CN103033331B - 一种提高碰撞试验中车载摄像质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高碰撞试验中车载摄像质量的方法，采用车载摄像机拍摄被摄物的第二次反射影像，并保证车载摄像机主光轴水平正对关注点；车载摄像机通过固定底座固定在模拟碰撞台车台面的一侧边缘；第二次反射影像由小反射镜反射获得，小反射镜固定在底座上，小反射镜的入射影像为大反射镜的反射影像；大反射镜设置在模拟碰撞台车的一侧，且能够覆盖拍摄关注区域，大反射镜的入射影像为被摄物。本发明能够减轻震动、减小摄像支架重量、实现拍摄视点高度可调、可以使用畸变控制良好的镜头、并无需使用专用的高抗冲击镜头卡口，从而既能满足不同试验要求，又能提高摄像拍摄画面的质量。

Description

一种提高碰撞试验中车载摄像质量的方法

技术领域

本发明涉及汽车碰撞试验领域，特别是涉及一种提高碰撞试验中车载摄像质量的方法。

背景技术

高速摄像机是碰撞试验中不可或缺的试验设备，其可以将碰撞瞬间拍摄下来，并慢速回放，通过对影像资料运动分析计算，可以得到试验所必须的数据。目前用于碰撞试验的高速摄像机，主要分为车载式(车载摄像机)和非车载式(地面摄像机)。

地面摄像机，使用三脚架稳定地安放在碰撞点的两侧，所拍摄的画面清晰、稳定。但是，由于地面摄像机不能随碰撞台车一起运动，为了捕捉物体在碰撞全过程中的运动状态，不得不扩大拍摄画面，以防被摄物体会过早地超出画面范围。这样会使得关注部分在拍摄画面中占有更低的比例、使用更少的像素，清晰度也会随之下降。此外，同样由于地面摄像机的不随动，在试验中无法控制关注物体在合适的时间出现在画面中线上。而当拍摄物体处于画面中线两侧时，由于样品、标尺等物体处于不同的物距位置，使得画面出现视差，无法直观、精确地判断被摄物位移。这时，必须使用专业的图像处理软件进行分析计算，消除视差，但是这种方法繁琐不易实现。

与地面摄像机相对应，是车载式车载摄像机，车载摄像机在碰撞过程中随台车移动，因此可以弥补地面摄像不随动的诸多劣势，但是同时也带来了新的问题。目前的车载摄像机，都需要安装在摄像机支架上，支架直接与台车相连。这种支架都是悬臂式结构，像两只翅膀一样架设在台车两侧。在碰撞试验中，巨大的加速度冲击会造成支架的震动，拍摄画面异常抖动。为了减小震动，一种方法可以加强支架强度，但这会导致摄像支架重量上升，使得安装要求提高，并且需削减试验台车所能搭载试验样品的有效质量。另外，减小支架悬臂长度也可以降低震动，但这会拉近摄像机与被摄物体的距离，物距减小了，而为了拍摄足够的画面，不得不使用焦距16mm以下的镜头，而这类鱼眼镜头画面畸变过大，所拍摄的画面根本无法用于影像分析计算数据。现有的车载摄像支架也只能在提高强度和减低重量，缩短悬臂和增加物距这些矛盾关系中寻找平衡点。并且为了减小震动，这种支架往往被设计成一体结构，摄像机安装在上面，不具有调节视点高度的功能，有时由于被摄物体位置较高或较低，只能通过仰拍或俯拍进行拍摄，但非水平光轴拍摄的画面，同样无法用于影像分析。所以这类悬臂支架并不是完美的解决方案。此外，用这种方式安装的车载摄像机，由于拍摄主光轴与碰撞冲击方向垂直，摄像机和镜头卡口处承受着巨大的剪切力，因此机身与镜头之间必须使用特殊连接机构。所以能够作为车载使用的抗冲击摄像机和镜头都是经过特殊设计的，售价相比不具抗冲击能力的普通高速摄像机要高出不少，并且特殊卡口的镜头产品很少，镜头选择上很受约束。

高速摄像在碰撞试验中的作用至关重要，优秀的摄像资料可以提高后期影像分析数据的精度，但是目前无论是地面摄像还是车载摄像，都存在着各自的短板。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种提高碰撞试验中车载摄像质量的方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种提高碰撞试验中车载摄像质量的方法，采用车载摄像机拍摄被摄物的第二次反射影像，并保证车载摄像机主光轴水平正对关注点；车载摄像机通过固定底座固定在模拟碰撞台车台面的一侧边缘；第二次反射影像由小反射镜反射获得，小反射镜固定在底座上，小反射镜的入射影像为大反射镜的反射影像；大反射镜设置在模拟碰撞台车的一侧，且能够覆盖拍摄关注区域，大反射镜的入射影像为被摄物。

所述大反射镜与模拟碰撞台车的碰撞方向平行。

所述底座通过旋转支架固定在模拟碰撞台车台面上，所述底座的向内侧偏角为θ，

$\mathrm{\θ}=2\arctan \left(\frac{H}{D-d}\right)$

所述车载摄像机和所述小反射镜沿模拟碰撞台车碰撞方向依次设置，所述车载摄像机的主光轴与模拟碰撞台车的碰撞方向平行，小反射镜的反射面与车载摄像机的镜头相对，且小反射镜与车载摄像机的主光轴夹角为45°，

所述大反射镜的内倾角应为

所述大反射镜与高度为H的水平面交线至车载摄像机的水平距离为S，

$S=\frac{{(D-d)}^2-H^2}{2(D-d)}$

其中，H为被摄物的视点中心高度，D为车载摄像机的物距，d为被摄物与车载摄像机之间的横向距离，

$D=\frac{F\·U}{u}=\frac{F\·V}{v}$

其中，U为被摄物的水平视宽，V为被摄物的竖直视高，F为车载摄像机的镜头焦距，u为车载摄像机感光元件的水平方向尺寸，v为车载摄像机感光元件的竖直方向尺寸。

本发明具有的优点和积极效果是：将摄像机通过底座直接安装于台车上，避免使用悬臂式结构作为支架，可以极大程度地降低画面震动。利用摆放在台车一侧的大小两个发射镜的镜面反射，将台车上被摄物的光反射入车载摄像机，并使其进行水平拍摄，等效于悬浮在台车一侧的车载摄像机经大小反射镜两次反射的反射镜像—虚拟车载摄像机对碰撞过程进行拍摄。大反射镜可以摆放在距离被摄物很远的地方，而拍摄的光程又约为此距离的两倍，因此可以使用畸变控制良好的大焦距的镜头。安装在台面上的车载摄像机向内的侧偏角和大反射镜的内倾角均可调整，两组角度配合使用，可以实现摄像机在任意视点高度进行水平拍摄。

此外，本发明巧妙地利用与碰撞方向夹45°的小反射镜，一方面使得光线从被摄物体传至高速摄像机的过程中经过两次镜面反射，拍摄的画面仍为正像。另一方面，由于45°小反射镜的使用，摄像机主光轴与碰撞冲击方向一致，机身与镜头卡口处只承受压力，因此可以使用普通高速摄像机做车载使用，在一定程度上降低成本，同时也使得镜头的选用更加灵活。

综上所述，本发明能够减轻震动、减小摄像支架重量、实现拍摄视点高度可调、可以使用畸变控制良好的镜头、并无需使用专用的高抗冲击镜头卡口，从而既能满足不同试验要求，又能提高摄像拍摄画面的质量。

附图说明

图1为应用本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图；

图4a为车载摄像机物像关系及视角的示意图a；

图4b为车载摄像机物像关系及视角的示意图b；

图4c为车载摄像机物像关系及视角的示意图c；

图5为应用本发明的光路图。

图中：1、车载摄像机，2、镜像，3、镜像，4、小反射镜，5、大反射镜，6、旋转支架，7、底座。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅附图，一种提高碰撞试验中车载摄像质量的方法，采用车载摄像机1拍摄被摄物的二次反射影像，并保证车载摄像机1主光轴水平正对关注点。车载摄像机1通过底座7固定在模拟碰撞台车台面的一侧边缘，拍摄的第二次反射影像由小反射镜4反射获得，小反射镜4固定在底座7上，小反射镜4的入射影像为大反射镜5的反射影像，大反射镜5设置在模拟碰撞台车的一侧，且能够覆盖拍摄关注区域，大反射镜5的入射影像为被摄物。此时相当于车载摄像机经大小反射镜两次反射的镜像3对被摄物进行水平拍摄，其中镜像3是镜像2经大反射镜5的反射镜像，镜像2是车载摄像机1经小反射镜4的反射镜像。

在本实施例中，所述大反射镜5与模拟碰撞台车的碰撞方向平行。所述底座7通过旋转支架6固定在模拟碰撞台车台面上，底座7在松开紧固螺栓后，可沿旋转支架6上的弧形长孔向内进行侧向偏转，以调整其向内的侧偏角θ。

$\mathrm{\θ}=2\arctan \left(\frac{H}{D-d}\right)$

所述车载摄像机1和所述小反射镜4沿模拟碰撞台车碰撞方向依次设置，所述车载摄像机1的主光轴与模拟碰撞台车的碰撞方向平行，小反射镜4的反射面与车载摄像机1的镜头相对，且小反射镜4与车载摄像机1的主光轴夹角为45°，

所述大反射镜5与水平面的夹角-内倾角应为

所述大反射镜5与高度为H的水平面交线至车载摄像机1的水平距离为S，

$S=\frac{{(D-d)}^2-H^2}{2(D-d)}$

其中，H为被摄物的视点中心高度，D为车载摄像机的物距，也是被摄物至车载摄像机经大小反射镜两次反射的镜像3的距离，d为被摄物与车载摄像机之间的横向距离，

$D=\frac{F\·U}{u}=\frac{F\·V}{v}$

其中，U为被摄物的水平视宽，V为被摄物的竖直视高，F为车载摄像机的镜头焦距，u为车载摄像机感光元件的水平方向尺寸，v为车载摄像机感光元件的竖直方向尺寸；H和D可通过测量获得。

下面根据光学原理和几何关系，说明如何应用此方法，进行高速摄像系统调整实现拍摄。

常量参数的确定，包括：

1、车载摄像机感光元件的尺寸u×v，u为水平方向尺寸，v为竖直方向尺寸。

2、根据不同的拍摄需求选取镜头，镜头焦距为F。

3、根据拍摄需求，找出被摄物视点中心所在位置，测量出相应的视点中心高度为H请参见图5；进一步确定所关注的区域，从视点中心向上下左右分别扩展V_UP、V_DOWN、U_LEFT、U_RIGHT，请参见图4a。

4、请参见图5，d为台面上被摄物与车载摄像机1之间的横向距离，实际测量获

通过计算，确定其它参数：

1、请参见图4a和图4c，计算高速摄像机镜头组的拍摄视角，

水平视角 $\mathrm{\α}=2\arctan \frac{u}{2F}$ ---------------------------------公式1

竖直视角 $\mathrm{\β}=2\arctan \frac{v}{2F}$ ---------------------------------公式2

2、计算车载摄像机拍摄的水平视宽U和竖直视高V，需保证拍摄画面能够完全覆盖关注区域。

水平视宽 $U=2\·\mathrm{MAX}(U_{\mathrm{LEFT}},U_{\mathrm{RIGHT}},\frac{u}{v}{V}_{\mathrm{UP}},\frac{u}{v}{V}_{\mathrm{DOWN}})$ -----------------公式3

竖直视高 $V=2\·\mathrm{MAX}(V_{\mathrm{UP}},V_{\mathrm{DOWN}},\frac{v}{u}{U}_{\mathrm{LEET}},\frac{v}{u}{U}_{\mathrm{RIGHT}})$ ------------------公式4

3、计算被摄物至摄像机距离，物距 $D=\frac{F\·U}{u}=\frac{F\·V}{v}$ ---------------------公式5

4、为保证车载摄像机的主光轴水平，且被射物的视点中心在车载摄像机的主光轴上，根据几何关系可知，当摄像机的内侧偏角为θ时，与之匹配的大反射镜与水平面夹角-内倾角应为请参见图5，可计算得出：

摄像机的向内侧偏角 $\mathrm{\θ}=2\arctan \left(\frac{H}{D-d}\right)$ -----------------------------公式6

大反射镜与水平面夹角-内倾角：-----------------公式7

5、大反射镜与高度H的水平面交线至摄像机的水平距离

$S=\frac{{(D-d)}^2-H^2}{2(D-d)}$ --------------------------------公式8

在试验中拍摄时，被摄物发出的光先后经过大反射镜5和小反射镜4两次反射后，进入到车载摄像机1，根据光路可逆，其等效于在车载摄像机经大小反射镜两次反射的反射镜像3直接进行拍摄的效果，并且光线经过两次反射，所拍摄的画面依然为正像。车载摄像机1和小反射镜4作为一个整体可以在底座上绕平行于碰撞方向的轴线调整向内的侧偏角度，同样大反射镜5也可以绕平行于碰撞方向的轴线调整俯仰角度，两组角度配合，既可以实现车载摄像机1经大小反射镜两次反射的反射镜像3的高度调节，也可以保证其拍摄主光轴为水平方向，以满足被摄物不同视点中心高度H的要求。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种提高碰撞试验中车载摄像质量的方法，其特征在于，采用车载摄像机拍摄被摄物的第二次反射影像，并保证车载摄像机主光轴水平正对关注点；车载摄像机通过固定底座固定在模拟碰撞台车台面的一侧边缘；

第二次反射影像由小反射镜反射获得，小反射镜固定在底座上，小反射镜的入射影像为大反射镜的反射影像；

大反射镜设置在模拟碰撞台车的一侧，且能够覆盖拍摄关注区域，大反射镜的入射影像为被摄物。

2.根据权利要求1所述的提高碰撞试验中车载摄像质量的方法，其特征在于，所述大反射镜与模拟碰撞台车的碰撞方向平行。

3.根据权利要求2所述的提高碰撞试验中车载摄像质量的方法，其特征在于，所述底座通过旋转支架固定在模拟碰撞台车台面上，所述底座的向内侧偏角为θ，

$\mathrm{\θ}=2\arctan \left(\frac{H}{D-d}\right)$

所述车载摄像机和所述小反射镜沿模拟碰撞台车碰撞方向依次设置，所述车载摄像机的主光轴与模拟碰撞台车的碰撞方向平行，小反射镜的反射面与车载摄像机的镜头相对，且小反射镜与车载摄像机的主光轴夹角为45°，

所述大反射镜的内倾角应为

所述大反射镜与高度为H的水平面交线至车载摄像机的水平距离为S，

$S=\frac{{(D-d)}^2-H^2}{2(D-d)}$

其中，H为被摄物的视点中心高度，D为车载摄像机的物距，d为被摄物与车载摄像机之间的横向距离，

$D=\frac{F\·U}{u}=\frac{F\·V}{v}$

其中，U为被摄物的水平视宽，V为被摄物的竖直视高，F为车载摄像机的镜头焦距，u为车载摄像机感光元件的水平方向尺寸，v为车载摄像机感光元件的竖直方向尺寸。