一種汽車全景影像監測系統圖像拼接品質測試方法的研究

甘長紅，白 云，彭 俊，孫玉祥

（河南凱瑞車輛檢測認證中心有限公司，河南 焦作454900）

汽車全景影像監測系統可以實時向駕駛人員展示車輛周圍的環境信息（360°鳥瞰圖像），同時也可顯示單一視圖，并配合標尺線確定與障礙物的距離，幫助駕駛員及時掌握車身周圍的交通環境，輔助駕駛員泊車入位、窄道會車、障礙規避等難題，有效減少行車剮蹭等交通事故，對提高行車安全性具有重大意義［1］。

汽車全景影像監測系統尚處于發展階段，圖像拼接算法還在不斷優化。但由于技術和成本制約，還存在圖像拼接品質普遍不高，圖像拼接品質評價以主觀評價為主的現象。對汽車全景影像監測系統圖像拼接環節，可能存在的形變、丟失、重影、算法過度美化等問題，還未有一致的實車測試方案。而這些新“盲區”的存在，會給駕駛員帶來額外的安全隱患。面對這種情況，本文設計一種汽車全景影像監測系統圖像拼接品質的測試方法，在棋盤格的基礎上，增加激光點掃描步驟，并進行了實際測試和總結思考。

1 測試需求分析

1.1 汽車全景影像監測系統及圖像拼接過程介紹

汽車全景影像監測系統的硬件一般由處理器、顯示器和4個魚眼鏡頭構成。4個魚眼鏡頭分別采集車輛前、后、左、右4個方向的圖像信息傳遞給處理器，經過算法處理，在顯示器上顯示一個可直觀監測車輛周圍環境的鳥瞰畫面［2］。

汽車全景影像監測系統圖像的拼接環節主要包括：畸變校正、透視變換、圖像拼接和圖像融合。

首先要對原始圖像信息進行畸變校正，魚眼鏡頭雖可以采集到更多的圖像信息，但圖像邊緣區域會有較大畸變產生，對此一般采用張氏標定法進行校正。之后得到4個略微失真有重疊區域的圖像。這時圖像視角仍為攝像機視角，還要將4個校正后的圖像視角統一透視變換為鳥瞰視角 （紅線分割區域為校正、透視變換后圖像），見圖1。

變換視角后，通常用基于不變特征點的方法對圖像進行拼接，基于不變特征點的方法是通過識別重疊區域的相同特征點（黃色框內區域為重疊區域），對4個畫面進行拼接。最后使用圖像融合算法消除拼接區域的縫隙［3］，得到車輛鳥瞰畫面。

圖1 鳥瞰畫面

1.2 圖像拼接測試需求分析

分析圖像拼接的全過程，找出主要測試需求點。

1）圖像畸變一般在圖像邊緣區域比較嚴重，而圖像拼接的區域也正是在圖像邊緣區域，因此要增加畸變校正品質的測試要求，仍選用棋盤格圖卡。

2）圖像拼接過程一般采用基于不變特征點的方法。此時拼接用的圖像為校正畸變后的圖像（會有一定失真），基于不變特征點的算法在自動選取特征點時又有不確定性，這使得汽車全景影像監測系統在圖像的拼接區域可能出現圖像畸變、圖像拼接不齊、拼接重影等問題，形成一種新的“盲區”。為此在棋盤格測試的基礎上，增加激光點掃描的測試方法。通過觀察車內顯示器中激光點是否有形變、消失、重影等現象，測試汽車全景影像監測系統拼接區域的圖像品質。

2 測試過程

本測試采用一套分辨率為360P的汽車全景影像監測系統，具體測試過程如下。

2.1 試驗準備

將汽車全景影像監測系統打開，用黑色貼紙遮擋前后攝像頭。此時顯示器中車輛前后端出現扇形陰影區域，陰影區域即為此魚眼鏡頭的圖像采集區域。

接著對陰影區域進行標記畫線，畫線需兩人配合，一人在車內，一人在車外。車內人員通過觀察顯示器畫面進行指揮，車外人員主要移動卷尺和做標記。車外人員先觀察顯示器，然后將卷尺拉長放在正常顯示區域和陰影區域的交界處，聽車內人員指揮，調整卷尺位置，使其覆蓋在正常顯示區域和陰影區域的交界線上，接著把粉筆作為可移動標記，放在拉長后的卷尺上，前后移動確定線的起止點（線的中點也就確定了），用粉筆連接起止點。用同樣的方法畫出剩下的線，得到圖像拼接的重疊區域。

分區結果見圖2、圖3，其中前后魚眼鏡頭的采集區域用紅色粉筆線標記，左右魚眼鏡頭的采集區域用藍色粉筆標記，可見到4個重疊區域。

圖2 車前

圖3 車后

2.2 棋盤格圖卡測試

將棋盤格圖卡的長邊的中點與紅、藍色畫線的中點對齊，然后調整圖卡左右邊距離紅、藍色畫線的位置（用卷尺測量，使左右邊距離紅、藍畫線的距離相等），讓圖卡居中放置在圖像拼接的拼接區域，車內人員通過顯示器用全景模式觀察記錄，結果見圖4。

2.3 激光掃描測試

車外人員用支架支撐激光筆，以每秒約一個小方格的速度，在棋盤格上進行左右掃描和上下掃描。車內人員通過顯示器觀察記錄，結果見圖5。

圖4 放置圖卡后顯示器畫面

圖5 激光點掃描

3 測試結果與思考

3.1 結果

1）棋盤格測試中，顯示器中的4個圖卡均有一定程度的重影現象，其中右后方最為嚴重，放大看，黑色方格成長條形。

2）激光掃描測試中，可在汽車全景影像監測系統的顯示器上觀察到激光點的移動，但比較模糊，未觀察到激光點有明顯形變、消失、重影現象。在車外，激光點靜止時，拍照清晰可見，但在汽車全景影像監測系統的顯示器中，由于拍攝造成的畫質進一步損失，不易拍攝到。

3.2 思考

由于攝像頭像素和顯示器分辨率的限制，肉眼雖可在顯示器上觀察到激光點的移動，但對激光點可能存在的形變、消失、重影問題顯現效果一般。可適用于顯示畫面良好汽車全景影像監測系統，因此該方法具有一定實用價值，但仍需進一步優化，著重提高激光點的可見性。針對這些不足，提出幾點改進措施。

1）對于顯示器中激光點的清晰度問題，發現在黑色背景下，顯示器中的激光點更易可見。因此可在封閉室內進行，標記好圖像拼接區域后，在微光環境下進行激光掃描。還可在保證安全性的前提下，增加激光的功率和激光點的大小。

2）為提高顯示器畫面的清晰度，可適當減少魚眼鏡頭和測試圖卡的距離，如在帶三軸旋轉的架子上放置圖卡，方便快速移動調整圖卡的位置和角度。

3）為提高效率，可采用多點激光陣列或激光圖案進行掃描。