CN110766748B - 一种非接触式整车姿态测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式整车姿态测量方法，1.获取轮胎型号及轮胎静负荷半径R；2.对车辆进行拍照，拍照画面内容包括轮辋、轮胎和轮眉，拍照方向与轮辋轴线平行；3.提取照片中轮辋、轮眉或轮心盖的边缘，计算得到轮辋的整圆和圆心O坐标，得到轮辋在竖直方向上直径与轮眉下边缘的交点M坐标；4.通过O和M两点的坐标，求得两点间像素距离h，使用相机标定法，得到像素距离h和实际距离H之间的关系，将像素距离h转换为实际距离H；5.实际距离H减去轮胎静负荷半径R，得到轮眉内圆与轮胎边缘的间距A。能够方便、快速的测量整车轮心坐标和轮眉高度。

Description

一种非接触式整车姿态测量方法

技术领域

本发明属于车辆质量检测领域，涉及一种非接触式整车姿态测量方法。

背景技术

整车姿态是汽车设计的一个重要参数，涉及到造型设计、重量控制、整车视野及悬架刚度等诸多因素。整车姿态不仅影响整车的美观协调性，而且对整车性能也有直接的联系，需在养车试制阶段对整车姿态进行准确的检测和控制。

申请号为“CN201721000863.4”的中国发明专利公开一种姿态测量装置，将测量轮心、轮眉、离地高度的工具集成一体，将卡盘可调节形式以便适用于不同尺寸的车轮饰盖，再根据设计状态进行计算，从而得出实际车辆姿态。

该装置存在以下几点不足：

1.很多车的轮心盖和轮辋安装的位置没有凸出，过度很平滑，卡爪盘在不取下轮心盖的情况下很难安装。

2.测量时，由于卡盘、卡爪以及旋转臂在卡盘轴线方向上的距离累加使得测量尺很难直接和轮眉下边界接触，同时旋转180°也是很难准确的把握。

3.水平尺折叠在测量尺中，当测量尺接触轮眉下边界后只能向轮胎内侧打开，如果水平尺太长将有可能被挡泥板挡住，太短则不能保证与轮胎上表面接触，从而不能起到水平定位的作用。

4.轴在测量尺的容纳槽中是硬性配合，旋转和移动的过程中不会很平滑，操作不方便，使用久了也可能会出现松动，影响水平尺的定位。

5.臂和测量尺配合处随着不断磨损，尺寸对接存在误差，同时智能化快速发展的时代，该装置是传统的接触式人工测量，读数存在误差、操作麻烦、费人力、耗时间。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种非接触式整车姿态测量方法，能够方便、快速的测量整车轮心坐标和轮眉高度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种非接触式整车姿态测量方法，包括以下步骤；

步骤一，获取轮胎型号及轮胎静负荷半径R；

步骤二，对车辆进行拍照，拍照画面内容包括轮辋、轮胎和轮眉，拍照方向与轮辋轴线平行，并记录相机镜头与轮胎拍照面的距离；

步骤三，提取照片中轮辋、轮眉或轮心盖的边缘，通过边缘上的多个点坐标计算得到轮辋的整圆和圆心O坐标，通过圆心O坐标，得到轮辋在竖直方向上直径与轮眉下边缘的交点M坐标；

步骤四，通过O和M两点的坐标，求得两点间像素距离h，使用相机标定法，根据照片中像素尺寸和实际尺寸的尺寸比例关系得到像素距离h和实际距离H之间的关系，将像素距离h转换为实际距离H；

步骤五，实际距离H减去轮胎静负荷半径R，得到轮眉内圆与轮胎边缘的间距A。

优选的，步骤三中，提取轮辋或轮心盖的边缘之前，首先对步骤二拍照得到的图像进行灰度处理。

进一步，步骤三中，图像灰度处理后，进行中值滤波去噪处理，具体为对图像内的像素灰度值重新排列顺序，求得中值作为中心像素。

优选的，步骤三中，采用sobel算子提取轮辋的边缘。

优选的，步骤三中，对轮辋或轮心盖边缘的多个点采用最小二乘法，得到轮辋的整圆和圆心O坐标。

优选的，步骤三中，得到圆心O坐标后，采用MATLAB中的取点函数得到M点的坐标。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过选取图像中轮辋边缘的多个点，得到轮辋的整圆和圆心O坐标，通过圆心O坐标，得到轮辋在竖直方向上与轮眉下边缘的交点M坐标，可以求得两点的实际距离H，通过实际距离H减去轮胎静负荷半径R，得到轮眉高度A，从而得到了整车姿态的数据，相对于硬件的测量装置，不用使用人工测量，仅需要对照片进行坐标点提取，测量速度快，精度高。

进一步，对图像进行灰度处理，能够更加清楚的得到图像的目标特征，方便后续特征提取。

附图说明

图1为本发明的测量流程图；

图2为本发明的车辆轮眉示意图；

图3为本发明的灰度图；

图4为本发明的灰度增强图；

图5为本发明的平滑去噪后的效果图；

图6为本发明的轮辋的边缘提取图；

图7为本发明的整圆和圆心示意图；

图8为本发明的M点示意图；

图9为本发明的标定界面图。

其中：1-轮胎；2-轮眉；3-轮辋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明所述的非接触式整车姿态测量方法，硬件包括照明模块、测距模块、图像采集模块和图像处理模块。

照明模块和测距模块固定在图像采集模块上，照明模块采用LED光源，测距模块采用激光测距仪，图像采集模块采用CCD相机，CCD相机可以整体放在三脚架云台上，云台具有上下移动、左右旋转的功能，LED光源和激光测距仪与CCD相机固定。

图像处理模块采用电脑，CCD相机将拍摄到的照片发送至电脑中，进行图像的处理。

如图1所示，为整车姿态测量方法，测量过程如下。

步骤一，图像采集：将符合设计要求的车辆停在水平地面上，选择合适的距离放好三脚架云台，然后将带有测距和照明的CCD相机集成体放在三角云台上。由于测距仪和CCD相机是集成在一起的，打开激光测距仪上下左右调节云台，观察测距仪的激光点，将CCD相机的光轴调节到与车辆轮辋3平面垂直。如果光线比较黑暗，影响采集照片的质量，就需要打开照明模块，如果光线比较好就不需要打开照明模块，调整好位置和光线以后测量CCD相机与轮辋3平面的距离，该距离确定并记录后，CCD相机的内参焦距也就确定，距离和焦距关系到后面像素和实际距离的转换。一切准备好之后打开CCD相机，对车辆进行拍照，拍照画面内容包括轮辋3、轮胎1和轮眉2，拍照方向与轮辋3轴线平行，。

步骤二，图像处理：打开软件搭载平台平板笔记本，开启WIFI与相机连接，连接成功以后打开测量软件，通过操作软件按钮拍照采集图像，软件中导入采集好的图片，这里照片从图像采集模块到图像处理模块采用无线传输技术。首先，在图像处理技术中一般为了能够更加清楚的得到图像的目标特征，经常要对图像做灰度增强变换，一般再用相机采集图像的时候，由于光线强弱的问题使得采集到的图像灰度值发生变化，为了能够更加清楚的得到图像的目标特征，经常采用灰度变换。这种方法在空间域上对图像灰度变换增强，它方便而又简单。对变换后的图像紧接着做中值滤波去噪处理，图像中值滤波是对领域内的像素灰度值经过重新排列顺序，然后求得中值作为中心像素的方法，它是统计排序滤波器的体现，与其他图像平滑方法相比较，优点在于处理含有少量离散噪声的图像效果比较显著。如图3所示为灰度图，如图4所示为灰度图增强后的效果图，如图5所示所示为平滑去噪后的效果图，这样就方便后面的特征提取。

步骤三，特征提取：图像在没有处理之前是由很多不同区域组成的，这些区域的划分主要是根据像素的颜色。区域之间的边界主要表现为颜色灰度值的不同，像素灰度值相近的连接起来形成一个区域。位于不同区域之间的像素集合称作为边缘，也可以认为边缘是通过某一算法得到的具有一定特征像素点的结合。边缘检测就是采用对灰度跃变的分析从而识别区域边缘的技术。如图8所示我们的目标的特征为轮心点O、过轮心与地面的垂线和轮眉2边缘的交点M，这两个点是不能直接得到的，需要通过对步骤二预处理的图像提取轮心盖或轮辋3的边缘，轮心盖的边缘由于太小或者图像质量的影响有可能不是特别清晰，轮心盖和轮辋3边缘的圆心是一样的，所以目标特征进一步的确定到轮辋3或轮眉2的边缘C。这里采用sobel算子得到轮辋3的边缘C如图6所示，由于图像质量等因素的影响，提取的边缘C并不都是完整的，需要做进一步的修正，选取提取得到的边缘C上一部分点坐标，运用最小二乘法可以得到整个圆和圆心坐标如图7所示，圆心坐标即为我们的目标特征点O的坐标。有了圆心后，应用MATLAB中的取点函数可以得到过圆心的垂线与轮眉2下边缘的交点M点的坐标如图8所示，M点为轮辋3在竖直方向上直径与轮眉2下边缘的交点。

步骤四，测量距离：在正式测量距离之前要对软件进行标定，由于软件中采用最小二乘法绘圆得到圆心，所以这里选用如图9所示的标定界面，这样的标定板既验证了最小二乘法画圆的准确性，又验证了测量距离的精确度。完成标定后，选用如图2所示的O、M两点的坐标求得两点间像素距离h，转换为实际距离H。这里的转换是根据像素坐标系和相机坐标系的比例关系得到像素距离和实际距离之间的关系，由于距离是线性关系，为了能够更加准确地测量在标定的时候加入多项式拟合，这样就可以保证测量的误差小、精度高。提前可从选用轮胎1的型号得到对应的轮胎1静负荷半径R，最后用H减去R即为我们的目标距离A，A为轮眉2内圆与轮胎1边缘的间距，通过A的尺寸，能够得到整车姿态是否标准。

步骤五，保存结果：在步骤四中计算得到结果需要保存输出。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非接触式整车姿态测量方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤一，获取轮胎(1)型号及轮胎(1)静负荷半径R；

步骤二，对车辆进行拍照，拍照画面内容包括轮辋(3)、轮胎(1)和轮眉(2)，拍照方向与轮辋(3)轴线平行，并记录相机镜头与轮胎(1)拍照面的距离；

步骤三，提取照片中轮辋(3)、轮眉(2)或轮心盖的边缘，通过边缘上的多个点坐标计算得到轮辋(3)的整圆和圆心O坐标，通过圆心O坐标，得到轮辋(3)在竖直方向上直径与轮眉(2)下边缘的交点M坐标；

步骤四，通过O和M两点的坐标，求得两点间像素距离h，使用相机标定法，根据照片中像素尺寸和实际尺寸的尺寸比例关系得到像素距离h和实际距离H之间的关系，将像素距离h转换为实际距离H；

步骤五，实际距离H减去轮胎(1)静负荷半径R，得到轮眉(2)内圆与轮胎(1)边缘的间距A。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式整车姿态测量方法，其特征在于，步骤三中，提取轮辋(3)或轮心盖的边缘之前，首先对步骤二拍照得到的图像进行灰度处理。

3.根据权利要求2所述的一种非接触式整车姿态测量方法，其特征在于，步骤三中，图像灰度处理后，进行中值滤波去噪处理，具体为对图像内的像素灰度值重新排列顺序，求得中值作为中心像素。

4.根据权利要求1所述的一种非接触式整车姿态测量方法，其特征在于，步骤三中，采用sobel算子提取轮辋(3)的边缘。

5.根据权利要求1所述的一种非接触式整车姿态测量方法，其特征在于，步骤三中，对轮辋(3)或轮心盖边缘的多个点采用最小二乘法，得到轮辋(3)的整圆和圆心O坐标。

6.根据权利要求1所述的一种非接触式整车姿态测量方法，其特征在于，步骤三中，得到圆心O坐标后，采用MATLAB中的取点函数得到M点的坐标。

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