JP2013058161A - 表面パターンの検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本実施形態では、検査対象物が各種のものであっても、柔軟に対応して検査目的を達成できる表面パターンの検出方法及び装置を提供する。
【解決手段】この実施例では、予め撮像した参照用検査対象物の撮像信号に基づく参照用パターンデータを用意し、検査用対象物を撮像した撮像信号に基づくリアル撮像パターンデータを取得し、前記リアル撮像パターンデータを前記検査用対象物のリアル速度情報に基づき圧縮及び又は伸張して修正パターンデータを生成し、前記修正パターンデータと前記参照用パターンデータを比較して、類似か非類似を判定し、判定結果を示す信号を出力する。
【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は表面パターンの検出方法及び装置に関し、例えば撮像カメラを用いて、タイヤの表面のパターンをチェックするシステムに利用可能である。

撮像カメラを用いて、検査対象物の形状検査、表面の傷の点検などを行うシステムは従来から種々の提案がある。

特許第３７３９９６５号公報 特許第４２５００７６号公報 特開２００７−３２２４０２号公報

従来の検査装置は、予め特定した検査対象物を想定した範囲内で検査する装置がほとんどである。例えば、検査対象物を一定速度で移動させていることを前提とする。また検査対象物が一定の想定したパターンであることを前提とし、それぞれの検査対象に特化して専門化した検査装置及び方法を採用している。

しかし検査対象物として変動量の大きいもの、あるいは各種のパターン、或いは各種形態のものが存在することがあり、その対応が求められている。

本実施形態では、検査対象物が変動するもの、各種のものであっても、柔軟に対応して検査目的を達成できる表面パターンの検出方法及び装置を提供することを目的とする。

本実施形態によれば、予め撮像した参照用検査対象物の撮像信号に基づく参照用パターンデータを用意し、検査用対象物を撮像した撮像信号に基づく検査用パターンデータを取得し、前記検査用パターンデータを前記検査用対象物の速度情報に基づき圧縮及び又は伸張して修正検査用パターンデータを生成し、前記修正検査用パターンデータと前記参照用パターンデータを比較して、類似か非類似を判定し、判定結果を示す信号を出力する。

一実施形態の構成の一例を示す図である。 他の実施形態の構成の一例を示す図である。 さらに他の実施形態の構成の一例を示す図である。 図４の実施形態を上側からみた場合の斜視図である。 実施形態における画像データの処理部の構成の一例を示す図である。 実施形態における反射部材のクリーナの一例を示す図である。 実施形態における警告表示形態の一例を示す図である。 実施形態における他の撮像カメラの配置例を示す図である。 実施形態における他の撮像カメラの配置例を示す図である。 実施形態における他の撮像カメラの配置例を示す図である。 図１０のカメラの制御システムを示す図である。 図５の実施形態のさらに他の例を示す図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１において、１００は車両であり、例えば、高速道路の入り口ゲート（料金所）手前に到達した例を示している。高速道路の入り口ゲート（料金所）の例えば３０乃至２０メートル手前では、スピードが落とされ、時速１０ｋｍ/ｈ以下となり、車両は、入り口ゲートに進入する。

入り口ゲートの車両進入路の途中には、車を洗浄するための洗浄装置１１が配備されている。洗浄装置１１は、例えば、温水を車に吹き付けて、前輪のタイヤ１２０についている雪、ほこり、泥などを洗い落とすことができる。洗浄装置１１は、車両が近づくと自動的に水を噴射するように設定されている。

車両１００の前輪のタイヤ１２０が洗浄装置１１を通過すると、位置センサー１３が車両進入を検出する。また速度センサー１２が働き、車両１００が一定区間を移動する速度を計測する。位置センサー１３としては、例えば光センサー或いは重量センサーなどが用いられる。位置センサー１３が車両１００のタイヤ１２０を検出すると、カメラ２００が前輪１００の表面の撮像を開始する。カメラ２００は、ＣＣＤラインセンサでもよく、２次元撮像カメラでもよい。

カメラ２００は、表面パターン検出装置６００（図５参照)の一部である。カメラ２００は、前輪のタイヤ１２０の表面を一定期間撮像する。図１のカメラ２００は、車両走行路の一部に形成された窪みに設けられ、車両１００の前方からタイヤ１２０の表面を撮像する。

カメラ２００の位置は、図１の実施形態に限定されるものではない。図２に示す実施形態は、車両走行路の一部に形成された窪みにカメラ２００が設けられ、反射部材２０１を介してタイヤ１２０の表面を一定期間撮像する。

さらに図３に示す実施形態は、反射部材２０１を介してタイヤ１２０の表面を一定期間撮像するカメラ２００の位置が、上部に配置されている例である。例えば、車両１００は、入り口ゲートを通過するとき、屋根の下を通過するので、天井にカメラ２００が配置されていてもよい。

図４は、カメラ或いは反射部材２０１が配置されている様子を、斜視図で示している。車両の走行路であっても、カメラ或いは反射部材２０１が配置される位置は、車輪が通過する位置を避けなければならない。そこで、例えば、左右の車輪の中間に窪み２１１が形成され、この窪み２１１に前述したカメラ或いは反射部材２０１が配置される。

図５は、カメラ２００が撮像した撮像信号を処理する装置６００の内部ブロックを示している。まず図５の左側のメモリ３１１は、予め用意した参照用パターンデータ３ＸＰ１，３ＸＰ２，３ＸＰ３を格納している。この参照用パターンデータ３ＸＰ１，３ＸＰ２，３ＸＰ３は、例えばスタッドレスタイヤのタイヤ１２２の表面を予めカメラ２５０（カメラ２００と同性能）により撮像して作成したデータである。この場合、タイヤ１２２の回転速度を例えば３種類の速度（Ａｋｍ/ｈ,Ｂｋｍ/ｈ,Ｃｋｍ/ｈ）で回転させて、各速度のときに一定期間撮像したパターンが、参照用パターンデータ３ＸＰ１，３ＸＰ２，３ＸＰ３として用意されている。

図５の右側のバッファメモリ３０１は、カメラ２００でタイヤ１２０表面を一定期間撮像したときのリアル撮像パターンデータＰＩ１を格納する。このリアル撮像パターンデータＰＩ１は、制御部３００の制御に基づき、修正パターンデータＰＩ２に修正されて、修正メモリ３０２に格納される。

制御部３００は、リアル撮像パターンデータＰＩ１を修正パターンデータＰＩ２に修正するとき、速度センサー１３からのリアル速度情報を利用して、修正程度（伸張度或いは圧縮度）を決定する。制御部３００は、車両のリアル速度Ｘｋｍ/ｈが、Ａｋｍ/ｈ,Ｂｋｍ/ｈ,Ｃｋｍ/ｈのいずれに最も近いかを判定する。今、リアル速度Ｘｋｍ/ｈが、Ｂｋｍ/ｈに近いとすると、（Ｃ／Ｘ）を計算する。そして、リアル撮像パターンデータＰＩ１を修正する割合を（Ｘ／Ｃ）倍に修正する。修正方向は、例えばパターンデータの左右方向（或いは水平）を一定として、パターンデータの縦方向(時間経過と共に撮像した方向（或いは垂直方向））を修正する。この修正により、修正パターンデータは、タイヤ１２０がＢｋｍ/ｈで走行しているときに撮像した参照用パターンデータ３ＸＰ２に近くづくはずである。

そこで制御部３００は、参照用パターンデータ３ＸＰ２と、修正パターンデータＰＩ２を読み出して、比較部３０３で比較する。参照用パターンデータとしては、同じスタッドレスタイヤであってもメーカにより模様が異なる、或いは同じメーカであっても型式により模様が異なるので、それぞれの参照用パターンデータがそれぞれの速度で測定されメモリ３１１に用意されている。そして比較部３０３は、修正パターンデータを同時に複数の参照用パターンデータと対比して、模様が類似しているかどうかを判定している。

このとき、メモリ３１１には、チェーンが巻かれたタイヤの参照用パターンデータも格納されているので、スタッドレスタイヤタイヤに限らず、チェーンを装備したタイヤ、ノーマルタイヤも検出することが可能である。

上記の説明では、リアル撮像パターンデータを速度に応じて、速度方向に伸張あるいは縮小処理した。しかし、速度に対応する方向のみならず、参照データを倍率Ｂで主走査、副走査方向へ拡大して保存しておき、修正パターンデータをさらに倍率Ｂで主走査、副走査方向へ拡大し、次に両者の比較処理を行ってもよい。

図６は、反射部材２０１が常に良好な状態に維持されるように、反射部材２０１の管理維持手段を示している。このシステムは、積雪地方などの寒い地域で有効である。しかし寒い地方では、反射部材２０１が曇ってしまう、ぬれてしまうなどの問題がある。そこで、このシステムでは反射部材２０１に温風を吹き付けることで反射機能を常に良好に保つようにしている。つまり反射部材２０１の近くにヒータ４００と送風機４０１を配置し、雪や雨で反射部材２０１の表面が凍結することを防止している。

図７は、装置６００で検出した結果を表示器７００に送信した例を示している。例えば車両がスタッドレスタイヤを装備していない場合は、入り口ゲート（料金所）のゲートの近くの表示器７００では、警告が表示される。警告内容は、例えば「スタッドレスタイヤ若しくはチェーンを装備ください」と言うような内容である。文字のほか、音声による通告も行われる。

図８は、さらに車両１００のナンバープレートを撮像するカメラ２２０が設けられた例を示している。ナンバープレートのナンバーと先の警告とが同時に表示された場合、車両の所有者は、一層注意喚起できることになる。

上記のようにタイヤの検査がスムーズに行われることで、渋滞の回避も可能である。また路面凍結の状態では、警告が有効に作用し、事故の防止、渋滞の防止に効果的となる。

また、本開示は、タイヤに対する撮像角度は、種々選択可能であり、また照明を当てて検査することも当然可能である。さらにまた、図では車両の前方から撮像したが、車両の後方から後輪のタイヤを撮像する場合も適用できることは勿論である。さらにまた読み取ったナンバープレートのナンバーと、タイヤのパターンを関連付けたデータを作成することも当然可能である。さらにまた、上記の説明では、予め用意した表面パターンとの一致不一致をチェックしたが、タイヤの疵、打痕などを検査する場合にも有効である。

さらにまた、タイヤに細工されているスリップサインが露呈しているかどうかをチェックすることも可能である。スリップサインが露呈している場合は、先の表示器に警告を行うことができる。

また本実施例で、被写体（検査対象物）を撮像するカメラとしては、特許第３７３９９６５号公報、特許第４２５００７６号公報、特開２００７−３２２４０２号公報に示されているカメラを用いることで、被写界深度を大きくできることになり、精度の高いパターンデータを得ることができる。

上記の説明では、車両のタイヤの表面パターンを検査する装置として説明している。しかし本実施形態は、これに限らず、飛行機のタイヤ、２輪車のタイヤ、電車などの車輪の点検に利用できることは勿論のことである。

図９には、撮像カメラのさらに他の一例を示している。図１−図２のカメラ２００は、路面に窪みを形成して、ここにカメラ２００を配置した。これに対して図９の実施例は、カメラを路上に配置したボックス２００ｂの中に収容して配置した例である。

図１０は、タイヤ１２０の表面を撮像するカメラを、車両ボディに形成されたタイヤ配置部１５０に配置されたカメラ収納部２２０内に収めている。このカメラ収容部２２０内部のカメラは、例えばタイヤ２００が一定の速度条件、或いは車両が一定の条件になると、タイヤ表面の撮像を開始する。

図１１には、車載の制御器１０００とカメラ収容部２２０内のカメラＡ、洗浄器Ｂの関係を示している。制御器１０００には速度計１０１０からの速度情報が供給される。制御器１０００は、マイクロコンピュータを用いた車制御装置の一部である。制御器１０００は、カメラＡが撮像した画像データや、この画像データを加工したものをメモリ１０１２に格納することができる。制御器１０００は、カメラＡが撮像したタイヤ２００の表面画像を先の実施形態のようにチェックする。したがって、制御器１０００は、タイヤ２００の種類、メーカなどを判定することができるし、また、傷や磨耗状態などをチェックすることができる。判定結果やチェック結果はメモリ１０１２にヒストリーとして日時情報と共に格納される。また判定結果やチェック結果により、緊急を要する場合は、運転席の表示器１０１３に警告情報として表示される。

制御器１０００は、例えば車速が一定の範囲になると洗浄器Ａを制御してタイヤ表面を洗浄し、ついでカメラＡによりタイヤ表面を撮像して画像を取り込む。またこのとき、タイヤ表面の画像が表示器１０１３に表示されてもよい。なお、洗浄器Ａは省略しても構わない。

上記の例は、１つのタイヤの監視装置として示しているが、車両の各タイヤの状態がそれぞれの監視装置で監視される。

上記の説明は、自動車のタイヤを監視したが、車載システムとして本発明装置を利用することで、例えば、鉄道のレールは勿論車輪の表面を撮像し、鉄道のレール及び車輪の磨耗状態などのチェックを行うための画像を取得することも可能である。

図１２は、図５に示した実施形態のさらに他の実施形態である。図５の構成と異なる部分を示している。図５の説明では、撮像パターンデータのすべてが修正パターンデータと比較されるかのように説明したが、すべてを比較する必要はない。予め設定したエリア或いは領域が比較されて、結果が判断されてもよい。図１２では、修正パターンデータＰ１２をさらに再構成部３２０で再構成する。再構成したパターンデータＰ１の一部の領域が比較部３００に入力されて、参照用パターンデータと比較される。

再構成部３２０は、取得した画像がノイズ或いはタイヤに付着している付着物などのデータ（所謂ノイズ成分）を含む場合があることを想定し、このようなノイズ成分を除去する部分である。ラインセンサなどで読み取られた時間軸方向の画像データ（この場合は、修正パターンデータＰ１）は、時間領域データを周波数領域データに変換する変換部（フーリエ変換部）３２１に入力される。次に、フィルタ部３２２において、周波数領域のデータ内から、タイヤのパターンを撮像したときに得られる周波数領域に含まれるデータを取り出す。次に、フィルタ部３２２から出力された周波数領域のデータを時間領域データに逆変換する変換部（逆フーリエ変換部）３２３で逆変換する。そしてこのデータにおいて、一部の領域或いは区間のデータを切り取り部３２４で切り取り、比較部３０３に供給する。他の処理は、図５で説明した内容と同じである。

いくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図するものではない。これら新規な実施例は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行ってもよい。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１・・・洗浄装置、１２・・・速度センサー、１３・・・位置センサー、
１００・・・車両、１２０・・・タイヤ、２００・・・カメラ、２０１・・・反射部材、３００・・・制御部、３１１・・・メモリ、３０１・・・バッファメモリ、３０２・・・修正メモリ、３０３・・・比較部、４００・・・ヒータ、４０１・・・送風機、６００・・・表面パターン検出装置、７００・・・表示器。

Claims (7)

1. 予め撮像した参照用検査対象物の撮像信号に基づく参照用パターンデータを用意し、
   検査用対象物を撮像した撮像信号に基づくリアル撮像パターンデータを取得し、
   前記リアル撮像パターンデータを前記検査用対象物のリアル速度情報に基づき圧縮及び又は伸張して修正パターンデータを生成し、
   前記修正パターンデータと前記参照用パターンデータを比較して、類似か非類似を判定し、判定結果を示す信号を出力する表面パターンの検出方法。
2. 前記参照用パターンデータとして、さらに前記参照用検査対象物が異なる速度で移動した際の複数の参照用パターンデータが用意されている請求項１記載の表面パターンの検出方法。
3. 前記修正パターンデータを生成する場合、前記リアル速度情報が示すリアル速度に近い速度で撮像された参照用パターンデータを選択し、この選択された参照用パターンデータの撮像時の速度と前記リアル速度の比に基づいて、前記リアル撮像パターンデータを伸張又は圧縮して、前記修正パターンデータを生成する請求項２記載の表面パターンの検出方法。
4. 前記参照用パターンデータは、さらにパターンが異なる複数のタイプの参照用パターンデータを含む請求項３記載の表面パターンの検出方法。
5. 前記修正パターンデータは、複数の前記参照用パターンデータと同時に比較して、類似か非類似を判定する請求項４記載の表面パターンの検出方法。
6. 前記検査対象物は、スタッドレスタイヤ、チェーンを装填したタイヤの何れかであり、
   前記判定結果は、スタッドレスタイヤ若しくはチェーンを装填したタイヤであるか否かを示す信号である請求項５記載の表面パターンの検出方法。
7. 予め撮像した参照用検査対象物の撮像信号に基づく参照用パターンデータを用意する手段と、
   検査用対象物を撮像した撮像信号に基づくリアル撮像パターンデータを取得する手段と、
   前記リアル撮像パターンデータを前記検査用対象物のリアル速度情報に基づき圧縮及び又は伸張して修正パターンデータを生成する手段と、
   前記修正パターンデータと前記参照用パターンデータを比較して、類似か非類似を判定し、判定結果を示す信号を出力する手段とを有する装置であって、
   前記参照用パターンデータとして、さらに前記参照用検査対象物が異なる速度で移動した際の複数の参照用パターンデータが用意されており、
   前記修正パターンデータを生成する場合、前記リアル速度情報が示すリアル速度に近い速度で撮像された参照用パターンデータを選択し、この選択された参照用パターンデータの撮像時の速度と前記リアル速度の比に基づいて、前記リアル撮像パターンデータを伸張又は圧縮して、前記修正パターンデータを生成する手段を含む表面パターンの検出装置。

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