CN110073415B - 用于交通工具的全景环视系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于交通工具的全景环视系统。该全景环视系统至少包含真实摄像机(2)、虚拟摄像机(7)、图像处理单元、显示单元，该真实摄像机用于从非居中的位置拍摄交通工具周围环境的图像，其中，显示单元设置用于以投影方式：显示由真实摄像机(2)拍摄的图像并在由真实摄像机(2)拍摄的图像上方作为叠加层显示至少一个几何形状(11至13)。图像处理单元设置用于将真实摄像机(2)拍摄的图像投影到垂直于真实摄像机(2)的第一层面(9)，以矫正由真实摄像机(2)拍摄的图像中因该真实摄像机(2)的非居中位置造成的透视失真，将所述至少一个几何形状(11至13)投影到垂直于虚拟摄像机(7)的第二层面(10)上，以使该至少一个几何形状(11至13)不失真地显示在显示单元(4)上。另外，借助在真实摄像机(2)和虚拟摄像机(7)之间的Delta变换确定出在第一层面(9)和第二层面(10)之间的仿射变换(T)，将所确定的仿射变换(T)应用于含有由真实摄像机(2)拍摄的、经投影和矫正的真实摄像机(2)图像(8‘)的第一层面(9)，以使经矫正的真实摄像机(2)图像(8‘)的、经修正的显示(8λ“)在第二层面(10)中相对于非失真的所述至少一个几何形状(11至13)取向。

Description

用于交通工具的全景环视系统
本发明涉及一种用于交通工具的全景环视系统。此外，本发明涉及一种用于交通工具周围环境的全景环视显示的方法。其它权利要求涉及用于执行该方法的程序单元和计算机可读的媒介。
在全景环视系统显示单元上的显示典型情况下包括真实摄像机的投影图像，该摄像机安装在交通工具上并对交通工具周围环境进行拍摄。此外，几何形状作为叠加层/悬浮覆盖层/图层被置于摄像机的投影图像上方，其中，所述几何形状例如可是交通工具的轨迹。在此，摄像机的投影图象必须与叠加层相匹配。但如果摄像机以非居中形式安装在交通工具上，则叠加层或摄像机图像看起来会失真。这样失真的外观是违背意愿的。
因此，本发明的任务是，提供一种开篇所提形式的全景环视系统和方法，它能使叠加层和摄像机图像都无失真地、以预定方式相对取向地显示在交通工具显示单元上。
该任务通过独立权利要求的主题解决。有益的实施方式是从属权利要求、下面的描述以及图示的主题。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于交通工具的全景环视系统。
全景环视系统至少包括用于从非居中位置拍摄交通工具周围环境的图像的实体摄像机或者说真实摄像机。所述真实摄像机优选是指数字式摄像机，它能拍摄交通工具周围环境的图像或视频，并将代表所拍摄图像或视频的数据加以存储、输出以及传输。全景环视系统也可包含几个，例如四个真实摄像机，其可以这样安装在交通工具上，多个真实摄像机的单一图像可被合成一总的全景图像(例如交通工具的一360度全景图像)。至少一个真实摄像机尤其被设置为，从一非居中位置拍摄交通工具周围环境的多幅图像。虽然本发明针对拍摄单一摄像机的单一图像的情况进行说明，但这类解释也适用于可由至少一个真实摄像机拍摄的，源于交通工具周围环境非居中位置的多幅图像中的其他图像。“非居中位置”的特征在此尤其可理解为，摄像机关于交通工具的假想纵轴偏心地或倾斜地安装在交通工具中或交通工具上并可对交通工具前方区域进行拍摄。
此外，全景环视系统包括虚拟摄像机、图像处理单元和显示单元。图像处理单元一方面以通信的方式与真实摄像机相连接。另一方面，也以通信的方式与显示单元相连接。以此方式，尤其是真实摄影机可将图像数据发送到图像处理单元，图像处理单元可处理图像数据并将所处理的图像数据传送到显示单元。图像处理单元可基于软件实现。
一方面，显示单元设置为以投影方式显示由真实摄像机拍摄的图像。另一方面，显示单元还被设置为将至少一个几何形状作为叠加层投影到真实摄像机所拍摄图像上方加以显示。
图像处理单元设置用于，将由真实摄像机拍摄的图像投影到垂直于真实摄像机的第一表面或第一层面，以矫正真实摄像机拍摄的图像中因真实摄像机的非居中位置造成的透视失真。
此外，图像处理单元还设置用于，将至少一个几何形状投影到垂直于虚拟摄像机的第二表面或第二层面上，以使至少一个几何形状不失真地显示在显示单元上。由此，真实摄影机在结构上实际存在，而虚拟相机仅是假想的或输入到显示单元上显示的图像中，并代表根据本发明的全方位视觉系统的用户或具有根据本发明的全方位视觉系统的交通工具的虚拟视角。第二层面是在显示单元上显示的层面，该层面例如在交通工具仪表板区域的监视器上，并是交通工具用户可见的。
此外，图像处理单元设置用于，借助在真实摄像机和虚拟摄像机之间的Delta变换确定出第一层面和第二层面之间的仿射变换，并将所确定的仿射变换应用于含有由真实摄像机拍摄的、经投影和矫正的真实摄像机图像的第一层面，以使经矫正的真实摄像机图像的、经修正的显示(包含在第一层面中)在第二层面中相对于非失真的所述至少一个几何形状取向。
Delta变换考虑了真实摄像机与虚拟摄像机有关外部摄像机参数和固有摄像机参数方面的偏差。为了使由真实摄像机拍摄的图像中的对象不倾斜地显示在第二平面中，这将是透视校正的，Delta变换特别是考虑到真实摄像机非居中地安装在交通工具上的情况。
借助仿射变换，经矫正地投影在第一层面上的摄像机图像以如下的方式被人为地失真：就像它是从一虚拟摄像机的位置出发拍摄的。由此，能使在由真实摄像机拍摄的图像中包含的目标在第二层面上被矫正显示，同时至少一个例如交通工具轨迹等几何形状被作为叠加层不失真地显示在第二层面上，其中，对象和至少一个几何形状在第二层面上正确地相对取向。
根据本发明的第二方面提供了一种交通工具，它包括根据本发明第一方面的全景环视系统，其中，真实摄像机以非居中的形式安装在交通工具上。交通工具例如可以是汽车、巴士或载重汽车等机动车，也可以是有轨车辆、船、诸如直升飞机或飞机等飞行工具，或是例如自行车。
根据本发明的第三观点，提供了一种对根据本发明第二观点的交通工具的周围环境进行全景环视显示的方法。该方法包括：借助真实摄像机拍摄交通工具周围环境的图像，并将由真实摄像机拍摄的图像投影到垂直于真实摄像机的第一层面上，以矫正由真实摄像机拍摄的图像中因该真实摄像机的非居中位置造成的透视失真。此外，将至少一个几何形状作为叠加层投影到垂直于虚拟摄像机的第二层面上，以使该至少一个几何形状不失真地显示在显示单元上。此外，借助在真实摄像机和虚拟摄像机之间的Delta变换确定出在第一层面和第二层面之间的仿射变换，并将所确定的仿射变换应用于含有由真实摄像机拍摄的、经投影和矫正的真实摄像机图像的第一层面，以使经矫正的真实摄像机图像的、经修正的显示在第二层面中相对于非失真的所述至少一个几何形状取向。
根据本发明第四方面提供了一种程序单元，当在处理器上执行程序单元时该程序单元指示处理器执行根据本发明第三观点的方法步骤。
根据本发明第五观点提供了一种上计算机可读的媒介，在该计算机可读的媒介上存储有程序单元，当在处理器上执行程序单元时该程序单元指示处理器执行根据本发明第三观点的方法步骤。
下面根据示意图详细解释本发明的实施例。其中：
图1是带有根据本发明的全景环视系统的实施例的交通工具的侧视图，
图2是图1所示交通工具的高度简化的俯视图，以及
图3是图1所示全景环视系统的可能工作方式的原理图。
图1和2示出机动车形式的交通工具1。交通工具1包括至少一个数字式的实体摄像机或真实摄像机2、图像处理单元3，以及监视器形式的显示单元4，该监视器在交通工具1内设置在用户(未示出)的可见范围中。图像处理单元3以通信方式与真实摄像机2和显示单元4相连接，以使真实摄像机2拍摄的图像的图像数据能被传输给图像处理单元3，图像处理单元又能处理所接收的图像数据并将处理后的图像数据传输到显示单元4。作为替代选择，图像处理单元3也可集成在真实摄像机2或显示单元4中。
交通工具1在一道路5上运动，真实摄像机2安装在交通工具1上的方式是，使真实摄像机2能够拍摄在交通工具1外部周围环境中的前方区域6的图像。从图2中可见，真实摄像机2以非居中形式安装在交通工具1上。图2展示了交通工具1的纵轴L，其中，真实摄像机2横向错开地安装在交通工具1的纵轴L旁边。此外，图2还显示，真实摄像机2在交通工具上的安装相对于交通工具1的纵轴L是倾斜的，即不是与其平行的。真实摄像机2、图像处理单元3和显示单元4共同构成了交通工具1的全景环视系统，其中，图像处理单元3还附加生成一不存在的虚拟摄像机7。
图3示出了怎样处理由真实摄像机2拍摄的交通工具1周围环境6的图像，以在交通工具1的显示单元4上在交通工具1的全景图中加以显示。由真实摄像机2拍摄的图像包含多个对象，其中，在图3中非常示意性地示出了这些对象中的一个8。该对象8例如可以是交通工具1前方区域中另一交通工具(未示出)的保险杠。尽管下面参照对象8对全景环视系统的工作原理进行解释，但这些解释同样适用于由真实摄像机2拍摄的图像中所含的其他对象(未示出)。
带有对象8的、由真实摄像机2拍摄的图像被投影到垂直于真实摄像机2的第一表面或第一层面9，以矫正真实摄像机2拍摄的图像因真实摄像机2非居中的定位所造成的透视失真。这样，在第一层面9内形成了对象8的经修正的第一显示8‘。交通工具1的显示单元4上不显示第一层面9的图像内容，而是显示第二层面10的图像内容，这将在后面解释。
图像处理单元3将至少一个几何形状11到13作为叠加层投影到垂直于虚拟摄像机7的第二层面10，以使带有该至少一个几何形状11至13的第二层面10不失真地显示在交通工具1的显示单元4上。在图3中作为示例，示出了描述交通工具1的预定轨迹的三个几何形状。
此外，图像处理单元3借助真实摄像机2和虚拟摄像机7之间的Delta变换确定出第一层面9和第二层面10之间的仿射变换T，并将所确定的仿射变换T应用到含有对象8的第一修正显示8‘的第一层面9上。由此，在第二层面10内形成了对象8的经修正的第二显示8“，其中，在第二平面10中使经修正的第二显示8“相对于至少一个不失真的几何形状11至13取向。带有对象8的经修正的显示8“以及几何形状11至13的第二层面被显示在显示单元4上。

Claims (4)

1.用于交通工具(1)的全景环视系统，该全景环视系统至少包含真实摄像机(2)、虚拟摄像机(7)、图像处理单元(3)、显示单元(4)，该真实摄像机用于从非居中的位置拍摄交通工具(1)周围环境(6)的图像，其中，显示单元(4)设置用于以投影方式：
-显示由真实摄像机(2)拍摄的图像并
-在由真实摄像机(2)拍摄的图像上方作为叠加层显示至少一个几何形状(11至13)，
其中，图像处理单元(3)设置用于，
-将真实摄像机(2)拍摄的图像投影到垂直于真实摄像机(2)的第一层面(9)，以矫正由真实摄像机(2)拍摄的图像中因该真实摄像机(2)的非居中位置造成的透视失真，
-将所述至少一个几何形状(11至13)投影到垂直于虚拟摄像机(7)的第二层面(10)上，以使该至少一个几何形状(11至13)不失真地显示在显示单元(4)上，
-借助在真实摄像机(2)和虚拟摄像机(7)之间的Delta变换确定出在第一层面(9)和第二层面(10)之间的仿射变换(T)，
-将所确定的仿射变换(T)应用于含有由真实摄像机(2)拍摄的、经投影和矫正的真实摄像机(2)图像(8‘)的第一层面(9)，以使经矫正的真实摄像机(2)图像(8‘)的、经修正的显示(8“)在第二层面(10)中相对于非失真的所述至少一个几何形状(11至13)取向。
2.交通工具(1)，其包含根据权利要求1所述的全景环视系统，其中，真实摄像机(2)非居中地安装在交通工具(1)上。
3.用于以全景环视的方式显示根据权利要求2所述的交通工具(1)的周围环境(6)的方法，该方法包括下列步骤：
-借助真实摄像机(2)拍摄交通工具(1)周围环境(6)的图像，
-将由真实摄像机(2)拍摄的图像投影到垂直于真实摄像机(2)的第一层面(9)，以矫正由真实摄像机(2)拍摄的图像中因该真实摄像机(2)的非居中位置造成的透视失真，
-将至少一个几何形状(11至13)作为叠加层投影到垂直于虚拟摄像机(7)的第二层面(10)上，以使该至少一个几何形状(11至13)不失真地显示在显示单元(4)上，
-借助在真实摄像机(2)和虚拟摄像机(7)之间的Delta变换确定出在第一层面(9)和第二层面(10)之间的仿射变换(T)，
-将所确定的仿射变换(T)应用于含有由真实摄像机(2)拍摄的、经投影和矫正的真实摄像机(2)图像的第一层面(9)，以使经矫正的真实摄像机(2)图像(8‘)的、经修正的显示(8“)在第二层面(10)中相对于非失真的所述至少一个几何形状(11至13)取向。
4.计算机可读的媒介，在该计算机可读的媒介上存储有程序单元，当在处理器上执行程序单元时该程序单元指示处理器执行根据权利要求3所述的方法步骤。
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