汽车前束角测量方法与流程

本发明涉及一种角度测量方法，尤其涉及一种汽车前束角测量方法。

背景技术：

汽车前束是指前轮前端面与后端面在汽车横向方向的距离差，也可指车身前进方向与前轮平面之间的夹角，此时称为前束角。前轮前束是保证汽车稳定直线行驶、并使转向轮具有自动回正作用的重要参数。

目前前束角的测量方法主要有画线法，测量尺，拉线式测量法，激光测量法，3d汽车定位仪。其中，划线法，测量尺及拉线式测量法都由人工测量，其测量精度较低，误差较大，测量过程繁琐，达不到电子测量的精确性。而3d定位仪仪器笨重且固定，无法根据需要携带或移动。目前的激光测量法采用直接光线接收的方法，其精度与可靠性不高。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，安装快捷简单，能提升测量精度和准确度的汽车前束角测量装置及测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种汽车前束角测量方法，包括以下步骤：

(1)建立一汽车前束角测量装置：

所述汽车前束角测量装置包括两测量盒和一显示器，所述测量盒水平设置且为空心长方体形，两测量盒的一长侧面相对设置，且该长侧面上开有水平的测量窗，测量盒内壁另一长侧面上设有投影面，所述投影面与测量窗相对设置且尺寸相同；

测量盒内设有一字线型激光器和摄像头，所述一字线型激光器水平设置在测量窗中心且发射端正对测量窗中部，所述摄像头位于一字线型激光器正下方且成像区域完全覆盖投影面；

所述摄像头连接一测量单元，所述测量单元用于获取摄像头拍摄的rgb图像，处理后发送给显示器，所述测量盒内设有为各用电单元供电的电源；

(2)安装汽车前束角测量装置：

将两测量盒分别设置在汽车两前轮前方无遮挡处，并通过连杆与同侧汽车前轮连接，两前轮相对的面为内表面，所述连杆一端固定在同侧前轮内表面中心并与内表面平行，另一端连接测量盒，所述测量盒沿同侧连杆的长度方向设置且两测量窗相对，前轮中心到投影面中心的距离为d，两前轮轴距为x；

(3)开启汽车前束角测量装置，两一字线型激光器分别发出一竖直的线激光、经对侧测量盒的测量窗，投影到对侧测量盒的投影面上，两摄像头对同侧投影面进行连续拍摄；

(4)两测量单元工作，从摄像头获取多帧rgb图像，分别计算对侧轮胎的偏移角度，其中一测量单元的计算方法如下：

(41)获取摄像头中当前rgb图像；

(42)提取其分量最大的单色光分量，采用迭代法或最大方差法获取该rgb图像的单色光分量阈值；

(43)在投影面上选取n行像素点，依次对每行像素点根据阈值分割，将大于阈值的像素点置1，其余置0，其中置1的为有效像素点，获取每行像素点中的有效像素点位置，计算所有有效像素点的中心位置；

(44)计算投影面中垂线与步骤(43)的中心位置的直线距离，所述直线距离为该线激光投影的偏移距离△x，并根据偏移距离计算偏移角度θ；

(45)再次获取摄像头中rgb图像，重复步骤(42)-(44)，直至偏移角度不发生变化后停止，该不变化的偏移角度为对侧前轮的前束角；

(5)将两前轮的前束角发送至显示器进行显示。

作为优选：所述测量窗处设有滤光片，所述滤光片与一字线型激光器发出的波段光匹配，只通过一字线型激光器发出的波段光。

作为优选：所述摄像头包括一无畸变广角近焦距镜头和一面阵ccd。

作为优选：所述测量盒外壁一侧设有为电源充电的充电口，以及控制电源开启和断开的开关。

作为优选：步骤(42)中，采用迭代法获取阈值具体为：

(a)求出图像的最大单色光分量和最小单色光分量，分别记为zmax和zmin，令初始阈值t0＝(zmax+zmin)/2；

(b)根据阈值t0将图像分割为前景和背景，分别求出两者的平均单色光分量值zo和zb；

(c)求出新阈值t0+1＝(zo+zb)/2；

(d)重复步骤(41)-(43)k次，得到tk+1，若tk＝tk+1，则tk为阈值。

作为优选：步骤(44)中，采用下式计算偏移角度：

与现有技术相比，本发明的优点在于：建立了汽车前束角测量装置，两侧分别打出线激光到对侧，并被对侧的摄像头采集数据，发送到测量单元进行测量和计算。测量时，摄像头开始工作，先从摄像头获取其当前图像进行处理，处理完成后，再从摄像头获取一次图像处理，依次类推。

每个图像在处理时，都是通过提取最大单色光分量，计算出该rgb图像的单色光分量阈值；再在投影面上选取n行像素点，依次对每行像素点根据阈值分割，分割出每行中有效像素点，然后计算这些有效像素点的中心位置，再利用这个中心位置来计算线激光投影的偏移距离，从而计算偏移角度，这种计算方法非常快捷简单，且精度高。

本发明中，通过本发明的测量方法，线激光信号经测量窗投射到投影面，再被摄像头采集，通过开窗测量保证图像处理过程中其背景的纯净，避免了直接测量过程中环境光线的干扰，同时避免了面阵或面阵ccd摄像头直接测量激光光束时其响应与图像处理的不准确性，大大提高了测量精度和准确度。

在测量窗加装滤光片，所述滤光片与一字线型激光器发出的波段光匹配，只通过一字线型激光器发出的波段光，能有效滤除掉室外光的干扰。

测量时，取一帧当前图像进行处理与计算，计算完成后重复该过程，直至最后数据不发生变化，而每一帧处理时，先找到一行或几行像素点，对每一行的像素点进行阈值分割，得到每一行有效的像素点，然后将所有像素点求中心点，这样计算得到的中心点精确。

本发明中，采用无畸变广角近焦距镜头，无畸变是为了在摄像头成像范围边缘不发生畸变，保证准确性，广角镜头可以在测量同等范围时缩短物距，这样能够缩短摄像头与成像面的安装距离，从而减小测量盒的尺寸，近焦镜头主要是为了能够在近距成像时得到高清晰与精确图像。

本发明设置时，将一字线型激光器水平设置在测量窗中心上方且发射端正对测量窗中部，所述摄像头位于一字线型激光器正下方且成像区域完全覆盖投影面，主要是保证一字线型激光器与开窗位于同一中轴线上，这样就保证了成像中心点和摄像头的中心点像素是重合的。

附图说明

图1为一侧测量盒的结构示意图；

图2为本发明安装示意图；

图3为本发明一侧线激光经测量窗照射到投影面的示意图；

图4为本发明测量时成像范围和投影面的示意图。

图中：1、连杆；2、测量盒；3、投影面；4、一字线型激光器；5、测量窗；6、测量单元；7、面阵ccd；8、充电口；9、开关；10、无畸变广角近焦距镜头；11、成像区域。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1到图4，一种汽车前束角测量方法，包括以下步骤：

(1)建立一汽车前束角测量装置：

所述汽车前束角测量装置包括两测量盒2和一显示器，所述测量盒2水平设置且为空心长方体形，两测量盒2的一长侧面相对设置，且该长侧面上开有水平的测量窗5，测量盒2内壁另一长侧面上设有投影面3，所述投影面3与测量窗5相对设置且尺寸相同；

测量盒2内设有一字线型激光器4和摄像头，所述一字线型激光器4水平设置在测量窗5中心且发射端正对测量窗5中部，所述摄像头位于一字线型激光器4正下方且成像区域11完全覆盖投影面3；

所述摄像头连接一测量单元6，所述测量单元6用于获取摄像头拍摄的rgb图像，处理后发送给显示器，所述测量盒2内设有为各用电单元供电的电源；

(2)安装汽车前束角测量装置：

将两测量盒2分别设置在汽车两前轮前方无遮挡处，并通过连杆1与同侧汽车前轮连接，两前轮相对的面为内表面，所述连杆1一端固定在同侧前轮内表面中心并与内表面平行，另一端连接测量盒2，所述测量盒2沿同侧连杆1的长度方向设置且两测量窗5相对，前轮中心到投影面3中心的距离为d，两前轮轴距为x；

(3)开启汽车前束角测量装置，两一字线型激光器4分别发出一竖直的线激光、经对侧测量盒2的测量窗5，投影到对侧测量盒2的投影面3上，两摄像头对同侧投影面3进行连续拍摄；

(4)两测量单元6工作，从摄像头获取多帧rgb图像，分别计算对侧轮胎的偏移角度，其中一测量单元6的计算方法如下：

(41)获取摄像头中当前rgb图像；

(42)提取其分量最大的单色光分量，采用迭代法或最大方差法获取该rgb图像的单色光分量阈值；

(43)在投影面3上选取n行像素点，依次对每行像素点根据阈值分割，将大于阈值的像素点置1，其余置0，其中置1的为有效像素点，获取每行像素点中的有效像素点位置，计算所有有效像素点的中心位置；

(44)计算投影面3中垂线与步骤(43)的中心位置的直线距离，所述直线距离为该线激光投影的偏移距离△x，并根据偏移距离计算偏移角度θ；

(45)再次获取摄像头中rgb图像，重复步骤(42)-(44)，直至偏移角度不发生变化后停止，该不变化的偏移角度为对侧前轮的前束角；

(5)将两前轮的前束角发送至显示器进行显示。

本实施例中：所述测量窗5处设有滤光片，所述滤光片与一字线型激光器4发出的波段光匹配，只通过一字线型激光器4发出的波段光；所述摄像头包括一无畸变广角近焦距镜头10和一面阵ccd7；所述测量盒2外壁一侧设有为电源充电的充电口8，以及控制电源开启和断开的开关9。

步骤(42)中，采用迭代法获取阈值具体为：

(a)求出图像的最大单色光分量和最小单色光分量，分别记为zmax和zmin，令初始阈值t0＝(zmax+zmin)/2；

(b)根据阈值t0将图像分割为前景和背景，分别求出两者的平均单色光分量值zo和zb；

(c)求出新阈值t0+1＝(zo+zb)/2；

(d)重复步骤(41)-(43)k次，得到tk+1，若tk＝tk+1，则tk为阈值。

步骤(44)中，采用下式计算偏移角度：

为了便于理解，我们将汽车前轮分为左前轮和右前轮，左前轮内表面中心点为a，测量盒2的投影面3中垂线为a1，a点和线a1间的距离为d，两前轮轴距为x；当开启本发明时，右前轮处的一字线型激光器4会向左侧的测量盒2照射，由于存在前束角，右前轮的一字线型激光器4照射到左边测量盒2内投影面3上必然发生偏移，根据本发明方法计算出投影的中心位置点a2，则a2到线a1间的直线距离为△x，从而计算出偏移角度。

右前轮计算方法同理。在图中表示为点b、线b1、中心位置点b2。