JP2013151119A - トレッド長さ測定方法及びトレッド長さ測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トレッド端部の断面形状を長さ方向に沿って取得した形状波形を有する画像フレームを所定の大きさの領域に均等に分割するとともに、画像フレームにおける各領域の位置を設定し、各領域のうち形状波形を含む波形保有領域に対して、予め作成した参照パターンをマッチングさせて波形保有領域に特徴量を付与し、予め記憶した画像フレームの中央にトレッド端部が位置するときの形状波形に特徴量を付与したマスター画像を用いて波形保有領域に対して画像認識を行い、信頼度が最も高いときの特徴量の組合せに基づいてトレッド端部の位置を設定するようにした。
【選択図】図2
Description
トレッド長さの測定は、長さ方向の端部が傾斜端面となっているため、一端側の傾斜端面先端から他端側の傾斜端面先端までの長さではなく、一端側の傾斜端面先端から他端側の傾斜端面を含まない端部までの長さを測定するようにしている。
具体的には、所定長さに切断されたトレッドを搬送するコンベア上において、搬送されるトレッド表面に、トレッドの長さ方向と平行にスリット光を照射し、トレッド表面を長さ方向に沿って連続的に撮像することで、トレッド表面の外形形状を画像フレームに取得する。そして、外形形状を取得した画像フレームのうち、トレッドの一端を含む画像フレームと他端を含む画像フレームとを選択し、画像処理装置で画像処理することでそれぞれの画像フレームにおける端部の位置を特定し、各画像フレームにおける端部の位置と、画像フレーム同士の関係からトレッド長さを測定するようにしている。
本態様によれば、特徴量によって正規化された波形保有領域に対して、マスター画像の特徴量で画像認識することにより、取得した形状波形を有する画像フレームにおいて、部分的に異なる特徴量が含まれる組合せであっても、トレッド端部を示す特徴量の組合せが一致すれば、当該特徴量の組合せの位置から正確にトレッド端部に相当する画像端部を検出することができる。即ち、トレッド端部に相当する画像端部を正確に検出することで、後段の工程においてトレッド長さを算出するときに、正確なトレッド長さを算出することができる。
また、トレッド長さ測定方法の他の態様として、形状波形の最大高さを検出するステップと、形状波形における傾斜端面に相当する位置から水平方向の画素位置において、互いに所定距離離間するように設定した画素位置に対応する形状波形の高さを最大高さから減じて高さの差を算出し、トレッドを傾斜して切断した角度の正接で高さの差を除することによりトレッド端部の予測位置を算出するステップと、予測位置の中央値を演算して、当該中央値となる予測位置をトレッド端部に相当する演算端部に設定するステップとを含む態様とした。
本態様によれば、傾斜端面上の複数位置から算出した複数のトレッド端部の予測位置から、その中央値を演算してトレッド端部に相当する演算端部に設定することにより、統計的に正確なトレッド端部に相当する位置を予測できる。
また、トレッド長さ測定方法の他の態様として、演算端部の位置と画像端部の位置との差が閾値以上のときには、画像端部を画像フレームにおけるトレッド端部の位置に設定し、差が閾値よりも小さいときには演算端部を画像フレームにおけるトレッド端部の位置に設定する態様とした。
本態様によれば、画像認識による画像端部の位置の誤検出を防止することができる。即ち、演算端部の位置は、傾斜端面の位置からトレッド端部の位置を逆算したものであるので、的外れな位置となることがない。一方で、画像認識により設定された画像端部は、画像認識において誤検出する可能性が少なからず内在してしまうので、これを避けるため、演算端部の位置と画像端部の位置との差を閾値と比較することで、画像認識によるトレッド端部の誤検出を防止している。
また、トレッド長さ測定方法の他の態様として、演算端部又は画像端部から選択的に設定された長さ方向の前端側及び後端側のトレッド端部の位置に基づいてトレッド長さを算出するステップとを含む態様とした。
本態様によれば、画像フレームにおいて正確に設定された前端側及び後端側のトレッド端部の位置に基づいてトレッドの長さを算出することにより、正確にトレッド長さを算出することができる。
また、トレッド長さ測定方法の他の態様として、特徴量は、0°,45°,90°,135°のいずれかの方向を示す4種類からなる態様とした。
本態様によれば、特徴量がを0°,45°,90°,135°のいずれかの方向を示す4種類に設定することにより、画像フレームにおける波形保有領域の組合せを簡単な方向によって示すことができるので、マスター画像の特徴量により画像認識するときにマッチングし易く、かつ、トレッド端部のようにトレッド表面の傾斜角度が変化するときの特徴量の組合せを明確に特徴付けることができる。
また、トレッド測定方法の他の態様として、形状波形は、2次式で近似された近似波形である態様とした。
本態様によれば、形状波形を2次式の近似波形に変換することにより、形状波形に含まれるトレッド表面の微細な凹凸を滑らかにし、トレッド表面においてトレッド端部のように傾斜角度が変化する部分が強調されるので、形状波形の特徴を明確にすることができる。
また、上記課題を解決するためのトレッド測定装置の構成として、長さ方向の両端が傾斜端面となるように所定長さに切断されたトレッドの一面側においてトレッド表面の傾斜角度が変化する位置をトレッド端部とし、当該トレッド端部の断面形状を長手方向に取得した形状波形を有する画像フレームを所定の大きさの領域に均等に分割し、当該領域に画像フレームに対する位置を設定する分割領域位置設定手段と、領域のうち形状波形を含む波形保有領域に対して、予め作成した参照パターンをマッチングさせて当該波形保有領域に含まれる形状波形の延長する方向を特徴量として付与する特徴量算出手段と、トレッド端部が画像フレームの中央に位置するときの形状波形に特徴量を付与し、予め記憶したマスター画像を用いて波形保有領域に対して画像認識を行いトレッド端部に相当する位置を検出して画像端部に設定する端部位置設定手段とを備える構成とした。
本構成によれば、特徴量算出手段により付与された特徴量に対して、マスター画像の特徴量を画像認識させることにより、トレッド端部に相当する位置を正確、かつ、容易に検出することができる。
また、トレッド測定装置の他の構成として、形状波形の最大高さを検出し、形状波形における傾斜端面に相当する位置から水平方向の画素位置において、互いに所定距離離間するように設定した画素位置に対応する形状波形の高さで前記最大高さを減じて高さの差を算出し、トレッドを傾斜して切断した角度の正接で前記高さの差を除することによりトレッド端部の予測位置を算出し、前記予測位置の中央値を演算して、当該中央値となる予測位置を演算端部に設定する演算処理端部検出手段とを備える構成とした。
本構成によれば、傾斜端面上の複数位置から複数のトレッド端部の予測位置の中央値をトレッド端部に設定することにより、統計的に正確な位置をトレッド端部に設定することができる。
また、トレッド測定装置の他の構成として、特徴量は0°,45°,90°,135°のいずれかの方向4種類の方向を示す構成とした。
本構成によれば、特徴量を0°,45°,90°,135°のいずれかの方向を示す4種類に設定することにより、画像フレームにおける波形保有領域の組合せを簡単な方向によって示すことができるので、マスター画像の特徴量により画像認識するときにマッチングし易く、かつ、トレッド端部のようにトレッド表面の傾斜角度が変化するときの特徴量の組合せを明確に特徴付けることができる。
また、トレッド測定装置の他の構成として、形状波形を2次式の近似波形に変換する形状波形変換手段を備える構成とした。
本構成によれば、形状波形を2次式の近似波形に変換することにより、形状波形に含まれるトレッド表面の微細な凹凸を滑らかにし、トレッド端部のようにトレッド表面の傾斜角度が変化する部分を強調させることができるので、形状波形の特徴を明確にすることができる。
トレッド長さ測定装置1は、タイヤを成形するための成形ドラムにトレッド2を搬送する搬送装置8に配設される。トレッド長さ測定装置1は、トレッド表面2aにおける外形形状を取得する形状取得手段9と、形状取得手段9の撮像動作を制御する撮像制御装置20と、形状取得手段9によって取得された外形形状を画像処理する画像処理装置30とにより概略構成される。
搬送装置8は、例えば、複数のローラ11と、複数のローラ11に掛け渡される無端状のベルト12とにより構成されるベルトコンベアである。複数のローラ11のうち1つのローラはベルト12を駆動するための駆動ローラ11Aである。駆動ローラ11Aには、駆動ローラ11Aの回転速度を検出するためのエンコーダ13が取り付けられる。エンコーダ13は、駆動ローラ11Aの回転速度を検出し、検出した回転速度を回転速度信号として後述の撮像制御装置20に出力する。
本実施形態におけるトレッド2は、搬送方向下流側に位置する傾斜端面3の下流側の端部3A及び上流側の端部3Bのうち、上流側の端部3Bをトレッド2における先端側の端部3Bとし、傾斜端面4の下流側の端部4A及び上流側の端部4Bのうち、上流側の端部4Bをトレッド2における後端側の端部4Bとする。
即ち、測定するトレッド長さLは、ベルト12に載置されたときの上面側におけるトレッド表面2aの傾斜角度が変化する端部3Bから傾斜端面4を含まない端部4Bまでの距離である。
詳細には、ラインセンサは、光出力部9Aから出力されるスリット状のレーザ光の延長方向がトレッド表面2a上においてトレッド2の幅方向中心における長さ方向と平行になるように照射し、当該照射部における反射光を受光部9Bで受光することによりトレッド表面2aの外形形状を取得する。形状取得手段9は、撮像制御装置20と画像処理装置30とに接続され、撮像制御装置20から出力される撮像信号に基づいて撮像し、撮像した画像を画像処理装置30に出力する。なお、形状取得手段9は、上記ラインセンサに限らず、トレッド表面2aの外形形状を取得できるものであれば良い。例えばスリット光ではない光を照射する光照射手段と、ラインカメラとにより形状取得手段9を構成し、トレッド表面2aに光を照射し、ラインカメラの受光部の配列方向が、トレッド2の長さ方向と平行になるように配置してトレッド表面2aの外形形状を取得するようにしても良い。
なお、ここでいう外形形状とは、形状取得手段9から照射される光が照射されるトレッド表面2aの長さ方向の断面外形形状である。
以下の説明において、画像フレームfの寸法は、高さ224画素×幅480画素の大きさとして説明する。
画像処理装置30は、画像フレームfからトレッド2の端部3B;4Bの検出及びトレッド長さLの算出を処理実行するコンピュータであり、演算処理手段としてのCPU、記憶手段としてのROM,RAM及びHDD、通信手段としてのインターフェイスを含み、記憶手段に格納されたプログラムに基づいて動作する。また、画像処理装置30は、キーボードやマウス等の入力装置29やモニタ等の表示装置28が接続される。
画像処理装置30は、図2に示すように、トレッド2の外形形状を取得した画像フレームfからトレッド2の先端側の端部3B及び後端側の端部4Bを検出する端部検出部31と、端部検出部31によって検出された端部3B;4Bの画像フレームfにおける位置に基づいてトレッド長さLを算出するトレッド長さ算出手段50とにより構成される。
図4に示すように、画像認識端部検出手段35は、選択された画像フレームfを複数の領域に分割する領域分割手段41と、分割された領域に対して予め作成した後述の参照パターンPをマッチングさせて、分割された各領域において近似波形を含む波形保有領域に対して特徴量を設定する特徴量設定手段42と、波形保有領域に設定された特徴量に対して画像認識を行い画像フレームfにおけるトレッド2の端部3B;4Bの位置を設定する端部位置設定手段43とにより構成される。
図5に示すように、領域分割手段41は、所定の画素高さで最大高さHmaxを含むように画像フレームfを幅方向に切り出す画像フレーム切出し手段45と、切り出した領域の高さと同一の高さを有する所定幅のウインドウMにより画像フレーム切出し手段45によって切り出された領域を左端側から幅方向に走査し、ウインドウMにおいてトレッド2の端部3B;4Bに相当する部位がウインドウMの中心に位置する領域を設定する領域設定手段46と、領域設定手段46により設定された領域を所定の画素寸法で均一に分割する領域均一分割手段47とを備える。
なお、領域均一分割手段47では、第2領域R2を正方形の第3領域R3により均一に分割したが、正方形に限らず長方形であっても良く、第2領域R2を均等な複数の領域に分割できれば良い。
図10に示すように、近似波形が第2領域R2の領域座標A(8,1),A(8,2),A(7,2),A(7,3),A(6,4),A(6,5),A(6,6),A(6,7)A(5,7),A(5,8),A(5,9),A(5,10),A(5,11),A(5,12),A(5,13),A(5,14),A(5,15),A(5,16)で表わされる第3領域R3に含まれているとする。特徴量設定手段42では、形状波形を含む上記各領域座標Aに対して、参照パターンPをマッチングさせて、各領域座標Aに特徴量である方向θを設定する。
例えば、上記領域座標Aに対応する第3領域R3と参照パターンPとのマッチングは、画素単位で比較される。即ち、近似波形を含む第3領域R3の大きさと参照パターンPの大きさとは、それぞれ高さ3画素×幅3画素の同一の大きさであるので、画素位置において互いに対応する位置の画素の輝度を比較することでマッチングが行われる。そして、マッチングにおいて第3領域R3を構成する画素の輝度配列と参照パターンPを構成する画素の輝度配列とがすべて一致したときに一致と判定し、1つでも異なるときには不一致として判定する。なお、本例では輝度は、白黒の2階調であるので0又は1によって表わされる。
まず、識別関数の作成にあたり、トレッド2の端部3B;4Bが含まれる複数のサンプル画像フレームを用意する。
次に、複数のサンプル画像フレームに対して、各サンプル画像フレームに含まれる形状波形を最小二乗法の2次近似により近似波形に変換する。
次に、各サンプル画像フレームの近似波形から近似波形の最大高さHmaxを検出する。そして、サンプル画像フレームにおいて、検出された最大高さHmaxを中心として高さ方向に上下15画素を含む高さ30画素×幅480画素の領域を第1領域R1として切り出す。
次に、第1領域R1を高さ30画素×幅48画素のウインドウMにより10分割又は11分割する。具体的には、ウインドウMの幅方向中心が、第1領域R1に含まれる近似波形の最大高さHmaxと一致するように配置し、この位置を基準としてウインドウMが互いに隣接するように第1領域R1を分割する。なお、ウインドウMによる分割において、第1領域R1の両端側にウインドウMの大きさが取れない場合には、当該サンプル画像フレームの前後フレームを用いて補間する。そして、ウインドウMにより分割された領域は、それぞれ第2領域R2として設定する。
参照パターンPによって正規化された波形保有領域は、各第2領域R2における位置とともにその方向の並ぶ順序を図外の学習手段に各サンプル画像フレームにおける領域座標B(i,j,θ)として記憶させる。領域座標B(i,j,θ)におけるθは、サンプル画像フレームにおける波形保有領域の特徴量である。方向θ(0°,45°,90°,135°)により正規化した波形保有領域は、マスター画像として後述の学習型アルゴリズムによって端部3B;4Bを検出するための識別関数の導出に用いる。
演算端部予測手段36は、選択された画像フレームfにおける近似波形の傾斜端面3に相当する位置において、傾斜端面3から最大高さHmaxまでの高さの差をトレッド2の切断角度αの正接で除すことにより、端部3Bの位置を予測する。具体的には、図8に示すように、演算端部予測手段36は、近似波形のうち、トレッド2の傾斜端面3に相当する近似波形上からトレッド2の端部3B(搬送方向上流)側の水平方向に所定間隔離間するように座標位置Q1〜Q6を設定し、座標位置Q1〜Q6に対応する近似波形の高さを最大高さHmaxから減じて、最大高さHmaxと各座標位置Q1〜Q6に対応する近似波形の高さとの差h1〜h6を算出する。
即ち、端部位置判定手段37では、画像認識端部検出手段35で検出された画像端部5の位置と、演算端部予測手段36で予測された演算端部6の位置とを比較することにより、端部3Bの誤検出を防止している。
以下、図11を用いてトレッド2の端部3B;4Bのうち先端側の端部3Bを検出する場合を一例として画像処理装置30による端部3B;4Bの検出方法について説明する。
次に、最大高さ検出手段33により各画像フレームfに含まれる近似波形の最大高さHmax及び最大高さHmaxとなる画像フレームfにおける幅方向の位置をラスタスキャンにより検出する(S102)。
次に、画像フレーム選択手段34により最大高さHmaxが画像フレーム中央Cに位置する画像フレームfを複数の画像フレームfから選択する(S103)。
次に、切り出された第1領域R1に対して領域設定手段46により高さ30画素×幅48画素の大きさのウインドウMで第1領域R1の左端から1画素ずつ右端側にずらして、第1領域R1から複数の第2領域R2を設定する(S105)。
次に、S105の処理が終了すると、S106とS109とに分岐移行して処理が継続される。まず、S106による処理から説明する。
次に、特徴量設定手段42により、第3領域R3のうち近時波形を含む波形保有領域に対して予め作成した参照パターンPをマッチングさせて、波形保有領域に含まれる近似波形を参照パターンPにより正規化して近似波形の特徴量としての方向θを設定する(S107)。
次に、端部位置設定手段43により、特徴量である方向θにより正規化された波形保有領域に対して、予め導出した識別関数を用いて、画像フレームfにおける近似波形の端部3Bに相当する位置の信頼度を評価し、最も信頼度の高い位置を画像端部5として設定する(S108)。
次に、演算された端部3Bと予測される位置を統計的な度数で表わし、その中央値を演算端部6として設定する(S110)。
次に、トレッド長さ算出手段では、上記方法により特定されたトレッド2の先端側の端部3Bの位置と、後端側の端部4Bの位置との差にトレッド2の搬送速度を乗じることによりトレッド長さを算出する(S115)。
例えば、上記第1領域R1,第2領域R2,第3領域R3の大きさは、上記大きさに限らず適宜変更しても良い。具体的には、第2領域R2から第3領域R3に分割する工程の前に、第2領域R2を第3領域R3よりも大きな第4領域で分割し、この第4領域から近似波形を含む波形保有領域を一端検出した上で、近似波形を含む第4領域を第3領域R3に分割して、参照パターンP1とマッチングさせて特徴量を設定しても良い。また、上記第4領域と同じ大きさで参照パターンPを作成し直接特徴量を設定するようにしても良い。
3A;3B;4A;4B 端部、5 画像端部、6 演算端部、8 搬送装置、
9 形状取得手段、9A 光出力部、9B 受光部、
11 ローラ、11A 駆動ローラ、12 ベルト、13 エンコーダ、
20 撮像制御装置、30 画像処理装置、31 端部検出部、
32 形状波形変換手段、33 最大高さ検出手段、34 画像フレーム選択手段、
35 画像認識端部検出手段、36 演算端部予測手段、37 端部位置判定手段、
41 領域分割手段、42 特徴量設定手段、43 端部位置設定手段、
45 画像フレーム切出し手段、46 領域設定手段、47 領域均一分割手段、
L トレッド長さ、Y 距離、f 画像フレーム。
Claims (10)
- 長さ方向の両端が傾斜端面となるように所定長さに切断されたトレッドの一面側においてトレッド表面の傾斜角度が変化する位置をトレッド端部とし、当該トレッド端部の断面形状を長さ方向に沿って取得した形状波形を有する画像フレームを所定の大きさの領域に均等に分割し、分割された各領域の前記画像フレームにおける位置を設定するステップと、
前記領域のうち形状波形を含む波形保有領域に対して、予め作成した参照パターンをマッチングさせて当該波形保有領域に特徴量を付与するステップと、
前記画像フレームとは別に、予め記憶した画像フレームの中央にトレッド端部が位置するときの形状波形に特徴量を付与したマスター画像を用いて、前記波形保有領域に対して画像認識を行うステップと、
前記画像認識により信頼度が最も高いときのマスター画像の特徴量の組合せに基づいてトレッド端部の位置に相当する画像端部を設定するステップとを含むトレッド長さ測定方法。 - 前記形状波形の最大高さを検出するステップと、
前記形状波形における傾斜端面に相当する位置から水平方向の画素位置において、互いに所定距離離間するように設定した画素位置に対応する形状波形の高さを最大高さから減じて高さの差を算出し、トレッドを傾斜して切断した角度の正接で高さの差を除することによりトレッド端部の予測位置を算出するステップと、
前記予測位置の中央値を演算して、当該中央値となる予測位置をトレッド端部に相当する演算端部に設定するステップとを含む請求項1記載のトレッド長さ測定方法。 - 前記演算端部の位置と前記画像端部の位置との差が閾値以上のときには、画像端部を前記画像フレームにおけるトレッド端部の位置に設定し、前記差が閾値よりも小さいときには演算端部を前記画像フレームにおけるトレッド端部の位置に設定するステップを含む請求項2記載のトレッド長さ測定方法。
- 前記演算端部又は前記画像端部から設定されたトレッド端部の長さ方向の前端側及び後端側の位置に基づいてトレッドの長さを算出するステップとを含む請求項1乃至請求項3いずれか記載のトレッド長さ測定方法。
- 前記特徴量は、0°,45°,90°,135°のいずれかの方向を示す請求項1乃至請求項4いずれか記載のトレッド長さ測定方法。
- 前記形状波形は、2次式で近似された近似波形である請求項1乃至請求項5記載のトレッド長さ測定方法。
- 長さ方向の両端が傾斜端面となるように所定長さに切断されたトレッドの一面側においてトレッド表面の傾斜角度が変化する位置をトレッド端部とし、当該トレッド端部の断面形状を長手方向に取得した形状波形を有する画像フレームを所定の大きさの領域に均等に分割し、当該領域に画像フレームに対する位置を設定する分割領域位置設定手段と、
前記領域のうち形状波形を含む波形保有領域に対して、予め作成した参照パターンをマッチングさせて当該波形保有領域に含まれる形状波形の延長する方向を特徴量として付与する特徴量設定手段と、
トレッド端部が画像フレームの中央に位置するときの形状波形に特徴量を付与し、予め記憶したマスター画像を用いて前記波形保有領域の各位置に対して画像認識を行いトレッド端部に相当する位置を検出して画像端部に設定する端部位置設定手段とを備えるトレッド長さ測定装置。 - 前記形状波形の最大高さを検出し、前記形状波形における傾斜端面に相当する位置から水平方向の画素位置において、互いに所定距離離間するように設定した画素位置に対応する形状波形の高さで前記最大高さを減じて高さの差を算出し、トレッドを傾斜して切断した角度の正接で前記高さの差を除することによりトレッド端部の予測位置を算出し、前記予測位置の中央値を演算して、当該中央値となる予測位置を演算端部に設定する演算処理端部検出手段とを備える請求項7記載のトレッド長さ測定装置。
- 前記特徴量は0°,45°,90°,135°のいずれかの方向を示す請求項7又は請求項8記載のトレッド長さ測定装置。
- 前記形状波形を2次式の近似波形に変換する形状波形変換手段を備える請求項7乃至請求項9記載のトレッド長さ測定装置。
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