JP2009042114A - Apparatus and method for extracting light-sectioning line - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,相対的に移動する被測定物の表面(回転するタイヤの表面等)に照射したライン光の像(光切断線の像)を含む二次元画像を撮像する撮像素子からその撮像画像における各画素の輝度情報を入力し,入力した輝度情報に基づいて前記光切断線の像を抽出する光切断線抽出装置及び光切断線抽出方法に関するものである。 The present invention provides a captured image from an imaging element that captures a two-dimensional image including an image of line light (image of a light cutting line) irradiated on the surface of a relatively moving object to be measured (such as the surface of a rotating tire). The present invention relates to a light cutting line extraction device and a light cutting line extraction method for inputting luminance information of each pixel in and extracting an image of the light cutting line based on the input luminance information.
タイヤは,ゴムや化学繊維,スチールコード等の各種材料が積層された構造を有し,その積層構造に不均一な部分が存在すると,空気が充填された場合に相対的に耐圧性の弱い部分においてバルジと呼ばれる隆起部(凸部)や,デント又はデプレッションと呼ばれる窪み部(凹部)が生じる。そのようなバルジやデント等の形状欠陥が生じるタイヤは,安全上の問題或いは外観不良の問題から,検査して出荷対象から除外する必要がある。
従来,タイヤの形状欠陥の検査は,タイヤを回転機で回転させながら接触式もしくは非接触式のポイント測定式センサにより複数ポイントの表面高さを検出し,その表面高さの分布からタイヤの表面形状を測定することによって行われてきた。しかしながら,ポイント測定式センサを用いたタイヤの形状測定に基づく形状欠陥の検査では,配列するセンサの数の制約及び検査時間の制約から,タイヤにおける形状欠陥の検出対象面全体の形状を網羅的に測定することができず,形状欠陥の検出漏れが生じやすいという問題点があった。
一方,特許文献1には,回転するタイヤの表面にスリット光(ライン光)を照射してそのスリット光の像を撮像し,その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによってタイヤの表面形状を測定する技術について示されている。その特許文献1に示される技術によれば,タイヤにおける形状欠陥の検出対象面(タイヤのサイドウォール面やトレッド面)全体の形状を網羅的に(連続的に)測定することができ,形状欠陥の検出漏れを防止できる。
A tire has a structure in which various materials such as rubber, chemical fiber, and steel cord are laminated. If there is an uneven part in the laminated structure, the part with relatively weak pressure resistance when filled with air. In this case, a raised portion (convex portion) called a bulge and a recessed portion (concave portion) called a dent or a depression are generated. Tires with such shape defects as bulges and dents need to be inspected and excluded from shipment due to safety issues or poor appearance.
Conventionally, tire shape defects are inspected by detecting the surface height of multiple points with a contact or non-contact point measuring sensor while rotating the tire with a rotating machine, and determining the tire surface from the distribution of the surface height. It has been done by measuring the shape. However, in the inspection of shape defects based on tire shape measurement using point measurement type sensors, the shape of the entire surface to be detected for shape defects in tires is exhausted due to the restrictions on the number of sensors arranged and the inspection time. There was a problem that it was not possible to measure, and detection of shape defects was likely to occur.
On the other hand, in Patent Document 1, the surface of a rotating tire is irradiated with slit light (line light) to capture an image of the slit light, and the shape is detected by a light cutting method based on the captured image. A technique for measuring the surface shape of the film is shown. According to the technique disclosed in Patent Document 1, it is possible to comprehensively (continuously) measure the entire shape of a shape defect detection target surface (a tire sidewall surface or a tread surface) in a tire. Can be prevented from being missed.
ところで,タイヤの形状欠陥検査に許容される検査時間はタイヤ1本当たり1秒程度である。また,光切断法によるタイヤの形状測定では,光切断線の像とタイヤ表面に記された文字とを区別するため,回転するタイヤの周方向において,少なくともその文字の線幅(1mm程度)以下の空間分解能で撮像を行う必要がある。そして,その検査時間及び空間分解能の要件を満たすためには,乗用車用タイヤでは1秒当たり2000フレーム,それより大きなトラック用或いはバス用のタイヤでは1秒当たり4000フレームの撮像を行う必要がある。これに対し,昨今の撮像素子は撮像処理の高速化が進み,COMSセンサに代表される高速タイプの撮像素子は,毎秒2000〜4000フレームという高速な撮像も可能である。
また,光切断法による形状測定では,各撮像画像(1フレーム分の画像)から光切断線の像(ライン光の像)を抽出する処理,即ち,撮像画像を構成する各画素の輝度情報に基づいて輝度の高い光切断線の位置(座標)を検出する画像処理を行い,抽出された光切断線の像(即ち,その座標)からタイヤの表面形状(表面高さ)を求める必要がある。通常,光切断線の抽出処理は,撮像画像における水平1ライン分の画素群ごと(Y座標における各位置ごと)にその輝度が最大の画素の位置(X座標)を特定することによって行われる。そして,タイヤの形状欠陥検査において,撮像画像(各画素の輝度情報)に基づく処理の中で,光切断線の抽出処理が演算負荷の大部分を占める。なお,特許文献1には,光切断線の抽出処理が,CPU,ROM,RAMから構成されるMPU(マイクロコンピュータ)によって実行される例が示されている。
そして,昨今のタイヤの形状欠陥検査の工程においては,高速化されたタイヤ表面の撮像工程(例えば1秒)に対し,極力リアルタイムで形状結果の有無の判別結果を得たいというニーズが高い。
また,タイヤ以外の被測定物においても,その被測定物の表面を走査して光切断法による形状測定を行う場合,限られた時間内で非常に広い測定対象面の形状測定を行わなければならない場合や,限られた時間内で非常に高い空間分解能で測定対象面の形状測定を行わなければならない場合等に,高い撮像レートで撮像された多数の撮像画像について,或いは解像度の高い(画素数の多い)撮像画像について,限られた時間内に光切断線の抽出処理を完了させたというニーズがある。
なお,被測定物をライン光(光切断線)により走査する方法としては,ライン光の照射及びその像の撮像に関する光学系を固定した状態で,被測定物自体を直線移動或いは回転させることによって被測定物の表面を移動させる場合と,被測定物を固定した状態で,その被測定物の表面に沿って前記光学系を直線移動或いは回転移動させる場合との両方が考えられる。
In the shape measurement by the light cutting method, a process of extracting a light cutting line image (line light image) from each captured image (image for one frame), that is, luminance information of each pixel constituting the captured image. It is necessary to perform image processing for detecting the position (coordinates) of the light cutting line with high brightness based on the image, and obtain the surface shape (surface height) of the tire from the extracted image (that is, the coordinates) of the light cutting line. . Usually, the extraction process of the light section line is performed by specifying the position (X coordinate) of the pixel having the maximum luminance for each pixel group (each position in the Y coordinate) for one horizontal line in the captured image. In the tire shape defect inspection, the light cutting line extraction processing occupies most of the calculation load in the processing based on the captured image (luminance information of each pixel). Note that Patent Document 1 shows an example in which the light cutting line extraction processing is executed by an MPU (microcomputer) including a CPU, a ROM, and a RAM.
In recent tire shape defect inspection processes, there is a high demand for obtaining a determination result of presence / absence of a shape result in real time as much as possible, compared to a high-speed tire surface imaging process (for example, 1 second).
Also, when measuring the shape of a measurement object other than a tire by scanning the surface of the measurement object using the optical cutting method, the shape of the measurement target surface must be measured within a limited time. If it is necessary to measure the shape of the measurement target surface with a very high spatial resolution within a limited time, a large number of captured images captured at a high imaging rate or a high resolution (pixel There is a need to complete the process of extracting a light section line within a limited time for a captured image (which has a large number).
In addition, as a method of scanning the object to be measured with line light (light cutting line), the object to be measured itself is linearly moved or rotated while the optical system relating to the irradiation of the line light and the image pickup thereof is fixed. Both the case where the surface of the object to be measured is moved and the case where the optical system is linearly moved or rotated along the surface of the object to be measured while the object to be measured is fixed are conceivable.
しかしながら,タイヤの形状欠陥等の検査装置(測定装置)の一部品として許容される実用的なMPUは,その処理能力の制約により,1つの撮像画像(1フレーム分の画像の輝度情報)が得られた後に,その撮像画像に基づく光切断線の抽出処理を1/2000[秒]〜1/4000[秒]以内で実行することが難しいという問題点があった。そのため,従来のタイヤの形状欠陥の検査では,撮像素子による撮像画像の情報を大容量のメモリ(ハードディスク等)に記憶させ,タイヤ表面の撮像工程の終了後においても,撮像画像に基づく光切断線の抽出処理(MPUによる画像処理)を実行しなければならず,それがタイヤの生産効率の悪化を招くことになる。
また,タイヤ以外の被測定物,例えば,鉄道軌道周辺の構造物等(トンネル等)が被測定物である場合においても,その被測定物の表面を走査して光切断法による形状測定を行う場合,高い撮像レートで撮像された多数の撮像画像について,或いは解像度の高い撮像画像について,限られた時間内に光切断線の抽出処理を完了できなければ,測定効率の悪化を招くことになる。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,例えば,1秒当たり2000〜4000フレーム以上という高い撮像レートで撮像を行う撮像素子(CMOSセンサ等)や,非常に解像度の高い画像の撮像を行う撮像素子から,被測定物の表面に照射したライン光の像(光切断線の像)を含む撮像画像の情報(輝度情報)を入力し,その情報に基づいて光切断線を抽出する処理を,ASICやFPGA等の実用的な素子(回路)を用いて高速で(リアルタイムで)実行することができる光切断線抽出装置及び光切断線抽出方法を提供することにある。
However, a practical MPU that is allowed as a part of an inspection device (measurement device) for tire shape defects, etc., can obtain one captured image (luminance information of an image for one frame) due to restrictions on its processing capability. Then, there is a problem that it is difficult to execute the light cutting line extraction processing based on the captured image within 1/2000 [second] to 1/4000 [second]. For this reason, in the conventional inspection of tire shape defects, information on the image captured by the image sensor is stored in a large-capacity memory (such as a hard disk), and the optical cutting line based on the image captured even after the tire surface imaging process is completed. Extraction processing (image processing by MPU) must be executed, which leads to deterioration of tire production efficiency.
In addition, even when an object to be measured other than a tire, for example, a structure around a railroad track (tunnel or the like) is the object to be measured, the surface of the object to be measured is scanned and the shape is measured by an optical cutting method. In this case, if the extraction process of the light section line cannot be completed within a limited time for a large number of captured images captured at a high imaging rate or a captured image with a high resolution, the measurement efficiency is deteriorated. .
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is, for example, an imaging element (such as a CMOS sensor) that performs imaging at a high imaging rate of 2000 to 4000 frames per second, Input image information (luminance information) including an image of line light (image of light section line) irradiated on the surface of the object to be measured from an image sensor that captures an image with very high resolution. Provided is a light cutting line extraction apparatus and a light cutting line extraction method capable of executing a process of extracting a light cutting line based on a high speed (in real time) using a practical element (circuit) such as ASIC or FPGA. There is to do.
上記目的を達成するために,本発明に係る光切断線抽出装置は,相対的に移動する被測定物の表面に形成される光切断線の像を含む二次元画像を撮像する撮像素子(CMOSセンサがその典型例)から,その撮像画像における各画素の輝度情報を入力し,入力した輝度情報に基づいて前記光切断線の像を抽出する装置であり,次の(1−1)〜(1−6)に示す各構成要素を備えるものである。
(1−1)前記撮像素子からその撮像画像における水平1ライン分の画素群がさらに複数に区分された画素群からなる画素ブロックごとにその輝度情報を並行して入力し,入力した前記画素ブロックの輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,所定周波数のクロック信号に同期して実行する情報入力手段。
(1−2)前記情報入力手段の後段側に複数段に連ねて設けられ,それぞれ1つ前段で記録された全ての輝度情報を2個ごとに比較して輝度が高い方の輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,前記クロック信号に同期して実行する複数の第1の輝度比較手段。
(1−3)前記画素ブロックの輝度情報のうち輝度が最高の情報を記録する最終段の前記第1の輝度比較手段により記録された輝度情報と前回記録した処理結果である輝度情報とを比較して輝度が高い方の輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,前記クロック信号に同期して実行する第2の輝度比較手段。
(1−4)前記第2の輝度比較手段において前記撮像画像における水平1ライン分の画素群それぞれの中で輝度が最高の画素の輝度情報が記録されたタイミングを表す水平同期信号を生成する水平同期信号生成手段。
(1−5)前記第2の輝度比較手段により記録された輝度情報及びその画素の座標情報を,所定の光切断線情報記憶手段に対し前記水平同期信号に同期して順次追記的に書き込む(記憶手段の記憶領域に対し前記水平同期信号に同期して順次記憶位置を変更しつつ書き込む)情報記録手段。
(1−6)前記第2の輝度比較手段により記録された輝度情報を前記水平同期信号に同期して初期化する輝度初期化手段。
なお,「相対的に移動する被測定物の表面」とは,被測定物の表面自体が,その被測定物の直線移動や回転等によって移動する場合と,被測定物自体は固定された状態で,ライン光の照射及びその像の撮像を行う光学系が被測定物の表面に沿って移動する場合とを含むことを意味する。
In order to achieve the above object, an optical section line extraction device according to the present invention is an image sensor (CMOS) that captures a two-dimensional image including an image of a light section line formed on the surface of a relatively moving object to be measured. The sensor is a device that inputs luminance information of each pixel in the captured image from its typical example), and extracts the image of the light section line based on the input luminance information. The following (1-1) to (1-1) 1-6) The constituent elements shown in 1-6) are provided.
(1-1) The luminance information is input in parallel for each pixel block including a pixel group obtained by further dividing the pixel group for one horizontal line in the captured image from the imaging element into the plurality of pixel groups. Information input means for executing the process of recording the luminance information and the coordinate information of the pixel in a predetermined storage means in synchronization with a clock signal of a predetermined frequency.
(1-2) Luminance information having higher luminance by comparing every two pieces of luminance information provided in a plurality of stages on the rear side of the information input means and recorded in the previous stage, and its luminance information A plurality of first luminance comparison means for executing processing for recording pixel coordinate information in a predetermined storage means in synchronization with the clock signal;
(1-3) Comparing the luminance information recorded by the first luminance comparing means at the final stage for recording the highest luminance information among the luminance information of the pixel block and the luminance information which is the previously recorded processing result Second luminance comparing means for executing processing for recording the luminance information of the higher luminance and the coordinate information of the pixel in a predetermined storage means in synchronization with the clock signal.
(1-4) Horizontal that generates a horizontal synchronization signal indicating the timing at which the luminance information of the pixel having the highest luminance is recorded in each pixel group for one horizontal line in the captured image in the second luminance comparison unit. Synchronization signal generating means.
(1-5) The luminance information recorded by the second luminance comparison unit and the coordinate information of the pixel are sequentially written in addition to the predetermined optical section line information storage unit in synchronization with the horizontal synchronization signal ( Information recording means for writing to the storage area of the storage means while sequentially changing the storage position in synchronization with the horizontal synchronizing signal.
(1-6) Luminance initializing means for initializing the luminance information recorded by the second luminance comparing means in synchronization with the horizontal synchronizing signal.
Note that “the surface of the object to be measured that moves relatively” means that the surface of the object to be measured itself is moved by linear movement or rotation of the object to be measured, and that the object to be measured is fixed. This means that the optical system for irradiating the line light and capturing the image thereof moves along the surface of the object to be measured.
CMOSセンサ等の超高速の撮像素子は,1フレーム分の撮像画像について,その撮像画像における水平1ライン分(X軸方向1ライン分)の画素群がさらに複数に区分された画素群(前記画素ブロック)ごとに,その輝度情報を並行して出力(パラレル出力)する処理を高周波数(例えば,20[MHz]〜40[MHz])のクロック信号に同期して実行する機能を備えている。
本発明に係る光切断線抽出装置は,1フレーム分の撮像画像の情報(輝度情報)が全て得られた後に,その情報に基づく光切断線抽出処理を実行するのではなく,前記高周波数のクロック信号に同期して,撮像画像の一部である前記画素ブロックごとに,その輝度情報をパラレル入力し,さらに,その輝度情報の中から最高輝度の情報を抽出する処理を演算負荷の小さな単位処理(前記第1の輝度比較手段や前記第2の輝度比較手段の処理)に分けてそれらを複数段階に連ねて実行することにより,1フレーム分の撮像画像から抽出した光切断線の情報(水平1ラインごとの最高輝度の輝度情報及びその座標)を前記所定の記憶手段に記録する。
これにより,本発明に係る光切断線抽出装置は,撮像素子による1フレーム分の撮像完了タイミングに対して若干の遅延が生じるものの,光切断線抽出処理を撮像素子の撮像レートに対してリアルタイムで実行することができる。しかも,前記クロック信号に同期して実行すべき前記単位処理の演算負荷を小さく抑えることができるので,本発明に係る光切断線抽出装置は,ASICやFPGA等の実用的な素子(回路)を用いて実現できる。
また,前記所定の記憶手段には,1フレーム分の撮像画像から抽出した光切断線の情報が記録されるので,光切断法による形状測定処理を実行するコンピュータがその記録情報を順次取り込めば,そのコンピュータによって被測定物の表面の移動方向における形状(高さ分布)を測定することができる。
なお,1組の前記画素ブロックの輝度情報についての前記情報入力手段の処理及び1段目の前記第1の輝度比較手段の処理は,前記クロック信号の2周期分の期間に分けて実行される場合と,その両方の処理が前記クロック信号の1周期分の期間内に続けて実行される場合とが考えられる。
An ultra-high-speed image sensor such as a CMOS sensor is a pixel group (a pixel group) in which a pixel group for one horizontal line (one line in the X-axis direction) in the captured image is further divided into a plurality of pixels. Each block is provided with a function of executing processing for outputting the luminance information in parallel (parallel output) in synchronization with a clock signal of a high frequency (for example, 20 [MHz] to 40 [MHz]).
The optical section line extraction device according to the present invention does not execute the optical section line extraction process based on the information after all the information (luminance information) of the captured image for one frame has been obtained. In synchronization with the clock signal, the luminance information is input in parallel for each of the pixel blocks that are part of the captured image, and the process of extracting the highest luminance information from the luminance information is a unit with a small calculation load. By dividing the process (the process of the first luminance comparison unit and the second luminance comparison unit) and executing them in a plurality of stages, information on the light section line extracted from the captured image for one frame ( Brightness information of the highest brightness for each horizontal line and its coordinates) are recorded in the predetermined storage means.
As a result, the optical cutting line extraction apparatus according to the present invention performs the optical cutting line extraction processing in real time with respect to the imaging rate of the imaging device, although there is a slight delay with respect to the imaging completion timing for one frame by the imaging device. Can be executed. In addition, since the operation load of the unit processing to be executed in synchronization with the clock signal can be reduced, the optical section line extraction device according to the present invention includes a practical element (circuit) such as an ASIC or FPGA. Can be realized.
In addition, since the information of the light cutting line extracted from the captured image for one frame is recorded in the predetermined storage means, if the computer that performs the shape measurement processing by the light cutting method sequentially captures the recorded information, The shape (height distribution) in the moving direction of the surface of the object to be measured can be measured by the computer.
Note that the processing of the information input means and the processing of the first brightness comparison means at the first stage for the luminance information of one set of the pixel blocks are executed in a period corresponding to two cycles of the clock signal. It is conceivable that both cases are executed continuously within a period of one cycle of the clock signal.
例えば,前記撮像素子が,320×256の解像度の撮像画像について,水平1ライン分の256画素を16のブロックに区分したときの画素ブロック(16個の画素群)ごとに,その輝度情報(16個の輝度情報)を20.5[MHz]以上のクロック信号に同期してパラレル出力し,本発明に係る光切断線抽出装置が,その20.5[MHz]以上のクロック信号に同期して処理を実行すれば,理論上,1秒当たり4000フレームという撮像レートに対してリアルタイムで光切断線抽出処理を実行できる。また,一般的なASICSやFPGA等の実用的な素子(回路)において,20.5[MHz]程度或いはそれ以上(例えば,40[MHz]程度)のクロック信号に同期して処理を実行することに何ら支障はない。
なお,上記の例の場合,撮像素子の撮像処理終了時(1フレーム分の画像における最後の画素ブロックの輝度情報出力開始時)から,その撮像画像についての光切断線の情報の記録完了までに数クロック分程度の遅延時間が生じる。例えば,最後の画素ブロックの輝度情報入力にクロック信号1クロック分,その画素ブロックについて16個の輝度情報の中から輝度が最大の1つの輝度情報を特定する処理(前記第1の輝度比較手段の処理)に同4クロック分,撮像画像における最後の1ライン分(16の画素ブロック)の輝度情報の中から輝度が最大の1つの輝度情報を確定する処理(最後の1ライン分の画像について前記第2の輝度比較手段が実行する最後の処理)に同1クロック分,前記情報記録手段の処理に同1クロック分を要するとした場合,それらを合計した7クロック分の遅延時間が生じる。
For example, with respect to a captured image having a resolution of 320 × 256, the image sensor separates 256 pixels for one horizontal line into 16 blocks, and the luminance information (16 Brightness information) is output in parallel in synchronization with a clock signal of 20.5 [MHz] or higher, and the optical line extracting device according to the present invention synchronizes with the clock signal of 20.5 [MHz] or higher. If the processing is executed, the light section line extraction processing can be executed in real time for an imaging rate of 4000 frames per second in theory. Further, in a practical element (circuit) such as a general ASICS or FPGA, processing is performed in synchronization with a clock signal of about 20.5 [MHz] or higher (for example, about 40 [MHz]). There is no problem.
In the case of the above example, from the end of the imaging process of the imaging device (at the start of luminance information output of the last pixel block in the image for one frame) to the completion of the recording of the light section line information for the captured image A delay time of about several clocks occurs. For example, the process of specifying one luminance information having the maximum luminance from among the 16 luminance information for the pixel block for one clock signal input to the luminance information input of the last pixel block (of the first luminance comparing means) Processing) to determine one luminance information having the maximum luminance from the luminance information of the last one line (16 pixel blocks) in the captured image for the same four clocks (for the image of the last one line) If the same processing is required for the same clock for the last process executed by the second luminance comparison means, and the same clock is required for the processing of the information recording means, a total delay time of 7 clocks is generated.
また,本発明に係る光切断線抽出装置が,さらに,次の(1−7)に示す構成要素を備えることが考えられる。
(1−7)一定単位の前記移動(相対的な移動が一定単位ずつ進んだこと)を検出してその検出信号を出力する移動検出手段(例えば,回転する被測定物の回転軸に設けられたロータリーエンコーダ)の検出信号に同期して,前記情報記録手段により前記所定の記憶手段に書き込まれた情報を外部へ伝送する情報伝送手段。
これにより,前記角度変化検出手段の検出信号が撮像画像における垂直同期信号となり,その垂直同期信号に同期して,1フレーム分の画像から抽出された光切断線の情報が,外部装置(例えば,光切断法による形状測定処理を実行するコンピュータ)へ伝送される。その結果,その外部装置によって被測定物の表面の移動方向における形状(高さ分布)を測定することができる。
In addition, it is conceivable that the optical section line extraction device according to the present invention further includes the constituent elements shown in the following (1-7).
(1-7) Movement detection means (for example, provided on a rotating shaft of a rotating object to be measured) that detects the movement of a certain unit (relative movement has advanced by a certain unit) and outputs a detection signal thereof. Information transmission means for transmitting information written in the predetermined storage means by the information recording means to the outside in synchronization with a detection signal of the rotary encoder).
Thereby, the detection signal of the angle change detection means becomes a vertical synchronization signal in the captured image, and the information of the light section line extracted from the image for one frame in synchronization with the vertical synchronization signal is transmitted to the external device (for example, To a computer that executes a shape measurement process by a light cutting method. As a result, the shape (height distribution) in the moving direction of the surface of the object to be measured can be measured by the external device.
また,本発明は,以上に示した光切断線抽出装置を用いて,相対的に移動する被測定物の表面に形成される光切断線の像を含む二次元画像を撮像する撮像素子(CMOSセンサがその典型例)から,その撮像画像における各画素の輝度情報を入力し,入力した輝度情報に基づいて前記光切断線の像を抽出する光切断線抽出方法として捉えることもできる。
即ち,本発明に係る光切断線抽出方法は,次の(2−1)〜(2−6)に示す各手順を実行する方法である。
(2−1)所定の情報入力回路により,前記撮像素子からその撮像画像における水平1ライン分の画素群がさらに複数に区分された画素群からなる画素ブロックごとにその輝度情報を並行して入力し,入力した前記画素ブロックの輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,所定周波数のクロック信号に同期して実行する輝度情報入力手順。
(2−2)前記情報入力回路の後段側に複数段に連ねて設けられた第1の比較回路それぞれにより,1つ前段の回路により記録された全ての輝度情報を2個ごとに比較して輝度が高い方の輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,前記クロック信号に同期して実行する第1の輝度比較手順。
(2−3)前記画素ブロックの輝度情報のうち輝度が最高の輝度情報を保持する最終段の前記第1の輝度比較回路の後段側に設けられた第2の輝度比較回路により,最終段の前記第1の輝度比較回路により記録された輝度情報と当該第2の輝度比較回路により前回記録した処理結果である輝度情報とを比較して輝度が高い方の輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,前記クロック信号に同期して実行する第2の輝度比較手順。
(2−4)所定の信号生成回路により,前記第2の輝度比較回路において前記撮像画像における水平1ライン分の画素群それぞれの中で輝度が最高の画素の輝度情報が記録されたタイミングを表す水平同期信号を生成する水平同期信号生成手順。
(2−5)所定の情報記録回路により,前記第2の輝度比較回路によって記録された輝度情報及びその画素の座標情報を,所定の光切断線記憶手段に対し前記水平同期信号に同期して順次追記的に書き込む情報記録手順。
(2−6)所定の輝度初期化回路により,前記第2の輝度比較回路により記録された輝度情報を前記水平同期信号に同期して初期化する輝度初期化手順。
また,本発明に係る光切断線抽出方法において,さらに次の(2−7)に示す手順を実行することも考えられる。
(2−7)一定単位の前記移動を検出してその検出信号を出力する角度変化検出手段の検出信号に同期して,前記情報記録回路により前記所定の光切断線記憶手段に書き込まれた情報を所定の情報伝送回路により外部へ伝送する情報伝送手順。
このような本発明に係る光切断線抽出方法は,前述した本発明に係る光切断線抽出装置と同様の作用効果を奏する。
The present invention also provides an image sensor (CMOS) that captures a two-dimensional image including an image of a light section line formed on the surface of a relatively moving object to be measured using the light section line extraction device described above. A typical example of the sensor is that the luminance information of each pixel in the captured image is input, and an image of the optical cutting line is extracted based on the input luminance information.
That is, the light section line extraction method according to the present invention is a method for executing the following procedures (2-1) to (2-6).
(2-1) The luminance information is input in parallel for each pixel block composed of a pixel group obtained by further dividing a pixel group for one horizontal line in the captured image from the imaging element into a plurality of pixels by a predetermined information input circuit. And a luminance information input procedure for executing processing for recording the input luminance information of the pixel block and the coordinate information of the pixel in a predetermined storage means in synchronization with a clock signal having a predetermined frequency.
(2-2) All the luminance information recorded by the preceding circuit is compared with each other by each of the first comparison circuits provided in a plurality of stages on the subsequent stage side of the information input circuit. A first luminance comparison procedure for executing processing for recording luminance information of higher luminance and coordinate information of the pixel in a predetermined storage means in synchronization with the clock signal.
(2-3) The second luminance comparison circuit provided on the rear stage side of the first luminance comparison circuit in the final stage that holds the luminance information having the highest luminance among the luminance information of the pixel block, The luminance information recorded by the first luminance comparison circuit is compared with the luminance information which is the processing result previously recorded by the second luminance comparison circuit, and the luminance information having the higher luminance and the coordinate information of the pixel are obtained. A second luminance comparison procedure for executing processing for recording in a predetermined storage means in synchronization with the clock signal.
(2-4) The timing at which the luminance information of the pixel having the highest luminance is recorded in each pixel group for one horizontal line in the captured image in the second luminance comparison circuit by the predetermined signal generation circuit. A horizontal synchronization signal generation procedure for generating a horizontal synchronization signal.
(2-5) The predetermined information recording circuit synchronizes the luminance information recorded by the second luminance comparison circuit and the coordinate information of the pixel with respect to the predetermined optical section line storage means in synchronization with the horizontal synchronizing signal. Information recording procedure to write in incremental order.
(2-6) A luminance initialization procedure in which the luminance information recorded by the second luminance comparison circuit is initialized in synchronization with the horizontal synchronization signal by a predetermined luminance initialization circuit.
Further, in the light section line extraction method according to the present invention, it is also conceivable to execute the following procedure (2-7).
(2-7) Information written in the predetermined optical section line storage means by the information recording circuit in synchronism with the detection signal of the angle change detection means for detecting the movement of a predetermined unit and outputting the detection signal. Information transmission procedure for transmitting data to the outside by a predetermined information transmission circuit.
Such a light section line extraction method according to the present invention has the same effects as the light section line extraction apparatus according to the present invention described above.
本発明によれば,例えば,1秒当たり2000〜4000フレーム以上という高い撮像レートで撮像を行う撮像素子(CMOSセンサ等),或いは高解像度での撮像を行う撮像素子から,被測定物の表面に照射したライン光の像(光切断線の像)を含む撮像画像の輝度情報を入力し,その輝度情報に基づいて光切断線を抽出する処理を,ASICやFPGA等の実用的な素子(回路)を用いて高速で(リアルタイムで)実行することができる。 According to the present invention, for example, an imaging device (such as a CMOS sensor) that performs imaging at a high imaging rate of 2000 to 4000 frames per second or an imaging device that performs imaging at a high resolution is applied to the surface of the object to be measured. A process for inputting luminance information of a captured image including an image of irradiated line light (an image of an optical cutting line) and extracting the optical cutting line based on the luminance information is a practical element (circuit such as ASIC or FPGA). ) Can be executed at high speed (in real time).
以下添付図面を参照しながら,本発明の実施の形態について説明し,本発明の理解に供する。尚,以下の実施の形態は,本発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに,図1は本発明の実施形態に係る光切断線抽出装置Xを備えた形状測定装置Wの概略構成を表す図,図2は形状測定装置Wが備えるセンサユニットにおける光源及びカメラの三次元配置を模式的に表した図,図3は光切断線抽出装置X及びこれと信号授受を行う機器の概略構成を表すブロック図,図4は光切断線抽出装置Xが備える画像処理回路の概略ブロック図,図5は撮像画像と光切断線抽出装置Xによる検出データとの対応関係を模式的に表した図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that the present invention can be understood. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a shape measuring device W provided with the light section line extraction device X according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a third order of a light source and a camera in a sensor unit provided in the shape measuring device W. FIG. 3 is a schematic diagram showing the original arrangement, FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the optical cutting line extraction device X and a device that exchanges signals with the optical cutting line extraction device X, and FIG. 4 shows an image processing circuit of the optical cutting line extraction device X FIG. 5 is a schematic block diagram, and FIG. 5 is a diagram schematically showing a correspondence relationship between a captured image and data detected by the optical cutting line extraction apparatus X.
まず,図1及び図2を参照しつつ,本発明の実施形態に係る光切断線抽出装置Xを備えた形状測定装置W全体及びセンサユニットの構成について説明する。
形状測定装置Wは,回転するタイヤ1(被測定物の一例)の表面に照射したライン光(スリット光)の像(光切断線Lsの像)をカメラ20(カメラ20が備える撮像素子であるCMOSセンサ21)によって撮像し,その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによってタイヤ1の表面形状を検出する装置である。タイヤ1がその回転軸1aの周りに回転することにより,タイヤ1の表面はライン光やカメラに対して移動する。
また,形状測定装置Wが備える光切断線抽出装置Xは,移動するタイヤ1の表面に形成される光切断線の像を含む二次元画像を撮像する撮像素子から,その撮像画像における各画素の輝度データを入力し,入力した輝度データに基づいて光切断線の像を抽出する(光切断線の像の座標を検出する)光切断線抽出処理を実行する装置である。
図1に示すように,形状測定装置Wは,タイヤ回転機2,センサユニット3,ユニット駆動装置4,エンコーダ5,光切断線抽出装置X及びホストコンピュータ7等を備えている。
前記タイヤ回転機2は,形状測定の対象であるタイヤ1をその回転軸1gを中心に回転させるモータ等の回転装置である。例えば,前記タイヤ回転機2は,タイヤ1を60rpmの回転速度で回転させる。これにより,形状測定装置Wは,タイヤ1を1回転させる1秒の間に,後述するセンサユニット3によって,タイヤ1のトレッド面及びサイドウォール面の全周範囲の表面形状を検出する。
前記センサユニット3は,回転するタイヤ1の表面にライン光を照射する光源10及びタイヤ1の表面上の光切断線Lsの像(ライン光の像)を撮像するカメラ20などが組み込まれたユニットである。本実施形態では,タイヤ1の2つのサイドウォール面それぞれの形状測定に用いられる2つのセンサユニット3a,3cと,タイヤ1のトレッド面の形状測定に用いられる1つのセンサユニット3bとを併せて3つのセンサユニット3を備えている。
First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the configuration of the entire shape measuring device W and the sensor unit including the light section line extraction device X according to the embodiment of the present invention will be described.
The shape measuring device W is an image sensor provided in the camera 20 (the camera 20 includes an image of line light (slit light) irradiated on the surface of the rotating tire 1 (an example of an object to be measured). This is an apparatus for detecting the surface shape of the tire 1 by taking an image with a CMOS sensor 21) and performing shape detection by a light cutting method based on the taken image. As the tire 1 rotates around its rotation axis 1a, the surface of the tire 1 moves relative to the line light and the camera.
In addition, the optical cutting line extraction device X included in the shape measuring device W includes an image sensor that picks up a two-dimensional image including an image of the optical cutting line formed on the surface of the moving tire 1. This is an apparatus for executing light cutting line extraction processing for inputting luminance data and extracting an image of a light cutting line (detecting coordinates of the image of the light cutting line) based on the input luminance data.
As shown in FIG. 1, the shape measuring device W includes a tire rotating machine 2, a sensor unit 3, a unit driving device 4, an encoder 5, an optical cutting line extraction device X, a host computer 7, and the like.
The tire rotating machine 2 is a rotating device such as a motor that rotates the tire 1 that is the object of shape measurement about the rotation shaft 1g. For example, the tire rotating machine 2 rotates the tire 1 at a rotation speed of 60 rpm. As a result, the shape measuring device W detects the surface shape of the entire circumference range of the tread surface and the sidewall surface of the tire 1 by the sensor unit 3 to be described later during one second in which the tire 1 is rotated once.
The sensor unit 3 includes a light source 10 that irradiates the surface of the rotating tire 1 with line light and a camera 20 that captures an image of the light cutting line Ls (line light image) on the surface of the tire 1. It is. In the present embodiment, two sensor units 3a and 3c used for measuring the shape of each of the two sidewall surfaces of the tire 1 and one sensor unit 3b used for measuring the shape of the tread surface of the tire 1 are combined. Two sensor units 3 are provided.
前記ユニット駆動装置4は,センサユニット3それぞれをサーボモータ等の駆動装置を駆動源として移動可能に支持し,タイヤ1に対する各センサユニット3の位置を位置決めする装置である。前記ユニット駆動装置4は,所定の操作部に対する操作に応じて,又は外部装置からの制御指令に応じて,タイヤ1が前記タイヤ回転機2に対して着脱される前に,各センサユニット3をタイヤ1から離間した所定の退避位置に位置決めし,新たなタイヤ1が前記タイヤ回転機2に装着された後,各センサユニット3をタイヤ1に近接した所定の検査位置に位置決めする。
前記エンコーダ5は,前記タイヤ回転機2の回転軸に設けられ,その回転軸の回転角度,即ち,タイヤ1の回転の角度が所定の単位角度ずつ変化したことを検出してその検出信号(パルス信号)を後述するリセット信号RESETとして出力するセンサ(前記角度変化検出手段の一例)であり,その検出信号(リセット信号RESET)は,前記センサユニット3が備えるカメラの撮像タイミングの制御及び光切断線抽出装置Xからホストコンピュータ7へのデータ転送タイミングの制御に用いられる。なお,エンコーダ5は,タイヤ1の表面の一定単位の移動を検出してその検出信号を出力する前記移動検出手段の一例である。
The unit driving device 4 is a device for supporting each sensor unit 3 movably by using a driving device such as a servo motor as a driving source, and positioning the position of each sensor unit 3 with respect to the tire 1. The unit driving device 4 moves each sensor unit 3 before the tire 1 is attached to or detached from the tire rotating machine 2 according to an operation on a predetermined operation unit or a control command from an external device. After a new tire 1 is mounted on the tire rotating machine 2, the sensor unit 3 is positioned at a predetermined inspection position close to the tire 1.
The encoder 5 is provided on the rotating shaft of the tire rotating machine 2, detects that the rotation angle of the rotating shaft, that is, the rotation angle of the tire 1 has changed by a predetermined unit angle, and detects the detection signal (pulse Signal) as a reset signal RESET described later (an example of the angle change detection means), and the detection signal (reset signal RESET) is used to control the imaging timing of the camera provided in the sensor unit 3 and the optical cutting line. It is used for controlling the data transfer timing from the extracting device X to the host computer 7. The encoder 5 is an example of the movement detecting unit that detects a certain unit of movement of the surface of the tire 1 and outputs a detection signal thereof.
また,前記センサユニット3は,図2に示すように,ライン光(スリット光)を出力する投光装置10と,カメラ20とを備えている。なお,図2には,測定対象面がタイヤ1のサイドウォール面である場合の例を示している。
図2に示すように,カメラ20の撮像画像の座標系におけるX軸方向(水平ライン方向)と回転によるタイヤ1表面の移動方向Rとが平行となり,撮像画像の座標系におけるY軸方向とタイヤ1表面におけるその移動方向に直交する方向とが平行となるように投光装置10及びカメラ20が配置されている。
また,投光装置10は,タイヤ1表面に形成される光切断線Lsの像が,撮像画像の座標系におけるY軸方向に伸びて形成されるようその出力光(ライン光)の向きが設定されている。以上のことは,測定対象面がタイヤ1のサイドウォール面である場合もトレッド面である場合も同様である。
即ち,タイヤ1のサイドウォール面の測定においては,タイヤ1の半径方向(タイヤ1の回転軸1gに対する法線の方向)及びタイヤ1の回転軸1gの方向の両方に直交する方向が座標系のX軸方向と平行であり,タイヤ1の半径方向が座標系のY軸方向と平行であり,また,光切断線Lsがタイヤ1の半径方向に伸びて形成される。
また,タイヤ1のトレッド面の測定においては,タイヤ1の回転軸1gの方向が座標系のY軸方向と平行であり,タイヤ1の外周円の接線方向が座標系のX軸方向と平行であり,また,光切断線Lsがタイヤ1の回転軸1gの方向に伸びて形成される。
Further, as shown in FIG. 2, the sensor unit 3 includes a light projecting device 10 that outputs line light (slit light) and a camera 20. FIG. 2 shows an example in which the measurement target surface is the sidewall surface of the tire 1.
As shown in FIG. 2, the X-axis direction (horizontal line direction) in the coordinate system of the captured image of the camera 20 and the moving direction R of the surface of the tire 1 due to rotation are parallel, and the Y-axis direction in the coordinate system of the captured image and the tire The light projecting device 10 and the camera 20 are arranged so that the direction perpendicular to the moving direction on one surface is parallel.
Further, the direction of the output light (line light) is set so that the image of the light cutting line Ls formed on the surface of the tire 1 extends in the Y-axis direction in the coordinate system of the captured image. Has been. The above is the same whether the measurement target surface is the sidewall surface of the tire 1 or the tread surface.
That is, in the measurement of the sidewall surface of the tire 1, the direction orthogonal to both the radial direction of the tire 1 (the direction of the normal to the rotating shaft 1g of the tire 1) and the direction of the rotating shaft 1g of the tire 1 is the coordinate system. Parallel to the X-axis direction, the radial direction of the tire 1 is parallel to the Y-axis direction of the coordinate system, and the light cutting line Ls extends in the radial direction of the tire 1.
Further, in the measurement of the tread surface of the tire 1, the direction of the rotation axis 1g of the tire 1 is parallel to the Y-axis direction of the coordinate system, and the tangential direction of the outer circumference circle of the tire 1 is parallel to the X-axis direction of the coordinate system. In addition, the light cutting line Ls is formed extending in the direction of the rotation axis 1g of the tire 1.
次に,図3に示すブロック図を参照しつつ,光切断線抽出装置X及びこれと信号授受を行う機器の関係について説明する。
図3に示すように,光切断線抽出装置Xは,画像処理回路61,SDRAM62及びパラレルI/Oインターフェース63(図3においてPIO I/Fと記す)を備えている。
画像処理回路61は,プログラマブルなLSIであるFPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現される回路であり,主として光切断線抽出処理を実行する回路である。
SDRAM62は,画像処理回路61の処理結果である光切断線のデータを一時記憶する高速メモリである。なお,本メモリは,SRAM等の他の高速メモリを採用することも考えられる。
パラレルI/Oインターフェース63は,SDRAM62に1フレーム分の撮像画像についての光切断線のデータが蓄積(記録)されるごとに,その光切断線のデータをパラレル転送によってホストコンピュータ7に対して高速転送する回路である。なお,ホストコンピュータ7は,光切断線抽出装置X側のパラレルI/Oインターフェース63との間でデータ伝送を行うパラレルI/Oインターフェース71を備え,これを通じて光切断線のデータをその主メモリ内に取り込む。
そして,ホストコンピュータ7は,パラレルI/Oインターフェース71を通じて取得した光切断線のデータに基づいて,光切断法による形状測定処理を実行する。例えば,ホストコンピュータ7は,取得した光切断線のデータに基づいて,タイヤ1表面の回転方向における形状(高さ分布)を求め,その形状を不図示の表示装置に表示させたり,その形状が予め定められた合格条件(或いは不合格条件)を満たすか否かを判別することによってタイヤ形状の欠陥有無を判別したりする処理を実行する。
なお,ホストコンピュータ7は,取得した光切断線のデータにおいて,輝度データの輝度レベルが所定のレベルに満たないものについては,光切断線が存在しない領域のデータとして処理する。
Next, with reference to the block diagram shown in FIG. 3, the relationship between the optical section line extraction device X and the device that performs signal exchange will be described.
As shown in FIG. 3, the optical section line extraction device X includes an image processing circuit 61, an SDRAM 62, and a parallel I / O interface 63 (denoted as PIO I / F in FIG. 3).
The image processing circuit 61 is a circuit realized by an FPGA (Field Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like, which is a programmable LSI, and is a circuit that mainly performs light cutting line extraction processing.
The SDRAM 62 is a high-speed memory that temporarily stores the data of the light section line that is the processing result of the image processing circuit 61. Note that this memory may be another high-speed memory such as SRAM.
The parallel I / O interface 63 performs high-speed transfer to the host computer 7 by parallel transfer of the data of the optical section line for each captured image of one frame stored (recorded) in the SDRAM 62. It is a circuit to transfer. The host computer 7 includes a parallel I / O interface 71 that transmits data to and from the parallel I / O interface 63 on the optical section line extraction device X side, and through this, the data of the optical section line is stored in the main memory. Into.
Then, the host computer 7 executes shape measurement processing by the light cutting method based on the data of the light cutting line acquired through the parallel I / O interface 71. For example, the host computer 7 obtains the shape (height distribution) in the rotational direction of the surface of the tire 1 based on the acquired data of the optical cutting line, and displays the shape on a display device (not shown). By determining whether or not a predetermined pass condition (or fail condition) is satisfied, a process of determining the presence or absence of a tire shape defect is executed.
The host computer 7 processes the acquired data of the light section line as data in a region where the light section line does not exist if the brightness level of the brightness data is less than a predetermined level.
また,前記カメラ20は,不図示の対物レンズと,その対物レンズによる結像画像を撮像する撮像素子であるCMOSセンサ21と,そのCMOSセンサ21から出力される撮像データを表すアナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ22(図3においてADCと記す)とを備えている。
CMOSセンサ21は,高周波数(例えば,4000[Hz]以上)のクロック信号CLKに同期して,1フレーム分の撮像画像について,その撮像画像における水平1ライン分(X軸方向1ライン分)の画素群がさらに複数に区分された画素群からなる前記画素ブロックごとに,その輝度データを並行して出力(パラレル出力)する。その画素ブロックごとの輝度データDbkは,A/Dコンバータ22を通じて光切断線抽出装置Xにおける画像処理回路61に伝送される。その際,CMOSセンサ21は,輝度データDbkを出力する際,その輝度データDbkが,1フレーム分の画像における何番目の画素ブロックのデータであるかを表すブロック番号データBNも同時に(輝度データDbkの出力と並行して)出力する。このブロック番号データBNは,1フレーム分の画像における各画素ブロックの位置を表す情報であり,これも光切断線抽出装置Xにおける画像処理回路61に伝送される。
なお,クロック信号CLKは,光切断線抽出装置Xの内部或いは外部に設けられた所定の発振回路30から供給される。
また,CMOSセンサ21は,エンコーダ5の検出信号(前記リセット信号RESET)に同期して,1フレーム分の画像の撮像を行う。例えば,CMOSセンサ21は,60rpmの速度で回転するタイヤ1が0.09°(=360°/4000)回転したことがエンコーダ5によって検出されるごとに1フレーム分の画像の撮像を実行する。1秒間に4000フレームの撮像レートでの撮像が行われる。
本実施形態においては,CMOSセンサ21は,320×256の解像度の撮像画像について,水平1ライン分の256画素を16のブロックに区分したときの画素ブロック(16個の画素群)ごとに,その輝度データ(16個の輝度データD00〜D0f)を40[MHz]のクロック信号CLKに同期してパラレル出力するものとする。なお,40[MHz]というクロック信号CLKの周波数は,1秒間に4000フレームという撮像レートに対応可能な理論上の必要周波数20.5[MHz]に対して十分に余裕のある周波数である。また,撮像画像の解像度が256×256であれば,クロック信号CLKの周波数は20[MHz]程度でも十分である。
さらに,CMOSセンサ21は,撮像画像における水平1ライン分(X軸方向1ライン分)の画素群の輝度データを出力するごとに,即ち,水平1ライン分の画素群における最後の画素ブロックの輝度データDbkを出力するごとに,ライン完結信号END−LINEを出力する。クロック信号CLK及びライン完結信号END−LINEも,光切断線抽出装置Xにおける画像処理回路61に入力される。
なお,CMOSセンサ21に代わる撮像素子として,CCD等を採用することも考えられる。
また,前記エンコーダ5によるタイヤ1の回転角度変化の検出信号は,前記リセット信号RESETとして,光切断線抽出装置Xにおける画像処理回路61及びパラレルI/Oインターフェース63に入力される。
The camera 20 also includes an objective lens (not shown), a CMOS sensor 21 that is an imaging device that captures an image formed by the objective lens, and an analog signal representing imaging data output from the CMOS sensor 21 as a digital signal. And an A / D converter 22 (referred to as ADC in FIG. 3).
The CMOS sensor 21 synchronizes with a clock signal CLK having a high frequency (for example, 4000 [Hz] or more) for one frame of the captured image for one horizontal line (for one line in the X-axis direction). The luminance data is output in parallel (parallel output) for each of the pixel blocks composed of pixel groups into which the pixel group is further divided. The luminance data Dbk for each pixel block is transmitted to the image processing circuit 61 in the light section line extraction device X through the A / D converter 22. At this time, when the CMOS sensor 21 outputs the luminance data Dbk, the block number data BN indicating the number of pixel blocks in the image for one frame is simultaneously displayed (luminance data Dbk). In parallel). This block number data BN is information indicating the position of each pixel block in an image for one frame, and is also transmitted to the image processing circuit 61 in the light section line extraction device X.
The clock signal CLK is supplied from a predetermined oscillation circuit 30 provided inside or outside the optical section line extraction device X.
Further, the CMOS sensor 21 captures an image for one frame in synchronization with the detection signal (the reset signal RESET) of the encoder 5. For example, the CMOS sensor 21 captures an image for one frame every time the encoder 5 detects that the tire 1 rotating at a speed of 60 rpm has rotated by 0.09 ° (= 360 ° / 4000). Imaging is performed at an imaging rate of 4000 frames per second.
In the present embodiment, the CMOS sensor 21 has, for a captured image with a resolution of 320 × 256, for each pixel block (16 pixel groups) when 256 pixels for one horizontal line are divided into 16 blocks. The luminance data (16 pieces of luminance data D00 to D0f) is output in parallel in synchronization with the clock signal CLK of 40 [MHz]. Note that the frequency of the clock signal CLK of 40 [MHz] is a frequency that has a sufficient margin with respect to the theoretical required frequency of 20.5 [MHz] that can correspond to an imaging rate of 4000 frames per second. If the resolution of the captured image is 256 × 256, the frequency of the clock signal CLK may be about 20 [MHz].
Further, the CMOS sensor 21 outputs the luminance data of the pixel group for one horizontal line (one line in the X-axis direction) in the captured image, that is, the luminance of the last pixel block in the pixel group for one horizontal line. Each time the data Dbk is output, the line completion signal END-LINE is output. The clock signal CLK and the line completion signal END-LINE are also input to the image processing circuit 61 in the optical section line extraction device X.
It is also conceivable to employ a CCD or the like as an image sensor that replaces the CMOS sensor 21.
The detection signal of the change in the rotation angle of the tire 1 by the encoder 5 is input to the image processing circuit 61 and the parallel I / O interface 63 in the optical cutting line extraction device X as the reset signal RESET.
図5は,CMOSセンサ21によるタイヤ1の撮像画像(図5における下側の図)と光切断線抽出装置Xによる検出データ(Xp,Yi,Kp)(図5における上側の図)との対応関係を模式的に表した図である。なお,図5(b)において,便宜上,撮像画像における光切断線Lsの像が黒色,その背景が白色で表されているが,実際の撮像画像は,光切断線Lsの像の部分の輝度が高く,その背景の領域の輝度が低い画像である。
画像処理回路61は,前記画素ブロックの輝度データDbkを順次入力し,その入力データが水平1ライン分のデータとなるごとに,一定の遅延時間の後に,その水平1ライン分の画素の輝度データのうち最も輝度の高い輝度データ(ライン内最高輝度データKp)と,そのライン内最高輝度データKpに対応する画素の位置のX座標(Xp)及びY座標(Yi)を特定できる座標情報とを光切断線の抽出データとしてSDRAM62に記録する。但し,本実施形態においては,Y座標(Yi)は,ライン内最高輝度データKpのデータ列における各データKpの並び順によって特定され,Y座標(Yi)それぞれを表す個別のデータは直接的にはSDRAM62に記録されない。
FIG. 5 shows the correspondence between the captured image of the tire 1 by the CMOS sensor 21 (the lower diagram in FIG. 5) and the detection data (Xp, Yi, Kp) by the optical cutting line extraction device X (the upper diagram in FIG. 5). It is the figure which represented the relationship typically. In FIG. 5B, for the sake of convenience, the image of the light cutting line Ls in the picked-up image is shown in black and the background in white, but the actual picked-up image is the luminance of the image portion of the light cutting line Ls. This is an image with high brightness and low brightness in the background area.
The image processing circuit 61 sequentially inputs the luminance data Dbk of the pixel block, and every time the input data becomes the data for one horizontal line, the luminance data of the pixel for the horizontal one line after a certain delay time. Brightness data (maximum in-line brightness data Kp) and coordinate information that can specify the X coordinate (Xp) and Y coordinate (Yi) of the pixel position corresponding to the in-line maximum brightness data Kp. Recorded in the SDRAM 62 as the extraction data of the light section line. However, in this embodiment, the Y coordinate (Yi) is specified by the arrangement order of the data Kp in the data string of the in-line maximum luminance data Kp, and individual data representing each Y coordinate (Yi) is directly Is not recorded in the SDRAM 62.
次に,図4に示すブロック図を参照しつつ,画像処理回路61の構成及び処理について説明する。
画像処理回路61は,簡易なデータ処理及びその処理結果をレジスタへ記録する処理を行う回路(以下,単工程回路という)が複数段に連ねられ,その単工程回路それぞれが,発振回路30から出力されるクロック信号CLKに同期して(パルス信号が入力されるごとに)それぞれが担当する処理を並行して実行する回路である。ここで,1段目の単工程回路は,クロック信号CLKに同期してCMOSセンサ21から前記画素ブロックの輝度データDbkを入力し,その入力データを予め定められたレジスタ(例えば,1つ後段の単工程回路が備えるレジスタ)に記録する処理を実行し,2段目以降の単工程回路は,それぞれ1つ前の段の単工程回路によりレジスタに記録されたデータに基づくデータ処理及びその処理結果をレジスタ(例えば,1つ後段の単工程回路が備えるレジスタ)に記録する処理を実行する。
Next, the configuration and processing of the image processing circuit 61 will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
In the image processing circuit 61, a circuit for performing simple data processing and processing for recording the processing result in a register (hereinafter referred to as a single process circuit) is connected in a plurality of stages, and each single process circuit is output from the oscillation circuit 30. This is a circuit for executing the processes in charge of each in parallel in synchronization with the clock signal CLK (every time a pulse signal is input). Here, the single-stage circuit at the first stage inputs the luminance data Dbk of the pixel block from the CMOS sensor 21 in synchronization with the clock signal CLK, and inputs the input data to a predetermined register (for example, one stage after the stage). Register in the single process circuit), and the second and subsequent single process circuits are based on the data recorded in the register by the single process circuit of the previous stage and the result of the processing. Is recorded in a register (for example, a register included in a single process circuit at the next stage).
より具体的には,1段目の単工程回路610は,CMOSセンサ21から前記画素ブロックごとにその輝度データDbk(D00〜D0f)と前記ブロック番号データBNとを並行して入力し,入力した画素ブロックの輝度データDbk及びブロック番号データBNを所定の入力バッファに記録する処理を,クロック信号CLKに同期して実行する回路である(前記情報入力手段,前記情報入力回路の一例)。ここで,ブロック番号データBNは,入力データに対応する画素ブロックの撮像画像における位置(座標)を表す情報であり,また,入力した輝度データD00〜D0fの記憶位置(レジスタのアドレス)が,画素ブロック内での各画素の位置(順番)に対応するので,1段目の単工程回路610は,入力した画素ブロックの輝度データDbkとともに,その画素ブロックの画素の座標情報もレジスタに記録する回路となっている。
また,1段目の単工程回路610は,エンコーダ5の角度変化検出信号である前記リセット信号RSETに同期して,既に前記入力バッファに記録した輝度データD00〜D0fを初期化(最低輝度値0に更新)する。
なお,前述したように,輝度データDbkは,CMOSセンサ21の撮像画像における水平1ライン分の画素群がさらに複数に区分された画素群からなる画素ブロックの輝度データである。図4に示す例は,16画素からなる画素ブロックの輝度データ(16個の輝度データD00〜D0f)が並行入力される例である。また,1段目の単工程回路610におけるリセット信号RESETに応じた輝度データの初期化は必ずしも必要ではない。
More specifically, the single-stage circuit 610 at the first stage inputs the luminance data Dbk (D00 to D0f) and the block number data BN in parallel for each pixel block from the CMOS sensor 21 and inputs them. This is a circuit that executes the process of recording the luminance data Dbk and block number data BN of the pixel block in a predetermined input buffer in synchronization with the clock signal CLK (an example of the information input means and the information input circuit). Here, the block number data BN is information indicating the position (coordinates) in the captured image of the pixel block corresponding to the input data, and the storage position (register address) of the input luminance data D00 to D0f is the pixel. Since it corresponds to the position (order) of each pixel in the block, the single-stage circuit 610 in the first stage records the coordinate data of the pixels in the pixel block together with the luminance data Dbk of the input pixel block in the register. It has become.
The single-step circuit 610 in the first stage initializes the luminance data D00 to D0f already recorded in the input buffer in synchronization with the reset signal RSET that is an angle change detection signal of the encoder 5 (minimum luminance value 0). Update).
As described above, the luminance data Dbk is luminance data of a pixel block including a pixel group obtained by further dividing the pixel group for one horizontal line in the captured image of the CMOS sensor 21 into a plurality of pixels. The example shown in FIG. 4 is an example in which luminance data of 16 pixel blocks (16 pieces of luminance data D00 to D0f) are input in parallel. Also, it is not always necessary to initialize the luminance data in accordance with the reset signal RESET in the first stage single process circuit 610.
2段目〜5段目の単工程回路611a〜611dは,データ入力用の1段目の単工程回路610の後段側に複数段(ここでは,4段)に連ねて設けられ,それぞれ1つ前段の単工程回路により記録された全ての輝度データを2個ごとに比較し,輝度が高い方の輝度データ及びその画素の座標情報を予め定められたレジスタ(ここでは,1つ後段の単工程回路が備えるレジスタ)に記録する処理を,クロック信号CLKに同期して実行する複数(ここでは4つ)のデータ比較回路である(前記第1の輝度比較手段,前記第1の輝度比較回路の一例)。
即ち,2段目の単工程回路611aは,クロック信号CLKに同期して,1段目の単工程回路610により記録された全ての輝度データD00〜D0fを2個ごとに比較し,輝度が高い方の輝度データD10〜D17と,その輝度データD10〜D17に対応する画素の位置(座標)を表す座標情報BN,C10〜C17とを1つ後段の単工程回路が備えるレジスタに記録する。ここで,座標情報には前記ブロック番号データBNと,2個の画素のうち輝度が高いと判別された一方の画素の画素ブロック内での位置(順番)を表すブロック内画素番号データC10〜C17とが含まれる。
また,3段目の単工程回路611bは,クロック信号CLKに同期して,2段目の単工程回路611aにより記録された全ての輝度データD10〜D07を2個ごとに比較し,輝度が高い方の輝度データD20〜D23と,その輝度データD20〜D23に対応する画素の位置(座標)を表す座標情報BN,C20〜C23とを1つ後段の単工程回路が備えるレジスタに記録する。ここで,座標情報には前記ブロック番号データBNと,2個の画素のうち輝度が高いと判別された一方の画素の画素ブロック内での位置(順番)を表すブロック内画素番号データC20〜C23とが含まれる。
以下,4段目の単工程回路611c及び5段目の単工程回路611dも,それぞれ3段目の単工程回路611bと同様の処理をクロック信号CLKに同期して実行する。
これにより,2段目〜5段目の単工程回路611a〜611dの中で最終段の単工程回路611dは,1つの前記画素ブロックの輝度データD00〜D0fのうち輝度が最高の輝度データD40及びその座標情報BN,C40をレジスタ(ここでは,6段目の単工程回路612aが備えるレジスタ)に記録する回路となる。
即ち,前記画素ブロックが2N個(但し,Nは2以上の整数)の画素から構成される場合,画像処理回路61は,2段目〜5段目の単工程回路611a〜611dのそれぞれに相当する単工程回路がN段に連ねられた回路を備えるものである。
なお,1段目の単工程回路610は,前記画素ブロックの輝度データD00〜D0fを単に入力する軽い処理(演算を伴わない処理)を行うだけであるので,クロック信号CLKの1周期分の期間内に,1段目の単工程回路610の処理と,2段目の単工程回路611aの処理との両方が行われるよう構成してもよい。
The single-stage circuits 611a to 611d of the second stage to the fifth stage are provided to be connected to a plurality of stages (here, four stages) on the rear side of the single-stage circuit 610 of the first stage for data input. All luminance data recorded by the single-stage circuit in the previous stage is compared every two, and the higher luminance data and the coordinate information of the pixel are registered in a predetermined register (in this case, the single-stage in the next stage) A plurality of (in this case, four) data comparison circuits (in this case, the first luminance comparison circuit and the first luminance comparison circuit) that execute the process of recording in the register included in the circuit in synchronization with the clock signal CLK. One case).
That is, the single-stage circuit 611a in the second stage compares all the luminance data D00 to D0f recorded by the single-stage circuit 610 in the first stage in synchronization with the clock signal CLK, and the luminance is high. The other luminance data D10 to D17 and the coordinate information BN and C10 to C17 indicating the positions (coordinates) of the pixels corresponding to the luminance data D10 to D17 are recorded in the register provided in the next single-stage circuit. Here, the coordinate information includes the block number data BN and the in-block pixel number data C10 to C17 representing the position (order) in the pixel block of one of the two pixels determined to have high luminance. And are included.
Further, the single-stage circuit 611b at the third stage compares all the luminance data D10 to D07 recorded by the single-stage circuit 611a at the second stage in synchronism with the clock signal CLK, and the luminance is high. The other luminance data D20 to D23 and the coordinate information BN and C20 to C23 indicating the position (coordinates) of the pixel corresponding to the luminance data D20 to D23 are recorded in the register provided in the next single-stage circuit. Here, the coordinate information includes the block number data BN and the pixel number data C20 to C23 in the block indicating the position (order) in the pixel block of one of the two pixels determined to have high luminance. And are included.
Thereafter, the fourth-stage single process circuit 611c and the fifth-stage single process circuit 611d also execute the same processing as the third-stage single process circuit 611b in synchronization with the clock signal CLK.
As a result, the single-stage circuit 611d at the final stage among the single-stage circuits 611a to 611d at the second to fifth stages has the luminance data D40 having the highest luminance among the luminance data D00 to D0f of one pixel block. The coordinate information BN, C40 is a circuit that records in a register (here, a register included in the sixth stage single process circuit 612a).
That is, when the pixel block is composed of 2 N pixels (where N is an integer equal to or greater than 2), the image processing circuit 61 is connected to each of the second-stage to fifth-stage single process circuits 611a to 611d. A corresponding single process circuit includes a circuit connected in N stages.
Note that the single-step circuit 610 in the first stage simply performs a light process (a process that does not involve an operation) that simply inputs the luminance data D00 to D0f of the pixel block. In addition, both the processing of the single-step circuit 610 at the first stage and the processing of the single-step circuit 611a at the second stage may be performed.
6段目の単工程回路612a及び7段目の単工程回路612bからなる6・7段目単工程回路612は,画素ブロックの輝度データD00〜D0fのうち輝度が最高のデータを保持する5段目の単工程回路611d(最終段の前記第1の輝度比較手段に相当)により記録された輝度データD40と,当該6段目の単工程回路612がレジスタへ前回記録した処理結果である輝度データD50’とを比較し,輝度が高い方の輝度データD50及びその画素の座標情報ADDRを所定のレジスタ(7段目の単工程回路612bが備えるレジスタ及び出力レジスタ61y)に記録する処理を,クロック信号CLKに同期して実行する回路である(前記第2の輝度比較手段,前記第2の輝度比較回路の一例)。
より具体的には,6段目の単工程回路612aは,クロック信号CLKに同期して,5段目の単工程回路611dにより記録された輝度データD40と,当該6段目の単工程回路612aが7段目の単工程回路612bのレジスタに前回記録した処理結果である輝度データD50’とを比較し,輝度が高い方の輝度データD50及びその画素の座標情報ADDRを,7段目の単工程回路612bが備えるレジスタに記録する。ここで,座標情報ADDRは,前記ブロック番号データBNと前記ブロック内画素番号データC40とを組み合わせた情報である。なお,6段目の単工程回路612aは,5段目の単工程回路611dにより記録された輝度データD40の方が輝度が高い場合には,5段目の単工程回路611dにより記録された前記ブロック番号データBN及び前記ブロック内画素番号データC40を組み合わせた座標情報ADDRをレジスタに記録し,そうでない場合は,既に7段目の単工程回路612bのレジスタに記録されている座標情報ADDRを同じ内容のまま維持させる(同じ内容を上書きすることを含む)。
The sixth and seventh stage single process circuit 612, which includes the sixth stage single process circuit 612a and the seventh stage single process circuit 612b, has five stages of data having the highest luminance among the luminance data D00 to D0f of the pixel block. Luminance data D40 recorded by the single-step circuit 611d of the eye (corresponding to the first luminance comparison means in the final stage), and luminance data which is the processing result previously recorded in the register by the single-step circuit 612 of the sixth stage D50 ′ is compared with D50 ′, and the process of recording the luminance data D50 having higher luminance and the coordinate information ADDR of the pixel in a predetermined register (the register and output register 61y provided in the seventh stage single process circuit 612b) It is a circuit that executes in synchronization with the signal CLK (an example of the second luminance comparison means and the second luminance comparison circuit).
More specifically, the sixth stage single process circuit 612a synchronizes with the clock signal CLK and the luminance data D40 recorded by the fifth stage single process circuit 611d and the sixth stage single process circuit 612a. Is compared with the luminance data D50 ′ which is the processing result previously recorded in the register of the single-step circuit 612b of the seventh stage, and the luminance data D50 having the higher luminance and the coordinate information ADDR of the pixel are compared. It records in the register | resistor with which the process circuit 612b is equipped. Here, the coordinate information ADDR is information obtained by combining the block number data BN and the in-block pixel number data C40. It should be noted that the sixth stage single process circuit 612a, when the luminance data D40 recorded by the fifth stage single process circuit 611d has a higher luminance, is recorded by the fifth stage single process circuit 611d. The coordinate information ADDR combining the block number data BN and the in-block pixel number data C40 is recorded in the register. Otherwise, the coordinate information ADDR already recorded in the register of the single-step circuit 612b at the seventh stage is the same. Keep content as it is (including overwriting the same content).
また,7段目の単工程回路612bは,クロック信号CLKに同期して,6段目の単工程回路612aにより記録された輝度データ50及びその画素の座標情報ADDRを,予め定められたデータフォーマットに整形した状態(例えば,無効データを付加してデータ長を予め定められたデータ長に変換した状態)で前記出力レジスタ61yに記録する回路である。
さらに,7段目の単工程回路612bは,後述する水平同期信号Hsyncに同期して,当該7段目の単工程回路612bが備えるレジスタに既に記録された輝度データD50及びその画素の座標情報ADDR(6・7段目単工程回路612が記録した情報)を初期化(最低輝度値0に更新)する(前記輝度初期化手段,前記輝度初期化回路の一例)。
また,第2段目〜第7段目の単工程回路610,611a〜611d,612a,612bは,エンコーダ5の角度変化検出信号である前記リセット信号RSETに同期して,既にレジスタに記録した輝度データD10〜D17,D20〜D23,D30,D31,D40,D50を初期化(最低輝度値0に更新)する。
なお,第2段目〜第7段目の単工程回路610,611a〜611d,612a,612bが,前記輝度初期化手段及び前記輝度初期化回路の一例である。
以上に示した第1段目〜第7段目の単工程回路610,611a〜611d,612a,612bの処理により,初期状態(データの初期化済み状態)となった後に入力された画素ブロック全てについて,輝度が最高の画素の輝度データD50及びその画素の座標情報ADRESSが出力レジスタ61yに記録されることになる。
In addition, the seventh stage single process circuit 612b synchronizes with the clock signal CLK, the luminance data 50 recorded by the sixth stage single process circuit 612a and the coordinate information ADDR of the pixel thereof in a predetermined data format. This is a circuit that records the data in the output register 61y in a state of being shaped into a data (for example, a state in which invalid data is added and the data length is converted to a predetermined data length).
Further, the seventh stage single process circuit 612b synchronizes with a horizontal synchronization signal Hsync described later, and the luminance data D50 already recorded in the register of the seventh stage single process circuit 612b and the coordinate information ADDR of the pixel. (Information recorded by the sixth and seventh stage single process circuit 612) is initialized (updated to the lowest luminance value 0) (an example of the luminance initialization means and the luminance initialization circuit).
Further, the single-stage circuits 610, 611a to 611d, 612a, 612b of the second to seventh stages are the luminances already recorded in the registers in synchronization with the reset signal RSET which is an angle change detection signal of the encoder 5. Data D10 to D17, D20 to D23, D30, D31, D40, and D50 are initialized (updated to the lowest luminance value 0).
The single-stage circuits 610, 611a to 611d, 612a, 612b in the second to seventh stages are examples of the luminance initialization unit and the luminance initialization circuit.
All the pixel blocks input after the initial state (data initialized state) is obtained by the processing of the single-step circuits 610, 611a to 611d, 612a, 612b of the first to seventh stages shown above. , The luminance data D50 of the pixel having the highest luminance and the coordinate information ADRESS of the pixel are recorded in the output register 61y.
ところで,図4に示す回路の例では,第1段目の単工程回路610により,撮像画像における水平1ライン分の画素群のうちの最後の画素ブロックの輝度データD00〜D0fが画像処理回路61に入力された時点,即ち,前記ライン完結信号END−LINが入力された時点から,その水平1ライン分の画素群全ての中で輝度が最高の画素の輝度データDmax及びその画素の座標情報Amaxの出力レジスタ61yへの記録処理(第6段目の単工程回路614による処理)が開始されるまでに,クロック信号CLKにおいて6クロック分のステップ(時間)を要する。従って,ライン完結信号END−LINを,クロック信号CLKにおける6クロック分だけ遅延(シフト)させた信号は,6・7段目単工程回路612によって撮像画像における水平1ライン分の画素群それぞれの中で輝度が最高の画素の輝度データが出力レジスタ61yに記録された(記録が完了した)タイミングを表す信号,即ち,出力レジスタ61yの記録データを基準としたときの水平同期信号Hsyncとなる。
そして,画像処理回路61は,ライン完結信号END−LINを,クロック信号CLKにおける6クロック分だけ遅延(シフト)させることによってその水平同期信号Hsyncを生成する遅延回路614を備えている(前記水平同期信号生成手段,前記水平同期信号生成回路の一例)。
なお,前述したように,クロック信号CLKの1周期分の周期内に1段目の単工程回路610及び2段目の単工程回路611aの両方の処理が行われる場合には,遅延回路614は,ライン完結信号END−LINをクロック信号CLKにおける5クロック分だけ遅延(シフト)させればよい。
By the way, in the example of the circuit shown in FIG. 4, the luminance data D00 to D0f of the last pixel block in the pixel group for one horizontal line in the captured image is converted into the image processing circuit 61 by the single process circuit 610 in the first stage. The luminance data Dmax of the pixel having the highest luminance in all the pixels for one horizontal line from the time when the line completion signal END-LIN is input and the coordinate information Amax of the pixel. Before the recording process to the output register 61y (the process by the sixth stage single process circuit 614) is started, a step (time) of 6 clocks is required in the clock signal CLK. Therefore, a signal obtained by delaying (shifting) the line completion signal END-LIN by 6 clocks in the clock signal CLK is transferred to each of the pixel groups corresponding to one horizontal line in the captured image by the sixth and seventh stage single process circuit 612. The signal indicating the timing when the luminance data of the pixel having the highest luminance is recorded in the output register 61y (recording is completed), that is, the horizontal synchronization signal Hsync when the recording data of the output register 61y is used as a reference.
The image processing circuit 61 includes a delay circuit 614 that generates a horizontal synchronization signal Hsync by delaying (shifting) the line completion signal END-LIN by 6 clocks in the clock signal CLK (the horizontal synchronization signal Hsync). An example of signal generation means and the horizontal synchronization signal generation circuit).
As described above, when both the first stage single process circuit 610 and the second stage single process circuit 611a are processed within one cycle of the clock signal CLK, the delay circuit 614 The line completion signal END-LIN may be delayed (shifted) by 5 clocks in the clock signal CLK.
前述したように,第1段目〜第7段目の単工程回路610,611a〜611d,612a,612bの処理により,初期状態(データの初期化済み状態)となった後に入力された画素ブロック全てについて,輝度が最高の画素の輝度データD50及びその画素の座標情報ADRESSが出力レジスタ61yに記録されることになる。
また,7段目の単工程回路612bにより,水平同期信号Hsyncに同期して,当該7段目の単工程回路612bが備えるレジスタに既に記録された輝度データD50及びその画素の座標情報ADDRが初期化(最低輝度値0に更新)されるため,出力レジスタ61yには,水平同期信号Hsyncが発生した時点において,水平1ライン分の画素群の中で輝度が最高の画素の輝度データ及びその画素の座標情報が記録されている(記憶している)状態となる。
As described above, the pixel block inputted after the initial state (data initialized state) is obtained by the processing of the single-step circuits 610, 611a to 611d, 612a, 612b of the first to seventh stages. For all, the luminance data D50 of the pixel with the highest luminance and the coordinate information ADRESS of the pixel are recorded in the output register 61y.
In addition, the seventh stage single process circuit 612b synchronizes with the horizontal synchronization signal Hsync, and the brightness data D50 and the pixel coordinate information ADDR of the pixel already recorded in the register included in the seventh stage single process circuit 612b are initialized. Therefore, when the horizontal synchronization signal Hsync is generated, the output register 61y has the luminance data of the pixel having the highest luminance in the pixel group for one horizontal line and its pixel. The coordinate information is recorded (stored).
そして,画像処理回路61は,出力レジスタ61yに記録されたデータを前記SDRAM62に書き込む処理を,水平同期信号Hsyncに同期して実行する第8段目の単工程回路であるゲート回路613を備えている。
このゲート回路613は,出力レジスタ61yに記録された輝度データD50及びその画素の座標情報ADDRを,SDRAM62(前記所定の光切断線情報記憶手段の一例)の記憶領域に対し,前記水平同期信号Hsyncに同期して順次記憶位置を変更しつつ書き込む(即ち,順次追記的に書き込む)処理を実行する(前記情報記録手段,前記情報記録回路の一例)。
以上に示した画像処理回路61の処理により,エンコーダ5の角度変化検出信号であるリセット信号RESETが発生してから,次のリセット信号RESETが発生するまでの間に,1フレーム分の撮像画像についての光切断線のデータが蓄積(記録)されることになる。ここで,光切断線のデータとは,水平1ラインごとに(Y座標方向の各位置Yiそれぞれについて)輝度が最高の画素の輝度値Kpを表すデータD50と,その画素の座標Xpを表す座標情報ADDRとを含むデータである。
そして,前記パラレルI/Oインターフェース63は,エンコーダ5の角度変化検出信号であるリセット信号RESETに同期して,即ち,SDRAM62に1フレーム分の撮像画像についての光切断線のデータが蓄積(記録)されるごとに,ゲート回路613によってSDRAM62に書き込まれたデータ(光切断線のデータ)を,パラレル転送によって外部のホストコンピュータ7に対して高速転送する(前記情報伝送手段,前記情報伝送回路の一例)。
The image processing circuit 61 includes a gate circuit 613 that is an eighth stage single-process circuit that executes processing for writing the data recorded in the output register 61y into the SDRAM 62 in synchronization with the horizontal synchronization signal Hsync. Yes.
The gate circuit 613 sends the luminance data D50 recorded in the output register 61y and the coordinate information ADDR of the pixel to the horizontal synchronization signal Hsync for the storage area of the SDRAM 62 (an example of the predetermined optical section line information storage means). In this manner, a process of writing while changing the storage position sequentially (that is, writing sequentially and additionally) is executed (an example of the information recording means and the information recording circuit).
As a result of the processing of the image processing circuit 61 described above, a captured image for one frame is generated after the reset signal RESET, which is an angle change detection signal of the encoder 5, is generated and until the next reset signal RESET is generated. The data of the light cutting line is accumulated (recorded). Here, the data of the light section line are the data D50 representing the luminance value Kp of the pixel having the highest luminance for each horizontal line (for each position Yi in the Y coordinate direction) and the coordinates representing the coordinate Xp of the pixel. Data including information ADDR.
The parallel I / O interface 63 accumulates (records) the data of the optical cutting line for the captured image for one frame in the SDRAM 62 in synchronization with the reset signal RESET which is an angle change detection signal of the encoder 5. Each time the data written to the SDRAM 62 by the gate circuit 613 (data of the optical section line) is transferred at high speed to the external host computer 7 by parallel transfer (an example of the information transmission means and the information transmission circuit). ).
以上に示した光切断線抽出装置Xは,1フレーム分の撮像画像の情報(輝度情報)が全て得られた後に,その情報に基づく光切断線抽出処理を実行するのではなく,高周波数のクロック信号CLKに同期して,撮像画像の一部である前記画素ブロックごとに,その輝度データDbkをパラレル入力し,さらに,その輝度データDbkの中から最高輝度のデータを抽出する処理を,前記単工程回路それぞれにより,演算負荷の小さな処理に分けてそれらの処理を複数段階に連ねて実行し,それによって1フレーム分の撮像画像から抽出した光切断線のデータ(水平1ラインごとの最高輝度の輝度データ及びその座標)をSDRAM62に記録する。
これにより,光切断線抽出装置Xは,CMOSセンサ21による1フレーム分の撮像完了タイミングに対して若干の遅延が生じるものの,光切断線抽出処理をCMOSセンサ21の撮像レートに対してリアルタイムで実行することができる。しかも,クロック信号CLKに同期して実行すべき処理(単工程回路それぞれの処理)の演算負荷を小さく抑えることができるので,本発明に係る光切断線抽出装置は,ASICやFPGA等の実用的な素子(回路)を用いて実現できる。
また,光切断線抽出装置Xは,比較的少数の画素群(画素ブロック)ごとにその輝度データを入力し,2個ずつのデータ比較によって輝度の高い方のデータのみを順次残す(レジスタに記録する)ので,比較的小さな容量のメモリ(レジスタ)を備えるだけで済み,シンプルな装置(回路)構成によって実現できる。
また,光切断線抽出装置Xは,撮像画像の解像度が高いために時間当たりに入力される輝度データの数が多い場合でも,1フレーム分の撮像完了タイミングに対する遅延が生じるものの,光切断線抽出処理を連続的な撮像に対してリアルタイムで実行することができる。
The optical section line extraction device X described above does not execute the light section line extraction process based on the information after all the information (luminance information) of the captured image for one frame is obtained, but has a high frequency. The process of inputting the luminance data Dbk in parallel for each of the pixel blocks that are part of the captured image in synchronization with the clock signal CLK, and further extracting the highest luminance data from the luminance data Dbk. Each single-process circuit is divided into processes with a small calculation load, and these processes are executed in a series of stages, whereby the data of the light section line extracted from the captured image for one frame (the maximum luminance for each horizontal line) Are recorded in the SDRAM 62.
As a result, the optical section line extraction device X executes the optical section line extraction processing in real time with respect to the imaging rate of the CMOS sensor 21, although there is a slight delay with respect to the timing of completing the imaging for one frame by the CMOS sensor 21. can do. In addition, since the calculation load of the processing to be executed in synchronization with the clock signal CLK (processing of each single process circuit) can be reduced, the optical disconnection line extraction device according to the present invention is practical for ASIC, FPGA, and the like. This can be realized using a simple element (circuit).
In addition, the light section line extraction device X inputs the luminance data for each relatively small number of pixel groups (pixel blocks), and sequentially leaves only the data with the higher luminance by comparing two data (recorded in a register). Therefore, it is only necessary to provide a relatively small capacity memory (register), which can be realized by a simple device (circuit) configuration.
In addition, the optical cutting line extraction device X has a high resolution of the picked-up image, so even if the number of luminance data input per time is large, the optical cutting line extraction apparatus X is delayed even though there is a delay with respect to the image pickup completion timing for one frame. Processing can be performed in real time for continuous imaging.
また,SDRAM62には,CMOSセンサ21の撮像レート(例えば,1/4000[秒])にほぼ同期して光切断線のデータが記録され,それがホストコンピュータ7に転送される。そして,ホストコンピュータ7として実用的なコンピュータ(パーソナルコンピュータ等)を採用した場合,そのホストコンピュータ7が,パラレルI/Oインターフェース71を通じて光切断線のデータを取得し,そのデータに基づいてタイヤ表面の回転方向における形状(高さ分布)測定やその測定データに基づくタイヤ1の合否判定を行うのに要する時間は,1/4000[秒]程度もあれば十分である。
従って,光切断線抽出装置Xを用いれば,タイヤの形状欠陥検査の工程において,高速化されたタイヤ1表面の撮像工程(例えば1秒)に対し,リアルタイムで形状結果の有無の判別結果を得ることができる。
In addition, the data of the optical section line is recorded in the SDRAM 62 almost in synchronization with the imaging rate (for example, 1/4000 [second]) of the CMOS sensor 21 and transferred to the host computer 7. When a practical computer (personal computer or the like) is adopted as the host computer 7, the host computer 7 acquires the data of the optical cutting line through the parallel I / O interface 71, and based on the data, the tire surface The time required for measuring the shape (height distribution) in the rotation direction and determining the pass / fail of the tire 1 based on the measurement data is about 1/4000 [second].
Therefore, if the optical section line extraction device X is used, in the tire shape defect inspection process, the determination result of the presence / absence of the shape result is obtained in real time with respect to the accelerated imaging process (for example, 1 second) of the surface of the tire 1 be able to.
以上に示した光切断線抽出装置Xは,ライン完結信号END−LINEをCMOSセンサ21から取得し,そのライン完結信号END−LINEに基づいて,前記水平同期信号Hsyncを生成する例を示したが,他の方法によって水平同期信号Hsyncを生成することも考えられる。
例えば,画像処理回路61に,リセット信号RSETが入力されてからのクロック信号CLKの入力数をカウントし,そのカウント数が予め定められた数となったときに前記水平同期信号Hsyncを発生させるカウンタ回路を設けること等も考えられる。
同様に,画像処理回路61に,前記ブロック番号データBNを生成する回路を設けることも考えられる。そのような回路としては,例えば,リセット信号RSETが入力されるごとにブロック番号データBNを初期化し,その後,クロック信号CLKの入力数をカウントしてそのカウント数が予め定められた数となるごとに,前記ブロック番号データBNの値をカウントアップすることによって前記ブロック番号データBNを生成する回路等が考えられる。
また,図4に示した画像処理回路61において,ゲート回路613を,7段目の単工程回路612bが備えるレジスタに記録されたデータをSDRAM62に書き込む回路とし,前記出力レジスタ61y及びその出力レジスタ61yへの記録処理を省略した構成も考えられる。但しその場合,前記遅延回路614によるライン完結信号END−LINEの遅延クロック数は5クロックとなる。
The optical section line extraction device X described above has obtained an example in which the line completion signal END-LINE is acquired from the CMOS sensor 21 and the horizontal synchronization signal Hsync is generated based on the line completion signal END-LINE. The horizontal synchronization signal Hsync may be generated by other methods.
For example, the counter that counts the number of clock signals CLK input after the reset signal RSET is input to the image processing circuit 61 and generates the horizontal synchronization signal Hsync when the count reaches a predetermined number. It is also possible to provide a circuit.
Similarly, it is conceivable to provide the image processing circuit 61 with a circuit for generating the block number data BN. As such a circuit, for example, each time the reset signal RSET is input, the block number data BN is initialized, and thereafter, the number of clock signals CLK input is counted and the count number becomes a predetermined number. In addition, a circuit for generating the block number data BN by counting up the value of the block number data BN can be considered.
Further, in the image processing circuit 61 shown in FIG. 4, the gate circuit 613 is a circuit for writing the data recorded in the register included in the seventh stage single process circuit 612b to the SDRAM 62, and the output register 61y and its output register 61y. A configuration in which the recording process is omitted is also conceivable. In this case, however, the delay clock number of the line completion signal END-LINE by the delay circuit 614 is 5 clocks.
また,前述した実施形態では,回転するタイヤ1を被測定物とし,その回転によって移動するタイヤ表面に形成された光切断線を抽出する光切断線抽出装置Xを示したが,同様の機器構成により,他の移動する被測定物の表面の形状を測定することも可能である。
例えば,前記センサユニット3を,直線方向に移動する被測定物の測定対象面に対向させて配置し,前記光切断線抽出装置Xが前述した実施形態における処理と同様の処理を行えば,その被測定物の表面に形成された光切断線の抽出処理を高速で実行することができる。
また,実施形態に示したように,センサユニット3が固定された状態で,タイヤ1等の被測定物の表面を移動させることによって被測定物の表面を走査する装置構成の他,例えば,鉄道軌道周辺の構造物等(トンネル等)が被測定物である場合のように,被測定物が固定された状態で,センサユニット3を被測定物の表面に沿って移動(直線移動や回転移動)させることによって被測定物の表面を走査する装置構成も考えられる。
In the above-described embodiment, the rotating tire 1 is an object to be measured, and the optical cutting line extraction device X that extracts the optical cutting line formed on the tire surface that moves by the rotation is shown. Thus, it is also possible to measure the shape of the surface of another moving object to be measured.
For example, if the sensor unit 3 is arranged to face the measurement target surface of the object to be moved that moves in a linear direction, and the optical cutting line extraction device X performs the same processing as the processing in the above-described embodiment, Extraction processing of the light cutting line formed on the surface of the object to be measured can be executed at high speed.
Further, as shown in the embodiment, in addition to a device configuration that scans the surface of the object to be measured by moving the surface of the object to be measured such as the tire 1 while the sensor unit 3 is fixed, for example, a railway Move the sensor unit 3 along the surface of the object to be measured (linear movement or rotational movement) while the object to be measured is fixed as in the case where the structure around the track (tunnel, etc.) is the object to be measured. It is also possible to consider a device configuration that scans the surface of the object to be measured.
本発明は,光切断線抽出装置への利用が可能である。 The present invention can be used for an optical section line extraction device.
W :形状測定装置
1 :タイヤ
2 :タイヤ回転機
3 :センサユニット
4 :ユニット駆動装置
5 :エンコーダ
6 :画像処理装置
10:投光装置
11,12,13:ライン光源
20:カメラ
21:撮像素子
22:カメラレンズ
Ls1,Ls2,Ls3:光切断線
W: Shape measuring device 1: Tire 2: Tire rotating machine 3: Sensor unit 4: Unit drive device 5: Encoder 6: Image processing device 10: Projection device 11, 12, 13: Line light source 20: Camera 21: Image sensor 22: Camera lens Ls1, Ls2, Ls3: Optical cutting line
Claims (8)
前記撮像素子からその撮像画像における水平1ライン分の画素群がさらに複数に区分された画素群からなる画素ブロックごとにその輝度情報を並行して入力し,入力した前記画素ブロックの輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,所定周波数のクロック信号に同期して実行する情報入力手段と,
前記情報入力手段の後段側に複数段に連ねて設けられ,それぞれ1つ前段において記録された全ての輝度情報を2個ごとに比較して輝度が高い方の輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,前記クロック信号に同期して実行する複数の第1の輝度比較手段と,
前記画素ブロックの輝度情報のうち輝度が最高の情報を所定の記憶手段に記録する最終段の前記第1の輝度比較手段により記録された輝度情報と前回記録した処理結果である輝度情報とを比較して輝度が高い方の輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,前記クロック信号に同期して実行する第2の輝度比較手段と,
前記第2の輝度比較手段において前記撮像画像における水平1ライン分の画素群それぞれの中で輝度が最高の画素の輝度情報が記録されたタイミングを表す水平同期信号を生成する水平同期信号生成手段と,
前記第2の輝度比較手段により記録された輝度情報及びその画素の座標情報を,所定の光切断線情報記憶手段に対し前記水平同期信号に同期して順次追記的に書き込む情報記録手段と,
前記第2の輝度比較手段により記録された輝度情報を前記水平同期信号に同期して初期化する輝度初期化手段と,
を具備してなることを特徴とする光切断線抽出装置。 Input brightness information of each pixel in the captured image from an image sensor that captures a two-dimensional image including an image of a light section line formed on the surface of the object to be moved relatively, and based on the input brightness information A light cutting line extraction device for extracting an image of the light cutting line,
Luminance information is input in parallel for each pixel block consisting of a pixel group obtained by further dividing a pixel group corresponding to one horizontal line in the captured image from the image sensor, and the input luminance information of the pixel block and its Information input means for executing processing for recording pixel coordinate information in a predetermined storage means in synchronization with a clock signal having a predetermined frequency;
The information input means is provided in a plurality of stages on the rear side of the information input means, and the brightness information of the higher brightness and the coordinate information of the pixel are compared by comparing every two pieces of brightness information recorded in the previous stage. A plurality of first luminance comparison means for executing processing for recording in a predetermined storage means in synchronization with the clock signal;
Comparing the luminance information recorded by the first luminance comparison means at the last stage for recording the highest luminance information among the luminance information of the pixel block in the predetermined storage means and the luminance information as the processing result recorded last time A second luminance comparing means for executing processing for recording the luminance information of the higher luminance and the coordinate information of the pixel in a predetermined storage means in synchronization with the clock signal;
A horizontal sync signal generating means for generating a horizontal sync signal representing the timing at which the brightness information of the pixel having the highest brightness is recorded in each pixel group for one horizontal line in the captured image in the second brightness comparing means; ,
Information recording means for sequentially writing the luminance information recorded by the second luminance comparing means and the coordinate information of the pixel in a predetermined optical section line information storage means in synchronization with the horizontal synchronization signal;
Brightness initialization means for initializing the brightness information recorded by the second brightness comparison means in synchronization with the horizontal synchronization signal;
An optical section line extraction device comprising:
所定の情報入力回路により,前記撮像素子からその撮像画像における水平1ライン分の画素群がさらに複数に区分された画素群からなる画素ブロックごとにその輝度情報を並行して入力し,入力した前記画素ブロックの輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,所定周波数のクロック信号に同期して実行する輝度情報入力手順と,
前記情報入力回路の後段側に複数段に連ねて設けられた第1の比較回路それぞれにより,1つ前段の回路により記録された全ての輝度情報を2個ごとに比較して輝度が高い方の輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,前記クロック信号に同期して実行する第1の輝度比較手順と,
前記画素ブロックの輝度情報のうち輝度が最高の情報を記録する最終段の前記第1の輝度比較回路の後段側に設けられた第2の輝度比較回路により,最終段の前記第1の輝度比較回路により記録された輝度情報と当該第2の輝度比較回路により前回記録した処理結果である輝度情報とを比較して輝度が高い方の輝度情報及びその画素の座標情報を所定の記憶手段に記録する処理を,前記クロック信号に同期して実行する第2の輝度比較手順と,
所定の信号生成回路により,前記第2の輝度比較回路において前記撮像画像における水平1ライン分の画素群それぞれの中で輝度が最高の画素の輝度情報が記録されたタイミングを表す水平同期信号を生成する水平同期信号生成手順と,
所定の情報記録回路により,前記第2の輝度比較回路により記録された輝度情報及びその画素の座標情報を,所定の光切断線情報記憶手段に対し前記水平同期信号に同期して順次追記的に書き込む情報記録手順と,
所定の輝度初期化回路により,前記第2の輝度比較回路により記録された輝度情報を前記水平同期信号に同期して初期化する輝度初期化手順と,
を実行してなることを特徴とする光切断線抽出方法。 Input brightness information of each pixel in the captured image from an image sensor that captures a two-dimensional image including an image of a light section line formed on the surface of the object to be moved relatively, and based on the input brightness information An optical cutting line extraction method for executing processing for extracting an image of the optical cutting line,
The predetermined information input circuit inputs the luminance information in parallel for each pixel block composed of pixel groups obtained by further dividing a pixel group for one horizontal line in the captured image from the image sensor into the captured image. A luminance information input procedure for executing processing for recording the luminance information of the pixel block and the coordinate information of the pixel in a predetermined storage means in synchronization with a clock signal of a predetermined frequency;
Each of the first comparison circuits arranged in a plurality of stages on the rear side of the information input circuit compares all the luminance information recorded by the previous circuit every two, and the higher the luminance is. A first luminance comparison procedure for executing processing for recording luminance information and coordinate information of the pixel in a predetermined storage means in synchronization with the clock signal;
The first luminance comparison in the final stage is performed by the second luminance comparison circuit provided on the rear stage side of the first luminance comparison circuit in the final stage for recording the highest luminance information among the luminance information of the pixel block. The luminance information recorded by the circuit is compared with the luminance information which is the processing result previously recorded by the second luminance comparison circuit, and the luminance information having the higher luminance and the coordinate information of the pixel are recorded in a predetermined storage means. A second luminance comparison procedure for performing processing to be performed in synchronization with the clock signal;
A predetermined signal generation circuit generates a horizontal synchronization signal indicating the timing at which the luminance information of the pixel having the highest luminance is recorded in each pixel group for one horizontal line in the captured image in the second luminance comparison circuit. Horizontal sync signal generation procedure to
The luminance information recorded by the second luminance comparison circuit and the coordinate information of the pixel are sequentially added to a predetermined light section line information storage means in synchronization with the horizontal synchronizing signal by a predetermined information recording circuit. Information recording procedure to write,
A luminance initialization procedure for initializing the luminance information recorded by the second luminance comparison circuit in synchronization with the horizontal synchronization signal by a predetermined luminance initialization circuit;
An optical section line extraction method comprising:
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