用于校准用于车辆测量的测量站的方法和测量站

1.一种用于校准用于车辆测量的测量站（2）的方法，该测量站（2）具有车道平面（4）以及至少两个测量头（6），其中这些测量头（6）中的每个具有至少一个照明设备（10）和至少一个图像拍摄装置（8），并且该方法具有下列步骤：
a）将多个测量点（14）安放（110）到车道平面（4）上；
b）利用至少一个测量头（6）的图像拍摄装置（8）来拍摄（120）测量点（14）和至少另一测量头（6）的至少一个照明设备（10）的图像；
c）将所述至少一个测量头（6）移动（130）到测量站（2）内的另一位置和/或改变的空间取向上；
d）重复步骤b）和c）；以及
e）从在步骤b）中所拍摄图像中确定（140）车道平面（4）和测量头（6）的照明设备（10）的空间方位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定（140）车道平面（4）和测量头（6）的照明设备（10）的空间方位包括：执行摄影测量方法。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤b）至d）附加地利用至少另一测量头（6）来执行。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中测量头（6）在步骤c）被手动移动。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中测量头（6）在步骤c）以电动机方式移动。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中该方法包括：确定所述图像拍摄装置（8）中至少一个图像拍摄装置的光学焦距和/或光学畸变。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中这些图像拍摄装置（8）被构造成单摄像机、立体摄像机、或者多摄像机系统。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中这些测量点（14）被构造成球状对象、或者线状对象。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中这些测量点（14）被构造成反射光的或者自发光的对象。
10.一种用于底盘测量的测量站（2），具有：
车道平面（4）；
至少两个测量头（6），其中这些测量头（6）的每个都具有至少一个照明设备（10）、以及至少一个图像拍摄装置（8）并且能够在测量站（2）上移动；以及
分析处理设备（16），其适于与测量头（6）进行数据传输并且被构造用于执行根据权利要求1至9之一所述的用于校准用于车辆测量的测量站（2）的方法。

用于校准用于车辆测量的测量站的方法和测量站\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种用于校准用于对车辆进行基于视频的3D测量的测量系统和测量站的方法、以及一种被构造用于执行根据本发明的方法的测量站。\n背景技术\n[0002] 在现有技术中公知有基于视频的用于底盘检查的方法。DE 197 57 760 A1和DE \n100 32 356 A1描述了基于视频的用于轴测量的方法，DE 199 49 982 C2和EP 1 092 967 A2描述了基于视频的用于底盘检查、尤其是用于检查车辆的减震器和制动器的方法。\n[0003] 这些方法的共同点是，车辆被布置在两个或四个测量头之间的车道平面上，所述测量头分别配备有至少一个视频摄像机，并且对车辆的测量基于由视频摄像机拍摄的图像来进行。\n[0004] 为了能够执行这样的测量，必需知道测量头相对彼此的方位和测量头相对于车辆所在的车道平面的方位。\n[0005] DE 10 2007 005 085 A1描述了用于取向车辆环境传感器或前灯的方法和装置。\n[0006] DE 10 2008 000 837 A1描述了一种用于确定基于视频的用于底盘测量的测量系统中的两个测量头的相对方位的方法。那里描述的方法要求非常精确地知道布置在测量头中的照明单元相对于测量头的摄像机的位置。DE 10 2008 000 837 Al既未描述照明单元相对于摄像机的方位的确定，也未描述测量头相对于车道平面的位置的确定。\n发明内容\n[0007] 本发明的任务是提供一种方法，其使得能够以高精确度校准基于视频的用于测量车辆、尤其是车辆的底盘（Fahrwerks）的测量系统。\n[0008] 该任务通过一种用于校准用于车辆测量的测量站的方法以及一种用于底盘测量的测量站来解决，所述测量站被构造用于执行根据本发明的方法。\n[0009] 根据本发明的用于校准用于底盘测量的测量系统和测量站的方法，该测量站具有：车道平面，其被设置用于在其上放置要测量的车辆；以及至少两个测量头，其中每个测量头具有至少一个照明设备和至少一个图像拍摄装置（摄像机），该方法具有下列步骤：\n[0010] 将多个测量点安放到车道平面上，其中所述测量点优选地被构造为使得其能够良好地被测量头的图像拍摄装置检测；\n[0011] 利用所述测量头至少之一的图像拍摄装置来拍摄安放在车道平面上的测量点和至少另一测量头的照明设备的图像；\n[0012] 将所述测量头至少之一移动到测量站处的另一位置和/或改变的空间取向（定向）；\n[0013] 重复拍摄测量点和照明设备的图像和移动至少一个测量头的步骤，使得针对至少一个测量头的一定数目的不同位置或空间取向拍摄了测量点和照明设备的图像；以及[0014] 从所拍摄图像中确定车道平面的方位和测量头的照明设备相对于图像拍摄设备的位置。\n[0015] 根据本发明的用于底盘测量的测量站具有：车道平面，其被设置用于在其上放置要测量的车辆；至少两个测量头，其分别配备有至少一个照明设备、以及至少一个图像拍摄装置并且能够在测量站上移动；以及分析处理设备。该分析处理设备被构造用于利用测量头进行数据传输以及执行根据本发明的用于校准测量站的方法。\n[0016] 根据本发明的方法和根据本发明的测量站使得能够精确地确定照明设备的几何方位以及车道平面相对于测量头的图像拍摄装置的方位，而不必为了进行校准而要求附加地技术装备。\n[0017] 该方法的精确度随着测量点的数目和测量头的拍摄图像的不同位置和取向的数目而升高。测量点的数目优选地处于1至20的范围，测量头的不同位置和取向的数目优选地处于1至10的范围。\n[0018] 不要求在制造测量头时以高精度和恒定度明确或者确定照明设备相对于图像拍摄装置的方位。因此可以降低测量头的制造成本。根据需要，例如在损坏、失调或维修之后，使用者甚至也不需要高的成本就能进行测量系统的重新校准。\n[0019] 在一个实施方式中，在使用摄影测量方法的情况下确定车道平面和测量头的照明设备的方位。通过摄影测量方法，可以以低成本和高精确度确定车道平面的方位和测量头的照明设备的方位。\n[0020] 在该方法的一个实施方式中，至少一个测量头的测量点和照明设备的图像附加地利用另一测量头来拍摄，其中该附加的测量头也在不同位置和/或取向之间移动。通过利用同样被移动到不同位置或不同取向的另一测量头来拍摄附加的图像，可以进一步改善校准的精确度。\n[0021] 在一个实施方式中，测量头被手动移动。测量头被手动移动的测量站可以特别简单和低成本地来构建，因为可以放弃用于移动测量头的机械装置。\n[0022] 在一个可替代的实施例中，测量头可以以电动机方式被移动。利用电动机移动的测量头，可以特别舒适地以及尤其是自动地执行校准。\n[0023] 在一个实施方式中，该方法包括：确定至少一个图像拍摄装置的光学焦距和/或光学畸变。通过这样的方法来提高校准的精确度并且改善用户友好性，因为不必手动地考虑光学焦距和/或光学畸变。\n[0024] 根据用于底盘测量的测量方法，可以将图像拍摄装置构造成单摄像机、立体摄像机或者多摄像机系统。\n[0025] 测量点可以被构造成球状对象例如高尔夫球或网球，或者构造成线状对象。测量点优选地被构造为反射光的或者自发光的对象，使得其能够良好地被图像拍摄装置检测。\n[0026] 分析处理设备可以通过电线路或无线地、例如通过无线电连接或IR连接与测量头连接，以便将由测量头6拍摄和生成的测量数据传输给分析处理设备。\n附图说明\n[0027] 下面根据附图进一步阐述本发明。在此：\n[0028] 图1示出了根据本发明的用于底盘测量的测量站的示意性立体图；\n[0029] 图2示出了根据本发明的测量站的示意性俯视图；以及\n[0030] 图3示出了根据本发明的方法的示意性流程图。\n具体实施方式\n[0031] 图1中以示意性立体图示出的根据本发明的测量站2具有车道平面4，该车道平面被构造用于容纳图1中未示出的要测量的车辆。\n[0032] 在车道平面4的左右和右边分别布置有测量头6。每个测量头6都在其朝向车道平面4的侧上具有：图像拍摄装置（摄像机）8，其具有被分配给相应图像拍摄装置8之一的局部坐标系K1，K2；以及四个照明装置10， 其围绕图像拍摄装置8布置。\n[0033] 为了进行底盘测量，要测量的车辆在车道平面4上被布置为使得：各有一个测量头\n6被布置在车辆的左侧和右侧；照明设备10分别照射车辆的朝向相应测量头6的侧；以及图像拍摄装置8能够拍摄车辆的朝向相应测量头6的侧。\n[0034] 图1中所示的测量头6分别配备有支承把手12，其使得能够将测量头6手动地移动到测量站2的不同位置处和/或改变测量头6的空间取向。\n[0035] 在车道平面4上布置有多个测量点（目标）14，所述测量点14被构造用于使得其能够良好地被测量头6的图像拍摄装置8光学检测。测量点14例如可以被构造成被照射或反射光的球、复古球（Retrokugeln）或者也被构造成简单的低成本的高尔夫球。测量点14在被分配给车道平面4的坐标系F中形成测量点区域。\n[0036] 图2示出了根据本发明的用于底盘测量的测量站2的示意性俯视图。\n[0037] 在2图中示出了不同的可能位置6a－6f处和不同空间取向的测量头6。为了执行根据本发明的方法，测量头6被移动到测量站2处的不同位置6a－6f处，其中优选地还改变测量头6以及尤其是图像拍摄装置8的空间取向。从不同位置和/或以不同空间取向来拍摄图像，这些图像示出了安放到车道平面4上的测量点14和/或至少一个定位在车道平面4的对侧的测量头6的照明设备10。\n[0038] 从这些在不同位置和/或在图像拍摄装置8的不同取向下拍摄的图像中可以利用根据本发明的方法来确定车道平面4的空间方位和测量头6的照明设备10的位置。\n[0039] 图3示出了描述根据本发明的方法的执行的示意性流程图100。\n[0040] 在第一步骤110，测量点（目标）14被分布到车道平面4的不同位置处。该方法的精确度和成本随着所使用的测量点14的数目而升高。优选地将10至20个测量点14安放到车道平面4上。\n[0041] 在接下来的步骤120，利用至少一个测量头6的图像拍摄装置8来拍摄测试点14和至少一个相对的测量头6的照明设备10的多个图像。优选地利用每个测量头6的图像拍摄装置8来拍摄这样的图像，因为该方法的精确度随着从不同视角拍摄的图像的数目而升高。\n[0042] 在下一步骤130，改变至少一个测量头6的位置和/或空间取向。这可以手动地进行，其方式是，在相应测量头6的支承把手12处抓住该测量头6，并且将其在新的取向下放置到测量站2内的新位置处。可替代地，通过附图中未示出的电动机装置来移动测量头6。\n[0043] 在至少一个测量头6的空间方位和/或取向已经被改变以后，重复拍摄测量点区域\n14和至少一个相对的测量头6的照明设备10的图像的步骤。\n[0044] 任意频繁地重复改变至少一个测量头6的位置和/或取向和拍摄测量点14和至少一个相对的测量头6的照明设备10的图像的步骤130和120。该方法的精确度和成本随着重复的数目而升高。优选地针对测量头6的5至15个不同的位置和取向来拍摄图像。\n[0045] 在已经拍摄了测量头6的所期望数目的不同位置和取向处的图像以后，所拍摄的图像在步骤140被分析处理以用于确定车道平面4和测量头6的空间方位。\n[0046] 在此，测量点14和相对的测量头6的照明设备10的位置分别以相应测量头6的局部坐标系K（o 在此o＝1，2）利用下面描述的处理方法来确定。测量头6的局部坐标系Ko由投影中心的方位和图像拍摄装置8的光轴来确定。\n[0047] 点x从局部坐标系Ko到车道平面4的坐标系F的变换可以在数学上通过下列方式来描述：\n[0048]\n[0049] 在此，Ri是用于描述旋转的3×3旋转矩阵，并且ti是3×1平移矢量，该平移矢量描述两个坐标系Ko、F之间的平移。来自测量头6的不同位置和取向的i＝1…n个测量提供k＝\n1…m个照明设备10的位置的图像坐标 的和来自利用相应图像拍摄装置8所拍摄的图像的j=1…p个测量点14的图像坐标 的2×1矢量。\n[0050] 利用从摄影测量（例如参见Thomas Luhmann的“Nahbereichsphotogrammetrie: Grundlagen, Methoden und Anwendungen，Wichmann出版社出版）中公知的最小平方法，可以通过优化确定参数R1i、t1i、R2i、t1i、xk和xj:\n[0051]\n[0052] 在此，函数f1描述来自车道平面4的测量点区域14的对像点xj在使用所在地i处的第一测量头6的坐标变换R1i、t1i的情况下到图像坐标 中的映射，并且类似地描述了对像点xj在使用所在地i处的第二测量头6的坐标变换R2i、t2i的情况下到图像坐标 的映射。\n[0053] 函数f2描述了：通过相继实施点的几何变换R2i、t2i来将点状照明装置10的坐标xk从第二测量头6的坐标系K2映射到坐标系F，通过实施接下的变换R1i、t1i到坐标系K1的映射以及至第一测量头6的图像拍摄装置8的投影到图像坐标 的映射。类似地。f2还描述了：\n点状照明装置10的坐标xk的通过相继实施几何变换R1i、t1i和R2i、t2i而从第一测量头6的坐标系K1到坐标系k2的映射；以及至第二测量头6的图像拍摄装置8中的投影到图像坐标的映射。\n[0054] 函数f1和f2的固有参数IOR1和IOR2描述到相应图像拍摄装置8的光学映射，并且尤其是包含焦距和可能存在的光学畸变。这些参数如果不是已知的就同样可以在校准的过程中确定。\n[0055] 图像拍摄装置8可以是单摄像机系统、立体摄像机系统、或者多摄像机系统。通过根据本发明的方法，可以以简单的方法以高精确度确定照明设备10的方位以及车道平面14相对于测量头6的图像拍摄装置8的方位，该方法除了测量点14之外不需要附加的技术装备。尤其是可以根据需要通过选择所使用的测量点14的数目以及为了拍摄图像而将测量头\n6移动到的不同位置的数目来调节该方法的精确度。