CN105510052A - 基于立体视觉的汽车制动时序检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于立体视觉的汽车制动时序检测装置及方法，属于汽车安全性能检测设备。该装置包括：4个相同型号的摄像机，2个相同规格的龙门支架和1台工业控制计算机等。该装置利用两组摄像机采集汽车左右侧车身图像，采用计算机图像处理技术，进行贴标轮廓线提取及三维坐标重建，建立贴标在汽车制动过程中的运动轨迹，实时得到各车轮的转速，获得各车轮制动时序，评价汽车制动性能。本发明可得到汽车制动过程中各车轮制动抱死时序。该方法设计理念新颖独特，检测精度好，装置结构简单，便于安装操作。研究成果具有一定的理论价值和实用价值，具有很好的应用推广前景。

Description

基于立体视觉的汽车制动时序检测装置及方法
技术领域
本发明装置属于汽车制动性能的检测设备，特别是涉及一种基于立体视觉的汽车制动时序检测装置及方法。利用4个摄像机采集汽车左右侧车身图像，采用计算机图像处理技术，进行贴标轮廓线提取及三维坐标重建，计算贴标在汽车制动过程中的角速度，实时得到各车轮的转速，获得各车轮制动时序，评价汽车制动性能。该装置具有检测精度高和系统可靠性好的特点，检测速度快，可重复性强，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
在汽车制动过程中，各车轮的制动时序都至关重要，尤其是车轮抱死时序。前轮抱死或前轮先抱死拖滑，汽车丧失转向能力，后轮先抱死，汽车容易发生侧滑，对于汽车列车，前轴制动快，制动瞬间易产生折弯，后轴制动快，制动瞬间易产生拖拽。2011年国家标准GB/T22768-2011《汽车列车性能要求及试验方法》规定了制动滞后时间的检验要求：挂车最后轴与牵引车最前轴制动动作的时间差不大于0.2s的要求，并未对其他轴制动动作时间差做出要求，同时检测方法也较为繁琐。因此，不仅应对挂车最后轴与牵引车最前轴的制动动作时差做出要求，应对所有轮的制动动作时差做出要求。
1991年，江苏工学院试制了车辆制动时序仪，该设备利用红外光电传感器对刻有36个扇形凹槽的光盘进行投射扫描，将该设备装卡在每个车轮上，当车轮转动时，转动轴带动光盘转动，光盘切割红外光而产生脉冲信号输出，通过绘制各车轮脉冲信号图，得到制动时序，但该装置安装繁琐，检测精度低，难以实现当前高效快速的检测要求。
目前，尚无对汽车制动时序检测的高效装置。随着数字图像处理技术的发展，研究出基于立体视觉的汽车制动时序检测装置来检测汽车制动时序。
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时序检测装置及方法，获得汽车在制动过程中的制动时序。该装置设计思想独特，安装方便，验证精度高。
本发明的上述目的可通过以下技术方案实现，结合附图说明如下：
一种汽车制动时序检测装置，该装置主要由摄像装置、贴标和工业控制计算机组成，摄像装置为两组，分别由2个相同规格的龙门支架A(3)、B(6)和4个相同型号的摄像机A(1)、B(2)、C(7)、D(8)构成，所述龙门支架A(3)、B(6)分别安装在车辆制动区域的左右两侧，摄像机A(1)、B(2)安装在龙门支架A(3)的摄像机水平支架上，摄像机C(7)、D(8)安装在龙门支架B(6)的摄像机水平支架上，且垂直于行车线水平安装，摄像机距离路试跑道边线为摄像机最佳广角标定距离(1500～2000mm)，距离地面高度依车轮半径而定(300～600mm)，同侧相邻两摄像机的基线距为1000～1500mm。
所述贴标为圆形白色贴标(5)，其直径为50mm。
所述贴标贴在每个车轮的胎侧表面和车身侧面任一位置。
如上述的检测装置进行汽车制动时序的检测方法，按以下步骤进行检测：
步骤一，对两组摄像机用标定模板分别进行所拍摄方向的广角精确标定；
步骤二，在每个车轮的胎侧表面任一位置贴上贴标(5)，同时在车身侧面任一位置贴上贴标(5)；
步骤三，汽车驶入路试制动跑道后，驾驶员调整方向使汽车在宽度为5000mm的路试跑道内行驶，加速至规定车速v，v为(5～10)km/h，汽车行驶至制动区域后，摄像机开始实时采集图像，当工业控制计算机(4)识别每个车轮旋转一周后，工业控制计算机(4)提示驾驶员采取紧急制动，直至汽车完全停止。
步骤四，同时工业控制计算机(4)内部的检测程序根据摄像机所采集的图像，采用计算机图像处理技术，进行各贴标轮廓线提取及贴标圆心三维坐标重建，通过运算处理获得每个车轮在汽车制动抱死过程中的实时转速，即计算出汽车制动时序；
所述工业控制计算机(4)计算车轮实时转速方法：汽车行驶过程中，车轮的运动分解为自身转动和水平运动，在摄像机采集图像过程中，每两帧图像的时间间隔为T，制动起始时刻t0的贴标圆心横坐标表达式为x0＝rcosθ0，下一帧时刻t1的贴标圆心横坐标表达式为x1＝rcosθ1+v·T，其中x0、x1可由特征图像提取得到，r由工业控制计算机(4)识别每个车轮旋转一周后可得，则由角速度ω＝|(θ1-θ0)/T|可计算出车轮转速，θ0为时刻t0贴标与水平面间的夹角，θ1为时刻t1贴标与水平面间的夹角。
本发明的创新之处为：(1)采集贴标速度得到车轮的实时转速，实现车轮转速的实时测量。(2)设计出一套非接触式车汽车制动时序检测装置。(3)能检测出各种车辆的制动时序。(4)设计出一套获取车轮转速的算法。
本发明的技术效果：采用本发明能高效、快捷、准确的检测出汽车各车轮制动转速，便于得到汽车的制动时序，评价汽车制动性能。该检测装置的测量精度高，可重复性强，安装简单，能满足当前高效快捷的检测要求，具有直接的经济效益，对汽车检测线的发展十分有利。
附图说明
图1汽车制动时序检测装置轴侧投影示意图。
图2龙门支架(3、6)的正视图。
图3贴标运动示意图。
图4检测流程图。
图中：1、2、7、8为摄像机A、B、C、D，3、6为龙门支架A、B，4.工业控制计算机，5.贴标，9.摄像机垂直支架，10.摄像机水平支架
具体实施方式
下面结合附图所示实施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汽车制动时序检测装置，该装置主要由相同规格的龙门支架A(3)、B(6)和4个相同型号摄像机A(1)、B(2)、C(7)、D(8)、相同规格的贴标(5)和一台工业控制计算机(4)组成，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2048×1536，摄像机帧率在SXGA(1280×1024)状态下为15帧/秒，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祥IPC-810E。
参照图2，所述龙门支架A(3)、B(6)由摄像机垂直支架(9)和摄像机水平支架(10)组成，均由空心方刚组成，空心方刚边长为50mm，所述摄像机垂直支架(9)的长度为1500mm，摄像机水平支架(10)的长度为2000mm。
本发明涉及一种基于立体视觉的汽车制动时序检测方法。检测开始前，根据摄像机标定方法得到两个摄像机的内外参数，调节摄像机的焦距使其获得最佳广角。检测开始时，加速至规定车速v，v为(5～10)km/h，汽车行驶至制动区域后，摄像机开始实时采集图像，当工业控制计算机(4)识别每个车轮旋转一周后，工业控制计算机(4)提示驾驶员采取紧急制动，直至汽车完全停止。同时工业控制计算机(4)内部的检测程序根据摄像机所采集的图像，采用计算机图像处理技术，进行各贴标轮廓线提取及贴标圆心三维坐标重建，通过运算处理获得每个车轮在汽车制动抱死过程中的实时转速，即计算出汽车制动时序。
参照图3，所述工业控制计算机(4)计算车轮实时转速方法：汽车行驶过程中，车轮的运动分解为自身转动和水平运动，在摄像机采集图像过程中，每两帧图像的时间间隔为T，制动起始时刻t0的贴标圆心横坐标表达式为x0＝rcosθ0，下一帧时刻t1的贴标圆心横坐标表达式为x1＝rcosθ1+v·T，其中x0、x1可由特征图像提取得到，r由工业控制计算机(4)识别每个车轮旋转一周后可得，则由角速度ω＝|(θ1-θ0)/T|可计算出车轮转速，θ0为时刻t0贴标与水平面间的夹角，θ1为时刻t1贴标与水平面间的夹角。
参照图1，检测系统总体布置参阅图1。该检测装置结构设计理念新颖独特，验证精度好，可重复性强，结构简单，便于安装操作。

Claims (5)

1.一种基于立体视觉的汽车制动时序检测装置，该装置主要由摄像装置、贴标和工业控制计算机组成，其特征在于：
所述摄像装置为两组，分别由2个相同规格的龙门支架A(3)、B(6)和4个相同型号的摄像机A(1)、B(2)、C(7)、D(8)构成，所述龙门支架A(3)、B(6)分别安装在车辆制动区域的左右两侧，摄像机A(1)、B(2)安装在龙门支架A(3)的摄像机水平支架上，摄像机C(7)、D(8)安装在龙门支架B(6)的摄像机水平支架上，且垂直于行车线水平安装，摄像机距离路试跑道边线为摄像机最佳广角标定距离(1500～2000mm)，距离地面高度依车轮半径而定(300～600mm)，同侧相邻两摄像机的基线距为1000～1500mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于立体视觉的汽车制动时序检测装置，其特征在于：所述贴标为圆形白色贴标(5)，其直径为50mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于立体视觉的汽车制动时序检测装置，其特征在于：所述贴标贴在每个车轮的胎侧表面和车身侧面任一位置。
4.如权利要求1所述的检测装置进行汽车制动时序的检测方法，按以下步骤进行检测：
步骤一，对两组摄像机用标定模板分别进行所拍摄方向的广角精确标定；
步骤二，在每个车轮的胎侧表面任一位置贴上贴标(5)，同时在车身侧面任一位置贴上贴标(5)；
步骤三，汽车驶入路试制动跑道后，驾驶员调整方向使汽车在宽度为5000mm的路试跑道内行驶，加速至规定车速v，v为(5～10)km/h，汽车行驶至制动区域后，摄像机开始实时采集图像，当工业控制计算机(4)识别每个车轮旋转一周后，工业控制计算机(4)提示驾驶员采取紧急制动，直至汽车完全停止；
步骤四，同时工业控制计算机(4)内部的检测程序根据摄像机所采集的图像，采用计算机图像处理技术，进行各贴标轮廓线提取及贴标圆心三维坐标重建，通过运算处理获得每个车轮在汽车制动抱死过程中的实时转速，即计算出汽车制动时序。
5.根据权利要求1所述的检测装置进行汽车制动时序的检测方法，其特征在于：所述工业控制计算机(4)计算车轮实时转速方法：汽车行驶过程中，车轮的运动分解为自身转动和水平运动，在摄像机采集图像过程中，每两帧图像的时间间隔为T，制动起始时刻t0的贴标圆心横坐标表达式为x0＝rcosθ0，下一帧时刻t1的贴标圆心横坐标表达式为x1＝rcosθ1+v·T，其中x0、x1可由特征图像提取得到，r由步骤三识别可得，则由角速度ω＝|(θ1-θ0)/T|可计算出车轮转速，θ0为时刻t0贴标与水平面间的夹角，θ1为时刻t1贴标与水平面间的夹角。
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