ITFI20060196A1 - Metodo e dispositivo per la misura senza contatto dell'allineamento di ruote di autoveicoli - Google Patents

Description

Metodo e dispositivo per la misura senza contatto dell’allineamento di ruote di autoveicoli

Descrizione

Campo tecnico

La presente invenzione riguarda perfezionamenti ai metodi ed ai dispositivi per la misura degli angoli caratteristici delle ruote di autoveicoli e dell’allineamento delle ruote.

Nella presente descrizione e nelle allegate rivendicazioni, per autoveicolo si intende in generale un veicolo a motore con almeno una coppia di ruote sterzanti, non necessariamente adibito al trasporto di persone (automobile), bensì anche ad altri impieghi industriali o commerciali.

Stato della tecnica

L'allineamento delle ruote di un autoveicolo consiste nel settare correttamente gli angoli caratteristici di una ruota; uno di essi individua la posizione della ruota (quando essa non è sterzata) rispetto al terreno, l’altro individua invece la posizione dell'asse di sterzo (ossia la linea immaginaria attorno alla quale ruota l'intero complesso di mozzo, portamozzo, cerchio e gomma, quando la ruota anteriore sterza) rispetto al piano stradale. Con riferimento ad uno dei due assali due angoli definiscono l'angolo di convergenza totale ossia quello formato dai piani di rotolamento delle due ruote guardando la vettura dall'alto. Ogni ruota ha un angolo di semiconvergenza che è la somma dei due angoli di semiconvergenza definisce l’angolo di convergenza totale. Se i due piani si incrociano anteriormente all'assale considerato (rispetto al senso di marcia) allora l'angolo è positivo. L'angolo è invece negativo qualora ì due piani si incrociassero posteriormente all'assale. I secondi due angoli che definiscono la posizione della ruota rispetto al terreno sono detti angoli di campanatura (o camber) e si individuano tra i piani di rotolamento delle due ruote di un assale guardando la vettura frontalmente. Più precisamente l'angolo di camber di una ruota è quello che si misura tra il piano su cui rotola la ruota e l’asse di mezzeria perpendicolare al terreno.

Le Figg.1 A, 1B, 1C e 2A, 2B, 2C mostrano diversi valori degli angoli di convergenza e degli angoli di campanatura, rispettivamente.

E’ noto che il set-up degli angoli caratteristici delle ruote di un autoveicolo, ed in particolare convergenza e campanatura, determinano il comportamento della vettura in strada e contribuiscono notevolmente al comfort del guidatore.

Sono stati sviluppati diversi sistemi per il controllo e la regolazione degli angoli caratteristici delle ruote di un autoveicolo.

Un primo tipo di dispositivi noti prevede l’impiego di "bersagli" fissati rigidamente alle ruote deU'autoveicolo e posti in direzione frontale al sistema di acquisizione. Sistemi di questo tipo sono descritti in US-A-6134792; US-A-5724128; US-A-5724743, US 5724743, US2005068522. I bersagli vengono di norma applicati alla ruota inclinati di circa 45 gradi. Poiché l’angolo non è noto a priori, serve una procedura iniziale "di compensazione" che consiste nello spostare il veicolo indietro e di nuovo avanti con i bersagli collegati alla ruota in modo che l’elaboratore ne acquisisca per differenza le posizioni iniziali di montaggio. Questa procedura non è gradita agli utenti anche per la intrinseca insicurezza nello spostare un veicolo collocato su un ponte sollevatore,

Vi sono sistemi analoghi in cui il target è fissato sul ponte (US-A-6064750; US-A-6252973) e la ruota è fissata in modo da conoscerne la posizione rispetto al sistema di riferimento costituito dal ponte (si parte dal presupposto che il ponte sia sufficientemente rigido da costituire un ottimo sistema di riferimento).

I sistemi citati presentano i seguenti problemi o svantaggi:

- necessità di predisporre l’attrezzatura fissandola alla ruota (oggetto di misura); quindi la misura è di tipo intrusivo.

- incremento dei tempi di misura dovuto al montaggio.

- precisione di montaggio: un errore del posizionamento del bersaglio sulla ruota comporta un ancora maggiore errore sulla misura degli angoli.

- stabilità di montaggio: ì target devono essere montati sulla ruota con collegamenti estremamente stabili per evitare il propagarsi di errori di misura durante gli spostamenti e le rotazioni della ruota nelle normali operazioni di settaggio degli angoli caratteristici

Sono state realizzate anche diverse attrezzature per la misura degli angoli che non prevedono l’utilizzo di marker o bersagli fissati rigidamente con la ruota. In questi sistemi (US5978077, US6400451, US6657711) viene utilizzato un dispositivo laser che proietta sulla ruota in determinate posizioni una lama di luce coerente monocromatica che può anche essere strutturata (ossia di una forma nota). Un sistema di acquisizione ottico (macchina fotografica digitale, telecamera, o simile.) calcola la distanza deila ruota dal proiettore laser sulla base delle immagini acquisite della lama di luce. Tramite il calcolo della distanza è possibile misurare gli angoli dì convergenza e di campanatura.

In altri brevetti (US-A-5054918; US-A-5600435) viene previsto di misurare gli angoli caratteristici con un metodo senza contatto. Ciò è ottenuto dalla misura di tre punti definiti sulla ruota, ottenuti mediante tre fasci laser. Riferita la misura ad un sistema fisso mediante equazioni trigonometriche si misurano i valori reali. Questi sistemi sono caratterizzati da una notevole complessità costruttiva. Inoltre, la misura è molto legata alle dimensioni fisiche del cerchione. Per contro, il vantaggio di questi sistemi è quello di misurare senza contatto gli angoli di convergenza e campanatura. Lo svantaggio è che, essendo la misura basata sul calcolo delle distanze e sulla misura della posizione reciproca delle due (o più) telecamere che acquisiscono l'immagine, la precisione del metodo è legata fortemente alla risoluzione spaziale dei dispositivi di acquisizione (siano essi CCD o CMOS). Non è possibile scendere a livello di sub-pixel.

a) Altri sistemi di misura senza contatto degli angoli sono descritti in DE-A-2948573, nel quale è spiegato il principio generale che consiste nell'utilizzo di videocamere o altri dispositivi di acquisizione per individuare il profilo del cerchione. Tale profilo è costituito, in generale, da un'ellisse, essendo la proiezione nel piano di una circonferenza nello spazio. Al variare degli angoli dì campanatura e di convergenza l’ellisse individuata presenta una variazione degli assi (maggiore e minore). La determinazione dell’asse maggiore, dell’asse minore e dell'intersezione dei due assi avviene mediante l'utilizzo di tecniche basate su elaborazione di immagini. Dalla determinazione di questi tre parametri è possibile, con relazioni geometriche, ottenere l’orientazione del piano di giacenza della ruota rispetto all’asse longitudinale del veicolo.

- In WO-A-0177617 è descritto un metodo, in cui in cui il numero di punti per ricostruire l'ellisse non è scelto in modo casuale, bensì con un metodo basato su approssimazioni successive. Il sistema prevede di disporre le telecamere in un quadrilatero fisso situato esternamente al veicolo, ma non sul veicolo. Il quadrilatero è costituito da quattro telecamere che inquadrano ciascuna una ruota dei veicolo con un certo angolo. Le immagini acquisite dalla telecamera sono trattate con una equalizzazione seguita da un operatore di Sobel o di Laplace e poi sono estratti i contorni della figura (ellisse, linee ecc) con una soglia. Non si lavora a luce naturale, bensì con una illuminazione ad infrarossi ed utilizzando sulla telecamera un filtro ad infrarossi opportuno che riduce, anzi azzera, l’effetto della luce ambientale. Una volta estratto il contorno dell’ellisse, dove si promettono minimizzati i difetti del cerchione, si applica un algoritmo di least square fit all’equazione della conica.

In WO-02/03027 è descritto un metodo per determinare l'inclinazione di una ruota, ed in particolare per determinare l’angolo di convergenza e campanatura, senza contatto. Questo sistema si basa sulla applicazione (usualmente in fase di produzione) di marcature strutturate sul cerchione o sul pneumatico di un’autovettura. Una telecamera posta davanti alla ruota (cioè sul fianco dell’autoveicolo) acquisisce poi immagini della ruota e delle marcature per risalire agli angoli caratteristici. Questo metodo può essere applicato soltanto se si utilizzano cerchioni o pneumatici pre-marcati. In alternativa, chi esegue la misura può applicare le marcature struttura te sulla ruota, ma in tal caso si presentano nuovamente gli inconvenienti legati alia necessità di utilizzare marcature strutturate. Il problema è reso più difficoltoso dal fatto che questo metodo si basa sull'uso di marcature tutte diverse l’una dall’altra su una stessa ruota.

In WO-A-2005/090906 è descritto un sistema di misura degli angoli di convergenza delle ruote di un autoveicolo, basato sull’impiego di coppie di telecamere poste davanti alle ruote, cioè di fianco all'autoveicolo. Il metodo è basato sul riconoscimento del bordo del cerchione e implica calcoli complessi, oltre ad essere affetto da errori in caso di difetti del cerchione, quali ammaccature o simili.

Scopi e sommario dell'invenzione

Uno scopo di una forma di attuazione dell'invenzione è la realizzazione di un sistema di determinazione degli angoli caratteristici delle ruote di un autoveicolo che superi in tutto od in parte gli inconvenienti della tecnica nota.

In particolare, uno scopo è quello di realizzare un sistema di elevata precisione e di semplice utilizzo, che sia senza contatto, cioè che non richieda l'applicazione, con elevate precisioni, di bersagli di forma o struttura determinate sulle ruote o sul ponte.

Secondo una possibile forma di realizzazione dell’invenzione, il metodo comprende le seguenti fasi:

- applicare sulle ruote dell’autoveicolo una pluralità di marcature lungo una linea approssimativamente circonferenziale e sostanzialmente coassiale alla ruota:

- disporre, in corrispondenza di ciascuna ruota, due dispositivi di acquisizione di immagini, con inclinazioni diverse rispetto a detta ruota;

- per ciascuna ruota acquisire, mediante ciascuno di detti due dispositivi di acquisizione di immagini, almeno una immagine di detta ruota con le relative marcature;

- determinare, tramite calcoli di geometria epipolare e triangolazione, l’equazione rispetto ad un sistema di riferimento di un piano di giacitura approssimato di dette marcature nello spazio, detto piano di giacitura essendo sostanzialmente parallelo al piano di giacitura della ruota;

- determinare gli angoli di campanatura e di convergenza di detta ruota in base all’equazione di detto piano di giacitura e dell’equazione di piani di riferimento rispetto a cui l'autoveicolo assume una posizione nota.

In linea generale il metodo può essere attuato con una disposizione di telecamere od altri dispositivi di acquisizione delle immagini la cui posizione reciproca e rispetto alla struttura di supporto del veicolo sono note. In una forma di attuazione particolarmente semplice dell’invenzione, infatti, si può disporre i dispositivi di acquisizione in posizioni fisse e note, ai lati di un ponte sul quale vengono di volta in volta disposti gli autoveicoli su cui deve essere eseguita la misurazione degli angoli di convergenza e campanatura. In questo modo si evitano operazioni di calibrazione delle telecamere e di determinazione delle posizioni relative delle telecamere rispetto ad un sistema di riferimento assoluto, Sono, questi, dati necessari alla correzione di eventuali difetti di posizionamento del veicolo sul ponte o su altra struttura di supporto equivalente.

L’idea di base dell’invenzione, quindi, consiste nel fatto di eseguire una misura senza contatto, e senza la necessità di applicare bersagli di vario tipo sulle ruote, evitando quindi le conseguenti problematiche concernenti la precisione della misura. Al contrario, il piano di giacitura di ciascuna ruota viene individuato tramite osservazione stereo (cioè con due telecamere od altri dispositivi di acquisizione di immagini di cui è nota la posizione reciproca) di semplici bollini, punti, o marcature non strutturate applicate su una linea approssimativamente circolare sulla ruota. Le marcature possono al limite essere applicate anche con un semplice pennarello di adeguato colore.

L'acquisizione delle due immagini da angolazioni diverse delle marcature consente, tramite triangolazione, di risalire alla posizione nello spazio, cioè rispetto ad un riferimento cartesiano opportuno, delle marcature sulla ruota o più precisamente dei punti baricentrici di tali marcature. Poiché le marcature giacciono approssimativamente su un piano parallelo al piano mediano della ruota, l’inclinazione del piano di giacitura che approssima la superficie di giacitura rispetto a piani di riferimento orizzontale e verticale consente di risalire agli angoli di campanatura e di convergenza delle ruote.

Secondo una vantaggiosa forma di attuazione del metodo della presente invenzione, le marcature vengono eseguite con un inchiostro od altro materiale invisibile, ma individuabili ad esempio con una illuminazione nel vicino infrarosso (IR) o nell 'ultra violetto. Questo evita la necessità dì rimuovere le marcature dalle ruote. Inoltre, l'uso di una marcatura visibile nella gamma UV o IR permette di isolare più facilmente i punti di interesse sull'immagine (UV o IR) acquisita dalle telecamere, eliminando da tali immagini elementi diversi dalle marcature necessarie al calcolo degli angoli suddetti.

Se si ipotizza, il che non sì verifica nella realtà, di disporre un autoveicolo su un ponte o su un'altra struttura di supporto, con una elevata precisione in modo che la mezzeria del veicolo sia parallela all'asse longitudinale della struttura di supporto stessa, gli angoli di convergenza potrebbero essere determinati direttamente una volta che è nota la posizione reciproca delle due telecamere di ogni coppia associata ad una determinata ruota, semplicemente individuando, sulla base della geometria epipolare e della triangolazione, le coordinate delle marcature rispetto al sistema di riferimento associato ad una delle telecamere che acquisisce l'immagine della rispettiva ruota. Infatti, il parallelismo del veicolo rispetto alla struttura di supporto e la conoscenza delle equazioni dei piani di riferimento solidali alla struttura portante espresse nel sistema di riferimento solidale alla telecamera di una data coppia consentono di determinare gli angoli di convergenza in modo diretto.

Peraltro, in generale quando un autoveicolo viene disposto sul ponte per determinare gli angoli di convergenza e campanatura, esso sarà sempre leggermente disassato rispetto alla linea di mezzeria del ponte, che è parallela ad uno degli assi cartesiani che definiscono i piani di riferimento orizzontale e verticale, rispetto a cui devono essere determinati gli angoli di campanatura e convergenza. Questo richiede una correzione dell’angolo di convergenza determinato da ciascuna coppia di telecamere per ciascuna ruota,

A tal fine, secondo una vantaggiosa forma di esecuzione dell'invenzione, il metodo prevede una fase preliminare per determinare la posizione di detto autoveicolo rispetto ai piani di riferimento in base alla posizione dei dispositivi di acquisizione rispetto ad un sistema di riferimento unico. In sostanza, si tratta di individuare la posizione di tutti i centri delle telecamere od altri dispositivi di acquisizione delle immagini rispetto al centro di un sistema di riferimento, assunto come assoluto, centrato su una di dette telecamere. Come apparirà chiaro in seguito, questo consente di determinare le coordinate tridimensionali di tutti i centri delle quattro ruote dell’autoveicolo rispetto a tale sistema di riferimento assoluto e quindi di individuare la mezzeria del veicolo e l’angolo che esso forma con i piani di riferimento solidali al ponte od altra struttura portante del veicolo, per compensare in tal modo il cosiddetto "run-up”, cioè l’errore di posizionamento angolare del veicolo rispetto al ponte.

In una vantaggiosa forma di esecuzione dell’invenzione, viene previsto di determinare la posizione reciproca tra le telecamere, ed una struttura di supporto del l'autoveicolo tramite calibrazione di dette telecamere utilizzando bersagli solidali a detta struttura ed in posizione nota rispetto a detti piani di riferimento. I bersagli presentano un disegno, preferibilmente visibile nell’infrarosso o nell'ultravioletto, costituito da figure geometriche semplici, quali rettangoli, quadrati o cerchi. Di questi vengono riprese le immagini stereo tramite le telecamere di ogni coppia e sulle immagini vengono individuati i punti baricentrici. Tramite applicazione della geometria epipolare si individuano i punti baricentrici corrispondenti sulle due immagini e si calcola per triangolazione l’equazione del piano di giacitura del bersaglio. Se questo coincide con il piano verticale passante per il fianco del ponte, si possono ricostruire, tramite rette tra loro ortogonali definite da almeno tre punti baricentrici di corrispondenti tre immagini sul bersaglio, le equazioni degli altri due piani di un sistema di riferimento solidale al ponte.

Preferibilmente, secondo una vantaggiosa forma di attuazione dell’invenzione, le coppie di telecamere di acquisizione delle immagini sono almeno in parte mobili rispetto alla struttura di supporto del veicolo. In questo caso, una volta posizionati i dispositivi rispetto alla struttura di supporto dell’autoveicolo, viene eseguita una operazione dì calibrazione per determinare la posizione di ciascuna coppia di telecamere rispetto alla struttura di supporto e la posizione di ciascuna telecamera, rispetto ad un sistema di riferimento assoluto, vantaggiosamente solidale ad una delle telecamere e centrato rispetto al suo elemento sensibile. Definita la posizione reciproca delle telecamere di ciascuna coppia di telecamere, la posizione relativa di ciascuna coppia dì telecamere alla struttura di supporto viene eseguita tramite una operazione di calibrazione utilizzando uno o più bersagli solidali alla struttura di supporto.

In una vantaggiosa forma di esecuzione del metodo secondo l'invenzione vengono previste le seguenti fasi:

- per ciascuna ruota acquisire due immagini, una per ciascuna di dette almeno due telecamere associate alla ruota stessa;

- su dette immagini determinare punti corrispondenti alle marcature sulla ruota;

- tramite una operazione di geometria epipolare, determinare la corrispondenza tra i punti su una prima di dette due immagini ed i punti su una seconda di dette due immagini;

- in base alle coordinate di detti punti nei due piani di immagine, determinare per triangolazione le coordinate in un sistema tridimensionale di dette marcature;

- determinare in detto sistema tridimensionale, l'equazione di un piano che approssima la superficie di giacitura di detti punti.

Secondo un ulteriore aspetto, l’invenzione riguarda un dispositivo per la misura di angoli di inclinazione delle ruote di un autoveicolo, comprendente: - una struttura di supporto dell’autoveicolo;

- per ciascuna ruota dell’autoveicolo, una coppia di dispositivi di acquisizione di immagini;

- un’unità di controllo ed elaborazione programmata per eseguire un metodo di misura come sopra definito e descritto in maggiore dettaglio nel seguito..

Ulteriori vantaggiose caratteristiche e forme di realizzazione del metodo e del dispositivo secondo l'invenzione sono descritte nel seguito con riferimento ad esempi non limitativi di attuazione.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà meglio compresa alla luce della descrizione di alcuni esempi non limitativi di attuazione, illustrati negli allegati disegni. Più in particolare, nei disegni mostrano: le

Figg.1A-1C; 2A-2C schemi indicativi degli angoli di convergenza e di inclinazione delle ruote di un autoveicolo; la

Fig. 3 una vista in pianta schematica e parziale di una prima configurazione del dispositivo secondo l'invenzione; la

Fig.4 una vista assonometrica di una parte della colonna di supporto delle telecamere del dispositivo di Fig.3; la

Fig.5 una vista assonometrica del dispositivo di misura di Fig.3; la Fig.6 una vista assonometrica di una diversa forma di realizzazione del dispositivo secondo l'invenzione; la

Fig.7 una vista in pianta schematica e parziale del dispositivo di Fig.6; la Fig.8 un reticolo per la calibrazione di una coppia di telecamere; la Fig.9 uno schema indicativo degli assi del sistema di riferimento fisso, solidale al ponte; la

Fig.10 un possibile bersaglio solidale al riferimento fisso, per la calibrazione delle coppie di telecamere del sistema di misura; le

Figg.11 e 12 due schemi per l'illustrazione delle operazioni di calibrazione delle telecamere con riferimento al bersaglio di Fig.10; la

Fig.13A una vista frontale di una ruota con cerchione su cui sono applicati punti di riferimento o marcatori non strutturati; la

Fig.13B una immagine dei punti di riferimento o marcatori applicati sul cerchione della ruota di Fig.13A; la

Fig.14 uno schema di principio per la descrizione del procedimento di correzione dei run-out del veicolo; le

Figg.15 a 22 immagini reali acquisite da due telecamere associate ad una ruota per illustrare l’algoritmo di individuazione della corrispondenza nelle due immagini dei punti baricentricì delle marcature sulla ruota; e la

Fig.23 un diagramma riassuntivo dell’algoritmo suddetto.

Descrizione dettagliata di forme di atuazione deirinvenzione

Descrizione dei componenti del sistema di misura

Con riferimento alle Figg.3 a 5 verranno descritti inizialmente i componenti del dispositivo di misura, limitatamente a quanto necessario alla comprensione della presente invenzione. Successivamente verrà descritto il principio di funzionamento ed il metodo di determinazione degli angoli di convergenza e campanatura utilizzando il dispositivo illustrato.

In una vantaggiosa forma di attuazione, il sistema comprende una colonna di acquisizione per ciascun lato della macchina. Le colonne sono indicate con 1A e 1B nello schema delle Figg.3-5. Preferibilmente, in ciascuna colonna 1A, 1B sono montate quattro telecamere, ad esempio telecamere CCD o CMOS. Nello schema le telecamere sono indicate con TU, TI2, TI3, TI4 per la colonna 1A e TI5, TI6, TI7, TI8 per la colonna 1B. Esse possono essere mobili, ad esempio lungo guide 4 intergrate nella colonna 1A, 1B, ed inclinabili. In una forma di realizzazione alternativa le telecamere sono fisse rispetto alle colonne che le portano. Come apparirà chiaro in seguito, dalla descrizione del metodo di calcolo, se le telecamere sono mobili rispetto alla colonna che le porta, ad ogni ri-posizionamento delle telecamere rispetto alla colonna occorre effettuare una calibrazione delle singole telecamere per ottenere la matrice che lega la posizione di una telecamere all'altra. Viceversa, se le telecamere sono fisse alla colonna questa calibrazione non è necessaria, ovvero viene eseguita una volta all’atto del montaggio.

Le telecamere sono dedicate a due a due ad una delle quattro ruote R1, R2, R3, R4 di un autoveicolo posizionato sul ponte 5. Ad esempio le telecamere TU, TI2 sono dedicate alla ruota R1, e le telecamere TI3, TI4 alla ruota R2 in Fig.5. Questa disposizione di due telecamere per ogni ruota serve al fine di triangolare la posizione della ruota nello spazio, come verrà chiarito in maggiore dettaglio in seguito.

Secondo una possibile forma di realizzazione dell’invenzione, le colonne 1A, 1B potranno essere munite di maniglie 2A, 2B per essere spostate. Secondo una forma di esecuzione vantaggiosa dell’invenzione, dette colonne possono traslare su rispettive guide parallele al ponte 5. In alternativa si può prevedere che le colonne siano in posizione fissa al suolo.

Ciascuna ruota è illuminata da sorgenti luminose associate alle telecamere. Secondo una vantaggiosa forma di attuazione dell’invenzione, l'illuminazione viene ottenuta tramite LED, che preferibilmente emettono nell’infrarosso o nell'ultravioletto, in relazione al tipo di bersaglio utilizzato. L’uso di radiazione IR o UV consente di utilizzare bersagli invisibili. L’illuminazione può essere integrata nella telecamera, come schematizzato dai LED 7 in Fig.4, oppure in altre zone della colonna. E’ anche possibile utilizzare illuminazione con luce di Wood. Le due telecamere associate a ciascuna ruota R1, R2, R3, R4 {munite di filtro UV o IR in relazione al tipo di bersaglio utilizzato) acquisiscono una coppia di immagini in cui è visibile soltanto quanto marcato sulla ruota, come nel seguito descritto in maggiore dettaglio. Avendo cura di calibrare i singoli dispositivi di acquisizione (telecamere) e di determinarne la posizione reciproca (calibrazione stereoscopica), è possibile per ciascuna coppia di immagini, utilizzando una geometria epipolare (triangolazione), determinare la posizione nello spazio dei punti marcati rispetto al sistema di riferimento di una delle due telecamere (la posizione dell’altra è relativa a questa e nota).

In un esempio di realizzazione dell'invenzione, il sistema di misura comprende, inoltre, un bersaglio 9 fissato sul ponte per ciascuna ruota R1, R2, R3, R4. Il bersaglio sarà vantaggiosamente invisibile, nel senso che può essere visualizzato tramite una telecamera operante nella gamma IR o UV. Il bersaglio 9 può avere forme diverse ed essere caratterizzato da disegni con diversa geometria. La funzione di tale bersaglio è quello di creare un sistema di riferimento fisso per la telecamera di riferimento. Mediante triangolazione dei punti riportati sul bersaglio 9 fissato al ponte e mediante calcoli trigonometrici è possibile determinare la posizione di punti marcati in prossimità del cerchione di ciascuna ruota rispetto al sistema di riferimento fisso con il criterio di seguito descritto in maggiore dettaglio. In sostanza, il piano di giacitura della ruota viene determinato tramite acquisizione di immagini stereo di ogni ruota, sulla quale sono stati applicati punti di marcatura approssimativamente lungo una circonferenza concentrica al centro della ruota. Il piano di giacitura dei punti di marcatura è sostanzialmente parallelo al piano mediano della ruota stessa, e quindi la sua intersezione con i piani cartesiani di riferimento solidali al ponte determina gli angoli di campanatura e di convergenza.

Il trasferimento dei dati delle immagini acquisite dalle telecamere TI1-TI8 ad un elaboratore 11 per la loro elaborazione può essere realizzato mediante USB 2.0 o mediante frame grabber od in altro modo idoneo e può essere effettuato sia via cavo sia con collegamento wireless.

Le Figg. 6 e 7 mostrano schematicamente una diversa configurazione del dispositivo di misura. In questo caso sono previste due colonne di acquisizione 1AA, 1AB; 1BA, 1BB per ciascun lato del ponte 5 e quindi dell'automezzo (non mostrato e di cui sono indicate le sole ruote R1, R2, R3, R4) che si trova su di esso. Su ciascuna colonna sono montate due rispettive telecamere CCD o CMOS, mobili ed inclinabili, indicate con TU, TI2, TI3, TI4, TI5, TI6, TI7, TI8, oppure fisse rispetto alla colonna. Ogni coppia di telecamere montate su una colonna è dedicata ad una rispettiva ruota al fine di triangolare la posizione della ruota nello spazio. L’utilizzo di due telecamere per ruota consente la triangolazione della posizione 3D delle ruote. Secondo una possibile forma di attuazione le quattro colonne possono essere munite di maniglia analoga alle maniglie 2A, 2B indicate per le colonne 1A, 1B, per essere spostate. In una possibile forma di esecuzione le colonne possono traslare su rispettive guide 6, in modo da poter scorrere longitudinalmente (parallelamente al ponte). In una diversa forma di attuazione, lo spostamento può essere libero, cioè senza guide od altri vincoli rispetto al pavimento. Secondo ancora un’ulteriore forma di attuazione si può prevedere che le quattro colonne siano fisse, oppure che due di esse siano fisse, ad esempio quelle dedicate alle ruote anteriori del veicolo disposto sul ponte, mentre le restanti due sono mobili, liberamente oppure su guide,

Anche in questo esempio di attuazione ciascuna ruota è illuminata ad esempio da LED che emettono nell'infrarosso o nell'ultravioletto in relazione al tipo di bersaglio invisibile utilizzato. L’illuminazione può essere integrata nella telecamera oppure in altre zone della colonna. Anche in questo caso è possibile utilizzare illuminazione con luce di Wood. Le due telecamere associate ad una ruota R1, R2, R3 o R4, munite di filtro UV o IR in relazione al tipo di bersaglio utilizzato, acquisiranno una coppia dì immagini della ruota, in cui è visibile soltanto quanto marcato sulla ruota con inchiostro UV o IR.

Il sistema comprende, anche in questa forma di esecuzione, un bersaglio invisibile 9, fissato su ciascun lato del ponte 5, o due bersagli su ciascun lato.

L’utilizzo di guide e/o di maniglie per la colonna consente di spostare a piacimento le colonne ed anche eventualmente a fine lavoro di posizionare le colonne in una zona, ad esempio la parte anteriore, che non disturbi le altre operazioni di meccanica.

Come apparirà chiaro da quanto di seguito descritto, non è necessario conoscere con precisione la posizione delle colonne rispetto al piano della ruota ma è sufficiente che tutte le telecamere inquadrino nell’area di acquisizione i bersagli 9. A tale scopo, nella forma di esecuzione con una colonna per lato sono previsti due bersagli 9 per ogni lato del ponte, mentre nel caso di due colonne per lato è possibile prevedere un singolo bersaglio 9 per lato.

Descrizione del metodo di misura

Avendo descritto la struttura dei dispositivi di rilevamento e misura, nel seguito ne viene descritto il funzionamento sia con riferimento al sistema delle Figg. 3 a 5, sia con riferimento al sistema delle Figg.6 e 7.

Verrà qui dì seguito discussa una procedura completa di misura che consente di determinare in primo luogo la posizione reciproca delle due telecamere di ciascuna coppia e successivamente di tutte le telecamere rispetto ad una telecamera di riferimento, assumendo che tali posizioni siano incognite a priori, Da queste informazioni è poi possibile, tramite le due immagini riprese da ciascuna coppia di telecamere associate ad ogni ruota sulla quale sono state applicate idonee marcature, calcolare gli angoli di campanatura e convergenza. Peraltro, come si chiarirà in seguito con riferimento ad altri esempi di attuazione, l'invenzione può essere attuata in modo più semplice, benché meno flessibile ed in certi casi con minore precisione, prevedendo di determinare in altro modo la posizione reciproca delle telecamere, oppure assumendo tali posizioni note. Ad esempio, nell’ipotesi più semplice si può prevedere dei piazzare le otto telecamere in altrettante posizioni note e immodìficabili, nel qual caso non è necessario eseguire la calibrazione per determinarne la posizione reciproca ad ogni misura.

Sinteticamente, con riferimento ad una forma di esecuzione dell'invenzione in cui la posizione reciproca delle varie telecamere è incognita, la misura si basa sulle seguenti fasi:

1. calibrazione (singola e stereo) delle telecamere od altro dispositivo di acquisizione delle immagini e della loro posizione reciproca su ciascuna colonna 1A, 1B ovvero 1AA, 1AB, 1BA, 1BB,

2. calibrazione della posizione dei dispositivi di acquisizione rispetto ad un sistema di riferimento assoluto solidale al ponte 5,

3. acquisizione e trasferimento delle immagini tramite le telecamere,

4. triangolazione e misura del piano delle ruote,

5. determinazione numerica degli angoli di interesse (convergenza, campanatura),

6. compensazione del run-out del veicolo (scostamento degli angoli della ruota rispetto al sistema di riferimento quando l'autoveicolo viene fatto salire sul ponte).

Le singole fasi verranno ora descritte in dettaglio.

La fase preliminare di calibrazione è prevista in quanto, prima di procedere con la triangolazione 3D dei punti riportati sul cerchione o in prossimità del cerchione della ruota, sono necessarie operazioni matematicamente complesse atte alla determinazione dell'esatta posizione reciproca e rispetto al ponte dei dispositivi di acquisizione. Infatti, a priori, la posizione delle telecamere nello spazio non è nota e, per quanto il sistema che ospita i dispositivi di acquisizione sia tenuto "in bolla”, nella realtà vi è una matrice dì rotazione R (funzione dei tre angoli di beccheggio, rollio ed imbardata) che lega tra loro le due telecamere associate ad una determinata ruota e ciascuna telecamera al riferimento 9 sul ponte 5. Per la determinazione della posizione delle telecamere è inoltre necessario conoscere un vettore T di tre elementi che indicano le coordinate lungo i tre assi coordinati del centro del CCD rispetto al riferimento.

In generale, definito un sistema di riferimento esterno xyz, ad esempio solidale al ponte 5 su cui viene posta l'autovettura, per ciascuna telecamera si può definire un sistema di riferimento di coordinate xc, yc, zc, con origine nel centro del sensore CCD della telecamera. Ogni punto della scena osservata dalla telecamera avrà coordinate X(xyz) nel riferimento esterno e Xc(xc, yc, zc) nei sistema di riferimento centrato sulla telecamera. In generale, i due sistemi di riferimento X e Xc sono legati tra loro dalia seguente equazione matriciale

ovvero

In altri termini, le coordinate di un punto della scena rispetto ad un sistema di riferimento assoluto X e rispetto ad un sistema solidale alla telecamera con centro nel sensore della telecamera stessa, sono tra loro legate da una matrice di rotazione R e da un vettore di traslazione T.

Ogni punto della scena osservata dalla telecamera, poi, avrà sul piano dell’immagine della telecamera una posizione definita da due coordinate xi, yi in un sistema di coordinate bidimensionale Xi.

Date due telecamere disposte in due posizioni nello spazio, per ciascuna di esse può essere definito un sistema di riferimento centrato sul centro del sensore della telecamera stessa, e ciascun punto della scena ripresa dalle due telecamere ha una posizione definibile da tre coordinate di un sistema solidale all’una od all’altra delle due telecamere, Per ciascuna coppia di sistemi di riferimento (sistema assoluto, sistema centrato sulla prima telecamera e sistema centrato sulla seconda telecamera) esisterà una matrice di rotazione ed un vettore di traslazione che lega le coordinate di un punto della scena espresso in un sistema di riferimento in coordinate dello stesso punto nell’altro sistema di riferimento.

Senza entrare troppo nei dettagli analìtici, tornando al sistema di misura della presente invenzione, che prevede una coppia dì telecamere per ogni ruota, si può dire che esistono tre matrici di rotazione e tre vettori di traslazione che legano tra loro le due telecamere di ciascuna coppia considerata, cioè di ciascuna coppia associata ad una determinata ruota dell'autoveicolo:

* Ri matrice delle rotazioni della prima telecamera rispetto ad un sistema di riferimento assoluto solidale al ponte;

• Ti vettore delle coordinate 3D del CCD della prima telecamera rispetto al sistema di riferimento assoluto;

• R2matrice delie rotazioni della seconda telecamera rispetto al sistema di riferimento assoluto;

• T2vettore delle coordinate 3D del CCD della seconda telecamera rispetto al sistema di riferimento assoluto;

• R-12matrice delle rotazioni reciproche della prima telecamera rispetto alla seconda telecamera;

• T12vettore delle coordinate del sensore CCD della seconda telecamera rispetto al riferimento centrato sulla prima telecamera.

Nel caso più generale, le grandezze sopra riportate sono tutte incognite e lo sarebbero anche se si posizionassero con cura i dispositivi. Infatti, a causa della non perfetta planarità del terreno o del ponte, e della non perfetta rigidezza del sistema (colonna) che ospita le telecamere, il posizionamento reciproco dei dispositivi non può essere effettuato con precisione assoluta. Pertanto, anche qualora la posizione reciproca delle telecamere di una coppia fosse nota a priori, per ottenere una maggiore precisione di misura sarebbe comunque opportuno procedere ad una fase di calibrazione come di seguito descritto, per determinare nuovamente ad ogni misura le matrici di rotazione ed i vettori di traslazione che legano tra loro le telecamere di ogni coppia. In particolare deve essere calibrato:

• ogni singola telecamera per la correzione delle aberrazioni dovute all’obiettivo, per la determinazione del centro del CCD, della lunghezza focale e per la determinazione della posizione delle telecamere rispetto al bersaglio 9 che si trova di fronte alla telecamera (determinazione dei vettori T-( e T2e delle matrici Ri ed R2).

• ogni coppia di telecamere in modo da determinare il vettore T12e la matrice R12che determinano le posizioni e gli angoli relativi tra le due telecamere della coppia. Note tali matrici è possibile, inoltre, calcolare una matrice 3x3 detta matrice fondamentale (F) che servirà per la determinazione della retta epipolare che consentirà di effettuare la triangolazione delle immagini ottenute dalle due telecamere di ogni coppia per determinare la posizione del piano delle ruote.

La calibrazione, come noto (vedasi ad esempio: Mubarak Shah “Fundamentals of computer Vision” University of centrai Florida Computer Science Department, 1992; pagg.11-13, oppure Jean-Yves Bouguet “Visual methods for three-dimensional modelina''), è effettuata utilizzando un bersaglio in cui sono riportati oggetti di forma nota. Un tipo di bersaglio utilizzabile a questo scopo è riportato in Fig.8. Devono, di norma, essere acquisite contemporaneamente da ciascuna telecamera di una coppia alcune immagini del bersaglio in diverse posizioni (ossia ruotato e traslato rispetto alle due telecamere).

Gli algoritmi di calibrazione, di per sé noti e presenti sul mercato oltre che in open source, individuano come varia la geometria delle figure geometriche disegnate sul bersaglio e mediante una analisi estremamente rapida in termini computazionali permettono sia di conoscere i parametri intrinseci dei singoli dispositivi, sia con precisione assoluta la reciproca posizione dei due dispositivi (uno dei quali è preso a riferimento). Quindi, in sostanza con questa fase di calibrazione iniziale delle telecamere di ciascuna coppia si determinano i coefficienti della matrice fondamentale F. Questa fase di calibrazione delle singole telecamere TI1-TI8 per la determinazione dei parametri intrinseci e delle posizioni relative delle telecamere di ciascuna coppia viene eseguita una sola volta o eventualmente ripetuta ad intervalli di tempo relativamente lunghi per tenere conto di eventuali modifiche di lungo periodo, oppure nel caso di spostamento reciproco tra telecamere di una stessa coppia, spostamento che può essere dovuto a cause accidentali o voluto.

La seconda fase è quella di misurare e calibrare la posizione delle telecamere, rispetto ad un sistema di riferimento assoluto, solidale al ponte. In particolare occorre calibrare:

- la posizione di una coppia di telecamere rispetto ad un sistema di riferimento fisso (solidale al ponte),

- la posizione delle altre tre coppie di telecamere rispetto alla prima. Ciò consente di individuare la posizione di tutte le telecamere rispetto al sistema di riferimento considerato assoluto, solidale al ponte.

Con riferimento alla Fig. 9, come sistema di riferimento assoluto si considera la terna di assi cartesiani Oxyz con origine in un punto predeterminato solidale e con gli assi orientati in modo che l’asse z risulti verticale ascendente ed il piano xy giaccia sul piano del ponte stesso. Il bersaglio 9 giace sul piano xz di questo sistema di riferimento.

Per ricavare la posizione di una prima coppia di telecamere rispetto al sistema di riferimento assoluto Oxyz sopra definito si utilizza il bersaglio 9 applicato al ponte. Secondo una forma di attuazione dell'invenzione, il bersaglio 9 è costituito da un piano in cui sono disegnate forme geometriche note. Queste forme possono essere sia visibili sia realizzate con materiali invisibili (che riflettono solo nell'infrarosso o nell’ultravioletto). In generale è opportuno che le forme geometriche disegnate sul bersaglio siano visibili nel campo dell'IR e/o dell’LIV e possono essere visibili o non visibili nel campo della radiazione visibile all’occhio umano. La visibilità nel campo UV e/o IR consente di ricavare immagini delle forme geometriche del bersaglio da cui sono eliminate tutte le altre immagini tramite filtrazione.

In Fig.10 è riportato un esempio di bersaglio 9 per la determinazione del sistema di riferimento assoluto. In questo caso le figure geometriche sono costituite da cerchi 9C. Le rette raed rbcosi come gli assi x ed y riportati nella Fig.10 non sono in realtà disegnati nel bersaglio reale 9 applicato al ponte 5, ma servono per comprendere la metodologia di calibrazione. Considerata la rigidezza del ponte 5, il piano di giacenza del bersaglio 9 può essere assunto come piano xz del sistema di riferimento assoluto. La forma ed il numero delle figure geometriche 9C e del bersaglio 9 possono essere diversi da quelli illustrati. L’unico vincolo da rispettare è che il bersaglio giaccia sul piano xz e che le forme su di esso realizzate consentano di individuare le rette raed rb, parallele agli assi x e z, per gli scopi che appariranno chiari in seguito.

Considerando una qualsiasi delle coppie di telecamere associate alle ruote, cioè una delle coppie di telecamere fissate alla colonna 1A, 1B o 1AA, 1AB, 1BA, 1BB, le due telecamere di tale coppia “vedono” il bersaglio da due punti di vista differenti come è schematizzato in Fig.11. In questo esempio si considera come coppia di partenza per la calibrazione le telecamere TU e TI2, pur essendo possibile prendere come coppia di telecamere di partenza una qualsiasi delle quattro coppie.

Ciascuna telecamera vede il bersaglio 9 nel rispettivo piano dell'immagine. Con riferimento alla Fig.12, con π1 e π2 sono indicati i due piani immagine delle due telecamere TU, TI2. Si noti come le immagini acquisite siano in bianco e nero. Ciò è dovuto al fatto che utilizzando un bersaglio con figure invisibili ed utilizzando un sistema di visione ad infrarossi (oppure ad ultravioletti) è possibile visualizzare immagini in cui siano presenti solo gli elementi di interesse ossia, in questo caso, i soli disegni circolari 9C sul bersaglio 9, Qualunque sia la tipologia di disegno riportato, tramite un algoritmo noto viene determinato il punto baricentrico di ogni figura. Nel caso dei cerchi 9C, questo coincide, per ciascun cerchio, con il centro del cerchio stesso.

Un punto P1 del bersaglio 9 (ad esempio il centro di uno dei cerchi 9C) ha coordinate reali nello spazio (coordinate 3D) P1(Xp,Yp,Zp) rispetto alla telecamera TU e coordinate reali P1(X’p,Y’p,Z’p) rispetto alla telecamera TI2. Inoltre, lo stesso punto è visibile nelle immagini acquisite dalle due telecamere ed ha, dunque, coordinate planari (nel piano dell'immagine) PiTi(x,z) per la telecamera TI1, cioè nel piano π1 e PiT2(x',z’) per la telecamera TI2, cioè nel piano π2.

Per la nota geometria epipolare (vedasi Richard Hartley, Andrew Zisserman '‘Multiple View Geometrv in Computer Vision”. Cambridge University Press, Seconda Edizione, marzo 2004, pagg. 237-323) si ha che il punto PiTi(x,z) visto nell'immagine acquisita dalla telecamera TU corrisponde ad una retta nell'immagine acquisita da TI2. In altre parole, dato un punto Ρ-ιΤι(χ,ζ) nell'immagine acquisita dalla telecamera TU, esso sarà ovviamente visibile anche nella telecamera TI2, ma le sue coordinate PiT2(x’,z') non sono desumibili direttamente dalla conoscenza della posizione reciproca delle telecamere tra loro. E', invece, noto che il punto giace sulla retta epipolare schematicamente indicata con re in Fig.12, la cui equazione è nota una volta calcolata la matrice fondamentale F ed è data da

dove P1T1sono le coordinate del punto P nel piano π1 e F è nota tramite la calibrazione delle telecamere TU, TI2 eseguita come descritto in precedenza. Le coordinate del punto Ρ^ίχ',ζ') possono però essere calcolate come le coordinate del punto dell'immagine acquisita dalla telecamera TI2 più vicino (in termini di distanza punto-retta) alla retta epipolare stessa. Infatti, a causa dell’ottica dei dispositivi, della risoluzione dell'immagine (che discretizza di fatto il segnale realizzando una funzione bidimensionale di luminosità discreta) e per la precisione di calcolo, la retta epipolare passa molto vicina al baricentro del punto corrispondente, ma non perfettamente su esso. Può allora accadere che la stessa retta epipolare passi anche vicino ad altri punti che non sono però corrispondenti. Per questo motivo si determina il punto corrispondente con la distanza.

Una volta note le coordinate PiTi(x,z) e PiT2(x\z’), ossia le coordinate del punto P1 del bersaglio nelle immagini acquisite da TU e TI2 è possibile triangolare la posizione del punto stesso nello spazio calcolando cosi le coordinate P1(Xp,Yp,Zp) del punto P1 rispetto al sistema di riferimento XYZ avente origine nel centro della telecamera TU e le coordinate PIÌX’p.Y’p.Z’p) dello stesso punto P1 rispetto al sistema di riferimento X’Y’Z' avente origine nel centro della telecamera TI1. Queste coordinate vengono ottenute tramite equazioni trigonometriche (Jean-Yves Bouguet “ Visual methods for threedimensionai modeling". citato)

Eseguendo la stessa operazione per tutti i punti baricentrici delle figure disegnate sul bersaglio 9 (in questo caso i centri dei cerchi 9C) si ottiene un insieme di punti nello spazio di coordinate note rispetto ai sistemi di riferimento rappresentati dalle terne di assi cartesiani XYZ e X’Y'Z’ aventi origine rispettivamente nel centro O della telecamera TU e nel centro O<1>della telecamera TI2.

A questo punto è possibile calcolare l’equazione del piano xz in cui giacciono i punti del bersaglio rispetto alle due telecamere TU, TI2. Questa equazione viene calcolata per approssimazione, poiché i punti baricentrici degli elementi grafici 9C potrebbero giacere su una superficie non perfettamente piana, a causa di inevitabili tolleranze meccaniche. In particolare, prendendo come riferimento la terna XYZ avente origine nel centro O della telecamera TU, secondo una vantaggiosa forma di esecuzione dell’invenzione è possibile calcolare l’equazione del piano che meglio approssima ai minimi quadrati i punti individuati sul bersaglio 9. Tale piano sarà preso come riferimento per tutte le misure effettuate dal sistema. Inoltre, con riferimento alla Figura 10 è possibile ricavare l’equazione delle rette raed rb(si ricorda che l’equazione delle rette è nello spazio) rispetto ancora alla terna di assi cartesiani XYZ avente origine nel centro della telecamera TU presa come riferimento. Infine, note l’equazione del piano xz e delle rette raed rbè possibile calcolare l'equazione dei piani xy ed yz (Fig.9).

Riassumendo, al termine delle operazioni sin qui descritte sono stati ricavati: - i parametri intrinseci delle telecamere, al fine di correggere le eventuali aberrazioni dell’ottica, tramite una nota procedura di calibrazione delle singole telecamere;

- la posizione della telecamera TI2 rispetto alla telecamera TU, presa come riferimento, tramite la calibrazione della posizione reciproca di esse, sempre con sistemi noti;

- analogamente, la posizione reciproca di tutte le telecamere a due a due (per le quattro copie di telecamere è nota la posizione reciproca tramite la procedura di calibrazione dei singoli dispositivi di acquisizione delle immagini e della posizione reciproca dei dispositivi di ciascuna coppia);

- l'equazione dei piani xy, xz ed yz del riferimento fisso sul ponte rispetto alla telecamera TU (e dunque anche rispetto alla TI2, nota la posizione di TI2 rispetto a TU), tramite la procedura di calibrazione descritta con riferimento alle Figg. 11, 12;

Ciò consente di spostare a piacimento le colonne di acquisizione 1A, 1B o 1AA, 1AB, 1BA, 1BB, senza doverne misurare spostamenti e/o rotazioni con altri metodi. Infatti, se le telecamere inquadrano il riferimento 9, il sistema sopra descritto permette in ogni momento di ricalibrarsi in modo automatico. Questa operazione di ricalibrazione deve essere effettuata ogni volta che l’operatore sposta, per qualunque motivo, una o più coppie di telecamere.

Conoscere l’equazione dei piani xy, xz ed yz del riferimento sul ponte 5 rispetto alle telecamere TU e TI2 non è sufficiente ai fini della valutazione complessiva degli angoli sulle quattro ruote del veicolo. Infatti, ciò che ancora non è nota nella catena di misura è la posizione delle sei telecamere TI3, TI4, TI5, TI6, TI7 e TI8 rispetto alla TU presa come riferimento. Poiché la posizione reciproca di ciascuna coppia (cioè la posizione di una telecamera di una coppia rispetto all’altra telecamera della stessa coppia) è in ogni caso nota dalla calibrazione iniziale, è sufficiente misurare la posizione delle telecamere TI3, TI5 e TI7 rispetto alla telecamera TU. Tale operazione dipende dal tipo di architettura utilizzato. Solo nel caso dell’architettura illustrata in Fig.5 la posizione della telecamera TI3 rispetto alle telecamere TU e TI2 è nota per costruzione. Ciò non è vero per la soluzione illustrata in Fig.6.

La posizione della telecamera TI5 rispetto alla telecamera TI3 è misurata mediante il posizionamento sul ponte, dal lato del sistema di acquisizione definito dalle telecamere TI4, TI5, TI6 e TI7, di un bersaglio 9 equivalente a quello disposto davanti alla telecamera TU. Essendo anche il nuovo bersaglio 9 fissato sul ponte, esso sarà parallelo al primo (salvo le tolleranze di lavorazione). In questo modo è noto il legame che intercorre tra i due bersagli 9. Essi, infatti, saranno paralleli e posti ad una distanza pari alla larghezza del ponte 5. Ripetendo per questo secondo bersaglio 9 e con riferimento alla telecamera T15 le stesse operazioni descritte per la telecamera TU, si ricava l’equazione x’z<1>del piano del nuovo bersaglio rispetto alla telecamera TI5. Noto il legame analitico tra i due piani xz e x’z’ è possibile misurare la posizione reciproca di T15 rispetto a TU

A questo punto non vi sono più incognite in quanto la posizione della telecamera TI7 è nota per costruzione una volta determinata la posizione della telecamera TI5.

Nel caso in cui si scelga la soluzione illustrata in Fig.6, la posizione della telecamera TI3 rispetto alla telecamera TU non è nota a priori. Il problema si risolve facendo in modo che entrambe le coppie di telecamere (TU, TI2) e (TI3, TI4) vedano lo stesso bersaglio 9 sul piano xz solidale al ponte 5. In questo modo ripetendo le stesse operazioni descritte per la telecamera TI1, si ricava una equazione del piano xz relativa alla telecamera TI3. Nota l’equazione del piano xz rispetto alla telecamera TU e nota quella rispetto alla T13 è possibile, tramite relazioni trigonometriche, risalire alla posizione della telecamera TI3 rispetto alla TI1, Analogamente è possibile risalire alla posizione di TI7 rispetto a TI5, Noto infine il legame tra TI3 e TU la catena di misura è completamente determinata. In una forma di realizzazione alternativa, si può prevedere che su ciascun lato del ponte siano posti due bersagli 9, uno davanti a ciascuna delle colonne 1AA, 1AB, 1BA, 1BB del sistema di Fig.6, Nota la posizione reciproca dei bersagli è possibile risalire alla posizione reciproca di tutte le telecamere. Ad esempio, se i due bersagli 9 su uno stesso lato del ponte giacciono sullo stesso piano xz, nota la distanza lungo x dei due bersagli si può calcolare la posizione delle telecamere TI3, TI4 rispetto alla telecamera TU .

In alternativa, è possibile determinare la posizione relativa delle telecamera TU, TI2, Tl3, TI4 e delle omologhe sul lato opposto del ponte ponendo davanti alle telecamere una immagine nota, ad esempio del tipo illustrato in Fig.8, ed eseguire la calibrazione stereo delle telecamere a coppie, per determinare la posizione reciproca.

Avendo determinato la posizione di ciascuna telecamera rispetto ad un riferimento assoluto, solidale al ponte e quindi rispetto all’autovettura posizionata sul ponte stesso, è possibile effettuare l’acquisizione e l’elaborazione di una immagine di marcature eseguite sulle ruote, per effettuare la misura degli angoli di interesse tramite determinazione del piano di giacitura di tali marcature.

Infatti, tramite le immagini stereo acquisite da ciascuna coppia di telecamere per ciascuna ruota è possibile determinare la posizione del piano di giacitura della ruota, sostanzialmente parallelo al piano di giacitura delle marcature applicate sulla ruota, rispetto ad un sistema di riferimento solidale al ponte. Questo è già sufficiente per determinare gli angoli di campanatura. Per quanto concerne gli angoli di convergenza, occorre tener presente e correggere l’errore cosiddetto di run-up, cioè il non perfetto parallelismo della vettura rispetto al ponte. Infatti, quello che si determina tramite la visione stereo di delle marcature di ciascuna ruota è l'angolo di convergenza rispetto al sistema di riferimento xyz solidale al ponte. Se (come accade nella realtà) la vettura non si presenta con la propria mezzeria perfettamente parallela all’asse x di tale sistema di riferimento, bensì disassata di un angolo a, l’angolo di convergenza misurato dalla coppia di telecamere rispetto al sistema di riferimento xyz deve essere corretto per ottenere l’angolo di convergenza reale. A tale scopo, come verrà chiarito meglio in seguito, è sufficiente conoscere la posizione di tutti i centri delle telecamere rispetto ad una telecamera di riferimento. In tal modo è possibile determinare, rispetto a tale telecamera di riferimento, la posizione dei centri delle ruote e correggere l'angolo di convergenza.

In Fig.13A è mostrato un esempio di applicazione di marcature o punti di riferimento M sul bordo B del cerchione CR o meglio su una circonferenza CC circa concentrica al bordo del cerchione. Applicando i punti di marcatura M su una circonferenza appartenente alla superficie del cerchione si evita di commettere errori dovuti alle possibili ammaccature del cerchione ed anche alla curvatura del bordino del cerchione stesso. Applicare i punti di marcatura su una circonferenza concentrica all’asse della ruota e quindi al cerchione è relativamente facile, poiché sui pneumatici è sempre presente almeno un rilievo superficiale circonferenziale, dovuto al disegno dello pneumatico e/o allo stampaggio.

I punti di marcatura M sono non strutturati, cioè non richiedono di presentare una forma nota. E’ sufficiente ad esempio utilizzare bollini circolari od anche una marcatura con un pennarello. Preferibilmente, le marcature M saranno invisibili e rilevabili tramite illuminazione UV o IR. I punti di marcatura applicati su una linea sulla superficie laterale dello pneumatico concentrica all’asse della ruota giaceranno approssimativamente su un piano parallelo al piano mediano della ruota. Quindi, una volta determinate le coordinate dei punti di marcatura rispetto al sistema di riferimento xyz solidale al ponte 5, è possibile determinare le coordinate del piano di giacitura di tali marcature che è parallelo al piano della ruota.

Avendo cura di posizionare le telecamere di ciascuna coppia in modo da inquadrare sia l’intera ruota a cui esse sono associate, sia il riferimento 9 sul ponte è possibile acquisire simultaneamente le immagini del riferimento 9 e le immagini delle marcature M. Queste ultime sono costituite (vedasi Fig.13B) da macchie bianche di forma corrispondente a quella delle marcature M applicate sul cerchione, salvo la deformazione prospettica dovuta al non parallelismo tra il piano dell'immagine ed il piano di giacitura della circonferenza CC su cui sono applicate le marcature M. In generale, utilizzando marcature M circolari si otterranno sul piano immagine della telecamera un corrispondente numero di piccole ellissi bianche su fondo nero.

Le immagini acquisite (sia del bersaglio 9 per la fase di calibrazione che delle marcature M per il calcolo degli angoli caratteristici della ruota) vengono trasferite per la successiva elaborazione all’elaboratore 11 mediante cavo USB 2.0 oppure mediante un fratrie grabber in dipendenza della tipologia di dispositivo utilizzato per l’acquisizione. La risoluzione dell'immagine dipende dal dispositivo di acquisizione cosi come la qualità dipende dai settaggi delle telecamere e dalla qualità della combinazione lente-obiettivo. Maggiore risoluzione comporta maggiore precisione di misura. Con una risoluzione di 2048 x 1960 pixel si raggiunge la precisione citata in precedenza. Nel futuro, con lo sviluppo di tecnologie sempre più performanti sarà possibile anche incrementare tale precisione.

Le immagini (Fig.13B) delle marcature delle varie ruote acquisite dalle telecamere ed inviate all’elaboratore 11 devono essere rielaborate con algoritmi di elaborazione delle immagini (di per sé noti, vedevasi ad esempio John C. Russ, "The imaae Processing Handbook”, CRC Press, gennaio 2002, p. 383-397) finalizzati alla determinazione del punto baricentrico di ciascuna delle marcature (individuate nell'immagine della ruota.

Trascurando per il momento le difficoltà derivanti dalla presenza di eventuali punti chiari nelle immagini acquisite non corrispondenti alle marcature M, che possono essere eliminati con un algoritmo che verrà descritto in maggiore dettaglio nel seguito, ed assumendo quindi che su ciascuna immagine siano chiaramente individuabili le sole immagini delle marcature M, la determinazione del piano di giacitura di ciascuna ruota viene effettuata come segue.

Per la ruota posta di fronte alle telecamere TI1, TI2, ad esempio, ricavati i punti baricentrici della delie n marcature IVI su di essa riportate nell’una e nell'altra delle due immagini stereo della ruota stessa riprese dalla rispettiva coppia di telecamere e quindi note le coordinate planari (xi, zi) e (x’i, z’i) di tali punti nelle due immagini, si ottengono le corrispondenti n coordinate 3D degli n punti rispetto al sistema di riferimento XYZ centrato sulla telecamera TU mediante l'applicazione della geometria epipolare e del principio della triangolazione, con una procedura analoga a quella utilizzata per determinare l’equazione dei piani xz, xy, yz. Da queste coordinate si ottengono le coordinate del piano di giacitura dì tali punti o più esattamente di un piano che approssima la superficie non necessariamente esattamente piana su cui giacciono tali punti) rispetto allo stesso sistema di riferimento solidale alla telecamera TU. Il piano così individuato corrisponde di fatto al piano di giacitura della ruota stessa rispetto alla telecamera TU .

In pratica, per ottenere le coordinate del piano di giacitura delle marcature applicate sulla ruota, una volta ottenute le coordinate 3D dei punti baricentrici di tali marcature rispetto alla telecamera di riferimento TU si determina l’equazione del piano che approssima ai minimi quadrati tali punti rispetto al sistema di riferimento con centro nella telecamera TU di riferimento. Come accennato, si ricorre ad una approssimazione ai minimi quadrati per eliminare eventuali errori connessi alla marcatura dei punti sulla ruota da parte dell'operatore o difetti di forma del cerchione. Questi punti giacciono solo approssimativamente sul piano della ruota, ma utilizzando un consistente numero di punti (almeno otto) è possibile dimostrare come l'errore si riduca drasticamente tanto da non inficiare la validità della misura.

Una volta che è stata individuata l’equazione del piano di giacitura della ruota rispetto alla telecamera TU e note le equazioni dei piani di riferimento xy, xz ed yz (anche essi relativi alla telecamera TU), è possibile mediante formule trigonometriche determinare l'angolo di campanatura e quello di convergenza della ruota posta davanti alle telecamere TU, TI2. Si tratta, difatti, di calcolare l’inclinazione della retta di intersezione tra il piano della ruota e, rispettivamente, il piano xy (convergenza) ed il piano xz (campanatura). La stessa operazione è effettuata per le altre tre ruote. Infine, noti i legami tra tutte le telecamere, è possibile risalire alla misura reale degli angoli rispetto al sistema di riferimento assoluto.

In realtà, gli angoli di convergenza misurati con la procedura sin qui descritta corrispondono agli angoli di convergenza reali solo se l’autovettura è stata posta sul ponte in posizione esattamente parallela all’asse x del sistema xyz (Figg.9A, 9B). In realtà, tuttavia, quando l'autovettura viene posizionata sul ponte essa si disporrà con la mezzeria inclinata di un angolo a rispetto all’asse x, cioè alla direzione longitudinale del ponte (cosiddetto run-up dell’autovettura). Tale angolo a incognito si somma all’angolo di convergenza effettivo di ciascuna ruota e deve, quindi, essere determinato e sottratto dall'angolo di convergenza determinato mediante le coordinate dei punti baricentrici delle marcature M, ottenuti con la procedura sopra descritta. La conoscenza della posizione di ciascuna telecamera TI2-TI8 rispetto al sistema di riferimento centrato sul centro del CCD della telecamera TU consente di eseguire la compensazione del run-up con la seguente procedura illustrata con riferimento alla Fig.14.

In Fig.14 sono indicati schematicamente: le ruote anteriori R1, R3, le ruote posteriori R2, R4 di un autoveicolo o autovettura A, i centri C1, C2, C3 e C4 di tali ruote, il ponte 5, l'asse mediano x del ponte, la traccia m-m del piano di mezzeria della vettura sul piano xy e l’angolo a.

Per ciascuna ruota sono note le coordinate nello spazio (coordinate 3D) dei punti baricentrici delle marcature M rispetto al sistema di riferimento centrato ad una delle telecamere della rispettiva coppia di telecamere che "osserva" tale ruota, grazie al procedimento di elaborazione descritto in precedenza. Poiché tali punti giacciono approssimativamente su una circonferenza concentrica all’asse della ruota, è possibile calcolare tramite elaborazione delle coordinate tridimensionali dei punti baricentrici per ogni ruota le coordinate del centro della ruota stessa rispetto al sistema di riferimento centrato su una delle due telecamere di ogni coppia. Poiché sono note le posizioni di ciascuna delle telecamere TI2-TI8 rispetto al sistema di riferimento, assunto come assoluto, centrato sul CCD della telecamera TU, calcolate le coordinate dei centri C1, C2, C3, C4 nei sistemi di riferimento centrati sulle telecamere TU, TI3, TI5 e TI7 rispettivamente, è possibile calcolare le coordinate di tutti i centri rispetto al sistema di riferimento centrato su TU. Esprimere le coordinate di C1-C4 nello stesso sistema di riferimento significa conoscere le coordinate del quadrilatero di vertici C1-C4 in tale sistema di riferimento e quindi calcolare anche l'equazione della linea di mezzeria m-m nello stesso sistema di riferimento. Essendo nota l'equazione della retta rappresentante l’asse x del sistema dì riferimento solidale al ponte 5 è possibile ricavare l’angolo a e da questo il valore reale degli angoli di convergenza delle ruote

Algoritmo per la determinazione delle coordinate delle marcature sulla ruota e della corrispondenza tra due coppie di immagini in stereovisione

In quanto descritto in precedenza si sono fatte due semplificazioni:

- si è assunto che sulle immagini del bersaglio 9 e delle marcature M sulle ruote non vi siano presenti altre aree visibili se non quelle corrispondenti alle marcature stesse M ed alle figure 9C del bersaglio 9;

- si è assunto che, note le coordinate (xi, zi) e x’i, z’i) dei punti baricentrici delle figure geometriche 9C e delle marcature M sulle due immagini riprese da una coppia di telecamere sia possibile determinare senza rischio di errore la corrispondenza tra punti delle due immagini utilizzando la geometria epipolare.

In realtà, entrambe le semplificazioni, utili ai fini della descrizione della procedura di calcolo, possono risultare non accettabili nella realtà, in quanto: - sulle immagini riprese da ciascuna delle telecamere possono esservi punti luminosi corrispondenti ad artefatti diversi dalle forme geometriche 9C o dalle marcature. Ad esempio, vi possono essere riflessi della luce solare che contiene l’intera banda di frequenze incluso l’UV od il vicino infrarosso. E’ necessario, quindi, realizzare un algoritmo di elaborazione delle immagini che scarti eventuali punti sulle immagini riprese dalle telecamere che non appartengono al bersaglio 9 o alle marcature M sulla ruota;

in particolare per quanto concerne le marcature M, si possono verificare situazioni in cui un determinato punto baricentrico di una marcatura in una immagine non si trovi sulla retta epipolare corrispondente (determinata tramite la matrice fondamentale F che lega le due telecamere di una coppia) con le coordinate di tale punto nell’altra immagine. In altri termini, è possibile che dato un punto P1 di coordinate Ρ-ιΤι(χ,ζ) nel piano deirimmagìne della prima telecamera, il punto P1T2(x’,z’) nel piano dell’immagine della seconda telecamera non giaccia sulla retta epipolare corrispondente, e che neppure sia il punto più vicino a tale retta.

L’algoritmo per eseguire la selezione delle immagini delle marcature M sulla ruota, eliminando altri elementi od artefatti sull'immagine acquisita, e per ritrovare tramite la geometria epipolare la corrispondenza biunivoca tra i punti baricentrici delle marcature sulle due immagini stereoscopiche della stessa ruota riprese dalle due telecamere ad essa associate verrà descritto con specifico riferimento alle Figg. 15-23. La descrizione è riferita ad una sola ruota, ma si comprende che la stessa procedura deve essere eseguita per tutte le ruote di cui devono essere misurati gli angoli di campanatura e convergenza,

In primo luogo viene acquisita da parte di ciascuna delle due telecamere associate alla ruota considerata una immagine della ruota stessa con le marcature M applicate mantenendo spenta la sorgente di illuminazione IR o UV, od altro. In Fig.15 è mostrato un esempio reale di una immagine acquisita in tal modo. L'acquisizione è simultanea per le due telecamere così che la ruota si trova nella stessa posizione nelle due immagini. L’acquisizione è effettuata ad 8 bit, ossia l’immagine ottenuta è in scala di grigio ed i livelli di luminosità di ciascun punto dell’immagine sono in una scala 0(nero)-255(bianco). Ad esempio il valore di luminosità pari a 128 è un grigio. Essendo i dispositivi di acquisizione muniti di un filtro che taglia le frequenze del visibile, l'acquisizione con illuminazione IR o UV spenta consente di acquisire il solo contributo della luminosità dell ambiente, come si vede in Figura 15,

Successivamente, sempre senza spostare la ruota, viene eseguite l’acquisizione dell’immagine con le due telecamere con la sorgente IR o UV accesa. In questa seconda operazione si acquisiscono due coppie di immagini stereo in cui sono visibili sia le marcature sulla ruota sia il contributo dell'illuminazione esterna. L'immagine è ancora ad 8 bit. In Figura 16 è riportato un esempio dell’acquisizione per una delle due immagini delle due telecamere. In essa sono visibili le marcature sulla ruota, disposte circa su un’ellisse, il bersaglio 9 solidale al ponte 5 (che in questo caso è rappresentato da soli quattro rettangoli sulla sinistra dell’immagine, essendo stato usato un bersaglio diverso rispetto a quello di Fig.10) ed ancora il contributo della illuminazione esterna.

Viene poi eseguita una sottrazione tra l'immagine acquisita con l’illuminazione accesa quella acquisita con illuminazione spenta. In pratica, per ciascuna telecamera si sottraggono tra loro le immagini di Fig. 16 e di Fig.15. Per differenza questa operazione elimina in buona parte l'effetto dell’ambiente, come si nota in Fig.17, dove è mostrata l’immagine ottenuta dalla sottrazione.

Con una operazione nota detta di “soglia” o “thresholding” (nota anche come segmentazione) si ottiene un'immagine binaria (1 bit) dove la scala di grigi è sostituita da soli valori 0 (nero) o 1 (bianco). L'effetto della soglia è riportato in Fig.18. 4. in questo modo tutti punti rilevati hanno valore 1 mentre il background dell'immagine ha valore 0,

Con algoritmi noti e citati in bibliografia (vedasi ad esempio John C Russ: “ The Imaae Processing HandbooK'. ed, CRC Press, gennaio 2002, pagg. 383-397) si determinano i baricentri di tutti gli “oggetti” bianchi della Fig.18. In questo caso si individuano dieci baricentri dei dieci elementi di Fig.18, di cui sei baricentri dei marker o marcature sulla ruota e quattro baricentri dei marker del bersaglio 9 sul ponte 5. In generale possono esserci anche m punti dovuti al rumore di fondo dell'immagine. Ad esempio se cambia sostanzialmente l'illuminazione della scena tra le fasi sopra descritte, possono esserci degli effetti dovuti a questa illuminazione e quindi dei punti bianchi in più. In Fig. 19 vi è un esempio di immagine sogliata in cui compare una zona con valori 1 in alto a sinistra, che non è stata eliminata per sottrazione tra l'immagine di Fig.15 e l'immagine di Fig.17, poiché tale zona è dovuta ad una modifica delle condizioni della scena tra la prima fase (acquisizione senza illuminazione UV o IR) e la seconda fase (acquisizione con illuminazione UV o IR).

Oltre alla determinazione dei baricentri, l’algoritmo determina altre proprietà quali l’area degli oggetti ed il perimetro degli stessi. Conoscendo le dimensioni reali delle marcature M sulla ruota e delle figure geometriche sul bersaglio fisso 9 e conoscendo la lunghezza focale delle telecamere è possibile, in base all'area degli oggetti, separare nettamente i punti del bersaglio rispetto a quelli sulla ruota. In questo modo si possono isolare i soli n punti sulla ruota ed eseguire su di essi le elaborazioni necessarie al calcolo degli angoli di convergenza e campanatura, trascurando gli altri punti, in particolare i punti baricentrici delle figure del bersaglio 9 che, in questa fase dell’elaborazione, non sono necessari.

Eliminati i punti baricentrici delle aree chiare corrispondenti al bersaglio 9, occorre ancora eliminare eventuali ulteriori punti baricentrici di aree di forma incognita, dovute ad artefatti sull’immagine rilevata, dati da elementi casualmente presenti sulla scena. Nell’esempio illustrato, oltre ai quattro punti baricentricì delle quattro aree rettangolari del bersaglio 9, eliminabili tramite la conoscenza delle dimensioni e delle forme di tali aree, vi sono sull’immagine i sei punti corrispondenti alle marcature sulla ruota e il punto baricentrico dell'area in alto a sinistra. Di questi (6+1) punti si vanno a considerare, con un algoritmo appositamente sviluppato, i soli punti che giacciono su una ellisse (o meglio che si trovano ad una minima distanza, in termini di minimi quadrati, da una ellisse). Così rimangono solo i punti baricentrici delle marcature sulla ruota ossia i punti necessari per la misura 3D.

Eliminati i punti che non contribuiscono alla misura 3D, si ottiene una immagine come in Fig.20, con le sole sei zone illuminate sulla ruota. A questo punto è possibile calcolare le n (con n=6 in questo esempio) rette epipolari per ciascun punto di una delle due immagini della coppia. Per convenzione si suppone di calcolarli a partire dai punti sull'immagine acquisita dalla prima telecamera. Le rette epipolari passeranno molto vicine ai punti sull'immagine ripresa dalla seconda telecamera In Fig.21A è riportata l'immagine della ruota ripresa dalla prima telecamera, mentre in Fig.21B è riportata l’immagine ripresa dalla seconda telecamera. Nella prima immagine (Fig.21A) le zone illuminate, di cui vengono presi in considerazione i punti baricentrici, sono numerate con i numeri da 1 a 6. Nella seconda immagine sono indicate le rette epipolari corrispondenti e le immagini delle marcature sono numerate ancora da 1 a 6. Come già osservato in precedenza, in teoria il punto baricentrico corrispondente alla marcatura 1 sulla prima immagine si dovrebbe trovare sulla retta epipolare corrispondente nella seconda immagine e così via. Per i motivi già esposti questo è vero solo in teoria, mentre in pratica tali punti baricentrici si possono trovare vicini ma non esattamente sulle corrispondenti rette epipolari. In generale il punto baricentrico sulla seconda immagine corrispondente all'n-mo al punto baricentro sulla prima immagine è quello più vicino alla retta epipolare corrispondente. Mediante una relazione ai minimi quadrati si determinano le corrispondenze degli n punti per la coppia di immagini ossia per ciascun punto dell'immagine di Fig.21A si trovano i corrispondenti punti dell'immagine di Fig.21B.

Tuttavia, a causa della estrema vicinanza tra rette epipolari e della imprevedibilità degli errori che possono verificarsi, in alcuni casi questa procedura può portare ad un errore di valutazione. Nell'esempio illustrato la corrispondenza tra i punti 3 e 6 è errata, nel senso che tramite la definizione delle rette epipolari ed il calcolo ai minimi quadrati il sistema di elaborazione ha scambiato i punti 6 e 3 nella seconda immagine. In altri termini, contrariamente al risultato ottenuto dall’elaborazione, il punto marcato con 3 in Fig.21B è in realtà l'immagine del punto che in Fig.21A è indicato con 6. Analogamente, il punto marcato con 6 in Fig. 21 B è in realtà l’immagine del punto che in Fig. 21A è marcato con 3.

I motivi che possono portare a questi errori sono diversi. Ad esempio, le rette epipolari possono essere quasi orizzontali; sulle immagini vi può essere ancora la presenza di punti di disturbo non eliminati in precedenza, ecc.

Poiché per determinare la posizione del piano di giacitura della ruota occorre conoscere la corrispondenza biunivoca esatta tra i punti baricentrici delle due immagini riprese dalle due telecamere, in quanto altrimenti la triangolazione darebbe un risultato completamente sbagliato, per ulteriore controllo ed allo scopo di eliminare i punti che danno luogo ad un errore di questo tipo si calcolano le rette epipolari a partire dai punti dell'immagine di Fig.21A. Cioè, in altri termini, si esegue nuovamente la procedura per trovare, tramite la geometria epipolare, i punti che in una immagine corrispondono a quelli dell’altra, ma partendo dai punti di Fig.21B e tracciando le corrispondenti rette epipolari nella Fig.21A. Questa volta, come si nota in nelle Figg.22A e 22B, la retta epipolare determinata dal punto 3 della immagine di Fig.22B (che è in realtà il punto 6 della immagine di FÌg.22A) passa vicino al punto 6 dell'immagine di Fig.22A, ma lo stesso avviene per l’epipolare determinata a partire dal punto 6 dell'immagine di Fig.22B, che passa dunque ancora vicino al punto 6 dell’immagine di Fig.22A. Ne segue che il punto 3 dell’immagine di Fig.22A viene scartato così come il suo corrispondente nell’immagine di Fig.22B.

L’operazione potrebbe portare a scartare anche tutti i punti; un controllo dell’algoritmo permette di rimanere in attesa e di iniziare da capo il ciclo di acquisizione se il numero di punti scartati dovesse essere superiore ad un prefissato valore. Questa situazione limite è assai difficilmente verificata e scegliendo un numero adeguato (ad esempio otto o più) di marcature sulla ruota si ottiene una elevata precisione di misura anche nel caso di scarto di uno o più punti.

L’intero algoritmo sopra descritto con riferimento alle Figg. 15 a 22 è riassunto nel diagramma a blocchi di Fig.23,

Un algoritmo analogo può essere utilizzato per calibrare le telecamere utilizzando i bersagli 9, benché in questo caso l’errore dovuto alla errata attribuzione dei punti di una immagine rispetto a quelli dell’altra sia più raro, a causa della forma che può essere data alle figure geometriche sul bersaglio 9.

E’ inteso che il disegno non mostra che possibili forme di attuazione dell’invenzione, la quale può variare nelle forme e disposizioni, senza peraltro uscire dall’ambito del concetto alla base dell'invenzione.

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1. Un metodo per la misura di angoli di inclinazione delle ruote di un autoveicolo, comprendente le fasi di: - applicare sulle ruote dell’autoveicolo una pluralità di marcature lungo una linea approssimativamente circonferenziale e sostanzialmente coassiale alla ruota; - disporre, in corrispondenza di ciascuna ruota di cui devono essere acquisiti gli angoli caratteristici, due dispositivi di acquisizione di immagini, con inclinazioni diverse rispetto a detta ruota; - per ciascuna di dette ruote acquisire, mediante ciascuno di detti due dispositivi di acquisizione di immagini, almeno una immagine di detta ruota con le relative marcature; - determinare, tramite calcoli dì geometria epipolare e triangolazione, l’equazione di un piano di giacitura approssimato di dette marcature nello spazio, rispetto ad un sistema di riferimento, detto piano di giacitura essendo sostanzialmente parallelo ai piano di giacitura della ruota; - determinare gli angoli di campanatura e di convergenza di detta ruota in base all’equazione di detto piano di giacitura e dell’equazione di piani di riferimento rispetto a cui l’autoveicolo assume una posizione nota, 2. Metodo come da rivendicazione 1, comprendente la fase di determinare la posizione di detto autoveicolo rispetto ai piani di riferimento in base alla posizione dei dispositivi di acquisizione rispetto ad un sistema di riferimento unico. 3. Metodo come da rivendicazione 2, in cui detto sistema di riferimento unico è centrato su uno di detti dispositivi di acquisizione. 4. Metodo come da rivendicazione 1 o 2 o 3, in cui detti piani di riferimento sono piani di un sistema di riferimento cartesiano, aventi una posizione determinata rispetto ad una struttura di supporto dell’autoveicolo. 5. Metodo come da rivendicazione 4, in cui detta struttura di supporto è un ponte su cui viene disposto detto autoveicolo. 6. Metodo come da rivendicazione 4 o 5, in cui un primo di detti piani di riferimento coincide sostanzialmente con un piano di appoggio dell’autoveicolo ed un secondo di detti piani di riferimento è sostanzialmente ortogonale a detto primo piano di riferimento e circa parallelo alla mezzeria dell’autoveicolo. 7. Metodo come da rivendicazione 6, in cui detto primo piano di riferimento è sostanzialmente orizzontale . 8. Metodo come da rivendicazione 6 o 7, comprendente la fase di determinare la posizione nello spazio dei centri delle ruote dell’autoveicolo; in base a tale posizione, calcolare l’angolo di inclinazione fra la mezzeria dell'autoveicolo e detto secondo piano di riferimento; e in base a tale angolo di inclinazione, correggere l'angolo di convergenza calcolato in base alle immagini acquisite da detti dispositivi di acquisizione. 9. Metodo come da una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente la fase di determinare la posizione reciproca tra detti dispositivi di acquisizione ed una struttura di supporto dell'autoveicolo tramite calibrazione di detti dispositivi di acquisizione utilizzando bersagli solidali a detta struttura ed in posizione nota rispetto a detti piani di riferimento. 10. Metodo come da rivendicazione 9, comprendente la fase di disporre almeno un bersaglio su ciascun fianco di detta struttura di supporto. 11. Metodo come da rivendicazione 9 o 10, in cui tramite detti bersagli e la posizione nota di detti bersagli rispetto alla struttura portante si determinano le posizioni di ciascuno di detti dispositivi di acquisizione rispetto ad un sistema di riferimento assoluto centrato su uno di detti dispositivi di acquisizione. 12. Metodo come da una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente la fase di disporre almeno una coppia di dispositivi di acquisizione in posizioni reciproche note e fisse su un supporto comune. 13. Metodo come da rivendicazione 12, in cui i dispositivi di acquisizione per ciascuna ruota sono disposti su un supporto comune. 14. Metodo come da rivendicazione 12 o 13, in cui su ciascun fianco dell’autoveicolo vengono disposti quattro dispositivi di acquisizione, tra loro vincolati in posizioni fisse tramite un supporto comune. 15. Metodo come da una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detti dispositivi di acquisizione acquisiscono immagini in una gamma di radiazioni non visibili, dette marcature riflettendo una radiazione in detta gamma di radiazioni non visibili. 16. Metodo come da rivendicazione 15, in cui detta gamma di radiazioni è una gamma UV o IR. 17. Metodo come da una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detti dispositivi di acquisizione sono telecamere. 18. Metodo come da una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente una operazione di calibrazione singola e stereo di detti due dispositivi di acquisizione associati a ciascuna ruota, per determinare le caratteristiche dei dispositivi di acquisizione e la loro posizione reciproca. 19. Metodo come da rivendicazione 18, in cui detta calibrazione singola e stereo viene eseguita tramite acquisizione ed elaborazione di una pluralità di immagini di un bersaglio mobile rispetto ai dispositivi di acquisizione. 20. Metodo come da una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno alcuni dei dispositivi di acquisizione sono mobili rispetto ad una struttura di supporto dell’autoveicolo; ed in cui, una volta posizionati i dispositivi rispetto a detta struttura, viene eseguita una operazione di calibrazione per determinare la posizione dei dispositivi di acquisizione rispetto alla struttura di supporto e la posizione dei dispositivi di acquisizione rispetto ad un sistema di riferimento assoluto, solidale ad uno di detti dispositivi di acquisizione. 21. Metodo come da rivendicazione 20, in cui, definita la posizione reciproca dei dispositivi di acquisizione di ciascuna coppia di dispostivi di acquisizione associati a ciascuna ruota dell'autoveicolo, la posizione relativa di ciascuna coppia di dispositivi di acquisizione relativamente alla struttura di supporto viene eseguita tramite una operazione di calibrazione utilizzando uno o più bersagli solidali alla struttura di supporto. 22. Metodo come da una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente le fasi di: - per ciascuna ruota acquisire due immagini, una per ciascuno di detti almeno due dispositivi di acquisizione associati alla ruota stessa; - su dette immagini determinare punti corrispondenti alle marcature sulla ruota; - tramite una operazione di geometria epipolare, determinare la corrispondenza tra i punti su una prima di dette due immagini ed i punti su una seconda di dette due immagini; - in base alle coordinate di detti punti nei due piani di immagine, determinare per triangolazione le coordinate in un sistema tridimensionale di dette marcature; - determinare in detto sistema tridimensionale, l’equazione di un piano che approssima la superficie dì giacitura di detti punti. 23. Metodo come da rivendicazione 22, comprendente le fasi di: - individuare le coordinate di detti punti corrispondenti alle marcature sulla ruota su una prima di dette due immagini; - determinare su detta seconda immagine le rette epipolari corrispondenti ai punti sulla prima immagine; - determinare le coordinate di detti punti sulla seconda immagine individuando, per ciascuna retta epipolare il punto ad essa più vicino ed assumendo detto punto più vicino come il punto corrispondente al punto sulla prima immagine a cui è associata la retta epipolare relativa. 24. Metodo come da rivendicazione 23, comprendente inoltre le fasi di: - individuare le coordinate di detti punti corrispondenti alle marcature sulla ruota sulla seconda di dette due immagini; - determinare su detta prima immagine le rette epipolari corrispondenti ai punti sulla seconda immagine; - determinare le coordinate di detti punti sulla prima immagine individuando, per ciascuna retta epipolare il punto ad essa più vicino ed assumendo detto punto più vicino come il punto corrispondente al punto sulla seconda immagine a cui è associata la retta epipolare relativa; - scartare i punti per i quali non è stata individuata una corrispondenza biunivoca di coordinate. 25. Un dispositivo per la misura di angoli di inclinazione delle ruote di un autoveicolo, comprendente: una struttura di supporto dell’autoveicolo; - per ciascuna ruota dell’autoveicolo, una coppia di dispositivi di acquisizione di immagini; un’unità di controllo ed elaborazione programmata per eseguire un metodo di misura come da una o più delle rivendicazioni 1 a 24. 26. Dispositivo come da rivendicazione 25, in cui su detta struttura di supporto dell'autoveicolo sono disposti almeno due bersagli, uno su ciascun fianco. 27. Dispositivo come da rivendicazione 26, in cui detti bersagli e detti dispositivi di acquisizione sono disposti in modo tale che ciascuna coppia di dispositivi di acquisizione può vedere simultaneamente una ruota del veicolo ed un bersaglio. 28. Dispositivo come da rivendicazione 25 o 26 o 27, in cui la coppia di dispositivi di acquisizione associati a ciascuna ruota dell’autoveicolo sono montati su un supporto comune. 29. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni 25 a 28, in cui due coppie di dispositivi di acquisizione associati a due ruote su uno stesso lato dell'autoveicolo sono montate su un supporto comune unico. 30. Dispositivo come da rivendicazione 28 o 29, in cui detti supporti comuni sono fissi. 31. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni 28 a 30, in cui alcuni almeno di detti supporti comuni sono mobili. 32. Dispositivo come da rivendicazione 31, comprendente due supporti comuni, uno per ciascun fianco dell’autoveicolo, detti supporti essendo entrambi mobili e ciascuno comprendendo ciascuno due coppie di dispositivi di acquisizione. 33. Dispositivo come da rivendicazione 31, comprendente quattro supporti comuni, ciascun supporto comune essendo corredato di una coppia di dispositivi di acquisizione. 34. Dispositivo come da rivendicazione 33, in cui detti quattro supporti comuni sono mobili. 35. Dispositivo in cui due di detti supporti comuni sono fissi e due di detti supporti comuni sono mobili. 36. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni 28 a 35, in cui almeno uno di detti supporti comuni è mobile su una guida. 37. Dispositivo come da rivendicazione 36, comprendente almeno un trasduttore per determinare la posizione di detto almeno un supporto comune mobile. 38. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni 25 a 38, in cui detti dispositivi di acquisizione acquisiscono immagini in una banda di frequenze non visibili. 39. Dispositivo come da rivendicazione 38, in cui detti dispositivi di acquisizione acquisiscono immagini UV o IR. 40. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni 25 a 39, in cui detti dispositivi di acquisizione sono telecamere. 41. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni 25 a 40, comprendente mezzi di illuminazione UV o IR.