单目相机3D车轮定位仪的制作方法

本发明涉及汽车维修和保养技术领域，具体涉及一种单目相机3D车轮定位仪。

背景技术：

汽车车轮定位仪是用于检测汽车车轮定位参数，并与原厂设计参数进行对比，指导使用者对车轮定位参数进行相应调整，使其符合原设计要求，以达到理想的汽车行驶性能，即操纵轻便、行驶稳定可靠、减少轮胎偏磨损的精密测量仪器。

目前市场上的汽车四轮定位仪分为前束尺和光学水准定位仪、拉线定位仪、CCD定位仪、激光定位仪和3D定位仪等几种，其中3D定位仪是当前最先进的四轮定位仪。3D定位仪的测量原理是将四个目标靶安装在车辆的四个轮辋之上，滚动车轮，由相机对目标靶上的几何图形进行连续拍摄，通过计算机软件对几何图形的变化进行分析运算，得出车轮及底盘等的相应定位参数，再由显示屏进行显示。

现有的3D定位仪需要两个、甚至是多个相机对轮胎进行分别捕捉图像，这便需要定期对相机进行位置标定(RCP)，以确定所有相机坐标系的一致性，保证定位的可靠性。还有，如果某个相机出现故障，需要更换或维修，如果导致相机位置变动，都必须重新进行位置标定。然而，对于相机进行位置标定是一项具有技术含量的工作，且需要专门的标定架才能完成。非专业技术人员往往容易出现标定不准确，这就需要专业技术人员到现场进行标定，并需要厂家或者经销商邮寄标定架到现场，既增加成本又非常麻烦。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有3D定位仪使用2个以上的相机进行拍摄，从而存在位置标定麻烦的问题，提供一种单目相机3D车轮定位仪。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

单目相机3D车轮定位仪，包括举升机、目标靶、广角相机、计算机和相机架云台组件；待定位汽车处于举升机上，举升机带动待定位汽车做升降运动；举升机与待定位汽车的底盘相贴，待定位汽车的车轮悬空设于举升机的两侧；目标靶的数量与待定位汽车的车轮数量相同，这些目标靶分别安装在待定位汽车的车轮轮毂上，且目标靶的中心轴与车轴在同一直线上；相机架云台组件包括固定基座和旋转云台；固定基座固定在举升机的正下方，旋转云台安装在固定基座上；广角相机的数量为1个，该广角相机安装在相机架云台组件的旋转云台上，广角相机的镜头朝上；旋转云台带动广角相机镜头的拍摄中心轴向正中、左倾、右倾、前倾和后倾这5个方向；计算机与广角相机连接。

上述方案中，举升机为单柱举升机、二柱举升机或小剪举升机。

上述方案中，目标靶为正方形。

上述方案中，目标靶的规格介于50mm×50mm～130mm×130mm之间。

上述方案中，广角相机的视域镜头角度介于30°～60°之间。

上述方案中，目标靶到广角相机的垂直距离等于举升机的抬升高度。

上述方案中，计算机与广角相机通过有线或无线方式连接。

上述方案中，目标靶包括基板、靶面图案层和反射层；靶面图案层包括印刷在基板表面的前靶面图案层和印刷在基板背面的后靶面图案层；前靶面图案层的形状和后靶面图案层的形状一致，且前靶面图案层和后靶面图案层关于基板镜像对称，后靶面图案层上的透光孔的圆心与前靶面图案层上对应的透光孔的圆心重叠；反射层敷贴在后靶面图案层之后。

上述方案中，后靶面图案层和反射层之间设有印胶层，且印胶层的形状与后靶面图案层的形状一致；印胶层上的透光孔的圆心与后靶面图案层上的透光孔的圆心重叠。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、选用视域大于30°的广角相机，并安装旋转云台来控制广角相机可旋转角度，可以让广角相机在基座位置不变的前提下，能通过视域的拓宽和云台的辅助作用捕捉到4个目标靶的图像；

2、只需使用单个广角相机即可捕捉所有目标靶的图像，广角相机获取的图像经处理后可直接用于计算，而不需要进行位置标定后才进行计算，这相对于2个以上的广角相机而言，无需再次确认多个广角相机的位置关系，避免了由于标定不准所带来的机器测量准确度偏差故障；

3、由于缩短了广角相机与目标靶的距离，可以设计规格更小的目标靶；

4、举升机将待定位汽车抬升到一定高度，而广角相机位于举升机的下方，使得广角相机从车身底部对紧固在轮胎上的目标靶拍照取图，作为计算的依据，从而避免了举升机或地面不水平、车辆轮胎气压不同、车身有碰撞变形等对轮胎参数测量的影响；

5、举升机与待定位汽车的底盘相贴，待定位汽车的车轮悬空设于举升机的两侧，使得车轮悬空状态下，只需在车身举起的时候旋转轮胎就可以进行拍照测量，不需要推车测量。

附图说明

图1为单目相机3D车轮定位仪的示意图；在图1中，1、广角相机；2、旋转云台；3、固定基座；4、目标靶；5、计算机；6、导线；7、举升机。

图2为一种目标靶的侧视图；在图2中，21、基板；22、前靶面图案层；23、后靶面图案层；24、印胶层；25、反射层。

图3为相机旋转示意图；其中(a)为俯视图；(b)为前视图；(c)为左视图。

图4为广角相机拍摄原理示意图。

具体实施方式

下面通过一个具体实例，对本发明进行详细说明：

一种单目相机3D车轮定位仪，如图1所示，由举升机7、目标靶4、相机架云台组件、广角相机1和计算机5组成。

待定位汽车处于举升机7上，举升机7带动待定位汽车做升降运动。举升机7与待定位汽车的底盘相贴，待定位汽车的车轮悬空设于举升机7的两侧。这样能够使得车轮悬空状态下，只需在车身举起的时候旋转轮胎就可以进行拍照测量，不需要推车测量。举升机7为现有技术中已知的举升机7，如可以是单柱举升机7、二柱举升机7或小剪举升机7等。

目标靶4的数量与待定位汽车的车轮数量相同，这些目标靶4分别安装在待定位汽车的车轮轮毂上，且目标靶4的中心轴与车轴在同一直线上。目标靶4可以采用现有技术已知的目标靶4，也可以采用特别设计的目标靶4。在本发明优选实施例中，所采用的目标靶4为特别设计的目标靶4，如图2所示，该目标靶4包括基板21、靶面图案层、印胶层24和反射层25。靶面图案层包括前靶面图案层2222和后靶面图案层23。前靶面图案层22印刷在基板21表面，后靶面图案层23印刷在基板21背面，且前靶面图案层22和后靶面图案层23关于基板21镜像对称。反射层25位于后靶面图案层23之后，后靶面图案层23和反射层25之间通过印胶层24贴合在一起。前靶面图案层22、后靶面图案层23和印胶层24均由遮光涂层和开设在遮光涂层上的透光孔构成。前靶面图案层22、后靶面图案层23和印胶层24的形状一致，即前靶面图案层22、后靶面图案层23和印胶层24上均设有N个透光孔，且各层上开设的透光孔的位置和形状一一对应，且透光孔的圆心重叠。上述结构的目标靶4相对于传统目标靶4而言，识别精度更高，从而可以有效减小目标靶4的尺寸，而小尺寸规格的目标靶4又能够让广角相机1在个更短距离及更小视域角内捕捉到清晰图像。目标靶4的整体形状可以根据需要进行设定，如可以为圆形或方形。在本发明优选实施例中，目标靶4为正方形，其规格介于50mm×50mm～130mm×130mm之间。

不同于传统3D车轮定位仪需要使用2个以上的相机，本发明使用的是广角相机1，其广角相机1的数量仅为1个，采用单目广角相机1克服了2个以上相机需要做RCP位置标定的弊端，从而可以大大降低售后服务成本。单目广角相机1放置在地面对车轮进行检测。通常广角相机1的视域是有一定局限的，比如左右的最大视角，上下(俯仰角)最大视角，距离太近或太远都无法使单目广角相机1获得清晰和稳定的图像。为此，本发明采用的广角相机1的视域镜头角度介于30°～60°之间，从而实现单目广角相机1近距离拍摄4个目标图像的目的。而考虑到45度角以内的镜头激变参数比较稳定，而超过45度角的镜头激变参数难以标定，在本发明优选实施例中，广角相机1的视域镜头角度为45°。

单纯使用大可视角度的广角相机1仍然难以实现单目广角相机1的四轮定位，为此，本发明还需要将广角相机1安装在一个相机架云台组件上，通过相机架云台组件带动广角相机1朝向不同的方向，以获得更大的可视范围。在本发明中，相机架云台组件包括固定基座3和旋转云台2。固定基座3固定在举升机7的正下方的地面上。旋转云台2与固定基座3连接。广角相机1安装在旋转云台2上，相机镜头朝上。

旋转云台2的结构没有特定的要求，可以直接用市面上已有的旋转云台2，只要能够带动广角相机1旋转到相应的角度即可。通过旋转云台2带动广角相机1朝向正中、左倾、右倾、前倾和后倾这5个方向，这样才能够获得所有轮胎的图像。其中，正中是指相机镜头的拍摄中心轴垂直地面，并与地面夹角为90°。左倾是指相机镜头的拍摄中心轴向左倾斜，并与地面形成小于90°的夹角。右倾是指即相机镜头的拍摄中心轴向右倾斜，并与地面形成小于90°的夹角。前倾是指相机镜头的拍摄中心轴向前倾斜，并与地面形成小于90°的夹角。后倾是指相机镜头的拍摄中心轴向后倾斜，并与地面形成小于90°的夹角。参见图3相机旋转示意图；其中(a)为俯视图；(b)为前视图；(c)为左视图。为了能够获得四轮目标靶4的图像，在本发明优选实施例中，左倾、右倾、前倾和后倾的角度均为22.5°，此时相机在左倾、右倾、前倾和后倾时，相机镜头的拍摄中心轴与地面的夹角分别为67.5°。

下面对单目广角相机1在实现车轮定位时的原理进行说明：

在图4中，O点表示相机位置，A点表示相机正对位置；B点表示左边目标靶4中心点位置，C点表示右边目标靶4中心点位置，W表示左右目标靶4中心点距离，H表示相机距离举升机7的高度，θ表示相机垂直于地面时视域角的1/2。

tgθ＝W/2÷H，则：W＝2*tgθ*H。

当广角相机1处于正中档位时：θ₀＝45/2＝22.5°；

当广角相机1处于左侧档位(镜头向左旋转22.5°)时，θ_左＝45°；

当广角相机1处于右侧档位(镜头向右旋转22.5°)时，θ_右＝45°。

以二柱举升机7为例，其举升机7操作高度为1.2m～1.5m，车轴离地距离约为0.5米，轮胎直径范围为60cm～80cm，半径即为0.3m～0.4m。由于目标靶4是四点夹具夹在车轮轮毂上，目标靶4的中心轴理论上与车轴一致，因此基本上可以认为目标靶4到广角相机1基面的距离约等于广角相机1水平面到举升机7的高度。

因此，H_min＝1.2m，H_max＝1.5m，根据以上公式：W_min＝2.4m，W_max＝3m。

乘用车轮距一般在1.5m～1.7m，因此，左右目标靶4在换挡以后都在广角相机1可视范围内。

对于轴距小于3米的小车，只需用到左右档位。先把广角相机1镜头调到左档，拍摄左边前后轮的图像。基座不变的前提下，将广角相机1镜头调到右档，拍摄右边前后轮的图像。

对于轴距大于3米的车辆，除了需要用到左右档以外，还需用到前后档位。先把广角相机1镜头调到前档，按照以上步骤，拍摄左右前轮的图像。在基座固定不变的前提下，将广角相机1镜头调到后档，按照以上步骤，拍摄左右后轮的图像。

计算机5与广角相机1通过无线或有线方式进行连接。在本发明优选实施例中，计算机5与广角相机1通过导线6即USB线和电源线连接。计算机5与现有3D车轮定位仪的计算机5相同，装有软件进行车轮定位算法。该车轮定位算法对所有车轮上的目标靶4图像处理的数据进行直接计算，并通过建立在数学模型，得出车轮及底盘等的相应定位参数，并进行显示。