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原文传递汽车A柱盲区监控与可视化系统设计

论文题名：	汽车A柱盲区监控与可视化系统设计
关键词：	汽车前挡风玻璃;A柱盲区监控;可视化系统;图像匹配;双目相机
摘要：	汽车A柱指的是汽车前挡风玻璃两侧连接引擎盖和车顶的立柱，该立柱的结构强度直接影响汽车受到正前方强烈冲击时驾驶员的生命安全，因此，汽车A柱有非常严格的设计规范，不能设计过细。但一定宽度的A柱的存在会遮挡驾驶员视线，产生A柱盲区，造成严重安全隐患。本论文将在不降低A柱结构强度的前提下，设计汽车A柱盲区监控与可视化系统，帮助驾驶员看到A柱盲区内的场景，大大降低由A柱盲区带来的安全事故风险。　　本文的研究内容将由A柱盲区可视化系统和A柱盲区监控系统构成。A柱盲区可视化系统通过在汽车A柱外侧安装A柱盲区相机，A柱内侧安装显示器，显示驾驶员视角的A柱盲区场景。同时使用三维重构的方法，借助车内驾驶员前方的双目相机追踪驾驶员视线方向，进而利用透视变化算法动态调整显示器所显示场景的图像，并对变换后的场景做进一步调整和裁剪，尽可能实现使A柱“透明化”的效果。A柱监控系统通过车外的超声波传感器获取A柱附近障碍物的距离，综合车辆车速、转向等信息，仅在有必要时开启可视化系统，降低由A柱显示器常亮带来的视觉疲劳。　　首先，本文研究提高相机标定精度的方法，在张正友标定法的基础上，提出一种定量地确定标定过程中标定板位姿组合的方法。该方法将关联标定误差和棋盘格像素定位误差的辨识雅可比矩阵的最小奇异值作为标定精度的评价指标，使用遗传算法优化辨识雅可比矩阵的最小奇异值，寻找到合适的标定板位姿组合，实现提高标定精度的目的。此外，本文还利用双目相机的对极几何原理提出一种求解双目相机极线校正参数数值解的方法，可以作为求解双目相机极线校正参数的初始值。　　其次，在使用标定好的双目相机实现驾驶员视线追踪时，采用效率较高的人眼定位及图像匹配算法，以保证最终效果的实时性。在双目相机左图像中使用基于Sobel算子的人眼定位算法精确定位双眼中心像素坐标。再使用立体匹配的方法在右图像中得到双眼中心对应点，进而得到驾驶员双眼中心相对于双目相机坐标系的坐标。　　然后，在使用透视变换算法调整A柱盲区相机图像时，利用立体几何相关原理求解用于计算透视变换矩阵的四组对应点，并对透视变换后的图像做进一步的调整和裁剪处理。　　此外，为了提高A柱盲区可视化系统精度，本文提出了一种基于单应性矩阵的物体位姿测量方法，精确地确定了A柱盲区显示器和人眼定位双目相机在世界坐标系中的三维坐标，大大提升了A柱盲区显示效果。　　最后，本文对相关算法进行了合理的仿真，并在A柱盲区监控与可视化系统实验平台中得到了应用，同时满足了高精度、高实时性和高舒适度的目标，大大提升了驾驶安全性，有非常广阔的应用前景。
作者：	姬云翔
专业：	控制工程
导师：	于金泳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021