CN111586290B - 一种车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法，其先在治具上取得标定基准图像，通过六轴机械手驱动相机，使得相机获取到的靶标图像与标定基准图像完全一致，从而确定了相机的基准位置，确定了基准位置，即确定了相机的起始坐标，这样也就得到了相机与人眼设计位置与视线方向的相对位置关系，再通过机械驱动相机手达到人眼设计位置并使得相机光轴与人眼设计位置与人眼视线方向一致，这样便完成了抬头显示器光学测试用相机的位置标定，该方法操作简单可靠，将相机安装在六轴机械手上进行运动且标定出相机的位置与光轴方向，扩展了测试范围。

Description

一种车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法

技术领域

本发明涉及物理领域，尤其涉及汽车用抬头显示器（Head-Up Displays， HUD）的测试技术，特别是一种车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法。

背景技术

车载抬头显示器把车况、路况、导航等信息通过光学方法形成虚像透过挡风玻璃投影在驾驶员视线正前方路面上方，驾驶员在驾驶过程中不需要低头查看仪表以及中控显示屏便可以获取到与驾驶相关的一些关键信息。这样驾驶员视线可以不用离开前方路面，极大提高了驾驶安全性。

对于车载抬头显示器而言，虚像的图像质量（如畸变、清晰度、双目视差等）是关键考量指标。为了检验虚像的图像质量，一般使用特殊的相机来获取图像并使用特定的图像处理方法进行图像质量的评价。

实际测试中，相机通过特定的夹具安装在六轴机械手上，六轴机械手安装在光学测试台架上，台架上有安装抬头显示器的安装定位固定点，同时台架上也有安装挡风玻璃的安装定位固定点。六轴机械手通过控制线与运动控制器连接，测试计算机通过运动控制器向六轴机械手发送命令，驱动相机按照指定路径移动。在这个测试过程中，相机实际上模拟了人眼的作用。相机的位置与相机光轴的指向都必须与人眼设计位置、与人眼视线方向一致。

由于六轴机械手是一种运动部件，故安装在其上的相机的位置与相机的光轴指向很难通过机械安装定位来达到。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种方法简单可靠，能使得相机的位置与相机光轴的指向与人眼设计位置与人眼视线方向一致，满足光学测试要求的车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法，其特点是，其步骤如下：

步骤一：获取标定基准图像：将测试标定靶标与相机按一个预订距离安装在水平放置的治具上，通过机械加工修配，使测试标定靶标平面与相机光轴垂直，测试标定靶标中心与相机光轴重合，测试标定靶标与相机之间的距离为相机的正常拍摄距离，在此安装条件下，使用相机抓取到测试标定靶标图像，并将此图像设定为标定基准图像，并存于计算机中；

步骤二：标定安装：使用车载抬头显示器光学测试台架，将上述靶标安装到测试台架的抬头显示器安装定位固定点上，抬头显示器安装定位固定点的理论空间坐标为（x0，y0，z0），此时靶标与人眼设计位置与视线方向的理论相对关系即可得到；同时将挡风玻璃也安装在测试台架上，然后，将相机安装到六轴机械手上，六轴机械手安装在测试台架的另一端；通过移动六轴机械手到相机与靶标之间最小的距离小于获取标定基准图像时测试标定靶标与相机之间的距离；

步骤三：位置标定：通过驱动六轴机械手，调整相机位置，使得相机获取到的靶标图像的水平与垂直边线均与标定基准图像的水平与垂直边线相平行，且中心相重合；继续调整相机位置，当相机获取到的靶标图像与标定基准图像完全一致时，即确定了相机的基准位置，此时相机与靶标在测试台架上的相对位置关系等同于相机与靶标在治具上的相对位置关系，此基准位置即为相机的起始坐标，它的理论空间坐标为（x1，y1，z1），可以通过固定点的理论空间坐标和在标定治具上相机与靶标的位置关系计算得到，人眼设计位置的理论空间坐标是（x2，y2，z2），视线方向在人眼设计位置上绕x轴旋转角度为α，绕y轴旋转角度为β，绕z轴旋转角度为γ，驱动六轴机械手从基准位置沿x轴平移（x2-x1），沿y轴平移（y2-y1），沿z轴平移（z2-z1），即使相机到达了人眼设计位置，再驱动六轴机械手在此位置上使得相机绕x轴旋转α，绕y轴旋转β，绕z轴旋转γ，即使相机光轴与视线方向一致，这样便完成了抬头显示器光学测试用相机的位置标定。

治具和测试台架均采用现有技术中使用的任一种适用于本发明的治具和车载抬头显示器光学测试台架。

以上所述的本发明车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法技术方案中：测试标定靶标包含一田字格形状图形。

以上所述的本发明车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法技术方案中：步骤三中六轴机械手带动相机实现多次平移和旋转，使相机获取到的靶标图像与标定基准图像完全一致。

以上所述的本发明车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法技术方案中：所述的测试标定靶标安装到治具的安装定位固定点上，治具安装定位固定点经过了校准标定。

与现有技术相比，本发明通过六轴机械手驱动相机，使得相机获取到的靶标图像与标定基准图像完全一致，从而确定了相机的基准位置，确定了基准位置，即确定了相机的起始坐标，这样也就得到了相机与人眼设计位置与视线方向的相对位置关系，再通过机械驱动相机手达到人眼设计位置并使得相机光轴与人眼设计位置与人眼视线方向一致，这样便完成了抬头显示器光学测试用相机的位置标定，该方法操作简单可靠，将相机安装在六轴机械手上进行运动且标定出相机的位置与光轴方向，扩展了测试范围。

附图说明

图1为本发明获取标定基准图像时靶标与相机安装在治具上的示意图；

图2为靶标的示意图；

图3为靶标的正视图；

图4为标定安装时安装有相机的六轴机械手、靶标及挡风玻璃在测试台架上的示意图；

图5为计算机显示器的已存储的标定基准图像；

图6为计算机显示器的已存储的标定基准图像和相机未调整好位置时相机光轴方向与视线方向一致时相机获取到的靶标图像；

图7为计算机显示器的已存储的标定基准图像和与标定基准图像一致的靶标图像。

具体实施方式

以下结合附图进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1，一种车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法，其步骤如下：

步骤一：获取标定基准图像：参考附图1，将测试标定靶标2与相机按一定的距离安装在水平放置的治具1上，测试标定靶标2包含一田字格形状图形201，如附图2和3所示。通过机械加工修配，使测试标定靶标2平面与相机3光轴垂直，测试标定靶标2中心与相机3光轴重合，测试标定靶标2与相机3之间的距离为相机3的正常拍摄距离，保证靶标线框的水平度与垂直度，在此安装条件下，使用相机3抓取到测试标定靶标图像，并将此图像设定为标定基准图像10，如附图5所示；标定基准图像10储存在计算机中，并在计算机显示器9中直观显示，便于比对。

步骤二：标定安装：参考附图4，使用车载抬头显示器光学测试台架4，将上述靶标2安装到测试台架的抬头显示器安装定位固定点7上，抬头显示器安装定位固定点7的理论空间坐标为（x0，y0，z0），此时靶标2与人眼设计位置6与视线方向的理论相对关系即可得到；同时将挡风玻璃8也安装在测试台架4上，然后，将相机3安装到六轴机械手5上，六轴机械手5安装在测试台架的另一端；通过移动六轴机械手5到相机3与靶标2之间最小的距离小于获取标定基准图像时测试标定靶标2与相机3之间的距离；

步骤三：位置标定：通过驱动六轴机械手5，六轴机械手5带动相机3实现多次平移和旋转，调整相机3位置，使得相机3获取到的靶标图像11的水平与垂直边线均与标定基准图像10的水平与垂直边线相平行，且中心相重合，如附图6所示；继续调整相机3位置，当相机3获取到的靶标图像11与标定基准图像10完全一致时，如附图7所示，即确定了相机3的基准位置，此时相机与靶标2在测试台架上4的相对位置关系等同于相机与靶标2在治具1上的相对位置关系，此基准位置即为相机3的起始坐标，它的理论空间坐标为（x1，y1，z1），可以通过固定点的理论空间坐标和在标定治具1上相机与靶标2的位置关系计算得到，人眼设计位置6的理论空间坐标是（x2，y2，z2），视线方向在人眼设计位置6上绕x轴旋转角度为α，绕y轴旋转角度为β，绕z轴旋转角度为γ，驱动六轴机械手从基准位置沿x轴平移（x2-x1），沿y轴平移（y2-y1），沿z轴平移（z2-z1），即使相机到达了人眼设计位置6，再驱动六轴机械手在此位置上使得相机绕x轴旋转α，绕y轴旋转β，绕z轴旋转γ，即使相机光轴与视线方向一致，这样便完成了抬头显示器光学测试用相机的位置标定。

实施例2，实施例1所述车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法中，所述的测试标定靶标2安装到治具1的安装定位固定点上，治具1安装定位固定点经过了校准标定。

实施例3，一种车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法，其步骤如下：

将测试标定靶标2与相机3分别安装在水平放置的治具1两端部，测试标定靶标2安装到治具1的安装定位固定点上，治具1安装定位固定点经过了校准标定。靶标2与相机3的间距为1000mm，测试标定靶标2包含一田字格形状图形201。通过机械加工修配，使测试标定靶标2平面与相机3光轴垂直，测试标定靶标2中心与相机3光轴重合，同时保证靶标线框的水平度与垂直度。在此安装条件下，使用相机3抓取到测试标定靶标图像，并将此图像设定为标定基准图像10，存储在计算机中，并在计算机显示器9中直观显示，便于比对。

然后使用车载抬头显示器光学测试台架4，将上述靶标2安装到测试台架4的抬头显示器安装定位固定点7上，固定点7的理论空间坐标为（0，0，0），此时靶标2与人眼设计位置6与视线方向的理论相对关系即可得到；同时将挡风玻璃8也安装在测试台架4上，然后，将相机3安装到六轴机械手5上，六轴机械手5安装在测试台架4的另一端；抬头显示器安装定位固定点7和六轴机械手5安装点的距离为2000mm。

驱动六轴机械手5，六轴机械手5通过多次平移和旋转调整相机位置，使得相机3获取到的靶标图像11的水平与垂直边线均与标定基准图像10的水平与垂直边线相平行，且中心相重合，继续调整相机3位置，当相机3获取到的靶标图像11与标定基准图像10完全一致时，即确定了相机3的基准位置。此时相机3与靶标2在测试台架上的相对位置关系等同于相机与靶标2在治具1上的相对位置关系，此基准位置即为相机的起始坐标，它的理论空间坐标为（1000，0，0），可以通过固定点7的理论空间坐标和在标定治具1上相机与靶标2的位置关系计算得到，人眼设计位置6的理论空间坐标是（1500，10，600），视线方向在人眼设计位置6上绕x轴旋转角度为0°，绕y轴旋转角度为-3°，绕z轴旋转角度为0.5°，驱动六轴机械手5从基准位置沿x轴平移500mm，沿y轴平移10mm，沿z轴平移600mm，即使相机3到达了人眼设计位置6，再驱动六轴机械手5在此位置上使得相机绕x轴旋转0°，绕y轴旋转-3°，绕z轴旋转0.5°，即使相机3光轴与视线方向一致，这样便完成了抬头显示器光学测试用相机的位置标定。

本发明通过六轴机械手驱动相机，使得相机获取到的靶标图像与标定基准图像完全一致，从而确定了相机的基准位置，确定了基准位置，即确定了相机的起始坐标，这样也就得到了相机与人眼设计位置与视线方向的相对位置关系，再通过机械驱动相机手达到人眼设计位置并使得相机光轴与人眼设计位置与人眼视线方向一致，这样便完成了抬头显示器光学测试用相机的位置标定，该方法操作简单可靠。

Claims (3)

1.一种车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：获取标定基准图像：将测试标定靶标与相机按一个预定距离安装在水平放置的治具上，将所述的测试标定靶标安装到治具的安装定位固定点上，治具安装定位固定点经过了校准标定，通过机械加工修配，使测试标定靶标平面与相机光轴垂直，测试标定靶标中心与相机光轴重合，测试标定靶标与相机之间的距离为相机的正常拍摄距离，在此安装条件下，使用相机抓取到测试标定靶标图像，并将此图像设定为标定基准图像；

步骤二：标定安装：使用车载抬头显示器光学测试台架，将上述靶标安装到测试台架的抬头显示器安装定位固定点上，抬头显示器安装定位固定点的理论空间坐标为（x0，y0，z0），同时将挡风玻璃也安装在测试台架上，然后，将相机安装到六轴机械手上，六轴机械手安装在测试台架的一端；通过移动六轴机械手到相机与靶标之间的距离小于获取标定基准图像时测试标定靶标与相机之间的距离；

步骤三：位置标定：通过驱动六轴机械手，调整相机位置，使得相机获取到的靶标图像的水平与垂直边线均与标定基准图像的水平与垂直边线相平行，且中心相重合；继续调整相机位置，当相机获取到的靶标图像与标定基准图像完全一致时，即确定了相机的基准位置，此时相机与靶标在测试台架上的相对位置关系等同于相机与靶标在治具上的相对位置关系，此基准位置即为相机的起始坐标，其理论空间坐标为（x1，y1，z1），人眼设计位置的理论空间坐标是（x2，y2，z2），视线方向在人眼设计位置上绕x轴旋转角度为α，绕y轴旋转角度为β，绕z轴旋转角度为γ，驱动六轴机械手从基准位置沿x轴平移（x2-x1），沿y轴平移（y2-y1），沿z轴平移（z2-z1），即使相机到达了人眼设计位置，再驱动六轴机械手在此位置上使得相机绕x轴旋转α角度，绕y轴旋转β角度，绕z轴旋转γ角度，即使相机光轴与视线方向一致，完成抬头显示器光学测试用相机的位置标定。

2.根据权利要求1所述的车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法，其特征在于：测试标定靶标包含一田字格形状图形。

3.根据权利要求1所述的车载抬头显示器光学测试用相机的位置标定方法，其特征在于：步骤三中六轴机械手带动相机实现多次平移和旋转，使相机获取到的靶标图像与标定基准图像完全一致。

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