TW475054B - Glint-resistant position determination system - Google Patents

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475054 A7 B7五、發明説明（1 ) 相關申請案 本申請案主張2000年4月25曰申請之美國臨時專利申請案 第 60/199,366號，標題爲"UNDER CAR DIAGNOSTICS SYSTEMS AND METHODS n及2000年6月28曰申請之美國臨時專利申請 案第 60/2 14,390 號，標題爲"METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING UNDERCAR DIAGNOSTICS”之權利。 發明範疇 本發明係有關一種改進的位置判定系統，更特定言之， 係有關一種能抗阻由反光所引起的干擾的位置判定系統。 發明背景 某些型式的位置判定系統，例如車輪校準系統，使用一 視覺成像系統其採用光學感測裝置以決定各個靶標裝置的 位置。這種型式的車輪校準系統，，有能力獲得關於一車輛 的位置資訊，諸如：乘坐高度、車輪趾束（t〇e)曲線、傾斜 角、及車身相對該車輪的角關係。 Ά車車輪可用好幾種方式來校準。舉例來説，一駕駛者 或一技師可使用一視覺成像系統，像是電腦輔助系統、三 維（3D)機器視覺系統，其採用光學傳感裝置，例如照相機 ’用以決定各個目標的位置。雖然這種機器視覺系統，典 型係用於校準，這種系統還可用以獲得一汽車的其它位置 及角度方位之資訊。這種裝置和方法的範例，發表於美國 專利第5,724,743號，標題爲，，決定汽車車輪校正的方法及裝 置(Method and Apparatus for Determining the Alignment of Motor Vehicle Wheels")，1998 年 3 月 10 日頒發給賈克生 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ297公釐） 475054 A7 _______B7 五、發明説明^ --- (Jackson)等人’及美國專利第5,535,522號，標題爲"決定汽 車車輪校正的方法及裝置，，（"Meth〇d and Αρρ__⑹

Determining the Alignment of Motor Vehicle Wheels^)-1996年7月16日頒發給賈克生（Jacks〇n)等人，以上兩文均以 引用方式併入本文。 電腦-常被拿來和這種視覺成像系統聯用，藉認定某些關 於靶柘足幾何特性’以計算決定靶標裝置的方位。該電腦 採取透視量度，並將此等量度以與事前預先編入該電腦記 憶體程式中的實像比較。 一可用於一車輪校準系統中的典型靶標的實例列示於圖工 中。靶標裝置54由一扁平板所構成，該扁平板帶有兩個或 兩個以上不同大小的圓62、63的圖案，成一預定排列方式 標記在該扁平板上。雖然已顯示了一特定圖案，還有很多 的不同圖案可用在該靶標裝置54上。實際上，一數學表示 法、或相當於一實像（即垂直該靶標裝置的主平面，觀測該 靶標裝置所取得之影像）的資料，以及該靶標裝置的大小， 係預先編入電腦的記憶體的程式中，以致在校準作業過程 中，該電腦具有一參考影像，是該靶標裝置的觀測透視影 像可與之比較者。 该電腦藉認定某些關於該乾標裝置5 4的幾何特性，計算 該乾標裝置54的方位。該電腦採取透視量度，並將此等量 度以與事前預先編入該電腦記憶體程式中的實像比較。 舉例來説，該電腦可藉助定心法（centroiding)，計算諸圓 62a、62b各自之中心。定心法是普遍使用於影像分析電腦 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 475054 A7 ______ ___B7 五、發明説明（3 ) ~— 用以決定一目標中心點或中心線。諸圓62a、62b的中心點 -經決定’該兩圓之間的距離即可量測。這種方法於是— 再就該革巴標裝置54上圖案中的其它的圓重覆進行。這些距 離然後可和在個別中心之間的眞實距離（即非透視距峨較 。同樣地，該兩中心間的連線與水平線（或垂直線）的失角於 是可以诀定。於是可以計算出該轉54的方位。 其它的計算方法也可用來決定該靶標裝置54的方位。例 如，該照相機可只瞒準在-個圓上，譬如是圓63,然後藉 使用孩認圓的透視影像（變形的摘圓），計算該圓的方位，並 從而該靶裝£54的方位，這在美國專利第5,535,522及 5,724,743號中有較完整的説明。 位置判定系統使躲標裝置及影像感測裝置，當在強列 光源，像是太陽，下操作時’經常會遭遇到問題。因爲有 強烈的光線，該革巴標裝置的表面可能在_方向上反射該光 線而進入該照相機的鏡頭中。強光的反射進入該照相機中 產生良、大的白斑‘點，明之開花（bl〇〇ming)。開花會干擾從 該革巴標裝置來的影像的接收。儘f有些標裝置是用99%不反 光的材料製作，該1。/〇從強烈光源如太陽來的光的反射仍會 引起量測上的問題，除非太陽光移離革巴標。隨著太陽橫i 天空來移動該靶標或光學儀器是不可行的。 發明概要 因此’目則存在一項需求，即減低由反光所引起對於一 位置判定系統之影響。還有一項需求，即要使位置判定在 有強烈光源的場合下，仍能夠進行。還有另一項需求，就 -6 > 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2i〇_i 297SP-----一 475054 A7 _______ B7五、發明説明（4 ) 是提供一種位置判定系統，其可以抵制反光所引起的干擾 而無需裝備的移動或調整。 本發明印致力於此等及其它需求。本發明提供一種改進 的位置判定系統，使用可以抵制來自強烈光源干擾的靶標 裝置。本發明藉消除反光干擾，提昇量測的精確度。 本發明的一方面。有關一附接在目標上的靶標裝置。該 靶標裝置包括一建構成可附接在目標上的基底，一連接到 該基底的第一靶標表面，及一連接到該基底的第二靶標表 面’其中’該第一革巴標表面和第二革巴標表面係在不同的平 面上。S兩乾標表面所在的兩平面彼此不相平行。既然該 兩乾標表面係在不相平行的兩平面上，任何光源在該第一 革巴標表面上產生反光，將不會在第二靶標表面上導致反光 。如果由第一靶標表面引起光的反射，該第二靶標表面的 影像仍然可用於處理。所以，消除了反光所引起的干擾。 根據一具體實施例，一用以量測目標位置參數的位置判 定系統，包括一靶標裝置；該靶標裝置包括：一建構成可 附接在目標上的基底；一連接到該基底的第一靶標表面； 及一連接·到該基底的第二靶標表面，其中該第一靶標秦面 和第二乾標表面所在的平面，係互不平行。該位置判定系 統具有一影像感測裝置，建構成可組成一可與該乾標裝置 相交的觀察路徑，並可產生表示該靶標裝置的幾有特性的 影像貧说；並具有r«資料處理裝置，建構成以與該影像感 測裝置相耦合，用於根據該影像資訊，決定該靶標裝置、 或該靶標裝置所附接之目標的方位。 小 本紙張尺度適用巾S S家標準(CNS) A4規格(21G x 297公爱) " "" 475054 A7

里川過程中，該靶標裝置係附接在該目標上，像是一 :輛的車輪，以便標記各個量測。該靶標表面之影像爲該 恙’、裝二例如知、相機，所捕獲後，由一資料理裝置，'例 如耦合到该影像感測裝置的控制器或電腦，加以分析。 、根據本發明之一方面，該資料處理裝置，係建構以執行 位置判叉軟體，如校準，並接收代表由該影像感測裝置所 捕獲影像的影像資訊。其中所用的靶標裝置的方位，在位 置判足處理過程中，根據該項影像資訊，予以決定。該影 像資訊可以與代表該捕獲靶標裝置的影像在一參考位置上 的參考資訊作比較。另—作法，料考位置可以從垂直該 基底表面的一角度觀測。該參考資訊可從一硬磁碟機記憶 體獲得。 ^ 作馬一貫例來説，該兩靶標表面的影像係由影像裝置所 捕獲並轉變成要由資料處理裝置處理的影像資訊。無論何 日寺’ d兩“表面d生反光、干擾到由該影像感測裝 置所接收到的影像，該另一靶標表面，如在前面討論過， 仍可提供可靠的表示該靶標表面幾何特性的影像資訊。因 而，消除了反光的干擾。 本4明還有其b優點，將可從以下的詳細說明獲得瞭解 •’該項説明.只是藉舉例解説，對本發明並無限制作用。如 將可瞭解的，纟發明能有其它不同的具體f施例，，而其若 干可顯見方面之細節，T能加以修改而均未偏離本發明之 範疇者。因此，諸圖式及説明均應視爲解説性質，而非约 束性質。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公董) 475054 第90115775號專利申請案 中文說明書修正頁（90年12月）

五、發明説明（6 ) 圖式簡略說明 本發明列圖說明乃為舉例，非為設限，在附隨圖式中相 同參照數碼用於指稱相似元件，而附圖中 圖1顯示一典型靶標裝置之實例可使用於定位車輛的車輪 上。 圖2顯示一位置判定系統之一實例，本發明可在其中實 現。 圖3a及3b為可根據本發明實現的靶標裝置之實例之透視 圖。 圖4a及4b表示一可根據本發明實現的靶標裝置在強烈光 源下操作之實例。 圖5顯示一根據本發明實現之車輪校準系統之一實例。 元件符號說明 20 靶標裝置 28 第二乾標表面 21 基底 30 太陽 22 第一靶標表面 32 電腦厂Efe 22L 前車輪 33 照_ 22R 前車輪 34 路徑 23 第二乾標表面 35 陽光 24L 後車輪 38 觀測路徑 24R 後車輪 39 直線 26 靶標裝置 40 透鏡 27 第一靶標表面 42 光束分裂器 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 475054 第90115775號專利申請案 中文說明書修正頁（90年12月） 五、發明説明（6a ) 46L 反射鏡 122 靶標 46R 反射鏡 124 靶標 54 靶標裝置 126 車輪 100 位置判定系統 128 車輪 102 視覺成像系統 130 車輪 110 照相機 132 車輪 112 照相機 133 台架 114 橫樑 134 靶標本體 116 工場地面 138 附接裝置 118 靶標 200 車輛 120 靶標 260 床架 較佳具體實施例說明 提出備置一可阻抗反光干擾的位置判定系統的各項技術 ，俾便較為清晰解說本發明。在以下的說明中，為解釋起 見，許多特定細節予以明白列出，以助徹底瞭解本發明。 然而，對於熟諳此項技藝者而言，顯然不用這些特定細節 也可實施本發明。其它方面，眾所周知的結構及裝置，以 方塊圖形式顯示，以避免不必要的糢糊本發明。 根據本發明執行的位置判定系統，能夠獲得關於一目標 的位置資訊。例如’該位置判定系統’用以量測：乘坐高 度、輪趾曲線、傾斜角、及車身相對該車輪的角關係。 一可實施本發明之位置判定系統之一實例，示於圖2中。 該位置判定系統100包括一視覺成像系統102，後者具有兩 -9a - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 475054 A7 ___B7 五、發明説明（7 ) ^~' 個固定隔開設置的照相機110、112，架設在一橫樣114上。 該橫樑1 14具有一長度，足夠將兩照相機丨1 〇、u 2分別役冒 在、準備由該位置判定系統100攝取成像的車輛的兩側之= 。而且，該橫樑114將該兩照相機110、112架設在工場地面 116上的鬲度，足以保證該兩個在車輛左側上的靶標11 8、 120都在左邊照相機110的視野之内，而該兩個在車輛右側 上的靶標122、124都在右邊照相機112的視野之内。 靶標118、120、122、124係分別安裝在汽車的各個車輪 126、128、130、132上，每一靶標 Π8、120、122、124 包 括一靶標本體134、及一附接裝置138。該附接裝置將靶標 1 18、120、122、124 分別附接在車輪 126、128、130、132 上。附接裝置的實例，見於美國專利第5,〇24,〇〇i號中，標 過爲車輪校正輪辋夬爪"（"Wheel Alignment Rim Clamp Claw )，1991年6月18日頒發給波納（B〇rner)等人，以引用方 式列入本文。 運作時，一旦該位置判定系統100已使用一校準靶標（未 圖不）加以校準之後，如在美國專利第5,535,522及5,724,743 號中所記述，一車輛即可驅動到台架133上，而且，視需要 可將車輛抬舉到一適當的修理高度。該靶標裝置丨18、12〇 、122、124，一旦附接在該輪輞之後，即調整方向，以使 在居#巴標裝置面對個別的照相機11 〇、112。 ， 一電腦執行的資料庫，可用以輔助該靶標位置的判定。 作爲一實例，該車輛型式及製造年份，連同其它識別參數 ’例如：車輛識別號碼（VIN)、執照號碼、車主姓名等等， -10- 本紙張尺度適用中標準（CNS) M規格（no〆 297公羞. " ---------— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本瓦) 、1Τ 475054 五、發明説明（8) 都可加進該視覺成像萃结1Π0 士 1026/] ^ ^ … 2中。一關聯該視覺成像系铁 102的貧料厍，最好包 受檢束姑"、_各種型式車輛的規格。 :::輛一旦認足，該特定車輛型式的相關資料，即可從 ;24貝料庫中抽取出來，以協助該乾標裝置"8、12。、122、 妒+ 乍法了用茲特定車輛以往的檢驗記 錄，來-指出該靶標裝置118 置。 120 122、124的大概可能位 靶‘ 118 120、122、124相對其所附接的車輪⑶、 128、13〇、132的輪輞之測定位置，多半是已知到一約〇.⑴ 吋収〇1 I精確度。一旦該革巴標118、120、122、124已在 一位置成像，該車輪126、128、13Q、132即滾動到另一位 置’並攝成一新影像。利用該靶標ii8、GO、⑵、⑶在 兩個位置上所攝取的影像的測定位置，該車輪126、128、 U〇、132以及車輪軸心的實際的位置及方位，即可由該視 見成像系統102加以計算決定。雖然在兩位置之間的距離是 變動無常，該距離卻常是前進及退後各約8吋。 經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 I · — - 1: 1 -11 m - I - 1 - nr—1 -- 1---1 I 11- ml I----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖3a及3b表示根據本發明實施的靶標裝置的實例。圖& 中靶彳'裝置20具有一基底21，一第一靶標表面22及一第二 靶払表面23，從該基底延伸出。在該靶標表面上設有如在 圖1中所述的幾個圓的圖案。基底2丨係製成可附接在一將要 里’則的目標上，像是在圖2中所示的該靶標本體} M或附接 裝置1 3 8上。在一實例中，該靶標本體n4作爲該基底2丨使 用’而该乾標表面係附接在該靶標本體丨34上。如另一實例 ，孩附接裝置138作爲靶標裝置基底使用，而該靶標表面係 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210x297公楚） 475054 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9) 連接到該附接裝置上。介於靶標表面22和靶標表面23之間 的角爲Θ。靶標表面間之適當角度θ可以經驗上地在系統 將使用之環境量測。角β典型爲17〇。或較小，視環境以及 所用光學儀器而定。 另 革巴“裝置之具體貫施例，示於圖3 b中，標示爲2 6， 具有一-第一靶標表面27連接到一第二靶標表面28。不像圖 3a中所示之靶標裝置，該靶標表面27所在的平面是不平行 於該基底21的。介於靶標表面27及28之間的角爲β，而和 圖3 a中的β —樣，是很容易以實測決定的。 圖4a及4b顯示一可根據本發明實施的靶標裝置在強烈光 源下操作之實例。在圖4a中，一靶標裝置2〇類似於圖“中 示係附接在該目標31的表面上。靶標表面22及23具有類似 於圖1中所示的圖案。一照相機33用來捕捉從靶標裝置2〇而 來的衫像。在乾彳示表面2 2及2 3上的圖案的影像，爲該照相 機33分別經由路徑32及34所捕捉。 圖4b圖示一強烈光源對於該根據本發明實現的革巴標裝置 。當太陽30移動到一特定位置，在該處介於陽光35與一正 交於該革巴標表面的直線3 9之間的夾角α，等於介於路徑3 2 和該直線39之間的夾角/?，陽光35將爲該靶標表面22所反 射而沿路徑32進入該照相機33，該照相機33即藉此路徑32 捕捉從該靶標表面22圖案而來的影像。在這種情況之下， 該陽光3 5的反射，將會干擾該從靶標表面22捕捉到的圖案 影像。 可是，因爲靶標表面22和23座落在不相平行的兩平面上 ，12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇 ><297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 47^054 五、發明説明（1〇) ，陽光35將不爲該靶標表面23所反射，因而將不會干擾到 «革巴‘表面23沿路徑34捕捉到的該圖案影像。因此，可 乂根據3未文影響的影像，進行計算該位置參數。如此， 由於反光的干擾可以消除。 圖5 ”、員不根據本發明實現的，_:輪校準系統，作爲另一實 灼 尤其進订車輪校準的，用其底盤簡圖作爲代

i免、不包括兩個前車.輪2乩及22R及兩個後車輪24L 及24R。圖中顯示該車輛2〇〇係設置在一習用的車輪校準測 試床架260上’後者以虛線表示在圖中。該系統使用類似於 圖3a及3b中之靶標裝置54，有靶標表面22及23附接在該靶 標裝置上。 …、相機3 0，藉用透鏡及反射鏡的組合，組成交於各該靶 標裝置54的觀測路徑。照相機30，可以沿一通過透鏡40而 J 光束刀友斋42及反射鏡46L及46R的觀測路徑3 8，同時 目田準到附接在車輪22L、22R、24L、及24R上的各個靶標裝 置54的兩靶標表面中之一表面上。反射鏡46乙及46尺可包括 夕個反射鏡’分別瞄準在不同的車輪上，以致各車輪的影 像可爲一分立的反射鏡所捕捉。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^ 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^電腦32係耦合到該照相機30。照相機30所捕捉的影像 _丨’.經轉變成可由該電腦32存取的影像資訊。位置參數的 含#:秦’將根據未受該反光影響的影像資訊進行。根據一具 體貫施例’由反光所產生的影像資訊可用一低通濾波電路 移除。 4 %腦32儲存有關於該靶標表面上的圖案從某一角度觀 -13 本紙張尺度適用十國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公楚） 475054 A7 ---- B7________ 五、發明説明（”） 測的資訊。該資訊可用於計算該靶標表面及車輪表面的方 位。在一具體實施例中，從一垂直於該靶標裝置基底的角 度觀測的圖案，係儲存在該電腦32中。關於該靶標裝置型 態的資訊，諸如：兩靶標表面之間的夾角、該靶標裝置的 大小、及介於該靶標表面與該基底之間的夾角，可預先儲 存在該-電腦32中，就像在前述具體實施例中一樣；關於根 據革巴標影像所作計算以決定目標方位之細節，在所引述之 各專利中均有陳述。 雖然本發明已關聯一示範具體實施例加以解説，須請谅 解者：本發明並不限於已發佈的具體實施例，相反地，卻 有意涵蓋包括在後附申請專利範圍之精神及範疇内之各種 修改及等同安排。 (請先閲讀背面之注意事項鼻填寫本育/〕 丁 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 國國家標準（CNS)A4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. 475054

   申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社.印製 釐） L —種用以附接在—成像㈣的目標上的乾標裝置，包括： 一基底，建構成可附接在該目標上； 一第一靶標表面，連接到該基底；及 一第二把標表面，連接到該基底； 其中該第-靶標表面和第二靶標表面所在的平面 彼此不相平行。 ’' 2. —種用以量測一目標位置參數的位置判定系統，包括： 一靶標裝置包括： 一基底，建構成可附接在該目標； 一第一乾標表面，連接到該基底；及 一第一乾標表面，連接到該基底； 其中该第一靶標表面和第二靶標表面所在的平面， 係彼此不相平行。 一影像感測裝置，建構成可組成一交於該靶標裝置的 觀察路徑，並可產生表示該靶標裝置的幾何特性的影 像資訊；及 一貧料處理裝置，建構成以與該影像感測裝置耦合， 用於根據該影像資訊，決定該目標的方位。 3·根據申請專利範圍第2項之系統，其中該資料處理裝置包 括： 一資料處理單元； —資料儲存裝置； / —顯示器；及 —匯流，耦合至該資料處理單元，該顯示器及該資料 15 #_尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公 ——I---------^--------訂---------線、. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 475054 A8 B8 C8

   六、申請專利範圍 儲存裝置。 4· μ種用於決定一目標的位置參數的方法，使用該第一及 第一乾標表面附接到該目標上，其中該第一及第二靶標 表面所在的兩平面，係彼此不相平行，該方法包栝： 組成一又於該靶標裝置的觀測路徑； 捕捉該靶標裝置的影像； 判定有反光在該靶標裝置上出現； 根據未受反光影響的影像，計算該目標之位置參數。 5 · —種車輪校準系統，用以決定一車輛的車輪的位置參數 ，包括： 一靶標裝置包括： 一基底’建構成可附接在該目標； 一第一靶標表面，連接到該基底；及 一第二靶標表面，連接到該基底； 其中。亥弟 乾標表面和第^一革巴標表面所在的平面，係 彼此不相平行。 一影像感測裝置，構成可組成一交於該靶標裝置的觀 察路徑，並可產生表示該靶標裝置的幾何特性的影像資 訊；及 一資料處理裝置，建構成以與該影像感測裝置耦合， 用於根據該影像資訊，決定該目標的方位。 6.根據申請專利範圍第5項之系統，其中該靶標裝眞係附接 到該車輛的車輪上。 -16- 本紙張尺度適票準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） I ϋ n ί ϋ ϋ ϋ ϋ n n n I I · ϋ I a— n ϋ ϋ »1 一-0, n ϋ ϋ I n I n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製