一种视觉四轮定位仪基准平面确定方法技术

本发明专利技术涉及一种视觉四轮定位仪基准平面的确定方法。由摄像机获取固定在车轮上的靶标图像，并对靶标特征进行识别；对识别得到的靶标图像区域位置，应用亚像素特征提取算法对靶标圆特征进行提取；由预先已知的靶标空间特征和图像特征之间的对应关系，确定靶标圆特征中心在摄像机坐标系下的坐标；将车轮前后滚动获取的多个不同位置处的靶标图像，确定车轮特征点；由多个位置处的车轮特征点，通过拟合确定车轮滚动中心；对四个车轮滚动中心进行平面拟合，确定车轮的基准平面。本发明专利技术操作简单，精度高，可实时确定滚动过程中基准平面在摄像机坐标系下的坐标，且不会引入因靶标安装不到位所引起的误差，同时，标定所用的平面靶标结构简单，容易加工。容易加工。容易加工。

【技术实现步骤摘要】
一种视觉四轮定位仪基准平面确定方法


[0001]本专利技术属于汽车四轮定位技术，具体涉及一种视觉四轮定位仪基准平面的确定方法。

技术介绍

[0002]车轮参数对汽车行驶过程中的安全性和可靠性起着决定性作用。为了保障车辆行驶过程中的安全性，必须保证车轮的角度位于厂商要求的最佳数据范围内。因此，用于对车轮参数进行测量的四轮定位仪应运而生。
[0003]四轮定位仪测量的主要参数包括车轮的外倾角、前束角、主销内倾角和主销后倾角等。传统的四轮定位仪，如水准式四轮定位仪、拉线式四轮定位仪、CCD四轮定位仪、激光式四轮定位仪，通常需要在车轮上安装额外的传感器(如倾角传感器)，借助车轮传感器的测量数据，间接测量四个车轮的参数。然而，传统四轮定位仪存在操作繁琐，需要额外传感器，检测速度慢，易受外界影响等问题，使得车轮四轮定位的工作需要较为专业的人员才能完成。
[0004]随着计算机视觉技术的发展，基于图像处理与机器视觉理论的3D四轮定位仪得到了进一步发展，其以非接触、高精度、结构简单、操作方便等特点广泛应用于车辆车轮参数的测量。3D四轮定位仪一经上市，即受到大家的广泛关注，并逐渐成为目前市场上最为主流的产品。目前市场上的主流进口产品为美国杰奔、美国亨特，国内产品主要有广州黑豹、珠海战神等。然而，国内产品多采用国外引进的核心技术，具有自主知识产权的3D四轮定位核心技术较为少见。鉴于此，国内多个研究机构对基于机器视觉的3D四轮定位仪进行研究，如湖南科技大学赵前程教授、吉林大学邵承会教授等。在3D四轮定位仪测量过程中，基准平面的确定至关重要，其直接关系到四轮定位仪的测量精度。四轮定位仪需要测量的参数主要包括前束角、外倾角、主销后倾角和主销内倾角。其中，前束角为车轮中心线与车辆几何中心线之间的夹角，外倾角为车轮旋转平面与车辆纵向垂直面的夹角、主销内倾角为在车辆横向平面内转向节主销轴线与铅垂线的夹角，主销后倾角为在汽车纵向垂直平面内转向节主销轴线与铅垂线的夹角。车辆几何中心平面、车辆横向平面以及车辆纵向垂直面构成了视觉四轮定位仪测量的基准，在进行参数测量前，需要首先确定测量基准平面，即车辆的几何中心平面。目前国内外专利及文献中并无关于基准平面定位的明确算法。

技术实现思路

[0005]为了精确确定视觉四轮定位仪中基准平面，进一步提高视觉四轮定位仪的测量精度，本专利技术提出一种视觉四轮定位仪基准平面在线定位方法，能够实时获取四轮轮心基准平面在摄像机坐标系的表达方程，本专利技术阐述了定位算法的理论依据并给出具体的实施步骤，为3D四轮定位仪精确测量中基准平面的选取提供理论依据与方法。
[0006]本专利技术的技术方案包括以下步骤：
[0007](1)靶标特征识别。由摄像机获取固定在车轮上的靶标图像，并对靶标特征进行识
别。
[0008](2)靶标特征提取。对识别得到的靶标图像区域位置，应用相关亚像素边缘提取算法对靶标圆特征进行提取。
[0009](3)靶标特征空间定位。由预先已知的靶标空间特征和图像特征之间的对应关系，确定靶标圆特征中心在摄像机坐标系下的坐标。
[0010](4)车轮特征点确定。将车轮前后滚动获取的多个不同位置处的靶标图像，确定车轮特征点。
[0011](5)车轮滚动中心确定。由多个位置处的车轮特征点，通过拟合即可确定车轮的滚动中心。
[0012](6)车轮基准平面的确定。对四个车轮滚动中心进行平面拟合，确定车轮的基准平面。
[0013]本专利技术的优点在于：
[0014]本专利技术可完成视觉四轮定位仪中基准平面的确定任务，即确定出基准平面在摄像机坐标系中的表达方程。该实施方法基于推车滚动过程中的靶标图像数据计算，结果准确，鲁棒性好，且不会引入因靶标安装不到位所引起的误差。
附图说明
[0015]图1定位方法流程图
[0016]图2左右摄像机拍摄得到的相应视野内车轮靶标图像
[0017]图3前后车轮靶标图像圆特征边缘提取结果
[0018]图4车轮特征点确定原理示意图
[0019]图5前后轮靶标特征关系图
[0020]图6视觉四轮定位仪系统结构
[0021]图7左右摄像机获取得到的实验靶标图像
[0022]图8摄像机获取的靶标图像
[0023]图9(a)靶标连接刚性杆实物图，(b)摄像机获取得到的靶标图像
[0024]图10靶标图像椭圆特征提取中心点
具体实施方式
[0025]一种视觉四轮定位仪基准平面确定方法，其具体实现步骤如下：
[0026](1)靶标特征识别：为了减少环境光线对测量过程的影响，靶标特征点通常具有红外反射特征，并选用红外摄像机对四轮定位靶标进行拍摄。左右红外摄像机获取相应视野内的靶标图像如图2所示。摄像机获取得到的靶标图像预先已知，因此，根据文献(Yu Q,Wei H,Yang C Z.Local part chamfer matching for shape
‑
based object detection.Pattern Recognition,2017,(65):82
‑
96)所述基于形状的匹配算法对靶标图像进行识别，即可对图像中前后车轮靶标的位置进行初定位。
[0027](2)靶标图像特征提取：获取靶标初始位置后，根据图像预处理算法，对图像进行增强，并根据边缘提取算法(如文献(Steger C.Unbiased extraction of lines with parabolic and Gaussian profiles.Comput Vis Image Underst,2013,117:97
‑
112)所述
边缘提取算法)对特征圆的边缘进行提取。前后车轮靶标图像特征圆边缘提取的结果如图3所示。由于空间圆在图像平面的投影(在非退化情况下)必定为一椭圆，因此，根据边缘提取算法提取得到的边缘轮廓特征点，通过椭圆拟合算法即可确定空间圆在图像平面投影的表达方程，进而确定椭圆特征中心点的图像坐标。由于摄像机图像平面和靶标平面不能严格平行，因此，当图像椭圆中心点确定后需根据文献(魏振忠,张广军.透视投影变换中椭圆中心畸变误差模型及其仿真研究.仪器仪表学报,2003,24(2):160
‑
164)所述算法对确定结果进行透视投影畸变校正，即可确定靶标圆特征中心点在图像平面真实投影点的亚像素坐标。
[0028](3)靶标特征空间定位：由于靶标特征的物理尺寸精确已知，在靶标上任意建立靶标世界坐标系，则靶标圆特征中心点在靶标世界坐标系下的坐标P
w
精确已知。靶标特征点与其对应图像点p之间的关系为
[0029]P
W
＝Hgp (1)
[0030]其中，H为图像平面到靶标平面的单应矩阵。在已知摄像机内参矩阵K的情况下，单应矩阵可表示为
[0031]H＝λK(r
1 r
2 t)＝(h
1 h<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种视觉四轮定位仪基准平面确定方法，其特征在于实现步骤如下：步骤1：靶标特征识别。由摄像机获取固定在车轮上的靶标图像，并对靶标特征进行识别。步骤2：靶标特征提取。由摄像机获取得到清晰的靶标图像，应用相关亚像素边缘提取算法对靶标圆特征进行提取。步骤3：靶标特征空间定位。由预先已知的靶标空间特征和图像特征之间的对应关系，确定靶标圆特征中心在摄像机坐标系下的坐标。步骤4：车轮特征点确定。将车轮前后滚动获取的多个不同位置处的靶标图像，确定车轮特征点。步骤5：车轮滚动中心确定。由多个位置处的车轮特征点，通过拟合即可确定车轮的滚动中心。步骤6：车轮基准平面的确定。对四个车轮滚动中心进行平面拟合，确定车轮的基准平面。2.根据权利要求1所述步骤4中，车轮滚动中需要获取三个及以上的不同位置处的靶标图像，当位置大于3时，计算得到的车轮滚动中心将更加精确。3.根据权利要求1所述步骤6...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵明伟，周立俭，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：