多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统及其控制方法

摘要

本发明提供了一种多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统及其控制方法，具体提供了一种在汽车出厂检验的试车道上设置2～10个固定的测点、在每个测点处安装2～3个CCD或CMOS图像传感器的非接触汽车道路行驶性能测试系统和控制多CCD或CMOS图像传感器协同工作的控制方法。本发明的一种多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统及控制方法克服汽车出厂前整车性能测试过程中室外道路行驶性能测试环节中人工主观判断的诸多不足，避免了由于人工主观判断存在受检测人员素质、情绪、精神状态等多因素的影响，以及检测结果的准确性差，存在质量问题的车辆进入市场的现象。并且对于汽车出厂前的整车性能测试而言，满足了汽车生产节拍（大多为1～2分钟一辆车）的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多个CCD(Charge Coupled Device，电荷藕合器件图像传感器)图像传感器或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元)图像传感器。协同工作的测试系统与控制方法，特别是一种在户外自然光照环境下利用多个CCD或CMOS图像传感器对高速运动物体进行自动测试的系统与控制方法。

背景技术

为了确保汽车产品质量，避免有质量问题的车辆流向市场，汽车产品在出厂前均要进行全面的整车性能测试，其内容包括室内台架及室外道路行驶性能二大部分。无论是室内台架还是室外道路行驶性能测试，对于汽车出厂前的整车性能测试而言，都必须满足汽车生产节拍(大多为1～2分钟一辆车)的要求。

目前现有用于汽车室外道路行驶性能测试的设备都是需要在车上进行安装的“车载式”测试设备，而将“车载式”测试设备安装到车上和从车上卸下所需要的时间至少是被测试车辆在室外试车道上完成全部出厂测试项目允许所占用时间的3～5倍。由于汽车出厂前整车性能测试的室外道路行驶性能测试环节不可能提供“车载式”测试设备在车上安装和从车上卸下的时间，且需要的设备数量大(汽车在室外试车道上完成全部项目的测试约需5～10分钟，汽车生产的节拍时间大多为1～2分钟，据此需配置的设备数应为5～10套)。因此，到目前为止，汽车出厂前整车性能检测的室外道路行驶性能测试环节很少采用仪器设备进行测试，主要采用人工主观判断的十分落后的测试方法。由于人工主观判断存在受检测人员素质、情绪、精神状态等多因素的影响，以及检测结果的准确性差等缺点，因此，存在质量问题的车辆进入市场就成为一个不可避免的现象。

发明内容

为了克服汽车出厂前整车性能测试过程中室外道路行驶性能测试环节中人工主观判断的诸多不足，本发明提供了一种在汽车出厂检验的试车道上设置2～10个固定的测点、在每个测点处安装2～3个CCD或CMOS图像传感器的非接触汽车道路行驶性能测试系统和控制多CCD或CMOS图像传感器协同工作的控制方法。

具体如下，一种多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统，其包括2～10个CCD或CMOS图像传感器测试单元、CCD或CMOS图像传感器控制器、图像识别与信号处理计算机，每一个CCD或CMOS图像传感器测试单元包括至少两个CCD或CMOS图像传感器，CCD或CMOS图像传感器与CCD或CMOS图像传感器控制器相连，CCD或CMOS图像传感器控制器及CCD或CMOS图像传感器分别与图像识别与信号处理计算机相连。

作为本发明的进一步改进，所述CCD或CMOS图像传感器测试单元还包括传感器保护箱，所述CCD或CMOS图像传感器设置在所述传感器保护箱内。

作为本发明的进一步改进，所述测试系统还包括安装CCD或CMOS图像传感器测试单元的安装架，CCD或CMOS图像传感器测试单元固定在安装架上。如CCD或CMOS图像传感器测试单元由螺栓固定在安装架的中部。

作为本发明的进一步改进，每个安装架相距10～50m。

作为本发明的进一步改进，CCD或CMOS图像传感器通过屏蔽信号线与CCD或CMOS图像传感器控制器相连。屏蔽信号线是在信号导线的外部包裹一层屏蔽层，起到抗干扰的作用，一般屏蔽层为编织铜网或铜泊(铝)，屏蔽层在使用时需要接地，从而将外来的干扰信号被该层导入大地，避免干扰信号进入内层导体干拢的同时降低传输信号的损耗。

作为本发明的进一步改进，CCD或CMOS图像传感器控制器及CCD或CMOS图像传感器均用光缆与图像识别与信号处理计算机相连。

作为本发明的进一步改进，每一个CCD或CMOS图像传感器测试单元包括2～3个CCD或CMOS图像传感器。

多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统的工作原理是：当被试车辆通过安装有CCD或CMOS图像传感器测试单元的测试路段时，CCD或CMOS图像传感器控制器控制每个测点处的CCD或CMOS图像传感器依次连续拍摄被试车辆到达各测试单元视觉范围的车辆图像(被试车辆通过每一个测点处CCD或CMOS图像传感器视觉范围的过程中，CCD或CMOS图像传感器依次连续拍摄10张左右的图像)，图像识别与信号处理计算机通过对由光缆传输来的图像信息的分析处理，可以得到被试车辆通过测试路段行驶轨迹上多达20～100个点的坐标(x_i，y_i)(i＝1，2，3，Λ，100)，x坐标与测试路段的中心线垂直指向驾驶员的右侧，y坐标与测试路段的中心线一致指向汽车的前方；图像识别与信号处理计算机通过专门设计的软件可以同步给出CCD或CMOS图像传感器所输出每一张图像信息的准确时间t_i(i＝1，2，3，Λ，100)。

前述被试车辆通过测试路段行驶轨迹上各点的坐标(x_i，y_i)(i＝1，2，3，Λ，100)中：x_i是被试车辆在测试路段行驶时的侧向位移，即汽车行驶过程的跑偏量，是研究汽车行稳定性和汽车制动时方向稳定性的重要指标；y_i是被试车辆在测试路段行驶时的纵向位移，即汽车的行驶距离，相邻二幅图像的纵坐标之差与拍摄此二幅图像的时间差之比即是该微小时段的行驶速度(瞬时速度)v_i即：

$>v_i=\frac{y_{i+1}-y_i}{t_{i+1}-t_i}$>

式中：y_i，y_i+1——分别是被试车辆到达第i点和第i+1点时的纵坐标；

t_i，t_i+1——分别是被试车辆到达第i点和第i+1点时的时间；

被试车辆通过测试路段的平均速度为：

$>\bar{v}=\frac{1}{i}\Sigma v_i$>

行驶车速是研究汽车各项性能(动力性、经济性、制动性、行驶平顺性、操纵稳定性)必须的重要指标。有了汽车瞬时速度v_i、平均速度和汽车在每一个坐标点处的时间t_i便可得到汽车动力性评价指标中的最大车速(汽车以可能达到的最大速度通过规定的距离y_i-y₁与所用时间t_i-t₁的比)，和加速时间t_j＝t_i-t₁(汽车从测试路段起点加速到测试路段终点所用的时间)；有了被试车辆在测试路段行驶时的侧向位移x_i便可得到汽车制动稳定性评价指标制动跑偏量(从制动开始到停车的整个制动过程，汽车的测向偏移量)L_z＝x_t-x_q(x_t——汽车制动到停车点所对应的x坐标，x_q汽车开始制动点所对应的x坐标)、汽车行驶稳定性评价指标——行驶跑偏量(汽车转向盘处于自由状态以设定车速通过测试路段的侧向偏移量)L_x＝x_i-x₁(x_i——汽车到达测试路段终点处的x坐标，x₁——汽车到达测试路段起处的x坐标)、汽车操纵性评价指标蛇形轨迹一致性(x_i——测得的汽车蛇形轨迹上各点的x坐标，x_Li——汽车蛇形理论轨迹上各点的x坐标)。

CCD或CMOS图像传感器所测得的图像信号受光照强度的影响大，光照过强会导致CCD或CMOS图像传感器中每个像元中的电荷量达到饱和而向周围扩散，使得图像模糊不易辨认；光照太弱，测试对象在每个像元中所产生的电荷量会被CCD或CMOS图像传感器中的暗电流所淹没，而无法输出可辨认的图像。正因为如此，数字摄影测量技术应用于工程测试领域时，通常要对测试的光照环境及被测对象的表面进行一些特殊处理，如建造用于摄影测量的专门暗室并根据测试的实际需要进行配光及在被测表面喷涂显影剂等。然而，不仅本发明的测试环境是野外的自然光照环境，在不同的季节与天气情况下，光照强度相差数千倍以上(夏季晴天正午时分的光照强度约200000Lux，普通阴雨天的光照强度约2000Lux、雷暴雨前乌云压顶时的光照强度约为100Lux)，而且汽车表面不可能进行任何特殊处理(如喷涂显影剂等)。尽管可以采取调节进入CCD或CMOS图像传感器的光通量(调节光圈的大小)和曝光时间以达到提高图像质量的效果，但由于被测对象是高速行驶的汽车，其曝光时间至少应小于1/10000秒，否则拖影会对测试结果带来很大的影响(若汽车以100km/h的速度行驶，1/10000秒的曝光时间所形成的拖影为2.8mm)，即只能在小于1/10000秒的时间范围内调节；此外，对于测试频率非常高(每天测试1000辆以上的车辆)的汽车室外道路性能测试，由于CCD或CMOS图像传感器光圈的调节系机械调节方式，因此不可能有时间实时进行光圈的调节。由此可见，传统的方法不能满足室外全天候汽车道路性能测试。为了克服传统方法的诸多缺点，本发明采用2～3个CCD图像传感器的基本思想是：将同一个测点处的3只CCD图像传感器的光圈设置为不同数值，如将CCD1的光驱设置为8、CCD2的光驱设置为4、CCD3的光驱设置为2，用其分别对应于强光环境、中等光照环境和弱光环境的测试。如此结合对曝光时间的实时自动调节可以达到十分好的测试效果。按照上述方法，我们在武汉理工大学汽车实验室的楼顶进行了连续500小时的模拟试验，在夜间只需配上二支40w的日光灯，无论是正午强光的直射，还是没有月光的漆黑夜晚，都可以获得效果良好的测试图像。

本发明还提供了一种多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统的控制方法，启动测试系统，测试系统自动进入自检，如自检发现系统设备异常，则排除系统故障，若测试系统全部设备都工作正常，图像识别与信号处理计算机给全部CCD或CMOS图像传感器赋曝光时间的初值，每个测点的各个CCD或CMOS图像传感器同时各拍摄一张图像，比较各张图像找出效果最好的那一张图像，输出图像效果最好的那只CCD或CMOS图像传感器即被选定为测试用传感器，图像识别与信号处理计算机立即对该图像的亮度进行分析，根据图像亮度校正该CCD图像传感器的曝光时间，若图像亮度较暗，则延长曝光时间，反之，则缩短曝光时间。

图像识别与信号处理计算机立即对图像的亮度进行分析，可以获得更好的测试效果。

作为本发明的进一步改进，所述图像识别与信号处理计算机每隔一段设定的时间重新进行一次基于选定CCD或CMOS图像传感器和确定曝光时间的测试。每隔一段设定的时间(如5分钟)重新进行一次基于选定CCD或CMOS图像传感器和确定曝光时间的测试，可以避免雷暴天气环境光大幅跳跃变化对测试效果的影响。

作为本发明的进一步改进，如自检发现系统设备异常，排除系统故障的方法如下：图像识别与信号处理计算机发出语音报警，并在显示屏上显示出故障设备的名称。

本发明的一种多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统及控制方法克服汽车出厂前整车性能测试过程中室外道路行驶性能测试环节中人工主观判断的诸多不足，避免了由于人工主观判断存在受检测人员素质、情绪、精神状态等多因素的影响，以及检测结果的准确性差，存在质量问题的车辆进入市场的现象。并且对于汽车出厂前的整车性能测试而言，满足了汽车生产节拍(大多为1～2分钟一辆车)的要求。

附图说明

图1是本发明多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统结构示意图；

图2是本发明多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统的控制方法的流程图。

图中各部件名称如下：

第一CCD或CMOS图像传感器测试单元1、第二CCD或CMOS图像传感器测试单元2、图像识别与信号处理计算机3、第三CCD或CMOS图像传感器测试单元4、CCD或CMOS图像传感器控制器5、保护箱6、CCD或CMOS图像传感器7、第一安装架8、第二安装架9、第三安装架10。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统包括2～10个CCD或CMOS图像传感器测试单元、CCD或CMOS图像传感器7、一个传感器保护箱6、CCD或CMOS图像传感器控制器5、图像识别与信号处理计算机3和安装CCD或CMOS图像传感器测试单元的安装架等部分，每一个CCD或CMOS图像传感器测试单元包括2～3个(但不限于2-3个，可以为多个，或者也可以为一个)CCD或CMOS图像传感器，CCD或CMOS图像传感器测试单元用螺栓固定到安装架的中部，每个安装架相距10～50m，CCD或CMOS图像传感器的视觉范围为10m×8m。CCD或CMOS图像传感器7通过屏蔽信号线与CCD或CMOS图像传感器控制器5相连，CCD或CMOS图像传感器控制器5及CCD或CMOS图像传感器7均用光缆与图像识别与信号处理计算机相连。

多CCD或CMOS图像传感器汽车行驶性能测试系统的控制流程与方法如图2所示。启动测试系统后，测试系统自动进入自检。如自检发现系统设备异常，则图像识别与信号处理计算机发出语音报警，并在显示屏上显示出故障设备的名称，如“CCD5故障”或“CCD控制器故障”等；若测试系统全部设备都工作正常，图像识别与信号处理计算机给全部CCD或CMOS图像传感器赋曝光时间的初值(如1/20000秒)，每个测点的3只CCD或CMOS图像传感器(此处以3只举例，可以为其他数值)同时各拍摄一张图像，比较3张图像找出效果最好的那一张图像，输出图像效果最好的那只CCD或CMOS图像传感器即被选定为测试用传感器。为了获得更好的测试效果，图像识别与信号处理计算机立即对该图像的亮度进行分析，根据图像亮度校正该CCD或CMOS图像传感器的曝光时间(若图像亮度较暗，则延长曝光时间；反之，则缩短曝光时间)。为了避免雷暴天气环境光大幅跳跃变化对测试效果的影响，每隔5分钟重新进行一次基于选定CCD或CMOS图像传感器和确定曝光时间的测试。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。