CN102219001A - 外部镜模拟装置和用于外部镜模拟的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及外部镜模拟装置和用于外部镜模拟的方法，提供一种外部镜模拟，所述外部镜模拟记录图像数据并为机动车辆驾驶员显示所记录和改善的数据。显示装置上的显示以驾驶员或者车辆制造商选择的方式显示数据。

Description

外部镜模拟装置和用于外部镜模拟的方法
技术领域
本发明涉及一种外部镜模拟装置，所述外部镜模拟装置记录图像数据并为车辆驾驶员显示所记录并改善的数据。
在显示装置上的显示以驾驶员或者车辆制造商喜爱的方式示出数据。
背景技术
在现有技术中已知多种用于记录图像数据并且为车辆驾驶员显示所述数据的解决方案。数据记录是通过安装在车辆中的一个或者多个摄像机完成的。不同的辅助系统以不同的方式处理来自所捕捉的图像的数据。
在US20080159594中，已知一种通过鱼眼镜头记录车辆周围图像的系统。通过该广角镜头记录的图片具有较大的畸变。由摄像机像素记录的图像数据是被一块接一块矫正的。因为需要车辆周围的图像，图像的显示是用矫正的图像数据实现的。
在DE 102008031784中已知一种用于辅助倒车的摄像机。畸变的摄像机图像被编辑和矫正，从而得到不畸变的图像。不畸变的图像随后被进一步处理，用于优化倒车的视角。
发明内容
相比之下，本发明的目的是形成相当于后视镜中的常见图像的摄像机图像的显示。以通常的方式将由不同的镜玻璃引起的图像的畸变提供给驾驶员。
本发明涉及用于车辆的图像矫正，车辆包含显示装置以显示修正的图像，还涉及用于接收记录的图像的成像装置，所记录的图像已通过图像矫正得以改进。此外，系统还包括与显示装置和成像装置通讯的图像矫正，从而通过经传输或变换方法将像素从第一位置再定向或再定位到第二位置对记录的图像中的像素进行改善。
此外，本发明还涉及用于车辆的后视图像改善系统，所述系统包括用于显示已由图像改善系统改善的修正的图像的显示装置，以及用于接收已由图像改善系统改善的已记录的图像的成像装置。该系统还包括与显示装置和成像装置连接的图像改善模块，并且实际上通过将位于记录的图像中的像素分组和展开，用于形成至少一个感兴趣的区域，在所述区域中以记录的图像的基本面上的像素为参照，以形成修正的图像。
附图说明
对发明的描述：
图1示出了外部镜的实施例；
图2示出了不同镜子类型的示例；
图3示出了摄像机的安装；
图4示出了示例性的车辆；
图5示出了车辆中的显示器；
图6示出了捕捉图像的方法；
图7示出了一种替代的方法；
图8示出了畸变的和矫正的像素区域。
具体实施方式
图1示出了外部镜1，所述外部镜包括一个通过镜腿3与车辆连接的镜身2。镜身2形成用于镜玻璃4的槽。
镜玻璃的尺寸由车辆上的底座以及与可用视场有关的不同法规决定。按此方法，开发了用于不同区域的不同的玻璃类型。在美国，平的玻璃变型被用在驾驶员的侧面。在图2b中示出了这种类型的镜子以及这种镜子的横截面。该实例还包括附加镜5，所述附加镜是以凸面的附加镜头的形式安装在镜子上面的。该附加镜头向驾驶员提供了大畸变的图像，然而也提供更宽的视角以用于识别危险。因此，以许多不同的方式对所述附加镜头进行构造，附加镜头被用在镜玻璃的前侧或者后侧，或者省去。
在图2A中示出了具有曲率半径的镜玻璃。除了凸面玻璃以外还使用了凸面镜玻璃以及带有非球面部分的玻璃。
车辆驾驶员习惯于各种外部镜的显示，并且因此可以自行推论出在交通中驾驶车辆所需要的警示信息。
外部镜形成车辆的一部分风阻。车辆的空气动力学被外部镜所影响。因此，用摄像系统对其进行替换是明智的，通过减少环绕车辆的紊流并且产生占优势的层流，由此将车辆总的CO2排放最小化。
图3示出了摄像系统在车辆中的可能的安装。光学传感器6被装在壳体7中，在图中仅能看到所述光学传感器的光学镜头。壳体牢固地安装在车辆上。所述壳体具有在车辆上的流线形的形状。光学传感器本身被安装在壳体中，并且具有防天气影响、以及防具有清洁剂、溶剂和高压清洗机的清洗过程的影响的防水密封。
壳体具有开口，摄像机电缆被引导穿过所述开口。在这个方法中，摄像机到车辆电系统的连接是通过任何总线系统或者单独的电缆连接实现的。图4示出了在壳体7中的传感器在车辆上的连接位置作为示例。因此对摄像机位置进行选择，使其符合对视场的法规要求。因此该位置可以在前挡泥板上、在镜三角区域上或者在车顶边缘上。通过应用广角镜头，视场在任何情况下都能够比通过通常的镜子获得的视场更大。
驾驶员9可见的显示装置20安装在车辆8中。摄像机的图像被传输到所述显示装置。
图5示出了具有显示装置20的本发明的一种示例性的实施例，所述显示装置被设置在车辆驾驶室或者车辆内部用于驾驶员9的观察或者浏览。后视系统7通过光学传感器6向驾驶员提供实时的广角视频影像。光学传感器是，例如用于记录连续的实时图像的具有电荷藕合器件(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)的传感器技术。在图5中，显示装置被连接到A柱，从而使在后视镜中习惯的景像被引导到与至今使用的外部镜的习惯位置类似的位置上。
当由于气囊安全系统而难以安装到A柱上时，也可以选择在仪表板上靠近镜三角区域或者A柱的位置。当在本示例中由外部镜中的摄像机记录实时图像时，所述显示装置显示出摄像机6的这些实时图像。该发明与外部镜是否被完全取代或者是否能作为附加信息而能够被使用无关。光学传感器可以透过半透明的镜玻璃进行观看。
通过光学传感器记录的视场根据图6所示的控制过程在图像矫正模块中被处理和改善，所述矫正模块与后视系统6相关联。当矫正模块修正被传输到显示装置20作为视频数据的连续图像时，该图像矫正模块使用车辆的一部分作为参考(例如车辆轮廓的一部分、挡泥板)。该显示装置20可以是监视器、液晶显示装置或者TFT显示器、或者LCD、导航屏幕或者其他在本发明中允许驾驶员9看到车辆附近区域的现有的视频显示装置。与仪表板或者A柱轮廓适配的OLED显示器或者全息投影显示器或激光投影显示器的应用也是有用的。
图像矫正装置被设置在车辆中，并且包括处理能力，该处理能力由例如数字信号处理器或者DSP、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器或特定用于使用的电路、或者专用集成电路(ASIC)、或者上述的结合的运算单元执行，并且可以通过例如计算机可读介质的编程，计算机可读介质例如是软件或者硬件，其记录在微处理器中，包括只读存储器(ROM)或者作为能够被用户编程的二进制图像数据。图像矫正装置可以与成像装置20或者显示装置14一体地形成，或者离开地定位，与成像装置以及显示装置两者(有线或者无线)通信。
当驾驶员起动车辆时，图像矫正装置被初始化或启动。至少一个成像装置20从车辆的侧面记录连续图像，并且将该连续图像传输给图像矫正装置。该图像矫正装置修正连续图像并且将改善的图像通过视频数据传输给显示装置20，用于辅助驾驶员。
图像矫正以及图像畸变的各个步骤均在图6中示出。在该方法中，本发明使广角摄像机的图像畸变并且向该图像施以后畸变，用于赋予图像和希望的镜玻璃一样的视野。
第一步骤是记录图像。在第二步骤中，确定图像受到的畸变的类型。在下一步骤中选择适用于现有畸变的算法。在DE 102008031784中对一个例子进行了解释。
光学畸变修正是应用到连续图像上的改进功能。光学畸变修正帮助消除由摄像机6中使用的广角镜头引起的透视效果和视觉畸变。光学畸变修正利用畸变的数学模型，用于确定记录在连续图像中的像素的正确位置。由广角镜头产生的长宽比或边长比引起的像素单元宽度和长度之间的差别的结果是数学位置也修正连续图像的像素位置。
对于摄像机6使用的某些镜头，可以预先确定畸变系数值k1和k2，用于帮助消除由于使用广角镜头产生的桶形畸变。畸变系数值被用于实时修正连续图像。
畸变系数值k1和k2可以通过使用记录在连续图像中的、显示出例如标记在道路上的车道线的已知直线的图像被进一步调节或协调。根据本发明的该方面，通过对记录的连续图像的分析标记畸变中心，找到最直的水平线和垂直线，则畸变中心位于两条线的交叉处。随后可以通过试错法利用改变后的或者精确校准的畸变系数值k1和k2对记录的图像进行修正。如果，例如，在图像一侧的线是“桶形畸变”的(“桶状的”)，并且在图像另一侧的线是“针垫畸变”(“针垫形的”)，那么，中心偏置需向针垫形的一侧移动。若找到有效修正畸变的值，则用于畸变中心42和畸变系数值k1和k2的值能够被用在光学畸变修正的数学模型中。
修正阶段的结果是，给出能够在显示装置上显示的低误差的图像。修正后得到的图像相当于平面镜的图像，其中，模拟的镜表面会比通常的镜子表面更大。如果对这样的平面镜进行模拟，则可以根据图7省去后面的步骤并且将数据直接显示在显示装置上。平面镜的图像由光学传感器的选出的像素限定。通过这种方式，如图8所示，只选择在光学传感器中央的像素。为了将平面镜模拟得更接近实物的镜子，需对数据进行裁剪，并且选择区段被限制在图像的中间区段。
在下一个步骤64中确定应用到像素上用于获得希望的图像的算子。例如，选择算法，用于使低误差图像再次发生畸变，就像例如在具有非球面曲线的镜玻璃中所显示的一样。因此，在一定区域中移动像素值，用于获得曲面镜玻璃的效果。
在下一个步骤65中，执行对现有图像的后畸变。例如，根据图2B选择具有凸面附加镜的平面镜。为此目的，为平面镜表面的显示选择限定数量的像素。在图8中，区域A显示光学传感器中央的平的表面。为了显示凸面附加镜的信息，需用到传感器的所有像素，包括区域A和区域B两者，用于向位于显示的限定区域中的图像的广角展示提供数据。
所有像素的信息都受到转换，并且所有像素的图像都被畸变并显示在显示器的一个小区域上。在此方法中，通过合适的算子对信息进行整理，用于以少量的显示像素优化地显示图像。
至此为止所描述的所有操作都呈现了车辆运动时的限定的图像。图像根据车辆的应用进行调整。
模拟外部镜的另一种调整的可能性是使视场适合驾驶员的位置的功能。如在传统的通过电驱动器适应驾驶员视角的镜子中，平面镜模拟的“镜子调节”是通过在光学传感器上移动区段A实现的，从而显现光学传感器的其他像素。像素的数量，以及因此区段的大小并未改变。该调节由图8中的箭头表示。
对于凸面镜，相对于驾驶员视角的调节并非与简单的移动像素区段有关，而是对图像进行重新计算。
除相对于驾驶员的普通调节外，还可实现一种功能，该功能在倒车时提供一个更大的、如果必要的话包括车辆后轮附近区域的图像。
若驾驶员进入倒车，则以另一种方式显示光学传感器的图像，即以放大的后视视野显示。当检测到倒车时，则在选择器67中调用产生后轮以及周围表面的图像的功能。
如果随后选择前进挡，则显像自动转换回预定的显示模式。
外部镜模拟的整个控制都是通过以传统的方式用在车门或仪表板上的控制元件实现的。镜子功能的默认和定义是由车辆制造商选择的，并且被保护免受驾驶员的操作。车辆必须被分配相应区域的默认值。该默认值可以被改变，然而不是通过使用者自己，从而使显示的安全性不被影响。
在工厂设定的默认中，对于单个车辆的图像捕捉的标定也是重要的。在执行对希望类型的外部镜的设定前，优化地对图像进行设定。这样的优点是不需要以高的精度性执行光学传感器的定位。由此，使车辆制造商的装配线上的制造工序更为简单。标定是由软件而不是通过对传感器位置的空间设定实现的。

Claims (13)

1.用于车辆的外部镜模拟装置，包括在壳体中的至少一个光学传感器，所述外部镜模拟装置具有能够在光学传感器的水平得到广角图像的镜头、与车辆相连的数据连接装置以及显示装置，所述显示装置被大约布置在驾驶员的在外部镜位置的视线上，其特征在于，所述模拟装置显示的图像对应于从具有限定的反射面和弯曲的外部镜反射的图像。
2.按照权利要求1所述的外部镜模拟装置，其特征在于，所述显示装置上的图像模拟平面的外部镜。
3.按照权利要求1所述的外部镜模拟装置，其特征在于，所述显示装置上的图像模拟凸面的外部镜。
4.按照权利要求1所述的外部镜模拟装置，其特征在于，所述显示装置上的图像模拟非球面的外部镜。
5.按照权利要求1所述的外部镜模拟装置，其特征在于，所述显示装置上的图像模拟具有附加镜头的外部镜。
6.按照权利要求1所述的外部镜模拟装置，其特征在于，所述显示装置上的图像模拟针对驾驶员的视野的调整。
7.按照权利要求1所述的外部镜模拟装置，其特征在于，视野的调整是通过在所述光学传感器的两个轴上偏移显示区域实现的。
8.按照权利要求1所述的外部镜模拟装置，其特征在于，在倒车的情况下，所述显示装置上的图像被调整为扩展的显示。
9.用于外部镜模拟的方法，其中，对广角镜头的图像进行记录，并且光学传感器的像素信息经历下列步骤：
-记录图像
-确定畸变
-选择图像矫正算法
-储存矫正过的图像
-选择显示
-将矫正算法应用在所选择的用于显示的像素。
10.按照权利要求9所述的外部镜模拟的方法，其特征在于，除了选择的畸变以外，相对于驾驶员的视野的匹配电路也对显示产生影响。
11.按照权利要求9所述的外部镜模拟的方法，其特征在于，除了选择的畸变以外，对车辆啮合的档位的检测也对显示产生影响。
12.按照权利要求9所述的外部镜模拟的方法，其特征在于，所述显示由制造商标定。
13.按照权利要求12所述的外部镜模拟的方法，其特征在于，所述显示被设置为所希望的镜子类型的标定。
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