一种用于标定汽车环视系统的处理器技术方案

本发明专利技术涉及一种用于标定汽车环视系统的处理器，所述的汽车环视系统包括多个鱼眼摄像头，所述的处理器用于执行如下的计算机程序步骤，以得到各摄像头的旋转矩阵Rt：当汽车静止时，获取摄像头坐标系下摄像头到已知标识物的三个顶点的观测向量v1、v2、v3，根据三角形边长及空间几何关系计算摄像头坐标系下等边三角形的法向量z；当汽车沿车辆坐标系的X轴做前进直线运动时，计算摄像头坐标系的x轴单位向量；计算摄像头的旋转矩阵Rt：Rt＝(x,x×z,z)*(X,X×Z,Z)

A Processor for Calibrating Vehicle Circumferential Vision System

The present invention relates to a processor for calibrating the automobile ring-view system, which comprises a plurality of fisheye cameras. The processor is used to perform the following computer program steps to obtain the rotation matrix Rt of each camera: when the car is still, the observation vectors v1, V2 and V3 from the camera to the three vertices of the known marker in the camera coordinate system are obtained. Calculate the normal vector Z of equilateral triangle in camera coordinate system according to the triangle side length and space geometry relationship; calculate the unit vector of x-axis in camera coordinate system when the car moves in a straight line along the X-axis of vehicle coordinate system; calculate the rotation matrix Rt:Rt=(x,x,z)*(X,X*Z,Z)

【技术实现步骤摘要】
一种用于标定汽车环视系统的处理器
本专利技术涉及一种带有计算机程序的处理器，尤其是涉及一种用于标定汽车环视系统的处理器。
技术介绍
随着汽车保有量的增加，交通环境的日益复杂，安全泊车已成为驾驶员的一个难题。为了降低泊车过程中潜在的安全风险，各种辅助泊车系统应运而生，如后视倒车摄像头、倒车雷达等系统，这些系统在一定程度上减轻驾驶员泊车负担，但是仍然存在不直观以及不能完全消除盲区的缺陷。360度环视系统通过多个摄像头覆盖车身四周360度的区域实现消除视觉盲区，同时360度环视系统将车身四周图像无缝拼接成一幅俯视画面呈现给驾驶员，因此表现更加直观。360度环视系统在整辆车中的价值占比虽然并不高，但在工厂标定的时候却占据着重要的一环，原因是目前的标定方案还需要大量的人力参与，这增加了环视系统对整辆车的成本占比。价值占比/成本占比不够大，会影响环视系统的推广普及。下面介绍一下目前主流的工厂标定方案：由于同款车型会存在装配偏差以及车身四周摄像头安装时会存在安装偏差，如果采用一组固定参数进行360度环视系统图像拼接，那么这些偏差会影响图像拼接效果，因此必须进行下线标定来消除这些偏差的影响。传统工厂标定方案存在如下问题：(1)对标定环境要求较高，比如需要将车停到固定的位置上，精度要求很高，这增加了工人操作的技术难度，占用了更多人力时间成本；(2)此方法难以应用到4S店标定，更加难以为驾驶员个人所用，间接的增加了潜在的购车成本。(3)一套安全便捷的自动标定方案有助于BEV产品从前装市场走向后装市场，从增量市场过渡到存量市场。事实上，摄像头的六个外参包括摄像头位置参数T：(tx,ty,tz)和旋转参数R：(rx,ry,rz)，其中R：(rx,ry,rz)与3*3的旋转矩阵Rt等价。它们的性质是不同的。从测量难度上分，tx,ty,tz的测量难度较小，一个普通人用普通的工具也是可以进行测量的，rx,ry,rz的测量难度较大，普通人基本不可能测量。从对精度的要求来分，tx,ty的误差的影响较小，在环视图上的表现是细微的平移；tz的误差的影响其次，在环视图上的表现是尺度的变化；rx,ry,rz的误差的影响很大，它会导致图像的扭曲变形，是不被人眼所接受的。基于人眼的高度适应性，tx,ty,tz的微小的误差是不会影响最终的显示效果和对安全性的保障的，唯一的要求就是四个摄像头的tx,ty的增量误差必须一致，rz的乘量误差必须一致。目前基于车道线检测的在线标定方案存在车道线长宽不精确，相邻车道线不对齐，左右摄像头标定困难，和标定过程(通常需要在高速公路上)存在安全隐患等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种环境要求低、人力成本低的用于标定汽车环视系统的处理器。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于标定汽车环视系统的处理器，所述的汽车环视系统包括多个鱼眼摄像头，所述的处理器用于执行如下的计算机程序步骤，以得到各摄像头的旋转矩阵Rt：当汽车静止时，依据三个顶点在拍摄图像上的像素坐标计算摄像头坐标系下摄像头到已知标识物的三个顶点的观测向量v1、v2、v3，所述的标识物的三个顶点连接线构成等边三角形且与水平地面贴合，求解摄像头坐标系下摄像头到所述三个顶点的观测距离s1、s2、s3，使三个顶点之间的距离满足d12＝d23＝d31＝d，其中d是等边三角形的边长，然后得到摄像头坐标系下所述三个顶点的坐标，从而计算得到等边三角形的法向量，其中，所述的观测距离s1、s2、s3的优选求解方法为：给s1、s2、s3赋初值，确定三个顶点在摄像头坐标系下的位置p1、p2、p3，以d12、d23、d31与d的误差平方和来构建能量函数E，E＝(d12–d)2+(d23–d)2+(d31–d)2，采用迭代算法得到s1、s2和s3的收敛值，为使收敛值为正确结果，根据观测距离s1、s2和s3的收敛值得到等边三角形的法向量后，计算车辆坐标系下摄像头高度tz，将tz与摄像头的先验测量高度比较，若比较结果大于可接受范围，则重新对s1、s2和s3赋初值并迭代计算收敛值，直到比较结果可接受；当汽车沿车辆坐标系的X轴做前进直线运动时，分别获取摄像头坐标系下标识物某一顶点在两个不同时刻的坐标，根据两坐标差计算摄像头坐标系的x轴单位向量；计算摄像头的旋转矩阵Rt：Rt＝(x,x×z,z)*(X,X×Z,Z)-1，其中，X表示车辆坐标系X轴单位向量，Z表示车辆坐标系的Z轴的单位向量，x、z为摄像头坐标系下与X、Z对应的单位向量，x与等边三角形的法向量实际上是平行的。得到旋转矩阵Rt后，所述的处理器还用于执行如下的计算机程序步骤，以得到摄像头的水平位置参数tx和ty：当汽车绕车辆坐标下的转弯中心点C(0,c,0)以固定半径转弯时，获取标识物顶点在摄像头坐标系下的不同时刻坐标，采集多组数据，并根据当前的标定参数转换成车辆坐标系下的坐标，若c为精度满足要求的已知量，则根据相同顶点到转弯中心点的距离保持不变的原理列等式，计算摄像头的水平位置参数tx和ty的误差dx和dy，将dx和dy分别与摄像头的水平位置参数的先验值相加，得到水平位置参数tx和ty；若c为未知量或精度不满足要求的已知量，则通过对同一顶点拍摄三次，采用三点法确定一个圆，将圆心的x轴坐标值与0之间的差距作为水平位置参数tx的误差ex，将ex与摄像头的水平位置参数的先验值相加，得到水平位置参数tx，即放弃对Y轴方向的精确求解，但保留对X轴方向求精确解，Y轴方向则留给后面的重叠区域图像配准技术解决。优选的，汽车以最小转弯半径转弯，因为在此状态下转弯半径是可以直接得到的；采集的多组数据为：同一顶点在至少3个不同时刻的坐标，或至少2个不同顶点在至少2个不同时刻的坐标。得到各摄像头的水平位置参数tx和ty后，所述的处理器还用于执行如下的计算机程序步骤，以更新各摄像头的水平位置参数tx和ty，保留公有误差，消除私有误差：汽车静止时，获取两个摄像头i和j对同一个标识物顶点P拍摄到的图像，分别利用已求取的摄像头各自的标定参数计算该顶点P在汽车坐标系下的坐标Pi和Pj，改变汽车位置或标识物顶点，采集至少两组坐标数据，将坐标数据代入下式，联立计算两个摄像头i和j的私有误差bi和bj：Pi–Pj＝bi-bj将私有误差分别与对应摄像头的水平位置参数的先验值相加，得到更新后的水平位置参数tx和ty。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)程序对标定过程中的环境和技术要求低，车辆无须开到特定位置，普通水平地面即可，鱼眼摄像头采集的图像简单，标定标识物的等边三角形容易布置。(2)由于标定工作对4S店来说是偶然性工作，员工不太可能受到专业训练，很难形成熟能生巧的经验手艺，工厂标定方案对4S店员工来说要求太高。而本专利程序要求的方案操作简单，没有严格定位要求，有利于BEV环视系统的4S店维护，甚至方便驾驶员进行自主操作，安全性高，有利于让BEV环视系统从前装市场走向后装市场，从增量市场走向存量市场。(3)采用等边三角形图元方案，利用了它的一系列优势：首先三角形的顶点和边之间没有严格的顺序区分，便于检测；其次三角形图案的环境辨识程度更高，一般场地中很少有可以产生干扰的三角形图案，利用图像算法检测出三角形的代价比检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于标定汽车环视系统的处理器，所述的汽车环视系统包括多个鱼眼摄像头，其特征在于，所述的处理器用于执行如下的计算机程序步骤，以得到各摄像头的旋转矩阵Rt：当汽车静止时，获取摄像头坐标系下摄像头到已知标识物的三个顶点的观测向量v1、v2、v3，所述的标识物的三个顶点连接线构成等边三角形且与水平地面贴合，根据三角形边长及空间几何关系计算摄像头坐标系下等边三角形的法向量；当汽车沿车辆坐标系的X轴做前进直线运动时，分别获取摄像头坐标系下标识物某一顶点在两个不同时刻的坐标，根据两坐标差计算车辆坐标系的X轴单位向量在摄像头坐标系下的对应x轴单位向量；计算摄像头的旋转矩阵Rt：Rt＝(x,x×z,z)*(X,X×Z,Z)‑1，其中，X、Z表示车辆坐标系X轴单位向量、Z轴单位向量，x、z表示对应在摄像头坐标系下的形式。

【技术特征摘要】
1.一种用于标定汽车环视系统的处理器，所述的汽车环视系统包括多个鱼眼摄像头，其特征在于，所述的处理器用于执行如下的计算机程序步骤，以得到各摄像头的旋转矩阵Rt：当汽车静止时，获取摄像头坐标系下摄像头到已知标识物的三个顶点的观测向量v1、v2、v3，所述的标识物的三个顶点连接线构成等边三角形且与水平地面贴合，根据三角形边长及空间几何关系计算摄像头坐标系下等边三角形的法向量；当汽车沿车辆坐标系的X轴做前进直线运动时，分别获取摄像头坐标系下标识物某一顶点在两个不同时刻的坐标，根据两坐标差计算车辆坐标系的X轴单位向量在摄像头坐标系下的对应x轴单位向量；计算摄像头的旋转矩阵Rt：Rt＝(x,x×z,z)*(X,X×Z,Z)-1，其中，X、Z表示车辆坐标系X轴单位向量、Z轴单位向量，x、z表示对应在摄像头坐标系下的形式。2.根据权利要求1所述的一种汽车环视系统标定装置，其特征在于，当汽车静止时，摄像头坐标系下摄像头到所述三个顶点的观测向量v1、v2、v3依据三个顶点在拍摄图像上的像素坐标计算。3.根据权利要求1所述的一种汽车环视系统标定装置，其特征在于，当汽车静止时，摄像头坐标系下标识物所在平面的法向量z计算方法为：求解摄像头坐标系下摄像头到所述三个顶点的观测距离s1、s2、s3，使三个顶点之间的距离满足d12＝d23＝d31＝d，其中d是已知的等边三角形的边长，然后得到摄像头坐标系下所述三个顶点的坐标，从而计算得到等边三角形的法向量z。4.根据权利要求3所述的一种汽车环视系统标定装置，其特征在于，所述的观测距离s1、s2、s3求解方法为：给s1、s2、s3赋初值，确定三个顶点在摄像头坐标系下的位置p1、p2、p3，以d12、d23、d31与d的误差平方和来构建能量函数E，E＝(d12–d)2+(d23–d)2+(d31–d)2，采用迭代算法得到s1、s2和s3的收敛值。5.根据权利要求4所述的一种汽车环视系统标定装置，其特征在于，根据观测距离s1、s2和s3的收敛值得到等边三角形的法向量z后，计算车辆坐标系下摄像头高度tz，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：周牧，
申请(专利权)人：安波福电子苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32