專利名稱：用于光學(xué)輪位調(diào)準(zhǔn)的智能傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到汽車輪位調(diào)準(zhǔn)裝置，更確切地說是涉及到用于非接觸式輪位調(diào)準(zhǔn)裝置中以確定一個(gè)或更多個(gè)汽車輪子的調(diào)準(zhǔn)特性的光學(xué)傳感器。
輪位調(diào)準(zhǔn)裝置已被汽車制造廠家和維修部門用來確定并根據(jù)廠家推薦的指標(biāo)來設(shè)定車輪的各項(xiàng)調(diào)準(zhǔn)特性。這些指標(biāo)被選定來滿足一種給定車型的要求，因而在不同車型之間可以改變。原先，車輪是由生產(chǎn)廠家根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)來調(diào)準(zhǔn)的。然后在車輛的使用期內(nèi)還要周期性地檢查并重新調(diào)準(zhǔn)車輪。與廠家推薦的指標(biāo)不斷保持一致，這在確保適當(dāng)?shù)男熊囂幹媚芰捅M量減少輪胎磨損方面是很重要的。
對于可操縱的車輛(例如二個(gè)前輪)，存在一些影響操縱性能和輪胎磨損的輪位調(diào)準(zhǔn)特性。這些特性包括外傾(camber)、主銷后傾、斜向(toe)和操縱軸傾斜(SAI)。其中的二個(gè)特性(主銷后傾)角和SAI角與操縱軸相對于完全垂線的傾斜有關(guān)并可用本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員所知的各種方法來確定。例如見1994年3月8日授予A.Koerner的美國專利5291660。另外二個(gè)特性(外傾和斜向)與車輪旋轉(zhuǎn)平面的取向有關(guān)且對可操縱和不可操縱的車輪都很重要。具體地說，車輪的外傾是對車輪相對于沿車輛縱向延伸的垂直平面的向內(nèi)或向外傾斜的一種度量。車輪的斜向是對車輪相對于通過車輪中心的水平面的向內(nèi)或向外傾斜的一種度量。
已發(fā)展了許多技術(shù)來確定車輛的旋轉(zhuǎn)平面從而確定車輛的外傾和斜向。這些技術(shù)的絕大多數(shù)需要某種形式的與車輪的物理接觸。例如，在某些輪位調(diào)準(zhǔn)裝置中，位置編碼器被用來產(chǎn)生表明與輪胎側(cè)壁相接觸的滾筒的位置的信號。通常，每個(gè)輪子用三個(gè)這樣的滾筒及相關(guān)的編碼器，各滾筒相隔90°。編碼器提供表明滾筒到沿車輛縱向延伸的垂直平面的距離的數(shù)據(jù)流。中央計(jì)算機(jī)用這些數(shù)據(jù)來確定外傾角和斜向角。
新近發(fā)展了光學(xué)技術(shù)來確定這些調(diào)準(zhǔn)特性而無需任何與車輪作物理接觸的測量部件。例如見1988年5月17日授予T.J.Waldecker等人的美國專利4745469、1989年9月5日授予S.Masuko等人的美國專利4863266以及1993年12月7日授予M.Fuchiwaki等人的美國專利5268731。輪位調(diào)準(zhǔn)特性的非接觸式光學(xué)測量由于能提供良好的分辨率并能夠確定調(diào)準(zhǔn)特性而無需運(yùn)動部件且在測量設(shè)備和車輛之間無需接觸而有其優(yōu)越性。對每個(gè)車輛，用一個(gè)光學(xué)傳感器來實(shí)現(xiàn)輪位的實(shí)際測量，此光學(xué)傳感器包括一個(gè)用來將光投射到車輪上的光源和一個(gè)用來檢測從車輪反射的部分投射光的光響應(yīng)接收器。
在Waldecker等人的專利中，用位于各個(gè)車輪附近的非接觸式傳感站來實(shí)現(xiàn)輪位調(diào)準(zhǔn)測量。每個(gè)輪子的傳感站采用多個(gè)傳感器模塊，各包括一個(gè)激光光源和一個(gè)相關(guān)的攝象機(jī)。各輪子處的激光光源用來投射條狀激光，它們在二個(gè)或更多個(gè)分開的位置處沿徑向跨越側(cè)壁。
各傳感站處的攝象機(jī)用來檢測相關(guān)激光從輪胎側(cè)壁的反射。每個(gè)攝象機(jī)偏離于其相關(guān)激光器的光學(xué)平面，為其提供一個(gè)可確定傳感器和輪胎側(cè)壁之間距離的透視圖。由于輪胎的側(cè)壁有彎曲的外形，如從相關(guān)攝象機(jī)的透視圖所見，將具有通常拋物線的形狀。攝象機(jī)所檢測到的圖象被送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)調(diào)準(zhǔn)處理機(jī)和一個(gè)集成主/調(diào)準(zhǔn)處理機(jī)，二者用分立的WME總線通信。這些處理機(jī)用來分析圖象以確定反射激光線條圖象中的位置。然后用此信息推導(dǎo)出外傾和斜向或二者。此系統(tǒng)可包括一個(gè)過渡檢測電路，它在數(shù)字視頻流被寫入存儲器時(shí)對它進(jìn)行監(jiān)控以確定代表最靠近傳感器模塊的輪胎側(cè)壁點(diǎn)的反射拋物線激光線的頂部。這可借助于在其側(cè)轉(zhuǎn)動各攝象機(jī)使攝象機(jī)所看到的反射激光線具有一般垂直取向來完成。相機(jī)的各掃描線則會與反射激光線相交，且借助于確定反射拋物線形激光線的頂部的行(掃描線)數(shù)和列數(shù)，就可找到輪胎側(cè)壁的最靠近點(diǎn)。然后可由處理機(jī)利用這一信息以快速確定最靠近傳感器模塊的可能位置。
這一現(xiàn)有技術(shù)的主要問題是其復(fù)雜性及其引起的設(shè)備成本。更具體地說，在最佳實(shí)施例中，此系統(tǒng)對每個(gè)輪子采用三個(gè)激光器和三個(gè)攝象機(jī)以確定外傾角和斜向角。對于一個(gè)四個(gè)輪子的車輛，這就意味著需要12個(gè)激光器和12個(gè)攝象機(jī)。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從這些相機(jī)的每一個(gè)獲得完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并必須采用二個(gè)同時(shí)運(yùn)行的VME基處理機(jī)執(zhí)行圖象處理以確定各反射激光結(jié)構(gòu)中的位置。而且，傳感器站本身不提供表明輪胎和傳感器之間距離的數(shù)據(jù)；它們只提供視頻結(jié)構(gòu)，因此，它們的輸出數(shù)據(jù)不能被現(xiàn)有輪位調(diào)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)或以常規(guī)的方式所采用以確定輪位調(diào)準(zhǔn)特性。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于輪位調(diào)準(zhǔn)裝置以測量車輛上輪胎的方位從而確定車輛的一個(gè)或更多個(gè)調(diào)準(zhǔn)特性的智能傳感器。此傳感器包括一個(gè)或更多個(gè)用來將成形光投射到輪胎側(cè)壁上多個(gè)分隔開的位置上的光源以及一個(gè)其方位相對于光源(s)為投影角、用來接收包括從輪胎反射的成形光部分的圖象的攝象機(jī)或其它光響應(yīng)接收器。此傳感器還包括一個(gè)光學(xué)元件系統(tǒng)和一個(gè)電子線路。此光學(xué)元件相對于光響應(yīng)接收器而定位，為光響應(yīng)接收器提供一個(gè)包括輪胎的多個(gè)分隔位置的光學(xué)景象。于是，從輪胎多個(gè)分隔位置中每一處反射的成形光的各個(gè)部分就以單一圖象的形式被光響應(yīng)接收器所接收。此光響應(yīng)接收器產(chǎn)生表明此圖象的電學(xué)信號。電子線路，利用這些電信號來確定每個(gè)成形光反射部分預(yù)定特征的圖形中的位置，且電路產(chǎn)生代表此預(yù)定特征位置的輸出數(shù)據(jù)。
光源最好是三個(gè)可見光激光器，各用來在側(cè)壁上三個(gè)分隔位置中的每一個(gè)上投射一個(gè)條形激光，從而多個(gè)分隔位置的每一處的成形光包含一條激光。同時(shí)，光響應(yīng)接收器最好包含一個(gè)帶有包括連續(xù)掃描線(各包含大量象素)的圖象接收元件的攝象機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種情形，傳感器工作以實(shí)時(shí)確定各激光線或其它成形線反射部分的一個(gè)預(yù)選特征并產(chǎn)生常規(guī)輸出座標(biāo)數(shù)據(jù)用來利用計(jì)算機(jī)確定一個(gè)或更多個(gè)調(diào)準(zhǔn)特征。為此目的，光學(xué)元件最好安置成使至少一個(gè)反射激光線相對于至少另一個(gè)反射激光線旋轉(zhuǎn)，使三個(gè)反射激光線進(jìn)入光響應(yīng)接收器時(shí)都具有相同的取向。當(dāng)一個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)流排列成象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的相繼線(每線象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)代表一個(gè)掃描線)時(shí)，攝象機(jī)產(chǎn)生電信號。攝象機(jī)被安置成當(dāng)激光線與攝象機(jī)的至少某些掃描線相交時(shí)接收條形激光的反射部分。此電路包括一個(gè)微處理器并用來監(jiān)控從攝象機(jī)接收到的象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)流。當(dāng)電路接收到一個(gè)代表任一激光條反射部分的特定象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，電子線路中斷微處理器的運(yùn)行。微處理器借助于獲取一個(gè)代表特定象素?cái)?shù)據(jù)占在其相關(guān)的象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)線中的位置的象素計(jì)數(shù)而進(jìn)行響應(yīng)。利用這一象素計(jì)數(shù)和視頻圖象中掃描線的已知位置，電路產(chǎn)生一個(gè)代表反激光線的預(yù)選特征的坐標(biāo)的輸出數(shù)據(jù)。
借助于將成形光的反射激光線或其它部分組合成一個(gè)單一圖象，只需要一個(gè)攝象機(jī)或其它光響應(yīng)接收器。同時(shí)，借助于旋轉(zhuǎn)成形光的一個(gè)或更多個(gè)反射部分使它們都具有相同的取向，以及借助于將它們提供給相機(jī)，使它們與相機(jī)的掃描線相交，使沒有可能對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析以確定表明車輪旋轉(zhuǎn)平面的常規(guī)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種情況，提供了一種用來產(chǎn)生表明車輛輪胎取向的數(shù)據(jù)的方法，它包含下列步驟(a)在多個(gè)分隔開的位置上將成形光投射到輪胎的側(cè)壁上，(b)從多個(gè)分隔開的位置接收圖象，此圖象包括以一定角度從側(cè)壁反射的成形光各部分，(c)產(chǎn)生一個(gè)視頻信號，此信號包含排列成相繼象素強(qiáng)度電平組的象素強(qiáng)度電平流，各組代表象素強(qiáng)度電平陣列的一行，合起來代表圖象，(d)提供一個(gè)小于代表成形光反射部分的象素強(qiáng)度電平的閾值強(qiáng)度電平，(e)借助于對多個(gè)象素強(qiáng)度電平組的每一個(gè)組重復(fù)下列(e1)-(e3)步驟而確定多個(gè)象素計(jì)數(shù)(e1)對閾值強(qiáng)度電平和一組的至少某些象素強(qiáng)度電平進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，(e2)當(dāng)一個(gè)象素強(qiáng)度電平超過閾值強(qiáng)度電平時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)邏輯信號，以及(e3)根據(jù)邏輯信號的出現(xiàn)，確定一個(gè)符合一組中一個(gè)象素強(qiáng)度電平的位置的象素計(jì)數(shù)，以及(f)利用象素計(jì)數(shù)以產(chǎn)生代表多個(gè)分隔位置的空間位置的輸出數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)更廣泛的情形，上面總結(jié)的本發(fā)明的方法和設(shè)備可用來確定車輛之外的物體的一個(gè)或更多個(gè)空間特征。除了將成形光投射到輪胎上以確定調(diào)準(zhǔn)特性，成型光也可投射到任何一種不同類型的物體以確定此物體的位置、方位或其它空間特性。
以下結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例，其中相似的符號表示相似的元件，且

圖1是本發(fā)明的光學(xué)輪位調(diào)準(zhǔn)傳感器的示意全貌；圖2是輪位調(diào)準(zhǔn)裝置的平面示意圖，它包括四個(gè)圖1的光學(xué)輪位調(diào)準(zhǔn)傳感器；圖3示出了用來確定在圖2輪位調(diào)準(zhǔn)裝置中被測車輛的取向的慣例；圖4投影圖示出了一個(gè)圖2傳感器相對于左前車輪的位置并示出了用來確定傳感器和車輪的空間位置以測量輪位調(diào)準(zhǔn)特性的慣例；圖5是車輪左前輪的側(cè)視圖，示意地示出了圖4傳感器中的激光器如何被用來將成形激光投射到車輪上所安裝的輪胎的側(cè)壁上；圖6是車輛俯視圖，示出了車輪與圖4傳感器的相對位置，此車輪呈現(xiàn)正的斜向；圖7是車輛前視圖，示出了車輪與圖4傳感器的相對位置，此車輪呈現(xiàn)正的外傾；圖8車輛平面圖，說明了車輛與傳感器不調(diào)準(zhǔn)的效果；圖9車輪與圖4傳感器的平面圖，示出了傳感器光學(xué)系統(tǒng)；圖10示出了圖4傳感器所用相機(jī)的圖象輸出，此圖象代表用來校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)上三個(gè)圓周分隔位置反射的成形光。
圖11是圖10成形光一個(gè)反射部分的放大圖，并被作為用來確定成形光反射部分的交點(diǎn)的最佳方法的一般描述部分；圖12A是圖4車輪的側(cè)視圖，示出了車輪斜向角如何影響成形光到達(dá)輪胎側(cè)壁的位置；圖12B示出了斜向?qū)鞲邢鄼C(jī)產(chǎn)生的圖象中反射成形光的相對位置和絕對位置的影響；圖13A是圖4車輪的側(cè)視圖，示出了車輪外傾角如何影響成形光到達(dá)輪胎側(cè)壁的位置；
圖13B示出了外傾對傳感相機(jī)產(chǎn)生的圖象中反射成形光的相對位置和絕對位置的影響；圖14是傳感電路的方框圖；以及圖15是時(shí)間圖，示出了傳感電路所用和所產(chǎn)生的各種信號。傳感器/車輪調(diào)準(zhǔn)裝置概述如圖1所示，本發(fā)明的光學(xué)輪位調(diào)準(zhǔn)傳感器(通常標(biāo)以10)的最佳實(shí)施例采用三個(gè)激光器12、13和14、一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)16、一個(gè)攝象機(jī)18以及一個(gè)電子線路20，所有這些都包含在機(jī)箱22中。通常，激光器12-14用來將成形激光投射到安裝在被測輪子上的輪胎側(cè)壁的三個(gè)分隔開的位置上。從三個(gè)位置中每一個(gè)位置漫反射的激光重新進(jìn)入機(jī)箱22和光學(xué)系統(tǒng)16，在其中被反射且在某些情況下被旋轉(zhuǎn)以將激光的三個(gè)反射部分組合成一個(gè)單一的圖象再射入相機(jī)18。相機(jī)18輸出一個(gè)代表圖象相繼幀的視頻流，且此輸出被提供給電子線路20。視頻數(shù)據(jù)由電路20進(jìn)行實(shí)時(shí)分析以產(chǎn)生代表激光三個(gè)反射部分組成的各個(gè)圖象中的位置的輸出數(shù)據(jù)。
現(xiàn)同時(shí)參照圖2，此輸出數(shù)據(jù)從電路20被送至構(gòu)成與傳感器10一起使用的輪位對位裝置26的一部分的中央計(jì)算機(jī)24。傳感器10是四個(gè)完全相同的傳感器10a-10d，用作輪位調(diào)準(zhǔn)裝置26的一部分以確定典型汽車28的四個(gè)輪子28a-28d中每一個(gè)的某些調(diào)準(zhǔn)特性。傳感器10a-10d中的每一個(gè)安裝在以常規(guī)方式支持著汽車28的一個(gè)車輛測試臺(未示出)上。每個(gè)傳感器10a-10d的位置選成每個(gè)傳感器鄰近四個(gè)車輪28a-28d中的一個(gè)。如有需要，可沿一個(gè)或更多個(gè)方向調(diào)整傳感器10a-10d以適應(yīng)不同的車輛輪距、車輛寬度以及輪子寬度和直徑。
每個(gè)傳感器10a-10d的輸出數(shù)據(jù)在連接于計(jì)算機(jī)24中一個(gè)四通道串聯(lián)卡24a的四個(gè)RS-422串聯(lián)線中不同的一個(gè)上被傳送。正如將要描述的那樣，這些串聯(lián)線也被用來將計(jì)算機(jī)24的命令送到一個(gè)或更多個(gè)傳感器10a-10d。每個(gè)傳感器最好還向計(jì)算機(jī)24中一個(gè)四通道視頻復(fù)用器24b共一個(gè)視頻信號以便在監(jiān)控器25上顯示。對于每個(gè)傳感器，此視頻信號由電路20產(chǎn)生，它調(diào)節(jié)其相關(guān)相機(jī)18的視頻信號輸出并在圖象上疊加一個(gè)或更多個(gè)用來突出三個(gè)反射部分激光中每一個(gè)的特殊特征的光標(biāo)。空間約定在詳細(xì)描述傳感器10的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行之前，參照圖3和圖4，這些圖示出了下面將要用到的一些約定。如圖3所示，車輛28的方位可用三個(gè)相互正交的軸來說明一個(gè)沿車輛長度延伸的縱軸、一個(gè)沿車輛寬度延伸的橫軸、以及一個(gè)沿第三尺度延伸的垂直軸，三個(gè)軸相交于任選為車輛28中心的點(diǎn)處。正如下面將描述的那樣，車輛28定位于測試臺上時(shí)最好以其縱軸與測試臺的縱軸調(diào)準(zhǔn)，且用對稱修正由計(jì)算機(jī)計(jì)算出二者之間的任何偏離。
圖4說明了傳感器10a相對于左前輪28a的相對位置。在下面的描述中，只討論傳感器10a及其用于輪子28a的情況，且應(yīng)知道這一討論可同樣地用于其它傳感器10b-10d及其分別用于輪子28b-28d的情況。輪子28a包括一個(gè)帶有側(cè)壁32a的輪胎30a，為進(jìn)行測量，將激光指向此側(cè)壁上。輪子28a由一對滾筒34上的輪胎30a支持，滾筒中的一個(gè)或二個(gè)可以是驅(qū)動滾筒以便進(jìn)行各種輪位調(diào)準(zhǔn)特性的動態(tài)測量。
為了進(jìn)行輪位調(diào)準(zhǔn)測量，傳感器10a和輪子28a都空間參照三個(gè)相互正交的軸X、Y和Z。這些軸分別平行于測試臺的縱軸、垂直軸和橫軸。由光學(xué)系統(tǒng)16和機(jī)相18特定的傳感器10a的光路通常沿Z軸，因此，相機(jī)18接收到一個(gè)通常位于X和Y軸所確定的平面內(nèi)的圖象。
傳感器結(jié)構(gòu)和運(yùn)行概述回過來參照圖1，激光器12和14位于靠近機(jī)箱12的底部，而激光器13位于機(jī)箱22的頂部。光學(xué)系統(tǒng)16位于激光器12和14上方而剛低于激光器13的機(jī)箱頂前部。光學(xué)系統(tǒng)16之后是相機(jī)18，而在機(jī)箱22的最后部是電路20。激光器12-14各向機(jī)箱22外部投射成形激光，并通過各自的光圈22a-22c提到輪胎30a的側(cè)壁32a上。從側(cè)壁32a反射的激光部分通過二個(gè)光圈22d和22e中的一個(gè)重新進(jìn)入機(jī)箱22。這二個(gè)光圈分別用濾光片36和38遮蓋以排除波長不等于反射激光的其它的光。這些濾光片為相機(jī)18提供了一個(gè)暗背景，有助于盡量增加反射激光與其背景之間的反差。來自激光器12的反射光通過光圈22d進(jìn)入并由光學(xué)系統(tǒng)重新導(dǎo)向沿著光路且進(jìn)入相機(jī)18的視野。從激光器13和14的反射光通過光圈22e進(jìn)入并根據(jù)光從側(cè)壁32a上何處被反射而沿二個(gè)其它光路中的一個(gè)被導(dǎo)入相機(jī)18。下面將描述為相機(jī)18提供這三個(gè)光路的光學(xué)系統(tǒng)16。
現(xiàn)參照圖5來描述激光器12-14在輪胎30a側(cè)壁32a上的成形光投射。如此處所用，成形光應(yīng)理解為意指以預(yù)定形態(tài)投射在側(cè)壁32a上的光，不論相干與否，也不論是聚焦過、平行、掃描、衍射或其它形式。激光器12-14最好各發(fā)射一片在側(cè)壁32a上呈現(xiàn)為一個(gè)徑向取向的激光條的可見光。LG23之類的適合于用來提供條形激光的激光器可從市場上從Applied Laser Systems購到。如所示，激光器12和14被用來將其激光線分別投射到輪胎中部的前方和后方。這二個(gè)激光線被用來確定輪子28a的斜向角。激光器13被用來將其激光線投射到輪胎30a最上部的側(cè)壁32a上。激光器13所發(fā)射的激光線同其它二個(gè)激光線一起被用來確定輪子28a的外傾角。激光器12和14就這樣投影在一個(gè)平行于測試臺縱向軸(即平行于傳感器X軸)的平面內(nèi)，而激光器13投影在平行于垂直軸(即平行于傳感器Y軸)的平面內(nèi)。激光器12發(fā)射的激光線被稱為FTOE(前斜向)，而激光器14發(fā)射的激光線被稱為RTOE(后斜向)，用這些標(biāo)志來表明它們在側(cè)壁32a上的相對位置。由于FTOE激光線比RTOE位于車輛28的更靠前端處，故這樣標(biāo)示FTOE激光線，同樣，由于RTOE更靠近車輛28的后部，故RTOE這樣標(biāo)示。激光器13發(fā)射的激光線由于被用來確定輪子28a的外傾角而被稱為CAM。
激光器12和14位于機(jī)箱22的底部，因此它們向上成一角度。而且由于光圈22d和22e位于機(jī)箱22頂部附近，因此從激光器12和14偏離，反射激光以向上角通過這些光圈進(jìn)入。在激光器12和14發(fā)射的激光的方向與在光圈22d和22e中接收到的反射激光的方向之間的總角度最好為55°。激光器13以相對于圖4所示Z軸的較小的角度指向車輛28的前部，而反射CAM激光線通過光圈22e以相對于此同一軸的較大的角度進(jìn)入。應(yīng)該認(rèn)識，雖然從Z軸透視CAM激光線呈現(xiàn)其凹側(cè)面向車輛28前部，但CAM激光線通過光圈22e以其凹側(cè)面對后方而進(jìn)入。由于光圈22e從激光器13的右側(cè)即后側(cè)見到反射的CAM激光線，而圖5所示的Z軸透視是從激光器13的左側(cè)即前側(cè)，故出現(xiàn)這種情況。在示例的實(shí)施例中，激光器13對Z軸的角度沿X方向測得為15°，而CAM激光以對Z軸為30°的角度進(jìn)入光圈22e，在發(fā)射和反射CAM激光線之間給出15°的相對角。作為變通，激光器13可沿圖4所示Z軸直指，使反射CAM激光以對Z軸為45°的角度進(jìn)入光圈22e，給出較大的投影角。
根據(jù)車輛輪胎的正常形狀，側(cè)壁32a具有彎曲的表面，且反射的FTOE、RTOE和CAM激光線當(dāng)從光學(xué)系統(tǒng)16的投影角看時(shí)具有普通拋物線形狀。正如將要意識到的，各個(gè)彎曲激光線的頂部即交點(diǎn)代表著沿激光線最靠近傳感器10a的點(diǎn)。對一個(gè)恰當(dāng)?shù)貙χ性跍y試臺中且具有零外傾和斜向的車輛，激光器12和14最好瞄準(zhǔn)成使在輪胎側(cè)壁上的FTOE和RTOE激光線的交點(diǎn)位于X和Z軸所確定的水平面內(nèi)。同時(shí)，對于同一車輛，激光器13最好瞄準(zhǔn)成使輪胎側(cè)壁上CAM激光線的交點(diǎn)位于Y和Z軸所確定的垂直平面內(nèi)。
如本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員所知，三個(gè)激光線中每一個(gè)的交點(diǎn)確定了輪胎30a的旋轉(zhuǎn)面。由于輪子28a的斜向是此旋轉(zhuǎn)平面和車輛縱軸之間的夾角，故從FTOE到傳感器10a的距離Zf和從RTOE到傳感器10a的距離Zr之間的差可被用來確定這個(gè)斜向角。圖6示出了這一點(diǎn)。同樣，如圖7所示，由于輪子28a的外傾是輪子旋轉(zhuǎn)平面與車輛垂直軸之間的夾角，故距離Zd和從CAM到傳感器10a的距離Zc之間的差可用來確定這個(gè)外傾角。距離Zd是傳感器10a與輪子28a中心之間沿Z軸的距離，用下面將更詳細(xì)地加以描述的方法來確定。
傳感器10a與FTOE、RTOE和CAM交點(diǎn)之間的距離(即Zf、Zr和Zc)不直接由傳感器10a來測量。而是由傳感器10a確定這些交點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)并將它們送到計(jì)算機(jī)24，由計(jì)算機(jī)借助于將各交點(diǎn)的坐標(biāo)與已知的參考點(diǎn)進(jìn)行比較來確定Zf、Zr和Zc距離。如所知，由于傳感器10a與側(cè)壁32a之間的距離的變化會引起激光到達(dá)側(cè)壁32a的位置，引起X和Y坐標(biāo)中的一個(gè)或二者的改變，故有可能用這些坐標(biāo)來推出Z軸距離。
由于斜向和外傾分別表為相對于車輛縱軸和垂直軸的角量，故這些軸從與測試臺平行的那些軸(即傳感器10a的X和Y軸)的偏離可導(dǎo)致錯(cuò)誤的斜向和外傾測量。根據(jù)常規(guī)實(shí)踐，假定車輛與測試臺垂直軸調(diào)準(zhǔn)，而縱軸之間的偏離用計(jì)算機(jī)24以常規(guī)方法所確定和實(shí)現(xiàn)的對稱修正來計(jì)算。若車輛對中于測試臺，以其軸與測試臺的軸調(diào)準(zhǔn)(因而與傳感器10a-10d的軸調(diào)準(zhǔn))，則各輪子中心與其相關(guān)傳感器之間的距離Zd將是相同的。若不是這樣，則某些或全部的距離Zd就會不同。圖8示出了這點(diǎn)，以夸張的方式說明了車輛28與傳感器10a-10d不調(diào)準(zhǔn)對Zd的影響。借助于彼此比較距離Zd，可確定所需的對稱修正，然后用作決定各車輪調(diào)準(zhǔn)可確定所需的對稱修正，然后用作決定各車輪調(diào)準(zhǔn)特性的一部分。
利用傳感器10a-10d來輸出FTOE、RTOE和CAM激光線的交點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)之優(yōu)點(diǎn)是能夠提供與需要同每個(gè)輪胎側(cè)壁相接觸的現(xiàn)有技術(shù)輪位調(diào)準(zhǔn)傳感器相同的信息。這樣，輪位調(diào)準(zhǔn)裝置26就可以利用常規(guī)的分析傳感器輸出的技術(shù)來確定車輛的調(diào)準(zhǔn)特性。由于不僅可用較小的修改在現(xiàn)存的接觸式輪位調(diào)準(zhǔn)裝置上對傳感器進(jìn)行改型，而且可采用廣為人知且深入了解了的技術(shù)來確定輪子的旋轉(zhuǎn)平面、對稱修正及由此得到輪位調(diào)準(zhǔn)特性，故這樣做是有優(yōu)點(diǎn)的。傳感器光學(xué)系統(tǒng)和攝象機(jī)參照圖9來描述光學(xué)系統(tǒng)16。通常，光學(xué)系統(tǒng)16采用一系列平面鏡或其它反射元件來執(zhí)行二個(gè)主要功能即旋轉(zhuǎn)CAM激光線使它的取向與FTOE和RTOE激光線相同，并將所有三個(gè)激光線組合成一個(gè)導(dǎo)入攝象機(jī)18的單一圖象。具體地說，光學(xué)系統(tǒng)16包括將反射FTOE激光線導(dǎo)入相機(jī)18的平面鏡42和44、將反射RTOE激光線導(dǎo)入相機(jī)18的平面鏡46和48、以及與平面鏡48一起將反射CAM激光線導(dǎo)入相機(jī)18的平面鏡50和52。相機(jī)18和平面鏡42、44、46和48各穩(wěn)固地安裝在與傳感器10a的前端成向下角的支持板(未示出)上。這使光學(xué)系統(tǒng)16具有一般向下的投影。支持板從水平(Z軸)的向下角與反射FTOE和RTOE激光的角相同，致使那二個(gè)激光線沿平行于支持面表面的方向進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)16。平面鏡42在FTOE激光線進(jìn)入機(jī)箱22之后將其成90°反射并指向平面鏡44。同樣，平面鏡46將RTOE激光線成90°反射并指向平面鏡48。平面鏡44和48各排列在分別平行于其相關(guān)平面鏡42和46的一個(gè)平面內(nèi)，以便將FTOE和RTOE激光線沿著與它們進(jìn)入機(jī)箱22時(shí)所取的路徑相平行的路徑導(dǎo)入相機(jī)18。平面鏡44和48的背面排列成90°分開并沿面對相機(jī)18的透鏡18a的一側(cè)彼此接觸。如所示，平面鏡44和48基本上充滿透鏡18a的視野(FOV)。
平面鏡50和52被牢固地安裝在機(jī)箱22之中，致使它們的位置和取向相對于支持板被固定。如有需要，當(dāng)然可以一開始就校準(zhǔn)相機(jī)18和任一平面鏡的位置，或者做成可在一定范圍內(nèi)調(diào)整作為周期性校準(zhǔn)。平面鏡50在CAM激光線進(jìn)入機(jī)箱22之后將其向上反射指向平面鏡52。然后此激光線被反射到將其導(dǎo)入相機(jī)18的平面鏡48。如將要看到的，由平面鏡50和52提供的附加反射可用來使反射的CAM激光線相對于FTOE和RTOE激光線作90°旋轉(zhuǎn)。用此法可消除圖5所示的CAM激光線與FTOE和RTOE激光線取向之間的90°差異。
借助于將三個(gè)激光線組合為一個(gè)單一圖象，實(shí)現(xiàn)了許多優(yōu)點(diǎn)。首先，對于每個(gè)傳感器只需要一個(gè)相機(jī)和相關(guān)電路。這免除了校準(zhǔn)傳感器中多個(gè)相機(jī)的位置的要求且消除了由多個(gè)相機(jī)相對位置的誤差或變化所造成的錯(cuò)誤測量的可能性。其次，圖象中包含的三個(gè)激光線可與一個(gè)最好是一個(gè)代表零外傾和零斜向的車輪旋轉(zhuǎn)平面的公共參考相聯(lián)系。這樣就可以在激光線交點(diǎn)位置與公共參考及彼此之間進(jìn)行直接比較以確定輪位調(diào)準(zhǔn)特性。第三，由于每個(gè)傳感器只產(chǎn)生一個(gè)單一的視頻圖象并由于此單一圖象中的三個(gè)激光線與一個(gè)公共參考相聯(lián)系，故可在傳感器中容易地實(shí)現(xiàn)相機(jī)視頻輸出的實(shí)時(shí)處理以產(chǎn)生常規(guī)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。而且，由于為相機(jī)提供了相同方位的所有三個(gè)激光線的圖象且不要求相機(jī)18離車輪28a足夠遠(yuǎn)以使透鏡18a視野中包含所有三個(gè)激光線，故采用光學(xué)系統(tǒng)16來產(chǎn)生相機(jī)18所見的單一圖象是有優(yōu)點(diǎn)的。
相機(jī)18可以是一種采用具有矩形象素陣列的ccd傳感器的常規(guī)攝相機(jī)。它最好包含一個(gè)具有1024×1024象素的傳感器陣列的PhillipsFTM12相機(jī)，雖然將會了解也可以采用諸如光二極管陣列或線掃描或旋轉(zhuǎn)多角線掃描相機(jī)之類的其它類型的合適的光響應(yīng)接收器。相機(jī)18被安裝在機(jī)箱22中，其取向繞其光軸從其正常取向旋轉(zhuǎn)90°。這樣做是為了從相機(jī)的參考角所見到的拋物線激光線一般沿垂直方向延伸。更具體地說，從檢查圖5可見，拋物線形的反射FTOE和RTOE激光線以通常沿水平方向延伸的U形圖象的形式進(jìn)入機(jī)箱22。于是各激光線的頂部即交點(diǎn)將是線上的最低(即最靠近地面)點(diǎn)。這一取向由光學(xué)系統(tǒng)16保持。CAM激光線沿通常垂直取向以C形圖象形式進(jìn)入機(jī)箱22，然后被旋轉(zhuǎn)90°，以使它從光學(xué)系統(tǒng)16出來時(shí)具有與FTOE和RTOE相同的U形取向。借助于將相機(jī)18旋轉(zhuǎn)90°，它的頂將接近機(jī)箱22的一側(cè)，且相機(jī)18將看到具有C形或倒C形的拋物線激光線。如圖9所示，若相機(jī)18被旋轉(zhuǎn)成其頂18b向著機(jī)箱22的平面鏡50和52所在的一側(cè)，則相機(jī)所看到的三個(gè)激光線都是倒C形。
圖10示出了FTOE、RTOE和CAM的這種取向，它代表相機(jī)18輸出的一種圖象58。圖中，三個(gè)拋物曲線代表CAM、RTOE和FTOE激光線。圖10所示這些激光線的標(biāo)志不是相機(jī)18輸出的圖象的一部分，而是為了清楚起見示于圖10的。同樣，此圖中所示水平掃描線60、62和64以及垂直參考線66也不是實(shí)際圖象的一部分，而是用來描述如何確定交點(diǎn)且用來計(jì)算輪子28a的斜向和外傾。由于電路20輸出一個(gè)用來顯示相機(jī)圖象的VGA視頻信號，故為了顯示可用電路20將這些標(biāo)志、參考線66和表示各曲線交點(diǎn)的光標(biāo)疊加到圖象上。
借助于用這種方式使激光線相對于相機(jī)18定向，可以容易地用電路20來分析相機(jī)的視頻信號輸出。由于相機(jī)18看到的激光線具有通常垂直的取向，故相機(jī)的大量連續(xù)掃描線的每一個(gè)都與三個(gè)激光線中的一個(gè)相交。由于激光線具有倒C形狀，每個(gè)線的交點(diǎn)將是激光線上具有最高列數(shù)的象素。對圖10的CAM曲線，在圖11中進(jìn)行了說明。相機(jī)18由電路20編程以工作于非標(biāo)準(zhǔn)工作模式。在此模式中，相機(jī)18輸出一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)的40Mhz VBS視頻信號，這是一個(gè)形成排列成組的象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)流的復(fù)合視頻信號。這些象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)組中的每一個(gè)代表著相機(jī)象素陣列的一個(gè)掃描線(行)。借助于對各掃描線(即象素陣列的每一行)進(jìn)行位于激光線上的象素的列數(shù)的檢并將此列數(shù)對發(fā)現(xiàn)的最高的這種列數(shù)進(jìn)行比較，可確定代表激光線交點(diǎn)的象素。對于RTOE和FTOE激光線，此象素的行數(shù)和列數(shù)分別代表其X和Y坐標(biāo)。由于CAM激光線已相對于其它激光線旋轉(zhuǎn)了90°，故含有CAM激光線交點(diǎn)的象素的行數(shù)和列數(shù)分別代表其Y和X坐標(biāo)。
相機(jī)18輸出的象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)由具有隨象素而變化以表明象素強(qiáng)度電平的電壓電平的模擬信號代表。由于激光線上的象素比此線兩側(cè)的象素具有高得多的強(qiáng)度(部分地由濾波器36和38連成)，故借助于監(jiān)視象素強(qiáng)度電平可實(shí)現(xiàn)激光線上象素的檢測。這是由下面將要描述的監(jiān)控相機(jī)視頻信號電壓電平的電路20來進(jìn)行的。
如上所述，反射FTOE、RTOE和CAM激光線都可與一個(gè)公共參考相聯(lián)系。借助于用主規(guī)即代表零外傾和零斜向輪子的大模型架(未示出)校準(zhǔn)激光器12-14、光學(xué)系統(tǒng)16以及如有必要還有相機(jī)18的位置，可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。用大模型架調(diào)準(zhǔn)激光12和14，使大模型架上得到的拋物線激光線都位于同一水平面內(nèi)。激光器13被調(diào)準(zhǔn)成大模型架上得到的激光線的交點(diǎn)位于其它二個(gè)激光線的交點(diǎn)中間的垂直平面內(nèi)。然后調(diào)準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)16和相機(jī)18，使三個(gè)激光線的交點(diǎn)位于單一的垂直線上(即具有相同的象素列數(shù)因而也是相同的X坐標(biāo))。由于這一校準(zhǔn)，從大模型架反射的三個(gè)激光線就產(chǎn)生圖10所示的圖象58。圖10的垂直參考線66于是代表任一特定輪子的三個(gè)反射激光線可與之相關(guān)和比較的公共參考。
外傾和斜向角的確定涉及到使用傳感器到輪子的距離Zf、Zr和Zc，這些距離可由激光線交點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)確定。如上所述，用這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)來確定傳感器到輪子的距離(因而也就是外傾和斜向角)是眾所周知的。但為了顯示傳感器10a的某些優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)結(jié)合圖12A-13B來討論一下坐標(biāo)數(shù)據(jù)與傳感器到輪子數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。
圖12A示出了具有正斜向和零外傾的輪子28a，而圖12B示出了相機(jī)18提供的結(jié)果圖象。如將要看到的，參考線66在用于FTOE和RTOE激光線時(shí)代表傳感器的X軸，而在用于CAM激光線時(shí)則代表傳感器的Y軸。因此，參考線66在圖12A中示作已分裂成66a和66b二個(gè)線。輪子28的正斜向?qū)е伦羁拷囕v前部的部分側(cè)壁32a比參考線66b離傳感器10a更遠(yuǎn)。同時(shí)，它導(dǎo)致最遠(yuǎn)離車輛前部的部分側(cè)壁32a比參考線66b更靠近傳感器10a。由于激光器12和14向上引導(dǎo)其激光到輪子28a，故來自激光器12的FTOE激光線將落在參考線66n上方的側(cè)壁32a上，因而其交點(diǎn)將位于線66b的一側(cè)。相反，RTOE激光線將落在參考線66b下方的側(cè)壁32a上，因而其交點(diǎn)將位于線66b的另一側(cè)上。CAM激光線的交點(diǎn)位于參考線66a上，雖然對于零外傾來說未必如此，因?yàn)樾毕蛘{(diào)整時(shí)輪子28a繞其旋轉(zhuǎn)的垂直軸被做成可能不是準(zhǔn)確地穿過輪子的中心。同時(shí)，也可能由于車輛在測試臺中未恰當(dāng)?shù)貙χ泻驼{(diào)準(zhǔn)而發(fā)生CAM激光線交點(diǎn)從線66a偏離。
由于圖12A所示的正斜向，相機(jī)18如圖12B所示產(chǎn)生一個(gè)包括CAM、RTOE和FTOE激光線的圖象68。距離Yr和Yf分別是參考線66和RTOE及FTOE交點(diǎn)之間沿Y軸的距離。這些距離合起來是輪子斜向角的表征。由于已知發(fā)射激光和接收到的激光之間的夾角，故這些Y軸距離可轉(zhuǎn)換成圖6所示的Z軸距離Zr和Zf。然后這些Z軸距離可同對稱修正一起用來計(jì)算輪子的斜向角。如本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員所知，借助于直接將這些交點(diǎn)之間的總距離Yt(即Yr＋Yf)轉(zhuǎn)換成Z軸距離Zt并接著用此距離與對稱修正一起來計(jì)算斜向，就可確定斜向角。
圖13A示出了具有正外傾和零斜向的輪子28a，而圖12B示出了相機(jī)18提供的結(jié)果圖象。FTOE和RTOE激光線的交點(diǎn)顯示為位于稍低于參考線66b。在此例中，二個(gè)激光線偏離于參考線不是由于任何斜向角，而是由于外傾繞其改變的水平軸位于包含輪子28a中心的水平面的下方。正外傾導(dǎo)致側(cè)壁32a的最上部分比側(cè)壁32a的最下部分更靠近傳感器10a。于是，激光器13投射的CAM激光線在參考線66a的左方處，接觸到側(cè)壁32a。
圖13B示出了得到的圖象70。如將要看到的，由于輪子28a具有零斜向角，故穿過ROTE和FTOE激光線的交點(diǎn)的線平行于參考線66。距離Xc等于CAM激光線交點(diǎn)相對于參考線66沿X軸的位移。距離Yd等于參考線66和延伸于RTOE及FTOE激光線交點(diǎn)之間的線段的中點(diǎn)之間的距離。用激光器12-14的發(fā)射激光和接收到的激光之間已知的角度，可將這些距離轉(zhuǎn)換成圖7所示的Z軸距離Zc和Zd，用它們同對稱修正一起來計(jì)算外傾角。距離Yd作為確定外傾的一部分被用來說明輪子28a的實(shí)際外傾角繞不位于含參考線66的水平面內(nèi)的軸的可能性。而且，為了消除輪子斜向角(若存在的話)對外傾計(jì)算的影響，用線段的中點(diǎn)來確定Yd。傳感器電路概述電路20是一種事件驅(qū)動的微處理器式電路，它處理來自相機(jī)18的視頻流并輸出二類信息1)三個(gè)激光線中每一個(gè)的交點(diǎn)位置的X和Y坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以及2)用來在監(jiān)控器25上顯示三個(gè)激光線的修正的視頻信號。如上所述，坐標(biāo)數(shù)據(jù)可由計(jì)算機(jī)24以熟知的方式進(jìn)行處理以確定輪子的調(diào)準(zhǔn)特性。電路20對坐標(biāo)數(shù)據(jù)的確定以實(shí)時(shí)方式進(jìn)行，由于光學(xué)系統(tǒng)16提供的三個(gè)激光線的合并，這種確定可用最小限度的處理功率來完成。
在詳細(xì)描述電路20的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行之前，先描述一下來自相機(jī)18的行視頻信號的格式和確定FTOE、RTOE及CAM激光線交點(diǎn)的方法概況。視頻信號是一個(gè)模擬信號，其電壓根據(jù)它代表的象素的強(qiáng)度電平在40MHz下變化。視頻信號包含連續(xù)的模擬象素?cái)?shù)據(jù)組，每組代表構(gòu)成相機(jī)ccd元素的象素陣列的一行。圖15將這種視頻信號的一個(gè)示例掃描線(行)示作VIDEO IN。如圖15所示，視頻信號的各掃描線被水平同步HS分隔。相機(jī)18工作于非交替模式，其中以二倍于相機(jī)的30Hz滿幀速率提供含每隔一掃描線的幀。但不提供偶數(shù)和奇數(shù)掃描線的交替幀，相機(jī)18的場模編程成只提供偶數(shù)掃描線的幀。于是，偶數(shù)掃描線的幀被相機(jī)18以60Hz的速率輸出，用垂直同步將這些幀分隔開來。相機(jī)18還在圖14中分別由HS、VS和CK40M所示的分立線上輸出水平和垂直同步以及40MHz象素速率的時(shí)鐘信號。
激光線位置的確定借助于將視頻信號同閾值電平進(jìn)行比較而實(shí)現(xiàn)。一個(gè)激光線與一特定視頻掃描線的相交在視頻信號中由超過此閾值的一個(gè)電壓電平來表示。在這種方法中，可用一個(gè)簡單的比較器來產(chǎn)生表明被比較的象素強(qiáng)度電平是否代表反射激光線和一個(gè)視頻掃描線之間相交的信號。在每一掃描線的開始(即每出現(xiàn)水平同步信號HS)，計(jì)數(shù)器就以40MHz象素速率開始增加。若視頻信號電壓超過閾值；此計(jì)數(shù)器即停止且其計(jì)數(shù)被送入鎖存器。若此象素計(jì)數(shù)代表激光線的交點(diǎn)，則它及其相應(yīng)的掃描線數(shù)被微處理器用來產(chǎn)生此交點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
正如結(jié)合圖11所討論的，任何特定激光線的交點(diǎn)由具有最高列數(shù)的交點(diǎn)代表。確定一個(gè)特定的交點(diǎn)是否代表激光線的交點(diǎn)，可用不同的方法來實(shí)現(xiàn)。最簡單的方法以下稱為單掃描線測量，且涉及到每一激光線只監(jiān)控一個(gè)掃描線。對于這種技術(shù)，此掃描線內(nèi)的交點(diǎn)被假定為激光線的交點(diǎn)。對每個(gè)激光線，實(shí)際監(jiān)視的單掃描線可用上面所討論的主規(guī)或大模型架選作傳感器10a的起始設(shè)定。更具體地說，一旦用大模型架恰當(dāng)?shù)卣{(diào)準(zhǔn)激光器12-14、光學(xué)系統(tǒng)16和相機(jī)18，就可命令電路20執(zhí)行初始化程序，其中電路分析連續(xù)掃描線以確定含有大模型架反射的激光線的三個(gè)交點(diǎn)的三個(gè)掃描線。這三個(gè)掃描線的行數(shù)則可用電路20儲存，然后在分析三個(gè)交點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)流時(shí)結(jié)合車輛測試用來略去此三個(gè)掃描線之外的所有掃描線。雖然被測輪子的交點(diǎn)可能不是準(zhǔn)確地位于這些掃描線上，但激光線的曲率足夠小，以致只要車輛與測試臺的不調(diào)準(zhǔn)不很大，則實(shí)際交點(diǎn)和儲存行數(shù)的交點(diǎn)之間的列數(shù)差就會很小且對測量精度的影響很小。
除了檢測三個(gè)激光線中每一個(gè)的單掃描線，可監(jiān)視大量掃描線來確定交點(diǎn)。這可借助于監(jiān)視相機(jī)18送出的每個(gè)掃描線或借助于只監(jiān)視這些掃描線的子集合來實(shí)現(xiàn)。在二種情況下，交點(diǎn)的確定都涉及到將每個(gè)交點(diǎn)的列數(shù)與先前找到的最高列數(shù)進(jìn)行比較。對于每個(gè)掃描線，若交點(diǎn)的列數(shù)大于先前找到的最大列數(shù)，則儲存新列數(shù)(與行數(shù)一起)以便與下一掃描線的列數(shù)進(jìn)行比較。如將要看到的，若對于相繼的掃描線交點(diǎn)的列數(shù)增大，則含有激光線交點(diǎn)的掃描線尚未得到。相反，若交點(diǎn)的列數(shù)減小，則已超越了含有交點(diǎn)的掃描線。此時(shí)對于此特定的激光線就無須分析其它的掃描線了，且所儲存的行數(shù)和列數(shù)就代表著交點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)。如進(jìn)一步細(xì)化對進(jìn)來的視頻數(shù)據(jù)流的分析，可利用窗口化不僅略去遠(yuǎn)離交點(diǎn)的某些掃描線(行)而且可略去遠(yuǎn)離交點(diǎn)二側(cè)的某些列數(shù)。窗口的位置可用主規(guī)確定為初始設(shè)定的一部分，或?qū)τ谝粋€(gè)特定的輪子借助于首先對每一激光線進(jìn)行交點(diǎn)定位然后圍繞此交點(diǎn)形成一個(gè)窗口再對后續(xù)的視頻數(shù)據(jù)幀使用此窗口的方法來確定。最好預(yù)定每個(gè)窗口的長度和寬度。傳感器電路結(jié)構(gòu)和運(yùn)行圖14說明了提供上述實(shí)時(shí)圖象處理的電路20的結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行將結(jié)合圖15的時(shí)間圖來進(jìn)行討論。電路20的心臟部分是一個(gè)微處理器80，它控制著掃描線的監(jiān)視以及送至計(jì)算機(jī)24的視頻顯示和坐標(biāo)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。微處理器80最好是一個(gè)摩托羅拉生產(chǎn)的68HC11E2FN，其控制程序已內(nèi)部儲存在ROM之中。雖然微處理器80不一定要與相機(jī)18時(shí)鐘同步，但其工作至少在逐幀的基礎(chǔ)上與視頻數(shù)據(jù)流合拍，因此它用二個(gè)數(shù)據(jù)輸入端經(jīng)由同步緩沖電路82來接收相機(jī)的垂直同步信號VS和水平同步信號HS。微處理器工作于8MHz，它采用的時(shí)鐘信號可用晶體振蕩器產(chǎn)生或用系統(tǒng)時(shí)鐘電路84由相機(jī)的40MHz時(shí)鐘CK40M得到。來自相機(jī)18的視頻輸入信號(VIDEO IN)被提供給輸入調(diào)節(jié)電路86。此電路的輸出提供給模擬比較器88，使之同數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器90用微處理器80的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的閾值信號VTHRESH進(jìn)行比較。對于每個(gè)40MHz象素，比較器88的輸出指明該象素是否位于一個(gè)激光線上。若象素位于激光線上，則輸出一個(gè)邏輯1電平；而若象素不位于激光線上，則輸出邏輯0電平。此輸出被提供給一個(gè)選通邊檢測器92，當(dāng)92被啟動時(shí)，它就響應(yīng)來自比較器88的正躍遷，將一個(gè)中斷請求(IRQ)送至微處理器80。電路20還包括一個(gè)16位計(jì)數(shù)器94，其第13最低位連接到一個(gè)16位鎖存器96的相應(yīng)并行輸入。象素計(jì)數(shù)器94在每一掃描線開始時(shí)被復(fù)位且利用由邊檢測器92用相機(jī)的40MHz時(shí)鐘CK40M產(chǎn)生的選通時(shí)鐘信號CK40MG來工作。除了產(chǎn)生中斷請求外，邊檢測器92還中止象素計(jì)數(shù)器94并將象素計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)鎖存于鎖存器96。此鎖存的數(shù)據(jù)代表從掃描線開始時(shí)的象素計(jì)數(shù)，因此也是比較器88檢測到的位于激光線上的象素的列數(shù)。這個(gè)象素計(jì)數(shù)然后被微處理器80讀出在數(shù)據(jù)總線98上作為由中斷請求IRQ引發(fā)的中斷伺服程序(ISR)的一部分。為完成單個(gè)掃描線測量即上述的窗口化過程，利用得自微處理器80的數(shù)據(jù)總線98上的信息由CFR選通電路100產(chǎn)生的啟動信號ENBL選擇性地啟動和關(guān)斷邊檢測器92。CFR選通電路100還產(chǎn)生CAM、RTOE和FTOE三個(gè)信號，用于單個(gè)掃描線測量的一部分以作為象素計(jì)數(shù)的一部分來指明象素計(jì)數(shù)所代表的交點(diǎn)是否CAM、FTOE或FTOE的。
現(xiàn)較詳細(xì)地描述包含電路20的圖14的各個(gè)方框，然后描述電路20的具體運(yùn)行。同步緩沖電路82被用來向微處理器80提供水平和垂直同步信號HS和VS。微處理器80用這些信號可保持屬于進(jìn)來的象素?cái)?shù)據(jù)的掃描線軌跡。同步緩沖電路82還可用來向微處理器80提供奇/偶信號，當(dāng)相機(jī)18工作于非隔行模式時(shí)用以提供奇偶掃描線的交替幀。對于諸如提供分離的水平和垂直同步輸出的相機(jī)18之類的攝相機(jī)，同步緩沖電路82可簡單地是倒相器或其它緩沖器。對于不具有專用同步輸出而只提供作為復(fù)合圖象信號一部分的同步的相機(jī)，可使用視頻同步分離器。例如，同步緩沖電路82可采用National Semicaonductor生產(chǎn)的LM1881，它接收VIDEO IN信號并輸出一個(gè)組合(水平)同步、一個(gè)垂直同步、以及如有必要還有一個(gè)奇/偶信號，然后可將所有這些信號提供給微處理器80。水平和垂直同步信號還被緩沖以分別提供監(jiān)控水平同步MHS和監(jiān)控垂直同步MVS。這二個(gè)監(jiān)控同步信號被送至計(jì)算機(jī)24的視頻復(fù)用器24取使監(jiān)控器25與相機(jī)18產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)流同步。水平同步信號被用來產(chǎn)生在電路82中觸發(fā)單穩(wěn)的線端信號。此單穩(wěn)被用來產(chǎn)生圖15所示的線端復(fù)位脈沖EOL，它在各線端處使象素計(jì)數(shù)器94復(fù)位并保持復(fù)位直至下一掃描線的第一象素。系統(tǒng)時(shí)鐘電路84利用常規(guī)晶體振蕩器產(chǎn)生8Mhz微處理器時(shí)鐘。作為變通，微處理器時(shí)鐘信號可從由相機(jī)18輸出的40MHz時(shí)鐘信號CK40M而得到。
輸入調(diào)整電路86采用一個(gè)諸如National Semiconductor生產(chǎn)的LM1201之類的寬帶視頻放大器。它接收由DAC 90利用來自微處理器80的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的一個(gè)輸入對照信號(ICONTRAST)和一個(gè)輸入亮度信號(IBRIGHT)。這些信號被視頻放大器用來對行視頻數(shù)據(jù)流(VIDEOIN)提供適當(dāng)?shù)姆糯蠛椭绷髌x，以將它變?yōu)橛脕砼c閾值電壓VTHRESH進(jìn)行比較的合適電平。
比較器88可以是諸如Natinal Semiconductor生產(chǎn)的LM311之類的標(biāo)準(zhǔn)電壓比較器。它接收調(diào)整電路86所產(chǎn)生的經(jīng)述調(diào)整的VIDEO IN信號作為一個(gè)輸入以及來自DAC 90的閾值電壓作為其另一個(gè)輸入。如圖15所示，當(dāng)VIDEO IN＜VTHRESH時(shí)，其輸出TVO處于邏輯零電平；而當(dāng)VIDEO IN超越VTHRESH時(shí)，TVO變?yōu)檫壿?電平。
選通邊檢測器92接收比較器88產(chǎn)生的TVO信號。當(dāng)被CFR選通電路100啟動時(shí)，邊檢測器92響應(yīng)TVO信號的改變而(1)產(chǎn)生中斷請求IRQ以提醒微處理器80已找到了交點(diǎn)，(2)中止計(jì)數(shù)器94以保持交點(diǎn)所在列數(shù)處的象素計(jì)數(shù)，(3)將此象素計(jì)數(shù)鎖存到鎖存器96中。邊檢測器92可部分地用CD4538或其它適當(dāng)?shù)挠蒚VO信號的正轉(zhuǎn)變觸發(fā)的單穩(wěn)多諧振蕩器來實(shí)現(xiàn)。邊檢測器92借助于用啟動信號ENBL選通此單穩(wěn)輸出而被啟動或關(guān)斷。當(dāng)邊檢測器92被啟動時(shí)，選通的輸出脈沖就可用來產(chǎn)生中斷請求信號IRQ并觸發(fā)第二個(gè)單穩(wěn)，它產(chǎn)生將象素計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器96中的LATCH信號。圖15示出了信號ENBL、IRQ和LATCH，下面將進(jìn)一步描述其定時(shí)和用途。當(dāng)然，用其數(shù)據(jù)中的一個(gè)或其它安排為識別邏輯轉(zhuǎn)換的輸入而不利用專用的中斷請求輸入，微處理器80也能被中斷。同時(shí)，微處理器80可被安排來監(jiān)控其數(shù)據(jù)輸入中的一個(gè)表示檢測到交點(diǎn)的邏輯電平。于是，如此處所用，術(shù)語“中斷輸入”將被理解為或者是一用專用的中斷輸入，或者是能夠用來提醒微處理器80檢測到一個(gè)激光線上的象素的任何其它微處理器輸入。
用來增加計(jì)數(shù)器94計(jì)數(shù)的選通時(shí)鐘CK40MG可借助于用此第二單穩(wěn)的倒相輸出來選通相機(jī)的CK40M而產(chǎn)生，以致它一經(jīng)觸發(fā)，CK40M就停止進(jìn)一步增加計(jì)數(shù)器94計(jì)數(shù)。如果需要檢測激光線和掃描線之間相交的終止，則也可用邊檢測器92檢測TVO的負(fù)向轉(zhuǎn)變。借助于在輸出被ENBL信號選通之前將TVO提供給其輸出為與第一單穩(wěn)輸出有OR關(guān)系的負(fù)邊觸發(fā)的單穩(wěn)，就可做到這一點(diǎn)。
象素計(jì)數(shù)器94可用二個(gè)8位計(jì)數(shù)器94a和94b實(shí)現(xiàn)，94a和94b各可用一個(gè)安排成8位計(jì)數(shù)器的74HCT393雙向4位二元波紋計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。計(jì)數(shù)器94a的MSB連接成計(jì)數(shù)器94b的時(shí)鐘輸入以提供一個(gè)16位計(jì)數(shù)器。如上所述，計(jì)數(shù)器94a的第一時(shí)鐘輸入接收選通的40MHz時(shí)鐘CK40MG，而計(jì)數(shù)器94a和94b的復(fù)位輸入被連接以接收線端復(fù)位脈沖EOL，致使它們在每一新掃描線開始時(shí)被復(fù)位。計(jì)數(shù)器94a和94b的輸出被送至鎖存器96。
鎖存器96包含一對8位鎖存器96a和96b，以鎖存器96a接收來自計(jì)數(shù)器94a的象素計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，而鎖存器96b接收來自計(jì)數(shù)器94b的象素計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。這些鎖存器為象素計(jì)數(shù)提供了暫時(shí)儲存，直至被微處理器80通過數(shù)據(jù)總線98讀取。它們可用74HCT373三態(tài)八進(jìn)制D型鎖存器來實(shí)現(xiàn)。如上所述，這二個(gè)鎖存器的時(shí)鐘輸入接收來自邊檢測器92的LATCH信號。在所示實(shí)施例中，由于數(shù)據(jù)總線98只有8位寬，故微處理器80一次只讀8位象素計(jì)數(shù)，因而鎖存器96a和96b的輸出啟動(DE)輸入必須順序確立而不是同時(shí)確立。如本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員所知，這可借助于對每一鎖存器指定一個(gè)唯一地址然后將一個(gè)74HCT138或其它合適的譯碼器連接到微處理器80的地址線的方法來實(shí)現(xiàn)。用這種方法，借助于在微處理器的地址線上提供其相關(guān)的地址，微處理器80就能夠選擇鎖存器96a、鎖存器96b或連接于數(shù)據(jù)總線上的任何其它芯片。
CFR選通電路100被用來選擇性地啟動和關(guān)斷邊檢測器92。具體地說，(1)當(dāng)出現(xiàn)監(jiān)控不需要的那些象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，以及(2)緊隨由邊檢測器92的一個(gè)中斷請求之后，邊檢測器92就被關(guān)斷。在除了被微處理器80選作含有三個(gè)激光線交點(diǎn)中不同的一個(gè)的三個(gè)掃描線之外的每一掃描線的過程中，借助于關(guān)斷邊檢測器92，可獲得單一掃描線測量。在待要完全略去的那些掃描線過程中以及在發(fā)生其余掃描線的象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)處于窗口之外的情況時(shí)，借助于關(guān)斷邊檢測器92可獲得窗口化。于是，例如對于一個(gè)從行(掃描線)250延伸到行350以及從列500到列700的CAM激光線周圍的窗口，對于250之前和350之后的偶數(shù)行，邊檢測器92會關(guān)斷，而對于行250-350，對每一行中的500之前和700之后的各列(象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn))會關(guān)斷。于是，微處理器80只能夠響應(yīng)位于此窗口中的象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的象素強(qiáng)度電平而被中斷。
CFR選通電路100可用各種方法構(gòu)建以在適當(dāng)時(shí)刻關(guān)斷邊檢測器92。最好用三個(gè)通過數(shù)據(jù)總線98由微處理器80編程以便在待略去的掃描線和/或象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)過程中產(chǎn)生消除信號的視頻同步隔離器(每個(gè)激光線一個(gè))來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這三個(gè)同步隔離器輸出的消隱信號可組合形成關(guān)斷邊檢測器92的啟動信號ENBL。這三個(gè)同步隔離器可用NationalSemiconductor生產(chǎn)的三個(gè)LM1882視頻同步隔離器來實(shí)現(xiàn)，而產(chǎn)生消隱信號所必須的編程方法是本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員眾所周知的。這些同步隔離器可由微處理器80按需要逐幀(即每個(gè)垂直同步VS之后)更新，雖然若采用單一掃描線測量時(shí)并不需要這一更新信息。對于三個(gè)同步隔離器中的每一個(gè)，在前面視頻幀過程中，更新信息可確定為對其相關(guān)激光線所執(zhí)行的中斷伺服程序的一部分。然后，可將此信息儲存在諸如外部RAM的臨時(shí)存儲器中，直至被微處理器80用來更新同步隔離器。若邊檢測器92只是要在逐行基礎(chǔ)上被啟動或關(guān)斷，就可不需要這三個(gè)同步隔離器。微處理器80就可簡單地提供一位，它在每一掃描線開始時(shí)被更新并確定邊檢測器92在此掃描線期間是否應(yīng)該關(guān)斷。然后可將此位直接提供給邊檢測器92以選通TVO信號，因此，可能就不需要CFR選通電路100。
用微處理器80的禁止信號(INH)來實(shí)現(xiàn)中斷請求之后邊檢測器92的關(guān)斷。如下面更詳細(xì)討論的那樣，從邊檢測器92送到微處理器80的中斷請求使微處理器開始執(zhí)行中斷伺服程序。在此中斷伺服程序期間，禁止信號INH被確立以防止在中斷伺服程序執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)額外的中斷。圖15示出了這一點(diǎn)。禁止信號INH可同消隱信號組合作為構(gòu)成用來啟動和關(guān)斷邊檢測器92的啟動信號ENBL的一部分。對于任何特定的掃描線，強(qiáng)度電平高于閾值(因而也是此掃描線期間產(chǎn)生的第一中斷)的第一象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)被假設(shè)代表此掃描線與三個(gè)激光線之一的交點(diǎn)。但可對交點(diǎn)作其它測試。例如，一旦產(chǎn)生被監(jiān)控掃描線上的第一中斷，可監(jiān)測少量的后續(xù)象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)，作為一種驗(yàn)證那些象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)代表一個(gè)激光線與當(dāng)前掃描線的交點(diǎn)的方法。對本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員來說，顯然可作其它這類的改變。
如上所述，對于單一掃描線測量，微處理器80確定哪三個(gè)掃描線要監(jiān)控并將此信息提供給CFR選通電路100，以便邊檢測器92能夠?qū)Υ巳齻€(gè)線之外的其它所有的線關(guān)斷。當(dāng)對被監(jiān)控的一個(gè)掃描線產(chǎn)生中斷時(shí)，微處理器80需要知道三個(gè)掃描線中的哪一個(gè)與此象素計(jì)數(shù)相關(guān)。用微處理器80來計(jì)算自上一個(gè)垂直同步VS以來出現(xiàn)的水平同步HS的數(shù)目就可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，水平同步的當(dāng)前計(jì)數(shù)將指明象素計(jì)數(shù)所屬的掃描線。確定與象素計(jì)數(shù)相關(guān)的掃描線的另一種方法可以是在每幀開始時(shí)使計(jì)數(shù)器復(fù)位并對每一中斷增加計(jì)數(shù)器一次計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器中的數(shù)字(1、2或3)就表明三個(gè)掃描線中的哪一個(gè)與象素計(jì)數(shù)相關(guān)。
確定掃描線的又一種方法是將表明當(dāng)前掃描線的數(shù)據(jù)置入象素計(jì)數(shù)的上部不用的位。更具體地說，由于相機(jī)18具有每掃描線(行)1024個(gè)象素，由計(jì)數(shù)器94提供的象素計(jì)數(shù)不會超過1024，因而只需要計(jì)數(shù)器94的10位。這樣，計(jì)數(shù)器94b就剩有6個(gè)最高位可用來儲存其它數(shù)據(jù)。這些不用的位中的三位可在單一掃描線測量中被用來儲存表明與象素計(jì)數(shù)相關(guān)的掃描線的象素計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，用CFR選通電路100以產(chǎn)生三個(gè)信號，一個(gè)用于外傾(CAM)，一個(gè)用于前斜向(FTOE)，一個(gè)用于后斜向(RTOE)。這些信號被連接到鎖存器96b的三個(gè)最高位而不是計(jì)數(shù)器94b的相應(yīng)位。當(dāng)監(jiān)控到其相關(guān)的掃描線時(shí)，就確立了這些信號中的每一個(gè)。于是，一次只確立這些信號中的一個(gè)，并其確立的狀態(tài)將同象素計(jì)數(shù)的上位一起被鎖存到鎖存器96b中。然后微處理器80可檢查這三個(gè)最高位以確定三個(gè)掃描線中的哪一個(gè)與此象素計(jì)數(shù)相關(guān)。
電路20還包括一個(gè)連接到微處理器80的SCI出口80a以及由RS232串線連接到相機(jī)18并由RS422串線連接到計(jì)算機(jī)24的串行卡24a的串行I/O電路102。這些串線可用來傳送初始化命令并在計(jì)算機(jī)24、微處理器80和相機(jī)18之間編程。例如，RS232串線可用來設(shè)定相機(jī)18的快門速度、放大率和其它可編程參數(shù)。RS422串線被用來將坐標(biāo)數(shù)據(jù)從傳感器10a傳送到計(jì)算機(jī)24以便確定外傾和斜向。
電路20還包括一個(gè)輸出調(diào)整(conditioning)電路104、一個(gè)CFS光標(biāo)電路106、一組顯示驅(qū)動器108以及若有需要還有一個(gè)屏幕顯示電路110。這些電路被用來產(chǎn)生一個(gè)包括CAM、RTOE和FTOE激光線以及各激光線交點(diǎn)處的十字絲光標(biāo)的顯示圖象。輸出調(diào)整電路104用比較器88接收TVO信號輸整出。如將要看到的，TVO信號代表一位強(qiáng)度數(shù)據(jù)點(diǎn)，或者為零或者為滿強(qiáng)度。調(diào)整電路104采用與輸入調(diào)整電路86所用相同的視頻放大器并加一個(gè)微處理器80產(chǎn)生的且成由DAC90轉(zhuǎn)換成模擬信號的由輸出反差信號(OCONTRAST)和一個(gè)輸出亮度信號(OBRIGHT)。這些調(diào)整信號被用來將恰當(dāng)?shù)膁c偏移和放大/衰減提供給TVO信號以使其適合于在監(jiān)控器25上顯示。調(diào)整過的TVO信號被提供給產(chǎn)生R、G、B或監(jiān)控器25所需的其它信號的顯示驅(qū)動器108。
疊加在輸出調(diào)整電路106所提供的圖象上的是CFR光標(biāo)電路106所提供的光標(biāo)。這些光標(biāo)的產(chǎn)生可用CFR選通電路100中的三個(gè)視頻同步隔離器來產(chǎn)生附加的消隱信號，它們在CFR光標(biāo)電路106中被組合產(chǎn)生交叉絲。同步隔離器被編程以使在每幀的開始處產(chǎn)生光標(biāo)消隱信號，因而在前一幀中確定的交點(diǎn)處產(chǎn)生光標(biāo)。光標(biāo)電路106的輸出用調(diào)整電路104的輸整出求和，且得到的信號代表含有三個(gè)激光線的一個(gè)單一圖象，以交義絲光標(biāo)位于各曲線的交點(diǎn)處。
圖15說明了受監(jiān)控的單一掃描線的各種示例波形及其時(shí)間圖。在單一掃描線測量中，此單一掃描線可能是初始校準(zhǔn)過程中確定為包含三個(gè)激光線交點(diǎn)之一的三個(gè)掃描線中的一個(gè)。為了說明起見，此單一掃描線將取為含有CAM激光線交點(diǎn)的掃描線，且CFR選通電路100產(chǎn)生的CAM信號因而包括在圖15中。
當(dāng)相機(jī)18和電路20被初次加功率時(shí)，相機(jī)18被初始化以按需要設(shè)定其各個(gè)可編程特征(例如快門速度、場模式)。此編程經(jīng)由RS232線并可由工作于其控制程序下的微處理器80或由計(jì)算機(jī)24提供。微處理器80也將ICONTRAST、IBRIGHT、OCONTRAST以及OBRIGHT信號輸出到DAC90，DAC90將它們轉(zhuǎn)換成模擬形式并提供給調(diào)整電路86和104。然后微處理器80開始處理相機(jī)18輸出的視頻數(shù)據(jù)。
在一幀的開始時(shí)，若需要的話，微處理器80用新的掃描線和光標(biāo)信息更新CFR選通電路100的視頻同步隔離器。ENBL信號由這些同步隔離器和微處理器80的INH輸出保持不確立，直至在校準(zhǔn)過程中被確定為含有CAM激光線交點(diǎn)的掃描線開始。在ENBL信號不確立的情況下，由調(diào)整過的VIDEO信號跨越閾值信號VIHRESH所造成的TVO轉(zhuǎn)變并不引起中斷請求IRQ的產(chǎn)生。在每一掃描線開始時(shí)，水平同步HS引起線端復(fù)位脈沖EOL的發(fā)生，使象素計(jì)數(shù)器94復(fù)位。然后，計(jì)數(shù)器94開始與當(dāng)前掃描線的進(jìn)來的象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)同步地計(jì)數(shù)。對于未被監(jiān)控的掃描線，象素計(jì)數(shù)器將保持計(jì)數(shù)，直至被下一個(gè)EOL脈沖復(fù)位。
在CAM掃描線開始時(shí)，來自CFS電路100的CAM信號被確立，引起ENBL信號被確立從而啟動邊檢測器92。此時(shí)，TVO的任何正的轉(zhuǎn)變都將導(dǎo)致使微處理器的中斷伺服程序開始的中斷請求IRQ的產(chǎn)生。于是如圖15所示，當(dāng)調(diào)整過的VIDEO IN信號跨越閾值電壓VTHRESH時(shí)，TVO升高，引起中斷請求IRQ以及將象素計(jì)數(shù)鎖存到鎖存器96中的LATCH信號的產(chǎn)生。同時(shí)，用來增加計(jì)數(shù)器94計(jì)數(shù)的選通40MHz時(shí)鐘CK40MG被關(guān)斷。在執(zhí)行中斷伺服程序的過程中，微處理器的INH輸出被確立，引起ENBL信號變?yōu)椴淮_立。這就使邊檢測器92不能產(chǎn)生進(jìn)一步中斷，正象另外由于圖15中(a)所示的TVO正轉(zhuǎn)變的結(jié)果而要發(fā)生的那樣。
作為中斷伺服程序的一部分，微處理器80從鎖存器96讀取象素計(jì)數(shù)并將它與其所屬的掃描線相聯(lián)系。一個(gè)特定幀的所有三個(gè)交點(diǎn)一旦找到，微處理器80就用儲存的象素計(jì)數(shù)和掃描線(行)數(shù)來產(chǎn)生待要送至計(jì)算機(jī)24的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。此坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以是行數(shù)據(jù)(象素計(jì)數(shù)和掃描線數(shù))的形式，或者對于特殊應(yīng)用如有需要可轉(zhuǎn)換成標(biāo)量工程單位。
將三個(gè)激光線安排成一個(gè)單一的圖象以及用比較電路來檢測激光線和視頻掃描線之間的交點(diǎn)這二者的結(jié)合提供了比現(xiàn)有技術(shù)具有顯著優(yōu)點(diǎn)的非接觸式光學(xué)輪位調(diào)準(zhǔn)傳感器。不僅是這種特點(diǎn)的組合允許實(shí)時(shí)確定用來規(guī)定輪子旋轉(zhuǎn)平面的三個(gè)點(diǎn)的空間位置，而且也允許傳感器輸出可用廣為人知的技術(shù)來進(jìn)行處理的常規(guī)數(shù)據(jù)來確定輪位調(diào)準(zhǔn)特性。測量過程中車輪的旋轉(zhuǎn)如所知，最好在車輪繞其軸旋轉(zhuǎn)的時(shí)候來測量車輪的外傾和斜向角。在車輪旋轉(zhuǎn)的情況下用傳感器10a測量這些調(diào)準(zhǔn)特性具有某些優(yōu)點(diǎn)。首先，旋轉(zhuǎn)著的輪子的動態(tài)效應(yīng)(例如滾珠軸承中的竄動)將反映到測量中。其次，測量過程中車輪的旋轉(zhuǎn)可使輪胎側(cè)壁的表面不規(guī)則性得到平均甚至完全消除。例如，一旦輪子旋轉(zhuǎn)180°，影響FTOE交點(diǎn)位置的輪胎側(cè)壁標(biāo)記的抬高就將對RTOE交點(diǎn)的位置有同樣的影響。由于斜向測量是根據(jù)RTOE和FTOE激光線交點(diǎn)位置之差來確定的，故這二個(gè)影響將相互抵消，從而在一整圈轉(zhuǎn)動中平均掉抬高標(biāo)記的影響。
對于任何特定的輪位調(diào)準(zhǔn)應(yīng)用，車輪的旋轉(zhuǎn)速度只受每轉(zhuǎn)所要求的點(diǎn)數(shù)的限制。為了達(dá)到每旋轉(zhuǎn)2 °一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。輪子要以每3秒鐘轉(zhuǎn)一圈的速率旋轉(zhuǎn)，對于60Hz的視頻帕速率，得到每轉(zhuǎn)180個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。三個(gè)激光線的交點(diǎn)坐標(biāo)最好在90°旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行平均并將此平均數(shù)據(jù)與瞬時(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)一起或代替瞬時(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)24。要完成這一點(diǎn)，在微處理器80控制下，利用儲存交點(diǎn)位置的陣列，然后在陣列一經(jīng)儲滿即對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行平均。此陣列可具有根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度而定的可變大小，以便陣列在車輪每完成90°旋轉(zhuǎn)時(shí)變滿。其它應(yīng)用如現(xiàn)已顯而易見，由于各輪子的旋轉(zhuǎn)平面可用傳感器10a-10d來確定，故諸如主銷后傾角及操縱軸傾斜(SAI)角之類的其它的輪位調(diào)準(zhǔn)特性也可以確定。1994年3月8日授予A.Kierner的美國專利5291660中描述了確定這些角的一種技術(shù)，其公開在此處引為參考。此專利公開了根據(jù)車輪被左右操縱相同角度時(shí)測得的的輪子坐標(biāo)位移而確定可操縱車輪的主銷后傾角和SAI角的技術(shù)。如將要看到的，本發(fā)明的傳感器可用來產(chǎn)生可借以確定位移的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。正如該專利所詳述那樣，這些位移然后同測得的操縱角一起用來確定主銷后傾角和SAI角。
而且，雖然傳感器10a已被描述成可用于輪位調(diào)準(zhǔn)裝置，但本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員應(yīng)理解，在本發(fā)明的更廣的情況下，本發(fā)明的傳感器可用來確定車輪之外的大量物體中任何一種的位置、方位或其它空間特性，因而其應(yīng)用不局限于輪位調(diào)準(zhǔn)。由于本發(fā)明的傳感器方法和設(shè)備允許實(shí)時(shí)分析一個(gè)或更多個(gè)這種空間特性，故可用于下列應(yīng)用中機(jī)器人或其它跟蹤移動目標(biāo)的自動控制；目標(biāo)距離、角度和/或位置的實(shí)時(shí)探測；以及實(shí)時(shí)目測導(dǎo)向控制。還可用來分析一個(gè)或更多個(gè)物體的速度、運(yùn)動和/或振動。除光學(xué)系統(tǒng)16之外還可用附加的其它光學(xué)器件或用其它光學(xué)器件代替光學(xué)系統(tǒng)16，以提供視野、方位、分辨率或其它特殊應(yīng)用所需的光學(xué)特性。例如，可用內(nèi)孔探測鏡、光纖和合成透鏡或平面鏡來提供所需的物體方位和投影。
顯然，根據(jù)本發(fā)明已提供了一種獲得此處所規(guī)定的目的和優(yōu)點(diǎn)的光學(xué)傳感器方法和設(shè)備。當(dāng)然應(yīng)該理解，前面的描述是本發(fā)明的一種最佳實(shí)施例，且本發(fā)明不局限于所示具體實(shí)施例。對本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員來說，顯然可有各種改變和修改。例如，在所示實(shí)施例示，在光學(xué)系統(tǒng)16中不用平面鏡，也可用光纖束來接收三個(gè)反射激光線、旋轉(zhuǎn)CAM激光線然后將三個(gè)線組合成相機(jī)18所看到的單一圖象。所有這些改變和修改都認(rèn)為是在所附權(quán)利要求的范圍之中。
權(quán)利要求
1.在用于輪位調(diào)準(zhǔn)裝置以測量車輛輪胎方位從而確定車輛一個(gè)或更多個(gè)調(diào)準(zhǔn)特性的傳感器中，上述傳感器的類型是至少有一個(gè)用來將成形光投射到輪胎側(cè)壁上多個(gè)分隔開的位置的光源和一個(gè)相對上述光源定位于投影角用來接收器包含輪胎反射的成形光部分的圖象的光響應(yīng)接收器，上述光響應(yīng)接收器可運(yùn)行以產(chǎn)生表明圖象特征的電信號，其中的改進(jìn)包含一個(gè)相對于上述光響應(yīng)接收器定向以給上述光響應(yīng)接收器提供包括輪胎的多個(gè)分隔位置的光學(xué)圖象的光學(xué)元件系統(tǒng)，從而在輪胎多個(gè)分隔位置的各處反射的成形光部分以一個(gè)單一圖象的形式被上述光響應(yīng)接收器接收；以及一個(gè)響應(yīng)上述電信號以確定成形光各反射部分預(yù)定特征的圖象中的位置的電路，上述電路還運(yùn)行以產(chǎn)生代表上述預(yù)定特征的位置的輸出數(shù)據(jù)。
2.權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述的光學(xué)元件用來使成形光的至少一個(gè)反射部分相對于成形光的至少另一個(gè)反射部分旋轉(zhuǎn)。
3.權(quán)利要求2所述的傳感器，其中所述的至少一個(gè)光源包含第一、第二和第三激光器，每個(gè)激光器定位成用來將一條激光投射到側(cè)壁上多個(gè)分隔位置中不同的一處，從而多個(gè)分隔位置中的每一位置處的成形光包含一條激光。
4.權(quán)利要求3所述的傳感器，其中所述的第一和第二激光器定位成用來將光投在大致平行的平面內(nèi)，且上述第三激光器定位成用來將光投射在大致垂直于上述平行平面的一個(gè)平面內(nèi)。
5.權(quán)利要求3所述的傳感器，其中所述的光響應(yīng)接收器包含一個(gè)帶有包括相繼掃描線的圖象接收元件的攝象機(jī)，每個(gè)掃描線包含大量象素；上述攝象機(jī)定位成用來接收激光條的反射部分，使激光線以至少與某些上述掃描線相交；上述攝象機(jī)可運(yùn)行以便以排列成上述象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的相繼線的象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)流的形式產(chǎn)生上述電信號，上述象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)線的每一個(gè)對應(yīng)于一個(gè)上述掃描線；上述電路包括一個(gè)微處理器并可運(yùn)行以監(jiān)控從上述攝象機(jī)接收的上述象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)流，并在上述電路接收到一個(gè)代表激光條的任何反射部分的特殊象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，使上述微處理器中斷；以及上述微處理器可響應(yīng)上述中斷請求而運(yùn)行以獲得代表上述特殊象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)在其相關(guān)象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)線中的位置的一個(gè)象素計(jì)數(shù)。
6.權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述的光響應(yīng)接收器包含一個(gè)產(chǎn)生安排成上述象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)相繼線的象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)流的形式的上述電信號的攝象機(jī)，象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的每一個(gè)上述線代表一起描述圖象的象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)陣列的一行；上述電路可運(yùn)行以監(jiān)控從上述攝象機(jī)接收的上述象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)流，并在上述電路接收到一個(gè)代表成形光任何反射部分的特殊象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，向上述微處理器提供一個(gè)中斷請求；以及上述微處理器可響應(yīng)上述中斷請求而運(yùn)行以獲得代表上述特殊象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)在其象素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)線中的位置的一個(gè)象素計(jì)數(shù)。
7.權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述的光學(xué)元件包括多個(gè)定位成用來將成形光的反射部分導(dǎo)入上述光響應(yīng)接收器的平面鏡。
8.權(quán)利要求1的傳感器，其中所述的電路可運(yùn)行以產(chǎn)生表明成形光每一反射部分的預(yù)選特征的位置的坐標(biāo)輸出數(shù)據(jù)。
9.一種用來產(chǎn)生表明車輛上輪胎方位的數(shù)據(jù)的方法，它包含下列步驟(a)將成形光投射到輪胎側(cè)壁上多個(gè)分隔的位置處，(b)接收包括從側(cè)壁上述多個(gè)分隔位置的各處以一定角度反射的成形光部分的圖象，(c)產(chǎn)生一個(gè)視頻信號，它包含一個(gè)安排成上述象素強(qiáng)度電平的相繼組的象素強(qiáng)度電平流，上述組代表一起描繪上述圖象的象素強(qiáng)度電平陣列的一行，(d)提供一個(gè)小于代表上述成形光反射部分的上述象素強(qiáng)度電平的閾值強(qiáng)度電平，(e)對多個(gè)上述象素強(qiáng)度電平組中的每一組重復(fù)下列步驟(e1)-(e3)以確定多個(gè)象素計(jì)數(shù)(e1)將上述閾值強(qiáng)度電平同上述一組中的至少某些象素強(qiáng)度電平進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，(e2)當(dāng)上述象素強(qiáng)度電平中的一個(gè)超過上述閾值強(qiáng)度電平時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)邏輯信號，以及(e3)響應(yīng)于上述邏輯信號的出現(xiàn)，根據(jù)上述一個(gè)組中上述象素強(qiáng)度電平中的上述一個(gè)的位置，確定上述象素計(jì)數(shù)中的一個(gè)，(f)利用上述象素計(jì)數(shù)以產(chǎn)生代表上述多個(gè)分隔位置的空間方位的輸出數(shù)據(jù)。
10.權(quán)利要求9的方法，其中步驟(c)還包含以具有根據(jù)每個(gè)上述象素強(qiáng)度電平而變化的電壓電平的模擬信號的形式產(chǎn)生上述視頻信號，以及步驟(e1)還包含用比較器來比較上述閾值強(qiáng)度電平和上述象素強(qiáng)度電平。
11.權(quán)利要求9的方法還包含對多個(gè)分隔位置的每一個(gè)只進(jìn)行一次步驟(e3)。
12.權(quán)利要求9的方法還包含利用象素計(jì)數(shù)來確定成形光反射部分中每一個(gè)的預(yù)定特征的位置的步驟。
13.權(quán)利要求12的方法還包含根據(jù)預(yù)定特征的位置產(chǎn)生上述輸出數(shù)據(jù)。
14.在用于輪位調(diào)準(zhǔn)裝置中以測量車輛上輪胎的方位從而確定車輛的一個(gè)或更多個(gè)調(diào)準(zhǔn)特性的傳感器中，上述傳感器的類型是帶有至少一個(gè)定位成用來將成形光投射到輪胎側(cè)壁上多個(gè)分隔位置處的光源和一個(gè)相對上述光源以一投影角而定位以接收包括輪胎反射的成形光部分的圖象的光響應(yīng)接收器，上述光響應(yīng)接收器可運(yùn)行地以產(chǎn)生表明圖象的電信號，其中的改進(jìn)包含一個(gè)連接起來以接收來自上述光響應(yīng)接收器的上述電信號的事件驅(qū)動微處理器電路，上述電路包括一個(gè)帶有一中斷輸入的微處理器；上述電路響應(yīng)于圖象中實(shí)時(shí)檢測到成形光反射部分而可運(yùn)行以在上述中斷輸入上產(chǎn)生一個(gè)中斷請求。
15.權(quán)利要求14所述的傳感器還包含相對于上述光響應(yīng)接收器定位以向上述光響應(yīng)接收器提供包括輪胎多個(gè)分隔位置的光學(xué)圖象的光學(xué)元件系統(tǒng)，從而從箱胎多個(gè)分隔位置中的每一位置處反射的成形光部分以單一圖象的形式被上述光響應(yīng)接收器接收。
16.權(quán)利要求15所述的傳感器，其中所述的至少一個(gè)光源包含多個(gè)激光器，每個(gè)激光器定位成用來將一個(gè)激光條投射到側(cè)壁的多個(gè)分隔位置中的不同的一個(gè)位置處，激光條相對于輪胎徑向延伸，從而從多個(gè)分隔位置的每一個(gè)位置反射的成形光部分包含一個(gè)激光條；上述激光器中的一個(gè)定位成用來將第一條激光投射在第一平面內(nèi)，而上述激光器中的另一個(gè)用來將第二條激光投射在與上述第一平面形成一定角度的第二平面內(nèi)；以及上述光學(xué)元件定位成用來使第一條激光的反射部分相對于第二條激光的反射部分發(fā)生旋轉(zhuǎn)；以便第一和第二條激光的反射部分進(jìn)入上述光響應(yīng)接收器時(shí)具有相同的取向。
17.權(quán)利要求14所述的傳感器，其中所述的中斷輸入是一個(gè)專用中斷請求線。
18.權(quán)利要求14所述的傳感器，其中所述的電路可運(yùn)行以產(chǎn)生表明成形光各反射部分預(yù)選特征的位置的坐標(biāo)輸出數(shù)據(jù)。
19.在用來產(chǎn)生表明物體空間特性的數(shù)據(jù)的光學(xué)傳感器中，上述傳感器的類型是帶有至少一個(gè)定位成用來將成形光投射到物體上多個(gè)分隔位置處的光源以及一個(gè)相對上述光源以一投影角定位以接收包括物體反射的成形光部分的圖象的光響應(yīng)接收器，上述光響應(yīng)接收器可運(yùn)行以產(chǎn)生表明圖象的電信號，其中的改進(jìn)包含一個(gè)連接起來以接收來自上述光響應(yīng)接收器的上述電信號的事件驅(qū)動微處理器電路，上述電路包括帶有中斷輸入的微處理器；上述電路響應(yīng)于在圖象中實(shí)時(shí)探測到成形光的反射部分而可運(yùn)行以在上述中斷輸入上產(chǎn)生中斷請求。
20.權(quán)利要求19所述的傳感器還包含一個(gè)相對于上述光響應(yīng)接收器定位以向上述光響應(yīng)接收器提供包括物體的多個(gè)分隔位置的光學(xué)圖象的光學(xué)元件系統(tǒng)，從而物體多個(gè)分隔位置的各處反射的成形光部分以單一圖象的形式被上述光響應(yīng)接收器接收。
全文摘要
一種用于光學(xué)輪位調(diào)準(zhǔn)裝置的傳感器方法和設(shè)備，它采用一個(gè)或更多個(gè)諸如激光器(12、13、14)之類的光源來將激光線或其它成型光投射到被測輪胎側(cè)壁(32a)的各個(gè)位置上。此傳感器包括一個(gè)攝像機(jī)(18)或其它光響應(yīng)接收器和一個(gè)使反射激光線組合成被相機(jī)接收的單一圖像的光學(xué)系統(tǒng)(16)。此光學(xué)系統(tǒng)還使一個(gè)或更多個(gè)反射激光線旋轉(zhuǎn)，致使所有的反射部分進(jìn)入相機(jī)時(shí)具有相同的總?cè)∠?。相機(jī)輸出一個(gè)表示此圖像的視頻數(shù)據(jù)流。傳感器帶有一個(gè)電路(20)，它將進(jìn)入的視頻數(shù)據(jù)流與閾值進(jìn)行比較以便逐像素確定(88)是否有任何特殊的像素位于或不位于相機(jī)接收到的一個(gè)激光線上。對于一個(gè)位于激光線上的像素，比較器中斷(IRQ)微處理器(80)的運(yùn)行，然后微處理器確定該像素在圖像中的位置，并用此信息來產(chǎn)生坐標(biāo)輸出數(shù)據(jù)。
文檔編號H04N7/18GK1157078SQ96190689
公開日1997年8月13日 申請日期1996年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月24日
發(fā)明者羅伯特·J·巴特科, 杰克·H·羅森 申請人:佛利自動化公司