專利名稱：處理輪胎表面的三維圖像以便其能夠用來檢查所述表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輪胎制造領(lǐng)域。更特別地，本發(fā)明涉及在生產(chǎn)過程中或在生產(chǎn)過程結(jié) 束時輪胎的外觀檢查(Visual inspection)問題，這是為了利用檢查基準(zhǔn)確定其合格度，這 些檢查基準(zhǔn)出于所述輪胎未來的用途的目的而建立。
背景技術(shù)：
在成本不變的情況下，當(dāng)前計算機的計算能力得以提高，這使得自動檢查裝置的 生產(chǎn)規(guī)模得以發(fā)展，所述自動檢查裝置用來輔助負(fù)責(zé)對輪胎進行外觀檢查的操作者。這些 裝置主要利用了圖像處理技術(shù)，就分析速度和清晰度而言，其性能主要依賴于所使用計算 機的計算能力。用于實施這些處理的方法通常在于將待檢查輪胎的表面的二維或優(yōu)選為三維的 圖像與所述輪胎的表明的二維且優(yōu)選為三維的基準(zhǔn)圖像進行比較。相應(yīng)地，例如通過使待 檢查輪胎的圖像或表面與所述圖像或基準(zhǔn)表面疊加，而努力使它們匹配，并且通過分析兩 圖像或兩表面之間的差異來確定制造異常。在公開文件US 5，715，166中作為實例描述了這種方法，其描述了為了使用諸如 旋轉(zhuǎn)或平移運動的變換函數(shù)將基準(zhǔn)表面與給定物體的三維圖像進行匹配而所要進行的變 換。當(dāng)目標(biāo)是要匹配不能夠變形的固態(tài)物體時，諸如在此情況下被認(rèn)為是絕對剛性的金屬 部件，該方法具有良好的結(jié)果。在輪胎的情況下，所述表面的基準(zhǔn)圖像可以從源于輪胎設(shè)計的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)獲得，或 者更為普遍地，是從用于描述和制造硫化模具的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而獲得，所述模具自身旨在為所 述輪胎提供其定形的形狀。輪胎表面的三維圖像可以借助于照相機而以公知方式獲得，該照相機能夠確定輪 胎表面的三維浮凸(relief)。然而，所觀察到的是，從模具脫出的輪胎并不精確地與所述模具的陰像(negative image)對應(yīng)，這是由于制造該輪胎的材料的彈性屬性所造成的，模塑和硫化操作在所述模 具中發(fā)生。具體而言，由于所述材料在冷卻時發(fā)生熱收縮，所以輪胎一脫離平板硫化機就發(fā) 生變形。而且，在安裝和充氣的過程中，加強簾子布層取得它們的最終位置，而已充氣輪胎 的均衡曲線(equilibrium curve)不必對應(yīng)于硫化模具給定的輪胎的形狀。因此，必須首先調(diào)節(jié)基準(zhǔn)表面的圖像以及待檢查輪胎的表面所得到的圖像，從而 匹配兩個表面，以便獲得源于制造的輪胎的合格度的相關(guān)信息。在公開文件EP 1，750，089中作為實例描述了這種方法。根據(jù)該公開文件，待檢查 輪胎的表面的三維表征(representation)和與其對應(yīng)的基準(zhǔn)的三維表征被分割為尺寸減 小的表面部分，這些表面部分基本對應(yīng)于標(biāo)記元件的表面，所述標(biāo)記元件例如為一個字母 或一組字母。仍然根據(jù)正在討論的方法，采用計算算法，以便使基準(zhǔn)表面和待檢查表面的所
5述表面部分一個平移(slide)到另一個之上，從而確定兩個表面的浮凸的輪廓線之間的最 佳匹配。一旦對于正在討論的表面部分完成該局部調(diào)節(jié)，那么對兩個表面部分進行相互比 較，從而確定待檢查輪胎與基準(zhǔn)的合格度程度。盡管在該公開文件中所描述的算法在大型測量中具有這樣的優(yōu)勢無需考慮模型 和上述的真實輪胎之間的位置差異以及外胎和外胎之間的安裝和充氣的差異，但是它們與 公開文件US 5，715，166中所描述的輪胎的相近之處在于，他們將表面部分當(dāng)做剛性元件。不過，特別是在待檢查輪胎的表面具有較大異常時，例如在標(biāo)記元件整個不存在 時，或者在浮凸的標(biāo)記中存在外文元件時，發(fā)現(xiàn)該方法的應(yīng)用中的穩(wěn)定性較差，所述異常會 干擾用于匹配在該表面部分的所獲圖像和基準(zhǔn)圖像的算法。另外，該方法在光滑表面上的 結(jié)果較差，該光滑表面不具有任何標(biāo)記并且可能也包含模塑異常。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為這些問題提供解決方案。根據(jù)本發(fā)明的檢查方法涉及輪胎的表面部分，所述表面部分包括浮凸的標(biāo)記。“浮 凸的標(biāo)記”是指諸如圖形或字母數(shù)字式字符的元件、形成詞語或數(shù)字的字符序列、諸如表意 字符的圖形化字符、裝飾花紋或圖畫、條紋，并且位于側(cè)壁或內(nèi)表面上，要不然就是胎面的 雕刻花紋。根據(jù)本發(fā)明的檢查方法包括多個步驟，在這些步驟中-確定待檢查表面的三維輪廓，-定位待檢查表面的特征點，并將這些點與源于基準(zhǔn)表面的三維數(shù)據(jù)的對應(yīng)特征 點進行匹配，從而產(chǎn)生成對的已匹配特征點的集合，-以迭代方式求得第一變換函數(shù)，并應(yīng)用于所述基準(zhǔn)表面的特征點，使得表示基準(zhǔn) 表面的特征點的每一個和與它們匹配的待檢查表面的所述點之間的距離之和的值最小，借 助于所述第一變換函數(shù)對所述基準(zhǔn)表面的所述特征點的每一個進行變換，-將所述第一變換函數(shù)應(yīng)用于所述基準(zhǔn)表面的所有點，從而得到變換后的基準(zhǔn)表該方法的特征在于，所述變換函數(shù)為包括同位相似變換(homothetic transformation)的仿射函數(shù)(affine function)，該同位相似變換的變換比的絕對值不等 于1。以此方式，可以通過使所述基準(zhǔn)表面變形而對其進行變換，以便相對于待檢查表 面調(diào)節(jié)所述基準(zhǔn)表面的所有點，從而無需考慮所述基準(zhǔn)表面和待檢查表面之間的形狀的整 體差異。該仿射變換不同于變換比等于1的同位相似變換并且隨后降低為簡單旋轉(zhuǎn)或平移 的變換?？紤]所述基準(zhǔn)表面的所有點，并通過所述第一變換函數(shù)對其進行變換，所述第一 變換函數(shù)能夠以與匹配由于異常而光滑的或者不包含標(biāo)記的表面同樣的方式對包括浮凸 的標(biāo)記的表面進行匹配。本發(fā)明還提出在表面部分上確定包括變換比不等于1的同位相似變換的仿射變 換型的第二變換函數(shù)，以便細(xì)化所述基準(zhǔn)表面的初始調(diào)節(jié)。正如下文將要看到的，這些調(diào)節(jié)的質(zhì)量不僅極大地依賴于所述特征點的確定，而且還依賴于變換函數(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。具體而言，不必考慮通常由待檢查的產(chǎn)品異常所引起的 局部變形的影響。通過將所述第一或所述第二變換應(yīng)用到被認(rèn)為相似的表面，也即基本維 持同樣的彈性變形水平的表面，避免了該變形。計算時間也是確定性的限制因素。因此，通過預(yù)先執(zhí)行補充性的簡化步驟使得本 發(fā)明的應(yīng)用更為容易，所述簡化步驟旨在縮短計算時間，而不會對所求得的結(jié)果的質(zhì)量造 成不利影響。


建立在圖1至6的基礎(chǔ)上的如下描述可以闡明本發(fā)明的具體實施方案，在這些附 圖中-圖1表示基準(zhǔn)表面的浮凸的元件的輪廓線的2D圖像以及所述圖像的展開圖像，-圖2表示確定所述表面的平均半徑輪廓的視圖，-圖3、4、5表示字母數(shù)字式字符的骨架化，-圖6和7表示特征點可能的選擇，-圖8和9表示調(diào)節(jié)方位角的步驟，-圖10表示基準(zhǔn)表面的平均半徑輪廓和待檢查表面的平均半徑輪廓之間的角度 變化，-圖11表示相對于待檢查表面的平均半徑輪廓對基準(zhǔn)表面的平均半徑輪廓進行 調(diào)節(jié)，-圖12表示基準(zhǔn)表面和待檢查表面之間的特征點的匹配。-圖13表示在應(yīng)用第一變換函數(shù)之后，相對于待檢查表面的圖像對基準(zhǔn)表面的圖 像進行調(diào)節(jié)，-圖14、15和16表示在應(yīng)用第一和第二變換函數(shù)之后，相對于待檢查表面的圖像 對基準(zhǔn)表面的圖像進行調(diào)節(jié)。
具體實施例方式本方法的第一步驟以公知的方式在于獲取能夠表征待檢查表面的三維表面 的數(shù)據(jù)。為了實施該操作，借助于白光或給定波長的光照亮表面，并且借助于矩陣陣列 照相機(matrix array camera)捕捉由表面反射的光，所述給定波長的光例如源于激光 光束的光，所述矩陣陣列照相機的列(columns)被分析。還可以使用利用激光三角法 (Iasertriangulation)的三維傳感器，所述激光三角法的原理能夠以二維方式吸收到線性 陣列照相機的原理中。待檢查輪胎安裝在可以使其相對于照相機旋轉(zhuǎn)的裝置上。通過使輪胎圍繞其旋轉(zhuǎn) 軸線相對于照相機進行完全旋轉(zhuǎn)，從而獲得數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在由適當(dāng)?shù)那夜挠嬎闶侄翁幚?之后，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示待檢查表面的三維坐標(biāo)。該表面隨后通過三維空間中的點的集合而 被具體化。可取地，在已將輪胎安裝在輪輞上之后且在已將輪胎充氣到基準(zhǔn)壓力之后才進行 待檢查表面的三維數(shù)據(jù)的獲取，從而使輪胎接近于其均衡曲線，并且使兩個不同輪胎之間 的表面的定位差異最小化。這樣還可以突出結(jié)構(gòu)的異常，該異常能夠由形成本發(fā)明的主題
7的方法檢測到。下文所描述的本發(fā)明的示例性實施方案更為具體地處理輪胎側(cè)壁的檢查，輪胎側(cè) 壁通常充滿所有類型的標(biāo)記和圖案。然而，如果所使用的技術(shù)經(jīng)過變換，則它們可以按照同 樣的方式用于檢查內(nèi)部或胎面。充當(dāng)基準(zhǔn)的表面可以源于三維的輪胎的設(shè)計數(shù)據(jù)，或者優(yōu)選地源于硫化模具的設(shè) 計和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且更具體地源于挖空用于塑造側(cè)壁的殼體以及產(chǎn)生凹陷標(biāo)記的數(shù)據(jù)。具 體而言，用于控制銑刀的參數(shù)的識別由殼體的平均半徑輪廓(profile)的識別所支持，并 且用于控制銑刀的參數(shù)的識別可以重構(gòu)與基準(zhǔn)表面相似的浮凸的表面。以此方式重構(gòu)的基準(zhǔn)表面采取刻在基準(zhǔn)表面上的點的集合的形式。還可以將這些 點所在的表面的屬性上的重要的附加信息與這些點關(guān)聯(lián)起來，例如指示該點位于光滑表面 上、浮凸上、字符上或一組字母數(shù)字式字符上、諸如條紋狀花紋或光滑花紋的特定花紋上。 這些指示有助于應(yīng)用該方法的后續(xù)步驟，特別是在想要確定所述特征點時。如上所述，值得通過首先實施大量的簡化步驟而對將要做出的計算進行簡化。 實現(xiàn)這點的方法之一在于適當(dāng)?shù)剡x擇基準(zhǔn)標(biāo)記，其中使基準(zhǔn)表面和待檢查表面中的點 的三維坐標(biāo)得以表達，從而使能夠減少坐標(biāo)數(shù)和將要研究的空間的維數(shù)的簡單的投影 (projections)得以實現(xiàn)。因此，我們確認(rèn)以標(biāo)準(zhǔn)正交坐標(biāo)系OX、0Y、OZ來表述將要分析的表面的三維坐標(biāo) x、y、z，在所述標(biāo)準(zhǔn)正交坐標(biāo)系中，軸OZ與輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線基本沒有差別。然后，很容易通 過平面OXY中的投影對坐標(biāo)χ、y、ζ進行轉(zhuǎn)換，并且很容易將平面OXY中的笛卡爾坐標(biāo)χ、y 變換為P、θ類型的極坐標(biāo)。第一簡化在于展開如圖1所示的表面。為此，考慮使P值對應(yīng)于軸OY'上的值以 及使θ值對應(yīng)于軸OX'上的坐標(biāo)就足夠了?；鶞?zhǔn)標(biāo)記OX' Y'自身為標(biāo)準(zhǔn)正交坐標(biāo)系。第二簡化在于確定半徑平面中的表面的曲線的平均輪廓。為此，將所有點投影到 由軸OZ和OX'形成的平面中就足夠了，如圖2所示，該平面對應(yīng)于半徑平面中的投影。平 均半徑輪廓的形狀將通過該半徑平面中的點的集合(cluster)的形狀而給出，通過獲取OZ 方向上的平均值可以從該半徑平面中提取平均曲線。通過再次展開該平均半徑輪廓而獲得 的平面基本對應(yīng)于不存在浮凸的標(biāo)記的輪胎平面。隨后，對于角度θ的每一個值，由平面OX' Z中所表達的坐標(biāo)減去該平均半徑輪 廓的值，從而獲得上文所確定的展開平面的展平(flattening)，這就足夠了，并且其中只有 浮凸的元件才在軸OZ具有值。通過根據(jù)所確定的直線沿循表面的輪廓，并通過檢測所述表面上形成的浮凸標(biāo)記 的重要輪廓的局部差異，也可以實現(xiàn)該展平，所確定的直線例如P值恒定的直線。這些直 線的并列還給出了展平的平面，在所述展平的平面上只存在浮凸的元件。按照同樣的方式，也可以在平面OXY中投射展開平面。以灰度值對軸OZ上的值進行賦值，就給出了表面的二維圖像，在該平面上，浮凸 的元件使其本身在視覺上相對于平均平面的色彩發(fā)生分離。根據(jù)如上所述的方法之一，可以利用相似的結(jié)果在展平的表面上進行后一簡化。 圖8表示將這些簡化應(yīng)用到基準(zhǔn)表面的結(jié)果，該基準(zhǔn)表面已經(jīng)被展開、展平并轉(zhuǎn)換為灰度 圖像。作為其一部分，圖9表示待檢查表面的展開且展平的圖像。
通過光學(xué)字符識別(OCR)的常規(guī)方法對特征點進行查詢。根據(jù)這種方法，第一步 驟在于分割表面，從而在一個平面中獲得表面的黑白圖像，確保所述圖像具有足夠的對比 度，從而使字母數(shù)字式字符或者花紋能夠易于識別。用于實現(xiàn)該分割的最簡單的方法的步驟在圖3、4和5中表示，該方法在于使用根 據(jù)上文所述的方法而展開且展平的表面，并且賦予浮凸的元件以黑色或白色。過濾可以消 除不合需要的缺陷(圖3)。字母數(shù)字式字符或者花紋隨后通過公知方法被轉(zhuǎn)換為直線或曲 線(圖4)，所述的公知方法例如Ben K. Jang和Roland Τ. Chin在文章《One-PassParallel Thinning ；Analysis, Properties and Quantitative Evaluation》(PAMIVolume 14, No. 11，日期1992年11月)中描述的方法，從而僅保留字符或花紋的骨架。一旦完成該操作，隨后就可以應(yīng)用一種公知的光學(xué)字符識別方法來對表面上的字 母數(shù)字式字符和相關(guān)聯(lián)的文字進行識別和定位。為了簡化該方法的應(yīng)用并提高執(zhí)行計算的速度，建議相對于待檢查表面的圖像對 基準(zhǔn)表面的圖像進行調(diào)節(jié)。為此目的，預(yù)先確定只在表面上出現(xiàn)一次的一批字母數(shù)字式字 符或者花紋，如圖8和9所示。當(dāng)這些字符已位于兩個圖像中時，對這兩個字符之間的角度 差Δ α進行求值，并通過使角度值的原點穿過這些字符而對軸OX'上的坐標(biāo)(表示角度值 θ )進行變換。調(diào)節(jié)方位角使這些點與平面OX' Y'中的相同坐標(biāo)進行直接比較。通過在半徑方向OY'(表示P值)的復(fù)位能夠隨后進行方位角的復(fù)位，從而改進 表面的其它部分上的標(biāo)記的查詢和定位。當(dāng)大多數(shù)字母數(shù)字式字符、文字和花紋已經(jīng)位于基準(zhǔn)表面的圖像上以及待檢查表 面的圖像上時，與呈現(xiàn)在兩個表面上的文字和花紋相關(guān)聯(lián)的字母數(shù)字式字符被匹配。通過利用源于預(yù)先實施的方位角的調(diào)節(jié)步驟的信息，使該關(guān)聯(lián)步驟的穩(wěn)定性得以 改善，這就可以更為精確地識別將要關(guān)聯(lián)的文字或花紋的查詢區(qū)域。特征的大小還可以用 于減小關(guān)聯(lián)的誤差。因此，在基準(zhǔn)圖像上靠近胎圈設(shè)置的單詞“RADIAL”與待檢查圖像的同樣區(qū)域中設(shè) 置的單詞“RADIAL”相關(guān)聯(lián)。隨后在每一個字符上或在每一個花紋上確定由骨架的直線的分支交叉而形成的 點，要不然就確定所述分支的終點。這些點形成特征點，所述特征點的定位更為準(zhǔn)確地顯示 于圖7中。以非限制的方式，還可以選擇包絡(luò)字母數(shù)字式字符或花紋的四邊形的頂點作為 特征點，如圖6所示，要不然選擇正在討論的直線的質(zhì)心或浮凸的質(zhì)心作為特征點，例如重 心作為特征點。重要的是，這些點的坐標(biāo)準(zhǔn)確可知，并且能夠被定位，而無需擔(dān)負(fù)待檢查表 面上和基準(zhǔn)表面上的混亂的風(fēng)險。隨后，對基準(zhǔn)表面和待檢查表面的圖像的對應(yīng)特征點進行兩兩關(guān)聯(lián)，從而形成成 對的已匹配特征點。例如，與基準(zhǔn)圖像的“RADIAL”中的第一個A的尖端相關(guān)聯(lián)的特征點和待檢查圖像 的“RADIAL”中的第一個A的特征點相關(guān)聯(lián)。這對點形成一對已匹配特征點。已匹配特征點的數(shù)目在一維到另一維上可以不同，并且還可以作為可能異常的函 數(shù)而在一個同樣輪胎的兩個連續(xù)分析之間變化，該異?？梢栽诟⊥沟臉?biāo)記上發(fā)現(xiàn)，而且，這 是因為在采用光學(xué)特征識別方法的每一個步驟中都會形成連續(xù)干擾(rejections)，光學(xué)特 征識別方法在識別標(biāo)志并未完全實現(xiàn)時產(chǎn)生本身的異常。
理想地，成對的特征點分布在整個待檢查表面之上。所觀察到的是，這些點優(yōu)選地 位于接近胎圈設(shè)置的區(qū)域中，這是因為大量標(biāo)記和文字位于輪胎的該部分中。該優(yōu)選位置 隨后可能會被證明是難以處理的，并且將有必要設(shè)想糾正手段。根據(jù)本發(fā)明的方法在確定第一變換函數(shù)之前提供了附加的簡化，該簡化在于對 半徑平面中的基準(zhǔn)表面進行平移和旋轉(zhuǎn)。已經(jīng)顯示，當(dāng)輪胎被充氣并且/或者當(dāng)胎圈已設(shè) 置在輪輞上或用于旋轉(zhuǎn)外胎的系統(tǒng)上時，側(cè)壁的均衡曲線相對于由模具的幾何形狀所強加 的側(cè)壁的形狀傾斜。通過比較基準(zhǔn)表面和待檢查表面的平均半徑輪廓能夠測量該物理運動，如圖10 所示。隨后求得旋轉(zhuǎn)和平移，這就可以使兩個平均半徑輪廓的曲線一致，而不會使它們 變形。例如，ICP(迭代鄰近點)型算法可以確定將要進行的旋轉(zhuǎn)和平移，該旋轉(zhuǎn)和平移使 得基準(zhǔn)表面的平均半徑輪廓中的點和它們在待檢查表面的平均半徑輪廓上的正交投影之 間的正交距離最小(就最小二乘法而言)，如圖11所示。為實現(xiàn)這些計算而選擇的點將有 效地選自特征點。該旋轉(zhuǎn)和該平移隨后在半徑平面中應(yīng)用到基準(zhǔn)表面的所有點。下一個步驟在于求得第一變換函數(shù)。將要應(yīng)用該第一變換函數(shù)的初始點的集合 由基準(zhǔn)表面的特征點構(gòu)成，并且目標(biāo)集合(ending set)表示已變換點的集合，該已變換點 的每一個都可以與典型的距離量相聯(lián)系，該距離使其從與其匹配的待檢查表面的點分離。然后，通過連續(xù)迭代，求得第一變換函數(shù)，使這些量的總和最小。該第一變換函數(shù)可以是非線性函數(shù)。在此情況下，所觀察到的是，確定所述函數(shù)涉 及到首先選擇所使用方程的一般結(jié)構(gòu)。然而，確定參數(shù)涉及到大量成對的特征點，并且計算這些參數(shù)會較為復(fù)雜。盡管這 樣的結(jié)果是使成對的特征點得到相當(dāng)好的匹配，但是選擇非線性函數(shù)并不是很穩(wěn)定，這是 因為其對待求表面的特征點的定位差異相當(dāng)敏感，并且對在前步驟中會發(fā)生的匹配誤差也 相當(dāng)敏感。而且，該類變換允許各種變形，而這些變形的量是難以限制的。另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，所述第一變換函數(shù)為仿射函數(shù)，該仿射函數(shù)由 旋轉(zhuǎn)、平移以及變形或者同位相似變換的組合構(gòu)成，該同位相似變換的變換比的絕對值在 給定方向上不等于1，并且該變換比在每一個坐標(biāo)軸上都有縮放(scaling)。按照一般規(guī) 則，該同位相似變換的中心由輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線中的點構(gòu)成。這些仿射函數(shù)具有的值會保持表面的幾何特征，例如平行關(guān)系、中間位置、距離比 以及重心。這樣的結(jié)果使得參數(shù)的確定更易于實現(xiàn)并且只需要較短的計算時間。而且，當(dāng)在基準(zhǔn)表面和待檢查表面的圖像上以二維完成第一仿射變換函數(shù)的查詢 時，這樣的查詢被極大地簡化。這是上述簡化步驟的目的，在該簡化步驟的過程中，每一個 表面依次地被展開、展平，在簡化步驟中浮凸的值已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為灰度值或色階，并且半徑平 面中的旋轉(zhuǎn)和平移被應(yīng)用到簡化步驟中。在變換的基礎(chǔ)上獲得由此被簡化的基準(zhǔn)圖像中的點(x，y，l)的圖像或目的坐標(biāo) (x' ,y'，1)，該變換的表達式為如下的向量形式.x' = HAffine x
并且可以改寫為如下形式 ‘A t 0T 1_
其中t表示平面中的平移，A表示2X2的仿射矩陣，該仿射矩陣可以被寫成平面 中的旋轉(zhuǎn)形式以及在兩個垂直軸上的拉伸或者各向異性的變形的形式，所述兩個垂直軸相 對于直角坐標(biāo)系的軸形成給定角度。然而，作為第一方法，所觀察到的是，應(yīng)用于整個表面的該第一變換函數(shù)的查詢保 持相關(guān)，因為所發(fā)現(xiàn)的變形基本發(fā)生在徑向方向上并且在輪胎的整個圓周上相對均衡。因 此由于異常造成的任何局部變形的影響依然較小。正如已經(jīng)在上文提及的，描述第一變換函數(shù)的參數(shù)的查詢對于匹配誤差相當(dāng)敏 感。因此將被使用的查詢算法允許每一次優(yōu)化循環(huán)(optimization loops)保持“相關(guān)的”數(shù) 據(jù)并且消除被判定為“反常的”數(shù)據(jù)。例如，最小中位數(shù)平方法(the least median of the squares)的算法給出了良好的結(jié)果，該算法例如由Peter J. Rousseewn和Annick M. Leroy 在文章〈〈Robust regression and outliers detection)) (John Wiley andSons, Inc ISBN 0-471-85233-3，紐約，1987)中所描述的Lmeds函數(shù)。該算法在于從成對的已匹配特征點 中抽取隨機樣本，并且推算這些點的變換。隨后在對殘留誤差進行統(tǒng)計分析之后，根據(jù)所選 擇的相關(guān)性標(biāo)準(zhǔn)對所獲取的點進行分類。當(dāng)該數(shù)據(jù)能夠容納高達50%的被判定為反常的數(shù) 據(jù)時，該方法可以確定第一變換函數(shù)的參數(shù)。由于采用了上述步驟中推薦的簡化，所以描述第一仿射函數(shù)所必須的參數(shù)的數(shù)目 較少，并且線性地求取這些參數(shù)所必須的成對的已匹配特征點的數(shù)目可以減少到最少六 個，如圖12所示。在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施方案中的該階段已觀察到，該第一變換函數(shù)的查詢可 以與簡化以及上述的基準(zhǔn)標(biāo)記的變化獨立地進行。還觀察到，展平、旋轉(zhuǎn)以及平移步驟本身 為仿射變換，這些仿射變換通過與第一仿射變換組合也給出了一個仿射變換。一旦已經(jīng)確定了第一變換函數(shù)，那么就將該函數(shù)應(yīng)用于基準(zhǔn)表面的點的集合。這 樣就可以獲得基準(zhǔn)表面，變換該基準(zhǔn)表面并相對于待檢查表面調(diào)節(jié)該基準(zhǔn)表面，并且對該 基準(zhǔn)表面上的所有點進行調(diào)節(jié)，而不管它們屬于光滑表面的元件還是屬于浮凸的元件。在此，確定的是，變換的是基準(zhǔn)表面而非待檢查表面。正如下文將會看到的，這樣 的周密選擇可以在異常的查詢中提供附加的分析手段，在待檢查表面上可能會發(fā)現(xiàn)所述異
堂 圖13表示待檢查表面圖像和借助于第一變換函數(shù)進行變換的基準(zhǔn)表面、的 圖像的疊加。應(yīng)當(dāng)注意到，該調(diào)節(jié)在接近胎圈設(shè)置的區(qū)域中相當(dāng)精確，在該區(qū)域中，兩個圖 像接近完美地被疊加。另一方面，接近輪胎胎肩設(shè)置的側(cè)壁部分的復(fù)位則較不精確。正如 上文已經(jīng)提到的，這在主要是由于該區(qū)域中的特征點數(shù)目較少。因此，本發(fā)明的第一改進方式在于在必要時，通過實施第二調(diào)節(jié)步驟來修正這些 殘留誤差，在所述第二調(diào)節(jié)步驟的過程中將求得第二變換函數(shù)，其局部應(yīng)用將對基準(zhǔn)表面
11的局部調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響。第一方法相當(dāng)簡單地在于形成已匹配特征點的子集，所述已匹配特征點的子集 屬于基準(zhǔn)表面和待檢查表面的一個同樣的區(qū)域或部分。這些子集必須最少包括六對已匹配 特征點。然后，對于考慮的表面的每一個區(qū)域或部分，根據(jù)與已用來確定所述第一變換函 數(shù)的同樣的一套方法，求得包括同位相似變換的第二仿射變換函數(shù)，所述同位相似變換的 變換比的絕對值不等于1。按照如上所述的同樣的方式，第二仿射變換函數(shù)的每一者在考慮的區(qū)域中使表示 基準(zhǔn)表面的特征點的每一個和與它們匹配的待檢查表面的所述點之間的距離之和的值最 小，依次借助于所述第一和第二變換函數(shù)對所述基準(zhǔn)表面的所述特征點進行變換。在此說明，重要的是限定表面部分，所述表面部分足夠均勻，并且采用所述表面部 分的表面區(qū)域，從而降低待檢查表面的異常的影響。實踐中，基準(zhǔn)表面將被分割為數(shù)個部分 或區(qū)域，所述部分或區(qū)域包括一個或多個預(yù)先被識別的特征或獨特設(shè)計。如圖所示，區(qū)域的分割可以通過將表面分割為成角的扇區(qū)(在四個至十二個之 間)以及分割為徑向扇區(qū)(radial sectors)(在兩個至三個之間)而實現(xiàn)，只要每個區(qū)域 中已匹配特征點的數(shù)目大于六。這樣就使第二變換函數(shù)與存在的區(qū)域一樣多。隨后，在第一變換函數(shù)已經(jīng)應(yīng)用到所述區(qū)域的點的集合之后，將該第二仿射變換 應(yīng)用到該集合?？商娲?，將所述第一和第二變換組合，并且將這一新的變換應(yīng)用到正在討 論的區(qū)域。上述過程可以在逐漸變小的區(qū)域上以迭代方式清晰地重復(fù)，只要這些區(qū)域包含最 少數(shù)目的已匹配特征點。在這些情形下，適用于表面的點的集合的第一變換函數(shù)與適用于 給定區(qū)域的點的集合的第二變換函數(shù)組合，為正在討論的區(qū)域的分區(qū)域建立第三變換函 數(shù)，就像彼此嵌入的系統(tǒng)。隨后將觀察到的是，通過選擇表面面積逐漸減小的表面部分，難以使待檢查表面 的表面異常的影響減小。然后，變換函數(shù)將傾向于使基準(zhǔn)表面的部分變形，從而使其適應(yīng)待 檢查表面的異常。那就是為什么在實踐中要將區(qū)域或表面部分的分割數(shù)目限制到二的原 因，這達到了通過進行適當(dāng)?shù)姆指顏碛嬎愕谝缓偷诙约爸炼嗟谌壏律渥儞Q。精細(xì)的分割并不能避免上文所指出的且與使用同位相似變換相關(guān)聯(lián)的缺陷。然 而，該缺點可以變?yōu)閮?yōu)點，這是因為隨后可以計算一個值或范數(shù)，該值或范數(shù)表示基準(zhǔn)表面 的部分相對于原始基準(zhǔn)表面的平均變形。該值與平均值相比較的差異可以檢測在待檢查 表面上潛在地具有異常的區(qū)域或表面部分，所述平均值通過計算基準(zhǔn)表面的平均變形而建 立。該方法具有的價值在于，可以選擇值得在上面尋找第二變換函數(shù)以及(甚至在例 外情況下)第三變換函數(shù)的區(qū)域，特別是位于側(cè)壁的徑向外部的區(qū)域，這些區(qū)域?qū)⑴c那些 不必進行該查詢的區(qū)域區(qū)分開，正如接近于輪胎胎圈的區(qū)域的情況，以及僅應(yīng)用第一變換 函數(shù)就已足夠的區(qū)域的情況。第二方法在于優(yōu)選地關(guān)心位于基準(zhǔn)圖像上或待檢查表面上的浮凸的元件的輪廓 線(contours)。這些輪廓線例如利用表面圖像而從三維數(shù)據(jù)獲得，所述表面圖形由借助于 第一變換函數(shù)變換的基準(zhǔn)表面以及待檢查表面而被展開并展平。特別地，該第二方法僅高效地應(yīng)用于基準(zhǔn)表面以及待檢查表面的圖像的二維數(shù)據(jù)。隨后確定的基本表面將包含一個或多個浮凸物體的輪廓線的一個或多個部分，并 且該浮凸物體的輪廓線具有灰度值或者色階上的變化，該浮凸物體例如單個字母數(shù)字式字 符、或者一部分花紋和一部分字母數(shù)字式字符、數(shù)個字母數(shù)字式字符，要不然就是獨特的裝 飾花紋。同樣地，正如上文已經(jīng)提到的，可以值得做的是將自身限制為只是位于側(cè)壁的胎 肩區(qū)域中的基本表面。在每一個基本表面內(nèi)，計算在屬于基準(zhǔn)表面的圖像的輪廓線的點和待檢查表面的 圖像的輪廓線的最近點之間的距離之和，所述基準(zhǔn)表面的圖像的輪廓線借助于第一變換函 數(shù)而變換并且包含于所述基本表面中。以迭代方式求得應(yīng)用于基本表面的所述輪廓線的所述點并包含于所述基本表面 中的第二變換函數(shù)，使得表示所述距離之和的值最小。替代方式在于借助于稱為距離圖(distance maps)的方法確定該第二局部仿 射變換函數(shù)，H. G. Barrow、J. M. Tenenbaum、R. C. Baum 禾口 H. C. Wolf 在文章《Parametric correspondence and chamfer matching ；twotechniques for image matching)) (Proc. Int. Joint Conf. Artificiallntelligence 977，659 頁-663 頁)中描述了所述距離圖。該 優(yōu)化算法的價值在于其簡單性。還可以通過利用指向給定方向的距離圖而提高所述方法的穩(wěn)定性。然后，所考慮 的距離對應(yīng)于從點到給定方向上最近輪廓線的距離，所述給定距離基本對應(yīng)于該點所在區(qū) 段的方向，并且 Clark F. Olson 禾口 Daniel P Huttenlocher 在文章((Target Recognition by Matching OrientedEdge Pixels》(IEEE，Transactions on Image Processing,Vol. 6, No. 1，1997年1月)中進行了描述。這一訣竅可以通過“過濾”用于局部化調(diào)節(jié)的不很相關(guān) 的輪廓線來保護所獲得的結(jié)果，例如出現(xiàn)在某些浮凸的花紋中的條紋。在已經(jīng)確定了第二局部變換函數(shù)的參數(shù)后，就將該第二變換函數(shù)應(yīng)用于借助于所 述第一變換函數(shù)進行變換的基準(zhǔn)表面的所述基本表面部分的點的集合。從而，這樣就使第二變換函數(shù)與存在的基本表面部分一樣多。因此借助于第一變 換函數(shù)對第一基準(zhǔn)表面的每一點進行一次變換，并借助于第二變換函數(shù)對其進行第二次變 換，所述第二變換函數(shù)對應(yīng)于其所屬的基本表面。圖14表示基準(zhǔn)表面民的輪廓線的視圖。圖15表示借助于第一變換函數(shù)變換后的 基準(zhǔn)表面的輪廓線圖像的視圖，該視圖被疊加在待檢查表面Si的圖像的輪廓線的視圖 上。最后，圖16表示依次借助于第一變換函數(shù)和第二變換函數(shù)變換后的基準(zhǔn)表面知的圖 像的輪廓線與待檢查表面Si的輪廓線的圖像的疊加。出于解釋的原因，已經(jīng)對圖14、15和 16進行了放大，從而使差異更為突出。利用兩級變換函數(shù)(第一變換函數(shù)應(yīng)用于整個基準(zhǔn)表面，而第二變換函數(shù)沿特定 方向或以局部化方式應(yīng)用于基本表面)的價值在于這樣的事實在已經(jīng)確定了第一仿射函 數(shù)后，可以將其應(yīng)用于同樣尺寸的所有輪胎，只有第二局部化變換函數(shù)必須對于每一個待 檢查輪胎進行重新計算。這樣的優(yōu)點在于，其限制了計算時間并簡化了檢查操作。本方法的另一改進涉及基準(zhǔn)模型與模具的真實浮凸的匹配，所述模具用于進行硫 化操作。正如前文段落中已經(jīng)提到的，該數(shù)據(jù)可以描述用作基準(zhǔn)的表面，該表面優(yōu)選地源于用來生產(chǎn)硫化模具的數(shù)據(jù)。經(jīng)常地，用于硫化輪胎的真實模具是在其使用過程中的較小修 改的主體。例如，當(dāng)穿設(shè)通風(fēng)孔以更易于排放氣體時，要不然當(dāng)在發(fā)生硫化時在數(shù)據(jù)上承受 信息的可拆裝板發(fā)生改變時，就屬于這樣的情形。為了實現(xiàn)這樣的對應(yīng)，建議使用被考慮為基準(zhǔn)輪胎并確定其表面的三維輪廓的輪 胎。然后，通過疊加，將根據(jù)上述步驟變換后的基準(zhǔn)表面與基準(zhǔn)輪胎的表面進行比較。向有 資質(zhì)的操作者顯示這兩個表面之間的差異，由該操作者對這些改變進行識別。當(dāng)操作者發(fā)現(xiàn)差異并非制造異常的結(jié)果后，他就可以用源于基準(zhǔn)輪胎的表面部分 并包括正在討論的浮凸標(biāo)記的改變的數(shù)據(jù)替換基準(zhǔn)表面的對應(yīng)部分。由此利用在制造模具 上進行的改變對基準(zhǔn)表面進行修改和加強。該加強后的基準(zhǔn)隨后被用作新的基準(zhǔn)，用于檢 查隨后的輪胎。評測與該基準(zhǔn)比較的待檢查表面的合格度并非明確地為本發(fā)明的主題，但是將要 觀察到的是，準(zhǔn)備步驟可以使待檢查表面和基準(zhǔn)表面之間的差異的分析更為相關(guān)，該準(zhǔn)備 步驟在于如前文段落所描述地應(yīng)用該調(diào)節(jié)方法。具體而言，其結(jié)果是使錯誤檢測的數(shù)量顯 著降低，并且在不包含浮凸的表面部分中更好地鑒別制造缺陷。本說明書所公開的方法特別適于應(yīng)用到位于側(cè)壁中的輪胎的區(qū)域，該側(cè)壁包括許 多由易于識別的字母數(shù)字式字符形成的浮凸的標(biāo)記。從而，若要將該方法用于分析輪胎的內(nèi)部表面的合格度，則需要對其進行少許改 動。具體而言，特征點的查詢可以不再建立在查詢字母數(shù)字式字符以及使用OCR型查詢方 法的基礎(chǔ)上。使用者隨后確保識別能夠在必要時為此目的而生成的獨特花紋。還可以一并地設(shè)想利用根據(jù)本發(fā)明的方法檢測胎面。然而，所觀察到的是，由于安 裝和充氣發(fā)生的移動在輪胎的該部分中的幅度相當(dāng)輕微。這樣的結(jié)果是，調(diào)節(jié)表面需要更 小的幅度，并且隨后能夠極大地簡化計算算法并將其簡單地限制為查詢第一變換函數(shù)。
權(quán)利要求
一種用于檢查輪胎表面的部分的方法，所述表面包括浮凸的標(biāo)記，其中 確定待檢查表面的三維輪廓， 定位待檢查表面上的特征點，并將這些點與源于基準(zhǔn)表面的三維數(shù)據(jù)的對應(yīng)特征點進行匹配，從而產(chǎn)生成對的已匹配特征點的集合， 以迭代方式求得第一變換函數(shù)，并應(yīng)用于所述基準(zhǔn)表面的特征點，使得表示基準(zhǔn)表面的特征點的每一個和與它們匹配的待檢查表面的所述點之間的距離之和的值最小，借助于所述第一變換函數(shù)對所述基準(zhǔn)表面的所述特征點的每一個進行變換， 將所述第一變換函數(shù)應(yīng)用于所述基準(zhǔn)表面的所有點，從而得到變換后的基準(zhǔn)表面，其特征在于，所述變換函數(shù)為包括同位相似變換的仿射函數(shù)，該同位相似變換的變換比的絕對值不等于1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1至2中的一項所述的檢查方法，其中通過對待檢查表面上出現(xiàn)的浮 凸的字母數(shù)字式字符和文字或者花紋的光學(xué)識別，來確定所述特征點的定位，所述光學(xué)識 別采用如下步驟-分割表面以在平面中獲得表面的黑白圖像，_將每一個字母數(shù)字式字符或者花紋與線性標(biāo)記相關(guān)聯(lián)，線性標(biāo)記的分支表示所述字 母數(shù)字式字符的骨架或者所述花紋的骨架，-對于每一個字母數(shù)字式字符或者對于每一個花紋，對一個或多個其幾何形狀的數(shù)值 特征進行計算，并且將待檢查表面的圖像的一個字母數(shù)字式字符或一串字母數(shù)字式字符與 基準(zhǔn)表面的圖像的字符或者文字相關(guān)聯(lián)，或者將待檢查表面的圖像的花紋與基準(zhǔn)表面的花 紋相關(guān)聯(lián)，-將由此所識別并關(guān)聯(lián)的字母數(shù)字式字符或花紋的每一個中的一個或多個點選擇為特 征點。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢查方法，其中從諸如如下的點中選取字母數(shù)字式字符或花 紋的特征點與所述字符的骨架或所述花紋的骨架相關(guān)聯(lián)的線性標(biāo)記的分支的交叉點、所 述分支的終點、包絡(luò)所述字母數(shù)字式字符的骨架或者所述花紋的骨架的四邊形的棱角、或 者形成所述字母數(shù)字式字符的線的點的重心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項所述的檢查方法，其中在選擇所述第一變換函數(shù)的步 驟之前，進行如下步驟，-確定基準(zhǔn)表面的平均徑向輪廓以及待檢查表面的平均徑向輪廓， _確定將要在徑向平面中應(yīng)用到基準(zhǔn)表面的平均徑向輪廓的旋轉(zhuǎn)和平移，從而能夠使 這兩個輪廓相一致，并且-將該旋轉(zhuǎn)和該平移應(yīng)用到基準(zhǔn)表面的所有點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項所述的檢查方法，其中在三條正交軸OX、OY和OZ上 表達描述基準(zhǔn)表面和待檢查表面的數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)(χ，y，ζ)，并且其中軸OZ基本對應(yīng)于輪 胎的旋轉(zhuǎn)軸線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢查方法，其中將平面OXY中的值(x，y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)(P，θ)0
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢查方法，其中在選擇所述第一變換函數(shù)的步驟之前，進行 如下步驟，_在已匹配點的子集中，求得位于浮凸的標(biāo)記上且在待檢查表面的部分上僅出現(xiàn)一次 的一個或多個特征點，并且_通過在所述特征點的角度值處和徑向值處設(shè)置基準(zhǔn)表面的圖像和待檢查表面的圖像 的角度值(Θ)的原點和徑向值(P)的原點，來對基準(zhǔn)表面的圖像以及待檢查表面的圖像 進行調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的一項所述的檢查方法，其中在已經(jīng)將第一變換函數(shù)應(yīng)用到 基準(zhǔn)表面的所有點之后_形成屬于基準(zhǔn)表面和待檢查表面的一個同樣的區(qū)域或部分的已匹配特征點的子集，-以迭代方式求得包括同位相似變換的第二仿射變換函數(shù)，并應(yīng)用于所考慮區(qū)域的特 征點，該同位相似變換的變換比的絕對值不等于1，借助于所述第一變換函數(shù)對所述點進行 變換，并且所述點屬于所述區(qū)域，使得表示基準(zhǔn)表面的所考慮區(qū)域的特征點的每一個和與 它們匹配的待檢查表面的所述點之間的距離之和的值最小，借助于所述第一變換函數(shù)和所 述第二變換函數(shù)對所述基準(zhǔn)表面的所考慮區(qū)域的特征點的每一個進行變換，_將所述第二變換函數(shù)應(yīng)用于基準(zhǔn)表面的所有點，借助于所述第一變換函數(shù)對所述點 進行變換，并且所述點屬于所述區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢查方法，其中在已經(jīng)將第一變換函數(shù)應(yīng)用到基準(zhǔn)表面的所 有點之后-確定基準(zhǔn)表面的圖像的輪廓線以及待檢查表面的圖像的輪廓線，-將基準(zhǔn)表面的圖像分割為多個基本表面，-在每一個基本表面內(nèi)，計算在基準(zhǔn)表面的圖像的輪廓線的點和待檢查表面的圖像的 最近輪廓線的點之間的距離之和，借助于所述第一變換函數(shù)對所述點進行變換，并且所述 點屬于所述基本表面，并且-以迭代方式求得包括同位相似變換的第二仿射變換函數(shù)，并應(yīng)用于基準(zhǔn)表面的所述 輪廓線的所述已選擇點，該同位相似變換的變換比的絕對值不等于1，借助于所述第一變換 函數(shù)對所述已選擇點進行變換，并且所述已選擇點屬于所述基本表面，使得表示所述距離 之和的值最小，_將所述第二變換函數(shù)應(yīng)用于基準(zhǔn)表面的基本表面的所有點，借助于所述第一變換函 數(shù)對所述點進行變換，并且所述點屬于所述基本表面。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求的一項所述的檢查方法，其中基準(zhǔn)表面的三維數(shù)據(jù)源于用于生 產(chǎn)模具的數(shù)據(jù)，該模具旨在對待檢查輪胎進行硫化。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求的一項所述的檢查方法，其中通過將描述待檢查表面的數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)與描述基準(zhǔn)表面的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進行對比，而評測待檢查區(qū)域的合格度，借助于第一和第二 變換函數(shù)對所述數(shù)據(jù)進行變換。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求的一項所述的檢查方法，其中在確定待檢查表面的三維輪廓的 步驟之前，實施將待檢查輪胎充氣到基準(zhǔn)壓力的步驟。
13.一種用于檢查輪胎表面的設(shè)備，該設(shè)備包括可以確定待檢查表面的三維輪廓的裝 置、用于儲存描述基準(zhǔn)表面的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的裝置以及能夠應(yīng)用計算算法的用計算機處理的計 算裝置，所述計算算法包括如下步驟-確定待檢查表面的三維輪廓，_在待檢查表面上定位特征點，并將這些點與源于基準(zhǔn)表面的三維數(shù)據(jù)的對應(yīng)點進行 匹配，從而產(chǎn)生成對的已匹配點的集合，“以迭代方式求得包括同位相似變換的第一仿射變換函數(shù)，并應(yīng)用于所述基準(zhǔn)表面的 特征點，所述同位相似變換的變換比的絕對值不等于1，使得表示基準(zhǔn)表面的特征點的每一 個和與它們匹配的待檢查表面的所述點之間的距離之和的值最小，借助于所述第一變換函 數(shù)對所述點進行變換，-將所述第一變換函數(shù)應(yīng)用于所述基準(zhǔn)表面的所有點，從而得到變換后的基準(zhǔn)表面。
全文摘要
一種檢查輪胎表面的區(qū)域的方法，所述表面包括凸起的標(biāo)記，在所述方法中，確定待檢查表面的三維輪廓，在待檢查表面上定位特征點，并將這些點與取自基準(zhǔn)表面的三維數(shù)據(jù)的對應(yīng)特征點進行配對，從而產(chǎn)生成對的已配對點的集合；以迭代方式查詢第一細(xì)化變換函數(shù)，并應(yīng)用于所述基準(zhǔn)表面的特征點，使得表示基準(zhǔn)表面的特征點的每一個和與它們配對的待檢查表面的所述點之間的距離之和的值最小，利用所述第一變換函數(shù)對所述基準(zhǔn)表面的特征點的每一個進行變換；并將所述第一變換函數(shù)應(yīng)用于所述基準(zhǔn)表面的所有點，從而得到變換后的基準(zhǔn)表面。
文檔編號G06T7/00GK101896937SQ200880120487
公開日2010年11月24日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者A·若利, C·莫羅, C·萊奧貝爾, F·加斯帕爾, R·文奇蓋拉, S·布儒瓦 申請人:米其林技術(shù)公司;米其林研究和技術(shù)股份有限公司