一种摄像测量式汽车三维四轮定位方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种摄像测量式汽车三维四轮定位方法、系统及介质，本发明专利技术采用相机与结构光发生器集成一体的手持测量装置，手持测量装置对准轮胎投射结构光并拍摄轮胎图像，计算机系统处理轮胎图像找出手持测量装置内相机坐标系下的轮胎切平面和轴心，配合全局相机或地面标志将各个轮胎的切平面和轴心位置信息统一到全局坐标系，基于车轮正常位置和转过相应角度的车轮切平面信息完成对车辆的四轮定位检测。本发明专利技术能够解决现有方法操作过程复杂，准确度易受影响，组件多成本高不能移动，占用空间大等问题，具有检测操作过程简单、监测准确度高且稳定可靠，测量依赖设备少且成本低，能随意移动，占用空间小，能够适应多种测量空间大小的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种摄像测量式汽车三维四轮定位方法、系统及介质
本专利技术涉及汽车四轮定位技术，具体涉及一种摄像测量式汽车三维四轮定位方法、系统及介质，可通过手持摄像测量采集数据来实现汽车的四轮定位。
技术介绍
当今社会的汽车保有量已具相当规模并持续增加，相应的对汽车检测的需求也持续增长；人们对汽车各项参数检查的精确性、便捷性和快速性等的关注也对汽车检测技术提出了更高的要求。四轮定位参数的检测作为车辆检测的一项重要内容，对整车的安全性与可靠性的影响举足轻重，它主要包括：前束角(车轮中心线与车辆几何中心线之间的夹角)、外倾角(车轮旋转平面与车辆纵向垂直面的夹角)、主销内倾角(在汽车横向平面内转向结主销轴线与铅轴线的夹角)和主销后倾角(在汽车纵向垂直平面内转向结主销轴线与铅垂线的夹角)等。现有四轮定位参数的检测技术一般采用如下两种方法：一种是在汽车四个车轮的轮毂上安装夹具，在夹具上安装标定板，然后用举升机将汽车举到一定高度，再旋转方向盘，通过摄像头测试标定盘相应转过的角度测出定位参数。但是，这种检测技术存在下述技术问题：由于测量头在车轮的位置准确度全靠夹具保证，如果测量头定位不准，则测得的四轮定位参数值就不准，因此夹具安装的精度将直接影响测量的结果。并且夹具结构设计要求能适用于不同材料、不同规格的轮辋，既要卡牢不变形，又要保证测量头与车轮的同轴度，还必须进行轮辋失圆补偿。该方法要求高，操作复杂，无法实现快速测量。另一种是在汽车四个车轮的对面安装包含结构光投射器、相机及立体标志的组件，各组件内的结构光、相机、立体标志之间的位姿关系预先标定好，各组件之间的位姿关系利用立体标志通过全局标定的方式给出。通过分析计算相机拍摄的投射于轮胎上的结构光图样，得出各个车轮的切平面和法向量，旋转车轮得出不同旋转角度下的车轮切平面和法向量，利用各参量间的关系最终得出四轮定位参数。但是，这种检测技术存在下述技术问题：为了拍摄结构光图样，以及关联各组件位姿以统一到全局坐标系下，该方法一般需要六台相机，各组件必须严格按要求固定位置并标定相互关系，存在结构复杂，所需组件多，组件不能随意移动等问题，且相机固定位置一般离轮胎较近，必须采用短焦镜头，此时引入的像差较大，会影响测量的精度。综上所述，现有技术的车辆四轮定位参数检测时检测操作过程复杂，准确度易受影响，测量系统组件多成本高，不能随意移动，占用空间大，不能适应多种测量空间大小等问题，如何克服上述问题来实现汽车的四轮定位，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：为了克服现有技术中在对车辆进行四轮定位参数检测时，检测操作过程复杂，准确度易受影响，测量系统组件多成本高，不能随意移动，占用空间大，不能适应多种测量空间大小等问题，提供一种摄像测量式汽车三维四轮定位方法、系统及介质，本专利技术可以通过手持摄像测量采集数据，采用相机与结构光发生器集成一体的手持测量装置，配合全局相机或地面标志来完成对车辆的四轮定位检测，具有检测操作过程简单、监测准确度高且稳定可靠，测量依赖设备少且成本低，能随意移动，占用空间小，能够适应多种测量空间大小的优点。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种摄像测量式汽车三维四轮定位装置，包括手持测量装置、第一类相机以及计算机系统，所述手持测量装置中设有第二类相机、结构光发生器，且所述手持测量装置的外壳上设有立体标志，所述第一类相机的视场覆盖测量区域，且所述立体标志位于第一类相机的视场中，所述结构光发生器的结构光照射区域位于第二类相机的视场内，所述第一类相机、第二类相机分别与计算机系统通信连接。本专利技术还提供一种前述摄像测量式汽车三维四轮定位装置的应用方法，实施步骤包括：以第一类相机的第一类相机坐标系作为全局坐标系、立体标志的坐标系作为立体标志坐标系、第二类相机的坐标系作为第二类相机坐标系，通过第一类相机拍摄立体标志并提取其位置姿态信息，通过立体标志获取立体标志坐标系、全局坐标系之间的转换关系；通过手持测量装置的第二类相机拍摄结构光发生器投射于目标轮胎上的结构光图案的特征点信息，提取车轮的轮毂轮辋信息得到第二类相机坐标系下的车轮切平面方程和车轮轴心坐标；结合第二类相机和立体标志的预标定关系、立体标志坐标系与全局坐标系之间的转换关系，求解获取第二类相机坐标系到全局坐标系间的转换关系，并将第二类相机坐标系下的车轮切平面方程和车轮轴心坐标转换为全局坐标系下的车轮切平面方程和车轮轴心坐标。可选地，所述第二类相机坐标系到全局坐标系间的转换关系的函数表达式如式(1)所示；pg＝Mpc(1)式(1)中，pg表示任意特征点p在全局坐标系下的坐标，M为第二相机坐标系到全局坐标系之间的转换矩阵，pc为特征点p在第二相机坐标系下的齐次坐标，转换矩阵M的函数表达式如式(2)所示；M＝M2M1(2)式(2)中，M1为特征点p从第二相机坐标系下的齐次坐标pc转换到立体标志坐标系下的坐标pm的转换矩阵，M2为特征点p从立体标志坐标系下的坐标pm转换到全局坐标系下的坐标pg的转换矩阵，M1的函数表达式如式(3)所示；M2的函数表达式如式(4)所示；式(3)和式(4)中，R1和T1分别表示第二相机坐标系转换到立体标志坐标系的旋转矩阵和平移向量；R2和T2分别表示立体标志坐标系转换到全局坐标系的旋转矩阵和平移向量。本专利技术还提供一种摄像测量式汽车三维四轮定位装置，包括手持测量装置、地面标志、计算机系统，所述手持测量装置中设有第二类相机、结构光发生器，所述地面标志位于第二类相机或手持测量装置中的第三类相机的视场中，所述结构光发生器的结构光照射区域位于第二类相机的视场内，所述第二类相机分别与计算机系统通信连接。本专利技术还提供一种前述摄像测量式汽车三维四轮定位装置的应用方法，实施步骤包括：以第二类相机的坐标系作为第二类相机坐标系、地面标志的坐标系作为地面标志坐标系，通过手持测量装置的第二类相机拍摄结构光发生器投射于目标轮胎上的图案，同时保证地面标志位于第二类相机或手持测量装置中的第三类相机的视场内，提取车轮的轮毂轮辋信息得到第二类相机坐标系下的车轮切平面方程和车轮轴心坐标；结合第二类相机与结构光发生器发送的结构光之间存在预设标定关系、地面标志与预设的全局坐标系之间的预设标定关系，求解获取第二类相机坐标系与全局坐标系之间的转换关系，并将第二类相机坐标系下的车轮切平面方程和车轮轴心坐标转换为全局坐标系下的车轮切平面方程和车轮轴心坐标。可选地，所述第二类相机坐标系到全局坐标系间的转换关系的函数表达式如式(5)所示；p′g＝M′p′c(5)式(5)中，p′g表示任意特征点p在全局坐标系下的坐标，M′为第二相机坐标系到全局坐标系之间的转换矩阵，p′c为特征点p在第二相机坐标系下的齐次坐标，转换矩阵M′的函数表达式如式(6)所示；M′＝M′2M′1(6)式(6)中，M′1为特征点p从第二相机坐标系下的齐次坐标pc转换到地面标志坐标系下的坐标pm的转换矩阵，M′2为特征点p从地面标志坐标系下的坐标pm转换到全局坐标系下的坐标pg的转换矩阵，M′1的函数表达式如式(7)所示；M′2的函数表达式如式(8)所示；式(7)和式(8)中，R′1和T′1分别表示第二相机坐标系转换到地面标志坐标系的旋转矩阵和平移向量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摄像测量式汽车三维四轮定位装置，其特征在于：包括手持测量装置(1)、第一类相机(2)以及计算机系统(3)，所述手持测量装置(1)中设有第二类相机(11)、结构光发生器(12)，且所述手持测量装置(1)的外壳上设有立体标志(13)，所述第一类相机(2)的视场覆盖测量区域，且所述立体标志(13)位于第一类相机(2)的视场中，所述结构光发生器(12)的结构光照射区域位于第二类相机(11)的视场内，所述第一类相机(2)、第二类相机(11)分别与计算机系统(3)通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种摄像测量式汽车三维四轮定位装置，其特征在于：包括手持测量装置(1)、第一类相机(2)以及计算机系统(3)，所述手持测量装置(1)中设有第二类相机(11)、结构光发生器(12)，且所述手持测量装置(1)的外壳上设有立体标志(13)，所述第一类相机(2)的视场覆盖测量区域，且所述立体标志(13)位于第一类相机(2)的视场中，所述结构光发生器(12)的结构光照射区域位于第二类相机(11)的视场内，所述第一类相机(2)、第二类相机(11)分别与计算机系统(3)通信连接。2.一种权利要求1所述摄像测量式汽车三维四轮定位装置的应用方法，其特征在于实施步骤包括：以第一类相机(2)的第一类相机坐标系作为全局坐标系、立体标志(13)的坐标系作为立体标志坐标系、第二类相机(11)的坐标系作为第二类相机坐标系，通过第一类相机(2)拍摄立体标志(13)并提取其位置姿态信息，通过立体标志(13)获取立体标志坐标系、全局坐标系之间的转换关系；通过手持测量装置(1)的第二类相机(11)拍摄结构光发生器(12)投射于目标轮胎上的结构光图案的特征点信息，提取车轮的轮毂轮辋信息得到第二类相机坐标系下的车轮切平面方程和车轮轴心坐标；结合第二类相机(11)和立体标志(13)的预标定关系、立体标志坐标系与全局坐标系之间的转换关系，求解获取第二类相机坐标系到全局坐标系间的转换关系，并将第二类相机坐标系下的车轮切平面方程和车轮轴心坐标转换为全局坐标系下的车轮切平面方程和车轮轴心坐标。3.根据权利要求1所述的摄像测量式汽车三维四轮定位装置的应用方法，其特征在于，所述第二类相机坐标系到全局坐标系间的转换关系的函数表达式如式(1)所示；pg＝Mpc(1)式(1)中，pg表示任意特征点p在全局坐标系下的坐标，M为第二相机坐标系到全局坐标系之间的转换矩阵，pc为特征点p在第二相机坐标系下的齐次坐标，转换矩阵M的函数表达式如式(2)所示；M＝M2M1(2)式(2)中，M1为特征点p从第二相机坐标系下的齐次坐标pc转换到立体标志坐标系下的坐标pm的转换矩阵，M2为特征点p从立体标志坐标系下的坐标pm转换到全局坐标系下的坐标pg的转换矩阵，M1的函数表达式如式(3)所示；M2的函数表达式如式(4)所示；式(3)和式(4)中，R1和T1分别表示第二相机坐标系转换到立体标志坐标系的旋转矩阵和平移向量；R2和T2分别表示立体标志坐标系转换到全局坐标系的旋转矩阵和平移向量。4.一种摄像测量式汽车三维四轮定位装置，其特征在于：包括手持测量装置(1)、地面标志(4)、计算机系统(3)，所述手持测量装置(1)中设有第二类相机(11)、结构光发生器(12)，所述地面标志(4)位于第二类相机(11)或手持测量装置(1)中的第三类相机(14)的视场中，所述结构光发生器(12)的结构光照射区域位于第二类相机(11)的视场内，所述第二类相机(11)分别与计算机系统(3)通信连接。5.一种权利要求4所述摄像测量式汽车三维四轮定位装置的应用方法，其特征在于实施步骤包括：以第二类相机(11)的坐标系作为第二类相机坐标系、地面标志(4)的坐标系作为地面标志坐标系，通过手持测量装置(1)的第二类相机(11)拍摄结构光发生器(12)投射于目标轮胎上的图案，同时保证地面标志(4)位于第二类相机(11)或手持测量装置(1)中的第三类相机(14)的视场内，提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜广文，谈潇麟，
申请(专利权)人：湖南省鹰眼在线电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43