[发明专利]从数字图像确定物体位置的方法

说明书

技术领域

总的来说，本发明涉及如何利用照相机/摄像机(以下简称照相机)图像来确定物体位置。具体而言，本发明涉及如何从物体的数字图像确定物体在场景中的位置，尤其用于车辆乘员保护系统。

背景技术

包括安全气囊和被动式安全带机构在内的汽车乘员保护系统在本领域里已经是众所周知，用它们配备了现在生产的大多数车辆。这种保护系统的展开或启动通常都是基于加速度传感器，当检测到的加速度超过预定门限的时候，这些加速度传感器会输出触发信号。

尽管已经证明安全气囊的引入成功地降低了事故中伤亡的严重程度，但是在特定的情形下，它们也会给例如个头太小或坐姿不正确的车辆乘员带来严重，有时甚至是致命的伤害。这种情况可能是，例如：将面向后面的婴儿座椅安装在车辆前座；驾驶员太靠近方向盘；乘客太靠近仪表板；或者孩子坐在前面的乘客席。在这些情况下，最好关闭安全气囊，或者让安全气囊的展开条件与乘员情况一致。

因此，人们已经开发了这样的控制系统，这种控制系统将乘客/乘员状况的变化考虑在内，从而根据车辆内乘员的具体类型来展开安全气囊。

人们已经提出了基于视觉的多种控制系统，用于检测车辆乘员的类型和位置。它们通常都包括构成一种光学系统(包括一个或多个镜头)的至少一个照相机，以及用于捕获座位区域图像的图像传感器阵列。车辆内空间的局限性常常要求用广角镜头来监视车辆内的乘员区。在控制系统里处理获得的图像，以检测车辆乘员并对乘员进行分类，然后将这一乘员分类用作安全气囊控制的输入。

基于视觉的控制系统一个固有的技术问题是，通过照相机镜头的光线的光学畸变。例如，所谓的桶型畸变是广角镜头常见的现象。因为这一畸变而导致直线在图像中呈现为弯曲线，这意味着每一个图像点都发生了错位。

因此，常常用图像预处理来去除畸变，乘员位置是从获得后经过校正、去除畸变以后的图像确定出来的。很明显，这样做需要大量的数据处理，很高的计算能力，以及大存储容量。此外，畸变去除处理通常都会在校正后的图像中给物体的位置引入近似，这显然会影响从这样校正过的图像确定的位置。

US 6,005,958描述了一种方法和系统，用于利用单个照相机单元来检测车辆乘员的类型和位置，通过周期性地将拍摄到的车辆内部图像映射成图像轮廓数据，并且与储存的基准轮廓数据进行图像轮廓匹配，来确定乘员或物体类型，这种方法和系统能够区分物体，面向前或面向后的婴儿座椅，以及成人乘员。还测量瞬时距离，并且跟踪被测距离的变化。然后将所有这些信息用于优化乘员保护系统的展开控制。

WO 02/078346描述了用于校正图像的一种方法，尤其是用于乘员保护系统，其中利用表格化成像规则(tabular imaging rule)将因为照相机光学系统而畸变的源图像变换成校正后的图像。将目标图像中的零个、一个或几个目标像素分配给源图像的每个源像素。这种变换就发生在从图像传感器读出数据的过程中，也就是是实时的。在这种方法中，将源图像变换成减小了尺寸，没有畸变的目标图像，这样做能够节省存储容量。但是这样的变换规则引入了近似，这种近似导致基于这种校正了畸变以后的图像确定的位置不准确。

发明目的

本发明的目的是提供用于从数字图像确定物体位置的一种改进方法。这一目的是利用权利要求1所述的方法来实现的。

发明内容

本发明提出一种方法，用于从通过光学系统获得的场景的数字图像确定这个场景中物体点(这个物体点一般是延伸物体中的一个点)的位置，该图像包括与物体点对应的图像点。根据本发明的一个重要方面，这个物体点的位置是利用与这个图像点相联系的预定矢量来确定的，这个预定矢量代表通过上述光学系统产生这个图像点的光线在物体空间中的方向。换句话说，这样一个预定矢量给出了物体点的方向的指示，从这个物体点发出产生这个图像点的光。

与进行图像变换，以提供校正后无畸变的图像的确定物体位置的已知方法相反，本发明的方法建立在利用表明实际产生这些图像点的光线的方向的矢量，在物体空间中向后映射图像点的基础之上。这些矢量包括通过光学系统的光学畸变，因此能够准确确定物体点在被观察场景中的位置，而不需要对原始图像数据进行任何变换。这种方法的另一个优点是它不需要对图像数据进行任何近似，也不需要额外的计算能力。

然后可以将利用本发明的方法获得的正确的位置信息用于汽车乘员保护系统(例如安全气囊系统)控制中的乘员分类。

与图像点相联系的预定矢量最好能够表明通过光学系统透镜组光学中心的光线的方向。这一信息唯一地表明发出上述光线，产生该图像点的物体点的方向。