[发明专利]一种3D全景泊车辅助系统

说明书

技术领域：

本发明涉及将汽车周围状况的三维景像更真实地展现给驾驶员，以提高汽车泊车的安全性，属于汽车电子领域和机器视觉领域，尤其是涉及汽车安全辅助驾驶领域。

背景技术：

近年来，汽车产业的迅速发展，我国的汽车数量也急剧上升，同时汽车驾驶人员中非职业驾驶人员所占的比例也大量增加。在街道、车库和停车场等拥挤狭小的地方倒车时，由于常规的光学后视镜存在盲区，很容易发生刮碰。

为了解决视线盲区问题，一种传统的2D全景泊车辅助系统诞生了。通过安装在车身四周的四个摄像头采集图像，并转换成鸟瞰图拼接，使驾驶员可以在驾驶室内看到车身周边区域的鸟瞰图，从而避免因倒车不当而发生碰撞。但是，这种传统的2D全景泊车辅助系统是在二维平面上投影的，只可以显示鸟瞰图像，有时很难辨认障碍物；尤其是人像，由于俯视视角，人像呈点状以及影子的平面图像，这使驾驶员很难辨别，增加了泊车过程中的危险性。

为了更加真实地向驾驶员展现车辆周围三维景像的状况，3D全景泊车辅助系统应运而生。在3D全景泊车辅助系统中，通过安装在车身四周的四个摄像头采集图像，然后利用一整套的图像处理技术将采集的图像投影到三维曲面上，生成的影像更接近实物，可以清晰地辨别障碍物，同时没有任何的死角和盲区，大大提升了泊车的安全性。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下几个问题：

通常情况下，3D全景泊车辅助系统采用超广角镜头和鱼眼镜头，其变形和畸变难以精确校正，使形成的3D全景图存在严重变形，使景像不真实；在三维投影曲面的选择上，目前已有的三维模型呈碗型，在碗壁到底面的部分图像扭曲、形变严重；3D全景图四方向图像存在亮度不均衡，重叠区亮度不一致，并存在拼接痕迹等问题。

这些存在问题影响了用户的体验，甚至因为对景物辨识不清晰，增加了泊车中的危险性。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种3D全景泊车辅助系统，将汽车周围状况的三维景像真实地展现给驾驶员，以提高汽车泊车过程中的安全性。

为实现该目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供的一种3D全景泊车辅助系统，所述系统包括：摄像头输入模块、图像校正模块、三维投影模块、图像拼接模块和图像显示模块。

1)所述摄像头输入模块，用于实时采集汽车周边状况的图像；

将四个鱼眼摄像头分别安装于车体前后左右四个方向上，前后摄像头分别位于车前后的中心位置，左右摄像头分别位于车两侧中心的偏前方；

由于各类车型的尺寸不一样，因此摄像头安装的角度也应按车身作相应调整。设定坐标系，分别以各摄像机为原点，过原点垂直地面向上的直线为Z轴，过原点垂直车身长轴中心且垂直Z轴的直线为X轴，过原点垂直X和Z轴的直线设为Y轴，为方便说明，初始状态设置为摄像头光轴与Z轴重合，摄像机绕Y轴旋转使视野覆盖距离车身至少8米，摄像机绕Z轴旋转使车身周围的图像能够呈现在图像的中间区域；

2)所述图像校正模块，用于校正图像变形和畸变；

鱼眼镜头是一种超广角的特殊镜头，它的焦距极短并且视角能达到180度，鱼眼镜头能实现近距离大视场，但同时也引入非常严重的图像变形。图像变形的主要原因是鱼眼镜头的真正成像面不是平面，而是近似于球状的曲面。

除此之外，还存在鱼眼镜头的畸变，由像点发出的光线经鱼眼镜头透镜折射后，理想像点与摄像机实际成像面上所成的像点之间所存在的光学误差。

因此，需通过校正变形和畸变，使之满足普通摄像机的成像模型，才能适用于后续的立体视觉操作；

鱼眼变形校正采用最常用的等距投影模型，畸变校正采用对坐标偏移影响最大的径向畸变模型。经推导，带变形和畸变坐标的坐标(x_u，y_u)，畸变坐标(x_d，y_d)，和校正后(x，y)坐标关系如下：

其中，f为焦距，k₁，k₂，k₃，k₄为畸变系数。

为求解以上参数，须建立立体视觉模型获得校正后(x，y)和空间三维坐标点(X_w，Y_w，Z_w)经推导，立体视觉模型如下：

其中，s为尺度因子，[R T]为外参矩阵，R为3x3的旋转矩阵，T为3x1的平移矩阵。