專利名稱：自校準位置確定系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本公開通常涉及位置確定方法和系統(tǒng)，且更具體地，涉及用于調整自校準位置確定系統(tǒng)以適應不同需要的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
位置確定系統(tǒng)，如機器視覺測量系統(tǒng)，被使用在很多應用中。例如，可以使用計算機輔助的、三維機器視覺對準裝置和相關的對準方法來對機動車輛的輪進行對準。三維對準的實例在美國專利No.5,724,743，標題為“Method and apparatus for determining the alignment of motor vehiclewheels，”以及美國專利No.5,535,522，標題為“Method and apparatus fordetermining the alignment of motor vehicle wheels，”中均有描述，這兩個專利都被轉讓給本發(fā)明的受讓人，并在此引入作為參考。
為了確定所述車輛輪的對準狀態(tài)，一些校準器使用方向傳感器如相機，來觀察附著在所述輪上的對準目標，以確定所述對準目標相對于所述對準相機的位置。這些類型的校準器需要校準過程以確定所述對準相機之間的相對位置，以精確地確定所述車輛的一側的輪與所述車輛的另一側的輪之間的位置。
根據(jù)一種校準方法，將一個大的對準目標放置在所述對準相機的視場內，典型地沿著所述對準架的中心線，并且遠離所述對準相機。由于每個對準相機觀察相同的對準目標，由此能夠計算所述對準目標相對于每個對準相機的位置，并且能夠確定所述對準相機之間的位置關系。這被稱作相對的對準相機位置(RCP)校準。RCP轉移功能被用于將一個對準相機的坐標系統(tǒng)轉換到另一個對準相機的坐標系統(tǒng)中，以使由一個對準相機觀察的對準目標可以直接地相關于由另一個對準相機觀察的對準目標。用于執(zhí)行RCP的一種手段被公開在美國專利5,809,658中，標題為“Method and Apparatus for Calibrating Alignment cameras Used in theAlignment of Motor Vehicle Wheels，”于1998年9月22日將所述專利權授予Jackson等人，這里提出以供參考。
雖然RCP校準是精確的，其還是需要特殊的固定裝置和經(jīng)過訓練的操作員來執(zhí)行。因此，需要比較簡單的用于校準位置確定系統(tǒng)的校準過程。用于自校準的方法已經(jīng)在以下兩個共同未決專利申請中提出，標題為“Self-Calibrating，Multi-Alignment camera Machine Vision MeasuringSystem”，序列號為09/576,442，的專利申請，由Jackson等人于2000年5月22日提交，以及標題為“Self-Calibrating 3D Machine Vision MeasuringSystem Useful In Motor Vehicle Wheel Alignment”，序列號為09/928,453的專利申請，由Jackson等人于2002年8月14日提交，這兩個專利申請均被轉讓給本申請的受讓人，并且在這里提出以供參考。
然而這些方法并未解決位置確定系統(tǒng)遇到的問題。在位置確定系統(tǒng)如機器視覺測量系統(tǒng)被安裝并校準后，所述系統(tǒng)通常只能與一定尺寸的測試對象一起工作。例如，3D校準器使用對準相機來觀察附著在所述輪上的對準目標。由于所述對準相機的視場有限，所述系統(tǒng)只能為特定尺寸的車輛來確定對準目標位置。如果車輛比所述特定尺寸寬一些或者窄一些，所述目標將會超出所述相機的觀察范圍，并且如果不將所述校準器移動到新位置，則所述校準器就不能夠測量所述對準目標的位置，上述新位置即所述對準目標能夠被所述對準相機正確地看到的位置。所述校準器的拆除和重新安裝是麻煩和費時的。另外，在所述校準器被重新安裝后，將所述相機瞄準所述對準目標還需要花費時間。
因此，需要在無需重新安裝系統(tǒng)的情況下就可適應不同尺寸的測試對象的位置確定系統(tǒng)。
還需要具有感測裝置的自動系統(tǒng)，其無需人工干預即可自動定位所述對準目標。
還需要用戶接口，用來指示所述感測裝置的位置，以及所述對準目標是否適當?shù)芈湓谒龈袦y區(qū)域感測裝置的感測區(qū)域內。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供位置確定系統(tǒng)，其包括第一測量模塊、第二測量模塊和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。所述第一測量模塊包括第一感測裝置，用于獲取第一對象相對于所述第一感測裝置的位置數(shù)據(jù)；校準感測裝置，剛性地鏈接到所述第一感測裝置，其中所述第一感測裝置與所述校準感測裝置之間的位置關系是已知的；以及第一重新定位裝置，用于重新定位所述第一感測裝置而不改變所述第一感測裝置與所述校準感測裝置之間的位置關系。所述第二測量模塊包括第二感測裝置，用于獲取第二對象相對于所述第二感測裝置的位置數(shù)據(jù)；校準目標，用于與所述校準感測裝置一起使用以獲取所述校準目標相對于所述校準感測裝置的位置數(shù)據(jù)，其中所述校準目標剛性地鏈接到所述第二感測裝置，且所述第二感測裝置與所述校準目標之間的位置關系是已知的；以及第二重新定位裝置，用于重新定位所述第二感測裝置而不改變所述第二感測裝置與所述校準目標之間的位置關系。所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)耦合到所述第一和第二測量模塊，配置為提供指示所述第一感測裝置和所述第二感測裝置的位置的用戶接口。


本公開借助于實例和附圖來說明，但這些實例和附圖并非用于限制本公開，并且其中同樣的參考數(shù)字指示同樣的元件，在附圖中圖1A是實例性位置確定系統(tǒng)的俯視圖。
圖1B示出了圖1A中所示的實例性位置確定系統(tǒng)的操作。
圖1C示出了實例性測量模塊的部分的結構。
圖2示出了具有重新定位機構的實例性測量模塊的仰視圖。
圖3A是實例性測量模塊的透視圖。
圖3B是示出圖3A中所示測量模塊的部分的詳細結構。
圖4A-4C示出了在所述重新定位機構操作的過程中由校準相機觀察到的校準目標的改變的實例。
圖5A-5C示出了測量模塊的旋轉。
圖6A-6C示出了在所述重新定位機構操作的過程中由對準相機觀察到的對準目標的改變的實例。
圖7A是所述重新定位機構的變體。
圖7B-7D示出了所述重新定位機構的另一變體。
圖7E示出了所述重新定位機構的另一變體。
圖8A-8C示出了確定所述對準相機的位置的實例。
圖9是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框圖，根據(jù)它可以實現(xiàn)實例性位置確定系統(tǒng)。
圖10A-10C示出了所述位置確定系統(tǒng)的實例性用戶接口的屏幕圖象捕捉。
具體實施例在下面的描述中，為了解釋的目的，提出很多的具體細節(jié)以便提供對本公開的徹底的理解。對于本領域專業(yè)技術人員來說，本公開很明顯可以在沒有這些特定細節(jié)的情況下被實行。在其他的實例中，以框圖的形式示出已經(jīng)被熟知的結構和裝置，目的是避免不必要地使本公開不清楚。
系統(tǒng)概述描述了計算機輔助的輪對準(wheel alignment)系統(tǒng)(“對準器”)，使用它可以實現(xiàn)實例性位置確定系統(tǒng)。所述對準器包括對準相機，用于捕獲圖象并產(chǎn)生附著到測試車輛的對準目標的位置數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于處理所述位置數(shù)據(jù)并且確定所述對準目標的位置；以及重新定位機構，其被配置用于對所述對準相機的視場進行重新定位。根據(jù)對準過程中車輛的尺寸，所述重新定位機構將所述對準相機的所述視場調整到一位置，在所述位置處所述對準目標可以由所述對準相機適當?shù)乜吹?，而不需要拆除?或重新安裝所述對準器。
圖1A是所述對準器的俯視圖。所述對準器具有左測量模塊2和右測量模塊4。箭頭30示意性地指示正在進行對準的機動車輛。所述車輛包括左和右前輪22L、22R以及左和右后輪24L和24R。對準目標80a、80b、80c、80d被分別地固定到每個輪22L、22R、24L、24R。每個對準目標通常包括板82，其上印有對準目標信息；以及夾緊機構88用于將所述對準目標固定到輪上。所述術語“左”和“右”僅用于說明的目的，并非有意要求特定元件相對于另一元件定位到特定位置或者有特殊的聯(lián)系。
左測量模塊2包括左對準相機10L和校準相機20。左對準相機10L面對著所述車輛并且沿著軸42觀察所述左側對準目標80a、80b。對準相機10L剛性地固定到左剛性支座12。
校準相機20面對著所述右測量模塊4，并沿著軸46觀察校準目標160。校準相機20也被剛性地固定到剛性支座12。在一實施例中，軸42和軸46相對成大約90。角；然而，此特殊角度關系是不被要求或不必要的。
右測量模塊4包括右對準相機10R，其通常對著所述車輛，并且沿著所述軸44觀察右側對準目標80c和80d。右對準相機10R被固定到剛性的對準相機支座14。校準目標160被剛性地固定到對準相機支座14的一位置，所述位置能夠被沿著軸46的校準相機20看到。
盡管校準相機20被說明為形成左測量模塊2的部分且校準目標160為所述右測量模塊4的一部分，校準相機20和校準目標160的位置可以切換。
校準相機20以及左對準相機10L被固定到預定的已知的位置。類似地，右對準相機10R和校準目標160被固定到預定的已知的位置。因此，所述校準相機相對于左對準相機10L的位置是已知的，并且所述右對準相機10R相對于對準目標160的位置也是已知的。包括在所述左測量模塊中的所述兩個對準相機的相對位置可以通過使用精確對準相機安裝硬件來獲得。另一方法是對所述兩個對準相機的位置進行工廠校準，并將其存儲以備以后使用。
左對準相機10L和校準相機20被穩(wěn)定地安裝在支座12上，以避免引入校準偏差，所述偏差在所述對準相機相對于所述支座移動時會出現(xiàn)。類似地，右對準相機10R和校準目標160被穩(wěn)定地安裝在支座14上。
可選擇地，左測量模塊2和右測量模塊4還可以包括光源62、64、66，以照亮所述校準目標160和輪對準目標80a到80d。在一實施例中，第一光源62被對準為垂直于軸46，以使光線沿著所述軸照亮校準目標160；第二光源64被對準為垂直于軸42，以使光線沿著所述軸照亮左側輪對準目標80a和80b；而第三光源66被對準為垂直于軸44，以使光線沿著所述軸照亮右側輪對準目標80c和80d。在一實施例中，每個光源62、64、66包括電路板或者其他基板，其上安裝有多個發(fā)光二極管(LED)，面向照明的方向。然而，也可以使用任何其他的光源。
根據(jù)對準車輛的不同尺度，所述對準器使用重新定位機構來對所述對準相機10L、10R的視場進行重新定位，以定位到能夠正確地看到所述對準目標的位置，而不需要拆卸和/或重新安裝所述對準器。圖1B示意性地說明了在不同工作模式中的所述對準器的工作。其中同時示出寬車輛31和窄車輛32，以說明所述車輛尺寸的差別。所述對準器可以工作在寬模式和窄模式下。當工作在寬模式下時，相機10L、10R的視場被分別指向點W1和W2。當工作在窄模式下時，相機10L、10R的所述視場被分別指向點N1和N2。
視場P1表示設置在寬模式中的對準相機10L、10R的視場，以觀察附加到所述寬車輛31的輪的對準目標；而視場P2表示設置在窄模式中的對準相機10L、10R的視場，以觀察附加到所述窄車輛32的輪的對準目標。
如圖1B中所示，如果所述對準器被設置到寬模式，并且如果對準的車輛是窄車輛32，則附加在所述窄車輛的所述對準目標將超出所述視場P1。作為響應，可使用所述重新定位機構以將視場從P1重新定位至P2，以使所述對準目標落在所述對準相機的視場中。
相反地，如果所述對準器被設置到窄模式，并且如果對準的車輛是寬車輛31，則附加在所述窄車輛的對準目標將超出所述視場P2。作為響應，可使用所述重新定位機構以將所述視場從P2重新定位至P1，以使所述對準目標落在所述對準相機的視場中。
盡管上面的實例為了說明的目的使用了對準相機，所述重新定位操作可以被應用到其他具有定向感測區(qū)域的感測裝置或者具有定向信號發(fā)射路徑的信號源。例如，所述感測裝置可以是定向的光傳感器，其感測來自具有光源例如LED的活動的對準目標的光線。每個光傳感器感測具有有限的感測區(qū)域以感測來自特定方向的光。在另一實施例中，所述測量模塊可以包括具有LED的光源，并且所述對準目標可包括定向光傳感器。所述對準目標上的傳感器產(chǎn)生所述光源的位置信號。所述測量模塊和其上附加對準目標的所述輪之間的相對位置的測量，可以根據(jù)所述由所述對準目標所獲取的位置信號來計算。
圖1C展示了所述右測量模塊4的部分結構。右測量模塊4包括支柱52，用于將右對準相機10R以及校準目標160提升到適合的高度，以使附著到正被測試的對象的所述對準目標能夠正確地被所述對準相機看到。所述支柱52可以是固定到對準架或服務設施的地板的剛性柱。
右對準相機10R和校準目標160被固定到剛性支座14。剛性支座14被附著到旋轉板230。所述旋轉板230有孔，其允許所述支柱52穿過。杠桿260被用于使所述旋轉板230相對于所述支柱52的中心旋轉。由于右對準相機10R和校準目標160通過剛性支座14剛性地附著到所述旋轉板230，右對準相機10R和校準目標160在旋轉板230繞所述支柱52的中心旋轉時也繞所述支柱52的中心旋轉。
左測量模塊2有與右測量模塊4類似的結構，只是左測量模塊2具有校準相機20而不是校準目標160。所述左測量模塊2使用校準相機20來觀察校準目標160。校準相機20與校準目標160之間的相對位置的確定是基于由校準相機20所獲取的校準目標160的圖象而進行的。
測量模塊的校準如圖1A中所示，測量模塊2和4已經(jīng)被安置在待對準的車輛的前面。左測量模塊2被定向為使得左對準相機10L能夠觀察所述車輛的左側，并且校準相機20能夠觀察右測量模塊4的校準目標160。右測量模塊4被定位為使得右對準相機10R能夠觀察所述車輛的右側，并且校準目標160能夠被校準相機20看到，如圖1中所示。在所述對準器可以使用之前，必須確定所述每個測量模塊的組件的相對位置。
在一實施例中，所述測量模塊中的元件(例如，對準相機、校準相機、以及校準目標)的制作和校準是采用這樣一種方式，即一旦制成后，每個對準測量模塊中這些元件的相對位置不會有任何的變化。隨后測量兩個測量模塊的相對位置，對所述對準器完成校準過程。
在另一實施例中，所述對準器被制造時對每個測量模塊的元件的相對位置進行校準，并且存儲用于這些元件的校準數(shù)據(jù)以今后在校準所述測量模塊時使用。另外，所述測量模塊的校準的實現(xiàn)是在服務站，在那里進行輪的對準。因為所述測量模塊中的對準相機、校準相機和校準目標之間的相對位置被校準，在測量左測量模塊相對于右測量模塊的位置時，所有校準相機均被校準。在這些條件下，所述對準器被認為是已經(jīng)完全校準，并且已經(jīng)準備好用于輪對準中。
在一實施例中，左校準相機20被用于測量左校準相機20相對于右校準目標160的位置。左校準相機20相對于右校準目標160的位置的測量產(chǎn)生左測量模塊2相對于右測量模塊4的位置，因為所述校準相機被固定到左測量模塊2，并且校準目標160被固定到右測量模塊4。
在又一實施例中，校準相機20被配置為周期性地校準左測量模塊2相對于右測量模塊4的位置。校準所述對準器的時間間隔是變化的，其可以是每秒幾次、或者每天一次、或者每周一次等等。
實施校準的方法的細節(jié)描述見序列號為09/576,442的共同未決專利申請，標題為“Self-Calibrating，Multi-Alignment camera Machine VisionMeasuring System”，由Jackson等人于2000年5月22日提交，以及序列號為09/928,453的共同未決專利申請，標題為“Self-Calibrating 3DMachine Vision Measuring System Useful In Motor Vehicle WheelAlignment”，由Jackson等人于2002年8月14日提交，所述兩申請均被轉讓給本發(fā)明受讓人，并且在這里提出以供參考。
重新定位機構如上所述，所述對準器有重新定位機構，用于重新定位所述對準相機的視場，以適應不同尺寸的車輛，而不需要拆卸或重新安裝所述測量模塊。圖2展示測量模塊200的仰視圖，其具有實例性的重新定位機構，其能夠移動或轉動所述對準相機，以使所述對準相機的視場可以沿著x-y平面重新定位，如圖1B中所示。
所述測量模塊200有旋轉板230。對準相機290與校準目標或者校準相機一起被剛性地附著到所述旋轉板230。所述旋轉板230有允許所述支柱52穿過的孔。支撐板210是具有滑動器的固定車，其可以沿著所述支柱52上下滑動。所述支撐板210有四個槽242、244、246和248。所述旋轉板230通過安置在這些槽中的銷252、254、256和258附著到所述支撐板210并可沿著這些槽滑動。
杠桿260被用于使旋轉板230相對于支柱52的中心旋轉。所述杠桿260通過樞軸262可旋轉地附著到旋轉板230以及支撐板210。偏置盤264被圍繞所述樞軸262安置，并且在所述支撐板210和所述杠桿260之間。
圖3A展示了具有對準相機290和校準目標160的測量模塊200的透視圖。對準相機290和校準目標160通過剛性支座14附著到旋轉板230。杠桿260通過樞軸262和軸承310附著到所述旋轉板230上。
圖3B展示了所述杠桿260、軸承310和機架320的詳細結構。所述軸承310允許所述杠桿260開動所述旋轉板230的旋轉。所述樞軸262穿過所述軸承310。所述軸承310通過兩個螺釘320、340固定到所述旋轉板230。所述軸承310有多個小球314和所述軸承內的內滾道312和外滾道316。所述內滾道312被壓入到所述樞軸262中。當所述杠桿260被旋轉時，所述軸承310使所述樞軸262旋轉，并且所述非同心的偏置盤264在所述旋轉板230上提供力，以使杠桿260的旋轉轉換為旋轉板230的旋轉。由于所述對準相機/校準相機/校準目標都是被剛性地附著到所述旋轉板，所述對準相機/校準相機/校準目標隨所述旋轉板230的旋轉而旋轉。當所述對準相機旋轉時，所述對準相機的視場也旋轉。因此，如圖1B中所示，可以簡單地通過所述杠桿260旋轉所述旋轉板230，使所述視場從P1定位到P2，或者從P2到P1。
圖4A-4C展示了在所述重新定位機構的操作過程中由所述校準相機20觀察到的所述校準目標160的變化的實例。在轉動所述對準相機290的過程中，所述校準相機20和所述校準目標160之間的相對位置會改變。因此，所述校準目標160從所述校準相機的視場的右側(圖4A)移動到中間(圖4B)，并且隨后移動到所述校準相機的視場的左側(圖4C)。所述校準相機和對準目標的相對位置的確定根據(jù)的是所述校準目標的圖象的改變。
圖5A-5C展示了在重新定位對準相機之一的所述視場的過程中一個測量模塊旋轉的實例。在圖5A-5C中，所述校準目標160從面對著所述圖(圖5A)的左側旋轉到幾乎面對所述圖的中間(圖5C)。
圖6A-6C展示了重新定位上述對準相機中之一的視場的結果的實例。在圖6A中，所述對準目標超出了所述對準相機的視場。通過重新激活所述重新定位機構，所述對準目標開始出現(xiàn)在所述對準相機的視場內(圖6B)，并且最終到達所述對準相機的視場的中間(圖6C)。
所述重新定位機構的另一實施例使用馬達來旋轉所述旋轉板230。所述馬達可以是任何類型的馬達，例如伺服馬達、步進馬達、DC馬達等等，以旋轉所述軸?？墒褂民R達來替換所述軸承310以及所述杠桿260。樞軸262連接所述旋轉板230和所述支撐板210。所述馬達的外側被剛性地附著到所述旋轉板230，類似于所述軸承310的外側。所述馬達的內側向所述軸262施加轉矩。所述馬達使所述樞軸262旋轉，并使所述非同心的偏置盤264在類似于凸輪的所述旋轉板230上施加力。
圖7A展示了所述重新定位機構的另一變體，用于沿著所述X-Y平面重新定位所述對準相機的視場。所述對準相機290和校準目標160被剛性地附著到板380，板380通過鉸鏈351附著到所述支柱52。所述板可以相對于所述支柱52自由地移動，其又重新定位所述對準相機的視場。另一測量模塊可以具有與圖7C中所示同樣的結構，不同的是校準相機被安置在面對所述校準目標160的所述板上。作為一種選擇，馬達可用于旋轉所述旋轉板230。所述馬達可以被安置在所述鉸鏈上以旋轉所述板。
另一種用于沿著X-Y平面重新定位所述對準相機的視場的重新定位機構的變體被展示在圖7B-7D中。在圖7B中，所述重新定位機構具有跨于軌道393上的對準相機290，所述軌道由柱391支撐。所述對準相機290的底部有輪390，于是所述對準相機290能夠在所述軌道393上滑動，以重新定位所述對準相機的所述觀察路徑。圖7C展示了在外側機殼上描繪校準目標圖案160的所述校準相機190的透視圖。圖7D展示了對準相機模塊396的俯視圖，所述模塊容納了用于觀察附著到車輛輪的對準目標的對準相機395，以及用于觀察所述校準目標圖案160的校準相機394。所述對準相機模塊396可以以與圖7C中所示的類似的方式來安裝。
盡管本公開描述了重新定位機構的各種設計，為本專業(yè)技術人員所熟知的、用于沿著X-Y平面移動或者旋轉所述對準相機的重新定位機構的其他變體也可以被用于實施所述測量模塊。另外，盡管可以得到不同的重新定位機構，所述重新定位機構的應用并非限制于使用相同類型的重新定位機構。重新定位機構的不同組合可以被使用在左和右測量模塊上。例如，圖7B中示出的測量模塊可以與圖7A中示出的所述類型的測量模塊一起使用。
圖7E描述了重新定位機構，其能夠沿著X-Y平面重新定位所述對準相機的所述視場。圖7E展示了測量模塊700的部分結構。所述測量模塊700有一類似于圖2中所描述的結構，只是對準相機140通過樞軸640可樞轉地附著到剛性的對準相機支座14。為了更清楚的示出所述重新定位機構，省略了所述測量模塊的其他組件。
在所述對準相機104的背面，彈簧650連接在所述對準相機104和所述旋轉板230之間。螺絲調節(jié)器660被安置在所述對準相機104和所述剛性對準相機支座14之間。當所述螺絲調節(jié)器660被轉動時，其使所述對準相機140相對于所述樞軸640向上或者向下旋轉。因此，所述對準相機可以沿著X-Z平面向上或者向下傾斜，以適應具有不同輪尺寸的車輛。
如果優(yōu)選，也可以使用馬達來獲取機器驅動的重新定位機構。例如，馬達可以被安置在所述鉸鏈(圖7A)、所述樞軸(圖7E)或者所述輪(圖7C)上，以執(zhí)行所述對準相機的旋轉或者移動。
操作模式的指示如圖1B中所示，在將所述對準相機的視場從寬模式重新定位到窄模式(P1到P2)或者與之相反時，這兩個視場之間的角度是小的，有時在大約6°。所述6°的旋轉不容易被人眼觀察到。因此，技術人員要獲知所述觀察角度的精確位置、或者測量模塊是被設置到寬模式還是窄模式是有困難的。圖8A-8C展示了確定所述測量模塊的操作模式的方法。
在圖8A中，所述杠桿260被定位設置到左側。此時，垂直于所述對準相機表面的軸410與參考軸420形成角θ1。在圖8B中，通過將所述杠桿260從左邊的位置轉動到中間，垂直于所述對準相機表面的軸現(xiàn)在是軸432，并且與所述參考軸420形成角θ2，其中θ2＞θ1。在圖8C中，當所述杠桿260被進一步再向右側轉動時，垂直于所述對準相機表面的軸現(xiàn)在是軸434，并且與所述參考軸420形成角θ3，其中θ3＞θ2＞θ1。
盡管θ3和θ1之間存在角度差(大約6°)，所述杠桿260從左邊移動到右邊(大約80°)。因此，所述杠桿角度的變化在所述對準相機旋轉的過程中很容易觀察到。因此，所述杠桿角度在所述對準相機旋轉的過程中對操作員形成視覺反饋。通過觀察所述杠桿角度的變化，操作員能夠確定所述對準相機是在寬模式、窄模式、還是上述兩個模式之間的某位置。
作為一種選擇，傳感器被用于檢測所述對準相機的旋轉，并且產(chǎn)生表示所述對準相機的旋轉狀態(tài)的信號。所述信號可以被饋送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并且輸出到用戶接口以表示所述旋轉的狀態(tài)。所述傳感器可以被安置在所述對準相機的下面以確定旋轉角度?；蛘撸鰝鞲衅骺梢员话仓迷谒龈軛U上或其附近，以檢測所述杠桿(圖2)、所述鉸鏈(圖3C)或者所述軌道(圖3D)的旋轉角度。
對準目標的定位對準由于車輛尺寸是變化的，所述對準器必須確定用來進行對準的車輛是寬車輛還是窄車輛，以及將所述對準相機的視場定位到什么地方，以使所有的對準目標均正確地出現(xiàn)在所述對準相機的視場內。重新定位所述對準相機的視場的一種方法是讓技術人員到所述測量模塊處，并且手動調整所述對準相機的方向，直到所述對準目標圖象正確地出現(xiàn)在所述對準相機的視場中。
定位對準目標也可以自動地實現(xiàn)，而不需要人的干預。一種方法是在每次對準之前將所述對準器默認地設置到一種操作模式，即或者是寬模式或者是窄模式。所述對準器將為每個對準相機初始地確定對準目標是否可接受地出現(xiàn)在所述視場的預定區(qū)域中。為了確定所述對準目標是否正確地落在所述視場的預定區(qū)域中，所述對準器可以訪問正確地落在所述視場的預定區(qū)域中的對準目標的預先存儲的圖象。通過經(jīng)常地將由所述對準相機獲取的圖象信號與所述預先存儲的圖象進行比較，所述對準器能夠確定所述對準目標是否正確地落在了所述視場的預定區(qū)域中。
如果所述對準器被缺省設置到寬模式，并且如果所述對準目標正確地落在了所述視場的預定區(qū)域中，所述對準器確定所述待對準車輛是寬車輛，并且可以開始對準而無需進一步調整所述對準相機的視場。
另一方面，如果至少一個對準目標未能正確地落在所述視場的預定區(qū)域中，所述系統(tǒng)確定所述在試驗中的車輛是窄車輛，并且所述對準應向窄模式調整，直到所述對準目標正確地出現(xiàn)在所述視場中。
相反地，所述對準器可以預先設置在窄模式。所述對準器的操作類似于上面討論的情況。
另一種自動地定位所述對準目標的方法是使用自動的掃描處理(process)。在所述自動的掃描處理中，在每次對準之前，所述對準器將為每個對準相機初始確定對準目標是否可接受地出現(xiàn)在所述視場的預定區(qū)域中。如果所述對準目標正確地落在所述視場的預定區(qū)域中，所述對準相機的視場將不受任何進一步的調整。
另一方面，如果至少一個對準目標未能正確地落在所述視場的預定區(qū)域中，則沒有對準目標落在上述確定的區(qū)域中的所述對準相機被控制以掃描所有可用的位置，例如從窄到寬，直到所述對準目標正確地出現(xiàn)在所述預先確定的視場中。
所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的硬件概述所述對準器包括用于執(zhí)行多個任務的數(shù)據(jù)處理，例如處理位置信號、計算相對位置、向所述操作員提供用戶接口、顯示對準指令和結果、從操作員接收指令、發(fā)送控制信號以重新定位所述對準相機等等。所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從所述測量模塊接收位置信號并且發(fā)送控制信號以控制所述重新定位機構的操作。
圖9是示出了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900的框圖，本公開的實施例可以通過所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900包括用于傳遞信息的總線902或者其他通信機構，以及用于處理信息的與總線902耦合的處理器904。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900也包括主存儲器906，例如隨機訪問存儲器(RAM)或者其他的動態(tài)存儲設備，耦合到總線902以存儲由處理器904執(zhí)行的信息和指令。主存儲器906也可以被用于在執(zhí)行由處理器904執(zhí)行的指令期間存儲臨時變量或者其他的中間信息。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900還包括只讀存儲器(ROM)909或耦合到總線902的其他靜態(tài)存儲裝置，用于存儲靜態(tài)信息和用于處理器904的指令。存儲設備910，例如磁盤或者光盤被提供并耦合到總線902，以存儲信息和指令。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900也可以通過總線902耦合到顯示器912，例如陰極射線管(CRT)，用于向操作員顯示信息。包括字母數(shù)字和其他鍵的輸入設備914，被耦合到總線902，用以向處理器904傳遞信息和命令選擇。另一類型的用戶輸入設備是光標控制916，例如鼠標、跟蹤球或光標方向鍵，用于向處理器904傳遞方向信息和命令選擇，并用于控制顯示器912上光標的移動。
所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900被控制以響應所述處理器904，其執(zhí)行包括在主存儲器906中的一個或者多個指令的一個或者多個序列。這些指令可以從另一機器可讀介質，例如存儲設備910，讀入到主存儲器906中。包括在主存儲器906中的指令序列的執(zhí)行使處理器904執(zhí)行在此所述的所述處理步驟。在可替換的實施例中，硬件實現(xiàn)的電路可以代替軟件指令或者與軟件指令組合以實施本公開。因此，本公開的實施例并非限制于硬件電路和軟件的任何特定的組合。
這里使用的所述術語“機器可讀介質”，是指參與向處理器904提供指令用于執(zhí)行的任何介質。這樣的介質可以采取多種形式，包括但不限于非易失性介質、易失性介質以及傳輸介質。非易失性介質包括，例如，光盤或磁盤，如存儲設備910。易失性介質包括動態(tài)存儲器，如主存儲器906。傳輸介質包括同軸線纜、銅線和光纖，包括構成總線902的線。傳輸介質也可以采用聲波和光波的形式，例如那些在無線電波和紅外線數(shù)據(jù)通信過程中產(chǎn)生的電磁波。
例如，機器可讀介質的一般形式包括軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶或者任何其他的磁介質、CD-ROM、任何其他的光介質、穿孔卡、紙帶、任何具有孔圖案的物理介質、RAM、PROM、和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他的存儲芯片或者盒式盤，如下文所述的載波、或者數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可讀的任何其他的介質。
各種形式的機器可讀介質可以被用于存儲一個或者多個指令的一個或者多個序列，以供處理器904執(zhí)行。例如，所述指令可以初始地在遠程數(shù)據(jù)處理的磁盤上執(zhí)行。所述遠程數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以將所述指令加載入其動態(tài)存儲器中，并且使用調制解調器通過電話線發(fā)送所述指令。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900本地的調制解調器能夠接收所述電話線上的數(shù)據(jù)，并且使用紅外線發(fā)送器將所述數(shù)據(jù)轉換為紅外信號。紅外檢測器能夠接收所述紅外信號中攜帶的數(shù)據(jù)，并且適當?shù)碾娐纺軌驅⑺鰯?shù)據(jù)放置到總線902上?？偩€902將所述數(shù)據(jù)攜載到主存儲器906，處理器904從所述主存儲器906檢索并執(zhí)行所述指令。由主存儲器906接收的指令可以有選擇地在由處理器904執(zhí)行之前或之后存儲到存儲設備910。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900也包括耦合到總線902的通信接口919。通信接口919提供了一個耦合到網(wǎng)絡鏈路920的雙向的數(shù)據(jù)通信，所述網(wǎng)絡鏈路920被連接到本地網(wǎng)絡922。例如，通信接口919可以是綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)卡或者調制解調器，以提供到對應類型的電話線的數(shù)據(jù)通信連接。作為另一實例，通信接口919可以是一局域網(wǎng)(LAN)卡，以提供到兼容的LAN的數(shù)據(jù)通信連接。也可以采用無線鏈路。在任何這些實施中，通信接口919發(fā)送并接收電信號、電磁信號、或者光信號，這些信號承載表示不同類型的信息的數(shù)字數(shù)據(jù)流。
網(wǎng)絡鏈路920典型地通過一個或者多個網(wǎng)絡提供數(shù)據(jù)通信到其他的數(shù)據(jù)設備。例如，網(wǎng)絡鏈路920可以通過本地網(wǎng)絡922提供到主機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)924的連接或者到由因特網(wǎng)服務供應商(ISP)926操作的數(shù)據(jù)設備的連接。ISP 926又通過環(huán)球包數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，即現(xiàn)在通常所說的“因特網(wǎng)”929來提供數(shù)據(jù)通信服務。本地網(wǎng)絡922和因特網(wǎng)929二者使用電信號、電磁信號或者光信號來承載數(shù)字數(shù)據(jù)流。通過各種網(wǎng)絡的信號以及網(wǎng)絡鏈路920上并且通過通信接口919的信號，將所述數(shù)字數(shù)據(jù)攜載至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900并攜載來自數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900的數(shù)字數(shù)據(jù)，它們都是傳輸所述信息的載波的實例性的形式。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)900能夠通過網(wǎng)絡、網(wǎng)絡鏈路920以及通信接口919來發(fā)送消息并且接收數(shù)據(jù)，包括程序代碼。在因特網(wǎng)的實例中，服務器930可以通過因特網(wǎng)929、ISP 926、本地網(wǎng)絡922以及通信接口919傳送用于應用程序的被請求的代碼。根據(jù)本公開的實施例，一個如此下載的應用為在此所述的對準器的自動校正作準備。
所述數(shù)據(jù)處理也具有各種信號輸入/輸出端口(圖中沒有示出)，其用于連接到外圍設備并且與之通信，所述外圍設備如USB端口、PS/2端口、串口、并口、IEEE-1394端口、紅外通信口等等、或者其他的專用端口。所述測量模塊可以通過這樣的信號輸入/輸出端口與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通信。
用戶接口所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供了用戶接口，以與操作員通信并請求操作員的輸入。圖10A-10C展示了實例性的用戶接口屏，本公開可以借助于其來執(zhí)行。
所述屏的上部提供了表示不同功能的各種可點擊的指令按鈕，用于接受操作員的輸入指令。圖中示出簡化表示的車輛1000。所述車輛1000有轉輪920，輪922、924、926、928。對準目標992、994、996、998與所述輪一起被展示。兩個對準相機位置指示器932和934被提供以形式對準相機視場的相應位置。當所述對準相機旋轉時，指針960A、960B對應地移動。當指針960A、960B指向所述車輛900時，所述對準相機處于窄模式。當指針960A、960B指向離開所述車輛900的方向時，所述對準相機處于寬模式。
所述用戶接口可以給操作員提供指示，即所述對準目標是否在所述對準相機的正確的視場內。例如，不同的顏色可以被用于所述對準目標992、994、996、998以指示所述對準目標是否被所述對準相機正確地看到如果所述對準目標不能被所述對準相機看到，所述對準目標將以第一顏色來例如白色表示，而當所述對準目標能夠被所述對準相機看到時，所述對準目標將以第二顏色例如紅色來表示。
在圖10A中，所有的對準目標被以白色來顯示，這是指沒有對準目標能夠被所述對準相機看到。所述對準相機位置指示器指示所述對準相機是在窄模式中，因為指針960A、960B都指向所述車輛1000。因此，根據(jù)由所述用戶接口傳遞的信息，操作員現(xiàn)在知道需要調整對準相機。操作員可以發(fā)送控制指令，例如通過使用鼠標來將所述指針移動到所述測量模塊，以控制對準相機的視場的重新定位。
在圖10B中，指針960A現(xiàn)在指向離開所述車輛1000的方向，而指針960B仍然保持與圖10A中相同的位置。另外，所述對準目標996、998的顏色現(xiàn)在變成紅色，而所述對準目標992、994的顏色仍然是白色。因此，所述接口表示對準相機之一已經(jīng)被調整，并且所述對準目標996、998現(xiàn)在能夠被所述對準相機正確地看到。
在圖10C中，所述指針960A、960B二者的指向離開所述車輛1000的方向，并且所有對準目標992、994、996、998的顏色現(xiàn)在都變成紅色。因此，這兩個對準相機的位置已經(jīng)被調整，并且所述對準目標992、994、996、998現(xiàn)在能夠被所述對準相機正確地看到。
本公開描述了位置確定方法和系統(tǒng)，能夠滿足前述需要以及其他需要。所述位置確定系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、第一測量模塊和第二測量模塊。所述第一測量模塊包括第一測量裝置，其與第一測試目標一起使用，以產(chǎn)生所述第一對準目標裝置相對于所述第一測量裝置的位置數(shù)據(jù)。所述第一測量模塊有校準目標，其具有已知的相對于所述第一測量裝置的位置關系。可以對所述所述第一測量裝置進行調整，以使所述第一測試目標裝置落在所述第一測量裝置的特定的測量區(qū)域內。
所述第二測量模塊包括第二測量裝置，其與第二測試目標裝置一起使用，以產(chǎn)生所述第二測試目標裝置相對于所述第二測量裝置的位置數(shù)據(jù)。所述第二測量模塊有校準測量裝置，其與所述校準目標一起使用，以產(chǎn)生所述校準目標相對于所述校準測量裝置的位置數(shù)據(jù)。所述第二測量裝置與所述校準測量裝置之間的位置關系是已知的。所述第二測量裝置可以被調整，以使所述第二測試目標裝置落在所述第二測量裝置的特定的測量區(qū)域內。
所述測量裝置以及所述目標被用于產(chǎn)生相關于所述測量裝置和所述目標之間的相對位置的位置數(shù)據(jù)。一方面，所述測量裝置可以是任何的方向傳感器，其能夠感測來自所述測試目標的信號，所述測試目標例如用于傳感所述測試目標的圖象的機器視覺裝置，或者用于感測來自特定方向的光的感測區(qū)域有限的光傳感器。機器視覺裝置的實例是相機或者視頻相機等。所述測試/校準目標可以是由機器視覺裝置俘獲的特定形式的圖象?？蛇x地，所述測試/校準目標可以是有效的光源，例如LED(發(fā)光二極管)。
一方面，提供了重新定位機構，用于調整所述測量裝置，使所述對準目標落在所述測量裝置的感測區(qū)域內。例如，可以提供馬達以使相機相對于軸旋轉，以使所述相機的鏡頭瞄準新的方向?；蛘?，所述相機可以被可滑動地附著到水平的軌道上，使所述相機可以沿著所述軌道移動并且所述相機的鏡頭可以瞄準一個新的點。
還公開了校準所述位置確定系統(tǒng)的方法。所述方法確定所述第一測試目標是否落在所述第一測量裝置的特定感測區(qū)域內，以及第二測試目標是否落在所述第二測量裝置的特定感測區(qū)域內。響應于所述第一測試目標未能落在所述第一測量裝置的所述第一特定感測區(qū)域內，所述第一測量裝置的所述感測區(qū)域被重新定位，直到所述第一測試目標落在所述第一測量裝置的所述特定感測區(qū)域內。如果所述第二測試目標未能落在所述第二測量裝置的所述特定感測區(qū)域內，所述第二測量裝置的所述感測區(qū)域被重新定位，直到所述第二測試目標落在所述第二測量裝置的所述特定感測區(qū)域內。表示所述校準目標相對于所述校準測量裝置的位置數(shù)據(jù)的信號被接收。所述第一測量裝置相對于所述第二測量裝置的位置關系隨后基于所述第一測量裝置和所述校準目標之間的位置關系、所述第二測量裝置和所述校準感測裝置之間的位置關系、以及所述校準目標相對于所述校準測量裝置的位置數(shù)據(jù)來確定。
產(chǎn)生所述第一測試目標的位置參數(shù)和所述第二測試目標的位置參數(shù)，所述參數(shù)的產(chǎn)生基于所述第一測量裝置和所述校準目標之間的位置關系、所述第二測量裝置和所述校準測量裝置之間的位置關系、所述第一測試目標相對于所述第一測量裝置的位置數(shù)據(jù)、所述第二測試目標相對于所述第二測量裝置的位置數(shù)據(jù)、以及所述校準目標相對于所述校準測量裝置的位置數(shù)據(jù)。
還提供了一種用于定位所述測試目標的方法，其與所述位置確定系統(tǒng)一起使用。所述方法確定所述第一測試目標是否在所述第一測量裝置的特定的感測區(qū)域內、以及所述第二測試目標是否在所述第二測量裝置的特定的感測區(qū)域內。響應于任何的測試目標未能落在所述測量裝置的所述特定感測區(qū)域內，所述測量裝置的所述感測區(qū)域被連續(xù)地調整，直到所述測試目標正確地落在所述測量裝置的所述特定感測區(qū)域內。
所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括用戶接口以指示所述測試目標是否正確地落在所述測量裝置的所述感測區(qū)域內。如果任何的測試目標未能處于所述測量裝置的特定的感測區(qū)域內，則提供可見指示以指示所述情況。例如，可在顯示器上顯示警告消息以通知操作員作出適當?shù)恼{整?；蛘呖梢栽陲@示器上提供所述狀態(tài)的圖象表示。
參照其特定的實施例已對本發(fā)明進行了描述。然而，明顯的是可以在不背離本公開的更廣的精神和范圍內對其進行各種修改和改變。說明書和附圖因此應被看作是說明性的，而非限制性的。
權利要求
1.一種位置確定系統(tǒng)，包括第一測量模塊，包括第一感測裝置，用于獲取第一對象相對于所述第一感測裝置的位置數(shù)據(jù)；校準感測裝置，剛性地鏈接到所述第一感測裝置，其中所述第一感測裝置與所述校準感測裝置之間的位置關系是已知的；以及第一重新定位裝置，用于重新定位所述第一感測裝置而不改變所述第一感測裝置與所述校準感測裝置之間的位置關系；第二測量模塊，包括第二感測裝置，用于獲取第二對象相對于所述第二感測裝置的位置數(shù)據(jù)；校準目標，用于與所述校準感測裝置一起使用以獲取所述校準目標相對于所述校準感測裝置的位置數(shù)據(jù)，其中所述校準目標剛性地鏈接到所述第二感測裝置，且所述第二感測裝置與所述校準目標之間的位置關系是已知的；以及第二重新定位裝置，用于重新定位所述第二感測裝置而不改變所述第二感測裝置與所述校準目標之間的位置關系。以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，耦合到所述第一和第二測量模塊，配置為提供指示所述第一感測裝置和所述第二感測裝置的位置的用戶接口。
2.如權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一感測裝置配置為產(chǎn)生所述第一感測裝置和所述第一對象之間的位置關系的信息；所述第二感測裝置配置為產(chǎn)生所述第二感測裝置和所述第二對象之間的位置關系的信息；所述校準感測裝置配置為產(chǎn)生所述校準感測裝置和所述校準目標之間的位置關系的信息；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)被配置用于基于所述第一感測裝置和所述第一對象之間的位置關系的信息、所述第二感測裝置和所述第二對象之間的位置關系的信息、以及所述校準感測裝置和所述校準目標之間的位置關系的信息，而確定與所述第一對象和所述第二對象相關聯(lián)的位置信息。
3.如權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一感測裝置、所述第二感測裝置以及所述校準感測裝置是機器視覺裝置。
4.如權利要求3的系統(tǒng)，其中所述機器視覺裝置是相機。
5.如權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一對象、所述第二對象及所述校準目標包括光發(fā)射源。
6.如權利要求5的系統(tǒng)，其中所述第一感測裝置、所述第二感測裝置以及所述校準感測裝置是光傳感器。
7.如權利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一測量模塊進一步包括支撐所述第一感測裝置的第一支撐結構，且所述第二測量模塊包括支撐所述第二感測裝置的第二支撐結構。
8.如權利要求7的系統(tǒng)，其中所述第一支撐結構和所述第二支撐結構可以旋轉。
9.如權利要求7的系統(tǒng)，其中所述第一重新定位裝置包括用于旋轉所述第一支撐結構的第一馬達，且所述第二重新定位裝置包括用于旋轉所述第二支撐結構的第二馬達。
全文摘要
一種位置確定系統(tǒng)，包括第一測量模塊、第二測量模塊和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。第一測量模塊包括第一感測裝置，用于獲取第一對象相對于其的位置數(shù)據(jù)；校準感測裝置，剛性地鏈接到第一感測裝置，其與第一感測裝置之間的位置關系是已知的；及第一重新定位裝置，用于重新定位第一感測裝置。第二測量模塊包括第二感測裝置，用于獲取第二對象相對于其的位置數(shù)據(jù)；校準目標，用于獲取校準目標相對于校準感測裝置的位置數(shù)據(jù)，其剛性地鏈接到第二感測裝置，且其與第二感測裝置之間的位置關系是已知的；以及第二重新定位裝置，用于重新定位第二感測裝置。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)耦合到第一和第二測量模塊，其提供指示第一和第二感測裝置位置的用戶接口。
文檔編號G01C11/06GK1776356SQ200510112718
公開日2006年5月24日 申請日期2002年6月14日 優(yōu)先權日2001年6月15日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·杰克遜, 布里安·M·布里文, 帕特瑞克·B·奧馬霍尼 申請人:斯耐普昂技術有限公司