繪制模塊在俯視圖像上通過分段直線繪制出倒車軌跡和距離標(biāo)記線的投影。
8.如權(quán)利要求6所述的一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于所述俯視圖生成單元包括一俯視圖坐標(biāo)映射子模塊、一地面坐標(biāo)圖像投影子模塊和一四鄰域像素插值子模塊；所述俯視圖坐標(biāo)映射子模塊計算俯視圖像中的每個像素點(uw，vw)所對應(yīng)的地面坐標(biāo)(xw，yw)，并將其發(fā)送到所述地面坐標(biāo)圖像投影子模塊；所述地面坐標(biāo)圖像投影子模塊利用地面坐標(biāo)系與攝像頭圖像坐標(biāo)系之間的投影變換關(guān)系，計算俯視圖像的地面坐標(biāo)對應(yīng)攝像頭坐標(biāo)(U，V)，由此得到俯視圖的像素點(uw，vw)對應(yīng)的攝像頭圖像像素點(U，V)，并將其發(fā)送到所述四鄰域像素插值子模塊，所述四鄰域像素插值子模塊提取(u，v)相鄰的四個像素，經(jīng)線性插值后得到作為俯視圖像像素點(uw，vw)的像素值，完成俯視圖像所有像素點的投影計算得到俯視圖像。
9.如權(quán)利要求7所述的一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于所述俯視圖、生成單元包括一俯視圖坐標(biāo)映射子模塊、一地面坐標(biāo)圖像投影子模塊和一四鄰域像素插值子模塊；所述俯視圖坐標(biāo)映射子模塊計算俯視圖像中的每個像素點(Uw，Vw)所對應(yīng)的地面坐標(biāo)(xw，yw)，并將其發(fā)送到所述地面坐標(biāo)圖像投影子模塊；所述地面坐標(biāo)圖像投影子模塊利用地面坐標(biāo)系與攝像頭圖像坐標(biāo)系之間的投影變換關(guān)系，計算俯視圖像的地面坐標(biāo)對應(yīng) 攝像頭坐標(biāo)(U，V)，由此得到俯視圖的像素點(uw，vw)對應(yīng)的攝像頭圖像像素點(U，V)，并將其發(fā)送到所述四鄰域像素插值子模塊，所述四鄰域像素插值子模塊提取(u，v)相鄰的四個像素，經(jīng)線性插值后得到作為俯視圖像像素點(uw，vw)的像素值，完成俯視圖像所有像素點的投影計算得到俯視圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙視場動態(tài)軌跡倒車影像系統(tǒng)，其特征在于它包括廣角倒車攝像頭，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，倒車影像控制系統(tǒng)和顯示器，倒車影像控制系統(tǒng)獲取汽車檔位、方向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員倒車影像視場選擇信息；倒車影像控制系統(tǒng)控制廣角倒車攝像頭獲取車輛后方圖像并將其分別發(fā)送到倒車軌跡投影單元和倒車影像俯視變換單元，倒車軌跡計算單元采集方向盤轉(zhuǎn)角計算倒車軌跡和距離標(biāo)記線，并將其發(fā)送到倒車軌跡投影單元；倒車軌跡投影單元將倒車軌跡線和距離標(biāo)記線投影至圖像中，并將疊加有倒車軌跡線和距離標(biāo)記線的圖像發(fā)送到顯示器；倒車影像俯視變換單元車輛后方圖像變換為俯視圖像，同時將倒車軌跡和距離標(biāo)記線投影至俯視圖像中，并將其發(fā)送到顯示器。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于汽車倒車過程中為駕駛員提供更準(zhǔn)確的參考信息。
文檔編號B60R11/04GK102745138SQ201210256529
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者張德兆, 易世春, 楊波 申請人:北京智華馭新汽車電子技術(shù)開發(fā)有限公司