CN109923371B - 车轮定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种轮定位系统，包括侧到侧参照基准，侧到侧参照基准包括布置在车辆的相反两侧的主动参照舱和被动参照舱。主动参照舱包括固定地附接于参照靶标的参照图像传感器，主动参照舱安装在车辆的第一侧，使得参照图像传感器产生包括布置在车辆的第二/相反侧的被动参照舱的透视呈现的图像数据。在操作中，位于车辆的相反两侧的定位相机拍摄安装于车轮的靶标以及主动和被动参照舱的靶标的透视呈现。计算机处理该图像数据，以基于根据由参照图像传感器产生的图像数据确定的主动参照舱与被动参照舱之间的空间关系来计算车辆的定位测量结果。

Description

车轮定位方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年8月16日提交的美国临时专利申请No.62/375,716和2016年8月22日提交的美国临时专利申请No.62/377,954的优选权，并且这些专利申请的公开内容的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本主题涉及用于测量车轮的定位(alignment)的装备和技术。

背景技术

轮定位装备用于测量车轮的定位。基于该测量，确定对车辆和轮的调节以便使各轮定位(对准)。作为定位测量过程的一部分，定位装备通常分别测量布置在车辆的每一侧(例如，左侧和右侧)的轮的相对定位。为了将在车辆一侧进行的测量与在车辆的另一/相反侧进行的测量相关联，定位装备通常需要具有精确的参照基准(reference)以用于将在一侧进行的测量与在另一/相反侧进行的测量相关联。

定位系统包括常规定位仪、目视定位仪和自校准定位仪。在常规定位仪中，束角测量仪(toe gauge)设置在附接于车辆一侧的车轮的一个轮定位测头(wheel alignmenthead)中。该束角测量仪可以测量相对于设置在附接于车辆另一侧的轮的另一轮定位测头中的另一束角测量仪的角度。随后，基于束角测量仪的测量结果，定位仪可以将在车辆的一侧进行的定位测量与在车辆的另一侧进行的定位测量相关联。

然而，用于常规定位仪的束角测量仪附接于定位测头，并且通常需要使用从定位测头延伸的悬臂(boom)以观看所附接的轮的周围。这种悬臂的存在导致大的、沉重的且昂贵的定位测头，并且束角测量仪可能容易被车身阻挡，这是因为束角测量仪处于定位测头上的固定位置(例如，由于车辆的向前或向后滚动导致的定位测头的任何旋转可能导致束角测量仪被阻挡)。

在目视定位仪(例如，基于相机的定位仪)中，安装于固定结构(例如，车间墙壁)的实心梁保持两个定位相机，每个定位相机向下观看车辆的相应侧。通过实心梁牢固地保持两个定位相机的相对位置，并且一旦该相对位置被测量并存储在存储器内，则可以利用定位相机的相对位置，使在车辆的一侧进行的定位测量(通过一个定位相机)与在车辆的另一侧进行的定位测量(通过另一定位相机)相关联。

然而，目视定位仪的相机牢固地附接于大梁。大梁可能妨碍车间操作，并且大梁的存在导致系统大、重且昂贵。另外，大梁具有最小构造选项，并且梁的任何变形会导致定位测量的不准确。

在自校准定位仪的情况下，除了分别向下观看车辆的对应侧的两个定位相机之外，还设置有校准相机。校准相机相对于两个定位相机中的一个相机具有固定且已知的相对位置，并且校准相机取向为：跨过车辆的宽度指向两个定位相机中的另一个相机。具体地说，校准相机取向为指向附接于另一定位相机的校准靶标(target)，其中，校准靶标自身相对于另一定位相机具有固定且已知的相对位置。在该设置中，每当需要的时候，校准可以获得校准靶标的图像。进而，基于校准相机与一个定位相机之间、以及校准靶标与另一定位相机之间的已知的相对位置，定位系统可以精确地确定两个定位相机的相对位置。所确定的相对位置信息用于使车辆两侧的定位相机进行的测量相关联。

然而，尽管自校准定位仪解决了上述常规定位仪和目视定位仪的一些缺陷，但自校准定位仪依赖于校准相机或附接于每个定位相机的校准靶标。结果，定位仪通常需要以这种方式设置：校准相机(附接于一个定位相机)可以看见校准靶标(附接于另一定位相机)，同时定位相机均取向为可看见车辆的对应侧的车轮定位靶标。这种设置复杂地约束了各定位相机(每个定位相机具有附接于其上的校准相机和校准靶标中的一者)的可接受(acceptable)位置，并且限制了可以使用该系统的一些可接受位置。

为了解决上述详细描述的缺陷，存在对测量车辆的定位时可以使用的侧到侧参照基准(side-to-side reference)的需求。

发明内容

本文的教导缓解了常规定位系统的一个或多个上述问题。

根据本公开的一个方面，一种轮定位系统，包括：成对的第一被动测头和第二被动测头(passive heads)、主动参照舱(active reference pod)、被动参照舱，成对的第一主动测头和第二主动测头、以及计算机。各自具有靶标的所述成对的第一被动测头和第二被动测头与分别布置在车辆的第一侧和第二侧的第一对车轮相关联地安装，所述车辆待通过所述轮定位系统的操作而被测量。所述主动参照舱包括固定地附接于所述参照靶标的参照图像传感器，所述主动参照舱安装在所述车辆的所述第一侧，以使得所述参照图像传感器产生包括被动参照舱的透视呈现(perspective representation)的图像数据，所述被动参照舱包括布置在所述车辆的所述第二侧的至少一个靶标。各自具有图像传感器的所述成对的第一主动测头和第二主动测头分别与所述车辆的所述第一侧和所述第二侧相关联地安装。所述第一主动测头的图像传感器产生包括所述第一被动测头的靶标和所述主动参照舱的靶标的透视呈现的图像数据，并且所述第二主动测头的图像传感器产生包括所述第二被动测头的靶标和所述被动参照舱的靶标的透视呈现的图像数据。计算机处理来自各图像传感器的与对各靶标的观察相关的图像数据，以基于根据由所述参照图像传感器产生的图像数据确定的所述主动参照舱与所述被动参照舱之间的空间关系来计算所述车辆的至少一个定位测量结果(alignment measurement)。

在一些实施例中，所述计算机基于由所述参照图像传感器产生的并且包括所述被动参照舱的透视呈现的图像数据，并且基于所述主动参照舱的所述参照图像传感器与所述参照靶标之间的已知的空间关系，来计算所述主动参照舱与所述被动参照舱之间的空间关系在一些实施例中，所述被动参照舱包括第一靶标和第二靶标，所述参照图像传感器产生包括所述被动参照舱的第一靶标的透视呈现的图像数据，并且所述第二主动测头的图像传感器产生包括所述被动参照舱的第二靶标的透视呈现的图像数据。所述被动参照舱的第一靶标和第二靶标彼此可以具有已知的空间关系，并且所述计算机可以根据由各图像传感器产生的图像数据以及所述被动参照舱的第一靶标和第二靶标之间的所述已知的空间关系，来计算所述主动参照舱与所述被动参照舱之间的空间关系。

所述主动参照舱和所述被动参照舱可以安装于静止(stationary)参照基准。所述第一主动测头和所述第二主动测头可以安装于静止参照基准。所述第一主动测头和所述第二主动测头安装于所述车辆，所述车辆待通过所述轮定位系统的操作而被测量。所述第一主动测头和所述第二主动测头可以与布置在所述车辆的第一侧和第二侧的第二对车轮相关联地安装。

根据本发明的另一方面，一种用于测量车辆定位的方法，包括：与分别布置在待被测量的车辆的第一侧和第二侧的第一对车轮相关联地附接成对的第一被动测头和第二被动测头，所述第一被动测头和所述第二被动测头各自包括靶标。在所述车辆的第一侧设置主动参照舱，所述主动参照舱包括固定地附接于参照靶标的参照图像传感器。使用设置在所述车辆的第一侧的所述主动参照舱的参照图像传感器来拍摄包括被动参照舱的透视呈现的图像数据，所述被动参照舱包括布置在所述车辆的第二侧的至少一个靶标。使用与所述车辆的第一侧相关联地安装的第一主动测头的图像传感器来拍摄包括所述第一被动测头的靶标和所述主动参照舱的靶标的透视呈现的图像数据。使用与所述车辆的第二侧相关联地安装的第二主动测头的图像传感器来拍摄包括所述第二被动测头的靶标和所述被动参照舱的靶标的透视呈现的图像数据。处理来自各图像传感器的与对各靶标的观察相关的图像数据，以基于根据由所述参照图像传感器产生的图像数据确定的所述主动参照舱与所述被动参照舱之间的空间关系来计算所述车辆的至少一个定位测量结果。

在一些实施例中，所述处理包括：基于由所述参照图像传感器产生的且包括所述被动参照舱的透视呈现的图像数据，并且基于所述主动参照舱的所述参照图像传感器与所述参照靶标之间的已知的空间关系，来计算所述主动参照舱与所述被动参照舱之间的空间关系。

在一些实施例中，所述被动参照舱包括第一靶标和第二靶标，所述使用所述参照图像传感器来拍摄图像数据包括：拍摄包括所述被动参照舱的第一靶标的透视呈现的图像数据，并且所述使用第二主动测头的图像传感器来拍摄图像数据包括：拍摄包括所述被动参照舱的第二靶标的透视呈现的图像数据。所述被动参照舱的第一靶标和第二靶标可以具有彼此已知的空间关系，并且所述处理所述图像数据可以包括：根据由所述图像传感器产生的图像数据以及所述被动参照舱的第一靶标和第二靶标之间的所述已知的空间关系来计算所述主动参照舱与所述被动参照舱之间的空间关系。

该方法可以还包括：在使用所述参照图像传感器以及所述第一主动测头的图像传感器和所述第二主动测头的图像传感器拍摄图像数据之前，将所述主动参照舱和所述被动参照舱安装于静止参照基准。该方法还可以包括：在使用所述第一主动测头的图像传感器和所述第二主动测头的图像传感器拍摄图像数据之前，将所述第一主动测头和所述第二主动测头安装于静止参照基准。该方法还可以包括：在使用所述第一主动测头的图像传感器和所述第二主动测头的图像传感器拍摄图像数据之前，与待通过所述轮定位系统的操作而被测量的所述车辆相关联地安装所述第一主动测头和所述第二主动测头。所述安装可以可选地包括：与布置在所述车辆的所述第一侧和所述第二侧的第二对车轮相关联地安装所述第一主动测头和所述第二主动测头。

另外的优点和新颖特征将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地对于本领域技术人员在研究以下和所附附图时将变得显而易见，或者可以通过实例的制造或操作来学习。通过实践或使用下面讨论的详细实例中阐述的方法、设备和组合的各个方面，可以实现和获得本发明的教导的优点。

附图说明

附图仅以举例而不是限制的方式描绘了符合本发明教导的一个或多个实施方式。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。

图1A和图2A示出了示意性的侧到侧参照系统，该系统可以用于根据本发明原理的车轮定位以及其它系统和过程。

图1B和图2B是示出在根据本发明原理的车轮定位过程中使用的侧到侧参照系统(诸如图1A和图2A中所示的系统)的方框图(block diagrams)。

图3A和图4A示出了可以在根据本发明原理的车轮测量过程中使用的示意性的固定主动测头(fixed active-head)式轮定位系统。

图3B和图4B是示出了在根据本发明原理的车轮测量过程中使用固定主动测头式轮定位系统(诸如图3A和图4A中所示的系统)时所涉及的步骤的概要(high-level)流程图。

图5A示出了在根据本发明原理的轮定位过程中使用的示意性的固定主动测头式轮定位系统。

图5B示出了在根据本发明原理的轮定位过程中使用固定主动测头式轮定位系统(诸如图5A中的系统)时所涉及的步骤的概要流程图。

图6A和图6C示出了根据本发明原理的四轮定位过程中使用的示意性侧到侧参照系统。

图6B是示出在根据本发明原理的轮定位过程中使用侧到侧参照系统(诸如图6A中的系统)时所涉及的步骤的概要流程图。

图7示出了根据本发明原理的用于将主动或被动参照舱附接于机架、升降机或车辆升降机的安装件。

图8A示出了在执行对侧到侧参照系统(诸如图1A和图2A中示出的系统)的校准过程中所涉及的元件。

图8B是示出了侧到侧参照系统(诸如图1A、图2A和图8A中所示的系统)的校准中所涉及的步骤的概要流程图。

图9是计算机硬件平台的简化功能框图，该计算机硬件平台可以构造为轮定位系统(诸如贯穿本发明所描述的轮定位系统)的处理平台。

具体实施方式

在以下详细描述中，通过举例的方式列举了许多具体细节以便提供对相关技术的全面理解。然而，对本领域的技术人员显而易见的是，可以在没有这些细节的情况下实践本技术。在其它情况下，已经相对概要地描述了公知的方法、过程、构件和/或电路，而没有详细描述，以避免不必要地模糊本发明教导的各方面。

本文披露的各种系统和方法涉及执行车轮定位的改进的装备和方法，包括用于执行对布置在车辆的相反两侧上的轮的定位测量的改进的装备和方法。

为了解决上面详述的缺点，提供了一种侧到侧参照基准，其可以在测量车辆中的定位时使用，并且不必附接于轮定位测头或定位相机。因此，侧到侧参照基准可以布置或安装在许多不同的位置，以便被车轮定位测量系统容易地看到或参照。这样的侧到侧参照基准可使得能够使用具有简化的流线型设计的定位测头(例如，具有较低的复杂性)。

图1A示出了可根据本发明的原理而使用的示意性侧到侧参照系统100。如图1A所示，侧到侧参照系统100包括主动参照舱105和被动参照舱110，主动参照舱105和被动参照舱110分别包括第一参照靶标200和第二参照靶标210。具有第一参照靶标200的主动参照舱105具有附接于第一参照靶标200的参照图像传感器(诸如校准相机300(或其它类型的图像传感器))。校准相机300相对于第一参照靶标200具有固定且已知的相对位置和取向。此外，当第一参照靶标200和第二参照靶标210与轮定位系统一起使用时，校准相机300布置为朝向包括第二参照靶标210的被动参照舱110取向(并且与被动参照舱110相对)。在使用中，在轮定位系统中，只要主动参照舱105的校准相机300可以看到被动参照舱110的第二参照靶标210(如图1A所示)，并且只要第一参照靶标200和第二参照靶标210可以被轮定位系统的对应的定位相机看到，主动参照舱105和被动参照舱100可以定位在任何位置。

如图所示，每个靶标200、210上(例如，在其表面上)具有特征图案，诸如通过点、圆或其它几何形状形成的特征图案。几何形状可以为相同或不同颜色或尺寸的几何形状。由几何形状形成的图案通常为旋转对称的，使得可以基于所述观察到的图案来确定靶标的旋转取向。更一般地，尽管图1A示出了具有图案的靶标，但也可以使用其它类型的靶标，包括：包括发光二极管(LED)的靶标、具有高反射表面的靶标、将图案(或LED)布置在多个不同平面或表面上的三维靶标等。

侧到侧参照系统100被示出为可以用在图1B的示例性实例中的轮定位系统115中。在该实例中，车辆具有四个轮103a至103d，这四个轮处于轮定位过程并且均具有安装于各轮的对应的定位测头。侧到侧参照系统100作为被动(passive)定位测头的一部分安装于布置在车辆的相反两侧的一组轮103a、103b，尽管在其它实例中，侧到侧参照系统100也可以安装于固定或静止表面(参见例如下面描述的图6A和图6C)。例如，主动参照舱105和第一参照靶标200可以作为第一被动定位测头，借助轮安装夹或其它适当的安装机构而安装于位于车辆的第一侧的车辆的第一轮103a。形成主动参照舱105的一部分并且固定地附接于第一参照靶标200的校准相机300也经由主动参照舱105的固定附接支架安装于第一轮103a。被动参照舱110和第二参照靶标210作为被动定位测头，借助轮安装夹或其它适当的安装机构而安装于位于车辆的第二侧(例如，与第一侧相反)的车辆的第二轮103b。(主动参照舱105的)校准相机300和(被动参照舱110的)第二参照靶标210被布置成使得校准相机300可以隔着车辆看到第二参照靶标210。

另外，在图1B的示例性实例中，示出了目视定位仪的其它构件。分别包括第一和第二图像传感器(例如，定位相机105a和105b，或其它图像传感器)的第一和第二主动定位测头安装于布置在车辆相反两侧的第三和第四轮103c和103d，尽管在其它在实施例中，第一和第二定位相机105a和105b也可以安装于固定参照基准(例如，安装于地面、墙壁、地板、三脚架、机架、升降机等)；并且被动定位测头安装于第三和和第四轮。第一定位相机105a布置为使得其可以看到包括第一参照靶标200的主动参照舱105，第一参照靶标200安装于与第一定位相机105a在车辆的同一侧的第一轮103a，并且第二定位相机105b布置为使得其可以看到包括第二参照靶标210的被动参照舱110，第二参照靶标210安装于与第二定位相机105b在车辆的同一侧的第二轮103b。如上所述，第一参照靶标200固定地附接于校准相机300并且例如借助轮夹安装于第一轮103a，同时第二参照靶标210借助轮夹安装于第二轮103b。

如上所述，在主动参照舱105中，校准相机300相对于第一参照靶标200具有已知的相对位置。相对位置关系可以在制造时固定并且在那时确定，或者可用在稍后的时间固定并且通过校准处理测量。在一些实例中，相对位置关系可以是可调节的，并且可以在位置关系的任何调节之后通过校准处理来测量。因此，在使用中，第一和第二参照靶标200和210的相对位置可以至少部分地基于以下来确定：校准相机300与第一参照靶标200的已知(例如，测量出的)相对位置，以及基于使用校准相机300获得的第二参照靶标210的一个或多个透视图像(和相关联的图像数据)确定的校准相机300相对于第二参照靶标210的相对位置。进而，可以基于所确定的第一和第二参照靶标200和210的相对位置与其它定位测量的结合来确定车轮定位。具体地说，当执行轮定位测量时，第一和第二参照靶标200和210被定位成使得：(i)校准相机300可以看到第二参照靶标210；并且(ii)轮定位系统的定位相机可以看到第一和第二参照靶标200和210。然后，例如，基于由校准相机300拍摄的第二参照靶标210的一个或多个透视图像(和相关联的图像数据)，可以测量第一和第二参照靶标200和210的相对位置。

此外，轮定位系统(例如，115)的每个定位相机(例如，105a和105b)可以至少看到第一和第二参照靶标200和210中的相应一个，并且因此可以基于由校准相机300拍摄的图像所确定的第一和第二参照靶标200和210的相对位置，来确定定位相机105b和105a的相对位置。以这种方式，由车辆的相反两侧的轮定位系统115的定位相机105a、105b获得的测量结果可以彼此相关联，以确定车辆的整体轮定位测量结果。

在一个实例中，轮定位系统基于所确定的第一和第二参照靶标200和210的相对位置与其它定位测量(将在以下段落中详述)的结合来确定轮定位。具体地说，根据由参照图像传感器300产生、并包括被动参照舱110的至少一个靶标的透视呈现的图像数据来确定主动参照舱105和被动参照舱110之间的空间关系。然后使用所确定的空间关系来建立由定位相机105a和105b执行的各测量之间的位置关系。

通过将关于一个靶标(例如，200)测量的坐标变换为关于另一靶标(例如，210)测量的坐标来确定轮定位。使用从第一参照靶标到第二参照靶标的坐标变换链来执行变换，如以下等式1所示：

T_rl＝T₁(T₀)

等式1：从第一参照靶标200到第二参照靶标210的变换其中：

T₀是从第一参照靶标坐标系200到校准相机坐标系300的3D刚体变换，

T₁是从校准相机坐标系300到第二参照靶标坐标系210的3D刚体变换，并且

T_rl是从第一参照靶标坐标系200到第二参照靶标坐标系210的复合3D刚体变换。

在等式1和所有后续等式中，每个变换T_i()表示从一个坐标系到另一坐标系的三维刚体变换(旋转和/或平移)。这里限定的变换可以使用许多不同的坐标变换形式来实现，包括但不限于：齐次变换矩阵、欧几里德坐标中的单独旋转矩阵和平移矢量、以四元数表达的旋转等。本公开不限于所使用或描述的任何特定坐标变换，但通常可以与任何适当的坐标变换一起使用。

图2A示出了侧到侧参照系统201的替代形式。不同于如图1A所示的仅包括单个第二参照靶标210的被动参照舱110，图2A的被动参照舱110包括通过靶标安装件410刚性附接于第二参照靶标210的校准靶标310。以这种方式，被动参照舱110中的第二参照靶标210及其相关联的校准靶标310可以是不共面的靶标，例如，以便在定位过程期间提供被动参照舱110和第二参照靶标210的更宽范围的定位。例如，图2B示出了利用侧到侧参照基准201的示意性目视定位系统。如图2B所示，校准靶标310可以基本上面向校准相机300(例如，沿隔着车辆的方向)，同时第二参照靶标210面向第二定位相机105b(例如，沿着车辆的同一侧，在朝向车辆的前部或后部的方向上)。

利用主动参照舱105中的校准相机300与第一参照靶标200的已知固定关系以及被动参照舱110中的校准靶标310与第二参照靶标210的已知固定关系，可以基于校准靶标310相对于校准相机300的位置的测量结果来确定第一和第二参照靶标200和210的相对位置，该测量结果基于由校准相机300拍摄的校准靶标310的一个或多个透视图像(和相关联的图像数据)。

用于将相对于第一参照靶标200表示的坐标通过中间坐标变换而变换为相对于第二参照靶标210表示的坐标的坐标变换链在以下等式2中描绘：

T_r1＝T₂(T₁(T₀))

等式2：使用中间坐标变换从第一参照靶标变换到第二参照靶标

其中：

T₀是从第一参照靶标坐标系200到校准相机坐标系300的3D刚体变换，

T₁是从校准相机坐标系300到校准靶标坐标系310的3D刚体变换，

T₂是从校准靶标坐标系310到第二参照靶标坐标系210的3D刚体变换，并且

T_r1是从第一参照靶标坐标系200到第二参照靶标坐标系210的复合3D刚体变换。

等式1中的每个变换T_i表示从一个坐标系到另一坐标系的三维刚体变换(旋转和/或平移)。

在本实例中，主动和被动参照舱105和110及其第一和第二参照靶标200和210被定位成使得主动参照舱105的校准相机300可以看到被动参照舱110的校准靶标310，并且使得轮定位系统215的定位相机(例如，图2B中的105a和105b)可以分别看到主动和被动参照舱105和110且分别看到主动和被动参照舱105和110的第一和第二参照靶标200和210。注意，在这些实例中的每一个中，无论何时移动主动参照舱105和/或被动参照舱110或者参照靶标200和/或参照靶标210，都应当获取主动参照舱105与被动参照舱110的相对位置的新的测量结果(测量为校准靶标310和校准相机300的相对位置)。

在轮定位过程期间，进行轮定位测量的车辆通常向前和/或向后滚动以使车轮旋转，以便例如测量轮的跳动(run-out)或补偿。具体地说，在车辆处于第一位置时进行对安装于轮的定位测头的轮定位靶标的测量，然后车辆移动到第二位置，使得其车轮向前或向后旋转(例如，大约20°或更大)，并且在车辆处于第二位置时进行对安装于轮的轮定位靶标的测量。

通常，在常规的和某些其它类型的定位仪中，为了使形成安装或附接于车轮的被动定位测头的一部分的轮定位靶标(和/或形成安装或附接于车轮的主动定位测头的一部分的轮定位相机或其它轮定位传感器或测量构件)在车辆处于第一和第二位置时保持正确的取向，轮定位靶标(和/或轮定位相机或其它轮定位传感器)围绕轴旋转。具体地说，构造成作为定位测头的一部分而安装或附接于车轮的靶标、相机和传感器中的每一者附接于可以牢固地夹置在轮上的定位测头的轮夹，并且靶标、相机或传感器可以相对于轮夹而围绕轴的旋转轴线旋转。因此，随着在车辆向前或向后移动时车轮的旋转，靶标、相机或传感器围绕轴旋转以保持相同取向(例如，相对于重力或者相对于竖直或水平参照基准的相同取向)。随着在车辆从第一位置移动到第二位置时车轮的旋转，附接于轴的角度测量传感器测量轮相对于靶标、相机或传感器的旋转角度。在轮定位测头内部存在旋转轴、轴承和其它移动部件增加了成本和对跌落的敏感度，并且可能在定位测量中增加误差(例如，由于轴承中的粘性(stickiness))。

在目视定位仪中，定位测头通常不包含移动部件或敏感构件。相反，形成被动定位测头的一部分的靶标固定地附接于车辆的车轮，并且靶标的位置由位于车辆外部的定位相机测量。通常，定位相机安装在外部装备(例如，包括上述实心梁)上的精确校准的位置处，该外部装置附接于地板、控制台、升降机或机架。这使得现有的基于目视的定位仪更加昂贵，更难移动(例如，在车辆维修车间中的机架之间)，并且需要外部装备上的相机与安装在车轮上的靶标之间的无障碍目视路径。

为了解决车轮定位系统中的上述缺点，固定主动测头式轮定位系统包括轮定位测量头，该轮定位测量头可以固定地附接于车轮并且不包括旋转轴和轴承。在固定主动测头式轮定位系统中，定位测量头相对于其各自车轮保持在固定位置，并在车轮旋转时旋转(例如，当执行补偿过程时)。因此，在固定主动测头式轮定位系统中，当车轮旋转时，轮定位测量头的所有部分相对于车轮保持不动。

在固定主动测头式轮定位系统中，如图3A示意性示出的，包括相机组件的主动定位测头借助轮夹500刚性地安装于车轮200，相机组件包括定位相机100。包括定位相机100的相机组件固定地附接于轮夹500，并且当轮200旋转时不会相对于轮夹500自动旋转(相反，例如当轮200旋转时，定位相机100可随着轮夹500而自动旋转)。结果，如图3A示意性地示出的那样，当轮200从位置1旋转到位置2时(例如，当车辆在位置1和位置2之间移动时)，相机组件和相机100的取向改变。如图3A所示，定位相机100在一个方向上具有足够大的视场(FOV)300，例如约30度以上，使得在补偿过程中当轮200从位置1旋转到位置2时固定式参照靶标400(例如，安装于地面或其它固定参照表面)和/或轮安装式靶标(例如，安装在被动定位测头中)保持在FOV 300内。注意，轮200的滚动角(roll angle)通常约为20°(范围：15°至30°)，并且FOV 300足够大，以使得当轮200旋转大约20°(例如，至多30°)时定位相机100能够将固定式参照靶标400和/或轮安装式靶标保持在FOV 300内。

在操作中，固定主动测头式轮定位系统可用于执行诸如结合图3B所描述的定位过程350。该过程或方法350以将轮定位夹附接于车辆的车轮的步骤351开始。轮定位夹可以是固定的主动测头，该固定的主动测头包括附接于夹紧机构的相机组件，该夹紧机构构造成将轮定位夹固定地附接于车辆的车轮。相机组件包括定位相机100。进而，在步骤353中，定位相机100在轮200处于位置1时拍摄包括固定式靶标400的第一图像。在拍摄第一图像之后，在步骤355中，移动车辆以使得车轮旋转到与第一位置不同的第二位置。然后，在步骤357中，定位相机100在轮200处于位置2时拍摄包括靶标400的第二图像。然后，在步骤359中，连接到定位相机100的处理器根据固定式靶标400在第一和第二图像中的位置来确定轮200的旋转轴线的位置和取向(因为在两个图像之间相机已经围绕轮200的旋转轴线旋转)。具体地说，处理器执行第一和第二图像的图像处理以识别固定式靶标在第一和第二图像中的位置和定位，并通过确定引起第一和第二图像之间固定式靶标的位置的变化的定位相机100的移动来计算旋转轴线的位置和取向。

注意，在目视定位仪中，通过将靶标放置在轮上并使用固定相机拍摄旋转靶标的图像来确定车轮的旋转轴线。相反，在当前情况下，要确定位置和取向的轮的旋转轴线是相机自身的旋转轴线，其对应于固定地安装着相机100的轮200的旋转轴线。在固定式靶标400的坐标系(例如，当车轮200和车辆在位置1和2之间移动时不移动的固定坐标系)中确定旋转轴线的位置和取向。

对旋转相机的旋转轴线计算的数学描述如下。有两种不同的计算方案：(1)刚性附接于轮且观察静止参照靶标的相机的旋转轴线，以及(2)刚性附接于轮且被同样正在旋转的相机所观察的靶标的旋转轴线。

对于第一种方案，相机旋转并且同时观察静止参照靶标：

V₁＝V₀₁V₀

等式3：定位相机100相对于固定式参照靶标400从初始位置旋转到第二位置

其中：

V₀是在初始位置处从固定式参照靶标坐标系400到定位相机坐标系100的3D旋转，

V₁是在第二位置处从固定式参照靶标坐标系400到定位相机坐标系100的3D旋转，并且

V₀₁是定位相机坐标系100从初始位置到第二位置的3D旋转可以执行以下计算来计算V₀₁：

等式4：定位相机坐标系100的初始和第二取向之间的复合3D旋转的计算

旋转轴线

是主轴线(principal axis)，所有旋转围绕该主轴线而发生。它可以被计算为从初始取向旋转到第二取向的旋转矩阵V₀₁的主特征向量：

等式5：在两个取向之间旋转的定位相机坐标系的旋转轴线的计算

其中：

eig(V₀₁)表示应用于旋转矩阵V₀₁的特征向量/特征值分解。该特征分解可以用各种不同的标准方法计算，包括但不限于：特征多项式根法、QR分解、幂迭代法和瑞利(Rayleigh)商迭代。

是对应于在特征分解中计算出的最大单个特征值的特征向量。

处理链(processing chain)与刚性地附接于轮的、被也在旋转的相机所观察的靶标的方案(参见例如图5A)类似。在本实例中，形成主动定位测头的一部分的相机100安装于进行旋转的第一轮800，形成被动定位测头的一部分的轮安装式靶标600安装于进行旋转的第二轮700，并且参照靶标900具有固定位置(例如，安装于地面或其它固定参照系)，如图5A所示。如在先前的旋转轴线方案中那样，设U₀和U₁为当在两个不同位置从旋转相机坐标系观察时，固定式参照靶标坐标系(例如，与固定式参照靶标900关联的坐标系)的三维取向。设W₀和W₁是相对于观察固定式参照靶标的相同参照相机坐标系而测量的旋转和平移靶标坐标系的三维取向。在这种情况下，相机坐标系表现出刚体变换，同时轮安装式靶标坐标系也表现出刚体变换(尽管不必须是相同的变换)。参照靶标900不经历刚体变换。由于参照靶标在相机和轮安装式靶标进行旋转和平移时保持固定姿势，因此参照靶标可以用作参照坐标系，可在该参照坐标系中为旋转轮安装式靶标计算旋转轴线。在这种情况下，可以采用从相机坐标系到参照靶标坐标系的变换。轮安装式靶标在位置0和位置1处相对于固定式参照靶标的三维取向可以计算为：

P₀＝W₀U₀ ^-1

等式6：在初始位置处车轮安装式靶标坐标系相对于固定式参照靶标坐标系的3D取向

其中：

U₀ ^-1是在初始位置处从定位相机坐标系到固定式参照靶标坐标系的反向旋转；也就是说，U₀ ^-1是在初始位置处从固定式参照靶标坐标系到定位相机坐标系的旋转，

W₀是在初始位置处从定位相机坐标系到轮安装式靶标坐标系的旋转，并且

P₀是在初始位置处从固定式参照靶标坐标系到轮安装式靶标坐标系的旋转。

同样，可以使用类似的公式来计算在第二位置处轮安装式靶标坐标系相对于固定参照坐标系的取向：

P₁＝W₁U₁ ^-1

等式7：在第二位置处轮安装式靶标坐标系相对于固定式参照靶标坐标系的3D取向

其中：

U₁ ^-1是在第二位置处从定位相机坐标系到固定式参照靶标坐标系的反向旋转；也就是说，U₁ ^-1是在第二位置处从固定式参照靶标坐标系到定位相机坐标系的旋转，

W₁是在第二位置处从定位相机坐标系到轮安装式靶标坐标系的旋转，并且

P₁是在第二位置处从固定式参照靶标坐标系到轮安装式靶标坐标系的旋转。

将轮安装式靶标坐标系轴从P₀旋转到P₁的旋转矩阵P₀₁可以被计算为：

P₀₁＝P₁P₀ ^-1

等式8：轮安装式靶标坐标系从初始取向到第二取向的3D旋转

旋转轴线

限定了三维矢量，围绕该三维矢量执行所有旋转。与之前情况相同，

可以计算为：

等式9：在两个取向之间旋转的轮安装式靶标坐标系的旋转轴线的计算

其中：

eig(P₀₁)表示应用于P₀₁的特征向量/特征值分解。该特征分解可以以各种不同的标准方法计算，包括但不限于：特征多项式根法、QR分解、幂迭代法和瑞利商迭代，并且

定义为对应于最大单个特征值的主特征向量。

由于固定式靶标400占据相机100的FOV 300中的一部分(参见例如图3A)，并且由于轮200的滚动角增加了为在位置1和位置2两个位置处观察固定式靶标400所需的FOV300，因此相机100可能需要具有非常大的FOV 300，以便如上所述拍摄靶标400的适当图像。通常，相机在FOV和相机的成像分辨率之间面临设计权衡：可以以较低分辨率为代价获得较大的FOV。因此，为了获得大的FOV，相机可能具有较低的分辨率。然而，在当前情况下，定位相机100必须具有高分辨率，以便用于高精度的轮定位过程。因此，通常不希望以降低分辨率为代价来增加相机的FOV。取而代之，为了在保持高分辨率的同时提供宽FOV 300，在图4A中呈现了替代解决方案。

在图4A中，包括两个(或更多个)定位相机120和140的相机组件刚性地安装于同一轮夹，定位相机120、140形成主动定位测头的一部分。具体地说，主动定位测头包括夹紧机构，该夹紧机构构造成将定位测头固定地附接于车轮，并且包括两个相机的相机组件刚性地附接于夹紧机构。相机组件中的两个定位相机120和140相对于彼此固定地安装，以便在轮滚动的方向上具有角度间隔。例如，定位相机120和140可以安装成使得它们的中心轴线(沿每个相机的FOV的中央延伸)形成非零角度。包括相机120和140的相机组件借助轮夹(例如，图3A的500)附接于要测量的轮。在组件中，每个相机120和140不需要具有大的FOV，而是可以分别具有较小的FOV 320和340。然而，包括两个(或更多个)相机120和140的相机组件具有由较小FOV 320和340的组合形成的大的组合FOV。在定位过程期间，只要在轮处于位置1时相机120和140中的至少一个可以对靶标(例如，固定式靶标400)成像，并且只要当轮处于位置2时相机120和140中的同一个或另一个可以对靶标成像，就可以确定轮定位测量。

例如，在图4A的实例中，当轮处于位置1时，固定式靶标400仅位于下部相机140的FOV 340中，并且当轮处于位置2时，固定式靶标400仅位于上部相机120的FOV 320中。因此，即使在图3A和图4A中的每一个中轮在位置1和2之间滚动相同的角度，也可以使用相机120和140(其具有比相机100的FOV 300更小的FOV 320和340)，这是因为相机120和140成对安装。

在操作中，如图4B中所示的过程450所示，在步骤451中，在车辆和车辆的车轮处于位置1时，使用第一相机140拍摄定位靶标400的第一图像。在拍摄第一图像之后，在步骤453中，移动车辆以使得车轮旋转到与第一位置不同的第二位置。然后，在步骤455中，在车辆和车辆和车轮处于位置2时，使用第二相机120拍摄定位靶标400的第二图像。在步骤457中，基于所拍摄的定位靶标400的第一和第二图像以及第一相机相对于第二相机的已知位置来确定具有附接于其上的相机组件(包括相机120和140)的车轮的旋转轴线的位置。

注意，一旦相机120和140的相对位置固定，就执行校准过程以精确地确定相机相对于彼此的相对位置。然后使用相机的相对位置的信息来确定由一个相机成像的靶标在另一个相机的坐标系中的相对位置。在相机120和140的FOV 320和340重叠的实例中，可以这样执行校准：利用每个相机拍摄位于FOV的重叠区域中的靶标的图像，并且基于拍摄的图像确定相机的相对位置。

将一个相机坐标变换为另一个相机坐标的过程可涉及以下等式：

T_u＝T_lu(T_l)

等式10：靶标坐标系400从下部相机坐标系140到上部相机坐标系120的变换

其中：

T₁是下部相机坐标系140中的靶标坐标系400的姿势，

T_u是上部相机坐标系120中的靶标坐标系400的姿势，并且

T_lu是从下部相机坐标系140到上部相机坐标系120的3D刚体变换。

在相机120和140的FOV 320和340不重叠(例如，以便获得更宽的总FOV)的实例中，可以使用例如上述第一和第二靶标200和210来确定相机的相对位置。在这样的实例中，使用一个相机(例如，120)对一个靶标(例如，200)成像，同时使用另一相机(例如，140)对另一靶标(例如，210)成像，并且基于所拍摄的靶标200和210的图像以及靶标200和210的已知相对位置来确定相机140和120的相对位置。

图5A示出了使用侧到侧参照系统和固定主动测头式车轮定位系统两者在车辆上执行轮定位的实施实例。

如图5A所示，包括轮靶标600的被动测头借助轮夹(例如，图3A的500)刚性地安装于车辆的前轮700。包括定位相机100的主动测头借助轮夹(例如，图3A的500)刚性地安装于车辆的后轮800。参照靶标900借助参照支撑件刚性地附接在支撑车辆的滚动表面1000上。参照靶标900位于定位相机100的FOV内，使得参照靶标900可以被相机100看到。

在操作中，如图5B的过程550中所示，在步骤551中，将定位相机100和轮靶标600安装到车辆的对应的轮，并且将参照靶标900附接于静止参照基准。在步骤553中，定位相机100随后拍摄轮靶标600和参照靶标900两者的第一图像，并且基于所拍摄的第一图像计算轮靶标600和参照靶标900相对于相机100的位置。然后移动车辆(例如，向前移动大约8”)，如图5A的下半部分以及步骤555中所示。然后，在步骤557中，定位相机100拍摄轮靶标600和参照靶标900的第二图像，并且基于所拍摄的第二图像计算轮靶标600和参照靶标900相对于相机100的位置。在步骤559中，基于在两个照相机位置处拍摄的第一和第二图像中的参照靶标900的位置变化，计算后轮的旋转轴线的位置(和取向)，后轮对应于安装有具有定位相机100的主动测头的轮。另外，同样在步骤559中，通过首先在每个车辆位置处将前靶标的位置变换为参照靶标坐标系，并且其次根据参照靶标坐标系中的前靶标600的位置变化计算旋转轴线，来计算前轮的旋转轴线的位置(和取向)，前轮对应于安装有具有定位靶标600的被动测头的轮。基于这些计算，确定车辆的一侧的两个车轮轴线的位置。可以在车辆的另一侧执行类似的过程以确定车辆另一侧的两个车轮轴线的位置。

在前面的描述中，相机100被描述为附接于后轮，并且靶标600被描述为附接于车辆的前轮。然而，靶标也可以安装于后轮，并且相机可以安装于前轮。作为替代，例如在仅要确定一个车轮的旋转轴线(例如，安装有定位相机的轮的旋转轴线)的情况下，参照靶标600可以附接于机架、地板、三脚架或其它类型的附接物。

图5A的描述集中于在车辆的一侧执行测量。图6A提供了关于在车辆两侧执行测量的附加细节。

对于四轮定位，第二组定位相机和靶标可以安装在车辆的另一侧，如图6A所示。可以使用与图1A和图2A相关的上述侧到侧参照基准100作为参照靶标(例如，900)。如图6A所示，包括定位相机2000的左轮主动测头拍摄主动参照舱的左参照靶标2100和左轮靶标2200的图像，包括定位相机2300的右轮主动测头拍摄被动参照舱的右靶标2400和右轮靶标2500的图像。主动参照舱的校准相机2700跨越车辆的宽度拍摄被动参照舱的右参照靶标2400的图像。使用主动参照舱的校准相机2700与参照靶标2100的先前校准或已知的相对位置来确定主动和被动参照舱(以及其两个参照靶标2100和2400)的相对位置。进而，可以基于所确定的主动和被动参照舱以及参照靶标2100和2400的相对位置，将基于由右相机2300拍摄的图像建立的测量的坐标参照系变换为与基于由左相机2000拍摄的图像建立的测量相关联的坐标参照系。

在操作中，如图6B的过程650所示，安装侧到侧参照基准，使得主动参照舱的参照靶标2100对于车辆一侧的主动定位测头(和定位相机2000)可见，并且主动参照舱的校准相机2700可看到车辆另一侧的被动参照舱的参照靶标2400(步骤651)。在步骤653中，在车辆的第一和第二位置中的一者或两者处使用主动定位测头的定位相机2000和2300拍摄定位图像。例如，可以使用安装于车辆的每一侧的定位相机和靶标来执行方法550的步骤551至557，以获得第一、第二、第三和第四图像。作为替代，可以仅拍摄两个图像：可以使用与车辆的第一侧相关联地安装的第一主动测头的图像传感器2000拍摄的、包括第一被动测头和主动参照舱的靶标2200和210的透视呈现的图像数据，以及可以使用与车辆的第二侧相关联地安装的第二主动测头的图像传感器2300拍摄的、包括第二被动测头和被动参照舱的靶标2500和2400的透视呈现的图像数据。另外，在步骤655中，使用主动参照舱的校准相机2700拍摄车辆另一侧的被动参照舱的参照靶标2400的另一图像。最后，在步骤657中，基于所拍摄的图像并基于根据由参照图像传感器产生的图像数据而确定的主动参照舱和被动参照舱之间的空间关系，确定车辆的一个或多个轮定位测量结果，包括一些或所有车轮的轮定位测量结果。例如，可以基于由参照图像传感器2700产生并且包括被动参照舱2400的透视呈现的图像数据，并且基于在主动参照舱中参照图像传感器或校准相机2700与其所附接的参照靶标2100之间的空间关系，来确定主动参照舱与被动参照舱之间的空间关系。

具体地说，首先根据由右定位相机2300在以右定位相机2300为中心的坐标系中拍摄的图像(多个图像)来确定被动参照舱(包括右参照靶标2400)和右被动测头(包括轮靶标2500)的位置；然后将所确定的位置变换为以被动参照舱和第一参照靶标2400为中心的坐标；然后，基于所确定的主动和被动参照舱及参照靶标2100和2400的相对位置，将已变换的坐标再次变换为以主动参照舱和第二参照靶标2100为中心的坐标；并且最后，将已变换的坐标进一步变换为以包括定位相机2000的左主动测头为中心的坐标。

将坐标从相机到靶标变换为靶标到相机的过程可涉及以下等式：

T_{lcam_rref}＝T_{calcam_rref}(T_{lref_calcam}(T_{lcam_lref}))

等式11：从左相机坐标系2000到右参照靶标坐标系2400的变换

其中：

T_{lcam_lref}是从左相机坐标系2000到左参照靶标坐标系2100的3D刚体变换，

T_{lref_calcam}是从左参照靶标坐标系2700到校准相机坐标系2700的3D刚体变换，

T_{calcam_rref}是从校准相机坐标系2700到右参照靶标坐标系2400的3D刚体变换，并且

T_{lcam_rref}是从左相机坐标系2000到右参照靶标坐标系2400的3D刚体变换。

等式11中表示的变换可用于执行从右轮靶标2500到左相机坐标系2000的坐标变换：

等式12：从左相机坐标系2000到右轮靶标坐标系2500的变换

其中：

T_{lcam_rref}是从左相机坐标系2000到右参照靶标坐标系2400的3D刚体变换(如上面的等式11中所计算的)，

是从右相机坐标系2300到右参照靶标坐标系2500的3D刚体变换的逆变换。即，

是从右参照靶标坐标系到右相机坐标系的3D刚体变换，

T_{rcam_rw}是从右相机坐标系2300到右轮靶标坐标系2500的3D刚体变换，并且

T_{lcam_rw}是从左相机坐标系2000到右轮靶标坐标系2500的3D刚体变换。

基于所确定的各个定位测头和参照舱(包括各个相机和靶标)的相对位置，两个主动定位测头(包括相机2000和2300)因此能够测量靶标的位置并将测量的位置变换成相同的坐标系。因此，可以例如通过将车轮轴线投影在车辆底座平面(base plane)中来测量整个车辆的定位。可以以类似的方式将使用左相机测量的靶标的位置变换为以右相机为中心的坐标系。作为替代，可以将位置(和坐标)变换为以参照靶标之一(例如，2100)为中心的参照系。在任何情况下，由于使用共同的坐标系，因此可以测量所有车轮的定位。

在图5A和图6A的实例中，还可以使用主动定位测头以及包括两个或更多个相机(诸如上述关于图4A描述的那些相机)的相机组件。这种相机组件可用于需要更宽FOV的情况。另外，在图6A的实例中，包括右参照靶标2400的被动参照舱可以包括双靶标，诸如上述关于图2A讨论的被动参照舱110。另外，尽管包括校准相机2700的主动参照舱被描述为位于车辆的左侧，但主动参照舱和校准相机2700可以替代地位于车辆的右侧(例如，附接于参照靶标2400，并观测对面的包括左参照靶标2100的被动参照舱)。

在上面呈现的各种实例中，参照靶标(例如，400、900、900’、2100、2400)被定位成位于对应的定位相机的FOV中。在一些实例中，定位相机被定位成还同时包括在其FOV中的定位靶标(例如，600、600’、2200、2500)。为了将参照靶标定位在位于定位相机的FOV中并且不被FOV中的定位靶标遮挡的位置处，可以将参照靶标附接于车辆所在的表面1000(例如，附接于机架或车辆升降机、附接于地面等)。具体地说，参照靶标可以定位成与安装于轮的定位靶标处于恒定的相对位置，并且还定位成使得参照靶标与车辆一起移动(例如，如果车辆定位在机架或车辆升降机上，机架或车辆升降机被升起)。

在前面的描述和附图中，主动和被动参照舱被描述和示出为可选地随被动定位测头安装于被测车辆的车轮(参见例如图1B和图2B)或安装于固定或静止参照基准(例如，地面、机架或升降机等)(参见例如图6A)。如所描述的，结合主动和被动参照舱的轮定位系统构造为在两种安装情况下测量车辆的定位值(alignment values)。

另外，尽管前面的描述和附图已经描述并示出了包括安装于车辆车轮的相机(或图像传感器)的主动定位测头，但主动定位测头可以替代性地安装于固定或静止参照基准(例如，地面、机架或升降机等)。例如，图6C示出了定位系统670，在定位系统670中，主动测头安装于静止参照基准，使得即使车辆移动，图像传感器(例如，定位相机105a和105b)也在整个定位过程中保持静止。包括在定位相机(105a和105b)中的主动测头可以安装于地面(例如，使用三脚架、墙壁结构等)，使得即使车辆在升降机上被抬起，定位相机也保持不动，或者主动测头可以安装于车辆升降机或机架上，使得当车辆升降时主动测头与车辆一起升高或降低。在这样的实例中，主动定位测头仍然与车辆的相反两侧相关联地安装，使得一个主动定位测头可以对位于车辆一侧的靶标成像，同时另一主动定位测头可以对位于车辆的相反侧的靶标成像。

在图6C的实例中，主动和被动参照舱还安装于固定或静止参照基准(例如，地面、机架或升降机等)，尽管它们可替代地安装至车辆(例如，如图1B和图2B所示)。另外，为了使定位系统670测量车辆的所有四个车轮的定位，在车辆的所有四个车轮上设置被动定位测头(均包括靶标)，以通过静止安装主动定位测头的相机105a和105b进行成像。

存在用于将主动或被动参照舱或其它参照靶标(多个靶标)安装于机架、车辆升降机等的各种选择。将吊架式支架螺接在机架上的第一种选择可能需要对机架进行钻孔，这可能损害机架的结构完整性，并且在某些情况下是不可能的。此外，对机架进行钻孔需要耗时的安装过程。由于这些原因，第一种选择可能不是优选的。理想地，主动或被动参照舱或其它参照靶标将可移除地附接于机架或可滑动，使得参照舱或靶标可在不使用时移开。为此目的，可优选后一种快速附接到机架的方法。此外，可优选这样的附接方式：能够容易地实施参照舱或靶标的附接，并且可以允许参照舱或靶标在被移开的同时附接在机架上。

为了提供上述优点，图7中示出了安装件。该安装件用于将参照舱或靶标5500附接于机架5100或升降机(例如，车辆升降机)。安装件包括粗略宽度调节器(course widthadjustment)5200，其能够调节安装件的宽度，使得安装件可以用在并牢固地安装在各种尺寸的机架上。另外，微调节器5300锁定于机架表面的一侧，并用于将安装件固定或夹置到机架。此外，滑动部分5400使得参照舱或靶标5500(和/或保持参照舱或靶标5500的臂)能够从机架5100向内和向外滑动，使得参照舱或靶标5500可以在定位过程期间向外定位(进入定位相机或其它图像传感器的FOV中)并且随后容易向内滑动以便在完成定位之后被移开且不会妨碍进一步的操作。在一些情况下，参照舱或靶标5500沿着滑动部分5400横向向外滑动，使得参照舱或靶标5500相对于任何轮安装式靶标横向向外定位，以确保参照舱或靶标5500在定位过程中不被任何轮安装式靶标遮挡。

如上所述，关于图1A至图1B，图2A至图2B以及图6A至图6C讨论的侧到侧参照基准的使用依赖于已知主动参照舱的参照靶标200和校准相机300之间的位置关系。该位置关系可以在侧到侧参照基准的制造期间来设定，并且该位置关系可以基于设备的制造规格来得知。作为替代，位置关系可以是可调节的或可变的。在这两种情况下，均可以使用下面关于图8A和图8B描述的校准过程，以便测量在定位过程期间使用的相对位置。

校准过程可以在工厂制造之后执行，或者可以在现场执行(例如在更换侧到侧参照基准的一部分之后，在侧到侧参照基准可能发生损坏之后，或者仅为了确认出厂规格仍然准确而执行)。

为了执行校准，可以使用图8B所示的过程850。在步骤851中，第二参照靶标4000和主动参照舱5000(包括第一参照靶标5600和固定地附接于其上的校准相机5700)相对于彼此定位，使得校准相机5700可以拍摄图像并测量参照靶标4000相对于校准相机5700的位置。另外，附加相机6000被定位为使得第一和第二参照靶标5600和4000都在其FOV内。然后，附加相机6000可以拍摄参照靶标5600和4000的图像，并且建立参照靶标5600和4000相对于相机6000的位置。

一旦相机和靶标就位，在步骤853中，相机6000拍摄第一参照靶标5600和第二参照靶标4000的第一图像，以便测量第一参照靶标5600和第二参照靶标4000的姿势。所测量的姿势用于计算从参照靶标4000到参照靶标5600的旋转矩阵。另外，在步骤855中，校准相机5700拍摄参照靶标4000的第二图像，以便测量参照靶标4000相对于校准相机5700的姿势。利用参照靶标4000到参照靶标5600的旋转矩阵，并且利用参照靶标4000相对于校准相机5700的姿势，确定使来自参照靶标5600的测量结果与校准相机5700相关联的旋转矩阵。以这种方式，可以基于所拍摄的第一和第二图像来确定校准相机5700和附接于其上的定位靶标5600之间的固定空间关系。然后，在定位过程期间，每当校准相机5700测量参照靶标4000的姿势时，可以使用旋转矩阵来更新两个参照靶标5600和4000之间的相对位置(旋转矩阵)。

为了实现适当的坐标变换，可以使用两种不同的坐标变换：“RTTP”，其与靶标坐标到校准相机坐标的变换相结合，可以提供“RCTP”结果。

从第二参照靶标到第一参照靶标的变换可以计算为：

等式13：从第二参照靶标坐标系4000到第一参照靶标坐标系5600的3D刚体变换

其中：

是从参照相机坐标系6000到第二参照靶标坐标系4000的3D刚体变换的逆变换；也就是说，是从第二参照靶标坐标系到参照相机坐标系的变换，

T_{refcam_ref1}是从参照相机坐标系6000到第一参照靶标坐标系5600的3D刚体变换，并且

T_{ref2_ref1}是从第二参照靶标坐标系4000到第一参照靶标坐标系5600的3D刚体变换。

可以使用从第二参照靶标到第一参照靶标的变换(结合附加信息)来计算从第一参照靶标5600到校准相机5700的变换。此过程可以计算为：

T_{ref1_calcam}＝T_{ref2_ref1}(T_{calcam_ref2})

等式14：从第一参照靶标坐标系5600到校准相机坐标系5700的3D刚体变换

其中：

T_{calcam_ref2}是从校准相机坐标系5700到第二参照靶标坐标系4000的3D刚体变换，

T_{ref2_ref1}是从第二参照靶标坐标系4000到第一参照靶标坐标系5600的3D刚体变换(如先前在等式13中计算的)，并且

T_{ref1_calcam}是从第一参照靶标坐标系5600到校准相机坐标系5700的3D刚体变换。

图9提供了计算机硬件平台的功能框图图示，该计算机硬件平台构造为用于上述车辆定位系统以提供所述系统的功能。如图9所示，主机平台包括数据通信接口，以用于与诸如上述那些一个或多个定位或校准相机进行数据通信。计算机平台还包括一个或多个处理器的形式的中央处理单元(CPU)，以用于执行程序指令。计算机平台通常包括用于要处理的各种数据文件的内部通信总线、程序存储部和数据存储部，以及用于与一个或多个用户或其它联网装置通信的输入/输出接口。计算机平台还可以构造为经由网络通信发送和接收编程、数据和控制指令。当然，计算机功能可以在多个类似平台上以分布式方式实现，以分散处理负载。

主机平台通过有线或无线通信链路通信地连接到定位或校准相机。为此目的，主机平台和每个相机中具有有线或无线通信收发器。具体地说，在无线通信链路的情况下，主机平台和相机各自具有无线收发器，通过该无线收发器可以建立无线通信链路。有线或无线通信链路用于将所拍摄的图像数据从相机传送到主机平台，并且还可用于将控制命令或软件更新从主机平台传送到相机。

在操作中，当执行轮定位过程或校准过程时，主机平台的CPU使一个或多个所连接的定位相机和/或校准相机拍摄图像。通常，拍摄图像以便在其中显示一个或多个定位或参照靶标，根据该一个或多个定位或参照靶标可以确定位置。拍摄单个图像或多个图像，包括在车辆移动之前和之后拍摄的图像，特别是在要确定轮的旋转轴线的情况下。

主机平台可以将所拍摄的图像存储在存储器中。另外，已知的位置关系(当已知时)存储在存储器中，包括例如校准相机(例如，300)与侧到侧参照系统100的参照靶标(例如，200)之间的已知位置关系；校准靶标(例如，310)与参照靶标(例如，210)之间的已知位置关系；在相机组件中安装在一起的两个相机(120、140)之间的已知位置关系；等等。

主机平台可操作地处理所拍摄的图像，以便识别其中的定位靶标或参照靶标，并基于所拍摄的图像中的靶标的位置来确定定位靶标或参照靶标相对于相机的位置。例如，采用诸如美国专利No.7,313,869以及No.7,369,222和7,415,324中描述的方法，这些美国专利的全部内容以引用的方式并入本文。进而，主机平台可以基于所确定的靶标相对于相机的位置以及本文详述的其它步骤(包括基于上述所存储的位置关系数据的步骤)来确定车轮的定位。

这样，上面详述的定位测量方法的各方面可以体现在存储在计算机平台的存储器中的程序中，并且构造为在计算机平台的CPU上执行。此外，包括靶标和/或相机的已知相对位置数据、定位和校准相机的数据等关于定位靶标的数据，可以存储在计算机平台的存储器中，用于计算定位测量。

在本文中呈现的附图仅以举例而不是限制的方式描绘了符合当前教导的一个或多个实施方式。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。

在前述详细描述中，通过举例的方式列举了许多具体细节以便提供对相关教导的全面理解。然而，对本领域的技术人员显而易见的是，可以在没有这些细节的情况下实践本发明的教导。在其它情况下，已经相对概要地描述了方法、过程、构件和/或电路，而没有详细描述，以避免不必要地模糊本发明教导的各方面。

除非另外说明，否则在本说明书中阐述且包括在所附权利要求书中的所有的测量、数值、等级、位置、幅值、尺寸及其它规格均为近似值，而不是准确值。它们意在具有与它们有关的功能一致以及与它们所属领域中的习惯一致的合理范围。

保护范围仅由所附的权利要求限定。该范围意在并且应当解释为：当根据该说明书以及后续申请历史来解释时，该范围宽泛至与权利要求中使用的语言的普通意义一致，并且涵盖所有结构性和功能性的等同内容。尽管如此，权利要求均不旨在包含不能满足专利法第101、102或103条的要求的主题，权利要求也不应以这种方式解释。因此，放弃这种主题的任何无意覆盖。

除了上文刚刚论述的，无论权利要求中是否有叙述，已论述或说明的任何内容都不旨在或解释成将任何构件、步骤、特征、目的、益处、优点或等同内容奉献给公众。

应当理解，除非本文另有说明的具体含义，否则本文使用的术语和表达具有与其各自相应研究和探索领域中这些术语和表达相应的普通含义。诸如第一和第二等相关术语可仅用来将一个实体或动作与另一个区分开，而不必然在这种实体或动作之间要求或施加任何实际这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或其任何其它变型旨在涵盖非排它性包含，使得包括元素列表的过程，方法，物品或装置不仅包括那些元素，而是可以包括未明确列出的或者这种过程、方法、物品或装置固有的其它元件。前面加有“一个(a)”或“一个(an)”的元件在没有进一步约束的情况下不排除在包括该元件的处理、方法、物品或设备中的额外的相同元件的存在。

提供本公开的摘要以允许读者快速确定技术交底的本质。摘要按照这样的理解而提交：不被用于解释或者限制权利要求的范围或含义。另外，在前述详细说明中，可以看出为了简化(streamlining)本公开各种特征被一起分组在各种实施例中。本发明的该方法不解释为反映这样的目的：所要求保护的实施例需要比每个权利要求中所明确表述的特征更多的特征。反而，如所附权利要求反映的，创新性主题在于比单个公开的实施例的所有特征少。因此，将所附权利要求并入详细说明中，并且每个权利要求本身作为单独的要求保护的主题。

虽然前面已经描述了被认为是最佳模式和/或其它示例，但是应当理解，可以在其中进行各种修改，并且本文公开的主题可以以各种形式和示例实现，并且本发明的教导可以应用于许多应用中，这里仅描述了其中的一些应用。所附权利要求旨在要求保护落入本发明的教导的真实范围内的任何和所有应用、修改和变化。

Claims (16)

1.一种轮定位系统，包括：

成对的第一被动测头和第二被动测头，其各自包括靶标，所述第一被动测头和所述第二被动测头与分别布置在车辆的第一侧和第二侧的第一对轮相关联地安装，所述车辆待通过所述轮定位系统的操作而被测量；

主动参照舱，其包括固定地附接于参照靶标的参照图像传感器，所述主动参照舱在所述车辆的所述第一侧的位置安装于静止参照基准，以使得所述参照图像传感器产生包括被动参照舱的透视呈现的图像数据，所述被动参照舱安装于所述静止参照基准并且包括布置在所述车辆的所述第二侧的至少一个靶标；

成对的第一主动测头和第二主动测头，其各自包括图像传感器，所述第一主动测头和所述第二主动测头分别与所述车辆的所述第一侧和所述第二侧相关联地安装，所述第一主动测头的图像传感器产生包括与所述第一对轮的第一轮相关联地安装的所述第一被动测头和安装于所述静止参照基准的所述主动参照舱二者的靶标的透视呈现的图像数据，并且所述第二主动测头的图像传感器产生包括与所述第一对轮的第二轮相关联地安装的所述第二被动测头和安装于所述静止参照基准的所述被动参照舱二者的靶标的透视呈现的图像数据；以及

计算机，其用于处理来自所述图像传感器的与对所述靶标的观察相关的图像数据，以基于根据由所述参照图像传感器产生的图像数据确定的安装于所述静止参照基准的所述主动参照舱与安装于所述静止参照基准的所述被动参照舱之间的空间关系来计算所述车辆的至少一个定位测量结果。

2.根据权利要求1所述的轮定位系统，其中，所述计算机基于由所述参照图像传感器产生的并且包括所述被动参照舱的透视呈现的图像数据，并且基于所述主动参照舱的参照图像传感器与参照靶标之间的已知的空间关系，来计算所述主动参照舱与所述被动参照舱之间的空间关系。

3.根据权利要求1所述的轮定位系统，其中，所述被动参照舱包括第一靶标和第二靶标，所述参照图像传感器产生包括所述被动参照舱的第一靶标的透视呈现的图像数据，并且所述第二主动测头的图像传感器产生包括所述被动参照舱的第二靶标的透视呈现的图像数据。

4.根据权利要求3所述的轮定位系统，其中，所述被动参照舱的第一靶标和第二靶标彼此具有已知的空间关系，并且所述计算机根据由所述图像传感器产生的图像数据以及所述被动参照舱的第一靶标和第二靶标之间的所述已知的空间关系，来计算所述主动参照舱与所述被动参照舱之间的空间关系。

5.根据权利要求1所述的轮定位系统，其中，安装有所述主动参照舱和所述被动参照舱的所述静止参照基准是地面、机架或升降机。

6.根据权利要求1所述的轮定位系统，其中，所述第一主动测头和所述第二主动测头安装于静止参照基准。

7.根据权利要求1所述的轮定位系统，其中，所述第一主动测头和所述第二主动测头安装于所述车辆，所述车辆待通过所述轮定位系统的操作而被测量。

8.根据权利要求7所述的轮定位系统，其中，所述第一主动测头和所述第二主动测头与布置在所述车辆的所述第一侧和所述第二侧的第二对轮相关联地安装。

9.一种用于测量车辆定位的方法，包括以下步骤：

与分别布置在待被测量的车辆的第一侧和第二侧的第一对轮相关联地附接成对的第一被动测头和第二被动测头，所述第一被动测头和所述第二被动测头各自包括靶标；

在所述车辆的所述第一侧设置主动参照舱，所述主动参照舱包括固定地附接于参照靶标的参照图像传感器，所述主动参照舱在所述车辆的所述第一侧的位置安装于静止参照基准；

使用设置在所述车辆的所述第一侧的所述主动参照舱的参照图像传感器来拍摄包括安装于所述静止参照基准的被动参照舱的透视呈现的图像数据，所述被动参照舱包括布置在所述车辆的所述第二侧的至少一个靶标；

使用与所述车辆的所述第一侧相关联地安装的第一主动测头的图像传感器来拍摄包括与所述第一对轮的第一轮相关联地安装的所述第一被动测头和安装于所述静止参照基准的所述主动参照舱二者的靶标的透视呈现的图像数据；

使用与所述车辆的所述第二侧相关联地安装的第二主动测头的图像传感器来拍摄包括与所述第一对轮的第二轮相关联地安装的所述第二被动测头和安装于所述静止参照基准的所述被动参照舱二者的靶标的透视呈现的图像数据；以及

处理来自所述图像传感器的与对所述靶标的观察相关的图像数据，以基于根据由所述参照图像传感器产生的图像数据确定的安装于所述静止参照基准的所述主动参照舱与安装于所述静止参照基准的所述被动参照舱之间的空间关系来计算所述车辆的至少一个定位测量结果。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，处理所述图像数据的步骤包括：基于由所述参照图像传感器产生的并且包括所述被动参照舱的透视呈现的图像数据，并且基于所述主动参照舱的参照图像传感器与参照靶标之间的已知的空间关系，来计算所述主动参照舱与所述被动参照舱之间的空间关系。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述被动参照舱包括第一靶标和第二靶标，

使用所述参照图像传感器来拍摄图像数据的步骤包括：拍摄包括所述被动参照舱的第一靶标的透视呈现的图像数据，并且

使用所述第二主动测头的图像传感器来拍摄图像数据的步骤包括：拍摄包括所述被动参照舱的第二靶标的透视呈现的图像数据。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述被动参照舱的第一靶标和第二靶标具有彼此已知的空间关系，并且处理所述图像数据的步骤包括：根据由所述图像传感器产生的图像数据以及所述被动参照舱的第一靶标和第二靶标之间的所述已知的空间关系来计算所述主动参照舱与所述被动参照舱之间的空间关系。

13.根据权利要求9所述的方法，还包括：在使用所述参照图像传感器以及所述第一主动测头和所述第二主动测头二者的图像传感器拍摄图像数据之前，将所述主动参照舱和所述被动参照舱安装于所述静止参照基准的步骤，其中，所述静止参照基准是地面、机架或升降机。

14.根据权利要求9所述的方法，还包括：在使用所述第一主动测头和所述第二主动测头二者的图像传感器拍摄图像数据之前，将所述第一主动测头和所述第二主动测头安装于静止参照基准的步骤。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括：在使用所述第一主动测头和所述第二主动测头二者的图像传感器拍摄图像数据之前，与待通过根据权利要求1至8中任一项所述的轮定位系统的操作而被测量的所述车辆相关联地安装所述第一主动测头和所述第二主动测头的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，与所述车辆相关联地安装所述第一主动测头和所述第二主动测头的步骤包括：与布置在所述车辆的所述第一侧和所述第二侧的第二对轮相关联地安装所述第一主动测头和所述第二主动测头。

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