JP2004502154A - 照り返しに耐性のある位置判定システム - Google Patents

Abstract

太陽からなどの照り返しによって引起される干渉に耐性のある改善された位置判定システム。ある物体の位置的なパラメータを判定するための位置判定システムは、物体に装着するように形作られたベース、ベースに接続された第１および第２のターゲット表面を含むターゲット機器を有し、第１のターゲット表面および第２のターゲット表面が位置する面は互いに平行でない。位置判定システムは、ターゲット機器に交わる視線経路を形成し、ターゲット機器の幾何学的な特徴を示す画像情報を生成するように形作られた画像感知機器と、画像感知機器に結合するように構成され、画像情報に基づいて物体の配向を判定するためのデータ処理機器とをさらに含む。もし照り返しの結果としてターゲット表面の一方が不明瞭になっても、他方のターゲット表面の画像だけで物体の配向を判定するのに十分である。

Description

【０００１】
【関連する出願】
この発明は、２０００年４月２５日に出願された「車の下回りの診断システムおよび方法」（“ＵＮＤＥＲ ＣＡＲ ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ ＳＹＳＴＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ”）と題される米国仮特許出願第６０／１９９，３６６号、および２０００年６月２８日に出願された「車の下回りの診断を行なうための方法および装置」（“ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＰＥＲＦＯＲＭＩＮＧ ＵＮＤＥＲＣＡＲ ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ”）と題される第６０／２１４，３９０号からの優先権の利益を主張する。
【０００２】
【発明の分野】
この発明は改善された位置判定システムに関し、特に照り返しによって引起される干渉に耐性のある位置判定システムに関する。
【０００３】
【発明の背景】
車輪アライメントシステムなどのある種の位置判定システムは、光学的感知機器を用いた映像画像化システムを使用してさまざまなターゲット機器の位置を判定する。この種の車輪アライメントシステムは、車高、トウ曲線、チルト角度、および車両の車輪に対する車体の角度的な関係などの車両についての位置的な情報を得ることができる。
【０００４】
自動車の車輪は多くの方法でアライメントすることができる。たとえば、オペレータまたはアライメント技術者が、カメラなどの画像感知機器を用いたコンピュータ支援３次元（３Ｄ）マシン映像などの映像画像化システムを使用して、さまざまなターゲット機器の位置を判定することができる。そのような映像画像化システムは、典型的にはアライメントの目的のために使用されるが、これらのシステムは自動車についての他の位置的および角度的な配向情報を得るために使用することもできる。そのような装置および方法の例は、１９９８年３月１０日にジャクソン（Ｊａｃｋｓｏｎ）らに発行された「モータ車の車輪のアライメントを決定するための方法および装置」（“Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｏｔｏｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｗｈｅｅｌｓ”）と題される米国特許第５，７２４，７４３号、および１９９６年７月１６日にジャクソン（Ｊａｃｋｓｏｎ）らに発行された「モータ車の車輪のアライメントを決定するための方法および装置」（“Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｏｔｏｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｗｈｅｅｌｓ”）と題される米国特許第５，５３５，５２２号に開示され、これらはそれぞれここに引用により援用される。
【０００５】
多くの場合、そのような映像画像化システムとともにコンピュータが使用されて、ターゲット機器上の特定の幾何学的な特徴を識別することによりターゲット機器の配向を計算する。コンピュータは斜視測定値をとり、これらの測定値をコンピュータのメモリに事前にプログラムされた真の画像と比較する。
【０００６】
車輪アライメントシステムで使用することができる典型的なターゲット機器の一例が図１に例示される。ターゲット機器５４は、ある平坦な面からなり、その上に２つまたはそれ以上の異なるサイズの円６２、６３のパターンが予め定められたフォーマットで印されている。具体的なパターンが示されているが、多くの異なるパターンをターゲット機器５４上で使用することができる。実際、数学的な記号または真の画像（すなわちその主面に対して垂直にターゲット機器を見ることによってとられた画像）に対応するデータ、およびターゲット機器の寸法がコンピュータのメモリに事前にプログラムされるため、アライメントプロセス中、コンピュータは参照画像を有し、ターゲット機器の観察された斜視図をこれと比較することができる。
【０００７】
コンピュータは、ターゲット機器上の特定の幾何学的な特徴を識別することによってターゲット機器５４の配向を計算する。コンピュータは斜視測定値をとり、これらの測定値をコンピュータのメモリに事前にプログラムされた真の画像と比較する。
【０００８】
コンピュータはたとえば、重心計算により円６２ａ、６２ｂの各々の中心を計算することができる。これは、ある物体の中心点または中心線の位置決めを判定するために画像分析コンピュータによって広く使用されている方法である。２つの円６２ａ、６２ｂの中心点が決定されると、２つの間の距離を測定することができる。その後、このプロセスが、ターゲット機器５４上のパターン中の他の円についても繰返される。それから、これらの距離をそれぞれの中心間の真の距離（すなわち非斜視距離）と比較することができる。同様に、２つの中心を結ぶ線の、水平（または垂直）に対する角度を決定することができる。すると、ターゲット機器５４の配向がどうであるかについての計算を行なうことができる。
【０００９】
他の計算方法を使用してターゲット機器５４の配向を判定することもできる。米国特許第５，５３５，５２２号および第５，７２４，７４３号の中でより詳しく説明されるように、たとえば、円の１つにだけ、たとえば円６３にだけカメラの狙いをつけ、その斜視画像（歪んだ楕円）を使用することにより、その円の配向を計算し、よってターゲット機器５４の配向を計算することができる。
【００１０】
ターゲット機器および画像感知機器を使用する位置判定システムは、太陽などの強い光源下で動作されるとき、しばしば問題に遭遇する。強い光が存在すると、ターゲット機器の面がカメラのレンズに入る方向に光を反射することがある。強い光がカメラに反射されると、ブルーミングと呼ばれる大きな白点が生じる。ブルーミングはターゲット機器からの画像の受取りを妨げる。ターゲット機器の中には９９％光を反射しない材料から作られているものもあるが、太陽などの強い光源からの光の１％の反射は、太陽がターゲットから外れるまで、依然として測定値に問題を引起す可能性がある。太陽が空を動くのにつれてターゲットまたは光学部品を動かすことは実際的でない。
【００１１】
【発明の概要】
よって、照り返しによって引起される位置判定システムに対する影響を減らす必要がある。また、強い光源の存在下での位置判定を可能にする必要もある。さらに、照り返しによって引起される干渉に耐性があり、かつ装備を動かしたり調整することを必要としない位置判定システムを提供する必要もある。
【００１２】
これらおよび他の必要性がこの発明で扱われる。この発明は、ターゲット機器を使用し、強い光源からの干渉を防止する改善された位置判定システムを提供する。この発明は、照り返しからの干渉を排除することにより測定値の精度を向上させる。
【００１３】
この発明の一局面は、ある物体に装着するためのターゲット機器に関する。ターゲット機器は、物体上に装着するように形作られたベース、ベースに接続された第１のターゲット表面およびベースに接続された第２のターゲット表面を含み、第１のターゲット表面と第２のターゲット表面とは異なる面上にある。ターゲット表面が位置する面は互いに平行でない。ターゲット表面は平行でない面上にあるため、第１のターゲット表面上に照り返しを起こすいかなる光源も、第２のターゲット表面上に照り返しを起こさない。もし第１のターゲット表面によって反射された光が干渉を引起しても、第２のターゲット表面の画像は依然として処理用に使用可能である。よって、照り返しによって引起される干渉は排除される。
【００１４】
一実施例によると、ある物体の位置的なパラメータを測定するための位置判定システムは、物体に装着するように形作られたベースと、ベースに接続された第１のターゲット表面およびベースに接続された第２のターゲット表面とを含むターゲット機器を含み、第１のターゲット表面および第２のターゲット表面が位置する面は平行でない。位置判定システムは、ターゲット機器に交わる視線経路を形成し、ターゲット機器の幾何学的な特徴を示す画像情報を生成するように形作られた画像感知機器と、画像感知機器に結合するように構成され、ターゲット機器が装着されたターゲット機器または物体の配向を画像情報に基づいて決定するためのデータ処理機器とを含む。
【００１５】
測定中、ターゲット機器は、車両の車輪などの物体に装着され、各測定が行なわれる。ターゲット表面の画像は、カメラなどの画像感知機器によって捕捉され、画像感知機器に結合された制御機またはコンピュータなどのデータ処理機器によって分析される。
【００１６】
この発明の一局面によると、データ処理機器は、アライメントなどの位置判定ソフトウェアを実行し、画像感知機器によって捕捉された画像を表す画像情報を受取るように構成される。位置判定プロセス中に使用されるターゲット機器の配向は、画像情報に基づいて判定される。画像情報は、ある参照位置で捕捉されたターゲット機器の画像を表す参照情報と比較してもよい。これに代えて、参照位置は、ベースの面に対して垂直な角度から見られてもよい。参照情報は、ハードドライブメモリから得られてもよい。
【００１７】
例として、両ターゲット表面の画像は画像感知機器によって捕捉され、画像情報に変換されてデータ処理機器によって処理される。一方のターゲット表面が照り返しを発生し、これが画像感知機器が受取る画像に干渉しても常に、他方のターゲット表面は、上述のように、ターゲット表面の幾何学的な特徴を示す信頼性のある画像情報を依然として提供する。よって、照り返しによる干渉は排除される。
【００１８】
さらに、この発明の他の利点は、単にこの発明の例示であり制限ではない以下の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。理解されるように、この発明は他のおよび異なる実施例が可能であり、そのいくつかの詳細点は、さまざまな明らかな点において、すべてこの発明を離れることなく変更することが可能である。よって、図面および説明は、限定的なものではなく例示的な性質のものとして理解されるべきである。
【００１９】
この発明は、同じ参照番号が同じ要素を示す添付の図面の図の中で、限定ではなく例として、例示される。
【００２０】
【好ましい実施例の説明】
照り返しの干渉に耐性のある位置判定システムを提供するための技術がこの発明をよりよく説明するために提示される。以下の説明では、説明の目的のため、多くの具体的な詳細が説明されて、この発明の徹底的な理解を提供する。しかしながら、当業者にとっては、この発明はこのような具体的な詳細なしに実行できることは明らかであろう。場合によっては、不必要にこの発明をわかりにくくすることを避けるため、周知の構造および機器がブロック図の形で示される。
【００２１】
この発明によって実行される位置判定システムは、ある物体についての位置的な情報を得ることができる。たとえば、位置判定システムを使用して、車高、トウ曲線、チルト角度、および車両の車輪に対する車体の角度的な関係を測定することができる。
【００２２】
この発明を実行することができる位置判定システムの一例が図２に例示される。位置判定システム１００は映像画像化システム１０２を含み、これは固定され空間をあけられ、ビーム１１４に搭載される１対のカメラ１１０、１１２を有する。ビーム１１４は、カメラ１１０、１１２をそれぞれ車両の両側の外に位置させて位置判定システム１００によって画像化されるようにするのに十分なある長さを有する。またビーム１１４は、カメラ１１０、１１２を工場の床１１６から十分な高さに位置させて、車両の左側上の２つのターゲット機器１１８、１２０が共に左側のカメラ１１０の視界内にあり、車両の右側上の２つのターゲット機器１２２、１２４が共に右側のカメラ１１２の視界内にあることを確実にする。
【００２３】
ターゲット機器１１８、１２０、１２２、１２４は、自動車の各車輪１２６、１２８、１３０、１３２に搭載され、各ターゲット機器１１８、１２０、１２０、１２４はターゲット本体１３４、および装着装置１３８を含む。装着装置１３８は、ターゲット機器１１８、１２０、１２０、１２４を車輪１２６、１２８、１３０、１３２に装着する。装着装置の一例が、ここに引用により援用される、１９９１年６月１８にボーナー（Ｂｏｒｎｅｒ）らに発行された「車輪調整用リムクランプのつめ」（“Ｗｈｅｅｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｉｍ Ｃｌａｍｐ Ｃｌａｗ”）と題される米国特許第５，０２４，００１号の中で説明される。
【００２４】
米国特許第５，５３５，５２２号および第５，７２４，７４３号に示されるように、動作において、位置判定システム１００が較正ターゲット（図示せず）を使用して較正されると、車両を台１３３上に駆動することができ、所望であれば車両を適切な修理のための高さに持上げることができる。ターゲット機器１１８、１２０、１２２、１２４は、一旦車輪のリムに取付けられると、ターゲット機器はそれぞれのカメラ１１０、１１２に対面するように配向される。
【００２５】
コンピュータで実現されたデータベースを用いて、ターゲットの位置の判定を支援してもよい。例として、車両のモデルおよび年式を、車両ＶＩＮ番号、ナンバープレートの番号、所有者名などの他の識別用のパラメータとともに映像画像化システム１０２に入力することができる。映像画像化システム１０２に関連するデータベースは、好ましくは検査される車両の各モデルの仕様を含む。検査されている車両が識別されると、具体的な車両のモデルに関連する情報がデータベースから引出され、ターゲット機器１１８、１２０、１２２、１２４の位置の判定を支援する。これに代えて、具体的な車両の以前の検査履歴を使用して、ターゲット機器１１８、１２０、１２２、１２４のとりそうな位置を示してもよい。
【００２６】
ターゲット機器が装着される車輪１２６、１２８、１３０、１３２のリムに対するターゲット機器１１８、１２０、１２２、１２４の場所は、典型的には約０．０１″および約０．０１°の精度まで知られている。ターゲット機器１１８、１２０、１２２、１２４がある位置で画像化されると、車輪１２６、１２８、１３０、１３２は別の位置に転がされ、新たな画像をとることができる。ターゲット機器１１８、１２０、１２２、１２４が２つの位置において画像化された場所を使用して、車輪１２６、１２８、１３０、１３２の実際の位置および配向、ならびに車輪軸を映像画像化システム１０２により計算することができる。２つの位置間の距離は変化するが、この距離は多くの場合、前後ともに約８インチである。
【００２７】
図３ａおよび３ｂは、この発明によって実行されるターゲット機器の例を例示する。図３ａのターゲット機器２０は、ベース２１と、ベースから延びる第１のターゲット表面２２および第２のターゲット表面２３とを有する。図１に示される円のようなパターンがターゲット表面に提供される。ベース２１は、測定が行なわれることになる、図２に例示されるターゲット本体１３４または装着装置１３８のような物体に装着するように形作られる。一実施例では、ターゲット本体１３４はベース２１として働き、ターゲット表面はターゲット本体１３４に装着される。別の例として、装着装置１３８はターゲット機器のベースとして働き、ターゲット表面は装着装置に接続される。ターゲット表面２２とターゲット表面２３との間の角度はθである。ターゲット表面間の適切な角度θは、システムが使用されることになる環境において実験的に測定することができる。角度θは、環境および用いられる光学部品に依存して、典型的には１７０°またはそれ以下である。
【００２８】
図３ｂに例示されるターゲット機器の別の実施例は２６として示され、第１のターゲット表面２７は第２のターゲット表面２８に接続されている。図３ａに例示されるターゲット機器とは違い、ターゲット表面２７が位置する面はベース２１に対して平行でない。ターゲット表面２７と２８との間の角度はθであり、図３ａのθと同様、実験的に容易に決定することができる。
【００２９】
図４ａおよび４ｂは、この発明によって実行され、強い光源下で動作されるターゲット機器の一例を例示する。図４ａでは、図３ａで例示されるものと同様のターゲット機器２０がある物体３１の表面に装着される。ターゲット表面２２および２３は、図１に例示されるものと同様のパターンを有する。カメラ３３はターゲット機器２０から画像を捕捉するために使用される。ターゲット表面２２および２３上のパターンの画像は、それぞれ経路３２および３４を通してカメラ３３により捕捉される。
【００３０】
図４ｂは、この発明によって実行されるターゲット機器に対する強い光源の影響を示す。日光３５と、ターゲット表面２２に対して垂直なライン３９との間の角度αが、経路３２とライン３９との間の角度βと等しくなるある特定の位置に太陽３０が動くと、日光３５はターゲット表面２２によって反射され、カメラ３３がターゲット表面２２上のパターンから画像をそれにより捕捉するところの経路３２に沿ってカメラ３３に入る。この場合、日光３５の反射はターゲット表面２２から捕捉されるパターン画像に干渉する。
【００３１】
しかしながら、ターゲット表面２２と２３とは平行でない面上に位置するため、日光３５はターゲット表面２３によって反射されず、よってターゲット表面２３から経路３４に沿って捕捉されるパターン画像に干渉しない。したがって、位置的なパラメータの計算は影響を受けない画像に基づいて行なうことができる。よって、照り返しからの干渉は排除される。
【００３２】
別の例として、図５はこの発明によって実行されるある車輪アライメントシステムを示す。車輪アライメントが行なわれることとなる自動車２０は、そのシャシの概略的な図示により示され、２つの前輪２２Ｌおよび２２Ｒ、ならびに２つの後輪２４Ｌおよび２４Ｒを含んで示される。自動車２００は、点線で示される従来の車輪アライメント検査ベッド上に位置されて示される。システムは、図３ａまたは３ｂに示されるものと同様のターゲット機器５４を使用し、ターゲット表面２２および２３はそれに装着されている。
【００３３】
カメラ３０は、レンズと鏡との組合せを使用することにより、ターゲット機器５４に交わる視線経路を形成する。カメラ３０は、レンズ４０を通る観察経路３８に沿って、車輪２２Ｌ、２２Ｒ、２４Ｌおよび２４Ｒ上に装着された各ターゲット機器５４のターゲット表面の１つと、ビームスプリッタ４２および鏡４６Ｌならびに４６Ｒとの両方に同時に狙いをつける。鏡４６Ｌおよび４６Ｒは、各車輪の画像が別々の鏡によって捕捉されるように、異なる車輪に狙いをつける複数の鏡を含んでもよい。
【００３４】
コンピュータ３２はカメラ３０に結合される。カメラ３０によって捕捉される画像は、コンピュータ３２によってアクセス可能な画像情報に変換される。位置的なパラメータの計算は、照り返しによって影響されない画像情報に基づいて行なわれる。一実施例によると、照り返しによって生じる画像情報はローパスフィルタ回路により除去することができる。
【００３５】
コンピュータ３２は、ある特定の角度から見られたターゲット表面上のパターンについての情報を記憶する。この情報を使用して、ターゲット表面および車輪の面の配向を計算することができる。一実施例では、ターゲット機器のベースに対して垂直なある角度から見られたパターンがコンピュータ３２に記憶される。２つのターゲット表面間の角度、ターゲット機器の寸法およびターゲット表面とベースとの間の角度などのターゲット機器の構成に関する情報は、先に説明した実施例のようにコンピュータ３２に事前に記憶することができるが、ターゲットの画像に基づいて物体の配向を判定するために行なわれる計算の詳細は引用される特許に示される。
【００３６】
この発明はある例示的な実施例に関して説明されてきたが、この発明は開示された実施例に制限されるのではなく、反対に、上掲の特許請求の範囲の精神および範囲に含まれるさまざまな変更および均等の変形を含むように意図されていることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、車両の車輪上で位置判定のために使用することができるある典型的なターゲット機器の一例を例示する。
【図２】図２は、この発明を実行することができるある位置判定システムの一例を示す。
【図３ａ】図３ａは、この発明によって実行されるターゲット機器の例の斜視図である。
【図３ｂ】図３ｂは、この発明によって実行されるターゲット機器の例の斜視図である。
【図４ａ】図４ａは、この発明によって実行され、強い光源下で動作されるあるターゲット機器の一例を例示する。
【図４ｂ】図４ｂは、この発明によって実行され、強い光源下で動作されるあるターゲット機器の一例を例示する。
【図５】図５は、この発明によって実行されるある車輪アライメントシステムの一例を示す。

Claims (6)

1. 画像化システムのためのある物体に装着するためのターゲット機器であって、
   物体上に装着するように形作られたベースと、
   ベースに接続された第１のターゲット表面と、
   ベースに接続された第２のターゲット表面とを含み、
   第１のターゲット表面および第２のターゲット表面が位置する面は互い平行でない、ターゲット機器。
2. ある物体の位置パラメータを測定するための位置判定システムであって、
   ターゲット機器を含み、これは、
   物体に装着するように形作られたベースと、
   ベースに接続された第１のターゲット表面と、
   ベースに接続された第２のターゲット表面とを含み、
   第１のターゲット表面および第２のターゲット表面が位置する面が互いに平行でなく、位置判定システムはさらに、
   ターゲット機器と交わる視線経路を形成し、ターゲット機器の幾何学的な特徴を示す画像情報を生成するように形作られた画像感知機器と、
   画像感知機器に結合するように構成され、画像情報に基づいて物体の配向を判定するためのデータ処理機器とを含む、位置判定システム。
3. データ処理機器は、
   データ処理ユニットと、
   データ記憶機器と、
   表示器と、
   データ処理ユニット、表示器およびデータ記憶機器に結合されたバスとを含む、請求項２に記載のシステム。
4. ある物体の位置的なパラメータを、物体に装着された第１および第２のターゲット表面を使用して判定するための方法であって、第１のターゲット表面および第２のターゲット表面が位置する面は互いに平行でなく、
   ターゲットに交わる視線経路を形成するステップと、
   ターゲット機器の画像を捕捉するステップと、
   ターゲット機器上の照り返しの存在を判定するステップと、
   照り返しによって影響されない画像に基づいて物体の位置的なパラメータを計算するステップとを含む、方法。
5. 車両の車輪の位置的なパラメータを判定するための車輪アライメントシステムであって、
   ターゲット機器を含み、これは、
   車両に装着するように形作られたベースと、
   ベースに接続された第１のターゲット表面と、
   ベースに接続された第２のターゲット表面とを含み、
   第１のターゲット表面および第２のターゲット表面が位置する面は互いに平行でなく、車輪アライメントシステムはさらに、
   ターゲット機器に交わる視線経路を形成し、ターゲット機器の幾何学的な特徴を示す画像情報を生成するように形作られた画像感知機器と、
   画像感知機器に結合するように構成され、画像情報に基づいて車両の車輪の配向パラメータを判定するためのデータ処理機器とを含む、車輪アライメントシステム。
6. ターゲット機器は車両の車輪に装着される、請求項５に記載のシステム。

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