驾驶模拟系统三维虚拟图像的标定方法

文档序号:6599217

专利名称::驾驶模拟系统三维虚拟图像的标定方法
技术领域
:本发明涉及一种图像标定方法,尤其是一种汽车驾驶模拟系统三维虚拟图像的标定方法。
背景技术
:研究型汽车驾驶模拟系统是一种能模拟驾驶员_汽车-道路交通行为,并能使驾驶员获得与实车驾驶感觉相近的虚拟仿真设备。由于在驾驶模拟系统中,驾驶员是通过眼睛获得90%以上的信息,所以,三维虚拟图像的技术是驾驶模拟技术中最重要的组成部分,必须使驾驶员视觉接近真实的感受。目前,驾驶模拟系统中的三维虚拟图像是经过计算机生成,投影仪放大,视屏显示等多个环节完成的,因此,驾驶员看到的虚拟图像与实际的景象存在较大的差异,且随意性比较大,特别是当使用多通道图像显示系统显示时,其图像的拼接误差会进一步加大。如何调整图像视点与图像传递,使驾驶员看到的虚拟图像逼近真实的情况,必须有相应的标定方法。但目前尚没有一套完整的对驾驶模拟系统三维虚拟图像进行真实性标定的方法。研究型驾驶模拟系统作为一种科学研究工具的前提是它必须为驾驶员提供一个与实际驾驶尽可能真实的驾驶环境和感受。因此,对于研究型驾驶模拟系统,必须对其三维虚拟图像的真实性进行标定。
发明内容本发明的目的就是克服现有技术存在的上述不足,提供一种驾驶模拟系统三维虚拟图像的标定方法。本发明基于下列原理—、在驾驶模拟系统的三维虚拟图像中,对物体的空间尺寸进行的标定。如图1所示,在实境W上有目标物(两根标杆1和11),相距为L,双目视点3、31的间距为a,视点3、31与实境W的距离为S,在双目3、31与实境W之间设驾驶模拟系统视屏图像,即虚境M,虚境M与双目3、31的距离为d,实境W上的目标物(两根标杆1和11)在虚境M中为投影目标物(两根标杆2、21),虚境M中的投影目标物(2、22)之间的水平间距为PL,则根据相似三角形原理,PL如式(1)PL=dXL/S+a-aXd/S(1)同理,如图5所示,实境W中目标物1的高度为H,其在虚境M中的投影为2,在虚境M中的投影高度设为PK,视点为3,视点3到实境W目标物1的距离为S,视点3到虚境M中的投影目标物2的距离为d,同时虚境M上投影目标物2底部到地面距离设为PH,驾驶员视点3到地面距离为h,则根据相似三角形原理分别得PK和PH的计算公式为PK=dXH/S(2)PH=h-hXd/S(3)由此,驾驶模拟系统是将现实的目标物——道路交通景物,通过虚拟方式呈现在视屏图像上。假设现实中的道路交通景物就如图1所示的实境W及目标物1,驾驶模拟系统视屏图像就如图1所示的虚境M,则实境W中的目标物1、11在虚境M中就为投影目标物2、21,双目3、31看到的驾驶模拟系统视屏图像即虚境M中两个投影目标物2、21的间距PL就应该等于由公式(1)计算的PL值;同理,驾驶模拟系统视屏图像中的投影目标物2的高度PK就应该等于由公式(2)计算的PK值;驾驶模拟系统视屏图像中投影目标物2底端到地面距离PH就应该等于由公式(3)计算的PH值。这就保证了驾驶模拟系统视屏图像在水平空间的真实性。二、在驾驶模拟系统的三维虚拟图像中,对物体(主要指交通标志、标牌)有效视距进行的标定。如图2所示,在实境W中有一个固定尺寸为t的其上有数字、文字或符号的显示目标物如交通标志牌4,驾驶员的视点3与标志牌4的距离为SL。当视点3刚好看清标志牌4的内容时,SL为实际中视觉的最大视距,将标志牌4按同样尺寸投影到驾驶模拟系统视屏图像即虚境M中为投影显示目标物,从虚境M中能够看清投影显示目标物——虚拟标志牌4的有效视点为5,视点5与虚拟标志牌4之间的距离VS称为模拟系统的最大有效视距,由于计算机图像、投影仪分辨率、图像质量等因素的影响,有效视距VS必然小于最大视距SL,即VS<SL,则定义SR=VS/SL(SR小于等于1)(4)SR称为驾驶模拟器的视距比,SR越小,说明虚拟图像的分辩质量越差;当SR接近1说明虚拟图像的分辨率接近真实情况。对于确定的驾驶模拟系统而言,SR是固定的,为了保证虚拟标志牌4的有效视距VS与实际最大视距SL相等,就必须将标志牌4的尺寸放大到6,设放大后的标志牌尺寸为T,根据相似三角形原理T=tXSL/VS=Wt(5)W=SL/VS(6)其中t为标志牌实际尺寸,T为放大的标志牌尺寸,W为显示目标物在驾驶模拟系统视屏图像中的放大倍率。由此通过驾驶模拟系统视屏图像放大,保证了驾驶员在虚境中在实际最大视距SL下,能够看清与实际相同的交通标志信息,从而保证了在驾驶模拟系统的三维虚拟图像中物体(主要指交通标志、标牌)有效视距的真实性。本发明通过下列技术方案完成一种驾驶模拟系统三维虚拟图像的标定方法,包括用现有技术的三维虚拟图像建模软件建立驾驶模拟系统的三维虚拟场景标定样板,其特征在于包括下列步骤A、在三维虚拟场景标定样板上,设定一中心,该中心即为双目视点,双目视点间的距离为a,并以该视点为圆心设定一半径为R的圆弧面,该圆弧面即为实境,在实境上设目标物,目标物的高度为H,两两目标物之间的距离为L,半径R即为视点到目标物的距离S,在双目视点与目标物之间设置一个与实境相似的驾驶模拟系统视屏图像,即虚境,实境中的目标物投影在虚境后,其投影目标物的高度为PK,投影目标物底端距地面高度为PH,两两投影目标物之间的距离为PL,目视点到投影目标物距离为d,目视点距地面高度为h,则按式⑴求出虚境中两两投影目标物之间的距离PLPL=dXL/S+a-aXd/S(1)按式⑵求出虚境中投影目标物高度PK:PK=dXH/S(2)按式(3)求出虚境中的投影目标物底端距地面高度PHPH=h-hXd/S(3)式中L、S、H、a、h、d均为已知数;B、将上述步骤A求得的投影目标物的PL、PK、PH值,分别标入虚境中,即可使实境中的目标物通过投影呈现在虚境中,从而完成目标物在虚境中的标定;C、在步骤A的三维虚拟场景标定样板上的圆弧面即实境外侧,选择性设置固定尺寸为t的其上有数字、文字或符号的显示目标物,目视点与实境中显示目标物的最大视距为SL,显示目标物投影到虚境中为投影显示目标物,在目视点能够看清虚境中投影显示目标物的有效视距为VS,对于确定的驾驶模拟系统而言,SR是固定的,为了保证虚境中投影显示目标物的有效视距VS与实境中显示目标物的最大视距SL相等,就要将显示目标物尺寸放大为T,根据相似三角形原理T=tXSL/VS=Wt(5)W=SL/VS(6)其中t为显示目标物的实际尺寸,T为放大的显示目标物尺寸,W即为显示目标物在虚境中的放大倍率,从而完成显示目标物在虚境中的标定。本发明与现有技术相比具有下列优点和效果采用上述方案,可以更快捷、更全面、更准确、更客观地对驾驶模拟系统三维虚拟图像中的物体空间尺寸及有效视距进行标定,同时解决了现有驾驶模拟系统静态虚拟图像标定技术中只针对个体,缺乏通用性的问题。图1为目标物在虚境中的空间尺寸标定原理示意图;图2为目标显示物在虚境中的放大倍率标定原理示意图;图3为三维虚拟图像标定样板俯视图;图4为三维虚拟图像标定样板正视图;图5为三维虚拟图像标定样板侧视具体实施例方式实施例1A、首先用现有技术的三维虚拟建模软件建立驾驶模拟系统的三维虚拟场景标定样板,其主视图如图4所示,俯视图如图3所示,侧视图如图5所示。B、如图3所示,在上述三维虚拟场景标定样板上设定一中心为双目视点3、31,即驾驶模拟器8中的驾驶员双目,双目视点3、31间的距离为a=0.065m,并以该视点为圆心设定一半径为R的圆弧面即实境W,在实境W上从左至右设置六根直立的红白相间标杆1、11、12、13、14、15(即目标物),标杆的高度为H=3m,标杆1、11,标杆12、13,标杆14、15之间的距离为L=3m,标杆11、12,标杆13、14之间的距离为J=3.13m,半径R即为视点3到各标杆的距离S=10m,在各标杆与目视点3之间设置一个与实境W相似的驾驶模拟系统视屏图像即虚境M,实境W中的标杆1、11、12、13、14、15在虚境11中为投影标杆2、21、22、23、24,25,实境W中标杆间的距离L、J在虚境M中的投影距离分别为PL、PJ,投影标杆2在虚境M中的高度为PK,投影标杆2底端距地面高度为PH,目视点3到投影标杆的距离为d,目视点距地面高度为h=1.2m;C、将上述步骤2的数据代入式⑴、式(2)、式(3)中,得同一投影屏幕标杆间距离理论值PL=d/3.3+0.065-0·0065d=0.065+0.296d(7)两投影屏幕相邻标杆间距离理论值PJ=d/3.2+0.065-0.007d=0.065+0.306d(8)投影屏幕标杆底与地面距离理论值PH=1.2-0.12d(9)投影屏幕标杆投影高度理论值PK=0.3d(10)D、将驾驶员视点至屏幕的距离d分为若干值,则根据上述理论值计算公式(7)(10)求出每一个d值所对应的参数理论值如表1所示表1标定参数理论值查询表标杆1、2,3、4,标杆2、3,PHPK(m)d(m)5、6之间的间距PL4、5之间的间距(m)(m)PJ(m)0.4ΟδΟθΓΤΤδ0Λ20.6θΓ240^251Λ3Οδ0.8Ooθ7ΓΤΤοθΓ24~Οθ0^37L08Oo~L20Λ2θ3L06Οθ~L4ΟδΟθL030Λ2~L6054θΓδ5LOlΟδ~L8ΟΓΘΟθΓ62θΓ98054~~2θΓ66θΓ68θΓ96ΟΓΘΟ2.2072074θΓθ4θΓθ6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>其中,PL:标杆1、11,12、13,14、15之间的距离投影在相应屏幕上的投影间距;PJ标杆11、12,14,14之间的距离投影在相应屏幕上的投影间距,PK视屏上投影标杆的长度;PH视屏上投影标杆底部到地面距离;Ε、将上述步骤4的理论值标定在三维虚拟场景标定样板上制成三维虚拟图像,投射到驾驶模拟系统屏幕上,调整驾驶员视点位置使之与投影屏幕的几何中心重合或基本重合,测量标杆在屏幕上的间距PL、PJ以及标杆长度PK和标杆底部到地面距离PH,将其值分别与对应的理论值比较,若不满足误差范围,可调整视点、投影仪缩放比例、视屏距离等参数,直到控制在允许的误差范围内,从而完成目标物在虚境中的标定,具体是(1)测量驾驶员视点到屏幕的距离d,根据该距离值,从表1中查出PL、PJ、PK、PH的理论值备用。(2)测量图3投影屏幕上虚拟图像中的PL、PJ、PK、PH值,分别与理论值对比,求出相对误差,若不满足误差范围((5%),可按下列步骤调整a)对虚拟图像进行整体放缩,满足虚拟图像成像效果布满整个视屏;b)测量视屏图像中标杆3、4的PL值与PK值,根据PL值与PK值在表1中查找驾驶员视点到视屏d值;c)调整驾驶员视点位置使之满足b)中d值;d)根据b)中d值对应的PH值,通过升降驾驶员视点高度的方式调整视屏图像整体高度;e)调整前左、前右视屏与中视屏的角度使之满足PH值;F、在步骤A的三维虚拟场景标定样板上的实境圆弧面外侧,设三个尺寸固定的其上有数字、文字或符号的显示目标物——信息标牌4,其中,41为数字标牌,位于前左、42为文字标牌,位于前中、43为符号标牌,位于前右,分别位于标杆1、11,12、13,14、15之间,标牌4至驾驶员视点3的距离SL为可调整的能够清楚看见标牌内容的视距,标牌4投影到虚境中,其与驾驶员视点3的距离VS可调,调整该视距,使驾驶员看清虚境中投影标志牌的内容,即可得到VS值,根据式(5)、式(6)T=tXSL/VS=Wt(5)W=SL/VS(6)即可得出标牌4在虚境中的放大倍率,从而完成标牌4在虚境中的标定。权利要求一种驾驶模拟系统三维虚拟图像的标定方法,包括用现有技术的三维虚拟图像建模软件建立驾驶模拟系统的三维虚拟场景标定样板,其特征在于包括下列步骤A、在三维虚拟场景标定样板上,设定一中心,该中心即为双目视点,双目视点间的距离为a,并以该视点为圆心设定一半径为R的圆弧面,该圆弧面即为实境,在实境上设目标物,目标物的高度为H,两两目标物之间的距离为L,半径R即为视点到目标物的距离S,在双目视点与目标物之间设置一个与实境相似的驾驶模拟系统视屏图像,即虚境,实境中的目标物投影在虚境后,其投影目标物的高度为PK,投影目标物底端距地面高度为PH,两两投影目标物之间的距离为PL,目视点到投影目标物距离为d,目视点距地面高度为h,则按式(1)求出虚境中两两投影目标物之间的距离PLPL=d×L/S+a-a×d/S(1)按式(2)求出虚境中投影目标物高度PKPK=d×H/S(2)按式(3)求出虚境中的投影目标物底端距地面高度PHPH=h-h×d/S(3)式中L、S、H、a、h、d均为已知数;B、将上述步骤A求得的投影目标物的PL、PK、PH值,分别标入虚境中,即可使实境中的目标物通过投影呈现在虚境中,从而完成目标物在虚境中的标定;C、在步骤A的三维虚拟场景标定样板上的圆弧面即实境外侧,选择性设置固定尺寸为t的其上有数字、文字或符号的显示目标物,目视点与实境中显示目标物的最大视距为SL,显示目标物投影到虚境中为投影显示目标物,在目视点能够看清虚境中投影显示目标物的有效视距为VS,对于确定的驾驶模拟系统而言,SR是固定的,为了保证虚境中投影显示目标物的有效视距VS与实境中显示目标物的最大视距SL相等,就要将显示目标物尺寸放大为T,根据相似三角形原理T=t×SL/VS=Wt(5)W=SL/VS(6)其中t为显示目标物的实际尺寸,T为放大的显示目标物尺寸,W即为显示目标物在虚境中的放大倍率,从而完成显示目标物在虚境中的标定。全文摘要本发明一种驾驶模拟系统三维虚拟图像的标定方法,它在现有技术的由三维虚拟图像建模软件建立驾驶模拟系统的三维虚拟场景标定样板上,分别求出虚境中两两投影目标物之间的距离PL、投影目标物高度PK、投影目标物底端距地面高度PH,从而完成目标物在虚境中的标定;再求出显示目标物在虚境中的放大倍率,从而完成显示目标物在虚境中的标定。可以更快捷、更全面、更准确、更客观地对驾驶模拟系统三维虚拟图像中的物体空间尺寸及有效视距进行标定,同时解决了现有驾驶模拟系统静态虚拟图像标定技术中只针对个体,缺乏通用性的问题。文档编号G06T7/00GK101819678SQ20101012472公开日2010年9月1日申请日期2010年3月16日优先权日2010年3月16日发明者万华森,熊坚,秦雅琴,贾现广,郭凤香,陈亮申请人:昆明理工大学
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