专利名称：基于立体视觉的制动性能检测装置及方法
技术领域：
本发明装置属于汽车性能的检测设备，特别是涉及一种基于立体视觉的制动性能检测新方法及装置。它基于计算机立体视觉，采用计算机图像处理技术，进行车身轮廓线三维坐标重建，获得汽车在制动过程中的运动轨迹，实时计算出速度、制动减速度及制动跑偏位移量，评价汽车制动性能。该装置具有检测精度和系统可靠性好的特点，且该装置结构简单，设计合理，并降低了检测装置的制造成本。
背景技术：
我国《机动车运行安全技术》GB7258-2012在路试检验制动性能的检测项目行车制动性能检验中规定机动车在规定的初速度下的制动距离和制动稳定性要求应符合表3的规定。现今检测装置主要有非接触式运动分析仪和第五轮仪用来测量制动距离。便携式制动性能测试仪检测车辆充分发出的平均减速度、制动协调时间和制动距离等。这些仪器 均不能定量给出行车制动时的汽车偏移距离，不能实时监测，只能大体判断车身是否偏移，人为误差较大，检测精度低。随着数字图像处理技术的发展，使计算机立体视觉的测量成为可能。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种基于立体视觉的制动性能检测装置及方法，获得汽车在制动过程中的运动轨迹，实时计算出速度、制动减速度及制动跑偏位移量。该装置安装方便，设计思想独特，检测精度高。本发明的上述目的可通过以下技术方案实现，结合
如下一种基于立体视觉的制动性能检测装置，该装置主要由自动调焦装置、毫米波雷达3和工业控制计算机9组成，所述自动调焦该装置由信号处理装置和平行对称安装在固定板26上的两个结构相同的检测装置组成，每个检测装置由步进电机、摄像机和由步进电机驱动对摄像机调焦的传动机构组成，两摄像机基线距为1000 1300mm，所述固定板26与摄像机副支架52铰接在一起，向下倾斜16 30度并通过俯仰角度调整螺杆装置35和36固定，摄像机副支架52固定在平行直立的摄像机支架4上。所述传动机构由张紧轮座、丝杠调节机构、同步带轮、摄像机控制环套、张紧轮和同步带组成，所述张紧轮通过张紧轮座和张紧轮座台安装在固定板26上，张紧轮座通过丝杠调节机构调整其在张紧轮座台上的安装位置，所述同步带轮安装在步进电机输出轴上，所述摄像机控制环套安装在摄像机的控制环上，所述同步带装在摄像机控制环套和位于摄像机控制环套两侧的张紧轮和同步带轮上。所述同步带与摄像机控制环套、张紧轮和同步带轮之间采用齿轮啮合。所述俯仰角度调整螺杆装置A35、俯仰角度调整螺杆装置B36由缩放套筒、两个铰链螺杆支承座、两个铰链螺杆轴销和两个铰链螺杆组成，铰链螺杆与铰链螺杆轴销固定连接，铰链螺杆轴销与铰链螺杆支承座活动链接，两个铰链螺杆通过缩放套筒连接，一个铰链螺杆支承座固定在摄像机副支架52上，另一个铰链螺杆支承座固定在固定板26上，铰链螺杆A40和铰链螺杆B42是反向螺纹，通过转动缩放套筒41改变铰链螺杆A40和铰链螺杆B42的长短，带动铰链螺杆轴销A39和铰链螺杆轴销B43角度改变，从而改变固定板26和摄像机副支架52之间的角度。所述摄像机支架4通过膨胀螺栓固定在跑道的前侧，摄像机副支架52宽度为2800 3000mm，通过梅花把手调节距离地面的高度为4500 5000mm并锁死。采用上述装置进行基于立体视觉的制动性能检测方法，按以下步骤进行检测步骤一，对摄像机用标定靶标进行同一方向标定；步骤二，汽车驶入路试制动跑道后，驾驶员调整方向使汽车平行跑道中心线，加速到高于标准规定的初速度，挂空挡直线行驶，当速度达到规定的初速度时，立刻急踩刹车， 直到汽车停止不动；步骤三，从汽车开始制动时刻起(即驾驶员开始急踩刹车时刻起)，毫米波雷达3测出汽车与摄像机支架4的距离，并将距离信号传到工业控制计算机9，工业控制计算机9把距离信号转变成脉冲信号通过控制步进电机AlO和控制步进电机B18对摄像机A 11和摄像机B19进行分级调焦；步骤四，同时工业控制计算机9控制摄像机All和摄像机B19拍摄汽车车身图像，工业控制计算机9存储汽车制动过程的车身图像，制动结束后工业控制计算机9内部的程序根据摄像机所采集的图像，采用计算机图像处理技术，进行车身轮廓线三维坐标重建，获得汽车在制动过程中实时的运动轨迹，实时计算出速度、制动减速度及制动跑偏位移量，即计算出车身中心线与V(Y轴)方向的距离。所述步骤一摄像机标定基于立体视觉摄像机成像的三维坐标重建的精确识别范围为30米，在100米路试跑道的25米、50米、75米处3个固定位置分别放置同一规格标定靶标，统一标定坐标系，进行同方向的标定，确保100米制动性能测试范围的识别精度，具体标定步骤为步骤一，将标定靶标放入现�。湮恢糜ξ挥诹礁錾阆窕映〉闹氐蚰冢徊街瓒笥伊礁錾阆窕杉枷窈螅杂诹椒枷裉崛〗堑悖赏枷褡�(UyVi)及世界坐标(Xi^pZi)的对应，利用摄像机标定方法分别对左右摄像机进行标定，得到两个摄像机的内部参数和外部参数，通过计算得到两个摄像机的相对位置关系，即双目立体视觉摄像机的外部参数，完成标定。所述步骤四计算机图像处理技术首先去除图像背景，接着对图像进行边缘提取，得到左右图像的边缘，并对边缘图像运用基于链码的边界跟踪，得到左右边缘图像的跟踪边界图像，再对跟踪边界图像进行方向约束的直线提�。⑻迤ヅ浜蠹扑愕玫匠瞪碇行南卟⒍云浣腥亟ǎ凑帐泳醪饬肯低呈澜缱甑亩ㄒ澹艿乐行南哂隮轴平行，得到汽车在制动过程中的实时运动轨迹，实时计算出制动过程中汽车的速度、制动减速度及制动跑偏位移量即将重建后的车身中心线向水平面上投影，求其投影与Y轴的距离。本发明的创新之处为(I)可实现制动性能检测过程中的实时运动轨迹测量，实时计算出速度、制动减速度及制动跑偏位移量。(2)设计出了一套能够自动调节摄像机焦距的装置。
(3)采用将调节装置安装在同一个固定板上，方便装置的安装、固定和角度的调节。本发明的技术效果采用本发明能快速、准确、可靠地实时计算出速度、制动减速度及制动跑偏位移量，评价汽车制动性能。该检测装置的制造成本低，测量精度高，安装简单，维护方便，其间接经济效益十分可观，对汽车检测线的发展非常有利。
图I基于立体视觉的制动性能检测装置。图2固定板正视图。图3固定板后视图。图4检测装置(I)局部放大图。 图5检测装置⑵局部放大图。图6俯仰角度调整螺杆装置安装位置图。图7俯仰角度调整螺杆装置局部放大图。图8摄像机控制环套详图。图9摄像机支架详图。图10标定靶标图。图11摄像机布置图。图12检测流程图。图中1.检测装置A，2.检测装置B，3.毫米波雷达，4.摄像机支架，5.试验通道宽度，6.路试跑道，7.跑道中心线，8.行驶方向，9.工业控制计算机，10.步进电机A，18.步进电机B，11.摄像机A，19.摄像机B，12.张紧轮座A，20.张紧轮座B，13.丝杠调节机构A，21.丝杠调节机构B，14.同步带轮A，22.同步带轮B，15.摄像机控制环套A，23.摄像机控制环套B，16.张紧轮A，24.张紧轮B，17.同步带A，25.同步带B，26.固定板，27.张紧轮座台A，29.张紧轮座台B，28.步进电机座A，30.步进电机座B，31.摄像机支承座A，34.摄像机支承座B，32.合页A，33.合页B，35.俯仰角度调整螺杆装置A，36.俯仰角度调整螺杆装置B，37.开口销A，45.开口销B，38.铰链螺杆支承座A，44.铰链螺杆支承座B，39.铰链螺杆轴销A，43.铰链螺杆轴销B，40.铰链螺杆A，42.铰链螺杆B，41.缩放套筒，46.橡胶套A，49.橡胶套B，47.控制环A，48.控制环，50.螺纹孔支承座A，51.螺纹孔支承座B，52.摄像机副支架，53.标定靶标A，54.标定靶标B，55.标定靶标C，U-X轴，V-Y轴，W-Z轴
具体实施例方式下面结合附图所示实施例进一步详细说明本发明的具体内容及其实施方式。本发明涉及一种基于立体视觉的制动性能检测装置，该装置主要由相同型号的步进电机AlO和步进电机B18、相同型号的CXD摄像机A 11和摄像机B19、一台工业控制计算机9、一台毫米波雷达3和相同规格的标定靶标A53、标定靶标B54、标定靶标C55等组成。所述的步进电机选用的型号为；90BYG5200D-SAK觀L-0301，其步距角为O. 36°，转动惯量为9000gcm2 ;所述的摄像机的型号是DH-HV3150UC，采用CMOS彩色数字图像传感器，分辨率为2048X 1536，USB接口，配以可变焦镜头；所述的工业控制计算机的型号为研华IPC-610 ；所述的毫米波雷达选用的规格为Delphi ESR，其响应时间小于等于10ms，目标捕获距离为I 175m ;所述的标定靶标为三维标准立方体，靶标边长为500mm，每个靶标的三个平面设置为60_X 60mm棋盘格。本发明涉及一种基于立体视觉的制动性能检测方法，汽车驶入路试制动跑道，驾驶员调整方向使汽车平行跑道中心线，加速到高于标准规定的初速度，挂空挡直线行驶，当速度达到规定的初速度时，立刻急踩刹车，直到汽车停止不动。在此过程中，工业控制计算机9控制摄像机All和摄像机B19拍摄汽车车身图像，再传给工业控制计算机9。工业控制计算机9内部的程序根据摄像机所采集的图像，首先去除图像背景，接着对图像进行边缘提取，得到左右图像的边缘，并对边缘图像运用基于链码的边界跟踪，得到左右边缘图像的跟踪边界图像，再对跟踪边界图像进行方向约束的直线提取。经过立体匹配后计算得到汽车中心线并对其进行三维重建。按照视觉测量系统世界坐标的定义，跑道中心线与Y轴平行。得到汽车在制动过程中的实时运动轨迹，实时计算出制动过程中汽车的速度、制动减速度及制动跑偏位移量(即将重建后的汽车中心线向水平面上投影，求其投影与Y轴的距离)。
本发明所述的一种基于立体视觉的制动性能检测装置，主要是涉及自动调焦装置，该装置由信号处理装置和平行对称安装在固定板26上的两个结构相同的检测装置组成，每个检测装置由步进电机、摄像机和由步进电机驱动对摄像机调焦的传动机构组成。毫米波雷达3测量汽车距离摄像机支架4的距离，并将距离信号传到工业控制计算机9。当毫米波雷达3测出的距离在相应的标定的范围内时，通过工业控制计算机9将距离信号转化成脉冲信号分别传给步进电机A10、步进电机B18，当步进驱动器接收到脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动固定的角度(及步进角)。通过同步带A17和同步带B25带动摄像机控制环套A15和摄像机控制环套B23转动，摄像机控制环套A15和摄像机控制环套B23扣在摄像机Al I和摄像机B19的控制环外侧，从而带动摄像机Al I和摄像机B19的控制环按预定的方向转动，对摄像机All和摄像机B 19进行分级调焦。所述的检测装置Al、检测装置B2包括步进电机AlO和步进电机B18、摄像机Al I和摄像机B19、张紧轮座A12、张紧轮座B20、丝杠调节机构A13、丝杠调节机构B21)、同步带轮A14、同步带轮B22、摄像机控制环套A15、摄像机控制环套B23、张紧轮A16、张紧轮B24及和同步带A17、同步带B25。检测装直I中摄像机All通过螺丝固定在摄像机支承座A31上，摄像机支承座A31焊接在摄像机副支架52上，两摄像机基线距为1000 1300mm。步进电机AlO通过螺钉固定在摄像机All右边，张紧轮座Al2通过螺钉固定在摄像机All左边，丝杠调节机构Al3焊接固定在张紧轮座A12的左边。在步进电机AlO的前端盖外面的电机输出轴上安装同步带轮A14，在摄像机All上的控制环上安装摄像机控制环套A15，在张紧轮座A12上的轴上安装张紧轮A16,当电机输出轴转动时带动同步带轮A14上的同步带A17转动,从而实现摄像机All上的控制环转动。检测装置B2的安装位置及工作原理同检测装置Al。固定板26通过合页A32和合页B33与摄像机副支架52铰接在一起，向下倾斜16 30度通过俯仰角度调整螺杆装置A35和俯仰角度调整螺杆装置B36固定。本发明所述基于立体视觉的制动性能检测方法中的摄像机标定方法为基于立体视觉摄像机成像的三维坐标重建的精确识别范围为30米，因此在100米路试跑道的3个固定位置(即于25米、50米、75米处)分别放置同一规格标定靶标，统一标定坐标系，进行同方向的标定，确保100米制动性能测试范围的识别精度。其标定步骤为(I)将标定靶标放入现�。湮恢糜ξ挥诹礁錾阆窕映〉闹氐蚰冢�(2)左右两个摄像机采集图像后，对于两幅图像提取角点，由图像坐标(ui; Vi)及世界坐标(Xi^pZi)的对应，利用摄像机标定方法分别对左右摄像机进行标定，得到两个摄像机的内部参数和外部参数，通过计算得到两个摄像机的相对位置关系，即双目立体视觉摄像机的外部参数，完成标定。参照图1，所述的信号处理装置主要由工业控制计算机9、显示器、线路接线板(开关量接线板I/o板、模拟量接入板AD板)，信号接收的和处理的放大�？榈茸槌桑诠ひ悼刂萍扑慊�(9)内部要安装相应的信号处理板I/O (In/Out输入输出)卡、AD卡(数字量模拟量转换卡)、数字量直接接收的串口卡及滤波器、编码器等。参照图2，3，4，5，6，7，8，所述的调节装置所述的检测装置Al和检测装置B2包 括步进电机AlO和进电机B18、摄像机All和摄像机B19、张紧轮座A12和张紧轮座B20、丝杠调节机构A13和丝杠调节机构B21、同步带轮A14和同步带轮B22、摄像机控制环套A15和摄像机控制环套B23、张紧轮A16和张紧轮B24及同步带A17和同步带B25。检测装置Al中摄像机All通过螺丝固定在摄像机支承座A31上，摄像机支承座A31焊接在摄像机副支架52上，步进电机AlO通过六角螺钉固定在摄像机All右边，张紧轮座A12通过六角螺钉固定在摄像机Al I左边，丝杠调节机构A13焊接固定在张紧轮座A12的右边，通过调节丝杠调节螺钉的长度粗略调节同步带A17的张紧度，用螺母锁住。摄像机控制环套A15的控制环A47和控制环B48内侧有一层半圆形橡胶套A46和橡胶套B49，将这I对控制环A47和控制环B48扣在摄像机Al I的控制环外侧，对齐4对螺纹孔支承座，用六角螺钉和六角螺母锁死。固定板26通过合页A32和合页B33与摄像机副支架52铰接在一起，向下倾斜16 30度通过俯仰角度调整螺杆装置A35和俯仰角度调整螺杆装置B36固定。俯仰角度调整螺杆装置A35的铰链螺杆支承座A38通过螺栓和螺母固定在摄像机副支架52上，铰链螺杆支承座B44通过螺栓和螺母固定在固定板26上，铰链螺杆与铰链螺杆轴销固定连接，铰链螺杆轴销与铰链螺杆支承座活动链接，铰链螺杆A40和铰链螺杆B42是反向螺纹，通过缩放套筒41联接，通过转动缩放套筒41改变铰链螺杆A40和B42的长短，带动铰链螺杆轴销A39和铰链螺杆轴销B43角度改变，从而改变固定板26和摄像机副支架52之间的角度，用开口销A37和开口销B45防止角度改变。摄像机支架4是龙门式结构，通过膨胀螺栓固定在跑道的前侧，摄像机副支架52宽度为2800 3000mm，通过梅花把手调节距离地面的高度为4500 5000mm并锁死。参照图9，所述的摄像机标定装置是三个标定靶标A53、标定靶标B54、标定靶标C55，为三维标准立方体，靶标边长为500mm，三个平面设置为60mmX 60mm棋盘格。参照图1，摄像机系统总体布置图参阅图I.该检测装置结构设计新颖独特，安装方便，结构简单。测量成本低，可实现精确测量。
权利要求
1.一种基于立体视觉的制动性能检测装置，其特征在于该装置主要由自动调焦装置、毫米波雷达(3)和工业控制计算机(9)组成，所述自动调焦该装置由信号处理装置和平行对称安装在固定板(26)上的两个结构相同的检测装置组成，每个检测装置由步进电机、摄像机和由步进电机驱动对摄像机调焦的传动机构组成，两摄像机基线距为1000 1300_，所述固定板(26)与摄像机副支架(52)铰接在一起，向下倾斜16 30度并通过俯仰角度调整螺杆装置A、B(35、36)固定,摄像机副支架(52)固定在平行直立的摄像机支架(4)上。
2.根据权利要求I所述的一种基于立体视觉的制动性能检测装置，其特征在于所述传动机构由张紧轮座、丝杠调节机构、同步带轮、摄像机控制环套、张紧轮和同步带组成，所述张紧轮通过张紧轮座和张紧轮座台安装在固定板(26)上，张紧轮座通过丝杠调节机构调整其在张紧轮座台上的安装位置，所述同步带轮安装在步进电机输出轴上，所述摄像机控制环套安装在摄像机的控制环上，所述同步带装在摄像机控制环套和位于摄像机控制环套两侧的张紧轮和同步带轮上。
3.根据权利要求2所述的一种基于立体视觉的制动性能检测装置，其特征在于所述同步带与摄像机控制环套、张紧轮和同步带轮之间采用齿轮啮合。
4.根据权利要求I所述的一种基于立体视觉的制动性能检测装置，其特征在于所述俯仰角度调整螺杆装置A、B(35、36)由缩放套筒、两个铰链螺杆支承座、两个铰链螺杆轴销和两个铰链螺杆组成，铰链螺杆与铰链螺杆轴销固定连接，铰链螺杆轴销与铰链螺杆支承座活动链接，两个铰链螺杆通过缩放套筒连接，一个铰链螺杆支承座固定在摄像机副支架(52)上，另一个铰链螺杆支承座固定在固定板(26)上，铰链螺杆A、B(40、42)是反向螺纹，通过转动缩放套筒(41)改变铰链螺杆A、B(40、42)的长短，带动铰链螺杆轴销A、B (39、43)角度改变，从而改变固定板(26)和摄像机副支架(52)之间的角度。
5.根据权利要求I所述的一种基于立体视觉的制动性能检测装置，其特征在于所述摄像机支架(4)通过膨胀螺栓固定在跑道的前侧，摄像机副支架(52)宽度为2800 3000mm，通过梅花把手调节距离地面的高度为4500 5000mm并锁死。
6.采用权利要求I 5任意一项所述装置进行基于立体视觉的制动性能检测方法，按以下步骤进行检测 步骤一，对摄像机用标定靶标进行同一方向标定； 步骤二，汽车驶入路试制动跑道后，驾驶员调整方向使汽车平行跑道中心线，加速到高于标准规定的初速度，挂空挡直线行驶，当速度达到规定的初速度时，立刻急踩刹车，直到汽车停止不动； 步骤三，从汽车开始制动时刻起，即驾驶员开始急踩刹车时刻起，毫米波雷达(3)测出汽车与摄像机支架(4)的距离，并将距离信号传到工业控制计算机(9)，工业控制计算机(9)把距离信号转变成脉冲信号通过控制步进电机A、B(10、18)对摄像机A、B(11、19)进行分级调焦； 步骤四，同时工业控制计算机(9)控制摄像机A(Il)和摄像机B(19)拍摄汽车车身图像，工业控制计算机(9)存储汽车制动过程的车身图像，制动结束后工业控制计算机(9)内部的程序根据摄像机所采集的图像，采用计算机图像处理技术，进行车身轮廓线三维坐标重建，获得汽车在制动过程中实时的运动轨迹，实时计算出速度、制动减速度及制动跑偏位移量，即计算出车身中心线与V即Y轴方向的距离。
7.根据权利要求6所述的基于立体视觉的制动性能检测方法，其特征在于所述步骤一摄像机标定基于立体视觉摄像机成像的三维坐标重建的精确识别范围为30米，在100米路试跑道的25米、50米、75米处3个固定位置分别放置同一规格标定靶标，统一标定坐标系，进行同方向的标定，确保100米制动性能测试范围的识别精度，具体标定步骤为 步骤一，将标定靶标放入现�。湮恢糜ξ挥诹礁錾阆窕映〉闹氐蚰冢� 步骤二，左右两个摄像机采集图像后，对于两幅图像提取角点，由图像坐标(Ui, Vi)及世界坐标(Xi^pZi)的对应，利用摄像机标定方法分别对左右摄像机进行标定，得到两个摄像机的内部参数和外部参数，通过计算得到两个摄像机的相对位置关系，即双目立体视觉摄像机的外部参数，完成标定。
8.根据权利要求6所述的基于立体视觉的制动性能检测方法，其特征在于所述步骤四计算机图像处理技术首先去除图像背景，接着对图像进行边缘提取，得到左右图像的边缘，并对边缘图像运用基于链码的边界跟踪，得到左右边缘图像的跟踪边界图像，再对跟踪边界图像进行方向约束的直线提�。⑻迤ヅ浜蠹扑愕玫匠瞪碇行南卟⒍云浣腥亟ǎ凑帐泳醪饬肯低呈澜缱甑亩ㄒ澹艿乐行南哂隮轴平行，得到汽车在制动过程中的实时运动轨迹，实时计算出制动过程中汽车的速度、制动减速度及制动跑偏位移量即将重建后的车身中心线向水平面上投影，求其投影与Y轴的距离。
全文摘要
本发明涉及一种基于立体视觉的制动性能检测方法及装置，属于汽车性能检测路试设备。该装置根据2个摄像机所拍车身图像，采用计算机图像处理技术，进行车身轮廓线三维坐标重建，获得汽车在制动过程中的运动轨迹，实时计算出速度、制动减速度及制动跑偏位移量，评价汽车制动性能。该装置包括2个DH-HV3150UC摄像机、2个步进电机、2个张紧轮、摄像机支架、工业控制计算机、毫米波雷达和3个相同规格的标定靶标等。本所述检测方法及装置，可实时计算出汽车在制动过程中的运动轨迹。该方法设计思想独特，检测精度和重复性较好，且结构简单，安装方便。研究成果具有一定的理论价值和经济价值，有很好的应用推广前景。
文档编号G01M17/007GK102879210SQ201210382600
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月9日 优先权日2012年10月9日
发明者张立斌, 岳洪伟, 苏建, 单洪颖, 潘洪达, 单红梅, 杨玉林, 戴建国, 苑风云, 李昱, 王贵荣, 韩玲 申请人:吉林大学
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