[发明专利]确定布置在车辆中的照相机的位置和取向的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定布置在车辆中的照相机的位置 和取向的方法。

背景技术

照相机用在车辆中，例如与巡航控制系统相结合。如果 巡航控制系统包括所谓的转向辅助装置，则照相机观察位于车辆前方 的视野范围并使转向辅助装置能够识别行车道限制或者甚至次级道路 上的不相关路边。因此，利用由照相机记录的图像，可确定车辆距行 车道边缘的距离，或者通过车辆速度，可确定直到非有意离开行车道 的时长。距行车道边缘的距离或者直到离开行车道的时长一旦不达到 某个预定值，转向辅助装置就发出警告(车道偏离警告)以帮助司机。

为了能够可靠地发出这样的警告以帮助司机和避免错误 的警告，必须尽可能准确地知道照相机相对于由车辆定义的坐标系的 位置和取向，因为否则会错误地确定距行车道边缘的距离或者直到离 开行车道的时长。

已经提出各种方法来确定布置在车辆中的照相机的位置 和取向，其中，在所谓的在线和离线校准方法之间通常进行区别。

布置在车辆中的照相机的在线校准方法是在车辆运行期 间执行的，并且需要对车辆的周围环境作出几何假设，或者需要使用 车辆运行的参数，诸如例如转向角或横向加速度。几何假设(大多数 情况下不是基于确切的测量)和车辆运行参数的使用(可能为误差所 累)，限制了在线校准方法的准确度，使得在确定照相机位置和取向的 时候，仅仅使用在线校准方法不能获得所需的准确度。

离线校准方法是已经在车辆的制造期间或者是在车辆在 车间中维修保养期间执行的。公知的离线校准方法利用通常布置在车 辆前方的照相机视野范围内的水平和/或竖直的几何图案。在公知的离 线校准方法中，必须精确地知道几何图案的特征点相对于由车辆定义 的坐标系的位置。在由照相机记录的图像中，通过照相机的成像特性 和/或成像模型，确定对应于几何图案的特征点的特征图像点的位置以 确定照相机相对于由车辆定义的坐标系的位置和取向。

为了实施公知的离线校准方法，因此需要确切地知道特 征点相对于由车辆定义的坐标系的三个空间坐标，以达到校准所需的 准确度。就确定特征点在车辆坐标系中的三个坐标而言，这是不利的， 也就是说，测量特征点相对于车辆的位置，在时间和设备方面需要相 当大的花费。此外，测量可能包含系统误差并可能为非准确性所累。 另外，针对每一种车辆类型必须至少再次确定该特征点的该三个坐标。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法，采用该方法可以 更简单、更快速而又精确地确定布置在车辆中的照相机的位置和取向。

该目的通过下述方法而达到，该方法用于确定布置在车 辆中的、尤其用于巡航控制系统中的照相机的位置和取向。该方法包 括：将照相机布置在相对于布置在基底上的几何图案的第一距离处， 使得至少三个不在一条直线上的特征图案点位于照相机的视野范围 内，其中，特征图案点之间的距离是已知的；由照相机记录几何图案 的第一图像；在由照相机记录的图像中确定对应于特征图案点的特征 图像点；通过描述照相机成像特性的成像模型，将特征图像点虚地投 影回基底上，并计算出投影回的点在由车辆定义的车辆坐标系中的位 置；优化成像模型，使每种情况下两个投影回的点之间的距离与对应 的特征图案点之间的已知距离相一致；以及从优化后的成像模型确定 照相机相对于车辆坐标系的高度、侧倾角和纵倾角。具体而言，照相 机布置在相对于几何图案的第一距离处，使得至少三个不在一条直线 上的特征图案点位于照相机的视野范围内，其中，特征点之间的距离 是已知的，并由照相机记录几何图案的第一图像。从照相机所记录图 像中对应于特征图案点的至少三个特征图像点的位置，来确定照相机 相对于由车辆定义的坐标系(这里也称作车辆坐标系)的高度、侧倾 角和纵倾角，在这一点上描述照相机成像特性的成像模型是优化的。 为了执行该方法，需要具有至少三个特征点的图案，以便它们决定一 个平面以确定角度。

本发明方法的一个特别优势在于，只需要知道特征图案 点之间的距离，而不是这三个点相对于车辆的位置。特征图案点(优 选地布置在一个平面内，尤其是在基底(base)上)之间的距离，与这 些点相对于车辆的空间位置相比，可以显著地更简单和更精确地确定。 此外，例如在机动车车间里，可以将几何图案在基底上标记一次，然 后可以按照需要的频度再次使用。