CN211740236U - 一种车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载多波段立体视觉传感器测距性能测试方法及系统，包括利用所述激光设备测取所述目标物计算得到距离真值；由待测传感器自动识别所述目标物并实时输出所述目标物到所述参考点之间的待测距离；根据所述距离真值和所述待测距离计算测距误差；对所述测距误差使用箱线图法滤去极端异常值并计算误差均值；更换所述目标物及摆放位置重复N次测试，并对测试结果取均值作为测距性能的结果。本实用新型的有益效果：针对多目立体视觉传感器的高精度的黑盒测试方案，具备高精度的时间同步技术，测距精度达到毫米级别。

Description

一种车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统

技术领域

本实用新型涉及传感器测试的技术领域，尤其涉及一种车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统。

背景技术

车载多波段立体视觉传感器是应用于无人驾驶领域的重要传感器之一，其具备可见光与红外波段的立体成像与测距功能，其至少包含两个可见光相机与两个红外相机，并具备多波段融合功能以及一定的感知功能，可以工作在昼夜环境下，尤其采用无主动照明的车载多波段立体视觉传感器更具备一定的隐蔽性，具有更加广泛的应用场景。

车载多波段立体视觉传感器是由多波段立体视觉传感器系统和数据处理系统组成的。其中图像传感器包括可见光立体相机分系统、红外立体相机分系统、结构框架分系统、电子学分系统；数据处理系统包括可见光立体测距模块、红外立体测距、数据融合及输出模块。

针对车载多波段立体视觉传感器的功能与性能评价则是其研发阶段以及推向商业应用阶段必不可少重要的一环，其中测距性能是车载多波段立体视觉传感器的主要性能指标之一，其测距性能又可分为静态测距性能与动态测距性能，对静态测距与动态测距性能的高精度测试存在一定的难度。

实用新型内容

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型解决的技术问题是：针对多目立体视觉传感器的高精度的黑盒测试方案，现有缺乏具备高精度的时间同步与测距性能的测试系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，包括视觉传感器，为待测目标传感器；目标物，包括多种尺寸的圆柱体纯色开口桶，为传感器识别的目标；激光测距仪，为真值测量仪器，用于静态测距性能测试和用于动态测距性能测试，所述激光测距仪还包括配套的棱镜；上位机，用于连接传感器并接受传感器数据以及用于连接所述激光测距仪获取真值数据，并完成时间同步工作；时间同步服务器和测试机，所述时间同步服务器用于将整个测试系统中的设备输出的结果统一于同一个时间轴上；所述测试机用于接受真值数据与传感器测量数据，并根据测试内容进行调用相应的误差分析。

作为本实用新型所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统的一种优选方案，其中：所述激光测距仪包括激光跟踪仪和激光全站仪，所述激光跟踪仪用于动态测距性能测试，所述激光全站仪用于静态测距性能。

作为本实用新型所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统的一种优选方案，其中：包括用于设备安装固定的设备安装单元，所述安装单元包括治具、高速导轨和运动装置；所述治具用于固定所述视觉传感器和真值参考点的所述棱镜并方便固定于所述高速导轨与所述运动装置上的机械连接部件。

作为本实用新型所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统的一种优选方案，其中：所述视觉传感器与所述测试机和所述上位机连接，所述视觉传感器用于传感器位于测试系统内的时间同步、可见光立体测距、红外立体测距、数据融合及输出测试数据。

作为本实用新型所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统的一种优选方案，其中：所述高速导轨和所述运动装置为动态测距性能测试试验中被测传感器提供稳定可控的运动速度。

作为本实用新型所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统的一种优选方案，其中：所述激光全站仪的测距范围不低于1km，静态测距精度不低于1.5mm+2×10^-6D/2.4s，动态测距精度不低于3mm+2×10^-6D/＜ 0.15s，角分辨率不低于3”，输出频率不低于5Hz。

作为本实用新型所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统的一种优选方案，其中：所述激光跟踪仪的静态测距范围不低于50m，静态测距精度不低于10μm，跟踪速度不低于6m/s，跟踪最大加速度不低于2g，角分辨率不低于0.018角秒，输出频率不低于200Hz，能够支持外触发。

作为本实用新型所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统的一种优选方案，其中：包括温湿度计与流明计，二者均为环境条件测量仪器，用于检测当前测试环境是否满足目标测试项目的测试要求，所述的温湿度计分辨率不低于0.1℃、0.1％RH，精度不低于1℃、1％RH，所述的流明计分辨率不低于0.01Lux，量程不低于20000Lux。

作为本实用新型所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统的一种优选方案，其中：所述视觉传感器包含四个RGB相机和四个红外相机，且所述治具加工精度不低于0.05mm，所述时间同步服务器的时间同步精度不低于3ms。

作为本实用新型所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统的一种优选方案，其中：所述测试系统的测试内容包括可见光与红外光、正前方与侧方、静态与动态、室内室外和近距远距以及各种组合的测试。

本实用新型的有益效果：针对多目立体视觉传感器的高精度的黑盒测试方案，具备高精度的时间同步技术，测距精度达到毫米级别。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为多波段立体视觉传感器测距性能测试系统结构示意图；

图2为多波段立体视觉传感器测距性能测试流程图；

图3为多波段立体视觉传感器测距误差分布立方图示意图；

图4为多波段立体视觉传感器静态测距误差曲线图示意图；

图5为多波段立体视觉传感器动态测距误差曲线图示意图；

图6为进行测试的拟合结果示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

针对多目立体视觉传感器的高精度的黑盒测试方案，现有缺乏具备高精度的时间同步与测量精度的测试系统。且视觉感知单元都可以测试自身与目标的距离值，但是都很难采用非侵入式的性能黑盒测试，因为现有存在立体视觉相机测试都是需要先标定内外参，有的需要图像校正等一系列操作，但本测试系统无需上述操作。由于本测试系统是定制型非标准化的测试，现有测距缺乏具备高精度的时间同步技术，同时在测量精度上无法达到毫米级别(真值的测量精度为毫米级别)，同时现有测试方法都是侵入式的测试方案，无法满足项目的指标要求，所以本实施例中测试系统是针对多目立体视觉传感器的高精度的黑盒测试方案(即本测试是非侵入式的黑盒测试方法)，具备高精度的时间同步技术，测距精度达到毫米级别。

参照图1的示意，示意为本实施例提出一种车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统的系统结构图。具体的，测试系统包括设置于系统内的视觉传感器100、目标物200、激光测距仪300、上位机400和时间同步服务器500 和测试机600，视觉传感器100、目标物200和激光测距仪300安装设置于测试环境中，且视觉传感器100和激光测距仪300均与上位机400、时间同步服务器500和测试机600连接，实现整个测试系统中的设备输出的结果统一于同一个时间轴上，目标物200和根据实际需求进行摆放于系统空间内，视觉传感器 100和激光测距仪300根据摆放的目标物200的位置，以能够测试与目标物200 的距离要求为准进行位置摆放。其中，上述针对设备的连接，可以采用无线协议连接方式或者有线连接方式。

需要说明的是，本实施例中视觉传感器100即待测车载多波段立体视觉传感器，作为系统的待测传感器，视觉传感器100包含四个RGB相机和四个红外相机，具备时间同步，可见光立体测距、红外立体测距、数据融合及输出功能，根据测试系统需求的测试对象进行选择的现有存在传感器，例如可以选择康耐视In-Sight2000系列视觉传感器作为本系统的测试对象。目对于标物200 为多种尺寸的圆柱体纯色开口桶，为传感器和测距仪识别的目标。

激光测距仪300包括激光跟踪仪和激光全站仪，激光测距仪是利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量的仪器。激光跟踪仪用于动态测距性能测试，激光全站仪用于静态测距性能，其为现有存在的真值测量仪器，激光全站仪用于静态测距性能测试，优选的激光跟踪仪用于动态测距性能测试。激光跟踪仪是一台以激光为测距手段配以反射标靶的仪器，它同时配有绕两个轴转动的测角机构，形成一个完整球坐标测量系统。可以用它来测量静止目标，跟踪和测量移动目标或它们的组合。测试系统的测试内容包括可见光与红外光、正前方与侧方、静态与动态、室内室外和近距远距以及各种组合的测试。

本实施例中激光全站仪测距范围不低于1km，静态测距精度不低于1.5mm +2×10^{- 6}D/2.4s，动态测距精度不低于3mm+2×10^-6D/＜0.15s，角分辨率不低于3”，输出频率不低于5Hz，的激光跟踪仪，静态测距的范围不低于50m，静态测距精度不低于10μm，跟踪速度不低于6m/s，跟踪最大加速度不低于2g，角分辨率不低于0.018角秒，输出频率不低于200Hz，支持外触发。例如本实施例可以选择ZOOM30系列全站仪，是中纬全新设计推出的全站仪系列，用于完成测距的测试。

上位机400在测试系统中连接传感器接受传感器数据以及连接激光测距仪与激光跟踪仪获取真值数据，并完成时间同步工作。本实施例中上位机400是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC屏幕上显示各种信号变化，与其对应的下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机之类的。上位机400发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备，下位机不时读取设备状态数据，转换成数字信号反馈给上位机400。简言之如此，实际情况千差万别，上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。在概念上，控制者和提供服务者是上位机400，被控制者和被服务者是下位机，也可以理解为主机和从机的关系，但上位机400和下位机也是可以转换的。

时间同步服务器500内设置时间同步模块，用于将整个测试系统中的设备输出的结果统一于同一个时间轴上。时间是人们生活和工作中必不可少的，时间的应用从古代到现代，从生活中应用到工业生产、军事装备、公共场所等等，并且各个领域都对时间有着统一性、准确性的要求，时间服务器的出现解决了人们对时间应用的要求，时间服务器也称时间同步服务器，时间同步服务器按传输接口和输入信号不同可分为：NTP服务器、串口服务器、PTP服务器、 CDMA服务器、GPS服务器、GPS北斗服务器等。时间同步服务器接收GPS 北斗卫星、CDMA、IRIG-B码等信号的标准时钟信号，并将这些时间信号通过网络、串口、IRIG-B码、PTP、秒脉冲、传输给需要时间信号的设备，通过不同的授时方式进行标准时间源同步。时间同步服务器500与上位机400的时钟驯服与部分器件的硬触发模块先连接，的时间同步模块时间同步精度不低于 3ms。

测试机600设置误差分析模块，用于接受真值数据与传感器测量数据，并根据测试内容进行调用相应的误差分析。能够根据测试内容进行调用相应的算法模块进行误差分析。

进一步的，为了实现上述待测试设备在测试系统内的安装和移动，本实施例测试系统还包括用于设备安装固定的设备安装单元700，安装单元700包括治具701、高速导轨702和运动装置703，治具701用于固定视觉传感器100和真值参考点的棱镜301并方便固定于高速导轨702与运动装置703上的机械连接部件，高速导轨702和运动装置703为动态测距性能测试试验中被测传感器提供稳定可控的运动速度且治具701加工精度不低于0.05mm。

本实施例还包括温湿度计与流明计，二者均为环境条件测量仪器，用于检测当前测试环境是否满足目标测试项目的测试要求，的温湿度计分辨率不低于 0.1℃、0.1％RH，精度不低于1℃、1％RH，的流明计分辨率不低于0.01Lux，量程不低于20000Lux。

需要说明的是，治具701是一个木工、铁工、钳工、机械、电控以及其他一些手工艺品的大类工具，主要是作为协助控制位置或动作(或两者)的一种工具。治具可以分为工艺装配类治具、项目测试类治具和线路板测试类治具三类。运动装置703为与高速导轨702配合高速移动的小汽车，将治具701固定的固定车载多波段立体视觉传感器以及真值参考点的棱镜301，至于高速导轨 702上的小汽车上，利用小汽车的移动实现车载多波段立体视觉传感器以及真值参考点的棱镜301的移动要求，对此小汽车在导轨上的移动控制本实施例采用现有技术实现，应当属于隐含公开的内容，本实施例此处不做详细说明。同样的，本系统中涉及的测试相关设备均为现有存在的设备，且设备间涉及的线路连接、通信传输技术、设备的安装以及系统控制高精度转台等均为本领域较为成熟的技术手段，并不是本实施例的核心技术方案，属于隐含公开的内容，故不做详细描述。

温湿度计与流明计同样的是，属于现有十分成熟的技术设备，例如温湿度计是用来测定环境的温度及湿度，以确定产品测试环境条件，而流明计可以采用希玛品牌，型号为AS813高精度数字照度计照度仪LED亮度表光照强度测试仪流明计。

实施例2

基于上述实施例的说明，本实施例将上述设备参照图1的方式进行连接布置构成本测试系统，参照图2，其具体实现测试的工作流程如下：

首先将待测的多波段立体视觉传感器100固定于治具701上，治具700固定于指定位置上；

使用温湿度计与流明计测量当前试验条件，如在测试规定的温湿度与光照条件下则进行继续试验，如不符合则通过人为进行环境调整或者等待合适的测试环境；

激光全站仪或激光跟踪仪架站与预热，标定传感器坐标系与参考点即棱镜位置的坐标转换；

进行视觉传感器100、激光全站仪/激光跟踪仪、上位机400、测试机600 的时间同步，根据测试项目优选的将同步误差控制在3ms以下；

选择合适的目标物200并根据测试项目将其水平置于在合适的位置上，将棱镜301置于目标物200的顶端中心，测量此时棱镜301位置，并根据先验的目标物200高与棱镜301高计算得到目标物200中心的坐标，记下该坐标与目标物半径；

如为静态测距试验，将棱镜301从目标物200上取下安装于治具701上参考点位置，采用全站仪测量若干参考点的坐标数据，取均值得到参考点坐标，根据目标物200中心坐标与目标物200半径计算得到静态测距真值，实时获取待测多波段立体视觉传感器100输出的测距结果，通过测试机600内设置的误差分析模块计算静态测距误差，绘制输出如图3所示的误差直方图与如图4所示的静态测距误差曲线；采用箱线图法滤去极端异常值后计算静态测距误差均值；

如为动态测距试验，将棱镜301从目标物200上取下安装于治具701上参考点位置，采用激光跟踪仪跟踪参考点的坐标，实时获取待测多波段立体视觉传感器100输出的测距结果，根据输出的测距结果的时间戳对激光跟踪仪测得的参考点坐标进行线性插值得到同一时刻的坐标值，根据目标物200中心坐标与目标物200半径，利用测试机600内设置的误差分析模块计算该时刻的动态测距真值与动态测距误差，绘制如图3所示的误差直方图与如图5所示的动态测距误差曲线，采用箱线图法滤去极端异常值后计算动态测距误差均值；

更换目标物200及摆放位置重复N次测试，并对测试结果取均值作为一个测试项目的结果。

本实施例需要说明的是，测试机600内设置的误差分析模块对于坐标数据的获取、数据转换、距离计算以及误差分析的实现，本领域技术人员不难的理解是，误差分析模块作为测试机600内的硬件模块，其是写入计算机程序言的芯片，属于硬件设备，具有的功能取决于嵌入式的程序，在本实施例能够将以下算法通过编程转换为计算机语音嵌入误差分析模块中实现所需要的功能。因此，本实施例对于坐标、真值距离和测距误差通过如下算法实现，也即误差分析硬件模块实现如下：

静态测距包括：

利用激光全站仪测取参考点在激光全站仪坐标系下的坐标(x_o,y_o,z_o)；

随机挑选单个合适尺寸的圆柱体目标物，以随机顺序水平摆放于若干个经过标定的位置上；需要说明的是，合适尺寸为根据相机的分辨率与测试的测距量程选择，比如测距30m不能选用杯子大小的物体，要在成像上图片上能够占据一定大小。

使用激光全站仪测取目标物中心点在激光全站仪坐标系下的坐标(x_t,y_t,z_t)；

根据圆柱体目标物半径r，计算得到如下距离真值d：

由待测传感器自动识别目标物并实时输出目标物到参考点之间的距离

使用箱线图法滤去极端异常值并计算静态误差均值

静态性能测试完毕后，将被测的车载多波段立体视觉传感器固定于高速导轨(室内)或汽车(室外)上。

进一步的，动态测距包括：

将待测传感器固定于运动设备上；

随机挑选单个合适尺寸的圆柱体目标物，以随机顺序水平摆放于若干个经过标定的位置上；

利用激光跟踪仪测取目标物中心点在激光全站仪坐标系下的坐标(x_t,y_t,z_t)；

驱动运动设备并使用激光跟踪仪跟踪参考点，即实时获取参考点位置；

由待测传感器自动识别目标物并实时输出目标物到参考点之间的距离

与对应的时间戳t_i；

对激光跟踪仪得到的坐标点根据时间戳进行线性插值得到对应的t_i时刻的参考点坐标

根据圆柱体目标的半径r，计算得到t_i时刻的如下距离真值d(t_i)：

描述激光跟踪仪得到坐标点的根据时间戳的线性插值：

对于满足t₀＜t₁＜t₂的时刻t₁其中t₀与t₂时刻均为激光跟踪仪的采样时刻，对应的坐标为(x_o(t₀),y_o(t₀),z_o(t₀))和(x_o(t₂),y_o(t₂),z_o(t₂))；

其t₁时刻的坐标

通过下式得到：

计算t_i的动态测距误差

根据测试内容筛选对应的时间区间；

使用箱线图法滤去极端异常值后计算动态测距误差

选择合适的目标物200并根据测试项目将其水平置于在合适的位置上；需要说明的是，合适的目标物200是指根据相机的分辨率与测试的测距量程选择，例如测距30m不能选用杯子大小的物体，要在成像上图片上能够占据一定大小。同时箱线图法为采用现有成熟的箱线图的绘制步骤实现，又称为盒须图、盒式图或箱线图，是一种用作显示一组数据分散情况资料的统计图。因形状如箱子而得名。在各种领域也经常被使用，常见于品质管理。它主要用于反映原始数据分布的特征，还可以进行多组数据分布特征的比较。箱线图的绘制方法是：先找出一组数据的上边缘、下边缘、中位数和两个四分位数；然后连接两个四分位数画出箱体；再将上边缘和下边缘与箱体相连接，中位数在箱体中间。

实施例3

针对上述实施例中提出的高精度时间同步，本实施例中时间同步服务器 500与测试机600相同的是，均为通过硬件设备实现，于时间同步服务器500 内设置时间同步服务集成芯片，该集成芯片采用如下技术方案实现：

振荡信号模块分别与计算机和设备相连接。其中，振荡信号模块可以为单片机、FPGA、DSP等，能够输出振荡信号。

具体的，所述振荡信号模块通过通信端口与计算机相连接，通信端口可以为串口、CAN总线、网络等用于通信的端口；通过信号输入输出端与设备相连接，信号输入输出端可以为单片机上的I/O端口，能够作为振荡信号模块与计算机通信传输端口，还可以用于振荡信号的输出。

振荡信号模块输出振荡信号触发设备，同时发送通信包告知计算机设备被触发。

设备通过其内部时钟记录被触发的时间戳

计算机通过其内部时钟记录通信包到达的时间戳

其中，设备将其第i个被触发的时间戳记为

共计 N个点；所述计算机将第i个通信包到达的时间戳记为

共计N个点，N至少为2。增大N的值，可以提高最终结果的精确度。

将测得的时间戳

和

进行线性回归，得到其线性关系。

具体的，将测得的N对时间戳

和

进行线性回归，时间戳

和

的线性关系满足如下公式，

t^C＝k·t^E+α+ε

其中，其中t^C为计算机内部时钟的时间，t^E为设备内部时钟的时间，ε为期望为零且方差有限的白噪声，k和α分别为待定的斜率与截距。斜率k和截距α的估计值

和通过以下公式求解最优化值得到，

其中，求解最优化值是指对上式求解最小值，当该式取值最小时，此时对应的k和α的大小分别记作为

和

根据线性关系计算新的时间戳

对应的计算机时钟的时间戳

和新的时间戳

对应的设备时钟的时间戳

其中，根据线性关系计算新的时间戳

和

时， i>N。

具体的，通过斜率k和截距α的估计值

和

进行计算，所述

和

的关系满足如下公式，

所述

和

的关系满足如下公式，

根据以上两个公式，能够得到计算机时钟和设备时钟所示时间的相互关系，即完成了时钟驯服的过程。

对本实施例提出的时同步实现加以验证：

由于以双目相机为首的很大一部分传感器并不具有硬件触发的功能，使其与其相连的上位计算机很难与带硬件触发功能的设备的时钟进行同步。而本实施例提出的计算机与带硬件触发功能设备的时钟驯服方法，目的在于使不带硬件触发功能的传感器以及其上位机算机与带硬件触发功能的设备，如激光跟踪仪，其之间的时钟能够同步。

为了体现本实施例提高的时钟驯服方法的优势，以双目相机在运动状态下的测距精度测试为例，介绍并观察其具体的实施方式和结果。以双目相机在运动状态下的测距精度测试为例的目的是使本实施例所述方法的目的、特征和优点能更加便于理解，但本实施例所述方法可以以不同的形式呈现，并不受此例中的具体实施方式所限。

测试中选择STM32单片机作为振荡信号模块，将STM32单片机分别与激光跟踪仪和计算机相连接，STM32单片机能够输出方波信号，当方波信号由高电平转为低电平时，STM32同时经由RS232串口向上位计算机发送一个字节的数据包，告知计算机激光跟踪仪被触发。

计算机记录收到STM32数据包时的时间戳，第i个时间戳记为

共计10000 个点；激光跟踪仪被下降沿触发输出带时间戳的测量数据，第i个数据的时间戳记为

共计10000个点。

将10000对时间戳

和

进行线性回归，使计算机内部时钟的时间与激光跟踪仪的内部时钟时间符合线性关系t^C＝k·t^E+α+ε，k和α分别为待定的斜率与截距，通过求解以下最优化问题，

求出斜率k和截距α的估计值

和

对于激光跟踪仪在试验中测得的每一个数据的新时间戳

或上位计算机时钟的新时间戳

(其中i>N)，可通过对斜率k和截距α的估计值

和

计算对应的计算机时钟的时间戳

或对应的设备时钟的时间戳

得到的拟合结果如下图6所示，另外使用新的1000组数据来验证拟合结果，即计算

该1000个误差值中最大值约为4.6ms，可以看出本实施例提出的时钟驯服方法具有较好的准确性，方法有效可行。

应当认识到，本实用新型的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合) 可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本实用新型的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和 /或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的实用新型包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本实用新型所述的方法和技术编程时，本实用新型还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本实用新型优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，其特征在于：包括，

视觉传感器(100)，为待测目标传感器；

目标物(200)，包括多种尺寸的圆柱体纯色开口桶，为传感器识别的目标；

激光测距仪(300)，为真值测量仪器，用于静态测距性能测试和用于动态测距性能测试，所述激光测距仪(300)还包括配套的棱镜(301)；

上位机(400)，用于连接传感器并接受传感器数据以及用于连接所述激光测距仪(300)获取真值数据进行误差分析，并完成时间同步工作；

时间同步服务器(500)和测试机(600)，所述时间同步服务器(500)用于将整个测试系统中的设备输出的结果统一于同一个时间轴上，所述测试机(600)用于接受真值数据与传感器测量数据，并根据测试内容进行调用相应的误差分析。

2.如权利要求1所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，其特征在于：所述激光测距仪(300)包括激光跟踪仪和激光全站仪，所述激光跟踪仪用于动态测距性能测试，所述激光全站仪用于静态测距性能。

3.如权利要求2所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，其特征在于：包括用于设备安装固定的设备安装单元(700)，所述安装单元(700)包括治具(701)、高速导轨(702)和运动装置(703)；

所述治具(701)用于固定所述视觉传感器(100)和真值参考点的所述棱镜(301)并方便固定于所述高速导轨(702)与所述运动装置(703)上的机械连接部件。

4.如权利要求3所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，其特征在于：所述视觉传感器(100)与所述测试机(600)和所述上位机(400)连接，所述视觉传感器(100)用于传感器位于测试系统内的时间同步、可见光立体测距、红外立体测距、数据融合及输出测试数据。

5.如权利要求4所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，其特征在于：所述高速导轨(702)和所述运动装置(703)为动态测距性能测试试验中被测传感器提供稳定可控的运动速度。

6.如权利要求4或5所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，其特征在于：所述激光全站仪的测距范围不低于1km，静态测距精度不低于1.5mm+2×10^-6D/2.4s，动态测距精度不低于3mm+2×10^-6D/＜0.15s，角分辨率不低于3”，输出频率不低于5Hz。

7.如权利要求6所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，其特征在于：所述激光跟踪仪的静态测距范围不低于50m，静态测距精度不低于10μm，跟踪速度不低于6m/s，跟踪最大加速度不低于2g，角分辨率不低于0.018角秒，输出频率不低于200Hz，能够支持外触发。

8.如权利要求7所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，其特征在于：包括温湿度计与流明计，二者均为环境条件测量仪器，用于检测当前测试环境是否满足目标测试项目的测试要求，所述的温湿度计分辨率不低于0.1℃、0.1％RH，精度不低于1℃、1％RH，所述的流明计分辨率不低于0.01Lux，量程不低于20000Lux。

9.如权利要求7或8所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，其特征在于：所述视觉传感器(100)包含四个RGB相机和四个红外相机，且所述治具(701)加工精度不低于0.05mm，所述时间同步服务器(500)的时间同步精度不低于3ms。

10.如权利要求9所述的车载多波段立体视觉传感器测距性能的测试系统，其特征在于：所述测试系统的测试内容包括可见光与红外光、正前方与侧方、静态与动态、室内室外和近距远距。

Images