CN113918024B - 用于透明a柱曲面屏幕的去畸变方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法、装置及存储介质。该方法包括:结合驾驶员眉心坐标,实现平面屏显示图像至曲面屏显示图像的映射,去除畸变的效果随着驾驶员视角变化而变化;通过曲面建模并分块的方式映射图像而非逐像素点映射,同时保证了计算实时性与去畸变效果。
Description
技术领域
本发明涉及透明A柱,尤其涉及透明A柱曲面屏去畸变方法。
背景技术
透明A柱在实际产品中的应用一般是在汽车A柱上安装一块屏幕用于显示被A柱遮挡的画面,以达到透明A柱的效果。一般的透明A柱屏幕采用平面屏幕,将屏幕嵌入A柱的内饰板上,直接将A柱的遮挡画面显示在屏幕上。
平面屏在实际使用过程中驾驶员的体验效果有以下缺点:当平面屏与驾驶员视线夹角较小时,受屏幕可视角度影响,驾驶员难以看清A柱屏幕上的画面;其次平面屏嵌入A柱内饰板上之后,能够显示的区域进一步减小,难以达到透明A柱去除A柱遮挡区域的最佳效果。此外,在汽车设计中需要考虑汽车内部整体造型的美观,平面屏很难与A柱内饰板完美融合。因此越来越多汽车制造商在选择透明A柱屏幕时开始使用柔性曲面屏代替平面屏,曲面屏可以更好的与A柱内饰板融合而不显突兀,此外,曲面屏可以显示更大的遮挡区域,并且驾驶员可以在更多角度看清A柱屏幕。
然而,曲面屏用于透明A柱屏幕仍存在以下缺点:
首先,画面扭曲与畸变。曲面屏在显示画面时相当于将一幅画贴在圆柱体表面,从驾驶员视角观察屏幕时可以看到画面有明显的扭曲,使得A柱画面出现严重的不真实感,这种情况将严重影响透明A柱的用户体验。
其次,视角影响。不同的视角下扭曲的程度与畸变的情况均不相同,不同的驾驶员感受到不同程度的扭曲与畸变。
因此,亟需一种透明A柱曲面屏去畸变的方案。
发明内容
为了克服现有的透明A柱曲面屏显示的图像存在扭曲和畸变的问题,本发明提供了一种用于透明A柱曲面屏幕去畸变方法,所述方法包括:
虚构一块与所述透明A柱曲面屏幕的显示范围相同的虚拟平面屏;
实时跟踪并获得驾驶员的眉心3D坐标;
建立曲面屏幕坐标系并在所述曲面屏幕坐标系下对所述曲面屏幕进行建模,根据建模的模型以及曲面屏幕参数获得所述曲面屏幕上任意点的像素坐标对应到所述曲面屏幕坐标系下该点的3D坐标,其中所述曲面屏幕上任意点的像素坐标根据所述曲面屏幕参数得到;
计算所述虚拟平面屏在所述曲面屏幕坐标系下的平面表达式,以便根据所述平面表达式得到所述虚拟平面屏上任意点在所述曲面屏幕坐标系下的3D坐标;
将所述曲面屏幕分为n*m块区域,得到(n+1)*(m+1)个屏幕块顶点,并根据各所述屏幕块顶点的像素坐标,计算各所述屏幕块顶点在所述曲面屏幕坐标系下的3D坐标;
将驾驶员的眉心3D坐标转换至所述曲面屏幕坐标系下;
计算驾驶员视角下所述曲面屏幕的各屏幕块顶点的3D坐标对应到所述虚拟平面屏的3D坐标并进而计算出对应到所述虚拟平面屏的像素坐标,包括:
驾驶员的眉心与所述曲面屏幕的各屏幕块顶点构成一条直线,该直线与所述虚拟平面屏会有一个交点,根据坐标转换后的所述驾驶员眉心的3D坐标和所述曲面屏幕的各屏幕块顶点的3D坐标计算得到各屏幕块顶点与眉心构成的直线与所述虚拟平面屏的交点的3D坐标,并根据所述虚拟平面屏的分辨率及物理尺寸获得所述交点在所述虚拟平面屏上的像素坐标;
根据所述曲面屏幕的各屏幕块顶点的像素坐标及其对应到所述虚拟平面屏的像素坐标获得各屏幕块从所述虚拟平面屏到所述曲面屏幕的透视变换矩阵,根据所述透视变换矩阵将所述虚拟平面屏上的图像块通过所述透视变换矩阵映射至所述曲面屏幕,最终获得显示在所述曲面屏幕上的无扭曲与畸变的图像。
在一个实施例中,所述显示范围相同定义为:想象对一个圆柱体进行纵切,被纵切下的那部分圆柱体的外表面为所述曲面屏幕,纵切后得到的纵切面则为与所述曲面屏幕的显示范围相同的所述虚拟平面屏。
在一个实施例中,所述透视变换矩阵具有驾驶员的眉心坐标信息。
在一个实施例中,所述曲面屏幕坐标系的X轴平行于所述曲面屏幕的短边,Y轴平行于所述曲面屏幕的长边,根据右手定则确定Z轴。
在一个实施例中,所述驾驶员的眉心3D坐标为驾驶员监测相机自身坐标系下。
在一个实施例中,所述曲面屏幕参数包括屏幕物理尺寸、曲率以及分辨率。
在一个实施例中,所述虚拟平面屏的屏幕物理尺寸根据所述曲面屏幕物理尺寸获得,所述虚拟平面屏的分辨率为预设。
本发明还提供了一种用于透明A柱曲面屏幕的去畸变装置,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令,所述处理器运行所述计算机指令时执行如上述用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行如上述用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法。
本发明具有以下极为有益的技术效果:
首先,本发明结合驾驶员眉心坐标,实现平面屏显示图像至曲面屏显示图像的映射,去除畸变的效果随着驾驶员视角变化而变化。
其次,本发明通过曲面建模并分块的方式映射图像而非逐像素点映射,同时保证了计算实时性与去畸变效果。
再次,曲面屏通过去畸变处理后在驾驶员的用户体验上有了极大提升。
附图说明
本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是,附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中,相同的附图标记代表相同或类似的元素。
图1示出根据本发明一实施例的用于透明A柱曲面屏去畸变方法的流程图。
图2示出根据本发明一实施例的用于透明A柱曲面屏去畸变方法的示意图。
具体实施方式
以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点,其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施,且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图,本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
现有的用于透明A柱的曲面屏幕存在以下缺点:
首先,画面扭曲与畸变。曲面屏幕在显示画面时相当于将一幅画贴在圆柱体表面,从驾驶员视角观察屏幕时可以看到画面有明显的扭曲,使得A柱画面出现严重的不真实感,这种情况将严重影响透明A柱的用户体验。
其次,视角影响。不同的视角下扭曲的程度与畸变的情况均不相同,不同的驾驶员感受到不同程度的扭曲与畸变。
为了解决驾驶员视角下观察透明A柱画面出现画面扭曲与畸变的问题,本发明提供了一种用于透明A柱曲面屏去畸变方法,该方法结合驾驶员眉心坐标去除曲面屏畸变,在驾驶员视角下实时去除畸变;同时,该方法通过曲面建模并分块的方式映射图像而非逐像素点映射,同时保证了计算实时性与去畸变效果。
图1示出根据本发明一实施例的用于透明A柱曲面屏去畸变方法的流程图。该方法包括,但不限于,以下步骤:
步骤101:假设存在一块能够显示与透明A柱曲面屏幕相同范围的虚拟平面屏,即虚构一块与透明A柱曲面屏幕的显示范围相同的虚拟平面屏;通过透明A柱系统(其包括摄像头、运算处理器)获取可以在该虚拟平面屏上正常显示的非畸变的显示图像。
显示与曲面屏幕相同范围的虚拟平面屏定义如下:想象为对一个圆柱体进行纵切,被纵切下的那部分圆柱体的外表面为曲面屏幕,纵切后得到的纵切面则为与该曲面屏幕显示“范围相同”的虚拟平面屏。参见图2所示的虚拟平面与曲面屏幕。
步骤102:通过驾驶员监测相机实时跟踪并获得驾驶员的眉心3D坐标。在一个实施例中,眉心3D坐标为驾驶员监测相机自身坐标系下。
步骤103:建立曲面屏幕坐标系O,如附图2所示,X轴平行于曲面屏幕的短边(圆弧的弦),Y轴平行于曲面屏幕长边,根据右手定则确定Z轴;对曲面屏建模,建模后屏幕上任意点在曲面屏幕坐标系下的3D坐标即可知,即根据建模及曲面屏幕参数(例如,曲面屏幕物理尺寸以及曲面屏幕的分辨率),即可获得曲面屏幕上任意点的像素坐标对应到曲面屏幕坐标系下该点的3D坐标。
曲面屏幕参数为已知,包括屏幕物理尺寸、曲率以及分辨率;虚拟平面屏的屏幕物理尺寸可根据曲面屏幕物理尺寸获得,分辨率为预设。在一个实施例中,虚拟平面屏的分辨率可设置为与曲面屏幕参数一致。
步骤104:求解虚拟平面屏在曲面屏幕坐标系下的平面表达式(即参数方程),由此得到虚拟平面屏上任意点在曲面屏幕坐标系下的3D坐标。
步骤105:将透明A柱曲面屏分为n*m块区域,得到(n+1)*(m+1)个屏幕块顶点。根据屏幕块各顶点的像素坐标,计算各顶点在曲面屏幕坐标系下的3D坐标。
步骤106:将驾驶员眉心3D坐标转换至曲面屏幕坐标系下。
步骤107:计算驾驶员视角下曲面屏幕的屏幕块顶点的3D坐标对应到虚拟平面屏的3D坐标并进而计算出像素坐标。具体而言,如图2所示,驾驶员眉心与曲面屏幕的屏幕块顶点构成一条直线,该直线与虚拟平面屏会有一个交点,根据驾驶员眉心3D坐标和曲面屏幕的各屏幕块顶点的3D坐标可计算得到所有屏幕块顶点与眉心构成直线与虚拟平面屏的交点的3D坐标,并根据虚拟平面屏的分辨率及物理尺寸获得交点在虚拟平面屏上的像素坐标。
本发明采用对曲面屏分块,继而根据块顶点与眉心所构成的直线与平面屏求交,而并非对平面屏分块,继而根据块顶点与眉心所构成的直线与曲面屏求交,原因在于求解交点时,计算直线与平面的交点的计算量与复杂程度远低于计算直线与曲面的交点的计算量与复杂程度。
步骤108:根据曲面屏上屏幕块顶点的像素坐标及其对应的虚拟平面屏的像素坐标可以获得各屏幕块从虚拟平面屏到曲面屏幕的透视变换矩阵,根据透视变换矩阵可将虚拟平面屏上的图像块通过透视变换矩阵映射至曲面屏,最终获得可以显示在曲面屏上的无扭曲和畸变的图像,由于映射结合了驾驶员眉心坐标信息,因此驾驶员视角下曲面屏画面无扭曲与畸变。其中,每个屏幕块具有四个屏幕块顶点,即,需要至少属于一个屏幕块的四个屏幕块顶点的像素坐标以及其对应的虚拟平面屏的像素坐标才能构成透视变换矩阵。一个透视变换矩阵代表了一个屏幕块从虚拟平面屏到曲面屏幕的映射关系。
本发明提供了一种用于透明A柱曲面屏幕去畸变方法,所述方法包括:
虚构一块与透明A柱曲面屏幕的显示范围相同的虚拟平面屏;
实时跟踪并获得驾驶员的眉心3D坐标;
建立曲面屏幕坐标系并在所述曲面屏幕坐标系下对所述曲面屏幕进行建模,根据建模的模型以及曲面屏幕参数获得所述曲面屏幕上任意点的像素坐标对应到所述曲面屏幕坐标系下该点的3D坐标,其中所述曲面屏幕上任意点的像素坐标根据所述曲面屏幕参数得到;
计算所述虚拟平面屏在所述曲面屏幕坐标系下的平面表达式,以便根据所述平面表达式得到所述虚拟平面屏上任意点在曲面屏幕坐标系下的3D坐标;
将所述曲面屏幕分为n*m块区域,得到(n+1)*(m+1)个屏幕块顶点,并根据各所述屏幕块顶点的像素坐标,计算各所述屏幕块顶点在所述曲面屏幕坐标系下的3D坐标;
将驾驶员的眉心3D坐标转换至所述曲面屏幕坐标系下;
计算驾驶员视角下所述曲面屏幕的各屏幕块顶点的3D坐标对应到所述虚拟平面屏的3D坐标并进而计算出对应到所述虚拟平面屏的像素坐标,包括:
驾驶员的眉心与所述曲面屏幕的各屏幕块顶点构成一条直线,该直线与所述虚拟平面屏会有一个交点,根据坐标转换后的所述驾驶员眉心的3D坐标和所述曲面屏幕的各屏幕块顶点的3D坐标计算得到各屏幕块顶点与眉心构成的直线与所述虚拟平面屏的交点的3D坐标,并根据所述虚拟平面屏的分辨率及物理尺寸获得所述交点在所述虚拟平面屏上的像素坐标;
根据所述曲面屏幕的各屏幕块顶点的像素坐标及其对应到所述虚拟平面屏的像素坐标获得各屏幕块从所述虚拟平面屏到所述曲面屏幕的透视变换矩阵,根据所述透视变换矩阵将所述虚拟平面屏上的图像块通过所述透视变换矩阵映射至所述曲面屏幕,最终获得可以显示在所述曲面屏幕上的无扭曲与畸变的图像。
在一个实施例中,所述显示范围相同定义为:想象对一个圆柱体进行纵切,被纵切下的那部分圆柱体的外表面为所述曲面屏幕,纵切后得到的纵切面则为与所述曲面屏幕的显示范围相同的所述虚拟平面屏。
在一个实施例中,所述透视变换矩阵具有驾驶员的眉心坐标信息。
在一个实施例中,所述曲面屏幕坐标系的X轴平行于所述曲面屏幕的短边,Y轴平行于所述曲面屏幕的长边,根据右手定则确定Z轴。
在一个实施例中,所述驾驶员的眉心3D坐标为驾驶员监测相机自身坐标系下。
在一个实施例中,所述曲面屏幕参数包括屏幕物理尺寸、曲率以及分辨率。
在一个实施例中,所述虚拟平面屏的屏幕物理尺寸根据所述曲面屏幕物理尺寸获得,所述虚拟平面屏的分辨率为预设。
本发明还提供了一种用于透明A柱曲面屏幕的去畸变装置,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令,所述处理器运行所述计算机指令时执行如上述用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行如上述用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法。
本发明具有以下极为有益的技术效果:
首先,本发明结合驾驶员眉心坐标,实现平面屏显示图像至曲面屏显示图像的映射,去除畸变的效果随着驾驶员视角变化而变化。
其次,本发明通过曲面建模并分块的方式映射图像而非逐像素点映射,同时保证了计算实时性与去畸变效果。
再次,曲面屏通过去畸变处理后在驾驶员的用户体验上有了极大提升。
这里采用的术语和表述方式只是用于描述,本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征,应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的,权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
同样,需要指出的是,虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述,但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换,因此,只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
Claims (9)
1.一种用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法,其特征在于,所述方法包括:
虚构一块与所述透明A柱曲面屏幕的显示范围相同的虚拟平面屏;
实时跟踪并获得驾驶员的眉心3D坐标;
建立曲面屏幕坐标系并在所述曲面屏幕坐标系下对所述曲面屏幕进行建模,根据建模以及曲面屏幕参数获得所述曲面屏幕上任意点的像素坐标对应到所述曲面屏幕坐标系下该点的3D坐标,其中所述曲面屏幕上任意点的像素坐标根据所述曲面屏幕参数得到;
计算所述虚拟平面屏在所述曲面屏幕坐标系下的平面表达式,以便根据所述平面表达式得到所述虚拟平面屏上任意点在所述曲面屏幕坐标系下的3D坐标;
将所述曲面屏幕分为n*m块区域,得到(n+1)*(m+1)个屏幕块顶点,并根据各所述屏幕块顶点的像素坐标,计算各所述屏幕块顶点在所述曲面屏幕坐标系下的3D坐标;
将驾驶员的眉心3D坐标转换至所述曲面屏幕坐标系下;
计算驾驶员视角下所述曲面屏幕的各屏幕块顶点的3D坐标对应到所述虚拟平面屏的3D坐标并进而计算出对应到所述虚拟平面屏的像素坐标,包括:
驾驶员的眉心与所述曲面屏幕的各屏幕块顶点构成一条直线,该直线与所述虚拟平面屏会有一个交点,根据坐标转换后的所述驾驶员眉心的3D坐标和所述曲面屏幕的各屏幕块顶点的3D坐标计算得到各屏幕块顶点与眉心构成的直线与所述虚拟平面屏的交点的3D坐标,并根据所述虚拟平面屏的分辨率及物理尺寸获得所述交点在所述虚拟平面屏上的像素坐标;
根据所述曲面屏幕的各屏幕块顶点的像素坐标及其对应到所述虚拟平面屏的像素坐标获得各屏幕块从所述虚拟平面屏到所述曲面屏幕的透视变换矩阵,根据所述透视变换矩阵将所述虚拟平面屏上的图像块通过所述透视变换矩阵映射至所述曲面屏幕,最终获得显示在所述曲面屏幕上的无扭曲与畸变的图像。
2.如权利要求1所述的用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法,其特征在于,所述显示范围相同定义为:想象对一个圆柱体进行纵切,被纵切下的那部分圆柱体的外表面为所述曲面屏幕,纵切后得到的纵切面则为与所述曲面屏幕的显示范围相同的所述虚拟平面屏。
3.如权利要求1所述的用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法,其特征在于,所述透视变换矩阵具有驾驶员的眉心坐标信息。
4.如权利要求1所述的用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法,其特征在于,所述曲面屏幕坐标系的X轴平行于所述曲面屏幕的短边,Y轴平行于所述曲面屏幕的长边,根据右手定则确定Z轴。
5.如权利要求1所述的用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法,其特征在于,所述驾驶员的眉心3D坐标为驾驶员监测相机自身坐标系下。
6.如权利要求1所述的用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法,其特征在于,所述曲面屏幕参数包括屏幕物理尺寸、曲率以及分辨率。
7.如权利要求6所述的用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法,其特征在于,所述虚拟平面屏的屏幕物理尺寸根据所述曲面屏幕物理尺寸获得,所述虚拟平面屏的分辨率为预设。
8.一种用于透明A柱曲面屏幕的去畸变装置,其特征在于,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令,所述处理器运行所述计算机指令时执行如权利要求1至7任一项所述用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行如权利要求1至7任一项所述用于透明A柱曲面屏幕的去畸变方法。
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