本文關(guān)鍵詞：基于雙目立體視覺(jué)的汽車制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)研究

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【摘要】：近年來(lái)我國(guó)的汽車制造業(yè)和公路交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅猛，汽車保有量迅速增加，帶來(lái)交通安全和環(huán)境保護(hù)等社會(huì)問(wèn)題，，使得人們對(duì)汽車檢測(cè)診斷技術(shù)和設(shè)備的需求與日俱增。汽車的制動(dòng)性能對(duì)車輛運(yùn)行的安全性起著至關(guān)重要的作用，對(duì)汽車行駛的燃油經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)運(yùn)輸效率也有一定的影響。因此，作為汽車安全以及經(jīng)濟(jì)效益檢測(cè)的重要指標(biāo)，汽車制動(dòng)性能檢測(cè)具有十分重要的意義。 目前，公安系統(tǒng)的安全檢測(cè)、交通系統(tǒng)的性能檢測(cè)及修理廠的維修檢測(cè)等機(jī)構(gòu)對(duì)在用車的制動(dòng)性能檢測(cè)普遍采用滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，受自身的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理的限制，這兩種設(shè)備只能檢測(cè)速度很低的車輛，意味著對(duì)帶有ABS制動(dòng)系統(tǒng)的車輛的制動(dòng)性能不能很好評(píng)價(jià)，同時(shí)檢測(cè)參數(shù)都不是像制動(dòng)距離這樣的直接參數(shù)，所以檢測(cè)結(jié)果反映不出汽車的實(shí)際制動(dòng)性能。汽車制動(dòng)性能道路測(cè)試技術(shù)俗稱路試法是特殊的方法，制動(dòng)效能(即制動(dòng)距離和時(shí)間)和制動(dòng)時(shí)方向的穩(wěn)定性(即制動(dòng)跑偏和側(cè)滑)是其判斷依據(jù)。該法能真實(shí)反映在用車的技術(shù)狀況且適用于所有的車輛，但在檢測(cè)過(guò)程中需要對(duì)每一輛在用車安裝并拆卸設(shè)備，無(wú)法滿足檢測(cè)線自動(dòng)化、高速化的要求。另外，國(guó)標(biāo)GB21861-2008規(guī)定對(duì)不能在線檢測(cè)的車輛或車主對(duì)檢測(cè)結(jié)果存在質(zhì)疑時(shí)，用路試進(jìn)行制動(dòng)性能檢驗(yàn)并作為最終結(jié)果，可見(jiàn)路試法的重要性和無(wú)可替代性。但現(xiàn)有的路試設(shè)備卻阻礙了檢測(cè)技術(shù)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展的需求。因此，使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備替代傳統(tǒng)的方法勢(shì)在必行。 臺(tái)式法和路試法對(duì)汽車穩(wěn)定性的評(píng)判都還停留在人工主觀判斷階段，對(duì)其指標(biāo)車輛的側(cè)向路徑偏離量不能定量給出。因此研發(fā)一種設(shè)備來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題是本課題的研究方向。同時(shí)，該設(shè)備也具備有效評(píng)價(jià)帶有ABS的車輛的能力。基于這兩點(diǎn)的考慮，本文選擇路試法作為研究對(duì)象，依托國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于立體視覺(jué)的檢測(cè)系統(tǒng)，提出了利用雙目立體視覺(jué)實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)性能檢測(cè)的自動(dòng)化測(cè)量方法。論文基于立體視覺(jué)理論，以靶標(biāo)圖像的特征提取及匹配、攝像機(jī)的標(biāo)定等視覺(jué)技術(shù)為基礎(chǔ)，研究了檢測(cè)過(guò)程中汽車制動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，設(shè)計(jì)出適合本視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的算法。為驗(yàn)證本文提出的汽車制動(dòng)性能視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的精度及可靠性，構(gòu)建了視覺(jué)系統(tǒng)的檢定裝置來(lái)模擬汽車真實(shí)的制動(dòng)過(guò)程，并對(duì)其所完成的檢定功能進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，指出了該檢定裝置在其精度檢定方面存在的理論誤差。最后進(jìn)行了針對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)車試驗(yàn)研究，取得了一定創(chuàng)造性的成果。本文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下： 1)研究適用的圖像處理算法。特征點(diǎn)的精確提取和檢測(cè)識(shí)別是所有視覺(jué)工作的前提。針對(duì)特定的目標(biāo)，圖像處理算法已相對(duì)成熟，但各個(gè)算法之間沒(méi)有互通性。本文的一個(gè)重點(diǎn)工作就是針對(duì)測(cè)量任務(wù)，圓、橢圓和四邊形這三個(gè)特征的檢測(cè)進(jìn)行適合本制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)的算法研究。分析常用圖像匹配預(yù)處理、角點(diǎn)檢測(cè)、立體匹配算法的檢測(cè)原理及缺陷，在這些算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)本文的目的，添加條件做出改進(jìn)并進(jìn)行單機(jī)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證算法的正確性。 2)研究適用的標(biāo)定方法。進(jìn)行視覺(jué)測(cè)量的基準(zhǔn)與前提是進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定。獲得整個(gè)汽車車身圖像要求雙攝像機(jī)呈水平模式擺放，高精度的測(cè)試要求選擇精度高的立體棋盤(pán)格狀的靶標(biāo)和傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法，考慮到室外進(jìn)行圖像采集會(huì)帶來(lái)圖像畸變，本文設(shè)計(jì)了基于徑向畸變的攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定新方法，對(duì)選擇的高分辨率的雙攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定，獲得攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)。在執(zhí)行標(biāo)定算法前，利用改進(jìn)的Harris角點(diǎn)提取算法檢測(cè)并提取出由四個(gè)黑白相間的方格組成的X型角點(diǎn)。標(biāo)定試驗(yàn)確定系統(tǒng)具有最佳精度時(shí)的四個(gè)因素有：兩攝像機(jī)中心的連線距離、攝像機(jī)到地面的距離、攝像機(jī)到標(biāo)定靶標(biāo)的距離和攝像機(jī)向下傾斜的角度。 3)研究精度驗(yàn)證裝置及試驗(yàn)。開(kāi)發(fā)出一套驗(yàn)證汽車制動(dòng)性能系統(tǒng)精度的裝置，利用橫向移動(dòng)式小車、縱向移動(dòng)式小車分別在橫向?qū)к墶⒖v向?qū)к壣蟿蛩�、加速和減速運(yùn)動(dòng)，模擬汽車實(shí)際制動(dòng)過(guò)程，圖像處理后，對(duì)比分析數(shù)據(jù)，驗(yàn)證系統(tǒng)精度。 4)設(shè)計(jì)制動(dòng)性能視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。結(jié)合測(cè)量指標(biāo)，系統(tǒng)介紹了雙目視覺(jué)測(cè)距原理，并將此原理和汽車制動(dòng)性能參數(shù)一起研究，深入剖析了制動(dòng)距離、制動(dòng)減速度和車輛的側(cè)向路徑偏離量的關(guān)系，提出利用車上某一點(diǎn)代替整個(gè)汽車進(jìn)行檢測(cè)的視覺(jué)測(cè)量原理。結(jié)合視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)及性能評(píng)價(jià)目標(biāo)，合理設(shè)計(jì)出基于視覺(jué)的制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)的軟硬件方案。在硬件的選擇上著重分析選擇攝像機(jī)的參數(shù)，并以硬件為依托，開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)在線顯示路試新方法的操作。 5)試驗(yàn)驗(yàn)證基于立體視覺(jué)的汽車制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)。利用在用車研究了本文提出的方法。在試驗(yàn)車上安裝便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀，在車頂上粘貼四個(gè)長(zhǎng)方形標(biāo)志，在路試跑道上進(jìn)行制動(dòng)測(cè)試。圖像處理車身圖像后在路試軟件界面上顯示制動(dòng)距離、制動(dòng)減速度和車輛的側(cè)向路徑偏離量，并給出最終的評(píng)定結(jié)果。將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明本文方法理論正確。再對(duì)其他車輛進(jìn)行多次試驗(yàn)驗(yàn)證方法的有效性和適用性，試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出方法能夠自動(dòng)化非接觸檢測(cè)出制動(dòng)性能參數(shù)且測(cè)試精度高。 論文所作的研究與開(kāi)發(fā)工作在汽車檢測(cè)領(lǐng)域是一個(gè)創(chuàng)新，是立體視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)與實(shí)際相結(jié)合的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用。研究出的適用的視覺(jué)檢測(cè)算法為立體視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)添磚加瓦，同時(shí)在汽車路試制動(dòng)性能檢測(cè)中添加新的技術(shù)-立體視覺(jué)技術(shù)，解決了現(xiàn)今制動(dòng)性能檢測(cè)方法的瓶頸問(wèn)題，積極的推動(dòng)了汽車檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】：制動(dòng)性能 立體視覺(jué) 攝像機(jī)標(biāo)定 檢定
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第1章 緒論16-30
• 1.1 課題研究的背景及意義16-17
• 1.1.1 課題研究的背景16
• 1.1.2 課題研究的意義及目的16-17
• 1.2 汽車檢測(cè)技術(shù)及制動(dòng)性能檢測(cè)理論的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外汽車檢測(cè)技術(shù)發(fā)展情況17-19
• 1.2.1.1 國(guó)內(nèi)汽車檢測(cè)技術(shù)18
• 1.2.1.2 國(guó)外汽車檢測(cè)技術(shù)18-19
• 1.2.2 制動(dòng)性能檢測(cè)理論研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3 汽車制動(dòng)性能檢測(cè)方法概述21-27
• 1.3.1 臺(tái)式制動(dòng)性能檢測(cè)不同方法的比較21-23
• 1.3.2 路試制動(dòng)性能檢測(cè)不同方法的比較23-26
• 1.3.3 路試與臺(tái)式制動(dòng)性能檢測(cè)方法的比較26-27
• 1.4 本課題的主要研究任務(wù)27-30
• 第2章 基于立體視覺(jué)汽車制動(dòng)性能檢測(cè)方案研究30-46
• 2.1 檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量目標(biāo)和性能指標(biāo)30-32
• 2.1.1 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量目標(biāo)30-31
• 2.1.2 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)31-32
• 2.2 立體視覺(jué)技術(shù)32-38
• 2.2.1 立體視覺(jué)的概念32-33
• 2.2.2 立體視覺(jué)的發(fā)展現(xiàn)狀33-35
• 2.2.3 視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)成35
• 2.2.4 雙目立體視覺(jué)測(cè)距原理35-36
• 2.2.5 雙目立體視覺(jué)的研究?jī)?nèi)容36-38
• 2.3 汽車制動(dòng)效能與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)參數(shù)識(shí)別原理38-42
• 2.3.1 汽車的制動(dòng)效能38-41
• 2.3.2 汽車的制動(dòng)方向穩(wěn)定性41
• 2.3.3 立體視覺(jué)評(píng)價(jià)汽車制動(dòng)性能原理41-42
• 2.4 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)42-44
• 2.4.1 制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)組成42-43
• 2.4.2 制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)的控制方案43-44
• 2.5 本章小結(jié)44-46
• 第3章 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)圖像處理算法研究46-84
• 3.1 圖像增強(qiáng)46-53
• 3.1.1 圖像平滑46-49
• 3.1.2 直方圖均衡化49-51
• 3.1.3 圖像銳化51-53
• 3.2 圖像分割53-59
• 3.2.1 圖像分割的定義53-54
• 3.2.2 圖像分割算法分類54-55
• 3.2.3 Canny 邊緣檢測(cè)算法55-59
• 3.3 線特征提取59-72
• 3.3.1 直線檢測(cè)60-63
• 3.3.2 圓及橢圓檢測(cè)63-68
• 3.3.3 平面圖形中心的提取68-72
• 3.4 角點(diǎn)提取算法的研究72-77
• 3.4.1 角點(diǎn)的定義72-73
• 3.4.2 Harris 角點(diǎn)檢測(cè)算法73-75
• 3.4.3 改進(jìn)的角點(diǎn)檢測(cè)算法75-77
• 3.5 匹配算法的研究77-82
• 3.5.1 立體匹配算法77-78
• 3.5.2 極線幾何的約束關(guān)系78-79
• 3.5.3 相關(guān)的匹配約束79-80
• 3.5.4 基于視差梯度的立體匹配算法實(shí)現(xiàn)80-82
• 3.6 本章小結(jié)82-84
• 第4章 視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定方法及三維重建試驗(yàn)研究84-130
• 4.1 攝像機(jī)標(biāo)定的理論84-95
• 4.1.1 標(biāo)定物和控制點(diǎn)84-85
• 4.1.2 攝像機(jī)標(biāo)定坐標(biāo)系85-88
• 4.1.3 攝像機(jī)成像幾何模型88-93
• 4.1.4 攝像機(jī)標(biāo)定方法93-95
• 4.2 攝像機(jī)標(biāo)定方法改進(jìn)95-100
• 4.2.1 基于立體靶標(biāo)的傳統(tǒng)標(biāo)定方法95-97
• 4.2.2 基于徑向畸變的攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定方法的研究97-100
• 4.3 制動(dòng)性能視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定100-108
• 4.3.1 選擇標(biāo)定靶標(biāo)100-101
• 4.3.2 標(biāo)定試驗(yàn)及結(jié)果101-108
• 4.4 基于車身圖像中心的三維重建模型研究108-129
• 4.4.1 三維重建的原理108
• 4.4.2 三維重建點(diǎn)的基本原理108-109
• 4.4.3 三維重建試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析109-129
• 4.5 本章小結(jié)129-130
• 第5章 汽車制動(dòng)性能視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及試驗(yàn)研究130-148
• 5.1 檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的意義130
• 5.2 汽車制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成130-136
• 5.2.1 硬件組成130-131
• 5.2.2 傳感器模型選擇與結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)131-136
• 5.3 汽車制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)136
• 5.3.1 軟件功能分析及程序流程136
• 5.3.2 軟件界面開(kāi)發(fā)136
• 5.4 基于視覺(jué)的檢測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)研究136-146
• 5.4.1 試驗(yàn)的目的與內(nèi)容138
• 5.4.2 試驗(yàn)步驟138-139
• 5.4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理139-146
• 5.5 本章總結(jié)146-148
• 第6章 總結(jié)與展望148-150
• 6.1 總結(jié)148-149
• 6.2 展望149-150
• 參考文獻(xiàn)150-160
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果160-161
• 致謝161

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：950852