JP2009229439A - ３次元形状測定システム、及び、３次元形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動している被計測体の３次元形状を一方向からのみの撮影によって計測することができる３次元形状測定システム、及び、３次元形状測定方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係る３次元形状測定システムは、回転するタイヤの回転中心軸Ｃと直交する直交方向Ｕからタイヤの動画を撮影する１台のビデオカメラと、ビデオカメラから撮影データを受信して演算処理するデータ処理装置と、を備えている。このデータ処理装置は、タイヤ表面の複数部位について、ビデオカメラのレンズの主点Ｍ回りに観測される角速度Ｏｂｓｅｒｖｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙと、回転中心軸Ｃ回りの角速度Ｒｏｔａｔｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙとを用いて、撮影画面上で動画の速度解析を行うことによりタイヤ表面の複数部位の回転半径をそれぞれ求め、この回転半径を用いて複数部位の３次元座標を求める。
【選択図】図５

Description

本発明は、移動している被計測体の３次元形状を測定する３次元形状測定システム、及び、３次元形状測定方法に関し、更に詳細には、特にタイヤの外形形状を測定するのに最適な３次元形状測定システム、及び、３次元形状測定方法に関する。

タイヤ等の３次元形状を測定することが行われてきている。例えば特許文献１では、転動するタイヤの各部位の変形を計測することが開示されている。また、（株）トプコンハウスからは、３次元画像を形成するソフトウェアとして商品名「ＱＭ−３０００」が発売されている。
特開２００７−０８５８３６号公報

ところで、タイヤなどの物体の３次元形状を測定するには、二方向からの撮影が必要である。このため、溝の方向が大きく異なるタイヤの周方向溝と幅方向溝とを同時に測定することはできない。

本発明は、上記事実を考慮して、移動している被計測体の３次元形状を一方向からのみの撮影によって計測することができる３次元形状測定システム、及び、３次元形状測定方法を提供することを課題とする。

従来のＣＴＷＩＳＴでは計測にかかる時間が長く、また、三角測量ではタイヤの溝底などの計測が困難である。そこで、本発明者は、高速ビデオカメラの撮影画像を利用して３次元形状を計測することができないか鋭意検討した。そして、このビデオカメラを被計測体に接近させ、ビデオカメラと被計測体の各測定部位との距離が近いほどビデオカメラのから観察されるビデオカメラ回りの角速度が速くなることに着目した。そして更に検討を重ね、本発明を完成するに至った。

請求項１に記載の発明は、移動する被計測体の３次元形状を計測するシステムであって、画角２３度以下の撮影用レンズを有して前記被計測体の動画を撮影する１台の撮影装置と、前記撮影装置から撮影データを受信して演算処理するデータ処理手段と、を備え、前記データ処理手段は、撮影画面上で前記動画の速度解析を行って前記被計測体の表面の複数部位の３次元座標を求める演算処理機能を有することを特徴とする。

撮影装置から被計測体の回転中心までの距離は、予め計測しておいて一定としてもよいし、自動的に計測するシステムとしてもよい。

請求項１に記載の発明では、１台の撮影装置で、移動する被計測体の３次元形状を一方向からのみの撮影によって求めることができる。これにより、上記複数部位を同時に撮影した撮影データに基づいて動画の速度解析を行って、この複数部位の３次元座標を求める３次元形状測定システムとすることが可能になる。また、二方向から撮影した画像の対応部位をリブやブロック毎に手操作で指定するという従来での煩わしさをなくすことができる。その上、撮影装置の設置数を従来に比べて半減させることができ、システムの簡素化、コストの低減化を図ることができる。
更に、請求項１に記載の発明では、この１台の撮影装置が画角２３度以下の撮影用レンズを有している。画角２３度以下とした理由を以下に説明する。
被計測体として、溝幅５ｍｍで溝深さ１０ｍｍのタイヤを撮影する場合、溝底撮影をする上で、画角の好ましい上限角度は、２×ａｔａｎ（０．５×５ｍｍ／１０ｍｍ）を計算することにより２８．１度となる。同様に、撮影素子１７ｍｍ角に合わせて焦点距離６０ｍｍのレンズを選択した場合、画角の好ましい上限角度は、２×ａｔａｎ（０．５×１７ｍｍ×√２／６０ｍｍ）を計算することにより２２．７度となる。一般的な標準レンズのＡｉＡＦ Ｎｉｋｋｏｒ ５０ｍｍＦ１．４Ｄでは画角４６度で、その１／２以下とした場合にも画角２３度以下となる。従って、画角２３度以下の撮影用レンズを有することにより、汎用のレンズを用いて奥行き方向の分解能を充分に確保した３次元形状測定システムとすることができる。撮影用レンズの画角が２３度よりも大きいと分解能を充分に確保し難くい。

請求項２に記載の発明は、前記演算処理機能が、前記速度解析を行うことにより前記複数部位の移動速度をそれぞれ求め、該移動速度を用いて前記撮影装置から前記複数部位までの距離をそれぞれ求めて前記複数部位の３次元座標を求める機能であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、１台の撮影装置で被計測体の表面の複数部位の速度解析を行って該複数部位の移動速度をそれぞれ求める。例えば、図１８に示すように、撮影用レンズの焦点距離Ｆであり撮影用レンズから被計測体までのレンズ光軸方向の距離がＤであり、被計測体がベルトコンベアなどに搬送されていて撮影用レンズから見て角速度αで移動している場合には、以下のようにして行う。

被計測体の実際の移動速度Ｖｏと、撮影装置の撮影画面上での被計測体像の移動速度Ｖｉとには以下の関係式が成立する。

これをＤについて整理すると以下の式となる。

よって、撮影画面上の像の移動速度に基づいて撮影用レンズから被計測体までの距離を容易に求めることができる。

請求項３に記載の発明は、前記被計測体の前記移動が回転移動であって、前記演算処理機能が、前記速度解析を行うことにより前記複数部位の回転半径をそれぞれ求め、該回転半径を用いて前記複数部位の３次元座標を求める機能であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、上記複数部位の回転半径が均一でなくても、この複数部位を一方向から同時に撮影した撮影データに基づいてこの複数部位の回転半径を算出して３次元座標を求める３次元形状測定システムとすることが可能になる。また、二方向から撮影した画像の対応部位をリブやブロック毎に手操作で指定するという従来装置での煩わしさをなくすことができる。その上、撮影装置の設置数を従来に比べて半減させることができ、システムの簡素化、コストの低減化を図ることができる。

請求項４に記載の発明は、前記速度解析として前記複数部位の角速度の速度解析を行うことを特徴とする。
撮影装置は動画撮影可能なので、データ処理手段がこのような速度解析を高精度で容易に行うことができる。

請求項５に記載の発明は、移動する被計測体の３次元形状を計測する方法であって、画角２３度以下の撮影用レンズを有する１台の撮影装置で前記被計測体の動画を撮影し、撮影画面上で前記動画の速度解析を行って前記被計測体の表面の複数部位の３次元座標を求めることを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、請求項１に記載の発明と同様、１台の撮影装置で、移動する被計測体の３次元形状を一方向からのみの撮影によって求めることができる。これにより、上記複数部位を同時に撮影した撮影データに基づいて動画の速度解析を行って、この複数部位の３次元座標を求めることが可能になる。また、二方向から撮影した画像の対応部位をリブやブロック毎に手操作で指定するという従来での煩わしさをなくすことができ、データ処理にかかる時間を大幅に短縮することができる。
更に、請求項５に記載の発明では、この１台の撮影装置として、画角２３度以下の撮影用レンズを有する撮影装置を用いている。これにより、汎用のレンズを用いて奥行き方向の分解能を充分に確保することができる。

請求項６に記載の発明は、前記撮影装置の撮影画面上における前記複数部位の速度差の最大を５％以上にして撮影することを特徴とする。
これにより、充分な分解能で上記複数部位の回転半径を算出することができる。

請求項７に記載の発明は、前記速度解析を行うことにより前記複数部位の移動速度をそれぞれ求め、該移動速度を用いて前記撮影装置から前記複数部位までの距離をそれぞれ求めて前記複数部位の３次元座標を求めることを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、１台の撮影装置で被計測体の表面の複数部位の速度解析を行って該複数部位の移動速度をそれぞれ求める。

請求項８に記載の発明は、前記被計測体の前記移動が回転移動であって、前記速度解析を行うことにより前記複数部位の回転半径をそれぞれ求め、該回転半径を用いて前記複数部位の３次元座標を求めることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、１台の撮影装置で、回転する被計測体の３次元形状を一方向からのみの撮影によって求めることができる。従って、上記複数部位の回転半径が均一でなくても、この複数部位を同時に撮影した撮影データに基づいてこの複数部位の回転半径を算出して３次元座標を求めることが可能になる。また、二方向から撮影した画像の対応部位をリブやブロック毎に手操作で指定するという従来方法での煩わしさをなくすことができ、データ処理にかかる時間を大幅に短縮することができる。

請求項９に記載の発明は、前記速度解析として前記複数部位の角速度の速度解析を行うことを特徴とする。
上述したように、撮影装置が動画撮影可能なので、このような速度解析を高精度で容易に行うことが可能である。

請求項１０に記載の発明は、前記撮影装置の位置及び前記回転中心軸の位置を固定することにより、前記撮影用レンズの主点と前記回転中心軸との距離を一定にして撮影することを特徴とする
これにより、データ処理が更に容易になる。

請求項１１に記載の発明は、前記被計測体としてタイヤの踏面を計測することを特徴とする。
これにより、タイヤの踏面の３次元形状を求めて摩耗状態を短時間で調べることができる

請求項１２に記載の発明は、前記撮影装置の撮影方向を前記回転中心軸に直交する方向に設定して撮影することを特徴とする。
これにより、上記複数部位の回転半径を単純な計算で算出することができる。

請求項１３に記載の発明は、移動する被計測体の３次元形状を計測する方法であって、１台の撮影装置で、連続する他の撮影画面と重複して撮影する部分が１／２以上であるように前記被計測体を撮影し、連続する撮影画像の類似性に基づいて各撮影画像の対応部位を特定して、前記被計測体の表面の複数部位の３次元座標を求めることを特徴とする。
これにより、タイヤ全周にわたって踏面の撮影画像を確実に得ることができる。

請求項１４に記載の発明は、前記被計測体としてタイヤを撮影するとともに、１枚の撮影画面ではタイヤの１／３周分以下の範囲で撮影することを特徴とする。
これにより、タイヤの撮影画像の上下端で傾斜角度が付き過ぎることを防止できる。

請求項１５に記載の発明は、１枚の撮影画面で、連続する他の撮影画面と重複して撮影する部分を２／３以上とすることにより３枚以上の重複する撮影画像を取得し、各撮影画像の類似性に基づいて各撮影画像の対応部位を特定することを特徴とする。
これにより、一の撮影画像とそのタイヤ周方向前後の撮影画像とに基づく三者の画像の比較を確実に行うことが可能になる。

請求項１６に記載の発明は、トレッド部とは異なる色の塗料で、前記踏面に対する面積比が５０％未満で前記踏面に斑点を形成しておくことを特徴とする。
このような斑点を踏面に形成しておくことにより、画像の照合精度を向上させることができる。

本発明によれば、移動している被計測体の３次元形状を一方向からのみの撮影によって計測することができる３次元形状測定システム、及び、３次元形状測定方法を実現させることができる。

以下、被計測体が転動しているタイヤである例を実施形態として挙げ、本発明の実施の形態について説明する。なお、第２実施形態以下では、既に説明した構成要素と同様のものには同じ符号を付して、その説明を省略する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る３次元形状測定システム１０には、１台のビデオカメラ１２と、このビデオカメラ１２から撮影データを受信して演算処理するデータ処理装置１４と、が設けられている。ビデオカメラ１２は、被計測体（例えばタイヤＴ）を回転させる回転装置（図示せず）の回転軸に撮影方向（光軸方向）Ｕが向くように、すなわち回転するタイヤの回転中心軸Ｃと直交する方向に撮影方向（光軸方向）Ｕが向くように、配置されている。本実施形態では、ビデオカメラ１２と被計測体との距離である撮影距離Ｄを比較的小さくすることにより、ビデオカメラ１２を被計測体に近接させている。

図２では、ビデオカメラ１２に設けられた撮影用のレンズ１８の主点Ｍから近い距離ＤＮに位置している物体の移動速度を白太矢印ＶＮで示し、この物体の撮影画面上での移動速度を白太矢印ＳＮで示している。また、主点Ｍから遠い距離ＤＦに位置している物体の移動速度を黒太矢印ＶＦで示し、この物体の撮影画面上での移動速度を黒太矢印ＳＦで示している。図２から判るように、レンズ１８の光軸方向（すなわちビデオカメラ１２の光軸方向）に対して直交する方向に一定速度で移動する物体の撮影画面Ｇでの移動速度は、レンズ１８の主点（正確には対物側の主点）Ｍからの距離ＤＮ、ＤＦに反比例する。なお、撮影画面Ｇとレンズ１８との距離はレンズ１８の焦点距離にされている。

本実施形態では、この原理を利用してタイヤの３次元形状を測定する。図３では、被計測体（例えばタイヤＴ）の回転中心軸Ｃから近い距離ＥＮに位置している回転体表面の測定対象部位Ｐ１の角速度をω１で示し、この部位の移動速度をｖ１で示している。また、回転中心軸Ｃから遠い距離ＥＦに位置している回転体表面の測定対象部位Ｐ２の角速度をω２で示し、この部位の移動速度をｖ２で示している。なお、ω１とω２とは同一の値となる。

回転中心軸Ｃから測定対象部位Ｐ１までの距離ＥＮは、ｖ１／ｓｉｎω１ によって求められる。回転中心軸Ｃから測定対象部位Ｐ２までの距離ＥＦも同様にしてｖ２／ｓｉｎω２（すなわちｖ２／ｓｉｎω１）で求められる。ここで、回転角度が小さい場合には、ｓｉｎω１をω１に近似することができる。従って、回転中心軸Ｃから測定対象部位Ｐ１までの距離ＥＮをｖ１／ω１として近似することができる。回転中心軸Ｃから測定対象部位Ｐ２までの距離ＥＦも同様にｖ２／ω２に近似することができる。

以下、被計測体としてタイヤを用い、測定対象部位として、図４に示すように、幅方向溝２４の溝底２４Ｂの部位（図４のＰｏｉｎｔ＃０７）と、ブロック２６の表面２６Ｓの部位（図４のＰｏｉｎｔ＃２３）とを選定した例で説明する。何れの測定対象部位（Ｐｏｉｎｔ＃０７、＃２３）も同一の角速度で回転する。このように選定すると、レンズ１８の主点Ｍから近い位置でのタイヤ表面部位がＰｏｉｎｔ＃０７、レンズ１８の主点Ｍから近い位置でのタイヤ表面部位がＰｏｉｎｔ＃２３に相当する。

（測定対象部位の回転半径の算出）
本実施形態では、レンズ１８の主点Ｍ、及び、タイヤ（被計測体）Ｔの回転中心軸Ｃは移動しない。従って、図５に示すように、主点Ｍと回転中心軸Ｃとの距離ｓｔａｎｄｏｆｆは一定である。

以下、回転角度が小さい場合での近似計算を説明する。図５に示すように、Ｐｏｉｎｔ＃０７が角速度Ｒｏｔａｔｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙで回転し、主点ＭからはＰｏｉｎｔ＃０７が角速度Ｏｂｓｅｒｖｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙで回転するように観測されているとする。この場合、主点Ｍと回転中心軸Ｃとを結ぶ撮影方向（光軸方向）Ｕに直交する直交方向Ｗへの移動速度に関し、以下の式が成立する。なお、撮影方向Ｕ、直交方向Ｗは、互いに直交している限り、どの方向であっても以下の式が成立するが、以下、説明の便宜上、撮影方向Ｕが水平方向、直交方向Ｗが上下方向であるとして説明する。

これを変形すると以下の式となる。

回転角度が小さい範囲では、以下の近似式を導くことができる。

このようにしてＰｏｉｎｔ＃０７の回転半径Ｒがデータ処理装置１４で算出される。Ｐｏｉｎｔ＃２３の回転半径も同様にしてデータ処理装置１４で算出される。

（測定対象部位の３次元座標の算出）
図６に示すように、レンズ１８の主点ＭとタイヤＴの回転中心軸Ｃとを結ぶ直線ＭＣに直交しかつ測定対象部位Ｐを通過する平面（後述のＸ−Ｙ平面）において、水平方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向とする。そして、直線ＭＣとＸ−Ｙ平面との交点を原点Ｊ（図１２参照）と考えると、測定対象部位ＰのＹ座標には以下の式が成立する。

ここで、Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ（仰角）は、主点Ｍと原点Ｊとを結ぶ直線と、主点Ｍと点（０、測定対象部位ＰのＹ座標）とを結ぶ直線とがなす角度を示す。なお、点（０、測定対象部位ＰのＹ座標）はＹ軸上に位置する。Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ（仰角）は撮影データから簡単に求められる。
上式を変形すると以下の式が得られる。

更に変形して以下の式が得られる。

よって以下の式が導き出され、Ｘ座標、Ｙ座標がそれぞれ求められる。

ここでＡｚｉｍｕｔｈ（方位角）は、主点Ｍと原点Ｊとを結ぶ直線と、主点Ｍと点（測定対象部位ＰのＸ座標、０）とを結ぶ直線とがなす角度を示す。なお、点（測定対象部位ＰのＸ座標、０）はＸ軸上に位置する。Ａｚｉｍｕｔｈ（方位角）は撮影データから簡単に求められる。

回転半径Ｒ、Ｘ座標、Ｙ座標がこのようにして求められることにより、Ｐｏｉｎｔ＃０７、＃２３の３次元座標が求められる。

以上の説明では、測定対象部位として、回転半径が互いに異なる（すなわちタイヤの回転中心軸からの距離が互いに異なる）Ｐｏｉｎｔ＃０７、＃２３を同時に撮影して３次元座標を算出することを説明したが、この測定対象部位が多数であっても、同様の原理で同時に求めることができる。従って、１台のビデオカメラ１２で、転動しているタイヤＴの３次元形状を一方向からのみ撮影した動画から求めることができる。

よって、周方向溝と幅方向溝とで溝深さが基本的に異なっていても、溝底表面の３次元形状を同時に計測することが可能になる。また、二方向から撮影した画像の対応部位をリブやブロック毎に手操作で指定するという煩わしさをなくすことができる。その上、ビデオカメラの設置数を従来に比べて半減させることができ、システムの簡素化、コストの低減化を図ることができる。

＜実施例１＞
本実施例は第１実施形態の実施例である。
本発明者は、タイヤＴの溝底表面、ブロック表面などの３２箇所について、上記のようにして計測を行って３次元座標を求めた。

本実施例では、タイヤＴの半径を約３０ｃｍ、レンズ１８の主点Ｍからタイヤ表面までの距離、すなわち「ｓｔａｎｄｏｆｆ−Ｒ」を約２５ｃｍ、タイヤＴの回転数を約２２０ｒｐｍとした。タイヤＴを回転させる回転装置としてはダイナミックバランサーを用いた。また、３次元座標を求めるためのタイヤ回転を行う前に、タイヤ表面に予め霧吹きで水性白絵具を塗布して測定対象部位を判別し易くした。また、撮影速度を３０００コマ／秒、露光時間を１／５００００秒とした。

図７は、図１のように配置されたビデオカメラ１２でタイヤ表面を撮影して得られた画像を示す模式的な部分拡大正面図である。図７に示すように、タイヤＴのトレッド部２０には周方向溝２２と幅方向溝２４とが形成され、複数のブロック２６が形成されている。Ｐｏｉｎｔ＃０１、＃１７はブロック２６の表面の測定対象部位、Ｐｏｉｎｔ＃０２〜＃０４、Ｐｏｉｎｔ＃１８〜＃２０は周方向溝２２の溝底表面の測定対象部位、Ｐｏｉｎｔ＃０５〜＃１６は幅方向溝２４の溝底表面の測定対象部位、Ｐｏｉｎｔ＃２１〜＃３２はブロック２６の表面の測定対象部位、をそれぞれ示す。

本発明者は、タイヤＴを回転させてビデオカメラ１２で撮影し、イメージシステム社ＴＥＭＡのＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（相関）の条件で、円形１６画素の模様が類似している箇所を、上下方向５１２画素、幅方向４０画素の範囲で自動追尾させた（図８参照）。例として、Ｐｏｉｎｔ＃０７、＃２３について追尾結果を図９に示す。

Ｐｏｉｎｔ＃０１〜＃３２についての追尾結果により、図１０に示すように、Ｐｏｉｎｔ＃０１〜＃３２の画像上での移動速度が得られる。幅方向溝２４の溝底表面であるＰｏｉｎｔ＃０７に比べ、ブロック２６の表面部位であるＰｏｉｎｔ＃２３のほうが回転中心軸Ｃから離れているため、すなわち回転半径Ｒが大きいため、高速になっていることが判る。しかも、Ｐｏｉｎｔ＃０７に比べ、Ｐｏｉｎｔ＃２３のほうがレンズ１８の主点Ｍに近いため、画像上では更に高速となっている。この結果、Ｐｏｉｎｔ＃０７とＰｏｉｎｔ＃２３とでは充分な速度差があり、奥行き方向（すなわちタイヤの溝深さ方向）の分解能が確保されている。

数５、数９、数１０を用い、Ｐｏｉｎｔ＃０１〜＃３２の回転半径、Ｘ座標、Ｙ座標をそれぞれ求めると、図１１、図１２が得られる。

車両に装着されているタイヤの形状を測定する際、従来のＣＴＷＩＳＴで３次元形状摩耗形状計測を行うのに１本あたり１０分間以上かかっていたが、このようにしてタイヤの３次元状を測定することにより、計測に必要な時間を大幅に短縮することができる。
また、本実施例ではダイナミックバランサーを用いてタイヤＴを回転させたが、例えば、幅３００ｍｍのタイヤを計測する場合、回転数２００ｒｐｍ、３６０コマ／ｒｅｖで送り１０ｍｍ／ｒｅｖの条件で計測すると、９秒間で計測を終了することができる。

また、このように計測に必要な時間を大幅に短縮することができることは、客先などで測定する際、計測のために車両を停車させる時間を大幅に低減させる効果をもたらす。また、客先などで測定する際に、車両をジャッキ等で上げてタイヤを回転させることにより、タイヤの３次元形状を短時間で測定することができる。

なお、本実施形態では、測定対象部位の速度差（例えばブロック表面と溝底表面との速度差）が５％以上となるように、ビデオカメラ１２とタイヤＴとの距離をデータ処理装置１４がコントロールする形態にしてもよい。これにより、３次元形状を測定するタイヤの摩耗度合いやタイヤ半径ｒ（図１参照）が様々であっても、確実に所定の高精度で測定することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、図１３に示すように、第１実施形態に比べ、ビデオカメラ２０に代えてデジタルカメラ（デジタル一眼レフ）２７を用いる。このデジタルカメラ２７には画角２６．５度の撮影用レンズが取付けられている。
本実施形態では、タイヤＴの踏面１６から１ｍ前後離れた位置にデジタルカメラ２７を設置し、デジタルカメラ２７を移動させずにタイヤＴを回転させ、タイヤＴの踏面１６を正面側からデジタルカメラ２７で撮影する。その際、タイヤＴが１／１６周分を回転する毎に踏面を撮影する。１枚の撮影画面（撮影画像）では、３／１６周分の踏面部分を撮影するように、デジタルカメラ２７のレンズ角などを考慮してデジタルカメラ２７のタイヤＴからの距離を設定する。なお、撮影画面内での速度差が１％以下となるように配慮する。

このような設定により、各撮影画面において、撮影前後の撮影画面、すなわち連続する撮影画面で、重複して撮影する部分が２／３となる。すなわち、図１３に示すように、デジタルカメラ２７による一の撮影画面の撮影領域Ｑ１の２／３は、その直前に撮影した撮影画面の撮影領域Ｑ２と重複する。また、デジタルカメラ２７による一の撮影画面の撮影領域Ｑ１の２／３は、その直後に撮影した撮影画面の撮影領域Ｑ３と重複する。

従って、図１４に示すように、一の撮影画面のタイヤ周方向の中央部分（以下、正面像という）２６は、形状や色などにおいて、直前に撮影した撮影画面のタイヤ周方向の上側部分（以下、上側像という）２８とほぼ一致し、類似性が高い。また、一の撮影画面の正面像２６は、形状や色などにおいて、直後に撮影した撮影画面のタイヤ周方向の下側部分（以下、下側像という）３０とほとんど一致し、類似性が高い。

本実施形態では、正面像２６に基づいて、上側像２８と下側像３０との高さ位置（タイヤ周方向位置）の一致点をデータ処理装置などを用いて探索する。すなわち、正面像２６の所定の高さ位置２６Ｈに対応する上側像２８の高さ位置２８Ｈ及び下側像３０の高さ位置３０Ｈを探索する。

正面像２６と上側像２８との撮影角度差θ１、及び、正面像２６と下側像３０との撮影角度差θ１は、上側像２８と下側像３０との撮影角度差θ２に比べて半減している。このように撮影角度差を小さくすることにより、踏面１６の模様の見え方の違い（像の差異）が小さくなる。その上、上下画像で模様が同時にほとんど一致する。従って、データ処理装置などにおいて、対応する画像の検出力を強化させることができる。また、奥行き方向の分解能を高めるためにデジタルカメラ２７を踏面１６に近づけて設置しても、撮影角度差の増大を抑えることができる。

また、本実施形態では、一の撮影画面で、タイヤ周方向前後の撮影画面と重複する撮影領域を２／３としており、かつ、３枚の重複撮影画像の類似性に基づいて対応する部位を特定している。従って、正面撮影画像とそのタイヤ周方向前後の撮影画像とに基づく三者の画像の比較を確実に行うことができる。

また、本実施形態では、１枚の撮影画面では、タイヤの３／１６周分、すなわち１／３周分以下の範囲の踏面部分を撮影している。これにより、撮影画像の上下端で傾斜角度が付き過ぎることを防止できている。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、第２実施形態に比べ、撮影角度差が異なる。図１５に示すように、本実施形態では、タイヤＴが１／８周分を回転する毎に踏面を撮影する。１枚の撮影画面（撮影画像）では、１／４周分の踏面部分を撮影するように、デジタルカメラ２７のレンズ角などを考慮してデジタルカメラ２７のタイヤＴからの距離を設定する。

このような設定により、タイヤＴが１／８周分を回転すると、タイヤＴを回転させずに一台のデジタルカメラ２７をタイヤＴの回転方向Ｎと逆方向に１／８周だけ移動させた場合（図１５の二点鎖線を参照）と同様の撮影画像が得られる。そして、各撮影画面において、撮影前後の撮影画面と重複して撮影する部分が１／２となり、タイヤ全周にわたって３次元形状を二方向から測定したのと同じ撮影画像が得られる。従って、第２実施形態よりも撮影角度差を大きくした撮影を行っても、タイヤ全周にわたって踏面の撮影画像を確実に得ることができる。

＜実施例２＞
本実施例は第３実施形態の実施例である。
本発明者は、上述したソフトウェア（商品名「ＱＭ−３０００」）と、ＡｉＡＦ Ｎｉｋｋｏｒ ６０ｍｍ Ｆ２．８Ｄとを組み合わせて使用した。その際、図１６に示すように、計測対象である空気入りタイヤの踏面には、１／８周分毎に円形のマークを形成した。１／８周分毎にマークを形成する際には、タイヤ幅方向位置をずらした３箇所に形成した。なお、図１６では、円形のマークを形成した位置を「＋」で示している。

測定する際、デジタルカメラ２７を三脚に固定し、タイヤを回転させた撮影画像の重複部分を擬似的なステレオ画像として取り扱った。
測定後、ディスプレイに表示された画面を図１７に示す。図１７からわかるように、本実施例では各マークの位置が正しく計測された。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、撮影前に、トレッド部とは異なる色の塗料で、踏面に対する面積比が５０％未満で踏面に斑点を形成する。
このような斑点を踏面に形成しておくことにより、画像の照合精度を向上させることができる。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。

第１実施形態に係る３次元形状測定システムの構成を示す模式的な側面図である。 第１実施形態で、撮影画像上での移動速度は、レンズの主点から被計測体までの距離に反比例することを説明する模式図である。 第１実施形態で、撮影画像上での移動速度は、レンズの主点からタイヤ表面までの距離に反比例することを説明する模式図である。 図４（Ａ）及び（Ｂ）は、何れも、第１実施形態で、タイヤ表面の測定対象部位としてラグ溝の溝底の部位とブロックの表面の部位とを選定したことを説明する説明図であり、（Ａ）から所定時間後に（Ｂ）の状態に各部位が移動したことを示す。 第１実施形態で、測定対象部位の回転半径を算出することを説明する説明図である。 第１実施形態で、回転半径に基づいて測定対象部位の３次元座標を算出することを説明する説明図である。 実施例１で、タイヤ表面で座標を求める３２箇所の測定対象部位の位置を示す模式的な部分拡大正面図である。 実施例１で、図７に示した３２箇所の測定対象部位をディスプレイ上で追尾することを説明する説明図である。 実施例１で、図７に示した３２箇所の測定対象部位をディスプレイ上で追尾した結果を示すグラフ図である。 実施例１で、図７に示した３２箇所の測定対象部位の画像上での移動速度を示すグラフ図である。 実施例１で、図７に示した３２箇所の測定対象部位の回転半径を示すグラフ図である。 実施例１で、図７に示した３２箇所の測定対象部位のＸ座標及びＹ座標を示すグラフ図である。 第２実施形態で、タイヤの踏面の３次元形状を計測することを示す模式的な側面図である。 第２実施形態で、撮影画面の高さ位置を探索することを説明する説明図である。 第３実施形態で、タイヤの踏面の３次元形状を計測することを示す模式的な側面図である。 第３実施形態で、タイヤの踏面にマーカを形成したことを示す説明図である。 第３実施形態で、ディスプレイに表示された計測結果を説明する説明図である。 被計測体の移動速度と、撮影画像上での像の移動速度との関係を説明する説明図である。

符号の説明

１０ ３次元形状測定システム
１２ ビデオカメラ（撮影装置）
１４ データ処理装置（データ処理手段）
１８ レンズ
２０ ビデオカメラ
２７ デジタルカメラ
Ｔ タイヤ（被計測体、タイヤ）
Ｃ 回転中心軸
Ｒ 回転半径
Ｐ１ 測定対象部位（複数部位）
Ｐ２ 測定対象部位（複数部位）
ω１ 角速度
ω２ 角速度
Ｕ 撮影方向

Claims (16)

1. 移動する被計測体の３次元形状を計測するシステムであって、
   画角２３度以下の撮影用レンズを有して前記被計測体の動画を撮影する１台の撮影装置と、
   前記撮影装置から撮影データを受信して演算処理するデータ処理手段と、
   を備え、
   前記データ処理手段は、撮影画面上で前記動画の速度解析を行って前記被計測体の表面の複数部位の３次元座標を求める演算処理機能を有することを特徴とする３次元形状測定システム。
2. 前記演算処理機能が、前記速度解析を行うことにより前記複数部位の移動速度をそれぞれ求め、該移動速度を用いて前記撮影装置から前記複数部位までの距離をそれぞれ求めて前記複数部位の３次元座標を求める機能であることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定システム。
3. 前記被計測体の前記移動が回転移動であって、
   前記演算処理機能が、前記速度解析を行うことにより前記複数部位の回転半径をそれぞれ求め、該回転半径を用いて前記複数部位の３次元座標を求める機能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元形状測定システム。
4. 前記速度解析として前記複数部位の角速度の速度解析を行うことを特徴とする請求項３に記載の３次元形状測定システム。
5. 移動する被計測体の３次元形状を計測する方法であって、
   画角２３度以下の撮影用レンズを有する１台の撮影装置で前記被計測体の動画を撮影し、
   撮影画面上で前記動画の速度解析を行って前記被計測体の表面の複数部位の３次元座標を求めることを特徴とする３次元形状測定方法。
6. 前記撮影装置の撮影画面上における前記複数部位の速度差の最大を５％以上にして撮影することを特徴とする請求項５に記載の３次元形状測定方法。
7. 前記速度解析を行うことにより前記複数部位の移動速度をそれぞれ求め、該移動速度を用いて前記撮影装置から前記複数部位までの距離をそれぞれ求めて前記複数部位の３次元座標を求めることを特徴とする請求項５又は６に記載の３次元形状測定方法。
8. 前記被計測体の前記移動が回転移動であって、
   前記速度解析を行うことにより前記複数部位の回転半径をそれぞれ求め、該回転半径を用いて前記複数部位の３次元座標を求めることを特徴とする請求項５〜７のうちいずれか１項に記載の３次元形状測定方法。
9. 前記速度解析として前記複数部位の角速度の速度解析を行うことを特徴とする請求項８に記載の３次元形状測定方法。
10. 前記撮影装置の位置及び前記回転中心軸の位置を固定することにより、前記撮影用レンズの主点と前記回転中心軸との距離を一定にして撮影することを特徴とする請求項８又は９に記載の３次元形状測定方法。
11. 前記被計測体としてタイヤの踏面を計測することを特徴とする請求項１０に記載の３次元形状測定方法。
12. 前記撮影装置の撮影方向を前記回転中心軸に直交する方向に設定して撮影することを特徴とする請求項１１に記載の３次元形状測定方法。
13. 移動する被計測体の３次元形状を計測する方法であって、
    １台の撮影装置で、連続する他の撮影画面と重複して撮影する部分が１／２以上であるように前記被計測体を撮影し、
    連続する撮影画像の類似性に基づいて各撮影画像の対応部位を特定して、前記被計測体の表面の複数部位の３次元座標を求めることを特徴とする３次元形状測定方法。
14. 前記被計測体としてタイヤを撮影するとともに、１枚の撮影画面ではタイヤの１／３周分以下の範囲で撮影することを特徴とする請求項１３に記載の３次元形状測定方法。
15. １枚の撮影画面で、連続する他の撮影画面と重複して撮影する部分を２／３以上とすることにより３枚以上の重複する撮影画像を取得し、各撮影画像の類似性に基づいて各撮影画像の対応部位を特定することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の３次元形状測定方法。
16. トレッド部とは異なる色の塗料で、前記踏面に対する面積比が５０％未満で前記踏面に斑点を形成しておくことを特徴とする請求項１３〜１５のうちいずれか１項に記載の３次元形状測定方法。

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