专利名称：自校准位置确定系统和用户界面的制作方法
技术领域：
本公开一般地涉及一种位置确定系统和用户界面，更具体地，涉及一种自校准位置确定系统和用户界面，其使用改进的算法来确定系统中所使用的方向传感器的位置。
背景技术：
位置确定系统使用方向传感器，如照相机或者方向光传感器，以在试验中确定目标的位置参数。这种位置确定系统在许多应用中广泛地使用。例如，汽车车轮可以通过使用照相机的位置确定系统观察固定在车轮上的目标而对准。该目标具有带已知几何特征和位置关系的目标元件。照相机捕获目标元件的图像，并确定其几何特征和位置关系。该系统然后将该几何特征和位置关系与已知的几何特征和位置关系相联系，来确定目标的角度方向。然后系统基于目标的角度方向确定车轮的对准状态。例如，美国专利No.5,724,743号，题目为“Method andapparatus for determining the alignment of motor vehiclewheels，”和美国专利No.5,535,522号题目为“Method and apparatusfor determining the alignment of motor vehicle wheels，”公开的系统，两个专利都指定了本公开的代理人指定并在这里提出以供参考。
使用例如照相机的方向检测器的位置确定系统需要校准过程，以确定照相机之间的相对位置。校准照相机的方法公开在美国专利No.5,809,658，题目为“Method and Apparatus for Calibrating AlignmentCameras Used in the Alignment of Motor Vehicle Wheels，”中，该专利指定了本公开的代理人指定并在这里提出以供参考。
然而，已注意到需要可调节的、自校准位置确定系统，以适应试验中的不同尺寸的目标。
另一个需要是用户界面以指示在位置确定系统中使用的检测装置的位置。
还有一个需要是监视在系统调节期间检测装置的方向。
再有一个需要是实时显示检测装置的位置或方向。
还存在另一个需要是提供用户界面以在位置确定系统工作过程中帮助操作者。
发明内容
本公开描述了一种可以满足上述需要以及其它需要的自校准位置确定系统以及用户界面。位置确定系统包括一个数据处理系统，和用于获得目标图像的第一和第二测量模块。两个测量模块都连接到上述数据处理系统，并且产生试验中的目标的位置数据。数据处理系统提供一个用于指示模块或者在模块中包含的检测装置的当前位置的用户界面。
第一测量模块包括一个第一检测装置、一个校准检测装置、和一个旋转机构。第一检测装置可以是一个照相机或者光传感器等，它与固定在试验中的对象上的测试目标一起使用，以产生测试目标相对测量装置的位置数据。校准检测装置可以是照相机或者光传感器等，并与第一检测装置刚性连接。校准检测装置和第一检测装置之间的位置关系是已知的。第一检测装置能够由旋转机构旋转，以重新定位或者重新定向第一检测装置的检测区域，以使该系统能够适应试验中的不同尺寸的目标。
除了第二测量模块具有以校准目标代替了校准检测装置外，第二测量模块具有类似第一测量模块的结构。第二测量模块包括一个第二检测装置、一个校准目标和一个旋转机构。第二检测装置配置成与固定在试验对象上的测试目标装置一起使用，以产生该测试目标装置相对第二检测装置的位置数据。校准目标在第一测量模块中与校准检测装置一起使用，以产生校准目标相对校准检测装置的位置数据。该校准目标与第二检测装置刚性连接，并且它们之间具有已知的位置关系。旋转机构被配置以旋转第二检测装置，以重新定位或者重新定向第二检测装置的检测区域。
数据处理系统与上述两个测量模块连接，并被配置以处理由测量模块产生的位置数据，以确定检测装置和目标之间的位置关系。一方面，上述数据处理系统被配置以接收信号，其相关于(1)第一测试目标相对第一检测装置的位置关系，(2)第二测试目标相对第二检测装置的位置关系，和(3)校准目标相对校准检测装置的位置关系。数据处理系统基于所述信号计算各自的位置关系。数据处理系统基于计算的位置关系确定第一和第二测试目标的位置参数。
另一方面，数据处理系统被配置以监控包含在模块中的该检测装置的旋转，并通过使用用户界面指示该检测装置的当前位置。
如上所述，该检测装置和该目标用于产生有关检测装置和目标之间相对位置的位置数据。一方面，检测装置可以是能够从测试目标检测信号的任何定向传感器，如用于检测测试目标图像的机械视觉装置，或者用于检测来自特定方向光束的具有定向检测区域的光传感器。机械视觉装置例如是照相机或者摄像机等。试验/校准目标可以是用于由机械视觉装置捕获的图像的特定图案。可选择的，试验/校准目标可以是有效光源，如LED。
另一方面，位置确定系统通过比较校准目标和那些具有多个不连续参考位置的检测装置之间的当前位置关系确定检测装置的当前位置。参考位置是对准检测装置能够定位的某些不连续的参考点。基于该比较，系统能够利用最接近当前位置的参考位置确定检测装置的当前位置。例如，系统能够使用参考位置作为检测装置的当前位置。可选择地，可以使用插入法来获得更精确的位置指示。
可以使用改进的算法以获得校准目标和具有多个参考位置的检测装置的每一位置之间的位置关系。通过使用该算法，系统能够通过测量少于所有位置的参考位置而获得每一参考位置的所有位置关系。一方面，如果每个第一和第二检测装置具有三个参考位置，那么，对于参考位置的9个可能的组合，为了获得所有的位置关系，只需要5次测量而得到。
从下面的用于说明而非用于限制的详细描述中可以很明显地看到系统和界面的其它优点。可以想到，本系统和界面可以具有其它不同的实施方式，在没有脱离本公开的情况下，其各个细节可以在不同的显而易见的方面变化。因此，实际上附图和说明被认为是说明性的，而非限制性的。
本公开通过举例方式，而非限定方式进行说明，在附图中相同参考标记表示相同部件，其中图1A是表示一典型的位置确定系统。
图1B是表示典型的位置确定系统的示。
图1C是表示图1B中典型的位置确定系统的工作。
图2是在典型的位置确定系统中可以采用的数据处理系统的方块图方块图。
图3是表示位置确定系统的典型的用户界面。
图4表示校准照相机和校准目标之间的相对位置关系。
图5A-5F是在参考数据确定过程中所使用的典型的用户界面的屏幕快照。
图6是表示获得参考数据的流程图。
图7是表示当对准照相机各自旋转到每一参考位置时θ和Y值的实际尺寸。
图8表示根据参考数据指示对准照相机的当前位置的流程图。
具体实施例方式
在下面的描述中，为了解释性的目的，为了提供对本公开的彻底理解，提出很多具体说明。可是，显然对于本领域的技术人员在没有这些详细说明的情况下可以实现本公开。在其它示例中，为了避免不必要地使本公开变得不清楚，已知的结构和装置以方块图的形式表示。
系统概述图1A表示一个可调节的，自校准车轮对准系统(对准器)，其中描述了一个可以实现的典型的位置确定系统和用户界面。该对准器具有一个左测量模块2和一个右测量模块4。测量模块包括对准照相机10L，10R用于捕获图像和产生试验中固定在车辆上的对准目标的位置数据。对准照相机10L，10R分别由左支柱52和右支柱4支撑。数据处理系统(未示出)与对准照相机10L，10R连接，用于处理位置数据和确定对准目标的位置。对准器具有旋转机构，其被配置以旋转对准照相机10L，10R。根据汽车的尺寸，在对准过程中旋转机构旋转照相机，以使对准照相机10L，10R的观察区域重新定位，以正确看到对准目标。数据处理系统提供用户界面以便与操作该系统的用户联系。
图1B是对准器的示意性的俯视图。箭头30示意性地表示正在进行对准的汽车。汽车包括左和右前轮22L，22R及左和右后轮24L，24R。对准目标80a，80b，80c，80d分别卡紧每个车轮22L，22R，24L，24R。每一对准目标通常包括一个其上刻印有对准信息的板82和一个夹紧机构88用于将对准目标与车轮卡紧。术语“左”和“右”是仅用于说明的目的，并且不需要将特殊元件定位在特殊部位或者具有相对于其它元件的特殊的位置关系。
左测量模块2包括左对准照相机10L和校准照相机20。左对准照相机10L面对该车辆且沿轴42观察左侧对准目标80a，80b。对准照相机10L刚性地安装在左刚性支座12上。
校准照相机20面对右测量模块4并沿轴46观察校准目标160。校准照相机20还被刚性地固定在支座12上。在一实施例中，轴42和轴46相互成约90度角；然而，这个特殊角度关系是不需要的或者说是不必要的。
右测量模块4包括一个右对准照相机10R，其通常面对车辆并沿轴44观察右侧对准目标80c，80d。右对准照相机10R被固定在刚性对准照相机支座14上。校准目标160被刚性地固定在对准照相机支座14的一个位置上，该位置对于沿轴46的校准照相机20是可视的。，尽管校准照相机20被描述为构成左测量模块2的部分，校准目标160作为右测量模块4的部分，但是，校准照相机20和校准目标160的位置可以切换。
校准照相机20和左对准照相机10L以预定的、已知的相对位置固定。类似地，右对准照相机10R和校准目标160以预定的、已知的相对位置固定。因此，右对准照相机10R与校准目标160的相对位置也已知。
左对准照相机10L和校准照相机20到左支座12的安装是稳定的，以避免校准误差的引入。类似地，右对准照相机10R和校准目标160到支座14的安装也需要是稳定的。
可选择地，左测量模块2和右测量模块4可进一步包括光源62，64，66以照亮校准目标160和车轮对准目标80a-80d。在一实施例中，第一光源62被垂直于轴46对准，以便直射光沿该轴照射校准目标160；第二光源64被垂直于轴42对准，以便直射光沿该轴照射左侧车轮对准目标80a，80b；并且第三光源66被对准垂直于轴44，以便直射光沿该轴照射右侧车轮对准目标80c，80d。在一实施例中，每一光源62，64，66包括一个其上安装有多个面对照射方向的发光二极管(LED)的电路板或者其它基底。然而，可以使用任何其它光源。
在对准时根据车辆的不同尺寸，对准器使用一个旋转机构(未示出)以旋转对准照相机10L，10R，以使照相机能够正确地看到对准目标而不需要拆卸和/或重新安装该对准器。旋转机构的例子在Jackson等人的名称为“Self-calibrating Position Determination System”，申请号为_____，申请日为2002年6月14日的共同未决专利申请中描述，上述申请也指定了本申请的代理人，并在这里提出以供参考。
图1C示意性地表示在对准照相机10L，10R被旋转到不同方向或者位置时对准器的操作。同时示出了大型车辆31和小型车辆32以说明不同的车辆尺寸。对准器可以在大模式和小模式下操作。当在大模式下操作时，照相机10L，10R的观察区域分别指向到点L1，L2。当在小模式下操作时，照相机10L，10R的观察区域分别指向到点S1，S2。
观察区域P1代表在大模式下定位的对准照相机10L，10R的观察区域，以观察安装在大型车辆31车轮上的对准目标；观察区域P2代表在小模式下定位的对准照相机10L，10R的观察区域，以观察安装在小型车辆32车轮上的对准目标。
如图1C所示，如果对准器设定在大模式下，并且如果对准的车辆是小型车辆32，那么安装在小型车辆上的对准目标将超出观察区域P1。在响应时，可使用旋转机构以旋转该观察区域从P1到P2，以使对准目标落入对准照相机的观察区域中。
相反，如果对准器设定在小模式下，如果对准的车辆是大型车辆31，那么安装在大型车辆上的对准目标将超出观察区域P2。相应地，可使用旋转机构以旋转该观察区域从P2到P1，以使对准目标落入对准照相机的观察区域中。
尽管上述示例使用两个操作模式，小模式和大模式，来说明该对准器的操作，但是可以调节照相机，以使该照相机的观察区域能够被定位而指向多于两个点。
除了使用照相机，可以使用其它具有定向检测区域或者具有定向信号发射路径的信号源的检测装置以实现该系统。例如，检测装置可以是定向光传感器，该光传感器检测来自带有光源的有效对准目标如LED的光束。每一光传感器具有有限检测区域用于检测来自特定方向的光束。在另一实施例中，测量模块可以包括一个具有LED的光源并且对准目标可以包括定向光传感器。在对准目标上的传感器产生光源的位置信号。测量模块和安装有对准目标的车轮之间的相对位置的测量可以基于通过对准目标获得的位置信号计算。
自校准位置确定系统的详细结构和操作在Jackson等人的名称为“Self-Calibrating Multi-Alignment camera Machine VisionMeasuring System”(自校准，多对准照相机机械视觉测量系统”)，序列号为09/576,442，申请日为2000年5月22日的共同未决专利申请；和Jackson等人的名称为“Self-Calibrating 3D Machine VisionMeasuring System Useful in Motor Vehicle Wheel Alignment”，序列号为09/928,453，申请日为2001年8月14日的共同未决专利申请；和Jackson等人的名称为“Self-Calibrating Position DeterminationSystem”，申请号为______，申请日为2002年6月14日的共同未决专利申请中描述，上述所有申请都指定了本申请的代理人，并在这里提出以供参考。
数据处理系统的硬件概述如上所述，对准器包括一个数据处理系统，如计算机，以完成大量任务，如处理位置信号，计算相对位置，为操作者提供用户界面，显示对准指令和结果，接收来自操作者的命令，发送控制信号以旋转对准照相机等。数据处理系统接收来自测量模块的位置信号并发送控制信号以控制旋转机构操作。
图2是根据可实现的本公开的一个实施例说明典型的数据处理系统200的方块图。数据处理系统200包括总线202或者其它用于传递信息的通信机构，和一个与总线202连接用于处理信息的处理器204。数据处理系统200还包括与总线202连接的主存储器206，如随机存储器(RAM)或者其它动态存储器，用于存储信息和指令并由处理器204执行。主存储器206还可用于在由处理器204执行的指令执行期间存储临时变量或者其它中间信息。数据处理系统200另外包括一个与总线202连接的只读存储器(ROM)208或者其它静态存储器，用于为处理器204存储静态信息和指令。提供例如磁盘或者光盘的存储器210，其与总线202连接以存储信息和指令。
数据处理系统200可以通过总线202与显示器212如阴极射线管(CRT)连接，用于向操作者显示信息。一个包括字母数字或者其它键的输入装置214与总线202连接，用于给处理器204传递信息和命令选择。用户输入装置的另一类型是光标控制216，如鼠标、轨迹球、或者光标方向键，用于向处理器204传递方向信息和命令选择，以及用于在显示器212上控制光标的移动。
数据处理系统200被控制以响应于处理器204，上述处理器执行在主存储器206中包含的一个或多个指令的一个或多个序列。这种指令可以从另一机器可读媒介，例如存储装置210读入主存储器206中。在主存储器206中包含的连续指令的执行使处理器204进行这里描述的处理步骤。在另一实施例中，可以使用硬线连接的电路来代替或者与软件指令结合以实现本公开。因此，本公开的实施例不限于任何具体的硬线连接的电路和软件的结合。
这里使用的术语“机器可读媒介”是指参与为处理器204提供指令以供执行的任何媒介。这些媒介有多种形式，包括但并非限制于非易失性媒介、易失性媒介、和传输媒介。非易失性媒介包括例如光或磁盘，例如存储装置210。易失性媒介包括动态存储器，如主存储器206。传输媒介包括同轴电缆、铜线和光纤、包括组成总线202的线。传输媒介还可以是例如那些在无线电波和红外数据通信期间产生的声波或光波的形式。
机器可读媒介的普通型式包括例如软盘、软塑料盘、硬盘、磁带或者任何其它磁性介质、CD-ROM、任何其它光介质、穿孔卡、纸带、任何其它带孔图案的物理介质、RAM、PROM、和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或者盒式磁带、如下所述的载波、或者任何其它数据处理系统能够读取的介质。
各种形式的机器可读媒介都可能用于承载一个或多个指令的一个或者多个序列以供处理器204执行。例如，指令最初可以由一远程数据处理的磁盘来承载。该远程数据处理系统能够在其动态存储器中加载指令并使用调制解调器通过电话线发送该指令。装有调制解调器的数据处理系统200能够接收电话线上的数据并使用一红外发射机将数据转换成红外信号。一个红外检测器能够接收在红外信号中传送的数据并且适当的电路能够将信号传输到总线202上。总线202将数据传送给主存储器206，处理器204从此读出并执行指令。由主存储器206接收的指令可以有选择地在处理器204执行之前或者之后存储在存储装置210上。
数据处理系统200还包括一个与总线202连接的通信接口218。通信接口218提供连接到网络链路220的双向数据通信，该网络链路220与局域网222连接。例如，通信接口218可以是综合业务服务网(ISDN)卡或者调制解调器，以提供与电话线类型一致的数据通信连接。作为另一实施例，通信接口218可以是局域网(LAN)卡，以提供与LAN兼容的数据通信连接。也可以实现无线连接。在任何一种实施中，通信接口218发送并接收电的、电磁的或者光信号，所述信号传送代表各种类型信息的数字数据流。
网络链路220典型地通过一个或多个网络提供数据通信到另一数据装置。例如，网络链路220可以通过局域网222提供到主机数据处理系统224或者到由因特网服务提供者(ISP)226操作的数据设备的连接。反过来，ISP226通过全球大数据包通信网络，现在通常称作“因特网”227提供数据通信服务。局域网222和因特网227两者都使用电的、电磁或者光信号来承载数字数据流。通过各种网络的信号和在网络链路220上及通过通信接口218的信号是载波传输信息的典型的格式，该信号承载数字数据出入于数据处理系统200。
数据处理系统200能够通过网络、网络链路220和通信接口218发送信息和接收数据，包括程序代码。在例如因特网中，服务器230可通过因特网222、ISP226、局域网222和通信接口212为应用程序传递所需要的代码。按照本公开的实施例，一个如此下载的应用程序提供如这里所述的对准器的自动校准。
数据处理还具有不同信号输入/输出端口(图中未示出)用于与周围装置连接并通信，如USB端口、PS/2端口、并行端口、IEEE-1324端口、红外通信端口等，或者其它适合的端口。测量模块可以通过这种信号输入/输出接口与该数据处理系统通信。
用户界面概述数据处理系统提供用户界面以与操作者通信并向操作者请求输入。图3表示典型的用户界面。屏幕上部提供各种代表不同功能的可点击的命令按钮，以向操作者请求输入指令。汽车300具有方向盘320、车轮322、324、326、328。对准目标392、394、396、398与车轮一起示出。
如图1C所示，对准照相机可以从大模式调节或者旋转到小模式(P1到P2)或者反之亦然。用户界面提供两个对准照相机位置指示器332、334，以表示对准照相机的观察区域的位置。两个指针360A、360B分别表示对准照相机的位置。当对准照相机向新的方向旋转时，指针360A、360B移动以指示这种相应的变化。
对准照相机位置的确定如上所讨论的，对准照相机10L、10R分别刚性地与校准照相机20和校准目标160连接。因此，左对准照相机10L和校准照相机20之间，以及右对准照相机10R和校准目标160之间的位置关系是固定的。当对准照相机10L、10R旋转时，校准目标160和/或校准照相机20也与对准照相机10L、10R一起旋转。校准照相机/目标的旋转引起校准照相机20和校准目标160之间的位置关系的变化。
可以看到对准照相机10L、10R的位置可以通过比较校准目标160和那些具有多个参考位置的校准照相机20之间的当前位置关系来确定。在一实施例中，当左对准照相机10L和右对准照相机10R分别位于多个不连续的参考位置时，数据处理系统存储与校准目标160和校准照相机20之间的位置关系一致的设定的参考数据。将简略地描述用于获得参考数据的方法和算法。不连续的参考位置位于对准照相机10L、10R可分别旋转的位置上。例如，对准照相机10L、10R能够分别旋转到三个参考位置大、中、小。如图1B所示，小位置是当对准照相机指向车辆中心的位置；大位置是当对准照相机指向远离车辆中心的位置；中位置是当对准照相机指向在大位置和小位置之间某点的位置。
在这种情况下，参考数据可包括与9个可能的参考位置的组合一致的9个数据项。下面是左对准照相机10L和右对准照相机10R的9个可能的组合表1左小 右小(LSRS)左小 右中(LSRM)左小 右大(LSRL)左中 右小(LMRS)左中 右中(LMRM)左中 右大(LMRL)
左大 右小(LLRS)左大 右中(LLRM)左大 右大(LLRL)在数据处理系统已获得校准照相机10和校准目标160之间的当前位置关系后，数据处理系统识别与当前位置关系最接近的参考数据项。
在一实施例中，数据处理系统指示当前对准照相机位置作为由最接近的参考位置代表的位置，即，表1中表示的9个组合之一。因此，每个指针360A和360B将仅指向3个可能位置小、中和大之中的一个。因此，对准照相机的当前位置以不连续的形式指示。
在另一个实施例中，在数据处理系统获得校准照相机10和校准目标160之间的当前位置关系后，数据处理系统识别与当前位置关系最接近的两个参考数据项。该数据处理系统然后通过在两个最接近的数据项代表的两个组合之间插值来指示对准照相机的位置。该插值可以基于当前位置关系和数据项之间的差值。结果，例如，指针360A或360B可以以连续形式在大位置和小位置之间某处指示对准照相机的位置。
本领域技术人员所公知的其他的根据参考数据来确定位置的方法也可以用于指示对准照相机的当前位置。
在上述示例中，参考位置的数量仅用于说明的目的。也可以根据系统的需要和设计使用其它数量的参考位置。使用多个参考位置，具有较高的位置指示分辨率。可是，使用多个参考位置也意味着更多的计算和对于系统在计算能力上要求较高。图4说明校准照相机20和校准目标160之间的相对位置关系。校准照相机20瞄准校准目标160并获得校准目标160的目标图案150的图像信号。当对准照相机旋转时，校准照相机和/或校准目标也与它们各自的对准照相机一起旋转。校准照相机20具有参考坐标系X-Y-Z轴。X轴(纵轴)可以是一个轴，其垂直于其上安装了测量模块(该水平表面)并且是由Y和Z轴形成的表面。校准照相机20和校准目标160可以相对于该X轴旋转。角θ代表由该校准照相机测量的旋转角度。校准照相机还测量在对准照相机旋转期间校准目标相对三维坐标轴的位移。坐标系和参数仅是用于说明。也可以使用其它坐标系和参数确定校准照相机和目标的位置。
数据处理系统根据校准照相机20产生的图像信号来计算角θ和校准目标160的相相关于Y轴(Y值)的位置。当校准照相机20和校准目标160的相对位置变化时，由校准照相机观测的目标图案150的形状也变化。另外，当校准照相机20和校准目标160的相对位置变化时，落入校准照相机20观察区域中的校准目标160的位置也发生变化。
根据观察区域中目标图案150和目标图像位移的变化，能够确定角θ和相关于Y轴(Y值)的位置。用于确定这些位置参数的方法和系统在美国专利No.5,724,743，题目为“Methods and apparatus fordetermining the alignment of motor vehicle wheels，”，美国专利No.5,535,522，题目为“Methods and apparatus for determining thealignment of motor vehicle wheels，”，以及美国专利No.5,809,658，题目为“Method and Apparatus for Calibrating Alignment CamerasUsed in the Alignment of Motor Vehicle Wheels，”中描述，上述所有申请都指定了本申请的代理人，并在这里提出以供参考。
应注意如果左对准照相机10L和校准照相机20保持不动，那么右对准照相机10R和校准目标160的旋转仅引起角θ的变化。在校准照相机20的观察区域中校准目标160的位置，即相关于Y轴(Y值)的位置基本上保持不变。
另一方面，当左对准照相机10L旋转时，旋转引起角θ值和在校准照相机20的观察区域中校准目标160的位置，即相关于Y轴(Y值)的位置变化。
因此，校准照相机20和校准目标160之间的位置关系能够用角θ和相关于Y轴(Y值)的线性平移来确定。因为左对准照相机10L和校准照相机20，及右对准照相机10R和校准目标160之间的位置关系是已知的和固定的，所以角θ和相关于Y轴(Y值)的位置的变化用于指示校准照相机的位置。
参考数据确定过程如上述讨论的，该系统使用参考数据来确定对准照相机10L，10R的当前位置。在一个示例中，当左对准照相机10L和右对准照相机10R分别位于多个参考位置的一个位置上时，参考数据与校准目标160和校准照相机20之间位置关系是对应的。该系统使用改进的参考数据确定过程来获得参考位置的所有可能组合的位置关系。用下面的例子说明该过程假设对于每一对准照相机使用3个参考位置小、中和大，当对准照相机位于它们各自的参考位置上时，有9个可能的位置组合1)左小 右小2)左小 右中3)左小 右大4)左中 右小5)左中 右中6)左中 右大7)左大 右小8)左大 右中9)左大 右大为了获得校准照相机20和校准目标160之间的所有位置关系，传统地，对准照相机必须被旋转并且定位到它们各自的参考位置上，并且具有校准照相机20和测量的校准目标160之间的位置关系。然而，自校准位置确定系统使用改进的算法，通过仅5个测量就能够获得所有参考位置。根据该算法，注意到参考位置的9个可能的组合能够分成下面5组表2
根据表2，每组中角度相同。例如，在组(b)中角θ的值都是θ2，在组(c)中角θ的值都是θ3。进一步注意到参考位置的每一组合的Y值取决于左对准照相机的位置。例如，当左对准照相机位于小位置时，Y值总是Ys；并且如果左对准照相机位于大位置时，Y值总是Yl。因此，对于角θ只有5个可能的值以及对于Y值具有3个可能的值。
系统通过在只有5个参考点的测量，使用一个参考数据确定过程来获得所有9个可能的位置关系。根据该过程，系统测量下面5个位置关系测量1自组(a)的一个测量测量2自组(b)的一个测量测量3自组(c)的一个测量测量4组(d)的测量；以及测量5组(e)的测量其中在测量1，测量2和测量3中必须包括至少一个左对准照相机定位在中位置的测量。
在过程之后，获得5个测量
表3
因此，在该过程之后，角θ的所有5个可能值和Y值的3个可能值都已知。在该过程期间未测量的值现在能够通过将已知的值引回表2获得。例如，如果未测量的组合是左小-右中，左大-右小，和左小-右大，已知的值θ1，θ2，Yn和Yw能够被引入，以获取它们各自的值(θ1，Yn)，(θ2，Yw)和(θ2，Yn)。因此，所有9个可能的位置关系现在通过外插法获知。因为系统仅通过将对准照相机定位到上述参考位置中的某些位置来获得参考数据，所以参考数据确定过程节省时间和系统资源，并且因此提高了系统的效率。
上述示例使用3个参考位置仅用于说明的目的。参考点的数量不限于3个。下面的上述过程也能够使用其它数量的参考位置。已注意到对于n个参考位置(n是不小于2的自然数)，需要的测量点的数量是(2n-1)。
图5A-5F是系统使用的用户界面，用于引导使用者获得5个测量值。在图5A中，区域510表示角θ和Y值的当前测量值。区域530指示测量是否已完成。区域540列举需要进行测量的对准照相机的位置。为了控制在区域530中列举的正在进行的测量，指针522和524表示放置对准照相机的位置。
图5B-5F表示用户界面的逐步的屏幕快照。在图5B中，黑体项541表示正在进行测量的对准照相机的位置。灰暗项指示还未进行的测量。指针522和524表示根据在项541中表示的组合对准照相机应放置的位置。区域510表示当前测量的角θ和Y值。该用户被请求相对旋转对准照相机10L，10R到指针522，524指示的位置。一旦照相机被旋转到指定的位置，该用户被请求点击OK按钮。取自该位置的测量将为所列举的参考位置而存储在数据存储装置中。
在图5C中，复选框531指示项目541的测量已经完成。项542表示正在进行的测量。指针522和524指示为了获取项目542的测量对准照相机应被放置的位置。与前一屏幕相似，区域510表示角θ和Y值的测量的当前读数。类似地，图5D-5F表示其余测量获取期间的屏幕快照。
图6是表示通过进行少于所有参考位置的测量，获得参考数据步骤的流程图。步骤640对于每一对准照相机设定参考位置的数量。步骤640确定来自校准目标的图像数据是否可使用。如果没有可使用的图像数据，那么显示错误信息(步骤652)。另外，计数器n被设为零，并且如图5A-5F(步骤660-664)显示用户界面。如果获得所有的测量，那么系统基于获得的测量(步骤670)外插参考数据并将参考数据存储在数据存储装置中(步骤670)。
为了比较的目的，图7表示当对准照相机分别旋转到每一参考位置时，θ和Y值的实际测量。从图7中，注意Y值的测量能够分成3组，每一组具有相似的值(Ym-2.8，-2.6，-2.4)，(Ys3.0，3.2，2.8)和(Yl-8.0，-7.8，-7.6)。能够把θ的测量分类成5组，每一组具有相似的值(θ142.4，41.6)，(θ239.3，38.3，38.6)，(θ335.5，34.9)，(θ431.7)，和(θ545.7)。尽管每组中的Y值和θ可不相同，该变化是不重要的并且为了外插法和位置指示的目的可以忽略。图7完美地说明了该算法的效率。
图8表示根据参考数据的指示对准照相机的当前位置的示例。位置确定系统测量校准目标相对于校准照相机的当前角θ和Y值(步骤860)。对于每一个参考位置，当前角θ和Y值随后被与通过计算角度差Δθ和Y值差ΔY的绝对值而得到的参考数据进行比较(步骤862，864)。系统然后计算Δθ和ΔY绝对值的和，并确定哪一参考位置具有最小和(步骤870)。然后识别具有最小和的参考位置。对准照相机的位置随后被识别为具有最小和的参考位置。
根据参考位置来确定相对位置的本领域技术人员公知的例如内插法等其它技术也可以用于指示对准照相机的当前位置。
需要注意的是对于这里所使用的测量模块或者设备的物理定位的每一次改变，本系统必须进行新的参考数据确定过程。
以上参照具体实施例描述了本公开，然而，显然在不脱离本公开的的精神和范围的情况下可进行各种修改和变化。因此，说明书和附图被认为是说明性而非限制性的。
权利要求
1.一种位置确定系统，包括第一测量模块，包括第一检测装置，用于获得第一测试目标相对于该第一检测装置的位置数据；校准检测装置，其与第一检测装置刚性连接，其中上述第一检测装置和上述校准检测装置之间的位置关系是已知的；以及第一旋转机构，用于使第一检测装置旋转，同时不会改变上述第一检测装置和上述校准检测装置之间的位置关系；第二测量模块，包括第二检测装置，用于获得第二测试目标相对于上述第二检测装置的位置数据；与校准检测装置一起使用的校准目标，以获得上述校准目标相对于上述校准检测装置的位置数据，其中上述校准目标与上述第二检测装置刚性连接，并且上述第二检测装置和上述校准目标之间的位置关系是已知的；以及第二旋转机构，用于使第二检测装置旋转，同时不会改变第二检测装置和校准目标之间的位置关系；以及数据处理系统，其被连接到第一和第二测量模块，并被配置以提供指示第一检测装置和第二检测装置位置的用户界面。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述数据处理系统被配置用以执行下列机器执行的步骤接收与第一测试目标和第一检测装置之间的位置关系相关的信息；接收与第二测试目标和第二检测装置之间的位置关系相关的信息；接收与校准目标和校准检测装置之间的位置关系相关的信息；和根据第一检测装置和校准目标之间的位置关系，第二检测装置和校准检测装置之间的位置关系，第一测试目标和第一检测装置之间的位置关系，第二测试目标和第二检测装置之间的位置关系，以及校准目标和校准检测装置之间的位置关系，确定第一测试目标的位置参数和第二测试目标的位置参数。
3.如权利要求1所述的系统，其中第一检测装置，第二检测装置和校准检测装置是机器视觉装置。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述机器视觉装置是照相机。
5.如权利要求1所述的系统，其中第一测试目标，第二测试目标和校准目标包括发光源。
6.如权利要求5所述的系统，其中第一检测装置，第二检测装置和校准检测装置是光传感器。
7.如权利要求1所述的系统，其中第一测量模块还包括其上连接有第一检测装置和校准目标的第一支撑结构，且第二测量模块包括其上连接有第二检测装置和校准检测装置的第二支撑结构。
8.如权利要求7所述的系统，其中，第一支撑结构可相对于第一枢轴旋转，第二支撑结构可相对第二枢轴旋转。
9.如权利要求8所述的系统，其中当第一支撑结构相对于第一枢轴旋转时，第一检测装置和校准检测装置与该第一支撑结构一起移动；当第二支撑结构相对于第二枢轴旋转时，第二检测装置和校准目标与第二支撑结构一起移动。
10.如权利要求8所述的系统，其中，第一旋转机构包括用于使第一支撑结构相对于第一枢轴旋转的第一马达，且第二旋转机构包括用于使第二支撑结构相对于第二枢轴旋转的第二马达。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述数据处理系统被配置为执行下列机器执行的步骤接收关于校准目标和校准检测装置之间位置关系的信息；访问参考数据；和根据校准目标和校准检测装置之间的位置关系，以及参考数据来指示第一检测装置和第二检测装置的位置。
12.如权利要求11所述的系统，其中当第一检测装置和第二检测装置被分别置于至少两个不连续的位置时，所述参考数据与校准目标和校准检测装置之间的位置关系有关。
13.如权利要求12所述的系统，其中当第一检测装置和第二检测装置被分别置于至少两个不连续的位置时，根据由测量少于所有可能的校准目标和校准检测装置之间的位置关系得到的数据来产生参考数据。
14.一种与位置确定系统一起使用的数据处理系统，包括第一测量模块和第二测量模块，第一测量模块包括第一检测装置，用于获得第一测试目标相对于第一检测装置的位置数据；校准检测装置，其与第一检测装置刚性连接，其中第一检测装置和校准检测装置之间的位置关系是已知的；和第一旋转机构，其用于使第一检测装置旋转，同时不会改变第一检测装置和校准检测装置之间的位置关系；第二测量模块包括第二检测装置，用于获得第二测试目标相对于第二检测装置的位置数据；用于与校准检测装置一起使用的校准目标，以获得校准目标相对于校准检测装置的位置数据，其中，校准目标与第二检测装置刚性连接，并且第二检测装置和校准目标之间的位置关系是已知的；以及第二旋转机构，其用于使第二检测装置旋转，同时不会改变第二检测装置和校准目标之间位置关系，该数据处理系统包括数据处理器；数据存储装置；显示器；配置成与第一测量模块和第二测量模块连接的通信端口；以及连接至上述数据处理器，数据存储装置，显示器以及通信端口的数据路径；其中上述数据存储装置承载有指令，以使系统在处理器执行这些指令时执行下列步骤当第一检测装置和第二检测装置被分别置于至少两个不连续的位置时，产生有关校准目标和校准检测装置之间的位置关系的参考数据，其中，所述参考数据是当第一检测装置和第二检测装置被分别置于至少两个不连续的位置时，基于由测量少于所有的校准目标和校准检测装置之间的位置关系获得的数据而产生的；将该参考数据存储在数据存储装置中；接收有关校准目标和校准检测装置之间的当前位置关系的信号；和根据校准检测装置和校准目标之间的当前位置关系，以及所述参考数据，指示第一检测装置和第二检测装置的当前位置。
15.具有用于控制位置确定系统操作的指令的机器可读媒介，包括数据处理系统，第一测量模块和第二测量模块，该两模块均与数据处理系统连接，第一测量模块包括第一检测装置，用于获得第一测试目标相对于该第一检测装置的位置数据；与该第一检测装置刚性连接的校准检测装置，其中第一检测装置和校准检测装置之间的位置关系是已知的；和用于使第一检测装置旋转的第一旋转机构；第二测量模块包括第二检测装置，用于获得第二测试目标相对于第二检测装置的位置数据；用于与校准检测装置一起使用的校准目标，以获得校准目标相对于校准检测装置的位置数据，其中，校准目标与第二检测装置刚性连接，并且第二检测装置和校准目标之间的位置关系是已知的；以及用于使第二检测装置旋转的第二旋转机构，该机器可读媒介包括用于控制位置确定系统完成如下步骤的指令当第一检测装置和第二检测装置被分别置于至少两个不连续的位置上时，产生有关校准目标和校准检测装置之间的位置关系的参考数据，其中参考数据的产生是当第一检测装置和第二检测装置被分别置于至少两个不连续的位置上时，根据通过测量少于所有的校准目标和校准检测装置之间的位置关系获得的数据而产生的；存储上述参考数据。
16.如权利要求15的机器可读媒介，进一步包括用于控制位置确定系统以完成如下步骤的指令接收有关校准目标和校准检测装置之间的当前位置关系的信号；和根据校准目标和校准检测装置之间的当前位置关系，及上述参考数据，指示第一检测装置和第二检测装置的当前位置。
17.具有用于控制位置确定系统操作的指令的机器可读媒介，包括数据处理系统，第一测量模块和第二测量模块，该两模块都与上述处理系统连接，第一测量模块包括第一检测装置，用于获得第一测试目标相对于上述第一检测装置的位置数据；与第一检测装置刚性连接的校准检测装置，其中第一检测装置和校准检测装置之间的位置关系是已知的；和用于使第一检测装置在大位置、中位置和小位置之间旋转的第一旋转机构；第二测量模块包括第二检测装置，用于获得第二测试目标相对于第二检测装置的位置数据；用于与校准检测装置一起使用的校准目标，以获得校准目标和校准检测装置之间的位置关系，其中校准目标与第二检测装置刚性连接，并且第二检测装置和校准目标之间的位置关系是已知的；和第二旋转机构，用于使第二检测装置在大位置、中位置、和小位置之间旋转，该机器可读媒介包括用于控制该位置确定系统完成如下步骤的指令在(1)第一检测装置位于大位置且第二检测装置也位于大位置时；(2)第一检测装置位于小位置且第二检测装置也位于小位置时，测量校准目标和校准检测装置之间的两组位置关系；在第一检测装置位于中位置而第二检测装置位于这些位置中的任何一个位置时，获得校准目标和校准检测装置之间的三组位置关系，其中，这三组位置关系中的至少一组选自校准目标和校准检测装置之间的位置关系，上述三组位置关系通过以下步骤获得当(1)第一检测装置位于小位置而第二检测装置位于中位置或大位置时；或(2)第一检测装置位于小位置而第二检测装置位于中位置时，有选择地测量校准目标和校准检测装置之间的第一组位置关系；当(1)第一检测装置位于大位置而第二检测装置位于小位置时；(2)第一检测装置位于小位置而第二检测装置位于大位置时；或(3)第一检测装置位于中位置而第二检测装置位于中位置时；有选择地测量校准目标和校准检测装置之间的第二组位置关系；当(1)第一检测装置位于大位置而第二检测装置位于中位置时；或(2)第一检测装置位于中位置而第二检测装置位于大位置时，选择地测量校准目标和校准检测装置之间的第三组位置关系；当基于校准目标和校准检测装置之间的该五组位置关系，将第一检测装置和第二检测装置分别置于这些位置中的一个位置上时，产生有关校准目标和校准检测装置之间的位置关系的参考数据；以及存储上述参考数据。
18.如权利要求17所述的机器可读媒介，还包括用于控制位置确定系统完成如下步骤的指令接收有关校准目标和校准检测装置之间的当前位置关系的信号；和根据校准目标和校准检测装置之间的当前位置关系，及上述参考数据，指示第一检测装置和第二检测装置的当前位置。
19.具有用于控制位置确定系统操作的指令的机器可读媒介，包括数据处理系统，第一测量模块和第二测量模块，该两模块都与该数据处理系统连接，第一测量模块包括第一检测装置，用于获得第一测试目标相对于上述第一检测装置的位置数据；与第一检测装置刚性连接的校准检测装置，其中第一检测装置和校准检测装置之间的位置关系是已知的；和用于使第一检测装置旋转的第一旋转机构；第二测量模块包括第二检测装置，用于获得第二测试目标相对于第二检测装置的位置数据；用于与校准检测装置一起使用的校准目标，以获得校准目标相对于校准检测装置的位置数据，其中，校准目标与第二检测装置刚性连接，并且第二检测装置和校准目标之间的位置关系是已知的；和用于使第二检测装置旋转的第二旋转机构，该机器可读媒介包括用于控制位置确定系统完成如下步骤的指令当第一检测装置和第二检测装置分别位于n个不连续的位置(n是不小于2的自然数)时，通过如下步骤获得有关校准目标和校准检测装置之间的位置关系的参考数据当第一检测装置和第二检测装置各自位于n个不连续的位置时，测量校准目标和校准检测装置之间的(2n-1)组所有可能的位置关系；以及根据上述(2n-1)组位置关系产生参考数据；以及存储上述参考数据。
20.如权利要求19所述的机器可读媒介，进一步包括用于控制上述位置确定系统完成如下步骤的指令接收有关校准目标和校准检测装置之间的当前位置关系的信号；和根据校准目标和校准检测装置之间的当前位置关系，及上述参考数据，指示第一检测装置和第二检测装置的当前位置。
21.一种位置确定系统，包括第一测量模块，包括第一检测装置，用于获得第一测试目标相对于该第一检测装置的位置数据；与该第一检测装置刚性连接的校准检测装置，其中，第一检测装置和校准检测装置之间的位置关系是已知的；以及用于使第一检测装置旋转，同时不会改变第一检测装置和校准检测装置之间的位置关系的第一旋转装置；第二测量模块，包括第二检测装置，用于获得第二测试目标相对于该第二检测装置的位置数据；个用于与校准检测装置一起使用的校准目标，以获得校准目标相对于校准检测装置的位置数据，其中，该校准目标与第二检测装置刚性连接，并且第二检测装置和校准目标之间的位置关系是已知的；以及用于使第二检测装置旋转，同时不会改变第二检测装置和校准目标之间的位置关系的第二旋转装置；以及数据处理系统，其连接到第一和第二测量模块，并被配置为提供指示第一检测装置和第二检测装置的位置的用户界面。
全文摘要
一种位置确定系统，包括数据处理系统，连接至该数据处理系统的第一测量模块和第二测量模块。第一测量模块包括用于获得第一测试目标位置数据的第一检测装置。校准检测装置刚性地与第一检测装置连接。第一检测装置和校准目标之间的位置关系是已知的。该系统具有用于使第一检测装置的检测装置旋转的旋转机构。第二测量模块包括用于获得第二测试目标位置数据的第二检测装置。校准目标刚性地与第二检测装置连接，并与校准检测装置一起使用，以获得校准目标和校准检测装置之间的位置关系。第二检测装置和校准目标之间的位置关系是已知的。数据处理系统提供用于指示第一和第二检测装置位置的用户界面。
文档编号G01B11/275GK1533496SQ02812855
公开日2004年9月29日 申请日期2002年6月28日 优先权日2001年6月28日
发明者帕特瑞克·B·奥马霍尼, 曼纽拉·古尔拉金, 古尔拉金, 帕特瑞克 B 奥马霍尼 申请人:斯耐普昂技术有限公司