CN108174089B - 基于双目摄像头的倒车影像拼接方法和装置 - Google Patents

基于双目摄像头的倒车影像拼接方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种基于双目摄像头的倒车影像拼接方法和装置，方法包括：获取双目摄像头采集的图像，对图像进行转换以生成鸟瞰图，获取车辆的前轴中心点的转角和速度信息，并根据转角和速度信息计算当前帧图像相对于起始帧图像的旋转量和平移量，根据旋转量和平移量对当前帧图像进行图像变换，并将变换后的图像拼接至起始帧，进而获取车辆的倒车轨迹，并将倒车轨迹显示到全景图像上，从而能够向用户展示大角度倒车影像俯视图，有效提高倒车影像的准确性，满足用户使用需求，提高用户体验。

Description

基于双目摄像头的倒车影像拼接方法和装置
技术领域
本发明涉及图像拼接技术领域，具体涉及一种基于双目摄像头的倒车影像拼接方法、一种计算机可读存储介质、一种基于双目摄像头的倒车影像拼接系统以及一种基于双目摄像头的倒车影像拼接装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高，家用汽车慢慢走进千家万户，越来越多的家庭拥有自己的私家车。随着私家车数量的暴增带来了很多问题，例如城市拥堵，车满为患等问题，停车难的问题尤为明显。但是，现有技术中的倒车影像只能看到车辆后方的图像，无法满足用户停车时对影像的需求。
为解决倒车影像不足的问题，相关技术提供了一种四目摄像头图像拼接的方案，但是造成成本大幅度升高，安装过程复杂，甚至会破坏车身，影响用户体验。
发明内容
本申请提供一种基于双目摄像头的倒车影像拼接方法，能够在不提升成本的情况下，有效提高倒车影像的覆盖范围。
根据第一方面，一种实施例中提供一种基于双目摄像头的倒车影像拼接方法，包括以下步骤：获取所述双目摄像头采集的图像(所述双目摄像头包括前摄像头和后摄像头，所述前摄像头设置于车辆前挡风玻璃上，所述后摄像头设置于所述车辆尾部的车牌上方)；对所述图像进行转换以生成鸟瞰图；获取所述车辆的前轴中心点的转角和速度信息，并根据所述转角和所述速度信息计算当前帧图像相对于起始帧图像的旋转量和平移量；根据所述旋转量和所述平移量对所述当前帧图像进行图像变换，并将变换后的图像拼接至所述起始帧；获取车辆的倒车轨迹，并将所述倒车轨迹显示到所述全景图像上，以获取倒车影像。
进一步地，所述旋转量通过所述车辆的前轴中心点的角速度积分获得，所述平移量通过所述车辆速度积分获得。
进一步地，对所述进行图像拼接位置的像素值进行加权平均，以使图像平滑显示。
根据第二方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述程序能够被处理器执行以实现所述的方法。
根据第三方面，一种实施例中提供基于双目摄像头的倒车影像拼接系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现所述的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法。
根据第四方面，一种实施例中提供基于双目摄像头的倒车影像拼接装置，包括：图像获取单元，用于获取所述双目摄像头采集的图像(所述双目摄像头包括前摄像头和后摄像头，其中所述前摄像头设置于车辆前挡风玻璃上，所述后摄像头设置于所述车辆尾部的车牌上方)；图像转换单元，用于对所述图像进行转换以生成鸟瞰图；车辆信息获取单元，用于获取所述车辆的前轴中心点的转角和速度信息，并根据所述转角和所述速度信息计算当前帧图像相对于起始帧图像的旋转量和平移量；图像拼接单元，用于根据所述旋转量和所述平移量对所述当前帧图像进行图像变换，并将变换后的图像拼接至所述起始帧；控制单元，用于获取车辆的倒车轨迹，并将所述倒车轨迹显示到所述全景图像上，以获取倒车影像。
进一步地，所述旋转量通过所述车辆的前轴中心点的角速度积分获得，所述平移量通过所述车辆速度积分获得。
进一步地，所述图像拼接单元还用于：对所述进行图像拼接位置的像素值进行加权平均，以使图像平滑显示。
根据第五方面，一种实施例中提供基于双目摄像头的倒车影像拼接系统，包括实现所述的基于双目摄像头的倒车影像拼接装置。
依据上述实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法，在只采用双目摄像头的情况下，有效地进行图像拼接，从而能够向用户展示大角度倒车影像俯视图，有效提高倒车影像的准确性，满足用户使用需求，提高用户体验。
附图说明
图1为根据本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法的倒车运动模型图；
图3为根据本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接装置的方框示意图；
图4为根据本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接系统的方框示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
下面参考附图来描述本发明实施例提出的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法、拼接系统和拼接装置。
图1为根据本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法。如图1所示，本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法，包括以下步骤：
S1：获取双目摄像头采集的图像。
需要说明的是，双目摄像头可均为360°鱼眼镜头，以实现大广角图像采集，其中，双目摄像头包括前摄像头和后摄像头，前摄像头可设置在车辆前挡风玻璃上，后摄像头可设置在车尾居中的位置，例如目前倒车影像摄像头摆放位置，换言之，可将360°鱼眼镜头替换倒车影像摄像头进行图像采集。
具体地，可通过两路摄像头分别采集图像，其中采集的图像分辨率为640*480，帧率为20帧/秒。
S2：对图像进行转换以生成鸟瞰图。
需要说明的是，由于双目摄像头的设置位置，其采集的图像与地面呈一定角度，因此，需要分别对双目摄像头采集的图像进行透视变换，以将每个摄像头采集的图像转换成鸟瞰图。
还需要说明的是，在透视变换之前需要对双目摄像头进行标定，以获取双目摄像头的内参矩阵和畸变参数，即前摄像头的内参矩阵和畸变参数以及后摄像头的内参矩阵和畸变参数。
具体地，可采用张正有相机标定方法对每个摄像头进行相机标定，例如，使用每个摄像头分别对7*6的黑白方格图进行多角度拍摄，以获取该摄像头在不同角度的图像，从而能够获取该相机的内参矩阵和畸变参数，并根据摄像头的内参矩阵和畸变参数对获取的图像进行畸变矫正。
另一方面，在摄像头正前方地面选取一个长宽固定的矩形，通过摄像头拍摄图像，可以得到畸变矫正后的图像上对应矩形图像四个顶点的坐标，通过四个点的坐标对应关系，建立透视变换矩阵，将畸变矫正后的图像转换成鸟瞰图。
应当理解的是，上述标定方法为单个摄像头的标定方法，在本实施例中两路摄像头均需要根据上述方法进行标定。
S3：获取车辆的前轴中心点的转角和速度信息，并根据转角和速度信息计算当前帧图像相对于起始帧图像的旋转量和平移量。
根据本发明的一个实施例，旋转量可通过车辆的前轴中心点的角速度积分获得，平移量可通过所述车辆速度积分获得。
具体地，可通过车辆can总线(Controller Area Network,CAN控制器局域网络)获取车辆的前轴中心点的角速度和车辆速度。
S4：根据旋转量和平移量对当前帧图像进行图像变换，并将变换后的图像拼接至所述起始帧。
需要说明的是，可通过opencv(Open Source Computer Vision Library，开源计算机视觉库)图像处理库对当前帧图像进行图像变换，进而将变换后的图像拼接到起始帧。
具体地，在获取到倒车指令时，需要把后摄像头的中心点设置为世界坐标系原点。在车辆运动一段时间后，可通过运动学方程计算出此刻相机世界坐标(x′,y′)和车身航向角α(与y轴正向夹角)，此时，当前帧图像的位置相对于起始帧的位置关系可以用单应矩阵H进行表示：
Figure BDA0001526920690000041
对当前时刻的图像进行单应变换：
Figure BDA0001526920690000042
(u,v)为起始帧图像上点的像素坐标，(u′,v′)是单应变换后的当前帧图像上点的像素坐标。由此可见，变换后的当前帧图像和起始帧图像位于同一世界坐标系，可通过将当前帧图像叠加至起始帧图像，从而完成全局图像拼接。
还需要说明的是，拼接后的图像会存在明显的接缝，可对拼接处的像素值进行一次加权平均处理，从而能够使图像平滑显示，不出现明显的拼接痕迹。
应当理解的是，由于双目摄像头的前摄像头和后摄像头能够直接采集车辆前端和车辆后端的图像，因此图像拼接可以直接拼接出车辆前后两侧图像，车辆左右两侧的图像为拼接前一时刻采集图像的拼接图。
S5：获取车辆的倒车轨迹，并将倒车轨迹显示到全景图像上，以获取倒车影像。其中，车辆的倒车轨迹为车后轮的倒车轨迹。
需要说明的是，在不考虑车辆侧滑和地面不平整的情况下，车辆行进过程中的运动可以简化为两种运动模式，即直线运动和圆周运动。其中，圆周运动的轨迹只与前后车轴距离和车轮转向角度相关。因此，通过车速v和车轮转角
Figure BDA0001526920690000056
就可以推算出车体运动轨迹方程。
如图2所示，车轴方向为x轴，垂直车轴方向为y轴，当车辆的前轴中心点的速度为v时，车体的横摆角速度可以简化为
Figure BDA0001526920690000057
为前轮转角，l为前后车轴举例，w为后轮轮距。
其中，前轴中心点(xf,yf)和后轴中心点(xb,yb)的关系为：
Figure BDA0001526920690000058
前轴中心点(xf,yf)的速度方程可为：
Figure BDA0001526920690000051
后轴中心点(xb,yb)的速度方程可为：
Figure BDA0001526920690000052
对后轴中心点的点速度方程进行时间积分，获得后轴中心的轨迹：
Figure BDA0001526920690000053
进而获得后轴中心点的轨迹方程：
Figure BDA0001526920690000054
以及后轮的轨迹方程：
Figure BDA0001526920690000055
其中，(xbr,ybr)为右后轮的坐标，(xbl,ybl)为左后轮的坐标。同理，还可推导出车辆前轮的轨迹方程，进而对车后轮的轨迹方程进行坐标系转换，即将车后轮的轨迹映射到以后摄像头为世界坐标系原点的坐标系中。
基于此，倒车时根据车载can总线的速度和角度信息，可同时获取全景图像和后轮的轨迹坐标，并将后轮的轨迹坐标显示到全景图像中，从而能够准确显示360度环视倒车鸟瞰图与实时车后轮运行轨迹，在不增加生产成本的前提下，满足用户对倒车影像的需求。
根据本发明的一个具体实施例，开始倒车时，将后摄像头的中心作为世界坐标的原点，前摄像头和后摄像头的轨迹可根据车轮信息进行获得，同时获取前摄像头和后摄像头的旋转角度和移动距离，由此能够在任意时刻计算该摄像头相对于该摄像头初始位置的旋转量和位移量，对该摄像头采集图像进行图像转换获取鸟瞰图，再把鸟瞰图根据旋转量和位移量进行图像转换，获得世界坐标系下的图像，然后把前后摄像头的世界坐标系下的图像进行叠加，就可以获得全局的鸟瞰图。
综上所述，根据本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法，通过获取双目摄像头采集的图像，然后对图像进行转换以生成鸟瞰图，通过can总线获取车辆的前轴中心点的转角和速度信息，并根据转角和速度信息计算当前帧图像相对于起始帧图像的旋转量和平移量，根据旋转量和平移量对当前帧图像进行图像变换，并将变换后的图像拼接至起始帧，进而获取车辆的倒车轨迹，并将倒车轨迹显示到全景图像上，以获取倒车影像。由此，根据本发明实施例的倒车影像拼接方法，能够准确地显示360度环视倒车鸟瞰图与实时车后轮运行轨迹，在不增加生产成本的前提下，满足用户对倒车影像的需求。
本发明实施例还提出了一种计算机可读存储介质，包括程序，该程序能够被处理器执行以实现基于双目摄像头的倒车影像拼接方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过执行程序来实现基于双目摄像头的倒车影像拼接方法，从而能够准确地显示360度环视倒车鸟瞰图与实时车后轮运行轨迹，在不增加生产成本的前提下，满足用户对倒车影像的需求。
本发明实施例还提出了一种基于双目摄像头的倒车影像拼接系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现基于双目摄像头的倒车影像拼接方法。
根据本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接系统，通过执行存储器中存储的程序来实现基于双目摄像头的倒车影像拼接方法，从而能够准确地显示360度环视倒车鸟瞰图与实时车后轮运行轨迹，在不增加生产成本的前提下，满足用户对倒车影像的需求。
与上述几种实施例提供的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法相对应，本发明的一种实施例还提供了一种基于双目摄像头的倒车影像拼接装置，由于本发明实施例提供的基于双目摄像头的倒车影像拼接装置与上述几种实施例提供的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法相对应，因此，在前述拼接方法的实施方式也适用于本实施例的拼接装置，在本实施例中不再描述。
图3为根据本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接装置。如图3所示，本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接装置包括：图像获取单元10、图像转换单元20、车辆信息获取单元30、图像拼接单元40和控制单元50。
其中，图像获取单元10用于获取双目摄像头采集的图像；其中，双目摄像头包括前摄像头和后摄像头，其中前摄像头设置于车辆前挡风玻璃上，后摄像头设置于车辆尾部的车牌上方；图像转换单元20用于对图像进行转换以生成鸟瞰图；车辆信息获取单元30用于获取车辆的前轴中心点的转角和速度信息，并根据转角和速度信息计算当前帧图像相对于起始帧图像的旋转量和平移量；图像拼接单元40用于根据旋转量和平移量对当前帧图像进行图像变换，并将变换后的图像拼接至起始帧；控制单元50用于获取车辆的倒车轨迹，并将倒车轨迹显示到全景图像上，以获取倒车影像。
根据本发明的一个实施例，旋转量通过车辆的前轴中心点的角速度积分获得，平移量通过车辆速度积分获得。
根据本发明的一个实施例，图像拼接单元40还用于：对进行图像拼接位置的像素值进行加权平均，以使图像平滑显示。
本发明实施例还提出了一种基于双目摄像头的倒车影像拼接系统。
图4为根据本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接系统的方框示意图。如图4所示，本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接系统200，包括实现基于双目摄像头的倒车影像拼接装置100。
根据本发明实施例的基于双目摄像头的倒车影像拼接系统，通过基于双目摄像头的倒车影像拼接装置，从而能够准确的显示360度环视倒车鸟瞰图与实时车轮运行轨迹，在不增加生产成本的前提下，满足用户对倒车影像的需求。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种基于双目摄像头的倒车影像拼接方法,其特征在于，包括以下步骤：
获取所述双目摄像头采集的图像；其中，所述双目摄像头包括前摄像头和后摄像头，其中所述前摄像头设置于车辆前挡风玻璃上，所述后摄像头设置于所述车辆尾部的车牌上方；
对所述图像进行转换以生成鸟瞰图；
获取所述车辆的前轴中心点的转角和速度信息，并根据所述转角和所述速度信息计算当前帧图像相对于起始帧图像的旋转量和平移量；
根据所述旋转量和所述平移量对所述当前帧图像进行图像变换，并将变换后的图像拼接至所述起始帧，包括：获取到倒车指令时，把后摄像头的中心点设置为世界坐标系原点；在车辆运动一段时间后，计算出此刻相机世界坐标和车身航向角；对当前时刻的图像进行单应变换；变换后的当前帧图像和起始帧图像位于同一世界坐标系，可通过将当前帧图像叠加至起始帧图像，从而完成全局图像拼接；
获取车辆的倒车轨迹，并将所述倒车轨迹显示到所述全局图像上，以获取倒车影像。
2.如权利要求1所述的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法，其特征在于，所述旋转量通过所述车辆的前轴中心点的角速度积分获得，所述平移量通过所述车辆速度积分获得。
3.如权利要求2所述的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法，其特征在于，对所述进行图像拼接位置的像素值进行加权平均，以使图像平滑显示。
4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-3中任一项所述的方法。
5.一种基于双目摄像头的倒车影像拼接系统，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-3中任一项所述的基于双目摄像头的倒车影像拼接方法。
6.一种基于双目摄像头的倒车影像拼接装置,其特征在于，包括：
图像获取单元，用于获取所述双目摄像头采集的图像；其中，所述双目摄像头包括前摄像头和后摄像头，其中所述前摄像头设置于车辆前挡风玻璃上，所述后摄像头设置于所述车辆尾部的车牌上方；
图像转换单元，用于对所述图像进行转换以生成鸟瞰图；
车辆信息获取单元，用于获取所述车辆的前轴中心点的转角和速度信息，并根据所述转角和所述速度信息计算当前帧图像相对于起始帧图像的旋转量和平移量；
图像拼接单元，用于根据所述旋转量和所述平移量对所述当前帧图像进行图像变换，并将变换后的图像拼接至所述起始帧；包括：获取到倒车指令时，把后摄像头的中心点设置为世界坐标系原点；在车辆运动一段时间后，计算出此刻相机世界坐标和车身航向角；对当前时刻的图像进行单应变换；变换后的当前帧图像和起始帧图像位于同一世界坐标系，可通过将当前帧图像叠加至起始帧图像，从而完成全局图像拼接；
控制单元，用于获取车辆的倒车轨迹，并将所述倒车轨迹显示到所述全局图像上，以获取倒车影像。
7.如权利要求6所述的基于双目摄像头的倒车影像拼接装置，其特征在于，所述旋转量通过所述车辆的前轴中心点的角速度积分获得，所述平移量通过所述车辆速度积分获得。
8.如权利要求6所述的基于双目摄像头的倒车影像拼接装置，其特征在于，所述图像拼接单元还用于：对所述进行图像拼接位置的像素值进行加权平均，以使图像平滑显示。
9.一种基于双目摄像头的倒车影像拼接系统，其特征在于，包括实现如权利要求6-8中任一项所述的基于双目摄像头的倒车影像拼接装置。
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