CN113665485A - 汽车前挡风玻璃防眩光***及控制方法 - Google Patents

汽车前挡风玻璃防眩光***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车前挡风玻璃防眩光***，包括：车内摄像装置，用于确定驾驶员的人眼坐标；车外摄像装置，用于实时采集车辆前方图像，并根据车外摄像装置的坐标和人眼坐标转变为人眼角度观测到的车辆前方图像；前挡风总成，前挡风总成包括前位于外侧的前挡风透光层和位于内侧前挡风显示层，前挡风显示层用于显示人眼角度观测到的车辆前方图像。本发明还公开了一种汽车前挡风玻璃防眩光***的控制方法，用于将采集的车辆前方图像进行滤光和补光后进行图像坐标转换，形成人眼角度观测到的车辆前方图并显示在前挡风显示层上。本发明自动调节前挡风玻璃的入射光照强度，增大驾驶员的视野范围。

Description

汽车前挡风玻璃防眩光***及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车防眩光技术领域，具体地指一种汽车前挡风玻璃防眩光***及控制方法。
背景技术
随着人均车辆占有率越来越高，交通安全越来越重要。在车辆驾驶过程中，目前一般只依靠驾驶员眼睛进行路面情况的观察。如果道路光线环境比较恶劣，比如太阳光过于强烈，或者对面车辆远光灯光线过强，容易造成驾驶员出现眩目现象，从而引发安全事故。
现有的防眩光方式一般采用防眩目遮阳板，直接安装在汽车的前CD板上，由太阳镜和夜视镜组成。白天阳光过于强烈时，使用灰色的太阳镜片遮挡阳光；晚上光线不足，使用黄色的夜视镜增亮且防眩光。
现有的防眩光装置对于不同的光照环境改变，需要进行手动的切换镜片。比如白天从光亮较强的太阳光下进入到较暗的隧道中，如果还是使用太阳镜，会导致看不清路面。另一方面，不能保证较大视野范围的防眩目。如果强光从斜侧面照射过来，而没有通过镜片，一样可能导致驾驶员眩目。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种汽车前挡风玻璃防眩光***及控制方法，可以自动调节前挡风玻璃的入射光照强度，增大驾驶员的视野范围。
为实现上述目的，本发明提供一种汽车前挡风玻璃防眩光***，其特征在于，包括：
车内摄像装置，用于确定驾驶员的人眼坐标；
车外摄像装置，用于实时采集车辆前方图像，并根据车外摄像装置的坐标和人眼坐标转变为人眼角度观测到的车辆前方图像；
前挡风总成，所述前挡风总成包括前位于外侧的前挡风透光层和位于内侧前挡风显示层，所述前挡风显示层用于显示人眼角度观测到的车辆前方图像。
进一步地，所述车外摄像装置包括滤光模块和补光模块，所述滤光模块用于对车辆前方图像中亮度大于亮度上限值的部分进行滤光，所述补光模块用于对车辆前方图像中亮度小于亮度下限值的部分进行补光。
进一步地，所述前挡风透光层和所述前挡风显示层之间设有多个光传感器，所述光传感器与车外摄像装置通讯连接。
进一步地，还包括A柱显示层，所述A柱显示层设置在A柱的车内侧，并与前挡风显示层组成连续的显示面。
进一步地，还包括电源控制器和低压电源，所述电源控制器通讯连接有车门锁位置传感器和座椅压力传感器，所述电源控制器用于当检测到车门未锁止或座椅压力超过压力设定值时，控制低压电源给前挡风玻璃防眩光***供电。
本发明还提供一种基于上述所述的汽车前挡风玻璃防眩光***的控制方法，其特征在于：实时采集车辆前方图像和驾驶员人眼图像，根据驾驶员人眼图像得到驾驶员的人眼坐标，根据车外摄像装置的光心坐标和人眼坐标进行图像坐标转换，将采集的车辆前方图像转换为以人眼角度观测到的车辆前方图像，并显示在前挡风显示层上。
进一步地，实时采集车辆前方图像后，对车辆前方图像中亮度大于亮度上限值的部分进行滤光，对车辆前方图像中亮度小于亮度下限值的部分进行补光。
进一步地，所述人眼坐标的获取方法包括，分别通过两个不同位置的车内摄像装置获取驾驶员图像，得到人眼在两个车内摄像装置中成像平面上的成像坐标，以车内摄像装置的光心为起点作经过人眼成像坐标的射线，两条射线的交点坐标即为人眼坐标。
进一步地，还包括通过多个不同角度分别采集车辆前方图像，在得到多个以人眼角度观测到的车辆前方图像后，进行图像拟合得到拟合图像，将拟合图像显示在前挡风显示层和A柱显示层上。
进一步地，所述图像坐标转换的方法包括，根据采集的车辆前方图像和车外摄像装置在车辆坐标系中的光心坐标得到车辆前方图像中各点在车辆坐标系中的坐标，以人眼为坐标原点建立人眼坐标系，通过坐标转换得到车辆前方图像中各点在人眼坐标系中的坐标，将人眼坐标系中车辆前方图像各点与人眼连线，得到该连线在前挡风显示层上的交点，得到车辆前方图像各点在前挡风显示层上的坐标。
本发明的有益效果：
1、自动调节前挡风玻璃的入射光照强度。本发明通过位于前挡风透光层和前挡风显示层之间的光传感器来获取入射太阳光的亮度，车外摄像装置对车辆前方图像中亮度过高的部分进行滤光，对亮度过低的部分进行补光，将进行滤光或补光后的车辆前方图像进行图像坐标转换后显示在前挡风显示层上，这样既避免了高亮度带来的眩光，又避免了低亮度带来的物体识别困难。
2、增大驾驶员的视野范围。本发明的车外摄像装置位于前挡风总成外侧，获取的车辆前方图像的视野比驾驶员的视野更加广阔，同时，获取的车辆前方图像不仅显示在前挡风显示层上，还显示在A柱显示层上，这样被车外机舱盖和车辆A柱遮挡的部分视野也可以显示出来，增大了驾驶员的视野范围，提高了驾驶安全性。
3、提高车辆前方图像的位置和形状的准确性。本发明车辆前方图像进行图像坐标转换后显示在前挡风显示层上，确保了驾驶员人眼角度观测到的车辆前方图像与真实的图像位置是一致的，且通过多个不同角度的车外摄像装置分别采集车辆前方图像，经过图像坐标转换后，进行图像三维形状拟合得到拟合图像，将拟合图像显示在前挡风显示层上，这样所得的拟合图像与驾驶员人眼角度真实观测到的图像中物体的形状构造更加一致，提高了图形显示的准确性。
附图说明
图1为汽车前挡风玻璃防眩光***结构示意图。
图2为汽车前挡风玻璃防眩光方法流程图。
图3为前挡风总成结构示意图。
图4为获取人眼坐标示意图。
图5为车辆前方图像坐标转换示意图。
图中各部件标号如下：前挡风透光层1、光传感器2、前挡风显示层3、A柱显示层4、车外摄像装置5、滤光模块501、补光模块502、图像拟合模块503，车内摄像装置6、车门锁位置传感器7、座椅压力传感器8、电源控制器9、低压电源10。
具体实施方式
下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1、3所示，本发明提供一种汽车前挡风玻璃防眩光***，包括多个车外摄像装置5，车外摄像装置5分别与前挡风透光层1、光传感器2、A柱显示层4、两个车内摄像装置6通讯连接，他们均分别与低压电源10电性连接，低压电源10与电源控制器9通讯连接，电源控制器9还与车门锁位置传感器7、座椅压力传感器8通讯连接。
车内摄像装置6设置在车内前挡风总成上方并正对驾驶员，两个车内摄像装置6沿车辆横向等高并排，用于确定驾驶员的人眼坐标，并将人眼坐标输出给车外摄像装置5。
车外摄像装置5在前挡风总成外侧四周设置多个，用于实时采集车辆前方图像，车外摄像装置5包括滤光模块501和补光模块502，滤光模块501用于对车辆前方图像中亮度大于亮度上限值的部分进行滤光，补光模块502用于对车辆前方图像中亮度小于亮度下限值的部分进行补光。车外摄像装置5根据车外摄像装置5的坐标和人眼坐标将滤光或补光后的车辆前方图像转变为人眼角度观测到的车辆前方图像。
前挡风总成包括前位于外侧的前挡风透光层1和位于内侧前挡风显示层3，前挡风显示层3用于显示人眼角度观测到的车辆前方图像，前挡风透光层1和前挡风显示层3之间设有多个光传感器2，光传感器2将采集到的入射光亮度输出给车外摄像装置5。
A柱显示层4设置在A柱的车内侧，并与前挡风显示层3组成连续的显示面。这样被车辆A柱遮挡的部分视野也可以显示出来，增大了驾驶员的视野范围，提高了驾驶安全性。
电源控制器9用于当检测到车门未锁止或座椅压力超过压力设定值时，控制低压电源10给前挡风玻璃防眩光***供电。这样，只有当车门为开启状态或者车内有人时才开启整个防眩光***，节省电能。
如图2、4、5所示，上述汽车前挡风玻璃防眩光***的控制方法如下：
1当检测到车门未锁止或座椅压力超过压力设定值时，开启前挡风玻璃防眩光***。这样只有当人准备进入或者已经坐在车内时才开启整个***进行工作，节省了电能。
2、多个车外摄像装置5实时采集多个车辆前方图像，滤光模块501对车辆前方图像中亮度大于亮度上限值的部分进行滤光，补光模块502对车辆前方图像中亮度小于亮度下限值的部分进行补光；与此同时，两个车外摄像装置6采集驾驶员人眼图像。
3、根据驾驶员人眼图像得到驾驶员的人眼坐标。具体过程为，分别通过两个不同位置的车内摄像装置6获取驾驶员图像，得到人眼在两个车内摄像装置6中成像平面上的成像坐标，以车内摄像装置6的光心为起点作经过人眼成像坐标的射线，两条射线的交点坐标即为人眼坐标。
如图4所示，P(x,y,z)点为人眼坐标，两个车内摄像装置6的光心分别为OL(0,0,0)和OR(d,0,0)，d为两个车内摄像装置6的光心距离，人眼在左边车内摄像装置6的成像平面上位于PL点，人眼在右边车内摄像装置6的成像平面上位于PR点，以OL为原点，OL和OR的连线为X轴，车辆竖直方向为Z轴，垂直于XZ平面为Y轴建立车内摄像装置的坐标系，则OL、OR、PL和PR的坐标均为已知，连接OL与PL并延长，连接OR与PL并延长，两条线的交点即为人眼坐标P。
4、根据车外摄像装置5的光心坐标和人眼坐标进行图像坐标转换，根据采集的车辆前方图像和车外摄像装置5在车辆坐标系中的光心坐标得到车辆前方图像中各点在车辆坐标系中的坐标，以人眼为坐标原点建立人眼坐标系，通过坐标转换得到车辆前方图像中各点在人眼坐标系中的坐标，将人眼坐标系中车辆前方图像各点与人眼连线，得到该连线在前挡风显示层3和A柱显示层4上的交点，得到车辆前方图像各点在前挡风显示层3和A柱显示层4上的坐标。
如图5所示，首先建立如下坐标系。
车辆坐标系：即以汽车的前方地面中点为原点O，水平向前为Z轴正方向，水平向右为X轴正方向，垂直向下为Y轴正方向。
车外摄像装置坐标系：以车外摄像装置的光心Fc为原点，在车外摄像装置后方观测，Z轴为车外摄像装置正前方方向，Y轴向下，X轴向右。
成像平面坐标系：二维坐标系，用物理长度单位表示像素的位置，坐标原点为摄像机光轴与成像平面的交点位置，坐标系为图5中的o-x-y。
像素坐标系：二维坐标系，坐标原点在图5中的左上角W点，U轴和V轴的方向分别为向右和向下。该坐标系以像素为单位，有明显的范围限制，即用于表示全图像的像素长和像素宽。
像素坐标系转为车外摄像装置坐标系：
Figure BDA0003236164460000071
像素坐标系下的点(u，v)对应车外摄像装置坐标系下的点(Xc,Yc,Zc),默认车外摄像装置垂直投射
其中θ为车外摄像装置投射角，默认为90度，fu,fv分别表示x,y轴方向一个长度单位(比如1mm)对应多少像素，(Cu,Cv)表示车外摄像装置光心在像素坐标系位置。
车外摄像装置坐标系转为车辆坐标系：
Figure BDA0003236164460000072
由于车外摄像装置在安装时存在一定的误差，所以车外摄像装置坐标系不能平移到车辆坐标系。车外摄像装置坐标系下的点(Xc,Yc,Zc)对应车辆坐标系下的点(Xw,Yw,Zw)
旋转矩阵R由pitch、yaw、roll三个个旋转量组成，它们定义为车外摄像装置坐标系转换到车辆坐标系时绕x轴、y轴、z轴的旋转角。在旋转中心坐标轴的正方向看向原点进行观测，逆时针旋转为正，顺时针为负。旋转顺序为roll>yaw>pitch。
Figure BDA0003236164460000081
Figure BDA0003236164460000082
车辆坐标系下的点转换至车外摄像装置坐标系时的转换顺序为先平移后旋转。偏移矩阵t由R矩阵乘上车外摄像装置在x轴、y轴、z轴的三个偏移量后组成，也表示车外摄像装置坐标系的原点在车辆坐标系下的坐标。
在建立了上述坐标系以及他们之间的转换关系后，本发明中对车辆前方图像进行图像坐标转换的过程为：
A、结合摄像机内部参数(焦距，视场角，反畸变参数)，车外摄像装置相对汽车车身的坐标，将车辆前方图像中的各个点坐标由成像坐标系转为车外摄像装置坐标系，再转为车辆坐标系，计算出图像中的点对应的世界坐标；
B、再将驾驶员人眼P(X,Y,Z)作为坐标原点建立人眼坐标系，通过坐标平移，求出车辆前方图像中的各个点对应的人眼坐标；
C、将驾驶员人眼视作一个摄像机，通过车辆坐标系—车外摄像装置坐标系—像素坐标系的转换，最终转为前挡风显示层和A柱显示层上的像素坐标。
5、拟合图像并进行显示。将上一步中得到坐标转换后的多个车辆前方图像进行图像拟合，具体方法为将前挡风显示层3和A柱显示层4上同一坐标下的上述多个图像的像素点进行拟合和修正，其中可以采取的方法为对同一坐标下的多个像素点的色度、亮度、对比度和饱和度进行求平均值，得到拟合图像并显示在前挡风显示层3和A柱显示层4对应的坐标位置上。

Claims (10)

1.一种汽车前挡风玻璃防眩光***，其特征在于，包括：
车内摄像装置(6)，用于确定驾驶员的人眼坐标；
车外摄像装置(5)，用于实时采集车辆前方图像，并根据车外摄像装置(5)的坐标和人眼坐标转变为人眼角度观测到的车辆前方图像；
前挡风总成，所述前挡风总成包括前位于外侧的前挡风透光层(1)和位于内侧前挡风显示层(3)，所述前挡风显示层(3)用于显示人眼角度观测到的车辆前方图像。
2.根据权利要求1所述的汽车前挡风玻璃防眩光***，其特征在于：所述车外摄像装置(5)包括滤光模块(501)和补光模块(502)，所述滤光模块(501)用于对车辆前方图像中亮度大于亮度上限值的部分进行滤光，所述补光模块(502)用于对车辆前方图像中亮度小于亮度下限值的部分进行补光。
3.根据权利要求1所述的汽车前挡风玻璃防眩光***，其特征在于：所述前挡风透光层(1)和所述前挡风显示层(3)之间设有多个光传感器(2)，所述光传感器(2)与车外摄像装置(5)通讯连接。
4.根据权利要求1所述的汽车前挡风玻璃防眩光***，其特征在于：还包括A柱显示层(4)，所述A柱显示层(4)设置在A柱的车内侧，并与前挡风显示层(3)组成连续的显示面。
5.根据权利要求1所述的汽车前挡风玻璃防眩光***，其特征在于：还包括电源控制器(9)和低压电源(10)，所述电源控制器(9)通讯连接有车门锁位置传感器(7)和座椅压力传感器(8)，所述电源控制器(9)用于当检测到车门未锁止或座椅压力超过压力设定值时，控制低压电源(10)给前挡风玻璃防眩光***供电。
6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的汽车前挡风玻璃防眩光***的控制方法，其特征在于：实时采集车辆前方图像和驾驶员人眼图像，根据驾驶员人眼图像得到驾驶员的人眼坐标，根据车外摄像装置(5)的光心坐标和人眼坐标进行图像坐标转换，将采集的车辆前方图像转换为以人眼角度观测到的车辆前方图像，并显示在前挡风显示层(3)上。
7.根据权利要求6所述的汽车前挡风玻璃防眩光***的控制方法，其特征在于：实时采集车辆前方图像后，对车辆前方图像中亮度大于亮度上限值的部分进行滤光，对车辆前方图像中亮度小于亮度下限值的部分进行补光。
8.根据权利要求6所述的汽车前挡风玻璃防眩光***的控制方法，其特征在于：所述人眼坐标的获取方法包括，分别通过两个不同位置的车内摄像装置(6)获取驾驶员图像，得到人眼在两个车内摄像装置(6)中成像平面上的成像坐标，以车内摄像装置(6)的光心为起点作经过人眼成像坐标的射线，两条射线的交点坐标即为人眼坐标。
9.根据权利要求6所述的汽车前挡风玻璃防眩光***的控制方法，其特征在于：还包括通过多个不同角度分别采集车辆前方图像，在得到多个以人眼角度观测到的车辆前方图像后，进行图像拟合得到拟合图像，将拟合图像显示在前挡风显示层(3)和A柱显示层上。
10.根据权利要求6所述的汽车前挡风玻璃防眩光***的控制方法，其特征在于：所述图像坐标转换的方法包括，根据采集的车辆前方图像和车外摄像装置(5)在车辆坐标系中的光心坐标得到车辆前方图像中各点在车辆坐标系中的坐标，以人眼为坐标原点建立人眼坐标系，通过坐标转换得到车辆前方图像中各点在人眼坐标系中的坐标，将人眼坐标系中车辆前方图像各点与人眼连线，得到该连线在前挡风显示层(3)上的交点，得到车辆前方图像各点在前挡风显示层(3)上的坐标。
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