一种二维坐标到三维坐标的转换方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于增强现实技术的车载实景导航方法，涉及三维空间坐标转换 方法。
【背景技术】
[0002] 当今社会，汽车已成为一种必不可少的交通工具。人们在享受汽车带来的方便和 快捷的同时，汽车交通事故，汽车尾气排放带来的环境污染以及交通阻塞带来的问题，已成 为日益严峻的全球性社会问题。因此，利用各种先进的汽车新技术、设备和理念减少交通事 故、提高汽车安全和减小交通压力有很大的市场潜能。
[0003] 上一世纪90年代以后，随着电子技术、控制技术、传感器技术和新材料在汽车产品 中的广泛应用，汽车安全技术得到了更加迅猛的发展。现如今，汽车安全技术的研究已由单一 安全技术的研发，向各种安全技术相融合协同的集成化、系统化和智能化方向发展。智能化的 汽车安全系统以现代探测技术、光电传感技术、计算机技术和自动控制技术为核心，具有特定 的识别判断能力，能在各种复杂情况下自动协助驾驶员或自行控制汽车，确保行车安全。
[0004] 汽车导航技术诞生于上个世纪后期，主要功能包括汽车的位置的定位，目的地信 息提供以及路径引导，以及良好的易操作性，即友好的人机界面。在经历了一段走向成熟的 过程之后，逐步推向市场。尤其进入新世纪以来，车辆不断增多，道路状况日渐复杂，这就对 导航技术产生了巨大的市场需求，因而推动导航技术取得了长足的进展。然而随之产生的 情况就是系统越来越复杂，需要完成的功能也越来越多，传统的导航系统已经无法胜任。
[0005] 对社会和国家而言，导航技术的普及大大缓解了交通拥堵，在提高交通效率的同 时，对环保也有所改善，符合国家的利益。因而该技术的推广应用也得到了国家从基础设施 到配套软件环境的大力支持。
[0006] 如今二维导航市场竞争日益加剧，各个导航公司都在谋求新的利益增长点，三维 虚拟导航、实景导航等新兴导航应运而生，而通过增强现实技术开发的增强现实实景导航 系统有更优的人机交互，更准确的导航信息，更多的扩展功能；在未来的导航产品中具有巨 大的竞争优势。
[0007] 在交通问题日益严重的中国，由于历史原因，城市均不可能通过大规模道路建设 来彻底解决交通问题。因此，车载导航系统作为智能交通的一个重要组成部分，是缓解交通 压力，方便出行的首要选择。
[0008] 随着我国经济的发展和急速成长的车载导航市场，车载导航产品已经从二维平面 地图发展到三维地图；从CG地图发展到实景地图；从单纯地图服务到综合车载通讯信息服 务Telematics。现如今消费者更加看重产品的人机交互和可视化效果，利用增强现实功能 集成的增强现实实景导航系统可以更优的实现这一效果。
【发明内容】
[0009] 本发明是为了解决增强现实实景导航中点击屏幕图像特定位置定位到地图坐标 系坐标的问题。
[0010] 本发明通过实际道路宽度，推测出该点在相机坐标系中的X坐标，根据相机内参， 计算出该点在相机坐标系中的坐标。通过三维空间转换，转换为地图坐标系的坐标。
[0011] 本发明利用道路宽度预测目标点在相机坐标系中的X坐标，实现屏幕二维坐标到 地图三维坐标的转换。
【附图说明】
[0012] 图1是屏幕坐标系示意图。
[0013] 图2是相机坐标系X坐标预测示意图。
[0014] 图3是相机投射模型。
[0015] 图4是相机投射模型简化及坐标关系。
[0016] 图5是惯性导航模型图。 图6是三维坐标转换图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。增强现实实景导航系统是由装配 在车体前方的摄像头和GPS惯性导航模块组成。为了使驾驶员能够通过点击屏幕上的点链 接到实景的地图坐标，实现与地图上是标志物相匹配，显示该标志物的信息，就需要进行二 维坐标到实景三维坐标的转换。
[0018] 本发明提出通过推测得出目标点在相机坐标系中的X坐标，根据相机内参，计算 出该点在相机坐标系中的坐标，通过三维空间转换，转换为地图坐标系的坐标。
[0019] 本发明通过点击屏幕，获取屏幕坐标，设屏幕坐标系Cxy，如图1所示，设屏幕坐标 系 Cxy。
[0020] 本发明所提出的目标点X坐标预测根据车辆所在道路宽度，如图2所示。道路宽 度为2x，建筑物距离道路距离为X'。判断点击的点在屏幕中心线的左侧还是右侧，如果在 左侧，设置该点在相机坐标系中的坐标为-(3/2*x+x'），如果在右侧，设置该点在相机坐标 系中的坐标为l/2*x+x'。
[0021] 根据图3中图像投射模型，简化后如图4,矩形方框表示图像平面，0点为摄像机 光心，射线00'为摄像机光轴，0'为摄像机光轴和图像平面的交点，位于图像平面中心，在 Cxy中坐标为（Cx，Cy)。A、B、C为周围的任意兴趣点，A'、B'、C'分别为各兴趣点在图像平 面的投影。兴趣点A和C由于同处于射线OA上，则在图像平面上的投影位置重合。
【主权项】
1. 该发明是解决增强现实实景导航中二维图像平面和三维空间的计算方法，其特征在 于方法包括：利用相机投影和坐标变换模型，加上车辆的定位数据和电子地图信息，通过图 像上目标物的二维坐标分别求出其空间的三维坐标信息。
2. 车辆在地图上的位置主要是利用高精度的惯性陀螺和GPS，加上电子地图信息，可 以准确标记出车辆与其他目标的相对位置。
3. 相机系统，通过精准标定，可以得出相机与路面的空间关系，包括位置关系和角度关 系；这样，图像上的点可以准确找出对应的投影关系。
4. 目标物通过图像上进行选择，判断目标的的投影关系，加上车辆的位置和地图信息 来判断目标物体。
5. 增强现实实景导航是利用增强现实技术Augmented Reality (AR)在虚拟现实基 础上发展起来的新技术，是通过计算机系统提供的信息增加用户对导航现实世界感知的技 术。
【专利摘要】本发明为增强现实实景导航中屏幕二维坐标到地图三维坐标的转换方法。本发明为了解决点击屏幕图像特定位置定位到地图坐标系中该点的坐标，进而检索出该点在数据库中的信息，再显示出来。本发明提出通过分析原始二维坐标系中坐标分布结构，基于点击在屏幕上点的位置，根据相机内部参数，预测出该点在相机坐标系中的三维坐标。通过三维空间转换，转换为地图坐标系的坐标。进而检索出该点的具体信息。
【IPC分类】G01C21-30, G06T17-00
【公开号】CN104833360
【申请号】CN201410045376
【发明人】不公告发明人
【申请人】无锡维森智能传感技术有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2014年2月8日