CN115018942A - 用于车辆的图像显示的方法和设备 - Google Patents

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CN115018942A CN202210599764.1A CN202210599764A CN115018942A CN 115018942 A CN115018942 A CN 115018942A CN 202210599764 A CN202210599764 A CN 202210599764A CN 115018942 A CN115018942 A CN 115018942A
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Abstract

本发明涉及车辆的人机交互领域。本发明提供一种用于车辆的图像显示的方法，所述方法包括以下步骤：S1：获取用于在车辆的显示单元上显示的预定义场景的第一图像，所述第一图像对应于第一视野范围；S2：实时地检测车辆的驾驶员的当前视点位置；S3：基于驾驶员的当前视点位置从第一图像截取第二图像，所述第二图像对应于小于第一视野范围的第二视野范围；S4：借助车辆的显示单元将第二图像显示给驾驶员。本发明还涉及一种用于车辆的图像显示的设备、一种用于车辆的电子后视系统和一种机器可读的存储介质。在本发明中，过电子显示单元模拟运动视差，以通过更安全的交互方式为驾驶员提供所需的后视车况。

Description

用于车辆的图像显示的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的图像显示的方法，本发明还涉及一种用于车辆的图像显示的设备、一种用于车辆的电子后视系统和一种机器可读的存储介质。
背景技术
随着技术的发展，电子后视镜由于能够减少风阻、亮度可调等优点而逐渐成为趋势。但是电子后视镜的最大缺点是，当驾驶员改变头部位置或观看角度时，电子后视镜中的显示内容并不会随之变化，这使得驾驶员无法简便地通过运动视差而获得不同后方视野，而是需要通过触控等复杂交互方式来切换显示视角，因此在很多情况下容易造成交通隐患。
为此，现有技术中提出一种图像处理装置，其根据驾驶员的视点位置相对于参考视点的位置偏差来更新显示图像。
此外，还已知一种具有运动视差的三维显示方法，其中通过考虑观看者的左右眼位置变化来调整在显示设备上的立体视觉表示。
但是，上述解决方案仍存在诸多不足，特别是，目前主要通过监测驾驶员的运动来控制摄像头的旋转/平移运动，或者从多个摄像头中选择合适的摄像头作为图像信号源。但是，这需要在车辆上额外部署摄像头的运动轨道和驱动机构，或者要求在车辆上针对同一视野方向安装多个摄像头，因此现有方案在实现方式上仍具有较大难度。
在这种背景下，期待提供一种通过电子显示模拟运动视差的方案，以通过更安全的交互方式为驾驶员提供所需的后视车况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于车辆的图像显示的方法、一种用于车辆的图像显示的设备、一种用于车辆的电子后视系统和一种机器可读的存储介质，以至少解决现有技术中的部分问题。
根据本发明的第一方面，提供一种用于车辆的图像显示的方法，所述方法包括以下步骤：
获取用于在车辆的显示单元上显示的预定义场景的第一图像，所述第一图像对应于第一视野范围；
实时地检测车辆的驾驶员的当前视点位置；
基于驾驶员的当前视点位置从第一图像截取第二图像，所述第二图像对应于小于第一视野范围的第二视野范围；以及
借助车辆的显示单元将第二图像显示给驾驶员。
本发明尤其包括以下技术构思：由于不直接在显示单元上显示完整的第一图像，而是仅显示其局部，因此能够为驾驶员的不同视点位置预留出视野变换空间。由此，即使车载摄像头被固定地安装，也能通过图像变换实现运动视差模拟效果。在总体上，使车辆驾驶员通过简单的交互方式掌握更全面的后方交通信息，提高了交通安全性。
可选地，所述步骤S3包括：
基于驾驶员从当前视点位置观察显示单元时从驾驶员的双眼到达显示单元的反射表面的边缘处的入射角度确定第二视野范围的大小以及第二视野范围相对于第一视野范围的位置；以及
基于所确定的第二视野范围的大小以及第二视野范围相对于第一视野范围的位置，从第一图像截取第二图像。
由此，实现以下技术优点：使第二视野范围的大小适配于真实反光镜的镜场范围，从而以更加逼真的方式模拟从不同角度观察真实反光镜时的视觉变换效果。
可选地，所述步骤S3还包括：
求取驾驶员的当前视点位置相对于历史视点位置的位置变化量，其中，已经在车辆的显示单元上显示出基于历史视点位置从第一图像截取的历史第二图像，所述历史第二图像对应于小于第一视野范围的历史第二视野范围；
将所述位置变化量换算成第二视野范围相对于历史第二视野范围的视野补偿量；以及
基于所述视野补偿量，通过在第一图像中对历史第二图像执行平移变换和/或缩放变换来产生第二图像。
由此，实现以下技术优点：通过这种视觉补偿方案，无需针对每次视点变换都执行完整的图像处理过程，而是可以基于历史记录位置更快速定位出新的第二图像，减小了图像显示方面的延迟并且降低了计算开销。
可选地，所述步骤S4还包括：借助车辆的显示单元显示出从历史第二图像过渡到第二图像的视野变换过程。
由此，实现以下技术优点：通过向驾驶员显示视角变换动画，可以让驾驶员体验到被显示的图像随其视角连续变化的动态效果，使电子显示方式更加趋近于物理镜的真实反光效果。
可选地，所述预定义场景包括车辆后方的交通环境，所述第一图像借助布置在车辆上的一个或多个摄像头拍摄，所述一个或多个摄像头具有对应于第一视野范围的视场角。
由此，实现以下技术优点：通过将第一视野范围选择成摄像头的视场角，只需要通过视差补偿实现虚拟视角变换，而不需要使真实摄像头移动，由此减小了可移动摄像头的部署开销并提高了行车安全性。
可选地，所述预定义场景包括虚拟动画场景，所述第一图像包括关于虚拟动画场景的图片和/或照片，所述第一视野范围对应于借助虚拟摄像头拍摄所述图片和/或照片时的虚拟视场角。
由此，实现以下技术优点：除了能够通过调整坐姿来观看不同的后视车况，而且还能在其他类型的显示单元上体验到跟随眼动的动态壁纸效果，丰富了人机交互体验，也拓展了本方案的应用场景。
可选地，所述第一视野范围被选择为使得对于驾驶员的所有可能的视点位置而言，车辆后方的交通环境通过显示单元上的显示对于驾驶员可见；和/或
所述第一视野范围被选择为使得在从第一图像截取第二图像时经历的像素损失低于预设阈值。
由此，实现以下技术优点：通过对第一视野范围的限制要求，能确保驾驶员通过显示单元观察到的图像完整且清晰，且在此不存在如下风险：由于驾驶员头部移动到极限位置而导致所要求的视野内容超出第一视野范围。
根据本发明的第二方面，提供一种用于车辆的图像显示的设备，所述设备用于根据本发明的第一方面所述的方法，所述设备包括：
获取模块，所述获取模块被配置为能够获取用于在车辆的显示单元上显示的预定义场景的第一图像，所述第一图像对应于第一视野范围；
检测模块，所述检测模块被配置为能够实时地检测车辆的驾驶员的当前视点位置；
处理模块，所述处理模块被配置为能够基于驾驶员的当前视点位置从第一图像截取第二图像，所述第二图像对应于小于第一视野范围的第二视野范围；以及
控制模块，所述控制模块被配置为能够借助车辆的显示单元将第二图像显示给驾驶员。
根据本发明的第三方面，提供一种用于车辆的电子后视系统，所述电子后视系统包括：
摄像头，所述摄像头被配置为拍摄车辆后方的交通环境；
显示单元，所述显示单元被配置为将车辆后方的交通环境显示给驾驶员；以及
根据本发明的第二方面所述的设备，所述设备被配置为控制所述交通环境在显示单元上的显示。
根据本发明的第四方面，提供一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序用于当在计算机上运行时执行根据本发明的第一方面所述的方法。
附图说明
下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的电子后视系统的框图，该电子后视系统包括用于车辆的图像显示的设备；
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的图像显示的方法的流程图；
图3a和图3b示出了在一个示例性应用场景中使用根据本发明的方法的流程图；
图4示出了从第一图像截取第二图像的过程的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的电子后视系统的框图，该电子后视系统包括用于车辆的图像显示的设备。
车辆1包括电子后视系统2，该电子后视系统2包括布置在车辆1上的多个摄像头21、22、23、显示单元31、32、33以及用于车辆1的图像显示的设备10。在该示例中，第一和第二摄像头21、22安装于车身侧面的A柱处，第三摄像头23安装于车辆尾部并例如与倒车影像摄像头相同地或不同地构造。这三个摄像头21、22、23用于拍摄车辆1后方的交通环境并分别具有不同的图像采集角度。相应地，第一摄像头21拍摄到的左侧后方交通环境用于在车舱内的第一显示单元31上示出，第二和第三摄像头22、23所拍摄的图像则分别被传输给第二和第三显示单元32、33。这里，显示单元31、32、33例如可以构造为车辆的抬头显示器(HUD：Heads-up-Display)、娱乐系统显示器(HU：Head Unit)、仪表盘(IC：InstrumentCluster)以及集中式车载显示器(CIVIC：Centralized In-Vehicle IntegrationComputer)等。
为了能够控制后视交通环境在显示单元31、32、33上的显示，设备10包括获取模块11、检测模块12、处理模块13和控制模块14，这些模块在通信技术上彼此连接。
获取模块11连接到车辆1的各个摄像头21、22、23，以便从那里接收用于在显示单元31、32、33上显示的预定义场景的第一图像，这里，第一图像对应于第一视野范围。例如，第一摄像头21以100°的视场角(Field of View，FOV)来进行后视交通环境的拍摄，那么100°的视场角则相应于第一视野范围，由第一摄像头21拍摄的图像则相应于第一图像，这种第一图像不直接被呈现在第一显示单元31上。此外还可能的是，获取模块11连接到车辆1的其他类型的环境传感器24、25(例如激光雷达传感器和超声波传感器)，以便能够基于传感器融合技术实现车辆1的后视交通环境的检测。
检测模块12例如构造为或连接到视线跟踪装置，以便能够对驾驶员的头部姿态、视线方向、瞳孔位置执行检测和跟踪，并由此确定驾驶员在每个时刻的视点位置。此外，检测模块12例如也可以集成有面部识别功能，以便能够结合驾驶员身份信息调取出常用视点位置。
处理模块13从获取模块11和检测模块12接收第一图像以及驾驶员的当前视点位置，然后处理模块13会基于驾驶员的当前视点位置从第一图像截取第二图像，该第二图像对应于小于第一视野范围的第二视野范围。作为示例，如果第一视野范围是第一摄像头21的100°的视场角，那么第二视野范围例如是从第一摄像头21出发的80°的视场角。作为另一示例，第二视野范围是第一显示单元31被构造为物理反光镜时对应的镜场范围。在第二种示例情况下需要保证的是，第一摄像头21的视场角大于第一显示单元31被构造为反光镜时对应的镜场范围大小。
控制模块14连接到处理模块13和车辆1的各个显示单元31、32、33，以便借助车辆1的显示单元31、32、33将经截取的第二图像显示给驾驶员。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的图像显示的方法的流程图。该方法示例性地包括步骤S1-S4，并且例如可以在使用图1所示的设备10的情况下实施。
首先在步骤S1中，获取用于在车辆的显示单元上显示的预定义场景的第一图像，该第一图像对应于第一视野范围。
在本发明的意义上，第一图像对应于第一视场范围理解为第一图像以第一视野范围检测或生成。
作为示例，预定义场景包括车辆后方的交通环境，第一图像涉及由车辆上的一个或多个摄像头拍摄的实时视频流中的单帧图像，此时第一视野范围例如表示摄像头的视场角，即摄像头所覆盖的角度范围(超出此范围的交通环境不会被捕获在镜头里)。
作为另一示例，预定义场景包括虚拟动画场景，第一图像包括关于虚拟动画场景的图片和/或照片，第一视野范围对应于借助虚拟摄像头拍摄所述图片和/或照片时的虚拟视场角。还可能的是，第一视野范围对应于所述图片和/或照片的完整尺寸，因此第一视野范围例如还可以以面积、长度、像素表示。
在步骤S2中，实时地检测车辆的驾驶员的当前视点位置。
作为示例，可以借助位于车辆仪表盘中的视线跟踪装置(内置有摄像头)捕获驾驶员的眼部位置作为视点位置，此外也可以进一步检测驾驶员的瞳孔位置并由此附加地确定视线方向。
作为另一示例，也可以从附接到驾驶员头部的可穿戴式眼动追踪装置接收驾驶员的眼部特征信息，并由此实时计算出当前视点位置。
在步骤S3中，基于驾驶员的当前视点位置从第一图像截取第二图像，该第二图像对应于小于第一视野范围的第二视野范围。
在本发明的意义上，第二视野范围的大小可以被构造为固定的可变的，但是无论如何需要确保的是：其小于第一视野范围的大小并落在第一视野范围所限定的空间区域内。
在最简单的情况下，第一和第二视野范围可以以角度为单位。但是还可能的是，第一和第二视野范围分别以面积、长度、像素为单位。
作为示例，如果之前尚未根据驾驶员的任何视点位置获得过历史第二图像，则需要基于驾驶员从当前视点位置观察显示单元时从驾驶员的双眼到达显示单元的反射表面的边缘处的入射角度计算出第二视野范围的大小，并定位出第二视野范围相对于第一视野范围的位置。然后，基于第二视野范围的大小以及第二视野范围相对于第一视野范围的位置，从第一图像截取第二图像。这例如可以借助物理或数学模型来实现，或者也可借助经训练的人工神经网络或机器学习模块来实现。
作为另一示例，如果已经预先存储有关于驾驶员常用视点位置以及相应的历史第二图像，或者如果已经针对驾驶员的历史视点位置从第一图像中截取出历史第二图像，那么例如可以借助相应的视差补偿算法来实现动态的视差补偿。在此，如果第二视野范围的大小是固定的，则当驾驶员移动视点位置时，这种位置变化量只会引起第二图像在第一图像中的平移变换。因此，视点位置的位置变化量被换算为第二视野范围的视野补偿量(这例如以沿着相应轴线的向量表示并通常以像素为单位)，如果期望得到更新的第二图像则仅需将之前截取的历史第二图像进行平移操作。例如，历史第二图像的中心点在像素坐标系中的坐标为(x1，y1)，目前已经基于视点位置的变化确定第二视野范围相对于历史第二视野范围的视野补偿量为(Δx，Δy)，那么经平移之后的第二图像的新的中心点的坐标例如为(x1+Δx，y1+Δx)。如果第二视野范围的大小不是固定的，而是随着驾驶员的当前视点位置的变换而改变，则除了需要对历史第二图像执行平移操作以外，还需要对其执行缩放操作或透视变换操作。
在步骤S4中，借助车辆的显示单元将第二图像显示给驾驶员。
作为示例，可以将第二图像以“全屏”形式展现在显示单元上。
作为另一示例，在示出第二图像的同时还附加地(例如以辅助窗口形式)示出第一图像，以便让驾驶员掌握后方交通环境的全貌。
作为另一示例，在从历史第二图像切换到第二图像时，还可以以视野变换动画的形式将这种过渡可视化。例如，可以示出从历史视点位置到当前视点位置的轨迹上的所有可能视点位置对应的所有第二图像，由此让驾驶员更好地了解到：当其朝着确定方向改变头部或眼部位置时，显示单元中的内容将会以何种趋势发生变化，从而便于驾驶员采取更准确的动作来在显示单元上获得期望显示内容。
图3a和图3b示出了在一个示例性应用场景中使用根据本发明的方法的流程图。
在图3a中，借助车辆的摄像头21以视场角210拍摄车辆后方的实时交通环境，该视场角210对应于第一视野范围210。可以看出，摄像头21的第一视野范围210完整地覆盖了后方交通环境中的第一车辆4和第二车辆5。由摄像头21拍摄的实时交通环境用于在显示单元31上显示。
此时，针对驾驶员的历史视点位置3在显示单元31上显示出后方交通环境的历史第二图像。当驾驶员位于历史视点位置3处时，从驾驶员双眼发出的视线120以一定角度入射到达显示单元31的反射表面上，相应的反射线与入射线关于反射表面的法向量成相同角度，于是由显示单元31边缘处出射的所有反射线限定出本发明意义上的历史第二视野范围220。
如图3a所示，历史第二视野范围220在角度范围方面明显小于第一视野范围210，因此从第二视野范围210出发，只能观测到后方的交通环境中的第一车辆4以及第二车辆5的局部，此时第二车辆5的一部分位于历史第二视野范围220之外因此未在显示单元31上示出。
在图3b中，驾驶员期望通过移动其头部而在显示单元31上完整地观察到第二车辆5，相应地，驾驶员的视点位置也发生了变化(从历史视点位置3变换为当前视点位置3')。此时，针对驾驶员的当前视点位置3'在显示单元31上显示出后方交通环境的更新的第二图像。当驾驶员来到当前视点位置3'时，从驾驶员双眼发出的视线130以另一角度入射到达显示单元31的反射表面，因此相应的反射线也以另一角度出射并限定出新的第二视野范围230。基于驾驶员的视点位置的位置变化量，可以计算出该第二视野范围230相对于历史第二视野范围220的视野补偿量，从图3b所示实施例中可以看出，第二视野范围230相对于历史第二视野范围220例如向左平移了一定距离，因此所对应的视野内容也发生了改变。通过这种视野变化，后方交通环境中之前未被完整示出的第二车辆5已经完全落入了平移之后的第二视野范围230。因此，驾驶员能够从显示单元31上示出的第二图像中观察到第二车辆5的完整轮廓。
图4示出了从第一图像截取第二图像的过程的示意图。
参考图4，以点划线示出了用于在车辆的显示单元上显示的预定义场景的第一图像410，该第一图像410例如可以是借助车辆的摄像头拍摄的实时图像，或者该第一图像410也可以是预存储的图片或照片。为了适应驾驶员的视点位置变换，第一图像410不会直接以满屏方式显示在车辆的显示单元上。
在该实施例中，还针对驾驶员的三个不同视点位置示出了从第一图像410中所截取的三个第二图像420、420'、420”，这分别借助实线矩形框示出。
处于中间位置的第二图像420对应于驾驶员的第一视点位置，当驾驶员头部向确定方向移动时，从第一视点位置变换到第二视点位置，此时，更新的第二图像420'相对于第二图像420发生了偏移。通过这种基于眼动追踪的补偿操作，使得原本未处于第二图像420内的内容也可以展现到显示单元上。
接下来，针对驾驶员的第三视点位置示出了再次更新的第二图像420”，然而由图4观察到，该再次更新的第二图像420”超出了第一图像410限定的区域。这例如可能由于以下原因引起：第一视野范围未被良好地标定，即，摄像头的视场角未被准确地选择或者安装角度不够准确，因此对于驾驶员的某些极端视点位置来说，所对应的第二视野范围移动超出了第一视野范围。为了避免图4所示情况，例如可以对于第一视野范围的选择提出如下要求：
-第一视野范围被选择为使得对于驾驶员的所有可能的视点位置而言，车辆后方的交通环境通过显示单元上的显示对于驾驶员可见；
和/或
-所述第一视野范围被选择为使得在从第一图像截取第二图像时经历的像素损失低于预设阈值。
尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

Claims (10)

1.一种用于车辆(1)的图像显示的方法，所述方法包括以下步骤：
S1：获取用于在车辆(1)的显示单元(31)上显示的预定义场景的第一图像(410)，所述第一图像(410)对应于第一视野范围(210)；
S2：实时地检测车辆(1)的驾驶员的当前视点位置(3')；
S3：基于驾驶员的当前视点位置(3')从第一图像(410)截取第二图像(420')，所述第二图像(420')对应于小于第一视野范围(210)的第二视野范围(230)；以及
S4：借助车辆(1)的显示单元(31)将第二图像(420')显示给驾驶员。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤S3包括：
基于驾驶员从当前视点位置(3')观察显示单元(31)时从驾驶员的双眼到达显示单元(31)的反射表面的边缘处的入射角度确定第二视野范围(230)的大小以及第二视野范围(230)相对于第一视野范围(210)的位置；以及
基于所确定的第二视野范围(230)的大小以及第二视野范围(230)相对于第一视野范围(210)的位置，从第一图像(410)截取第二图像(420')。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤S3还包括：
求取驾驶员的当前视点位置(3')相对于历史视点位置(3)的位置变化量，其中，已经在车辆(1)的显示单元(31)上显示出基于历史视点位置(3)从第一图像(410)截取的历史第二图像(420)，所述历史第二图像(420)对应于小于第一视野范围(210)的历史第二视野范围(220)；
将所述位置变化量换算成第二视野范围(230)相对于历史第二视野范围(220)的视野补偿量；以及
基于所述视野补偿量，通过在第一图像(410)中对历史第二图像(420)执行平移变换和/或缩放变换来产生第二图像(420')。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述步骤S4还包括：借助车辆(1)的显示单元(31)显示出从历史第二图像(420)过渡到第二图像(420')的视野变换过程。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述预定义场景包括车辆(1)后方的交通环境，所述第一图像(410)借助布置在车辆(1)上的一个或多个摄像头(21，22，23)拍摄，所述一个或多个摄像头(21，22，23)具有对应于第一视野范围(210)的视场角。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述预定义场景包括虚拟动画场景，所述第一图像(410)包括关于虚拟动画场景的图片和/或照片，所述第一视野范围(210)对应于借助虚拟摄像头拍摄所述图片和/或照片时的虚拟视场角。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，
所述第一视野范围(210)被选择为使得对于驾驶员的所有可能的视点位置而言，车辆(1)后方的交通环境通过显示单元(31)上的显示对于驾驶员可见；和/或
所述第一视野范围(210)被选择为使得在从第一图像(410)截取第二图像(420')时经历的像素损失低于预设阈值。
8.一种用于车辆(1)的图像显示的设备(10)，所述设备(10)用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法，所述设备(10)包括：
获取模块(11)，所述获取模块(11)被配置为能够获取用于在车辆(1)的显示单元(31)上显示的预定义场景的第一图像(410)，所述第一图像(410)对应于第一视野范围(210)；
检测模块(12)，所述检测模块(12)被配置为能够实时地检测车辆(1)的驾驶员的当前视点位置(3')；
处理模块(13)，所述处理模块(13)被配置为能够基于驾驶员的当前视点位置(3')从第一图像(410)截取第二图像(420')，所述第二图像(420')对应于小于第一视野范围(210)的第二视野范围(230)；以及
控制模块(14)，所述控制模块(14)被配置为能够借助车辆(1)的显示单元(31)将第二图像(420')显示给驾驶员。
9.一种用于车辆(1)的电子后视系统(2)，所述电子后视系统(2)包括：
摄像头(21，22，23)，所述摄像头(21，22，23)被配置为拍摄车辆(1)后方的交通环境；
显示单元(31)，所述显示单元(31)被配置为将车辆(1)后方的交通环境显示给驾驶员；以及
根据权利要求8所述的设备(10)，所述设备(10)被配置为控制所述交通环境在显示单元(31)上的显示。
10.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序用于当在计算机上运行时执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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