一种建立HUD系统图像翘曲形变模型的方法与流程

本发明涉及图像翘曲形变技术领域，是建立hud系统图像翘曲形变模型的方法，基于数字图像处理技术，以贝塞尔曲面为基础模型，实现hud系统中图像翘曲形变的方法。

背景技术：

hud系统，将仪表，路况等复杂图像信息显示在汽车或飞机的前挡风玻璃上，减少驾驶员低头获取信息次数，提高驾驶安全性。它通过图像翘曲形变将平面图像显示在挡风玻璃曲面上，并使驾驶员看到的图像仍为平面效果。

在实际应用中，光学装置也可以将平面图像投射到挡风玻璃曲面上，并消除失真。但成本高于数字图像处理方式，且需要根据驱动器的位置实时调整光学器件，额外增加的机械装置将进一步提高系统成本。

使用数学模型模拟挡风玻璃形状可以简化图像翘曲变换的过程，贝塞尔曲面具有良好的自由特性，曲面形状完全依赖于较少的控制点的位置及权重，因此，本发明使用贝塞尔曲面模拟挡风玻璃模型。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种建立hud系统图像翘曲形变模型的方法，是以数字图像处理技术及贝塞尔曲面为基础，建立合理的数学分析模型，实现hud系统中的图像翘曲形变，并降低系统复杂度及实现成本。

本发明通过如下技术方案予以实现：

1、建立挡风玻璃数学模型

使用合理的曲面，如：贝塞尔曲面、b样条曲面、coons曲面等模拟挡风玻璃模型。本发明使用双三次贝塞尔曲面模拟挡风玻璃的形状，即使用16个控制点构建曲面模型。只需要16个控制点的三维位置坐标，而不需保存曲面上每个点的坐标。

2、考虑系统中光源位置

将光源简化为点光源进行分析，在空间直角坐标系中，光源位置有相应的坐标参数。

3、进行翘曲形变映射计算

原始图像与目的图像之间存在数学映射关系，根据已知的目的像素坐标，参考挡风玻璃曲面形状及光源位置进行坐标映射计算，获得原始像素坐标，进而获得原始像素的像素值。4、计算目的像素的像素值，完成图像显示

采用插值算法对目的像素的像素值进行计算，完成图像显示。本发明使用双线性插值算法。

翘曲形变模型如图1所示。

有益效果

与现有技术相比较，本发明方案可作为数字ip在芯片上实现，或在软件上实现。简化了hud系统中图像翘曲形变的数学模型，降低了系统复杂度及实现成本。

附图说明

图1是hud系统中翘曲形变模型示意图；

图2是使用贝塞尔曲面归一化模拟挡风玻璃的模拟图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细的说明。

使用双三次贝塞尔曲面模拟挡风玻璃形状。本实施例中，在python3.7的spyder工具中建立曲面模型，如图2所示，并计算翘曲形变映射关系。

1、建立翘曲形变数学模型

建立空间直角坐标系，如图1所示：

点o、a、b、c：贝塞尔曲面四个角点，构成的角点平面oabc与地面之间存在夹角a；

曲面oabc：挡风玻璃曲面，图像的显示区域；

平面amno：驾驶员看到的视野图像平面，即原始图像平面，与地面垂直。此平面为虚拟平面，无实物模型；

平面defg：投影平面，即目的平面；

p点：光源位置；

u点：p点与平面defg上点的连线与挡风玻璃曲面oabc的交点；

v点：u点在平面amno上的对应映射点。

光源打到目的平面defg上，将其投影到曲面oabc上，经过坐标与角度变换，形成平面图像amno，即驾驶员最终看到的平面图像。

2、获得光源位置坐标

可以通过相机或传感器获得。

3、计算贝塞尔曲面上点的坐标

光源p点与目的平面defg上各点连线与挡风玻璃曲面oabc相交，得到交点u的坐标。

4、计算原始图像上像素映射点坐标

原始图像平面amno上像素映射点v的坐标通过u的坐标及贝塞尔曲面的角点平面oabc与地面夹角a可以计算得到。

5、计算映射点v对应的原始像素点坐标

设v点坐标为(x.m，y.n)，x、y为坐标的整数部分，即原始像素访问地址；m、n为坐标的小数部分，即原始像素权重。取坐标分别为(x，y)、(x+1，y)、(x，y+1)、(x+1，y+1)的四个像素点进行双线性插值运算。

6、获得目的像素的像素值

通过双线性插值算法对原始像素的像素值及坐标权重进行计算，获得目的像素的像素值，并在贝塞尔曲面上进行显示。