CN118215938A - 用于车辆驾驶员辅助系统的相机位置的检查 - Google Patents

Abstract

一种用于研究具有安装好的驾驶员辅助相机(DAC)的车辆更换挡风玻璃的装配准确性的技术，利用照射辐射递送装置，对DAC的光谱反射分布进行成像，且与基准光谱反射分布(SRP)进行比较。基准光谱反射分布可以由在更换之前装配到挡风玻璃的DAC产生。可以在DAC安装在车辆的受损挡风玻璃上的适当位置的情况下对第一光谱反射分布进行成像，且在DAC安装在车辆的更换挡风玻璃上的适当位置的情况下对第二光谱反射分布进行成像。

Description

用于车辆驾驶员辅助系统的相机位置的检查

技术领域

本发明涉及用于车辆驾驶员辅助系统的相机位置的检查/确定。

背景技术

车辆可以利用高级驾驶员辅助系统(advanced driver assistance system，简称ADAS)，该高级驾驶员辅助系统具有安装在挡风玻璃上的组件。用于ADAS系统的前向相机经常是挡风玻璃安装式的，且具备固定在挡风玻璃上的安装托架。

通常，高级驾驶员辅助系统(ADAS)使用容纳于现代汽车的挡风玻璃中的相机来帮助驾驶员和车辆得到对驾驶条件的更多感知。它们通常设置在挡风玻璃的顶部处，向前指向前方的道路。当挡风玻璃经受无法维修的损坏时，它们被更换。然而，ADAS(包括相机)将被转移到新更换的挡风玻璃上。

由于将挡风玻璃面板固定到车辆挡风玻璃框架的粘合化合物的存在，当更换挡风玻璃时，挡风玻璃将在合理大的容差内装配。这会使相机平移和旋转远离其先前位置。俯仰角容差可极大地取决于车辆制造商而变化--从+/-0.15度到+/-5度。如果装配好挡风玻璃且相机在可接受容差之外，则必须移除挡风玻璃并重新装配。基于关于何种类型的移动会带来重新对准的最大挑战的研究，已主要认识到，俯仰、横摆和滚动是对装配到更换的挡风玻璃的相机进行准确检查的最重要参数。对X和Y平移的检测是使用基本机器视觉算法、ADAS相机镜头的边缘检测和圆度测量的组合的普通活动。

发明内容

根据本发明，在第一方面中，提供一种用于研究具有安装好的驾驶员辅助相机(DAC)的车辆更换挡风玻璃的装配准确性的方法；其中使用照射辐射递送装置，且对来自该DAC的光谱反射分布进行成像且与基准光谱反射分布(SRP)进行比较。

在优选的实现中，基准光谱反射分布由在更换之前装配到挡风玻璃的所述DAC或一DAC产生。

在优选的实现中：

a)用在装配到车辆的受损挡风玻璃上的适当位置的DAC对第一光谱反射分布进行成像；以及

b)用在装配到车辆的更换挡风玻璃上的适当位置的DAC对第二光谱反射分布进行成像。

优选的是，处理器运行以将与基准光谱反射分布相关的图像数据和与装配到更换挡风玻璃的DAC的光谱反射分布相关的图像数据进行比较。

照射辐射优选地是从与挡风玻璃间隔开的装置递送的；且使用成像装置(例如相机)来捕捉光谱反射图案。

成像装置和照明递送装置之间的位置可以彼此且与车辆以受控/固定关系设置，使得在装配到车辆的受损挡风玻璃和更换挡风玻璃的情况下能够获取准确可重复的图像。

优选地使用具有被调谐到照射辐射的波长(或波段)的波长的成像装置来捕捉图像数据。

处理成像的光谱反射数据以识别一个或多个横滚、俯仰和横摆分量(或其组合)。

在一实施例中，对来自DAC的镜头的光谱反射分布进行成像且与基准光谱反射分布(SRP)进行比较。

根据另一方面，本发明提供一种用于车辆驾驶员辅助系统的DAC的校准的方法，其包括：

i)第一步骤，包括研究具有安装好的驾驶员辅助相机(DAC)的车辆更换挡风玻璃的装配准确性；其中使用照射辐射递送装置，且对DAC的光谱反射分布进行成像且与基准光谱反射分布(SRP)进行比较；

ii)后续步骤，包括DAC的校准。

根据另一方面，本发明提供一种用于研究具有安装好的驾驶员辅助相机(DAC)的车辆更换挡风玻璃的装配准确性的系统；其中使用照射辐射递送装置(例如光源)引导光照射在DAC的镜头上，且使用成像装置(例如相机)对DAC的光谱反射分布进行成像且(例如使用处理器)与基准光谱反射分布(SRP)进行比较。

上述系统优选地进一步包括用于保证照射辐射递送装置、挡风玻璃和成像装置的空间一致性以在更换之前对挡风玻璃上的DAC进行成像且在更换之后对挡风玻璃上的DAC进行成像的构件。

优选地，上述系统进一步包括用于DAC的校准的构件。

相对于本发明的第一方面的优选和任选的特征也被设想为相对于所界定的本发明的第二方面是有益的。

附图说明

现将参考附图仅借助于实例进一步描述本发明。

图1示出ADAS驾驶员辅助相机的光谱反射分布；

图2示出本发明所使用的系统设置；

图3是图2的系统设置的示意性表示；

图4是示出镜面线宽度和高度的曲线图；

图5是示出镜面线与竖直方向之间的夹角随俯仰变化的曲线图；

图6是示出横摆镜面线与竖直方向的夹角随横摆变化的曲线图；

图7是示出横摆镜面线与竖直方向的绝对夹角随横摆变化的曲线图；

图8是镜面反射线与竖直方向的θ角的图形表示；

图9A示出在第一横摆位置处来自相机的镜头的镜面反射；

图9B示出在第二横摆位置处来自相机的镜头的镜面反射；

图10呈现在俯仰和横摆的每一增量下捕捉的原始图像。这些图像示出镜头反射的角度如何随着俯仰和横摆的改变而增加/减小；

图11示样本图像，图像中的极度镜面反射点用边界框突出显示，边界框是通过机器视觉阈值处理识别得到的；

图12和13是与镜面反射测量值相关的表格。

具体实施方式

在此技术的一般和演进的领域中，存在ADAS相机5的多种变化形式，但全都一致地具有一个(有时对于立体相机系统是两个，且甚至对于三焦点相机是三个)相机镜头6，从安装到挡风玻璃的外壳相机5外壳的前方可看见该镜头。相机5收纳于托架4内，该托架直接连接到挡风玻璃12，参见图1和3。这允许相机从挡风玻璃移除，且安装于新的挡风玻璃托架4中，或替代地，并入有将作为更换而固定到挡风玻璃12的相机5的新托架4。从车辆的前方看相机的外部通常是纯黑色的。从车辆的前方看，大部分ADAS托架和相机结构被车窗边饰和窗膜覆盖。

图2和3中示出用于研究具有安装好的驾驶员辅助相机(DAC)的车辆更换挡风玻璃的装配准确性的系统和设备。

上述系统运行时，首先对DAC 5的镜头6的镜面反射进行成像，其中待更换的挡风玻璃在更换之前安装于车辆的适当位置。参考图1和2，系统包括相对于挡风玻璃12和DAC5，设置在固定位置的照射光源2。成像装置(相机3)也相对于光源2，挡风玻璃12和DAC 5，设置在固定方向上。DAC 5的镜头6的镜面反射随后被成像且以电子方式记录。当装配到车辆时，以相同的复制系统设置查看更换挡风玻璃，且安装到更换挡风玻璃12的DAC 5的镜面反射随后被成像且以电子方式记录。处理器11对光谱图像进行比较，且如果它们在预定程度的容差或可接受性内一致，则系统输出安装到更换挡风玻璃12的DAC 5的更换装配是可接受的。DAC 5随后可以进行根据已知实践和技术的再校准过程。在替代方案中，如果装配前后的光谱分布的比较不在接受的容差内，则否定确定可导致程序重新开始。上述技术给出关于具有安装好的DAC 5的挡风玻璃的可接受装配的第一指示，然后进行DAC 5的标准校准确定。

上述设备和系统具有照射辐射(例如，光)源2，其设置可确保照射辐射从DAC 5的镜头6上反射出来。成像装置(例如相机3)的位置设定，可对其中使用照射辐射递送装置的镜头6的镜面反射和DAC 5的光谱反射分布进行成像。在更换挡风玻璃之前，对相机5的镜头6的光谱反射分布进行成像以便提供基准光谱反射分布(SRP)。

来自源2的照射辐射可在可见光谱中，也可以使用光谱的不可见部分中的波长。

此照射在镜头6中产生光源2的明显光谱反射。不仅可注意到光源2何时改变位置，而且可注意到镜头6何时相对于静态光源2移动。镜面反射类似于镜头光晕的概念。图1中示出DAC中的此现象。反射采取若干亮点7的形式，该亮点从一段距离看起来呈直线。然而通过更接近的检查，此线会在DAC、捕捉相机3和光源2之间在某些方向上呈弧形或变形。

在图9A和9B中，示出DAC相机处于两个不同的横摆位置。从图9A到图9B可以看出，在镜头内，反射围绕中心顺时针旋转。旋转的量与横摆旋转相关(图2中的标记14)。另外，俯仰也影响反射的形成，可能影响反射线的长度，也可能影响旋转角度。俯仰在图2中以标记15标识。此响应决定了可通过镜头中的反射的形成来推断俯仰和横摆，使得在承载DAC 5的更换挡风玻璃的安装之后，可通过俯仰和横摆的偏差来确定DAC 5的新位置的任何不准确性。

图9A和9B的光谱反射图像之间的差异表明在DAC 5俯仰和横摆移动时反射如何移动。光源2的位置也对光谱反射分布有影响。在光源2接近于成像相机3参考框架的情况下，反射更明显，且点更呈直线。当光源移动远离参考框架时，反射较不明显，且点较不均匀地分布。

根据本发明，在ADAS系统的DAC 5的镜头6中可看见光源2的反射(且由相机3成像)，且反射的形式将相对于DAC 5的俯仰和横摆以可测量方式改变。

以下描述探讨了俯仰和横摆的范围，且观察镜面反射的可测量效应。图2示出了系统如何布置。当移除受损的挡风玻璃且装配更换挡风玻璃时，光源2和外部相机3相对于挡风玻璃12保持在恒定位置。为了测试将因原始挡风玻璃和更换挡风玻璃的装配之间的DAC不对准而发生的镜面反射之间的关系，将ADAS系统相机的DAC 5在-10到+10度的位置范围内旋转。DAC 5和外部(成像)相机3两者放置于同一表面上，且光源接近于相机参考框架而不被相机遮挡。对布置的探讨显示，为了最大化镜头6反射的移动且显现最明显的点(图1中的线7)，光源2必须尽可能接近于相机3参考框架。为了进行俯仰和横摆测试，ADASDAC 5安装于可调节的万向节器具内，该器具允许在一定俯仰和横摆范围内的控制定位。

使用可调节的器具，ADASDAC 5可以5度增量在-10度到+10度的俯仰角和横摆角范围内移动。在每一位置，用外部相机捕捉图像。测量在每一图像中所见的镜头反射，如图5到8中所示。

图10呈现在俯仰和横摆的每一增量下捕捉的原始图像。这些图像显示镜头反射的角度如何随着俯仰和横摆的改变而增加/减小。值得注意的是，当ADAS的镜头和外部相机的镜头对准且面向彼此时(参见图8T0:P-5:Y-10到T0:P-5:Y+10)，反射的长度最短，因此推断角度更具有挑战性。在此实验的情况下，这在ADAS处于俯仰-5度时最明显。还值得注意的是，当ADAS相机超出与外部相机的对准时，旋转方向翻转，且在相反方向上进行。这在图10中可见，其中俯仰-10旋转在中心上方，俯仰-5是不明确的，且0到10在中心下方。

参考图1进行阐释，在确定镜面反射的角度时，捕捉在线7的两个末端处的极端的点，随后测量其沿着x和y轴线的相对距离。随后可使用毕达哥拉斯定理来基于相对和邻近的尺寸确定角度θ。然而，这些尺寸指示俯仰和横摆之间的去耦以及它们对最终角度θ的影响。图4呈现针对取得的每一样本的相对和邻近(x和y)的每一组合的散点曲线图，其中镜面反射线投射回到曲线图上。此数据清楚地示出相对尺寸(y)随着俯仰增加且邻近尺寸(x)随着横摆增加的关系。尽管这些关系在其范围内不是线性的，但它们可通过系统的校准来表征，且通过比较x和y测量值来实现俯仰与横摆的去耦。

这些结果显示，在镜头反射的测得角度与镜头的俯仰和横摆两者之间存在关系。此外，可在数学上定义该关系。结果显示，在感测范围内存在较不可靠的区，特别是当两个相机直接对准时。这决定了对准的‘甜蜜点’以避开较不敏感的区，或其中反射太差而无法解译的区。对实验布置的探讨还显示，光位置对镜头反射范围有影响。接近于DAC相机5参考框架的光源产生镜头反射中的较大范围，然而让光源直接与相机5和外部相机3在一条直线上而不被外部相机阻挡光线是不可能的。

以所描述的配置确定准确性仅指示较复杂的相机设备，但可作出假设以帮助得到准确性数字。图11示出来自样本T0:P0:Y0的图像，其中用已使用机器视觉阈值处理标识的限界框突出显示极端点(A和B)。已确认这些限界框的准确性受到图像噪声和微调的阈值参数的影响。谨记这一点，此讨论将假定限界框将具有+/-5％准确性。每一方框已标注有相对像素尺寸，旁边是先前作为数据分析的一部分测得的相对x和y距离。

图12呈现假设的5％机器视觉准确性向限界框测量值的传播。图13示出点A和B两者的最大和最小测量值。使用这些限制，其呈现具有+/-0.87度的最大和最小可能θ角。如果我们将此与较早的讨论以及俯仰5度的趋势线相关，则对于+/-10度的实际横摆范围具有镜面反射旋转的+/-40度范围的近似范围。不考虑线性度，镜面反射旋转与横摆之间的近似关系是4度比1度(镜面反射比横摆)，具有+/-0.87度镜面反射旋转的准确性，其传播到+/-0.22度真实横摆旋转。

尽管此计算是基于假设的，但其确实探讨了视觉设备准确性的影响，且提供了探讨可采取何种措施来改进此数字的机会。举例来说，像素测量值与在外部相机中使用的图像传感器大小成比例。在捕捉的图像中使用更多像素将提供像素测量值的更高分辨率。使用合适的镜头将具体来说允许图像缩放且聚焦于ADAS镜头。以5568x3712图像传感器取得样本图像，其中ADAS镜头占据250x250区。如果采用正确的镜头来缩放到传感器的极限，则ADAS镜头可以占据3500x3500，其中留下一些空间以允许相机的机械对准。这将是14倍分辨率改进。最优地，机器视觉点检测准确性可以改进14倍，从而提供+/-0.36％容差。这将传播到+/-0.063度的θ角测量准确性和+/-0.016度的真实横摆准确性。然而，这些假设是基于相机设备的理想条件，展示了实现对高容差的改进准确性的方式。

这些结果表明ADAS相机定向可使用此镜面反射技术清楚地测量。值得注意的是，挡风玻璃提供额外的几何标记，该额外几何标记可以另外或单独地使用以作出关于位置改变的推断。举例来说，车窗膜的孔隙随着ADAS相机5俯仰的轻微改变而移位。相机5镜头圆度的检测是普通的机器视觉任务，且提供x和y平移的参考。使用遵循额外标记与反射测量相结合的此类方法，可监测X和Y线性平移以及横摆和俯仰旋转。

本发明提供了可以用机器视觉设备确定新装配的挡风玻璃中的相机5的朝向和平移。为了实现验证，有利地连同x和y平移的测量一起需要相机5的俯仰和横摆的测量。静态相机3视图内的x和y的平移是匹配两个图像中的ADAS相机5轮廓且测量两个实例之间的距离的过程。通过观察和测量，研究了当存在外部光源2时，在ADAS相机5镜头6中所见的镜面反射的形式与ADAS相机5外壳4的俯仰和横摆之间的关系。通过对安装在挡风玻璃内的ADAS相机5的镜头6中所见的镜面反射进行演示，对这一问题进行了探讨和合理化。演示表明，这些镜面反射与俯仰和横摆之间存在一种可以去耦的一致性关系，而优选系统正是依靠这种关系来确定新装配的ADAS相机系统的朝向。

应当注意，上述实施例是说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例而不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围。在权利要求中，括号中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括(comprising、comprises等)”不排除除了在任何权利要求或说明书中作为整体列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。在本说明书中，“包括(comprises)”表示“包括(includes)或由……组成(consists of)”，“包含(comprising)”表示“包括(including)或由……组成(consisting of)”。元件的单数引用不排除对这些元件的复数引用，反之亦然。在彼此不同的从属权利要求中叙述某些措施这一单纯事实并不指示不能使用这些措施的组合来获得优势。

Claims (13)

1.一种用于研究具有安装好的驾驶员辅助相机DAC的车辆更换挡风玻璃的装配准确性的方法；其中使用照射辐射递送装置，且对所述DAC的光谱反射分布进行成像且与基准光谱反射分布SRP进行比较。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基准光谱反射分布由在更换之前装配到所述挡风玻璃的所述DAC或在更换之前装配到所述挡风玻璃的DAC产生。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中：

a)在DAC安装在车辆的受损挡风玻璃上的适当位置的情况下，对第一光谱反射分布进行成像；

b)在DAC安装在所述车辆的所述更换挡风玻璃上的适当位置的情况下，对第二光谱反射分布进行成像。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中处理器运行以将与所述基准光谱反射分布相关的图像数据和与装配到所述更换挡风玻璃的所述DAC的所述光谱反射分布相关的图像数据进行比较。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中照射辐射是从与所述挡风玻璃间隔开的装置递送的；且使用成像装置(例如相机)来捕捉光谱反射图案。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述成像装置和所述照明递送装置与彼此且与所述车辆以受控/固定关系定位，使得在装配到所述车辆的所述受损挡风玻璃和所述更换挡风玻璃的情况下能够取得准确可重复的图像。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中使用具有被调谐到所述照射辐射的波长(或波段)的波长的成像装置来捕捉所述图像数据。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中处理所述成像的光谱反射数据以识别横滚(俯仰)和横摆分量。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中对所述DAC的镜头的所述光谱反射分布进行成像且与基准光谱反射分布SRP进行比较。

10.一种用于车辆驾驶员辅助系统的DAC的校准的方法，包括：

i)第一步骤，包括研究具有安装好的驾驶员辅助相机DAC的车辆更换挡风玻璃的装配准确性；其中使用照射辐射递送装置，且对所述DAC的光谱反射分布进行成像且与基准光谱反射分布SRP进行比较；

ii)后续步骤，包括所述DAC的校准。

11.一种用于研究具有安装好的驾驶员辅助相机(DAC)的车辆更换挡风玻璃的装配准确性的系统；其中使用照射辐射递送装置(例如光源)引导光照射在所述DAC的镜头上，且使用成像装置(例如相机)对所述DAC的光谱反射分布进行成像且(例如使用处理器)与基准光谱反射分布SRP进行比较。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统进一步包括用于保证所述照射辐射递送装置、所述挡风玻璃和所述成像装置的空间一致性以在更换之前对所述挡风玻璃上的所述DAC进行成像且在更换之后对所述挡风玻璃上的所述DAC进行成像的构件。

13.根据权利要求11或权利要求12中任一项所述的系统，其中所述系统进一步包括用于所述DAC的校准的构件。