CN113096209A - 一种车载影像轨迹线的显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像处理技术领域，提供一种车载影像轨迹线的显示方法，参考图形处理器的工作原理，以车辆的历史行驶轨迹为基础，轨迹点经过坐标计算和坐标系转换后，得到与目标图像坐标一致的图像坐标。此时，计算出预设的纹理贴图的纹理坐标，并根据坐标系之间的映射关系、历史行驶轨迹和纹理贴图之间的对应关系，在车载影像中导入纹理贴图进行图像渲染，得到轨迹图像。本发明将轨迹线的绘制转换为计算机图像的绘制，可达到与传统贴图绘制方法同样的显示效果，且不需要占用较大的资源，轨迹坐标的准确性、资源利用率更高。因此，无论车辆的行驶轨迹如何变化，都可以实现纹理贴图的完美贴合，在实现图像美观的同时，也兼顾了图像的精度需求。

Description

一种车载影像轨迹线的显示方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种车载影像轨迹线的显示方法。
背景技术
在车载显示屏(TFT屏)上显示的车载影像中，有关车辆运动轨迹的描述(即车载影像轨迹线)一般采用在摄像头影像上叠加线条的方法来实现。叠加效果通常需要满足两个技术指标：
a)精度，指的是轨迹线能够较准确地描绘车辆运动轨迹；
b)美观，指的是轨迹线条没有明显锯齿，同时具备淡入淡出及前粗后细等效果。
但是，由于显示屏像素分辨率的限制(屏幕分辨率不可能无限制地提高)，导致传统的线条叠加方法存在以下缺陷：
1)采用计算机技术的线条绘制方法虽然可以满足精度的要求，却难以避免线条锯齿问题，并且难以实现淡入淡出、前粗后细等效果。
2)预先绘制多张模拟轨迹线的线条图片，根据车辆运动姿态，显示特定的图片并叠加到影像上(如不同的方向盘转角对应不同的线条图片)，该方法可以满足美观要求，但是会存在占用较大资源(需要多张图片，图片越多显示效果越好)，同时难以满足精度要求。由于精度是参考实际影像的，若为满足精度则需要根据每一车辆的实际影像效果绘制多张轨迹线条图片，这显然是不可取的。
因此，现有技术有待进一步改进。
发明内容
本发明提供一种车载影像轨迹线的显示方法，解决了现有车辆运动轨迹的绘制方法无法协调绘制精度与美观，车载影像精度难以提高的技术问题。
为解决以上技术问题，本发明提供一种车载影像轨迹线的显示方法，包括步骤：
S1、根据车辆的历史行驶轨迹建立模型坐标系；
S2、根据所述模型坐标系，计算所述历史行驶轨迹的模型坐标；
S3、将所述历史行驶轨迹的模型坐标转换成摄像头坐标系的图像坐标；
S4、计算预设的纹理贴图的纹理坐标；
S5、根据所述图像坐标和所述纹理坐标的对应关系，导入所述纹理贴图，渲染得到轨迹图像。
本基础方案参考图形处理器的工作原理，以车辆的历史行驶轨迹为基础，经过坐标计算和坐标系转换后，得到与目标图像坐标一致的图像坐标。此时，计算出预设的纹理贴图的纹理坐标，并根据坐标系之间的映射关系、历史行驶轨迹和纹理贴图之间的对应关系，在车载影像中导入纹理贴图进行图像渲染，得到轨迹图像。从而将轨迹线的绘制转换为计算机图像的绘制，达到与传统贴图绘制方法同样的显示效果，且不需要占用较大的资源，轨迹坐标的准确性、资源利用率更高。
在进一步的实施方案中，所述步骤S1包括步骤：
S11、从车载影像中获取车辆的历史行驶轨迹，并获取对应的车辆转弯圆心；
S12、以所述车辆转弯圆心为原点、以平行于所述车辆的前轮车轴连线的直线为X轴、以过原点且垂直所述X轴的直线为Y轴，而建立模型坐标系。
本方案基于实际的车载影像中车辆的运动状态，通过计算车辆的转弯角度得到的车辆转弯圆心，进一步地以车辆转弯圆心为原点、以平行于车辆的前轮车轴连线的直线为X轴、以过原点且垂直所述X轴的直线为Y轴建立模型坐标系，可初步定位车辆的历史行驶轨迹坐标，将历史行驶轨迹数据化。
在进一步的实施方案中，所述步骤S2包括：
S21、获取车辆参数及所述历史行驶轨迹的线宽、线长；
S22、根据所述线宽及所述线度，将所述历史行驶轨迹均等份地分割为若干个三角形网格，得到若干个对应的轨迹点；
S23、根据阿克曼转角原理，计算所述历史行驶轨迹在所述模型坐标系中的坐标。
在进一步的实施方案中，所述步骤S23包括步骤：
S231、计算车辆转弯半径，并结合所述线宽分别计算所述历史行驶轨迹内侧、外侧上的内运动圆半径、外运动圆半径；
S232、根据所述运动圆半径、所述外运动圆半径以及所述三角形网格的分割数，依次序计算每一所述轨迹点在所述模型坐标系上的模型坐标。
本方案依据阿克曼转角原理，结合车辆参数及历史行驶轨迹的线宽、线长，对历史行驶轨迹上每一轨迹点的模型坐标进行细分定位，可通过均等份分割，可明确每一轨迹点实际位置，并简化定位过程，进而实现对历史行驶轨迹进行高精度的快速定位。
在进一步的实施方案中，所述步骤S3包括：
S31、根据所述模型坐标系与世界坐标系的映射关系，将所述历史行驶轨迹的所述模型坐标转换为世界坐标；
S32、根据所述世界坐标系与摄像头坐标系的映射关系，将所述历史行驶轨迹的所述世界坐标转换为图像坐标。
在进一步的实施方案中，所述步骤S4包括：
S41、预先绘制纹理贴图，并根据所述分割数均等份地分割为若干个三角形网格，得到若干个纹理顶点；
S42、以所述纹理贴图的起始顶点为原点，以其长宽方向分别为X轴、Y轴建立纹理坐标系；
S43、根据所述纹理坐标系以及所述纹理贴图的长度、宽度，计算每一所述纹理顶点的纹理坐标。
在进一步的实施方案中，所述步骤S5包括步骤：
S51、根据所述纹理顶点和所述轨迹点的对应关系，计算出所述纹理顶点在所述摄像头坐标系的贴图坐标；
S52、根据所述贴图坐标将所述纹理贴图覆盖在所述车载影像上，得到轨迹图像。
本方案为节约数据运行负担，根据需要预先绘制合适的纹理贴图，并配合历史行驶轨迹的坐标计算，同样的均等份地分割为若干个三角形网格，并对应计算各个纹理顶点的纹理坐标。从而在进行轨迹线的绘制时，可直接根据纹理顶点和轨迹点的对应关系，计算出纹理贴图在摄像头坐标系的贴图坐标，最终根据贴图坐标将纹理贴图覆盖在车载影像上，即可快速得到轨迹图像。因此，无论车辆的行驶轨迹如何变化，本方案提供的纹理贴图都可以实现完美贴合，在实现图像美观的同时，也兼顾了图像的精度需求。
在进一步的实施方案中，在所述步骤S231中：
所述车辆转弯半径的计算公式为，
Figure BDA0002996743450000041
其中，R为所述车辆转弯半径，L为车辆轴距，θ为阿克曼转角；
所述内运动圆半径的计算公式为，
Figure BDA0002996743450000042
其中，Rm为内运动圆半径，W为车宽；
所述外运动圆半径的计算公式为，
Figure BDA0002996743450000043
其中，Rn为外运动圆半径，B为线宽。
在进一步的实施方案中，在所述步骤S5中：采用OpenGL-ES进行编程渲染。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种车载影像轨迹线的显示方法的工作流程图；
图2是本发明实施例提供的模型坐标系中历史行驶轨迹的分割示意图；
图3是本发明实施例提供的模型坐标系与世界坐标系的映射关系示意图；
图4是本发明实施例提供的世界坐标系与摄像头坐标系的映射关系示意图；
图5是本发明实施例提供的纹理坐标系中纹理贴图的分割示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
本发明实施例提供的一种车载影像轨迹线的显示方法，如图1、图2所示，在本实施例中，包括步骤：
S1、根据车辆的历史行驶轨迹建立模型坐标系，包括步骤S11～S12：
S11、从车载影像中获取车辆的历史行驶轨迹，并获取对应的车辆转弯圆心；
S12、以车辆转弯圆心为原点、以平行于车辆的前轮车轴连线的直线为X轴、以过原点且垂直X轴的直线为Y轴，而建立模型坐标系。
本发明基于实际的车载影像中车辆的运动状态，通过计算车辆的转弯角度得到的车辆转弯圆心，进一步地以车辆转弯圆心为原点、以平行于车辆的前轮车轴连线的直线为X轴、以过原点且垂直X轴的直线为Y轴建立模型坐标系，可初步定位车辆的历史行驶轨迹坐标，将历史行驶轨迹数据化。
S2、根据模型坐标系，计算历史行驶轨迹的模型坐标，包括步骤S21～S23：
S21、获取车辆参数及历史行驶轨迹的线宽、线长；
在本实施例中，获取的车辆参数包括车辆的车宽、轴距、后悬、方向盘转角等；历史行驶轨迹是车辆在地面上的实际轨迹在模型坐标系中的虚拟点集，在显示屏上显示后根据效果(例如分辨率高低或图像的尺寸大小)进行调整确定。
S22、根据线宽及线度，将历史行驶轨迹均等份地分割为若干个三角形网格，得到若干个对应的轨迹点。
在本实施例中，将历史行驶轨迹均等份地分割为10等份形成多个类似于矩形的结构，随后连接一对对角顶点形成三角形网格。其中，依次序对三角形网格上的每一顶点进行标号，得到顶点M1～M22(即轨迹点)。
S23、根据阿克曼转角原理，计算历史行驶轨迹在模型坐标系中的坐标，包括步骤S231～S232：
S231、计算车辆转弯半径，并结合线宽分别计算历史行驶轨迹内侧、外侧上的内运动圆半径、外运动圆半径。
在本实施例中，轨迹点的序号以左右交错的方式排列，根据历史行驶轨迹的线宽将以上三角形网格顶点分类为内侧顶点和外侧顶点，则靠近转向中心一侧的轨迹点的序号为奇数(1、3、5……2k+1，k为分割数)，远离转向中心一侧的轨迹点的序号为偶数(2、4、6……2k+2，k为分割数)。
车辆转弯半径的计算公式为，
Figure BDA0002996743450000061
其中，R为车辆转弯半径，L为车辆轴距，θ为阿克曼转角(根据车辆前右轮转角β和车辆前左轮转角α计算可得，此为本领域的常规手段，在本实施例中不再赘述)；
内运动圆半径的计算公式为，
Figure BDA0002996743450000062
其中，Rm为内运动圆半径，W为车宽；
外运动圆半径的计算公式为，
Figure BDA0002996743450000063
其中，Rn为外运动圆半径，B为线宽。
S232、根据运动圆半径、外运动圆半径以及三角形网格的分割数，依次序计算每一轨迹点在模型坐标系上的模型坐标。
第一步、计算轨迹线起始点角度δ：
Figure BDA0002996743450000064
第二步、计算轨迹线弧长等分后角度γ：
Figure BDA0002996743450000065
第三步、计算标号为奇数的轨迹点Mi(x(Mi)，y(Mi))(i＝1，3，5，7…2k+1)的坐标：
Figure BDA0002996743450000066
Figure BDA0002996743450000071
其中，
Figure BDA0002996743450000072
表示整型数运算，例如，当i＝1时，
Figure BDA0002996743450000073
第四步、计算标号为偶数的轨迹点Mi(x(Mi)，y(Mi))(j＝2，4，6，8…2k+2)的坐标：
Figure BDA0002996743450000074
Figure BDA0002996743450000075
本发明依据阿克曼转角原理，结合车辆参数及历史行驶轨迹的线宽、线长，对历史行驶轨迹上每一轨迹点的模型坐标进行细分定位，可通过均等份分割，可明确每一轨迹点实际位置，并简化定位过程，进而实现对历史行驶轨迹进行高精度的快速定位。
S3、将历史行驶轨迹的模型坐标转换成摄像头坐标系的图像坐标，参见图3、图4，包括步骤S31～S32：
S31、根据模型坐标系与世界坐标系的映射关系，将历史行驶轨迹的模型坐标转换为世界坐标。
由图可得出，世界坐标系XOwYw和模型坐标系XOY的映射关系为：
Figure BDA0002996743450000076
其中(x，y，z)为模型坐标，(xm，ym，zm)为世界坐标。
在本实施例中，世界坐标系XOwYw是模型坐标系XOY发X轴正方向的R个单位的平移，即Tx＝-R，Ty＝0，Tz＝0，由此可得转换矩阵：
Figure BDA0002996743450000077
因此，Mw(i)＝Mt·M(i)，其中Mw(i)为世界坐标，M(i)为模型坐标。
S32、根据世界坐标系与摄像头坐标系的映射关系，将历史行驶轨迹的世界坐标转换为图像坐标。
与步骤S31同理可得，转换矩阵为：
Figure BDA0002996743450000081
其中，S是右向量，U是上向量，D是方向向量，P是摄像头位置向量。
即图像坐标向量：Mc(i)＝Mlook*M(i)＝Mlook*Mt·M(i)；
其中i＝1，2…2k+2。
S4、计算预设的纹理贴图的纹理坐标，参见图5，包括S41～S43：
S41、预先绘制纹理贴图，并根据分割数均等份地分割为若干个三角形网格，得到若干个纹理顶点；
在本实施例中，纹理贴图可以根据需求样式(比如线条颜色，淡入淡出效果等)使用绘图工具(如photoshop等)绘制，例如附图5中的颜色由中间向两侧、由前至后逐渐减淡的线条。
在本实施例中，纹理贴图与历史行驶轨迹的分割数相同，且序号同样以左右交错的方式排列，因此纹理顶点(T1～T22)对应于轨迹点(M1～M22)。
S42、以纹理贴图的起始顶点(T1)为原点，以其长宽方向分别为X轴、Y轴建立纹理坐标系；
具体地，参见图5，以其左下角顶点为原点建立纹理坐标系。
S43、根据纹理坐标系以及纹理贴图的长度、宽度，计算每一纹理顶点的纹理坐标。
鉴于纹理的特殊性(纹理贴图为方方正正的图片)，则纹理坐标为：
Tx(i)＝w*[(i+1)％2]
Figure BDA0002996743450000082
其中，w、h分别为纹理贴图的长度、宽度；i取值1～(2k+2)，符号％为求余运算；
Figure BDA0002996743450000091
在上式中为整型数运算，当i＝2时，
Figure BDA0002996743450000092
S5、根据图像坐标和纹理坐标的对应关系，导入纹理贴图，渲染得到轨迹图像，包括步骤S51～S52：
S51、根据纹理顶点和轨迹点的对应关系，计算出纹理顶点在摄像头坐标系的贴图坐标；
S52、根据贴图坐标将纹理贴图覆盖在车载影像上，得到轨迹图像。
在本实施例中，采用OpenGL-ES进行编程渲染，具体的工作过程如下：
步骤a、编写顶点着色器和片段着色器。
步骤b、导入图像坐标向量Mc(i)和纹理贴图的纹理坐标Tx(i)、Ty(i)，计算出贴图坐标。
步骤c、根据贴图坐标导入纹理贴图，生成顶点及纹理对象，设置纹理过滤及环绕模式。
步骤d、启动渲染流程，输出图像。
本发明为节约数据运行负担，根据需要预先绘制合适的纹理贴图，并配合历史行驶轨迹的坐标计算，同样的均等份地分割为若干个三角形网格，并对应计算各个纹理顶点的纹理坐标。从而在进行轨迹线的绘制时，可直接根据纹理顶点和轨迹点的对应关系，计算出纹理贴图在摄像头坐标系的贴图坐标，最终根据贴图坐标将纹理贴图覆盖在车载影像上，即可快速得到轨迹图像。因此，无论车辆的行驶轨迹如何变化，本方案提供的纹理贴图都可以实现完美贴合，在实现图像美观的同时，也兼顾了图像的精度需求。
本发明实施例参考图形处理器的工作原理，以车辆的历史行驶轨迹为基础，经过坐标计算和坐标系转换后，得到与目标图像坐标一致的图像坐标。此时，计算出预设的纹理贴图的纹理坐标，并根据坐标系之间的映射关系、历史行驶轨迹和纹理贴图之间的对应关系，在车载影像中导入纹理贴图进行图像渲染，得到轨迹图像。从而将轨迹线的绘制转换为计算机图像的绘制，达到与传统贴图绘制方法同样的显示效果，且不需要占用较大的资源，轨迹坐标的准确性、资源利用率更高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车载影像轨迹线的显示方法，其特征在于，包括步骤：
S1、根据车辆的历史行驶轨迹建立模型坐标系；
S2、根据所述模型坐标系，计算所述历史行驶轨迹的模型坐标；
S3、将所述历史行驶轨迹的模型坐标转换成摄像头坐标系的图像坐标；
S4、计算预设的纹理贴图的纹理坐标；
S5、根据所述图像坐标和所述纹理坐标的对应关系，在车载影像中导入所述纹理贴图，渲染得到轨迹图像。
2.如权利要求1所述的一种车载影像轨迹线的显示方法，其特征在于，所述步骤S1包括步骤：
S11、从车载影像中获取车辆的历史行驶轨迹，并获取对应的车辆转弯圆心；
S12、以所述车辆转弯圆心为原点、以平行于所述车辆的前轮车轴连线的直线为X轴、以过所述原点且垂直所述X轴的直线为Y轴，而建立模型坐标系。
3.如权利要求2所述的一种车载影像轨迹线的显示方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21、获取车辆参数及所述历史行驶轨迹的线宽、线长；
S22、根据所述线宽及所述线度，将所述历史行驶轨迹均等份地分割为若干个三角形网格，得到若干个对应的轨迹点；
S23、根据阿克曼转角原理，计算所述历史行驶轨迹在所述模型坐标系中的坐标。
4.如权利要求3所述的一种车载影像轨迹线的显示方法，其特征在于，所述步骤S23包括步骤：
S231、计算车辆转弯半径，并结合所述线宽分别计算所述历史行驶轨迹内侧、外侧上的内运动圆半径、外运动圆半径；
S232、根据所述运动圆半径、所述外运动圆半径以及所述三角形网格的分割数，依次序计算每一所述轨迹点在所述模型坐标系上的模型坐标。
5.如权利要求4所述的一种车载影像轨迹线的显示方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
S31、根据所述模型坐标系与世界坐标系的映射关系，将所述历史行驶轨迹的所述模型坐标转换为世界坐标；
S32、根据所述世界坐标系与摄像头坐标系的映射关系，将所述历史行驶轨迹的所述世界坐标转换为图像坐标。
6.如权利要求4所述的一种车载影像轨迹线的显示方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
S41、预先绘制纹理贴图，并根据所述分割数均等份地分割为若干个三角形网格，得到若干个纹理顶点；
S42、以所述纹理贴图的起始顶点为原点，以其长宽方向分别为X轴、Y轴建立纹理坐标系；
S43、根据所述纹理坐标系以及所述纹理贴图的长度、宽度，计算每一所述纹理顶点的纹理坐标。
7.如权利要求6所述的一种车载影像轨迹线的显示方法，其特征在于，所述步骤S5包括步骤：
S51、根据所述纹理顶点和所述轨迹点的对应关系，计算出所述纹理顶点在所述摄像头坐标系的贴图坐标；
S52、根据所述贴图坐标将所述纹理贴图覆盖在所述车载影像上，得到轨迹图像。
8.如权利要求4所述的一种车载影像轨迹线的显示方法，其特征在于，在所述步骤S231中：
所述车辆转弯半径的计算公式为，
Figure FDA0002996743440000031
其中，R为所述车辆转弯半径，L为车辆轴距，θ为阿克曼转角；
所述内运动圆半径的计算公式为，
Figure FDA0002996743440000032
其中，Rm为内运动圆半径，W为车宽；
所述外运动圆半径的计算公式为，
Figure FDA0002996743440000033
其中，Rn为外运动圆半径，B为线宽。
9.如权利要求1所述的一种车载影像轨迹线的显示方法，其特征在于，在所述步骤S5中：采用OpenGL-ES进行编程渲染。
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