CN103786662A - 倒车辅助线的生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种倒车辅助线的生成方法及装置，所述倒车辅助线的生成方法包括：在三维坐标系中车辆转向前的车轴直线轨迹上获取预定数量的第一关键点；根据车辆的转向角确定在车辆转向后对应于所述第一关键点的第二关键点；根据所述车轴曲线轨迹确定对应于所述预定数量的第二关键点的第一组第三关键点和第二组第三关键点；将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点进行投影，得到投影点；连接投影点，生成所述倒车辅助线。本发明技术方案提供的倒车辅助线的生成方法算法简单，可实现效果好，提高了运算速度和倒车辅助系统的处理效率。

Description

倒车辅助线的生成方法及装置

技术领域

本发明涉及倒车辅助技术领域，尤其涉及一种倒车辅助线的生成方法及装置。

背景技术

倒车辅助系统作为一种实用的车辆配置，在驾驶者倒车时，能够以声音和图像的直观形式帮助驾驶者准确地把握车辆后方路况，消除因车辆后视镜存在盲区带来的安全隐患。

随着现代电子技术在车辆系统中的应用，可视化的倒车影像辅助系统代替了传统的倒车雷达辅助系统。倒车影像辅助系统，采用远红外线广角摄像装置安装在车辆后，通过车辆内的显示屏，能够清晰地显示车辆后的障碍物，为车辆驾驶者在倒车过程中提供方便。

倒车影像辅助系统不但能提供车后的实时图像，还能在图像上显示倒车辅助线。倒车辅助线是根据摄像头的安装位置、车型的实际宽度和最大转弯半径等信息在后视图像上做出的线条，可以模拟出倒车时候的安全区域及安全转弯半径。简单地说，就是经过某种算法得到真实环境中车辆左右后轮运动的预测轨迹，将预测轨迹从真实环境中投影到三维坐标系中摄像头的传感器平面上，再将传感器平面上的投影点投影到二维坐标系的显示屏上，就能得到倒车辅助线，车辆左右后轮运动的预测轨迹的具体长度根据车身长度确定。由于车辆在倒车过程中需要转向而不停地改变运动轨迹，现有的生成倒车辅助线的算法大多比较复杂，可实现程度较差。

更多关于倒车辅助线的生成方法的技术方案可以参考公开号为CN1522892A、发明名称为停车辅助装置的中国专利申请文件。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种算法简单、可实现程度较好的倒车辅助线的生成方法及装置。

为解决上述问题，本发明提供了一种倒车辅助线的生成方法，包括：在三维坐标系中车辆转向前的车轴直线轨迹上获取预定数量的第一关键点，所述车轴直线轨迹是车辆转向前车中轴线上任意一点的运动轨迹；根据车辆的转向角确定在车辆转向后对应于所述第一关键点的第二关键点，所述预定数量的第二关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后的车轴曲线轨迹，所述车轴曲线轨迹是车辆转向后所述车中轴线上任意一点的运动轨迹；根据所述车轴曲线轨迹确定对应于所述预定数量的第二关键点的第一组第三关键点和第二组第三关键点，所述第一组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后左后轮的倒车轨迹，所述第二组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后右后轮的倒车轨迹；将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点投影到摄像头的传感器投影面上，得到所述第一组第三关键点在所述三维坐标系中的第一组第一投影点和所述第二组第三关键点在所述三维坐标系中的第二组第一投影点；将所述第一组第一投影点和所述第二组第一投影点投影到显示屏上，得到所述第一组第三关键点在二维坐标系中的第一组第二投影点和所述第二组第三关键点在二维坐标系中的第二组第二投影点；根据所述第一组第二投影点和所述第二组第二投影点，生成所述倒车辅助线。

根据上述倒车辅助线的生成方法，本发明实施例还提供了一种倒车辅助线的生成装置，包括：关键点获取单元，用于在三维坐标系中车辆转向前的车轴直线轨迹上获取预定数量的第一关键点，所述车轴直线轨迹是车辆转向前车中轴线上任意一点的运动轨迹；第一运算单元，用于根据车辆的转向角确定在车辆转向后对应于所述第一关键点的第二关键点，所述预定数量的第二关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后的车轴曲线轨迹，所述车轴曲线轨迹是车辆转向后所述车中轴线上任意一点的运动轨迹；第二运算单元，用于根据所述车轴曲线轨迹确定对应于所述预定数量的第二关键点的第一组第三关键点和第二组第三关键点，所述第一组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后左后轮的倒车轨迹，所述第二组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后右后轮的倒车轨迹；三维投影单元，用于将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点投影到摄像头的传感器投影面上，得到所述第一组第三关键点在所述三维坐标系中的第一组第一投影点和所述第二组第三关键点在所述三维坐标系中的第二组第一投影点；二维投影单元，用于将所述第一组第一投影点和所述第二组第一投影点投影到显示屏上，得到所述第一组第三关键点在二维坐标系中的第一组第二投影点和所述第二组第三关键点在二维坐标系中的第二组第二投影点；线条绘制单元，用于根据所述第一组第二投影点和所述第二组第二投影点，生成所述倒车辅助线。

与现有技术相比，本发明技术方案提供的倒车辅助线的生成方法通过近似计算车中轴线的倒车轨迹，得到倒车辅助线，计算方法简单、可实现程度较好，能够提高运算速度和倒车辅助系统的处理效率。

附图说明

图1是本发明的一种倒车辅助线的生成方法的具体实施方式的流程示意图；

图2是本发明实施例的车辆倒车转向时的示意图；

图3是本发明实施例的确定车辆转向后对应于所述第一关键点的第二关键点的流程示意图；

图4是本发明实施例的由所述第一关键点转化为所述第二关键点的示意图；

图5是本发明实施例的摄像头镜头平行于所述三维坐标系中X轴时的所述第三关键点的投影变换示意图；

图6是本发明实施例的摄像头镜头绕所述三维坐标系中Y轴旋转后的所述第三关键点的投影变换示意图；

图7是本发明实施例的倒车辅助线的生成装置的结构示意图。

具体实施方式

针对现有技术中生成倒车辅助线算法复杂的问题，本发明实施方式提供了一种倒车辅助线的生成方法，通过计算车辆转向时的车中轴线轨迹，得到倒车辅助线，运用的算法简单、可实现程度较好。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示的是本发明的一种倒车辅助线的生成方法的具体实施方式的流程示意图。参考图1，所述倒车辅助线的生成方法，包括：

S1：在三维坐标系中车辆转向前的车轴直线轨迹上获取预定数量的第一关键点，所述车轴直线轨迹是车辆转向前车中轴线上任意一点的运动轨迹；

S2：根据车辆的转向角确定在车辆转向后对应于所述第一关键点的第二关键点，所述预定数量的第二关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后的车轴曲线轨迹，所述车轴曲线轨迹是车辆转向后所述车中轴线上任意一点的运动轨迹；

S3：根据所述车轴曲线轨迹确定对应于所述预定数量的第二关键点的第一组第三关键点和第二组第三关键点，所述第一组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后左后轮的倒车轨迹，所述第二组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后右后轮的倒车轨迹；

S4：将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点投影到摄像头的传感器投影面上，得到所述第一组第三关键点在所述三维坐标系中的第一组第一投影点和所述第二组第三关键点在所述三维坐标系中的第二组第一投影点；

S5：将所述第一组第一投影点和所述第二组第一投影点投影到显示屏上，得到所述第一组第三关键点在二维坐标系中的第一组第二投影点和所述第二组第三关键点在二维坐标系中的第二组第二投影点；

S6：根据所述第一组第二投影点和所述第二组第二投影点，生成所述倒车辅助线。

下面结合具体实施例详细描述上述倒车辅助线的生成方法。

如步骤S1所述，在三维坐标系中车辆转向前的车轴直线轨迹上获取预定数量的第一关键点，所述车轴直线轨迹是车辆转向前车中轴线上任意一点的运动轨迹。

图2所示为本发明实施例的车辆倒车转向时的示意图，参考图2，在本实施例中，所述三维坐标系以安装在车辆10尾部的摄像头（图未示）的焦点为原点，以车辆正后方为X轴正方向，以车体正左方为Y轴正方向，以车辆正上方为Z轴正方向。假设车辆开始转向时的位置为P1，图2示出了车辆10的转向角θ，所述转向角θ为转向后的车中轴线与前轮中央垂直线的夹角。为清楚地表示所述转向角θ，图2作出了转向后前轮连线中点的部分运动轨迹12和辅助切线13。若车辆10倒车时未进行转向，则向后沿直线运动到位置P3，得到所述车轴直线轨迹151、右后轮111的直线轨迹152和左后轮112的直线轨迹153。所述车轴直线轨迹151可以是车辆10未转向时车中轴线17上任意一点运动的轨迹，在本实施例中，选取的是右后轮111和左后轮112连线的中点H作为运动点，即所述车轴直线轨迹151为所述位置P1中的点H到所述位置P3中的点H之间的连线，所述连线的长度为所述车辆10本身的长度。在所述车轴直线轨迹151上获取预定数量的第一关键点，所述预定数量的第一关键点可在所述车轴直线轨迹151上任意选取，所述预定数量的值越大，表示选取的所述第一关键点越多，最终在显示屏上得到的倒车辅助线越精确。在本实施例中，所述第一关键点是取将所述车轴直线轨迹151进行等分的点，所述预定数量为10。如图2所示，给出了所述车轴直线轨迹151上的一个第一关键点A。

如步骤S2所述，根据车辆的转向角确定在车辆转向后对应于所述第一关键点的第二关键点，所述预定数量的第二关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后的车轴曲线轨迹，所述车轴曲线轨迹是车辆转向后所述车中轴线上任意一点的运动轨迹。

继续参考图2，车辆10转向后从位置P1运动到位置P2，为方便理解，图2作出了车辆10转向后的车轴曲线轨迹161、右后轮111的曲线轨迹162和左后轮112的曲线轨迹163。图3所示为本发明实施例的确定车辆10转向后对应于所述第一关键的第二关键点的流程示意图，包括：

步骤S21：在所述车轴直线轨迹上选取基准点，所述基准点为所述车辆两后轮连线的中点，在转向时所述基准点对应在所述车轴曲线轨迹上的位置不变；

步骤S22：确定需要转化的第一关键点在所述车轴直线轨迹上的位置；

步骤S23：确定所述第二关键点与所述基准点之间在所述车轴曲线轨迹上弧长对应的角度；

步骤S24：根据所述弧长对应的角度确定所述需要转化的第一关键点对应的所述第二关键点。

图4所示为本发明实施例的由所述第一关键点转化为所述第二关键点的示意图，下面结合图3和图4对如何确定所述第二关键点做详细的说明。

如步骤S21所述，在所述车轴直线轨迹上选取基准点，所述基准点为所述车辆两后轮连线的中点，在转向时所述基准点对应在所述车轴曲线轨迹上的位置不变。

参考图2，在车辆10转向时，右后轮111和左后轮112的位置并未发生改变，因此选择所述右后轮111和所述左后轮112连线的中点H作为基准点。所述基准点H在所述三维坐标系中的位置是确定的，假定为（X₀，Y₀，Z₀）。

如步骤S22所述，确定需要转化的第一关键点在所述车轴直线轨迹上的位置。

参考图2，所述车轴直线轨迹151上的第一关键点A即是需要转化的点，所述第一关键点A在所述三维坐标系中的位置是确定的，假定为（X₁，Y₁，Z₁）。由于所述车辆10在转向过程中的运动轨迹在所述三维坐标系中的Z轴方向并未发生改变，因此，在对所述第一关键点进行转化时仅需考虑所述第一关键点在所述三维坐标系中X轴方向和Y轴方向的变化。

如步骤S23所述，确定所述第二关键点与所述基准点之间在所述车轴曲线轨迹上弧长对应的角度。

继续参考图2，所述车轴直线轨迹151上的第一关键点A对应在所述车轴曲线轨迹161上的点为第二关键点B，假定所述第二关键点B在所述三维坐标系中待求解的位置为（X_G，Y_G，Z_G）。为方便清楚表示，图4是本发明实施例的由所述第一关键点转化为所述第二关键点的示意图，是图2所示的一部分，点Q是所述车辆10后轮的转向中心点，线段QH与图2中线段14均为车轴转向半径。参考图4，所述第二关键点B与所述基准点H在所述车轴曲线轨迹161上弧BH对应的角γ即是需要确定的角度。根据弧长公式，弧长=弧对应的圆心角弧度的绝对值*半径，在本实施例中，弧BH的长度=角度γ*线段QH，需要说明的是，角度γ是用弧度表示。

所述线段QH为车轴转向半径，参考图2，点O为所述车辆10前轮的转向中心，线段14也为所述车轴转向半径。假定所述车轴转向半径用R表示，车中轴线17的长度用L_C表示，根据三角函数关系，R=L_C/sinθ。需要说明的是，车中轴线17的长度L_C是一个确定值，转向角θ在车辆转向时可由车辆总线感知，因此，所述车轴转向半径可计算得出。

在本发明方案中，将弧BH的长度近似为所述第一关键点A与所述基准点H之间的长度，即所述第一关键点A与所述基准点H在所述三维坐标系中X轴坐标值的差值X₁-X₀。

根据所述弧长公式，可得出弧BH对应的角度γ=(X₁-X₀)/R。

如步骤S24所述，根据所述弧长对应的角度确定所述需要转化的第一关键点对应的所述第二关键点。

参考图4，为方便理解，作出了线段QH的垂直线BC’。根据三角函数关系，线段BC’的长度为：线段BQ的长度*sinγ，所述线段BQ的长度即为所述车轴转向半径R，因此线段BC’的长度为R*sinγ；线段C’H的长度=线段QH长度-线段QC’的长度，线段QH的长度为所述车轴转向半径R，线段QC’的长度为：线段BQ的长度*cosγ，即R*cosγ，因此线段C’H的长度为R*(1-cosγ)。根据所述基准点H的坐标（X₀，Y₀，Z₀），得到所述第二关键点B的坐标（X_G，Y_G，Z_G），其中，X_G=X₀+R*sinγ，Y_G=Y₀-R*(1-cosγ)，Z_G=Z₀。

在上述步骤中，阐述了一个所述第二关键点的获取过程，所述预定数量的第一关键点均按相同的方法转化为所述预定数量的第二关键点。

如步骤S3所述，根据所述车轴曲线轨迹确定对应于所述预定数量的第二关键点的第一组第三关键点和第二组第三关键点，所述第一组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后左后轮的倒车轨迹，所述第二组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后右后轮的倒车轨迹。

继续参考图4，点C为所述第二关键点B对应在所述右后轮111的曲线轨迹162上的第三关键点，假定在所述三维坐标系的坐标为（X_R，Y_R，Z_R），点D为所述第二关键点B对应在所述左后轮112的曲线轨迹163上的第三关键点，假定在所述三维坐标系的坐标为（X_L，Y_L，Z_L），所述第三关键点C和所述第三关键点D的连线垂直于所述车轴曲线轨迹161。假定所述车辆10左右车轮间的距离为W，即线段CD间的长度为W，W是确定值，则所述右后轮111的转向半径为R_R=R-W/2，即线段QC的长度，所述左后轮112的转向半径为R_L=R+W/2，即线段QD的长度。对于所述第三关键点C的坐标，根据三角函数关系，X_R＝X₀+R_R*sinγ，Y_R=Y_G+W/2*cosγ，Z_R=Z₀。对于所述第三关键点D的坐标，根据三角函数关系，X_L=X₀+R_L*sinγ，Y_L=Y_G-W/2*cosγ，Z_L=Z₀。用相同的方法可获得所述右后轮111的曲线轨迹162上的所述预定数量的第三关键点，即所述第二组第三关键点，和所述左后轮112的曲线轨迹163上的所述预定数量的第三关键点，即所述第一组第三关键点，所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点就是需要进行投影的点，为表述方便，将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点中的任意一点在所述三维坐标中用坐标（X_E，Y_E，Z_E）来表示。

需要说明的是，在本实施例中，给出的是车辆向右转向时的转化方法，若车辆向左转向，在步骤S3中，所述右后轮111的转向半径为R_R＝R+W/2，所述左后轮112的转向半径为R_L＝R-W/2。

在本步骤中，将所述第二关键点转化为所述第三关键点是基于所述车辆10的摄像头镜头的安装位置未发生平移进行的。在实际情况中，所述摄像头镜头在安装过程中可能发生平移，即所述摄像头镜头沿着所述三维坐标系中的X轴、Y轴或Z轴的任一个方向平移了预定距离，则在所述步骤S3中，得到的所述第二关键点B对应在所述右后轮111的曲线轨迹162上的点C（X_R，Y_R，Z_R）和所述第二关键点B对应在所述左后轮112的曲线轨迹163上的点D（X_L，Y_L，Z_L）还并不是需要进行投影的所述第三关键点，为表述清楚，在这里用第四关键点表示。保证所述摄像头的投影面和焦点不变，将所述第四关键点按与所述摄像头镜头平移的相反方向进行平移，平移距离与所述摄像头镜头平移距离相等，所述第四关键点平移后得到的点即为所述第三关键点。具体地，在本实施例中，假定所述摄像头镜头沿着所述三维坐标系的Y轴正方向平移了距离L，则将所述第四关键点沿着所述三维坐标系的Y轴负方向平移所述距离L，即所述第二关键点B对应在所述右后轮111的曲线轨迹162上的所述第三关键点坐标为（X_R，Y_R-L，Z_R），所述第二关键点B对应在所述左后轮112的曲线轨迹163上的所述第三关键点坐标为（X_L，Y_L-L，Z_L）。

如步骤S4所述，将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点投影到摄像头的传感器投影面上，得到所述第一组第三关键点在所述三维坐标系中的第一组第一投影点和所述第二组第三关键点在所述三维坐标系中的第二组第一投影点。

根据所述摄像头镜头的安装角度，所述第三关键点对应的所述第一投影点在所述传感器投影面上的位置也不一样。在本发明技术方案中，将给出所述摄像头镜头平行于所述三维坐标系的X轴和所述摄像头镜头绕所述三维坐标系的Y轴向下旋转了预定角度的两种情况下所述投影点的确定方法。

具体地，图5是本发明实施例的所述摄像头镜头平行于所述三维坐标系X轴的所述第三关键点的投影变换示意图。所述三维坐标系的原点为所述摄像头的焦点，所述摄像头的传感器投影面52垂直于所述三维坐标系的X轴，且在X=F₁的平面上，F₁为投影焦距。所述左后轮112的曲线轨迹163上的点E为所述需要进行投影的所述第三关键点，如步骤S3中所述，在所述三维坐标系中的坐标为（X_E，Y_E，Z_E）。所述第三关键点E在所述传感器投影面52上的投影点为第一投影点N1，假定在所述三维坐标系中坐标为（X_N1，Y_N1，Z_N1），则根据几何关系，X_N1=F₁，

Z_N1=(Z_E*F₁)/X_E。

图6是本发明实施例的摄像头镜头绕所述三维坐标系中Y轴旋转后的所述第三关键点的投影变换示意图。在实际情况中，安装所述摄像头时，会将所述摄像头镜头绕着所述三维坐标系Y轴向下旋转预定角度，以保证获取的图像满足实际需求。图6示出了所述摄像头镜头进行旋转前的传感器投影面61、所述摄像头镜头绕着所述三维坐标系Y轴向下旋转角度β后的传感器投影面62、投影焦距63、所述左后轮112的曲线轨迹163上的所述第三关键点E（X_E，Y_E，Z_E）和所述第三关键点E在所述传感器投影面62上的第一投影点N2（X_N2，Y_N2，Z_N2），投影焦距63用F2表示。为方便理解，图6作出了一些几何辅助线。根据几何关系，有X_N2*cosβ+Z_N2sinβ＝F₂，X_N2=(X_E/Y_E)*Y_N2，Z_N2=(Z_E/X_E)*X_N2，则确定所述第一投影点的坐标：X_N2=F₂/[cosβ+(Z_E/X_E)*sinβ]，Y_N2=(X_N2*Y_E)/X_E，Z_N2=(X_N2*Z_E)/X_E。

所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点均按照步骤S4进行投影，得到所述摄像头传感器投影面上的第一组第一投影点和第二组第一投影点。

如步骤S5所述，将所述第一组第一投影点和所述第二组第一投影点投影到显示屏上，得到所述第一组第三关键点在二维坐标系中的第一组第二投影点和所述第二组第三关键点在二维坐标系中的第二组第二投影点。

对应于步骤S4中所述摄像头镜头安装角度的不同，将所述第一投影点投影到所述显示屏上的确定方法也略有差异，在此分开阐述。

参考图5，所述显示屏53上的第二投影点M1为对应于所述第一投影点N1在所述二维坐标系中的投影点，所述第二投影点M1在所述二维坐标系中的坐标为（X_M1，Y_M1）。所述二维坐标系以所述显示屏53左上角的顶点为原点，以所述显示屏53长度方向为x轴正方向，以所述显示屏53宽度方向为y轴正方向。假定所述显示屏53的投影面中心点在所述二维坐标系的坐标为（X_C，Y_C），所述投影面中心点为所述显示屏53两对角线的交点，根据所述显示屏53的尺寸大小，可确定所述投影面中心点的坐标，即X_C、Y_C为确定值。根据计算机图形学投影原理，所述第一投影点N1的Y坐标值和Z坐标值分别为所述第二投影点M1到所述投影面中心点的长和宽方向的距离，因此，X_M1＝X_C+Y_N1，Y_M1=Y_C-Z_N1。

对于所述摄像头镜头绕所述三维坐标系中Y轴旋转后的所述第二投影点的确定方法与所述摄像头镜头未旋转时的确定方法原理一样，参考图6。所述显示屏63上的第二投影点M2为对应于所述第一投影点N2在所述二维坐标系中的投影点，所述第二投影点M2在所述二维坐标系中的坐标为（X_M2，Y_M2）。所述二维坐标系以所述显示屏63左上角的顶点为原点，以所述显示屏63长度方向为x轴正方向，以所述显示屏63宽度方向为y轴正方向。假定所述显示屏63的投影面中心点在所述三维坐标系的坐标为（X_C，0，Z_C），所述投影面中心点在所述二维坐标系中的坐标为（U/2，V/2），U为所述显示屏63的长度，V为所述显示屏63的宽度。根据计算机图形学投影原理，所述第一投影点N2的Y坐标值为所述第二投影点M2到所述投影面中心点的长度方向的距离，所述第二投影点M2到所述投影面中心点的宽度方向的距离可以两点之间的距离公式算出，因此，X_M2=U/2+Y_N2，

（当Z_C>Z_N2时为+，当Z_C<Z_N2时取-）。

所述第一组第一投影点和所述第二组第一投影点均按照步骤S5进行投影，得到所述显示屏上的第一组第二投影点和第二组第二投影点。

如步骤S6所述，根据所述第一组第二投影点和所述第二组第二投影点，生成所述倒车辅助线。

具体地，将所述第一组第二投影点和所述第二组第二投影点分别连接起来，可在所述显示屏上得到两条近似曲线，即所述倒车辅助线。需要说明的是，在其他实施例中，根据所述第一组第二投影点和所述第二组第二投影点，也可以采用其他曲线拟合方法得到所述倒车辅助线。

对应于本发明实施方式倒车辅助线的生成方法，本发明实施例还提供一种倒车辅助线的生成装置，如图7所示的是本发明的一种倒车辅助线的生成装置。参考图7，所述倒车辅助线的生成装置包括：关键点获取单元71；与所述关键点获取单元71相连接的第一运算单元72；与所述第一运算单元72相连接的第二运算单元73；与所述第二运算单元73相连接的三维投影单元74；与所述三维投影单元4向连接的二维投影单元75；以及与所述二维投影单元75相连接的线条绘制单元76。

在具体实施例中，所述关键点获取单元71用于在所述三维坐标系中车辆转向前的车轴直线轨迹上获取预定数量的第一关键点，所述车轴直线轨迹是车辆转向前车中轴线上任意一点运动的轨迹。所述三维坐标系以安装在车辆尾部的摄像头的焦点为原点，以车辆正后方为X轴正方向，以车体正左方为Y轴正方向，以车辆正上方为Z轴正方向。所述预定数量的取值没有明确的限定，所述关键点可在所述车轴直线轨迹上任意选取，所述车轴直线轨迹的长度根据车辆本身长度确定。具体地，所述关键点获取单元71获取的是所述第一关键点在所述三维坐标系中的坐标值。在本实施例中，所述关键点获取单元71获取的是所述车轴直线轨迹被等分的点，所述预定数量为10。

所述第一运算单元72用于根据车辆的转向角确定在车辆转向后对应于所述第一关键点的第二关键点，所述预定数量的第二关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后的车轴曲线轨迹，所述车轴曲线轨迹是车辆转向后所述车中轴线上任意一点的运动轨迹。具体地，所述第一运算单元72包括：基准点选取单元721，用于在所述车轴直线轨迹上选取基准点，所述基准点为所述车辆两后轮连线的中点，在转向时所述基准点对应在所述车轴曲线轨迹上的位置不变；第一位置确定单元722，用于确定需要转化的第一关键点在所述车轴直线轨迹上的位置；角度确定单元723，用于确定所述第二关键点与所述基准点之间在所述车轴曲线轨迹上弧长对应的角度；第二位置确定单元724，用于根据所述弧长对应的角度确定所述需要转化的第一关键点对应的所述第二关键点。

进一步，所述角度确定单元723包括：车轴转向半径确定单元，用于根据三角函数关系确定车辆的车轴转向半径，所述车轴转向半径为车中轴线与所述转向角的正弦函数的比值，所述转向角可由车辆总线感知；弧长确定单元，用于确定所述需要转化的第一关键点与所述基准点之间在所述车轴曲线轨迹上的弧长，所述弧长为所述需要转化的第一关键点与所述基准点在所述三维坐标系中X轴坐标值的差值；角度计算单元，用于根据弧长公式确定所述弧长对应的角度，所述弧长对应的角度为所述弧长与所述车轴转向半径的比值。所述第二位置确定单元724包括：第一坐标确定单元，用于根据三角函数关系，确定所述第二关键点在所述三维坐标系中的X坐标值X_G=X₀+R*sinγ；第二坐标确定单元，用于根据三角函数关系，确定所述第二关键点在所述三维坐标系中的Y坐标值Y_G=Y₀-R*(1-cosγ)；第三坐标确定单元，用于确定所述第二关键点在所述三维坐标系中的Z坐标值与所述需要转化的第一关键点在所述三维坐标系中的Z坐标值相同，即Z_G=Z₀；公式中，X₀表示所述基准点在所述三维坐标系中的X坐标值，Y₀表示所述基准点在所述三维坐标系中的Y坐标值，Z₀表示所述基准点在所述三维坐标系中的Z坐标值，R表示所述车轴转向半径，γ表示所述弧长对应的角度。

所述第二运算单元73用于根据所述车轴曲线轨迹确定对应于所述预定数量的第二关键点的第一组第三关键点和第二组第三关键点，所述第一组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后左后轮的倒车轨迹，所述第二组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后右后轮的倒车轨迹。具体地，所述第二运算单元73包括：车轮转向半径确定单元731，用于根据车辆转向方向确定所述车辆左右后轮的转向半径；第三位置确定单元732，用于根据所述左右后轮的转向半径和三角函数关系确定所述第三关键点。若所述摄像头镜头在安装过程中发生了平移，则所述第二运算单元73包括：车轮转向半径确定单元，用于根据车辆转向方向确定所述车辆左右后轮的转向半径；第四位置确定单元，根据所述左右后轮的转向半径和三角函数关系确定所述摄像头镜头平移前的第四关键点；位置平移单元，保证所述摄像头镜头的投影面和焦点不变，将所述第四关键点按与所述摄像头镜头平移的相反方向进行平移，平移距离与所述摄像头镜头平移距离相等，确定所述第三关键点。

所述三维投影单元74用于将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点投影到摄像头的传感器投影面上，得到所述第一组第三关键点在所述三维坐标系中的第一组第一投影点和所述第二组第三关键点在所述三维坐标系中的第二组第一投影点。具体地，根据所述摄像头镜头的安装角度，所述第三关键点对应的所述第一投影点在所述传感器投影面上的位置也不一样。

在一个实施例中，所述摄像头镜头平行于所述三维坐标系的X轴，即所述摄像头的传感器投影面垂直于所述三维坐标系的X轴，所述三维投影单元74包括：第一投影坐标确定单元741，用于根据所述传感器投影面垂直于所述三维坐标系的X轴上的位置确定所述第一投影点的X轴坐标；第二投影坐标确定单元742，用于根据所述第一投影点的X轴坐标与所述第一投影点的Y轴坐标比值等于所述第三关键点的X轴坐标与所述第三关键点的Y轴坐标比值，确定所述第一投影点的Y轴坐标；第三投影坐标确定单元743，用于根据所述第一投影点的X轴坐标与所述第一投影点的Z轴坐标比值等于所述第三关键点的X轴坐标与所述第三关键点的Z轴坐标比值，确定所述第一投影点的Z轴坐标。

在另一个实施例中，所述摄像头镜头绕所述三维坐标系的Y轴向下旋转了预定角度，即所述传感器投影面绕所述三维坐标系的Y轴向下旋转了预定角度，所述三维投影单元74包括：第四投影坐标确定单元，用于根据三角函数和比例关系，确定所述第一投影点在所述三维坐标系中的X坐标值X_N2=F₂/[cosβ+(Z_E/X_E)*sinβ]；第五投影坐标确定单元，用于根据比例关系，确定所述第一投影点在所述三维坐标系中的Y坐标值Y_N2=(X_N2*Y_E)/X_E；第六投影坐标确定单元，用于根据比例关系，确定所述第一投影点在所述三维坐标系中的Z坐标值Z_N2=(X_N2*Z_E)/X_E；公式中，X_E表示所述第三关键点在所述三维坐标系中的X坐标值，Y_E表示所述第三关键点在所述三维坐标系中的Y坐标值，Z_E表示所述第三关键点在所述三维坐标系中的Z坐标值，F₂表示投影焦距，β表示所述传感器投影面绕所述三维坐标系的Y轴向下旋转的预定角度。

所述二维投影单元75用于将所述第一组第一投影点和所述第二组第一投影点投影到显示屏上，得到所述第一组第三关键点在二维坐标系中的第一组第二投影点和所述第二组第三关键点在二维坐标系中的第二组第二投影点。具体地，所述二维投影单元75包括显示屏，所述显示屏用于显示所述第二投影点。所述二维坐标系以所述显示屏的左上角顶点为原点，以沿着所述显示屏长度方向为x轴正方向，以沿着所述显示屏宽度方向为y轴正方向。

所述线条绘制单元76用于根据所述预定数量的第一组第二投影点和所述预定数量的第二组第二投影点，得到倒车辅助线。在本实施例中，依次连接所述第一组第二投影点和所述第二组第二投影点得到所述倒车辅助线。

本实施例提供的所述倒车辅助线的生成装置中各个单元的具体实现过程可以参考上述方法部分的实施例，在此不再赘述。

综上，本发明技术方案提供的倒车辅助线的生成方法，以未转向的倒车车轴直线轨迹上的关键点近似获取车辆转向后的车轴曲线轨迹上相应的关键点，使生成倒车辅助线的算法更简单，可实现效果好，从而提高了运算速度和倒车辅助系统的处理效率。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (30)

1.一种倒车辅助线的生成方法，其特征在于，包括：

在三维坐标系中车辆转向前的车轴直线轨迹上获取预定数量的第一关键点，所述车轴直线轨迹是车辆转向前车中轴线上任意一点的运动轨迹；

根据车辆的转向角确定在车辆转向后对应于所述第一关键点的第二关键点，所述预定数量的第二关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后的车轴曲线轨迹，所述车轴曲线轨迹是车辆转向后所述车中轴线上任意一点的运动轨迹；

根据所述车轴曲线轨迹确定对应于所述预定数量的第二关键点的第一组第三关键点和第二组第三关键点，所述第一组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后左后轮的倒车轨迹，所述第二组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后右后轮的倒车轨迹；

将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点投影到摄像头的传感器投影面上，得到所述第一组第三关键点在所述三维坐标系中的第一组第一投影点和所述第二组第三关键点在所述三维坐标系中的第二组第一投影点；

将所述第一组第一投影点和所述第二组第一投影点投影到显示屏上，得到所述第一组第三关键点在二维坐标系中的第一组第二投影点和所述第二组第三关键点在二维坐标系中的第二组第二投影点；

根据所述第一组第二投影点和所述第二组第二投影点，生成所述倒车辅助线。

2.根据权利要求1所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述三维坐标系以所述摄像头的焦点为原点，以车辆正后方为X轴正方向，以车体正左方为Y轴正方向，以车辆正上方为Z轴正方向。

3.根据权利要求2所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述传感器投影面垂直于所述三维坐标系的X轴。

4.根据权利要求2所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述传感器投影面绕所述三维坐标系的Y轴向下旋转了预定角度。

5.根据权利要求1所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述车轴直线轨迹的长度根据车辆本身长度确定。

6.根据权利要求1所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述预定数量的第一关键点为所述车轴直线轨迹上被等分的点。

7.根据权利要求6所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述预定数量为10。

8.根据权利要求1所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述根据车辆的转向角确定在车辆转向后对应于所述第一关键点的第二关键点，包括：

在所述车轴直线轨迹上选取基准点，所述基准点为所述车辆两后轮连线的中点，在转向时所述基准点对应在所述车轴曲线轨迹上的位置不变；

确定需要转化的第一关键点在所述车轴直线轨迹上的位置；

确定所述第二关键点与所述基准点之间在所述车轴曲线轨迹上弧长对应的角度；

根据所述弧长对应的角度确定所述需要转化的第一关键点对应的所述第二关键点。

9.根据权利要求8所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述确定所述第二关键点与所述基准点之间在所述车轴曲线轨迹上弧长对应的角度，包括：

根据三角函数关系确定车辆的车轴转向半径，所述车轴转向半径为车中轴线与所述转向角的正弦函数的比值；

确定所述需要转化的第一关键点与所述基准点之间在所述车轴曲线轨迹上的弧长，所述弧长为所述需要转化的第一关键点与所述基准点在所述三维坐标系中X轴坐标值的差值；

根据弧长公式确定所述弧长对应的角度，所述弧长对应的角度为所述弧长与所述车轴转向半径的比值。

10.根据权利要求8所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述根据所述弧长对应的角度确定所述需要转化的第一关键点对应的所述第二关键点，包括：

根据三角函数关系，确定所述第二关键点在所述三维坐标系中的X坐标值X_G=X₀+R*sinγ；

根据三角函数关系，确定所述第二关键点在所述三维坐标系中的Y坐标值Y_G=Y₀-R*(1-cosγ)；

确定所述第二关键点在所述三维坐标系中的Z坐标值与所述需要转化的第一关键点在所述三维坐标系中的Z坐标值相同，即Z_G=Z₀；

公式中，X₀表示所述基准点在所述三维坐标系中的X坐标值，Y₀表示所述基准点在所述三维坐标系中的Y坐标值，Z₀表示所述基准点在所述三维坐标系中的Z坐标值，R表示所述车轴转向半径，γ表示所述弧长对应的角度。

11.根据权利要求1所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述根据所述车轴曲线轨迹确定对应于所述预定数量的第二关键点的第一组第三关键点和第二组第三关键点，包括：

根据车辆转向方向确定所述车辆左右后轮的转向半径；

根据所述左右后轮的转向半径和三角函数关系确定所述第三关键点。

12.根据权利要求1所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述根据所述车轴曲线轨迹确定对应于所述预定数量的第二关键点的第一组第三关键点和第二组第三关键点，包括：

根据车辆转向方向确定所述车辆左右后轮的转向半径；

根据所述左右后轮的转向半径和三角函数关系确定所述摄像头镜头平移前的第四关键点；

保证所述摄像头镜头的投影面和焦点不变，将所述第四关键点按与所述摄像头镜头平移的相反方向进行平移，平移距离与所述摄像头镜头平移距离相等，确定所述第三关键点。

13.根据权利要求3所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点投影到摄像头的传感器投影面上，得到所述第一组第三关键点在所述三维坐标系中的第一组第一投影点和所述第二组第三关键点在所述三维坐标系中的第二组第一投影点，包括：

根据所述传感器投影面垂直于所述三维坐标系的X轴上的位置确定所述第一投影点的X轴坐标；

根据所述第一投影点的X轴坐标与所述第一投影点的Y轴坐标比值等于所述第三关键点的X轴坐标与所述第三关键点的Y轴坐标比值，确定所述第一投影点的Y轴坐标；

根据所述第一投影点的X轴坐标与所述第一投影点的Z轴坐标比值等于所述第三关键点的X轴坐标与所述第三关键点的Z轴坐标比值，确定所述第一投影点的Z轴坐标。

14.根据权利要求4所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点投影到摄像头的传感器投影面上，得到所述第一组第三关键点在所述三维坐标系中的第一组第一投影点和所述第二组第三关键点在所述三维坐标系中的第二组第一投影点，包括：

根据三角函数和比例关系，确定所述第一投影点在所述三维坐标系中的X坐标值X_N2=F₂/[cosβ+(Z_E/X_E)*sinβ]；

根据比例关系，确定所述第一投影点在所述三维坐标系中的Y坐标值Y_N2=(X_N2*Y_E)/X_E；

根据比例关系，确定所述第一投影点在所述三维坐标系中的Z坐标值Z_N2=(X_N2*Z_E)/X_E；

公式中，X_E表示所述第三关键点在所述三维坐标系中的X坐标值，YE表示所述第三关键点在所述三维坐标系中的Y坐标值，Z_E表示所述第三关键点在所述三维坐标系中的Z坐标值，F₂表示投影焦距，β表示所述传感器投影面绕所述三维坐标系的Y轴向下旋转的预定角度。

15.根据权利要求1所述的倒车辅助线的生成方法，其特征在于，所述二维坐标系以所述显示屏的左上角顶点为原点，以沿着所述显示屏长度方向为x轴正方向，以沿着所述显示屏宽度方向为y轴正方向。

16.一种倒车辅助线的生成装置，其特征在于，包括：

关键点获取单元，用于在三维坐标系中车辆转向前的车轴直线轨迹上获取预定数量的第一关键点，所述车轴直线轨迹是车辆转向前车中轴线上任意一点的运动轨迹；

第一运算单元，用于根据车辆的转向角确定在车辆转向后对应于所述第一关键点的第二关键点，所述预定数量的第二关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后的车轴曲线轨迹，所述车轴曲线轨迹是车辆转向后所述车中轴线上任意一点的运动轨迹；

第二运算单元，用于根据所述车轴曲线轨迹确定对应于所述预定数量的第二关键点的第一组第三关键点和第二组第三关键点，所述第一组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后左后轮的倒车轨迹，所述第二组第三关键点的连线为所述三维坐标系中车辆转向后右后轮的倒车轨迹；

三维投影单元，用于将所述第一组第三关键点和所述第二组第三关键点投影到摄像头的传感器投影面上，得到所述第一组第三关键点在所述三维坐标系中的第一组第一投影点和所述第二组第三关键点在所述三维坐标系中的第二组第一投影点；

二维投影单元，用于将所述第一组第一投影点和所述第二组第一投影点投影到显示屏上，得到所述第一组第三关键点在二维坐标系中的第一组第二投影点和所述第二组第三关键点在二维坐标系中的第二组第二投影点；

线条绘制单元，用于根据所述第一组第二投影点和所述第二组第二投影点，生成所述倒车辅助线。

17.根据权利要求16所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述三维坐标系以所述摄像头的焦点为原点，以车辆正后方为X轴正方向，以车体正左方为Y轴正方向，以车辆正上方为Z轴正方向。

18.根据权利要求17所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述传感器投影面垂直于所述三维坐标系的X轴。

19.根据权利要求17所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述传感器投影面绕所述三维坐标系的Y轴向下旋转了预定角度。

20.根据权利要求16所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述车轴直线轨迹的长度根据车辆本身长度确定。

21.根据权利要求16所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述预定数量的第一关键点为所述车轴直线轨迹上被等分的点。

22.根据权利要求21所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述预定数量为10。

23.根据权利要求16所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述第一运算单元包括：

基准点选取单元，用于在所述车轴直线轨迹上选取基准点，所述基准点为所述车辆两后轮连线的中点，在转向时所述基准点对应在所述车轴曲线轨迹上的位置不变；

第一位置确定单元，用于确定需要转化的第一关键点在所述车轴直线轨迹上的位置；

角度确定单元，用于确定所述第二关键点与所述基准点之间在所述车轴曲线轨迹上弧长对应的角度；

第二位置确定单元，用于根据所述弧长对应的角度确定所述需要转化的第一关键点对应的所述第二关键点。

24.根据权利要求23所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述角度确定单元包括：

车轴转向半径确定单元，用于根据三角函数关系确定车辆的车轴转向半径，所述车轴转向半径为车中轴线与所述转向角的正弦函数的比值；

弧长确定单元，用于确定所述需要转化的第一关键点与所述基准点之间在所述车轴曲线轨迹上的弧长，所述弧长为所述需要转化的第一关键点与所述基准点在所述三维坐标系中X轴坐标值的差值；

角度计算单元，用于根据弧长公式确定所述弧长对应的角度，所述弧长对应的角度为所述弧长与所述车轴转向半径的比值。

25.根据权利要求23所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述第二位置确定单元包括：

第一坐标确定单元，用于根据三角函数关系，确定所述第二关键点在所述三维坐标系中的X坐标值X_G=X₀+R*sinγ；

第二坐标确定单元，用于根据三角函数关系，确定所述第二关键点在所述三维坐标系中的Y坐标值Y_G=Y₀-R*(1-cosγ)；

第三坐标确定单元，用于确定所述第二关键点在所述三维坐标系中的Z坐标值与所述需要转化的第一关键点在所述三维坐标系中的Z坐标值相同，即Z_G=Z₀；

公式中，X₀表示所述基准点在所述三维坐标系中的X坐标值，Y₀表示所述基准点在所述三维坐标系中的Y坐标值，Z₀表示所述基准点在所述三维坐标系中的Z坐标值，R表示所述车轴转向半径，γ表示所述弧长对应的角度。

26.根据权利要求16所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述第二运算单元包括：

车轮转向半径确定单元，用于根据车辆转向方向确定所述车辆左右后轮的转向半径；

第三位置确定单元，用于根据所述左右后轮的转向半径和三角函数关系确定所述第三关键点。

27.根据权利要求16所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述第二运算单元包括：

车轮转向半径确定单元，用于根据车辆转向方向确定所述车辆左右后轮的转向半径；

第四位置确定单元，根据所述左右后轮的转向半径和三角函数关系确定所述摄像头镜头平移前的第四关键点；

位置平移单元，保证所述摄像头镜头的投影面和焦点不变，将所述第四关键点按与所述摄像头镜头平移的相反方向进行平移，平移距离与所述摄像头镜头平移距离相等，确定所述第三关键点。

28.根据权利要求18所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述三维投影单元包括：

第一投影坐标确定单元，用于根据所述传感器投影面垂直于所述三维坐标系的X轴上的位置确定所述第一投影点的X轴坐标；

第二投影坐标确定单元，用于根据所述第一投影点的X轴坐标与所述第一投影点的Y轴坐标比值等于所述第三关键点的X轴坐标与所述第三关键点的Y轴坐标比值，确定所述第一投影点的Y轴坐标；

第三投影坐标确定单元，用于根据所述第一投影点的X轴坐标与所述第一投影点的Z轴坐标比值等于所述第三关键点的X轴坐标与所述第三关键点的Z轴坐标比值，确定所述第一投影点的Z轴坐标。

29.根据权利要求19所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述三维投影单元包括：

第四投影坐标确定单元，用于根据三角函数和比例关系，确定所述第一投影点在所述三维坐标系中的X坐标值X_N2=F₂/[cosβ+(Z_E/X_E)*sinβ]；

第五投影坐标确定单元，用于根据比例关系，确定所述第一投影点在所述三维坐标系中的Y坐标值Y_N2=(X_N2*Y_E)/X_E；

第六投影坐标确定单元，用于根据比例关系，确定所述第一投影点在所述三维坐标系中的Z坐标值Z_N2=(X_N2*Z_E)/X_E；

公式中，X_E表示所述第三关键点在所述三维坐标系中的X坐标值，Y_E表示所述第三关键点在所述三维坐标系中的Y坐标值，Z_E表示所述第三关键点在所述三维坐标系中的Z坐标值，F₂表示投影焦距，β表示所述传感器投影面绕所述三维坐标系的Y轴向下旋转的预定角度。

30.根据权利要求16所述的倒车辅助线的生成装置，其特征在于，所述二维坐标系以所述显示屏的左上角顶点为原点，以沿着所述显示屏长度方向为x轴正方向，以沿着所述显示屏宽度方向为y轴正方向。

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