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技术领域

本实用新型涉及一种汽车四轮定位仪，尤其是涉及一种无需推车的多镜头独立成像的V3D汽车四轮定位仪。

背景技术

V3D汽车四轮定位系统是目前比较新颖的汽车四轮定位仪器，这种类型的四轮定位仪利用相机对汽车轮胎上扣挂的目标靶上的图形进行成像，利用计算机视觉技术检测图形的变化计算相关定位数据，完成对汽车的四轮定位操作。

现有的V3D汽车四轮定位仪通常包含两个或者四个相机用于采集目标靶图像数据，采集过程中，每个相机对车辆一侧扣挂在前后两个轮胎上的目标靶进行成像，两个目标靶同时成像在一个图像中，同侧目标靶的空间形态通过对该图像的分析和处理得到。由于需要根据图形的变化进行相关角度计算，所以通常都需要推动车辆，带动轮胎上扣挂的目标靶旋转，通过计算机成像技术对目标靶图形的变化分析得到轮胎运动轨迹，进而计算出轮胎的定位参数。 

这种V3D四轮定位仪的每个相机对车辆一侧的两个目标靶进行成像，由于两个目标靶成像于同一个图像中，像幅的范围严重地制约了两个目标靶的的前后距离，对于轴距稍长的车辆，成像范围会超出最合适的成像区域，严重影响测量的结果，并且两个目标靶的成像都位于像幅的边缘，而相机镜头的畸变从中心到边缘逐渐扩大，这种增大的边缘畸变也影响了量测的精度。

两个目标靶成像于同一幅图像还存在目标靶成像不清晰的问题。目标成像的清晰度与景深有关，而焦距决定了成像的景深范围，量测的过程中焦距都是一定的，因此，如果车辆轴距越大，前后靶超出合理的景深范围的可能性就越大，超出景深范围的目标靶会出现成像不清晰，直接影响了量测的精度。

现有的V3D四轮定位仪的每个相机对车辆一侧前后不同空间位置的目标靶同时成像得到一幅图像，再由这幅图像反算目标靶的空间位置，这个过程由于仿射变形的影响很难得到目标靶之间正确的角度关系，如随着成像角度的变化，实际空间是直角关系的两个目标由图像反算可能会变形为锐角和钝角。由于这种仿射变形的影响，会导致定位角度的误差和错误。

这种V3D四轮定位仪在测量过程中需要反复推动车辆才能获取目标靶上的图形变化，利用这种变化计算相关的定位数据。推动车辆过程中，随着轮胎的转动，挂扣在轮毂上的目标靶成像角度越来越大，目标靶图形检测的精确性随之降低，并且由于推车距离有限，目标靶的转动角度也有限，以一个有限的转动角度计算结果来推演车轮完整转动一圈的定位角度变化，理论上存在极大的局限性。定位作业过程中，需要多次推动车辆，操作复杂，过程冗长，效率很低。

这种类型的V3D定位仪是因为其测量原理的局限性所致，其测量原理需要推动车辆才能计算相关的定位角度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种新的目标靶成像模式并且无需推车就能测量各种定位参数的V3D四轮定位仪。

本实用新型主要解决现有的V3D四轮定位仪测量范围受到车辆轴距的限制问题。现有的V3D四轮定位仪每次对车辆一侧的两个目标靶成像，如果车辆轴距较长，则两个目标靶成像位于图像的边缘，甚至超出图像范围，导致精度降低甚至无法定位。本实用新型对每个目标靶独立成像，每个图像中只处理一个目标靶，使得目标靶成像不再受轴距长短的限制，而且通过采用不同焦距的镜头，理论上可以对任意长轴距的目标靶清晰成像，从而从根本上解决了现有V3D四轮定位仪对长轴车辆四轮定位的限制。

本实用新型还有一目的是消除由于目标靶成像区域导致的成像质量下降对定位角测量精度的影响。由于两个目标靶挂扣在轮胎上，目标靶之间存在着一定的距离，现有的V3D四轮定位仪，每次成像都包含两个目标靶，所以目标靶通常都成像于图像的边缘，图像边缘的镜头畸变远大于中心区域，并且两个目标靶成像的清晰度也不相同，因此会严重影响定位角度的计算精度。本实用新型由于每个相机只对一个目标靶成像，可以保证目标靶成像于图像的最优区域，每个目标靶都可以获得最清晰的成像效果，极大降低了成像质量低下导致的定位误差。

本实用新型还有一目的是解决仿射变形所导致的目标靶空间位置关系确定误差和错误。如果两个目标成像于同一个图像中，根据透视变换反算两个目标的三维空间位置，会由于仿射变形导致计算结果与实际位置之间存在误差甚至错误，本实用新型由于每个图像中只有一个目标，从根本上消除了这种影响，提高了定位的鲁棒性和精确性。

本实用新型再有一目的是解决现有V3D四轮定位过程中需要反复推车而导致的测量误差和效率低下问题。现有技术中需要目标靶随车轮旋转，会导致目标靶上图案检测困难，甚至无法检测，而且利用局部的旋转推演完整的定位数据，存在拟合误差。本实用新型无需推车，目标靶以最佳的成像姿态固定，极大减少检测影响因素，提高定位精度。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种无需推车的多镜头独立成像的V3D汽车四轮定位仪，其特征在于，包括支撑机构、数据采集组件以及与数据采集组件配合设置在车轮上的目标组件；所述支撑机构包括垂直的支撑直梁、水平固定在支撑直梁上的横梁；设置在横梁两端与目标组件配合的数据采集组件、以及用于控制数据采集、定位计算及数据显示的并与数据采集组件连接的计算机系统；所述目标组件包括通过夹具挂扣在轮胎上的目标靶。

在上述的一种无需推车的多镜头独立成像的V3D汽车四轮定位仪，其特征在于，所述横梁通过一个横梁支架固定在支撑直梁上，并可以上下升降，所述横梁支架上装有轴承，横梁能够通过轴承沿水平轴旋转；所述直梁内部包括一个步进电机，用于控制横梁的升降。

在上述的一种无需推车的多镜头独立成像的V3D汽车四轮定位仪，其特征在于，所述的数据采集组件包括两个相机组及相应的主动光源，分别通过支架固定在横梁的两端，每个相机组至少包括两个相机，两个相机按照垂直或者水平方式排列由支架固定在横梁的两端，相机之间的间距由目标靶横向的间距决定，通常尽可能的靠近以减小设备的大小，由于对一侧的前后目标靶独立成像，所以两个相机的光轴方向通常不一致；所述主动光源位于相机的前方，每个相机和相应的主动光源能够独立地在支架上移动和旋转。

在上述的一种无需推车的多镜头独立成像的V3D汽车四轮定位仪，其特征在于，所述主动光源包括一个灯板以及设置在灯板上的若干个红外光源LED灯珠，灯板中心开孔，用于相机镜头成像，所述的相机镜头位于主动光源灯板的中心。

在上述的一种无需推车的多镜头独立成像的V3D汽车四轮定位仪，其特征在于，所述夹具和目标靶固定在车辆轮胎的外侧。

在数据采集过程中，每个镜头只用来获取一个目标靶的数据，系统至少需要四个镜头以分别对挂扣在四个轮胎上的目标靶独立成像，且测量过程中，无需前后推动车辆。

因此，本实用新型具有如下优点：1.设计合理，结构简单且完全实用；2.对定位车辆的轴距没有限制，扩大了定位车辆的范围；3.测量过程中无须推车，操作简单，极大地提高工作效率；4.克服了目标靶成像质量低下的问题，提高了系统的鲁棒性和定位精度；5.消除了单片反算目标靶空间形态过程中由于仿射变形导致的计算错误和误差，彻底解决了目标靶同时成像的弊端。

附图说明

图1 为本实用新型的立体结构示意图(图中只标识出一个相机组)。

图2 为本实用新型的侧视结构示意图(图中只标识出一个相机组)。

图3 为本实用新型的俯视结构示意图(图中只标识出一个相机组)。

图4为本实用新型另一种相机排列布局图(图中只标识出一个相机组)。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。图中，横梁1、横梁支撑架2、直梁3、相机支架4、相机5、主动光源6、显示系统7、计算机系统8、目标靶9、夹具10、举升机11。

实施例：

本实用新型包括定位组件以及与定位组件配合设置在车轮上的目标组件；所述定位组件包括一个垂直的支撑直梁3、水平固定在支撑直梁3的横梁1；设置在横梁1两端与目标组件配合的相机组5、以及用于控制数据采集、定位计算及数据显示的并与相机组5连接的计算机系统8；所述目标组件包括通过夹具10挂扣在轮胎上的目标靶9。横梁1和直梁3构成一个“T”字形的支撑梁架结构，树立或吊悬于被定位车辆的前方。横梁1通过一个横梁支架2固定在支撑直梁3上，所述横梁支架2上包含有轴承，横梁1能够利用该轴承沿水平轴旋转；所述直梁3内部包括一个垂直升降电机驱动组件用于控制横梁1的升降，横梁1长度比普通车辆的宽度大，横梁3的高度以举升机11升高到方便车辆定位作业为宜。横梁1的两端分别安装一个相机支架4，用于安装相机5和主动光源6。目标靶9通过夹具10固定在轮胎的侧面，夹具10和目标靶9也可以设计成一体结构，夹具10将目标靶9和轮胎形成刚性的连接关系，通过这种连接关系就可以实现目标靶9空间形态向轮胎定位数据的转换，从而实现定位数据的测量。

目标靶9为扣挂在每个车辆轮胎侧面用于得到轮胎面空间形态的装置，靶面通常为平面，也可以由不共面的子靶面构成，靶面或者子靶面上由反光材料构成多个规则几何形状，几何形状通常为圆形。定位系统通过对这些规则图形形态的检测来获取目标靶9的空间形态数据，从而得到轮胎的定位参数；本实用新型由于采用目标靶9独立成像的模式，所以相机5数量至少为四个，四个相机5分为两组，每组包含两个相机5，分别由相机支架4固定在横梁1的两端，两个相机5尽可能的靠近，以减少空间占用，每个相机5只对一个目标靶9成像，所以，相机5的对准方向通常不相同，并且可以采用不同的成像焦距；主动光源6由规则布局若干红外LED灯珠的灯板构成，通过控制系统控制灯珠的亮灭，主动光源6的灯珠发出的光线照射到目标靶9上，目标靶9上反光材料构成的几何形状会反射回来，由相机5进行成像，从而得到目标靶9上的几何形状信息。相机5的镜头位于主动光源6灯板的中心，相机5采集的目标靶9数据通过数据传输线或者无线传输链路（蓝牙或者WIFI）传送到计算机。

计算机系统8包括控制系统和显示系统7。控制系统用于控制各个分系统模块的相互协作，完成数据的采集及计算，显示系统7用于显示定位结果，计算机系统8放置在可移动的操作台内，也可以放置在直梁3的侧面

显示系统7将四轮定位结果显示出来，便于维修人员根据显示的定位数据进行车辆的检修。显示系统7包括固定显示和移动显示两种。固定显示通常通过大型显示器显示，显示器放置在车辆的前端，便于维修人员查看，移动显示通常由可移动的智能终端构成，固定显示和移动终端显示的数据都通过通信链路由数据处理系统实时提供。上述的一种V3D汽车四轮定位仪通过以下技术方案实现四轮定位。

工作时，步骤如下：

1.测定相机5的空间位置和姿态参数。首先通过内定标方法得到每个相机5的内定标参数，然后通过外定标得到每个相机5的外定标参数。

2.安装支撑机构。首先根据举升机11的位置，在其前方适当的距离安装竖梁，直梁3位于举升机11纵向中心线上，直梁3固定之后，横梁1及相机5套件通过支撑架安装在直梁3上。通过调整和移动直梁3，保持数据采集系统位于合适的高度和距离，保证目标靶9与相机5之间良好的通视条件。

3.将车辆移动到举升机11上，停稳车辆，摆正方向盘并固定住，升起举升机11至合适的高度。

4.将目标靶9通过夹具10固定在轮胎上，如果采用一体化目标靶9，则直接将目标靶9固定在轮胎侧面。紧固之后，目标靶9与轮胎侧面形成刚性的连接关系。

5.四个相机5实时采集每个轮胎上的目标靶9图像数据，采集过程中，主动光源6发射光线，目标靶9反射该光线，在相机5中形成目标靶9图像。

6.控制系统中从相机5采集的图像中分离出个目标靶9图像，计算四个目标靶9的相对空间位置和姿态。

7.通过空间转换算法，将目标靶9在相机5中的相对空间位置和姿态转换到统一参考系统中，得到四个目标靶9在统一参考系统中的空间位置和姿态。

8.根据四个目标靶9在统一参考系统中的位置和角度，由目标靶9与轮胎之间的刚性连接关系计算出轮胎面在统一参考系中的空间位置和姿态。

9.根据车辆四轮定位数据定义，数据处理系统计算出车辆的四轮定位参数。

10.将步骤8的计算结果显示在固定显示器上或者智能终端设备上。

11.控制系统按照设定的频率不断重复步骤4到步骤8的过程，直至用户终止定位操作，系统退出。

本发明中，计算机系统的计算等过程均是计算机领域的成熟技术，在本实用新型中，保护的是本装置的机械结构和各组件直接的关系。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了横梁1、横梁支撑架2、直梁3、相机支架4、相机5、主动光源6、显示系统7、计算机系统8、目标靶9、夹具10、举升机11等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。