用于光学轮位调准的智能传感器 本发明一般涉及到汽车轮位调准装置，更确切地说是涉及到用于非接触式轮位调准装置中以确定一个或更多个汽车轮子的调准特性的光学传感器。
轮位调准装置已被汽车制造厂家和维修部门用来确定并根据厂家推荐的指标来设定车轮的各项调准特性。这些指标被选定来满足一种给定车型的要求，因而在不同车型之间可以改变。原先，车轮是由生产厂家根据设计指标来调准的。然后在车辆的使用期内还要周期性地检查并重新调准车轮。与厂家推荐的指标不断保持一致，这在确保适当的行车处置能力和尽量减少轮胎磨损方面是很重要的。
对于可操纵的车辆(例如二个前轮)，存在一些影响操纵性能和轮胎磨损的轮位调准特性。这些特性包括外倾(camber)、主销后倾、斜向(toe)和操纵轴倾斜(SAI)。其中的二个特性(主销后倾)角和SAI角与操纵轴相对于完全垂线的倾斜有关并可用本技术领域熟练人员所知地各种方法来确定。例如见1994年3月8日授予A.Koerner的美国专利5291660。另外二个特性(外倾和斜向)与车轮旋转平面的取向有关且对可操纵和不可操纵的车轮都很重要。具体地说，车轮的外倾是对车轮相对于沿车辆纵向延伸的垂直平面的向内或向外倾斜的一种度量。车轮的斜向是对车轮相对于通过车轮中心的水平面的向内或向外倾斜的一种度量。
已发展了许多技术来确定车辆的旋转平面从而确定车辆的外倾和斜向。这些技术的绝大多数需要某种形式的与车轮的物理接触。例如，在某些轮位调准装置中，位置编码器被用来产生表明与轮胎侧壁相接触的滚筒的位置的信号。通常，每个轮子用三个这样的滚筒及相关的编码器，各滚筒相隔90°。编码器提供表明滚筒到沿车辆纵向延伸的垂直平面的距离的数据流。中央计算机用这些数据来确定外倾角和斜向角。
新近发展了光学技术来确定这些调准特性而无需任何与车轮作物理接触的测量部件。例如见1988年5月17日授予T.J.Waldecker等人的美国专利4745469、1989年9月5日授予S.Masuko等人的美国专利4863266以及1993年12月7日授予M.Fuchiwaki等人的美国专利5268731。轮位调准特性的非接触式光学测量由于能提供良好的分辨率并能够确定调准特性而无需运动部件且在测量设备和车辆之间无需接触而有其优越性。对每个车辆，用一个光学传感器来实现轮位的实际测量，此光学传感器包括一个用来将光投射到车轮上的光源和一个用来检测从车轮反射的部分投射光的光响应接收器。
在Waldecker等人的专利中，用位于各个车轮附近的非接触式传感站来实现轮位调准测量。每个轮子的传感站采用多个传感器模块，各包括一个激光光源和一个相关的摄象机。各轮子处的激光光源用来投射条状激光，它们在二个或更多个分开的位置处沿径向跨越侧壁。
各传感站处的摄象机用来检测相关激光从轮胎侧壁的反射。每个摄象机偏离于其相关激光器的光学平面，为其提供一个可确定传感器和轮胎侧壁之间距离的透视图。由于轮胎的侧壁有弯曲的外形，如从相关摄象机的透视图所见，将具有通常抛物线的形状。摄象机所检测到的图象被送到计算机系统，此计算机系统包括一个调准处理机和一个集成主/调准处理机，二者用分立的WME总线通信。这些处理机用来分析图象以确定反射激光线条图象中的位置。然后用此信息推导出外倾和斜向或二者。此系统可包括一个过渡检测电路，它在数字视频流被写入存储器时对它进行监控以确定代表最靠近传感器模块的轮胎侧壁点的反射抛物线激光线的顶部。这可借助于在其侧转动各摄象机使摄象机所看到的反射激光线具有一般垂直取向来完成。相机的各扫描线则会与反射激光线相交，且借助于确定反射抛物线形激光线的顶部的行(扫描线)数和列数，就可找到轮胎侧壁的最靠近点。然后可由处理机利用这一信息以快速确定最靠近传感器模块的可能位置。
这一现有技术的主要问题是其复杂性及其引起的设备成本。更具体地说，在最佳实施例中，此系统对每个轮子采用三个激光器和三个摄象机以确定外倾角和斜向角。对于一个四个轮子的车辆，这就意味着需要12个激光器和12个摄象机。此外，计算机系统从这些相机的每一个获得完整的数据结构并必须采用二个同时运行的VME基处理机执行图象处理以确定各反射激光结构中的位置。而且，传感器站本身不提供表明轮胎和传感器之间距离的数据；它们只提供视频结构，因此，它们的输出数据不能被现有轮位调准计算机或以常规的方式所采用以确定轮位调准特性。
根据本发明，提供了一种用于轮位调准装置以测量车辆上轮胎的方位从而确定车辆的一个或更多个调准特性的智能传感器。此传感器包括一个或更多个用来将成形光投射到轮胎侧壁上多个分隔开的位置上的光源以及一个其方位相对于光源(s)为投影角、用来接收包括从轮胎反射的成形光部分的图象的摄象机或其它光响应接收器。此传感器还包括一个光学元件系统和一个电子线路。此光学元件相对于光响应接收器而定位，为光响应接收器提供一个包括轮胎的多个分隔位置的光学景象。于是，从轮胎多个分隔位置中每一处反射的成形光的各个部分就以单一图象的形式被光响应接收器所接收。此光响应接收器产生表明此图象的电学信号。电子线路，利用这些电信号来确定每个成形光反射部分预定特征的图形中的位置，且电路产生代表此预定特征位置的输出数据。
光源最好是三个可见光激光器，各用来在侧壁上三个分隔位置中的每一个上投射一个条形激光，从而多个分隔位置的每一处的成形光包含一条激光。同时，光响应接收器最好包含一个带有包括连续扫描线(各包含大量象素)的图象接收元件的摄象机。
根据本发明的另一种情形，传感器工作以实时确定各激光线或其它成形线反射部分的一个预选特征并产生常规输出座标数据用来利用计算机确定一个或更多个调准特征。为此目的，光学元件最好安置成使至少一个反射激光线相对于至少另一个反射激光线旋转，使三个反射激光线进入光响应接收器时都具有相同的取向。当一个象素数据点流排列成象素数据点的相继线(每线象素数据点代表一个扫描线)时，摄象机产生电信号。摄象机被安置成当激光线与摄象机的至少某些扫描线相交时接收条形激光的反射部分。此电路包括一个微处理器并用来监控从摄象机接收到的象素数据点流。当电路接收到一个代表任一激光条反射部分的特定象素数据点时，电子线路中断微处理器的运行。微处理器借助于获取一个代表特定象素数据占在其相关的象素数据点线中的位置的象素计数而进行响应。利用这一象素计数和视频图象中扫描线的已知位置，电路产生一个代表反激光线的预选特征的坐标的输出数据。
借助于将成形光的反射激光线或其它部分组合成一个单一图象，只需要一个摄象机或其它光响应接收器。同时，借助于旋转成形光的一个或更多个反射部分使它们都具有相同的取向，以及借助于将它们提供给相机，使它们与相机的扫描线相交，使没有可能对视频数据进行实时分析以确定表明车轮旋转平面的常规坐标数据。
根据本发明的另一种情况，提供了一种用来产生表明车辆轮胎取向的数据的方法，它包含下列步骤：
(a)在多个分隔开的位置上将成形光投射到轮胎的侧壁上，
(b)从多个分隔开的位置接收图象，此图象包括以一定角度从侧壁反射的成形光各部分，
(c)产生一个视频信号，此信号包含排列成相继象素强度电平组的象素强度电平流，各组代表象素强度电平阵列的一行，合起来代表图象，
(d)提供一个小于代表成形光反射部分的象素强度电平的阈值强度电平，
(e)借助于对多个象素强度电平组的每一个组重复下列(e1)-(e3)步骤而确定多个象素计数：
(e1)对阈值强度电平和一组的至少某些象素强度电平进行实时比较，
(e2)当一个象素强度电平超过阈值强度电平时，产生一个逻辑信号，以及
(e3)根据逻辑信号的出现，确定一个符合一组中一个象素强度电平的位置的象素计数，以及
(f)利用象素计数以产生代表多个分隔位置的空间位置的输出数据。
根据本发明的一个更广泛的情形，上面总结的本发明的方法和设备可用来确定车辆之外的物体的一个或更多个空间特征。除了将成形光投射到轮胎上以确定调准特性，成型光也可投射到任何一种不同类型的物体以确定此物体的位置、方位或其它空间特性。
以下结合附图来描述本发明的最佳实施例，其中相似的符号表示相似的元件，且：
图1是本发明的光学轮位调准传感器的示意全貌；
图2是轮位调准装置的平面示意图，它包括四个图1的光学轮位调准传感器；
图3示出了用来确定在图2轮位调准装置中被测车辆的取向的惯例；
图4投影图示出了一个图2传感器相对于左前车轮的位置并示出了用来确定传感器和车轮的空间位置以测量轮位调准特性的惯例；
图5是车轮左前轮的侧视图，示意地示出了图4传感器中的激光器如何被用来将成形激光投射到车轮上所安装的轮胎的侧壁上；
图6是车辆俯视图，示出了车轮与图4传感器的相对位置，此车轮呈现正的斜向；
图7是车辆前视图，示出了车轮与图4传感器的相对位置，此车轮呈现正的外倾；
图8车辆平面图，说明了车辆与传感器不调准的效果；
图9车轮与图4传感器的平面图，示出了传感器光学系统；
图10示出了图4传感器所用相机的图象输出，此图象代表用来校准传感器的标准规上三个圆周分隔位置反射的成形光。
图11是图10成形光一个反射部分的放大图，并被作为用来确定成形光反射部分的交点的最佳方法的一般描述部分；
图12A是图4车轮的侧视图，示出了车轮斜向角如何影响成形光到达轮胎侧壁的位置；
图12B示出了斜向对传感相机产生的图象中反射成形光的相对位置和绝对位置的影响；
图13A是图4车轮的侧视图，示出了车轮外倾角如何影响成形光到达轮胎侧壁的位置；
图13B示出了外倾对传感相机产生的图象中反射成形光的相对位置和绝对位置的影响；
图14是传感电路的方框图；以及
图15是时间图，示出了传感电路所用和所产生的各种信号。传感器/车轮调准装置概述
如图1所示，本发明的光学轮位调准传感器(通常标以10)的最佳实施例采用三个激光器12、13和14、一个光学系统16、一个摄象机18以及一个电子线路20，所有这些都包含在机箱22中。通常，激光器12-14用来将成形激光投射到安装在被测轮子上的轮胎侧壁的三个分隔开的位置上。从三个位置中每一个位置漫反射的激光重新进入机箱22和光学系统16，在其中被反射且在某些情况下被旋转以将激光的三个反射部分组合成一个单一的图象再射入相机18。相机18输出一个代表图象相继帧的视频流，且此输出被提供给电子线路20。视频数据由电路20进行实时分析以产生代表激光三个反射部分组成的各个图象中的位置的输出数据。
现同时参照图2，此输出数据从电路20被送至构成与传感器10一起使用的轮位对位装置26的一部分的中央计算机24。传感器10是四个完全相同的传感器10a-10d，用作轮位调准装置26的一部分以确定典型汽车28的四个轮子28a-28d中每一个的某些调准特性。传感器10a-10d中的每一个安装在以常规方式支持着汽车28的一个车辆测试台(未示出)上。每个传感器10a-10d的位置选成每个传感器邻近四个车轮28a-28d中的一个。如有需要，可沿一个或更多个方向调整传感器10a-10d以适应不同的车辆轮距、车辆宽度以及轮子宽度和直径。
每个传感器10a-10d的输出数据在连接于计算机24中一个四通道串联卡24a的四个RS-422串联线中不同的一个上被传送。正如将要描述的那样，这些串联线也被用来将计算机24的命令送到一个或更多个传感器10a-10d。每个传感器最好还向计算机24中一个四通道视频复用器24b共一个视频信号以便在监控器25上显示。对于每个传感器，此视频信号由电路20产生，它调节其相关相机18的视频信号输出并在图象上叠加一个或更多个用来突出三个反射部分激光中每一个的特殊特征的光标。空间约定
在详细描述传感器10的结构和运行之前，参照图3和图4，这些图示出了下面将要用到的一些约定。如图3所示，车辆28的方位可用三个相互正交的轴来说明：一个沿车辆长度延伸的纵轴、一个沿车辆宽度延伸的横轴、以及一个沿第三尺度延伸的垂直轴，三个轴相交于任选为车辆28中心的点处。正如下面将描述的那样，车辆28定位于测试台上时最好以其纵轴与测试台的纵轴调准，且用对称修正由计算机计算出二者之间的任何偏离。
图4说明了传感器10a相对于左前轮28a的相对位置。在下面的描述中，只讨论传感器10a及其用于轮子28a的情况，且应知道这一讨论可同样地用于其它传感器10b-10d及其分别用于轮子28b-28d的情况。轮子28a包括一个带有侧壁32a的轮胎30a，为进行测量，将激光指向此侧壁上。轮子28a由一对滚筒34上的轮胎30a支持，滚筒中的一个或二个可以是驱动滚筒以便进行各种轮位调准特性的动态测量。
为了进行轮位调准测量，传感器10a和轮子28a都空间参照三个相互正交的轴X、Y和Z。这些轴分别平行于测试台的纵轴、垂直轴和横轴。由光学系统16和机相18特定的传感器10a的光路通常沿Z轴，因此，相机18接收到一个通常位于X和Y轴所确定的平面内的图象。
传感器结构和运行概述
回过来参照图1，激光器12和14位于靠近机箱12的底部，而激光器13位于机箱22的顶部。光学系统16位于激光器12和14上方而刚低于激光器13的机箱顶前部。光学系统16之后是相机18，而在机箱22的最后部是电路20。激光器12-14各向机箱22外部投射成形激光，并通过各自的光圈22a-22c提到轮胎30a的侧壁32a上。从侧壁32a反射的激光部分通过二个光圈22d和22e中的一个重新进入机箱22。这二个光圈分别用滤光片36和38遮盖以排除波长不等于反射激光的其它的光。这些滤光片为相机18提供了一个暗背景，有助于尽量增加反射激光与其背景之间的反差。来自激光器12的反射光通过光圈22d进入并由光学系统重新导向沿着光路且进入相机18的视野。从激光器13和14的反射光通过光圈22e进入并根据光从侧壁32a上何处被反射而沿二个其它光路中的一个被导入相机18。下面将描述为相机18提供这三个光路的光学系统16。
现参照图5来描述激光器12-14在轮胎30a侧壁32a上的成形光投射。如此处所用，成形光应理解为意指以预定形态投射在侧壁32a上的光，不论相干与否，也不论是聚焦过、平行、扫描、衍射或其它形式。激光器12-14最好各发射一片在侧壁32a上呈现为一个径向取向的激光条的可见光。LG23之类的适合于用来提供条形激光的激光器可从市场上从Applied Laser Systems购到。如所示，激光器12和14被用来将其激光线分别投射到轮胎中部的前方和后方。这二个激光线被用来确定轮子28a的斜向角。激光器13被用来将其激光线投射到轮胎30a最上部的侧壁32a上。激光器13所发射的激光线同其它二个激光线一起被用来确定轮子28a的外倾角。激光器12和14就这样投影在一个平行于测试台纵向轴(即平行于传感器X轴)的平面内，而激光器13投影在平行于垂直轴(即平行于传感器Y轴)的平面内。激光器12发射的激光线被称为FTOE(前斜向)，而激光器14发射的激光线被称为RTOE(后斜向)，用这些标志来表明它们在侧壁32a上的相对位置。由于FTOE激光线比RTOE位于车辆28的更靠前端处，故这样标示FTOE激光线，同样，由于RTOE更靠近车辆28的后部，故RTOE这样标示。激光器13发射的激光线由于被用来确定轮子28a的外倾角而被称为CAM。
激光器12和14位于机箱22的底部，因此它们向上成一角度。而且由于光圈22d和22e位于机箱22顶部附近，因此从激光器12和14偏离，反射激光以向上角通过这些光圈进入。在激光器12和14发射的激光的方向与在光圈22d和22e中接收到的反射激光的方向之间的总角度最好为55°。激光器13以相对于图4所示Z轴的较小的角度指向车辆28的前部，而反射CAM激光线通过光圈22e以相对于此同一轴的较大的角度进入。应该认识，虽然从Z轴透视CAM激光线呈现其凹侧面向车辆28前部，但CAM激光线通过光圈22e以其凹侧面对后方而进入。由于光圈22e从激光器13的右侧即后侧见到反射的CAM激光线，而图5所示的Z轴透视是从激光器13的左侧即前侧，故出现这种情况。在示例的实施例中，激光器13对Z轴的角度沿X方向测得为15°，而CAM激光以对Z轴为30°的角度进入光圈22e，在发射和反射CAM激光线之间给出15°的相对角。作为变通，激光器13可沿图4所示Z轴直指，使反射CAM激光以对Z轴为45°的角度进入光圈22e，给出较大的投影角。
根据车辆轮胎的正常形状，侧壁32a具有弯曲的表面，且反射的FTOE、RTOE和CAM激光线当从光学系统16的投影角看时具有普通抛物线形状。正如将要意识到的，各个弯曲激光线的顶部即交点代表着沿激光线最靠近传感器10a的点。对一个恰当地对中在测试台中且具有零外倾和斜向的车辆，激光器12和14最好瞄准成使在轮胎侧壁上的FTOE和RTOE激光线的交点位于X和Z轴所确定的水平面内。同时，对于同一车辆，激光器13最好瞄准成使轮胎侧壁上CAM激光线的交点位于Y和Z轴所确定的垂直平面内。
如本技术领域熟练人员所知，三个激光线中每一个的交点确定了轮胎30a的旋转面。由于轮子28a的斜向是此旋转平面和车辆纵轴之间的夹角，故从FTOE到传感器10a的距离Zf和从RTOE到传感器10a的距离Zr之间的差可被用来确定这个斜向角。图6示出了这一点。同样，如图7所示，由于轮子28a的外倾是轮子旋转平面与车辆垂直轴之间的夹角，故距离Zd和从CAM到传感器10a的距离Zc之间的差可用来确定这个外倾角。距离Zd是传感器10a与轮子28a中心之间沿Z轴的距离，用下面将更详细地加以描述的方法来确定。
传感器10a与FTOE、RTOE和CAM交点之间的距离(即Zf、Zr和Zc)不直接由传感器10a来测量。而是由传感器10a确定这些交点的X和Y坐标并将它们送到计算机24，由计算机借助于将各交点的坐标与已知的参考点进行比较来确定Zf、Zr和Zc距离。如所知，由于传感器10a与侧壁32a之间的距离的变化会引起激光到达侧壁32a的位置，引起X和Y坐标中的一个或二者的改变，故有可能用这些坐标来推出Z轴距离。
由于斜向和外倾分别表为相对于车辆纵轴和垂直轴的角量，故这些轴从与测试台平行的那些轴(即传感器10a的X和Y轴)的偏离可导致错误的斜向和外倾测量。根据常规实践，假定车辆与测试台垂直轴调准，而纵轴之间的偏离用计算机24以常规方法所确定和实现的对称修正来计算。若车辆对中于测试台，以其轴与测试台的轴调准(因而与传感器10a-10d的轴调准)，则各轮子中心与其相关传感器之间的距离Zd将是相同的。若不是这样，则某些或全部的距离Zd就会不同。图8示出了这点，以夸张的方式说明了车辆28与传感器10a-10d不调准对Zd的影响。借助于彼此比较距离Zd，可确定所需的对称修正，然后用作决定各车轮调准可确定所需的对称修正，然后用作决定各车轮调准特性的一部分。
利用传感器10a-10d来输出FTOE、RTOE和CAM激光线的交点的X和Y坐标之优点是能够提供与需要同每个轮胎侧壁相接触的现有技术轮位调准传感器相同的信息。这样，轮位调准装置26就可以利用常规的分析传感器输出的技术来确定车辆的调准特性。由于不仅可用较小的修改在现存的接触式轮位调准装置上对传感器进行改型，而且可采用广为人知且深入了解了的技术来确定轮子的旋转平面、对称修正及由此得到轮位调准特性，故这样做是有优点的。传感器光学系统和摄象机
参照图9来描述光学系统16。通常，光学系统16采用一系列平面镜或其它反射元件来执行二个主要功能：即旋转CAM激光线使它的取向与FTOE和RTOE激光线相同，并将所有三个激光线组合成一个导入摄象机18的单一图象。具体地说，光学系统16包括将反射FTOE激光线导入相机18的平面镜42和44、将反射RTOE激光线导入相机18的平面镜46和48、以及与平面镜48一起将反射CAM激光线导入相机18的平面镜50和52。相机18和平面镜42、44、46和48各稳固地安装在与传感器10a的前端成向下角的支持板(未示出)上。这使光学系统16具有一般向下的投影。支持板从水平(Z轴)的向下角与反射FTOE和RTOE激光的角相同，致使那二个激光线沿平行于支持面表面的方向进入光学系统16。平面镜42在FTOE激光线进入机箱22之后将其成90°反射并指向平面镜44。同样，平面镜46将RTOE激光线成90°反射并指向平面镜48。平面镜44和48各排列在分别平行于其相关平面镜42和46的一个平面内，以便将FTOE和RTOE激光线沿着与它们进入机箱22时所取的路径相平行的路径导入相机18。平面镜44和48的背面排列成90°分开并沿面对相机18的透镜18a的一侧彼此接触。如所示，平面镜44和48基本上充满透镜18a的视野(FOV)。
平面镜50和52被牢固地安装在机箱22之中，致使它们的位置和取向相对于支持板被固定。如有需要，当然可以一开始就校准相机18和任一平面镜的位置，或者做成可在一定范围内调整作为周期性校准。平面镜50在CAM激光线进入机箱22之后将其向上反射指向平面镜52。然后此激光线被反射到将其导入相机18的平面镜48。如将要看到的，由平面镜50和52提供的附加反射可用来使反射的CAM激光线相对于FTOE和RTOE激光线作90°旋转。用此法可消除图5所示的CAM激光线与FTOE和RTOE激光线取向之间的90°差异。
借助于将三个激光线组合为一个单一图象，实现了许多优点。首先，对于每个传感器只需要一个相机和相关电路。这免除了校准传感器中多个相机的位置的要求且消除了由多个相机相对位置的误差或变化所造成的错误测量的可能性。其次，图象中包含的三个激光线可与一个最好是一个代表零外倾和零斜向的车轮旋转平面的公共参考相联系。这样就可以在激光线交点位置与公共参考及彼此之间进行直接比较以确定轮位调准特性。第三，由于每个传感器只产生一个单一的视频图象并由于此单一图象中的三个激光线与一个公共参考相联系，故可在传感器中容易地实现相机视频输出的实时处理以产生常规坐标数据。而且，由于为相机提供了相同方位的所有三个激光线的图象且不要求相机18离车轮28a足够远以使透镜18a视野中包含所有三个激光线，故采用光学系统16来产生相机18所见的单一图象是有优点的。
相机18可以是一种采用具有矩形象素阵列的ccd传感器的常规摄相机。它最好包含一个具有1024×1024象素的传感器阵列的PhillipsFTM12相机，虽然将会了解也可以采用诸如光二极管阵列或线扫描或旋转多角线扫描相机之类的其它类型的合适的光响应接收器。相机18被安装在机箱22中，其取向绕其光轴从其正常取向旋转90°。这样做是为了从相机的参考角所见到的抛物线激光线一般沿垂直方向延伸。更具体地说，从检查图5可见，抛物线形的反射FTOE和RTOE激光线以通常沿水平方向延伸的U形图象的形式进入机箱22。于是各激光线的顶部即交点将是线上的最低(即最靠近地面)点。这一取向由光学系统16保持。CAM激光线沿通常垂直取向以C形图象形式进入机箱22，然后被旋转90°，以使它从光学系统16出来时具有与FTOE和RTOE相同的U形取向。借助于将相机18旋转90°，它的顶将接近机箱22的一侧，且相机18将看到具有C形或倒C形的抛物线激光线。如图9所示，若相机18被旋转成其顶18b向着机箱22的平面镜50和52所在的一侧，则相机所看到的三个激光线都是倒C形。
图10示出了FTOE、RTOE和CAM的这种取向，它代表相机18输出的一种图象58。图中，三个抛物曲线代表CAM、RTOE和FTOE激光线。图10所示这些激光线的标志不是相机18输出的图象的一部分，而是为了清楚起见示于图10的。同样，此图中所示水平扫描线60、62和64以及垂直参考线66也不是实际图象的一部分，而是用来描述如何确定交点且用来计算轮子28a的斜向和外倾。由于电路20输出一个用来显示相机图象的VGA视频信号，故为了显示可用电路20将这些标志、参考线66和表示各曲线交点的光标叠加到图象上。
借助于用这种方式使激光线相对于相机18定向，可以容易地用电路20来分析相机的视频信号输出。由于相机18看到的激光线具有通常垂直的取向，故相机的大量连续扫描线的每一个都与三个激光线中的一个相交。由于激光线具有倒C形状，每个线的交点将是激光线上具有最高列数的象素。对图10的CAM曲线，在图11中进行了说明。相机18由电路20编程以工作于非标准工作模式。在此模式中，相机18输出一个非标准的40Mhz VBS视频信号，这是一个形成排列成组的象素数据点流的复合视频信号。这些象素数据点组中的每一个代表着相机象素阵列的一个扫描线(行)。借助于对各扫描线(即象素阵列的每一行)进行位于激光线上的象素的列数的检并将此列数对发现的最高的这种列数进行比较，可确定代表激光线交点的象素。对于RTOE和FTOE激光线，此象素的行数和列数分别代表其X和Y坐标。由于CAM激光线已相对于其它激光线旋转了90°，故含有CAM激光线交点的象素的行数和列数分别代表其Y和X坐标。
相机18输出的象素数据点由具有随象素而变化以表明象素强度电平的电压电平的模拟信号代表。由于激光线上的象素比此线两侧的象素具有高得多的强度(部分地由滤波器36和38连成)，故借助于监视象素强度电平可实现激光线上象素的检测。这是由下面将要描述的监控相机视频信号电压电平的电路20来进行的。
如上所述，反射FTOE、RTOE和CAM激光线都可与一个公共参考相联系。借助于用主规即代表零外倾和零斜向轮子的大模型架(未示出)校准激光器12-14、光学系统16以及如有必要还有相机18的位置，可实现这一点。用大模型架调准激光12和14，使大模型架上得到的抛物线激光线都位于同一水平面内。激光器13被调准成大模型架上得到的激光线的交点位于其它二个激光线的交点中间的垂直平面内。然后调准光学系统16和相机18，使三个激光线的交点位于单一的垂直线上(即具有相同的象素列数因而也是相同的X坐标)。由于这一校准，从大模型架反射的三个激光线就产生图10所示的图象58。图10的垂直参考线66于是代表任一特定轮子的三个反射激光线可与之相关和比较的公共参考。
外倾和斜向角的确定涉及到使用传感器到轮子的距离Zf、Zr和Zc，这些距离可由激光线交点的X和Y坐标确定。如上所述，用这些坐标数据来确定传感器到轮子的距离(因而也就是外倾和斜向角)是众所周知的。但为了显示传感器10a的某些优点，现结合图12A-13B来讨论一下坐标数据与传感器到轮子数据之间的关系。
图12A示出了具有正斜向和零外倾的轮子28a，而图12B示出了相机18提供的结果图象。如将要看到的，参考线66在用于FTOE和RTOE激光线时代表传感器的X轴，而在用于CAM激光线时则代表传感器的Y轴。因此，参考线66在图12A中示作已分裂成66a和66b二个线。轮子28的正斜向导致最靠近车辆前部的部分侧壁32a比参考线66b离传感器10a更远。同时，它导致最远离车辆前部的部分侧壁32a比参考线66b更靠近传感器10a。由于激光器12和14向上引导其激光到轮子28a，故来自激光器12的FTOE激光线将落在参考线66n上方的侧壁32a上，因而其交点将位于线66b的一侧。相反，RTOE激光线将落在参考线66b下方的侧壁32a上，因而其交点将位于线66b的另一侧上。CAM激光线的交点位于参考线66a上，虽然对于零外倾来说未必如此，因为斜向调整时轮子28a绕其旋转的垂直轴被做成可能不是准确地穿过轮子的中心。同时，也可能由于车辆在测试台中未恰当地对中和调准而发生CAM激光线交点从线66a偏离。
由于图12A所示的正斜向，相机18如图12B所示产生一个包括CAM、RTOE和FTOE激光线的图象68。距离Yr和Yf分别是参考线66和RTOE及FTOE交点之间沿Y轴的距离。这些距离合起来是轮子斜向角的表征。由于已知发射激光和接收到的激光之间的夹角，故这些Y轴距离可转换成图6所示的Z轴距离Zr和Zf。然后这些Z轴距离可同对称修正一起用来计算轮子的斜向角。如本技术领域熟练人员所知，借助于直接将这些交点之间的总距离Yt(即Yr＋Yf)转换成Z轴距离Zt并接着用此距离与对称修正一起来计算斜向，就可确定斜向角。
图13A示出了具有正外倾和零斜向的轮子28a，而图12B示出了相机18提供的结果图象。FTOE和RTOE激光线的交点显示为位于稍低于参考线66b。在此例中，二个激光线偏离于参考线不是由于任何斜向角，而是由于外倾绕其改变的水平轴位于包含轮子28a中心的水平面的下方。正外倾导致侧壁32a的最上部分比侧壁32a的最下部分更靠近传感器10a。于是，激光器13投射的CAM激光线在参考线66a的左方处，接触到侧壁32a。
图13B示出了得到的图象70。如将要看到的，由于轮子28a具有零斜向角，故穿过ROTE和FTOE激光线的交点的线平行于参考线66。距离Xc等于CAM激光线交点相对于参考线66沿X轴的位移。距离Yd等于参考线66和延伸于RTOE及FTOE激光线交点之间的线段的中点之间的距离。用激光器12-14的发射激光和接收到的激光之间已知的角度，可将这些距离转换成图7所示的Z轴距离Zc和Zd，用它们同对称修正一起来计算外倾角。距离Yd作为确定外倾的一部分被用来说明轮子28a的实际外倾角绕不位于含参考线66的水平面内的轴的可能性。而且，为了消除轮子斜向角(若存在的话)对外倾计算的影响，用线段的中点来确定Yd。传感器电路概述
电路20是一种事件驱动的微处理器式电路，它处理来自相机18的视频流并输出二类信息：1)三个激光线中每一个的交点位置的X和Y坐标数据，以及2)用来在监控器25上显示三个激光线的修正的视频信号。如上所述，坐标数据可由计算机24以熟知的方式进行处理以确定轮子的调准特性。电路20对坐标数据的确定以实时方式进行，由于光学系统16提供的三个激光线的合并，这种确定可用最小限度的处理功率来完成。
在详细描述电路20的结构和运行之前，先描述一下来自相机18的行视频信号的格式和确定FTOE、RTOE及CAM激光线交点的方法概况。视频信号是一个模拟信号，其电压根据它代表的象素的强度电平在40MHz下变化。视频信号包含连续的模拟象素数据组，每组代表构成相机ccd元素的象素阵列的一行。图15将这种视频信号的一个示例扫描线(行)示作VIDEO IN。如图15所示，视频信号的各扫描线被水平同步HS分隔。相机18工作于非交替模式，其中以二倍于相机的30Hz满帧速率提供含每隔一扫描线的帧。但不提供偶数和奇数扫描线的交替帧，相机18的场模编程成只提供偶数扫描线的帧。于是，偶数扫描线的帧被相机18以60Hz的速率输出，用垂直同步将这些帧分隔开来。相机18还在图14中分别由HS、VS和CK40M所示的分立线上输出水平和垂直同步以及40MHz象素速率的时钟信号。
激光线位置的确定借助于将视频信号同阈值电平进行比较而实现。一个激光线与一特定视频扫描线的相交在视频信号中由超过此阈值的一个电压电平来表示。在这种方法中，可用一个简单的比较器来产生表明被比较的象素强度电平是否代表反射激光线和一个视频扫描线之间相交的信号。在每一扫描线的开始(即每出现水平同步信号HS)，计数器就以40MHz象素速率开始增加。若视频信号电压超过阈值；此计数器即停止且其计数被送入锁存器。若此象素计数代表激光线的交点，则它及其相应的扫描线数被微处理器用来产生此交点的X和Y坐标数据。
正如结合图11所讨论的，任何特定激光线的交点由具有最高列数的交点代表。确定一个特定的交点是否代表激光线的交点，可用不同的方法来实现。最简单的方法以下称为单扫描线测量，且涉及到每一激光线只监控一个扫描线。对于这种技术，此扫描线内的交点被假定为激光线的交点。对每个激光线，实际监视的单扫描线可用上面所讨论的主规或大模型架选作传感器10a的起始设定。更具体地说，一旦用大模型架恰当地调准激光器12-14、光学系统16和相机18，就可命令电路20执行初始化程序，其中电路分析连续扫描线以确定含有大模型架反射的激光线的三个交点的三个扫描线。这三个扫描线的行数则可用电路20储存，然后在分析三个交点的视频数据流时结合车辆测试用来略去此三个扫描线之外的所有扫描线。虽然被测轮子的交点可能不是准确地位于这些扫描线上，但激光线的曲率足够小，以致只要车辆与测试台的不调准不很大，则实际交点和储存行数的交点之间的列数差就会很小且对测量精度的影响很小。
除了检测三个激光线中每一个的单扫描线，可监视大量扫描线来确定交点。这可借助于监视相机18送出的每个扫描线或借助于只监视这些扫描线的子集合来实现。在二种情况下，交点的确定都涉及到将每个交点的列数与先前找到的最高列数进行比较。对于每个扫描线，若交点的列数大于先前找到的最大列数，则储存新列数(与行数一起)以便与下一扫描线的列数进行比较。如将要看到的，若对于相继的扫描线交点的列数增大，则含有激光线交点的扫描线尚未得到。相反，若交点的列数减小，则已超越了含有交点的扫描线。此时对于此特定的激光线就无须分析其它的扫描线了，且所储存的行数和列数就代表着交点的X和Y坐标。如进一步细化对进来的视频数据流的分析，可利用窗口化不仅略去远离交点的某些扫描线(行)而且可略去远离交点二侧的某些列数。窗口的位置可用主规确定为初始设定的一部分，或对于一个特定的轮子借助于首先对每一激光线进行交点定位然后围绕此交点形成一个窗口再对后续的视频数据帧使用此窗口的方法来确定。最好预定每个窗口的长度和宽度。传感器电路结构和运行
图14说明了提供上述实时图象处理的电路20的结构，其运行将结合图15的时间图来进行讨论。电路20的心脏部分是一个微处理器80，它控制着扫描线的监视以及送至计算机24的视频显示和坐标数据的产生。微处理器80最好是一个摩托罗拉生产的68HC11E2FN，其控制程序已内部储存在ROM之中。虽然微处理器80不一定要与相机18时钟同步，但其工作至少在逐帧的基础上与视频数据流合拍，因此它用二个数据输入端经由同步缓冲电路82来接收相机的垂直同步信号VS和水平同步信号HS。微处理器工作于8MHz，它采用的时钟信号可用晶体振荡器产生或用系统时钟电路84由相机的40MHz时钟CK40M得到。来自相机18的视频输入信号(VIDEO IN)被提供给输入调节电路86。此电路的输出提供给模拟比较器88，使之同数字一模拟转换器90用微处理器80的数据所产生的阈值信号VTHRESH进行比较。对于每个40MHz象素，比较器88的输出指明该象素是否位于一个激光线上。若象素位于激光线上，则输出一个逻辑1电平；而若象素不位于激光线上，则输出逻辑0电平。此输出被提供给一个选通边检测器92，当92被启动时，它就响应来自比较器88的正跃迁，将一个中断请求(IRQ)送至微处理器80。电路20还包括一个16位计数器94，其第13最低位连接到一个16位锁存器96的相应并行输入。象素计数器94在每一扫描线开始时被复位且利用由边检测器92用相机的40MHz时钟CK40M产生的选通时钟信号CK40MG来工作。除了产生中断请求外，边检测器92还中止象素计数器94并将象素计数器数据锁存于锁存器96。此锁存的数据代表从扫描线开始时的象素计数，因此也是比较器88检测到的位于激光线上的象素的列数。这个象素计数然后被微处理器80读出在数据总线98上作为由中断请求IRQ引发的中断伺服程序(ISR)的一部分。为完成单个扫描线测量即上述的窗口化过程，利用得自微处理器80的数据总线98上的信息由CFR选通电路100产生的启动信号ENBL选择性地启动和关断边检测器92。CFR选通电路100还产生CAM、RTOE和FTOE三个信号，用于单个扫描线测量的一部分以作为象素计数的一部分来指明象素计数所代表的交点是否CAM、FTOE或FTOE的。
现较详细地描述包含电路20的图14的各个方框，然后描述电路20的具体运行。同步缓冲电路82被用来向微处理器80提供水平和垂直同步信号HS和VS。微处理器80用这些信号可保持属于进来的象素数据的扫描线轨迹。同步缓冲电路82还可用来向微处理器80提供奇/偶信号，当相机18工作于非隔行模式时用以提供奇偶扫描线的交替帧。对于诸如提供分离的水平和垂直同步输出的相机18之类的摄相机，同步缓冲电路82可简单地是倒相器或其它缓冲器。对于不具有专用同步输出而只提供作为复合图象信号一部分的同步的相机，可使用视频同步分离器。例如，同步缓冲电路82可采用National Semicaonductor生产的LM1881，它接收VIDEO IN信号并输出一个组合(水平)同步、一个垂直同步、以及如有必要还有一个奇/偶信号，然后可将所有这些信号提供给微处理器80。水平和垂直同步信号还被缓冲以分别提供监控水平同步MHS和监控垂直同步MVS。这二个监控同步信号被送至计算机24的视频复用器24取使监控器25与相机18产生的视频数据流同步。水平同步信号被用来产生在电路82中触发单稳的线端信号。此单稳被用来产生图15所示的线端复位脉冲EOL，它在各线端处使象素计数器94复位并保持复位直至下一扫描线的第一象素。系统时钟电路84利用常规晶体振荡器产生8Mhz微处理器时钟。作为变通，微处理器时钟信号可从由相机18输出的40MHz时钟信号CK40M而得到。
输入调整电路86采用一个诸如National Semiconductor生产的LM1201之类的宽带视频放大器。它接收由DAC 90利用来自微处理器80的数据产生的一个输入对照信号(ICONTRAST)和一个输入亮度信号(IBRIGHT)。这些信号被视频放大器用来对行视频数据流(VIDEOIN)提供适当的放大和直流偏离，以将它变为用来与阈值电压VTHRESH进行比较的合适电平。
比较器88可以是诸如Natinal Semiconductor生产的LM311之类的标准电压比较器。它接收调整电路86所产生的经述调整的VIDEO IN信号作为一个输入以及来自DAC 90的阈值电压作为其另一个输入。如图15所示，当VIDEO IN＜VTHRESH时，其输出TVO处于逻辑零电平；而当VIDEO IN超越VTHRESH时，TVO变为逻辑1电平。
选通边检测器92接收比较器88产生的TVO信号。当被CFR选通电路100启动时，边检测器92响应TVO信号的改变而：(1)产生中断请求IRQ以提醒微处理器80已找到了交点，(2)中止计数器94以保持交点所在列数处的象素计数，(3)将此象素计数锁存到锁存器96中。边检测器92可部分地用CD4538或其它适当的由TVO信号的正转变触发的单稳多谐振荡器来实现。边检测器92借助于用启动信号ENBL选通此单稳输出而被启动或关断。当边检测器92被启动时，选通的输出脉冲就可用来产生中断请求信号IRQ并触发第二个单稳，它产生将象素计数数据锁存到锁存器96中的LATCH信号。图15示出了信号ENBL、IRQ和LATCH，下面将进一步描述其定时和用途。当然，用其数据中的一个或其它安排为识别逻辑转换的输入而不利用专用的中断请求输入，微处理器80也能被中断。同时，微处理器80可被安排来监控其数据输入中的一个表示检测到交点的逻辑电平。于是，如此处所用，术语“中断输入”将被理解为或者是一用专用的中断输入，或者是能够用来提醒微处理器80检测到一个激光线上的象素的任何其它微处理器输入。
用来增加计数器94计数的选通时钟CK40MG可借助于用此第二单稳的倒相输出来选通相机的CK40M而产生，以致它一经触发，CK40M就停止进一步增加计数器94计数。如果需要检测激光线和扫描线之间相交的终止，则也可用边检测器92检测TVO的负向转变。借助于在输出被ENBL信号选通之前将TVO提供给其输出为与第一单稳输出有OR关系的负边触发的单稳，就可做到这一点。
象素计数器94可用二个8位计数器94a和94b实现，94a和94b各可用一个安排成8位计数器的74HCT393双向4位二元波纹计数器来实现。计数器94a的MSB连接成计数器94b的时钟输入以提供一个16位计数器。如上所述，计数器94a的第一时钟输入接收选通的40MHz时钟CK40MG，而计数器94a和94b的复位输入被连接以接收线端复位脉冲EOL，致使它们在每一新扫描线开始时被复位。计数器94a和94b的输出被送至锁存器96。
锁存器96包含一对8位锁存器96a和96b，以锁存器96a接收来自计数器94a的象素计数数据，而锁存器96b接收来自计数器94b的象素计数数据。这些锁存器为象素计数提供了暂时储存，直至被微处理器80通过数据总线98读取。它们可用74HCT373三态八进制D型锁存器来实现。如上所述，这二个锁存器的时钟输入接收来自边检测器92的LATCH信号。在所示实施例中，由于数据总线98只有8位宽，故微处理器80一次只读8位象素计数，因而锁存器96a和96b的输出启动(DE)输入必须顺序确立而不是同时确立。如本技术领域熟练人员所知，这可借助于对每一锁存器指定一个唯一地址然后将一个74HCT138或其它合适的译码器连接到微处理器80的地址线的方法来实现。用这种方法，借助于在微处理器的地址线上提供其相关的地址，微处理器80就能够选择锁存器96a、锁存器96b或连接于数据总线上的任何其它芯片。
CFR选通电路100被用来选择性地启动和关断边检测器92。具体地说，(1)当出现监控不需要的那些象素数据点时，以及(2)紧随由边检测器92的一个中断请求之后，边检测器92就被关断。在除了被微处理器80选作含有三个激光线交点中不同的一个的三个扫描线之外的每一扫描线的过程中，借助于关断边检测器92，可获得单一扫描线测量。在待要完全略去的那些扫描线过程中以及在发生其余扫描线的象素数据点处于窗口之外的情况时，借助于关断边检测器92可获得窗口化。于是，例如对于一个从行(扫描线)250延伸到行350以及从列500到列700的CAM激光线周围的窗口，对于250之前和350之后的偶数行，边检测器92会关断，而对于行250-350，对每一行中的500之前和700之后的各列(象素数据点)会关断。于是，微处理器80只能够响应位于此窗口中的象素数据点的象素强度电平而被中断。
CFR选通电路100可用各种方法构建以在适当时刻关断边检测器92。最好用三个通过数据总线98由微处理器80编程以便在待略去的扫描线和/或象素数据点过程中产生消除信号的视频同步隔离器(每个激光线一个)来实现这一点。这三个同步隔离器输出的消隐信号可组合形成关断边检测器92的启动信号ENBL。这三个同步隔离器可用NationalSemiconductor生产的三个LM1882视频同步隔离器来实现，而产生消隐信号所必须的编程方法是本技术领域熟练人员众所周知的。这些同步隔离器可由微处理器80按需要逐帧(即每个垂直同步VS之后)更新，虽然若采用单一扫描线测量时并不需要这一更新信息。对于三个同步隔离器中的每一个，在前面视频帧过程中，更新信息可确定为对其相关激光线所执行的中断伺服程序的一部分。然后，可将此信息储存在诸如外部RAM的临时存储器中，直至被微处理器80用来更新同步隔离器。若边检测器92只是要在逐行基础上被启动或关断，就可不需要这三个同步隔离器。微处理器80就可简单地提供一位，它在每一扫描线开始时被更新并确定边检测器92在此扫描线期间是否应该关断。然后可将此位直接提供给边检测器92以选通TVO信号，因此，可能就不需要CFR选通电路100。
用微处理器80的禁止信号(INH)来实现中断请求之后边检测器92的关断。如下面更详细讨论的那样，从边检测器92送到微处理器80的中断请求使微处理器开始执行中断伺服程序。在此中断伺服程序期间，禁止信号INH被确立以防止在中断伺服程序执行时出现额外的中断。图15示出了这一点。禁止信号INH可同消隐信号组合作为构成用来启动和关断边检测器92的启动信号ENBL的一部分。对于任何特定的扫描线，强度电平高于阈值(因而也是此扫描线期间产生的第一中断)的第一象素数据点被假设代表此扫描线与三个激光线之一的交点。但可对交点作其它测试。例如，一旦产生被监控扫描线上的第一中断，可监测少量的后续象素数据点，作为一种验证那些象素数据点代表一个激光线与当前扫描线的交点的方法。对本技术领域熟练人员来说，显然可作其它这类的改变。
如上所述，对于单一扫描线测量，微处理器80确定哪三个扫描线要监控并将此信息提供给CFR选通电路100，以便边检测器92能够对此三个线之外的其它所有的线关断。当对被监控的一个扫描线产生中断时，微处理器80需要知道三个扫描线中的哪一个与此象素计数相关。用微处理器80来计算自上一个垂直同步VS以来出现的水平同步HS的数目就可以实现这一点。当中断发生时，水平同步的当前计数将指明象素计数所属的扫描线。确定与象素计数相关的扫描线的另一种方法可以是在每帧开始时使计数器复位并对每一中断增加计数器一次计数。计数器中的数字(1、2或3)就表明三个扫描线中的哪一个与象素计数相关。
确定扫描线的又一种方法是将表明当前扫描线的数据置入象素计数的上部不用的位。更具体地说，由于相机18具有每扫描线(行)1024个象素，由计数器94提供的象素计数不会超过1024，因而只需要计数器94的10位。这样，计数器94b就剩有6个最高位可用来储存其它数据。这些不用的位中的三位可在单一扫描线测量中被用来储存表明与象素计数相关的扫描线的象素计数数据。为实现这一点，用CFR选通电路100以产生三个信号，一个用于外倾(CAM)，一个用于前斜向(FTOE)，一个用于后斜向(RTOE)。这些信号被连接到锁存器96b的三个最高位而不是计数器94b的相应位。当监控到其相关的扫描线时，就确立了这些信号中的每一个。于是，一次只确立这些信号中的一个，并其确立的状态将同象素计数的上位一起被锁存到锁存器96b中。然后微处理器80可检查这三个最高位以确定三个扫描线中的哪一个与此象素计数相关。
电路20还包括一个连接到微处理器80的SCI出口80a以及由RS232串线连接到相机18并由RS422串线连接到计算机24的串行卡24a的串行I/O电路102。这些串线可用来传送初始化命令并在计算机24、微处理器80和相机18之间编程。例如，RS232串线可用来设定相机18的快门速度、放大率和其它可编程参数。RS422串线被用来将坐标数据从传感器10a传送到计算机24以便确定外倾和斜向。
电路20还包括一个输出调整(conditioning)电路104、一个CFS光标电路106、一组显示驱动器108以及若有需要还有一个屏幕显示电路110。这些电路被用来产生一个包括CAM、RTOE和FTOE激光线以及各激光线交点处的十字丝光标的显示图象。输出调整电路104用比较器88接收TVO信号输整出。如将要看到的，TVO信号代表一位强度数据点，或者为零或者为满强度。调整电路104采用与输入调整电路86所用相同的视频放大器并加一个微处理器80产生的且成由DAC90转换成模拟信号的由输出反差信号(OCONTRAST)和一个输出亮度信号(OBRIGHT)。这些调整信号被用来将恰当的dc偏移和放大/衰减提供给TVO信号以使其适合于在监控器25上显示。调整过的TVO信号被提供给产生R、G、B或监控器25所需的其它信号的显示驱动器108。
叠加在输出调整电路106所提供的图象上的是CFR光标电路106所提供的光标。这些光标的产生可用CFR选通电路100中的三个视频同步隔离器来产生附加的消隐信号，它们在CFR光标电路106中被组合产生交叉丝。同步隔离器被编程以使在每帧的开始处产生光标消隐信号，因而在前一帧中确定的交点处产生光标。光标电路106的输出用调整电路104的输整出求和，且得到的信号代表含有三个激光线的一个单一图象，以交义丝光标位于各曲线的交点处。
图15说明了受监控的单一扫描线的各种示例波形及其时间图。在单一扫描线测量中，此单一扫描线可能是初始校准过程中确定为包含三个激光线交点之一的三个扫描线中的一个。为了说明起见，此单一扫描线将取为含有CAM激光线交点的扫描线，且CFR选通电路100产生的CAM信号因而包括在图15中。
当相机18和电路20被初次加功率时，相机18被初始化以按需要设定其各个可编程特征(例如快门速度、场模式)。此编程经由RS232线并可由工作于其控制程序下的微处理器80或由计算机24提供。微处理器80也将ICONTRAST、IBRIGHT、OCONTRAST以及OBRIGHT信号输出到DAC90，DAC90将它们转换成模拟形式并提供给调整电路86和104。然后微处理器80开始处理相机18输出的视频数据。
在一帧的开始时，若需要的话，微处理器80用新的扫描线和光标信息更新CFR选通电路100的视频同步隔离器。ENBL信号由这些同步隔离器和微处理器80的INH输出保持不确立，直至在校准过程中被确定为含有CAM激光线交点的扫描线开始。在ENBL信号不确立的情况下，由调整过的VIDEO信号跨越阈值信号VIHRESH所造成的TVO转变并不引起中断请求IRQ的产生。在每一扫描线开始时，水平同步HS引起线端复位脉冲EOL的发生，使象素计数器94复位。然后，计数器94开始与当前扫描线的进来的象素数据点同步地计数。对于未被监控的扫描线，象素计数器将保持计数，直至被下一个EOL脉冲复位。
在CAM扫描线开始时，来自CFS电路100的CAM信号被确立，引起ENBL信号被确立从而启动边检测器92。此时，TVO的任何正的转变都将导致使微处理器的中断伺服程序开始的中断请求IRQ的产生。于是如图15所示，当调整过的VIDEO IN信号跨越阈值电压VTHRESH时，TVO升高，引起中断请求IRQ以及将象素计数锁存到锁存器96中的LATCH信号的产生。同时，用来增加计数器94计数的选通40MHz时钟CK40MG被关断。在执行中断伺服程序的过程中，微处理器的INH输出被确立，引起ENBL信号变为不确立。这就使边检测器92不能产生进一步中断，正象另外由于图15中(a)所示的TVO正转变的结果而要发生的那样。
作为中断伺服程序的一部分，微处理器80从锁存器96读取象素计数并将它与其所属的扫描线相联系。一个特定帧的所有三个交点一旦找到，微处理器80就用储存的象素计数和扫描线(行)数来产生待要送至计算机24的坐标数据。此坐标数据可以是行数据(象素计数和扫描线数)的形式，或者对于特殊应用如有需要可转换成标量工程单位。
将三个激光线安排成一个单一的图象以及用比较电路来检测激光线和视频扫描线之间的交点这二者的结合提供了比现有技术具有显著优点的非接触式光学轮位调准传感器。不仅是这种特点的组合允许实时确定用来规定轮子旋转平面的三个点的空间位置，而且也允许传感器输出可用广为人知的技术来进行处理的常规数据来确定轮位调准特性。测量过程中车轮的旋转
如所知，最好在车轮绕其轴旋转的时候来测量车轮的外倾和斜向角。在车轮旋转的情况下用传感器10a测量这些调准特性具有某些优点。首先，旋转着的轮子的动态效应(例如滚珠轴承中的窜动)将反映到测量中。其次，测量过程中车轮的旋转可使轮胎侧壁的表面不规则性得到平均甚至完全消除。例如，一旦轮子旋转180°，影响FTOE交点位置的轮胎侧壁标记的抬高就将对RTOE交点的位置有同样的影响。由于斜向测量是根据RTOE和FTOE激光线交点位置之差来确定的，故这二个影响将相互抵消，从而在一整圈转动中平均掉抬高标记的影响。
对于任何特定的轮位调准应用，车轮的旋转速度只受每转所要求的点数的限制。为了达到每旋转2 °一个数据点。轮子要以每3秒钟转一圈的速率旋转，对于60Hz的视频帕速率，得到每转180个数据点。三个激光线的交点坐标最好在90°旋转过程中进行平均并将此平均数据与瞬时坐标数据一起或代替瞬时坐标数据送到计算机24。要完成这一点，在微处理器80控制下，利用储存交点位置的阵列，然后在阵列一经储满即对这些数据进行平均。此阵列可具有根据旋转速度而定的可变大小，以便阵列在车轮每完成90°旋转时变满。其它应用
如现已显而易见，由于各轮子的旋转平面可用传感器10a-10d来确定，故诸如主销后倾角及操纵轴倾斜(SAI)角之类的其它的轮位调准特性也可以确定。1994年3月8日授予A.Kierner的美国专利5291660中描述了确定这些角的一种技术，其公开在此处引为参考。此专利公开了根据车轮被左右操纵相同角度时测得的的轮子坐标位移而确定可操纵车轮的主销后倾角和SAI角的技术。如将要看到的，本发明的传感器可用来产生可借以确定位移的坐标数据。正如该专利所详述那样，这些位移然后同测得的操纵角一起用来确定主销后倾角和SAI角。
而且，虽然传感器10a已被描述成可用于轮位调准装置，但本技术领域熟练人员应理解，在本发明的更广的情况下，本发明的传感器可用来确定车轮之外的大量物体中任何一种的位置、方位或其它空间特性，因而其应用不局限于轮位调准。由于本发明的传感器方法和设备允许实时分析一个或更多个这种空间特性，故可用于下列应用中：机器人或其它跟踪移动目标的自动控制；目标距离、角度和/或位置的实时探测；以及实时目测导向控制。还可用来分析一个或更多个物体的速度、运动和/或振动。除光学系统16之外还可用附加的其它光学器件或用其它光学器件代替光学系统16，以提供视野、方位、分辨率或其它特殊应用所需的光学特性。例如，可用内孔探测镜、光纤和合成透镜或平面镜来提供所需的物体方位和投影。
显然，根据本发明已提供了一种获得此处所规定的目的和优点的光学传感器方法和设备。当然应该理解，前面的描述是本发明的一种最佳实施例，且本发明不局限于所示具体实施例。对本技术领域熟练人员来说，显然可有各种改变和修改。例如，在所示实施例示，在光学系统16中不用平面镜，也可用光纤束来接收三个反射激光线、旋转CAM激光线然后将三个线组合成相机18所看到的单一图象。所有这些改变和修改都认为是在所附权利要求的范围之中。