CN108312966A - 一种包含汽车底部影像的全景环视系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种包含汽车底部影像的全景环视系统及其实现方法,全景环式系统包括分别设置在汽车四周的前摄像头、后摄像头、左摄像头和右摄像头;包括以下步骤:S1:实时地获取车辆的瞬时速度、加速度以及转向角度报文数据;S2:计算Tp时刻的车辆状态;S3:在计算得到的Tp时刻时,确定T时刻的车身底部信息;S4:将S3得到的车身底部信息,转化为T时刻的车底影像;S5:将S4中得到的车底影像拼接进T时刻的全景影像中,最终生成一副包含车底影像的全景影像;S6:重复S1至S5,实时显示包含车底影像的全景影像。具有能实时显示车底影像,再结合传统的全景影像,能无缝显示车周围所有的情况,保障行车安全,提高用户体验的优点。

Description

一种包含汽车底部影像的全景环视系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域,具体涉及汽车影响领域。
背景技术
随着汽车影像的发展,用户对传统的360全景环视影像要求越来越高。传统360全景影像根据安装在车身上的4个摄像头,能实时地显示车身周围的信息,但无法看见当前车底的情况,形成了一定的视觉盲区。
当用户需要查看车身底部信息,需要了解车底是否有障碍物等,需要确认是否安全时,用户在传统的360全景影像系统中是无法得知的。
因此,如何研发汽车底部影像功能,使其克服上述存在的问题,是本领域技术人员亟待解决的一个问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种能实时显示车底影像,再结合传统的全景影像,能无缝显示车周围所有的情况,保障行车安全,提高用户体验的包含汽车底部影像的全景环视系统及其实现方法。
为达到以上目的,本发明采用的技术方案为:一种包含汽车底部影像的全景环视系统及其实现方法,所述全景环式系统包括分别设置在汽车四周的前摄像头、后摄像头、左摄像头和右摄像头;其特征在于:所述全景环式系统的实现方法包括以下步骤:
S1:通过全景影像控制器与整车的CAN线的连接,实时地获取车辆的瞬时速度、加速度以及转向角度报文数据;
S2:根据当前状态下的瞬时速度、加速度以及转角数据,计算出用于计算的某历史时刻车辆状态,即Tp时刻;
S3:在计算得到的历史时刻-Tp时刻时,确定T时刻的车身底部信息;
S4:将S3得到的车身底部信息,转化为T时刻的车底影像;
S5:将S4中得到的车底影像拼接进T时刻的全景影像中,最终生成一副包含车底影像的全景影像;
S6:重复S1至S5,实时显示包含车底影像的全景影像。
作为优选,上述步骤S2中Tp时刻的车辆状态通过以下方法得到:
车辆转弯时,汽车转向角度为α,可根据车长L求出汽车当前的转弯半径R:
车辆驱动轴中点为参考的运动模型,设定Mk、Mk+1参考点即后轴中点,分别为tk到tk+1时刻车辆运动的两个连续位置;Xk、Xk+1为后轴中点的速度方向,即车辆的纵向;θk为车辆的初始方向角;O为车辆转弯中心;Δ为从tk到tk+1时刻,车辆所走过的距离;β为车辆转向圆心角;R1为车辆后轮中点的转弯半径,可通过公式(1)得到:
可通过几何关系得知:
其中:Δ=R1*β 公式(2)
公式(3)为车辆后轴中点在运动过程中的轨迹方程,在△t足够小的情况下,随着θk、xk及yk的不断变化,可描述出车辆转向过程的运动轨迹;当已知车辆的初始方向角和初始坐标时,就可推导出任何时刻的车辆的坐标值,即Tp时刻的车辆状态。
进一步优选,上述步骤S5中包含车底影像的全景影像通过以下方法得到:
车辆转弯时,设定Mk+1为当前时刻车辆的后轮中心,Mk为历史时刻车辆的后轮中心,XMk+1Y为当前车辆世界坐标系,A1、B1、C1、D1为当前时刻车辆的四个顶点,A、B、C、D为历史时刻车辆的四个顶点,O为转向圆心,R1为转向半径,β为车辆转向圆心角,S为车辆后轮中点轨迹弧长,△x、△y分别为在XMk+1Y坐标系下,相对于历史时刻车辆后轮的位置偏移,即位移在X、Y方向的分量;
假设车辆全景影像处理达到实时处理速度30fps,即每帧时间间隔T=33ms;假设本方法处理两帧之间的图像,根据车辆后轮中点从Mk移动到Mk+1,车辆的瞬时速度为V,可得到:
弧长:S=V*T 公式(4)
圆心角:
针对相邻两帧之间θx=α 公式(6)
结合公式(3)有:
而对于n帧之间的总共的运动轨迹弧长:
n帧之间的夹角:
将公式(8)、公式(9)带入公式(4)、(5)、(6)重新计算公式(7):
可根据下述条件,确定用于计算的某历史时刻Tp:
其中AB为车辆的宽度,AC为车辆的长度;
当车辆在两种不同的坐标系时,将XMk+1Y坐标系下的A1-B1-C1-D1矩形内的点,转换为Xp MkYp坐标系下的值:
综上所述,在T时刻的车底信息A1-B1-C1-D1,为在Tp时刻通过公式(12)所得的Xp、Yp的值,也就得出了A1-B1-C1-D1的值;然后通过提前已知的外参和内参得出俯视图下的A1-B1-C1-D1区域的影像;将A1-B1-C1-D1区域的影像拼接到T时刻的全景影像中,形成一幅包含车底影像的全景影像。
作为扩展,上述方法适用于车辆右转向前进、左转向前进、右转向后退、左转向后退以及前进、倒退情况。
与现有技术相比,本发明的优点在于:通过上述方法实时地显示车底的影像,而且车底影像与车身四周影像无缝拼接,消除所有的视觉盲区,增加了传统全景影像的显示区域,提高了行车的安全,同时增强了用户的体验。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例中汽车的摄像头安装示意图;
图2是根据本发明的一个优选实施例中汽车的运动相对位置图;
图3是根据本发明的一个优选实施例的流程图;
图4是根据本发明的一个优选实施例中汽车转向示意图;
图5是根据本发明的一个优选实施例中汽车后轴中心运动图;
图6是根据本发明的一个优选实施例中汽车转向全景生成示意图;
图7是根据本发明的一个优选实施例中车辆汽车在两个时刻坐标示意图;
图8是根据本发明的一个优选实施例中包含车底信息的全景影像效果示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例,本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
如图1所示,本发明的一个优选实施例的全景环式系统包括分别设置在汽车四周的前摄像头F、后摄像头B、左摄像头L和右摄像头R。本实施中前摄像头F安装在汽车车标处,后摄像B头安装在汽车后备箱按钮处,左摄像头L、右摄像头R分别安装在汽车后视镜处。其中四个摄像头均为广角鱼眼摄像头。
如图1所示,前摄像头F、后摄像头B、左摄像头L和右摄像头R能够获取到车周身的影像,而无法获取当前状态下车底的影像,即图中阴影部分影像,通过当前的摄像头的影像是无法得到的。但当前状态下的车底影像,可通过之前某状态下的摄像头获取到。如图2所示,T时刻的车身-阴影部分是无法通过当前时刻的摄像头获取到,但可通过Tp时刻前摄像头获取到,即在Tp时刻获取T时刻的车底影像。
如图3所示,全景环式系统的实现方法包括以下步骤:
S1:通过全景影像控制器与整车的CAN线的连接,实时地获取车辆的瞬时速度、加速度以及转向角度报文数据;
S2:根据当前状态下的瞬时速度、加速度以及转角数据,计算出用于计算的某历史时刻车辆状态,即Tp时刻;
S3:在计算得到的历史时刻-Tp时刻时,确定T时刻的车身底部信息;
S4:将S3得到的车身底部信息,转化为T时刻的车底影像;
S5:将S4中得到的车底影像拼接进T时刻的全景影像中,最终生成一副包含车底影像的全景影像;
S6:重复S1至S5,实时显示包含车底影像的全景影像。
其中,上述步骤S2中Tp时刻的车辆状态通过以下方法得到:
车辆转弯时,如图4所示,汽车转向角度为α,可根据车长L求出汽车当前的转弯半径R:
车辆驱动轴中点为参考的运动模型,如图5所示:Mk、Mk+1参考点即后轴中点,分别为tk到tk+1时刻车辆运动的两个连续位置;Xk、Xk+1为后轴中点的速度方向,即车辆的纵向;θk为车辆的初始方向角;O为车辆转弯中心;Δ为从tk到tk+1时刻,车辆所走过的距离;β为车辆转向圆心角;R1为车辆后轮中点的转弯半径,可通过公式(1)得到:
可通过几何关系得知:
其中:Δ=R1*β 公式(2)
公式(3)为车辆后轴中点在运动过程中的轨迹方程,在△t足够小的情况下,随着θk、xk及yk的不断变化,可描述出车辆转向过程的运动轨迹;当已知车辆的初始方向角和初始坐标时,就可推导出任何时刻的车辆的坐标值,即Tp时刻的车辆状态。
在实际的求解过程中,当前的车辆状态是已知,但无法获取车辆底部的信息。这种情况下,需确定某历史时刻——能够完整看见当前状态下的车辆底部信息,再将其看到的车辆底部信息映射到当前状态下的车辆底部信息。
其具体看参考图6车辆转向全景生成示意图,Mk+1为当前时刻车辆的后轮中心,Mk为历史时刻车辆的后轮中心,XMk+1Y为当前车辆世界坐标系,A1、B1、C1、D1为当前时刻车辆的四个顶点,A、B、C、D为历史时刻车辆的四个顶点,O为转向圆心,R1为转向半径,β为车辆转向圆心角,S为车辆后轮中点轨迹弧长,△x、△y分别为在XMk+1Y坐标系下,相对于历史时刻车辆后轮的位置偏移,即位移在X、Y方向的分量;
假设车辆全景影像处理达到实时处理速度30fps,即每帧时间间隔T=33ms。假设图6为两帧之间的示意图,车辆后轮中点从Mk移动到Mk+1,车辆的瞬时速度为V,可得到:
弧长:S=V*T 公式(4)
圆心角:
针对相邻两帧之间θx=α 公式(6)
结合公式(3)有:
而对于n帧之间的总共的运动轨迹弧长:
n帧之间的夹角:
将公式(8)、公式(9)带入公式(4)、(5)、(6)重新计算公式(7):
可根据下述条件,确定用于计算的某历史时刻Tp:
其中AB为车辆的宽度,AC为车辆的长度;
如图7车辆在两种不同的坐标系示意图,将XMk+1Y坐标系下的A1-B1-C1-D1矩形内的点,转换为Xp MkYp坐标系下的值:
综上所述,在T时刻的车底信息A1-B1-C1-D1,为在Tp时刻通过公式(12)所得的Xp、Yp的值,也就得出了A1-B1-C1-D1的值;然后通过提前已知的外参和内参得出俯视图下的A1-B1-C1-D1区域的影像;将A1-B1-C1-D1区域的影像拼接到T时刻的全景影像中,形成一幅包含车底影像的全景影像。
上述的介绍为车辆右转向前进时的情况,其它情况如:左转向前进、右转向后退、左转向后退以及前进、倒退情况,也可按上述同样方式处理。
如图8为车辆前进时,生成的最终效果图。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种包含汽车底部影像的全景环视系统及其实现方法,所述全景环式系统包括分别设置在汽车四周的前摄像头、后摄像头、左摄像头和右摄像头;其特征在于:所述全景环式系统的实现方法包括以下步骤:
S1:通过全景影像控制器与整车的CAN线的连接,实时地获取车辆的瞬时速度、加速度以及转向角度报文数据;
S2:根据当前状态下的瞬时速度、加速度以及转角数据,计算出用于计算的某历史时刻车辆状态,即Tp时刻;
S3:在计算得到的历史时刻-Tp时刻时,确定T时刻的车身底部信息;
S4:将S3得到的车身底部信息,转化为T时刻的车底影像;
S5:将S4中得到的车底影像拼接进T时刻的全景影像中,最终生成一副包含车底影像的全景影像;
S6:重复S1至S5,实时显示包含车底影像的全景影像。
2.根据权利要求1所述的一种包含汽车底部影像的全景环视系统及其实现方法,其特征在于:上述步骤S2中Tp时刻的车辆状态通过以下方法得到:
车辆转弯时,汽车转向角度为α,可根据车长L求出汽车当前的转弯半径R:
车辆驱动轴中点为参考的运动模型,设定Mk、Mk+1参考点即后轴中点,分别为tk到tk+1时刻车辆运动的两个连续位置;Xk、Xk+1为后轴中点的速度方向,即车辆的纵向;θk为车辆的初始方向角;O为车辆转弯中心;Δ为从tk到tk+1时刻,车辆所走过的距离;β为车辆转向圆心角;R1为车辆后轮中点的转弯半径,可通过公式(1)得到:
可通过几何关系得知:
其中:Δ=R1*β 公式(2)
公式(3)为车辆后轴中点在运动过程中的轨迹方程,在△t足够小的情况下,随着θk、xk及yk的不断变化,可描述出车辆转向过程的运动轨迹;当已知车辆的初始方向角和初始坐标时,就可推导出任何时刻的车辆的坐标值,即Tp时刻的车辆状态。
3.根据权利要求2所述的一种包含汽车底部影像的全景环视系统及其实现方法,其特征在于:上述步骤S5中包含车底影像的全景影像通过以下方法得到:
车辆转弯时,设定Mk+1为当前时刻车辆的后轮中心,Mk为历史时刻车辆的后轮中心,XMk+ 1Y为当前车辆世界坐标系,A1、B1、C1、D1为当前时刻车辆的四个顶点,A、B、C、D为历史时刻车辆的四个顶点,O为转向圆心,R1为转向半径,β为车辆转向圆心角,S为车辆后轮中点轨迹弧长,△x、△y分别为在XMk+1Y坐标系下,相对于历史时刻车辆后轮的位置偏移,即位移在X、Y方向的分量;
假设车辆全景影像处理达到实时处理速度30fps,即每帧时间间隔T=33ms;假设本方法处理两帧之间的图像,根据车辆后轮中点从Mk移动到Mk+1,车辆的瞬时速度为V,可得到:
弧长:S=V*T 公式(4)
圆心角:
针对相邻两帧之间θx=α 公式(6)
结合公式(3)有:
而对于n帧之间的总共的运动轨迹弧长:
n帧之间的夹角:
将公式(8)、公式(9)带入公式(4)、(5)、(6)重新计算公式(7):
可根据下述条件,确定用于计算的某历史时刻Tp:
其中AB为车辆的宽度,AC为车辆的长度;
当车辆在两种不同的坐标系时,将XMk+1Y坐标系下的A1-B1-C1-D1矩形内的点,转换为XpMkYp坐标系下的值:
综上所述,在T时刻的车底信息A1-B1-C1-D1,为在Tp时刻通过公式(12)所得的Xp、Yp的值,也就得出了A1-B1-C1-D1的值;然后通过提前已知的外参和内参得出俯视图下的A1-B1-C1-D1区域的影像;将A1-B1-C1-D1区域的影像拼接到T时刻的全景影像中,形成一幅包含车底影像的全景影像。
4.根据权利要求3所述的一种包含汽车底部影像的全景环视系统及其实现方法,其特征在于:上述方法适用于车辆右转向前进、左转向前进、右转向后退、左转向后退以及前进、倒退情况。
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