基於機器視覺及雷射光幕車輛外輪廓尺寸測量系統的製作方法
2023-05-27 19:35:31
基於機器視覺及雷射光幕車輛外輪廓尺寸測量系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型屬於測試計量【技術領域】，為在不影響車輛正常行駛狀態下，實現車輛的長、寬、高的特徵尺寸的高精度、實時快速測量。為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是，基於機器視覺及雷射光幕的車輛外輪廓尺寸測量系統，包括：第一部分為車輛外輪廓長度尺寸測量模塊；第二部分為車輛外輪廓寬度尺寸測量模塊；第三部分為車輛外輪廓高度尺寸測量模塊；進一步地，同時待檢測車輛行駛測量區域的另一側，相對於橫向雷射光幕相同高度的位置上安裝一組一維雷射探測器陣列，用以檢測未被待檢測車輛遮擋的橫向雷射光幕輸出的雷射光束。本實用新型主要應用於車輛檢測。
【專利說明】基於機器視覺及雷射光幕車輛外輪廓尺寸測量系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於測試計量【技術領域】，特別是針對車輛外輪廓尺寸測量技術中的行進車輛的高度尺寸、寬度尺寸及長度尺寸的實時動態測量系統的設計方法，即基於機器視覺及雷射光幕的車輛外輪廓尺寸測量系統。
技術背景[0002]近年來，隨著經濟的快速發展及國內各類機動車輛保有量逐年快速增長，由大型運輸車輛引起的重大交通事故頻頻發生，從而導致了大量的人員傷害及財產損失。其主要原因為:由於車輛運營企業競爭激烈，過剩的運輸能力不斷擠壓有限的市場空間，運營者為壓縮成本，常常在運輸車輛超限的條件下運營以增加利潤，從而增大的出現重大交通事故概率，給人民生活和社會經濟帶來了安全隱患。但目前國內對於車輛外輪廓尺寸檢測與測量還沒有完全達到自動化程度，主要測量方法為手工捲尺法，即根據車輛外廓在地面以及牆壁上的垂直投影，通過捲尺以人工方式對車輛的長、寬、高等特徵尺寸進行測量；或者利用捲尺直接在車體上測量，且該方法需要在車輛處於靜止狀態下，還有一些採用目視的方法來估測，存在測量效率較低，人為誤差大，不利於信息管理等局限。
【發明內容】
[0003]為克服現有技術的不足，本實用新型旨在在不影響車輛正常行駛狀態下，實現車輛的長、寬、高的特徵尺寸的高精度、實時快速測量。為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是，基於機器視覺及雷射光幕的車輛外輪廓尺寸測量系統，包括:
[0004]第一部分為車輛外輪廓長度尺寸測量模塊；
[0005]在待檢測車輛行駛測量區域的左側，設置4個雷射發射器，並發射雷射光束，其中第一個雷射發射器的位置距離橫向與豎向雷射光幕架為a，0m < a < 10m，其餘雷射發射器隨雷射發射器後每隔I放置一個，2m< I ( 5m ;同時在待檢測車輛行駛路徑區域的右側，對應雷射發射器與橫向與豎向光幕架的等距離且相同高度的位置上分別安裝4個雷射探測器，用以接收雷射發射器輸出的雷射光束；
[0006]第二部分為車輛外輪廓寬度尺寸測量模塊；
[0007]在待檢測車輛行駛測量區域內，在與地面平行方向上設置一組雷射光幕，即將多個雷射發射器以一維排列形式構建一組一維分布的雷射發射器陣列，且每兩個雷射發射器間隔為n, 5mm ^ n ^ 15mm,從而投射與地面垂直的雷射光束面,形成豎向雷射光幕,該一維雷射發射器陣列安裝於待檢測車輛行駛測量區域的正上方；
[0008]在該豎向雷射光幕的一側的一定高度上安裝2臺面陣或線陣CXD相機，在豎向雷射光幕投射至地面的區域內設置散射體，用以反射雷射光幕投射至地面的區域內的雷射光條;
[0009]當待檢測車輛行駛至豎向雷射光幕下時，部分雷射光幕中的雷射光束被待檢測車輛遮擋無法投射至地面區域內的散射體上，而未被待檢測車輛遮擋的豎向雷射光束投射於地面散射體上後，反射至2部面陣或線陣CXD相機內成像，然後輸入至計算機內；
[0010]第三部分為車輛外輪廓高度尺寸測量模塊；
[0011]與車輛外輪廓寬度尺寸測量模塊相同，在與地面垂直方向上設置一組雷射光幕，即將多個雷射發射器以一維排列形式構建一組一維分布的雷射發射器陣列，且每兩個雷射發射器間隔為n,5_ < η < 15mm,從而投射與地面平行的雷射光束面,形成橫向雷射光幕，該一維雷射發射器陣列安裝於待檢測車輛行駛測量區域的一側；[0012]進一步地，同時待檢測車輛行駛測量區域的另一側，相對於橫向雷射光幕相同高度的位置上安裝一組一維雷射探測器陣列，用以檢測未被待檢測車輛遮擋的橫向雷射光幕輸出的雷射光束。
[0013]基於機器視覺及雷射光幕車輛外輪廓尺寸測量方法，包括如下步驟:
[0014]步驟I為藉助於車輛外輪廓長度尺寸測量模塊檢測車輛長度尺寸，當車輛的車頭部分觸碰到橫、豎向雷射光幕時，觸發雷射探測器工作，當雷射探測器接收到任意雷射發射器輸出雷射光束信號時，則對應面陣CCD相機組對待檢測車輛車身圖像進行拍攝，並將車身圖像傳輸到計算機上，根據每組面陣CCD相機拍攝的待檢測車輛車身圖像進行匹配及分害I]，通過圖像處理分析算法計算出車輛尾部相對於對該拍攝區域的長度，記為X(m)，結合面陣CXD相機組合標號K，從而計算得出各種車輛型號的長度尺寸L，為L=a+(K-1) X 1+X(m)，K=1、2、3,單位:m ；
[0015]步驟2為藉助於車輛外輪廓寬度尺寸測量模塊對待檢測車輛寬度尺寸測量:豎向雷射光幕中每相鄰兩個雷射發射器以間隔n,5mm ^ n ^ 15mm安裝，由於待檢測車輛I存在最小寬度，以光幕架中點位置的±0.5m的範圍內不設置雷射發射器；當待檢測車輛I穿過光幕時，部分雷射光束被車輛遮擋，而車輛兩邊未被遮擋的雷射光束經由散射體反射後，在面陣或線陣CCD相機內成像，對雷射光束成像圖像進行處理及計算得出拍攝到的雷射反射點數量，設待測車輛兩側的雷射反射點數量分別為K、N2，則待檢測車輛的寬度為W=D-(NfN2) XnX0.001,,單位:m ；
[0016]步驟3為藉助於車輛外輪廓高度尺寸測量模塊對待檢測車輛高度尺寸的測量，橫向雷射光幕中的一維雷射發射器陣列中每個雷射發射器以n，5mm≤η≤15mm間隔安裝，當待檢測車輛駛過橫向雷射光幕時，部分雷射光束被待檢測車輛遮擋，從而橫向一維雷射探測器陣列中的部分雷射探測器將無法接收雷射光束信號，而未被遮擋的雷射光束將由一維雷射探測器陣列接收，通過計算處理得出受待檢測車輛I遮擋而未接收到橫向雷射光束的一維雷射探測器陣列中雷射探測器數量N，從而得出待檢測車輛的高度尺寸H，即H=NXnX0.001，單位:m。
[0017]當待檢測車輛行駛方向與雷射光幕垂直方向存在一定角度時，通過3組面陣CCD相機組中的頂部相機同時拍攝待檢測車輛車身與地面圖像，通過相機交叉區域實現圖像拼接，經拼接後圖像分析計算出車輛相對於地面標誌線的實時偏斜角度Θ，根據偏斜角度Θ可以修正出車輛實際尺寸，則待檢測車輛實際長度為:L』 =L/cos Θ。
[0018]本實用新型具備下列技術效果:
[0019]本實用新型是一種基於機器視覺及雷射光幕的車輛外輪廓尺寸的測量系統設計方法，該系統簡單，成本低，因為採用機器視覺和光投影相結合的方法，使得系統簡單化，而且相較於採用二維雷射掃描儀，成本得到降低，測量時間短，可測車輛範圍較大，本方案利用多臺相機對待檢測車輛車身進行同步拍攝圖像進行圖像拼接與匹配處理，大大降低了系統的響應時間和運算時間，可以實現實時檢測輸出的功能；同時也可實現待檢測車輛在正常行駛下外輪廓尺寸的準確測量；由於本實用新型採用機器視覺技術結合雷射光幕檢測方式，使得本系統有很強的靈活性和延伸性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1示出本實用新型車輛外輪廓尺寸測量系統結構圖。
[0021]圖2示出本實用新型車輛外輪廓長度尺寸測量模塊原理圖。
[0022]圖3示出本實用新型車輛行進角度測量結構圖。
[0023]圖4示出本實用新型車輛外輪廓寬度尺寸測量模塊原理圖。
[0024]圖5示出本實用新型車輛外輪廓高度尺寸測量模塊原理圖。
[0025]圖1中:1為待檢測車輛；2為一維雷射探測器陣列；3為橫向雷射光幕；4為豎向雷射光幕；5為線陣或面陣CCD相機(I) ；6為線陣或面陣CCD相機(2) ;7為雷射光幕架；8為散射體；9為雷射發射器(I) ；10為面陣CCD相機組合(I)中相機(a) ;11為面陣CCD相機組合⑴中的相機(b) ；12為雷射發射器(2) ;13為面陣CCD相機組合⑵相機(a) ;14為面陣C⑶相機組合⑵相機(b) ;15為雷射發射器(3) ;16為面陣C⑶相機組合(3)相機
(a);17為面陣CCD相機組合(3)相機(b) ;18為雷射發射器(4) ;19為地面標誌線⑴；20為地面標誌線(2) ;21為車輛行進路徑區域左側擋板；22為車輛行進路徑區域右側擋板；23為雷射探測器(I) ；24為雷射探測器(2) ;25為雷射探測器(3) ；26為雷射探測器(4)。
[0026]圖2中:1為待檢測車輛；7為雷射光幕架；9為雷射發射器(I) ；10為面陣CCD相機組合⑴中相機(a) ;11為面陣CXD相機組合⑴中相機(b) ；12為雷射發射器(2) ;13為面陣C⑶相機組合⑵中相機(a) ;14為面陣C⑶相機組合⑵中相機(b) ;15為雷射發射器⑶；16為面陣CCD相機組合(3)中相機(a) ; 17為面陣CCD相機組合(3)中相機
(b)；18為雷射發射器⑷；26為雷射探測器⑷。
[0027]圖3中:1為待檢測車輛；19為地面標誌線(I) ；20為地面標誌線⑵。
[0028]圖4中:1為待檢測車輛；5為面陣CCD相機⑴；6為面陣CCD相機⑵；7為雷射光幕架；8為散射體；27為面陣CCD相機⑴的光軸；28為面陣CCD相機⑵的光軸。
[0029]圖5中:1為待檢測車輛；2為一維雷射探測器陣列；29為一維雷射發射器陣列。
【具體實施方式】
[0030]本實用新型採用的技術方案是，設計一套基於機器視覺及雷射光幕車輛外輪廓尺寸測量系統，本實用新型由機器視覺技術結合雷射光幕分別設計了車輛外輪廓長度尺寸測量模塊、車輛外輪廓寬度尺寸測量模塊和車輛外輪廓高度尺寸測量模塊；
[0031]第一部分為車輛外輪廓長度尺寸測量模塊；
[0032]在待檢測車輛行駛測量區域的左側，設置4個雷射發射器，並發射雷射光束，分別編號雷射發射器(I)、(2)、(3)、(4)，其中雷射發射器(I)的位置距離橫向與豎向雷射光幕架為a(其中Om < a < 10m),雷射發射器⑵、(3)、⑷隨雷射發射器(I)後每隔I (2m ^ a ^ 5m)放置一個；同時在待檢測車輛行駛路徑區域的右側，在雷射發射器(I)、
(2)、(3)、(4)與橫向與豎向光幕架的等距離且相同高度的位置上分別安裝4個雷射探測器(I)、(2)、(3)、(4)，用以接收雷射發射器⑴、(2)、(3)、⑷輸出的雷射光束；
[0033]進一步地，分別在雷射發射器(I)、(2)，雷射發射器(2)、(3)，雷射發射器(3)、(4)的中間位置安裝3組面陣CCD相機組合(I)、(2)、(3)，以實現對待檢測車輛側面車身圖像的米集；
[0034]進一步地，在待檢測車輛正常行駛與橫向與豎向雷射光幕接觸時，觸發4個雷射探測器(I)、(2)、(3)、(4)工作，分別檢測4個雷射發射器(I)、(2)、(3)、(4)輸出的雷射光束是否被待檢測車輛遮擋，當雷射探測器(2)、(3)、(4)中檢測到有雷射光束未被車身遮擋時，則對應的面陣CCD相機組合(I)、(2)、(3)同時同步對待檢測車輛的車身上下兩個位置進行拍攝；
[0035]進一步地，將拍攝到的車身圖像輸入至計算機內通過圖像處理算法進行匹配及輪廓提取，從而獲取圖像內待檢測車輛的長度尺寸L，最終實現對待檢測車輛的長度測量；同時待檢測車輛的行駛測量區域畫有地面標誌線，通過對拍攝圖像獲得待檢測車輛行駛方向與地面標誌線的角度Θ，從而實現待檢測車輛長度尺寸L』的準確測量；
[0036]第二部分為車輛外輪廓寬度尺寸測量模塊；
[0037]在待檢測車輛行駛測量區域內，在與地面平行方向上設置一組雷射光幕，即將多個雷射發射器以一維排列形式構建一組一維分布的雷射發射器陣列，且每兩個雷射發射器間隔為n (5mm ^ n ^ 15mm),從而投射與地面垂直的雷射光束面,形成豎向雷射光幕,該一維雷射發射器陣列安裝於待檢測車輛行駛測量區域的正上方；
[0038]進一步地，在該豎向雷射光幕的一側的一定高度上安裝2臺面陣或線陣CXD相機，在豎向雷射光幕投射至地面的區域內設置散射體，用以反射雷射光幕投射至地面的區域內的雷射光條。
[0039]進一步地，當待檢測車輛行駛至豎向雷射光幕下時，部分雷射光幕中的雷射光束被待檢測車輛遮擋無法投射至地面區域內的散射體上，而未被待檢測車輛遮擋的豎向雷射光束投射於地面散射體上後，反射至2部面陣或線陣CXD相機內成像，然後輸入至計算機內；
[0040]進一步地，通過計算機對2部面陣或線陣CXD相機採集的雷射光束圖像分別進行分析處理，通過成像系統標定的參數獲得2個實際投射至散射體上的雷射光束寬度尺寸，利用實際豎向雷射光幕寬度尺寸D減去2個未被待檢測車輛遮擋的雷射光束寬度尺寸,實現對待檢測車輛的實際寬度W獲取；
[0041]第三部分為車輛外輪廓高度尺寸測量模塊；
[0042]與車輛外輪廓寬度尺寸測量模塊相同，在與地面垂直方向上設置一組雷射光幕，即將多個雷射發射器以一維排列形式構建一組一維分布的雷射發射器陣列，且每兩個雷射發射器間隔為n (5mm ≤ n ≤ 15mm),從而投射與地面平行的雷射光束面,形成橫向雷射光幕，該一維雷射發射器陣列安裝於待檢測車輛行駛測量區域的一側；
[0043]進一步地，同時待檢測車輛行駛測量區域的另一側，相對於橫向雷射光幕相同高度的位置上安裝一組一維雷射探測器陣列，用以檢測未被待檢測車輛遮擋的橫向雷射光幕輸出的雷射光束；
[0044]進一步地，當待檢測車輛行駛至橫向雷射光幕內時，部分橫向雷射光幕中的雷射光束被待檢測車輛遮擋無法投射至待檢測車輛行駛區域另一側的一維雷射探測器陣列上，通過檢測未接收到橫向雷射光幕投射出的雷射光束的雷射探測器數量N，實現對待檢測車輛的高度H的準確測量。
[0045]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作詳細描述。
[0046]步驟I為待檢測車輛長度尺寸測量，測量過程如圖1，2所示，當待檢測車輛I行正常駛入待檢測車輛行進路徑區域擋板(I)、(2)之間區域內，即待檢測車輛行駛測量區域，當車輛的車頭部分觸碰到橫、豎向雷射光幕I時，觸發雷射探測器(I)、(2)、(3)、(4)工作，當雷射探測器(I)、(2)、(3)、(4)接收到任意雷射發射器(2)、(3)、(4)輸出雷射光束信號時，則對應面陣CCD相機組(I)、(2)、(3)對待檢測車輛車身圖像進行拍攝，並將車身圖像傳輸到計算機上，根據每組面陣CCD相機拍攝的待檢測車輛車身圖像進行匹配及分割，通過圖像處理分析算法計算出車輛尾部相對於對該拍攝區域的長度，記為X(m)，結合面陣CCD相機組合標號K ，從而計算得出各種車輛型號的長度尺寸L，為L=a+(K-1) Xl+X(m)，K=1、2、
3,(單位:m)。
[0047]當待檢測車輛I行駛方向與雷射光幕垂直方向存在一定角度時，通過3組面陣CCD相機組(I)、(2)、(3)中的頂部相機(a)同時拍攝待檢測車輛車身與地面圖像，通過相機交叉區域實現圖像拼接，經拼接後圖像分析計算出車輛相對於地面標誌線的實時偏斜角度Θ，如圖3所示，根據偏斜角度Θ可以修正出車輛實際尺寸，則待檢測車輛實際長度為:L，=L/cos Θ。
[0048]步驟2為對待檢測車輛寬度尺寸測量:測量過程如圖4所示，豎向雷射光幕4中每相鄰兩個雷射發射器以間隔n(5mm≤η≤15mm)安裝，由於待檢測車輛I存在最小寬度，以光幕架中點位置的±0.5m的範圍內不設置雷射發射器；當待檢測車輛I穿過光幕時，部分雷射光束被車輛遮擋，而車輛兩邊未被遮擋的雷射光束經由散射體8反射後,在面陣或線陣CCD相機5，6內成像，對雷射光束成像圖像進行處理及計算得出拍攝到的雷射反射點數量，設待測車輛兩側的雷射反射點數量分別為K、N2，則待檢測車輛的寬度為W=D-(N^N2) XnX0.001，(單位:m);本方法採用面陣或線陣CXD相機成像方法，且地面散射體受灰塵及汙潰影響較小，更換較為方便，因此很好地解決了路面汙潰幹擾問題。
[0049]如圖3所示，經過待檢測車輛長度測量步驟I中得出的車輛行駛偏斜角度Θ，同理可以求出待檢測車輛I的實際長度為r =WXcos θ。
[0050]步驟3為對待檢測車輛I高度尺寸的測量，如圖4所示，橫向雷射光幕中的一維雷射發射器陣列3中每個雷射發射器以n(5mm≤η≤15mm)間隔安裝，當待檢測車輛I駛過橫向雷射光幕時，部分雷射光束被待檢測車輛I遮擋，從而橫向一維雷射探測器陣列2中的部分雷射探測器將無法接收雷射光束信號，而未被遮擋的雷射光束將由一維雷射探測器陣列2接收，通過計算處理得出受待檢測車輛I遮擋而未接收到橫向雷射光束的一維雷射探測器陣列中雷射探測器數量N，從而得出待檢測車輛的高度尺寸H，即H=NXnX0.001，(單位:m)。
【權利要求】
1.一種基於機器視覺及雷射光幕的車輛外輪廓尺寸測量系統，其特徵是，包括: 第一部分為車輛外輪廓長度尺寸測量模塊； 在待檢測車輛行駛測量區域的左側，設置4個雷射發射器，並發射雷射光束，其中第一個雷射發射器的位置距離橫向與豎向雷射光幕架為a，Om < a < 10m，其餘雷射發射器隨雷射發射器後每隔I放置一個，2m < I ( 5m ;同時在待檢測車輛行駛路徑區域的右側，對應雷射發射器與橫向與豎向光幕架的等距離且相同高度的位置上分別安裝4個雷射探測器，用以接收雷射發射器輸出的雷射光束； 第二部分為車輛外輪廓寬度尺寸測量模塊； 在待檢測車輛行駛測量區域內，在與地面平行方向上設置一組雷射光幕，即將多個雷射發射器以一維排列形式構建一組一維分布的雷射發射器陣列，且每兩個雷射發射器間隔為n，5mm < η < 15mm,從而投射與地面垂直的雷射光束面，形成豎向雷射光幕，該一維雷射發射器陣列安裝於待檢測車輛行駛測量區域的正上方；在該豎向雷射光幕的一側的一定高度上安裝2臺面陣或線陣CCD相機，在豎向雷射光幕投射至地面的區域內設置散射體，用以反射雷射光幕投射至地面的區域內的雷射光條；當待檢測車輛行駛至豎向雷射光幕下時，部分雷射光幕中的雷射光束被待檢測車輛遮擋無法投射至地面區域內的散射體上，而未被待檢測車輛遮擋的豎向雷射光束投射於地面散射體上後，反射至2部面陣或線陣CXD相機內成像，然後輸入至計算機內； 第三部分為車輛外輪廓聞度尺寸測量模塊； 與車輛外輪廓寬度尺寸測量模塊相同，在與地面垂直方向上設置一組雷射光幕，即將多個雷射發射器以一維排列形式構建一組一維分布的雷射發射器陣列，且每兩個雷射發射器間隔為η < 15mm,從而投射與地面平行的雷射光束面,形成橫向雷射光幕,該一維雷射發射器陣列安裝於待檢測車輛行駛測量區域的一側； 進一步地，同時待檢測車輛行駛測量區域的另一側，相對於橫向雷射光幕相同高度的位置上安裝一組一維雷射探測器陣列，用以檢測未被待檢測車輛遮擋的橫向雷射光幕輸出的雷射光束。
【文檔編號】G01B11/24GK203489844SQ201320545961
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】段發階, 段曉傑, 吳韡, 徐贏, 呂昌榮, 蔣佳佳 申請人:天津大學