【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及hud，具体涉及到一种ar-hud标定方法及其标定系统。
技术介绍
1、抬头显示(hud)又称平视显示器，原来是军用战斗机上的显示系统，方便飞行员随时查看飞行信息。近些年来汽车hud应用技术逐渐成熟。它可以把时速、导航等重要的行车信息投影到驾驶员前面的挡风玻璃上，这样的好处是驾驶员不必低头就能在挡风玻璃上看到所需的重要信息，可以减轻驾驶员的认知负荷，大大提高驾驶员的驾驶安全。
2、增强显示(ar)技术的出现，让hud的使用场景有了更多的可能，能更加有效的提高驾驶安全性。比如可以直接将导航信息通过hud显示，并融合实际的路况场景，行驶路线一目了然。增强显示抬头显示器(ar-hud)更能结合adas功能，提供变道辅助、行人预警、前车预警、车道偏离预警、障碍物预警、路标指引、交通标示指引等功能。
3、为了精准的实现虚像图像和实景的融合，需要建立从三维的世界坐标系到二维的虚像图像像素坐标系的变换模型。ar-hud的标定就是确定从三维的世界坐标系到二维的hud虚像图像像素坐标系的变换模型的参数的过程。
4、现有技术中ar-hud的标定需要搭建实验台架，在观测点放置相机代替人眼获取图像，并在实验台架前方放置标定靶。测量获得标定靶上目标点在世界坐标系下的位置。同时通过相机拍摄hud虚像图像，在相机图像中标记出标定靶目标点，从而确定目标点在hud虚像图像上的对应位置。多次移动标定靶即可建立世界坐标系下的三维点到二维虚像图像上的像素点的映射关系。现有技术并没有建立ar-hud变换模型的理论公式，而
5、因此，有必要建立ar-hud变换模型的理论公式，以简化ar-hud的标定流程。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种ar-hud标定方法及其标定系统。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种ar-hud标定方法，包括以下步骤：
3、步骤1，获取hud光学设计的视场角和分辨率，计算从三维人眼坐标系到二维虚像图像像素坐标系的投影矩阵；
4、步骤2，获取hud光学设计的下视角和左视角，计算从三维世界坐标系到三维人眼坐标系的旋转矩阵；
5、步骤3，获取hud光学设计的观测点坐标，计算从三维世界坐标系到三维人眼坐标系的平移矩阵；
6、步骤4，依据投影矩阵、旋转矩阵、平移矩阵，建立从三维世界坐标系到二维虚像图像像素坐标系的ar-hud变换模型。
7、进一步的，所述ar-hud变换模型用如下公式描述：
8、sp＝a[r|t]p，w
9、式中：
10、
11、
12、p，w为目标点p′在世界坐标系的坐标，其以齐次坐标的方式表示为[xworld yworldzworld 1]，p为点p在二维虚像图像像素坐标系的像素坐标，其以齐次坐标的方式表示为[uimgvimg 1]，其中点p为虚像图像上与p′对应的点，人眼与点p′和点p在一条直线上；r为旋转矩阵，表示从三维世界坐标系到三维人眼坐标系的旋转变换；t为平移矩阵，表示从三维世界坐标系到三维人眼坐标系的平移变换；a为投影矩阵，表示从三维人眼坐标系到二维虚像图像像素坐标系的投影变换；s为齐次坐标的尺寸因子。
13、进一步的，从三维人眼坐标系到二维虚像图像像素坐标系的投影变换a的计算方法为：
14、获取hud光学设计视场角fov、图像生成单元pgu屏幕分辨率，计算投影矩阵a；
15、其中，二维虚像图像像素坐标系以投影出来的虚像图像的左上角为坐标原点，水平方向为u方向，垂直方向为v方向。
16、进一步的，从三维人眼坐标系到二维虚像图像像素坐标系的投影变换a的具体计算过程为：
17、假设hud的光学设计区域大小为w*h，即虚像图像由pgu屏幕上一块宽w个像素、高h个像素的区域投影得到；假设hud的光学设计水平视场角为垂直视场角为假设hud光学设计投影距离为f，即虚像平面到观测点的距离为f；
18、记p′为实际物体上的一点，人眼可以透过前挡风玻璃看到点p′，其在人眼坐标系下的坐标为点p为虚像图像上与p′对应的点，人眼看到的点p和p′重合，其在人眼坐标系下的坐标为在虚像图像上的像素坐标为
19、投影变换a的计算公式如下：
20、
21、
22、
23、
24、
25、简化可得：
26、
27、即：
28、
29、进一步的，从三维世界坐标系到三维人眼坐标系的变换[r|t]的计算方法为：
30、获取hud光学设计下视角lda和左视角loa，下视角为视线与xworldoyworld平面的夹角、左视角为视线与zworldoxworld平面的夹角；
31、计算旋转矩阵r；获取hud光学设计观测点坐标，计算平移矩阵t；
32、通过hud的下视角和左视角确定从世界坐标系到人眼坐标系的欧拉角，进一步确定旋转矩阵；
33、进一步的，从三维世界坐标系到三维人眼坐标系的变换[r|t]具体的计算过程为：
34、定义车辆坐标系vehicle coordinate system为世界坐标系，其原点为车辆前轴/后轴中心在地面的投影点，z轴方向垂直水平面向上，x轴方向沿车辆纵轴向前，y轴方向沿车辆横轴向左；
35、假设在世界坐标系下，人眼的位置为下视角为θlda，左视角为θloa。人眼坐标系的原点为两眼中心，z轴为视线方向，x轴方向水平向右。则从三维世界坐标系到人眼坐标系的变化为：先平移然后绕x轴旋转-90度，接着y轴旋转90度，再绕x轴旋转-θlda度，最后绕y轴旋转-θloa度；
36、旋转矩阵r的计算公式如下：
37、
38、即：
39、
40、平移矩阵t的计算公式如下：
41、
42、本专利技术还提供了一种ar-hud标定系统，包括光学设计参数获取模块、旋转矩阵计算模块、平移矩阵计算模块、投影矩阵计算模块、变换模型存储模块。
43、进一步的，所述光学设计参数获取模块，用于从存储设备中读取光学设计参数，读取用户通过图形用户界面输入的光学设计参数；
44、投影矩阵计算模块，计算从三维人眼坐标系到二维虚像图像像素坐标系的投影矩阵；
45、旋转矩阵计算模块，用于根据光学设计参数，计算从三维世界坐标系到三维人眼坐标系的旋转矩阵；
46、平移矩阵计算模块，计算从三维世界坐标系到三维人眼坐标系的平移矩阵；
47、变换模型存储模块，将从第一坐标系到第三坐标系的变换模型存储到硬件设备。
48、本专利技术的有益效果：由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种AR-HUD标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种AR-HUD标定方法，其特征在于，所述AR-HUD变换模型用如下公式描述：
3.根据权利要求2所述的一种AR-HUD标定方法，其特征在于，从三维人眼坐标系到二维虚像图像像素坐标系的投影变换A的计算方法为：
4.根据权利要求3所述的一种AR-HUD标定方法，其特征在于，从三维人眼坐标系到二维虚像图像像素坐标系的投影变换A的具体计算过程为：
5.根据权利要求2所述的一种AR-HUD标定方法，其特征在于，从三维世界坐标系到三维人眼坐标系的变换[R|t]的计算方法为：
6.根据权利要求5所述的一种AR-HUD标定方法，其特征在于，从三维世界坐标系到三维人眼坐标系的变换[R|t]具体的计算过程为：
7.一种AR-HUD标定系统，其特征在于，包括光学设计参数获取模块、投影矩阵计算模块、旋转矩阵计算模块、平移矩阵计算模块、变换模型存储模块。
8.根据权利要求7所述的一种AR-HUD标定系统，其特征在于，所述光学设计参数获取模块
...【技术特征摘要】
1.一种ar-hud标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种ar-hud标定方法，其特征在于，所述ar-hud变换模型用如下公式描述：
3.根据权利要求2所述的一种ar-hud标定方法，其特征在于，从三维人眼坐标系到二维虚像图像像素坐标系的投影变换a的计算方法为：
4.根据权利要求3所述的一种ar-hud标定方法，其特征在于，从三维人眼坐标系到二维虚像图像像素坐标系的投影变换a的具体计算过程为：
5.根据权利要求2所述的一种ar-hud标定方法，其特征在于，从...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭宇翔，程炜，孙飞杨，
申请(专利权)人：联创电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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