基于計算機(jī)視覺的汽車四輪定位技術(shù)

　引言
　　隨著汽車數(shù)量的迅猛增長，汽車檢測設(shè)備的數(shù)量和質(zhì)量都在不斷的提高。作為車輛檢測的一項重要內(nèi)容，車輪定位參數(shù)檢測對整車安全性能的影響舉足輕重。如果車輪定位參數(shù)不正常，將導(dǎo)致輪胎的異常磨損、行駛跑偏、車輪擺振、轉(zhuǎn)向沉重、油耗增加等問題，直接影響汽車的行駛安全。
　　傳統(tǒng)的四輪定位儀主要有激光式、紅外線式、水準(zhǔn)式、光學(xué)式和拉線式。而目前國內(nèi)外汽車檢測行業(yè)中，最新型四輪定位產(chǎn)品是基于計算機(jī)視覺的圖像式四輪定位儀。這種定位儀完全基于計算機(jī)圖像處理技術(shù)，只需兩個高性能CCD傳感器攝像頭搭配4個安裝在車輪上的目標(biāo)盤（如圖1所示），不需傳統(tǒng)的電子傳感器，消除了電路可能造成的故障。與傳統(tǒng)四輪定位儀相比，大大減少了傳感器數(shù)量，不必進(jìn)行反復(fù)標(biāo)定，只需一次標(biāo)定即可重復(fù)使用，操作簡單，檢測速度快、精度高。
　　
　　該產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，目前主要依賴進(jìn)口，價格昂貴，對其原理國外廠商嚴(yán)格保密，國內(nèi)尚未見詳細(xì)報道。因而，對其原理分國外基于透視學(xué)的方式和本文基于空間向量的方式進(jìn)行了詳細(xì)分析和探討。并給出了基于空間向量方式的數(shù)學(xué)模型，通過實車實驗驗證其有效性。
　　1、基于透視學(xué)的方式
　　國外V3D定位儀就是使用的這種原理（如美國JohnBean定位儀）。該方法檢測時，攝像機(jī)拍攝車輪運動（目標(biāo)盤），經(jīng)圖像處理后將其與已知數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)透視學(xué)和解析幾何原理，由其目標(biāo)盤反光斑的位置及大小變化精確計算出目標(biāo)到攝像機(jī)距離和轉(zhuǎn)動角度等幾何參數(shù)，再通過數(shù)據(jù)處理后，與基準(zhǔn)面對比計算各車輪的定位數(shù)據(jù)。
　　1.1 透視學(xué)基本原理
　　這種方法需要應(yīng)用到透視學(xué)中的透視原理和透視縮短原理［3］。透視學(xué)是視覺通過假想的透明平面來觀察對象，并借此研究在一定視覺空間范圍內(nèi)，物體圖形產(chǎn)生原理、變化規(guī)律等。
　　
　　以圓為例，如圖2（a）所示，根據(jù)透視原理，當(dāng)圓由遠(yuǎn)處靠近時，所產(chǎn)生的效果是圓的視覺尺寸會變得越來越大，即相同物體所成圖像有近大遠(yuǎn)小的特點。應(yīng)用此原理可以測量出到物體的距離；