CN104691415B - 全景泊车辅助装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全景泊车辅助装置，采用的三维模型由分别与四个摄像装置对应的四个扇面组成，每个扇面均包括远离车辆图像的外弧边、靠近车辆图像的内弧边及连接该外弧边和内弧边两端点的边线，边线为直线，对应车辆左右侧的内弧边靠近边线出曲率半径为0.5至2米，靠近中心处接近直线，曲率半径为23到29米，对应车辆前后侧的内弧边靠近中心处曲率半径3.5~5.5米；所有的外弧边的曲率半径过度更平滑。两个相邻扇面的横向结构线在其相接点都处于G3连续状态。本发明的全景泊车辅助装置基于一外形接近锥形、横切面接近圆角矩形的三维模型来将摄像装置的实时影像拼接为三维曲面图像，曲面的断面线趋于直线，影像扭曲变形小。

Description

全景泊车辅助装置
技术领域
本发明涉及全景泊车辅助装置及其辅助方法。
背景技术
全景泊车辅助系统是一个新兴的汽车电子科技，其是通过车身周围四个摄像头拍摄的实时影像拼接到一个呈俯视角度的全车及周边图像的画面，从而实现实时360°全景辅助泊车，消除死角和盲区。目前已有的三维模型呈碗型，在碗壁到底面的部分图像扭曲、形变严重，影响用户体验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输出影像更接近实物的全景泊车辅助装置。
一种全景泊车辅助装置，包括四个摄像装置、处理器和显示装置。其中四个摄像装置分别设置在车辆四边，用于对车辆前、后、左、右四个方位进行摄像，其中设置在左右侧的摄像装置的拍摄宽度至少为6米。处理器用于接收所述四个摄像装置拍摄的图像，根据摄像装置的畸变参数对所述图像进行校正并转换为四幅矩形图片，再根据三维模型对所述四幅矩形图片进行拉伸形变并拼接为全景俯视图像，所述处理器还在所述全景俯视图像的中心叠加一车辆图像。所述显示装置用于显示所述叠加了车辆图像的全景俯视图像。其中，所述三维模型由分别与四个摄像装置对应的四个扇面组成，其中第一和第三扇面的形状和尺寸相同，并与车辆左右两侧的摄像装置对应；第二和第四扇面的形状和尺寸相同，并与车辆前后两侧的摄像装置对应。每个扇面均包括远离车辆图像的外弧边、靠近车辆图像的内弧边及连接该外弧边和内弧边两端点的两条边线，四个扇面的四条边线的曲率为0~0.01；第一和第三扇面的内弧边的曲率半径从0.5~2米逐步增加至23~29米，再逐渐减小至0.5~2米，其外弧边的曲率半径从3.5~4.5米逐步增加至26~31米，再逐渐减小至3.5~4.5米；第二和第四扇面的内弧边的曲率半径从0.5~2米逐步增加至3.5~5.5米，再逐步减小至0.5~2米，其外弧边的曲率半径从3.5~4.5米逐步增加至6~11米，再逐渐减小至3.5~4.5米；且两个相邻扇面的横向结构线在其相接点都处于G3连续状态。
优选的，每个扇面的纵向结构线与地面平面的夹角均为35~45°。
优选的，每个扇面被多条横纵向结构线划分为多个梯形区域；所述处理器将所述四幅矩形图片划分为与多个梯形区域对应的多个行列排布的矩形区域，此外，还满足下列条件中的一种：1）所述多个矩形区域从矩形图片的底部到顶部的高度逐渐减小，2）所述多个梯形区域从扇面的内弧边到外弧边的等效高度逐渐减大。
优选的，所述处理器在将摄像装置拍摄的图像转换为四幅矩形图片后，切除部分与相邻图片的重叠采样区，切除后，剩余图片的重叠采样区至少占据其长度的1/4，处理器在剩余的重叠采样区域查找并识别可拼接内容，估算焦距，从而实现无缝拼合，然后将所述四幅矩形图片划分为与多个梯形区域对应的多个行列排布的矩形区域，最后将该多个矩形区域按照三维模型的对应的梯形区域进行拉伸形变并拼接为全景俯视图像。
优选的，所述处理器在根据摄像装置的畸变参数对所述图像进行校正后会进行着色处理，以生成四幅色调统一的矩形图片。
本发明的全景泊车辅助装置基于一外形接近锥形、横切面接近圆角矩形的三维模型来将摄像装置的实时影像拼接为三维曲面图像，曲面的断面线趋于直线，影像扭曲变形小，很好地对周围环境进行了还原，提升了用户的驾驶体验，降低了泊车风险。
附图说明
图1为本发明一实施例中摄像装置拍摄图像被投射到全景图像上的过程示意图。
图2为本发明一实施例中三维模型及车辆图像组成的全景俯视图像的另一角度的示意图。
图3为本发明一实施例中1/4三维模型的曲率半径变化图。
图4为图3中1/4三维模型的曲面光滑度斑马线测试图。
图5为本发明一实施例中三维模型与现有三维模型像素点比对图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及附图对本发明全景泊车辅助装置作进一步详细描述。
本发明的全景泊车辅助装置主要包括设置在车身四边的四个摄像装置、设置在车身内的处理器和显示装置。该四个摄像装置优选设置在车身四边的没边的中部，分别用于同时对车辆前、后、左、右四个方位进行摄像，前后摄像装置的拍摄范围至少覆盖距离车辆前后边12米远的范围，左右摄像装置的拍摄宽度至少为6米。设置在车身四周的的摄像装全部置采用广角摄像装置。
处理器用于接收这四个摄像装置拍摄的图像（或称为影像），并将这些图像进行处理后拼接为三维全景俯视图像，利用显示装置呈现给客户。为了使该三维全景俯视图像更直观，还在该三维全景俯视图像中心的对应位置叠加一和图像比例相称的车辆图像。
具体的，处理器对四个摄像装置拍摄的图像的处理过程至少包括以下步骤。
步骤一：接收摄像装置输出的四幅图像（如图1（a）所示），分别根据对应摄像装置的内参数和畸变系数模型对图像进行畸变校正，并进行着色处理，以生成四幅色调统一的矩形图片。如此，摄像装置在不同亮度环境下捕捉到的图像更加协调。
步骤二：根据预设切除四幅矩形图片中两侧边的部分矩形区域，这部分被切除的矩形区域为相邻的两个摄像装置重叠采样的区域中的一部分，切除后，剩余图片的重叠采样区应至少占据剩余图片长度的1/4，如此，在后续融合中才能达到较佳的融合效果。
步骤三：根据预设的三维模型对步骤二处理好的矩形图片（如图1（b）所示）进行拉伸形变并拼接为全景俯视图像。可以理解的，在拼接相邻的两幅矩形图片时，需要用到图像融合技术进行拼接，以消除拼接痕迹，使拼接到的图片过渡自然。根据不同的拼接技术，上述步骤二可能被省略。本实施例中，在进行图像融合时，处理器在重叠采样区，也即交叠区域查找并识别可拼接内容，估算焦距，从而实现无缝拼合。
步骤四：在步骤三获得的全景俯视图像的中心叠加一车辆图像，形成三维全景俯视图像。
步骤五：根据预设显示视角在显示装置上显示所述三维全景俯视图像，如图1（c）所示。
上述步骤三提到的三维模型的外形接近锥形、横切面接近四角为圆角的矩形，且横切面的矩形的四边向外扩张，如图1（c）所示。该三维模型的底部的边定义了车辆前后左右四边的地面上的相对车辆侧边外扩的弧线，并与车辆四侧边基本吻合。车辆图像优选也为三维图像，设置在三维模型的底部定义的平面上。
三维模型由分别与四个摄像装置对应的四个扇面组成，其中第一和第三扇面11，13的形状和尺寸相同，并与车辆左右两侧的摄像装置对应；第二和第四扇面12，14的形状和尺寸相同，并与车辆前后两侧的摄像装置对应。每个扇面均包括远离车辆图像的外弧边（例如第一扇面11的外弧边111）、靠近车辆图像的内弧边（例如第一扇面11的内弧边112）及连接该外弧边和内弧边两端点的两条边线（例如第一扇面11的边线113和114），且对称。
图3示出了1/4三维模型的结构图，包括了1/2第一扇面和1/2第四扇面，可以看出每个扇面被多条横纵向结构线划分为多个梯形区域。四个扇面的四条边线的曲率为0~0.01，优选的，四条边线为直线。第一和第三扇面的内弧边的曲率半径从0.5~2米逐步增加至23~29米，再逐渐减小至0.5~2米，第二和第四扇面的内弧边的曲率半径从0.5~2米逐步增加至3.5~5.5米，再逐步减小至0.5~2米。整体上看，内弧边构成的图形接近于圆角矩形，每条内弧边的中部的线条接近于直线。
第一和第三扇面的外弧边的曲率半径从3.5~4.5米逐步增加至26~31米，再逐渐减小至3.5~4.5米。第二和第四扇面的外弧边的曲率半径从3.5~4.5米逐步增加至6~11米，再逐渐减小至3.5~4.5米。整体上看，外弧边构成的图形接近于椭圆形。两个相邻扇面的横向结构线在其相接点都处于G3连续状态。
所有扇面上靠近中部的纵向结构线优选为非直线，可更好地对图像进行还原。
在一优选实施例中，这1/4三维模型的曲面被7条纵向结构线L0、L1、L2、L3、L4、L5、L6划分为六个相连的区域A1、A2、A3、A4、A5和A6（在外弧边上的长度相等）。其中区域A5对应图像融合的区域，至少涵盖了第一和第四扇面的重叠采样区。在此，定义每条纵向结构线的第一端位于内弧边，第二端位于外弧边，第一扇面的内弧边上的纵向结构线L0、L1、L2、L3、L4的第一端点的曲率半径分别为R10、R11、R12、R13、R14，第一扇面的外弧边上的纵向结构线L1、L2、L3、L4的第二端点的曲率半径分别为R20、R21、R22、R23、R24。第四扇面的内弧边上的纵向结构线L5、L6的第一端点的曲率半径分别为R15、R16，第四扇面的外弧边上的纵向结构线L5、L6的第二端点的曲率半径分别为R25、R26。则这些曲率半径的关系为R11<R10<R20，且R11>R21>R12>R22>R13>R23>R14>R15。R15<R16<R25<R26。
处理器在将四幅矩形图片根据该三维模型拼接全景俯视图像之前，根据预设参数将四幅矩形图片划分为与三维模型的扇面的多个梯形区域对应的多个行列排布的矩形区域（例如可类似图1（b）中的黑白格），且多个矩形区域从矩形图片的底部到顶部的高度逐渐减小（对应的多个梯形区域的等效高度接近）。然后将该多个矩形区域按照三维模型的对应的梯形区域进行拉伸形变并拼接为全景俯视图像。在另一实施例中，每个扇面被多条横纵向结构线划分为多个梯形区域，该多个梯形区域从扇面的内弧边到外弧边的等效高度逐渐减大，而对应的多个行列排布的矩形区域的高度相互接近或相等。其中梯形区域的等效高度为以上底长度和下底长度及梯形面积计算出来的梯形的高度。
此外，每个扇面的纵向结构线与地面平面的夹角为35~45°。本实施例中，每条纵向结构线与地面平面的夹角均为39.05°，如此，每个扇面的外弧边与内弧边的长度比例都较小，图像拉伸变形小。变换后的图像相当于将摄像头架设在离地面3~5米高的空中来拍摄车辆周边画面（如图2所示），比现实中仅依靠车后摄像头拍摄的低位画面更直观、形象。由于每个扇面的曲率都很小，仅在两个扇面相接的部位曲率较大，因此拼接好的图像的扭曲和形变都很轻微。图4示出了图3中1/4三维模型的曲面光滑度斑马线测试图，可以看出曲面光滑度很高。图5（b）示出了碗型三维模型的像素转换图，在将图右侧的六个像素点（内标1至6数字的圆点）拼接为俯视图像时，靠近碗底侧的像素会堆积在一起，导致图像扭曲变形严重。图5（a）示出了本发明三维模型的像素转换图，在将图右侧的六个像素点拼接为俯视图像时，靠近所有的像素均可较为均匀地分布，图像基本无扭曲形变。
虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (4)

1.一种全景泊车辅助装置，包括
四个摄像装置，分别设置在车辆四边，用于对车辆前、后、左、右四个方位进行摄像，其中设置在左右侧的摄像装置的拍摄宽度至少为6米；
处理器，其接收所述四个摄像装置拍摄的图像，根据摄像装置的畸变参数对所述图像进行校正并转换为四幅矩形图片，再根据三维模型对所述四幅矩形图片进行拉伸形变并拼接为全景俯视图像，所述处理器还在所述全景俯视图像的中心叠加一车辆图像；
显示装置，其显示所述叠加了车辆图像的全景俯视图像；
其特征在于：所述三维模型由分别与四个摄像装置对应的四个扇面组成，其中第一和第三扇面的形状和尺寸相同，并与车辆左右两侧的摄像装置对应；第二和第四扇面的形状和尺寸相同，并与车辆前后两侧的摄像装置对应；
每个扇面均包括远离车辆图像的外弧边、靠近车辆图像的内弧边及连接该外弧边和内弧边两端点的两条边线，四个扇面的四条边线的曲率为0~0.01；第一和第三扇面的内弧边的曲率半径从0.5~2米逐步增加至23~29米，再逐渐减小至0.5~2米，其外弧边的曲率半径从3.5~4.5米逐步增加至26~31米，再逐渐减小至3.5~4.5米；第二和第四扇面的内弧边的曲率半径从0.5~2米逐步增加至3.5~5.5米，再逐步减小至0.5~2米，其外弧边的曲率半径从3.5~4.5米逐步增加至6~11米，再逐渐减小至3.5~4.5米；且两个相邻扇面的横向结构线在其相接点都处于G3连续状态；
每个扇面被多条横纵向结构线划分为多个梯形区域；所述处理器将所述四幅矩形图片划分为与多个梯形区域对应的多个行列排布的矩形区域，此外，还满足下列条件中的一种：1）所述多个矩形区域从矩形图片的底部到顶部的高度逐渐减小，2）所述多个梯形区域从扇面的内弧边到外弧边的等效高度逐渐减大。
2.根据权利要求1所述的全景泊车辅助装置，其特征在于，每个扇面的纵向结构线与地面平面的夹角为35~45°。
3.根据权利要求1所述的全景泊车辅助装置，其特征在于，所述处理器在将摄像装置拍摄的图像转换为四幅矩形图片后，切除部分与相邻图片的重叠采样区，切除后，剩余图片的重叠采样区至少占据其长度的1/4，处理器在剩余的重叠采样区域查找并识别可拼接内容，估算焦距，从而实现无缝拼合，然后将所述四幅矩形图片划分为与多个梯形区域对应的多个行列排布的矩形区域，最后将该多个矩形区域按照三维模型的对应的梯形区域进行拉伸形变并拼接为全景俯视图像。
4.根据权利要求1所述的全景泊车辅助装置，其特征在于，所述处理器在根据摄像装置的畸变参数对所述图像进行校正后会进行着色处理，以生成四幅色调统一的矩形图片。
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