基于雙目視覺的汽車底盤數據測量系統及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種汽車底盤數據測量系統，還涉及一種汽車底盤數據測量方法，屬 于汽車維修測量領域。
【背景技術】
[0002] 汽車在整形維修過程中，需要對汽車底盤上工藝孔、安裝孔等三維數據進行測量， 并將測量數據與標準數據進行比較，以此來判斷底盤的變形、損壞情況及維修效果。
[0003] 現有的汽車數據測量系統主要有機械式測量系統、電子式激光測量系統、超聲波 測量系統和視覺測量系統四種。
[0004] 機械式測量系統是采用針對車輛尺寸定制的專用測量頭進行測量，通過觀察測量 控制點與專用測量頭之間的配合情況來判斷變形、損壞情況及維修效果。但每套專用測量 頭只適用于一個車型，成本高昂、應用范圍窄且測量操作繁瑣。
[0005]電子式激光測量系統通常由激光發射接收器、計算機和多個反射靶構成，其采用 激光測量技術，由兩個準分子激光發射器發射激光投射到反射靶上，每個反射靶上有不同 的反射光柵，通過接收光柵反射的激光束得到測量數據并傳輸給計算機，最后由計算機計 算出測量點的空間三維尺寸。但電子式激光測量系統體積龐大，運輸移動不便，測量前的安 裝工作十分繁瑣，測量效率低，同時激光容易受外界干擾，對測量場景要求較高，且激光對 人體具有一定的危害性，安全性差。
[0006] 超聲波測量系統通常由超聲波發射器、超聲波接收器、控制柜及各類測量頭組成， 超聲波發射器有上下兩個發生源同時發射超聲波，超聲波接收器可快速精確地測量出超聲 波在車輛上不同基準點之間傳播所用的時間，控制柜根據每個超聲波接收器的接收情況自 動計算出每個測量點的三維數據。超聲波測量系統測量精度高，但受風速、溫度和氣壓等因 素影響較大，并且體積較大，運輸移動不便，測量前的安裝工作十分繁瑣，測量效率低。
[0007] 隨著計算機視覺的發展，視覺技術逐漸在汽車維修行業中得到應用。視覺測量系 統利用CMOS工業相機或(XD工業相機采集圖像，結合圖像處理算法得到測量結果。但工業相 機感光元器件受拍攝環境光線影響非常大，如果光線不足，拍攝圖像會出現欠曝的情況，如 果光線太強，拍攝圖像則會出現過曝的情況，欠曝和過曝都會導致無法或錯誤識別標志點。 現有的解決手段是在拍攝視野范圍內補充光源，增加亮度滿足相機所需要的拍攝條件，但 工業相機和被拍攝對象之間必須保持固定的距離和相對位置關系，無法滿足在汽車維修過 程中任意角度拍攝測量的需要;并且，現有的視覺測量系統在識別標志點時需要人工參與 識別，無法實現自動化測量;再次，現有的視覺測量系統采用標靶進行標定，占用面積大易 遮擋、不易固定，標靶較多時需要多次拍攝才能完成測量。
【發明內容】
[0008] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種基于雙目視覺的汽車底盤數據測量系統 及其方法，擴大汽車底盤數據測量系統的應用范圍、降低檢測成本、簡化測量操作、方便運 輸移動、提高檢測效率、降低對環境光線的要求、實現任意角度一次拍攝多測量點自動化測 量。
[0009] 本發明的技術方案如下：
[0010] 基于雙目視覺的汽車底盤數據測量系統，包括手持模塊、標準數據庫、用于安裝在 被測汽車底盤未變形區域的若干標定模塊和用于安裝在被測汽車底盤待測區域的若干測 量模塊；
[0011] 所述手持模塊包括控制器，所述控制器連接有顯示模塊、觸控輸入模塊、聯網模 塊、圖像采集模塊、電源管理模塊、信號控制器一和信號控制器二，所述手持模塊還包括用 于拍攝標定模塊和測量模塊的工業相機一和工業相機二;所述信號控制器一與工業相機一 相連接，所述信號控制器二與工業相機二相連接;所述聯網模塊還與標準數據庫相連接；
[0012] 所述手持模塊還具有相機橫梁，所述工業相機一和工業相機二分別安裝在相機橫 梁的兩端組成雙目相機結構；
[0013] 所述標定模塊具有標定標識模塊、安裝在標定標識模塊內側的標定發光裝置以及 與標定發光裝置相連接的標定亮度感應模塊；
[0014] 所述測量模塊具有測量標識模塊、安裝在測量標識模塊內側的測量發光裝置以及 與測量發光裝置相連接的測量亮度感應模塊。
[0015] 作為本發明的進一步改進:所述標定模塊還包括用于與被測汽車底盤工藝孔通過 卡爪結構相連接的標定固定底座;所述標定發光裝置和標定固定底座通過磁吸卡合方式相 連接。
[0016] 作為本發明的進一步改進:所述標定發光裝置具有用于檢測標定固定底座是否與 汽車底盤工藝孔連接到位并控制標定發光裝置開關的標定電源單元。
[0017] 作為本發明的進一步改進:所述測量模塊還包括用于與被測汽車底盤工藝孔通過 卡爪結構相連接的測量固定底座;所述測量發光裝置和測量固定底座通過磁吸卡合方式相 連接。
[0018] 作為本發明的進一步改進:所述測量發光裝置具有用于檢測測量固定底座是否與 汽車底盤工藝孔連接到位并控制測量發光裝置開關的測量電源單元。
[0019] 作為本發明的進一步改進:所述標定模塊的數量為3個。
[0020] -種基于雙目視覺的汽車底盤數據測量方法，包括如下步驟：
[0021] (A)建立與汽車底盤未變形區域相對位置始終保持固定的汽車底盤坐標系，且所 述汽車底盤坐標系與標準數據庫中尺寸值所參考的坐標系一致;并且，建立與手持模塊相 對位置始終保持固定的手持模塊坐標系，并確定工業相機一和工業相機二在手持模塊坐標 系中的姿態；
[0022] (B)將3個標定模塊及若干測量模塊固定在被測汽車底盤上，標定模塊安裝在底盤 未變形區域內的工藝孔內，測量模塊安裝在待測區域內的待測工藝孔內；并且，通過顯示模 塊和觸控輸入模塊將標定模塊及測量模塊的安裝位置輸入到控制器中；
[0023] (C)打開標定發光裝置，標定亮度感應模塊對外界光線進行感應并對標定發光裝 置的亮度進行調整，以滿足工業相機一和工業相機二的拍攝要求;并且，打開測量發光裝 置，測量亮度感應模塊對外界光線進行感應并對測量發光裝置的亮度進行調整，以滿足工 業相機一和工業相機二的拍攝要求；
[0024] (D)使用手持模塊對標定模塊和測量模塊進行拍照，工業相機一得到圖像一，工業 相機二得到圖像二；
[0025] (E)通過三角測量原理，計算各標定模塊和測量模塊各自在圖像一和圖像二中的 視差并計算深度信息，從而獲得各標定模塊和測量模塊在手持模塊坐標系中的三維坐標 值；
[0026] (F)讀取標準數據庫中3個標定模塊所在的工藝孔的坐標值，計算出3個標定模塊 在汽車底盤坐標系中的三維坐標值，并依據3個標定模塊在汽車底盤坐標系和手持模塊坐 標系中的兩組三維坐標值計算出將手持模塊坐標系中任意一點的三維坐標值轉換為該點 在汽車底盤坐標系中的三維坐標值的變換矩陣；
[0027] (G)使用變換矩陣計算出各測量模塊在汽車底盤坐標系中的三維坐標值繼而得到 各待測工藝孔在汽車底盤坐標系中的三維坐標值；
[0028] (H)將計算出的各待測工藝孔在汽車底盤坐標系中的三維坐標值與標準數據庫中 的坐標值相比較，得到維修所需的差值，并將測量結果輸出。
[0029] 作為本發明方法的進一步改進:在所述步驟(C)中，所述標定電源單元檢測到標定 固定底座與汽車底盤工藝孔連接到位后自動控制標定發光裝置打開;所述測量電源單元檢 測到測量固定底座與汽車底盤工藝孔連接到位后自動控制測量發光裝置打開。
[0030] 作為本發明方法的進一步改進:所述變換矩陣包括3X3的旋轉矩陣R和3X1的平移 矩陣T。
[0031] 作為本發明方法的進一步改進：
[0032] 對于手持模塊坐標系中任意一點的三維坐標值[Xs，Ys，Zs]T，存在3X3的旋轉矩陣R 和3X1的平移矩陣T將[Xs，Ys，Zs]T轉換為該點在汽車底盤坐標系中的三維坐標值[Χτ，Υτ，Ζτ ]τ，表示為公式(1):
[0034]通過查詢標準數據庫得到3個標定模塊（1) Pi、Ρ#ΡΡ3在汽車底盤坐標系中的三維 坐標值分別為 Ρτι [ Χτι，Υτι，Zn ]T、PT2 [ XT2，YT2，ZT2 ] WPPT3 [ XT3，YT3，ZT3 ]τ，通過步驟(E)得到 3個 標定模塊(1 )Ρ?、Ρ2和Ρ3在手持模塊坐標系中的三維坐標值分別為Psi[Xsi，Ysi，Zsi]T、Ps2[Xs2， Ys2，Zs2]T和Ps3[Xs3，Ys3，Zs3]T;
[0035]則平移矩陣T求解公式為公式(2):
[003