專利名稱：基于立體視覺的制動性能檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型裝置屬于汽車性能的檢測設備，特別是涉及一種基于立體視覺的制動性能檢測新裝置。它基于計算機立體視覺，采用計算機圖像處理技術，進行車身輪廓線三維坐標重建，獲得汽車在制動過程中的運動軌跡，實時計算出速度、制動減速度及制動跑偏位移量，評價汽車制動性能。該裝置具有檢測精度和系統可靠性好的特點，且該裝置結構簡單，設計合理，并降低了檢測裝置的制造成本。
技術背景 我國《機動車運行安全技術》GB7258-2012在路試檢驗制動性能的檢測項目行車制動性能檢驗中規定機動車在規定的初速度下的制動距離和制動穩定性要求應符合表3的規定。現今檢測裝置主要有非接觸式運動分析儀和第五輪儀用來測量制動距離。便攜式制動性能測試儀檢測車輛充分發出的平均減速度、制動協調時間和制動距離等。這些儀器均不能定量給出行車制動時的汽車偏移距離，不能實時監測，只能大體判斷車身是否偏移，人為誤差較大，檢測精度低。隨著數字圖像處理技術的發展，使計算機立體視覺的測量成為可能。
發明內容本實用新型主要目的在于提供一種基于立體視覺的制動性能檢測裝置，獲得汽車在制動過程中的運動軌跡，實時計算出速度、制動減速度及制動跑偏位移量。該裝置安裝方便，設計思想獨特，檢測精度高。本實用新型的上述目的可通過以下技術方案實現，結合附圖說明如下一種基于立體視覺的制動性能檢測裝置，該裝置主要由自動調焦裝置、毫米波雷達3和工業控制計算機9組成，所述自動調焦該裝置由信號處理裝置和平行對稱安裝在固定板26上的兩個結構相同的檢測裝置組成，每個檢測裝置由步進電機、攝像機和由步進電機驅動對攝像機調焦的傳動機構組成，兩攝像機基線距為1000 1300mm，所述固定板26與攝像機副支架52鉸接在一起，向下傾斜16 30度并通過俯仰角度調整螺桿裝置35和36固定，攝像機副支架52固定在平行直立的攝像機支架4上。所述傳動機構由張緊輪座、絲杠調節機構、同步帶輪、攝像機控制環套、張緊輪和同步帶組成，所述張緊輪通過張緊輪座和張緊輪座臺安裝在固定板26上，張緊輪座通過絲杠調節機構調整其在張緊輪座臺上的安裝位置，所述同步帶輪安裝在步進電機輸出軸上，所述攝像機控制環套安裝在攝像機的控制環上，所述同步帶裝在攝像機控制環套和位于攝像機控制環套兩側的張緊輪和同步帶輪上。所述同步帶與攝像機控制環套、張緊輪和同步帶輪之間采用齒輪嚙合。所述俯仰角度調整螺桿裝置A35、俯仰角度調整螺桿裝置B36由縮放套筒、兩個鉸鏈螺桿支承座、兩個鉸鏈螺桿軸銷和兩個鉸鏈螺桿組成，鉸鏈螺桿與鉸鏈螺桿軸銷固定連接，鉸鏈螺桿軸銷與鉸鏈螺桿支承座活動鏈接，兩個鉸鏈螺桿通過縮放套筒連接，一個鉸鏈螺桿支承座固定在攝像機副支架52上，另一個鉸鏈螺桿支承座固定在固定板26上，鉸鏈螺桿A40和鉸鏈螺桿B42是反向螺紋，通過轉動縮放套筒41改變鉸鏈螺桿A40和鉸鏈螺桿B42的長短，帶動鉸鏈螺桿軸銷A39和鉸鏈螺桿軸銷B43角度改變，從而改變固定板26和攝像機副支架52之間的角度。所述攝像機支架4通過膨脹螺栓固定在跑道的前側，攝像機副支架52寬度為2800 3000mm，通過梅花把手調節距離地面的高度為4500 5000mm并鎖死。采用上述裝置進行基于立體視覺的制動性能檢測方法，按以下步驟進行檢測步驟一，對攝像機用標定靶標進行同一方向標定；步驟二，汽車駛入路試制動跑道后，駕駛員調整方向使汽車平行跑道中心線，加速到高于標準規定的初速度，掛空擋直線行駛，當速度達到規定的初速度時，立刻急踩剎車， 直到汽車停止不動；步驟三，從汽車開始制動時刻起(即駕駛員開始急踩剎車時刻起)，毫米波雷達3測出汽車與攝像機支架4的距離，并將距離信號傳到工業控制計算機9，工業控制計算機9把距離信號轉變成脈沖信號通過控制步進電機AlO和控制步進電機B18對攝像機A 11和攝像機B 19進行分級調焦；步驟四，同時工業控制計算機9控制攝像機All和攝像機B19拍攝汽車車身圖像，工業控制計算機9存儲汽車制動過程的車身圖像，制動結束后工業控制計算機9內部的程序根據攝像機所采集的圖像，采用計算機圖像處理技術，進行車身輪廓線三維坐標重建，獲得汽車在制動過程中實時的運動軌跡，實時計算出速度、制動減速度及制動跑偏位移量，即計算出車身中心線與V(Y軸)方向的距離。所述步驟一攝像機標定基于立體視覺攝像機成像的三維坐標重建的精確識別范圍為30米，在100米路試跑道的25米、50米、75米處3個固定位置分別放置同一規格標定靶標，統一標定坐標系，進行同方向的標定，確保100米制動性能測試范圍的識別精度，具體標定步驟為步驟一，將標定靶標放入現場，其位置應位于兩個攝像機視場的重疊區域內；步驟二，左右兩個攝像機采集圖像后，對于兩幅圖像提取角點，由圖像坐標(UyVi)及世界坐標(Xi^pZi)的對應，利用攝像機標定方法分別對左右攝像機進行標定，得到兩個攝像機的內部參數和外部參數，通過計算得到兩個攝像機的相對位置關系，即雙目立體視覺攝像機的外部參數，完成標定。所述步驟四計算機圖像處理技術首先去除圖像背景，接著對圖像進行邊緣提取，得到左右圖像的邊緣，并對邊緣圖像運用基于鏈碼的邊界跟蹤，得到左右邊緣圖像的跟蹤邊界圖像，再對跟蹤邊界圖像進行方向約束的直線提取，經過立體匹配后計算得到車身中心線并對其進行三維重建，按照視覺測量系統世界坐標的定義，跑道中心線與Y軸平行，得到汽車在制動過程中的實時運動軌跡，實時計算出制動過程中汽車的速度、制動減速度及制動跑偏位移量即將重建后的車身中心線向水平面上投影，求其投影與Y軸的距離。本實用新型的創新之處為(I)可實現制動性能檢測過程中的實時運動軌跡測量，實時計算出速度、制動減速度及制動跑偏位移量。(2)設計出了一套能夠自動調節攝像機焦距的裝置。[0023](3)采用將調節裝置安裝在同一個固定板上，方便裝置的安裝、固定和角度的調節。本實用新型的技術效果采用本實用新型能快速、準確、可靠地實時計算出速度、制動減速度及制動跑偏位移量，評價汽車制動性能。該檢測裝置的制造成本低，測量精度高，安裝簡單，維護方便，其間接經濟效益十分可觀，對汽車檢測線的發展非常有利。
圖I基于立體視覺的制動性能檢測裝置。 圖2固定板正視圖。圖3固定板后視圖。圖4檢測裝置(I)局部放大圖。圖5檢測裝置⑵局部放大圖。圖6俯仰角度調整螺桿裝置安裝位置圖。圖7俯仰角度調整螺桿裝置局部放大圖。圖8攝像機控制環套詳圖。圖9攝像機支架詳圖。圖10標定靶標圖。圖11攝像機布置圖。圖12檢測流程圖。圖中1.檢測裝置A，2.檢測裝置B，3.毫米波雷達，4.攝像機支架，5.試驗通道寬度，6.路試跑道，7.跑道中心線，8.行駛方向，9.工業控制計算機，10.步進電機A，18.步進電機B，11.攝像機A，19.攝像機B，12.張緊輪座A，20.張緊輪座B，13.絲杠調節機構A，21.絲杠調節機構B，14.同步帶輪A，22.同步帶輪B，15.攝像機控制環套A，23.攝像機控制環套B，16.張緊輪A，24.張緊輪B，17.同步帶A，25.同步帶B，26.固定板，27.張緊輪座臺A，29.張緊輪座臺B，28.步進電機座A，30.步進電機座B，31.攝像機支承座A，34.攝像機支承座B，32.合頁A，33.合頁B，35.俯仰角度調整螺桿裝置A，36.俯仰角度調整螺桿裝置B，37.開口銷A，45.開口銷B，38.鉸鏈螺桿支承座A，44.鉸鏈螺桿支承座B，39.鉸鏈螺桿軸銷A，43.鉸鏈螺桿軸銷B，40.鉸鏈螺桿A，42.鉸鏈螺桿B，41.縮放套筒，46.橡膠套A，49.橡膠套B，47.控制環A，48.控制環，50.螺紋孔支承座A，51.螺紋孔支承座B，52.攝像機副支架，53.標定靶標A，54.標定靶標B，55.標定靶標C，U-X軸，V-Y軸，W-Z軸
具體實施方式
以下結合附圖所示實施例進一步詳細說明本實用新型的具體內容及其實施方式。本實用新型涉及一種基于立體視覺的制動性能檢測裝置，該裝置主要由相同型號的步進電機AlO和步進電機B18、相同型號的CXD攝像機A 11和攝像機B19、一臺工業控制計算機9、一臺毫米波雷達3和相同規格的標定靶標A53、標定靶標B54、標定靶標C55等組成。所述的步進電機選用的型號為；90BYG5200D-SAK觀L-0301，其步距角為O. 36°，轉動慣量為9000gcm2 ;所述的攝像機的型號是DH-HV3150UC，采用CMOS彩色數字圖像傳感器，分辨率為2048X1536，USB接口，配以可變焦鏡頭；所述的工業控制計算機的型號為研華IPC-610 ;所述的毫米波雷達選用的規格為Delphi ESR，其響應時間小于等于10ms，目標捕獲距離為I 175m ;所述的標定靶標為三維標準立方體，靶標邊長為500mm，每個靶標的三個平面設置為60_X60mm棋盤格。本實用新型涉及一種基于立體視覺的制動性能檢測方法，汽車駛入路試制動跑道，駕駛員調整方向使汽車平行跑道中心線，加速到高于標準規定的初速度，掛空擋直線行駛，當速度達到規定的初速度時，立刻急踩剎車，直到汽車停止不動。在此過程中，工業控制計算機9控制攝像機All和攝像機B19拍攝汽車車身圖像，再傳給工業控制計算機9。工業控制計算機9內部的程序根據攝像機所采集的圖像，首先去除圖像背景，接著 對圖像進行邊緣提取，得到左右圖像的邊緣，并對邊緣圖像運用基于鏈碼的邊界跟蹤，得到左右邊緣圖像的跟蹤邊界圖像，再對跟蹤邊界圖像進行方向約束的直線提取。經過立體匹配后計算得到汽車中心線并對其進行三維重建。按照視覺測量系統世界坐標的定義，跑道中心線與Y軸平行。得到汽車在制動過程中的實時運動軌跡，實時計算出制動過程中汽車的速度、制動減速度及制動跑偏位移量(即將重建后的汽車中心線向水平面上投影，求其投影與Y軸的距離)。本實用新型所述的一種基于立體視覺的制動性能檢測裝置，主要是涉及自動調焦裝置，該裝置由信號處理裝置和平行對稱安裝在固定板26上的兩個結構相同的檢測裝置組成，每個檢測裝置由步進電機、攝像機和由步進電機驅動對攝像機調焦的傳動機構組成。毫米波雷達3測量汽車距離攝像機支架4的距離，并將距離信號傳到工業控制計算機9。當毫米波雷達3測出的距離在相應的標定的范圍內時，通過工業控制計算機9將距離信號轉化成脈沖信號分別傳給步進電機A10、步進電機B18，當步進驅動器接收到脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動固定的角度(及步進角)。通過同步帶A17和同步帶B25
動攝像機控制環套Α15和攝像機控制環套Β23轉動，攝像機控制環套Α15和攝像機控制環套Β23扣在攝像機All和攝像機B19的控制環外側，從而帶動攝像機All和攝像機Β19的控制環按預定的方向轉動，對攝像機All和攝像機B 19進行分級調焦。所述的檢測裝置Al、檢測裝置Β2包括步進電機AlO和步進電機Β18、攝像機All和攝像機Β19、張緊輪座Α12、張緊輪座Β20、絲杠調節機構Α13、絲杠調節機構Β21)、同步帶輪Α14、同步帶輪Β22、攝像機控制環套Α15、攝像機控制環套Β23、張緊輪Α16、張緊輪Β24及和同步帶Α17、同步帶Β25。檢測裝置I中攝像機All通過螺絲固定在攝像機支承座Α31上，攝像機支承座Α31焊接在攝像機副支架52上，兩攝像機基線距為1000 1300mm。步進電機AlO通過螺釘固定在攝像機Al I右邊，張緊輪座A12通過螺釘固定在攝像機All左邊，絲杠調節機構A13焊接固定在張緊輪座A12的左邊。在步進電機AlO的前端蓋外面的電機輸出軸上安裝同步帶輪A14，在攝像機All上的控制環上安裝攝像機控制環套A15，在張緊輪座A12上的軸上安裝張緊輪A16,當電機輸出軸轉動時帶動同步帶輪A14上的同步帶A17轉動,從而實現攝像機All上的控制環轉動。檢測裝置B2的安裝位置及工作原理同檢測裝置Al。固定板26通過合頁A32和合頁B33與攝像機副支架52鉸接在一起，向下傾斜16 30度通過俯仰角度調整螺桿裝置A35和俯仰角度調整螺桿裝置B36固定。本實用新型所述基于立體視覺的制動性能檢測方法中的攝像機標定方法為基于立體視覺攝像機成像的三維坐標重建的精確識別范圍為30米，因此在100米路試跑道的3個固定位置(即于25米、50米、75米處)分別放置同一規格標定靶標，統一標定坐標系，進行同方向的標定，確保100米制動性能測試范圍的識別精度。其標定步驟為(I)將標定靶標放入現場，其位置應位于兩個攝像機視場的重疊區域內；(2)左右兩個攝像機采集圖像后，對于兩幅圖像提取角點，由圖像坐標(ui; Vi)及世界坐標(Xi^pZi)的對應，利用攝像機標定方法分別對左右攝像機進行標定，得到兩個攝像機的內部參數和外部參數，通過計算得到兩個攝像機的相對位置關系，即雙目立體視覺攝像機的外部參數，完成標定。參照圖1，所述的信號處理裝置主要由工業控制計算機9、顯示器、線路接線板(開關量接線板I/o板、模擬量接入板AD板)，信號接收的和處理的放大模塊等組成，在工業控制計算機(9)內部要安裝相應的信號處理板I/O (In/Out輸入輸出)卡、AD卡(數字量模擬量轉換卡)、數字量直接接收的串口卡及濾波器、編碼器等。參照圖2，3,4,5,6, 7，8，所述的調節裝置所述的檢測裝置Al和檢測裝置B2包括步 進電機AlO和進電機B18、攝像機All和攝像機B19、張緊輪座A12和張緊輪座B20、絲杠調節機構A13和絲杠調節機構B21、同步帶輪A14和同步帶輪B22、攝像機控制環套A15和攝像機控制環套B23、張緊輪A16和張緊輪B24及同步帶A17和同步帶B25。檢測裝置Al中攝像機All通過螺絲固定在攝像機支承座A 31上，攝像機支承座A 31焊接在攝像機副支架52上，步進電機AlO通過六角螺釘固定在攝像機All右邊，張緊輪座A12通過六角螺釘固定在攝像機Al I左邊，絲杠調節機構A13焊接固定在張緊輪座A12的右邊，通過調節絲杠調節螺釘的長度粗略調節同步帶A17的張緊度，用螺母鎖住。攝像機控制環套A15的控制環A47和控制環B48內側有一層半圓形橡膠套A46和橡膠套B49，將這I對控制環A47和控制環B48扣在攝像機Al I的控制環外側，對齊4對螺紋孔支承座，用六角螺釘和六角螺母鎖死。固定板26通過合頁A32和合頁B33與攝像機副支架52鉸接在一起，向下傾斜16 30度通過俯仰角度調整螺桿裝置A35和俯仰角度調整螺桿裝置B36固定。俯仰角度調整螺桿裝置A35的鉸鏈螺桿支承座A38通過螺栓和螺母固定在攝像機副支架52上，鉸鏈螺桿支承座B44通過螺栓和螺母固定在固定板26上，鉸鏈螺桿與鉸鏈螺桿軸銷固定連接，鉸鏈螺桿軸銷與鉸鏈螺桿支承座活動鏈接，鉸鏈螺桿A40和鉸鏈螺桿B42是反向螺紋，通過縮放套筒41聯接，通過轉動縮放套筒41改變鉸鏈螺桿A40和B42的長短，帶動鉸鏈螺桿軸銷A39和鉸鏈螺桿軸銷B43角度改變，從而改變固定板26和攝像機副支架52之間的角度，用開口銷A37和開口銷B45防止角度改變。攝像機支架4是龍門式結構，通過膨脹螺栓固定在跑道的前側，攝像機副支架52寬度為2800 3000mm，通過梅花把手調節距離地面的高度為4500 5000mm并鎖死。參照圖9，所述的攝像機標定裝置是三個標定靶標A53、標定靶標B54、標定靶標C55，為三維標準立方體，靶標邊長為500mm，三個平面設置為60mmX 60mm棋盤格。參照圖1，攝像機系統總體布置圖參閱圖I.該檢測裝置結構設計新穎獨特，安裝方便，結構簡單。測量成本低，可實現精確測量。
權利要求1.一種基于立體視覺的制動性能檢測裝置，其特征在于該裝置主要由自動調焦裝置、毫米波雷達(3)和工業控制計算機(9)組成，所述自動調焦該裝置由信號處理裝置和平行對稱安裝在固定板(26)上的兩個結構相同的檢測裝置組成，每個檢測裝置由步進電機、攝像機和由步進電機驅動對攝像機調焦的傳動機構組成，兩攝像機基線距為1000 1300_，所述固定板(26)與攝像機副支架(52)鉸接在一起，向下傾斜16 30度并通過俯仰角度調整螺桿裝置A、B(35、36)固定,攝像機副支架(52)固定在平行直立的攝像機支架(4)上。
2.根據權利要求I所述的一種基于立體視覺的制動性能檢測裝置，其特征在于所述傳動機構由張緊輪座、絲杠調節機構、同步帶輪、攝像機控制環套、張緊輪和同步帶組成，所述張緊輪通過張緊輪座和張緊輪座臺安裝在固定板(26)上，張緊輪座通過絲杠調節機構調整其在張緊輪座臺上的安裝位置，所述同步帶輪安裝在步進電機輸出軸上，所述攝像機控制環套安裝在攝像機的控制環上，所述同步帶裝在攝像機控制環套和位于攝像機控制環套兩側的張緊輪和同步帶輪上。
3.根據權利要求2所述的一種基于立體視覺的制動性能檢測裝置，其特征在于所述同步帶與攝像機控制環套、張緊輪和同步帶輪之間采用齒輪嚙合。
4.根據權利要求I所述的一種基于立體視覺的制動性能檢測裝置，其特征在于所述俯仰角度調整螺桿裝置A、B(35、36)由縮放套筒、兩個鉸鏈螺桿支承座、兩個鉸鏈螺桿軸銷和兩個鉸鏈螺桿組成，鉸鏈螺桿與鉸鏈螺桿軸銷固定連接，鉸鏈螺桿軸銷與鉸鏈螺桿支承座活動鏈接，兩個鉸鏈螺桿通過縮放套筒連接，一個鉸鏈螺桿支承座固定在攝像機副支架(52)上，另一個鉸鏈螺桿支承座固定在固定板(26)上，鉸鏈螺桿A、B(40、42)是反向螺紋，通過轉動縮放套筒(41)改變鉸鏈螺桿A、B(40、42)的長短，帶動鉸鏈螺桿軸銷A、B (39、43)
5.根據權利要求I所述的一種基于立體視覺的制動性能檢測裝置，其特征在于所述攝像機支架(4)通過膨脹螺栓固定在跑道的前側，攝像機副支架(52)寬度為2800 3000mm，通過梅花把手調節距離地面的高度為4500 5000mm并鎖死。
專利摘要本實用新型涉及一種基于立體視覺的制動性能檢測裝置，屬于汽車性能檢測路試設備。該裝置根據2個攝像機所拍車身圖像，采用計算機圖像處理技術，進行車身輪廓線三維坐標重建，獲得汽車在制動過程中的運動軌跡，實時計算出速度、制動減速度及制動跑偏位移量，評價汽車制動性能。該裝置包括2個DH-HV3150UC攝像機、2個步進電機、2個張緊輪、攝像機支架、工業控制計算機、毫米波雷達和3個相同規格的標定靶標等。該裝置，可實時計算出汽車在制動過程中的運動軌跡。該裝置設計思想獨特，檢測精度和重復性較好，且結構簡單，安裝方便。研究成果具有一定的理論價值和經濟價值，有很好的應用推廣前景。
文檔編號G01M17/007GK202793808SQ201220518398
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月9日 優先權日2012年10月9日
發明者張立斌, 岳洪偉, 蘇建, 單洪穎, 潘洪達, 單紅梅, 楊玉林, 戴建國, 苑風云, 李昱, 王貴榮, 韓玲 申請人:吉林大學