实时倒车轨迹显示系统及等宽轨迹线绘制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种实时倒车轨迹显示系统及等宽轨迹线绘制方法，本实时倒车成像显示系统，包括：处理器模块、用于拍摄倒车影像的摄像头，以及由该处理器模块控制的屏幕；其中所述处理器模块适于根据倒车影像计算倒车轨迹线，并将该倒车轨迹线实时地绘制在屏幕上；本实时倒车轨迹显示系统首先避免对后视摄像头图像视点变化用查找表(LUT)的依赖，扩展了适用范围和场合，并且可以在占用较少的CPU处理能力资源的前提下，绘制高质量的倒车轨迹，解决了使用轨迹数据库带来的轨迹线跃变、边缘锯齿、内存消耗等问题，进而可以根据方向盘角度实时连续地更新倒车轨迹线，保证倒车轨迹的模拟准确性。

【技术实现步骤摘要】
实时倒车轨迹显示系统及等宽轨迹线绘制方法本申请是分案申请，原申请的申请号为201710811254.5，申请日为：2017.9.11，专利技术创造名称：实时倒车轨迹显示方法、系统及等宽轨迹线绘制方法。
本专利技术属于汽车领域，具体涉及一种实时倒车轨迹显示方法、系统及等宽轨迹线绘制方法。
技术介绍
倒车辅助系统较早主要使用语音报警提示和超声波雷达，这两种方式都不能帮助驾驶者观察到车后盲区的实际情况，之后出现的由车载显示屏和车载后视摄像头及相应控制器构成的可视倒车辅助系统可以帮助车辆驾驶者在倒车时观察到车后盲区，但是倒车方向和车后障碍物的距离任然需要驾驶者根据经验判断。因此，为了解决上述问题，需要设计一种实时倒车轨迹显示方法及显示系统
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种实时倒车轨迹显示方法及实时倒车成像显示系统。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种实时倒车轨迹显示方法，包括：先建立结合二阶径向畸变模型的世界坐标系到图像坐标系的映射模型，以求解相机内外参数；以及再通过相机内外参数计算轮胎转向角预测的倒车轨迹线。进一步，所述建立结合二阶径向畸变模型的世界坐标系到图像坐标系的映射模型的方法包括：设定世界坐标系与相机坐标系的转换关系，即定义世界坐标系为二维坐标系，其包括xw、yw；以及所述世界坐标系经透视变换得到的相机坐标系定义为xc、yc；将像素坐标系定义xp、yp，为经畸变后实际显示在屏幕上的坐标；所述映射模型包括：对于相机坐标为xc、yc，即以及结合二阶径向畸变模型，所述像素坐标与相机坐标关系为：上式中，f、s和k1均为相机内参数，即f为相机坐标中y轴方向的相机焦距，s为相机坐标中x轴方向与纵向的相机焦距之比，即f·s等于横向的相机焦距，k1为二阶径向畸变系数；r11、r12、r21、r22、r31、r32分别为从世界坐标系到相机坐标系作几何变换的旋转矩阵R中的各旋转参量；t1、t2、t3分别为从世界坐标系到相机坐标系作几何变换的平移矩阵t中的平移参量；以及x0、y0为在像素坐标中的畸变中心点坐标。进一步，通过映射模型求解相机内外参数的方法包括：针对二维坐标系，将所述映射模型按照Tsai氏标定法的第一步，求解出旋转矩阵R和平移矩阵t中的部分参量，作为相机外参数；然后按照Tsai氏标定法的第二步，通过误差函数利用梯度下降法求解剩余参数，即获得相机内参数。进一步，在通过误差函数利用梯度下降法求解剩余参数的过程中，设定s的初始值为1，以及(x0,y0)的初始值为(0,0)；或使用迭代方法，在Tsai氏标定法第二步中应用较大的迭代阈值以控制循环次数，按误差函数减小的方向，以±0.005的步长迭代s，逐步缩小至±0.001的步长迭代(x0,y0)，获得使误差函数最小的参数s和(x0,y0)；并应用最小的迭代阈值，获取相机内外参数。进一步，所述通过相机内外参数计算轮胎转向角预测的倒车轨迹线的方法包括：构建倒车轨迹线数学模型，根据实时获取的轮胎转向角计算动态倒车轨迹的世界坐标；根据摄像头参数标定算法，基于之前标定得到的相机内外参数将所述倒车轨迹的世界坐标代入到所述映射模型中，以转化为像素坐标后绘图，并与倒车摄像头影像叠加后显示在屏幕上。进一步，所述倒车轨迹线数学模型包括：其中，l为轴距，w为车宽，ar为转向时的外侧后车轮的转向角，al为转向时的内侧后车轮的转向角，γ为车体的转向角，以及lcotαl、lcotαr分别是内侧、外侧后轮轨迹对应的圆弧半径。又一方面，本专利技术还提供了一种实时倒车成像显示系统。所述实时倒车成像显示系统包括：处理器模块、用于拍摄倒车影像的摄像头，以及由该处理器模块控制的屏幕；其中所述处理器模块适于根据倒车影像计算倒车轨迹线，并将该倒车轨迹线实时地绘制在屏幕上。进一步，所述处理器模块适于计算倒车轨迹线，即所述处理器模块适于先建立结合二阶径向畸变模型的世界坐标系到图像坐标系的映射模型，以求解相机内外参数；以及再通过相机内外参数计算轮胎转向角预测的倒车轨迹线。进一步，所述处理器模块还适于采集后车轮的转向角，并构建倒车轨迹线数学模型，根据实时获取的轮胎转向角计算动态倒车轨迹的世界坐标；以及再根据摄像头参数标定算法原理，基于之前标定得到的相机内外参数将上一步得到的倒车轨迹的世界坐标代入所述映射模型中，转化为像素坐标后绘图，并与倒车摄像头影像叠加后显示在屏幕上。第三方面，本专利技术还提供了一种等宽轨迹线的绘制方法，包括：计算近宽远窄的轨迹线的中心线各点的切线斜率；通过斜率变换绘制透视变换后等宽轨迹线。本专利技术的有益效果如下：本实时倒车轨迹显示方法及实时倒车成像显示系统首先避免对后视摄像头图像视点变化用查找表(LUT)的依赖，扩展了适用范围和场合，并且可以在占用较少的CPU处理能力资源的前提下，绘制高质量的倒车轨迹，解决了使用轨迹数据库带来的轨迹线跃变、边缘锯齿、内存消耗等问题，进而可以根据方向盘角度实时连续地更新倒车轨迹线，保证倒车轨迹的模拟准确性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的实时倒车轨迹显示方法的方法流程图；图2是本专利技术的求解相机内外参数的方法流程图；图3是本专利技术的倒车轨迹线的方法流程图；图4是本专利技术的倒车轨迹线数学模型中汽车及轨迹线示意图；图5是本专利技术的实时倒车成像显示系统的原理框图；图6是本专利技术的等宽轨迹线的绘制方法的流程图；图7是本专利技术的等宽轨迹线的绘制方法中轨迹线示意图；图中：轨迹线1、中心线101、中心点102、切线103。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。本系统基于倒车用摄像头和镜头二阶径向畸变模型，采用Tsai氏两步标定法，先建立结合二阶径向畸变模型的世界坐标系到图像坐标系的映射模型，回避了对后视摄像头图像视点变化用查找表(LUT)的依赖，再通过跨平台图形程序接口OpenGL将根据轮胎转向角预测的倒车轨迹线实时地绘制在屏幕上。具体实现方案如实施例1和实施例2所述。实施例1图1是本专利技术的实时倒车轨迹显示方法的方法流程图。如图1所示，本实施例提供了一种实时倒车轨迹显示方法，包括：步骤S101，先建立结合二阶径向畸变模型的世界坐标系到图像坐标系的映射模型，以求解相机内外参数；以及步骤S102，再通过相机内外参数计算轮胎转向角预测的倒车轨迹线。图2是本专利技术的求解相机内外参数的方法流程图。获得相机内外参数的具体的步骤如下：使用摄像头拍摄黑白棋盘格图像，将黑白棋盘格图像作为标定靶，可以选用OpenCV库函数提供的方法findChessboardCorners()获取棋盘格角点。通过比对已知坐标的黑白棋盘格图案标定靶，计算摄像头内外参数，其中，作为相机外参数包括：齐次变换矩阵：其中为从世界坐标系到相机坐标系作几何变换的旋转矩阵，由于本实时倒车轨迹显示方法仅对世界坐标系下的Z0平面感兴趣，即可认为在本方法中，zw≡0，故可以对上述二阶径向畸变模型进行优化，即省略z坐标对应的旋转向量(r31r32r33)；为从世界坐标系到相机坐标系作几何变换的平移矩阵。f、s和k1均为相机内参数，即f为相机坐标中y轴方向的相机焦距，s为相机坐标中x轴方向与纵向的相机焦距之比，即f·s等于横本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时倒车成像显示系统，其特征在于，包括：处理器模块、用于拍摄倒车影像的摄像头，以及由该处理器模块控制的屏幕；其中所述处理器模块适于根据倒车影像计算倒车轨迹线，并将该倒车轨迹线实时地绘制在屏幕上。

【技术特征摘要】
1.一种实时倒车成像显示系统，其特征在于，包括：处理器模块、用于拍摄倒车影像的摄像头，以及由该处理器模块控制的屏幕；其中所述处理器模块适于根据倒车影像计算倒车轨迹线，并将该倒车轨迹线实时地绘制在屏幕上。2.根据权利要求1所述的实时倒车成像显示系统，其特征在于，所述处理器模块适于计算倒车轨迹线，即所述处理器模块适于先建立结合二阶径向畸变模型的世界坐标系到图像坐标系的映射模型，以求解相机内外参数；以及再通过相机内外参数计算轮胎转向角预测的倒车轨迹线。3.根据权利要求2所述的实时倒车成像显示系统，其特征在于，所述处理器模块还适于采集后车轮的转向角，并构建倒车轨迹线数学模型，根据实时获取的轮胎转向角计算动态倒车轨迹的世界坐标；以及再根据摄像头参数标定算法原理，基于之前标定得到的相机内外参数将上一步得到的倒车轨迹的世界坐标代入所述映射模型中，转化为像素坐标后绘图，并与倒车摄像头影像叠加后显示在屏幕上。4.根据权利要求3所述的实时倒车成像显示系统，其特征在于，所述处理器模块适于先建立结合二阶径向畸变模型的世界坐标系到图像坐标系的映射模型，即设定世界坐标系与相机坐标系的转换关系，即定义世界坐标系为二维坐标系，其包括xw、yw；以及所述世界坐标系经透视变换得到的相机坐标系定义为xc、yc；将像素坐标系定义xp、yp，为经畸变后实际显示在屏幕上的坐标；所述映射模型包括：对于相机坐标为xc、yc，即以及结合二阶径向畸变模型，所述像素坐标与相机坐标关系为：上式中，f、s和k1均为相机内参数，即f为相机坐标中y轴方向的相机焦距，s为相机坐标中x轴方向与纵向的相机焦距之比，即f·s等于横向的相机焦距，k1为二阶径向畸变系数；r11、r12、r21、r22、r31、r32分别为从世界坐标系到相机坐标系作几何变换的旋转矩阵R中的各旋转参量；t1、t2、t3分别为从...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，朱枫，
申请(专利权)人：常州新途软件有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32