CN103168219B - 用于识别和定义形成轮胎胎面设计的基本花纹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检查轮胎胎面的方法，该轮胎具有由周向并置的通过具有相同形状的边界彼此隔开的元素的组合形成的胎面设计，并且该胎面具有以精确和已知的方式排序的少量的基本花纹，包含上面设置有胎面磨损指示器的至少一个基本花纹，该指示器与所述基本花纹的特征点相关联，其中：产生待检查的轮胎胎面的图像；识别存在于待检查的轮胎胎面的图像上的磨损指示器；将磨损指示器分组为与包括磨损指示器的基本花纹对应的子集，并且确定每个所述子集的特征点；通过计算在待检查的胎面表面上识别的磨损指示器的每个所述子集的特征点之间的距离来确定距离顺序；使所述距离顺序与基本花纹的特征点之间的距离的已知顺序一致；并且根据所述元素的已知定位顺序，将元素之间的边界的形状投影到待检查的表面上。

Description

用于识别和定义形成轮胎胎面设计的基本花纹的方法

技术领域

本发明涉及对轮胎的视觉检查领域，其中将待检查轮胎的图像与该轮胎的参考图像进行比较。

背景技术

通过比较这两种图像，分析它们的差异，能够确定在图像的给定点处，分配到该点和源自通用数字图像传感器的物理量的数值变化。由该传感器测量的物理量可以与所观察对象的颜色、亮度、纹理有关，或者当使用能够建立三维图像的材料时，还与该点相对于参考表面的高度有关。

借助于算法分析这些变化，该算法不是本说明书的主题，并且该算法适用于确定待检查轮胎的符合度，并且判定该轮胎是否可以被认为是符合的，或者它是否必须被送往处理中心。

在轮胎的情况下，该技术被应用于检查通过基于刚性模具的模制获得的轮胎区域(如侧壁或胎面)。

公开物WO2009077537描述了一种方法，该方法特别适合于检查轮胎的胎面，其胎面花纹由具有少量的基本花纹的元素的组合形成，该基本花纹周向地并置并且以精确和确定的方式排序。

胎面花纹的基本花纹具有相似的形状并且具有类似但不完全相同的尺寸。因此每个类型的基本花纹在外胎胎面花纹的圆周上出现多次。为了减少运转振动或噪音，以本领域技术人员已知的明智方式，来执行对尺寸的选择和对基本花纹的布置。

上述引用的公开物中描述的方法的目的在于将仅基本花纹的参考图像与位于轮胎圆周上的实际基本花纹的图像进行比较。

因此，获得单个轮胎胎面的图像以便获得每个基本花纹的足够图像集合是足够的，并且通过假设异常现象不可能发生在具有相同基本花纹的全部元素中，来根据这些基本花纹计算参考图像。

此外，在实施该方法之前，必须以精确的方式识别和定位形成胎面花纹的元素之间的界限。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够解决这个问题的方法。

根据本发明的用于检查胎面的方法是用于检测轮胎的胎面，该轮胎的胎面花纹由周向并置的通过具有相同的形状的边界彼此隔开的元素的组合形成，并且该胎面花纹具有以精确和已知的方式排序的少量的基本花纹，该基本花纹包含上面设置有胎面磨损指示器的至少一个基本花纹，该指示器与该基本花纹的特征点相关联。

该方法包括在该方法期间的以下步骤：

-产生待检查的轮胎胎面的图像，

-识别存在于待检查的轮胎胎面的图像上的胎面磨损指示器，

-利用与包括胎面磨损指示器的基本花纹对应的子集对胎面磨损指示器进行分组，并且确定这些子集中的每个的特征点，

-通过计算在待检查的胎面表面上识别的胎面磨损指示器的每个子集的特征点之间的距离来确定距离的顺序，

-使该距离的顺序与基本花纹的特征点之间的距离的已知顺序一致，

-根据所述元素的已知的定位顺序，将元素之间的边界的形状投影到所述待检查的表面上。

该方法的价值在于其使得能够确定无疑地识别待检查的轮胎胎面花纹的元素的顺序，并且能够为每个元素分配相对应的基本花纹。该方法的优点还在于，与通过优化胎面花纹的轮廓的距离的调整方法或叠加方法相比，不花费太多计算时间。

一旦该步骤完成时，就可以毫无困难地执行例如公开物WO2009077537所述的评估方法。

一般来说，胎面花纹包含包括胎面磨损指示器的单个基本花纹。

根据该方法的第一实施例，基于胎面磨损指示器的参考缩略图像，来执行对胎面磨损指示器的识别，该缩略图像被调整到待检查的尺寸。

根据该方法的第二实施例，基于数字模型来进行对胎面磨损指示器的识别，该数字模型被用作定义轮胎胎面花纹的基础。

为了限制计算时间并增加搜索的可靠性，可以将胎面磨损指示器的搜索限定在基本上构造胎面花纹的沟槽的窄圆周带中，所述胎面磨损指示器位于该沟槽中。

可以发现在执行对胎面磨损指示器的识别之前，必须根据用于获取待检查轮胎胎面的图像的装置的校准参数，使数字模型的胎面磨损指示器的图像变形。

为了改进搜索并改善胎面磨损指示器的形状的匹配，通过应用仿射变换使数字模型的胎面磨损指示器的图像变形是有用的。

该方法还可以评估包含胎面磨损指示器的元素的特征点的横向位置与纵向方向之间的距离，以便确定轮胎在其整个圆周上的尺寸偏差(run-out)。

然后可以根据在轮胎圆周的该点处的轮胎的尺寸偏差的值来校正元素之间的边界的横向位置。

附图说明

下面的描述将使得能够更好地理解本发明及其变化的实施例，下面的描述基于图1至图12，在附图中：

图1表示由具有基本花纹的元素并置而形成的胎面的示意图，

图2表示用于生成图1所示胎面花纹的四个基本花纹，

图3表示参考胎面磨损指示器的2D缩略图，

图4表示待检查轮胎的胎面表面的2D快照，该胎面表面包括包含胎面磨损指示器的基本花纹，

图5表示源于胎面磨损指示器的3D图像的视图，该胎面磨损指示器的3D图像源自被用作定义轮胎的胎面花纹的基础的数字模型，

图6表示被标记在待检查轮胎胎面3D图像上的胎面磨损指示器的例子，

图7示出了计算包含胎面磨损指示器的基本花纹的重心的例子，

图8和图9示出了如果发生错误检测或检测误差时可执行的校正操作，

图10示出了对由包括胎面磨损指示器的基本花纹形成的胎面花纹元素之间的距离的顺序进行同步的操作，

图11示出了对基本花纹之间的边界进行投影的操作，

图12示出了与揭示轮胎尺寸偏差相关联的横向变化。

具体实施方式

图1使得能够对一部分轮胎胎面进行视觉化，在该轮胎胎面上可以看到存在几种类型的基本花纹(分别标记为A、B、C和U)。这些类型的基本花纹单独地在图2中示出，并且例如包括不同长度的3个花纹A、B、C以及包含胎面磨损指示器的一个花纹U。这四种类型的基本花纹将都沿轮胎的圆周以精确的顺序重复。

因此，图1所示的胎面部分顺序是标示为ACBUBACCC的顺序，并且，针对该轮胎范围内的给定尺寸，将通过这四种类型的基本花纹的并置来形成最终的顺序，该并置以复杂且已知的顺序布置，以ACBUBACCC开始，并例如通过花纹BCAABUAABCBCBAAABBUCACAACBAACBBAU等继续。

一般来说，一尺寸可以有1到5个基本花纹，而且一胎面取决于直径包括重复的80-100个以期望的顺序布置的基本花纹。该结果是取决于尺寸和胎面花纹的类型，将在每个胎面中10到40次之间地使用给定类型的基本花纹(例如基本花纹A)。

每种类型基本花纹的横向边界的形状被配置为能够模糊地匹配另一类型的任何基本花纹的横向边界。因此，不论所讨论的基本花纹如何，这些边界的形状是相同的，以便可以根据需要修改基本花纹的顺序。

图2所示的基本花纹占据胎面的整个横向宽度。这种布置不是限制性的，并且本发明的原理可以被扩展到这样的情形：胎面花纹包括位于同一横向线上的几个不同的基本花纹。对于被认为是不对称的胎面花纹来说尤其如此。

标示为U的基本花纹包括位于纵向沟槽中的胎面磨损指示器。该特殊的基本花纹通常是唯一的，且可以在胎面花纹的基本花纹顺序中根据必要尽可能多地复制。正是这种特殊的特征，将被用于确定胎面花纹元素之间的边界，同时进一步考虑到，胎面磨损指示器的存在是强制性的，与胎面花纹的类型无关。

因此，执行的第一操作包括产生待检查轮胎的胎面表面的图像。

“图像”是指源自一个或多个传感器的信息，该传感器对在给定点处由待检查轮胎反射的光是敏感的。该图像可以是二维或三维的、灰度的、单色的或彩色的。其可以来自线型照相机、灰度或彩色矩阵照相机、或者激光三角测量传感器等。一个或多个物理量的值与每个像素相关联。因此，图象采用与测量的物理量同样多的数据表的形式。

接着，下一步骤包括识别存在于待检查轮胎的胎面图像中的胎面磨损指示器。

本说明书将被限定于解释用于执行该操作的两种可能的方法。

第一种方法特别适合二维数据的处理，该方法包括手动采集存在于被认为是参考轮胎的同一尺寸的轮胎的胎面上的胎面磨损指示器的参考缩略图。例如当这些缩略图源自相同的范围但具有不同尺寸的轮胎时，同样可以使用形状与待检查的尺寸的胎面磨损指示器的形状相同或充分接近的胎面磨损指示器的缩略图或3D模型。如图3所示的这些图像接着被存储在存储器中。

在该学习阶段期间，对于同一基本花纹，同样可以存储其他信息项(图7所示)，该其他信息项例如是：

-胎面磨损指示器TU1、TU2、TU3的各自位置，

-胎面磨损指示器之间的距离(A1、A2、D1、D2)，

-属于包括胎面磨损指示器的所述基本花纹的胎面磨损指示器子集的特征点P的位置；此处特征点的含义是通常针对轮胎尺寸定义的并且容易从属于包括胎面磨损指示器的基本花纹的胎面磨损指示器子集中识别出的显著点。例如，该特征点可以是胎面磨损指示器表面的重心，或者是这些表面的中心，或者是从单个或几个属于所述包括胎面磨损指示器的基本花纹的胎面磨损指示器的图像中获得的任何其它点。

-与元素或基本花纹的边界对应的元素的图案的形状，以及这些边界相对于胎面磨损指示器以及相对于特征点的相对位置。

这些信息项中的某些部分(可以直接从模具的设计数据中提取)随后将有用于使对待检查表面上的胎面磨损指示器的识别更加鲁棒。

还存储有：

-分隔包括胎面磨损指示器TU的基本花纹U的周向距离，该周向距离对应于包括胎面磨损指示器的所述基本花纹U的特征点P之间的周向距离。由于包含胎面磨损指示器的两个花纹之间的基本花纹分布是已知的，所以这些距离是与基本元素的周向排序对应的特定顺序的标志。

-与基本花纹的周向长度基本对应的每个元素边界之间的周向距离。

通过将搜索对准基本上包围了包含胎面磨损指示器的沟槽并且如在图4的例子示出(B1、B2、B3)的窄带，来以靶向方式执行在待检查轮胎的圆周图像中对胎面磨损指示器的搜索。每个带与胎面的整个圆周的图像重叠。该靶向的搜索使得可以减少用于处理所述图像的时间，并减少误差风险。

通过搜索例如缩略图像的灰度与胎面表面图像的灰度之间的相关性，来执行对这些带中的胎面磨损指示器的搜索。此方法在Montreal EcolePolytechnique的公开物“ELE3700Analyse des signaux”[ELE3700信号分析]中详细说明。

当胎面磨损指示器的起伏(relief)的细节是已知的时，也可以将更适合于三维的胎面表面图像的情况的另一方法用来识别胎面磨损指示器。

为此，使用从用于限定胎面起伏的数字模型提取的数据。例如，该模型可以由用于制造硫化模具(curing mould)的CAD数字模型形成。

然后，搜索胎面磨损指示器的轮廓的形状。在此将观察到，如图5所示，包含胎面磨损指示器的基本花纹的CAD模型的胎面磨损指示器的形状并不精确对应于胎面磨损指示器如在被安装并充气于轮圈的轮胎上显现的形状。因此，有用的是，通过搜索仿射变换的参数来使该模型变型，使得能够优化源自CAD图像的胎面磨损指示器的轮廓与在参考轮胎上获得的实际图像的胎面磨损指示器的轮廓之间的距离差值。随后存储该仿射变换，并且可以将该仿射变换作为起始点用于相同尺寸的所有轮胎。但是，取决于每个待检查的轮胎，在必要时可以进一步改进该变换。

接着，通过再次将基本花纹的胎面磨损指示器的上述变换后的形状投影(如图6所示)到胎面图像上以及通过搜索待检查轮胎的胎面图像中复制了这些轮廓的区域，来检测胎面磨损指示器。可以通过使用与之前相同的相关性方法但这次通过使用轮廓作为参考来执行该搜索。

在识别了胎面上的胎面磨损指示器之后，通过子集对胎面磨损指示器进行分组。该子集由存在于包含胎面磨损指示器的基本花纹(U)上的胎面磨损指示器的数量和布置来确定。

因此，可以定义给定尺寸和预先已知的区域，在该区域中，找到胎面磨损指示器的概率很高。并且，对于检测到的每个胎面磨损指示器，将保证位于预定形状的所述区域附近或中的胎面磨损指示器的数量和预期位置的存在。该操作的目的是将属于具有包含胎面磨损指示器的基本花纹作为其基本花纹的元素的胎面磨损指示器分组在一组。

可以观察到，当选择识别胎面磨损指示器的第二方法时，该分组实际上是瞬时的，因为已通过使用掩模(mask)来执行搜索，该掩模对应于包含胎面磨损指示器的基本花纹中的胎面磨损指示器的精确布置。

当包含胎面磨损指示器的两个基本花纹并排设置时，可能出现一些困难。然后需要利用子集对胎面磨损指示器进行分组，以及其它步骤，以便防止不正确的分组。

此外，当没有正确执行对子集的所有胎面磨损指示器的识别时，或者在之前段落所描述的情形中，在已经试图执行将存在于待检查胎面图像中的胎面磨损指示器分组到子集中的该步骤之后，可能有用的是执行一个或多个验证操作，以便消除错误的检测或者检测的缺失以及不正确的分组。

相应地，针对给定的子集，计算距离(A1、A2、D1、D2)，该距离表明了如图7所示的胎面磨损指示器的各自位置。

当这些距离中的一个或多个不对应于基于基本花纹的胎面磨损指示器位置建立的并如上所述存储的参考距离时，可以怀疑有检测误差，并且执行深入的搜索。

图8示出了已经在不正确的位置检测到胎面磨损指示器(TU3’)的情况。在这种情况下，如图9所示，以更低的容许公差重新发起对该胎面磨损指示器应当在的区域的分析。这同样适用于当在逻辑上所期望的区域中没有检测到胎面磨损指示器的情形。

在将胎面磨损指示器分组为子集的这个步骤之后，可以根据上述给定的定义针对每个子集计算特征点位置。然后，知道了这些特征点的位置之后，可以计算将它们两两分开的圆周距离。

接着，如图10所示，根据本发明的方法的实施例的接下来的步骤包括使在待检查胎面表面的图像上测量到的距离顺序与已知的和存储的圆周距离顺序一致，其中适当地将该顺序偏移四个节距，以便使两个顺序完全对应。该步骤的结果是包含胎面磨损指示器的胎面花纹的所有元素的特征点的匹配。

接着，根据本发明的方法的实施例的最后步骤包括根据所述元素相对于彼此的已知的定位顺序，将元素之间的边界的形状进行投影。

首先，包含胎面磨损指示器的元素的边界相对于这些元素中的每个的特征点来定位。然后，通过使用基本花纹的已知的定位顺序和这些花纹中每一个的周向长度，如图11所示那样来定位形成待检查胎面的胎面花纹的每一个元素之间的边界。

上述方法还提供了调整边界横向位置的可能性。具体地，已经发现，在按压安装在轮圈上的轮胎之后，或更具体地，在对安装在轮圈上的轮胎进行加压期间，形成带的加强层的变形强加了胎面的横向移动(更通常称为圆周尺寸偏差)。

待检查轮胎的胎面的图像再现了这些相对于纵向方向的细微移动。因此，在考虑到这种现象的同时，应当修正边界的横向位置，特别是当基于安装到轮圈上的并被充气的轮胎来执行对待检查轮胎胎面的检查的时候也是如此。

相应地，对包含胎面磨损指示器的每个基本花纹的特征点的横向位置与以纵向方向取向的直线之间的距离进行评估。接着，根据这些距离的值，对包含这些胎面磨损指示器的元素的边界的横向位置进行校正。如图12所述那样，通过外推法来校正包含连续胎面磨损指示器的两个基本元素之间的基本元素的边界位置的横向校正，例如以与包含胎面磨损指示器的这两个基本元素的横向距离的差值成比例的方式。

在确定基本元素之间边界的该步骤后，可以通过将胎面表面的图像切割为与胎面花纹中出现的元素一样多的基本区域，来形成表示同一基本花纹的图像集合。

在此应该注意的是，如在胎面花纹中基本花纹的边界形状彼此不同的情况那样，本方法可以无区别地应用于胎面花纹中边界之间的界限均具有相同形状的情况(其是更加频繁的情况)。在这种情况下，知道了胎面磨损指示器的位置使得可以类似于上面已经阐述的方式将预定形状的边界设置在约定的位置。

可以证明执行对同一类型的基本花纹的图像进行精细重新设定的价值，使得之前识别的花纹、诸如轮廓元素之类的特征点、或区域边界尽可能地紧密叠加。通过局部变形来执行该重新设定，以便使这些花纹、这些轮廓元素或这些区域边界相对应。

然后，可以将这些图像集合中的每一个的图像与附着到它们上的基本花纹的参考图像进行比较。该参考图像可以是源自胎面花纹的CAD模型的图像，或者是如公开物WO2009077537描述的基于基本花纹的图像集合计算的平均图像。

Claims (8)

1.一种用于检查轮胎的胎面的检查方法，所述胎面的胎面花纹是由周向并置的、由相同形状的边界彼此隔开的元素的组合所形成的，并且所述胎面花纹具有以精确和已知的方式排序的少量的基本花纹，包含上面设置有胎面磨损指示器的至少一个基本花纹，所述指示器与所述至少一个基本花纹的特征点相关联，在所述方法中：

-产生待检查的轮胎胎面的图像，

-对在待检查的所述轮胎胎面的所述图像上存在的所述胎面磨损指示器进行识别，

-利用与包括胎面磨损指示器的所述基本花纹对应的子集对所述胎面磨损指示器进行分组，并且确定这些子集中的每个子集的所述特征点，

-通过计算在待检查的胎面表面上识别出的胎面磨损指示器的每个所述子集的所述特征点之间的距离来确定距离顺序，

-使该距离顺序与所述基本花纹的所述特征点之间的所述距离的已知顺序一致，

-根据所述元素的已知的定位顺序，将所述元素之间的所述边界的所述形状投影到待检查的所述表面上。

2.根据权利要求1所述的检查方法，其中，单个基本花纹包括胎面磨损指示器。

3.根据权利要求1所述的检查方法，其中，基于所述胎面磨损指示器的参考缩略图像来执行对所述胎面磨损指示器的所述识别，所述缩略图像被调整到待检查的尺寸。

4.根据权利要求1所述的检查方法，其中，基于数字模型来执行对所述胎面磨损指示器的所述识别，所述数字模型被用作定义轮胎胎面花纹的基础。

5.根据权利要求1所述的检查方法，其中，对胎面磨损指示器的搜索被限制到基本上包围了胎面花纹的沟槽的窄圆周带中，所述胎面磨损指示器位于所述沟槽中。

6.根据权利要求4所述的检查方法，其中，根据用于获取待检查的所述轮胎胎面的所述图像的装置的校准参数来使所述数字模型的所述胎面磨损指示器的所述图像变形。

7.根据权利要求4所述的检查方法，其中，通过应用仿射变换来使所述数字模型的所述胎面磨损指示器的所述图像变形。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的检查方法，其中，对包含胎面磨损指示器的所述元素的所述特征点的横向位置与纵向方向之间的距离进行评估，以便确定所述轮胎在所述轮胎的整个圆周上的尺寸偏差。