全景环视泊车辅助系统在商用车上的应用

４１４　武汉理工大学学报（信息与管理工程版）　２０１５年８月　依据以上分析提出一种基于全景环视泊车辅　助系统鱼眼摄像头在商用车上的安装优化方案。　通过鱼眼摄像头的合理安装来减少由于畸变校正　后图像边缘失真的影响，同时也可减少后续图像　配准、融合的工作量，并使最后在中控台上显示的　全景图能精确地反映商用车四周的情况。　３．１鱼眼镜头中心光轴左右平移的幅度　鱼眼镜头的中心光轴是指当光线从某个特殊　的方向通过镜头时，光线射到最后成像芯片上不　发生任何折射　。这个特殊的方向就是鱼眼镜　头的中心光轴，一般即为通过镜头中心的线。　全景环视泊车辅助系统是基于两两摄像头之　间的重叠部分，经过一系列的图像变换后得到鸟　瞰图，如图６所示。通过实验分析可知，当鱼眼镜　头ｃ　的中心光轴　由原来与汽车车身垂直变　为与车身存在　角度　时，在摄像头Ｃ：和Ｃ　位置不变的情况下，由于鱼眼摄像头的视野范围　为１８０。，摄像头ｃ　与Ｃ　的重叠部分ｆ　ｆ４１变多，　易于后续的拼接，同时摄像头ｃ　与ｃ：的重叠部　分Ｚ　Ｚ　也会变少。然而图像拼接融合就是依靠　这一重叠部分来完成的，重叠部分的多少将会直　接影响最后的成像效果，因此摄像头安装位置应　该使得左右两边成像重叠部分相同。同时考虑到　鱼眼镜头的成像特点，图像边缘部分变形严重。　这些因素会给后续的拼接带来极大的难度，拼接　完成后的图像也不能真实地显示汽车周围的情　况，极易出现盲区。同理，鱼眼相机Ｃ：、Ｃ　、Ｃ　两　两之间也存在同样的问题。　－　强　ｌ　圈　夏　󰀀／　一　Ｃ　｜　－　强／　ｌ一公共区域；２一非公共区域；＋一虚拟鸟瞰视点Ｐ　图６安装４个鱼眼摄像头的汽车鸟瞰示意图　因此４个鱼眼摄像头中心光轴与车身边缘垂　直，即鱼眼摄像头的中心光轴左右平移幅度为０　才是最优的安装方案。　３．２鱼眼镜头在车身长、宽中的位置　鱼眼镜头的成像特点是除了图像中心的景物　保持不变形外，图像中心以外的水平或垂直的景　物都发生了变形，且越接近图像边缘区域，变形越　明显。因此如图６所示，如将鱼眼摄像头　由原　来位置变化到　位置时，即摄像头前移了，摄像　头　与摄像头Ｃ，的重叠部分ｚ，：、ｆ　，由于ｆ　更加　靠近鱼眼图像的中心而更加清晰，畸变程度更小，　因此更易于拼接融合处理；同时也要考虑由于摄　像头Ｃ　太靠近汽车前端，使得ｃ　拍摄的图像ｌ观　越接近鱼眼图像的边缘部分，因此变形更加严重。　最终在与Ｃ，公共区域ｌ，　进行拼接融合处理时，　由于图像失真严重，增加了图像畸变校正的难度，　即校正后的图像失真也较严重，很难达到预期的　效果。同理其他鱼眼摄像头Ｃ。、Ｃ　、Ｃ　安装过程　中也存在同样的问题。　因此，对于车身长度较小的情况，鱼眼镜头一　般应该安装在车身长、宽的中点处，这样更利于后　续的图像处理，得到的效果也比其他方案好。　３．３鱼眼镜头中心光轴上下倾斜的角度　在全景环视泊车辅助系统中，驾驶员并不是　特别在意每个鱼眼镜头拍摄的全部视野，只是对　某个特殊区域感兴趣，这个特殊区域如图５所示，　即汽车周围左、右可视距离２．５　ｍ，前、后可视距　离３　ｒｎ的区域。这时需要把鱼眼镜头光学中心由　原来的整个鱼眼图像的中心转换为感兴趣区域的　中心，通过将鱼眼相机中心光轴向下倾斜一定角　度对应感兴趣的区域的几何中心与鱼眼镜头安装　高度相结合，建立一种对应优化关系。实现鱼眼　图像感兴趣区域的视窗校正，从而为下一步实现　图像拼接融合奠定基础。　当摄像头斜向下拍摄水平地面上的物体时，　物体在图像中的影像会发生形变，为了减少后期　对畸变图像校正的工作量，就要根据鱼眼摄像头　安装高度日来调节镜头中心光轴向下倾斜的角　度　，使得鱼眼镜头的中心光轴对准感兴趣区域　的几何中心点如图５中的Ａ点、　点，即分别是在　１．２５　ｒｎ处和１．５　ｍ处。具体实验室模拟试验方　案如图７所示。通过一块宽２．５　１１３．、长６　ｎｌ及一　块宽３　ｍ、长４　ｍ包含２４个特征圆的靶标来模拟　全景环视泊车辅助系统在汽车左右、前后的感兴　趣区域。同时将鱼眼镜头固定在三角架上，将镜　头的中心光轴向下倾斜一定的角度　，对准标靶　上的几何中心Ｋ点。　（１）模型建立。针对不同外观轮廓车身的商　用车，鱼眼摄像头安装的数量和类型可能有较大　差异。因此通过建立一种通用的模型，对具体的　模型进行分析。对于上述分析，如图８所示，利用　第３７卷第４期　李晓亮，等：全景环视泊车辅助系统在商用车上的应用　４ｌ５　一■　（ａ）靶标１　（ｂ）靶标２　图７实验室模拟感兴趣的区域　立体模型来模拟鱼眼摄像头照射感兴趣区域０６　的范围。鱼眼摄像头的视野范围很广，但是依据　假设只对汽车两侧２．５　ｍ×６　ｍ和前后３　ｒｎ　ｘ４　ｍ　的范围感兴趣，即只要是汽车左右宽２．５　ｍ、长　６　ｍ，以及前后宽３　ｍ、长４　ｍ的空间区域内出现　的障碍物，都能较好地被检测并显示出来。　摄像　口　（ａ）立体模型　（ｃ）主视图　图８鱼眼相机安装图　（２）基本假设。①全景环视泊车辅助系统最　后成像达到的视野范围是：汽车左、右可视距离可　达到２．５　ｍ，前、后可视距离可达３　ｍ，如图８（ａ）　所示。②考虑到商用车本身的车长及车宽，横向　感兴趣区域的范围分别为６　ｍ、４　ｍ，如图８（ｂ）所　示。③鱼眼镜头安装的高度日变化时，其中心光　轴与车身安装角度　随之呈一定规律变化。④参　考《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》，以及　考虑到商用车的底盘一般较高及货车和一些牵引　车的车高，取鱼眼摄像头的安装高度为０．６～３．０　ｍ，即０．６≤日≤３．０。　（３）符号说明。口为鱼眼摄像头中心光轴与　车身垂直线的夹角；０为感兴趣区域的宽；ｂ为感　兴趣区域的长；　为感兴趣区域的几何中心；Ｈ为　鱼眼摄像头安装时相对地面的垂直高度。　（４）实验数据与分析。在实验室里，为了便　于调节镜头角度和安装的高度，将鱼眼摄像头安　装在三角架上，根据鱼眼相机不同的安装高度日　不断调节　值，使鱼眼摄像头的主光轴对准感兴　趣几何中心Ｋ。通过运用ＳＰＳＳ统计分析软件，可　得到商用车左右鱼眼相机安装高度与旋转角度趋　势变化曲线，如图９所示。　由图９可知，拟合的趋势变化符合指数分布　＝１０３．３６３ｅ　鲫　（０．６≤Ｈ≤３．０）。因为相关系　图９商用车左右鱼服相棚应－装高度与旋转角度趋势嗖Ｉ化　数Ｒ　＝０．７８，所以这是一个指数特征较为明显的　实验模型，即能说明拟合指数曲线能够７８％地解　释实测数据，可以为商用车左右鱼眼摄像头安装　提供参考。　同理，运用同样的方法得到商用车前后鱼眼　镜头安装高度与旋转角度趋势变化曲线，如图１０　所示。　图ｌ０　由图１Ｏ可知，拟合的趋势变化符合指数分布　＝１２４．６９ｅＩＵ　郇　（Ｏ．６≤日≤３．０）。因为相关系数　Ｒ　＝０．７７，所以这是一个指数特征较为明显的实　验模型，即能说明拟合指数曲线能够７７％地解释　实测数据，可以为商用车前后鱼眼摄像头安装提　供参考。　４结论　综上分析，可根据商用车的不同外观轮廓尺　寸确定鱼眼摄像头的最佳安装方案：　（１）鱼眼摄像头中心光轴与车身边缘垂直，　即鱼眼镜头的中心光轴左右平移幅度为０；　（２）鱼眼镜头一般应该安装在商用车车身　长、宽的中点处，但对于一些大型货车和挂车等车　身较长的情况，可通过安装多个鱼眼镜头来满足　全景的要求；　（３）在安装过程中可先根据商用车的车身与　底盘结构确定鱼眼摄像头的安装高度日，通过不　断调节鱼眼相机主光轴与车身垂直线的夹角　，　４１６　Ｉ１　二　１Ｊ　１ｊ武汉理工大学学报（信息与管理工程版）　２　３　４　　１Ｊ２０１５年８月　５　　来达到鱼眼摄像头的最佳安装方式。鱼眼摄像头　的安装高度日具有一定的鲁棒性。　参考文献：　ＷＡＤＡ　Ｍ，ＹＯＯＮ　Ｋ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｐａｒｋｉｎｇ　武汉理工大学，２０１２．　［６］ＰＡＴＩＤＡＲ　Ｓ，ＴＡＮＤＯＮ　Ｖ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｉｍｐｌｅ－　ｍｅｎｔｉｎｇ　ｃｏｍｍｅｒｃｉｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｃａｂ　ｏｃｃｕｐａｎｔａ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ＥＣＥ　Ｒ一２９［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＣｏｍｍｅｒｃｉａｌ　Ｖｅｈｉ—　ｃｌｅ，２００５（２６）：３８—４１．　［７］　冯为嘉．基于鱼眼镜头的全方位视觉及全景立体球　视觉研究［Ｄ］．天津：天津大学，２０１２．　ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００３，１３　（３）：６３—７０．　［８］ＦＲＡＮＫ　Ｒ．Ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｌｔｉｍａｔｅｌｙ　ｓａｆｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．　Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，２００４（１５）：１２６—１３０．　臧艳红．基于全景图像的拼接算法研究［Ｊ］．微计算　机信息，２００７（２３）：３１１—３１２．　［９］　贾云得，吕宏静．鱼眼变形立体图像恢复稠密深度　的方法［Ｊ］．计算机学报，２０００（２３）：１３３—１３６．　［１Ｏ］丁鑫．全景视觉泊车辅助系统研究［Ｄ］．杭州：浙　江大学，２０１０．　杨明．无人自动驾驶车辆研究综述与展望［Ｊ］．哈尔　滨工业大学学报，２００６（５）：３５—４０．　文彤．商用车安全性系列综述［Ｊ］．汽车与配件，　２００７（１７）：８４—９０．　［１１］　王鹏程．基于多图像传感器融合的全景环视泊车　辅助系统研究［Ｄ］．长春：长春理工大学，２０１３．　李宗炬．大型商用车右侧碰撞预警系统［Ｄ］．武汉：　Ｐａｎｏｒａｍｉｃ　Ｐａｒｋｉｎｇ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　Ｌ／Ｘｉａｏｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｙｕｎｉｎｇ，ＡＮ　Ｚｈａｏｊｉｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ｔｈｅ　ｐｏｐｕｌｒｉａｔｙ　ｏｆ　ｐａｎｏｒａｍｉｃ　ｐａｃｋｉｎｇ　ａｓｓｉｓｔａｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ａ　ｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｕｔｏ—　ｍｏｂｉｌｅｓ．Ｉｔ§ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｒｅｇｕｌａｔｅ　ｆｉｓｈｅｙｅ　ｃａｍｅｒａ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｏｕｔｓｉｄｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍ—　ｍｅｒｃｉｌ　ｖｅｈｉａｃｌｅｓ．Ａｎ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｗａｙ　ｏｆ　ｐａｎｏｒａｍｉｃ　ｐａｒｋｉｎｇ　ａｓｓｉｓｔａｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｍｐａｒｉ—　ｓｏｎ．Ｔｈｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｐｏｓｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃａｍｅｒａ　ｗａｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｖｅｈｉｌｅｓ　ｃｉｒｃｃｕｍ—　ｓｔａｎｃｅｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃａｍｅｒａ　ｉｎｓｔｌｌａｔａｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｇｈｉｄａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｆｕｔｕｒｅ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｓｔｌｌａｔａｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ；ｐａｎｏｒａｍｉｃ　ｐａｒｋｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ；ｃａｍｅｒａ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ；ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ＬＩ　Ｘｉａｏｌｉａｎｇ：Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ；Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷＵＴ，Ｗｕｈａｎ　４３００７０，Ｃｈｉｎａ．　［编辑：王志全］