CN105556241A - 在环境光下的行走机构的测量 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车测量，尤其是用于确定机动车(10)的至少一个车轮(15，16)的角度位置，的装置(30)，具有至少一个测量装置(12)，其具有至少一个摄像装置(31，32)，所述摄像装置设计成用于记录图像，其中，记录的图像包含至少一个标记(22)的成像，所述标记与机动车(10)的一个车轮(15，16)之间处于固定的几何关系下，和至少一个评价单元(13)，其设计成评价由至少一个测量装置(12)记录的图像。评价单元(13)设计成，除了至少一个标记(22)的成像以外，也评价包围相应的标记(22)的背景区域的照明强度。

Description

在环境光下的行走机构的测量
本发明涉及一种用于在环境光下，尤其是在没有人工照明下测量行走机构，尤其是用于测量汽车和商用车的车轮的位置的装置和方法。
现有技术
在至今已知的用于测量汽车车轮的位置的装置中，如其例如由DE102010039246A1和DE102009029241A1已知的那样，配有测量标记的测量对象，即所谓的靶，借助于专门的适配器被固定在机动车车轮上。安装在车轮上的靶通过具有闪光或持续光的照明装置被人工地照明并且用摄像机(大多数为3D立体摄影机)记录靶的图像。在使用专门的图像处理算法下，例如对靶上的标记的轮廓分析、椭圆拟合或重心确定，确定靶的位置并且因此也确定车轮在空间上的位置(例如参见DE102008042024A1)。通过在测量期间对靶的人工照明在很大程度上消除变化的环境光的影响。
对要测量的对象的人工照明由于在发光二极管、激光器、灯和/或投影器上的附加的硬件技术费用导致测量设备的较高的制造成本。
为了改善在人工照明和环境光之间的有用光/干扰光的比，靶上的标记常常由反射的薄膜或由反射的颜色(回射的标记)制成，这相对于采样通常的颜色印刷的靶导致较高的制造成本。
因此本发明的任务是，提供用于机动车测量的一种成本有利的装置和一种成本有利的方法，其中尤其是可以放弃人工照明和回射的标记。
本发明的公开
按照本发明的用于机动车测量，尤其是用于确定机动车的至少一个车轮的角度位置的方法，包括步骤：记录图像，其中，记录的图像包含至少一个标记的成像，标记与机动车的至少一个车轮处于固定的几何关系下；和评价由至少一个测量装置记录的图像，其中，图像的评价包括，除了至少一个标记的成像以外，也评价包围相应的标记的背景区域的照明强度。
按照本发明的用于机动车测量，尤其是用于确定机动车的至少一个车轮的角度位置的装置，具有至少一个测量装置，其具有至少一个设计成用于记录图像的摄像装置，其中，记录的图像包含至少一个标记的成像，标记与机动车的至少一个车轮处于固定的几何关系下；和评价单元，其设计成用于评价由至少一个测量装置记录的图像并且在此情况下除了至少一个标记的成像以外也评价包围相应的标记的背景区域的照明强度。
在环境光下测量，即没有确定的人工照明，的问题是，在车轮上的标记的照明状况仅仅取决于变化的并且常常是不可控制的环境光条件。
尽管通过摄像机的光圈调整和/或通过曝光时间可以改变图像记录的基本亮度，这对于评价近似被均匀照明的靶是足够的，但是在实际中，例如通过部分的太阳光照射，靶常常被不均匀地照明，即靶的一部分受到直接的光照射，而靶的另一部分位于阴影中。因此依据摄像机光圈和曝光时间的调整情况在记录的图像内同时具有正常光照的区域和过度光照或光照不足的区域。
在靶内的光照强烈不足的区域不能够被评价，因为标记在这些区域中不能够被充分地看见。
光照过度的区域导致，标记的边缘在图像中通过摄像机的失真效果(例如所谓的“散焦效应”（BloomingEffekt）)或在图像记录内的不同的照明强度被移动和/或用于边缘检测所需的灰度梯度在光照过度的区域中不再存在，这导致评价中的误差。此外在标记的光照过度的区域中标记内的强度分布信息丢失。
在环境光下测量的另一个问题是找出图像内的靶。在采用人工照明和回射标记的方法中，靶的背景在很大程度上被隐藏，这大大地简化找出在图像中的标记。与此相反，在采用环境光测量时，必须找到并且提取在具有非常复杂的内容的图像内的靶，该图像可以与相片相比较（相当）。
这些问题通过一种按照本发明的用于评价靶的记录的图像的方法和一种实施按照本发明的方法的装置来解决。
为了避免测量误差，在按照本发明的方法的第一实施方式中，通过图像处理仅仅评价（这样的）标记的成像，这些标记在记录的图像中或者被均匀地“正常地”光照或者被均匀地过度光照。相反，不均匀地光照的标记，尤其是位于光/阴影边缘的标记，不被评价，因为它们的轮廓和/或它们的光学的重心通过上述摄像机效应和不均匀的照明被移动。为了确定针对行走机构测量适合于评价的标记，各个标记的直接的环境亮度被分析和评价。
在使用这种排除法下，有意义的是，在靶上构造尽可能多的数量的标记，由此在排除不均匀光照的标记之后仍然还留有足够数量的被均匀光照或均匀过度光照的标记用于进一步的评价。相反，一个单独的大的标记，例如环形靶，在靶上的惟一的光-阴影变化情况下不再可以无误差地被评价。
由于这种原因在该方法中最好使用具有尽可能大的数量的标记的靶。靶的构造和标记的数量在很大程度上取决于测量任务。在此处必须由尽可能大的数量的标记(例如点)和在光照不足或光照过度情况下标记本身的分辨率(可识别性)做出妥协。此外标记相互间必须具有足够的间距，以便也在标记的直接的环境中的背景强度可以被分析和评价。
在第二实施方式中也包括评价不均匀照明的标记的图像。为此标记的强度分布依据标记背景的强度分布以计算方式被重建。
在该第二实施方式中，全部可看见的标记可以依据包围的区域的背景强度重建并且包括到评价中，其中，在标记的光照过度的区域内缺少的强度分布的信息以计算方式通过直接邻接的构件的强度分布补充。由此轮廓和光学的重心被这样地修正，即它们基本上对应于一个正确光照的标记的值。
第二实施方式具有以下优点：
-相对于第一实施方式的不相容原理（排除原理），在相同的靶的情况下总体上更多的标记被评价，这又提高了测量精度，
-在相同尺寸的靶的情况下可以使用较少的但是为此较大的标记，这由于在图像中的标记的较好的分辨率同样为提高测量精度作出贡献。
-在相同的标记尺寸的情况下，相对于排除方法，标记的数量被减少，由此靶可以设计得更小、更轻和成本更有利。
为了重建标记，不仅可以使用周围背景本身的直接的强度，而且可以使用从背景出发直到标记的过度光照边界的强度的曲线变化。
在一个实施方式中，设置至少一个可安装在机动车的车轮上测量靶，其中，在至少一个测量靶上构造至少一个标记。可安装的测量靶提供一种简单并且成本有利的手段，用于提供机动车测量所需要的测量标记。
在一个实施方式中，至少一个标记在至少一个测量靶上以一种无光泽的、漫射地反射的颜色和/或具有无光泽的、漫射地反射的表面结构地构造成。这样的标记可以特别成本有利地，尤其是比回射的标记成本更有利地制造。
在一个实施方式中，设置至少一个光学的投影装置，投影装置被设计成，将至少一个标记投射到机动车上，尤其是到机动车的至少一个车轮上。以这种方式可以以简单并且舒适的方式在机动车的车轮上产生标记，并且避免与可在轮胎上安装的测量靶的安装和拆卸相关联的费用。结果，可以更快和成本更有利地实施机动车测量。
在一个实施方式中，至少一个标记具有光学地不同特色的界限。通过标记的光学地不同特色的界限，便于用于评价由至少一个测量装置记录的图像的算法明确地识别图像内的标记。
在一个实施方式中，该方法包括，分析至少一个第一记录的图像的照明强度和记录至少另一个图像，其中，曝光时间和/或光圈在记录至少另一个图像时被如此地适配（调整），在至少另一个记录的图像中可以看见和评价尽可能最大数量的标记。以这种方式可以增大用于评价供使用的标记的数量并且由此提高机动车测量的结果的质量。
附图说明
本发明在以下借助于附图进行详细解释，其中示出：
图1是按照本发明的用于机动车测量的装置的第一实施例的俯视图；
图2是在图1中示出的用于机动车测量的装置的透视侧视图；
图3按照本发明的用于机动车测量的装置的第二实施例的俯视图；
图4是在环境光亮下具有标记的靶的一个图像记录；和
图5是沿着图4的剖面线A-B的强度变化。
本发明的实施例在以下参照附图进行描述。
图1和2分别以俯视图(图1)和侧视图(图2)示出一个用于机动车测量的装置30，具有测量系统和在一个具有两个行驶轨道11的升降台上的机动车10。
测量板(“靶”)20借助于适配器24分别固定在一个所属的机动车车轮15，16上。测量板20具有基本上平的表面，该表面基本上以直角相对于机动车10的纵向延伸部定向并且在该表面上构造有标记22作为可光学地记录的记号(测量标记)。
测量装置30还包括两个图像记录机构（摄像装置）12，其各具有四个测量摄像机31，32和各具有一个定位机构33以及评价单元13，其具有至少一个计算和存储单元等等，用于处理图像处理软件。
两个图像记录机构12分别布置在两个行驶轨道11的侧面并且经由数据线14或无线地与评价单元13连接，评价单元被设计用于数据处理。两个图像记录机构12分别配置两个立体摄像机系统，其分别由两个测量摄像机31，32形成。具有测量摄像机31的、向前定向的立体摄像机系统探测布置在前轮15上的测量板20。具有两个测量摄像机32的、向后定向的立体摄像机系统探测布置在后轮16上的测量板20。每个图像记录机构12此外包括定位机构33。两个图像记录机构12在示出的测量系统中被如此地定向，两个定位机构33相互面对，由此通过定位过程可以确定一个用于图像记录机构12的测量位置参考系统，它被传输给评价单元13。
替代中央的评价单元13，在一个备选的、在图中没有示出的实施例中，每个图像记录机构12和/或每个测量摄像机31，32和每个定位机构33可以具有自己的计算和存储单元，其用作评价单元13，其中，此时各单独的评价单元被相互连接进行数据交换。
测量板20的图像的记录可以在停止的机动车10时或在机动车10运动期间实施。在使用专门的算法下在评价单元13中由图像记录计算相应的机动车车轮15，16在空间上的位置和角度位置和基于此计算行走机构的几何形状。
在DE102008042024A1中描述了一种用于机动车测量的、具有在图1和2中示出的测量系统的可能的方法的示例。
对于设有标记22的测量板20，替代地或附加地，也可以设置至少一个投影装置23，其设计成，将至少一个光学的标记投射到机动车10上，尤其是到机动车的至少一个车轮15，16上，如在图3中示出的。在这种情况下，摄像机31，32被合适地定向，以便能够记录由投影装置23投射到车轮15，16上的标记的图像。在图3中示出的装置30的其它的特征对应于在图1和2中示出的特征；它们因此采用相同的附图标记并且不重新详细描述。
图4示例性地示出在环境光亮下记录的具有标记22的测量板20的图像，其中，测量板20通过部分的太阳光照射被不均匀地照明。在测量板20的图像中画入剖面线A-B103，其通过标记104-114延伸。
图5以二维图(柱状图)示出沿着图4的剖面线A-B在标记104-114上的强度变化。
在图5示出的柱状图中画出的直线116，117，118，119和120以线性近似说明在相应的标记104-114的区域中背景强度的梯度。
在图4和5示出的示例中可以清楚地看见，在太阳光照射的区域内的标记108，109，110和111由于较高的强度和摄像机31，32的过度光照效果比在间接照明的区域中的标记更大地示出。但是光照过度的标记108，109，110，111保持其轮廓和其光学的重心，因为它们在很大程度上是被均匀地过度光照的。因此光照过度的标记108，109，110，111也可以用于以后的评价，进行行走机构的测量。
相反，在标记107，112和113中，其位于在太阳光照射区域和阴影之间的直接的过渡区域中，它们的成像的光学重心被移动，因为标记107，112，113的图像的强度最大值由于不均匀的照明不再位于相应的标记107，112，113的中心上。这种影响在采用标记的轮廓或强度重心分析的评价方法中产生误差。
在图5示出的柱状图中可以清楚地看见这种影响：
在标记104，105，106，108，109，110，111和114中可以看见，背景强度的各所属的梯度116，118，120近似是水平的，即背景强度的梯度近似为零。标记104，105，106，108，109，110，111，114因此可以被包括到评价中，尽管标记108，109，110和111的图像光照过度。
相反，在标记107，112和113的图像中，所属的梯度117和119是上升或下降的，即它们的梯度不为零。因此在标记107，112，113中它们的成像的光学的重心由于不均匀的照明被移动。这尤其适用于附加地也光照过度的标记112。因此标记107，112和113在评价中不被考虑。
在图4和5中，为了更好地说明，只示出一个惟一的经由标记104-114的剖面A-B。但是图像背景的强度的评价必须沿着标记104-114的范围在更多的位置上，例如在每个标记104-114的许多径向剖面上，进行，在此情况下，为了有意义地评价背景强度，至少需要两个以90度相互相对错位的剖面。
最佳的是一种背景强度的评价，其中，背景强度的评价不仅在标记的范围的各个单独的点或剖面上实施，而且该标记被连续地(例如通过数学函数)成像和评价。
图6示出一种具有光学地不同特色的界限21的测量板20的示例。在图6示出的示例中，光学地不同特色的界限21可以由条形码构成并且可以以这种方式传递附加的信息和尤其明确地识别测量板20。但是光学地不同特色的界限21也可以由简单的线条或简单的图案形成，其不含有附加的信息。
通过测量板20的光学地不同特色的界限21，对于用于评价由至少一个测量装置30记录的图像的算法，可以便于明确地识别图像内的测量板20。

Claims (15)

1.用于机动车测量，尤其是用于确定机动车(10)的至少一个车轮(15，16)的角度位置的装置(30)，具有至少一个测量装置(12)，所述测量装置具有至少一个被设计用于记录图像的摄像装置(31，32)，其中，记录的图像包含至少一个标记(22)的成像，所述标记与机动车(10)的车轮(15，16)处于固定的几何关系，和
评价单元(13)，所述评价单元被设计用于评价由至少一个测量装置(12)记录的图像，
其特征在于，评价单元(13)被设计用于，除了至少一个标记(22)的成像以外，也评价包围相应的标记(22)的背景区域的照明强度。
2.根据权利要求1所述的装置（30），其附加地具有至少一个光学的投影装置(23)，所述投影装置被设计用于将至少一个标记(22)投射到机动车(10)上，尤其是到机动车(10)的至少一个车轮(15，16)上。
3.根据权利要求1或2所述的装置（30），其附加地具有至少一个可安装在机动车(10)的车轮(15，16)上的测量板(20)，其中，在所述至少一个测量板(20)上构成至少一个标记(22)。
4.根据权利要求3所述的装置（30），其中，在至少一个测量板(20)上的至少一个标记(22)以无光泽的、漫射地反射的颜色和/或以无光泽的、漫射地反射的表面结构构造。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置（30），其中，所述标记的相应的环境区域具有不均匀的照明强度，所述装置(30)设置成，依据所述不均匀的照明强度修正标记(22)的图像的照明强度并且在进一步评价中考虑所述修正的图像。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置（30），其中，所述至少一个标记(22)具有光学地不同特色的界限。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置（30），其中，所述评价单元(13)被设计用于，在进一步评价时不考虑标记(22)的图像，它们的包围相应的标记(22)的背景区域具有不均匀的照明强度。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置（30），其中，所述标记(22)的包围相应的标记(22)的背景区域具有不均匀的照明强度，所述评价单元(13)被设计用于，依据所述背景区域的所述不均匀的照明强度修正所述标记(22)的图像的照明强度并且在进一步评价时考虑所述修正的图像。
9.用于机动车测量，尤其是用于确定机动车(10)的至少一个车轮(15，16)的角度位置的方法，具有步骤：
记录图像，其中，记录的图像包含至少一个标记(22)的成像，所述标记与机动车(10)的车轮(15，16)处于固定的几何关系，和
评价由至少一个测量装置(12)记录的图像，
其特征在于，图像的评价包括，除了至少一个标记(22)的成像以外，也评价包围相应的标记(22)的背景区域的照明强度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，图像的记录包括，分析至少一个第一记录的图像的照明强度和记录至少另一个图像，其中，在记录至少另一个图像时曝光时间和/或光圈被如此地适配，在另一个记录的图像中可以看见尽可能最大数量的标记(22)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述方法包括，将至少一个标记(22)光学地投射到机动车(10)上，尤其是到机动车(10)的至少一个车轮(15，16)上。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述方法包括，将至少一个测量板(20)安装在机动车(10)的至少一个车轮(15，16)上，在所述测量板上构成至少一个标记(22)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，所述方法包括，在进一步评价时不考虑标记(22)的图像，所述标记的相应的环境区域具有不均匀的照明强度。
14.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，所述方法包括，所述标记的相应的环境区域具有不均匀的照明强度，依据所述不均匀的照明强度修正所述标记(22)的图像的照明强度并且在进一步评价时考虑所述修正的图像。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法包括，分析全部可看见的标记(22)的环境区域的照明强度和依据它们的相应的环境区域的光照强度修正全部可看见的标记(22)的光照强度。
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