一种基于图像分析的四轮定位仪检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像分析的四轮定位仪检测方法。步骤如下：首先在车轮轴位置放置激光器光源，距离车轮一定位置处平行放置一个接受面，当车轮前束角与外倾角开始变化时，由图像采集系统的摄像头获取接受面的图像传输到ARM硬件平台；ARM对获取的图像进行分析和处理，包括灰度处理，高斯滤波以及边缘检测，然后利用灰度重心法计算出激光光点在接受面的像素位置；最终由坐标转换及空间几何知识，可确定车轮的前束角及外倾角，再传输给上位机实现人机交互。本发明专利技术方法操作简单，实时，高效且检测精度较高。

A method of detecting four wheel aligner based on image analysis

The invention discloses a four wheel positioning instrument detection method based on image analysis. The following steps are as follows: first, the laser light source is placed in the wheel axis, and an acceptance surface is placed parallel to the wheel position. When the wheel front angle and the obliquity begin to change, the image of the image acquisition system is transmitted to the ARM hardware platform, and the ARM is used to analyze and process the obtained images. It includes gray processing, Gauss filtering and edge detection, and then calculates the pixel position of the laser light point in the reception surface by using the gray center of gravity method. Finally, the angle of the wheel and the obliquity can be determined by coordinate transformation and space geometry knowledge, and then the computer can be transmitted to the upper computer to realize the human-computer interaction. The method has the advantages of simple operation, real-time, high efficiency and high detection accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像分析的四轮定位仪检测方法
本专利技术属于计量检测
，特别是一种基于图像分析的四轮定位仪检测方法。
技术介绍
四轮定位是汽车各项检测指标中重要的一项，它主要是用来调整汽车四个轮胎的空间相对位置的，对整车的安全性与可靠性的影响举足轻重。四轮定位要检查的内容分为两种：前轮定位和后轮定位。前轮定位中包含主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角、车轮前束角、包容角等，后轮定位包含了推力角、后轮外倾角、后轮前束角、车轴偏角等，最重要的就是前束角与外倾角的测量。其中车轮前束角可以降低轮胎磨损与滚动摩擦，外倾角可以转向轻便、减小轮胎磨损、保护轴头磨损、保持轮胎与拱形路面垂直，减少轮胎偏磨损。传统的四轮定位仪，有标准车，正弦规法，倾角传感器检定装置，SDJ-I～SDJ-IV型系列检定装置大多是基于机械的，需要相关人员操作仪器并读出仪器上刻度读数才能完成，而唯一一个只使用倾角传感器探测外倾角和前束角的能自动获取测量结果的仪器，其精度却很低。因此这些仪器存在需要的传感器众多、标定复杂、操作繁琐以及检测速度慢、精度不高等问题，不能实现快速检测，无法满足汽车检测行业的发展要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种操作简便、测量精度高的基于图像分析的四轮定位仪检测方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于图像分析的四轮定位仪检测技术，通过图像采集系统的摄像头获取车轮上激光投影在接受面的图像，传输到ARM硬件平台，对获取的图像进行分析和处理，包括灰度处理、高斯滤波以及边缘检测，然后利用灰度重心法计算出激光光点在接受面的像素位置；最终由坐标转换及空间几何知识，可确定车轮的前束角及外倾角，再传输给上位机实现人机交互。具体包括以下步骤：步骤1、在车轮轴上设置激光器，激光器发出的激光所在直线与车轮轴重合，在地面上设置与水平面垂直的半透激光接受面，激光接受面的后面设置摄像头，该摄像头用于采集接受面的图像；步骤2、车轮不动，对摄像头采集到的每一帧图像进行处理；对摄像头采集到的每一帧图像进行处理具体为：先将初始图像转换成灰度图像，之后进行高斯滤波，最后进行边缘检测，最终图像上仅剩一个激光点的圆斑轮廓。步骤3、对处理后图像上的圆斑进行处理，记录初始光斑位置；对处理后图像上的圆斑进行处理时，采用灰度重心法，所用公式为：式中，I(x,y)为灰度图像，S为圆斑轮廓，x为图像中心的横坐标，y为图像中心的纵坐标。步骤4、转动车轮，并检测摄像头采集到的每一帧图像，之后对采集到的图像进行处理，得到新的光斑位置；步骤5、将步骤4得到的光斑位置与初始光斑位置进行比较，计算出光斑位移；步骤6、利用坐标转换，将光斑位移量转为实际物理位移量；坐标转换所用公式为：X＝kxY＝ky式中，k为常数，即摄像头的固定参数，表示每个像素点的物理尺寸；(x,y)为光斑的像素坐标，(X,Y)为光斑的物理位置坐标。步骤7、建立系统空间数学模型，对光斑的实际物理位移量、车轮与接受面距离D，进行空间几何分析，得到前束角与外倾角。建立的系统空间数学模型为：设L为车轮的垂直轴，激光器的安装位置即轴L的旋转中心，设为S，激光接受面为I，接受面与S的距离为D，前束角为α，外倾角为θ，在接受面I上建立坐标系，S在I上的投影O作为原点，x轴和y轴都在平面I上，x轴过O点且平行于水平面，方向由左指向右，y轴过O点且垂直于水平面，由下指向上，沿直线OS作z轴，方向由O指向S。延长轴L交接受面I于点P，则在α＝0时，光斑成像在y轴上，设为B(0,y)点，同时θ＝0时，成像在O点；当α≠0时，正前束角会向x轴正方向偏移，设为点A(x1,y)，负前束角则向负方向偏移，设为点C(x2,y)。在SPB平面中，SB⊥SP，SO⊥BP，可得θ＝∠SPB，根据相似三角形定理，外倾角θ＝∠BSO＝arctan(y/D)。在平面ABS上，AB⊥SB,可得前束角α＝∠ASB＝arctan(x1·cosθ/D)。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术通过选择摄像头分辨率及接受面板面积，满足了四轮定位仪检定装置的精度和广度要求；(2)本专利技术应用机器视觉技术，即机器(硬件电路板和PC机)对图像的各种处理，自动获取图像中信息的过程，是一种新兴的、先进的测量方法，实现了智能检测功能以及人机交互；(3)摄像机和车轮面板是分离的两部分，采用的非接触式的机器视觉方式，效避免由机械回转或其他原因引起的测量误差；(4)本专利技术的方法实现简单，操作方便，成本低廉，准确率高。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是本专利技术基于图像分析的四轮定位仪检测方法的前束角原理图。图2是本专利技术基于图像分析的四轮定位仪检测方法的外倾角原理图。图3是本专利技术基于图像分析的四轮定位仪检测方法的流程图。图4是本专利技术基于图像分析的四轮定位仪检测方法的系统数学模型图。具体实施方式结合图1，本专利技术的一种基于图像分析的四轮定位仪检测方法，包括以下步骤：步骤1、在车轮轴上设置激光器，激光器发出的激光所在直线与车轮轴重合，在地面上设置与水平面垂直的半透激光接受面，激光接受面的后面设置摄像头，该摄像头用于采集接受面的图像；步骤2、车轮不动，对摄像头采集到的每一帧图像进行处理；对摄像头采集到的每一帧图像进行处理具体为：先将初始图像转换成灰度图像，之后进行高斯滤波，最后进行边缘检测，最终图像上仅剩一个激光点的圆斑轮廓。步骤3、对处理后图像上的圆斑进行处理，记录初始光斑位置；对处理后图像上的圆斑进行处理时，采用灰度重心法，所用公式为：式中，I(x,y)为灰度图像，S为圆斑轮廓，x为图像中心的横坐标，y为图像中心的纵坐标。步骤4、转动车轮，并检测摄像头采集到的每一帧图像，之后对采集到的图像进行处理，得到新的光斑位置；步骤5、将步骤4得到的光斑位置与初始光斑位置进行比较，计算出光斑位移；步骤6、利用坐标转换，将光斑位移量转为实际物理位移量；坐标转换所用公式为：X＝kxY＝ky式中，k为常数，即摄像头的固定参数，表示每个像素点的物理尺寸；(x,y)为光斑的像素坐标，(X,Y)为光斑的物理位置坐标。步骤7、建立系统空间数学模型，对光斑的实际物理位移量、车轮与接受面距离D，进行空间几何分析，得到前束角与外倾角。建立的系统空间数学模型为：设L为车轮的垂直轴，激光器的安装位置即轴L的旋转中心，设为S，激光接受面为I，接受面与S的距离为D，前束角为α，外倾角为θ，在接受面I上建立坐标系，S在I上的投影O作为原点，x轴和y轴都在平面I上，x轴过O点且平行于水平面，方向由左指向右，y轴过O点且垂直于水平面，由下指向上，沿直线OS作z轴，方向由O指向S；延长轴L交接受面I于点P，则在α＝0时，光斑成像在y轴上，设为B(0,y)点，同时θ＝0时，成像在O点；当α≠0时，正前束角会向x轴正方向偏移，设为点A(x1,y)，负前束角则向负方向偏移，设为点C(x2,y)；在SPB平面中，SB⊥SP，SO⊥BP，可得θ＝∠SPB，根据相似三角形定理，外倾角θ＝∠BSO＝arctan(y/D)；在平面ABS上，AB⊥SB,可得前束角α＝∠ASB＝arctan(x1·cosθ/D)。本专利技术通过选择摄像头分辨率及接受面板面积，满足了四轮定位仪检定装置的精度和广度要求。下面结合实施例对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像分析的四轮定位仪检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在车轮轴上设置激光器，激光器发出的激光所在直线与车轮轴重合，在地面上设置与水平面垂直的半透激光接受面，激光接受面的后面设置摄像头，该摄像头用于采集接受面的图像；步骤2、车轮不动，对摄像头采集到的每一帧图像进行处理；步骤3、对处理后图像上的圆斑进行处理，记录初始光斑位置；步骤4、转动车轮，并检测摄像头采集到的每一帧图像，之后对采集到的图像进行处理，得到新的光斑位置；步骤5、将步骤4得到的光斑位置与初始光斑位置进行比较，计算出光斑位移；步骤6、利用坐标转换，将光斑位移量转为实际物理位移量；步骤7、建立系统空间数学模型，对光斑的实际物理位移量、车轮与接受面距离D，进行空间几何分析，得到前束角与外倾角。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像分析的四轮定位仪检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在车轮轴上设置激光器，激光器发出的激光所在直线与车轮轴重合，在地面上设置与水平面垂直的半透激光接受面，激光接受面的后面设置摄像头，该摄像头用于采集接受面的图像；步骤2、车轮不动，对摄像头采集到的每一帧图像进行处理；步骤3、对处理后图像上的圆斑进行处理，记录初始光斑位置；步骤4、转动车轮，并检测摄像头采集到的每一帧图像，之后对采集到的图像进行处理，得到新的光斑位置；步骤5、将步骤4得到的光斑位置与初始光斑位置进行比较，计算出光斑位移；步骤6、利用坐标转换，将光斑位移量转为实际物理位移量；步骤7、建立系统空间数学模型，对光斑的实际物理位移量、车轮与接受面距离D，进行空间几何分析，得到前束角与外倾角。2.根据权利要求1所述的基于图像分析的四轮定位仪检测方法，其特征在于，步骤2中对摄像头采集到的每一帧图像进行处理具体为：先将初始图像转换成灰度图像，之后进行高斯滤波，最后进行边缘检测，最终图像上仅剩一个激光点的圆斑轮廓。3.根据权利要求1所述的基于图像分析的四轮定位仪检测方法，其特征在于，步骤3对处理后图像上的圆斑进行处理时，采用灰度重心法，所用公式为：式中，I(x,y)为灰度图像，S为圆斑轮廓，x为图像中心的横坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：房红兵，张吉璇，高建坡，林英豪，任智博，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32