本實用新型涉及汽車維修和保養(yǎng)技術領域，具體涉及一種單目相機3D車輪定位儀。

背景技術：

汽車車輪定位儀是用于檢測汽車車輪定位參數(shù)，并與原廠設計參數(shù)進行對比，指導使用者對車輪定位參數(shù)進行相應調整，使其符合原設計要求，以達到理想的汽車行駛性能，即操縱輕便、行駛穩(wěn)定可靠、減少輪胎偏磨損的精密測量儀器。

目前市場上的汽車四輪定位儀分為前束尺和光學水準定位儀、拉線定位儀、CCD定位儀、激光定位儀和3D定位儀等幾種，其中3D定位儀是當前最先進的四輪定位儀。3D定位儀的測量原理是將四個目標靶安裝在車輛的四個輪輞之上，滾動車輪，由相機對目標靶上的幾何圖形進行連續(xù)拍攝，通過計算機軟件對幾何圖形的變化進行分析運算，得出車輪及底盤等的相應定位參數(shù)，再由顯示屏進行顯示。

現(xiàn)有的3D定位儀需要兩個、甚至是多個相機對輪胎進行分別捕捉圖像，這便需要定期對相機進行位置標定(RCP)，以確定所有相機坐標系的一致性，保證定位的可靠性。還有，如果某個相機出現(xiàn)故障，需要更換或維修，如果導致相機位置變動，都必須重新進行位置標定。然而，對于相機進行位置標定是一項具有技術含量的工作，且需要專門的標定架才能完成。非專業(yè)技術人員往往容易出現(xiàn)標定不準確，這就需要專業(yè)技術人員到現(xiàn)場進行標定，并需要廠家或者經(jīng)銷商郵寄標定架到現(xiàn)場，既增加成本又非常麻煩。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是現(xiàn)有3D定位儀使用2個以上的相機進行拍攝，從而存在位置標定麻煩的問題，提供一種單目相機3D車輪定位儀。

為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

單目相機3D車輪定位儀，包括舉升機、目標靶、廣角相機、計算機和相機架云臺組件；待定位汽車處于舉升機上，舉升機帶動待定位汽車做升降運動；舉升機與待定位汽車的底盤相貼，待定位汽車的車輪懸空設于舉升機的兩側；目標靶的數(shù)量與待定位汽車的車輪數(shù)量相同，這些目標靶分別安裝在待定位汽車的車輪輪轂上，且目標靶的中心軸與車軸在同一直線上；相機架云臺組件包括固定基座和旋轉云臺；固定基座固定在舉升機的正下方，旋轉云臺安裝在固定基座上；廣角相機的數(shù)量為1個，該廣角相機安裝在相機架云臺組件的旋轉云臺上，廣角相機的鏡頭朝上；旋轉云臺帶動廣角相機鏡頭的拍攝中心軸向正中、左傾、右傾、前傾和后傾這5個方向；計算機與廣角相機連接。

上述方案中，舉升機為單柱舉升機、二柱舉升機或小剪舉升機。

上述方案中，目標靶為正方形。

上述方案中，目標靶的規(guī)格介于50mm×50mm～130mm×130mm之間。

上述方案中，廣角相機的視域鏡頭角度介于30°～60°之間。

上述方案中，目標靶到廣角相機的垂直距離等于舉升機的抬升高度。

上述方案中，計算機與廣角相機通過有線或無線方式連接。

上述方案中，目標靶包括基板、靶面圖案層和反射層；靶面圖案層包括印刷在基板表面的前靶面圖案層和印刷在基板背面的后靶面圖案層；前靶面圖案層的形狀和后靶面圖案層的形狀一致，且前靶面圖案層和后靶面圖案層關于基板鏡像對稱，后靶面圖案層上的透光孔的圓心與前靶面圖案層上對應的透光孔的圓心重疊；反射層敷貼在后靶面圖案層之后。

上述方案中，后靶面圖案層和反射層之間設有印膠層，且印膠層的形狀與后靶面圖案層的形狀一致；印膠層上的透光孔的圓心與后靶面圖案層上的透光孔的圓心重疊。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下特點：

1、選用視域大于30°的廣角相機，并安裝旋轉云臺來控制廣角相機可旋轉角度，可以讓廣角相機在基座位置不變的前提下，能通過視域的拓寬和云臺的輔助作用捕捉到4個目標靶的圖像；

2、只需使用單個廣角相機即可捕捉所有目標靶的圖像，廣角相機獲取的圖像經(jīng)處理后可直接用于計算，而不需要進行位置標定后才進行計算，這相對于2個以上的廣角相機而言，無需再次確認多個廣角相機的位置關系，避免了由于標定不準所帶來的機器測量準確度偏差故障；

3、由于縮短了廣角相機與目標靶的距離，可以設計規(guī)格更小的目標靶；

4、舉升機將待定位汽車抬升到一定高度，而廣角相機位于舉升機的下方，使得廣角相機從車身底部對緊固在輪胎上的目標靶拍照取圖，作為計算的依據(jù)，從而避免了舉升機或地面不水平、車輛輪胎氣壓不同、車身有碰撞變形等對輪胎參數(shù)測量的影響；

5、舉升機與待定位汽車的底盤相貼，待定位汽車的車輪懸空設于舉升機的兩側，使得車輪懸空狀態(tài)下，只需在車身舉起的時候旋轉輪胎就可以進行拍照測量，不需要推車測量。

附圖說明

圖1為單目相機3D車輪定位儀的示意圖；在圖1中，1、廣角相機；2、旋轉云臺；3、固定基座；4、目標靶；5、計算機；6、導線；7、舉升機。

圖2為一種目標靶的側視圖；在圖2中，21、基板；22、前靶面圖案層；23、后靶面圖案層；24、印膠層；25、反射層。

圖3為相機旋轉示意圖；其中(a)為俯視圖；(b)為前視圖；(c)為左視圖。

圖4為廣角相機拍攝原理示意圖。

具體實施方式

下面通過一個具體實例，對本實用新型進行詳細說明：

一種單目相機3D車輪定位儀，如圖1所示，由舉升機7、目標靶4、相機架云臺組件、廣角相機1和計算機5組成。

待定位汽車處于舉升機7上，舉升機7帶動待定位汽車做升降運動。舉升機7與待定位汽車的底盤相貼，待定位汽車的車輪懸空設于舉升機7的兩側。這樣能夠使得車輪懸空狀態(tài)下，只需在車身舉起的時候旋轉輪胎就可以進行拍照測量，不需要推車測量。舉升機7為現(xiàn)有技術中已知的舉升機7，如可以是單柱舉升機7、二柱舉升機7或小剪舉升機7等。

目標靶4的數(shù)量與待定位汽車的車輪數(shù)量相同，這些目標靶4分別安裝在待定位汽車的車輪輪轂上，且目標靶4的中心軸與車軸在同一直線上。目標靶4可以采用現(xiàn)有技術已知的目標靶4，也可以采用特別設計的目標靶4。在本實用新型優(yōu)選實施例中，所采用的目標靶4為特別設計的目標靶4，如圖2所示，該目標靶4包括基板21、靶面圖案層、印膠層24和反射層25。靶面圖案層包括前靶面圖案層2222和后靶面圖案層23。前靶面圖案層22印刷在基板21表面，后靶面圖案層23印刷在基板21背面，且前靶面圖案層22和后靶面圖案層23關于基板21鏡像對稱。反射層25位于后靶面圖案層23之后，后靶面圖案層23和反射層25之間通過印膠層24貼合在一起。前靶面圖案層22、后靶面圖案層23和印膠層24均由遮光涂層和開設在遮光涂層上的透光孔構成。前靶面圖案層22、后靶面圖案層23和印膠層24的形狀一致，即前靶面圖案層22、后靶面圖案層23和印膠層24上均設有N個透光孔，且各層上開設的透光孔的位置和形狀一一對應，且透光孔的圓心重疊。上述結構的目標靶4相對于傳統(tǒng)目標靶4而言，識別精度更高，從而可以有效減小目標靶4的尺寸，而小尺寸規(guī)格的目標靶4又能夠讓廣角相機1在個更短距離及更小視域角內捕捉到清晰圖像。目標靶4的整體形狀可以根據(jù)需要進行設定，如可以為圓形或方形。在本實用新型優(yōu)選實施例中，目標靶4為正方形，其規(guī)格介于50mm×50mm～130mm×130mm之間。

不同于傳統(tǒng)3D車輪定位儀需要使用2個以上的相機，本實用新型使用的是廣角相機1，其廣角相機1的數(shù)量僅為1個，采用單目廣角相機1克服了2個以上相機需要做RCP位置標定的弊端，從而可以大大降低售后服務成本。單目廣角相機1放置在地面對車輪進行檢測。通常廣角相機1的視域是有一定局限的，比如左右的最大視角，上下(俯仰角)最大視角，距離太近或太遠都無法使單目廣角相機1獲得清晰和穩(wěn)定的圖像。為此，本實用新型采用的廣角相機1的視域鏡頭角度介于30°～60°之間，從而實現(xiàn)單目廣角相機1近距離拍攝4個目標圖像的目的。而考慮到45度角以內的鏡頭激變參數(shù)比較穩(wěn)定，而超過45度角的鏡頭激變參數(shù)難以標定，在本實用新型優(yōu)選實施例中，廣角相機1的視域鏡頭角度為45°。

單純使用大可視角度的廣角相機1仍然難以實現(xiàn)單目廣角相機1的四輪定位，為此，本實用新型還需要將廣角相機1安裝在一個相機架云臺組件上，通過相機架云臺組件帶動廣角相機1朝向不同的方向，以獲得更大的可視范圍。在本實用新型中，相機架云臺組件包括固定基座3和旋轉云臺2。固定基座3固定在舉升機7的正下方的地面上。旋轉云臺2與固定基座3連接。廣角相機1安裝在旋轉云臺2上，相機鏡頭朝上。

旋轉云臺2的結構沒有特定的要求，可以直接用市面上已有的旋轉云臺2，只要能夠帶動廣角相機1旋轉到相應的角度即可。通過旋轉云臺2帶動廣角相機1朝向正中、左傾、右傾、前傾和后傾這5個方向，這樣才能夠獲得所有輪胎的圖像。其中，正中是指相機鏡頭的拍攝中心軸垂直地面，并與地面夾角為90°。左傾是指相機鏡頭的拍攝中心軸向左傾斜，并與地面形成小于90°的夾角。右傾是指即相機鏡頭的拍攝中心軸向右傾斜，并與地面形成小于90°的夾角。前傾是指相機鏡頭的拍攝中心軸向前傾斜，并與地面形成小于90°的夾角。后傾是指相機鏡頭的拍攝中心軸向后傾斜，并與地面形成小于90°的夾角。參見圖3相機旋轉示意圖；其中(a)為俯視圖；(b)為前視圖；(c)為左視圖。為了能夠獲得四輪目標靶4的圖像，在本實用新型優(yōu)選實施例中，左傾、右傾、前傾和后傾的角度均為22.5°，此時相機在左傾、右傾、前傾和后傾時，相機鏡頭的拍攝中心軸與地面的夾角分別為67.5°。

下面對單目廣角相機1在實現(xiàn)車輪定位時的原理進行說明：

在圖4中，O點表示相機位置，A點表示相機正對位置；B點表示左邊目標靶4中心點位置，C點表示右邊目標靶4中心點位置，W表示左右目標靶4中心點距離，H表示相機距離舉升機7的高度，θ表示相機垂直于地面時視域角的1/2。

tgθ＝W/2÷H，則：W＝2*tgθ*H。

當廣角相機1處于正中檔位時：θ₀＝45/2＝22.5°；

當廣角相機1處于左側檔位(鏡頭向左旋轉22.5°)時，θ_左＝45°；

當廣角相機1處于右側檔位(鏡頭向右旋轉22.5°)時，θ_右＝45°。

以二柱舉升機7為例，其舉升機7操作高度為1.2m～1.5m，車軸離地距離約為0.5米，輪胎直徑范圍為60cm～80cm，半徑即為0.3m～0.4m。由于目標靶4是四點夾具夾在車輪輪轂上，目標靶4的中心軸理論上與車軸一致，因此基本上可以認為目標靶4到廣角相機1基面的距離約等于廣角相機1水平面到舉升機7的高度。

因此，H_min＝1.2m，H_max＝1.5m，根據(jù)以上公式：W_min＝2.4m，W_max＝3m。

乘用車輪距一般在1.5m～1.7m，因此，左右目標靶4在換擋以后都在廣角相機1可視范圍內。

對于軸距小于3米的小車，只需用到左右檔位。先把廣角相機1鏡頭調到左檔，拍攝左邊前后輪的圖像。基座不變的前提下，將廣角相機1鏡頭調到右檔，拍攝右邊前后輪的圖像。

對于軸距大于3米的車輛，除了需要用到左右檔以外，還需用到前后檔位。先把廣角相機1鏡頭調到前檔，按照以上步驟，拍攝左右前輪的圖像。在基座固定不變的前提下，將廣角相機1鏡頭調到后檔，按照以上步驟，拍攝左右后輪的圖像。

計算機5與廣角相機1通過無線或有線方式進行連接。在本實用新型優(yōu)選實施例中，計算機5與廣角相機1通過導線6即USB線和電源線連接。計算機5與現(xiàn)有3D車輪定位儀的計算機5相同，裝有軟件進行車輪定位算法。該車輪定位算法對所有車輪上的目標靶4圖像處理的數(shù)據(jù)進行直接計算，并通過建立在數(shù)學模型，得出車輪及底盤等的相應定位參數(shù)，并進行顯示。