汽車自動駕駛攝像頭高精度自動標定檢測技術的實現(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定檢測技術的原因，分析技術可行性，制定設計方案，對完成設計的方案進行實施，并對自動標定檢測設備進行調試、驗證，完成汽車自動駕駛用攝像頭高精度自動標定檢測技術的設計驗證工作，實現(xiàn)FOV精度公差最高達到±0.8°的自動標定檢測技術。

【關鍵詞】自動駕駛攝像頭；自動標定；FOV；6軸精密標定機構；暗角

中圖分類號：U463.675? ? 文獻標志碼：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

自動駕駛技術作為汽車智能網(wǎng)聯(lián)技術的重要組成部分，當前正在快速發(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)字攝像頭。攝像頭在傳統(tǒng)的汽車應用中，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對。在自動駕駛應用中，攝像頭用于目標識別、圖像采集，必須采用高分辨率的數(shù)字攝像頭。按照功能分類，應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)字攝像頭才能滿足要求。

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、前風擋玻璃中部、駕駛艙A立柱護板。針對不同的安裝結構，需要設計不同的機械結構，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越好。

2? 攝像頭高精度標定檢測技術實現(xiàn)方案及設計驗證

為了達到高精度，攝像頭在進行產(chǎn)品設計時，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。經(jīng)過分析設計，設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)品品質穩(wěn)定。

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

全自動標定技術方案總體設計時需要考慮的因素：工序步驟定義、工藝設備可實現(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→自動標定→自動固化→自動檢測。設備設計方案：采用3套設備完成自動標定工作。3套設備分別是6軸自動標定機構、自動固化設備、自動檢測設備。

2.1? 6軸自動標定機構設計

6軸自動標定機構整體以X、Y、Z、? X、?Y、?Z 6軸為基準，自動調整攝像頭鏡頭、前殼體視角范圍。首先將鏡頭與殼體在?X、?Y、?Z 3軸調整到固定范圍內，然后在 X、 Y、

Z 3軸微調，以不同的參數(shù)進行適配，直至調試到符合技術要求為止。

自動標定機構包括以下構件。

1）一套自動點膠機構。設計方案采用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。自動點膠機構見圖1。

2）6軸精密機械自動標定機構。前殼體固定不動，作為基準點，6軸精密機械滑臺帶動鏡頭調整，完成標定工作。2套夾具用于固定鏡頭和前殼體。光學準直儀，用于提供光源，產(chǎn)生平行光線。其他組成部分包括：自動升降機構、平板光源、增距鏡、氣動隔振墊、雙層傳動皮帶線、UV固化機等。6軸精密機械自動標定機構設計結構見圖2。

設備完成加工制造后，開始進行設備調試。首先調試自動標定設備，根據(jù)攝像頭對誤差的要求，從±0.8°～±2°范圍進行調試。根據(jù)6軸標定機構參數(shù)，分別對X、Y、Z、?X、??Y、?Z 6軸參數(shù)范圍進行初始設定，設定范圍如下：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)過調試，在±0.8°～±2°內標定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? 自動固化設備設計

標定完成后，攝像頭本體需要高溫固化。自動固化設備設計方案如下：從自動標定機構送出的攝像頭本體由機械手抓取，放置到料盤中，當放置的攝像頭數(shù)量達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。設備完成制造后，開始調試參數(shù)，溫度參數(shù)范圍25～150℃，溫升速率5℃/s。經(jīng)過調試，鎖定固化參數(shù)為60℃。

2.3? 自動檢測設備設計

完成標定后，需要確認標定結果參數(shù)是否符合設計要求，因此進行參數(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)。檢測設備包含以下構件。

1）全自動檢測工裝。包括相應的專用夾具，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)存儲設備，用于與攝像頭本體通信、設定調試測試參數(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。終檢機構、白場測試機構、影像測試工裝、3軸取放物料機構。

標定參數(shù)自動檢測設備機構圖見圖3。

在所有機構完成設計后，進行加工制造，組裝成全自動標定設備，設備外觀見圖4。

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

對50套攝像頭進行實車裝車評審，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? 結語

以上介紹了汽車自動駕駛攝像頭高精度標定檢測技術的實現(xiàn)過程。本次成果已經(jīng)成功進入商用階段，應用于奔騰品牌各車型，應用效果較好。通過本次標定檢測技術的研究，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，為攝像頭智能制造技術的進一步研究提供了有力支撐。

（編輯? 楊? 景）