CN113815534A - 基于应对人眼的位置变化而对图形进行动态处理的方法 - Google Patents

基于应对人眼的位置变化而对图形进行动态处理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于应对人眼的位置变化而对图形进行动态处理的方法，具体过程为：步骤一，通过车辆内部的摄像头对车内的驾驶员眼部进行定位；处理机根据采集到驾驶员眼部的位置计算出驾驶员的视线角度；步骤二，通过设置在车辆外部的摄像头对车辆外部景象进行图像采集并送进处理机，处理机根据驾驶员瞳孔位置和视线角度的大小，对从车辆外部景象的图像进行挑选预留，留下图像的大小由显示屏大小决定；步骤三，挑选完成后，将裁剪好的图像传入设置在指定的显示屏上，随后显示屏会显示出对应的图像；持续循环步骤一至步骤三，以实现根据驾驶员眼部的位置的变化动态调整显示屏上显示的图像。

Description

基于应对人眼的位置变化而对图形进行动态处理的方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及基于应对人眼的位置变化而对图形进行动态处理的方法。
背景技术
目前针对汽车A柱盲区的去除方法还大部分停留在靠改善机械结构去除A柱盲区的程度，当前有尝试减小A柱的直径来减小汽车A柱盲区，但是会降低汽车的整体强度，在事故发生时无法保证驾驶员的人身安全。也可以使用两根细A柱代替一根新的A柱代替原有的A柱，但是这会带来新的盲区；除此之外也有在A柱中间镂空玻璃、讲A柱制作成为网状结构的方法。这些方法都无法在盲区去除和A柱强度之间做到两者兼顾。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于应对人眼的位置变化而对图形进行动态处理的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于应对人眼的位置变化而对图形进行动态处理的方法，具体过程为：
步骤一，通过车辆内部的摄像头对车内的驾驶员眼部视角进行定位；处理机根据采集到驾驶员眼部的位置计算出驾驶员的双眼距离摄像头的距离，进而推算出驾驶员的视角；
步骤二，通过设置在车辆外部的摄像头对车辆外部景象进行图像采集并送进处理机，处理机根据驾驶员视点的位置，对从车辆外部景象的图像进行挑选，在原图片的选区区域的大小由显示屏大小决定；
步骤三，挑选完成后，将再原图片挑选出来的图像传入设置在汽车制定显示屏，随后显示屏会显示出对应的图像；
持续循环步骤一至步骤三，以实现根据驾驶员眼部的位置的变化动态调整显示屏上显示的图像。
进一步地，步骤一的具体过程为：
S1.1、首先在车辆内部建立坐标系，(0，0，0)为车内坐标系的原点，并且测定三维坐标系的极限坐标位置(Xmax，Ymax，Zmax)和(Xmin，Ymin，Zmin)；
S1.2、通过设置在车辆内部的双目摄像头采集车辆内部环境的图像，然后对车辆内部环境的图像定位驾驶员的人眼位置；记左眼和右眼的坐标分别为(Xlefteye，Ylefteye，Zlefteye)、(Xrighteye,Yrighteye，Zrighteye)；取双眼中点，即眉心，作为定位标准,眉心的坐标为
Figure BDA0003340289690000021
Figure BDA0003340289690000022
S1.3、视角计算过程为：
人眉心坐标为(Xeye，Yeye，Zeye)；计算过程为：
Figure BDA0003340289690000023
Figure BDA0003340289690000031
Figure BDA0003340289690000032
显示屏和左眼瞳孔的距离L、显示屏和右眼瞳孔的距离为R,显示屏距离眉心的距离C分别为：
L＝(Xscr-Xlefteye)2+(Yscr-Ylefteye)2+(Zscr-Zlefteye)2
R＝(Xscr-Xrighteye)2+(Yscr-Yrighteye)2+(Zscr-Zrighteye)2
C＝(Xscr-Xeye)2+(Yscr-Yeye)2+(Zscr-Zeye)2
左眼瞳孔到达眉心的距离LC为：
LC＝(Xeye-Xlefteye)2+(Yeye-Ylefteye)2+(Zeye-Zlefteye)2
至此可以得到驾驶员的视角β：
Figure BDA0003340289690000033
更进一步地，步骤二的具体过程为：
S2.1、通过架设在车辆外部的双目摄像头采集到车辆外部景象的图像，存储进处理机的内存中；此时要读取车辆外部景象的图像的尺寸以及大小(Llength，Lwidth，size)，Llength为图像的长度，Lwidth为图像的宽度，size为图像的大小；
S2.2、在整幅图像中开设一个和显示屏屏幕大小相同的矩形窗口，显示屏屏幕的整体尺寸记为Mlength*Mwidth，用于确定要显示的盲区图像，Mlength为显示屏屏幕的长度，Mwidth为显示屏屏幕的宽度；
S2.3、根据已经得到的视点坐标，计算视点坐标与坐标系中各坐标轴的极限大小比值：
Figure BDA0003340289690000041
Figure BDA0003340289690000042
Figure BDA0003340289690000043
Xmax、Xmin为驾驶室内部能够看到的视野横坐标最大值以及最小值；、Ymax、Ymin为驾驶室内部能够看到的视野纵坐标最大值以及最小值；、Zmax、Zmin为驾驶室内部能够看到的视野Z轴坐标最大值以及最小值；以上参数在安装标定阶段确定；
S2.4、将驾驶员瞳孔位置以及视角对应的实时显示图像的显示区域挑选出来：
S2.4.1、将视点在车辆内部的相对位置映射到车辆外部景象的图像的位置，裁剪位置确定过程为：
X＝Ix*Llength
Y＝Iy*Lwidth
Z＝Iz*size
(X，Y，Z)为需要进行裁剪的中心位置坐标；
S2.4.2、对图像大小进行缩放运算：
将车辆外部景象的图像的大小变化为原始大小的size倍；
S2.4.3、将车辆外部景象的图像中需要显示的区域挑选出来；
至此得到了最终的裁剪区域。
进一步地，步骤三中，将裁剪后的图片进行降噪后，将图像所在的坐标系转换为人眼所在的坐标系，得到最终的图像并输出至显示屏中。
进一步地，步骤三的具体过程为：
S3.1、坐标系转换
将其需要显示的图像裁剪下来后，在经过图像处理、降噪后将图像所在的坐标系转换为驾驶员的瞳孔视点和视角所在的坐标系，得到最终的图像并输出至显示屏中；
所述坐标系转换即将一个坐标系经过旋转与移动转换为另一个坐标系，将一个坐标系中的图像经过如下位置变换一样可以得到另一坐标系中的图像显示效果，此为坐标系之间的欧氏变换，变换公式如下公式所示；
Figure BDA0003340289690000051
矩阵R为一个旋转矩阵，刻画了一个向量坐标旋转前后同一个向量的坐标变换关系，旋转矩阵是一个行列式为1的正交矩阵，由于旋转矩阵是一个正交矩阵，其逆描述了一个相反的旋转，其定义方式如下式所示；
a’＝R-1a＝RTa
RT刻画了一个相反的旋转；
欧氏变换还有一个平移，平移部分只需要将一个平移量加到旋转矩阵后的坐标上就可以，如下式所示：
a’＝Ra+t
t称为平移向量；将平移和旋转结合在一起将旋转矩阵重写为如下：
Figure BDA0003340289690000061
将一个三维向量的末尾添加1，变成四维向量，称为其次坐标，在这个四维向量里面,可以将旋转以及平移写在一个矩阵里面使得所有的管子变为线性关系；矩阵T称为转变换矩阵，将处理机得到的图片通过变换矩阵后变换后得到了驾驶员视角的图片显示效果；
S3.2、将转换处理好后的图像传给显示屏，显示屏将图像显示出来。
本发明的有益效果在于：本发明可应用于消除视线A柱盲区对驾驶员的驾驶造成的隐患。本方法可以将通过架设在车辆外部的摄像头捕捉外部的图像，并传至车辆内部，将驾驶员的眉心位置映射为才采集回来的图像上，随后根据眉心映射位置和显示屏的大小来裁剪图像，将裁剪到的图像传至显示屏中，驾驶员可以通过显示屏看到A柱挡住的视野，这样一来就可以很好的去除A柱造成的盲区，由于没有借助A柱的内部结构，所以并不存在对A柱结构以及承重强度造成影响。
附图说明
图1为本发明实施例中的对驾驶员人眼的视线、视角的计算示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
本实施例提供一种基于应对人眼的位置变化而对图形进行动态处理的方法，人可以通过显示屏看到外界的实时景象，并且可以通过移动自身位置使屏幕中的画面发生变化。主要过程为：
首先通过车辆内部的摄像头将车内的驾驶员眼部进行定位，随后通过设置在车辆外部的摄像头对车辆外部的景象进行采集并送进处理机，随后根据采集到驾驶员眼部的位置计算出驾驶员的视点，随后传入处理机，处理机根据视点的位置，将从外面采集回来的景象图片进行裁剪，裁剪的大小由显示屏大小决定。裁剪完成后，将裁剪好的景象图片传入设置在汽车A柱上的显示屏，随后显示屏会显示出对应的图像。持续循环上述，以达到显示屏对外界环境的实时显示，并且能够根据驾驶员眼部的位置对图像进行动态调整。本实施例方法可应用于消除汽车A柱盲区对驾驶员的驾驶造成的隐患，并在减少盲区的同时不影响汽车A柱的强度。
以下将对本实施例方法作更进一步的说明。
步骤一、视点定位：
S1.1、首先在车辆内部建立坐标系，(0，0，0)为车内坐标系的原点，并且测定三维坐标系的极限坐标位置(Xmax，Ymax，Zmax)和(Xmin，Ymin，Zmin)；
S1.2、通过设置在车辆内部的双目摄像头采集车辆内部环境的图像，然后通过灰度处理等操作对车辆内部环境的图像进行人眼定位；记左眼和右眼的坐标分别为(Xl，Yl，Zl)、(Xr,Yr，Zr)；取双眼中点，即视点，作为主要的定位标准,视点的坐标为
Figure BDA0003340289690000081
步骤二、将采集到的人眼内部的瞳孔进行定位，由于A柱屏幕相对于人左眼和右眼的距离不同，因此可以通过左右眼瞳孔距离眼部中心的距离是不同的，通过二者距离的差异就可以计算出人的视角；具体的驾驶员的瞳孔视点和视角关系如下图1所示。
根据将人脸图片输入进神经网络模型中得到左右眼的坐标分别为(Xlefteye，Ylefteye，Zlefteye)和(Xrighteye，Yrighteye，Zrighteye)，接下来进行人眼的瞳孔定位，将眼部位置的图片转化为灰度图片，由于瞳孔相对于眼部其他位置有着明显的颜色差异，因此从左到右遍历人眼图，在梯度出现两次突变的位置即为瞳孔所在位置：瞳孔坐标为(Xl，Yl，Zl)和(Xr，Yr，Zr)；显示屏中心点的坐标为(Xscr，Yscr，Zscr)，此坐标在显示屏安装时就已知道，或者之后进行标定得到；
由此可以知道：
人眉心坐标为(Xeye，Yeye，Zeye)；计算过程为：
Figure BDA0003340289690000082
Figure BDA0003340289690000083
Figure BDA0003340289690000084
显示屏和左眼瞳孔的距离L、显示屏和右眼瞳孔的距离为R,显示屏距离眉心的距离C分别为：
L＝(Xscr-Xlefteye)2+(Yscr-Ylefteye)2+(Zscr-Zlefteye)2
R＝(Xscr-Xrighteye)2+(Yscr-Yrighteye)2+(Zscr-Zrighteye)2
C＝(Xscr-Xeye)2+(Yscr-Yeye)2+(Zscr-Zeye)2
左眼瞳孔到达眉心的距离LC为：
LC＝(Xeye-Xlefteye)2+(Yeye-Ylefteye)2+(Zeye-Zlefteye)2
至此可以得到驾驶员的视角β：
Figure BDA0003340289690000091
驾驶员眉心和显示屏之间的视角和距离得到确定；根据人眼的移动对显示屏的图像进行动态调整:利用架设在车辆外部的摄像头采集车辆外部景象的图像，并将其储存在处理机的内存中；然后根据步骤一识别得到的视点位置对车辆外部景象的图像进行裁剪，裁剪出盲区路况信息后输出至显示屏中。更具体地：
S2.1、通过架设在车辆外部的双目摄像头采集到车辆外部景象的图像，存储进处理机的内存中；此时要读取车辆外部景象的图像的尺寸以及大小(Llength，Lwidth，size)，Llength为图像的长度，Lwidth为图像的宽度，size为图像内的像素点数量；
S2.2、在整幅图像中开设一个和显示屏屏幕大小相同的矩形窗口，显示屏屏幕的整体尺寸记为Mlength*Mwidth(屏幕的长度和宽度)，用于确定要显示的盲区图像，Mlength为显示屏屏幕的长度，Mwidth为显示屏屏幕的宽度；
S2.3、根据已经得到的视点坐标，计算视点坐标与坐标系中各坐标轴的极限大小比值：
Figure BDA0003340289690000101
Figure BDA0003340289690000102
Figure BDA0003340289690000103
(Ix，Iy，Iz)为将人眼坐标映射到屏幕中的坐标，k、t为常数，表示将摄像头坐标线性映射到才外界采集回来的图像的中心点；
S2.4.1、对图像大小进行缩放运算：
将车辆外部景象的图像的大小变化为原始大小的size倍；
S2.4.3、按下式挑选出车辆外部景象的图像的显示区域：
Figure BDA0003340289690000104
Figure BDA0003340289690000105
Figure BDA0003340289690000106
Figure BDA0003340289690000107
(Xfinalleft,Yfinalup)(Xfinalright,Yfinalup)(Xfinalleft,Yfinaldown)(Xfinalright,Yfinaldown)分别为视点映射到车辆外部景象的图像上裁剪下的区域的左上角、右上角、左下角、右下角的坐标；
至此得到了最终的屏幕显示区域。
步骤三、经过简单的图像处理(去除强光、浓雾等天气噪声影响)后，向显示屏传入此时此刻驾驶员视点所在位置对应盲区的图像。具体过程为：
S3.1、坐标系转换
将其需要显示的图像裁剪下来后，在经过图像处理、降噪后将图像所在的坐标系转换为驾驶员的瞳孔视点和视角所在的坐标系，得到最终的图像并输出至显示屏中。
坐标系转换的过程如下所示，坐标系转换即将一个坐标系经过旋转与移动转换为另一个坐标系，因此只要解决了平移和旋转就可以实现坐标系的转换。简言之，将一个坐标系中的图像经过如下位置变换一样可以得到另一坐标系中的图像显示效果，此为坐标系之间的欧氏变换，变换公式如下公式所示；
Figure BDA0003340289690000111
矩阵R为一个旋转矩阵，刻画了一个向量坐标旋转前后同一个向量的坐标变换关系，事实上旋转矩阵是一个行列式为1的正交矩阵，由于旋转矩阵是一个正交矩阵，其逆(转置)描述了一个相反的旋转，其定义方式如下式所示；
a’＝R-1a＝RTa
RT刻画了一个相反的旋转。
欧氏变换还有一个平移，平移部分只需要将一个平移量加到旋转矩阵后的坐标上就可以，如下式所示：
a’＝Ra+t
t称为平移向量。将平移和旋转结合在一起将旋转矩阵重写为如下：
Figure BDA0003340289690000121
将一个三维向量的末尾添加1，变成四维向量，称为其次坐标，在这个四维向量里面,可以将旋转以及平移写在一个矩阵里面使得所有的管子变为线性关系；矩阵T称为转变换矩阵，将处理机得到的图片通过变换矩阵后变换后得到了驾驶员视角的图片显示效果。
S3.2、将转换处理好后的图像传给显示屏，显示屏将图像显示出来。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于应对人眼的位置变化而对图形进行动态处理的方法，其特征在于，具体过程为：
步骤一，通过车辆内部的摄像头对车内的驾驶员眼部视角进行定位；处理机根据采集到驾驶员眼部的位置计算出驾驶员的双眼距离摄像头的距离，进而推算出驾驶员的视角；
步骤二，通过设置在车辆外部的摄像头对车辆外部景象进行图像采集并送进处理机，处理机根据驾驶员视点的位置，对从车辆外部景象的图像进行挑选，在原图片的选区区域的大小由显示屏大小决定；
步骤三，挑选完成后，将再原图片挑选出来的图像传入设置在汽车制定显示屏，随后显示屏会显示出对应的图像；
持续循环步骤一至步骤三，以实现根据驾驶员眼部的位置的变化动态调整显示屏上显示的图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一的具体过程为：
S1.1、首先在车辆内部建立坐标系，(0，0，0)为车内坐标系的原点，并且测定三维坐标系的极限坐标位置(Xmax，Ymax，Zmax)和(Xmin，Ymin，Zmin)；
S1.2、通过设置在车辆内部的双目摄像头采集车辆内部环境的图像，然后对车辆内部环境的图像定位驾驶员的人眼位置；记左眼和右眼的坐标分别为(Xlefteye，Ylefteye，Zlefteye)、(Xrighteye,Yrighteye，Zrighteye)；取双眼中点，即眉心，作为定位标准,眉心的坐标为
Figure FDA0003340289680000011
Figure FDA0003340289680000012
S1.3、视角计算过程为：
人眉心坐标为(Xeye，Yeye，Zeye)；计算过程为：
Figure FDA0003340289680000021
Figure FDA0003340289680000022
Figure FDA0003340289680000023
显示屏和左眼瞳孔的距离L、显示屏和右眼瞳孔的距离为R,显示屏距离眉心的距离C分别为：
L＝(Xscr-Xlefteye)2+(Yscr-Ylefteye)2+(Zscr-Zlefteye)2
R＝(Xscr-Xrighteye)2+(Yscr-Yrighteye)2+(Zscr-Zrighteye)2
C＝(Xscr-Xeye)2+(Yscr-Yeye)2+(Zscr-Zeye)2
左眼瞳孔到达眉心的距离LC为：
LC＝(Xeye-Xlefteye)2+(Yeye-Ylefteye)2+(Zeye-Zlefteye)2
至此可以得到驾驶员的视角β：
Figure FDA0003340289680000024
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二的具体过程为：
S2.1、通过架设在车辆外部的双目摄像头采集到车辆外部景象的图像，存储进处理机的内存中；此时要读取车辆外部景象的图像的尺寸以及大小(Llength，Lwidth，size)，Llength为图像的长度，Lwidth为图像的宽度，size为图像的大小；
S2.2、在整幅图像中开设一个和显示屏屏幕大小相同的矩形窗口，显示屏屏幕的整体尺寸记为Mlength*Mwidth，用于确定要显示的盲区图像，Mlength为显示屏屏幕的长度，Mwidth为显示屏屏幕的宽度；
S2.3、根据已经得到的视点坐标，计算视点坐标与坐标系中各坐标轴的极限大小比值：
Figure FDA0003340289680000031
Figure FDA0003340289680000032
Figure FDA0003340289680000033
Xmax、Xmin为驾驶室内部能够看到的视野横坐标最大值以及最小值；、Ymax、Ymin为驾驶室内部能够看到的视野纵坐标最大值以及最小值；、Zmax、Zmin为驾驶室内部能够看到的视野Z轴坐标最大值以及最小值；以上参数在安装标定阶段确定；
S2.4、将驾驶员瞳孔位置以及视角对应的实时显示图像的显示区域挑选出来：
S2.4.1、将视点在车辆内部的相对位置映射到车辆外部景象的图像的位置，裁剪位置确定过程为：
X＝Ix*Llength
Y＝Iy*Lwidth
Z＝Iz*size
(X，Y，Z)为需要进行裁剪的中心位置坐标；
S2.4.2、对图像大小进行缩放运算：
将车辆外部景象的图像的大小变化为原始大小的size倍；
S2.4.3、将车辆外部景象的图像中需要显示的区域挑选出来；
至此得到了最终的裁剪区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，将裁剪后的图片进行降噪后，将图像所在的坐标系转换为人眼所在的坐标系，得到最终的图像并输出至显示屏中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三的具体过程为：
S3.1、坐标系转换
将其需要显示的图像裁剪下来后，在经过图像处理、降噪后将图像所在的坐标系转换为驾驶员的瞳孔视点和视角所在的坐标系，得到最终的图像并输出至显示屏中；
所述坐标系转换即将一个坐标系经过旋转与移动转换为另一个坐标系，将一个坐标系中的图像经过如下位置变换一样可以得到另一坐标系中的图像显示效果，此为坐标系之间的欧氏变换，变换公式如下公式所示；
Figure FDA0003340289680000041
矩阵R为一个旋转矩阵，刻画了一个向量坐标旋转前后同一个向量的坐标变换关系，旋转矩阵是一个行列式为1的正交矩阵，由于旋转矩阵是一个正交矩阵，其逆描述了一个相反的旋转，其定义方式如下式所示；
a’＝R-1a＝RTa
RT刻画了一个相反的旋转；
欧氏变换还有一个平移，平移部分只需要将一个平移量加到旋转矩阵后的坐标上就可以，如下式所示：
a’＝Ra+t
t称为平移向量；将平移和旋转结合在一起将旋转矩阵重写为如下：
Figure FDA0003340289680000051
将一个三维向量的末尾添加1，变成四维向量，称为其次坐标，在这个四维向量里面,可以将旋转以及平移写在一个矩阵里面使得所有的管子变为线性关系；矩阵T称为转变换矩阵，将处理机得到的图片通过变换矩阵后变换后得到了驾驶员视角的图片显示效果；
S3.2、将转换处理好后的图像传给显示屏，显示屏将图像显示出来。
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