CN106813599B - 汽车摄像测量组件与汽车三维四轮定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车摄像测量组件，汽车三维四轮定位方法及系统，该方法包括：当检测到测量指令时，选取与立体标志对应的第一类相机拍摄并提取立体标志的位置信息，以获取车轮轴距并得到各相机，相应线激光器的位置信息；将前后轮测量装置中除与立体标志对应的其他相机作为第二类相机，根据各相机，相应线激光器的位置信息，获取对应线激光器投射的激光线的位置信息以建立测量平面；基于该测量平面获取车轮平面的坐标信息，当汽车方向盘旋转相应角度时，基于不同车轮平面的坐标信息获取车轮平面旋转主销的坐标信息，以获取四轮定位参数的取值。本发明旨在解决现有技术中无法实现快速测量四轮定位参数检测时，检测操作过程复杂的技术问题。

Description

汽车摄像测量组件与汽车三维四轮定位方法及系统

技术领域

本发明涉及汽车检测技术领域，尤其涉及一种汽车摄像测量组件与汽车三维四轮定位方法及系统。

背景技术

随着科技的发展与进步，普通人的汽车保有量持续增加，对汽车检测技术也相应提出了更高的要求，作为车辆检测的一项重要内容，四轮定位参数主要包括：前束角角Toe(车轮中心线与车辆几何中心线之间的夹角)、外倾角Camber(车轮旋转平面与车辆纵向垂直面的夹角)、主销内倾角SAI(在汽车横向平面内转向结主销轴线与铅轴线的夹角)及主销后倾角Caster(在汽车纵向垂直平面内转向结主销轴线与铅垂线的夹角)等。

四轮定位参数的检测对整车的安全性与可靠性的影响举足轻重，主销后倾角和内倾角将直接影响到车辆的回正性、直线行驶稳定性和高速制动时方向稳定性、转向轻便性；前轮的外倾角和前束角值的不合理匹配将直接影响到前轮的侧滑和异常磨耗，后倾角和前束角值是否合理还将直接影响到前轮的摆振，导致车辆操纵稳定性变坏及增加有关零部件载荷，摆振严重时也会影响到车辆的平顺性和安全性。

现有技术中四轮定位参数的检测一般是通过在汽车轮毂上安装夹具，在夹具上安装标定板，然后用举升机将汽车举到一定高度，再旋转方向盘，通过摄像头测试标定盘相应转过的角度才能测出定位参数，由于测量头在车轮的位置准确度全靠夹具保证，如果测量头定位不准，则测得的四轮定位参数值就不准，因此夹具安装的精度将直接影响测量的结果。而夹具结构设计要求能适用于不同材料、不同规格的轮辋，既要卡牢不变形，又要保证测量头与车轮的同轴度，还必须进行轮辋失圆补偿，且需要将汽车举升，因而存在检测操作十分复杂，要求高，无法实现快速测量，难以在汽车总装线上得到推广的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种汽车摄像测量组件与汽车三维四轮定位方法及系统，旨在解决现有技术中在对车辆进行四轮定位参数检测时，检测操作过程复杂，准确度易受影响，无法实现快速测量，以致难以在汽车总装线上得到推广的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种汽车摄像测量组件，所述汽车摄像测量组件包括相互通信连接的前后轮测量装置和控制装置，所述前后轮测量装置包括至少四个摄像子装置，所述摄像子装置分设于预置测量区中汽车第一横向对轮和第二横向对轮对应区域；与第一横向对轮对应的摄像子装置包括用于检测立体标志的第一相机，以及检测第一横向对轮的第二相机和第一类线激光器；与第二横向对轮对应的摄像子装置包括立体标志，以及用于检测第二横向对轮的第三相机和第二线激光器。

优选地，所述汽车摄像测量组件还包括滑动轨道，所述与第二横向对轮对应的摄像子装置设置于滑动轨道上以沿着滑动轨道往返运动。

本发明还提供一种汽车三维四轮定位方法，汽车摄像测量组件包括相互通信连接的前后轮测量装置，所述前后轮测量装置包括至少四个摄像子装置，与第一横向对轮对应的摄像子装置包括用于检测立体标志的第一相机，以及检测第一横向对轮的第二相机和第一类线激光器；与第二横向对轮对应的摄像子装置包括立体标志，以及用于检测第二横向对轮的第三相机和第二线激光器，将第一相机作为第一类相机，第二相机与第三相机作为第二类相机，

所述汽车三维四轮定位方法包括：

当检测到测量指令时，选取第一类相机拍摄并提取立体标志的位置信息，以获取车轮轴距并基于车轮轴距得到各相机，相应线激光器的位置信息；

根据各相机，相应线激光器的位置信息，获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面；

基于所述测量平面获取车辆车轮平面的坐标信息，当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面的坐标信息获取车轮平面旋转主销的坐标信息，以获取四轮定位参数的取值。

优选地，第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，所述根据各相机，相应线激光器的位置信息，获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面步骤包括：

根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮毂的激光线的位置信息与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮毂交点的位置信息；

基于所述各激光线与车轮轮毂交点的位置信息拟合建立测量平面。

优选地，第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，所述基于所述测量平面获取车辆车轮平面与车轮平面旋转主销的坐标信息步骤包括：

根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮胎表面与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮胎表面交点的位置信息；

基于所述测量平面获取该各激光线对应平面的切平面信息，并将该切平面作为车轮平面。

优选地，四轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角，所述当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面的坐标信息获取车轮平面旋转主销的坐标信息，以获取四轮定位参数的取值步骤包括：

根据汽车初始状态下初始车轮平面方程，获取汽车初始平面法向量；

当汽车方向盘旋转相应角度时，获取旋转后车轮平面对应旋转平面法向量，旋转后车轮平面提供至少两个独立方向的旋转平面法向量；

基于初始平面法向量与各个旋转平面法向量得到车轮平面旋转主销的坐标信息，并根据旋转主销的坐标信息求取主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角。

优选地，所述当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面与车轮平面旋转主销的坐标信息获取四轮定位参数的取值步骤之后包括：

基于所述测量平面获取的四轮定位参数的取值调整汽车相应结构。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种汽车三维四轮定位系统，汽车摄像测量组件包括相互通信连接的前后轮测量装置，所述前后轮测量装置包括至少四个摄像子装置，与第一横向对轮对应的摄像子装置包括用于检测立体标志的第一相机，以及检测第一横向对轮的第二相机和第一类线激光器；与第二横向对轮对应的摄像子装置包括立体标志，以及用于检测第二横向对轮的第三相机和第二线激光器，将第一相机作为第一类相机，第二相机与第三相机作为第二类相机，

所述汽车三维四轮定位系统包括：

检测模块，用于当检测到测量指令时，选取第一类相机拍摄并提取立体标志的位置信息，以获取车轮轴距并基于车轮轴距得到各相机，相应线激光器的位置信息；

第一获取模块，用于根据各相机，相应线激光器的位置信息，获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面；

第二获取模块，用于基于所述测量平面获取车辆车轮平面的坐标信息，当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面的坐标信息获取车轮平面旋转主销的坐标信息，以获取四轮定位参数的取值。

优选地，第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，所述第一获取模块包括：

第一获取单元，用于根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮毂的激光线的位置信息与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮毂交点的位置信息；

建立单元，用于基于所述各激光线与车轮轮毂交点的位置信息拟合建立测量平面。

优选地，第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，所述第二获取模块包括：

第二获取单元，用于根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮胎表面与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮胎表面交点的位置信息；

第三获取单元，用于基于所述测量平面获取该各激光线对应平面的切平面信息，并将该切平面作为车轮平面。

优选地，四轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角，所述第二获取模块还包括：

第四获取单元，用于根据汽车初始状态下初始车轮平面方程，获取汽车初始平面法向量；

第五获取单元，用于当汽车方向盘旋转相应角度时，获取旋转后车轮平面对应旋转平面法向量，旋转后车轮平面提供至少两个独立方向的旋转平面法向量；

求取单元，用于基于初始平面法向量与各个旋转平面法向量得到车轮平面旋转主销的坐标信息，并根据旋转主销的坐标信息求取主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角。

优选地，所述汽车三维四轮定位系统还包括：

调整模块，用于基于所述测量平面获取的四轮定位参数的取值调整汽车相应结构。

本发明通过当检测到测量指令时，选取第一类相机拍摄并提取立体标志的位置信息，以获取车轮轴距并基于车轮轴距得到各相机，相应线激光器的位置信息；根据各相机，相应线激光器的位置信息，获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面；基于所述测量平面获取车辆车轮平面的坐标信息，当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面的坐标信息获取车轮平面旋转主销的坐标信息，以获取四轮定位参数的取值。由于本申请在汽车驶入后不用托举汽车，直接通过计算机测量软件控制汽车方向盘旋转相应角度并通过相应汽车摄像测量组件获取得到汽车四轮定位参数，操作简单便捷，准确度高，且能实现快速测量，易推广。

附图说明

图1为本发明汽车三维四轮定位方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明汽车三维四轮定位方法第二实施例中根据各相机，相应线激光器的位置信息，获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面步骤的细化流程示意图；

图3为本发明汽车三维四轮定位系统第一实施例的功能模块示意图；

图4为本发明汽车三维四轮定位系统第二实施例中第一获取模块的细化功能模块示意图；

图5为本发明摄像测量组件的示意图；

图6为本发明汽车三维四轮定位系统(汽车一侧)立体示意图；

图7为本发明前后轮测量装置中线激光器与相机的布设关系示意图；

图8为本发明第一类、第二类标定所用立体标志的示意图；

图9为本发明第五类标定所用标志的示意图；

图10为本发明系统和方法具体实施的流程示意图；

图11为主销后倾角定义示意图；

图12为主销内倾角定义示意图；

图13为主销方向矢量在YZ平面投影示意图；

图14主销方向矢量在ZX平面投影示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做持续说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种一种汽车摄像测量组件，所述汽车摄像测量组件包括相互通信连接的前后轮测量装置和控制装置，所述前后轮测量装置包括至少四个摄像子装置，如图所述摄像子装置分设于预置测量区中汽车第一横向对轮和第二横向对轮对应区域；与第一横向对轮对应的摄像子装置包括用于检测立体标志的第一相机，以及检测第一横向对轮的第二相机和第一类线激光器；与第二横向对轮对应的摄像子装置包括立体标志，以及用于检测第二横向对轮的第三相机和第二线激光器。

为实施该测量方法，设计了完整的汽车摄像测量组件，为方便理解，用以具体实施例说明，如图5所示，本发明的摄像测量组件可由2个汽车前轮测量装置、2个汽车后轮测量装置等组成、其中控制装置可是1个交换机、1台计算机构成，为适应待测汽车的轴距变化，后轮测量子装置可安装在滑槽上，以实现前后移动。另外，本申请中第一横向对轮和第二横向对轮可根据车辆方向盘作为基准划分，如距离车辆方向盘最近的两车轮作为第一横向对轮，车辆其他两轮作为第二横向对轮。

前后轮测量装置包括所述前后轮测量装置包括至少四个摄像子装置，摄像子装置包括相机，立体标志，线激光器，摄像子装置如图7所示，相机如图5中1，2，3，4，5，6所示，立体标志如图5中B1，B2所示，其中前轮测量装置主要由1台相机、1个立体标志、若干组线激光投射器等组成，后轮测量子装置主要由2台相机、1个反射镜、若干组线激光投射器组成。后轮测量子装置中一台相机用于拍摄投射在车轮上的激光线，另外一台相机用于拍摄前轮测量装置的立体标志，用于拍摄前轮测量装置的立体标志的相机为第一相机，如图5中相机5拍摄立体标志1、相机6拍摄立体标志2，相机5与相机6是一相机，前、后轮测量装置组成和功能可以互换，如前轮测量子装置主要由2台相机、若干组线激光投射器组成，而后轮测量子装置主要由1台相机、1个立体标志、若干组线激光投射器等组成，线激光投射器与相机(摄像机)的布设关系示意图如图7所示，前轮测量子装置其中1台相机用于拍摄投射在车轮上的激光线，另外一台相机用于拍摄后轮测量单元的立体标志，其中汽车前后轮测量装置可设置反射镜，使用反射镜的主要目的是增加物距，增加镜头焦距，减小镜头畸变，进而提高系统测量精度。

进一步地，在本发明汽车摄像测量组件的基础上，提供汽车摄像测量组件的第二实施例，在第二实施例中，所述汽车摄像测量组件还包括滑动轨道，所述与第二横向对轮对应的摄像子装置设置于滑动轨道上以沿着滑动轨道往返运动。

如图5所示，本发明的摄像测量组件还包括滑动轨道如滑槽等，与第二横向对轮对应的摄像子装置设置于滑动轨道上以沿着滑动轨道往返运动，以能够适应于不同长度车辆的测量，使该组件应用范围更广。

本发明提供一种汽车三维四轮定位方法，在本发明汽车三维四轮定位方法的第一实施例中，汽车摄像测量组件包括汽车前后轮测量装置，前后轮测量装置包括相机，立体标志，线激光器，线激光器分别向对应车轮投射激光线，相机提取线激光器投射到车轮的激光线的位置信息，参照图1，该汽车三维四轮定位方法包括：

步骤S10，当检测到测量指令时，选取与立体标志对应的第一类相机拍摄并提取立体标志的位置信息，以获取车轮轴距并基于车轮轴距得到各相机，相应线激光器的位置信息；

在测量之前，需要对系统进行标定，用以具体实施例说明，如图5所示，本系统所涉及的标定主要有：第一类标定：相机1－相机6的内参数标定，内参数包括主点、等效焦距和镜头畸变；第二类标定：相机1－相机4的相机坐标系与对应激光线之间关系的标定；第三类标定：相机5与相机3、相机6与相机4的坐标关系标定；第四类标定：立体标志B1和相机1、立体标志B2和相机2的坐标关系标定；第五类标定：相机1与相机2的坐标关系标定。所谓立体标志是指由不共面的易识别标志(如：圆标志、十字丝标志或者对顶角标志)组成的标志体，以上标定中除图5中立体标志B1和B2之外，立体标志还可如图8、图9所示，对系统进行标定过程除首次安装使用前必须实施外，可以间隔预设时间(如半年或者一年)实施一次。

汽车使入后，根据汽车轴距调整后轮测量装置，使前后轮测量装置位置与前后轮胎位置保持一致，当检测到测量指令时，计算机上3D(三维)四轮定位测量软件运行，前后后轮测量装置中各相机，线激光器开始工作，控制与立体标志对应的第一类相机首先拍摄并提取立体标志的位置信息，如图5所示，第一类相机为相机5与相机6，然后根据光学透视成像原理计算出相机5与立体标志B1、相机6与立体标志B2之间的位置关系，进而得到各相机，相应线激光器的位置信息或者各相机，相应线激光器的相关位置信息。

步骤S20，将前后轮测量装置中除与立体标志对应的其他相机作为第二类相机，根据各相机，相应线激光器的位置信息，获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面；

将前后轮测量装置中除与立体标志对应的其他相机作为第二类相机，如图5中相机5对应拍摄立体标志B1、相机6对应拍摄立体标志B2，因而相机1，相机1，相机2，相机3，相机4为第二类相机，由于步骤S10中获取得到各相机，相应线激光器的位置信息，根据各相机，相应线激光器的位置信息，可获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面，具体过程如下，相机1－相机4以及对应的线激光器开始工作，线激光器与相机的布设关系示意图如图8所示，线激光器向轮胎轮毂投射激光线后，相机采集轮胎图像，从采集的图像中提取每条激光线与轮毂的交点，结合第二类标定所标定出的相机与线激光平面的关系，即可以建立一个平面，即测量平面。同时，由四个车轮的轴心可以容易确定出汽车的轴线方向，即轴向，获得测量平面和轴向后，就可以建立基准坐标系O—XYZ，也四轮定位系统的全局坐标系，O为四个轴心的中心点，XYZ对应的平面为测量平面。

步骤S30，基于所述测量平面获取车辆车轮平面的坐标信息，当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面的坐标信息获取车轮平面旋转主销的坐标信息，以获取四轮定位参数的取值。

旋转主销指车轮转动时所绕的轴线，基于所述测量平面获取初始状态下车辆车轮平面的坐标信息，特别地，汽车方向盘旋转以初始状态下为基准，当汽车方向盘旋转相应角度时，向左右旋转的角度相同，但是方向不同，因而每次旋转，根据旋转后平面可以提供两个相对独立的方向，旋转后由于车轮平面坐标信息发生变化，因而车轮平面的法向量发生变化，基于初始状态下车轮平面方程与旋转后的车轮平面与对应法向方程可以获取旋转主销的坐标信息，基于四轮定位参数的定义求取各个参数的取值，具体实施的流程示意图如图10所示。

在本实施例中，通过当检测到测量指令时，选取与立体标志对应的第一类相机拍摄并提取立体标志的位置信息，以获取车轮轴距并基于车轮轴距得到各相机，相应线激光器的位置信息；将前后轮测量装置中除与立体标志对应的其他相机作为第二类相机，根据各相机，相应线激光器的位置信息，获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面；基于所述测量平面获取车辆车轮平面的坐标信息，当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面的坐标信息获取车轮平面旋转主销的坐标信息，以获取四轮定位参数的取值。由于本申请在汽车驶入后不用托举汽车，直接通过计算机测量软件控制汽车方向盘旋转相应角度并通过相应汽车摄像测量组件获取得到汽车四轮定位参数，操作简单便捷，准确度高，且能实现快速测量，易推广，因而能够解决现有技术中在对车辆进行四轮定位参数检测时，检测操作过程复杂，准确度易受影响，无法实现快速测量，以致难以在汽车总装线上得到推广的技术问题。

进一步地，在本发明汽车三维四轮定位方法的第一实施例的基础上，提供汽车三维四轮定位方法第二实施例，在第二实施例中，参照图2，步骤S20包括：

步骤S21，根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮毂的激光线的位置信息与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮毂交点的位置信息；

步骤S22，基于所述各激光线与车轮轮毂交点的位置信息拟合建立测量平面。

由于第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，因而当相机采集对应线激光器投射到车轮轮毂的激光线后，相机采集车轮轮毂图像，并结合第二类标定所标定出的相机与线激光平面的关系，从车轮轮毂图像中高精度提取车轮轮毂位置信息，并从相机采集的车轮轮毂图像中提取每条激光线与轮毂的交点，进而利用这些交点拟合出一个空间圆，该空间圆圆心定义为车轮的“轴心”，四个轮胎的轴心即可以建立一个平面，即测量平面。

在本实施例中，通过根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮毂的激光线的位置信息与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮毂交点的位置信息；基于所述各激光线与车轮轮毂交点的位置信息拟合建立测量平面。此过程由于准确建立测量平面，因而为准确检测四轮定位参数提供基础支持，且此过程不需要托举车辆，使得测量更为简单便捷。

进一步地，在本发明汽车三维四轮定位方法的第二实施例的基础上，提供汽车三维四轮定位方法第三实施例，在第三实施例中，第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，所述基于所述测量平面获取车辆车轮平面与车轮平面旋转主销的坐标信息步骤包括：

根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮胎表面与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮胎表面交点的位置信息；

基于所述测量平面获取该各激光线对应平面的切平面信息，并将该切平面作为车轮平面。

由于第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，因而当相机采集对应线激光器投射到车轮轮胎表面的激光线后，相机采集车轮轮胎表面图像，从车轮轮胎图像中高精度提取车轮轮胎表面位置信息，结合第二类标定所标定出的相机与线激光平面的关系，得到多条投射到车轮轮胎表面的激光线的三维空间坐标，基于所述测量平面进一步求取以上多条投射到车轮轮胎表面三维空间激光线的切平面即可得到车轮平面信息。

在本实施例中，通过根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮胎表面与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮胎表面交点的位置信息；基于所述测量平面获取该各激光线对应平面的切平面信息，并将该切平面作为车轮平面。由于基于所述测量平面准确获取车轮平面的坐标信息，因而为准确检测四轮定位参数奠定基础。

进一步地，在本发明汽车三维四轮定位方法的第一实施例的基础上，提供汽车三维四轮定位方法第四实施例，在第四实施例中，四轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角，所述当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面的坐标信息获取车轮平面旋转主销的坐标信息，以获取四轮定位参数的取值步骤包括：

根据汽车初始状态下初始车轮平面方程，获取汽车初始平面法向量；

当汽车方向盘旋转相应角度时，获取旋转后车轮平面对应旋转平面法向量，旋转后车轮平面提供至少两个独立方向的旋转平面法向量；

基于初始平面法向量与各个旋转平面法向量得到车轮平面旋转主销的坐标信息，并根据旋转主销的坐标信息求取主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角。

由于在之前步骤中获取初始状态下初始车轮平面的坐标信息，因而根据初始车轮平面方程可以得到初始平面法向量[x y z]^T为车轮平面的坐标信息且已获取，l₀为常量，假设表示第m次旋转后对应轮胎平面法向，平面绕主销旋转角度为θ，则旋转后的平面法向量方程为：

如果旋转了m次，每次旋转，根据旋转后平面的法向，可以提供2两个相对独立的方向，未知数分别为θ₁,θ₂,…,θ_m，以及旋转轴的两个方向矢量共计m+2个未知数。因此，当2m≥m+2的时候，方程可以求解，此时m≥2，因而至转动初始轮胎平面两次后，可求解假设表示第m次旋转后对应轮胎平面法向，因此，满足方程组

通过求解该方程组，即可求得

为主销的坐标信息，即主销(即车轮平面旋转轴)在O—XYZ坐标系中的方向矢量为且n_z>0。则在YZ平面的投影如图13所示。因此，主销后倾角α计算公式为：α＝-tan^-1(n_y/n_z)，(图11主销后倾角定义示意图)。在ZX平面的投影如图14所示。因此，主销内倾角β计算公式为：β＝-tan^-1(n_x/n_z)，(图12主销后倾角定义示意图)，则前束角角θ_Toe计算公式为：外倾角θ_Camber计算公式为：θ_Camber＝arccosn_z，即求得四轮定位参数的取值，上述公式可由软件获取。

在本实施例中，通过根据汽车初始状态下初始车轮平面方程，获取汽车初始平面法向量；当汽车方向盘旋转相应角度时，获取旋转后车轮平面对应旋转平面法向量，旋转后车轮平面提供至少两个独立方向的旋转平面法向量；基于初始平面法向量与各个旋转平面法向量得到车轮平面旋转主销的坐标信息，并根据旋转主销的坐标信息求取主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角。由于根据各公式准确快速求取四轮定位参数的取值，因而能够根据车辆的四轮定位参数的取值调整汽车结构。

进一步地，在本发明汽车三维四轮定位方法的第一实施例的基础上，提供汽车三维四轮定位方法第五实施例，在第五实施例中，所述步骤S30之后包括：

基于所述测量平面获取前后车轮的轴距，并根据轴距与四轮定位参数的取值调整汽车相应结构。

基于所述测量平面获取前后车轮的轴距，并根据轴距与四轮定位参数的取值调整汽车相应结构，汽车相应结构包括汽车各轮胎等。

在本实施例中，通过基于所述测量平面获取前后车轮的轴距，并根据轴距与四轮定位参数的取值调整汽车相应结构。因而能够在检测操作后及时调整汽车结构，以使汽车符合要求。

本发明提供一种汽车三维四轮定位系统，在本发明汽车三维四轮定位系统的第一实施例中，参照图3，该汽车三维四轮定位系统包括：

检测模块10，用于当检测到测量指令时，选取与立体标志对应的第一类相机拍摄并提取立体标志的位置信息，以获取车轮轴距并基于车轮轴距得到各相机，相应线激光器的位置信息；

在测量之前，需要对系统进行标定，用以具体实施例说明，如图5所示，本系统所涉及的标定主要有：第一类标定：相机1－相机6的内参数标定，内参数包括主点、等效焦距和镜头畸变；第二类标定：相机1－相机4的相机坐标系与对应激光线之间关系的标定；第三类标定：相机5与相机3、相机6与相机4的坐标关系标定；第四类标定：立体标志B1和相机1、立体标志B2和相机2的坐标关系标定；第五类标定：相机1与相机2的坐标关系标定。所谓立体标志是指由不共面的易识别标志(如：圆标志、十字丝标志或者对顶角标志)组成的标志体，以上标定中除图5中立体标志B1和B2之外，立体标志还可如图8、图9所示，对系统进行标定过程除首次安装使用前必须实施外，可以间隔预设时间(如半年或者一年)实施一次。

汽车使入后，根据汽车轴距调整后轮测量装置，使前后轮测量装置位置与前后轮胎位置保持一致，当检测到测量指令时，计算机上3D(三维)四轮定位测量软件运行，前后后轮测量装置中各相机，线激光器开始工作，控制与立体标志对应的第一类相机首先拍摄并提取立体标志的位置信息，如图5所示，第一类相机为相机5与相机6，然后根据光学透视成像原理计算出相机5与立体标志B1、相机6与立体标志B2之间的位置关系，进而得到各相机，相应线激光器的位置信息或者各相机，相应线激光器的相关位置信息。

第一获取模块20，用于将前后轮测量装置中除与立体标志对应的其他相机作为第二类相机，根据各相机，相应线激光器的位置信息，获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面；

将前后轮测量装置中除与立体标志对应的其他相机作为第二类相机，如图5中相机5对应拍摄立体标志B1、相机6对应拍摄立体标志B2，因而相机1，相机1，相机2，相机3，相机4为第二类相机，由于步骤S10中获取得到各相机，相应线激光器的位置信息，根据各相机，相应线激光器的位置信息，可获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面，具体过程如下，相机1－相机4以及对应的线激光器开始工作，线激光器与相机的布设关系示意图如图8所示，线激光器向轮胎轮毂投射激光线后，相机采集轮胎图像，从采集的图像中提取每条激光线与轮毂的交点，结合第二类标定所标定出的相机与线激光平面的关系，即可以建立一个平面，即测量平面。同时，由四个车轮的轴心可以容易确定出汽车的轴线方向，即轴向，获得测量平面和轴向后，就可以建立基准坐标系O—XYZ，也四轮定位系统的全局坐标系，O为四个轴心的中心点，XYZ对应的平面为测量平面。

第二获取模块30，用于基于所述测量平面获取车辆车轮平面的坐标信息，当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面的坐标信息获取车轮平面旋转主销的坐标信息，以获取四轮定位参数的取值。

旋转主销指车轮转动时所绕的轴线，基于所述测量平面获取初始状态下车辆车轮平面的坐标信息，特别地，汽车方向盘旋转以初始状态下为基准，当汽车方向盘旋转相应角度时，向左右旋转的角度相同，但是方向不同，因而每次旋转，根据旋转后平面可以提供两个相对独立的方向，旋转后由于车轮平面坐标信息发生变化，因而车轮平面的法向量发生变化，基于初始状态下车轮平面方程与旋转后的车轮平面与对应法向方程可以获取旋转主销的坐标信息，基于四轮定位参数的定义求取各个参数的取值，具体实施的流程示意图如图10所示。

在本实施例中，通过检测模块10，用于当检测到测量指令时，选取与立体标志对应的第一类相机拍摄并提取立体标志的位置信息，以获取车轮轴距并基于车轮轴距得到各相机，相应线激光器的位置信息；第一获取模块20，用于将前后轮测量装置中除与立体标志对应的其他相机作为第二类相机，根据各相机，相应线激光器的位置信息，获取第二类相机对应线激光器投射到车轮的激光线的位置信息以建立测量平面；第二获取模块30，用于基于所述测量平面获取车辆车轮平面的坐标信息，当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面的坐标信息获取车轮平面旋转主销的坐标信息，以获取四轮定位参数的取值。由于本申请在汽车驶入后不用托举汽车，直接通过计算机测量软件控制汽车方向盘旋转相应角度并通过相应汽车摄像测量组件获取得到汽车四轮定位参数，操作简单便捷，准确度高，且能实现快速测量，易推广，因而能够解决现有技术中在对车辆进行四轮定位参数检测时，检测操作过程复杂，准确度易受影响，无法实现快速测量，以致难以在汽车总装线上得到推广的技术问题。

进一步地，在本发明汽车三维四轮定位系统的第一实施例的基础上，提供汽车三维四轮定位系统第二实施例，在第二实施例中，参照图4，所述第一获取模块20包括：

第一获取单元21，用于根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮毂的激光线的位置信息与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮毂交点的位置信息；

建立单元22，用于基于所述各激光线与车轮轮毂交点的位置信息拟合建立测量平面。

由于第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，因而当相机采集对应线激光器投射到车轮轮毂的激光线后，相机采集车轮轮毂图像，并结合第二类标定所标定出的相机与线激光平面的关系，从车轮轮毂图像中高精度提取车轮轮毂位置信息，并从相机采集的车轮轮毂图像中提取每条激光线与轮毂的交点，进而利用这些交点拟合出一个空间圆，该空间圆圆心定义为车轮的“轴心”，四个轮胎的轴心即可以建立一个平面，即测量平面。

在本实施例中，通过第一获取单元21，用于根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮毂的激光线的位置信息与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮毂交点的位置信息；建立单元22，用于基于所述各激光线与车轮轮毂交点的位置信息拟合建立测量平面。此过程由于准确建立测量平面，因而为准确检测四轮定位参数提供基础支持，且此过程不需要托举车辆，使得测量更为简单便捷。

进一步地，在本发明汽车三维四轮定位系统的第二实施例的基础上，提供汽车三维四轮定位系统第三实施例，在第三实施例中，第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，所述第二获取模块包括：

第二获取单元，用于根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮胎表面与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮胎表面交点的位置信息；

第三获取单元，用于基于所述测量平面获取该各激光线对应平面的切平面信息，并将该切平面作为车轮平面。

由于第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，因而当相机采集对应线激光器投射到车轮轮胎表面的激光线后，相机采集车轮轮胎表面图像，从车轮轮胎图像中高精度提取车轮轮胎表面位置信息，结合第二类标定所标定出的相机与线激光平面的关系，得到多条投射到车轮轮胎表面的激光线的三维空间坐标，基于所述测量平面进一步求取以上多条投射到车轮轮胎表面三维空间激光线的切平面即可得到车轮平面信息。

在本实施例中，通过第二获取单元，用于根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮胎表面与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮胎表面交点的位置信息；第三获取单元，用于基于所述测量平面获取该各激光线对应平面的切平面信息，并将该切平面作为车轮平面。由于基于所述测量平面准确获取车轮平面的坐标信息，因而为准确检测四轮定位参数奠定基础。

进一步地，在本发明汽车三维四轮定位系统的第一实施例的基础上，提供汽车三维四轮定位系统第四实施例，在第四实施例中，四轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角，所述所述第二获取模块还包括：

第四获取单元，用于根据汽车初始状态下初始车轮平面方程，获取汽车初始平面法向量；

第五获取单元，用于当汽车方向盘旋转相应角度时，获取旋转后车轮平面对应旋转平面法向量，旋转后车轮平面提供至少两个独立方向的旋转平面法向量；

求取单元，用于基于初始平面法向量与各个旋转平面法向量得到车轮平面旋转主销的坐标信息，并根据旋转主销的坐标信息求取主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角。

由于在之前步骤中获取初始状态下初始车轮平面的坐标信息，因而根据初始车轮平面方程可以得到初始平面法向量[x y z]^T为车轮平面的坐标信息且已获取，l0为常量，假设表示第m次旋转后对应轮胎平面法向，平面绕主销旋转角度为θ，则旋转后的平面法向量方程为：

如果旋转了m次，每次旋转，根据旋转后平面的法向，可以提供2两个相对独立的方向，未知数分别为θ₁,θ₂,…,θ_m，以及旋转轴的两个方向矢量共计m+2个未知数。因此，当2m≥m+2的时候，方程可以求解，此时m≥2，因而至转动初始轮胎平面两次后，可求解假设表示第m次旋转后对应轮胎平面法向，因此，满足方程组

通过求解该方程组，即可求得

为主销的坐标信息，即主销(即车轮平面旋转轴)在O—XYZ坐标系中的方向矢量为且n_z>0。则在YZ平面的投影如图13所示。因此，主销后倾角α计算公式为：α＝-tan^-1(n_y/n_z)，(图11主销后倾角定义示意图)。在ZX平面的投影如图14所示。因此，主销内倾角β计算公式为：β＝-tan^-1(n_x/n_z)，(图12主销后倾角定义示意图)，则前束角角θ_To_e计算公式为：外倾角θ_Camber计算公式为：θ_Camber＝arccosn_z，即求得四轮定位参数的取值，上述公式可由软件获取。

在本实施例中，通过第四获取单元，用于根据汽车初始状态下初始车轮平面方程，获取汽车初始平面法向量；第五获取单元，用于当汽车方向盘旋转相应角度时，获取旋转后车轮平面对应旋转平面法向量，旋转后车轮平面提供至少两个独立方向的旋转平面法向量；求取单元，用于基于初始平面法向量与各个旋转平面法向量得到车轮平面旋转主销的坐标信息，并根据旋转主销的坐标信息求取主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角。由于根据各公式准确快速求取四轮定位参数的取值，因而能够根据车辆的四轮定位参数的取值调整汽车结构。

进一步地，在本发明汽车三维四轮定位系统的第一实施例的基础上，提供汽车三维四轮定位系统第五实施例，在第五实施例中，所述汽车三维四轮定位系统还包括：

调整模块，用于基于所述测量平面获取前后车轮的轴距，并根据轴距与四轮定位参数的取值调整汽车相应结构。

基于所述测量平面获取前后车轮的轴距，并根据轴距与四轮定位参数的取值调整汽车相应结构，汽车相应结构包括汽车各轮胎等。

在本实施例中，通过调整模块，用于基于所述测量平面获取前后车轮的轴距，并根据轴距与四轮定位参数的取值调整汽车相应结构。因而能够在检测操作后及时调整汽车结构，以使汽车符合要求。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种汽车摄像测量组件，其特征在于，所述汽车摄像测量组件包括相互通信连接的前后轮测量装置和控制装置，其中，所述前后轮测量装置中设置反射镜，以增加物距，增加镜头焦距，减小镜头畸变，所述前后轮测量装置包括至少四个摄像子装置，所述摄像子装置分设于预置测量区中汽车第一横向对轮和第二横向对轮对应区域；与第一横向对轮对应的摄像子装置包括用于检测立体标志的第一相机，以及检测第一横向对轮的第二相机和第一类线激光器；与第二横向对轮对应的摄像子装置包括立体标志，以及用于检测第二横向对轮的第三相机和第二线激光器，其中，第二相机和第一类线激光器之间，第三相机和第二线激光器之间对应存在预设标定关系，所述汽车摄像测量组件还包括滑动轨道，所述与第二横向对轮对应的摄像子装置设置于滑动轨道上以沿着滑动轨道往返运动。

2.一种汽车三维四轮定位方法，其特征在于，四轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角，汽车摄像测量组件包括相互通信连接的前后轮测量装置，其中，所述前后轮测量装置中设置反射镜，以增加物距，增加镜头焦距，减小镜头畸变，所述前后轮测量装置包括至少四个摄像子装置，与第一横向对轮对应的摄像子装置包括用于检测立体标志的第一相机，以及检测第一横向对轮的第二相机和第一类线激光器；与第二横向对轮对应的摄像子装置包括立体标志，以及用于检测第二横向对轮的第三相机和第二线激光器，将第一相机作为第一类相机，第二相机与第三相机作为第二类相机，

所述汽车三维四轮定位方法包括：

当检测到测量指令时，选取第一类相机拍摄并提取立体标志的位置信息，以获取车轮轴距并基于车轮轴距得到各相机，相应线激光器的位置信息；

根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮毂的激光线的位置信息与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮毂交点的位置信息；

基于所述各激光线与车轮轮毂交点的位置信息拟合建立测量平面；

根据汽车初始状态下初始车轮平面方程，获取汽车初始平面法向量；

当汽车方向盘旋转相应角度时，获取旋转后车轮平面对应旋转平面法向量，旋转后车轮平面提供至少两个独立方向的旋转平面法向量；

基于初始平面法向量与各个旋转平面法向量得到车轮平面旋转主销的坐标信息，并根据旋转主销的坐标信息求取主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角。

3.如权利要求2所述的汽车三维四轮定位方法，其特征在于，第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，所述根据汽车初始状态下初始车轮平面方程，获取汽车初始平面法向量步骤之前包括：

根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮胎表面与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮胎表面交点的位置信息；

基于所述测量平面获取该各激光线对应平面的切平面信息，并将该切平面作为车轮平面。

4.如权利要求2所述的汽车三维四轮定位方法，其特征在于，所述当汽车方向盘旋转相应角度时，基于车辆不同车轮平面与车轮平面旋转主销的坐标信息获取四轮定位参数的取值步骤之后包括：

基于所述测量平面获取的四轮定位参数的取值调整汽车相应结构。

5.一种汽车三维四轮定位系统，其特征在于，汽车摄像测量组件包括相互通信连接的前后轮测量装置，四轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角，其中，所述前后轮测量装置中设置反射镜，以增加物距，增加镜头焦距，减小镜头畸变，所述前后轮测量装置包括至少四个摄像子装置，与第一横向对轮对应的摄像子装置包括用于检测立体标志的第一相机，以及检测第一横向对轮的第二相机和第一类线激光器；与第二横向对轮对应的摄像子装置包括立体标志，以及用于检测第二横向对轮的第三相机和第二线激光器，将第一相机作为第一类相机，第二相机与第三相机作为第二类相机，

所述汽车三维四轮定位系统包括：

检测模块，用于当检测到测量指令时，选取第一类相机拍摄并提取立体标志的位置信息，以获取车轮轴距并基于车轮轴距得到各相机，相应线激光器的位置信息；

第一获取单元，用于根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮毂的激光线的位置信息与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮毂交点的位置信息；

建立单元，用于基于所述各激光线与车轮轮毂交点的位置信息拟合建立测量平面；

第四获取单元，用于根据汽车初始状态下初始车轮平面方程，获取汽车初始平面法向量；

第五获取单元，用于当汽车方向盘旋转相应角度时，获取旋转后车轮平面对应旋转平面法向量，旋转后车轮平面提供至少两个独立方向的旋转平面法向量；

求取单元，用于基于初始平面法向量与各个旋转平面法向量得到车轮平面旋转主销的坐标信息，并根据旋转主销的坐标信息求取主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前轮前束角。

6.如权利要求5所述的汽车三维四轮定位系统，其特征在于，第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，所述汽车三维四轮定位系统还包括：

第二获取单元，用于根据第二类相机所采集到的对应线激光器投射到车轮轮胎表面与所述第二类相机与对应线激光器发送的激光线之间存在预设标定关系，获取各激光线与车轮轮胎表面交点的位置信息；

第三获取单元，用于基于所述测量平面获取该各激光线对应平面的切平面信息，并将该切平面作为车轮平面。

7.如权利要求5所述的汽车三维四轮定位系统，其特征在于，所述汽车三维四轮定位系统还包括：

调整模块，用于基于所述测量平面获取的四轮定位参数的取值调整汽车相应结构。