CN104809718A - 一种车载摄像头自动匹配标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车载摄像头自动匹配标定方法，其包括以下步骤：建立世界坐标系、摄像机坐标系以及图像坐标系；确定各定位标识点在世界坐标系中的位置坐标；车辆尾端区域安装标准摄像头，使用标定校对控制器截取所述标准摄像头的影像信号，找到世界坐标系中的标识点坐标在图像坐标系中对应的点；待标定车载摄像头摄取车辆后方包括三个光学定位标识在内的影像信号；提取其中三个光学定位标识点在图像坐标系中对应的坐标点作为测试点；获取测试点相对于所述标准点坐标在水平与竖直方向上的偏移值获得校正参数，根据校正参数调整待标定车载摄像头使其视场中心、俯仰角分别与标准摄像头保持一致。通过本发明匹配标定的车载摄像头，车后影像的水平视角中心始终会位于自动显示影像的中央，达到视场中心和车辆轴线一致。

Description

一种车载摄像头自动匹配标定方法

技术领域

本发明涉及整车摄像头在线视场中心识别技术，特别是一种车载摄像头自动匹配标定方法。

背景技术

从摄像头本身来看，安装在同一位置的不同摄像头的视场不能完全重合，产生该问题的原因是镜头光学中心和传感器的光学中心不在同一直线上。

并且在实现车辅线显示过程中，芯片将该预载车辅线图片一直处于输出图像的中间位置。如果摄像头的视场中心与整车的纵向轴线不一致，则车辅线图片的中心不能和车尾影像中心重合，车辅线就会出现偏移使得所以预先标定好的车辅线轨迹不具有可参考性以及满足产品的通用性。若要不解决此问题，可能会带来安全问题。

通过对产品分析和产线安装过程观察可知，此种现象二个方面产生：1是摄像头的光学镜头中心与CMOS感光芯片装配时对位不准造成的；2是摄像头产品安装在整车过程中，由于车体钣金误差和摄像头安装误差产生的。如果在摄像头安装在整车之后对摄像头实施整车视场匹配，利用传感器Sensor芯片内部带有光学中心校正功能，可通过软件配置其部寄存器数值进行校正，改变传感器Sensor的光学中心位置，达到与摄像头视场中心与车尾影像中心重合的目的。在此基础上叠加的车辅线位于显示屏的中心对称位置，使得车尾二边安全距离对称。这样车辅线对驾驶着具有较高的安全性,这种可视倒车系统符合人们的驾驶习惯而具有较高的参考性。

发明内容

本发明提供了一种车载摄像头自动匹配标定方法，其包括以下步骤：

S1：建立用于表示客观世界绝对三位坐标的世界坐标系、以摄像机作为原点的摄像机坐标系以及图像坐标系，所述图像坐标系分为图像物理坐标系 和图像像素坐标系，其中以光轴和成像面交点作为原点的是图像物理坐标系，以成像面做上角的像素点为坐标原点是图像像素坐标系；

S2：在车辆经过的车道后方中轴线两边对称位置的地面上分别设置一个水平视角光学定位标识，同时在车辆后端车道轴线的上方设置一个俯仰角光学定位标识；确定上述各点在世界坐标系中的位置坐标；

S3：根据上述场地的中轴线上，在位于车辆尾端区域安装一只标准摄像头，调节所述标准摄像头使其视场中心与车辆轴线一致，俯角与仰角不超过自身视场的最大纵向角度；使用标定校对控制器截取所述标准摄像头的影像信号，找到世界坐标系中的标识点坐标在图像坐标系中对应的点，并将图像坐标系中的标识点作为标准点存储在专用的所述标定校对控制器中；

S4:待测车辆上线，安装在车辆后方的待标定车载摄像头摄取车辆后方包括三个光学定位标识在内的影像信号；

S5：使用标定校对控制器截取所述待标定车载摄像头的影像信号，提取影像中的三个光学定位标识点在图像坐标系中对应的坐标点，获取的坐标点为测试点，并将所述测试点坐标数据暂存在标定校对控制器中；

S6：在所述标定校对控制器中，将获取的所述测试点坐标与标准点坐标比较，获取所述测试点坐标相对于所述标准点坐标在水平方向与竖直方向上的偏移值；

S7：根据所述偏移值获取所述待标定摄像头的校正参数，根据所述校正参数调整所述待标定车载摄像头的光学中心位置，使所述待标定车载摄像头的视场中心、俯仰角分别与所述标准摄像头保持一致。

较佳地，获取所述校正参数的过程为：

摄像头的分辨率m*n的数值固定，设水平标识点的图像在图像坐标系中的均值为()当m/2时，根据偏移方向，调节个像素的偏移量，即可实现水平方向的偏移，获得所述待标定摄像头在水平方向上的校正参数；使用同样的方法获取所述待标定摄像头在竖直方向上的校正参数。

较佳地，调节所述光学中心位置的过程为：

将专用标定校对控制器中计算的校正的参数值回传至摄像头的传感器芯片，利用内部带有光学中心及畸变校正功能，配置其内部寄存器改变传感器的光学中心位置。

本发明具有以下有益效果：

通过本发明匹配标定的车载摄像头，不论摄像头是否安装在车尾的中心，车后影像的水平视角中心都会位于自动显示影像的中央，达到视场中心和车辆轴线一致，在此参数基础上标注的静态车辅线和动态车辅线位于车后影像的中央对称的位置，车辅线的二边安全距离外留有大致等宽的影像，这种摄像头的影像满足驾驶者倒车时的观察需求，具备了较高的可参考性和安全性。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的车载摄像头自动匹配标定方法流程示意图。

图2为本发明实施例提供的车载摄像头自动匹配标定方法坐标系示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例提供了一种车载摄像头自动匹配标定方法，其包括以下步骤：

S1：建立用于表示客观世界绝对三位坐标的世界坐标系、以摄像机作为原点的摄像机坐标系以及图像坐标系，所述图像坐标系分为图像物理坐标系和图像像素坐标系，其中以光轴和成像面交点作为原点的是图像物理坐标系，以成像面做上角的像素点为坐标原点是图像像素坐标系；

如图2所示，x_c y_c平面平行于x y或者u v平面。

B、摄像头成像模型

成像模型分为线成像性模型和非线性成像模型，在本系统中使用的镜头为广角镜头，同时，本系统的的精度较高，在实际标定中要考虑摄像头成像畸变引入的误差，建立非线性成像模型。

B-1线性模型

线性模型通常指的是小孔成像模型，设空间点P(X,Y,Z)在摄像机坐标系中的坐标为(x_c，y_c，z_c)，在图像上的投影坐标为P’其平面坐标为(x，y)，对应的图像坐标系坐标为(u，v)摄像机焦距为f，可得到图像坐标系与世界坐标系的关系为：

$Z_c\left[\begin{array}{c}u\\ v\\ 1\end{array}\right]=K\left[\begin{array}{cc}R& t\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\\ 1\end{array}\right]$

公式1

其中[R t]表一个旋转和平移的矩阵。

B-2非线性成像模型

摄像头的非线性成像模型是在线性成像的模型基础上引入径向和切向失真校正函数即可。

设线性模型下得到的图像点坐标为(x_u,y_u),非线性模型下图像点的实际坐标为(x_d，y_d),两者的数字关系为

$\left\{\begin{array}{c}{x}_u=x_d+{\mathrm{\δ}}_x(x,y)\\ y_u=y_d+{\mathrm{\δ}}_y(x,y)\end{array}\right.$

公式2

建立数学模型后，可使用相应的标定方法进行求解。

在本系统中，由于摄像头的安装角度θ，安装高度h,水平视角竖直视 角β均是确定的，同时分辨率为m*n也是确定的。此时可推导出以图像中心为原点的图像坐标系到世界坐标系的转换公式

$\left\{\begin{array}{c}x(u,v)=\frac{h(m\tan \mathrm{\θ}+2u\tan \mathrm{\α})}{m-2u\tan \mathrm{\θ}\tan \mathrm{\α}}\\ y(u,v)=\frac{2v\tan \mathrm{\β}\sqrt{h^2+x^2}}{n}\end{array}\right.$

公式3

因为车后标志物的位置固定，其在世界坐标系中对应的坐标数值是可以确定的，将标志物在世界坐标系中的坐标值带入公式3即可得到对应图像坐标系中的数值。

S2：在车辆经过的车道后方中轴线两边对称位置的地面上分别设置一个水平视角光学定位标识，同时在车辆后端车道轴线的上方设置一个俯仰角光学定位标识；确定上述各点在世界坐标系中的位置坐标；

S3：根据上述场地的中轴线上，在位于车辆尾端区域安装一只标准摄像头，调节所述标准摄像头使其视场中心与车辆轴线一致，俯角与仰角不超过自身视场的最大纵向角度；使用标定校对控制器截取所述标准摄像头的影像信号，找到世界坐标系中的标识点坐标在图像坐标系中对应的点，并将图像坐标系中的标识点作为标准点存储在专用的所述标定校对控制器中；

S4:待测车辆上线，安装在车辆后方的待标定车载摄像头摄取车辆后方包括三个光学定位标识在内的影像信号；

S5：使用标定校对控制器截取所述待标定车载摄像头的影像信号，提取影像中的三个光学定位标识点在图像坐标系中对应的坐标点，获取的坐标点为测试点，并将所述测试点坐标数据暂存在标定校对控制器中；

S6：在所述标定校对控制器中，将获取的所述测试点坐标与标准点坐标比较，获取所述测试点坐标相对于所述标准点坐标在水平方向与竖直方向上的偏移值；

S7：根据所述偏移值获取所述待标定摄像头的校正参数，根据所述校正参数调整所述待标定车载摄像头的光学中心位置，使所述待标定车载摄像头的视场中心、俯仰角分别与所述标准摄像头保持一致。

其中获取所述校正参数的过程为：

摄像头的分辨率m*n的数值固定，设水平标识点的图像在图像坐标系中的均值为(Δu,Δv)当Δu≠m/2时，根据偏移方向，调节|Δu-m/2|个像素的偏移量，即可实现水平方向的偏移，获得所述待标定摄像头在水平方向上的校正参数；使用同样的方法获取所述待标定摄像头在竖直方向上的校正参数。

调节所述光学中心位置的过程为：

将专用标定校对控制器中计算的校正的参数值回传至摄像头的传感器芯片，利用内部带有光学中心及畸变校正功能，配置其内部寄存器改变传感器的光学中心位置。

通过本发明匹配标定的车载摄像头，不论摄像头是否安装在车尾的中心，车后影像的水平视角中心都会位于自动显示影像的中央，达到视场中心和车辆轴线一致，在此参数基础上标注的静态车辅线和动态车辅线位于车后影像的中央对称的位置，车辅线的二边安全距离外留有大致等宽的影像，这种摄像头的影像满足驾驶者倒车时的观察需求，具备了较高的可参考性和安全性。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种车载摄像头自动匹配标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

    S1：建立用于表示客观世界绝对三位坐标的世界坐标系、以摄像机作为原点的摄像机坐标系以及图像坐标系，所述图像坐标系分为图像物理坐标系和图像像素坐标系，其中以光轴和成像面交点作为原点的是图像物理坐标系，以成像面做上角的像素点为坐标原点是图像像素坐标系；

    S2：在车辆经过的车道后方中轴线两边对称位置的地面上分别设置一个水平视角光学定位标识，同时在车辆后端车道轴线的上方设置一个俯仰角光学定位标识；确定上述各点在世界坐标系中的位置坐标；

    S3：根据上述场地的中轴线上，在位于车辆尾端区域安装一只标准摄像头，调节所述标准摄像头使其视场中心与车辆轴线一致，俯角与仰角不超过自身视场的最大纵向角度；使用标定校对控制器截取所述标准摄像头的影像信号，找到世界坐标系中的标识点坐标在图像坐标系中对应的点，并将图像坐标系中的标识点作为标准点存储在专用的所述标定校对控制器中；

    S4: 待测车辆上线，安装在车辆后方的待标定车载摄像头摄取车辆后方包括三个光学定位标识在内的影像信号；

    S5：使用标定校对控制器截取所述待标定车载摄像头的影像信号，提取影像中的三个光学定位标识点在图像坐标系中对应的坐标点，获取的坐标点为测试点，并将所述测试点坐标数据暂存在标定校对控制器中；

S6：在所述标定校对控制器中，将获取的所述测试点坐标与标准点坐标比较，获取所述测试点坐标相对于所述标准点坐标在水平方向与竖直方向上的偏移值；

S7：根据所述偏移值获取所述待标定摄像头的校正参数，根据所述校正参数调整所述待标定车载摄像头的光学中心位置，使所述待标定车载摄像头的视场中心、俯仰角分别与所述标准摄像头保持一致。

2.如权利要求1所述的车载摄像头自动匹配标定方法，其特征在于，获取所述校正参数的过程为：

摄像头的分辨率m*n的数值固定，设水平标识点的图像在图像坐标系中的均值为（                                               ）当 m/2时，根据偏移方向，调节个像素的偏移量，即可实现水平方向的偏移，获得所述待标定摄像头在水平方向上的校正参数；使用同样的方法获取所述待标定摄像头在竖直方向上的校正参数。

3. 如权利要求1所述的车载摄像头自动匹配标定方法，其特征在于，调节所述光学中心位置的过程为：

    将专用标定校对控制器中计算的校正的参数值回传至摄像头的传感器芯片，利用内部带有光学中心及畸变校正功能，配置其内部寄存器改变传感器的光学中心位置。