基干图像处理与计算机视觉车辆四轮定位仪策划与实现.doc

基于图像处理与计算机视觉的车辆四轮定位仪的设计与实现 　　摘 要： 针对传统四轮定位仪精度不高、操作复杂的问题，设计了一套基于图像处理与计算机视觉的车辆四轮定位仪，给出了该仪器基于2D平面靶标的摄像机定标方法及摄像头拍摄连续图像的处理方法。最后分析了该车辆四轮定位仪的工作过程及工作原理，并与手工测量的车辆四轮定位参数进行了对比实验，实验结果表明基于图像处理与计算机视觉的车辆四轮定位仪的设计理论和方法都是正确的 关键词： 计算机视觉； 摄像机定标； 图像处理； 四轮定位 中图分类号： TN911.73?34； TG202 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）19?0042?05 Abstract： To overcome the low accuracy and complex operation of the traditional four?wheel aligner， a vehicle four?wheel aligner based on image processing and computer vision was designed. The instrument′s camera calibration method based on 2D plane target and processing method of the continuous images taken by the camera are given. The working process and principle of the designed vehicle four?wheel aligner are analyzed. The contrast experiment for the vehicle four?wheel aligning parameters measured by the aligner and manual operation was performed. The experimental results show that the design theory and method of the vehicle four?wheel aligner based on image processing and computer vision are correct. Keywords： computer vision； camera calibration； image processing； four?wheel alignment 0 引 言 随着汽车行驶速度的加快，影响车辆安全性的车轮定位参数就越发的重要。当车轴、转向机构和车架发生磨损和变形[1]后，车轮定位将会失准从而影响车辆的安全性。但现有的四轮定位仪精度不高、操作复杂，严重的影响了车轮定位调校的效率[2?4] 针对上述问题，设计了一套基于图像处理与计算机视觉的车辆四轮定位仪。给出了该仪器基于2D平面靶标的摄像机定标方法及摄像头拍摄连续图像的处理方法，并分析了该四轮定位仪的工作原理，最后通过实验证明了该仪器设计理论和测量方法的正确性 1 基于2D平面靶标的摄像机定标 1.1 图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系 摄像机拍摄的图像采用标准电视信号的形式存储于计算机中，然后计算机使用数模板转换为数字图像。在图1所示的直角坐标系[（u，v）]中，各像素的坐标[（u，v）]表示该像素在整个数组中的列数编码和行数编码。但并没有物理单位能够表示出该像素在整幅图像中的具体位置，所以还需创建以物理单位为刻度的图像坐标系。图像坐标系以图像内一点作为坐标原点，其中[x]轴 与[u]轴平行，[y]轴与[v]轴平行，具体如图1所示，[（u，v）]表示以像素作为单位的图像坐标系，[（x，y）]表示以物理单位毫米作为单位的图像坐标系，两个坐标系均为图像坐标系，但所采用的坐标单位不同 摄像机的光心为[O]点，摄像机的光轴为[zc]轴，垂直于图像平面，[xc]轴与图像坐标系的[x]轴平行，[yc]轴与图像坐标系的[y]轴平行。图像坐标系的坐标原点为图像平面和光轴的交点，[xc]轴，[yc]轴和[zc]轴与点[O]组成的坐标系即为摄像机坐标系，[OO1]即为摄像机焦距 1.2 基于2D平面靶标的摄像机定标 由于3D立体靶标加工精度受到一定的限制且制作成本较高，此处采用2D平面靶进行摄像机定标[5]。在定标过程中，摄像机以多于两个方位对同一个平面靶标进行拍摄，平面靶标和摄像机均能够自由移动且无需知晓其运动参数。在定标过程中，摄像机内部参数始终为定常数，仅外部参数发生变化 2 图像处理 为了降