CN103858147B - 在轮胎的内部表面上的浮凸元素特征的快速分析方法 - Google Patents

Abstract

一种在轮胎的内部表面上的浮凸元素特征的快速分析方法，所述方法包括步骤，在这些步骤的过程中：A‑所述表面的三维图像通过为图像的每个像素分配与该点的地形海拔成比例的灰度值而捕获，以便得到初始图像，B‑捕获的表面的图像转换到正交坐标系（OXY）中，其中横坐标轴（OX）表示圆周值，纵坐标轴（OY）表示径向值，C‑通过比较其海拔与布置在穿过相关像素（p）且在圆周方向上定向的直线上的离散且减少数目的点的海拔来为表面的每个像素而分配高度梯度值（f(p)）。

Description

在轮胎的内部表面上的浮凸元素特征的快速分析方法

技术领域

本发明涉及轮胎制造领域，并且更具体而言，本发明落入用于在制造过程期间或者在制造过程结束时检验轮胎的内部外观的操作的环境中，用于确定相对于检验标准的一致性的目的。

背景技术

通过制造商研制的并且尤其意在帮助对视觉检验负责的操作者的自动工业轮胎检验装置主要依赖于图像处理技术。

在已知方法中，在本过程中的一个步骤为利用例如基于光学三角的原理的装置，通过执行联接至激光类型的光源的2D传感器来获取三维的轮胎表面的图像。

轮胎表面的地形图像通常为二维“灰度”图像，其中每个点（即，图像的每个像素）与“灰度”值相关联，该“灰度”值与该点相对于该表面的高度成比例。该灰度值能够有效地编码为8位或16位，或者为了更好的动态甚至编码为32位。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。那么在这种方式中，特征为浮凸的灰度图像与黑色和白色图像的比较能够与灰度图像处理相结合。

分析获得的图像的过程（特别是在轮胎的内部表面的情况下）在于检测待检验的表面的浮凸元素，并且在于区分异常元素与诸如在轮胎的固化过程中意在保证空气流泻的浮凸图案或条纹的元素。这些浮凸元素通常在轮胎的内部部分的平均表面之外凸出几十毫米。

分析方法可以使用诸如形态分析的图像处理，并且例如在专利申请FR11/54346中或者在申请WO/EP11/053284中进行描述，这两个申请在本申请的申请日时均未公开。这些方法利用形态滤波器（诸如顶帽滤波器）执行图像分析程序，并且特别地适合于轮胎的内部表面的图像分析。文献DE19849793，或者文献WO02/48648描述了轮胎侧壁的图像处理方法，用于通过使用频率滤波器来区分侧壁的曲率与相关于图形元素或相关于表面异常的变化。

但是，关于这些方法，花费相当大量的计算时间，缩短这些时间永远是有价值的。

发明内容

根据本发明的快速分析方法的目的在于提供一种对于该问题在计算中需要更少时间消耗的替换解决方案。该方法的目标在于快速识别可能包含异常的区域。一旦识别出该区域，则能够局部地利用上述工具进行进一步分析来重新检查成为问题的表面。

浮凸元素的快速分析包括下面的步骤，其中：

A-通过为图像的每个像素分配与该点的地形海拔成比例的灰度值来捕获所述表面的三维图像，以便得到初始图像，

B-捕获的表面的图像被转换到正交坐标系（OXY）中，其中横坐标轴（OX）表示圆周方向，纵坐标轴（OY）表示径向方向，

C-通过比较其海拔与布置在穿过考虑的像素且在圆周方向上定向的直线上的减少数目且离散的点的海拔来为表面的每个像素分配高度梯度值。

优选地，在步骤C的结论处，通过将零的梯度值分配给具有低于给定阈值的绝对值的海拔梯度的像素来转换图像。

优选地，除了被分配所述梯度值的点之外，点的数目在1至4之间。

当内部表面包括条纹时，在步骤C中的高度梯度的评估可以利用距离考虑的像素给定值的单个点来实现。该距离可以有效地基本上等于在两个条纹之间的圆周间隔。

为了进一步的精确性，高度梯度可以在步骤C的过程中利用放置在所述像素的每一侧上的四个点来评估。

当内部表面包括条纹时，点将有利地放置在基本上分别在条纹的圆周宽度的一倍和十倍之间，以及在条纹的圆周宽度的一倍和五倍之间的距离处考虑的像素的上游和下游。

在步骤C的结论处，对于快速提取包含在根据上述方法转换的图像中的信息，通过将表示他们的海拔的变化的值分配给位于相同圆周横坐标（在径向纵坐标的两个值（y₁,y₂）之间）上的一组点，可以有效地确定图像的缩小的圆周剖面。

根据第一选择，在该步骤中通过得到被分配给具有相同径向位置的每个像素的绝对梯度值的总和或平均值来确定缩小的圆周剖面。

根据第二选择，通过计数具有非零值和具有相同径向位置的像素的数目来确定缩小的圆周剖面。

为了提取有用信息并且确定潜在显示异常的区域，因此能够通过从所述缩小的圆周剖面中减去低通滤波器来解调表示缩小圆周剖面的信号，从而仅显示幅度在所述阈值之上的元素。

当内部表面包括条纹时，还能够通过消除周期性元素来解调表示圆周剖面的信号。

为此，从缩小的圆周剖面中减去所述剖面的下确界，具有其从条纹的圆周外观的周期的值的偏移。

附图说明

下面的描述基于图1至图7，其中：

-图1为轮胎的内部表面的浮凸的灰度图像，

-图2示出包括5个点的多点算子，

-图3示出在利用包括5个点的多点处理之后的海拔变化剖面，

-图4示出在图3在阈值转换之后的图像，

-图5示出图4在计数非零像素之后的图像的圆周剖面，

-图6示出了在图3中的图像的前三低的灰度值的平均值上计算的圆周剖面，

-图7示出利用低通滤波器解调的图6的图像，

-图8示出通过提取条纹的周期性值来解调图6中的图像。

具体实施方式

图1中的图像，g(p)，利用包括联接至激光类型光源的2D传感器的基于光学三角的原理的获取装置得以获得。图像中的每个像素p(i,j)与表示该点相对于轮胎的内部表面的海拔的灰度值相关联。这些局部海拔主要是由于存在条纹而导致的，该条纹意在用于使在外壳硫化过程中轮胎的内部表面和固化薄膜之间捕获的空气流动。它们还可以源于异常的存在，以及在这种情况下显示正海拔，作为负海拔。这些异常通过标记d表示在图1至图8中，或者被椭圆形环绕。

由于轮胎的圆形形状，原始图像的像素的识别通常通过获取装置在圆柱坐标中获得。由于便于计算，并且虽然这不是绝对必须的，但是其确实证明有助于将该图像转换为正交坐标系OXY以得到轮胎的内部表面的展开图像g(p(x,y))，其中对于每个像素，圆周坐标绘制在OX轴上，径向坐标绘制在OY轴上。

对于检验高度变化以提取可以表示异常的元素，惯常使用形态算子，包括利用正确选择的结构元素打开和关闭操作的组合系列。这些方法需要关于包括大量点的大尺寸的结构元素的下确界或上确界计算。得到的结果可以用于准确地定位所寻找的目标。

然而，其证明了有效地减少计算时间，并且有效地仅为其中疑为存在异常值的区域保留这些方法的使用。

快速分析方法的目的是利用明智地相对彼此放置的数量小得多的点进行相似计算，可以设想，轮胎的内部表面不显示在圆周方向上太不规则的高度变化。

已经成功测试过的算法取决于减少数目的点的使用，并且在于为每个像素分配表示在该点处的高度变化的值f(p)。最佳结果已经利用2个点、4个点或者5个点的算法得到，包括正在考虑应该为其分配值的像素。这些点在圆周方向（OX）上彼此对齐。

关于两点算法，包括由下式给出代表值的点：

f(p_x,y)=|g(x,y)-g(x+a,y)|

当内部表面包括条纹时，值a实质上等于在两个条纹之间的圆周距离，从而使得周期性的全部为零，其他为非零。

关于四点算法，下式给出代表值：

f(p_x,y)=|g(x,y)-g(x+b,y)|-|g(x+a,y)-g(x+a+b,y)|

当内部表面包括条纹时，a的值可以优选在条纹的圆周宽度的一倍和十倍之间，并且b的值在条纹的圆周宽度的一倍和五倍之间，从而突出平均倾斜的浮凸中的元素。作为指导，对于17"尺寸的轻轮胎，分别等于条纹的宽度的四倍和两倍的a和b的值给出良好结果。

对于五点算法，如图2中所示，下式给出代表值：

f(p_x,y)=α(|g(x-a,y)-g(x-b,y)|+|g(x+a,y)-g(x+b,y)|)

-β(|g(x,y)-g(x-b,y)|-|g(x,y)-g(x+b,y)|)

当内部表面包括条纹时，a的值实质上等于条纹的圆周宽度的两倍，b的值实质上等于条纹的圆周宽度，从而突出具有最陡倾斜的浮凸的元素和条纹。

为了提高具有较陡倾斜（例如边缘）或者具有较缓倾斜（例如顶部）的梯度之间的反差，两个区域的各自的权重可以利用权重系数α和β修改，其中α+β=1。

五点算法也可以用于定位干扰的边缘的x横坐标，可以设想，干扰的形式包括对应于圆周剖面的较陡梯度的输入和输出。该信息可以从|g(x-a,y)-g(x-b,y)|和|g(x+a,y)-g(x+b,y)|之间的差而得到。干扰的顶部附近对应于较缓的梯度，可以从|g(x,y)-g(x-b,y)|和|g(x,y)-g(x+b,y)|之间的差而得到。

干扰的顶部对应于使下面的表达式最大的x的值：

f(p_x,y)=|g(x-a,y)-g(x-b,y)|+|g(x+a,y)-g(x+b,y)|

-|g(x,y)-g(x-b,y)|-|g(x,y)-g(x+b,y)|

图3表示利用包括五个点的多点算子在转换之后的表面的图像。

一旦利用多点算子转换了整个图像，并且仍然具有减少运算次数的想法，则在该阶段能够将图像转换为缩小的图像。

为了提高方法的灵敏度，明智的是在减小图像之前将点减小至零值，对于该点海拔梯度具有低于给定阈值的绝对值。图4示出了在该阈值转换操作之后的图3的图像。

图像缩小在于将表面的转换的图像（该图像为二维图像，描绘为表示在图像的每个点处的高度变化f(x)的值的二维阵列）缩小至在表示表面浮凸变化的特征的缩小的圆周剖面r(x)的信号或曲线中具体化的一维表示。

因此，该过程在于为一组具有相同径向位置（y=恒量）的像素分配表示这些像素的高度变化的值。

第一处理方法在于简单计数具有非零值并且放置在相同的圆周横坐标上的像素的数目。图5示出了根据该第一缩小方法的图4的图像缩小。

可选择地，每个像素的绝对梯度值的总和或平均值可以得到：

$r\left(x\right)=\underset{y=y_1}{\overset{y=y_2}{\mathrm{\Σ}}}\left|f(p(x,y)\right|$

图6示出了根据第二缩小方法的图4中的图像的缩小。

在这两个图像上容易地识别出异常。但是，在图5中可以看出，另一个异常已经进入之前在轮胎表面上已经识别出的三个中。另一方面，该异常没有出现在图6中的图示上。此处这可以被视为由于应用的分析方法简单而导致的错误检测。但是，当将该方法的使用视为以在包含异常的被怀疑区域上开始更详尽的分析为目的的第一方法时，优选集中于错误检验而不是错过检验。

还观察到，这些缩小的表示都突出了周期性变化，该周期性变化由于在轮胎的内部表面上存在条纹而产生。这些周期性变化除了干扰之外并且产生在异常周围。可以设想，在轮胎的情况下，这些异常不是周期性质，其可以证实有利于从表示轮胎内侧的图像的缩小的圆周剖面的曲线中提取周期性元素。

第一方法可以配置为减去通过如图7中所示的低通滤波器转换的信号，在图7中异常的圆周横坐标易于定位。通过修改该滤波器的阈值，检测灵敏度可以容易地被调整，并且如果需要，可以集中于错误检测的数目。

如果条纹的周期s相对恒定且已知，缩小的圆周剖面的信号还可以通过从所述剖面的值中减去具有其偏移的剖面的下确界而进行解调。

m(x)=r(x)-∧(r(x),r(x-s))

在图8中显示出结果。

相同的异常从相同的圆周横坐标值中显露出来。

上面描述的方法的好处在于能够执行第一快速分析，用于突出显示潜在异常的区域。

一旦识别出这些区域，那么能够利用形态分析工具（诸如之前引用的专利申请FR11/54346或者WO/EP11/053284中描述的那些）凭借计算算法来开始更详尽的分析。

Claims (12)

1.一种在轮胎的内部表面上的浮凸元素特征的快速分析方法，所述方法包括以下步骤：

A-所述表面的三维图像通过为图像的每个像素p(i，j)分配与该点的地形海拔成比例的灰度值g(p)而捕获，以便得到初始图像，

B-捕获的表面的图像转换到正交坐标系(OXY)中，其中横坐标轴(OX)表示圆周方向，纵坐标轴(OY)表示径向方向，

C-表面的每个像素p(x，y)通过比较其海拔与布置在穿过考虑的像素(p)且在圆周方向上定向的直线上的多个点的海拔而被分配高度梯度值f(p)，除了被要求分配所述高度梯度值的点之外，所述多个点的数目在1和4之间。

2.根据权利要求1所述的快速分析方法，其中，在步骤C的结论处，通过将零的高度梯度值分配给具有低于给定阈值的绝对值的高度梯度值f(p)的像素来转换图像。

3.根据权利要求2所述的快速分析方法，其中，在步骤C的过程中，高度梯度值f(p_x，y)＝|g(x，y)-g(x+a，y)|利用与考虑的像素p(x，y)的距离为给定值a的单个点来评估。

4.根据权利要求3所述的快速分析方法，其中，内部表面包括条纹，并且其中，点与考虑的像素的距离为长度a，该长度a实质上对应于在两个条纹之间的圆周间隔。

5.根据权利要求2所述的快速分析方法，其中，在步骤C的过程中，高度梯度值

f(p_x，y)＝|g(x，y)-g(x+b，y)|-|g(x+a，y)-g(x+a+b，y)|，f(p_x，y)＝α(|g(x-a，y)-g(x-b，y)|+|g(x+a，y)-g(x+b，y)|)-β(|g(x，y)-g(x-b，y)|-|g(x，y)-g(x+b，y)|)利用放置在考虑的像素的每一侧上的四个点来评估；

a、b均指点与考虑的像素的距离，α、β是权重系数，其中，α+β＝1。

6.根据权利要求5所述的快速分析方法，其中，内部表面包括条纹，并且其中，考虑的像素的上游和下游的点与所述像素的距离分别为大体上在条纹的圆周宽度的一倍和十倍之间以及在条纹的圆周宽度的一倍和五倍之间的长度。

7.根据权利要求1所述的快速分析方法，其中，在步骤C的结论处，通过给定位在相同圆周横坐标上在径向纵坐标的两个值(y₁,y₂)之间的一组点分配表示他们的海拔的变化的值来确定缩小的圆周剖面。

8.根据权利要求7所述的快速分析方法，其中，通过得到被分配给具有相同径向位置的像素中的每一个的绝对梯度值的总和或平均值来确定缩小的圆周剖面。

9.根据权利要求7至8中的一项所述的快速分析方法，其中，解调表示缩小的圆周剖面的信号。

10.根据权利要求9所述的快速分析方法，其中，通过从所述缩小的圆周剖面r(x)中减去低通滤波器来解调信号，从而仅显示出幅度在阈值之上的元素。

11.根据权利要求9所述的快速分析方法，其中，内部表面包括条纹，并且其中，通过消除周期性元素来解调表示缩小的圆周剖面的信号。

12.根据权利要求11所述的快速分析方法，其中，所述剖面的下确界被从所述缩小的圆周剖面减去，具有其从条纹的圆周外观的周期的值(s)的偏移。