基于計算機視覺的汽車四輪定位技術

　引言
　　隨著汽車數(shù)量的迅猛增長，汽車檢測設備的數(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、水準式、光學式和拉線式。而目前國內(nèi)外汽車檢測行業(yè)中，最新型四輪定位產(chǎn)品是基于計算機視覺的圖像式四輪定位儀。這種定位儀完全基于計算機圖像處理技術，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，不必進行反復標定，只需一次標定即可重復使用，操作簡單，檢測速度快、精度高。
　　
　　該產(chǎn)品技術先進，目前主要依賴進口，價格昂貴，對其原理國外廠商嚴格保密，國內(nèi)尚未見詳細報道。因而，對其原理分國外基于透視學的方式和本文基于空間向量的方式進行了詳細分析和探討。并給出了基于空間向量方式的數(shù)學模型，通過實車實驗驗證其有效性。
　　1、基于透視學的方式
　　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，攝像機拍攝車輪運動（目標盤），經(jīng)圖像處理后將其與已知數(shù)據(jù)進行比較，根據(jù)透視學和解析幾何原理，由其目標盤反光斑的位置及大小變化精確計算出目標到攝像機距離和轉(zhuǎn)動角度等幾何參數(shù)，再通過數(shù)據(jù)處理后，與基準面對比計算各車輪的定位數(shù)據(jù)。
　　1.1 透視學基本原理
　　這種方法需要應用到透視學中的透視原理和透視縮短原理［3］。透視學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，當圓由遠處靠近時，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小的特點。應用此原理可以測量出到物體的距離；