CN201289426Y - 基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，灯光仪安装在机动车停车线正前方1－1.5米处、与机动车行进方向相垂直的可移动轨道上；摄像头安装在与可移动轨道处于同一平面的支架上，并位于行车中间线正上方5－6米处；金属量角器放置于机动车停车线和可移动轨道之间；计算机与灯光仪联接，还与摄像头联接。本实用新型提供了一种利用基于图像处理的机动车前照灯灯光检测新装置，通过检测机动车停放位置偏角而对前照灯灯光偏角进行校正，消除了现有前照灯灯光检测装置受车量停放位置偏差所带来的误差。
Description
技术领域
本实用新型属于机动车检测装置技术领域，特别涉及一种能消除因机动车停靠位置偏差而造成检测误差的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置。
背景技术
汽车灯光检测是车检的重要内容，国家公布了《机动车运行安全技术条件》(GB7258-2004)、《机动车前照灯使用和光束调整技术规划》(GB7454-87)和《汽车前照灯配光性能》(GB4599-84)，对机动车远光照明和近光照明的发光强度及照射方向提出了明确的要求。发光强度过强或照射方向过高，会使迎面驶来汽车的驾驶员眩目，易导致交通事故。实践证明，在会车时，近光照射方向对车辆的安全行驶有着更重要的影响。
目前，国内外业已开发出基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测技术，而在基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测技术中，最大的问题是由于被检车辆的停靠位置偏差造成检测误差。也就是说，目前的这些技术所采用的装置检测到的灯光偏角包含了车灯本身照射方向偏角和车辆停靠位置偏角，如图1描述了前照灯灯光偏角的形成原因。若要得到精确的灯光照射方向偏角，必须消除车辆停靠位置偏角，而国标7258—97中规定的前照灯左右方向角度最大允许偏差为±1°，这么小的一个角度对于汽车的停放位置来说要求过于苛刻。
为了解决上述问题，目前在国内外的实际灯光检测中，一般采用机械、气动或液压的车辆摆正器来解决。但是，此类车辆摆正器有的轴荷有限，有的价格昂贵，更主要的是这类机械摆正器对安装场地及安装精度要求很高，而且检测速度慢，其车辆定位时间大大超过灯光的检测时间，不能满足大多数检测站检测节拍要求，因此，此类摆正器不能得以广泛应用。
发明内容
针对现有机动车前照灯灯光检测技术存在的问题，本实用新型提供一种基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，相比于现有的机器视觉机动车前照灯灯光检测装置，它能对车辆停靠位置偏角进行精确地测量，并对前照灯灯光偏角检测结果进行校正，其具有成本低、安装方便、检测速度快、精度和信度高等优点。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下：一种基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，包括：
一灯光仪，安装在机动车停车线正前方1-1.5米处的与机动车行进方向垂直的可移动轨道上，用以测量机动车前照灯灯光强度、前照灯光柱上下左右偏差；
一摄像头，安装在与可移动轨道处于同一平面的支架上，并位于行车中间线正上方5-6米高处，即机动车的前上方5-6米高处，用于获取机动车斜拍图像，向计算机提供图像数据以测量机动车停靠位置偏角；
—台金属量角器，使用时放置于机动车停车线和可移动轨道之间，对摄像头倾斜角度定标，以设定摄像头倾斜角度参数，或用以验证摄像头倾斜角位置是否发生变化，因大负荷机动车造成环境震动而引起摄像头倾斜角变化；
一计算机，它与灯光仪连接，从中获取光强、前照灯偏角数据；它还与摄像头连接，采集摄像头获得的机动车和金属量角器图像，并进行图像分析，计算出机动车停靠位置偏角，从而对测光仪数据进行校正；计算机还可设定标准、参数、记录检测数据、显示和打印检测后的数据，并对系统实现实时监控。
所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，灯光仪安装于机动车停车线正前方1.2米处。
所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，灯光仪安装于机动车停车线正前方1.3米处。
所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，灯光仪安装于机动车停车线正前方1.4米处。
所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，摄像头安装于行车中间线正上方5.6米处。
所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，摄像头安装于行车中间线正上方5.8米处。
所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，摄像头安装于行车中间线正上方5.2米处。
本实用新型的摄像头可采用斜拍图像的方法获取图像，利用两布投影校正技术对图像进行梯形校正，以弥补垂直拍摄获取的信息量不足的问题。将摄像头焦距调得尽可能的小，利用桶形失真校正算法对由此造成的桶形失真进行校正，以获得更大的拍摄范围。
摄像头也可采用多图拍摄的方法，连续拍下多幅图片，从每幅图片中分别提取机动车侧面轮廓与地面基准线偏角，计算出停放偏角，再用剔除法过滤奇异数据后计算其平均值，得出一个最终的停放偏角。
本实用新型的摄像头采用抗干扰、光线补偿均衡技术，将抗干扰、光线补偿均衡技术和梯度迭代法相结合克服自然光线噪声大、光线不稳定带来的一系列问题。
采用估计验证的方法对摄像头安装倾角进行估计和确认，通过用户界面模块设定一摄像头安装倾角，用以校正由于斜拍造成的图像失真。从金属量角器图像中检测出金属量角器角度，并将这一角度与实际设定的金属量角器角度值进行比较，得出检测误差。如果这一误差在允许的范围之内，说明摄像头安装倾角估计值正确，否则需要重新调整摄像头安装倾角估计值。
本实用新型提供了一种利用基于图像处理的机动车前照灯灯光检测新装置，通过检测机动车停放位置偏角而对前照灯灯光偏角进行校正，消除了现有前照灯灯光检测装置受车量停放位置偏差所带来的误差。其还具有如下优点：通过对多幅图进行检测，并对结果进行融合，因而具有很高的精度和信度；对使用的场地环境要求不高，能克服自然光线带来的干扰；采用斜拍图像方法，结合小孔成像两布投影校正技术，因而检测效率高；不受车辆轴荷限制，安装方便，价格便宜。
附图说明
图1是前照灯灯光偏角的形成原理图。
图2是本实用新型的结构示意图。
图3是本实用新型装置的侧视图。
图4是本实用新型装置的原理图。
图5是几何校正基本方法描述图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作详细说明。
如图1—3所示，本实用新型基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置包括：
灯光仪3安装在机动车停车线正前方1-1.5米处，本例采用1米，其与机动车行进方向相垂直的可移动轨道4上，用于测量机动车7前照灯灯光强度、前照灯光柱上下左右偏差；
摄像头1安装在与可移动轨道处于同一平面的支架2上，并位于行车中间线正上方5-6米处，本例为5米，用于获取机动车7斜拍图像，向计算机5提供图像数据以测量机动车停靠位置偏角；
金属量角器6放置于机动车停车线和可移动轨道4之间，对摄像头1倾斜角度定标，以设定摄像头倾斜角度参数，或用以验证摄像头倾斜角位置是否发生变化；
计算机5与灯光仪3联接，从灯光仪3中获取前照灯光强、偏角数据；它还与摄像头1联接，采集摄像头获得的机动车和金属量角器图像，并进行图像分析，计算出机动车停靠位置偏角，从而对测光仪数据进行校正；计算机还可设定标准、参数、记录检测数据、显示和打印检测后的数据，并实时监控系统。
待检测汽车停稳后，操作人员将机动车有关参数输入计算机，并发出检测指令，系统首先进行摄像头安装倾角的验证，然后灯光仪和摄像头同步进行工作。计算机从测光仪读取光强、车灯偏角、灯丝形状等数据，同时从变焦摄像头读取多幅图像。计算机对图像进行校正、提取机动车侧面轮廓与地面基准线，计算出机动车偏角，对灯光偏角进行校正，得到准确的灯光偏角。
如图2所示，灯光仪3安装在可移动轨道4上，其在计算机控制下自由移动，并可以自动捕捉机动车灯光光束中心，用以测量机动车前照灯灯光强度、前照灯灯光上下左右偏差。如图2、3所示，支架2与可移动轨道4位于同一平面内，以便更容易调整检测所需要的各种几何参数。其中，支架2保持在5-6米高度，本例为5米。摄像头1安装在支架2上，本例采用1倍焦距，并位于可移动轨道4和行车中间线正上方，用于获取待检车辆图像。摄像头1的安装倾角应保持在30-45度之间，本例为38度。机动车应停放在其前沿离可移动离轨道1-1.5米处，本例为1米。计算机在面对机动车行进方向可移动轨道的另一侧，它与灯光仪3连接，读取车量灯光强度、灯光偏角数据。计算机还与变焦摄像头1连接，采集待检车量图像，并进行图像的分析检测。计算机5同时对灯光仪3在轨道4上的运动进行控制。
为了消除大负荷机动车造成环境震动而引起斜拍摄像头安装位置移位带来的影响。在对机动车进行测量前，采用估计验证的方法对摄像头安装倾角参数进行重新检查：将一金属量角器放置于停车线和灯光仪轨道之间，通过用户界面模块设定一摄像头安装倾角，用以图像两布校正。拍取金属量角器的图像，从该图像中检测出金属量角器角度，将这一角度与金属量角器实际设定的角度值进行比较，得出检测误差。如果这一误差在允许的范围之内，说明摄像头安装倾角设定值正确，否则需要重新调整摄像头安装倾角设定值。
如图4所示，计算机控制台内安装软件系统包括：硬件通讯模块用于图像数据采集、状态读取以及命令发送。内核模块即图像分析模块用于硬件通讯模块进行图像数据采集、状态读取以及命令发送；图像分析模块利用抗干扰技术、光线补偿均衡技术对摄像头获得的图像进行滤波，通过梯度迭代法提取机动车侧面轮廓与地面基准线，进而求取机动车停放偏角，并对机动车前照灯偏角进行校正；用户界面模块用于检测结果与中间数据存储、分析、报表生成模块。
由于车检站场地大，车辆大小不一，无法在封闭的条件下用光，只能在自然光线进行测量，但自然光线噪声大、光线不稳定。为此，本实用新型除了采用滤波措施、抗干扰性和光线补偿均衡技术外，还采用多幅图像统计的方法。也就是说，摄像头连续拍取多幅图像，分别对每幅图像进行分析，求取需要的参数，得到多个机动车量停放位置偏角，再用剔除法过滤奇异数据后计算其平均值，得出一个最终的停放偏角。统计数量越多，结果可信度越高，本例连续拍取图像幅数为20。
对于求取机动车量停放位置偏角而言，垂直拍摄获取机动车的信息量是不够的。为此，本实用新型采用斜拍结合两布投影校正的方法求取机动车量停放位置偏角。该方法在摄像机镜头焦距和摄像光电传感器(CCD)大小已知的情况下，仅需要知道摄像机中轴线与地面(或被拍摄平面)的倾角，不需要控制点就可以恢复原始图像。如图5描述了该方法的基本过程：利用小孔成像原理，先将CCD上的点投影到地面上，同时假设平行于地面一定高度有一虚拟CCD平面，再将地面上相应的点投影到虚拟CCD上，当所有点都遍历后，虚拟CCD平面上获得的图像就是梯形校正后的图像。本方法简洁有效，适应性强，能满足算法实时性要求。
对机动车前照灯偏角进行测量按以下步骤进行：
1、引车员将车辆停靠在规定的位置；
2、发出摄像头倾斜验证指令，摄像头拍摄金属量角器图像，验证摄像头倾斜的角度是否发生变化(定期检查验证)；
3、发出系统工作指令，摄像头和灯光仪开始对机动车拍摄图像，灯光仪同时计算前照灯灯光强度、前照灯光柱上下左右偏差；
4、计算机从摄像头读取图像数据，并对图像进行分析，求得机动车偏角，从灯光仪器获得前照灯光强和偏角；
5、打印输出结果。
本例测量的结果：
为了说明本实用新型的有益效果，本例给出对灯光左右偏差进行测量的结果，其灯光实际偏角为右偏348mm/10，检测结果表1所示。结果表明，修正前测得的灯光偏角均值和标准差分别为：R136和224.86(R表示“左偏”，L表示“右偏”)；修正后测得的灯光偏角均值和标准差分别为：R370.2和41.314。修正后测得的灯光偏角有着更小的变化范围和标准差，因而，具有更高的可信度和精度。
表1 前照灯灯光左右偏差测量结果(mm/10m)
| 校正前 | 校正后 | |
| 第1次 | 0 | R366 |
| 第2次 | R278 | R394 |
| 第3次 | R105 | R385 |
| 第4次 | R289 | R410 |
| 第5次 | L33 | R452 |
| 第6次 | L301 | R368 |
| 第7次 | R1 | R318 |
| 第8次 | R202 | R332 |
| 第9次 | R422 | R345 |
| 第10次 | R397 | R332 |
| 平均值 | R136 | R370.2 |
| 标准差 | 224.86 | 41.314 |
本实用新型基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置利用图像分析技术对机动车前照灯灯光进行检测，能自动对机动车前照灯灯光进行高效率的准确地检测。操作人员只需要将机动车有关参数输入计算机，并在机动车停稳后发出检测指令，本检测装置即可自动完成图像的读取、数据的分析、误差的修正、结果的保存和报告的输出打印。而无须对机动车停放位置进行人为或机械干预，有效地解决了现有技术存在的因机动车停放位置而造成的检测误差。
Claims (7)
1、基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，包括：
灯光仪，安装在机动车停车线正前方1-1.5米处、与机动车行进方向相垂直的可移动轨道上，用于测量机动车前照灯灯光强度、前照灯光柱上下左右偏差；其特征是还包括：
摄像头，安装在与可移动轨道处于同一平面的支架上，并位于行车中间线正上方5-6米处，用于获取机动车斜拍图像，向计算机提供图像数据以测量机动车停靠位置偏角；
金属量角器，放置于机动车停车线和可移动轨道之间，对摄像头倾斜角度定标，以设定摄像头倾斜角度参数，或用以验证摄像头倾斜角位置是否发生变化；
计算机，与灯光仪联接，从灯光仪中获取前照灯光强、偏角数据；它还与摄像头联接，采集摄像头获得的机动车和金属量角器图像，并进行图像分析，计算出机动车停靠位置偏角，从而对测光仪数据进行校正；计算机还可设定标准、参数、记录检测数据、显示和打印检测后的数据，并实时监控系统。
2、根据权利要求1所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，其特征在于：灯光仪安装于机动车停车线正前方1.2米处。
3、根据权利要求1所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，其特征在于：灯光仪安装于机动车停车线正前方1.3米处。
4、根据权利要求1所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，其特征在于：灯光仪安装于机动车停车线正前方1.4米处。
5、根据权利要求1所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，其特征在于：摄像头安装于行车中间线正上方5.6米处。
6、根据权利要求1所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，其特征在于：摄像头安装于行车中间线正上方5.8米处。
7、根据权利要求1所述的基于机器视觉的机动车前照灯灯光检测装置，其特征在于：摄像头安装于行车中间线正上方5.2米处。
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