车身三维尺寸视觉检测系统
班级：自动化4班姓名：马晓明学号：3011203150
1．引言
随着车辆在中国的普及，越来越多的家庭会拥有属于自己的轿车，但是车辆事故也不可避免的随之而来。

很多车主在发生一些小事故后会很自然的开去修理厂进行修理，但是目前中国大多数的修理厂只会进行一些简单的人工测量与修理，并不能对车辆进行科学，精准的测量与评估，因此会导致很多二次事故。

车辆发生事故后，如果采用简单的人工测量和修理，车辆在以后使用中还可能出现跑偏，共振，轮胎非正常磨损等故障，造成严重的生命财产损失。

但是如果我们采用车身三维尺寸视觉检测系统就可避免这些后续事故。

不仅如此，该视觉检测系统同样可以用于汽车生产现场，检测出场汽车是否满足质量要求。

这一技术的应用不仅能快速检测大量汽车样品，而且能节约很多人力，降低生产成本。

2．车身三维尺寸视觉检测原理
典型的车身三维尺寸视觉检测系统原理如图所示。

该系统包括多个视觉传感器，全局校准，现场控制，测量软件等几部分。

每个视觉传感器是一个测量单元，对应车身上的一个被测点，系统组建时，所有的传感器均已统一到基准坐标系下( 即系统全局校准) ，传感器由系统中的计算机控制。

测量时，每个传感器测量相应点的三维坐标，
并转换到基准坐标系中，全部传感器给出车身所有被测点的测量结果，完成系统测量任务。

3. 视觉检测系统步骤
（1）图像获取
双台相机获取：可有不同位置关系
（2）相机标定
确定空间坐标系中物体点同它在图像平面上像点之间的对应关系。

a)内部参数：相机内部几何、光学参数
b)外部参数：相机坐标系与世界坐标系的转换
（3）图像预处理和特征提取
预处理：主要包括图像对比度的增强、随机噪声的去除、滤波和
图像的增强、伪彩色处理等；
特征提取：常用的匹配特征主要有点状特征、线状特征和区域特征等
（4）立体匹配：根据对所选特征的计算，建立特征之间的对应关系，将同一个空间物理点在不同图像中的映像点对应起来。

立体匹配有三个基本的步骤组成：a)从立体图像对中的一幅图像如左图上选择与实际物理结构相应的图像特征；b)在另一幅图像如右图中确定出同一物理结构的对应图像特征；c)确定这两个特征之间的相对位置，得到视差。

其中的步骤b)是实现匹配的关键。

（5）深度确定
通过立体匹配得到视差图像之后，便可以确定深度图像，并恢复场景3D信息。

4．视觉传感器
基于双目立体视觉测量原理。

图像由摄像机经图像采集卡进入计算机，经计算机处理得到的图像，提取被测点对应的图像特征在像面上的坐标，由摄像机模型及三角法测量原理可以得到被测点的三维坐标。

双目立体视觉三维测量是基于视差原理①：
其中基线距B=两摄像机的投影中心连线的距离；相机焦距为f 。

设两摄像机在同一时刻观看空间物体的同一特征点(,,)c c c P x y z ，分别在“左眼”和“右眼”上获取了点P 的图像，它们的图像坐标分别为(,)left left left p X Y =，(,)right right right p X Y =。

现两摄像机的图像在同一个平面上，则特征点P 的图像坐标Y 坐标相同，即left right Y Y Y ==，则由三角几何关系得到：
()c left c c right c c c x X f z x B X f z y Y f z ⎧=⎪⎪⎪-=⎨⎪⎪=⎪⎩
则视差为：left right Disparity X X =-。

由此可计算出特征点P 在相机坐标系下的三维坐标为：
left c c c B X x Disparity B Y y Disparity B f z Disparity ⎧=⎪⎪⎪=⎨⎪⎪=⎪⎩
因此，左相机像面上的任意一点只要能在右相机像面上找到对应的匹配点，就可以确定出该点的三维坐标。

这种方法是完全的点对点运算，像面上所有点只要存在相应的匹配点，就可以参与上述运算，从而获取其对应的三维坐标。

5.全局校准
完整的车身三维尺寸视觉检测系统由多达几十个传感器组成，每个传感器均在自身的坐标系(传感器局部坐标系)中进行测量，必须将系统中全部传感器局部坐标系统一到一个全局坐标系(系统基准坐标系)中，才能实现系统功能，这就是全局校准技术②，如图：
采用经纬仪或激光跟踪仪作为中介工具，建立一个中间工具坐标系，将每一个摄像机坐标系以及工件坐标系统一至该中间坐标系下，从而间接地建立摄像机坐标系与工件坐标系之间的转换关系。

因此，通过此一系列的坐标变换，即可获得车身上相应被测点的坐标值。

以第i个摄像机为例，其坐标变换公式可以表示为
：
其中分别为工件坐标系下的齐次坐标及第i 个摄像机
坐标系下所采集到的被测点的齐次坐标，
为两坐标系之间的齐
次坐标变换矩阵，数学模型如下：
其中R(3×3矩阵)和T (3×1矩阵)分别为两坐标系之间的旋转矩阵平移矩阵。

6.系统控制
采用现场总线控制③:，如图：
该方案具有优良的扩展性能，能够在不改变现有系统结构的基础上，对系统进行平滑扩充，且布线规范，线缆需求量小，安全隐患少，标语维护。

系统使用RS-485中继器，可以扩展128个以上传感器。

7．测量软件
为保证系统功能的可靠性和达到设计测量精度，测量软件的设计必须考虑以下几点：a）选择可靠性高的操作系统。

视觉检测以图像处理为基础，涉及到大量算法和用算量，需要消耗大量的计算机资源。

b）设计算法时，应当着重考虑容错性。

图像的精确量化处理和一般的变化（几何变化，线性变化，颜色变化等）不同，常常伴随算法的不稳定，以至于产生很大的测量误差。

c)车身视觉监测系统在现场工作的实时状态应当在软件界面上有充分的体现，以便操作者脱离现场，减轻工作强度。

8.结语
综上所述，车身三维视觉检测不仅能对车辆进行高速在线测量，而且能根据不同车身的结构参数判断是否满足质量要求。

该检测原理原理简单，结构清晰，可以进行大批量的检测。

随着汽车市场的发展，该测量技术具有不可估量的市场前景。

9.参考文献
①周富强．CCD摄像机快速标定技术．光学精密工程，2002（2）
②王植槐等．汽车制造检测技术．北京理工大学出版社，2001（4）
③熊春宝．经纬仪工业测量系统的模型研究．武汉测绘科技大学学报，1998（9）出师表
两汉：诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。

然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。

诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。

若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。

先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。

侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。

臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。

先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。

后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。

受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。

今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。

此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。

至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。

若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。

臣不胜受恩感激。

今当远离，临表涕零，不知所言。