CN1776356A - 自校准位置确定系统 - Google Patents

Abstract

一种位置确定系统，包括第一测量模块、第二测量模块和数据处理系统。第一测量模块包括：第一感测装置，用于获取第一对象相对于其的位置数据；校准感测装置，刚性地链接到第一感测装置，其与第一感测装置之间的位置关系是已知的；及第一重新定位装置，用于重新定位第一感测装置。第二测量模块包括：第二感测装置，用于获取第二对象相对于其的位置数据；校准目标，用于获取校准目标相对于校准感测装置的位置数据，其刚性地链接到第二感测装置，且其与第二感测装置之间的位置关系是已知的；以及第二重新定位装置，用于重新定位第二感测装置。数据处理系统耦合到第一和第二测量模块，其提供指示第一和第二感测装置位置的用户接口。

Description

自校准位置确定系统

本申请是国际申请日为2002年6月14日、国际申请号为PCT/US02/18709、于2003年12月12日进入中国国家阶段且申请号为02811955X的专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2001年6月15日提交的美国临时专利申请No.60/298,653的优先权，其标题为“APPARATUS，SYSTEM，METHODAND USER INTERFACE FOR ADJUSTING THE YAW OF ASELF-CALIBERATING THREE-DIMENSIONAL ALIGNER(用于调整自校准三维校准仪的偏转的设备、系统、方法和用户接口)”。

技术领域

本公开通常涉及位置确定方法和系统，且更具体地，涉及用于调整自校准位置确定系统以适应不同需要的方法和系统。

背景技术

位置确定系统，如机器视觉测量系统，被使用在很多应用中。例如，可以使用计算机辅助的、三维机器视觉对准装置和相关的对准方法来对机动车辆的轮进行对准。三维对准的实例在美国专利No.5,724,743，标题为“Method and apparatus for determining the alignment of motor vehiclewheels，”以及美国专利No.5,535,522，标题为“Method and apparatus fordetermining the alignment of motor vehicle wheels，”中均有描述，这两个专利都被转让给本发明的受让人，并在此引入作为参考。

为了确定所述车辆轮的对准状态，一些校准器使用方向传感器如相机，来观察附着在所述轮上的对准目标，以确定所述对准目标相对于所述对准相机的位置。这些类型的校准器需要校准过程以确定所述对准相机之间的相对位置，以精确地确定所述车辆的一侧的轮与所述车辆的另一侧的轮之间的位置。

根据一种校准方法，将一个大的对准目标放置在所述对准相机的视场内，典型地沿着所述对准架的中心线，并且远离所述对准相机。由于每个对准相机观察相同的对准目标，由此能够计算所述对准目标相对于每个对准相机的位置，并且能够确定所述对准相机之间的位置关系。这被称作相对的对准相机位置(RCP)校准。RCP转移功能被用于将一个对准相机的坐标系统转换到另一个对准相机的坐标系统中，以使由一个对准相机观察的对准目标可以直接地相关于由另一个对准相机观察的对准目标。用于执行RCP的一种手段被公开在美国专利5,809,658中，标题为“Method and Apparatus for Calibrating Alignment cameras Used in theAlignment of Motor Vehicle Wheels，”于1998年9月22日将所述专利权授予Jackson等人，这里提出以供参考。

虽然RCP校准是精确的，其还是需要特殊的固定装置和经过训练的操作员来执行。因此，需要比较简单的用于校准位置确定系统的校准过程。用于自校准的方法已经在以下两个共同未决专利申请中提出，标题为“Self-Calibrating，Multi-Alignment camera Machine Vision MeasuringSystem”，序列号为09/576,442，的专利申请，由Jackson等人于2000年5月22日提交，以及标题为“Self-Calibrating 3D Machine Vision MeasuringSystem Useful In Motor Vehicle Wheel Alignment”，序列号为09/928,453的专利申请，由Jackson等人于2002年8月14日提交，这两个专利申请均被转让给本申请的受让人，并且在这里提出以供参考。

然而这些方法并未解决位置确定系统遇到的问题。在位置确定系统如机器视觉测量系统被安装并校准后，所述系统通常只能与一定尺寸的测试对象一起工作。例如，3D校准器使用对准相机来观察附着在所述轮上的对准目标。由于所述对准相机的视场有限，所述系统只能为特定尺寸的车辆来确定对准目标位置。如果车辆比所述特定尺寸宽一些或者窄一些，所述目标将会超出所述相机的观察范围，并且如果不将所述校准器移动到新位置，则所述校准器就不能够测量所述对准目标的位置，上述新位置即所述对准目标能够被所述对准相机正确地看到的位置。所述校准器的拆除和重新安装是麻烦和费时的。另外，在所述校准器被重新安装后，将所述相机瞄准所述对准目标还需要花费时间。

因此，需要在无需重新安装系统的情况下就可适应不同尺寸的测试对象的位置确定系统。

还需要具有感测装置的自动系统，其无需人工干预即可自动定位所述对准目标。

还需要用户接口，用来指示所述感测装置的位置，以及所述对准目标是否适当地落在所述感测区域感测装置的感测区域内。

发明内容

本发明提供位置确定系统，其包括第一测量模块、第二测量模块和数据处理系统。所述第一测量模块包括：第一感测装置，用于获取第一对象相对于所述第一感测装置的位置数据；校准感测装置，刚性地链接到所述第一感测装置，其中所述第一感测装置与所述校准感测装置之间的位置关系是已知的；以及第一重新定位装置，用于重新定位所述第一感测装置而不改变所述第一感测装置与所述校准感测装置之间的位置关系。所述第二测量模块包括：第二感测装置，用于获取第二对象相对于所述第二感测装置的位置数据；校准目标，用于与所述校准感测装置一起使用以获取所述校准目标相对于所述校准感测装置的位置数据，其中所述校准目标刚性地链接到所述第二感测装置，且所述第二感测装置与所述校准目标之间的位置关系是已知的；以及第二重新定位装置，用于重新定位所述第二感测装置而不改变所述第二感测装置与所述校准目标之间的位置关系。所述数据处理系统耦合到所述第一和第二测量模块，配置为提供指示所述第一感测装置和所述第二感测装置的位置的用户接口。

附图说明

本公开借助于实例和附图来说明，但这些实例和附图并非用于限制本公开，并且其中同样的参考数字指示同样的元件，在附图中：

图1A是实例性位置确定系统的俯视图。

图1B示出了图1A中所示的实例性位置确定系统的操作。

图1C示出了实例性测量模块的部分的结构。

图2示出了具有重新定位机构的实例性测量模块的仰视图。

图3A是实例性测量模块的透视图。

图3B是示出图3A中所示测量模块的部分的详细结构。

图4A-4C示出了在所述重新定位机构操作的过程中由校准相机观察到的校准目标的改变的实例。

图5A-5C示出了测量模块的旋转。

图6A-6C示出了在所述重新定位机构操作的过程中由对准相机观察到的对准目标的改变的实例。

图7A是所述重新定位机构的变体。

图7B-7D示出了所述重新定位机构的另一变体。

图7E示出了所述重新定位机构的另一变体。

图8A-8C示出了确定所述对准相机的位置的实例。

图9是数据处理系统的框图，根据它可以实现实例性位置确定系统。

图10A-10C示出了所述位置确定系统的实例性用户接口的屏幕图象捕捉。

具体实施例

在下面的描述中，为了解释的目的，提出很多的具体细节以便提供对本公开的彻底的理解。对于本领域专业技术人员来说，本公开很明显可以在没有这些特定细节的情况下被实行。在其他的实例中，以框图的形式示出已经被熟知的结构和装置，目的是避免不必要地使本公开不清楚。

系统概述

描述了计算机辅助的轮对准(wheel alignment)系统(“对准器”)，使用它可以实现实例性位置确定系统。所述对准器包括：对准相机，用于捕获图象并产生附着到测试车辆的对准目标的位置数据；数据处理系统，用于处理所述位置数据并且确定所述对准目标的位置；以及重新定位机构，其被配置用于对所述对准相机的视场进行重新定位。根据对准过程中车辆的尺寸，所述重新定位机构将所述对准相机的所述视场调整到一位置，在所述位置处所述对准目标可以由所述对准相机适当地看到，而不需要拆除和/或重新安装所述对准器。

图1A是所述对准器的俯视图。所述对准器具有左测量模块2和右测量模块4。箭头30示意性地指示正在进行对准的机动车辆。所述车辆包括左和右前轮22L、22R以及左和右后轮24L和24R。对准目标80a、80b、80c、80d被分别地固定到每个轮22L、22R、24L、24R。每个对准目标通常包括：板82，其上印有对准目标信息；以及夹紧机构88用于将所述对准目标固定到轮上。所述术语“左”和“右”仅用于说明的目的，并非有意要求特定元件相对于另一元件定位到特定位置或者有特殊的联系。

左测量模块2包括左对准相机10L和校准相机20。左对准相机10L面对着所述车辆并且沿着轴42观察所述左侧对准目标80a、80b。对准相机10L刚性地固定到左刚性支座12。

校准相机20面对着所述右测量模块4，并沿着轴46观察校准目标160。校准相机20也被刚性地固定到刚性支座12。在一实施例中，轴42和轴46相对成大约90。角；然而，此特殊角度关系是不被要求或不必要的。

右测量模块4包括右对准相机10R，其通常对着所述车辆，并且沿着所述轴44观察右侧对准目标80c和80d。右对准相机10R被固定到刚性的对准相机支座14。校准目标160被刚性地固定到对准相机支座14的一位置，所述位置能够被沿着轴46的校准相机20看到。

尽管校准相机20被说明为形成左测量模块2的部分且校准目标160为所述右测量模块4的一部分，校准相机20和校准目标160的位置可以切换。

校准相机20以及左对准相机10L被固定到预定的已知的位置。类似地，右对准相机10R和校准目标160被固定到预定的已知的位置。因此，所述校准相机相对于左对准相机10L的位置是已知的，并且所述右对准相机10R相对于对准目标160的位置也是已知的。包括在所述左测量模块中的所述两个对准相机的相对位置可以通过使用精确对准相机安装硬件来获得。另一方法是对所述两个对准相机的位置进行工厂校准，并将其存储以备以后使用。

左对准相机10L和校准相机20被稳定地安装在支座12上，以避免引入校准偏差，所述偏差在所述对准相机相对于所述支座移动时会出现。类似地，右对准相机10R和校准目标160被稳定地安装在支座14上。

可选择地，左测量模块2和右测量模块4还可以包括光源62、64、66，以照亮所述校准目标160和轮对准目标80a到80d。在一实施例中，第一光源62被对准为垂直于轴46，以使光线沿着所述轴照亮校准目标160；第二光源64被对准为垂直于轴42，以使光线沿着所述轴照亮左侧轮对准目标80a和80b；而第三光源66被对准为垂直于轴44，以使光线沿着所述轴照亮右侧轮对准目标80c和80d。在一实施例中，每个光源62、64、66包括电路板或者其他基板，其上安装有多个发光二极管(LED)，面向照明的方向。然而，也可以使用任何其他的光源。

根据对准车辆的不同尺度，所述对准器使用重新定位机构来对所述对准相机10L、10R的视场进行重新定位，以定位到能够正确地看到所述对准目标的位置，而不需要拆卸和/或重新安装所述对准器。图1B示意性地说明了在不同工作模式中的所述对准器的工作。其中同时示出宽车辆31和窄车辆32，以说明所述车辆尺寸的差别。所述对准器可以工作在宽模式和窄模式下。当工作在宽模式下时，相机10L、10R的视场被分别指向点W1和W2。当工作在窄模式下时，相机10L、10R的所述视场被分别指向点N1和N2。

视场P1表示设置在宽模式中的对准相机10L、10R的视场，以观察附加到所述宽车辆31的轮的对准目标；而视场P2表示设置在窄模式中的对准相机10L、10R的视场，以观察附加到所述窄车辆32的轮的对准目标。

如图1B中所示，如果所述对准器被设置到宽模式，并且如果对准的车辆是窄车辆32，则附加在所述窄车辆的所述对准目标将超出所述视场P1。作为响应，可使用所述重新定位机构以将视场从P1重新定位至P2，以使所述对准目标落在所述对准相机的视场中。

相反地，如果所述对准器被设置到窄模式，并且如果对准的车辆是宽车辆31，则附加在所述窄车辆的对准目标将超出所述视场P2。作为响应，可使用所述重新定位机构以将所述视场从P2重新定位至P1，以使所述对准目标落在所述对准相机的视场中。

尽管上面的实例为了说明的目的使用了对准相机，所述重新定位操作可以被应用到其他具有定向感测区域的感测装置或者具有定向信号发射路径的信号源。例如，所述感测装置可以是定向的光传感器，其感测来自具有光源例如LED的活动的对准目标的光线。每个光传感器感测具有有限的感测区域以感测来自特定方向的光。在另一实施例中，所述测量模块可以包括具有LED的光源，并且所述对准目标可包括定向光传感器。所述对准目标上的传感器产生所述光源的位置信号。所述测量模块和其上附加对准目标的所述轮之间的相对位置的测量，可以根据所述由所述对准目标所获取的位置信号来计算。

图1C展示了所述右测量模块4的部分结构。右测量模块4包括支柱52，用于将右对准相机10R以及校准目标160提升到适合的高度，以使附着到正被测试的对象的所述对准目标能够正确地被所述对准相机看到。所述支柱52可以是固定到对准架或服务设施的地板的刚性柱。

右对准相机10R和校准目标160被固定到刚性支座14。刚性支座14被附着到旋转板230。所述旋转板230有孔，其允许所述支柱52穿过。杠杆260被用于使所述旋转板230相对于所述支柱52的中心旋转。由于右对准相机10R和校准目标160通过刚性支座14刚性地附着到所述旋转板230，右对准相机10R和校准目标160在旋转板230绕所述支柱52的中心旋转时也绕所述支柱52的中心旋转。

左测量模块2有与右测量模块4类似的结构，只是左测量模块2具有校准相机20而不是校准目标160。所述左测量模块2使用校准相机20来观察校准目标160。校准相机20与校准目标160之间的相对位置的确定是基于由校准相机20所获取的校准目标160的图象而进行的。

测量模块的校准

如图1A中所示，测量模块2和4已经被安置在待对准的车辆的前面。左测量模块2被定向为使得左对准相机10L能够观察所述车辆的左侧，并且校准相机20能够观察右测量模块4的校准目标160。右测量模块4被定位为使得右对准相机10R能够观察所述车辆的右侧，并且校准目标160能够被校准相机20看到，如图1中所示。在所述对准器可以使用之前，必须确定所述每个测量模块的组件的相对位置。

在一实施例中，所述测量模块中的元件(例如，对准相机、校准相机、以及校准目标)的制作和校准是采用这样一种方式，即一旦制成后，每个对准测量模块中这些元件的相对位置不会有任何的变化。随后测量两个测量模块的相对位置，对所述对准器完成校准过程。

在另一实施例中，所述对准器被制造时对每个测量模块的元件的相对位置进行校准，并且存储用于这些元件的校准数据以今后在校准所述测量模块时使用。另外，所述测量模块的校准的实现是在服务站，在那里进行轮的对准。因为所述测量模块中的对准相机、校准相机和校准目标之间的相对位置被校准，在测量左测量模块相对于右测量模块的位置时，所有校准相机均被校准。在这些条件下，所述对准器被认为是已经完全校准，并且已经准备好用于轮对准中。

在一实施例中，左校准相机20被用于测量左校准相机20相对于右校准目标160的位置。左校准相机20相对于右校准目标160的位置的测量产生左测量模块2相对于右测量模块4的位置，因为所述校准相机被固定到左测量模块2，并且校准目标160被固定到右测量模块4。

在又一实施例中，校准相机20被配置为周期性地校准左测量模块2相对于右测量模块4的位置。校准所述对准器的时间间隔是变化的，其可以是每秒几次、或者每天一次、或者每周一次等等。

实施校准的方法的细节描述见序列号为09/576,442的共同未决专利申请，标题为“Self-Calibrating，Multi-Alignment camera Machine VisionMeasuring System”，由Jackson等人于2000年5月22日提交，以及序列号为09/928,453的共同未决专利申请，标题为“Self-Calibrating 3DMachine Vision Measuring System Useful In Motor Vehicle WheelAlignment”，由Jackson等人于2002年8月14日提交，所述两申请均被转让给本发明受让人，并且在这里提出以供参考。

重新定位机构

如上所述，所述对准器有重新定位机构，用于重新定位所述对准相机的视场，以适应不同尺寸的车辆，而不需要拆卸或重新安装所述测量模块。图2展示测量模块200的仰视图，其具有实例性的重新定位机构，其能够移动或转动所述对准相机，以使所述对准相机的视场可以沿着x-y平面重新定位，如图1B中所示。

所述测量模块200有旋转板230。对准相机290与校准目标或者校准相机一起被刚性地附着到所述旋转板230。所述旋转板230有允许所述支柱52穿过的孔。支撑板210是具有滑动器的固定车，其可以沿着所述支柱52上下滑动。所述支撑板210有四个槽242、244、246和248。所述旋转板230通过安置在这些槽中的销252、254、256和258附着到所述支撑板210并可沿着这些槽滑动。

杠杆260被用于使旋转板230相对于支柱52的中心旋转。所述杠杆260通过枢轴262可旋转地附着到旋转板230以及支撑板210。偏置盘264被围绕所述枢轴262安置，并且在所述支撑板210和所述杠杆260之间。

图3A展示了具有对准相机290和校准目标160的测量模块200的透视图。对准相机290和校准目标160通过刚性支座14附着到旋转板230。杠杆260通过枢轴262和轴承310附着到所述旋转板230上。

图3B展示了所述杠杆260、轴承310和机架320的详细结构。所述轴承310允许所述杠杆260开动所述旋转板230的旋转。所述枢轴262穿过所述轴承310。所述轴承310通过两个螺钉320、340固定到所述旋转板230。所述轴承310有多个小球314和所述轴承内的内滚道312和外滚道316。所述内滚道312被压入到所述枢轴262中。当所述杠杆260被旋转时，所述轴承310使所述枢轴262旋转，并且所述非同心的偏置盘264在所述旋转板230上提供力，以使杠杆260的旋转转换为旋转板230的旋转。由于所述对准相机/校准相机/校准目标都是被刚性地附着到所述旋转板，所述对准相机/校准相机/校准目标随所述旋转板230的旋转而旋转。当所述对准相机旋转时，所述对准相机的视场也旋转。因此，如图1B中所示，可以简单地通过所述杠杆260旋转所述旋转板230，使所述视场从P1定位到P2，或者从P2到P1。

图4A-4C展示了在所述重新定位机构的操作过程中由所述校准相机20观察到的所述校准目标160的变化的实例。在转动所述对准相机290的过程中，所述校准相机20和所述校准目标160之间的相对位置会改变。因此，所述校准目标160从所述校准相机的视场的右侧(图4A)移动到中间(图4B)，并且随后移动到所述校准相机的视场的左侧(图4C)。所述校准相机和对准目标的相对位置的确定根据的是所述校准目标的图象的改变。

图5A-5C展示了在重新定位对准相机之一的所述视场的过程中一个测量模块旋转的实例。在图5A-5C中，所述校准目标160从面对着所述图(图5A)的左侧旋转到几乎面对所述图的中间(图5C)。

图6A-6C展示了重新定位上述对准相机中之一的视场的结果的实例。在图6A中，所述对准目标超出了所述对准相机的视场。通过重新激活所述重新定位机构，所述对准目标开始出现在所述对准相机的视场内(图6B)，并且最终到达所述对准相机的视场的中间(图6C)。

所述重新定位机构的另一实施例使用马达来旋转所述旋转板230。所述马达可以是任何类型的马达，例如伺服马达、步进马达、DC马达等等，以旋转所述轴。可使用马达来替换所述轴承310以及所述杠杆260。枢轴262连接所述旋转板230和所述支撑板210。所述马达的外侧被刚性地附着到所述旋转板230，类似于所述轴承310的外侧。所述马达的内侧向所述轴262施加转矩。所述马达使所述枢轴262旋转，并使所述非同心的偏置盘264在类似于凸轮的所述旋转板230上施加力。

图7A展示了所述重新定位机构的另一变体，用于沿着所述X-Y平面重新定位所述对准相机的视场。所述对准相机290和校准目标160被刚性地附着到板380，板380通过铰链351附着到所述支柱52。所述板可以相对于所述支柱52自由地移动，其又重新定位所述对准相机的视场。另一测量模块可以具有与图7C中所示同样的结构，不同的是校准相机被安置在面对所述校准目标160的所述板上。作为一种选择，马达可用于旋转所述旋转板230。所述马达可以被安置在所述铰链上以旋转所述板。

另一种用于沿着X-Y平面重新定位所述对准相机的视场的重新定位机构的变体被展示在图7B-7D中。在图7B中，所述重新定位机构具有跨于轨道393上的对准相机290，所述轨道由柱391支撑。所述对准相机290的底部有轮390，于是所述对准相机290能够在所述轨道393上滑动，以重新定位所述对准相机的所述观察路径。图7C展示了在外侧机壳上描绘校准目标图案160的所述校准相机190的透视图。图7D展示了对准相机模块396的俯视图，所述模块容纳了用于观察附着到车辆轮的对准目标的对准相机395，以及用于观察所述校准目标图案160的校准相机394。所述对准相机模块396可以以与图7C中所示的类似的方式来安装。

尽管本公开描述了重新定位机构的各种设计，为本专业技术人员所熟知的、用于沿着X-Y平面移动或者旋转所述对准相机的重新定位机构的其他变体也可以被用于实施所述测量模块。另外，尽管可以得到不同的重新定位机构，所述重新定位机构的应用并非限制于使用相同类型的重新定位机构。重新定位机构的不同组合可以被使用在左和右测量模块上。例如，图7B中示出的测量模块可以与图7A中示出的所述类型的测量模块一起使用。

图7E描述了重新定位机构，其能够沿着X-Y平面重新定位所述对准相机的所述视场。图7E展示了测量模块700的部分结构。所述测量模块700有一类似于图2中所描述的结构，只是对准相机140通过枢轴640可枢转地附着到刚性的对准相机支座14。为了更清楚的示出所述重新定位机构，省略了所述测量模块的其他组件。

在所述对准相机104的背面，弹簧650连接在所述对准相机104和所述旋转板230之间。螺丝调节器660被安置在所述对准相机104和所述刚性对准相机支座14之间。当所述螺丝调节器660被转动时，其使所述对准相机140相对于所述枢轴640向上或者向下旋转。因此，所述对准相机可以沿着X-Z平面向上或者向下倾斜，以适应具有不同轮尺寸的车辆。

如果优选，也可以使用马达来获取机器驱动的重新定位机构。例如，马达可以被安置在所述铰链(图7A)、所述枢轴(图7E)或者所述轮(图7C)上，以执行所述对准相机的旋转或者移动。

操作模式的指示

如图1B中所示，在将所述对准相机的视场从宽模式重新定位到窄模式(P1到P2)或者与之相反时，这两个视场之间的角度是小的，有时在大约6°。所述6°的旋转不容易被人眼观察到。因此，技术人员要获知所述观察角度的精确位置、或者测量模块是被设置到宽模式还是窄模式是有困难的。图8A-8C展示了确定所述测量模块的操作模式的方法。

在图8A中，所述杠杆260被定位设置到左侧。此时，垂直于所述对准相机表面的轴410与参考轴420形成角θ1。在图8B中，通过将所述杠杆260从左边的位置转动到中间，垂直于所述对准相机表面的轴现在是轴432，并且与所述参考轴420形成角θ2，其中θ2＞θ1。在图8C中，当所述杠杆260被进一步再向右侧转动时，垂直于所述对准相机表面的轴现在是轴434，并且与所述参考轴420形成角θ3，其中θ3＞θ2＞θ1。

尽管θ3和θ1之间存在角度差(大约6°)，所述杠杆260从左边移动到右边(大约80°)。因此，所述杠杆角度的变化在所述对准相机旋转的过程中很容易观察到。因此，所述杠杆角度在所述对准相机旋转的过程中对操作员形成视觉反馈。通过观察所述杠杆角度的变化，操作员能够确定所述对准相机是在宽模式、窄模式、还是上述两个模式之间的某位置。

作为一种选择，传感器被用于检测所述对准相机的旋转，并且产生表示所述对准相机的旋转状态的信号。所述信号可以被馈送到数据处理系统，并且输出到用户接口以表示所述旋转的状态。所述传感器可以被安置在所述对准相机的下面以确定旋转角度。或者，所述传感器可以被安置在所述杠杆上或其附近，以检测所述杠杆(图2)、所述铰链(图3C)或者所述轨道(图3D)的旋转角度。

对准目标的定位对准

由于车辆尺寸是变化的，所述对准器必须确定用来进行对准的车辆是宽车辆还是窄车辆，以及将所述对准相机的视场定位到什么地方，以使所有的对准目标均正确地出现在所述对准相机的视场内。重新定位所述对准相机的视场的一种方法是让技术人员到所述测量模块处，并且手动调整所述对准相机的方向，直到所述对准目标图象正确地出现在所述对准相机的视场中。

定位对准目标也可以自动地实现，而不需要人的干预。一种方法是在每次对准之前将所述对准器默认地设置到一种操作模式，即或者是宽模式或者是窄模式。所述对准器将为每个对准相机初始地确定对准目标是否可接受地出现在所述视场的预定区域中。为了确定所述对准目标是否正确地落在所述视场的预定区域中，所述对准器可以访问正确地落在所述视场的预定区域中的对准目标的预先存储的图象。通过经常地将由所述对准相机获取的图象信号与所述预先存储的图象进行比较，所述对准器能够确定所述对准目标是否正确地落在了所述视场的预定区域中。

如果所述对准器被缺省设置到宽模式，并且如果所述对准目标正确地落在了所述视场的预定区域中，所述对准器确定所述待对准车辆是宽车辆，并且可以开始对准而无需进一步调整所述对准相机的视场。

另一方面，如果至少一个对准目标未能正确地落在所述视场的预定区域中，所述系统确定所述在试验中的车辆是窄车辆，并且所述对准应向窄模式调整，直到所述对准目标正确地出现在所述视场中。

相反地，所述对准器可以预先设置在窄模式。所述对准器的操作类似于上面讨论的情况。

另一种自动地定位所述对准目标的方法是使用自动的扫描处理(process)。在所述自动的扫描处理中，在每次对准之前，所述对准器将为每个对准相机初始确定对准目标是否可接受地出现在所述视场的预定区域中。如果所述对准目标正确地落在所述视场的预定区域中，所述对准相机的视场将不受任何进一步的调整。

另一方面，如果至少一个对准目标未能正确地落在所述视场的预定区域中，则没有对准目标落在上述确定的区域中的所述对准相机被控制以扫描所有可用的位置，例如从窄到宽，直到所述对准目标正确地出现在所述预先确定的视场中。

所述数据处理系统的硬件概述

所述对准器包括用于执行多个任务的数据处理，例如处理位置信号、计算相对位置、向所述操作员提供用户接口、显示对准指令和结果、从操作员接收指令、发送控制信号以重新定位所述对准相机等等。所述数据处理系统从所述测量模块接收位置信号并且发送控制信号以控制所述重新定位机构的操作。

图9是示出了数据处理系统900的框图，本公开的实施例可以通过所述数据处理系统900来实现。数据处理系统900包括用于传递信息的总线902或者其他通信机构，以及用于处理信息的与总线902耦合的处理器904。数据处理系统900也包括主存储器906，例如随机访问存储器(RAM)或者其他的动态存储设备，耦合到总线902以存储由处理器904执行的信息和指令。主存储器906也可以被用于在执行由处理器904执行的指令期间存储临时变量或者其他的中间信息。数据处理系统900还包括只读存储器(ROM)909或耦合到总线902的其他静态存储装置，用于存储静态信息和用于处理器904的指令。存储设备910，例如磁盘或者光盘被提供并耦合到总线902，以存储信息和指令。

数据处理系统900也可以通过总线902耦合到显示器912，例如阴极射线管(CRT)，用于向操作员显示信息。包括字母数字和其他键的输入设备914，被耦合到总线902，用以向处理器904传递信息和命令选择。另一类型的用户输入设备是光标控制916，例如鼠标、跟踪球或光标方向键，用于向处理器904传递方向信息和命令选择，并用于控制显示器912上光标的移动。

所述数据处理系统900被控制以响应所述处理器904，其执行包括在主存储器906中的一个或者多个指令的一个或者多个序列。这些指令可以从另一机器可读介质，例如存储设备910，读入到主存储器906中。包括在主存储器906中的指令序列的执行使处理器904执行在此所述的所述处理步骤。在可替换的实施例中，硬件实现的电路可以代替软件指令或者与软件指令组合以实施本公开。因此，本公开的实施例并非限制于硬件电路和软件的任何特定的组合。

这里使用的所述术语“机器可读介质”，是指参与向处理器904提供指令用于执行的任何介质。这样的介质可以采取多种形式，包括但不限于：非易失性介质、易失性介质以及传输介质。非易失性介质包括，例如，光盘或磁盘，如存储设备910。易失性介质包括动态存储器，如主存储器906。传输介质包括同轴线缆、铜线和光纤，包括构成总线902的线。传输介质也可以采用声波和光波的形式，例如那些在无线电波和红外线数据通信过程中产生的电磁波。

例如，机器可读介质的一般形式包括：软盘、柔性盘、硬盘、磁带或者任何其他的磁介质、CD-ROM、任何其他的光介质、穿孔卡、纸带、任何具有孔图案的物理介质、RAM、PROM、和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他的存储芯片或者盒式盘，如下文所述的载波、或者数据处理系统可读的任何其他的介质。

各种形式的机器可读介质可以被用于存储一个或者多个指令的一个或者多个序列，以供处理器904执行。例如，所述指令可以初始地在远程数据处理的磁盘上执行。所述远程数据处理系统可以将所述指令加载入其动态存储器中，并且使用调制解调器通过电话线发送所述指令。数据处理系统900本地的调制解调器能够接收所述电话线上的数据，并且使用红外线发送器将所述数据转换为红外信号。红外检测器能够接收所述红外信号中携带的数据，并且适当的电路能够将所述数据放置到总线902上。总线902将所述数据携载到主存储器906，处理器904从所述主存储器906检索并执行所述指令。由主存储器906接收的指令可以有选择地在由处理器904执行之前或之后存储到存储设备910。

数据处理系统900也包括耦合到总线902的通信接口919。通信接口919提供了一个耦合到网络链路920的双向的数据通信，所述网络链路920被连接到本地网络922。例如，通信接口919可以是综合业务数字网(ISDN)卡或者调制解调器，以提供到对应类型的电话线的数据通信连接。作为另一实例，通信接口919可以是一局域网(LAN)卡，以提供到兼容的LAN的数据通信连接。也可以采用无线链路。在任何这些实施中，通信接口919发送并接收电信号、电磁信号、或者光信号，这些信号承载表示不同类型的信息的数字数据流。

网络链路920典型地通过一个或者多个网络提供数据通信到其他的数据设备。例如，网络链路920可以通过本地网络922提供到主机数据处理系统924的连接或者到由因特网服务供应商(ISP)926操作的数据设备的连接。ISP 926又通过环球包数据通信网络，即现在通常所说的“因特网”929来提供数据通信服务。本地网络922和因特网929二者使用电信号、电磁信号或者光信号来承载数字数据流。通过各种网络的信号以及网络链路920上并且通过通信接口919的信号，将所述数字数据携载至数据处理系统900并携载来自数据处理系统900的数字数据，它们都是传输所述信息的载波的实例性的形式。

数据处理系统900能够通过网络、网络链路920以及通信接口919来发送消息并且接收数据，包括程序代码。在因特网的实例中，服务器930可以通过因特网929、ISP 926、本地网络922以及通信接口919传送用于应用程序的被请求的代码。根据本公开的实施例，一个如此下载的应用为在此所述的对准器的自动校正作准备。

所述数据处理也具有各种信号输入/输出端口(图中没有示出)，其用于连接到外围设备并且与之通信，所述外围设备如USB端口、PS/2端口、串口、并口、IEEE-1394端口、红外通信口等等、或者其他的专用端口。所述测量模块可以通过这样的信号输入/输出端口与所述数据处理系统通信。

用户接口

所述数据处理系统提供了用户接口，以与操作员通信并请求操作员的输入。图10A-10C展示了实例性的用户接口屏，本公开可以借助于其来执行。

所述屏的上部提供了表示不同功能的各种可点击的指令按钮，用于接受操作员的输入指令。图中示出简化表示的车辆1000。所述车辆1000有转轮920，轮922、924、926、928。对准目标992、994、996、998与所述轮一起被展示。两个对准相机位置指示器932和934被提供以形式对准相机视场的相应位置。当所述对准相机旋转时，指针960A、960B对应地移动。当指针960A、960B指向所述车辆900时，所述对准相机处于窄模式。当指针960A、960B指向离开所述车辆900的方向时，所述对准相机处于宽模式。

所述用户接口可以给操作员提供指示，即所述对准目标是否在所述对准相机的正确的视场内。例如，不同的颜色可以被用于所述对准目标992、994、996、998以指示所述对准目标是否被所述对准相机正确地看到：如果所述对准目标不能被所述对准相机看到，所述对准目标将以第一颜色来例如白色表示，而当所述对准目标能够被所述对准相机看到时，所述对准目标将以第二颜色例如红色来表示。

在图10A中，所有的对准目标被以白色来显示，这是指没有对准目标能够被所述对准相机看到。所述对准相机位置指示器指示所述对准相机是在窄模式中，因为指针960A、960B都指向所述车辆1000。因此，根据由所述用户接口传递的信息，操作员现在知道需要调整对准相机。操作员可以发送控制指令，例如通过使用鼠标来将所述指针移动到所述测量模块，以控制对准相机的视场的重新定位。

在图10B中，指针960A现在指向离开所述车辆1000的方向，而指针960B仍然保持与图10A中相同的位置。另外，所述对准目标996、998的颜色现在变成红色，而所述对准目标992、994的颜色仍然是白色。因此，所述接口表示对准相机之一已经被调整，并且所述对准目标996、998现在能够被所述对准相机正确地看到。

在图10C中，所述指针960A、960B二者的指向离开所述车辆1000的方向，并且所有对准目标992、994、996、998的颜色现在都变成红色。因此，这两个对准相机的位置已经被调整，并且所述对准目标992、994、996、998现在能够被所述对准相机正确地看到。

本公开描述了位置确定方法和系统，能够满足前述需要以及其他需要。所述位置确定系统包括数据处理系统、第一测量模块和第二测量模块。所述第一测量模块包括第一测量装置，其与第一测试目标一起使用，以产生所述第一对准目标装置相对于所述第一测量装置的位置数据。所述第一测量模块有校准目标，其具有已知的相对于所述第一测量装置的位置关系。可以对所述所述第一测量装置进行调整，以使所述第一测试目标装置落在所述第一测量装置的特定的测量区域内。

所述第二测量模块包括第二测量装置，其与第二测试目标装置一起使用，以产生所述第二测试目标装置相对于所述第二测量装置的位置数据。所述第二测量模块有校准测量装置，其与所述校准目标一起使用，以产生所述校准目标相对于所述校准测量装置的位置数据。所述第二测量装置与所述校准测量装置之间的位置关系是已知的。所述第二测量装置可以被调整，以使所述第二测试目标装置落在所述第二测量装置的特定的测量区域内。

所述测量装置以及所述目标被用于产生相关于所述测量装置和所述目标之间的相对位置的位置数据。一方面，所述测量装置可以是任何的方向传感器，其能够感测来自所述测试目标的信号，所述测试目标例如用于传感所述测试目标的图象的机器视觉装置，或者用于感测来自特定方向的光的感测区域有限的光传感器。机器视觉装置的实例是相机或者视频相机等。所述测试/校准目标可以是由机器视觉装置俘获的特定形式的图象。可选地，所述测试/校准目标可以是有效的光源，例如LED(发光二极管)。

一方面，提供了重新定位机构，用于调整所述测量装置，使所述对准目标落在所述测量装置的感测区域内。例如，可以提供马达以使相机相对于轴旋转，以使所述相机的镜头瞄准新的方向。或者，所述相机可以被可滑动地附着到水平的轨道上，使所述相机可以沿着所述轨道移动并且所述相机的镜头可以瞄准一个新的点。

还公开了校准所述位置确定系统的方法。所述方法确定所述第一测试目标是否落在所述第一测量装置的特定感测区域内，以及第二测试目标是否落在所述第二测量装置的特定感测区域内。响应于所述第一测试目标未能落在所述第一测量装置的所述第一特定感测区域内，所述第一测量装置的所述感测区域被重新定位，直到所述第一测试目标落在所述第一测量装置的所述特定感测区域内。如果所述第二测试目标未能落在所述第二测量装置的所述特定感测区域内，所述第二测量装置的所述感测区域被重新定位，直到所述第二测试目标落在所述第二测量装置的所述特定感测区域内。表示所述校准目标相对于所述校准测量装置的位置数据的信号被接收。所述第一测量装置相对于所述第二测量装置的位置关系随后基于所述第一测量装置和所述校准目标之间的位置关系、所述第二测量装置和所述校准感测装置之间的位置关系、以及所述校准目标相对于所述校准测量装置的位置数据来确定。

产生所述第一测试目标的位置参数和所述第二测试目标的位置参数，所述参数的产生基于所述第一测量装置和所述校准目标之间的位置关系、所述第二测量装置和所述校准测量装置之间的位置关系、所述第一测试目标相对于所述第一测量装置的位置数据、所述第二测试目标相对于所述第二测量装置的位置数据、以及所述校准目标相对于所述校准测量装置的位置数据。

还提供了一种用于定位所述测试目标的方法，其与所述位置确定系统一起使用。所述方法确定所述第一测试目标是否在所述第一测量装置的特定的感测区域内、以及所述第二测试目标是否在所述第二测量装置的特定的感测区域内。响应于任何的测试目标未能落在所述测量装置的所述特定感测区域内，所述测量装置的所述感测区域被连续地调整，直到所述测试目标正确地落在所述测量装置的所述特定感测区域内。

所述数据处理系统包括用户接口以指示所述测试目标是否正确地落在所述测量装置的所述感测区域内。如果任何的测试目标未能处于所述测量装置的特定的感测区域内，则提供可见指示以指示所述情况。例如，可在显示器上显示警告消息以通知操作员作出适当的调整。或者可以在显示器上提供所述状态的图象表示。

参照其特定的实施例已对本发明进行了描述。然而，明显的是可以在不背离本公开的更广的精神和范围内对其进行各种修改和改变。说明书和附图因此应被看作是说明性的，而非限制性的。

Claims (9)

1.一种位置确定系统，包括：

第一测量模块，包括：

第一感测装置，用于获取第一对象相对于所述第一感测装置的位置数据；

校准感测装置，刚性地链接到所述第一感测装置，其中所述第一感测装置与所述校准感测装置之间的位置关系是已知的；以及

第一重新定位装置，用于重新定位所述第一感测装置而不改变所述第一感测装置与所述校准感测装置之间的位置关系；

第二测量模块，包括：

第二感测装置，用于获取第二对象相对于所述第二感测装置的位置数据；

校准目标，用于与所述校准感测装置一起使用以获取所述校准目标相对于所述校准感测装置的位置数据，其中所述校准目标刚性地链接到所述第二感测装置，且所述第二感测装置与所述校准目标之间的位置关系是已知的；以及

第二重新定位装置，用于重新定位所述第二感测装置而不改变所述第二感测装置与所述校准目标之间的位置关系。

以及

数据处理系统，耦合到所述第一和第二测量模块，配置为提供指示所述第一感测装置和所述第二感测装置的位置的用户接口。

2.如权利要求1的系统，其中：

所述第一感测装置配置为产生所述第一感测装置和所述第一对象之间的位置关系的信息；

所述第二感测装置配置为产生所述第二感测装置和所述第二对象之间的位置关系的信息；

所述校准感测装置配置为产生所述校准感测装置和所述校准目标之间的位置关系的信息；

所述数据处理系统被配置用于：基于所述第一感测装置和所述第一对象之间的位置关系的信息、所述第二感测装置和所述第二对象之间的位置关系的信息、以及所述校准感测装置和所述校准目标之间的位置关系的信息，而确定与所述第一对象和所述第二对象相关联的位置信息。

3.如权利要求1的系统，其中所述第一感测装置、所述第二感测装置以及所述校准感测装置是机器视觉装置。

4.如权利要求3的系统，其中所述机器视觉装置是相机。

5.如权利要求1的系统，其中所述第一对象、所述第二对象及所述校准目标包括光发射源。

6.如权利要求5的系统，其中所述第一感测装置、所述第二感测装置以及所述校准感测装置是光传感器。

7.如权利要求1的系统，其中所述第一测量模块进一步包括支撑所述第一感测装置的第一支撑结构，且所述第二测量模块包括支撑所述第二感测装置的第二支撑结构。

8.如权利要求7的系统，其中所述第一支撑结构和所述第二支撑结构可以旋转。

9.如权利要求7的系统，其中所述第一重新定位装置包括用于旋转所述第一支撑结构的第一马达，且所述第二重新定位装置包括用于旋转所述第二支撑结构的第二马达。

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