三維四輪定位儀及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維四輪定位儀及其測量方法。所述三維四輪定位儀包括頂梁、攝像機、軌道平臺、固定架、反光標靶、顯示設備和主機，所述固定架將所述反光標靶固定安裝在多個輪胎上；所述反光標靶上設有兩個兩種不同顏色交錯的方塊圖案和位于反光標靶中心的正弦塊圖案，且所述兩個方塊圖案被所述正弦塊圖案分隔；所述攝像機用于采集所述反光標靶，得到包含所述方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像；所述主機用于對所述標靶圖像進行處理，得到輪胎的定位參數(shù)，根據(jù)所述定位參數(shù)得到輪胎相應的三維姿態(tài)；所述顯示設備顯示輪胎的三維姿態(tài)。上述三維四輪定位儀及其測量方法，包含的標靶特征點很多，根據(jù)該圖像得到的定位參數(shù)更加準確，提高了測量的準確性。
【專利說明】三維四輪定位儀及其測量方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及定位檢測裝置，特別是涉及一種三維四輪定位儀及其測量方法。

【背景技術】
[0002]按照汽車技術理論，輪胎安裝到車身上必須符合一定的角度要求，其中最主要的角度有前束角、外傾角、主銷內傾角、主銷后傾角等。車輛在行駛一段時間后，這些參數(shù)可能會發(fā)生改變，影響車輛的使用性能，需要對車輛進行重新測量和調整。
[0003]傳統(tǒng)的測量方式是將反光標靶安裝在汽車輪胎上，且將工業(yè)攝像機對準反光標靶進行拍照，然后對拍攝的圖像進行處理計算出汽車輪胎的定位參數(shù)，該定位參數(shù)包括前束角、外傾角、主銷內傾角、主銷后傾角等。因傳統(tǒng)的反光標靶靶點較少，拍攝的反光標靶圖像中靶點少，擬合得到的標靶運動擺線不準確，導致求取的輪胎的定位參數(shù)不準確。


【發(fā)明內容】

[0004]基于此，有必要針對傳統(tǒng)的測量方式測量的定位參數(shù)不準確的問題，提供一種能提高測量準確性的三維四輪定位儀及其測量方法。
[0005]一種三維四輪定位儀，包括頂梁、攝像機和懸掛在所述頂梁上的軌道平臺，所述三維四輪定位儀還包括固定架、反光標靶、顯示設備和主機，所述攝像機安裝在所述軌道平臺上，所述固定架將所述反光標靶固定安裝在多個輪胎上，且所述反光標靶位于所述攝像機的拍攝視角內；所述主機分別與所述攝像機和顯示設備相連；所述反光標靶上設有兩個兩種不同顏色交錯的方塊圖案和位于反光標靶中心的正弦塊圖案，且所述兩個方塊圖案被所述正弦塊圖案分隔；所述攝像機用于采集所述反光標靶，得到包含所述方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像，并將所述標靶圖像發(fā)送給所述主機；所述主機用于對所述標靶圖像進行處理，得到輪胎的定位參數(shù)，根據(jù)所述定位參數(shù)得到輪胎相應的三維姿態(tài)，并將所述輪胎的三維姿態(tài)發(fā)送到所述顯示設備；所述顯示設備還用于顯示輪胎的三維姿態(tài)。
[0006]在其中一個實施例中，所述主機還用于預先建立平面標靶特征點在空間坐標系下坐標與圖像中對應像素點圖像坐標的對應關系，根據(jù)所述對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)，通過計算一組標靶圖像得到反光標靶相對攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化，對所述反光標靶相對于攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化進行擬合得到反光標靶的運動擺線，根據(jù)所述運動擺線計算得到輪胎的旋轉中心向量，將所述旋轉中心向量投射到車輛的運動平面，根據(jù)所述旋轉中心向量之間的夾角，求出輪胎的定位參數(shù)。
[0007]在其中一個實施例中，所述主機根據(jù)所述對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)包括:對所述標靶圖像處理求取兩種不同顏色的方塊的角點和正弦塊邊緣曲線，以標靶平面為XY平面，垂直于所述XY平面為Z平面，建立三維坐標系，根據(jù)所述反光標靶大小和圖案尺寸推算得到角點的三維坐標和正弦塊邊緣曲線的三維坐標，并計算角點在所述標靶圖像中的坐標和所述正弦塊邊緣曲線在所述標靶圖像中的坐標，根據(jù)所述角點的三維坐標以及角點在所述標靶圖像中的坐標，建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，根據(jù)所述正弦塊邊緣曲線的三維坐標以及所述正弦塊邊緣曲線在所述標靶圖像中的坐標，對所述標靶圖像中所述正弦塊邊緣曲線進行傅里葉變換，根據(jù)所述傅里葉變換系數(shù)建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)，融合兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)得到最終的反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)。
[0008]在其中一個實施例中，所述攝像機垂直安裝在所述軌道平臺上，且所述攝像機的拍攝視角對著所述反光標靶，所述攝像機可在所述軌道平臺上滑動；所述軌道平臺相對于所述頂梁進行升降；所述兩種不同顏色包括黑色和白色。
[0009]在其中一個實施例中，所述三維四輪定位儀還包括安裝在所述軌道平臺上的補光設備，所述補光設備用于照射所述反光標靶。
[0010]在其中一個實施例中，所述攝像機還用于同時采集多個輪胎的反光標靶，得到各個輪胎的包含所述方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像，并將所述各個輪胎的標靶圖像發(fā)送給所述主機；所述主機還用于對各個輪胎的所述標靶圖像進行處理，得到各個輪胎的定位參數(shù)。
[0011]一種三維四輪定位儀的測量方法，包括以下步驟:
[0012]提供三維四輪定位儀，所述三維四輪定位儀包括頂梁、攝像機和懸掛在所述頂梁上的軌道平臺、固定架、反光標靶、顯示設備和主機，所述攝像機安裝在所述軌道平臺上，所述主機分別與所述攝像機和顯示設備相連，所述反光標靶上設有兩個兩種不同顏色交錯的方塊圖案和位于反光標靶中心的正弦塊圖案，且所述兩個方塊圖案被所述正弦塊圖案分隔;
[0013]將車輛置于所述頂梁下方，且所述頂梁與所述車輛車體縱向軸平行，通過所述固定架將所述反光標靶固定安裝在所述車輛的多個輪胎上，且所述反光標靶位于所述攝像機的拍攝視角內；
[0014]通過所述主機指示推動車輛，通過所述攝像機采集包含述方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像，并將所述標靶圖像發(fā)送給所述主機；
[0015]通過所述主機對所述標靶圖像進行處理，得到輪胎的定位參數(shù)，根據(jù)所述定位參數(shù)得到輪胎相應的三維姿態(tài)，并將所述輪胎的三維姿態(tài)發(fā)送到所述顯示設備；
[0016]通過所述顯示設備顯示輪胎的三維姿態(tài)。
[0017]在其中一個實施例中，所述主機對所述標靶圖像進行處理，得到輪胎的定位參數(shù)的步驟包括:
[0018]預先建立平面標靶特征點在空間坐標系下坐標與圖像中對應像素點圖像坐標的對應關系，根據(jù)所述對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)，通過計算一組標靶圖像得到反光標靶相對攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化，對所述反光標靶相對于攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化進行擬合得到反光標靶的運動擺線，根據(jù)所述運動擺線計算得到輪胎的旋轉中心向量，將所述旋轉中心向量投射到車輛的運動平面，根據(jù)所述旋轉中心向量之間的夾角，求出輪胎的定位參數(shù)。
[0019]在其中一個實施例中，根據(jù)所述對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)的步驟包括:
[0020]對所述標靶圖像處理求取兩種不同顏色的方塊的角點和正弦塊邊緣曲線，以標靶平面為XY平面，垂直于所述XY平面為Z平面，建立三維坐標系，根據(jù)所述反光標靶大小和圖案尺寸推算得到角點的三維坐標和正弦塊邊緣曲線的三維坐標，并計算角點在所述標靶圖像中的坐標和所述正弦塊邊緣曲線在所述標靶圖像中的坐標，根據(jù)所述角點的三維坐標以及角點在所述標靶圖像中的坐標，建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，根據(jù)所述正弦塊邊緣曲線的三維坐標以及所述正弦塊邊緣曲線在所述標靶圖像中的坐標，對所述標靶圖像中所述正弦塊邊緣曲線進行傅里葉變換，根據(jù)所述傅里葉變換系數(shù)建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)，融合兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)得到最終的反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)。
[0021]在其中一個實施例中，所述求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)的步驟包括采用線性最小二乘法或非線性最小二乘法求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)。
[0022]在其中一個實施例中,所述兩種不同顏色包括黑色和白色；
[0023]所述方法還包括:
[0024]提供補光設備，通過所述補光設備照射所述反光標靶。
[0025]在其中一個實施例中，所述方法還包括:
[0026]通過所述攝像機還用于同時采集多個輪胎的反光標靶，得到各個輪胎的包含所述方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像，并將所述各個輪胎的標靶圖像發(fā)送給所述主機；
[0027]通過所述主機還用于對各個輪胎的所述標靶圖像進行處理，得到各個輪胎的定位參數(shù)。
[0028]上述三維四輪定位儀及其測量方法，通過在反光標靶上設兩種不同顏色交錯的方塊圖案和正弦塊圖案，通過攝像機采集反光標靶得到標靶圖像，對標靶圖像進行處理得到輪胎的定位參數(shù)，再根據(jù)定位參數(shù)得到輪胎的三維姿態(tài)，因反光標靶上方塊圖案和正弦塊圖案均作為標靶特征點，攝像機采集的圖像中包含的標靶特征點很多，根據(jù)該圖像得到的定位參數(shù)更加準確，提高了測量的準確性，且顯示了輪胎的三維姿態(tài)，方便操作人員對車輛進行維修和調整。此外，通過調整軌道平臺的高度和攝像機的位置，可測量商用車或乘用車。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為一個實施例中三維四輪定位儀的結構示意圖；
[0030]圖2為反光標靶圖案示意圖；
[0031]圖3為一個實施例中三維四輪定位儀的測量方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033]圖1為一個實施例中三維四輪定位儀的結構示意圖。如圖1所示，該三維四輪定位儀，包括頂梁110、軌道平臺120、攝像機130、固定架140、反光標靶150、顯示設備160和主機170。
[0034]軌道平臺120懸掛在該頂梁110上。本實施例中，軌道平臺120相對于頂梁110可進行升降，即可在豎直方向上調節(jié)軌道平臺120相對于頂梁110的間距。需要說明的是，測量時，將車輛置于該頂梁110下方，且該頂梁110與該車輛車體縱向軸平行。
[0035]攝像機130安裝在該軌道平臺120上。本實施例中，攝像機130可在軌道平臺120上滑動以改變其固定位置，便于根據(jù)車輛的多組輪胎之間的距離進行調整，適應對不同類型車輛的輪胎圖像進行拍攝。攝像機130可采用CCD(Charge Coupled Devices,光電荷率禹合器件)。CXD是一種圖像傳感器，當光線照射到CXD上的像敏單元時，產生信號電荷，信號電荷輸出，并由傳感器上的微電腦處理器進行采集處理，根據(jù)被照射像敏單元的圖像，可準確的計算出被拍攝和物體的三維姿態(tài)。
[0036]本實施例中，攝像機130垂直安裝在軌道平臺120上，且攝像機130的拍攝視角對著反光標靶150。攝像機130因垂直安裝在軌道平臺120上，可同時測量多個輪胎，提高了測量效率，且攝像機130距離各個輪胎的距離相同，對各個輪胎測量的精度相同。
[0037]該固定架140將該反光標靶150固定安裝在多個輪胎180上，且該反光標靶位150于該攝像機130的拍攝視角內。
[0038]該反光標靶150上設有兩個兩種不同顏色交錯的方塊圖案和位于反光標靶中心的正弦塊圖案，且該兩個方塊圖案被該正弦塊圖案分隔。兩種不同顏色可包括黑色和白色，或者黑色和綠色，或者紅色和綠色等等。本實施例中，兩種不同顏色為黑色和白色，正弦塊圖案為黑色。反光標靶圖案的大小和尺寸可根據(jù)需要進行調整。優(yōu)選的，反光標靶150的圖案長寬比為4:3，長為40cm(厘米)，寬為30cm。每個黑白方塊邊長為2.5cm。正弦塊圖案長寬各為36cm和27cm,但不限于此。圖2為反光標祀圖案示意圖。如圖2所示,反光標靶150上設黑白交錯的方塊圖案152和正弦塊圖案154。
[0039]該主機170分別與該攝像機130和顯示設備160相連。
[0040]該攝像機130用于采集該反光標靶150，得到包含該方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像，并將該標靶圖像發(fā)送給該主機170 ;該主機170用于對該標靶圖像進行處理，得到輪胎的定位參數(shù)，根據(jù)該定位參數(shù)得到輪胎相應的三維姿態(tài)，并將該輪胎的三維姿態(tài)發(fā)送到該顯示設備160 ;該顯示設備160還用于按照該定位參數(shù)顯示輪胎的三維姿態(tài)。
[0041 ] 具體的，該定位參數(shù)包括前束角、外傾角、主銷內傾角、主銷后傾角等。
[0042]上述三維四輪定位儀，通過在反光標靶上設兩種不同顏色交錯的方塊圖案和正弦塊圖案，通過攝像機采集反光標靶得到標靶圖像，對標靶圖像進行處理得到輪胎的定位參數(shù)，再根據(jù)定位參數(shù)得到輪胎的三維姿態(tài)，因反光標靶上方塊圖案和正弦塊圖案均作為標靶特征點，攝像機采集的圖像中包含的標靶特征點很多，根據(jù)該圖像得到的定位參數(shù)更加準確，提高了測量的準確性，且顯示了輪胎的三維姿態(tài)，方便操作人員對車輛進行維修和調難
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[0043]在所有實施例之前，需要對相機進行標定，即確定透視變換方程中內參數(shù)和外參數(shù)中的內參數(shù)。標定采用Bouguet標定方法。在以標靶為基礎建立的三維坐標系下，標靶中每個點的三維坐標都可確定，同時，在固定好攝像機拍攝位置后，標靶上的各個點在圖像中的位置也能推算得到。依據(jù)這些特性，根據(jù)標靶上各個點的三維坐標以及通過圖像處理手段獲得對應點在圖像中的二維坐標，即可推算攝像機的拍攝位置，該攝像機的拍攝位置建立的模型即為透視變換方程。該透視變換方程的內參數(shù)即為攝像機的焦距、主點、偏態(tài)系數(shù)、畸變等。其中，主點是指攝像機光軸與圖像平面的交點；焦距是至攝像機光心與主點之間的距離；偏態(tài)系數(shù)是指X和I像素軸之間的夾角；畸變是指一些圖像畸變系數(shù)。
[0044]在一個實施例中，該主機170還用于預先建立平面標靶特征點在空間坐標系下坐標與圖像中對應像素點圖像坐標的對應關系，根據(jù)該對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)，通過計算一組標靶圖像得到反光標靶相對攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化，對該反光標靶相對于攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化進行擬合得到反光標靶的運動擺線，根據(jù)該運動擺線計算得到輪胎的旋轉中心向量，將該旋轉中心向量投射到車輛的運動平面，根據(jù)該旋轉中心向量之間的夾角，求出輪胎的定位參數(shù)。
[0045]進一步的，該主機170根據(jù)該對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)包括:對該標靶圖像處理求取兩種不同顏色的方塊的角點和正弦塊邊緣曲線，使用Harris法或Shi法或Tomasi法求取角點，使用固定閾值法二值化求取正弦塊邊緣曲線。以標靶平面為XY平面，垂直于該XY平面為Z平面，建立三維坐標系，根據(jù)反光標靶設計的尺寸推算出角點的三維坐標和正弦塊邊緣曲線的三維坐標，根據(jù)該角點的三維坐標以及角點在該標靶圖像中的坐標，建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，這個等式方程為透視變換方程。根據(jù)該正弦塊邊緣曲線的三維坐標得到該正弦塊邊緣曲線在該標靶圖像中的坐標，對該正弦塊邊緣曲線進行傅里葉變換，根據(jù)該傅里葉變換系數(shù)建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，這個方程是通過預先擬合確定的。因對于正弦曲線來說，正弦曲線的頻率和攝像機的拍攝位置存在函數(shù)關系，即擬合函數(shù)。具體的做法是預先獲取大量(確定的不同三維姿態(tài)下)反光標靶中正弦曲線(即正弦塊邊緣曲線)傅里葉變換系數(shù)，對這些數(shù)據(jù)進行擬合獲得擬合函數(shù)。對該正弦塊邊緣曲線進行傅里葉變換，根據(jù)該傅里葉變換系數(shù)建立的反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程就是擬合函數(shù)。求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)，融合兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)得到最終的反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)。
[0046]具體的，角點是指黑白交錯方塊圖案中每個單元塊的四個角的位置，利用角點檢測算法求取黑白交錯方塊圖案的角點。對于角點，可根據(jù)預先建立平面標靶特征點在空間坐標系下坐標與圖像中對應像素點圖像坐標的對應關系，以及角點的三維坐標，得到該角點在該標靶圖像中的坐標。角點或正弦曲線的三維坐標是根據(jù)固定的標靶大小和圖案尺寸推算得到。
[0047]對于正弦塊邊緣曲線，可根據(jù)預先建立平面標靶特征點在空間坐標系下坐標與圖像中對應像素點圖像坐標的對應關系，以及該正弦塊邊緣曲線的三維坐標，得到該正弦塊邊緣曲線在該標靶圖像中的坐標可先經過角度校正，即使正弦塊的直線邊緣的角度為90度后，對正弦塊邊緣曲線進行傅里葉變換，根據(jù)該傅里葉變換系數(shù)建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程。
[0048]可采用線性最小二乘法或非線性最小二乘法求解兩個等式方程，得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)。再對黑白交錯的方塊圖案和正弦塊圖案進行測量得到其結果精度，根據(jù)該精度，融合兩組三維姿態(tài)參數(shù)得到最終的三維姿態(tài)參數(shù)。其中，兩種圖案的三維姿態(tài)測量精度通過預先的測試獲得。融合方式為加權平均，以測量精度的反比為加權系數(shù)，進行加權平均，獲得最終測量結果。融合方式不限于加權平均，也可以采用D-S證據(jù)理論方法、卡爾曼濾波等。
[0049]該三維四輪定位儀還包括補光設備，該補光設備安裝在軌道平臺120上，該補光設備照射反光標靶150，便于攝像機130采集圖像，適用于光照環(huán)境較暗的場景中。補光設備可為補光燈。
[0050]圖3為一個實施例中三維四輪定位儀的測量方法的流程圖。該三維四輪定位儀上述的三維四輪定位儀。如圖3所示，該三維四輪定位儀的測量方法，包括以下步驟:
[0051]步驟302，提供三維四輪定位儀，該三維四輪定位儀包括頂梁、懸掛在該頂梁上的軌道平臺和攝像機、固定架、反光標靶、顯示設備和主機，該攝像機安裝在該軌道平臺上，該主機分別與該攝像機和顯示設備相連，該反光標靶上設有兩個兩種不同顏色交錯的方塊圖案和位于反光標靶中心的正弦塊圖案，且該兩個方塊圖案被該正弦塊圖案分隔。
[0052]具體的，該兩種不同顏色包括黑色和白色。
[0053]步驟304，將車輛置于該頂梁下方，且該頂梁與該車輛車體縱向軸平行，通過該固定架將該反光標靶固定安裝在該車輛的多個輪胎上，且該反光標靶位于該攝像機的拍攝視角內。
[0054]步驟306，通過該主機指示推動車輛，通過該攝像機采集包含述方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像，并將該標靶圖像發(fā)送給該主機。
[0055]步驟308，通過該主機對該標靶圖像進行處理，得到輪胎的定位參數(shù)，根據(jù)該定位參數(shù)得到輪胎相應的三維姿態(tài)，并將該輪胎的三維姿態(tài)發(fā)送到該顯示設備。
[0056]在一個實施例中，該主機對該標靶圖像進行處理，得到輪胎的定位參數(shù)的步驟包括:預先建立平面標靶特征點在空間坐標系下坐標與圖像中對應像素點圖像坐標的對應關系，根據(jù)該對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)，通過計算一組標靶圖像得到反光標靶相對攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化，對該反光標靶相對于攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化進行擬合得到反光標靶的運動擺線，根據(jù)該運動擺線計算得到輪胎的旋轉中心向量，將該旋轉中心向量投射到車輛的運動平面，根據(jù)該旋轉中心向量之間的夾角，求出輪胎的定位參數(shù)。
[0057]進一步的，根據(jù)該對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)的步驟包括:對該標靶圖像處理求取兩種不同顏色的方塊的角點和正弦塊邊緣曲線，以標靶平面為XY平面，垂直于該XY平面為Z平面，建立三維坐標系，根據(jù)所述反光標靶大小和圖案尺寸推算得到角點的三維坐標和正弦塊邊緣曲線的三維坐標，并使用Harris法或Shi法或Tomasi法計算角點在該標靶圖像中的坐標和使用固定閾值法二值化求取正弦塊邊緣曲線在該標靶圖像中的坐標，根據(jù)該角點的三維坐標以及角點在該標靶圖像中的坐標，建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，根據(jù)該正弦塊邊緣曲線的三維坐標以及該正弦塊邊緣曲線在該標靶圖像中的坐標，對該標靶圖像中的該正弦塊邊緣曲線進行傅里葉變換，根據(jù)該傅里葉變換系數(shù)建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)，融合兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)得到最終的反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)。
[0058]該求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)的步驟包括采用線性最小二乘法或非線性最小二乘法求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)。
[0059]步驟310，通過該顯示設備顯示輪胎的三維姿態(tài)。
[0060]上述三維四輪定位儀的測量方法，通過在反光標靶上設兩種不同顏色交錯的方塊圖案和正弦塊圖案，通過攝像機采集反光標靶得到標靶圖像，對標靶圖像進行處理得到輪胎的定位參數(shù)，再根據(jù)定位參數(shù)得到輪胎的三維姿態(tài)，因反光標靶上方塊圖案和正弦塊圖案均作為標靶特征點，攝像機采集的圖像中包含的標靶特征點很多，根據(jù)該圖像得到的定位參數(shù)更加準確，提高了測量的準確性，且顯示了輪胎的三維姿態(tài)，方便操作人員對車輛進行維修和調整。此外，通過調整軌道平臺的高度和攝像機的位置，可測量商用車或乘用車。
[0061]進一步的，該三維四輪定位儀的測量方法還包括:提供補光設備，通過該補光設備提供光給該攝像機。
[0062]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種三維四輪定位儀，包括頂梁、攝像機和懸掛在所述頂梁上的軌道平臺，其特征在于，所述三維四輪定位儀還包括固定架、反光標靶、顯示設備和主機，所述攝像機安裝在所述軌道平臺上，所述固定架將所述反光標靶固定安裝在多個輪胎上，且所述反光標靶位于所述攝像機的拍攝視角內；所述主機分別與所述攝像機和顯示設備相連；所述反光標靶上設有兩個兩種不同顏色交錯的方塊圖案和位于反光標靶中心的正弦塊圖案，且所述兩個方塊圖案被所述正弦塊圖案分隔；所述攝像機用于采集所述反光標靶，得到包含所述方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像，并將所述標靶圖像發(fā)送給所述主機；所述主機用于對所述標靶圖像進行處理，得到輪胎的定位參數(shù)，根據(jù)所述定位參數(shù)得到輪胎相應的三維姿態(tài)，并將所述輪胎的三維姿態(tài)發(fā)送到所述顯示設備；所述顯示設備用于顯示輪胎的三維姿態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的三維四輪定位儀，其特征在于，所述主機還用于預先建立平面標靶特征點在空間坐標系下坐標與圖像中對應像素點圖像坐標的對應關系，根據(jù)所述對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)，通過計算一組標靶圖像得到反光標靶相對攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化，對所述反光標靶相對于攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化進行擬合得到反光標靶的運動擺線，根據(jù)所述運動擺線計算得到輪胎的旋轉中心向量，將所述旋轉中心向量投射到車輛的運動平面，根據(jù)所述旋轉中心向量之間的夾角，求出輪胎的定位參數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的三維四輪定位儀，其特征在于，所述主機根據(jù)所述對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)包括:對所述標靶圖像處理求取兩種不同顏色的方塊的角點和正弦塊邊緣曲線，以標靶平面為XY平面，垂直于所述XY平面為Z平面，建立三維坐標系，根據(jù)所述反光標靶大小和圖案尺寸推算得到角點的三維坐標和正弦塊邊緣曲線的三維坐標，并計算角點在所述標靶圖像中的坐標和所述正弦塊邊緣曲線在所述標靶圖像中的坐標，根據(jù)所述角點的三維坐標以及角點在所述標靶圖像中的坐標，建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，根據(jù)所述正弦塊邊緣曲線的三維坐標以及所述正弦塊邊緣曲線在所述標靶圖像中的坐標，對所述標靶圖像中的所述正弦塊邊緣曲線進行傅里葉變換，根據(jù)所述傅里葉變換系數(shù)建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)，融合兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)得到最終的反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的三維四輪定位儀，其特征在于，所述攝像機垂直安裝在所述軌道平臺上，且所述攝像機的拍攝視角對著所述反光標靶，所述攝像機可在所述軌道平臺上滑動；所述軌道平臺相對于所述頂梁進行升降；所述兩種不同顏色包括黑色和白色。
5.根據(jù)權利要求1所述的三維四輪定位儀，其特征在于，所述三維四輪定位儀還包括安裝在所述軌道平臺上的補光設備，所述補光設備用于照射所述反光標靶。
6.根據(jù)權利要求1所述的三維四輪定位儀，其特征在于，所述攝像機還用于同時采集多個輪胎的反光標靶，得到各個輪胎的包含所述方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像，并將所述各個輪胎的標靶圖像發(fā)送給所述主機；所述主機還用于對各個輪胎的所述標靶圖像進行處理，得到各個輪胎的定位參數(shù)。
7.—種三維四輪定位儀的測量方法，包括以下步驟: 提供三維四輪定位儀，所述三維四輪定位儀包括頂梁、攝像機和懸掛在所述頂梁上的軌道平臺、固定架、反光標靶、顯示設備和主機，所述攝像機安裝在所述軌道平臺上，所述主機分別與所述攝像機和顯示設備相連，所述反光標靶上設有兩個兩種不同顏色交錯的方塊圖案和位于反光標靶中心的正弦塊圖案，且所述兩個方塊圖案被所述正弦塊圖案分隔； 將車輛置于所述頂梁下方，且所述頂梁與所述車輛車體縱向軸平行，通過所述固定架將所述反光標靶固定安裝在所述車輛的多個輪胎上，且所述反光標靶位于所述攝像機的拍攝視角內； 通過所述主機指示推動車輛，通過所述攝像機采集包含述方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像，并將所述標靶圖像發(fā)送給所述主機； 通過所述主機對所述標靶圖像進行處理，得到輪胎的定位參數(shù)，根據(jù)所述定位參數(shù)得到輪胎相應的三維姿態(tài)，并將所述輪胎的三維姿態(tài)發(fā)送到所述顯示設備； 通過所述顯示設備顯示輪胎的三維姿態(tài)。
8.根據(jù)權利要求7所述的三維四輪定位儀的測量方法，其特征在于，所述主機對所述標靶圖像進行處理，得到輪胎的定位參數(shù)的步驟包括: 預先建立平面標靶特征點在空間坐標系下坐標與圖像中對應像素點圖像坐標的對應關系，根據(jù)所述對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)，通過計算一組標靶圖像得到反光標靶相對攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化，對所述反光標靶相對于攝像機的連續(xù)三維姿態(tài)變化進行擬合得到反光標靶的運動擺線，根據(jù)所述運動擺線計算得到輪胎的旋轉中心向量，將所述旋轉中心向量投射到車輛的運動平面，根據(jù)所述旋轉中心向量之間的夾角，求出輪胎的定位參數(shù)。
9.根據(jù)權利要求8所述的三維四輪定位儀的測量方法，其特征在于，根據(jù)所述對應關系計算出反光標靶相對于攝像機的三維姿態(tài)的步驟包括: 對所述標靶圖像處理求取兩種不同顏色的方塊的角點和正弦塊邊緣曲線，以標靶平面為XY平面，垂直于所述XY平面為Z平面，建立三維坐標系，根據(jù)所述反光標靶大小和圖案尺寸推算得到角點的三維坐標和正弦塊邊緣曲線的三維坐標，并計算角點在所述標靶圖像中的坐標和正弦塊邊緣曲線在所述標靶圖像中的坐標，根據(jù)所述角點的三維坐標以及角點在所述標靶圖像中的坐標，建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，根據(jù)所述正弦塊邊緣曲線的三維坐標以及所述正弦塊邊緣曲線在所述標靶圖像中的坐標，其中，對所述標靶圖像中所述正弦塊邊緣曲線進行傅里葉變換，根據(jù)所述傅里葉變換系數(shù)建立反光標靶相對攝像機三維姿態(tài)的等式方程，求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)，融合兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)得到最終的反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)。
10.根據(jù)權利要求9所述的三維四輪定位儀的測量方法，其特征在于，所述求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)的步驟包括采用線性最小二乘法或非線性最小二乘法求解兩個等式方程得到兩組反光標靶相對攝像機的三維姿態(tài)參數(shù)。
11.根據(jù)權利要求7所述的三維四輪定位儀的測量方法，其特征在于，所述兩種不同顏色包括黑色和白色； 所述方法還包括: 提供補光設備，通過所述補光設備照射所述反光標靶。
12.根據(jù)權利要求7所述的三維四輪定位儀的測量方法，其特征在于，所述方法還包括: 通過所述攝像機還用于同時采集多個輪胎的反光標靶，得到各個輪胎的包含所述方塊圖案和正弦塊圖案的標靶圖像，并將所述各個輪胎的標靶圖像發(fā)送給所述主機； 通過所述主機還用于對各個輪胎的所述標靶圖像進行處理，得到各個輪胎的定位參數(shù)。
【文檔編號】G01M17/013GK104132818SQ201410331136
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權日:2014年7月11日
【發(fā)明者】梁國遠, 郭會文, 吳新宇, 周艷, 王歡, 王倩倩 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院