1、四川省第十二届汽车行业学术年会论文242机动车外廓尺寸检测仪系统的设计与运用分析赵伟杰 1 罗文博 2 罗法贵 2成都华府机动车检测有限公司 2.中国测试技术研究院)摘要：针对当前机动车外廓尺寸安全性能检测提出了新的要求，迫切要求提高机动车安全技术检测的效率。在传统的机动车人工外观检验基础上，结合2015年3月1日实施的国家标准GB21861-2014机动车安全技术检测项目和方法，对车辆外廓尺寸参数测试仪器系统设计与运用进行了分析。该检测系统以硬件部分的图象采集单元和软件部分的计算机网络系统为核心，具有性价比高、操作方便的特点。通过实验测试表明：减少了车检人员工作强度，杜绝人为因素的不合理操作
2、，有效地协助机动车安检部门远程监控车辆检测状态，帮助安检机构更科学的管理车辆检测状况。关键词：外廓尺寸；检测仪系统；设计；运用0引言本系统源于航空航天摄影测量的实时多目立体视觉技术，在攻克一系列核心技术的基础上，所设计的全自动、可视化及网络化的车辆外廓尺寸测量系统。其主要内容为：全面、高项次的影像畸变校正技术；相机成像模型的构建、求参以及相机标定技术；多相机差分累积影像的立体解算技术；扫描式车辆侧面全景影像自动拼接技术；测量系统硬软件设计与实现。1.该系统硬、软件设计“车辆外廓尺寸动态、高精度全自动检测系统”是集光学、电子、计算机等现代信息高科技技术为一体的多传感器集成系统。整个系统主要由硬件
3、部分的图象采集单元和软件部分的计算机网络系统两部分组成。如图1所示。四川省第十二届汽车行业学术年会论文243图1系统结构原理图其中，图象采集单元由高速DSP芯片、图象CCD传感器、照明装置、LCD屏幕、工业计算机等组成。它通过图象CCD传感器获取车辆外廓原始图像，再由内置DSP芯片中的程序对原始资料进行预处理，然后再利用（有线或无线）网络传输至计算机中，由软件系统进行分析、整合、计算测量数据并保存至数据库。其中通过计算机网络系统及时地验证车辆外廓数据的合法性，判断是否为改装车辆。系统基本工作原理是：采用虚拟线圈技术，即在相机成像范围内，由软件虚拟一测量区域，当有大型动态物体(车辆)进入该区域时
4、，测量系统自动启动，此时相机开始拍摄测量，分布在车辆顶部和侧面的成像装置连续不断获取车辆的照片。测宽相机组根据地面标志被遮挡情况，分析左右两边的宽度值，然后得出实时的车辆断面宽度；测高相机组根据立面标志被遮挡情况，分析高度值，得出实时的车辆断面高度；当车辆驶出测量范围时，给出车辆的最宽、最高值；此时测长相机组保存连续的侧面照片拼接出完整车辆侧面图象，计算出最长尺寸；从而综合完成长度高度、宽度、长度坐标计算。当测量区域内没有大型动态物体时，系统认为车辆已经完全驶离测量范围，测量结束。系统工作流程图2所示。四川省第十二届汽车行业学术年会论文244被测目标 模拟图像 数字图像相机光学成像 图像采集卡
5、 差分累积图像车的拼接图像 图像处理立体摄影测量解算长宽高结果显示器界面显示 网络传输数据库打印报表 图2系统工作流程图相机判断车辆是否进入测量场。相机的作用相当于虚拟线圈（通过设定图像中的敏感区域来判断车辆的进入和驶出），当车进入线圈时，发送进入信号；当车驶出线圈时，发送驶出信号。当得到有车进入信号时，所有相机开始采集、处理和存储图像数据。相机之间的采集是异步的，但通过多线程采集技术，可以提高采集帧率，获得最大数量的图像，且相机间的采集时间间隔缩短；同步处理技术则保证了数据的一致性和处理的稳定性。我们对测宽高相机和测长相机进行分组控制，这样可保障测宽高影像的数据同步处理，也能保障测长相机的延
6、时短，获取图像数量多。测宽高相机对所测图像数据进行实时处理，并存储到内存中，得到差分累积图像；测长相机把所测图像校正后，存储到硬盘中。当得到有车驶出信号时，开始解算车辆的长宽高参数。宽高参数的解算是通过内存中存储的差分累积图像得到的，自动查找宽和高的极限轮廓位置，并以四川省第十二届汽车行业学术年会论文245预先标定好的参数来解算；长度参数的解算，是通过对车辆图像进行拼接并解算得到的。显示和存档测量结果，并等待另一辆车的进入。系统硬件架构图3所示。 工业计算机传感器部分 计算、通讯部分测宽相机组测长相机组测高相机组 图像采集供电部分 网络交换机市电 内部网视频信号电源线 显示部分键盘鼠标人机交互
7、背2.系统软件设计与实现2.1系统软件功能模块设计系统软件的主要工作是进行分析、整合、计算测量数据并保存至数据库。其中通过计算机网络系统及时地验证车辆外廓数据的合法性，判断是否为改装车辆。系统软件主要由测高相机组模块、测宽相机组模块、测长相机组模块、多相机立体测量计算模块、图像自动拼接模块构成。系统软件的功能模块设计如图4所示。各功能模块的功能介绍如下：测高相机组模块：得到最终的差分累积图像；对差分累积图像进行滤波和去噪处理；获得极值限界位置；然后用预先标定好的相机参数，利用立体测量计算模块求得极限高度。测宽相机组模块：测宽相机组分为左宽和右宽两部分，它们都得到最终的差分累积图像；对差分累积图
8、像进行滤波和去噪处理；去除后视镜影像和校正驶偏系图3系统硬件架构图四川省第十二届汽车行业学术年会论文246数，获得极值限界位置；然后用预先标定好的相机参数，利用立体测量计算模块极限宽度。这里的宽度分为左宽和右宽极限位置，这两者的差值即为车宽。此外，右宽极限位置（靠测长相机一边的）还要提供给测长相机使用。测宽相机组模块：对所有图像进行直方图均衡化增强处理；判断车头和车尾刚好到达相机视轴线的图像，然后去除头和尾部冗余图像；区域法相邻图像拼接参数解算（先得到有变化部分）；所有图像自动拼接为一个完整的车身侧面图像。用预先标定好的参数和右宽极限位置值来计算车长。多相机立体测量计算模块：利用多台相机非同步
9、拍摄的方式来构成立体，其最终所形成的立体影像是一种差分累积立体影像，即对相邻两帧影像进行差分计算，并把差分结果进行时间积分，而得到一种累积变化影像。不同相机之间的差分累积影像构成了立体。其具体实现原理如图5所示。图5 多相机立体测量计算原理图以左测宽相机组为例，图中W1W4为4台左测宽相机，构成了左测宽相机组。它们在行车截平面里的位置已标定得到。当车驶过后，从差分累积图像里可得到车的左边界在图像里的位置（图中忽略了汽车后视镜的影响），如图6所示。W1 W2 W3 W4W1W2W3W4背景板地面O XY 行车截平面坐标系Ki 图4系统软件功能模块图四川省第十二届汽车行业学术年会论文247图6 差
10、分累积图像再通过分析，得到边界的像素坐标（图像中红色竖线标记），并用预先标定好的参数，得到视线与地面的交点：W1W4。其中Ki为相机位置与地面交点之间连线之间的两两交点，通过对Ki的分析，可以得到车外廓的左极限。车外廓的右极限位置和车外廓高也可同理得到。全自动图像拼接模块：图像拼接是进行车身长度计算的关键技术，它通过将拍摄到的若干车身侧面轮廓图像自动拼接为一幅完整的图像。其具体实现原理如图7所示。图像序列去除序列中头尾冗余图像得到车头车尾在图像里的位置多线程处理线程1求相邻两幅图像之间的拼接参数 线程2求相邻两幅图像之间的拼接参数 线程10求相邻两幅图像之间的拼接参数获得车侧面的整体拼接参数车
11、长标定参数 右轮廓位置车侧面全景图象图7全自动图像拼接模块原理图四川省第十二届汽车行业学术年会论文248图8 一辆样车的图像采集图9序列拼接得到的全景图像图中粉色竖线标注了车头和车尾的位置，由车头和车尾的位置就可计算出车辆的长度值。2.2系统软件的具体实现系统软件的工作原理图10所示。测高相机组 测宽相机组 测长相机组判断是否进车采集图像 无有采集图像采集图像测高影像组 测宽影像组 测长影像组立体摄影测量计算车高 立体摄影测量计算车左限界车宽 立体摄影测量计算车右限界 图像拼接全景图像定位车头车尾位置车长标定参数 标定参数 标定参数处理处理 图10系统软件工作原理图四川省第十二届汽车行业学术年
12、会论文249在等待车辆进入时，测高相机组、测宽相机组和测长相机组都处于采集状态。测宽和测高相机组采集到的图像仅用于更新背景影像，而测长相机判断是否有车进入测量场（虚拟线圈）。当车辆进入虚拟线圈内后（图像上设定的一个范围），给出有车的信号，那么测长相机开始保存所有有车时的图像，一直到车辆驶出虚拟线圈位置。而测宽和测高相机组则进行实时差分和累积计算，而不用保存图像；当得到车辆驶出信号时，各测量模块分别计算出车辆的长、宽、高值。系统软件的工作界面分为主程序区、数值显示区、信息显示区和操作区。数值显示区用于显示长、宽、高和图像，信息显示区用于显示数据处理过程的参数。如11图所示。进入软件界面后，各个按
13、钮的功能如下所述： “开始测量”按钮开始运行； “停止测量”按钮停止运行； “结束程序”按钮退出系统； “显示图像”按钮打开或者关闭实时影像，用于检查设备； “保存所有”按钮保存全部实时图片到指定目录，用于系统标定； “关于软件”按钮显示软件信息。首先点击“开始测量”按钮进入等待测量状态。系统在等待测量状态下，当车辆行驶到测量范围中后，测量单元自动启动，同时显示实时数据。当车辆驶离测量范围后，界面显示车辆的宽和高的测量数据，并输出自动拼接后的图像和车长数据，如12图所示。图12系统软件测试界面图图11 系统软件测试界面图116522487 4006 2487 400611652四川省第十二届汽
14、车行业学术年会论文250图13系统软件测试界面图点击“显示图像”按钮可打开或者关闭实时影像，可用于设备检查，如13图所示。点击“确定”按钮自动进入下一轮测量，直到结束程序。此外，系统软件能以不同颜色分别显示长、宽、高等测量线，还能自动寻找待测范围，加入人工辅助干预功能。系统具备联网控制接口，已在多家安检机构实现全自动无人操作检测，数据实时上传并全自动打印检测报告（如表1和表2）。116522487 4006四川省第十二届汽车行业学术年会论文251表1 该系统机动车外廓尺寸检验报告(式样)表2 机动车安全技术检验项目和方法GB21861-2014标准车辆外廓尺寸摘录表序号 不合格项（填写编号和名
15、称） 不合格项目说明 备注车 辆 外 廓 尺 寸 （ mmmmmm ）： 11652 mm2487 mm4006 mm整备质量（kg）：10460kg机动车所有人： 手机电话：地址/邮编：检验员建议： 检验员签字：注1：判定栏中填“”为合格，“”为不合格，“”表示不适用于送检车。注2：当车辆外廓尺寸、整备质量检验项目使用仪器自动测量并打印在仪器设备检验表格中时，本表相应参数可不填。四川省第十二届汽车行业学术年会论文2523.结束语本系统的处理方法是针对超限车辆现场检测解决的有效途径，综合应用激光与红外信号采集、智能测量、计算机三维图像等处理技术，设计出机动车外廓尺寸动态自动测量装置，实现了对处
16、于行驶状态中的车辆外廓（长、宽、高和栏板高度等）尺寸参数的自动测量。通过电脑屏幕动态显示车辆的三维外廓图像，对影响机动车外廓尺寸的因素进行智能处理。经现场验证，测量数据与车辆的标准数据自动比对后表明，系统所作出的评判准确，每检测一辆汽车花费时间约2040秒。打破传统的人工手持钢卷尺测量方法。该技术具有很强的创新性和实用性，应用前景将十分广阔。参考文献:1.国家质量监督检验检疫总局.标准GB21861-2014机动车安全技术检验项目和方法S.北京：中国质检出版社;2014年.2.胡永举;基于图像的车辆外型尺寸识别技术J;道路交通与安全;2007年02期.3.张文会;关强;邓红星;李胜琴;车辆装载
17、几何参数超限识别方法J;交通运输工程学报;2008年03期.4.孙利生;朱珂;卞晓东;钱善太;基于视觉伺服的汽车几何参数测量方法研究J;汽车工程;2006年08期.5.刘豫川;孙利生;Hough变换在汽车几何参数视觉测量中的应用J;轻型汽车技术;2006年12期.6.蒋云清；激光与三维图像处理技术在机动车外廓尺寸动态测量中的应用.7.胡永举;基于图像的车辆外型尺寸识别技术J;道路交通与安全;2007年02期.8.卞晓东,张为公,郭占军;利用视觉伺服技术进行车辆尺寸测量的方法J;汽车工程;2004年03期.9.林国余;张为公;卞晓东;基于立体视觉的车辆尺寸参数测量系统研究J;轻型汽车技术;200
18、5年09期.10.荣锐兵;严运兵;方园;基于激光测距的车辆行驶跑偏测量系统J;公路与汽运;2012年03期.11.程炎星,杜 颖,杨华西,麻伟明；浅析机动车外廓尺寸动态自动测量装置的应用；技术与市场；第20 卷第3期.四川省第十二届汽车行业学术年会论文253作者简历：赵伟杰，男，汉族，1985年出生，中共党员，四川人。毕业于西南科技大学机械制造与自动化（汽车应用技术方向）本科专业。高校骨干教师、国家职业技能鉴定考评员、二手车评估师、国家实验室内审员、汽车运用技术工程师、汽车高级维修技师、机动车司法鉴定员等。主要从事高校汽车服务工程教学和机动车检测鉴定评估工作。通讯地址：成都双流县协和街道华府大
19、道二段748号邮 编：610000联系电话：13980574193电子邮箱：作者简历：罗文博，男，汉族，1983年12月出生，中共党员，四川人，解放军理工大学计算机科学与技术本科专业。中国测试技术研究院助理工程师。主要从事机动车检测设备计量测试及研究工作。通讯地址：成都市玉双路10号邮 编：610021联系电话：18608045949电子邮箱：作者简历：罗发贵，男，汉族，1955年4月出生，四川人。毕业于上海机械学院电磁测量及仪表本科专业。中国测试技术研究院研究员。主要从事机动车检测设备计量测试及研究工作。通讯地址：成都市玉双路10号邮 编：610021联系电话：13981726168电子邮箱：
