CN106274684A - 一种小角度摄像头实现的汽车全景环视系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小角度摄像头实现的汽车全景环视系统，是一种应用于汽车电子领域和汽车主动安全辅助驾驶领域的技术。系统包含6个或6个以上摄像头(其中至少4个普通摄像头)，对应每个摄像头的安装支架，带6个或6个以上摄像头接口的视频采集和图像处理器主机，一个显示器，功能切换开关及连接线束。系统有效解决了现有技术中由于采用4个广角摄像头，边缘部分的失真度较高导致清晰度不够，以及在车身较长的大车上实施效果不好的问题。本发明通过采用普通摄像头，增加了图像感应的总体像素；由于失真度小，增加了有效像素，提高了图像的清晰度；通过特殊的安装方式可以确保车辆周围物体不会消失，而且得到车辆周围更远、更大的显示范围。

Description

一种小角度摄像头实现的汽车全景环视系统

技术领域：

本发明属于汽车电子技术领域，也是一种汽车主动安全辅助驾驶技术。用于辅助汽车驾驶员在车辆行驶或倒车时观察车辆四周的情况。

背景技术：

现有汽车全景泊车系统，一般由4个广角摄像头、图像处理器、驾驶室内显示器组成。这4个广角摄像头分别设在汽车前、后、左、右位置。一般前广角摄像头安装在轿车前部格栅位置，后广角摄像头安装在轿车后背门上，左和右广角摄像头分别安装在左和右侧后视镜内。4个摄像头采集的视频信号送给图像处理器，通过图像处理算法对视频图像进行图像校正、拼接处理，形成一幅车辆俯视鸟瞰画面，帮助驾驶员实时观察车辆四周影像，消除视角盲点，提升了汽车泊车及在狭窄路口的安全驾驶性能。

而现有汽车全景泊车系统的缺陷主要表现在：

(1)、采用的广角摄像头，因具鱼眼效应经图像校正后会降低清晰度：

一般的广角摄像头水平视角的覆盖范围在170°-190°之间，只需4个摄像头就可以达到对车身的四周360°环视目的。但是摄像头本身的几何失真度在50％-90％之间，靠近边缘部分的失真度很高，整体图像具有鱼眼效应，在图像处理过程经过图像校正会使整体图像的清晰度下降；

(2)、图像拼接部分模糊，不清晰：

由于广角摄像头本身的边缘部分采集的图像的几何失真度高，图像拼接部分一般对应于摄像头的是边沿部分，所以拼接部分的图像清晰度很差；

(3)、对于车身长度较长的车辆，用现有方案则图像清晰度太差：

对于车身较长的大货车、大卡车、客车、大巴车、中巴车等，如果用现有的4个广角摄像头的安装方式，由于车身较长，车辆左右两边的很大块图像区域将是由左右两边广角摄像头的边沿部分获取的图像，由此实现的全景图像在对应的区域将模糊不清，用户无法接受。

实用新型专利201220661383《一种汽车全景泊车系统》，与本发明不同之处：

(1)、该实用新型采用4个广角摄像头。而本发明采用6-8个摄像头，其中至少4个普通摄像头，这种普通摄像头的失真度远低于广角摄像头，特别是边缘部分；所以，本发明所采用的方法合成的图像清晰度较高；

(2)、该实用新型采用的这4个广角摄像头分别设在汽车前、后、左、右位置。一般前广角摄像头安装在汽车前部格栅位置，后广角摄像头安装在汽车后背门上，左和右广角摄像头分别安装在左和右侧后视镜内；而本发明采用的6-8个摄像头，安装位置不同；

(3)、由于摄像头个数不同和摄像头的失真度不同，则所需采用的图像处理技术不同；

(4)、该实用新型只需采集4个摄像头的数据进行处理，一般采用低速DSP处理器模块可以实现；而由于本发明采集多个摄像头的视频信号，需要通过高速DSP或FPGA进行软件处理技术，实现高速实时处理。

发明专利201010590428《一种全景泊车辅助系统》，与本发明不同之处：

(1)、该专利采用4个180°超广角摄像头，对于大货车采用8个180°超广角摄像头。而本发明无论对于小轿车或者大货车，都可以采用6-8个摄像头，其中至少4个普通摄像头；这种普通摄像头的失真度远低于广角摄像头，特别是边缘部分；所以，本发明所采用的方法合成的图像清晰度较高；

(2)、该专利中的摄像头输入模块，是置于车体前后左右四个方向上的4个超广角摄像头，对于大货车的摄像头输入模块，增加了4个对角线方向的超广角摄像头；而本发明采用的6-8个摄像头，其中至少4个普通摄像头，所以安装位置也不同；

(3)、由于该专利采用的是广角镜头，广角镜头的特点是中心区域图像清晰，边缘模糊；按照该专利对于大货车的8个摄像头的安装安排，只能是每个摄像头的光轴垂直车身向外，每个摄像头平均负责一块图像区域，而且主要图像取靠近自己的区域，这种方式会导致车辆同一侧面的相邻两个摄像头交界处的物体会变小，会出现让观察图像的用户以为物体消失的现象；本发明的特殊安装方法，客服了这个问题；

(4)、该专利中的用于图像拼接合成的处理模块，与本发明不同：

由于摄像头采集的信号不同，则图像处理技术的软件不同；该专利是采集4或8个180°超广角摄像头的数据进行处理，采用DSP处理器模块可以实现；而由于本发明采集6-8个摄像头，其中至少4个普通摄像头，对其视频信号的数据进行处理，采用通过高速DSP或FPGA进行软件处理技术，实现高速实时处理。

发明内容：

一种小角度摄像头实现的汽车全景环视系统，包含6个或6个以上摄像头，对应每个摄像头的安装支架，带6个或6个以上摄像头接口的视频采集和图像处理器主机，一个显示器，功能切换开关及连接线束。通过采集6个或6个以上摄像头的视频信号，再经过图像校正、视角转换、图像拼接处理之后，形成车辆俯视鸟瞰画面，或形成以各种视角观察车辆周围环境的虚拟摄像头图像。

其特征在于：所述的一种小角度摄像头实现的汽车全景环视系统，包含6个或6个以上摄像头，对应每个摄像头的安装支架，带6个或6个以上摄像头接口的视频采集和图像处理器主机，一个显示器，功能切换开关及连接线束。

所述的摄像头可采集车辆四周的图像，输出给视频采集和图像处理器主机；所述的6个或6个以上摄像头至少包含了4个普通摄像头；

所述的普通摄像头，是指水平视角小于150°且几何失真度小于30％的摄像头；

所述的摄像头的安装支架用于固定对应的摄像头，使之能获取设定区域的图像。如图1所示，当两个所述的普通摄像头(如图1的5和6)，其主要作用是观察车辆同一侧的外部环境图像时，这两个所述的普通摄像头(如图1的5和6)，的安装支架使其安装角度和位置具有如下特征之一：其一：这两个摄像头的各自的光轴(如图1的5和6引出的箭头)对地面的垂直投影所形成的两条直线(如图1的AC和BC)，可与这两个摄像头各自对地面的垂直投影所对应的点(如图1的A点和B点)的连线形成一个三角形(如图1的ΔABC)，且该三角形(如图1的ΔABC)的由这两个摄像头的光轴的投影线(如图1的AC和BC)交叉形成的该三角形的顶点(如图1的C点)，必定在这两个摄像头(如图1的5和6)所要观察的车辆同一侧边外部环境区域内；其二：这两个摄像头的间距小于其所安装的车辆的侧边长度的十五分之一。

所述的图像处理器主机，内含视频编解码芯片，图像处理器芯片，存储器芯片，辅助控制器芯片，电源芯片等，通过对图像处理器的编程，可以实现对多个摄像头的视频数据进行图像校正、视角转换，然后拼接成一幅车辆俯视鸟瞰画面，或形成以各种视角观察车辆周围环境的虚拟摄像头图像，输出给车内显示器；

所述的显示器，用于显示车辆全景俯视鸟瞰画面；或显示以各种视角观察车辆周围环境的虚拟摄像头图像，或者只显示单个摄像头画面；或者这几种画面的组合画面；

所述的线束，用于连接主机、摄像头、开关、显示器、车上的其他控制信号及电源和地线；包含但不限于获取车上CAN信号、档位信号、点火开关信号、画面切换信号。

本发明所述的一种小角度摄像头实现的汽车全景环视系统，通过采用更多的摄像头，增加了图像感应的总体像素；通过采用普通摄像头，由于普通摄像头的失真度小，增加了摄像头的有效像素，提高了图像的清晰度；由于摄像头的清晰度高和失真小，形成的俯视图可以采集到车辆周围更大的范围；通过特殊的安装方式，可以确保车辆周围物体，特别是摄像头交叉部分的物体不会消失；通过特殊的安装方式，当以各种视角观察车辆周围环境的虚拟摄像头图像时，可以得到车辆周围更远以及更大的显示范围。

附图说明：

图1、图2、图3、图5、图6均为6个摄像头在整车的安装位置方案俯视图

图4为8个摄像头在整车的安装位置方案俯视图

图7为6个摄像头在大货车的安装位置实例的前视图

图8为6个摄像头在大货车的安装位置实例的俯视图

图9为6个摄像头在大货车的安装位置实例的后视图

图中：

前视摄像头 1 后视摄像头 2

左前视摄像头 3 左后视摄像头 4

右前视摄像头 5 右后视摄像头 6

前右视摄像头 7 后右视摄像头 8

左后视镜 10 车身 11

右后视镜 12 地平线 13

其中：

图1、图3、图4的安装位置方案适合大货车、大卡车、客车、大巴车、中巴车、小巴车、小轿车等；

图2、图5、图6的安装位置方案适合小轿车、小巴车、中巴车等；

具体实施方式：

为了进一步解释本发明所述的技术方案，下面通过在一辆大货车上的具体实施案例来对本发明进行详细阐述。

如图8所示，其为在大货车上安装6个120°的普通摄像头(标示1，2，3，4，5，6的位置为六个摄像头的位置)的车顶俯视图。从每个摄像头的位置引出的带箭头的线表示每个摄像头的光轴方向。在车辆的前面顶部靠中间位置，安装一个前视摄像头1；在车辆的后面顶部靠中间位置，安装一个后视摄像头2；在车辆顶部的左侧靠前的位置，安装左前视摄像头3；在车辆顶部的左侧靠后的位置，安装左后视摄像头4；在车辆顶部的右侧靠前的位置，安装右前视摄像头5；在车辆顶部的右侧靠后的位置，安装右后视摄像头6。车辆顶部的侧边的两个摄像头3和4(或5和6)之间的距离，以及距离车头、车尾的距离均可根据需要调整。但是，这两个摄像头3和4(或5和6)的光轴必需是前面摄像头3的光轴向后倾斜，后面的摄像头4的光轴向前倾斜；右前视摄像头5的光轴向后倾斜，右后视摄像头6的光轴向前倾斜。这样可以覆盖车辆两侧所有有效区域，消除拼接域盲区。

如图7所示为车辆前视图，即从车辆的正面看到的前视摄像头1和侧边四个摄像头3，4，5，6的光轴与地面的夹角示意图；

如图9所示为车辆后视图，即从车辆的背面看到的后视摄像头2及侧边四个摄像头3，4，5，6的光轴与地面的夹角示意图；

设计的摄像头安装位置及角度，理论上在地面上无盲区(由于受到车头弧面结构的影响，前视视野存在一定的盲区)，因此，在工艺及外观满足条件下，摄像头要向外延伸一定距离，避免紧贴车体，由车体本身遮挡造成的盲区。同时，摄像头要安装牢固，以免产生画面抖动现象。摄像头安装位置与正常行车及其它正常操作(如开启车门、车体维修等)不产生干涉。

Claims (8)

1.一种小角度摄像头实现的汽车全景环视系统，其特征在于：包含6个或6个以上摄像头，对应每个摄像头的安装支架，带6个或6个以上摄像头接口的视频采集和图像处理器主机，一个显示器，功能切换开关及连接线束。

2.根据权利要求1所述的摄像头，其特征是：所述的摄像头可采集车辆四周的图像，输出给视频采集和图像处理器主机；所述的6个或6个以上摄像头至少包含了4个普通摄像头。

3.根据权利要求2所述的普通摄像头，其特征是：所述的普通摄像头，是指水平视角小于150°且几何失真度小于30％的摄像头。

4.根据权利要求1所述的安装支架，其特征是：所述的摄像头的安装支架用于固定对应的摄像头，使之能获取设定区域的图像。当两个所述的普通摄像头，其主要作用是观察车辆同一侧的外部环境图像时，这两个所述的普通摄像头的安装支架使其安装角度和位置具有如下特征之一：其一：这两个摄像头的各自的光轴对地面的垂直投影所形成的两条直线，可与这两个摄像头各自对地面的垂直投影所对应的点的连线形成一个三角形，且该三角形的由这两个摄像头的光轴的投影线交叉形成的该三角形的顶点，必定在这两个摄像头所要观察的车辆同一侧边外部环境区域内；其二：这两个摄像头的间距小于其所安装的车辆的侧边长度的十五分之一。

5.根据权利要求1所述的主机，其特征是：所述的图像处理器主机，内含视频编解码芯片，图像处理器芯片，存储器芯片，辅助控制器芯片，电源芯片等，通过对图像处理器的编程，可以实现对多个摄像头的视频数据进行图像校正、视角转换，然后拼接成一幅车辆俯视鸟瞰画面，或形成以各种视角观察车辆周围环境的虚拟摄像头图像，输出给车内显示器。

6.根据权利要求1所述的显示器，其特征是：所述的显示器，用于显示车辆全景俯视鸟瞰画面；或显示以各种视角观察车辆周围环境的虚拟摄像头图像，或者只显示单个摄像头画面；或者这几种画面的组合画面。

7.根据权利要求1所述的功能切换开关，其特征是：所述的功能切换开关，用于根据用户需要，切换显示车辆全景俯视鸟瞰画面；或显示以各种视角观察车辆周围环境的虚拟摄像头图像，或者只显示单个摄像头画面；或者这几种画面的组合画面。

8.根据权利要求1所述的连接线束，其特征是：所述的线束，用于连接主机、摄像头、开关、显示器、车上的其他控制信号及电源和地线；包含但不限于获取车上CAN信号、档位信号、点火开关信号、画面切换信号。