汽車自動駕駛攝像頭高精度自動標(biāo)定檢測技術(shù)的實現(xiàn)

王曉軍　劉瀚陽　邱藝琪　曹迪　王金舜

【摘? 要】本文主要介紹汽車自動駕駛攝像頭高精度自動標(biāo)定檢測技術(shù)的原因，分析技術(shù)可行性，制定設(shè)計方案，對完成設(shè)計的方案進(jìn)行實施，并對自動標(biāo)定檢測設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、驗證，完成汽車自動駕駛用攝像頭高精度自動標(biāo)定檢測技術(shù)的設(shè)計驗證工作，實現(xiàn)FOV精度公差最高達(dá)到±0.8°的自動標(biāo)定檢測技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】自動駕駛攝像頭；自動標(biāo)定；FOV；6軸精密標(biāo)定機(jī)構(gòu)；暗角

中圖分類號：U463.675? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）06-0001-02

Implementation of High Precision Automatic Calibration and Test Technology on Autonomous Driving Cameras

WANG Xiao-jun，LIU Han-yang，QIU Yi-qi，CAO Di，WANG Jin-shun

（FAW Car Co.，Ltd.，Changchun 130012，China）

【Abstract】This article mainly introduces the reasons for the high-precision automatic calibration and detection technology of automotive autonomous driving cameras，analyzes the technical feasibility，develops a design plan，implements the completed design plan，and debugs and verifies the automatic calibration and detection equipment. The design and verification of high-precision automatic calibration and detection technology for automotive autonomous driving cameras are completed，achieving an automatic calibration and detection technology with a maximum FOV accuracy tolerance of ±0.8°.

【Key words】automatic pilot camera；automatic calibration；FOV；six axes precise calibration mechanic；dark angle

自動駕駛技術(shù)作為汽車智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的重要組成部分，當(dāng)前正在快速發(fā)展。在自動駕駛采用的零件中，視覺類傳感器——攝像頭的應(yīng)用日益廣泛。按照傳感器制式分類，攝像頭分為模擬攝像頭和數(shù)字?jǐn)z像頭。攝像頭在傳統(tǒng)的汽車應(yīng)用中，主要用作倒車影像顯示輔助泊車，普通的模擬攝像頭足以應(yīng)對。在自動駕駛應(yīng)用中，攝像頭用于目標(biāo)識別、圖像采集，必須采用高分辨率的數(shù)字?jǐn)z像頭。按照功能分類，應(yīng)用于自動駕駛的攝像頭主要有前視攝像頭、全景泊車監(jiān)測攝像頭等。其中前視攝像頭主要用于輔助駕駛、安全預(yù)警、地圖景點采集，全景泊車攝像頭用于全角度監(jiān)控駕駛環(huán)境，輔助泊車。由于倒車影像的模擬攝像頭的分辨率不足（640×800像素或800×600像素），難以滿足自動駕駛對高精度攝像頭（大于100萬像素）的要求，需要采用高精度數(shù)字?jǐn)z像頭才能滿足要求。

1? 影響攝像頭精度的因素分析

汽車自動駕駛用攝像頭安裝位置不同，使用環(huán)境復(fù)雜，對環(huán)境和可靠性要求高。通常攝像頭在汽車上安裝的區(qū)域主要有：前格柵中部、左/右外后視鏡、后保險杠、牌照板、前風(fēng)擋玻璃中部、駕駛艙A立柱護(hù)板。針對不同的安裝結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以滿足汽車環(huán)境對攝像頭的性能要求。由于安裝位置的不同，對攝像頭的視覺效果評價要求也不同，但是還有一些汽車車身由于造型或布置的特殊需要，攝像頭不能安裝在車身前部或后部的中心點，需要攝像頭對圖形效果做出修正，修正量根據(jù)偏移量的不同，存在差異。根據(jù)目前行業(yè)對視覺效果的評價要求，要求畫面清晰、暗度識別率高，主觀評價時要求消除球面效果，消除暗角。

經(jīng)過對攝像頭各性能參數(shù)的數(shù)據(jù)分析，對暗角和視覺效果有直接影響的攝像頭性能參數(shù)就是FOV（視場角）。而FOV的公差對視角和圖像效果產(chǎn)品具有重要作用，公差精度越高，影像采集的圖像效果和品質(zhì)越好。

2? 攝像頭高精度標(biāo)定檢測技術(shù)實現(xiàn)方案及設(shè)計驗證

為了達(dá)到高精度，攝像頭在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，需要考慮產(chǎn)品的共性問題，盡量做到產(chǎn)品平臺化，這樣才能便于制造，保證產(chǎn)品品質(zhì)。經(jīng)過分析設(shè)計，設(shè)計出了平臺化攝像頭產(chǎn)品。有了平臺化的攝像頭產(chǎn)品，即可進(jìn)行智能制造可行性分析。平臺化的攝像頭具備以下特點：高精度、高可靠性、產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定。

經(jīng)過評估，最終確定攝像頭的關(guān)鍵制造技術(shù)如下：自動裝配、自動標(biāo)定、自動檢測、自動固化。本文重點討論自動標(biāo)定和自動檢測技術(shù)，對于自動裝配技術(shù)不進(jìn)行討論。當(dāng)前攝像頭標(biāo)定技術(shù)方案主要有兩種：手動標(biāo)定和全自動標(biāo)定。手動標(biāo)定用于對FOV精度公差在±2°～±3°的范圍中，標(biāo)定結(jié)果由目視對比確定，精度不高，不符合高精度的技術(shù)要求。全自動標(biāo)定FOV精度公差可達(dá)到±0.8°，能夠滿足高精度的要求。因此，對于高精度標(biāo)定技術(shù)的技術(shù)方案采用全自動標(biāo)定技術(shù)方案。

全自動標(biāo)定技術(shù)方案總體設(shè)計時需要考慮的因素：工序步驟定義、工藝設(shè)備可實現(xiàn)性、成本可控、滿足商品批量生產(chǎn)性。經(jīng)過評估，采用工序如下：自動點膠→自動標(biāo)定→自動固化→自動檢測。設(shè)備設(shè)計方案：采用3套設(shè)備完成自動標(biāo)定工作。3套設(shè)備分別是6軸自動標(biāo)定機(jī)構(gòu)、自動固化設(shè)備、自動檢測設(shè)備。

2.1? 6軸自動標(biāo)定機(jī)構(gòu)設(shè)計

6軸自動標(biāo)定機(jī)構(gòu)整體以X、Y、Z、? X、?Y、?Z 6軸為基準(zhǔn)，自動調(diào)整攝像頭鏡頭、前殼體視角范圍。首先將鏡頭與殼體在?X、?Y、?Z 3軸調(diào)整到固定范圍內(nèi)，然后在 X、 Y、

Z 3軸微調(diào)，以不同的參數(shù)進(jìn)行適配，直至調(diào)試到符合技術(shù)要求為止。

自動標(biāo)定機(jī)構(gòu)包括以下構(gòu)件。

1）一套自動點膠機(jī)構(gòu)。設(shè)計方案采用3軸自動點膠方案，用于將膠分別點在鏡頭和前殼體螺紋處。自動點膠機(jī)構(gòu)見圖1。

2）6軸精密機(jī)械自動標(biāo)定機(jī)構(gòu)。前殼體固定不動，作為基準(zhǔn)點，6軸精密機(jī)械滑臺帶動鏡頭調(diào)整，完成標(biāo)定工作。2套夾具用于固定鏡頭和前殼體。光學(xué)準(zhǔn)直儀，用于提供光源，產(chǎn)生平行光線。其他組成部分包括：自動升降機(jī)構(gòu)、平板光源、增距鏡、氣動隔振墊、雙層傳動皮帶線、UV固化機(jī)等。6軸精密機(jī)械自動標(biāo)定機(jī)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)見圖2。

設(shè)備完成加工制造后，開始進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。首先調(diào)試自動標(biāo)定設(shè)備，根據(jù)攝像頭對誤差的要求，從±0.8°～±2°范圍進(jìn)行調(diào)試。根據(jù)6軸標(biāo)定機(jī)構(gòu)參數(shù)，分別對X、Y、Z、?X、??Y、?Z 6軸參數(shù)范圍進(jìn)行初始設(shè)定，設(shè)定范圍如下：①X軸參數(shù)，分辨率0.1～0.3μm，微動步長1/5～1/10div，最大運動速度1～3mm/s（10kp/s），運動范圍±5～±10mm；②Y軸參數(shù)，分辨率0.1～0.3μm，微動步長1/5～1/10div，最大運動速度1～3mm/s（10kp/s），運動范圍±20～±30mm；③Z軸參數(shù)，分辨率0.1～0.3μm，微動步長1/5～1/10div，最大運動速度1～3mm/s（100kp/s），運動范圍±5～±10mm；④??X軸參數(shù)，偏轉(zhuǎn)角度分辨率≤0.005°，微動步長1/3～1/2div，最大運動速度2°～3°/s（10kp/s），運動范圍±3°～±5°；⑤??Y軸參數(shù)，偏轉(zhuǎn)角度分辨率≤0.005°，微動步長1/3～1/2div，最大運動速度2°～3°/s（10kp/s），運動范圍：±3°～±5°；?⑥? Z軸參數(shù)，偏轉(zhuǎn)角度分辨率≤0.005°，微動步長1/4～1/3div，最大運動速度15～20°/s（10kp/s），運動范圍±3°～±5°。

經(jīng)過調(diào)試，在±0.8°～±2°內(nèi)標(biāo)定6軸參數(shù)如下：①X軸參數(shù)，分辨率0.1μm，微動步長1/10div，最大運動速度1mm/s（10kp/s），運動范圍±5mm；②Y軸參數(shù)，分辨率0.1μm，微動步長1/10div，最大運動速度1mm/s（10kp/s），運動范圍 ±25mm；③Z軸參數(shù)，分辨率0.1μm，微動步長1/10div，最大運動速度1mm/s（100kp/s），運動范圍±5mm；④??X軸參數(shù)，偏轉(zhuǎn)角度分辨率為0.0028°，微動步長1/2div，最大運動速度2.8°/s（10kp/s），運動范圍±3°；⑤??Y軸參數(shù)，偏轉(zhuǎn)角度分辨率為0.0022°，微動步長1/2div，最大運動速度2.2°/s（10kp/s），運動范圍±3°；⑥??Z軸參數(shù)，偏轉(zhuǎn)角度分辨率為0.0018°，微動步長1/4div，最大運動速度18°/s（10kp/s），運動范圍±3°。

2.2? 自動固化設(shè)備設(shè)計

標(biāo)定完成后，攝像頭本體需要高溫固化。自動固化設(shè)備設(shè)計方案如下：從自動標(biāo)定機(jī)構(gòu)送出的攝像頭本體由機(jī)械手抓取，放置到料盤中，當(dāng)放置的攝像頭數(shù)量達(dá)到料盤存放的最大數(shù)值后，由傳送帶自動傳送至高溫固化箱中固化。設(shè)備完成制造后，開始調(diào)試參數(shù)，溫度參數(shù)范圍25～150℃，溫升速率5℃/s。經(jīng)過調(diào)試，鎖定固化參數(shù)為60℃。

2.3? 自動檢測設(shè)備設(shè)計

完成標(biāo)定后，需要確認(rèn)標(biāo)定結(jié)果參數(shù)是否符合設(shè)計要求，因此進(jìn)行參數(shù)檢測，檢測參數(shù)包括：FOV的X/Y/Z偏離度、中心偏離度以及中心閾值范圍等參數(shù)。檢測設(shè)備包含以下構(gòu)件。

1）全自動檢測工裝。包括相應(yīng)的專用夾具，用于固定攝像頭本體。

2）專用高精度柔性探針。用于與攝像頭連接器段子對接連通。

3）測試自動Socket。包括測試專用電路板、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，用于與攝像頭本體通信、設(shè)定調(diào)試測試參數(shù)、存儲測試數(shù)據(jù)，用于參數(shù)檢測的專用檢測軟件。

4）其他組成部分。終檢機(jī)構(gòu)、白場測試機(jī)構(gòu)、影像測試工裝、3軸取放物料機(jī)構(gòu)。

標(biāo)定參數(shù)自動檢測設(shè)備機(jī)構(gòu)圖見圖3。

在所有機(jī)構(gòu)完成設(shè)計后，進(jìn)行加工制造，組裝成全自動標(biāo)定設(shè)備，設(shè)備外觀見圖4。

經(jīng)過聯(lián)動調(diào)試，開始試制工作，制作50套攝像頭進(jìn)行工藝驗證。50套攝像頭經(jīng)過自動標(biāo)定、自動固化、自動檢測，產(chǎn)品性能參數(shù)符合設(shè)計要求，F(xiàn)OV視角公差全部控制在±0.8°以內(nèi)。詳細(xì)檢測結(jié)果見圖5。

對50套攝像頭進(jìn)行實車裝車評審，評價方式為主觀評價，經(jīng)過評價，圖像清晰，無暗角，符合要求。

3? 結(jié)語

以上介紹了汽車自動駕駛攝像頭高精度標(biāo)定檢測技術(shù)的實現(xiàn)過程。本次成果已經(jīng)成功進(jìn)入商用階段，應(yīng)用于奔騰品牌各車型，應(yīng)用效果較好。通過本次標(biāo)定檢測技術(shù)的研究，對提升攝像頭產(chǎn)品精度做出了有價值的探索，提升了攝像頭產(chǎn)品品質(zhì)，為攝像頭智能制造技術(shù)的進(jìn)一步研究提供了有力支撐。

（編輯? 楊? 景）