CN110458884A - 在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法、装置、介质 - Google Patents

在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法、装置、介质 Download PDF

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杨波
李三宝
刘春霞
冯英豪
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Abstract

本发明提供了全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法、装置、介质，其可以在全景图中显示车辆运行动态轨迹线，轨迹线能够随着方向盘转动而变动，能够预示汽车行进将要路过的区域，帮助驾驶员及早调整方向盘，防止碰撞发生，方法包括以下步骤：通过方向盘的实时的旋转角度获取车辆的转弯角度；结合转弯角度和车辆的参数信息计算得到轨迹线起点的转弯半径和初始转弯角度；计算轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的距离；计算轨迹线上点在世界坐标系下的坐标；步骤5：根据360全景图中像素和实际距离的比例关系，计算轨迹线上点在360全景图上的图像坐标；步骤6：根据得到的轨迹线上点的坐标，在360全景图上绘制轨迹线。

Description

在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法、装置、介质
技术领域
本发明涉及全景影像系统技术领域，尤其涉及在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法、装置、介质。
背景技术
当今社会，汽车进入千家万户，大大方便了人们的出行。为了降低交通事故发生率，辅助驾驶技术应运而生。其中，360度全景图像技术是使用最广泛的辅助驾驶技术之一，它可以让驾驶员对汽车四周情况一目了然。
但是360度全景图像只能反应当前时刻汽车四周的景象，并不能预测汽车运行时将要路过的区域，为了更好地辅助驾驶员判断，全景图上还会在汽车后方画出一些线段进行辅助，用来标示线段位置到车的距离。
目前的车辆运行动态轨迹线多为倒车轨迹线，只有在倒车时显示；此外，现在的轨迹线多绘制在单视图如车载后视摄像头拍摄的图像上，这样的单视图存在盲区，当轨迹线进入盲区时，无法显示；另外，现有技术中大多是固定的辅助线，固定的辅助线可以帮助驾驶员判断道路上障碍物到车身的距离，但无法判断汽车行进时能否撞到障碍物，开发出一种动态汽车运行轨迹线成为必要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法、装置、介质，其可以在全景图中显示车辆运行动态轨迹线，轨迹线能够随着方向盘转动而变动，能够预示汽车行进将要路过的区域，帮助驾驶员及早调整方向盘，防止碰撞发生。
其技术方案是这样的：在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过方向盘的实时的旋转角度获取车辆的转弯角度；
步骤2：结合步骤1得到的转弯角度和车辆的参数信息计算得到轨迹线起点的转弯半径和初始转弯角度；
步骤3：计算轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的距离；
步骤4：计算轨迹线上点在世界坐标系下的坐标；
步骤5：根据360全景图中像素和实际距离的比例关系，计算轨迹线上点在360全景图上的图像坐标；
步骤6：根据步骤5得到的轨迹线上点的坐标，在360全景图上绘制轨迹线。
进一步的，还包括步骤7：当方向盘的旋转角度发生变化时，根据变化后的方向盘的旋转角度，重复执行步骤1至步骤6，更新轨迹线。
进一步的，在步骤1中，获取方向盘的实时角度，通过阿克曼系数转换成车辆的转弯角度，表示为如下公式：
θ＝coe·θ1
其中，θ为车辆的转弯角度，coe为阿克曼系数，θ1为方向盘的旋转角度。
进一步的，在步骤2中，车辆的参数信息包括车辆的长度、宽度、前悬、后悬、轴距，通过如下公式计算轨迹线起点的转弯半径和初始转弯角度：
R＝轴距/tan(θ)
LH＝前悬+轴距+D1
LW＝R+VW/2+D2
LR＝sqrt(LH·LH+LW·LW)
Lθ＝asin(LH/LR)
其中，R为车辆转弯半径，θ为车辆的转弯角度；
LH为轨迹线起点到转弯原点的纵向距离，D1轨迹线起点到车身的纵向盲区距离；
LW为轨迹线起点到转弯原点的横向距离，VL为车辆长度，VW为车辆宽度，D2为轨迹线起点到车身的横向盲区距离；
LR为轨迹线起点的转弯半径，sqrt为计算非负实数的平方根的函数；
Lθ为轨迹线起点的转弯初始角度，asin为计算反正弦的函数。
进一步的，在步骤3中，在以汽车转弯原点为原点，LR为半径的圆弧上，进行坐标点的密集采样，以得到轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的距离，通过如下公式表示：
Lθ’＝Lθ+k·Δθ
LH’＝LR·sin(Lθ’)
LW’＝LR·cos(Lθ’)
其中，Lθ’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点的转弯角度，Lθ为轨迹线起点的转弯初始角度，Δθ为角度增量步长，k表示第k个采样点，k为自然数；LH’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的纵向距离，LW’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的横向距离。
进一步的，在步骤4中，世界坐标系以汽车中心向地面的投影为原点，平面内向右为X轴正方向，平面内向上为Y轴正方向，垂直于X轴和Y轴所在平面竖直向上为Z轴正方向，轨迹线的每个采样点，其在世界坐标系下的坐标计算公式如下：
X＝R-LW’
Y＝LH’-(前悬+轴距-2/VL)
Z＝0
其中，LH’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的纵向距离，LW’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的横向距离，VL为车辆长度，R为车辆转弯半径。
进一步的，在步骤5中，360全景图的图像坐标系，以360全景图的左上第一个像素为原点，包括V轴和U轴的坐标系，平面内向下为U轴正方向，平面内向右为V轴正方向，
轨迹线上的采样点在360全景图中的坐标计算按照如下公式：
U＝H/2-Y/Y_ratio
V＝W/2+X/X_ratio
其中，W，H分别为360全景图的宽和高，单位为像素，X_ratio,Y_ratio分别为横向和纵向上像素和实际距离的比例关系，单位为毫米/像素。
进一步的，在步骤6中，利用OPENGL的画线函数在360全景图上绘制轨迹线，
将轨迹线上所有采样点在360全景图中的坐标(U,V)传递给OPENGL的画线函数，在360全景图上绘制轨迹线。
在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的装置，其特征在于，其包括：包括处理器、存储器以及程序；
所述程序存储在所述存储器中，所述处理器调用存储器存储的程序，以执行上述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法。
一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质被配置成存储程序，所述程序被配置成执行上述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法。
本发明的生成车辆运行动态轨迹线，是根据方向盘旋转角度和阿克曼系数计算出车辆的转弯半径R，由R及车辆参数算出轨迹线起点的转弯半径和初始转弯角度，从而计算出轨迹线上的点的坐标，把这些坐标转换成360全景图上的图像坐标，连点成线，就可以在全景图上画出动态轨迹线，无论车辆倒车、前行、左转、右转都可以生成车辆运行动态轨迹线，与固定的辅助线相比，动态轨迹线计算时引入了方向盘信息，轨迹线会随着方向盘转角的变化而变化，能非常清楚地显示出障碍物是否在汽车行进区域内，从而辅助驾驶员避开障碍物，防止碰撞发生。
附图说明
图1为其中一个实施例的本发明的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法的流程图；
图2为另一个实施例的本发明的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法的流程图；
图3为步骤2中一部分车辆的参数信息的展示示意图；
图4为步骤2中另一部分车辆的参数信息的展示示意图；
图5为步骤3中计算轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的距离的示意图。
具体实施方式
见图1，在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法，包括以下步骤：
步骤1：通过方向盘的实时的旋转角度获取车辆的转弯角度；
具体的，在步骤1中，获取方向盘的实时角度，通过阿克曼系数转换成车辆的转弯角度，表示为如下公式：
θ＝coe·θ1
其中，θ为车辆的转弯角度，coe为阿克曼系数，θ1为方向盘的旋转角度。
步骤2：结合步骤1得到的转弯角度和车辆的参数信息计算得到轨迹线起点的转弯半径和初始转弯角度；
具体的，在步骤2中，车辆的参数信息包括车辆的长度、宽度、前悬、后悬、轴距，通过如下公式计算轨迹线起点的转弯半径和初始转弯角度：
R＝轴距/tan(θ)
LH＝前悬+轴距+D1
LW＝R+VW/2+D2
LR＝sqrt(LH·LH+LW·LW)
Lθ＝asin(LH/LR)
其中，见图3、图4，R为车辆转弯半径，θ为车辆的转弯角度；
LH为轨迹线起点到转弯原点的纵向距离，D1轨迹线起点到车身的纵向盲区距离，取10cm-20cm；
LW为轨迹线起点到转弯原点的横向距离，VL为车辆长度，VW为车辆宽度，D2为轨迹线起点到车身的横向盲区距离，取10cm-20cm；
LR为轨迹线起点的转弯半径，sqrt为计算非负实数的平方根的函数；
Lθ为轨迹线起点的转弯初始角度，asin为计算反正弦的函数，O为汽车转弯原点；
在本实施例中，车长为垂直于汽车纵向对称平面，分别抵靠在汽车前、后最外端突出部位的两垂直平面之间的距离；车宽为平行于汽车纵向对称平面，并分别抵靠在车辆两侧的两平面间的距离；轴距为汽车转向轮处于直线行驶位置，同一侧前后相邻两车轮轴线间的距离；前悬为通过两前轮中心的横向垂直平面与抵靠在车辆最前端的横垂面间的距离；后悬为通过两后轮中心的横向垂直平面与抵靠在车辆最后端的横垂面间的距离。
步骤3：计算轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的距离；
见图5，具体的，在步骤3中，在以汽车转弯原点为原点，LR为半径的圆弧上，进行坐标点的密集采样，以得到轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的距离，通过如下公式表示：
Lθ’＝Lθ+k·Δθ
LH’＝LR·sin(Lθ’)
LW’＝LR·cos(Lθ’)
其中，Lθ’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点的转弯角度，Lθ为轨迹线起点的转弯初始角度，Δθ为角度增量步长，k表示第k个采样点，k为自然数；LH’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的纵向距离，LW’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的横向距离。
步骤4：计算轨迹线上点在世界坐标系下的坐标；
具体的，在步骤4中，世界坐标系以汽车中心向地面的投影为原点，平面内向右为X轴正方向，平面内向上为Y轴正方向，垂直于X轴和Y轴所在平面竖直向上为Z轴正方向，轨迹线的每个采样点，其在世界坐标系下的坐标计算公式如下：
X＝R-LW’
Y＝LH’-(前悬+轴距-2/VL)
Z＝0
其中，轨迹线在地面上，所以Z坐标都为0，LH’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的纵向距离，LW’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的横向距离，VL为车辆长度，R为车辆转弯半径。
步骤5：根据360全景图中像素和实际距离的比例关系，计算轨迹线上点在360全景图上的图像坐标；
具体的，在步骤5中，360全景图的图像坐标系，以360全景图的左上第一个像素为原点，包括V轴和U轴的坐标系，平面内向下为U轴正方向，平面内向右为V轴正方向；
轨迹线上的采样点在360全景图中的坐标计算按照如下公式：
U＝H/2-Y/Y_ratio
V＝W/2+X/X_ratio
其中，W，H分别为360全景图的宽和高，单位为像素，X_ratio,Y_ratio分别为横向和纵向上像素和实际距离的比例关系，单位为毫米/像素。
步骤6：根据步骤5得到的轨迹线上点的坐标，在360全景图上绘制轨迹线；
具体的，在步骤6中，利用OPENGL的画线函数在360全景图上绘制轨迹线，
将轨迹线上所有采样点在360全景图中的坐标(U,V)传递给OPENGL的画线函数，设置好颜色、线宽参数，OPENGL的画线函数可以实现在360全景图上叠加显示动态轨迹线。
见图2，在另一个实施例中，在步骤6之后，本发明的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法还包括步骤7：
当方向盘的旋转角度发生变化时，根据变化后的方向盘的旋转角度，重复执行步骤1至步骤6，更新轨迹线。
在本发明的实施例中，还提供了在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的装置，其包括：包括处理器、存储器以及程序；
程序存储在存储器中，处理器调用存储器存储的程序，以执行上述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法。
在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的装置的实现中，存储器和处理器之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可以通过一条或者多条通信总线或信号线实现电性连接，如可以通过总线连接。存储器中存储有实现数据访问控制方法的计算机执行指令，包括至少一个可以软件或固件的形式存储于存储器中的软件功能模块，处理器通过运行存储在存储器内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。
存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，简称：RAM)，只读存储器(Read Only Memory，简称：ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，简称：PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称：EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，简称：EEPROM)等。其中，存储器用于存储程序，处理器在接收到执行指令后，执行程序。
处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称：CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称：NP)等。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
在本发明的实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质被配置成存储程序，程序被配置成执行上述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于计算机可读存储介质中。该程序在被处理器执行时，实现包括上述各方法实施例的步骤；而前述的计算机可读存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，包括若干指令用以使得一台大数据传输设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本发明的生成车辆运行动态轨迹线，是根据方向盘旋转角度和阿克曼系数计算出车辆的转弯半径R，由R及车辆参数算出轨迹线起点的转弯半径和初始转弯角度，从而计算出轨迹线上的点的坐标，把这些坐标转换成360全景图上的图像坐标，连点成线，就可以在全景图上画出动态轨迹线，无论车辆倒车、前行、左转、右转都可以生成车辆运行动态轨迹线，与固定的辅助线相比，动态轨迹线计算时引入了方向盘信息，轨迹线会随着方向盘转角的变化而变化，能非常清楚地显示出障碍物是否在汽车行进区域内，从而辅助驾驶员避开障碍物，防止碰撞发生。

Claims (10)

1.在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过方向盘的实时的旋转角度获取车辆的转弯角度；
步骤2：结合步骤1得到的转弯角度和车辆的参数信息计算得到轨迹线起点的转弯半径和初始转弯角度；
步骤3：计算轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的距离；
步骤4：计算轨迹线上点在世界坐标系下的坐标；
步骤5：根据360全景图中像素和实际距离的比例关系，计算轨迹线上点在360全景图上的图像坐标；
步骤6：根据步骤5得到的轨迹线上点的坐标，在360全景图上绘制轨迹线。
2.根据权利要求1所述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法，其特征在于，还包括步骤7：当方向盘的旋转角度发生变化时，根据变化后的方向盘的旋转角度，重复执行步骤1至步骤6，更新轨迹线。
3.根据权利要求1或2所述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法，其特征在于：在步骤1中，获取方向盘的实时角度，通过阿克曼系数转换成车辆的转弯角度，表示为如下公式：
θ＝coe·θ1
其中，θ为车辆的转弯角度，coe为阿克曼系数，θ1为方向盘的旋转角度。
4.根据权利要求3所述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法，其特征在于：在步骤2中，车辆的参数信息包括车辆的长度、宽度、前悬、后悬、轴距，通过如下公式计算轨迹线起点的转弯半径和初始转弯角度：
R＝轴距/tan(θ)
LH＝前悬+轴距+D1
LW＝R+VW/2+D2
LR＝sqrt(LH·LH+LW·LW)
Lθ＝asin(LH/LR)
其中，R为车辆转弯半径，θ为车辆的转弯角度；
LH为轨迹线起点到转弯原点的纵向距离，D1轨迹线起点到车身的纵向盲区距离；
LW为轨迹线起点到转弯原点的横向距离，VL为车辆长度，VW为车辆宽度，D2为轨迹线起点到车身的横向盲区距离；
LR为轨迹线起点的转弯半径，sqrt为计算非负实数的平方根的函数；
Lθ为轨迹线起点的转弯初始角度，asin为计算反正弦的函数。
5.根据权利要求4所述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法，其特征在于：在步骤3中，在以汽车转弯原点为原点，LR为半径的圆弧上，进行坐标点的密集采样，以得到轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的距离，通过如下公式表示：
Lθ’＝Lθ+k·Δθ
LH’＝LR·sin(Lθ’)
LW’＝LR·cos(Lθ’)
其中，Lθ’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点的转弯角度，Lθ为轨迹线起点的转弯初始角度，Δθ为角度增量步长，k表示第k个采样点，k为自然数；LH’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的纵向距离，LW’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的横向距离。
6.根据权利要求5所述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法，其特征在于：在步骤4中，世界坐标系以汽车中心向地面的投影为原点，平面内向右为X轴正方向，平面内向上为Y轴正方向，垂直于X轴和Y轴所在平面竖直向上为Z轴正方向，轨迹线的每个采样点，其在世界坐标系下的坐标计算公式如下：
X＝R-LW’
Y＝LH’-(前悬+轴距-2/VL)
Z＝0
其中，LH’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的纵向距离，LW’为轨迹线上除轨迹线起点以外的点到转弯原点的横向距离，VL为车辆长度，R为车辆转弯半径。
7.根据权利要求6所述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法，其特征在于：在步骤5中，360全景图的图像坐标系，以360全景图的左上第一个像素为原点，包括V轴和U轴的坐标系，平面内向下为U轴正方向，平面内向右为V轴正方向，
轨迹线上的采样点在360全景图中的坐标计算按照如下公式：
U＝H/2-Y/Y_ratio
V＝W/2+X/X_ratio
其中，W，H分别为360全景图的宽和高，单位为像素，X_ratio,Y_ratio分别为横向和纵向上像素和实际距离的比例关系，单位为毫米/像素。
8.根据权利要求7所述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法，其特征在于：在步骤6中，利用OPENGL的画线函数在360全景图上绘制轨迹线，
将轨迹线上所有采样点在360全景图中的坐标(U,V)传递给OPENGL的画线函数，在360全景图上绘制轨迹线。
9.在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的装置，其特征在于，其包括：包括处理器、存储器以及程序；
所述程序存储在所述存储器中，所述处理器调用存储器存储的程序，以执行权利要求1所述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质被配置成存储程序，所述程序被配置成执行权利要求1所述的在全景图中生成车辆运行动态轨迹线的方法。
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