基于立体视觉和激光的车辆轮距测量方法

摘要

本发明提出一种基于立体视觉和激光的车辆轮距测量方法，采用立体视觉激光测量系统获取相关测量参数。该方法利用数码相机拍摄投影到车轮胎冠上的激光条纹，通过图像处理方法提取激光条纹目标，利用立体匹配算法和三维重建算法获得激光条纹空间点。将激光条纹空间点投影到激光条纹所在的拟合平面中，并利用投影点生成二维曲线，计算出二维曲线极值点，认为该极值点就对应胎冠切点。利用车轮内侧胎冠上一个切点以及由车轮外侧胎冠上至少三个切点拟合获得的切平面计算轮胎中心面。通过计算同一轴上左右轮胎的轮胎中心面分别和车辆支承平面的交线之间的距离即可获得车辆轮距参数。

主权项

1、一种基于立体视觉和激光的车辆轮距测量方法，采用立体视觉激光测量系统获取测量用参数，该立体视觉激光测量系统包括用于拍摄车辆的左车轮外侧区域和右车轮内侧区域的由第一相机(1)和第二相机(2)组成的相机单元、用于拍摄辆的右车轮外侧区域和左车轮内侧区域的由第三相机(3)和第四相机(4)组成的另一相机单元及激光器，再用立体靶标对上述4台相机进行内、外参数标定，其特征在于：步骤1：用平面拟合的方法得到车辆支承平面W的平面方程参数(A0，B0，C0，D0)，并由此得到车辆支承平面W的平面方程A0X+B0Y+C0Z+D0＝0。步骤2：用胎冠切点测量方法获取车轮外侧胎冠上处于不同位置的3个及以上数量的切点，记为pi，上述胎冠切点测量方法为：激光器以垂直轮胎外侧面的方向，向车轮外侧胎冠上投射一条径向激光条纹，用一组相机单元中的相机分别拍摄该条径向激光条纹，并分别保存彩色图像，利用图像处理算法，从图像中提取各自的径向激光条纹，该图像处理算法采用：1)从图像中提取可能含有激光条纹目标区域的图像，对该可能含有激光条纹目标区域的图像进行二值化处理，得到二值化图像。2)在二值化图像中，找出一个目标像素，并对其标记，再将其置于先入先出的堆栈中。3)从先入先出的堆栈中取出一个目标像素，在二值化图像中的该目标像素周围5×5邻域中，再次寻找未标记的目标像素，对此次找出的目标像素进行标记，并将其置于先入先出的堆栈中。4)按步骤3)所述，遍历先入先出堆栈中的各个目标像素。5)对步骤4)所得的目标像素进行噪声判断，将总数量小于阈值T的步骤4)所得的目标像素作为噪声并将其颜色改为背景色；反之，将步骤4)所得的目标像素作为一类可能的激光条纹目标上的点，予以保存，并将其颜色改为背景色，上述阈值T＝150。6)重复步骤2)～步骤5)，得到各类可能的激光条纹目标上的点，并分别予以保存。7)分别利用各类可能的激光条纹目标上的点，进行二次曲线拟合，该二次曲线方程形式为ax2+bx+c＝y，通过SVD分解(奇异值分解)，得到曲线拟合参数a、b、c。计算由各类可能的激光条纹目标上的点拟合得到的二次曲线的平均曲线拟合误差erri，${\mathrm{err}}_i=\left(\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\right|a_i{x}_{\mathrm{ij}}^2+b_i{x}_{\mathrm{ij}}+c_i-y_{\mathrm{ij}}\left|\right)/n$ 其中i为可能的激光条纹目标的序号，j为可能的激光条纹目标上的点的序号，ai，bi，ci表示由各类可能的激光条纹目标上的点拟合得到的二次曲线参数，xij，yij表示各类可能的激光条纹目标上的点的坐标。8)将最小平均曲线拟合误差erri对应的一类点所在的目标作为激光条纹目标区域，再在激光条纹目标区域内进行条纹细化和短枝处理，即可获取激光条纹。此后，根据立体视觉中的极线几何约束，左右互对应约束对图像中提取后的激光条纹上点进行匹配，并且对激光条纹上的点进行三维重建，得到激光条纹上的空间点的三维坐标，利用激光条纹上的空间点拟合得到激光条纹所在空间平面S，再将激光条纹上的空间点Pi向拟合平面S投影，利用直线参数方程计算得到投影点P’i。建立一个新坐标系O’X’Y’Z’，该坐标系以拟合平面S为O’X’Y’平面，以与拟合平面S垂直的平面P1为O’X’Z’平面，以与拟合平面S以及平面P1都垂直的平面P2为O’Y’Z’平面，对投影点P’i进行坐标变换，得到投影点P’i在新坐标系O’X’Y’Z’下相应点Q’i的坐标为(xi’，yi’，0)，该相应点Q’i在O’X’Y’平面坐标系下的平面坐标则为(xi’，yi’)，再用上述相应点Q’i(xi’，yi’)进行平面三次曲线的拟合，该三次曲线方程为：y＝a1x3+b1x2+c1x+d1 经求导、计算后，得到O’X’Y’平面中的拟合三次曲线极值点坐标(x0’，y0’)，最后通过坐标变化将新坐标系O’X’Y’Z’下极值点坐标(x0’，y0’，0)转换为在世界坐标系OXYZ下的坐标(X0’，Y0’，Z0’)，并将(X0’，Y0’，Z0’)对应的点作为胎冠上激光条纹最外侧点，该胎冠上激光条纹最外侧点为轮胎胎冠的切点，再根据车轮外侧胎冠上处于不同位置的3个及以上的切点，拟合车轮外侧切平面P，步骤3：用步骤2所述胎冠切点测量方法获得车轮内侧胎冠上的一个切点p1，再向车轮外侧切平面P投影，得到该切点p1的投影点p2，求取p1与p2的中点p3，并将该中点p3作为轮胎中心面上的一点，将轮胎中心面作为车轮外侧切平面的平行面，利用空间几何关系，得到轮胎中心面的平面C1的方程。步骤4：求取轮胎中心面的平面C1与车辆支承平面W的左交线e1；重复步骤2～4，得到另一车轮的轮胎中心面的平面C2与车辆支承平面W的右交线e2；最后，计算左交线e1与右交线e2之间的距离，并以此距离作为车辆轮距。