CN103493095A - 轮胎表面的数字图像的分析和非测量点的处理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理轮胎的表面的三维数字图像的方法，其中捕获所述表面的所述三维图像，同时给所获取的图像的每个像素分配与对应的点相对于待检查的表面的高度成比例的灰度级值，所述像素被置于行中和列中。该方法包括下列步骤，其中：对待检查的表面中的包括灰度级值低于给定阈值的像素的区域（6）进行搜索，确定包括灰度级值低于给定阈值的像素的一个或多个区域（6）的包围框的边界（7），在包围框内部，给灰度级值低于给定阈值的每个像素分配灰度级值，所分配的灰度级值等于位于紧邻所考虑的像素的区域中的一组参考像素（K_ij,s_i）的平均灰度级值。

Description

轮胎表面的数字图像的分析和非测量点的处理

技术领域

本发明涉及轮胎的制造领域，且更具体地涉及以建立符合关于预先建立参考的诊断为目的的轮胎的表面的自动检查的领域。

背景技术

该处理的步骤之一包括，以已知的方式获取轮胎表面的三维图像。

借助于基于光学三角测量的原理的装置，使用例如与激光器类型的光源相耦合的2D传感器来进行该图像的获取。

轮胎表面的地形图像事实上是被称为灰度级图像的二维图像，其中每个点，即，图像的每个像素（x,y）与被称为灰度级且通常在0和255之间的值f(x,y)相关联。该灰度级值可为了更高的效率而在8或16位上被有用地编码。灰度级表示这个点相对于表面的高度。对于8位编码，值255（白色）对应于最高的高度，而值0（黑色）对应于最低的高度。一般而言，图像像素被置于行和列中。

然而观察到，从这些获取装置所产生的表面的图像可能会展现出在着手进行随后的数字处理之前必需加标记并移除的非测量点。否则，分析算法可能会将这些区域不正确地视为待检查的轮胎的结构异常。

这些点具有展现出零或非常低的值的特征。它们主要出现在起伏大的区域中，其中由于剖面所造成的浅区域，或者在存在于侧壁上或刻纹上的通风口附近由于在轮胎的紧邻周围表面上的这些突起所投射的阴影，因此相机不能看到激光条纹。

发明内容

用于处理轮胎表面的三维数字图像的方法的目的是，在不干扰例如打算识别存在于轮胎的表面上的异常的随后数字处理的情况下，检测并消除这些非测量点。

根据本发明，用于处理图像的方法设想下列步骤，在这些步骤中：

-对待检查的表面的包括灰度级值低于给定阈值的像素的区域进行搜索，

-确定包围框的边界，所述包围框包括灰度级值低于给定阈值的像素的一个或多个区域，

-在包围框内部，给灰度级值低于给定阈值的每个像素分配灰度级值，所分配的灰度级值等于位于紧邻所考虑的像素的区域中的一组参考像素的平均灰度级值。

该方法可设想构成参考像素的一组像素由包括奇数数量的行和列的参考矩阵来形成。优选地，参考矩阵包括少于十行和少于十列。在该配置中，通过向给定点分配中心在所述点上的参考矩阵的像素的平均灰度级值来修改包围框的每个点。优选地，包围框的点以行和列的升序被连续地处理。

这尤其适用于在能够通过仅应用这种特定类型的移动递归平均而减小的小面积的区域的情况下。

当包含非测量点的区域面积更大时，将随后为被包括在参考框中并与包含灰度级值低于给定阈值的像素的区域交叉的给定行选择一组参考像素，其由属于所述行的参考段的像素来形成。优选地，参考段不包含灰度级值低于给定阈值的任何像素，且其长度在5和30个像素之间。在这种配置下，参考段的像素的平均灰度级值被分配给包含所述参考段的行中的灰度级值低于给定阈值的一组像素。

然而观察到，面积大于特定阈值的非测量点的这些区域一般由通风口投下的阴影形成。知道通风口的形状和普通配置后，于是能够通过设想下列步骤来改进该方法，在这些步骤中：

-确定灰度级值低于给定阈值的像素的区域的面积，

-当该区域的面积超过给定阈值时，确定在所述区域的主轴与像素的行的方向之间的角度，

-确定所述表面的重心，

-针对通风口在所述区域的主轴的一端处的位置进行搜索，且将该区域取向于在该区域的主轴上延伸并以通风口的根部作为原点的方向OX上，

-给与包含灰度级值低于给定阈值的像素的区域交叉的每个行分配位于所述区域的主轴的与角扇区相对应的一侧的参考段，该参考段与阴影区的方向成正角度g。

当所述表面的主轴与像素的行的方向之间的角度小于5°时，将参考段的像素的平均灰度级值分配给包含所述参考段并位于像素的所述行与通风口的轮廓的交点和参考段的中点之间的行的一组像素。

当所述表面的主轴与像素的行的方向之间的角度大于5°时，且仅对于位于重心和通风口之间的行，将参考段的像素的平均灰度级值分配给包含所述参考段并位于该行与通风口的轮廓的交点和参考段的中点之间的该行的一组像素。

最后，当所述表面的主轴与像素的行的方向之间的角度大于5°时，且对于不位于重心和通风口之间的行，将参考段的像素的平均灰度级值分配给包含所述参考段并位于所述行的灰度级值低于参考段的像素的平均灰度级值的像素和参考段的中点之间的行的一组像素。

附图说明

以下描述的目的是详细描述根据本发明的由图1至5支持的方法的各种步骤，其中：

-图1和2示出用于捕获轮胎表面的图像的装置的示意图，

-图3以示意性方式示出引起非测量点的出现的原因，

-图4示出展现非测量点的轮胎表面的局部图像，

-图5示出由根据本发明的方法使用的图像处理，

-图6和7示出在通风口附近的图像的处理的可行配置，

-图8示出在借助于根据本发明的方法进行处理之后图4的图像。

具体实施方式

图1和2示出轮胎表面的图像的获取。通过示例的方式，借助于由激光器1发射的狭缝光并借助于能够捕获被照亮的表面的2D图像的相机3来实现该获取。相机被定位成使得它的瞄准方向与激光源所发射的光束形成给定角度。通过三角测量，于是能够确定起伏（relief）单元2相对于支承表面4的坐标。一般来说，狭缝光指向垂直于与强加在轮胎上的旋转的方向相对应的圆周方向的轴向或径向方向，以输入其表面的完整图像。

图1示出设备捕获起伏单元2的图像的配置，而图2示出起伏单元是通风口（vent）的配置。非测量点6呈现在未由激光光束照亮的阴影区中。在无返回的光的情况下，这些点被视为具有零或非常低的高度，并在代表表面的图像上呈现为黑色的。图3以截面示出图1的起伏的表示，其中所测量的起伏呈现为连续的线，而实际剖面呈现为虚线。因此，可简单地通过在图像中搜索灰度级值（其表示对应的点相对于待检查的表面的高度）低于给定阈值或实际上为零的像素来获得非测量点的位置。

图4是轮胎表面的灰度级图像，包括非测量点的对比区呈现在该轮胎表面上，这些非测量点易于识别，这是因为它们的灰度级是零或比预定阈值低得多。在该特定情况下，这些点源自通风口5（在图像的中心处）所投下的阴影或位于起伏（在图像的右边）旁边的点。可观察到，这些区域的形状和面积具有不同的性质，对于通风口的阴影而言分别是显著和细长的，且对于起伏的边缘而言是小的并具有粒状形式。

对这幅图像去除这些非测量点的处理大致符合相同的基本原理，但将设法利用这两个特定的形态的独特性，以便优化处理的质量。

在已识别出非测量点之后，处理的第一步骤包括利用包围框框住包含这些点的区域。为了简单起见，在执行计算中，所述框可有利地具有矩形形状，且与形成待处理的图像的像素的行和列对齐。图5使得能够观看由包围框6围绕的包含非测量点的区域，该包围框6包括n行（l₁,l₂,l₃,l₄.....）和p列（c₁,c₂,…c_p）。

随后的处理包括给每个非测量点分配灰度级值，该灰度级值等于位于紧邻所考虑的像素的这些像素的灰度级值的平均值。实际上应承认，非测量点实质上处于与它们对齐的其直接邻居相同的高度。

第一处理模式包括向像素分配直接位于它周围的像素的平均值。该处理模式对于校正如在图5的图像的右部中所示的小面积的区域中所包括的非测量点是特别有利的。

为此，确定由参考矩阵K_ij形成的一组参考像素，该参考矩阵K_ij包括奇数数量的行和列，且其中心值位于待修改的像素上。

通常，考虑到这些区域相对小的面积，选择3×3或7×7大小的矩阵。

随后，该处理包括计算矩阵的点（包括中心值）的灰度级值的平均值，以及由最新计算的平均值来代替中心值的灰度级值。

优选以滑动方式、以位于例如包围框的左上方的像素开始、以及通过以在上文中指示的方式逐列处理上行的所有点来完成该操作。我们随后下降一行并对该行的所有像素重复同一操作，直到在包围框中包括的最后一行和最后一列的像素为止。

将观察到，所计算的平均值连续地代替灰度级值低于预定阈值的像素，以及这些计算的平均值轮流参与之后像素的灰度级值的确定，因此该移动平均值的递归特性在整个包围框上。

为了获得稳定的结果，将优选对包围框进行限制，以使得表示最接近这些边界的非测量点的像素远离几个像素设置。

第二处理模式更尤其是处理在轮胎表面上由通风口投下的阴影所产生的非测量点。

在图5的图像中观察到，该阴影6的形状一般是高度细长的，且占据面对前面描述的区域的表面的相对显著的面积。通过确保阴影区的面积大于预定阈值来满足这个假设，且对由非测量点形成的表面的重心W进行定位。

因此接下来的操作对这种类型的异常是特有的，此外考虑到在轮胎的情况下，这些区域不能与包含非测量点的其它类型区域相重合。

在确定具有矩形形状且优选根据像素的行和列的排序来定位的包围框7的轮廓之后，对于由非测量点的区域的主轴与行的方向所形成的角度进行搜索。因此，包含所述阴影区的椭圆61被拟合，且椭圆的主轴60被比作所述阴影区的惯性轴的方向，其与行的方向成角度g。

随后，对在包含非测量点的区域的主轴的两端之一处的通风口5的根部进行搜索。这使得能够给主轴提供沿着区域延伸并以通风口的根部作为原点的方向OX的取向，如在图5中示出的。

以下步骤包括确定参考像素，其将被用于计算分配给非测量点的平均灰度级值。

与第一处理模式相反，参考像素在该第二种情况下由参考段s_i组成，每个参考段被包含在行l_i中并包括大约二十个左右的像素。

应随后以明智的方式针对每行l_i定位所述参考段。实际上，优选地，将布置成使得该段l_i位于在主轴60的对应于角扇区（angular sector）的一侧，以使该段l_i与阴影区6的方向OX形成正角度g。换句话说，参考段应优选地被定为在与通风口在表面上的总投影方向的相对侧，以便如随后将看到的，能够完全处理包含非测量点的区域的所有点。

还布置成使得段位于非测量点的区域的边缘附近，且使得它不包含任何非测量点。

在下文中计算包含在参考段中的像素的灰度级值的平均值。该平均灰度级值随后被分配给包含与参考段s_i相对应的行l_i的非测量点的区域的像素。

然而观察到，包含非测量点的区域的轮廓可能会经历改变，在该步骤的实施期间校正这些改变是明智的。以设置于平均灰度级值之上或之下的异常值的形式，即，如在图7中由围绕所述区域的圆圈示出的表面的点的高度来具体化这些改变。然而，如在图6中示出的，当包含非测量点的区域6的边界连接通风口5的根部时，不显现这种现象。

因此，根据行的位置，将应用稍微不同的校正策略。

当所述表面的主轴60与像素的行的方向之间的角度小于5°时，也就是说，当区域相对于行几乎不倾斜且与阴影区6相交的所有行也相交于通风口的根部时，将参考段s_i的像素的平均灰度级值分配给包含所述参考段并位于像素的所述行与通风口的轮廓的交点和参考段s_i的中点m之间的行l_i的一组像素。

为了定义通风口根部的轮廓，考虑像素行与非测量点的区域相交。每行l_i与所述区域6相交于两点处。第一交点位于所述区域6的参考段s_i所位于的一侧的边缘上。另一方面，第二交点位于非测量点的这个区域的相对边缘上，且基本对应于包括所述参考段的行与通风口根部的交点，该通风口根部存在于与非测量点相对应的阴影区的原点处。

当所述表面的主轴60和像素的行的方向之间的角度大于5°时，包含非测量点的区域然后被切割成两个部分。

第一部分包含位于重心W和通风口5根部之间的行。参考段s_i的像素的平均灰度级值随后被分配给包含所述参考段s_i并位于像素的所述行与通风口根部的轮廓的交点和参考段的中点m之间的行l_i的一组像素。

对于不位于重心W和通风口根部之间的行，参考段s_i的像素的平均灰度级值被分配给包含所述参考段s_i并位于参考段的中点m和所述行的灰度级值低于参考段的像素的平均灰度级值的像素之间的行l_i的一组像素。

根据经验，被置于重心之上和之下的行的这些不同的处理对位于轮胎的表面上的通风口的特定问题是特有的，且使得能够以很少的计算时间来解决非测量点的疑难问题。

图6示出在通过根据本发明的方法处理之后轮胎表面的图像。观察到，所有非测量点已消失，使图像变得能够被处理，以便从其中提取可决定轮胎取向的信息。

Claims (8)

1.一种用于处理轮胎的表面的三维数字图像的方法，其中捕获所述表面的所述三维图像，同时给所获取的图像的每个像素分配与对应的点相对于待检查的所述表面的高度成比例的灰度级值，所述像素被置于行中和列中，其特征在于：

-对待检查的所述表面中的包括灰度级值低于给定阈值的像素的区域（6）进行搜索，

-确定包围框（7）的边界，所述包围框（7）包括灰度级值低于给定阈值的像素的一个或多个区域（6），

-在所述包围框内部，并针对与包含灰度级值低于给定阈值的像素的所述区域（6）交叉的给定行（l_i），给每个所述像素分配灰度级值，所分配的灰度级值等于由属于所述行（l_i）并位于邻近所考虑的所述区域（6）的参考段（s_i）的像素所形成的一组（K_ij,s_i）像素的平均灰度级值。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其中所述参考段（s_i）不包含灰度级值低于所述给定阈值的任何像素。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的处理方法，其中所述参考段（s_i）的长度在5和30个像素之间。

4.根据权利要求1到3中的一项所述的处理方法，其中所述参考段（s_i）的像素的平均灰度级值被分配给包含所述参考段（s_i）的行（l_i）中的灰度级值低于所述给定阈值的一组像素。

5.根据权利要求1到4中的一项所述的处理方法，其中：

-确定灰度级值低于所述给定阈值的像素的所述区域（6）的面积，

-当该区域的面积超过给定阈值时，确定所述区域的主轴（60）与像素的行（l_i）的方向之间的角度（g），

-确定所述区域的重心，

-对于通风口（5）在所述区域（6）的所述主轴（60）的一端处的位置进行搜索，且将所述区域取向于沿着所述区域延伸并以所述通风口（5）的根部作为原点的方向OX上，

-给与包含灰度级值低于所述给定阈值的像素的区域交叉的每个行，分配位于所述区域的主轴的与角扇区相对应的一侧的参考段（s_i），所述参考段（s_i）与阴影区的方向（OX）成正角度（+g）。

6.根据权利要求5所述的处理方法，其中，当所述区域（6）的所述主轴（60）与像素的行（l_i）的方向之间的角度小于5°时，将所述参考段（s_i）的像素的平均灰度级值分配给包含所述参考段（s_i）并位于像素的所述行（l_i）与所述通风口的根部的轮廓的交点和所述参考段（s_i）的中点（m）之间的所述行（l_i）的一组像素。

7.根据权利要求5所述的处理方法，其中，当所述区域（6）的主轴（60）与像素的行（l_i）的方向之间的角度大于5°时，且仅对于位于所述重心（W）和所述通风口的根部之间的行，将所述参考段（s_i）的像素的平均灰度级值分配给包含所述参考段并位于所述行（l_i）与所述通风口的根部的轮廓的交点和所述参考段（s_i）的中点（m）之间的所述行（l_i）的一组像素。

8.根据权利要求5所述的处理方法，其中，当所述区域（6）的主轴（60）与像素的行（l_i）的方向之间的角度大于5°时，且对于不位于所述重心（W）和所述通风口（5）的根部之间的行，将所述参考段（s_i）的像素的平均灰度级值分配给包含所述参考段并位于所述行（l_i）的灰度级值低于所述参考段（s_i）的像素的平均灰度级值的像素和所述参考段（s_i）的中点（m）之间的所述行（l_i）的一组像素。

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