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360°车载环视系统图像拼接技术研究

冯聪  
【摘要】:目前在汽车电子领域,车载环视系统被广泛的应用到车辆中来辅助司机安全驾驶。车载环视系统主要是利用安装在车身的多路相机所拍摄的图像,拼接成一幅360°全景图像来消除车辆的视野盲区。现在市面上大部分该产品的显示效果大多会存在拼接缝隙和错位等问题,而且都是二维的全景产品,三维全景产品研究还不够成熟。主要原因在于目前对图像拼接的研究大多是针对普通相机采用特征点匹配的方式进行的。在车载环视系统的应用场合下,基于特征点的拼接又不能很好的解决鱼眼图像拼接难的问题。针对以上问题本文设计了全新的环视图像拼接方案,基于地面坐标系标定的拼接方案。拼接方案中可以大致分为两部分,一部分是鱼眼相机的标定与畸变矫正,另一部分就是在标定和矫正的基础上进行的四路鱼眼图像的拼接。对于鱼眼相机标定和畸变矫正部分,本文首先研究了鱼眼相机的成像原理,选择了合适本次拼接方案的鱼眼相机的数学模型,采用一个投影函数来模拟由摄像机坐标系到图像坐标系的投影关系。鱼眼相机的内参就被涵盖于投影函数的系数中,不再分别计算相机的焦距和畸变参数。在计算相机内外参数时,采用一个棋盘格标定板来提取参考坐标,根据鱼眼相机的数学模型提取方程,利用SVD算法来求解参数,计算过程快速准确。然后采用构建一个与摄像机坐标系一致的平面利用鱼眼相机标定所获取的投影函数重新将原始图像的像素信息重新投影到构建的平面上,实现了对鱼眼相机图像的畸变矫正。对于拼接的部分,设计了基于地面坐标系标定的二维和三维环视图像拼接算法。基于地面坐标系标定的拼接算法其核心是利用坐标系转换和重投影坐标的计算。四路鱼眼相机统一采用地面坐标系的参考点来计算拼接外参,然后将各路鱼眼图像分区按照相机的投影函数统一投影到新的一幅环视图像上。在二维环视成像的中,采用的是平面投影。虽然基于地面坐标系标定的二维环视成像算法解决了拼接缝隙和错位的问题,但是二维全景具有视野小和非平面物体图像畸变的特征。于是在此基础上,又提出来基于曲面投影的三维环视成像算法。真正意义上实现了无缝隙、视野广、显示效果逼真的车身周围的三维环视图像。在提高安全驾驶方面具有很高的应用价值。


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