DE112019004745T5

DE112019004745T5 - Vorrichtung und verfahren zum bestimmen einer profiltiefe

Info

Publication number: DE112019004745T5
Application number: DE112019004745.0T
Authority: DE
Inventors: Zhijia YUAN; David S. Koch
Original assignee: Zebra Technologies Corp
Current assignee: Zebra Technologies Corp
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2021-06-10
Also published as: CN112739978A; US10816327B2; WO2020060637A1; CN112739978B; US20200096325A1

Abstract

Vorrichtung zum Messen einer Profiltiefe, umfassend: einen Bildsensor; ein erstes und ein zweites Tiefenerfassungsmodul, die entlang einer Trennachse voneinander beabstandet sind, wobei jedes (i) einen Emitter, der so konfiguriert ist, dass er einen Lichtstrahl aussendet, und (ii) eine optische Baugruppe, die so konfiguriert ist, dass sie Reflexionen des Lichtstrahls auf einen jeweiligen Bereich des Bildsensors lenkt, umfasst; eine Steuerung, die mit dem Bildsensor verbunden ist und als Reaktion darauf, dass die Vorrichtung eine profilierte Oberfläche überquert, konfiguriert ist zum: Empfangen einer Folge von Bildern von dem Bildsensor, die mit aufeinanderfolgenden Positionen der Vorrichtung korrespondiert, die die profilierte Oberfläche in einer Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der Trennachse überquert, wobei die Folge von Bildern anschließende Reflexionen der Strahlen von der profilierten Oberfläche darstellt; Bestimmen, für jedes Bild in der Folge von Bildern, einer ersten Tiefenmessung und einer zweiten Tiefenmessung; und Speichern der ersten und der zweiten Tiefenmessungen in einem Speicher.

Description

HINTERGRUND
Der Reifenverschleiß bestimmt, ob ein Reifen ersetzt werden muss, und wird in der Regel durch Messen der Profiltiefe ermittelt. Ein abgenutzter Reifen weist eine geringere Profiltiefe auf und muss möglicherweise ersetzt werden. Die Profiltiefe eines Reifens wird typischerweise manuell mit einem Profiltiefenmesser gemessen, aber solche Messungen können anfällig für Ungenauigkeiten oder Messfehler sein. Andere Mechanismen zur Messung der Profiltiefe, wie z. B. bildgebungsbasierte Mechanismen, können eine falsche Erkennung der Reifenprofile aufweisen, was zu ungenauen Beurteilungen des Reifenverschleißes führt.
Figurenliste
Die beigefügten Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente in den einzelnen Ansichten bezeichnen, sind zusammen mit der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in die Offenbarung inkorporiert und bilden einen Bestandteil der Offenbarung und dienen dazu, hierin beschriebene Ausführungsformen von Konzepten, die die beanspruchte Erfindung umfassen, weiter zu veranschaulichen und verschiedene Prinzipien und Vorteile dieser Ausführungsformen zu erklären.

1A zeigt eine Computervorrichtung zur Erfassung von Tiefenabtastdaten von einem Reifen.
1B und 1C sind schematische Darstellungen der Computervorrichtung von 1A während der Erfassung der Tiefenabtastdaten.
2A ist ein Blockdiagramm der Tiefenerfassungsmodule der Vorrichtung der 1A-1C.
2B ist eine perspektivische Darstellung eines Tiefenerfassungsmoduls der 2A.
2C ist ein Blockdiagramm bestimmter interner Hardwarekomponenten der Vorrichtung der 1A-1C.
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Messung der Profiltiefe.
4 ist ein schematisches Diagramm, das Kalibrierungsdaten zur Verwendung in dem Verfahren von 3 zeigt.
5A-5B zeigen Bilddaten, die während der Durchführung des Verfahrens von 3 erfasst wurden.
6A-6C zeigen die Bestimmung von Tiefenmessungen aus den Bilddaten der 5A-5B.
7A zeigt die Interpolation zusätzlicher Tiefenmessungen während der Durchführung des Verfahrens von 3.
7B zeigt die Erzeugung eines kombinierten Satzes von Tiefenmessungen während der Durchführung des Verfahrens von 3.
8 und 9 zeigen eine beispielhafte physikalische Implementierung der Vorrichtung der 1A-1C und 2A-2B.

Fachleute werden erkennen, dass Elemente in den Figuren der Einfachheit und Klarheit halber dargestellt sind und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Zum Beispiel können die Dimensionen einiger der Elemente in den Figuren relativ zu anderen Elementen übertrieben sein, um das Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
Die Vorrichtungs- und Verfahrenskomponenten wurden, wo es angemessen ist, durch herkömmliche Symbole in den Zeichnungen dargestellt, die nur jene spezifischen Details zeigen, die zum Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung relevant sind, um somit die Offenbarung nicht mit Einzelheiten zu verdecken, die für die Fachleute auf dem Gebiet, die auf die vorliegende Beschreibung zurückgreifen, ohne weiteres ersichtlich sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin offenbarte Beispiele sind auf eine Vorrichtung zum Messen einer Profiltiefe gerichtet, umfassend: einen Bildsensor; ein erstes Tiefenerfassungsmodul mit (i) einem ersten Emitter, der so konfiguriert ist, dass er einen ersten Lichtstrahl emittiert, und (ii) einer ersten optischen Baugruppe, die so konfiguriert ist, dass sie Reflexionen des ersten Lichtstrahls auf einen ersten Bereich des Bildsensors lenkt; ein zweites Tiefenerfassungsmodul, das von dem ersten Tiefenerfassungsmodul entlang einer Trennachse beabstandet ist, wobei das zweite Tiefenerfassungsmodul (i) einen zweiten Emitter, der so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Lichtstrahl emittiert, und (ii) eine zweite optische Baugruppe, die so konfiguriert ist, dass sie Reflexionen des zweiten Lichtstrahls auf einen zweiten Bereich des Bildsensors lenkt, umfasst; eine Steuerung, die mit dem Bildsensor verbunden ist und als Reaktion darauf, dass die Vorrichtung eine profilierte Oberfläche in einer Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der Trennachse überquert, konfiguriert ist zum: Empfangen einer Folge von Bildern von dem Bildsensor, die mit aufeinanderfolgenden Positionen der Vorrichtung korrespondieren, die die profilierte Oberfläche in der Bewegungsrichtung überquert, wobei die Folge von Bildern anschließende Reflexionen des ersten und zweiten Strahls von der profilierten Oberfläche darstellt; Bestimmen einer ersten Tiefenmessung und einer zweiten Tiefenmessung für jedes Bild in der Folge von Bildern; und Speichern der ersten und zweiten Tiefenmessungen in einem Speicher.
Weitere hierin offenbarte Beispiele sind auf ein Verfahren zum Messen einer Profiltiefe in einer Vorrichtung gerichtet, die einen Bildsensor, eine Steuerung, ein erstes Tiefenerfassungsmodul und ein zweites Tiefenerfassungsmodul aufweist, das von dem ersten Tiefenerfassungsmodul entlang einer Trennachse beabstandet ist, wobei das Verfahren umfasst: Aussenden eines ersten Lichtstrahls von einem ersten Emitter des ersten Tiefenerfassungsmoduls und Lenken von Reflexionen des ersten Lichtstrahls auf einen ersten Bereich des Bildsensors; Aussenden eines zweiten Lichtstrahls von einem zweiten Emitter des zweiten Tiefenerfassungsmoduls und Lenken von Reflexionen des zweiten Lichtstrahls auf einen zweiten Bereich des Bildsensors; an der Steuerung, als Reaktion darauf, dass die Vorrichtung eine profilierte Oberfläche in einer Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Trennachse überquert: Empfangen einer Folge von Bildern von dem Bildsensor, die mit aufeinanderfolgenden Positionen der Vorrichtung korrespondieren, die die profilierte Oberfläche in der Bewegungsrichtung überquert, wobei die Folge von Bildern anschließende Reflexionen des ersten und zweiten Strahls von der profilierten Oberfläche darstellt; Bestimmen einer ersten Tiefenmessung und einer zweiten Tiefenmessung für jedes Bild in der Folge von Bildern; und Speichern der ersten und zweiten Tiefenmessungen in einem Speicher.
1A zeigt eine Profilmessvorrichtung 100 (hier auch einfach als Vorrichtung 100 bezeichnet), die so konfiguriert ist, dass sie die Profiltiefe für ein profiliertes Objekt, wie z. B. einen Reifen 104, bestimmt. Der Reifen 104 ist isoliert dargestellt, kann aber an einem Fahrzeug, wie z.B. einem Automobil, Lieferwagen, Anhänger oder ähnlichem, montiert sein. Insbesondere ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie die Tiefe von mindestens einer Teilmenge einer Vielzahl von Profilen des Reifens bestimmt 104. Die Profile des Reifens 104 können Hauptprofile 108 und Nebenprofile 112 umfassen. Die Hauptprofile 108 (von denen der Reifen 104, wie dargestellt, vier aufweist) erstrecken sich typischerweise kontinuierlich um den Umfang des Reifens 104. Die Nebenprofile 112, wie in 1A zu sehen, mögen sich nicht kontinuierlich um den Umfang des Reifens 104 erstrecken. Die kleineren Nebenprofile 112 können auch eine geringere Profiltiefe als die Hauptprofile 108 haben.
Im vorliegenden Beispiel umfasst die Vorrichtung 100 eine mobile Computervorrichtung, wie z. B. einen mobilen Computer (z. B. einen handgehaltenen Computer), der mit Tiefenerfassungsmodulen ausgestattet ist, die in die Vorrichtung 100 integriert oder in einem diskreten, an der Vorrichtung 100 montierbaren Zubehörteil implementiert sein können. Die Vorrichtung 100 ist so konfiguriert, dass sie Profiltiefen misst, indem sie (z. B. durch Manipulation durch einen Bediener) den Reifen 104 oder ein anderes Objekt mit einem abzutastenden Profil in einer Bewegungsrichtung „S“ überquert. Im vorliegenden Beispiel, in dem das abzutastende Objekt der Reifen 104 ist, ist die Bewegungsrichtung S parallel zu einer Achse A des Reifens (d. h. senkrecht zu den Hauptprofilen 108 im dargestellten Beispiel).
Wie in 1B und 1C zu sehen ist, umfasst die Vorrichtung 100 ein Paar Tiefenerfassungsmodule, die jeweils einen Lichtemitter 116-1, 116-2 (im Folgenden „Emitter 116“) enthalten. Die Vorrichtung 100 umfasst auch einen Bildsensor 120, wie z. B. eine lineare ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD). Die Emitter 116 können Laseremitter oder andere geeignete Emitter für elektromagnetische Strahlung sein, einschließlich optischer Emitter. Die Emitter 116 sind so konfiguriert, dass sie entsprechende Lichtstrahlen 124-1, 124-2 (z. B. Laserstrahlen) emittieren, deren Reflexionen 128-1 und 128-2 vom Bildsensor 120 erfasst werden. Die Tiefenerfassungsmodule umfassen auch optische Baugruppen (in den 1B und 1C zur Verdeutlichung nicht dargestellt), um die Reflexionen 128 auf entsprechende Bereiche des Bildsensors 120 zu lenken. Das heißt, die Reflexion 128-1 ist auf einen ersten Bereich des Bildsensors 120 gerichtet, während die Reflexion 128-2 auf einen zweiten Bereich des Bildsensors 120 gerichtet ist. Wie für Fachleute erkennbar ist, variiert die spezifische Position, an der jede Reflexion 128 auf den Bildsensor 120 innerhalb des entsprechenden Bereichs des Bildsensors 120 auftrifft, mit dem Ursprung der Reflexion 128 (d.h. mit der Tiefe und/oder Form der Oberfläche, von der die Reflexion 128 ausging).
Während die Vorrichtung 100 die Oberfläche des Reifens 104 entlang der Bewegungsrichtung S überquert, wird daher eine Vielzahl von ersten und zweiten Reflexionen 128-1 und 128-2 über den Bildsensor 120 erfasst. Jedes Paar von Reflexionen 128-1 und 128-2 korrespondiert mit einer anderen Position entlang der Oberfläche des Reifens 104 in der Bewegungsrichtung S. Die Vorrichtung 100 ist ferner so konfiguriert, dass sie auf der Grundlage der Position der Reflexionen 128, wie sie von dem Bildsensor 120 erfasst werden, und der bekannten Position des Bildsensors 120 relativ zu den Emittern 116 und den oben erwähnten optischen Baugruppen eine Tiefe D von dem Bildsensor 120 zu dem Punkt auf dem Reifen 104 bestimmt, an dem die korrespondierende Reflexion 128 entstanden ist.
Bevor die Funktionalität der Computervorrichtung 100 im Detail besprochen wird, werden bestimmte Komponenten der Computervorrichtung 100 mit Bezug auf die 2A und 2B beschrieben.
2A zeigt die oben erwähnten Tiefenerfassungsmodule 200-1 und 200- 2 in größerem Detail. Insbesondere ist 2A eine Draufsicht auf die Vorrichtung 100, bei der alle Module außer den Tiefenerfassungsmodulen 200 und dem Bildsensor 120 weggelassen sind, während die Vorrichtung 100 in Bewegungsrichtung S über die Profile 108 und 112 des Reifens 104 fährt. Ein erstes Tiefenerfassungsmodul 200-1 umfasst den bereits erwähnten ersten Emitter 116-1 sowie einen ersten Spiegel 202-1, der so konfiguriert ist, dass er den Pfad des Strahls 124-1 in Richtung des Reifens 104 (d. h. in die Seite hinein, wie dargestellt) umlenkt. Der Spiegel 202-1 lenkt auch die Reflexion 128-1 vom Reifen 104 (von der Seite weg, wie dargestellt) zu einer ersten optischen Baugruppe 204-1 um. Die optische Baugruppe 204-1 umfasst eine oder mehrere Linsen, Spiegel oder dergleichen und ist so konfiguriert, dass sie die Reflexion 128-1 auf den Bildsensor 120 lenkt. Die Vorrichtung 100 umfasst auch ein zweites Tiefenerfassungsmodul 200-2, das den zweiten Emitter 116-2, einen zweiten Spiegel 202-2 und eine zweite optische Baugruppe 204-2 enthält. In einigen Ausführungsformen können die Spiegel 202-1 und 202-2 als ein einziger Spiegel ausgeführt sein, der sich sowohl entlang des ersten als auch des zweiten Tiefenerfassungsmoduls 200 erstreckt. In weiteren Ausführungsformen können die Emitter 116 und die optischen Baugruppen 204 innerhalb der Vorrichtung 100 so montiert werden, dass sie direkt auf den Reifen 104 gerichtet sind, und die Spiegel 202 können weggelassen werden. Wie in 2A dargestellt, sind die optischen Baugruppen 204 in einem Winkel relativ zu den Strahlen 124 angeordnet (d.h. die optischen Achsen der optischen Baugruppen 204 sind nicht parallel zu den Strahlen 124), um die Ausnutzung des Sichtfeldes der optischen Baugruppen 204 zu erhöhen.
Wie in 2A zu sehen ist, sind das erste und das zweite Tiefenerfassungsmodul 200 entlang einer Trennachse „X“ um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet, der in 2A als der Abstand zwischen den optischen Achsen der Emitter 116-1 und 116-2 dargestellt ist (d. h. der Pfad, entlang dessen sich die Strahlen 124-1 und 124-2 von den Emittern 116-1 bzw. 116-2 ausbreiten). Die Achse X verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung S (und damit im Wesentlichen parallel zu den Hauptprofilen 108). Die Trennung der Tiefenerfassungsmodule führt dazu, dass jedes Tiefenerfassungsmodul Reflexionen 128 sammelt, die mit einem anderen Bereich des Reifens 104 für eine bestimmte Position entlang der Bewegungsrichtung S korrespondieren.
2B zeigt eine perspektivische Ansicht des isolierten Tiefenerfassungsmoduls 200-2 (d. h. ohne das Tiefenerfassungsmodul 200-1), in der der Strahl 124-2 durch den Spiegel 202-2 in Richtung des Reifens 104 umgelenkt wird. Nach der Reflexion des Strahls 124-2 durch den Reifen kehrt ein reflektierter Teil des Strahls 124-2 in Richtung des Spiegels 202-2 zurück, wo die Reflexion 128-2 in Richtung der optischen Baugruppe 204-2 umgelenkt wird, die wiederum die Reflexion 128-2 auf den Bildsensor 120 lenkt.
Gemäß 2C enthält die Vorrichtung 100 zusätzlich zu den oben erwähnten Komponenten eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), die auch als Tiefenprozessor 208 bezeichnet wird und mit einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Speichermedium, wie einem Speicher 212, verbunden ist. Der Speicher 212 umfasst jede geeignete Kombination aus flüchtigem Speicher (z. B. Random Access Memory („RAM“)) und nichtflüchtigem Speicher (z. B. Read Only Memory („ROM“), Electrically Erasable Programmable Read Only Memory („EEPROM“), Flash-Speicher). Im Allgemeinen umfassen der Prozessor 208 und der Speicher 212 jeweils eine oder mehrere integrierte Schaltungen.
Die Vorrichtung 100 umfasst auch mindestens eine Eingabevorrichtung 216, die mit dem Prozessor 208 verbunden ist. Die Eingabevorrichtung 216 ist so konfiguriert, dass sie Eingaben empfängt und Daten, die die empfangenen Eingaben darstellen, an den Prozessor 208 bereitstellt. Die Eingabevorrichtung 216 umfasst einen Touchscreen, ein Tastenfeld, eine Auslösetaste, ein Mikrofon oder eine geeignete Kombination davon. Die Vorrichtung 100 umfasst auch ein Display 220 (z. B. einen Flachbildschirm, der in den oben erwähnten Touchscreen integriert ist), das mit dem Prozessor 208 verbunden ist und so konfiguriert ist, dass es Daten unter der Steuerung des Prozessors 208 wiedergibt. Die Vorrichtung 100 kann neben dem Display 220 auch eine oder mehrere Ausgabevorrichtungen enthalten, wie z. B. einen Lautsprecher, eine Benachrichtigungs-LED und dergleichen (nicht dargestellt).
Die Vorrichtung 100 umfasst auch eine Kommunikationsschnittstelle 224, die mit dem Prozessor 208 verbunden ist. Die Kommunikationsschnittstelle 224 umfasst jede geeignete Hardware (z. B. Sender, Empfänger, Netzwerkschnittstellen-Steuerungen und dergleichen), die es der Vorrichtung 100 ermöglicht, mit anderen Computervorrichtungen über verdrahtete und/oder drahtlose Verbindungen zu kommunizieren (z. B. über lokale oder Weitverkehrsnetze, universelle serielle Busverbindungen (USB) und dergleichen). Die spezifischen Komponenten der Kommunikationsschnittstelle 224 werden auf der Grundlage der Art(en) von Netzwerk(en) oder anderen Verbindungen ausgewählt, über die die Vorrichtung 100 kommunizieren soll.
Die Vorrichtung 100 kann auch einen Bewegungssensor 226 enthalten, der mit dem Prozessor 208 verbunden ist, wie z. B. einen Beschleunigungsmesser, eine Trägheitsmesseinheit (IMU), die einen Beschleunigungsmesser und ein Gyroskop oder dergleichen enthält. In anderen Ausführungsformen kann der Bewegungssensor 226 jedoch auch weggelassen werden.
Der Speicher 212 der Vorrichtung, 100 speichert eine Vielzahl von Anwendungen, die jeweils eine Vielzahl von computerlesbaren Anweisungen enthalten, die vom Prozessor 208 ausgeführt werden können. Die Ausführung der oben erwähnten Anweisungen durch den Prozessor 208 bewirkt, dass die Vorrichtung 100 eine bestimmte Funktionalität implementiert, wie hierin besprochen. Die Anwendungen werden daher in der folgenden Diskussion als so konfiguriert betrachtet, dass sie diese Funktionalität ausführen. Im vorliegenden Beispiel speichert der Speicher 212 der Vorrichtung 100 eine Tiefenerfassungsanwendung 228, die hier auch als Anwendung 228 bezeichnet wird. Die Vorrichtung 100 ist so konfiguriert, dass sie über die Ausführung der Anwendung 228 durch den Prozessor 208 die Tiefenerfassungsmodule steuert, um Bilddaten zu sammeln, die Reflexionen 128 darstellen, während die Vorrichtung 100 den Reifen 104 in der Bewegungsrichtung S überquert, und um Tiefenmessungen aus den gesammelten Bilddaten zu erzeugen. Die Vorrichtung 100 kann auch so konfiguriert werden, dass sie aus den Tiefenmessungen Bereiche von Interesse identifiziert (z. B. entsprechend den Hauptprofilen 108), wie weiter unten noch näher erläutert wird.
In anderen Beispielen ist der Prozessor 208, wie er durch die Ausführung der Anwendung 228 konfiguriert ist, als ein oder mehrere speziell konfigurierte Hardwareelemente implementiert, wie z. B. feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) und/oder anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs). In noch weiteren Ausführungsformen, auf die weiter unten näher eingegangen wird, kann die Funktionalität der Vorrichtung 100 in verschiedenen physikalischen Vorrichtungen implementiert sein, die zusammenarbeiten, um die oben erwähnten Tiefenmessungen zu erhalten.
Die Funktionalität, die durch die Vorrichtung 100 über die Ausführung der Anwendung 228 implementiert wird, wird nun unter Bezugnahme auf 3 detaillierter beschrieben. 3 veranschaulicht ein Verfahren 300 zur Messung einer Profiltiefe. Das Verfahren 300 wird im Zusammenhang mit seiner Durchführung durch die Vorrichtung 100, insbesondere über die Ausführung der Anwendung 228 und unter Bezugnahme auf die in den 1B, 1C, 2A und 2B dargestellten Komponenten beschrieben.
In Block 305 ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie Kalibrierungsdaten für die Tiefenerfassungsmodule lädt. Die Kalibrierungsdaten können z. B. im Speicher 212 mit der Anwendung 228 gespeichert sein. Die Kalibrierungsdaten definieren physikalische Beziehungen zwischen dem Emitter 116 und der optischen Baugruppe 204 jedes Tiefenerfassungsmoduls sowie dem Bildsensor 120. Konkret ist in 4 eine vereinfachte Darstellung des Bildsensors 120 und eines Tiefenerfassungsmoduls (ohne den Spiegel 202) dargestellt. Wie in 4 zu sehen ist, variiert der Winkel der Reflexion, der von einem ausgesandten Strahl 124 erzeugt wird, mit der Tiefe, in der die Reflexion erzeugt wird, sowie mit der Form der reflektierenden Oberfläche (z. B. ein Profil 108 oder 112 des Reifens 104). Es werden zwei Beispielreflexionen 128a und 128b gezeigt, die in unterschiedlichen Tiefen erzeugt werden (d.h. die Oberflächen, wie z.B. die Reifenprofile 108 oder 112, in unterschiedlichen Tiefen anzeigen). Die Reflexionen 128a und 128b durchlaufen die optische Baugruppe 204 und werden an unterschiedlichen Positionen auf den Bildsensor 120 gelenkt. So kann aus der Position der Reflexion auf dem Bildsensor 120 die Tiefe bestimmt werden, in der eine Reflexion 128 entstanden ist. Zum Beispiel trifft die Reflexion 128b am Punkt „xb“ auf den Bildsensor.
Um die Tiefe zu bestimmen, in der eine Reflexion 128 aus Bildsensordaten entstanden ist, kann die optische Baugruppe 204 als Lochblende am Punkt 400 modelliert werden. Die Tiefe, in der eine Reflexion 128 entstanden ist, kann dann mit Kenntnis des Abstands „b“ zwischen dem Punkt 400 und der Linie, entlang der sich der Strahl 124 ausbreitet, sowie des Abstands „f“ vom Punkt 400 zum Bildsensor 120 bestimmt werden. Zum Beispiel kann für die Reflexion 128b die Tiefe bestimmt werden, indem das Produkt aus dem Abstand f und der Position des Punktes xb entlang der X-Achse, gemessen vom Strahl 124, bestimmt wird. Das oben genannte Produkt wird dann durch die Differenz zwischen der Position von xb und dem Abstand „b“ geteilt. Die in Block 305 geladenen Kalibrierungsdaten können also die Werte für „f“ und „b“ enthalten, wie sie empirisch, z. B. bei der Herstellung der Vorrichtung 100, ermittelt wurden.
Zurück zu 3 ist in Block 310 die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie bestimmt, ob ein Tiefenscan eingeleitet werden soll. Die Bestimmung in Block 310 kann die Bestimmung beinhalten, ob ein Eingabebefehl von der Eingabevorrichtung 216 empfangen wurde, wie z. B. ein Auslösezug, die Auswahl eines Befehlselements über einen Touchscreen oder dergleichen. In anderen Ausführungsformen umfasst die Bestimmung in Block 310 das Sammeln von Tiefenmessungen und das Einleiten einer Abtastung, wenn die Tiefenmessungen in einen vordefinierten Bereich fallen, der anzeigt, dass die Vorrichtung 100 an einem Objekt wie dem Reifen 104 platziert wurde. Wenn die Bestimmung in Block 310 negativ ist, wartet die Vorrichtung 100 auf die Einleitung eines Abtastvorgangs.
Wenn die Bestimmung in Block 310 positiv ist, ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie die Emitter 116 in Block 315 aktiviert und Bilddaten von dem Bildsensor 120 empfängt. Insbesondere zeigen die in Block 315 empfangenen Bilddaten eine Reflexion 128-1 des ersten Strahls 124-1 im ersten Abschnitt des Bildsensors 120 und eine Reflexion 128-2 des zweiten Strahls 124-2 im zweiten Abschnitt des Bildsensors 120. Wie weiter unten näher erläutert wird, stellt der Empfang eines Bildes (Frames) vom Bildsensor, das Darstellungen einer ersten Reflexion und einer zweiten Reflexion enthält, eine Probe dar, aus der Tiefenmessungen erzeugt werden können (insbesondere zwei Tiefenmessungen, eine für jedes Tiefenerfassungsmodul). In Block 320 ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie bestimmt, ob der Abtastvorgang abgeschlossen ist. Der Abschluss der Abtastung kann durch die Freigabe einer Eingabe, wie z. B. des oben erwähnten Auslösers, oder durch eine andere Eingabe, wie z. B. die Auswahl eines Stoppbefehls über einen Touchscreen, angezeigt werden. In einigen Beispielen kann die Vorrichtung 100 den Abtastvorgang beenden, wenn z. B. der Bewegungssensor 226 eine Bewegung der Vorrichtung anzeigt, die über einen Schwellenwert hinaus von der Bewegungsrichtung S abweicht. Wenn sich beispielsweise die Winkelausrichtung der Vorrichtung 100 um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert ändert (was anzeigt, dass sich die Vorrichtung während der Überquerung des Reifens 104 neigt, sie giert und/oder rollt), kann die Vorrichtung 100 den Abtastvorgang beenden und eine Warnung über das Display 220 oder eine andere geeignete Ausgabevorrichtung erzeugen. In solchen Fällen kann die Vorrichtung 100, anstatt mit Block 325 fortzufahren, einfach die Durchführung des Verfahrens 300 beenden.
Wenn die Bestimmung in Block 320 anzeigt, dass die Abtastung nicht vollständig ist, wird die Durchführung der Blöcke 315 und 320 wiederholt. Mit anderen Worten, eine weitere Probe wird vom Bildsensor 120 erfasst, einschließlich eines weiteren Bildes (Frames), das eine weitere erste Reflexion 128-1 und eine weitere zweite Reflexion 128-2 darstellt. Die Reflexionen 128, die in jedem aufeinanderfolgenden Bild der in Block 315 erfassten Bilddaten dargestellt sind, entsprechen, wie jetzt deutlich wird, aufeinanderfolgenden Positionen auf dem Reifen 104 entlang der Bewegungsrichtung S. Zusammengenommen stellen die durch wiederholte Ausführung von Block 315 erfassten Bilddaten also ein Profil der Oberfläche des Reifens 104 entlang der Fahrtrichtung S dar.
In 5A ist ein Satz 500 von Bildern dargestellt, beginnend mit einem Bild 504 und endend mit einem Bild 508. Das heißt, der Satz 500 von Bildern stellt die Bilddaten dar, die durch aufeinanderfolgende Ausführungen des Blocks 315 während einer Tiefenabtastung gesammelt wurden, und somit entspricht jedes Bild in dem Satz 500 einer bestimmten Position auf dem Reifen 104 entlang der Bewegungsrichtung S. Das Bild 504 enthält eine Darstellung 512-1 einer ersten Reflexion 128-1 und eine Darstellung 512-2 einer zweiten Reflexion 128-2 in bestimmten Abschnitten des Bildes (getrennt durch die gestrichelte Linie in 5A). Wie in 5A gezeigt, ändert sich die Position bestimmter Darstellungen 512 innerhalb der Bilddaten mit der Position entlang der Bewegungsrichtung S, an der jedes Bild erfasst wurde. Änderungen der Lage einer bestimmten Reflexion (z. B. der Darstellungen 512-1, im dargestellten Beispiel) zeigen Änderungen der Tiefe entlang der Bewegungsrichtung S an.
5B zeigt die Position des Satzes 500 von Bildern in einem größeren Satz 516 von Bildern, die gesammelt werden, während die Vorrichtung 100 den Reifen 104 entlang der Bewegungsrichtung S überquert. Der Satz 516 kann zu einem einzigen Bild kombiniert werden, zum Beispiel durch Anhängen von Bildern an das einzelne Bild nach jeder Durchführung von Block 315 oder durch Kombinieren der Bilder nach einer positiven Bestimmung in Block 320. Wie in 5B zu sehen ist, können die Positionsänderungen der Darstellung 512-1 über den Satz 500 von Bildern mit einem Teil eines Nebenprofils 112 korrespondieren, während die statische Position der Darstellung 512-2 in den Bildern 500 mit einem Teil des Reifens 104 ohne Profile korrespondieren kann.
Zurück zu 3 kann in Block 325, nachdem die Tiefenabtastung abgeschlossen ist, die Vorrichtung 100 so konfiguriert werden, dass die Intensität der Darstellungen der Reflexionen 128 (z. B. die in 5A gezeigten Darstellungen 512) normalisiert wird, um beispielsweise die Darstellungen 512 über einen vorbestimmten Intensitätsbereich zu verteilen. Beispielsweise kann der Normalisierungsprozess die Darstellungen über einen breiteren Intensitätsbereich verteilen, als in den in Block 315 gesammelten Rohdaten vorhanden ist, die nur niedrige Intensitäten enthalten können. Die Darstellungen 512 können ein oder mehrere Pixel enthalten, die jeweils einen oder mehrere Farb- und/oder Intensitätswerte aufweisen. Zum Beispiel kann jedes Pixel einen Graustufenwert zwischen Null (der Schwarz oder keine Reflexion anzeigt) und 255 (der Weiß oder eine Reflexion mit maximaler Intensität anzeigt) enthalten. Wie nun für Fachleute ersichtlich wird, können die in den Bilddaten dargestellten Reflexionen 128 in ihrer Intensität gemäß der Tiefe, in der die Reflexionen 128 entstanden sind, variieren (wobei größere Tiefen geringere Intensitäten in den Bilddaten ergeben). Zum Beispiel kann die Vorrichtung 100 so konfiguriert werden, dass sie eine Funktion auf die Bilddaten anwendet, die die Intensität jedes Pixels im Bild gemäß seiner Position auf dem Bildsensor als Vertreter für den Winkel, unter dem die Reflexion 128 an der optischen Baugruppe 204 angekommen ist, anpasst. Die Funktion kann z. B. auf dem Lambert'schen Gesetz basieren. Verschiedene andere Mechanismen zur Intensitätsnormierung können ebenfalls in Block 325 eingesetzt werden. In weiteren Beispielen kann der Block 325 weggelassen werden.
In Block 330 ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie für jede Probe von Bilddaten (z. B. für jedes der in 5A gezeigten Bilder) eine erste Tiefenmessung entsprechend der ersten Reflexion 128-1, wie durch die Darstellung 512-1 dargestellt, und eine zweite Tiefenmessung entsprechend der zweiten Reflexion 128-2, wie durch die Darstellung 512-2 dargestellt, bestimmt. In anderen Beispielen kann der Block 330 auch für jedes erfasste Bild unmittelbar nach dem Block 315 ausgeführt werden.
Die Bestimmung der Tiefenmessungen in Block 330 kann die Auswahl eines Messpunkts für jede Darstellung 512 beinhalten. Wie nun ersichtlich wird, wirken die Reflexionen 128 typischerweise auf den Bildsensor 120 an einer Vielzahl von Pixelpositionen, und die Darstellungen 512 zeigen daher mehrere Kandidatentiefen an (einen für jedes Pixel mit einer Intensität ungleich Null). Die Vorrichtung 100 kann daher z. B. so konfiguriert werden, dass sie aus jeder Darstellung 512 das Pixel mit einer Spitzenintensität auswählt. In anderen Beispielen kann die Vorrichtung 100 so konfiguriert sein, dass sie den Mittelpunkt jeder Darstellung 512 bestimmt und eine Tiefenmessung auf der Grundlage der Position des Mittelpunkts auf dem Bildsensor 120 ermittelt. In 6A ist beispielsweise ein Teil eines Bildes 600 dargestellt, das eine Darstellung 612 einer Reflexion 128 enthält. Wie in 6A gezeigt, enthält die Darstellung 612 Pixel mit unterschiedlichen Intensitäten. In Block 330 kann die Vorrichtung 100 so konfiguriert werden, dass sie das Pixel mit der größten Intensität auswählt, das in 6B als Punkt 616 dargestellt ist. Basierend auf der Position des Punktes 616 entlang der Trennachse X (die auch die Längsachse des linearen Bildsensors 120 ist) ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie eine Tiefe bestimmt, die dem Punkt 616 entspricht. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 unter Bezugnahme auf die in Verbindung mit 4 besprochenen Abstände „b“ und „f“ so konfiguriert werden, dass sie eine Tiefe für einen Messpunkt bestimmt, indem sie das Produkt aus der Position „x“ des Punktes entlang der Trennachse X und dem Abstand „f“ berechnet und das Produkt durch die Differenz zwischen der Position „x“ und dem Abstand „b“ dividiert. Das heißt, die Tiefe „y“ kann gemäß (xf) / (x-b) bestimmt werden.
Die Vorrichtung 100 ist so konfiguriert, dass sie den oben erwähnten Prozess für jede Darstellung einer Reflexion in jedem der über Block 315 gesammelten Bilder wiederholt. Das heißt, da jedes Bild Darstellungen einer ersten Reflexion 128-1 und einer zweiten Reflexion 128-2 enthält, bestimmt die Vorrichtung in Block 330 erste und zweite Tiefenmessungen entsprechend jedem Bild. Wie in 6C dargestellt, führt Block 330 zur Erzeugung eines ersten Arrays 620 von Tiefenmessungen, die mit den Reflexionen 128-1 von aufeinanderfolgenden Positionen auf dem Reifen 104 entlang der Bewegungsrichtung S korrespondieren. Die Ausführung von Block 330 führt auch zur Erzeugung eines zweiten Arrays 624 von Tiefenmessungen, die mit den Reflexionen 128-2 von den oben erwähnten aufeinanderfolgenden Positionen auf dem Reifen 104 entlang der Bewegungsrichtung S korrespondieren. Das erste und das zweite Array 620 und 624 von Tiefenmessungen können nicht übereinstimmende Tiefenmessungen enthalten. Wie dargestellt, enthält z.B. das erste Array 620 Tiefenmessungen von 5/32 Zoll, 5/32 Zoll, 6/32 Zoll für eine Folge von drei Positionen entlang der Bewegungsrichtung S, während das zweite Array 624 für die gleiche Folge von Positionen Tiefenmessungen von 0/32 Zoll enthält, was anzeigt, dass an diesen Positionen kein Profil 108 oder 112 vom zweiten Tiefenerfassungsmodul erfasst wurde. Beispielsweise können sich ein Nebenprofil 112 und ein Hauptprofil 108 im Pfad des ersten Strahls 124-1 befunden haben, während sich nur das Hauptprofil 108 im Pfad des zweiten Strahls 124-2 befunden haben kann, wobei das Nebenprofil 112 zwischen der ersten und der zweiten Tiefenerfassungsbaugruppe endete. Wie ersichtlich wird, braucht die Tiefe der Außenfläche des Reifens 104 nicht mit Null angegeben werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass die Tiefenmessungen gegen die Oberfläche des Reifens 104 normalisiert werden. In anderen Beispielen kann eine solche Normalisierung jedoch weggelassen werden.
Zurück zu 3 ist nach der Erzeugung von Tiefenmessungen in Block 330 die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass die Tiefenmessungen im Speicher 212 gespeichert werden. Die Tiefenmessungen können z. B. für eine spätere Übertragung an eine andere Computervorrichtung, für die Darstellung auf dem Display 220 oder dergleichen gespeichert werden. Die Vorrichtung 100 kann auch so konfiguriert sein, dass sie vor einer solchen Übertragung oder Darstellung eine zusätzliche Verarbeitung in Verbindung mit den Tiefenmessungen durchführt. Insbesondere in Block 335 ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie aktualisierte Positionen für jede der Tiefenmessungen bestimmt, basierend auf Bewegungsdaten, die während der Durchführung von Block 315 gesammelt wurden.
Insbesondere kann die Vorrichtung 100 in Block 315 so konfiguriert werden, dass sie zusammen mit den oben erwähnten Bilddaten eine Reihe von Beschleunigungsmessungen über den Bewegungssensor 226 erfasst. Die Beschleunigungsmessungen und die in Block 315 gesammelten Bilddaten (und damit die aus den Bilddaten in Block 330 abgeleiteten Tiefenmessungen) werden durch Zeitstempel miteinander korreliert. Die Vorrichtung 100 ist so konfiguriert, dass sie eine Position erzeugt, die mit jeder Tiefenmessung korrespondiert, basierend auf der Annahme, dass die Geschwindigkeit der Vorrichtung 100 zu Beginn der Abtastung (in Block 310) null ist, und auf den Beschleunigungsmessungen. Die resultierenden aktualisierten Positionen können anzeigen, dass die Tiefenmessungen nicht gleichmäßig beabstandeten Positionen entlang der Bewegungsrichtung S entsprechen. In 7A ist beispielsweise ein anfängliches Array von Tiefenmessungen 700 dargestellt, die entlang der Bewegungsrichtung S als gleichmäßig beabstandet angenommen werden.
Basierend auf den Beschleunigungsmessungen werden den Tiefenmessungen im Array 700 aktualisierte Positionen zugewiesen. Wie in 7A gezeigt, wird dadurch ein aktualisiertes Array 704 von Tiefenmessungen erzeugt, in dem den Messungen 708 und 712 entsprechende Positionen zugewiesen werden, die nicht mit ihren ursprünglich angenommenen Positionen übereinstimmen (wie im Array 700 gezeigt). Die aktualisierten Positionen des Arrays 704 zeigen an, dass sich die Vorrichtung 100 über die Erfassung der ersten vier Proben nicht mit konstanter Geschwindigkeit durch die Tiefenabtastung bewegt hat, sondern beschleunigt hat.
In Block 335 kann die Vorrichtung 100 auch so konfiguriert werden, dass sie die Tiefenmessungen neu abtastet, indem sie Tiefenmessungen an zusätzlichen Zwischenpositionen zwischen denen interpoliert, die über die Bewegungsdaten ermittelt wurden. Beispielsweise kann in Block 335 ein weiteres aktualisiertes Array 716 von Tiefenmessungen erzeugt werden, in dem die Tiefenmessungen 720 und 724, die gleichmäßig von den übrigen Tiefenmessungen beabstandet sind, aus den umgebenden Tiefenmessungen des Arrays 704 interpoliert werden, basierend auf der Tiefe und den Positionen dieser umgebenden Tiefenmessungen.
Zurück zu 3 kann in Block 340 die Vorrichtung 100 auch so konfiguriert werden, dass sie ein einzelnes kombiniertes Array von Tiefenmessungen aus den oben erwähnten ersten und zweiten Arrays erzeugt (z. B. die Arrays 620 und 624 oder aktualisierte Versionen davon, die über Block 335 erhalten werden). Wie oben erwähnt, durchqueren beispielsweise in einigen Fällen die Strahlen 124-1 und 124-2 beide die Hauptprofile 108, während nur ein Strahl 124 ein Nebenprofil durchquert 112. Im vorliegenden Beispiel ist die Vorrichtung 100 in Block 340 so konfiguriert, dass sie ein kombiniertes Array von Tiefenmessungen erzeugt, indem sie Tiefenmessungen verwirft, die eine Unstimmigkeit zwischen den Arrays 620 und 624 anzeigen.
Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 so konfiguriert sein, dass sie für jede Position entlang der Bewegungsrichtung S die ersten und zweiten Tiefenmessungen aus dem ersten und zweiten Array 620 und 624 ermittelt, um zu bestimmen, ob eine Differenz zwischen den ersten und zweiten Tiefenmessungen einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, der einer minimal gewünschten Auflösung der Profiltiefenmessung entspricht (z. B. 1/32 Zoll). Wenn die Bestimmung positiv ausfällt, was eine Unstimmigkeit zwischen den Arrays 620 und 624 anzeigt, ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie eine der ersten und zweiten Messungen auswählt, um sie für das kombinierte Array von Tiefenmessungen beizubehalten. In dem vorliegenden Beispiel, in dem angenommen wird, dass die Unstimmigkeit von der Erkennung eines Nebenprofils 112 durch ein Tiefenerfassungsmodul herrührt, kann die Vorrichtung 100 so konfiguriert werden, dass sie die Messung mit der geringsten Tiefe auswählt (d. h. das kleine Profil ignoriert). Diese Ausführungsform ist in 7B dargestellt, in der drei Tiefenmessungen 728 aus dem Array 620 in einem kombinierten Array 732 verworfen werden. In anderen Ausführungsformen ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass die Messungen mit der größten Tiefe und nicht die mit der kleinsten Tiefe beibehalten werden.
Wenn die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Tiefenmessung für eine bestimmte Position den oben erwähnten Schwellenwert nicht überschreitet, stimmen die erste und die zweite Tiefenmessung im Wesentlichen überein, obwohl sie nicht genau gleich sein müssen. Wenn eine wesentliche Übereinstimmung zwischen den Tiefenmessungen der Arrays 620 und 624) besteht, kann die Vorrichtung 100 so konfiguriert werden, dass sie einen Mittelwert der ersten und zweiten Tiefenmessungen erzeugt, wenn diese nicht übereinstimmen (aber sich um weniger als den oben erwähnten Schwellenwert unterscheiden), oder dass sie entweder das Maximum oder das Minimum der Messungen zur Verwendung im kombinierten Array 732 auswählt. In weiteren Beispielen ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie im Falle einer Unstimmigkeit zwischen der ersten und der zweiten Tiefenmessung für eine bestimmte Position beide Tiefenmessungen beibehält. Das heißt, das kombinierte Array 732 kann Paare von Tiefenmessungen für bestimmte Positionen enthalten.
Nach der Ausführung von Block 340 ist die Vorrichtung 100 so konfiguriert, dass sie das kombinierte Array 732 von Tiefenmessungen speichert, um es auf dem Display 220 anzuzeigen und/oder an eine andere Computervorrichtung zu übertragen.
Wie bereits erwähnt, können die Tiefenerfassungsmodule in die Vorrichtung 100 integriert oder in einem diskreten Zubehörteil implementiert sein, das an der Vorrichtung 100 montiert werden kann. Mit Bezug zu den 8 und 9 ist eine Implementierung dargestellt, bei der die Tiefenerfassungsmodule in einem solchen Zubehörteil angeordnet sind.
Insbesondere zeugt 8 eine mobile Computervorrichtung 800, wie z. B. ein Smartphone, und ein Zubehörteil 804. Die mobile Computervorrichtung 800 umfasst ein Gehäuse, das ein Display 820 und eine Eingabevorrichtung 816, wie z. B. einen in das Display integrierten Touchscreen, eine oder mehrere auswählbare Tasten oder dergleichen, trägt. Das Zubehörteil 804 umfasst eine Innenfläche 806, die einen Verriegelungsmechanismus 808 trägt, der so konfiguriert ist, dass er lösbar in eine Rückfläche 824 (siehe 9) der Vorrichtung 800 eingreift. Das Zubehörteil 804 umfasst außerdem an der Innenfläche 806 einen Kommunikationsanschluss 810, der so konfiguriert ist, dass eine Steuerung des Zubehörteils 804 über einen entsprechenden Anschluss 828 (siehe 9) an der Rückfläche 824 mit der Vorrichtung 800 in Verbindung steht. Der Anschluss 810 ermöglicht es dem Zubehörteil 804 in Verbindung mit dem Anschluss 828, sowohl mit der Vorrichtung 800 zu kommunizieren als auch elektrische Energie von dieser zu erhalten. In anderen Beispielen kann das Zubehörteil 804 eine Batterie oder eine andere interne Stromquelle enthalten, und die Anschlüsse 810 und 828 können nur die Kommunikation und nicht die Kommunikation und die Stromversorgung ermöglichen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Kommunikationsanschlüsse 810, 828 Pogo-Anschlüsse, USB-Anschlüsse, USB-C oder dergleichen.
Mit Bezug zu 9 umfasst eine Außenfläche 900 des Zubehörteils 804 ein Fenster 904, durch das die Strahlen 124 austreten und die Reflexionen 128 eintreten. Das heißt, das Zubehörteil 804 enthält die oben erwähnten ersten und zweiten Tiefenerfassungsmodule sowie den Prozessor 208, den Speicher 212, den Bildsensor 120 und den Bewegungssensor 226. Die Vorrichtung 800 hingegen kann die bereits erwähnte Eingabevorrichtung 216 und das Display 220 implementieren (über die in 8 gezeigte Eingabevorrichtung 816 und das Display 820). Die Vorrichtung 800 kann daher über die Anschlüsse 810 und 828 Abtast-Start- und Stopp-Befehle an das Zubehörteil 804 ausgeben und kann auch so konfiguriert sein, dass sie Tiefenmessungen vom Zubehörteil 804 zur Darstellung auf dem Display 820, zur Übertragung an eine weitere Rechenvorrichtung oder dergleichen empfängt.
Ebenfalls in 9 gezeigt, befinden sich auf der Rückfläche 824 der Vorrichtung 800 Aussparungen 906, die in den in 8 gezeigten Verriegelungsmechanismus 808 eingreifen, wenn die Innenfläche 806 des Zubehörteils 804 mit der Rückfläche 824 der Vorrichtung 800 in Eingriff gebracht wird (z. B. durch Anlegen des Zubehörteils 804 an die Rückfläche 824 in einer durch die gestrichelten Pfeile 907 angegebenen Richtung).
Das Zubehörteil 804 kann außerdem auf seiner Außenfläche 900 eine oder mehrere Schienen 908 aufweisen, die sich zumindest entlang eines Teils des äußeren Umfangs der Rückfläche 900 erstrecken. Wenn das Zubehör 804 im Gebrauch mit der Vorrichtung 800 in Eingriff ist, werden die Schienen 908 bei der Einleitung einer Abtastung gegen den Reifen 104 (oder jedes andere abzutastende Objekt mit Profil) gelegt, um entlang der profilierten Oberfläche des Reifens 104 in der Bewegungsrichtung S zu gleiten, um die Tiefenerfassungsmodule in einer vordefinierten Tiefe von der Oberfläche des Reifens 104 zu halten und Kratzer oder andere Schäden am Fenster 904 zu verhindern.
Die Höhe H der an das Fenster 904 angrenzenden Schienen 908 wird gemäß einem Bereich von Tiefen ausgewählt, für deren Messung die Tiefenerfassungsmodule 200 konfiguriert sind. Der Bereich der von den Tiefenerfassungsmodulen 200 messbaren Tiefen wird durch das Sichtfeld und die Brennweite der optischen Baugruppen 204 sowie durch die Größe des Bildsensors definiert. Bei Tiefen, die näher an den optischen Baugruppen 204 liegen als der oben genannte Bereich, können die Reflexionen 128 weniger fokussiert werden, während bei Tiefen, die weiter von den optischen Baugruppen 204 entfernt sind als der oben genannte Bereich, die Reflexionen 128 einem Messrauschen unterliegen können. Daher wird die Höhe H der Schienen 908 so gewählt, dass sich die optischen Baugruppen 204 in einem Abstand über dem Reifen 104 befinden (d.h. in einer Tiefe von der Außenfläche des Reifens 104), die im Wesentlichen gleich der minimalen Tiefe des oben erwähnten Bereichs ist. Wenn die Tiefenerfassungsmodule 200 beispielsweise so konfiguriert sind, dass sie Tiefen zwischen 15 mm und 50 mm messen, wird die Höhe H der Schienen 908 neben dem Fenster 904 so gewählt, dass die optischen Baugruppen 204 etwa 15 mm von der Außenfläche des Reifens 104 entfernt sind, wenn die Schienen 908 mit dem Reifen 104 in Eingriff sind.
Variationen zu den obigen Vorrichtungen und Verfahren sind denkbar. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Bestimmung der Tiefenmessungen, wie oben in Verbindung mit Block 330 beschrieben, unmittelbar nach jeder Durchführung von Block 315 erfolgen. In solchen Ausführungsformen kann die Beendigung der Abtastung (d. h. eine positive Bestimmung in Block 320) nach einer Bestimmung eingeleitet werden, dass die Tiefenmessungen einen Abbruchschwellenwert überschritten haben, der anzeigt, dass die Vorrichtung 100 wahrscheinlich von dem Reifen 104 weggezogen wurde.
In der vorstehenden Beschreibung wurden spezifische Ausführungsformen beschrieben. Ein Durchschnittsfachmann erkennt jedoch, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie sie in den untenstehenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Figuren vielmehr in einem illustrativen als in einem einschränkenden Sinne zu betrachten, und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang der vorliegenden Lehren eingeschlossen sein.
Die Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und alle Elemente, die zum Auftreten oder einer Verstärkung eines Nutzens, eines Vorteils, oder einer Lösung führen können, sind nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Merkmale oder Elemente in einigen oder sämtlichen Ansprüchen zu verstehen. Die Erfindung ist lediglich durch die angehängten Ansprüche definiert, einschließlich jeglicher Änderungen, die während der Anhängigkeit dieser Anmeldung vorgenommen wurden und aller Äquivalente der erteilten Ansprüche.
Darüber hinaus können in diesem Dokument relationale Begriffe wie erster und zweiter, oberer und unterer und dergleichen lediglich verwendet sein, um eine Entität oder Aktion von einer anderen Entität oder Aktion zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen solchen Entitäten oder Aktionen zu erfordern oder zu implizieren. Die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“, „hat“, „haben“, „aufweist“, „aufweisend“, „enthält“, „enthaltend“ oder jede andere Variation davon sollen eine nicht-ausschließliche Einbeziehung abdecken, derart, dass ein Prozess, Verfahren, Produkt oder Vorrichtung, das eine Liste von Elementen umfasst, hat, aufweist, enthält, nicht nur diese Elemente aufweist, sondern auch andere Elemente aufweisen kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet sind oder einem solchen Prozess, Verfahren, Produkt oder Vorrichtung inhärent sind. Ein Element, dem „umfasst ... ein“, „hat ... ein“, „aufweist ... ein“ oder „enthält ...ein“ vorausgeht, schließt ohne weitere Einschränkungen die Existenz zusätzlicher identischer Elemente in dem Prozess, dem Verfahren, dem Produkt oder der Vorrichtung, die das Element umfasst, hat, aufweist oder enthält, nicht aus. Die Begriffe „ein“ und „eine“ sind als eine oder mehrere definiert, sofern es hierin nicht ausdrücklich anders angegeben wird. Die Begriffe „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“, „etwa“ oder jede andere Version davon sind so definiert, dass sie von einem Fachmann auf diesem Gebiet nahekommend verstanden werden, und in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform ist der Ausdruck definiert als innerhalb von 10%, in einer weiteren Ausführungsform als innerhalb von 5%, in einer weiteren Ausführungsform als innerhalb von 1% und in einer weiteren Ausführungsform als innerhalb von 0,5%. Der Ausdruck „gekoppelt“, wie er hierin verwendet wird, ist als verbunden definiert, jedoch nicht notwendigerweise direkt und nicht notwendigerweise mechanisch. Eine Vorrichtung oder eine Struktur, die auf eine bestimmte Art „ausgeführt“ ist, ist zumindest auch so ausgeführt, kann aber auch auf Arten ausgeführt sein, die nicht aufgeführt sind.
Es versteht sich, dass einige Ausführungsformen von einem oder mehreren generischen oder spezialisierten Prozessoren (oder „Verarbeitungsgeräten“) wie Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, kundenspezifische Prozessoren und Field-Programmable-Gate-Arrays (FPGAs) und einmalig gespeicherten Programmanweisungen (einschließlich sowohl Software als auch Firmware) umfasst sein können, die den einen oder die mehreren Prozessoren steuern, um in Verbindung mit bestimmten Nicht-Prozessorschaltungen einige, die meisten oder alle der hierin beschriebenen Funktionen des Verfahrens und/oder der Vorrichtung zu implementieren. Alternativ können einige oder alle Funktionen durch eine Zustandsmaschine implementiert sein, die keine gespeicherten Programmanweisungen aufweist, oder in einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), in denen jede Funktion oder einige Kombinationen von bestimmten Funktionen als benutzerdefinierte Logik implementiert sind. Natürlich kann eine Kombination der beiden Ansätze verwendet werden.
Darüber hinaus kann eine Ausführungsform als ein computerlesbares Speichermedium implementiert sein, auf dem computerlesbarer Code gespeichert ist, um einen Computer (der zum Beispiel einen Prozessor umfasst) zu programmieren, um ein Verfahren auszuführen, wie es hierin beschrieben und beansprucht ist. Beispiele solcher computerlesbaren Speichermedien weisen eine Festplatte, eine CD-ROM, eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung, einen ROM (Nur-Lese-Speicher), einen PROM (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), einen EPROM (löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), einen EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher) und einen Flash-Speicher auf, sind aber nicht hierauf beschränkt auf. Ferner wird davon ausgegangen, dass ein Durchschnittsfachmann, ungeachtet möglicher signifikanter Anstrengungen und vieler Designwahlen, die zum Beispiel durch verfügbare Zeit, aktuelle Technologie und wirtschaftliche Überlegungen motiviert sind, ohne Weiteres in der Lage ist, solche Softwareanweisungen und -programme und ICs mit minimalem Experimentieren zu generieren, wenn er durch die hierin offenbarten Konzepte und Prinzipien angeleitet wird.
Die Zusammenfassung der Offenbarung wird bereitgestellt, um es dem Leser zu ermöglichen, schnell das Wesen der technischen Offenbarung zu ermitteln. Sie wird mit dem Verständnis bereitgestellt, dass sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. Ferner kann der vorangehenden detaillierten Beschreibung entnommen werden, dass verschiedene Merkmale in verschiedenen Ausführungsformen zum Zwecke der Verschlankung der Offenbarung zusammengefasst sind. Diese Art der Offenbarung ist nicht so auszulegen, dass sie die Absicht widerspiegelt, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern, als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr ist es so, wie die folgenden Ansprüche zeigen, dass der erfinderische Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer einzigen offenbarten Ausführungsform liegt. Somit werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung inkorporiert, wobei jeder Anspruch für sich als ein separat beanspruchter Gegenstand steht.

Claims

Vorrichtung zum Messen einer Profiltiefe, umfassend: einen Bildsensor; ein erstes Tiefenerfassungsmodul mit (i) einem ersten Emitter, der so konfiguriert ist, dass er einen ersten Lichtstrahl aussendet, und (ii) einer ersten optischen Baugruppe, die so konfiguriert ist, dass sie Reflexionen des ersten Lichtstrahls auf einen ersten Bereich des Bildsensors lenkt; ein zweites Tiefenerfassungsmodul, das von dem ersten Tiefenerfassungsmodul entlang einer Trennsachse beabstandet ist, wobei das zweite Tiefenerfassungsmodul (i) einen zweiten Emitter, der so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Lichtstrahl aussendet, und (ii) eine zweite optische Baugruppe, die so konfiguriert ist, dass sie Reflexionen des zweiten Lichtstrahls auf einen zweiten Bereich des Bildsensors lenkt, umfasst; eine Steuerung, die mit dem Bildsensor verbunden ist und als Reaktion darauf, dass die Vorrichtung eine profilierte Oberfläche in einer Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Trennachse überquert, konfiguriert ist zum: Empfangen einer Folge von Bildern von dem Bildsensor, die mit aufeinanderfolgenden Positionen der Vorrichtung korrespondieren, die die profilierte Oberfläche in der Bewegungsrichtung überquert, wobei die Folge von Bildern anschließende Reflexionen des ersten und zweiten Strahls von der profilierten Oberfläche darstellt; Bestimmen, für jedes Bild in der Folge von Bildern, einer ersten Tiefenmessung und einer zweiten Tiefenmessung; und Speichern der ersten und zweiten Tiefenmessungen in einem Speicher.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Erzeugen, für jedes Paar von ersten und zweiten Tiefenmessungen, einer einzelnen kombinierten Tiefenmessung; und Speichern der kombinierten Tiefenmessungen im Speicher.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerung für jedes Paar von ersten und zweiten Tiefenmessungen ferner konfiguriert ist zum: Bestimmen, ob eine Differenz zwischen der ersten und zweiten Tiefenmessung einen Schwellenwert überschreitet; und wenn die Bestimmung positiv ist, Erzeugen der einzelnen kombinierten Tiefenmessung durch Verwerfen einer der ersten und zweiten Tiefenmessungen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerung für jedes Paar von ersten und zweiten Tiefenmessungen ferner konfiguriert ist zum: Bestimmen, ob eine Differenz zwischen der ersten und zweiten Tiefenmessung einen Schwellenwert überschreitet; und wenn die Bestimmung negativ ist, Erzeugen der einzelnen kombinierten Tiefenmessung durch Mitteln der ersten und zweiten Tiefenmessungen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Bewegungssensor, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Erhalten einer Beschleunigungsmessung von dem Bewegungssensor, die mit jedem Bild in der Folge von Bildern korrespondiert; und Bestimmen einer aktualisierten Position entlang der Bewegungsrichtung für jede der ersten und zweiten Tiefenmessungen basierend auf den Beschleunigungsmessungen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, dass sie eine interpolierte Tiefenmessung erzeugt, die mit einer Zwischenposition zwischen einem Paar der aktualisierten Positionen korrespondiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Schiene, die so konfiguriert ist, dass sie gleitend mit der profilierten Oberfläche in Eingriff kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Zubehörgehäuse, das das erste und zweite Tiefenerfassungsmodul, den Bildsensor und die Steuerung trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Zubehörgehäuse eine Verriegelung zum lösbaren Eingreifen einer mobilen Computervorrichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, dass sie die ersten und zweiten Tiefenmessungen an die mobile Computervorrichtung überträgt.
Verfahren zum Messen einer Profiltiefe in einer Vorrichtung mit einem Bildsensor, einer Steuerung, einem ersten Tiefenerfassungsmodul und einem zweiten Tiefenerfassungsmodul, das von dem ersten Tiefenerfassungsmodul entlang einer Trennachse beabstandet ist, wobei das Verfahren umfasst: Aussenden eines ersten Lichtstrahls von einem ersten Emitter des ersten Tiefenerfassungsmoduls und Lenken von Reflexionen des ersten Lichtstrahls auf einen ersten Bereich des Bildsensors; Aussenden eines zweiten Lichtstrahls von einem zweiten Emitter des zweiten Tiefenerfassungsmoduls und Lenken von Reflexionen des zweiten Lichtstrahls auf einen zweiten Bereich des Bildsensors; an der Steuerung, als Reaktion darauf, dass die Vorrichtung eine profilierte Oberfläche in einer Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Trennachse überquert: Empfangen einer Folge von Bildern von dem Bildsensor, die mit aufeinanderfolgenden Positionen der Vorrichtung korrespondieren, die die profilierte Oberfläche in der Bewegungsrichtung überquert, wobei die Folge von Bildern anschließende Reflexionen des ersten und zweiten Strahls von der profilierten Oberfläche darstellt; Bestimmen, für jedes Bild in der Folge von Bildern, einer ersten Tiefenmessung und einer zweiten Tiefenmessung; und Speichern der ersten und zweiten Tiefenmessungen in einem Speicher.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend, an der Steuerung: Erzeugen einer einzelnen kombinierten Tiefenmessung für jedes Paar von ersten und zweiten Tiefenmessungen; und Speichern der kombinierten Tiefenmessungen im Speicher.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend, an der Steuerung: für jedes Paar von ersten und zweiten Tiefenmessungen: Bestimmen, ob eine Differenz zwischen der ersten und zweiten Tiefenmessung einen Schwellenwert überschreitet; und wenn die Bestimmung positiv ist, Erzeugen der einzelnen kombinierten Tiefenmessung durch Verwerfen einer der ersten und zweiten Tiefenmessungen.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend, an der Steuerung: für jedes Paar von ersten und zweiten Tiefenmessungen: Bestimmen, ob eine Differenz zwischen der ersten und zweiten Tiefenmessung einen Schwellenwert überschreitet; und wenn die Bestimmung negativ ist, Erzeugen der einzelnen kombinierten Tiefenmessung durch Mitteln der ersten und zweiten Tiefenmessung.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend, an der Steuerung: Erhalten einer Beschleunigungsmessung von einem Bewegungssensor der Vorrichtung, die mit jedem Bild in der Folge von Bildern korrespondiert; und Bestimmen einer aktualisierten Position entlang der Bewegungsrichtung für jede der ersten und zweiten Tiefenmessungen basierend auf den Beschleunigungsmessungen.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend, an der Steuerung: Erzeugen einer interpolierten Tiefenmessung, die mit einer Zwischenposition zwischen einem Paar der aktualisierten Positionen korrespondiert.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend, an der Steuerung: Übertragen der ersten und zweiten Tiefenmessungen an eine mobile Computervorrichtung.