專利名稱：車輪定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本主題涉及利用基于圖像處理的定位技術(shù)和一項或多項其它定位技術(shù)的組合來實現(xiàn)車輪定位的技術(shù)和設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)前普遍使用的車輪定位系統(tǒng)使用附在車輪上的傳感器或測量頭來測量車輪和懸掛的各種不同角度。將這些角度傳送給主機系統(tǒng)，在主機系統(tǒng)中，在車輛定位角度的計算中使用這些角度。在標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)定位儀構(gòu)造中，在車輪上附有四個定位測量頭。各個傳感器頭包括兩個水平或束角測量傳感器和兩個垂直或外傾角/前后俯仰傳感器。各個傳感器測量頭還包含支持全體傳感器數(shù)據(jù)獲取以及與定位儀控制臺通信的電子電路，本地用戶輸入端，和用于狀態(tài)反饋、診斷和校準(zhǔn)支持的本地顯示器。必須準(zhǔn)備四套構(gòu)成各個測量頭的四個傳感器和電子電路以及機械外殼，因為每個輪子要有一套。近年來，在某些店鋪中已經(jīng)用上了計算機輔助的三維(3D )機器視覺定位系統(tǒng)來定位汽車車輪。在這樣的系統(tǒng)中，一個或多個攝像機觀測附在車輪上的靶標(biāo)(target)，并且定位系統(tǒng)中的計算機對靶標(biāo)的 圖像進行分析，以確定車輪的位置并且根據(jù)車輪位置數(shù)據(jù)確定車輪的定位。該計算機典型地根據(jù)通過圖像數(shù)據(jù)的處理獲得的計算結(jié)果指導(dǎo)操作者正確地調(diào)整車輪來實現(xiàn)精確定位。這種圖像處理型的車輪定位系統(tǒng)或定位儀有時稱為“3D定位儀”。使用這樣的圖像處理的車輪定位儀的例子是可通過商業(yè)手段從John Bean Company(阿肯色州康威市)得到的Visualiner3D (三維可視定位儀)或“V3D”，John Bean Company是實耐寶公司(Snap-on Incorporated)的分公司。具有直接安裝在車輪上的傳感器的常規(guī)非視覺定位系統(tǒng)正在變成大路貨。由于競爭激烈并且圖像處理型的、沒有安裝在車輪上的傳感器的定位系統(tǒng)得到了廣泛認(rèn)可，常規(guī)系統(tǒng)的市場價位持續(xù)走低。主流傳統(tǒng)定位系統(tǒng)依舊需要很高的精度和既定功能集，然而成本較低的技術(shù)和制造工藝更受歡迎。不幸地是，這些進步可能仍然僅僅實現(xiàn)了依靠增加成本達到的改良。期望得到的是使用既降低了成本又保持精度和功能不變的新式輪裝傳感器測量頭的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本文的教導(dǎo)通過將圖像處理定位儀型的用于一個或多個帶有攝像機成像設(shè)備的測量頭的靶標(biāo)與其它車輪測量頭中的位置/取向傳感器相結(jié)合而改善了傳統(tǒng)定位系統(tǒng)。例如，車輪定位系統(tǒng)可以包括一對從動測量頭和一對主動傳感測量頭。從動測量頭適合于與要通過車輪定位系統(tǒng)的操作進行測量的第一對車輪相結(jié)合地安裝。主動傳感測量頭適合于與車輛的第二對車輪相結(jié)合地安裝。各個從動測量頭包括靶標(biāo)，例如可由圖像傳感器觀測到的靶標(biāo)。各個主動傳感測量頭包括用于產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的圖像傳感器，在各個測量頭都安裝到了車輛的各車輪上或與車輛的各車輪相結(jié)合地安裝時，所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)應(yīng)該包括從動靶標(biāo)的圖像。該系統(tǒng)還包括與至少一個主動傳感測量頭相關(guān)聯(lián)的空間關(guān)系傳感器?？臻g關(guān)系傳感器能夠在將這些主動傳感測量頭安裝在車輪上時實現(xiàn)主動傳感測量頭之間的空間關(guān)系的測量。該系統(tǒng)還包括計算機。該計算機處理與靶標(biāo)的觀測有關(guān)的圖像數(shù)據(jù)以及來自至少一個空間關(guān)系傳感器的位置數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)處理能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的至少一項測
量結(jié)果的計算。按照本發(fā)明的另一個方面，用在車輪定位系統(tǒng)的主動傳感測量頭包括用于安裝在要通過車輪定位系統(tǒng)的操作進行測量的車輪上的外殼和安裝在該外殼中的圖像傳感器。該圖像傳感器產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。在測量操作中，圖像數(shù)據(jù)典型地包括與車輛的另一個車輪相結(jié)合的靶標(biāo)的圖像。傳感測量頭還包括安裝在外殼中的至少一個斜度傳感器，用于在將主動傳感測量頭安裝在車輛的車輪上時感測主動傳感測量頭的傾角。空間關(guān)系傳感器安裝在外殼中，用于測量主動傳感測量頭與安裝在車輛的不同車輪上的另一個主動傳感測量頭之間的空間關(guān)系。通信接口使得反映了圖像數(shù)據(jù)、所感測的傾角和由橫跨位置傳感器測得的位置關(guān)系的數(shù)據(jù)能夠從主動傳感測量頭傳送到車輪定位系統(tǒng)的主計算機。一種采取至少一種按照本文講授的原理的車輛測量的方法涉及利用與車輛的第二車輪相結(jié)合地安裝的第一測量頭中的圖像傳感器來采集與車輛的第一車輪相結(jié)合的靶標(biāo)的圖像，以產(chǎn)生第一圖像數(shù)據(jù)。 與車輛的第三車輪相結(jié)合的靶標(biāo)的圖像是利用與車輛的第四車輪相結(jié)合地安裝的第二測量頭中的圖像傳感器來采集的，以產(chǎn)生第二圖像數(shù)據(jù)；該方法此外還需要測量第一測量頭和第二測量頭之間的空間關(guān)系。對第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)以及空間關(guān)系測量結(jié)果進行處理，以計算車輛的至少一個測量結(jié)果。將會在接下來的說明中給出部分額外的優(yōu)點和新穎特征，并且一部分優(yōu)點和新穎特征對于仔細(xì)閱讀了下文和附圖的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的，或者可以通過生產(chǎn)或操作這些例子來領(lǐng)會。本文的教導(dǎo)的優(yōu)點可以通過實踐或使用所附權(quán)利要求中具體指出的方法、手段和組合來實現(xiàn)和獲得。


附圖描繪了按照本文教導(dǎo)的一個或多個實現(xiàn)方式，僅僅作為實例，而非作為限制。在這些附圖中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的或類似的元件。圖1以示意圖方式圖解說明靶標(biāo)和主動傳感測量頭相對于車輪的第一種布局。圖1A和圖1B圖解說明了可以用在從動測量頭上的各種不同類型的靶標(biāo)。圖2是混合車輪定位系統(tǒng)的功能框圖，它的元件安裝在受檢車輛的車輪上(不過為了簡明，省略了車輛的其它一些元件)。圖3是該系統(tǒng)的某些安裝在車輪上的部件的側(cè)視圖，其中主動傳感器測量頭之一以局部橫截面詳細(xì)視圖的方式示出。圖4是解釋攝像機軸線與測得重力向量的前后俯仰平面之間的關(guān)系時使用的主動傳感器測量頭之一的側(cè)視圖。圖5是解釋攝像機與測得重力向量的外傾角平面之間的關(guān)系時使用的主動傳感器測量頭之一的后視圖。圖6是主動傳感器測量頭之一的部件的功能框圖。圖7以示意圖方式圖解說明了靶標(biāo)和主動傳感測量頭相對于車輪的另一種布局，在這種情況中，使用額外的靶標(biāo)和圖像感測來測量主動測量頭之間的空間關(guān)系。
圖8是圖7的系統(tǒng)的一些安裝在車輪上的部件的側(cè)視圖，其中主動傳感器測量頭之一以局部橫截面詳細(xì)視圖的方式示出，總體上類似于圖3 ;但是其中空間關(guān)系傳感器采用另一臺攝像機。圖9是圖7中的詳細(xì)視圖示出的主動傳感器測量頭的部件的功能框圖。圖10到圖18以示意圖方式圖解說明了一系列的可選布局，這些可選布局具有與車輪的不同組合相關(guān)聯(lián)的各種不同的測量頭/靶標(biāo)并且使用各種不同的構(gòu)造或設(shè)備來進行空間關(guān)系感測。
具體實施例方式在下文的詳細(xì)介紹中，以舉例的方式給出了大量具體細(xì)節(jié)，為的是提供相關(guān)教導(dǎo)的透徹理解。不過，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，有一點應(yīng)該是顯而易見的，本文的教導(dǎo)無需這些細(xì)節(jié)即可實踐。在其它范例中，公知的方法、過程、零部件和電路是不涉及細(xì)節(jié)地以相對較高的層次介紹的，為的是避免不必要地混淆本文教導(dǎo)的要點。各個附圖中示出的例子給出了成本相對較低的定位系統(tǒng)。這些示范性系統(tǒng)本質(zhì)上是“混合的”，因為它們將圖像處理的要點與一項或多項其它類型的測量技術(shù)結(jié)合了起來。這樣的混合系統(tǒng)對于受測車輛的兩個車輪使用可見靶標(biāo)，例如從動測量頭上的靶標(biāo)，并且該系統(tǒng)在附在車輛的另外兩個車輪上的主動傳感測量頭中使用光學(xué)成像傳感器(例如攝像機)和其它定位傳感器的組合。從動測量頭比傳統(tǒng)定位系統(tǒng)中使用的測量頭制造起來明顯便宜得多。主動傳感測量頭的成本一般來說可以與傳統(tǒng)車輪定位系統(tǒng)的兩個測量頭的成本差不多。使用成像技術(shù)測量車輛兩個前輪的位置和取向貢獻了額外的優(yōu)點，包括得出在正常情況下在低成本系統(tǒng) 中不可能得到的與基于圖像處理的車輪定位相關(guān)聯(lián)的測量結(jié)果的能力。這些額外的測量結(jié)果可以包括磨胎半徑(US6，532，062)、滾動半徑(US6，237，234)和主銷后傾(US6，661，751)?，F(xiàn)在對附圖中示出和下文討論的例子進行詳細(xì)說明。圖1繪制了靶標(biāo)和主動傳感測量頭相對于受測車輛20的車輪的第一種布局，例如用來測量一個或多個車輪的定位參數(shù)。為了便于圖示，省略了車輛的除了車輪之外的零件。該車輪定位系統(tǒng)包括安裝在車輛的各個車輪22和24上的一對從動測量頭21和23，在這個例子中，這兩個車輪是前轉(zhuǎn)向輪。主動傳感測量頭25和27適合于與車輛的其它各個車輪26和28相聯(lián)合地安裝，在這種情況下這兩個車輪是后輪。各個主動傳感測量頭包括用于產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的圖像傳感器29或31，在各個測量頭都安裝到了車輛20的各車輪上時，所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)應(yīng)該包括從動靶標(biāo)的圖像。在這個第一實例中，主動傳感測量頭25和27中的圖像傳感器29和31是二維(2D)成像裝置，例如攝像機。測量頭21和23是從動的，因為它們包括祀標(biāo),但是不包括任何傳感元件。各個從動測量頭21和23包括可由主動測量頭25和27中的圖像傳感器29或31之一觀測到的類型的靶標(biāo)。從動測量頭21或23上的用來由另一個測量頭上的傳感器進行圖像感測的靶標(biāo)可以是主動的或從動的。主動靶標(biāo)，比如發(fā)光二極管(LED)，是在電源驅(qū)動下發(fā)射可由傳感器檢測的能量(例如IR或可見光)的源。從動靶標(biāo)是不由電源驅(qū)動并且不發(fā)射用來由傳感器檢測的能量的元件。假設(shè)測量頭25或27中有圖像傳感器，則從動靶標(biāo)應(yīng)當(dāng)是以可由相應(yīng)圖像傳感器檢測的方式反射(或不反射)光或其它能量的物體。在該例中，這些靶標(biāo)包括在受到其它光源照射時能夠檢測到并且能夠由主動傳感測量頭25和27中的攝像機之類的裝置成像的明亮和黑暗區(qū)域，不過這些靶標(biāo)可以包括一個或多個發(fā)光元件。圖1A中示出了可以用在任何一個從動車輪測量頭21上的靶標(biāo)的第一個例子。在這個第一個例子中，靶標(biāo)是矩形的。圖1B中示出了可以用在任何一個從動車輪測量頭21上的靶標(biāo)的第二個例子。在這個第二個例子中，靶標(biāo)是圓形的。在各個情況下，靶標(biāo)都由帶有不同大小的圓形圖案的平板構(gòu)成，這些圓形是以預(yù)定的格式和樣式標(biāo)記在或安裝在該平板上的。雖然圖1A和圖1B示出的是特定的圖案，但是很顯然，在各個靶標(biāo)上可以使用很多種不同的圖案。例如，可以包括數(shù)量或多或少的點并且可以為這些點使用其它的大小和形狀。作為另一個例子，也可以為這些靶標(biāo)使用多面板或物體。很多例子采用多個反光元件排布形成各個靶標(biāo)。更加詳盡的信息，可以關(guān)注授予Jackson的美國專利US5724743。該系統(tǒng)還包括與至少一個主動傳感測量頭25或27相關(guān)聯(lián)的空間關(guān)系傳感器?？臻g關(guān)系傳感器能夠在將主動傳感測量頭25和27安裝在車輪上時實現(xiàn)這些主動傳感測量頭之間的空間關(guān)系的測量。一般來說， 取決于所使用的傳感器類型，空間關(guān)系傳感器可以測量相對位置和/或取向。位置測量結(jié)果指的是被測物從測量裝置的角度出發(fā)的或在測量裝置的坐標(biāo)系內(nèi)的相對位置。位置的測量通常使用標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系，比如笛卡兒坐標(biāo)或極坐標(biāo)。取向可以從三維位置測量結(jié)果中得出，或者可以與位置無關(guān)地測量取向。取向與用標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系表示的被測裝置相對于測量裝置的旋轉(zhuǎn)位置有關(guān)。取向一般用三個正交基準(zhǔn)面中的旋轉(zhuǎn)角表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易明白，本文討論的車輪定位系統(tǒng)可以利用各種不同類型的空間關(guān)系傳感器來實現(xiàn)。在這個第一個例子中，該系統(tǒng)使用兩個傳統(tǒng)的(1D)角度傳感器33和35來在束角平面內(nèi)測量主動傳感測量頭25和27的相對角度。主動測量頭25和27還包含重力傳感器或類似裝置，用來測量測量頭的斜度，典型地是測量外傾角和前后俯仰。在這個第一個例子中，測量頭25包括一個或多個斜度傳感器37 ;測量頭27包括一個或多個斜度傳感器39。后面的例子將會更加詳細(xì)地示出(參見圖2)，該系統(tǒng)還包括計算機。該計算機處理來自于主動傳感測量頭的與靶標(biāo)觀測有關(guān)的數(shù)據(jù)和斜度數(shù)據(jù)。該計算機還處理來自于至少一個空間關(guān)系傳感器的空間關(guān)系數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)處理能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的至少一項測量結(jié)果的計
笪
ο在車輪定位系統(tǒng)中，使用圖像處理技術(shù)進行的測量本質(zhì)上不同于使用傳統(tǒng)的角度測量技術(shù)。雖然基本的圖像處理技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，但是為了清楚起見，會給出簡要的介紹。主體的圖像隨著觀看這一主體的透視而改變,并且圖像的變化與觀看主體所沿的觀看路徑的透視角度直接相關(guān)且可從該透視角度確定出來。此外，我們知道僅僅通過將物體的透視圖像與它真實的非透視圖像關(guān)聯(lián)起來就可以確定透視角度。反過來說，可以通過將物體的透視圖像與它的非透視圖像進行比較來確定物體以何種角度面向觀看路徑(或與其垂直的平面)。在實踐中，將靶標(biāo)的數(shù)學(xué)表達或與靶標(biāo)的真實圖像(即，通過與靶標(biāo)的主平面垂直地觀看而取得的圖像)和尺寸相應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)先編程到計算機的存儲器中，從而在定位處理期間，計算機具有可以與靶標(biāo)的視見透視圖像進行比較的參考圖像。
計算機計算靶標(biāo)方位的方式是識別靶標(biāo)上的某些幾何特征、取得這些幾何特征的透視測量結(jié)果并且將這些測量結(jié)果與之前預(yù)先編程到計算機存儲器內(nèi)的真實圖像進行比較。此外，由于將靶標(biāo)的真實尺寸預(yù)先編程到了計算機的存儲器中，因此可以使用本發(fā)明的方法和設(shè)備來確定車輪在三維空間內(nèi)的精確位置。這可以通過首先確定靶標(biāo)上圖案的某些元素的透視圖像(例如，圓形之間的距離)并且將這一圖像的尺寸與這些元素的真實尺寸進行比較來完成。這樣將會得出該元素與圖像傳感器之間的距離，相應(yīng)地，將會得出靶標(biāo)與圖像傳感器之間的距離。對本文討論的車輪定位系統(tǒng)，主動測量頭中的圖像傳感器觀看附在車輪上的靶標(biāo)并且產(chǎn)生描述靶標(biāo)的透視圖像的圖像數(shù)據(jù)。計算機將靶標(biāo)的透視圖像數(shù)據(jù)與靶標(biāo)的真實形狀關(guān)聯(lián)起來。在這樣做的過程中，計算機將靶標(biāo)的某些已知幾何元素的尺寸與透視圖像中的相應(yīng)元素的尺寸聯(lián)系起來，并且通過進行某些三角計算(或者通過任何其它的適當(dāng)數(shù)學(xué)或數(shù)值方法)，計算車輪的定位。計算機還可以計算與從動靶標(biāo)相關(guān)聯(lián)的車輪的旋轉(zhuǎn)軸(車輪軸)的三維位置和取向。對于與基于靶標(biāo)圖像 處理的測量有關(guān)的額外信息，可以再次關(guān)注授權(quán)給Jackson的美國專利US5724743。圖2描繪了低成本混合車輪定位系統(tǒng)50的一個更加泛泛的例子以及車輛的四個車輪41，43，45和47 (為了簡明起見，沒有示出其它的部分)。系統(tǒng)50包括用于安裝在圖中用文字表示的車輪41、43、45和47上或者與車輪41、43、45和47相關(guān)聯(lián)的四個測量頭51，53，55和57?？梢允褂酶鞣N各樣不同類型的安裝裝置。在這個例子中，將從動測量頭51和53安裝在前輪41和43上，并且前測量頭51和53使用反光靶標(biāo)。當(dāng)如圖所示那樣安裝在車輪上時，反光靶標(biāo)面向后方，以便可由各個主動傳感測量頭中的圖像傳感器觀測。這些反光靶標(biāo)可以與三維(3D)機器視覺定位系統(tǒng)中使用的靶標(biāo)類似。安裝在后輪45和47上的測量頭55和57是主動傳感測量頭，因為它們包括圖像感測元件。在這個例子中，如下文將要討論的，測量頭55和57此外還包括斜度和空間關(guān)系感測元件，用于獲得由車輪定位系統(tǒng)50的主機系統(tǒng)100處理的信息。類似于V3D攝像機的成像傳感器位于各個后測量頭中。各個這種攝像機的光軸沿著車輛的軌跡指向前方，以便測量附在前輪上的靶標(biāo)的位置和取向。這些攝像機不必直接處于車輪的軌跡上，就是說，處于車輪的滾動線路上。這些攝像機只需從旁側(cè)面向車輪軌跡，就足以觀看到并且采集與前輪相聯(lián)合的從動測量頭51、53上的靶標(biāo)的圖像。在該例中，主動傳感測量頭55包括包含具有沿著左車輪的軌跡面向前的攝像機61的形式的圖像傳感器的圖像感測模塊或類似裝置。在這樣安裝時，攝像機61的視野包括安裝在左前輪41上的從動測量頭51的靶標(biāo)部分。類似地，主動傳感測量頭57包括包含具有沿著右車輪的軌跡面向前的攝像機63的形式的圖像傳感器的圖像感測模塊或類似裝置。在這樣安裝時，攝像機63的視野包括安裝在右前輪43上的從動測量頭53的靶標(biāo)部分。將一個或多個傳感器附在后測量頭55、57上并且將所述一個或多個傳感器定位成用來測量兩個主動傳感測量頭之間的空間關(guān)系。可以使用各種各樣的可用感測技術(shù)，并且稍后將討論兩個實例。在圖2中所示的例子中，主動傳感測量頭55包括傳感器65 ;主動傳感測量頭57包括傳感器67。傳感器65和67在這一應(yīng)用中用于感測主動傳感測量頭55和57之間的相對角關(guān)系，而對來自攝像機61和64的圖像信號進行處理是為了計算常規(guī)的前輪定位參數(shù)，比如外傾角和束角。各個后測量頭55或57還裝有一個或多個傾斜計，這些傾斜計用作斜度傳感器，用來測量各個后測量頭相對于重力的相對外傾角和前后俯仰角。這些傾斜計，例如，可以包括設(shè)計為集成在軌跡攝像機的印刷電路板上的MEMS型裝置。圖3是本系統(tǒng)的一些車輪安裝部件的側(cè)視圖。這個左視圖示出了附在左前輪41上的左前測試頭51，左前測試頭51帶有它的從動靶標(biāo)。該側(cè)視圖還示出了附在左后輪45上的左后主動傳感測量頭55。圖3還部分地以剖面圖方式給出了主動傳感測量頭55的元件的放大詳圖。如圖所示，測量頭55包括外殼71。為了清晰，省略了將外殼安裝到車輪上的硬件。外殼71包含前向軌跡攝像機61。在這個例子中，空間關(guān)系傳感器65使用射束角檢測技術(shù)，稍后將參照圖6對此進行討論，不過也可以使用其它類型的傳感器。該外殼還包含用于用戶激活測量頭55的鍵盤74和包含用于對來自于(多個)攝像機和其它傳感器的數(shù)據(jù)進行處理以及與主計算機的通信的數(shù)據(jù)處理電子電路的印刷電路板75。為了形成混合系統(tǒng)的傳感測量頭，板75還支撐著前后俯仰斜 度傳感器77和外傾角斜度傳感器79。雖然所示出的是分開的，但是該兩個斜度傳感器77、79可以是單獨一個傾斜計模塊的元件。傳感器77、79將斜度讀數(shù)傳送給板75上的用來將攝像機數(shù)據(jù)發(fā)送到主計算機系統(tǒng)100的處理器。圖4和圖5是主動傳感測量頭55的以側(cè)視圖和后視圖形式給出的多少有些程式化的圖解說明，這兩個附解說明由斜度傳感器測量的軸與其它元件的相互關(guān)系。為了討論，這里假設(shè)斜度傳感器77-79是單獨一個MEMS傾斜計的元件。該傾斜計確定相對于前后俯仰平面(圖4)的重力向量(圖4)和相對于外傾角平面的重力向量(圖5)。當(dāng)然，對另一個主動傳感測量頭57 (圖2)也要采取類似的測量。這樣，可以對各個測量頭相對于重力的取向加以處理，以將各個面向軌跡的攝像機的光軸與重力關(guān)聯(lián)起來(圖4和圖5)。這樣還可以通過處理圖像數(shù)據(jù)和重力向量數(shù)據(jù)測得各個前靶標(biāo)與重力的關(guān)系。圖6是主動傳感測量頭之一的元件的功能框圖，在這種情況下是測試頭55的功能框圖，不過在這個第一個例子中測試頭57的元件總體上是類似的。如前面所討論的，主動傳感測量頭55包括包含具有軌跡攝像機61形式的圖像傳感器的圖像感測模塊81或類似裝置，軌跡攝像機61在使用時會沿著左輪的軌跡面向前方，以使得該攝像機能夠獲得包含從動測量頭51的靶標(biāo)的圖像(也見圖2)。圖6中所示的面向軌跡的圖像傳感器模塊81包括LED陣列83，該LED陣列作為發(fā)光器使用，用來為安裝在車輛同一側(cè)的車輪41上的測量頭51上的靶標(biāo)實現(xiàn)期望的照度而發(fā)射光線。攝像機61是為了車輪定位應(yīng)用而感測圖像的數(shù)碼相機。在操作中，攝像機61基于在圖像中與像素對應(yīng)的點上感測到的光的模擬強度來生成各個圖像像素的值。將該值數(shù)字化并且將其讀出到主印刷電路板75上的電路中?？梢栽跀z像機傳感器芯片上或之外對該值數(shù)字化。在這種實現(xiàn)方式中，空間關(guān)系傳感器模塊65包括IR LED85、縫隙86和線性圖像傳感器87 (比如電荷耦合器件(CXD)或CMOS單元)。IR LED 85朝向相對一側(cè)的測量頭57中類似的束角傳感器投射光束。按照類似的方式，相對一側(cè)的測量頭57包括朝向測量頭55投射光束的IR LED。從相對一側(cè)的測量頭57的IR LED發(fā)出的IR光/輻射由線性圖像傳感器87經(jīng)由縫隙86感測。傳感器87上檢測到來自于另一個測量頭的IR光的精確點表明了來自于相對一側(cè)測量頭的光在測量頭55中的傳感器87上的相對入射角度。以類似的方式，來自于測量頭55的IR LED85的IR光/輻射由相對一側(cè)的測量頭57中的線性圖像傳感器經(jīng)由縫隙感測；相對一側(cè)的線性圖像傳感器上檢測到來自于LED 85的IR光處的精確點表明了來自于測量頭55的光在測量頭57中的線性傳感器上的相對入射角度。來自于兩個線性傳感器的角度檢測數(shù)據(jù)的處理能夠?qū)崿F(xiàn)兩個主動傳感測量頭中的攝像機61和63的攝像機光軸之間的角度關(guān)系的確定。電路板75包括數(shù)字信號處理器(DSP)或其它圖像處理器類型的電路和伴隨的數(shù)據(jù)/程序存儲器91。在操作中，各個攝像機61、63向圖像處理電路89供應(yīng)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。如圖所示，主動傳感測量頭55還包括外傾角斜度傳感器79和前后俯仰斜度傳感器77。這些傾斜計元件向處理器89供應(yīng)重力角度測量值(見圖4和圖5的討論內(nèi)容)。圖像處理電路89針對這些數(shù)據(jù)進行一項或多項操作并且將這些數(shù)據(jù)供應(yīng)給通信接口 93，以便發(fā)送給主計算機系統(tǒng)100。電路89的圖像處理操作可以涉及對各種不同的數(shù)據(jù)進行格式化，以便通信。按照另外一種可選方案，處理器89可以在向主計算機系統(tǒng)100發(fā)送之前進行一定程度的預(yù)處理。就圖像數(shù)據(jù)而言，圖像預(yù) 處理可以包括梯度計算、背景消除和/或行程長度編碼(run-length encoding)或其它數(shù)據(jù)壓縮(見例如由Robb等人申請的美國專利US6，871，409)。處理器89還可以響應(yīng)于來自于斜度傳感器77、79的斜度數(shù)據(jù)和/或空間關(guān)系測量數(shù)據(jù)，將圖像數(shù)據(jù)處理到一定程度。按照另外一種可選方案，可以將斜度和橫跨位置數(shù)據(jù)簡單地轉(zhuǎn)送到主計算機系統(tǒng)，以備在圖像數(shù)據(jù)的進一步處理中使用?？梢詫⒅鲃訙y量頭之一中的處理器89構(gòu)成為從另一個測量頭接收數(shù)據(jù)并且在內(nèi)部進行車輪定位參數(shù)計算，并且然后僅僅將車輛測量結(jié)果發(fā)送到主計算機系統(tǒng)100。而且，可以將主動測量頭之一中的處理器89構(gòu)成為計算所有的定位值并且還生成用戶界面。在這種情況下，主動測量頭可以擔(dān)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的職責(zé)，供應(yīng)實現(xiàn)車輪定位系統(tǒng)的用戶界面的網(wǎng)頁，并且主計算機可以由帶有網(wǎng)頁瀏覽器并且沒有車輪定位專用軟件的任何通用計算機構(gòu)成。不過，為了使成本最低，可以在主機中執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的主要部分，在這種情況下，可以將DSP/處理電路89進行的處理(并且因而DSP/處理電路89的復(fù)雜度)保持在最低水平上。板75上的處理器89或另一個控制器(沒有單獨示出)還提供針對主動傳感測量頭55的操作的控制。例如，控制元件(處理器89或其它控制器)將會控制LED陣列83和IR LED 85發(fā)射的時機和強度以及攝像機81和線性圖像傳感器87的時機和可能的其它操作參數(shù)。主動傳感測量頭55還包括用于用戶激活測量頭55的鍵盤74，并且處理器89或另一個控制器將會檢測和響應(yīng)經(jīng)由鍵盤74的輸入。計算機通信接口 93為主動傳感測量頭55的部件與主計算機100 (圖2)提供雙向數(shù)據(jù)通信，并且在某些配置下提供主動測量頭之間的雙向數(shù)據(jù)通信。通信接口 93符合適用的數(shù)據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)并且提供與期望物理媒介的接合，從而能夠以期望的速度和以具體安裝形式所期望的方式實現(xiàn)向和從主計算機100的數(shù)據(jù)通信。例如，主通信接口可以是帶有用于與主計算機100中的匹配接口進行電纜連接的USB接頭的USB接口。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在車輪定位系統(tǒng)中可以使用其它的數(shù)據(jù)通信接口，比如以太網(wǎng)、RS-232、RS-422、RS-485、WIFI或無線以太網(wǎng)、Zigbee、藍(lán)牙、UffB (超寬帶)、IrDA或任何其它適當(dāng)?shù)恼瓗Щ驅(qū)拵?shù)據(jù)通信技術(shù)。板75上的電子電路以及圖像感測模塊81和空間關(guān)系傳感器模塊85的元件從電源94接收電力。可以使用任何電壓和電流水平足夠的常規(guī)電源。如果系統(tǒng)50使用電纜，則電源可以來自于常規(guī)的AC電網(wǎng)或者通過USB或以太網(wǎng)接線接收電力。如果測量頭55和57是無線的，則電源可以使用電池電源，或者從可充電的或可拋棄的電池接收電力。按照另外一種可選方案，用于無線測量頭的儲能介質(zhì)可以由特大電容構(gòu)成。回到圖2，主計算機系統(tǒng)100處理來自于主動傳感測量頭55、57的數(shù)據(jù)并且為系統(tǒng)50提供用戶接口。如前面所指出的，數(shù)據(jù)處理可以在主動傳感測量頭55、57之一或二者中的DSP或類似器件中完成。不過，為了使測量頭55和57的成本最低，可以由主計算機系統(tǒng)100或類似的數(shù)據(jù)處理設(shè)備提供主要的處理能力。在本例中，系統(tǒng)100可以由臺式個人計算機(PC)或者諸如筆記本計算機、UMPC (超級移動PC)或類似裝置之類的其它計算機裝置來實現(xiàn)。還可以使用客戶機服務(wù)器方案，在這樣情況下，服務(wù)器會執(zhí)行主處理并且主動測量頭之一或另一個用戶裝置會承擔(dān)客戶機的職責(zé)來提供用戶接口。雖然熟知先進車輪定位技術(shù)的人員應(yīng)該是熟悉各 種適當(dāng)計算機系統(tǒng)的部件、程序和操作的，但是給出一個簡要的例子還是可能有幫助的。計算機系統(tǒng)100包括中央處理單元(CPU) 101和用于提供用戶接口的伴隨元件。CPU部分101包括總線102或其它用于傳送信息的通信機制，和與總線102相接的用來處理信息的處理器104。計算機系統(tǒng)100還包括與總線102相接的用來存儲信息和要由處理器104執(zhí)行的指令的主存儲器106，比如隨機存取存儲器(RAM)或其它動態(tài)存儲裝置。主存儲器106還可以用于存儲處理器104執(zhí)行指令期間的臨時變量或其它中間信息。計算機系統(tǒng)100此外還包括與總線102相接的用來為處理器104存儲靜態(tài)信息和指令的只讀存儲器(ROM) 108或其它靜態(tài)存儲裝置。提供了用于存儲信息和指令的存儲裝置110，比如磁盤或光盤，并且存儲裝置110與總線102相接。雖然僅僅示出了一個，但是很多計算機系統(tǒng)包括兩個或更多存儲裝置110。所示的計算機系統(tǒng)100的實施例還提供了例如本地用戶接口，從而使得該系統(tǒng)表現(xiàn)為在車輪定位場區(qū)或汽車維修車間中可能用到的個人計算機或工作站。計算機系統(tǒng)100可以經(jīng)由總線102與用于向計算機用戶顯示信息的顯示器112相接，比如陰極射線管(CRT)或平板顯示器。輸入裝置114 (包括字母數(shù)字和其它按鍵)與總線102相接，用來向處理器104傳達信息和命令選擇。另一種類型的用戶輸入裝置是光標(biāo)控制器116，比如鼠標(biāo)、軌跡球或者光標(biāo)方向鍵，光標(biāo)控制器116用于將方向信息和命令選擇傳達到處理器104, CPU101繼而又使用方向信息和命令選擇來控制光標(biāo)在顯示器112上的移動。光標(biāo)輸入裝置116典型地具有在第一軸(例如，X軸)和第二軸(例如，y軸)兩個軸上的兩種自由度，這使得該裝置能夠指定平面內(nèi)的位置。用戶接口元件112-116與CPU 101之間的接合可以是有線的或者可以使用光學(xué)或射頻無線通信技術(shù)。CPU 101還包括一個或多個用于通信的輸入/輸出接口，以舉例的方式作為用于與主動傳感測量頭55和57進行雙向數(shù)據(jù)通信的接口 118示出了這樣的輸入/輸出接口。對于車輪定位應(yīng)用而言，接口 118使得CPU能夠接收來自于主動傳感測量頭55和57的圖像數(shù)據(jù)、空間關(guān)系測量數(shù)據(jù)和斜度數(shù)據(jù)。典型地，接口 118還使得主計算機系統(tǒng)100能夠向主動傳感測量頭55和57發(fā)送操作命令和可能的軟件下載。例如，通信接口 118可以是帶有用于與主動傳感測量頭55、57中的匹配接口 93進行電纜連接的USB接頭的通信接口118。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在車輪定位系統(tǒng)中可以使用其它的數(shù)據(jù)通信接口，比如以太網(wǎng)、RS-232、RS-422、RS-485、WIFI或無線以太網(wǎng)、Zigbee、藍(lán)牙、UWB、IrDA或任何其它適當(dāng)?shù)恼瓗Щ驅(qū)拵?shù)據(jù)通信技術(shù)。雖然沒有示出，但是如果需要的話，另一個通信接口可以提供經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)的通信。這一額外的接口可以是調(diào)制解調(diào)器、以太網(wǎng)卡或任何其它適合的數(shù)據(jù)通信裝置。接至額外的(多個)通信接口以及從其中接出的物理鏈路可以是光學(xué)的、有線的或無線的。雖然計算機100可以服務(wù)于店鋪中的其它用途，但是定位系統(tǒng)50使用計算機系統(tǒng)100來處理來自于測量頭55、57的數(shù)據(jù)，以從這些測量頭提供的數(shù)據(jù)中得出期望的定位測量結(jié)果，并且為系統(tǒng)50提供用戶接口。計算機系統(tǒng)100典型地運行各種各樣的應(yīng)用程序和存儲通過比如112-116這些元件提供的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)期望的處理，能夠經(jīng)由用戶接口實現(xiàn)一項或多項交互。對于車輪定位應(yīng)用，程序?qū)ㄟm當(dāng)?shù)拇a以處理從測量頭55、57的具體實現(xiàn)方式接收到的數(shù)據(jù)，包括從來自于測量頭55和57的各種數(shù)據(jù)得出期望的車輪定位測量參數(shù)的計算。主計算機100典型地運行通用操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序或?qū)ｉT適合于執(zhí)行與定位有關(guān)的數(shù)據(jù)處理的外殼程序(shell)，并且提供用于輸入和輸出用于定位測量和相關(guān)服務(wù)的期望信息的用戶接口。由于是通用系統(tǒng)，因此系統(tǒng)100可以運行大量其它合乎需求的應(yīng)用程序中的任何一種或多種。計算機系統(tǒng)100中包含的部件是典型地在用作服務(wù)器、工作站、個人計算機、網(wǎng)絡(luò)終端之類的通用計算機系統(tǒng)中找得到的那些部件。事實上，這些部件原本就是打算用來代表本領(lǐng)域中公知的這些計算機部件的寬泛范疇。在不同的時候，用于車輪定位應(yīng)用的有關(guān)程序可以駐留于數(shù)個不同介質(zhì)中的一個或多個上。例如，可以將某些或全部程序存儲在硬盤或其它類型的存儲裝置110上并且加載到CPU 101中的主存儲器106中來由處理器104執(zhí)行。該程序也可以駐留在用來裝載到系統(tǒng)100中的其它介質(zhì)上或 者由所述其它介質(zhì)輸送，以實質(zhì)性地安裝和/或升級它的程序。由此，在不同的時候，用于任何或所有軟件組件的所有或部分可執(zhí)行代碼或數(shù)據(jù)可以駐留在物理介質(zhì)中或者由電磁媒介攜帶或經(jīng)由各種各樣的不同媒介傳送，來程控特定的系統(tǒng)和/或主動傳感測量頭55、57的電子電路。如本文中所用，諸如計算機或機器“可讀介質(zhì)”這樣的術(shù)語因此指的是參與了向處理器提供指令來執(zhí)行的過程的任何介質(zhì)。這樣的介質(zhì)可以采取任何形式，包括但不局限于，非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)和傳輸媒介(例如電線、光纖等等)以及可以在系統(tǒng)之間或系統(tǒng)部件之間傳遞數(shù)據(jù)或指令的各種類型的信號。象傳統(tǒng)的常規(guī)定位測試頭一樣，可以通過抬升后輪并且使用外傾角傳感器測量偏擺向量，然后抬升前輪并且在靶標(biāo)圍繞著前輪的軸旋轉(zhuǎn)的同時使用攝像機對靶標(biāo)成像，來對測量頭進行偏擺補償。一種備選的方法可以是通過沿著升降機滾動車輪并且在軌跡攝像機對前靶標(biāo)以及升降機、車輛或其它固定物體上的固定靶標(biāo)進行成像來建立固定坐標(biāo)系的同時用傾斜計對測量頭進行偏擺測量，來避免抬升車輪。如前所述，后測量頭55、57裝有傾斜計型的斜度傳感器，用來測量各個后測量頭相對于重力的相對外傾角和前后俯仰角。一旦取得了偏擺值并且測得了傾斜計角度值，就可以對各個測量頭相對于重力的取向進行處理，以將各個面向軌跡的攝像機的光軸與重力關(guān)聯(lián)起來。使用面向軌跡的攝像機與重力的關(guān)系和所測得的前靶標(biāo)與面向軌跡的攝像機的關(guān)系，可以計算出前靶標(biāo)與重力的關(guān)系。由傳感器65和67測量空間關(guān)系，以確定軌跡攝像機61和63之間的空間關(guān)系。前束角、后傾角和SAI應(yīng)該是使用與諸如V3D定位儀之類的成像定位儀中嵌入的那些技術(shù)類似的技術(shù)來測量的。后推進角、各個后單個束角和軌跡攝像機彼此之間的水平角度關(guān)系可以是根據(jù)由后空間關(guān)系傳感器獲得的測量結(jié)果得出的。傾斜計會通過公共重力向量基準(zhǔn)將各個軌跡攝像機彼此關(guān)聯(lián)起來。利用沿著后推進線的軸線彼此有效相關(guān)的軌跡攝像機，可以在與推進角度和重力直接相關(guān)的坐標(biāo)系中確定各個前靶標(biāo)的位置和取向。可以按照與當(dāng)前校準(zhǔn)常規(guī)測量頭大致相同的方式通過將各個后測量頭安裝在直的校準(zhǔn)條(calibration bar)上來進行校準(zhǔn)。首先對校準(zhǔn)條進行旋轉(zhuǎn)來補償偏擺。然后可以設(shè)置后空間關(guān)系傳感器的零偏移并且通過調(diào)平校準(zhǔn)條，可以設(shè)置各個外傾角傳感器的零偏移。前后俯仰的零偏移是通過用精密水準(zhǔn)儀調(diào)平測試頭并且記錄前后俯仰傾斜計的值來設(shè)置的。通過增加另一個適合于從軌跡攝像機的角度安裝前靶標(biāo)的校準(zhǔn)條，可以實現(xiàn)增強的攝像機校準(zhǔn)度(見例如James Dale, Jr提交的美國專利申請公開第2004/0244463號)。在進行了上述初始校準(zhǔn)之后， 軌跡攝像機在前靶標(biāo)和校準(zhǔn)條圍繞前校準(zhǔn)條的軸線旋轉(zhuǎn)的同時測量前靶標(biāo)的取向?？梢杂嬎阋慌_攝像機與另一臺攝像機的關(guān)系并且這樣計算出各個攝像機與經(jīng)過檢查或校準(zhǔn)的后空間關(guān)系的關(guān)系。通過調(diào)平前靶標(biāo)校準(zhǔn)條，還可以檢查各個軌跡攝像機與本地傾斜計的固定關(guān)系。這一冗余檢查有可能包括針對要求測量精度跟蹤能力的客戶的ISO檢查。此外，可以將小的靶標(biāo)固定在能夠?qū)崿F(xiàn)額外的測量或轉(zhuǎn)角的交叉檢查的各個前轉(zhuǎn)盤上。還可以使用V3D車身高度指示器來為了車身高度或其它車體指標(biāo)的用途而測量前車身點。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易明白，本文討論的車輪定位系統(tǒng)可以利用各種不同類型的空間關(guān)系傳感器來實現(xiàn)。圖像傳感器是空間關(guān)系傳感器的一種類型。圖像傳感器可以由具有感測元件的二維陣列的攝像機構(gòu)成，感測元件的二維陣列產(chǎn)生代表期望包含處于該傳感器的視野之內(nèi)的靶標(biāo)的圖像的數(shù)據(jù)?？梢詫碜杂趫D像傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，以確定與所觀看到的靶標(biāo)相關(guān)的位置和取向信息，從而確定與測量頭、車輪或與靶標(biāo)相關(guān)聯(lián)的其它物體相關(guān)的位置和取向信息。現(xiàn)有技術(shù)中圖像傳感器的例子是可通過商業(yè)手段從John Bean Company (阿肯色州康威市)得到的Visualiner 3D中使用的攝像機,John BeanCompany是實耐寶公司(Snap-on Incorporated)的分公司。角度傳感器是另一種類型的適用的空間關(guān)系傳感器。角度傳感器產(chǎn)生表示傳感器相對于一點的角度的數(shù)據(jù)。各種不同類型的角度傳感器一般來說都是公知的。角度傳感器的一個例子是可從John Bean Company買到的Visualiner中使用的那種線性(XD傳感器。由此，現(xiàn)在考慮這樣一個例子可能是有幫助的:用類似于軌跡攝像機的成像型攝像機代替前面針對圖3和圖6介紹的縫隙和線性圖像傳感器風(fēng)格的空間關(guān)系感測布局。圖7到圖9是類似于圖1、圖3和圖6的視圖/示意圖，只是這一第二實現(xiàn)方式的圖解說明表示的是這樣的使用靶標(biāo)和圖像傳感器來實現(xiàn)空間關(guān)系感測功能的替換技術(shù)。與圖1、圖3和圖6的實現(xiàn)方式的車輪和元件類似的車輪和元件采用類似的附圖標(biāo)記并且是以與前面介紹的方式本質(zhì)上相同的方式構(gòu)造和操作的。這個例子在前輪41和43上使用從動二維靶標(biāo)51和53 ;并且它在后輪上使用主動測量頭55’和57’，用于在車輛軌跡的旁側(cè)進行測量，與圖1的例子中差不多。后主動傳感測量頭使用攝像機61、63或類似的2D圖像傳感器來獲得前測量頭51、53上的靶標(biāo)的圖像，并且確定靶標(biāo)相對于主動測量頭的相對位置和取向，和前面針對圖2詳細(xì)討論的一樣。不過，兩個主動測量頭55’、57’的空間關(guān)系是通過至少一個2D圖像傳感器97來確定的，該圖像傳感器97獲得安裝在相對一側(cè)主動測量頭上的2D靶標(biāo)67’的圖像。在這個例子中，主動測量頭57’具有類似于測量頭51和53上的靶標(biāo)之一的相關(guān)靶標(biāo)67’，但是測量頭57’并不包括用于實現(xiàn)空間關(guān)系測量功能的傳感器。主動傳感測量頭55’使用圖像處理型的辦法，基于對靶標(biāo)67’進行成像來實現(xiàn)跨越車輛后部的空間關(guān)系測量。圖像傳感器97典型地可以類似于圖2的例子中用作2D圖像傳感器的攝像機或類似裝置。如圖8和圖9中更加詳細(xì)地示出的，空間關(guān)系傳感器95使用與面向軌跡的圖像傳感器模塊81類似的圖像感測模塊。空間關(guān)系圖像感測模塊95包括數(shù)碼攝像機97和LED陣列99。LED陣列99起到發(fā)光器的作用。針對空間關(guān)系感測的應(yīng)用，LED陣列99產(chǎn)生紅外線(IR)照明。另一 個后測量頭57’包括IR敏感的反光靶標(biāo)67’(圖7)，該反光靶標(biāo)67’要由LED陣列99照射，繼而由攝像機97感測反光靶標(biāo)97’的反射光?？臻g關(guān)系攝像機97代替另一個空間關(guān)系傳感器對位于成對的另一個測量頭(橫跨車輛的后部)上的靶標(biāo)67’進行成像。攝像機61和97 二者可以共享一個測量頭中的公共處理板，而另一個測試頭可以簡單地使用單獨一個攝像機(用于軌跡)和靶標(biāo)(用于橫跨)。由攝像機97獲得的靶標(biāo)圖像的處理可以計算后測量頭之間的角度空間關(guān)系，其方式大致與圖1和圖2的例子中對來自主動測量頭攝像機的圖像進行處理來確定安裝在車輪上的靶標(biāo)的相對角度和/或位置的方式相同。不是象前面的例子中那樣測量空間關(guān)系角，而是圖像感測模塊和相關(guān)的圖像處理測量相對一側(cè)的主動測量頭上的靶標(biāo)的3D空間關(guān)系。對于與基于靶標(biāo)圖像處理的測量有關(guān)的額外信息，可以再次關(guān)注授權(quán)給Jackson的美國專利US5724743。在圖7到圖9的系統(tǒng)中，至少一個主動測量頭包含重力傳感器，用來測量測量頭的外傾角和前后俯仰度。由于安裝在相對一側(cè)主動測量頭上的靶標(biāo)的成像使得該系統(tǒng)能夠獲得兩個主動測量頭之間的三維(3D)空間關(guān)系測量結(jié)果，因此只需要一個主動測量頭具有重力傳感器。除此之外，結(jié)構(gòu)、操作和計算總體上與前面的例子相同。在前面討論的例子中，都是將主動測量頭與后輪相聯(lián)合，并且將靶標(biāo)與車輛前輪相聯(lián)合。不過，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，前面討論的基本構(gòu)造有很多的變型。而且，有成像傳感器與其它傳感器的各種不同組合來確定可以使用的空間關(guān)系。下面將介紹和示出幾種組合。圖10例如示出了一種類似于圖1的布局，其中主動測試頭和靶標(biāo)測試頭位置相反。圖10的車輪定位系統(tǒng)包括安裝在車輛的各個車輪222和224上的一對從動測量頭221和223，在這個例子中，這兩個車輪是后輪。主動傳感測量頭225和227適合于與車輛220的各個前輪226和228相結(jié)合地安裝。同樣，各個主動傳感測量頭包括用于產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的圖像傳感器229或231，在各個測量頭都安裝到了車輛的各車輪上時，所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)應(yīng)該包括從動靶標(biāo)的圖像。在這個例子中，主動傳感測量頭225和227中的圖像傳感器229和231是二維(2D)成像裝置，例如與前面例子中的軌跡攝像機類似的攝像機。測量頭221和223是從動的，因為它們包括可以由主動測量頭225和227中的圖像傳感器之一觀測的那種類型的靶標(biāo)，但是它們不包括任何感測元件。典型地，這些靶標(biāo)包括在受到其它光源照射時能夠檢測到并且能夠由主動傳感測量頭225和227中的攝像機之類的裝置成像的明亮和黑暗區(qū)域。和前面的例子中一樣，該系統(tǒng)還包括與至少一個主動傳感測量頭225或227相關(guān)聯(lián)的空間關(guān)系傳感器?？臻g關(guān)系傳感器能夠在將這些主動傳感測量頭安裝在車輪上時實現(xiàn)主動傳感測量頭225和227之間的空間關(guān)系的測量。在這個例子中，該系統(tǒng)使用兩個傳統(tǒng)的(ID)角度傳感器333和335來在束角平面內(nèi)測量主動傳感測量頭225和227的相對角度。主動測量頭225和227還包含重力傳感器或類似裝置來測量測量頭的斜度，典型地是測量外傾角和前后俯仰。由此，測量頭225包括一個或多個斜度傳感器337 ;并且測量頭227包括一個或多個斜度傳感器339。和前面的例子中所示的一樣(例如圖2)，該系統(tǒng)還包括計算機。該計算機處理來自于主動傳感測量頭的與靶標(biāo)觀測有關(guān)的數(shù)據(jù)和斜度數(shù)據(jù)。該計算機還處理來自于至少一個空間關(guān)系傳感器的空間關(guān)系數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)處理能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的至少一項測量結(jié)果的計算。如所指出的，這個例子實質(zhì)上是將圖1的例子的靶標(biāo)/主動感測測量頭位置前后顛倒的形式。雖然沒有給出所有的變型，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，對于本文討論的每種其它的可選布局，也可以實現(xiàn)類似形式的前后顛倒變型和/或左右顛倒變型。圖11圖解說 明另一種可選布局。在這個例子中，將兩個主動傳感測量頭安裝在車輛一側(cè)上，并且將兩個從動傳感器安裝在車輛的相對側(cè)上。如圖所示，靶標(biāo)在從動測量頭上的安裝提供了一定程度的遠(yuǎn)離車輪的延展，從而使得主動測量頭中的圖像傳感器能夠看到并對靶標(biāo)成像。各個主動測量頭包含對附在車輛相對一側(cè)的對應(yīng)車輪上的靶標(biāo)的圖像進行獲取的圖像傳感器。和前面的例子中一樣，各個主動測量頭包含重力傳感器以測量測量頭的外傾角和前后俯仰。其中，兩個主動測量頭的空間關(guān)系是通過兩個傳統(tǒng)角度傳感器測量兩個測量頭之間的束角平面角度來確定的。由于結(jié)構(gòu)、操作和計算總體上類似于早前的例子，因此在這里沒有給出更加詳細(xì)的討論的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)理解圖11的例子。圖12圖解說明另一種可選布局。在這個例子中，將兩個主動傳感器安裝在車輛一側(cè)上，并且將兩個從動傳感器安裝在車輛的另一側(cè)上。各個主動測量頭包含對附在車輛相對一側(cè)的對應(yīng)車輪上的靶標(biāo)的圖像進行獲取的圖像傳感器。其中，兩個主動測量頭的空間關(guān)系是由對安裝在相對一側(cè)主動測量頭上的靶標(biāo)的圖像進行獲取的一個或多個圖像傳感器所確定的。在該例中，前主動測量頭包括靶標(biāo)，并且后主動測量頭包括用于以類似于圖7到圖9的例子中的3D空間測量的方式獲得該靶標(biāo)的圖像的2D成像傳感器。至少一個主動測量頭包含重力傳感器，用來測量測量頭的外傾角和前后俯仰。由于這個系統(tǒng)獲得兩個主動測量頭之間的3D位置和取向測量結(jié)果，因此僅需要一個主動測量頭具有重力傳感器。同樣，由于結(jié)構(gòu)、操作和計算總體上類似于早前的例子，因此在這里沒有給出更加詳細(xì)的討論的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)理解圖12的例子。圖13是再另一種可選布局。這個例子使用第一主動傳感測量頭，該第一主動傳感測量頭包含單獨一個2D圖像傳感器，用來獲得安裝在車輛的同一側(cè)的另一個車輪上的第一從動測量頭上的從動靶標(biāo)的圖像。第一從動測量頭安裝在與第一主動測量頭處于車輛同一側(cè)的車輪上。在該圖中所示的具體實例中，第一主動測量頭安裝在左后輪上，并且第一從動測量頭安裝在左前輪上。第一從動測量頭上的一個靶標(biāo)可以用來由與左后輪相組合的2D圖像傳感器進行成像，就是說，沿著車輛這一側(cè)的車輛軌跡成像。不過，第一從動測量頭還包含相對于它的第一從動靶標(biāo)的相對位置已知的第二從動靶標(biāo)。第二從動靶標(biāo)伸出到車輪的前方，從而可以由車輛相對一側(cè)的相應(yīng)2D圖像傳感器觀看到，以便在空間關(guān)系測量中進行成像。由此，第二主動測量頭安裝到第一從動測量頭對面，就是說，在所圖示的布局中安裝在右前輪上。第二主動測量頭包含兩個2D圖像傳感器。這兩個傳感器之一獲得安裝在附于相對一側(cè)(左前)輪上的第一從動測量頭上的靶標(biāo)的圖像，以便進行空間關(guān)系測量。第二主動測量頭中的另一個2D圖像傳感器獲得安裝在第二從動測量頭上的靶標(biāo)的圖像，第二從動測量頭安裝在車輛的同一側(cè)，就是說，在這個例子中在右后輪上。第二從動測量頭包含單獨一個靶標(biāo)，并且這個測量頭安裝在第一主動測量頭的對面。在圖13的布局中，至少一個主動測量頭包含重力傳感器，用來測量測量頭的外傾角和前后俯仰。由于這個 系統(tǒng)獲得兩個主動測量頭之間的3D位置和取向測量結(jié)果，因此僅僅需要一個主動測量頭具有重力傳感器。總的來說，圖13的系統(tǒng)的實現(xiàn)方式和操作的細(xì)節(jié)應(yīng)該是可以從這個簡要討論和早前圖1-圖9的例子的詳細(xì)公開中明顯看出的。圖14中所示的例子總體上類似于圖13的例子，只是在圖14的系統(tǒng)中，第一主動測量頭還包含第二圖像傳感器。在該測量頭中的第二圖像傳感器獲得附在第二從動測量頭上的第二靶標(biāo)的圖像。這種構(gòu)造優(yōu)于圖13的布局的優(yōu)點是，它僅需要兩種唯一的測量頭硬件構(gòu)造，而不是四種。兩個主動測量頭是相同的，并且兩個從動測量頭是相同的。各個主動測量頭可以是類似于圖8和圖9中所示的測量頭55’。應(yīng)當(dāng)將一個主動測量頭認(rèn)定為前測量頭，并且將另一個認(rèn)定為后測量頭。這一般可以用嵌入式處理器中的固件來實現(xiàn)。這種構(gòu)造(圖14)的第二個優(yōu)點是，第二空間關(guān)系測量結(jié)果是計算車輪定位不需要的冗余信息。這一冗余信息可以用作對系統(tǒng)的校準(zhǔn)檢驗。如果兩個主動測量頭都包含重力傳感器，則可以驗證外傾角和束角二者。如果只有一個主動測量頭包含重力傳感器，則可以驗證束角校準(zhǔn)。在圖15所示的例子中，該系統(tǒng)使用安裝在各個前輪上的帶有靶標(biāo)的從動測量頭，本質(zhì)上和圖1-圖9的例子中一樣。后輪上示出的主動測量頭包含2D圖像傳感器。放置了兩端上帶有靶標(biāo)的參考條，使得各個主動測量頭可以觀看到參考條上的靶標(biāo)之一以及車輛同一側(cè)的前輪上的靶標(biāo)。參考條上的兩個靶標(biāo)的相對位置和取向是已知的。該系統(tǒng)能夠根據(jù)由主動測量頭測得的兩個參考靶標(biāo)的3D位置和取向以及兩個參考靶標(biāo)的已知關(guān)系找出兩個主動測量頭的空間關(guān)系。這樣提供了由圖7到圖9的例子的空間關(guān)系傳感器——革巴標(biāo)所獲得的空間關(guān)系信息。由于參考靶標(biāo)的位置是固定的，因此它們還可以用作滾動偏擺期間測量的參考。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會從附圖、這一說明和早前其它類似例子的討論中領(lǐng)會這個例子的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和操作。圖16中所示的例子總體上和圖15的例子幾乎一樣地運作，只是只有單獨一個參考靶標(biāo)。主動測量頭中的圖像傳感器的觀察角度必須寬得足以能夠觀看到車輛同一側(cè)的從動測量頭IE標(biāo)和所述單獨一個參考祀標(biāo)。
圖17圖解說明混合車輪定位系統(tǒng)的再另一個例子。這里，該系統(tǒng)使用安裝在每個前輪上的帶有附加靶標(biāo)的從動測量頭。主動測量頭安裝在后輪上，和早前的例子中的幾種情況一樣。各個主動測量頭包含對車輛各側(cè)上的從動測量頭靶標(biāo)的圖像進行獲取的2D圖像傳感器。圖像傳感器從后輪中心向前伸出，從而使得傳感器位于后輪箍前方，以便提供在車輛下方跨越車輛的視線。圖像傳感器之一，在這個例子中是安裝在左后輪上的主動測量頭上的傳感器，包含部分反射鏡，該部分反射鏡使來自于從動靶標(biāo)的圖像通過或者對來自于安裝在車輛另一側(cè)的相應(yīng)主動測量頭上的靶標(biāo)的圖像進行反射。圖18中更加詳細(xì)地示出了反射鏡的操作。來自于安裝在車輛同一側(cè)上(就是說，安裝在圖示布局中的左前輪上)的從動測量頭上的從動靶標(biāo)的光直接穿過半鍍銀鏡，到達安裝在左后輪上的主動傳感測量頭上的2D圖像傳感器。來自于相對一側(cè)主動測量頭上(就是說，安裝在圖示布局中的右后輪上的主動測量頭上)的從動靶標(biāo)的光以一定角度到達反射鏡的部分反射側(cè)并且被反射進入安裝在左后輪上的主動傳感測量頭上的2D圖像傳感器。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是，它通過使得傳感器之一能夠觀看到兩個不同的靶標(biāo) 而省去了一個圖像傳感器。雖然前面已經(jīng)介紹了被看做是最佳模式的實施例和/或其它例子，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以在其中進行各種各樣的改變，并且本文公開的主題可以以各種不同的形式和實例來實現(xiàn)，且本文的教導(dǎo)可以應(yīng)用于多種應(yīng)用，本文僅介紹了其中一部分。所附權(quán)利要求的目的是要求保護落入本文教導(dǎo)的真實范圍之內(nèi)的任何和所有應(yīng)用、改造和改變。
權(quán)利要求
1.一種車輪定位系統(tǒng)，包括: 一對從動測量頭，各個從動測量頭包括靶標(biāo)，該對從動測量頭用于與要通過車輪定位系統(tǒng)的操作來測量的車輛的第一對車輪相結(jié)合地安裝； 一對主動傳感測量頭，用于與車輛的第二對車輪相結(jié)合地安裝，各個單個主動傳感測量頭包括圖像傳感器，所述圖像傳感器用于產(chǎn)生包括靶標(biāo)之一的圖像的表達的圖像數(shù)據(jù)；空間關(guān)系傳感器，該空間關(guān)系傳感器與至少一個主動傳感測量頭相結(jié)合，用于在將主動傳感測量頭安裝在車輛的車輪上時測量主動傳感測量頭之間的關(guān)系；和 計算機，用于處理與靶標(biāo)的觀察有關(guān)的圖像數(shù)據(jù)和來自于空間關(guān)系傳感器的關(guān)系數(shù)據(jù)，以計算車輛的至少 一個測量結(jié)果。
全文摘要
一種混合車輪定位系統(tǒng)和方法使用用于第一對車輪(例如前輪)的從動靶標(biāo)和用于另一對車輪(例如后輪)的主動傳感測量頭。主動傳感測量頭將用于采集靶標(biāo)圖像的圖像傳感器與用于感測主動傳感測量頭之間的關(guān)系的至少一個空間關(guān)系傳感器結(jié)合起來。主動傳感測量頭之一或二者可以包括傾斜計之類的裝置，用于感測各個傳感測量頭的一個或多個傾角。可以將來自于主動傳感測量頭的數(shù)據(jù)發(fā)送到主計算機來進行處理，以得出一項或多項車輛測量結(jié)果，例如，車輪定位應(yīng)用中要用到的參數(shù)的測量結(jié)果。
文檔編號G01B11/275GK103226010SQ20131007591
公開日2013年7月31日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者史蒂文·W·羅杰斯 申請人:實耐寶公司