[发明专利]机载的形成立体图像的系统的摄像机的外在校准方法

说明书

本发明的目的在于以可再现并且对于道路不规则性或者由摄像机产生的图像噪声不灵敏的方式校准机载立体系统。为此，本发明提出把由系统观测的场景的点相对于假设的平面场景的深度偏差与系统的各摄像机之间的对应的偏转偏差相关联，然后由此得出摄像机的偏转校准的校正。根据一个实现方式，在如所观测的和如所期待的场景之间进行比较在于：通过时间空间滤波来确定所观测深度和所期待深度之间的深度偏差（AZa），所述所观测深度是形成在如定位于一个摄像机的坐标系中的另一第一摄像机（11）的图像平面中的平面场景的图像的至少一个点（P1a）的所观测深度，所述所期待深度是被从第一摄像机（11）投影在平面场景（120）上的该点（P2a）的所期待深度，然后根据在足够的一组点上取平均的深度偏差来确定所述摄像机之间的偏转校准偏差。

本发明有关于在特别是用于装配机动车辆的机载的形成立体图像的立体视觉系统中使用的摄像机的外在校准方法。

在机动车安全领域，辅助驾驶系统可能包括借助于在车辆上的机载立体视觉系统的视觉辅助。这些系统一般用来检测位于这些车辆前方的视场中的障碍物。立体视觉系统实际上允许根据如下的两个机载摄像机来确定车辆和这些前方障碍物之间的距离：所述两个机载摄像机被布置成接近于彼此以用于为数字处理单元提供成对的立体图像。通过分析这样提供的图像之间的差异，系统允许准确标识障碍物以及它们到车辆的距离。

此外，对这些障碍物的认识被通过辅助驾驶系统告知给驾驶员。例如在涉及在没有另外地指示障碍物的情况下实时地获知道路是否确实没有障碍物时，摄像机的可靠性可能成为决定性的。

准确性取决于摄像机的校准以及对相对于初始校准的可能的变化的知悉。摄像机的校准与内在参数有关，如它们的焦距或它们的变倍的设置，并且与它们的有关于每个摄像机相对于车辆的位置以及有关于摄像机中的一个相对于另一个的相对位置的外在参数有关。

每个摄像机被在工厂初始地内在校准并且对于供应商而言内在参数在整个使用持续时间期间被认为是恒定的。

传统地，将摄像机中的一个认为是基准摄像机，内在校准在于设置该基准摄像机相对于车辆的位置和旋转以及相对于另一照相机（被称为从摄像机）的旋转的位置和旋转。各摄像机应当被相对于彼此以相当准确的方式在位置上进行设置以用于避免它们的位置相对于它们的间隔的任何垂直度误差。然而以足够准确的方式组装它们以用于获得偏转上的零偏离并且因此避免该误差是困难的。

此外，外在参数由于使用参数的变化，特别是由于因温度所致或因摄像机所经受的机械振动所致的变化而随时间变化。

参照立体视觉系统的OXYZ正交坐标系，对摄像机围绕横轴OX的相对旋转（俯仰角）、摄像机围绕纵轴OZ的相对旋转（倾斜角）、以及摄像机围绕仰角轴OY的相对旋转（偏转（或按英语术语的“yaw（偏航）”）角）的校准可以有利地通过应用在称为核面（épipolaire）几何学空间中的多点立体视觉配对搜索中所使用的核面约束来实现。该几何学在从不同的视点实现的同一场景（图像点）的不同图像的各点之间建立关系，这些图像点对应于场景的同一对象点在摄像机图像空间中的投影。

核面约束允许在给定的图像中把对象点的图像点的搜索限制于被称为核面线的投影线上，而仅知道该图像点在另一图像中的位置。核面约束因此通过在由第一摄像机产生的单获取的第一图像的每个点和由另一摄像机同时产生的另一图像的核面线的各点之间搜索配对点来引导立体视觉图像的构建。核面几何学允许通过简单的关系与对应的图像点的场深度结合地得出对应的图像点，以便重构立体视觉（即呈三维景像的）图像。

然而，图像的像素化对图像的质量有影响。该影响对于俯仰或倾斜校准而言是可测量的，因为校准错误的检测于是在图像上是直接可测量的。例如，一度的俯仰或倾斜旋转将在图像上引起10像素的偏差并且这将是可见的。但是该偏转偏差不能在图像上被校正，因为那样灵敏度太低：核面线上的投影偏差相对于图像噪声仍然太小—对于一度的偏离而言平均小于0.1像素—并且于是核面约束不能被利用。