(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する光透過板と、
前記光透過板に接地したタイヤの表面の少なくとも１箇所に形成された第１の模様パターンと、
前記光透過板を介して前記第１の模様パターンに光を照射する光源と、
前記タイヤの表面のうち、前記第１の模様パターンが形成された部分を含む部分が前記光透過板の一主面に接触している状態を、前記光透過板の他主面側の複数の異なる方向から撮影する撮影部と、
前記撮影部によって撮影された、前記第１の模様パターンの三次元座標に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を解析する解析部とを有し、
前記光透過板に形成された第２の模様パターンを有し、
前記撮影部は、前記タイヤの表面のうち、前記第１の模様パターンが形成された部分を含む部分が前記光透過板の一主面に接触している状態と前記第２の模様パターンとを前記光透過板の他主面側の複数の異なる方向から撮影し、
前記解析部は、前記撮影部によって撮影された、前記第２の模様パターンの位置を基準位置として、前記第１の模様パターンの三次元座標に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を解析する
タイヤ解析装置。
【請求項２】
前記撮影部は、前記複数の異なる方向から、複数のカメラによって撮影し、前記複数のカメラの撮影方向同士がなす角度は２８．６度以上６８．２度以下である
請求項１に記載のタイヤ解析装置。
【請求項３】
前記解析部は、前記撮影部によって撮影された、前記第２の模様パターンの位置を基準位置とし、前記基準位置と前記第１の模様パターンの三次元座標との比較に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を解析する
請求項１または２に記載のタイヤ解析装置。
【請求項４】
前記撮影部によって撮影された、前記第２の模様パターンの画像に基づいて、前記光透過板の傾斜角度を算出する角度算出部を有し、
前記解析部は、前記角度算出部によって算出された角度を用いて、前記第１の模様パターン及び前記第２の模様パターンの三次元座標を補正する
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のタイヤ解析装置。
【請求項５】
前記タイヤが前記光透過板に接触した状態で前記タイヤを所定角度回転させる回転駆動部を有し、
前記撮影部は、前記回転駆動部によって回転させた前記タイヤを撮影する
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のタイヤ解析装置。
【請求項６】
前記解析部は、
前記撮影部によって撮影された撮影画像について、縦方向及び横方向にそれぞれ平滑化処理し、平滑化処理された画像を一定画素数で間引き処理し、間引かれていない画素の輝度情報を用いて、間引かれている画素の輝度について線形補間を行ってモアレ縞を作成し、前記モアレ縞に基づいて位相分布を作成し、前記位相分布に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を算出する
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のタイヤ解析装置。
【請求項７】
前記解析部は、
前記撮影部によって撮影された撮影画像についてフーリエ変換してパワースペクトルを取得し、水平方向の一次調和波及び上下方向の一次調和波を抽出し、それぞれについて逆フーリエ変換して位相分布を作成し、前記位相分布に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を算出する
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のタイヤ解析装置。
【請求項８】
前記第１の模様パターンは、規則性を有しない模様からなるランダムパターンであり、
前記解析部は、
前記撮影部によって撮影された撮影画像に対してパターンマッチング法を適用し、
複数の異なる方向からの撮影画像の対応点を算出し、前記対応点に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を算出する
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のタイヤ解析装置。
【請求項９】
タイヤの表面の少なくとも１箇所に第１の模様パターンを形成するステップと、第２の模様パターンが形成され、光を透過する光透過板を路面としてセットするステップと、複数のカメラによって、前記光透過板を介して前記第１の模様パターンを含む、前記光透過板に接地した前記タイヤの表面を撮影するステップと、前記複数のカメラによって撮影された画像を解析し、前記タイヤの表面の三次元形状を算出するステップとを有し、
前記撮影するステップにおいては、前記タイヤの表面のうち、前記第１の模様パターンが形成された部分を含む部分が前記光透過板の一主面に接触している状態と前記第２の模様パターンとを前記光透過板の他主面側の複数の異なる方向から撮影し、
前記算出するステップにおいては、撮影された、前記第２の模様パターンの位置を基準位置として、前記第１の模様パターンの三次元座標に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を算出する
タイヤ解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ解析装置及びタイヤ解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のタイヤ解析装置（タイヤ解析システム）は、高速度ビデオカメラを用いて試験タイヤを連続撮影したデジタル画像を用いて、タイヤ形状解析を行っている（例えば、特許文献１から特許文献３参照）。
【０００３】
特許文献１には、点を縦横に規則的に配列した点パターンを撮影し、撮影した画像について２値化処理を行って接地形状を解析する技術が記載されている。特許文献１には、隣り合うように並べた撮影手段を用いて試験片の奥行方向を評価することについても記載されている。特許文献２には、タイヤの回転軸を固定し、表面に白色液体を配した透明板をタイヤに接触された状態で移動させ、タイヤの表面を固定カメラで撮影し、撮影された画像の輝度情報から三次元形状を測定する技術が記載されている。特許文献３には、タイヤの表面に貼付した格子シートを撮影し、タイヤの表面の三次元形状を測定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１１３６７２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５４８５８号公報
【特許文献３】特開平１０−３８５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、撮影手段を隣り合うように並べるので、撮影方向がほぼ同じになり、得られる三次元形状の精度を十分に確保することは困難である。特許文献２に記載の技術では、タイヤの汚れによって白色液体の不透明度が変化し、測定精度が安定しない、という問題がある。特許文献３に記載の技術では、タイヤの接地している部分の形状を測定することはできない。
【０００６】
本発明は、タイヤの接地している部分の形状の解析を実現できるタイヤ解析装置及びタイヤ解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様において、タイヤ解析装置は、光を透過する光透過板と、前記光透過板に接地したタイヤの表面の少なくとも１箇所に形成された第１の模様パターンと、前記光透過板を介して前記第１の模様パターンに光を照射する光源と、前記タイヤの表面のうち、前記第１の模様パターンが形成された部分を含む部分が前記光透過板の一主面に接触している状態を、前記光透過板の他主面側の複数の異なる方向から撮影する撮影部と、前記撮影部によって撮影された、前記第１の模様パターンの三次元座標に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を解析する解析部とを有し、前記光透過板に形成された第２の模様パターンを有し、前記撮影部は、前記タイヤの表面のうち、前記第１の模様パターンが形成された部分を含む部分が前記光透過板の一主面に接触している状態と前記第２の模様パターンとを前記光透過板の他主面側の複数の異なる方向から撮影し、前記解析部は、前記撮影部によって撮影された、前記第２の模様パターンの位置を基準位置として、前記第１の模様パターンの三次元座標に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を解析する。前記撮影部は、前記複数の異なる方向から、複数のカメラによって撮影し、前記複数のカメラの撮影方向同士がなす角度は２８．６度以上６８．２度以下であることが好ましい。
【０００９】
前記解析部は、前記撮影部によって撮影された、前記第２の模様パターンの位置を基準位置とし、前記基準位置と前記第１の模様パターンの三次元座標との比較に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を解析するようにしてもよい。
【００１０】
前記撮影部によって撮影された、前記第２の模様パターンの画像に基づいて、前記光透過板の傾斜角度を算出する角度算出部を有し、前記解析部は、前記角度算出部によって算出された角度を用いて、前記第１の模様パターン及び前記第２の模様パターンの三次元座標を補正するようにしてもよい。
【００１１】
前記タイヤが前記光透過板に接触した状態で前記タイヤを所定角度回転させる回転駆動部を有し、前記撮影部は、前記回転駆動部によって回転させた前記タイヤを撮影するようにしてもよい。
【００１２】
前記解析部は、前記撮影部によって撮影された撮影画像について、縦方向及び横方向にそれぞれ平滑化処理し、平滑化処理された画像を一定画素数で間引き処理し、間引かれていない画素の輝度情報を用いて、間引かれている画素の輝度について線形補間を行ってモアレ縞を作成し、前記モアレ縞に基づいて位相分布を作成し、前記位相分布に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を算出するようにしてもよい。
【００１３】
前記解析部は、前記撮影部によって撮影された撮影画像についてフーリエ変換してパワースペクトルを取得し、水平方向の一次調和波及び上下方向の一次調和波を抽出し、それぞれについて逆フーリエ変換して位相分布を作成し、前記位相分布に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を算出するようにしてもよい。
【００１４】
前記第１の模様パターンは、規則性を有しない模様からなるランダムパターンであり、前記解析部は、前記撮影部によって撮影された撮影画像に対してパターンマッチング法を適用し、複数の異なる方向からの撮影画像の対応点を算出し、前記対応点に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を算出するようにしてもよい。
【００１５】
１つの態様において、タイヤ解析方法は、タイヤの表面の少なくとも１箇所に第１の模様パターンを形成するステップと、第２の模様パターンが形成され、光を透過する光透過板を路面としてセットするステップと、複数のカメラによって、前記光透過板を介して前記第１の模様パターンを含む、前記光透過板に接地した前記タイヤの表面を撮影するステップと、前記複数のカメラによって撮影された画像を解析し、前記タイヤの表面の三次元形状を算出するステップとを有し、前記撮影するステップにおいては、前記タイヤの表面のうち、前記第１の模様パターンが形成された部分を含む部分が前記光透過板の一主面に接触している状態と前記第２の模様パターンとを前記光透過板の他主面側の複数の異なる方向から撮影し、前記算出するステップにおいては、撮影された、前記第２の模様パターンの位置を基準位置として、前記第１の模様パターンの三次元座標に基づいて、前記タイヤの表面の三次元形状を算出する。
【発明の効果】
【００２０】
タイヤ解析装置およびタイヤ解析方法は、態様の１つにおいて、タイヤの接地面の形状解析を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、第１の実施形態にかかるタイヤ解析システムを示す構成図である。
【図２】図２は、図１に記載したタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の機能を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１の模様パターンの例を示す図である。
【図４】図４は、透明板の下側からみたタイヤの外形の例を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態にかかるタイヤ解析システムのタイヤ解析装置における座標系を説明する図である。
【図６】図６は、タイヤの表面に形成された第１の模様パターンを撮影した画像の例を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、三次元形状の測定結果の例をグレースケールによって示すコンター図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａにおいてグレースケールで示す三次元形状の測定結果の指標を示す図である。
【図８】図８は、サンプリングモアレ法におけるモアレ縞の生成について説明するための図である。
【図９】図９は、選択型サンプリングモアレ法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１０は、５画素で間引き処理を行った結果について生成したモアレ縞の例を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の模様パターンの画像の例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１の実施形態のタイヤ解析装置によって実現されるタイヤ解析方法の例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、第２の模様パターンを用いてタイヤの接地有無を判定するようにしたタイヤ解析装置を含むタイヤ解析システムを示す構成図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第１の模様パターン及び第２の模様パターンを撮影した画像の例を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、三次元形状の測定結果の例をグレースケールによって示すコンター図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、図１４Ｂにおいてグレースケールで示す三次元形状の測定結果の指標を示す図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、図１４Ｂに示す三次元形状の測定結果を二値化した画像である。
【図１５】図１５は、透明板に複数の第２模様パターンを形成した場合を示す図である。
【図１６】図１６は、第２模様パターンを用いたタイヤの接地有無を判定する方法を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、３つの第２の模様パターンを用いて、透明板の傾斜角度を算出する場合の処理を示す図である。
【図１８】図１８は、１つの第２の模様パターンを用いて、透明板の傾斜角度を算出する場合の処理を示す図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、タイヤの接地中心部分の三次元形状の測定結果の例をグレースケールによって示すコンター図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、タイヤの接地中心部分の三次元形状の測定結果の例をグレースケールによって示すコンター図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、図１９Ａ及び図１９Ｂにおいてグレースケールで示す三次元形状の測定結果の指標を示す図である。
【図２０】図２０は、第２の実施形態にかかるタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の主たる機能を示すブロック図である。
【図２１】図２１は、撮影部によって撮影した画像をフーリエ変換部が二次元フーリエ変換して取得する、パワースペクトルの例を示す図である。
【図２２】図２２は、第２の実施形態にかかるタイヤ解析システムによるタイヤ解析方法を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、第３の実施形態にかかるタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の主たる機能を示すブロック図である。
【図２４】図２４は、第３の実施形態にかかるタイヤ解析システムによるタイヤ解析方法を示すフローチャートである。
【図２５】図２５は、第４の実施形態にかかるタイヤ解析装置を含むタイヤ解析システムを示す構成図である。
【図２６】図２６は、図２５に示したタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の機能を示すブロック図である。
【図２７】図２７は、第４の実施形態にかかるタイヤ解析システムによるタイヤ解析方法を示すフローチャートである。
【図２８】図２８は、第５の実施形態にかかるタイヤ解析装置を含むタイヤ解析システムを示す構成図である。
【図２９】図２９は、図２８に示したタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の機能を示すブロック図である。
【図３０】図３０は、第５の実施形態にかかるタイヤ解析システムによるタイヤ解析方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者に自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるタイヤ解析装置を含むタイヤ解析システムを示す構成図である。図２は、図１に示したタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の機能を示すブロック図である。これらの図において、図１は、タイヤ解析システムの全体構成を模式的に示し、図２は、タイヤ解析装置の主たる機能を示している。
【００２４】
本実施形態にかかるタイヤ解析システム１は、所定条件を入力したときのタイヤ形状の変化又はタイヤの表面の歪みの変化を測定することにより、タイヤの挙動解析（タイヤの応答性評価）を行うシステムに適用される。タイヤ解析システム１は、タイヤ試験機２と、撮影装置３と、タイヤ解析装置４とを備える（図１参照）。
【００２５】
タイヤ試験機２は、試験タイヤ１０に試験条件を付与する装置である。図１の構成では、タイヤ試験機２は、支持装置２１と、駆動装置２２とを有する。支持装置２１は、試験タイヤ１０を回転可能に支持する装置であり、試験タイヤ１０を装着するリム２１１を有する。駆動装置２２は、試験タイヤ１０に駆動力を付与する装置であり、試験タイヤ１０を駆動するモータ２２２と、モータ２２２を駆動制御するモータ制御装置２２３とから構成される。なお、以下の説明では、試験タイヤ１０を単に「タイヤ１０」と呼ぶことがある。
【００２６】
このタイヤ試験機２では、支持装置２１が、試験タイヤ１０をリム２１１に装着して支持し、試験タイヤ１０を駆動装置２２の透明板２２１の一主面である上面２２１Ｕに押圧して試験タイヤ１０に荷重を付与する。また、支持装置２１が、リム２１１を変位させて試験タイヤ１０と透明板２２１との位置関係を調整することにより、試験タイヤ１０にスリップ角又はアングル角を付与する。また、駆動装置２２は、モータ制御装置２２３によりモータ２２２を駆動してリム２１１を所定角度回転させることができる。これにより、車両走行時におけるタイヤの転動状態が、透明板２２１の表面を路面として再現される。また、支持装置２１及び駆動装置２２が、荷重、回転速度、スリップ角、アングル角などを調整することにより、試験条件を変更できる。
【００２７】
透明板２２１は、光を透過する性質を有する光透過板である。透明板２２１は光を１００％透過しなくてもよく、透明板２２１を介してタイヤの表面を撮影することができる光透過率を有していればよい。透明板２２１は、例えば、アクリル樹脂製の平面板又はガラス製の平面板である。タイヤ１０と平面板との接触状態を撮影して画像解析するので、より現実に近いタイヤの接地状態を解析することができる。
【００２８】
撮影装置３は、一対のカメラ３１ａ及び３１ｂと、光源である照明用ランプ３２を有する。カメラ３１ａ及び３１ｂは、タイヤ１０を撮影する撮影部であり、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラにより構成される。カメラ３１ａおよび３１ｂは、透明板２２１を介してタイヤ１０を撮影する。カメラ３１ａ及び３１ｂは、透明板２２１の他主面である下面２２１Ｄから、透明板２２１を介して試験タイヤ１０を撮影する。また、一対のカメラ３１ａ及び３１ｂは、試験タイヤ１０を相互に異なる方向から撮影できる位置に配置される。これらのカメラ３１ａ及び３１ｂは、試験タイヤ１０を左右方向から同時に撮影して、タイヤ画像（試験タイヤ１０のデジタル画像データ）を生成する。カメラ３１ａの撮影方向である視線３１１ａと、カメラ３１ｂの撮影方向である視線３１１ｂとがなす角度θは、例えば２８．６度以上６８．２度以下である。複数のカメラの撮影方向同士がなす角度θをこの範囲に設定することにより、精度の高い三次元形状を得ることができる。照明用ランプ３２は、カメラ３１ａ及び３１ｂの撮影範囲を照らすランプであり、例えば、ハロゲンランプにより構成される。これらの照明用ランプ３２は、常時点灯タイプであってもよいし、フラッシュ点灯タイプであってもよい。
【００２９】
タイヤ解析装置４は、例えば、所定の解析プログラムをインストールしたＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）であり、撮影装置３から入力されるタイヤ１０の画像を処理してタイヤ１０の三次元形状を解析する処理を行う（図２参照）。タイヤ１０の三次元形状を解析する処理は、タイヤ１０の画像に基づき、タイヤ１０の三次元形状を算出する処理を含む。
【００３０】
図２に示すように、本実施形態にかかるタイヤ解析装置４は、解析部４１と、角度算出部４２とを有している。解析部４１は、撮影装置３によって撮影した画像について解析処理を行って三次元形状を得ることができる。解析部４１は、画像平滑部４１１と、輝度分布取得部４１２と、間引き処理部４１３と、モアレ縞作成部４１４と、位相分布算出部４１５と、アンラッピング処理部４１６と、三次元形状算出部４１７とを備えている。角度算出部４２は、透明板２２１の傾斜角度を算出する。
【００３１】
（解析部）
画像平滑部４１１は、撮影装置３によって撮影した画像を平滑化する。画像平滑部４１１は、縦方向及び横方向にそれぞれ平滑化処理する。
【００３２】
輝度分布取得部４１２は、画像平滑部４１１が平滑化した画像から、輝度分布を示す画像を得る。間引き処理部４１３は、輝度分布を示す画像について一定画素数で間引き処理を行う。モアレ縞作成部４１４は、間引かれていない画素の輝度情報を用いて、間引かれている画素の輝度について線形補間を行ってモアレ縞を作成する。位相分布算出部４１５は、モアレ縞に基づいて第１の模様パターンの位相分布を算出する。アンラッピング処理部４１６は、アンラッピング処理した位相分布を作成する。三次元形状算出部４１７は、各カメラによる撮影画像の位相分布と各カメラの視線（撮影方向）とに基づいて、タイヤ１０の第１の模様パターンが形成された部分の三次元形状を算出する。三次元形状算出部４１７は、カメラの視線、つまりカメラ３１ａとカメラ３１ｂとタイヤ１０（透明板２２１）との相対位置に基づいてカメラ３１ａ、３１ｂのそれぞれで取得した撮影画像の位相分布を視線データとして利用することで三次元形状を得る。
【００３３】
（模様パターン）
図３は、第１の模様パターンの例を示す図である。図３に示すように、第１の模様パターンＭ１は、例えば、格子模様のパターンである。格子模様を構成する孔の形状は正方形、矩形、三角形、星形のいずれであってもよい。同じ形状の孔が規則的に並んでいることが好ましい。ただし、格子模様のパターンは、同じ形状の孔に限定されることはなく、例えば三角形の孔と逆三角形の孔とが規則的に並んでいるものであってもよい。
【００３４】
本実施形態では、孔の形状が正方形である、正方格子の模様パターンを第１の模様パターンとして利用する。その格子の大きさＨＨは、正方一辺０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、格子間隔ＫＫは水平方向、垂直方向ともに１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。なお、第１の模様パターンＭ１を構成する形状（例えば、正方格子）の少なくとも１つが第１の模様パターンＭ１の端で途切れることなく（例えば、第１の模様パターンＭ１上に完全な形の正方格子が少なくとも１つ存在）、なおかつ第１の模様パターンＭ１の水平方向、および垂直方向の長さがともに格子間隔ＫＫの２倍以上の長さであれば、格子の大きさＨＨ及び格子間隔ＫＫはともに任意の値でよい。
【００３５】
第１の模様パターンＭ１は、両面テープを用いてタイヤの表面に貼付されたシート状になっていてもよい。また、第１の模様パターンＭ１は、タイヤの表面に直接描かれたものであってもよい。例えば、第１の模様パターンＭ１は、白色インクのペンで、タイヤの表面に描かれたものであってもよい。
【００３６】
図４は、透明板２２１の下側すなわち撮影する方向からみたタイヤ１０の外形の例を示す図である。図４に示すように、タイヤ１０は、表面に形成された第１の模様パターンＭ１を有している。図中の破線Ｈはタイヤ１０の接地中心を示す。
【００３７】
第１の模様パターンＭ１が形成された部分を透明板２２１に接触させると、タイヤ１０の表面のうち、透明板２２１に接触している部分及びその部分の周辺が変形する。これにより、タイヤ１０が路面に接地した状態を再現することができる。以下、タイヤ１０が透明板２２１に接触した状態を、接地と呼ぶことがある。
【００３８】
タイヤ１０の表面が変形すると、その表面に形成された第１の模様パターンＭ１も変形する。変形する第１の模様パターンＭ１を、透明板２２１の下側から撮影して解析することにより、タイヤ１０の接地状態での三次元形状を算出できる。
【００３９】
タイヤ１０を回転させずに、第１の模様パターンＭ１が形成された部分を透明板２２１に押付けて接触させた場合、タイヤ１０が回転していない静的な接地状態での三次元座標を取得できる。また、タイヤ１０の第１の模様パターンＭ１が形成された部分を透明板２２１に接触させた状態で支持装置２１によってタイヤ１０を所定角度回転させれば、タイヤ１０が回転する動的な接地状態での三次元形状を算出できる。
【００４０】
（座標系）
図５は、本実施形態にかかるタイヤ解析システムのタイヤ解析装置における座標系を説明する図である。図５に示すように、Ｘ座標は、タイヤ１０の接地中心点を通るタイヤ進行方向に沿った座標である。図５の右側方向はＸ座標の正の絶対値が大きい。Ｙ座標は、タイヤ幅方向に沿った座標である。図５の奥側方向はＹ座標の負の絶対値が大きく、手前方向はＹ座標の正の絶対値が大きい。Ｚ座標は、タイヤ１０の接地中心点を通るタイヤ半径方向に沿った座標である。Ｚ座標は、透明板２２１の厚さ方向に沿った座標でもある。透明板２２１の上面２２１Ｕ側方向はＺ座標の負の絶対値が大きく、下面２２１Ｄ側方向はＺ座標の正の絶対値が大きい。
【００４１】
（撮影画像の例）
図６は、タイヤ１０の表面に形成された第１の模様パターンＭ１を撮影した画像（撮影画像）の例を示す図である。図６において、撮影した画像には、第１の模様パターンＭ１に対応する格子模様が含まれている。図６中のタイヤ周方向は、タイヤ１０の接地端に向かう方向である。図６中のタイヤ幅方向は、タイヤ１０の接地中心に沿ってショルダー部へ向かう方向である。
【００４２】
図７Ａは、三次元形状の測定結果の例をグレースケールによって示すコンター図である。図７Ｂは、図７Ａにおいてグレースケールで示す三次元形状の測定結果の指標を示す図である。図７Ａ中のタイヤ周方向は、タイヤ１０の接地端に向かう方向である。図７Ａに示す三次元形状の測定結果は、第１の模様パターンＭ１を撮影した画像について解析部４１が解析処理を行うことによって得られる。
【００４３】
図７Ｂは、色が濃いほどタイヤ１０が透明板２２１に接近している（すなわちタイヤ径方向の座標Ｚがプラスの方向である）ことを示し、色が薄いほどタイヤ１０が透明板２２１から離れている（すなわちタイヤ径方向の座標Ｚがマイナスの方向である）ことを示す。したがって、図７Ａを参照すると、タイヤ１０と透明板２２１との距離はタイヤ幅方向に沿って接地中心からショルダー部に向かうにしたがって大きくなっていくことが理解できる。なお、図７Ａにおいて、第１の模様パターンＭ１の端部において、色が濃い部分又は色が薄い部分が多いのは、サンプリングモアレ法の解析の制約につき、第１の模様パターンＭ１の端から模様１周期以内の領域では形状解析の精度が保障されないためである。すなわち、間引き処理して線形補間を行うために模様の１周期だけ離れた画素同士の輝度を参照する場合、画像内の第１の模様パターンＭ１の端から模様１周期以内の領域では第１の模様パターンＭ１の外（第１の模様パターンＭ１以外の領域）の画素の輝度を参照することになり、線形補間を正しく行えず、形状解析の精度を保障できない。
【００４４】
（解析部の処理）
図６に示す第１の模様パターンＭ１を撮影した画像から、図７Ａに示す三次元形状の測定結果を得るために、解析部４１は解析処理を行う。本実施形態にかかる解析部４１では、撮影した画像に基づいて測定を行う非接触形状測定手法として、サンプリングモアレ法を用いる。サンプリングモアレ法は、二次元格子を形成した物体の撮影画像を所定画素おき（Ｘ画素おき）にサンプリングし、形状を測定する手法である。本実施形態では、サンプリングモアレ法のうち、間引き選択型サンプリングモアレ法を用いる場合について説明する。間引き選択型サンプリングモアレ法は、サンプリングモアレ法において、撮影画像の画素ごとに、解析に最適な間引き数の位相分布を参照する方法である。
【００４５】
サンプリングモアレ法では、例えば、撮影した画像について、一定方向（例えば、垂直方向）に平滑化し、平滑化した画像の間引き処理及び線形補間処理を行ってモアレ縞画像を得て、位相分布を利用して２つのカメラ間の画面内の対応する点を探索する。
【００４６】
ここで、サンプリングモアレ法におけるモアレ縞の生成及び位相分布の算出の例について、図８を参照しながらより詳細に説明する。図８は、サンプリングモアレ法におけるモアレ縞の生成について説明するための図である。図８は、日本実験力学会講演論文集，Ｎｏ１０（２０１０）「サンプリングモアレ法を用いた三次元形状・ひずみ分布の動的計測手法の精度評価」より引用、改変したものである。図８に示す例は、「４」という間引き数を用いて、間引き一律型サンプリングモアレ法によってモアレ縞を生成する例である。
【００４７】
ステップＳ１１では、解析部４１が、第１の模様パターンＭ１を含むタイヤ１０の表面の撮影画像について、垂直方向（縦方向）に平滑化した画像を得る。以下は、垂直方向に平滑化した場合の処理について説明するが、水平方向（横方向）に平滑化した場合も同様の処理となる。
【００４８】
ステップＳ１２では、解析部４１が、平滑化した画像から、１ラインを抽出し、輝度分布を示す画像９０を得る。
【００４９】
ステップＳ１３では、解析部４１が、１枚の画像９０について、４画素ごとに間引くことにより、画像９１ａ〜９１ｄという４個の画像が生成される。画像９１ａ〜９１ｄは、それぞれ、間引きを開始する画素が異なる。画素を間引くことによって生成される画像の数は、間引き数と一致する。例えば、間引き数が「４」の場合は４個の画像が、間引き数が「５」の場合は５個の画像が、それぞれ生成される。
【００５０】
ステップＳ１４では、解析部４１が、画像９１ａ〜９１ｄのそれぞれについて、間引かれた画素が設定されていない画素の輝度を、間引かれていない画素が設定されている画素の輝度を用いた線形補間によって設定する処理が施される。これにより、モアレ縞９２ａ〜９２ｄが得られる。
【００５１】
ステップＳ１５では、解析部４１が、モアレ縞９２ａ〜９２ｄの輝度を、以下の式（１）に当てはめることにより、間引き数に対応する位相分布における画素位置（ｋ）に対応する位置の位相σが得られる。
【００５２】
【数１】
0006544018.tif 000002
【００５３】
ここで、Ｘは、間引き数であり（Ｘは自然数）、Ｉ（ｋ）はｋ枚目（ｋは自然数）のモアレ縞の輝度を示す。図８に示す例において、モアレ縞９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄはそれぞれ１番目、２番目、３番目、４番目のモアレ縞に相当する。
【００５４】
モアレ縞９２ａ〜９２ｄを参照しながら式（１）を用いてそれぞれの画素位置に対応する位相値を算出することにより、画像９０を「４」という間引き数で間引いた場合の位相分布９３を算出することができる。
【００５５】
モアレ縞の位相分布９３と参照格子の位相分布９４とを演算することによって、位相が−πからπまでの周期性を有する第１の模様パターンＭ１の位相分布９５を得ることができる。位相分布９５は、πでラッピングして−πに戻るラッピング型の位相分布である。
ステップＳ１６では、解析部４１が、アンラップされた位相分布を作成する。例えば、０から１４πの範囲にアンラッピング処理した位相分布９６を作成する。位相分布９６は、図７Ａを参照して説明した三次元の測定結果に対応する。
【００５６】
三次元形状算出部４１７は、各カメラによる撮影画像の位相分布と各カメラの視線（撮影方向）とに基づいて、タイヤ１０の三次元形状を算出する。三次元形状算出部４１７は、カメラの視線、つまりカメラ３１ａとカメラ３１ｂとタイヤ１０（透明板２２１）との相対位置に基づいてカメラ３１ａ、３１ｂのそれぞれで取得した撮影画像の位相分布を視線データとして利用することで三次元形状を得る。
【００５７】
図９は、選択型サンプリングモアレ法を説明するためのフローチャートである。
【００５８】
ステップＳ２０１では、解析部４１の画像平滑部４１１が、溝底表面の撮影画像について、垂直方向（縦方向）に平滑化した画像を得る。この処理は、先述した図８のステップＳ１１と同様である。
【００５９】
ステップＳ２０２では、解析部４１の輝度分布取得部４１２が、平滑化した画像から、１ラインを抽出し、輝度分布を示す画像を得る。この処理は、先述した図８のステップＳ１２と同様である。
【００６０】
ステップＳ２０３では、解析部４１の間引き処理部４１３が、複数種類の画素数でそれぞれ間引き処理を行う。本例では、４画素間引き又は５画素間引きを選択して行う。４画素で間引き処理を行うことによって得られる画像は、先述したステップＳ１３の処理によって得られる画像９１ａ〜９１ｄと同様になる。
【００６１】
ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３において４画素及び５画素でそれぞれ間引き処理を行った結果について、解析部４１のモアレ縞作成部４１４が、モアレ縞をそれぞれ生成する。ステップＳ２０３において４画素で間引き処理を行った結果について生成したモアレ縞は、先述したステップＳ１４の処理によって得られたモアレ縞９２ａ〜９２ｄと同様になる。
【００６２】
図１０は、５画素で間引き処理を行った結果について生成したモアレ縞の例を示す図である。図１０は、日本実験力学会講演論文集，Ｎｏ１０（２０１０）「サンプリングモアレ法を用いた三次元形状・ひずみ分布の動的計測手法の精度評価」より引用、改変したものである。図１０に示すように、間引かれた画素が設定されていない画素の輝度を、間引かれていない画素が設定されている画素の輝度を用いた線形補間によって設定する処理を施すことにより、モアレ縞９２ｅ〜９２ｉが得られる。
【００６３】
ステップＳ２０５では、解析部４１の位相分布算出部４１５が、４画素で間引き処理を行った結果について生成したモアレ縞９２ａ〜９２ｄの輝度、及び、５画素で間引き処理を行った結果について生成したモアレ縞９２ｅ〜９２ｉの輝度を、上記の式（１）に当てはめることにより、間引き数に対応する位相分布における画素位置（ｋ）に対応する位置の位相σが得られる。
【００６４】
モアレ縞９２ａ〜９２ｄ、モアレ縞９２ｅ〜９２ｉを参照しながら式（１）を用いてそれぞれの画素位置に対応する位相値を算出することにより、１ラインの画像を「４」、「５」という間引き数でそれぞれ間引いた場合の位相分布を算出することができる。つまり、モアレ縞９２ａ〜９２ｄ、モアレ縞９２ｅ〜９２ｉの位相分布に参照格子の位相分布と演算することによって、位相が−πからπまでの周期性を有する第１の模様パターンの位相分布をそれぞれ得ることができる。
【００６５】
ステップＳ２０６では、解析部４１の位相分布算出部４１５が、画素ごとに、形状解析に適した第１の模様パターンの位相分布を参照する。図１１は、第１の模様パターンＭ１の画像の例を示す図である。図１１において、例えば、第１の模様パターンＭ１を撮影した画像において、格子ピッチのある１ピッチＰ４が４画素に相当する場合は、４画素間引き処理を行った結果について生成した第１の模様パターンＭ１の位相分布を参照する。また、第１の模様パターンＭ１を撮影した画像において、格子ピッチの別の１ピッチＰ５が５画素に相当する場合は、５画素間引き処理を行った結果について生成した第１の模様パターンＭ１の位相分布を参照する。
【００６６】
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６において画素ごとに第１の模様パターンの位相分布を参照した結果に基づいて、解析部４１の位相分布算出部４１５が、形状算出用の第１の模様パターンの位相分布を決定する。これにより、第１の模様パターンＭ１を撮影した画像において、第１の模様パターンＭ１に含まれる格子の１ピッチがどのような画素数に相当しても、精度のよい形状解析結果を得ることができる。つまり、例えば、４画素に固定した間引きを行うと、１ピッチが５画素に相当する領域について解析精度の低下が生じることがある。これに対し、間引きする画素数を固定せずに先述したように４画素又は５画素の間引きを行うことにより、１ピッチが５画素又は４画素に相当する領域それぞれについて、解析精度の低下を回避することができる。このように、解析部４１による解析に最適な間引き数の位相分布を選択する。
【００６７】
形状算出用の位相分布は、例えば以下のように決定する。すなわち、例えば、撮影画像を平滑化した画像から１ラインを抽出した、輝度分布を示す画像９０について、最も暗い画素同士の間隔に相当する画素数を求め、その画素数を間引き画素数とする。そして、その画素数で間引き処理を行った結果に対応する位相分布を、形状算出用の位相分布とする。
【００６８】
以上のように位相分布を求める処理が、位相解析処理である。位相解析処理により、タイヤの溝底表面の歪みを高精度に測定することができる。
【００６９】
（タイヤ解析方法）
図１２は、本実施形態のタイヤ解析装置４によって実現されるタイヤ解析方法の例を示すフローチャートである。
【００７０】
図１２において、ステップＳ３０１では、タイヤ１０の表面の少なくとも１箇所に第１の模様パターンＭ１を形成する。例えば、タイヤ１０のトレッド部に、第１の模様パターンＭ１を形成する。ステップＳ３０２では、透明板２２１を路面としてセットする。ステップＳ３０３では、撮影部である撮影装置３が、少なくとも２台のカメラで、透明板２２１を介して第１の模様パターンＭ１を含むタイヤ１０の表面を撮影する。ステップＳ３０４では、解析部４１が撮影装置３によって撮影された画像を解析し、三次元座標を算出する。以上のタイヤ解析方法により、タイヤ１０の接地状態などを確認することができる。
【００７１】
（タイヤの接地有無の判定）
上述したタイヤ解析システムにおいて、透明板２２１に第２の模様パターンを形成しておき、撮影した画像を解析することによって、透明板２２１の上面２２１Ｕへのタイヤ１０の接触状態すなわちタイヤ１０の接地有無を判定できる。例えば、撮影した画像に含まれている、第１の模様パターンＭ１と第２の模様パターンとを比較することによって、透明板２２１の上面２２１Ｕへのタイヤ１０の接触状態を判定できる。
【００７２】
図１３は、第２の模様パターンを用いてタイヤ１０の接地有無を判定するようにしたタイヤ解析装置を含むタイヤ解析システムを示す構成図である。図１３に示すように、透明板２２１の上面２２１Ｕに、第２の模様パターンＭ２が形成されている。第２の模様パターンＭ２は、例えば、上述した第１の模様パターンＭ１と同様の形状及び大きさである。
【００７３】
第２の模様パターンＭ２は、カメラ３１ａ及び３１ｂによってそれぞれ撮影できる位置に形成する。したがって、カメラ３１ａは第１の模様パターンＭ１及び第２の模様パターンＭ２が１つの画像に含まれるように撮影できる。また、カメラ３１ｂも第１の模様パターンＭ１及び第２の模様パターンＭ２が１つの画像に含まれるように撮影できる。第２の模様パターンＭ２は、透明板２２１の上面２２１Ｕの少なくとも１箇所に形成すればよい。第２の模様パターンＭ２は、透明板２２１の上面２２１Ｕに複数設けてもよい。
【００７４】
なお、第１の模様パターンＭ１及び第２の模様パターンＭ２を撮影する時に、タイヤ１０に荷重をかけなくてもよい。タイヤ荷重負荷時に透明板２２１が微妙に動く場合又はその恐れがある場合は、タイヤ１０に荷重をかけた上で第１の模様パターンＭ１及び第２の模様パターンＭ２を同時に撮影することが好ましい。
【００７５】
第１の模様パターンＭ１に関して説明した非接触形状測定手法を用いることによって、第２の模様パターンＭ２について、三次元座標を測定できる。
【００７６】
本実施形態では、第１の模様パターンＭ１及び第２の模様パターンＭ２をカメラ３１ａ及び３１ｂによって撮影した画像に基づき、三次元座標を得る。このとき、第２の模様パターンＭ２についての三次元座標を接地有無判定の基準位置とし、その基準位置と第１の模様パターンＭ１についての三次元座標とを比較することによって、タイヤ１０の接地有無を判定する。例えば、第２の模様パターンＭ２の任意の１点のＺ座標の値を閾値とし、第１の模様パターンＭ１についてのＺ座標の値を閾値と比較することによって、タイヤ１０の接地有無を判定する。第１の模様パターンＭ１の特定点のＺ座標の値をＺ１、基準位置のＺ座標の値をＺｃｕｔとした場合、Ｚ１≧Ｚｃｕｔであればタイヤ１０は接地していると判定でき、Ｚ１＜Ｚｃｕｔであればタイヤ１０は接地していないと判定できる。
【００７７】
なお、接地有無判定の基準位置を選択する際、第２の模様パターンＭ２の端から、模様１周期以内の領域の点を基準位置とすることは避けることが望ましい。サンプリングモアレ法の解析の制約につき、第２の模様パターンＭ２の端から模様１周期以内の領域では接地有無判定の精度が保障されないためである（以降、理由１と呼ぶ）。すなわち、間引き処理して線形補間を行うために模様の１周期だけ離れた画素同士の輝度を参照する場合、画像内の第２の模様パターンＭ２の端から模様１周期以内の領域では第２の模様パターンＭ２の外（第２の模様パターンＭ２以外の領域）の画素の輝度を参照することになり、線形補間を正しく行えず、接地有無判定の精度を保障できない。
【００７８】
図１４Ａは、第１の模様パターンＭ１及び第２の模様パターンＭ２を撮影した画像の例を示す図である。図１４Ｂは、三次元形状の測定結果の例をグレースケールによって示すコンター図である。図１４Ｃは、図１４Ｂにおいてグレースケールで示す三次元形状の測定結果の指標を示す図である。図１４Ｂに示す三次元形状の測定結果は、第１の模様パターンＭ１を撮影した画像について解析部４１が解析処理を行うことによって得られる。
【００７９】
図１４Ａに示すように、撮影部によって撮影した画像には、第１の模様パターンＭ１及び第２の模様パターンＭ２が含まれている。図１４Ｂに示す三次元形状の測定結果は、解析部４１が撮影した画像について解析処理を行うことによって得られる。図１４Ｃは、色が濃いほどタイヤ１０が透明板２２１に接近している（すなわちタイヤ径方向の座標Ｚがプラスの方向である）ことを示し、色が薄いほどタイヤ１０が透明板２２１から離れている（すなわちタイヤ径方向の座標Ｚがマイナスの方向である）ことを示す。したがって、図１４Ｂを参照すると、タイヤ１０と透明板２２１との距離はタイヤ幅方向に沿って接地中心からショルダー部に向かうにしたがって大きくなっていくことが理解できる。なお、図１４Ｂにおいて、第１の模様パターンＭ１の端部において、色が濃い部分又は色が薄い部分が多いのは、理由１による。
【００８０】
ここで、図１４Ｄは、図１４Ｂに示す三次元形状の測定結果を二値化した画像である。図１４Ｄは、図１４Ａに示す画像に含まれている第２の模様パターンＭ２の座標Ｚの値を基準位置とし、その基準位置を閾値として図１４Ｂに示す三次元形状の測定結果を二値化した画像である。図１４Ｄは、閾値以上の部分（タイヤ径方向の座標Ｚがプラスの部分）を白色で示し、閾値未満の部分（タイヤ径方向の座標Ｚがマイナスの部分）を黒色で示す。図１４Ｄに示す白色部分はタイヤ１０が透明板２２１に接触している部分であり、黒色部分はタイヤ１０が透明板２２１に接触していない部分である。このように、第２の模様パターンＭ２の画像に基づいて、タイヤ１０の接地有無を判定できる。
【００８１】
第２の模様パターンＭ２の複数の点それぞれのＺ座標の値の平均値を閾値とし、第１の模様パターンＭ１についてのＺ座標の値を閾値と比較することによって、タイヤ１０の接地有無を判定してもよい。この場合の平均値は、三次元座標のうち、Ｚ座標の値についての相加平均である。第２の模様パターンＭ２の複数の点それぞれのＺ座標の値の平均値を閾値とすることにより、タイヤ１０の接地有無をより高い精度で判定することができる。
【００８２】
なお、本実施形態では、Ｚ座標を接地判定の基準位置としているため、Ｘ座標、Ｙ座標についての平均値の算出を行う必要はない。
【００８３】
透明板２２１に第２の模様パターンを複数形成した場合は、以下のようにタイヤ１０の接地状態を判定できる。図１５は、透明板２２１に複数の第２模様パターンを形成した場合を示す図である。図１５に示すように、透明板２２１は、上面２２１Ｕに形成された３つの第２模様パターンＭ２１，Ｍ２２及びＭ２３を有する。３つの第２模様パターンＭ２１，Ｍ２２及びＭ２３のうちの１つについて、上記と同様に、任意の１点のＺ座標の値を閾値とするか、又は複数の点それぞれのＺ座標の値の平均値を閾値とすればよい。この場合の平均値も、三次元座標のうち、Ｚ座標の値についての相加平均である。複数の点それぞれのＺ座標の値の平均値を閾値とすることにより、タイヤ１０の接地有無をより高い精度で判定することができる。
【００８４】
また、３つの第２模様パターンＭ２１，Ｍ２２及びＭ２３それぞれから任意の１点のＺ座標の値又は複数の点それぞれのＺ座標の値を抽出し、抽出した全ての点のＺ座標の値の平均値を閾値としてもよい。この場合の平均値も、三次元座標のうち、Ｚ座標の値についての相加平均である。複数の点それぞれのＺ座標の値の平均値を閾値とすることにより、タイヤ１０の接地有無をより高い精度で判定することができる。
【００８５】
（接地有無の判定方法）
図１６は、第２模様パターンを用いたタイヤ１０の接地有無を判定する方法を示すフローチャートである。
【００８６】
図１６において、ステップＳ４０１では、透明板２２１の上面２２１Ｕの少なくとも１箇所に第２の模様パターンを形成する。ステップＳ４０２では、第２の模様パターンの位置を接地判定の基準位置に設定する。ここでは、第２の模様パターンのＺ座標の値を接地判定の基準位置に設定する。ステップＳ４０３では、第２の模様パターンを撮影する。この場合、少なくとも２台のカメラで第２の模様パターンを撮影する。ステップＳ４０４では、非接触形状測定手法により、第２の模様パターンの三次元座標を算出する。ステップＳ４０５では、算出した三次元座標について、基準位置を閾値として、タイヤ１０の接地有無を判定する。
【００８７】
以上のように、第２の模様パターンを基準位置に設定してタイヤ１０の接地有無を判定することにより、高い精度でタイヤ１０の接地有無を判定できる。
【００８８】
（角度算出部）
ところで、高い精度でタイヤ１０の接地有無を判定するためには、透明板２２１は、水平に設置されていることが好ましい。透明板２２１が水平に設置されているか否かは、角度算出部４２が、透明板２２１の傾斜角度を算出することによって判定できる。例えば、第２の模様パターンＭ２を撮影した画像に基づいて、透明板２２１の傾斜角度を算出することにより、透明板２２１が水平に設置されているか否かを判定できる。そして、判定結果に基づいて、三次元座標の測定結果を補正することによって、安定した精度で接地有無を判定することができる。
【００８９】
図１７は、３つの第２の模様パターンを用いて、透明板２２１の傾斜角度を算出する場合の処理を示す図である。図１７に示すように、３つの第２の模様パターンＭ２１，Ｍ２２及びＭ２３のうち、第２の模様パターンＭ２１の中心点Ａから第２の模様パターンＭ２２の中心点Ｂへ向かう方向は、傾斜している透明板２２１の長軸方向ｉと一致する。また、第２の模様パターンＭ２１の中心点Ａから第２の模様パターンＭ２３の中心点Ｃへ向かう方向は、傾斜している透明板２２１の傾斜の短軸方向ｊと一致する。また、傾斜している透明板２２１の厚さ方向に沿った方向を、厚さ方向ｋとする。
【００９０】
傾斜が無い場合の透明板２２１の長軸方向を方向Ｘ、傾斜が無い場合の透明板２２１の短軸方向を方向Ｙ、傾斜が無い場合の透明板２２１の厚さ方向に沿った方向を、厚さ方向Ｚとする。方向Ｘと長軸方向ｉとがなす角度をαとし、方向Ｙと短軸方向ｊとがなす角度をβとする。
【００９１】
中心点Ａの座標を（ａ１，ａ２，ａ３）、中心点Ｂの座標を（ｂ１，ｂ２，ｂ３）、中心点Ｃの座標を（ｃ１，ｃ２，ｃ３）とする。すると、
ＡＢ（→）＝（ｂ１−ａ１，ｂ２−ａ２，ｂ３−ａ３）  …（２）
Ｘ（→）＝（ｂ１−ａ１，ｂ２−ａ２，０）  …（３）
ＡＣ（→）＝（ｃ１−ａ１，ｃ２−ａ２，ｃ３−ａ３）  …（４）
Ｙ（→）＝（ｃ１−ａ１，ｃ２−ａ２，０）  …（５）
となる。ただし、式（２）から式（５）において、「（→）」はベクトルであることを示し、以下同様である。
【００９２】
なお、ｂ２−ａ２≒０、かつ、ｃ１−ａ１≒０となるように、中心点Ａ，Ｂ及びＣの位置を予め決めておく。Ｘ（→）及びＹ（→）は、それぞれ（１，０，０）、（０，１，０）を基底とするベクトルであるためである。
【００９３】
式（２）から式（５）において、ベクトルの内積の公式により、角度α及び角度βを算出することができる。
【００９４】
補正前の三次元座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、傾斜角度をα、βと定義する。また、点Ａは原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）とする。
【００９５】
傾斜角度βによる一次補正後の三次元座標を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とすると、
Ｘ１＝Ｘ
Ｙ１＝Ｙ×ｃｏｓβ  −  Ｚ×ｓｉｎβ
Ｚ１＝Ｙ×ｓｉｎβ  ＋  Ｚ×ｃｏｓβ
となる。
【００９６】
次に、傾斜角度αによる最終的な三次元座標を（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とすると、
Ｘ２＝Ｘ１×ｃｏｓα  ＋  Ｚ１×ｓｉｎα
Ｙ２＝Ｙ１
Ｚ２＝−Ｘ１×ｓｉｎα  ＋  Ｚ１×ｃｏｓα
となる。
【００９７】
図１８は、１つの第２の模様パターンを用いて、透明板２２１の傾斜角度を算出する場合の処理を示す図である。図１８は、第２の模様パターンＭ２の大きさを誇張して示す。図１８に示すように、１つの第２の模様パターンＭ２に含まれる複数の点Ａ１，Ｂ１及びＣ１について、図１７を参照して説明した処理と同様の処理によって、角度α及び角度βを算出することができる。
【００９８】
図１９Ａ及び図１９Ｂは、タイヤ１０の接地中心部分の三次元形状の測定結果の例をグレースケールによって示すコンター図である。図１９Ｃは、図１９Ａ及び図１９Ｂにおいてグレースケールで示す三次元形状の測定結果の指標を示す図である。
【００９９】
図１９Ａは、補正前の三次元形状の測定結果の例を示す図である。図１９Ｂは、算出した角度α及び角度βを補正した、補正後の三次元形状の測定結果の例を示す図である。
【０１００】
図１９Ａ及び図１９Ｂにおいて、色が濃いほどタイヤ１０が透明板２２１に接近している（すなわちタイヤ径方向の座標Ｚがプラスの方向である）ことを示し、色が薄いほどタイヤ１０が透明板２２１から離れている（すなわちタイヤ径方向の座標Ｚがマイナスの方向である）ことを示す。したがって、補正前の三次元形状の測定結果の例を示す図１９Ａを参照すると、透明板２２１が傾斜しているため、透明板２２１とタイヤ１０との距離が一定ではない。これに対し、補正後の三次元形状の測定結果の例を示す図１９Ｂを参照すると、透明板２２１の傾斜が補正されたため、透明板２２１とタイヤ１０との距離が一定であることがわかる。
【０１０１】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、タイヤの接地している部分の形状の解析を実現できる。また、複数のカメラの撮影方向同士がなす角度θを２８．６度以上６８．２度以下に設定することにより、精度の高い三次元形状を得ることができる。
【０１０２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、フーリエ変換法を用いてタイヤのトレッドの接地形状を得る。サンプリングモアレ法の代わりにフーリエ変換法を用いる点を除き、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様である。このため、第２の実施形態では、第１の模様パターンＭ１の画像についてフーリエ変換を行う。第２の模様パターンＭ２の画像についてもフーリエ変換を行う。
【０１０３】
図２０は、第２の実施形態にかかるタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の主たる機能を示すブロック図である。図２０に示すように、タイヤ解析装置４は、解析部４１を有する。解析部４１は、撮影装置３によって撮影したタイヤ画像について解析処理を行って三次元形状を得ることができる。解析部４１は、フーリエ変換部４１８と、逆フーリエ変換部４１９と、アンラッピング処理部４１６と、三次元形状算出部４１７とを有する。
【０１０４】
フーリエ変換部４１８は、撮影部によって撮影した画像を二次元フーリエ変換し、パワースペクトルを取得する。逆フーリエ変換部４１９は、取得したパワースペクトルについて水平方向及び上下方向の一次調和波を抽出し、それぞれについて二次元逆フーリエ変換する。アンラッピング処理部４１６は、二次元逆フーリエ変換によって得られたラッピング型の位相分布を位相接続して、アンラッピング型に変換する。三次元形状算出部４１７は、各カメラによる撮影画像の位相分布と各カメラの視線（撮影方向）とに基づいて、タイヤ１０の三次元形状を算出する。三次元形状算出部４１７は、カメラの視線、つまりカメラ３１ａとカメラ３１ｂとタイヤ１０（透明板２２１）との相対位置に基づいてカメラ３１ａ、３１ｂのそれぞれで取得した撮影画像の位相分布を視線データとして利用することで三次元形状を得る。
【０１０５】
なお、接地有無判定の基準位置を選択する際、第２の模様パターンＭ２の端から、模様０．５周期以内の領域の点を基準位置とすることは避けることが望ましい。フーリエ変換法による位相解析の制約につき、第２の模様パターンＭ２の端から模様０．５周期以内の領域では接地有無判定の精度が保障されないためである。フーリエ変換法による位相解析を行う場合、画像内の第２の模様パターンＭ２の端から模様０．５周期以内の領域では誤差が増大し、接地有無判定の精度を保障できない。
【０１０６】
図２１は、撮影部によって撮影した画像をフーリエ変換部４１８が二次元フーリエ変換して取得する、パワースペクトルの例を示す図である。図２１は、上下方向周波数及び水平方向周波数のパワースペクトルを示す。逆フーリエ変換部４１９は、図２１に示すパワースペクトルについて、上下方向の一次調和波ＷＶ及び水平方向の一次調和波ＷＨを抽出する。
【０１０７】
図２２は、本実施形態にかかるタイヤ解析システム１によるタイヤ解析方法を示すフローチャートである。図２２において、ステップＳ５０１では、撮影装置３により、模様パターンを少なくとも２台のカメラで撮影する。ステップＳ５０２では、撮影装置３によって撮影した画像を二次元フーリエ変換し、パワースペクトルを取得する。ステップＳ５０３では、取得したパワースペクトルから、上下方向の一次調和波ＷＶ及び水平方向の一次調和波ＷＨを抽出し、それぞれについて二次元逆フーリエ変換する。ステップＳ５０４では、二次元逆フーリエ変換によって得られたラッピング型の位相分布を位相接続して、アンラッピング型に変換する。ステップＳ５０５では、各カメラによる撮影画像の位相分布と各カメラの視線（撮影方向）とに基づいて、三次元形状を算出する。
【０１０８】
なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様に、第２の模様パターンＭ２を撮影した画像に基づいてタイヤ１０の接地状態を判定できる。また、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様に、第２の模様パターンＭ２を撮影した画像に基づいて透明板２２１の傾斜を検出し、三次元座標の測定結果を補正することができる。
【０１０９】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、タイヤの接地している部分の形状の解析を実現できる。また、複数のカメラの撮影方向同士がなす角度θを２８．６度以上６８．２度以下に設定することにより、精度の高い三次元形状を得ることができる。
【０１１０】
（第３の実施形態）
本実施形態では、デジタル画像相関法を用いてタイヤのトレッドの接地形状を得る。サンプリングモアレ法の代わりにデジタル画像相関法を用いる。デジタル画像相関法を用いるため、第１の模様パターンＭ１及び第２の模様パターンＭ２をランダムパターンとする。ランダムパターンは、規則性を有しない模様からなるパターンである。これらを除き、第３の実施形態は、第１の実施形態と同様である。
【０１１１】
図２３は、第３の実施形態にかかるタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の主たる機能を示すブロック図である。図２３に示すように、タイヤ解析装置４は、解析部４１を有する。解析部４１は、撮影装置３によって撮影したタイヤ画像について解析処理を行って三次元形状を得ることができる。解析部４１は、パターンマッチング部４２０と、対応点算出部４２１と、三次元形状算出部４１７とを有する。
【０１１２】
パターンマッチング部４２０は、撮影装置３によって撮影した画像に対し、パターンマッチング法を適用する。例えば、特徴ベースマッチング、領域ベースマッチング又は位相ベースマッチングのいずれか１つを適用する。対応点算出部４２１は、第１の実施形態又は第２の実施形態において説明した位相分布に相応する、複数の異なる方向からの撮影画像の対応点を算出する。三次元形状算出部４１７は、複数の異なる方向からの撮影画像の対応点と各カメラの視線（撮影方向）とに基づいて、三次元形状を算出する。三次元形状算出部４１７は、各撮影画像の対応点とカメラの視線、つまりカメラ３１ａとカメラ３１ｂとタイヤ１０（透明板２２１）との相対位置に基づいてカメラ３１ａ、３１ｂのそれぞれで取得した撮影画像の位相分布を視線データとして利用することで、三次元形状を得ることができる。本実施形態においては、第１の模様パターンＭ１及び第２の模様パターンＭ２にランダムパターンを用いている。このため、同じ形状の孔が規則的に並んだパターンなどの規則的なパターンを用いる場合に比べて、対応点の算出を正確に行うことができ、より正確な三次元形状を得ることができる。
【０１１３】
図２４は、本実施形態にかかるタイヤ解析システム１によるタイヤ解析方法を示すフローチャートである。図２４において、ステップＳ６０１では、ランダムパターンを形成したタイヤの表面を少なくとも２台のカメラで撮影する。ステップＳ６０２では、２台のカメラによる撮影画像に対し、パターンマッチング法を適用する。ステップＳ６０３では、複数の異なる方向からの撮影画像の対応点を算出する。ステップＳ６０４では、算出した対応点と各カメラの視線（撮影方向）とに基づいて、三次元形状を算出する。
【０１１４】
なお、第３の実施形態において、第１の実施形態と同様に、第２の模様パターンＭ２を撮影した画像に基づいてタイヤ１０の接地状態を判定できる。また、第３の実施形態において、第１の実施形態と同様に、第２の模様パターンＭ２を撮影した画像に基づいて透明板２２１の傾斜を検出し、三次元座標の測定結果を補正することができる。
【０１１５】
以上説明したように、第３の実施形態によれば、タイヤの接地している部分の形状の解析を実現できる。
【０１１６】
（第４の実施形態）
本実施形態では、光切断法を用いてタイヤのトレッドの接地形状を得る。本実施形態では、上述した第１の模様パターン及び第２の模様パターンはいずれも不要である。また、本実施形態では、少なくとも１台のカメラを用いれば足り、２台のカメラを用いる必要はない。
【０１１７】
図２５は、本発明の第４の実施形態にかかるタイヤ解析装置を含むタイヤ解析システムを示す構成図である。図２６は、図２５に示したタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の機能を示すブロック図である。これらの図において、図２５は、タイヤ解析システムの全体構成を模式的に示し、図２６は、タイヤ解析装置の主たる機能を示している。
【０１１８】
本実施形態にかかるタイヤ解析システム１は、所定条件を入力したときのタイヤ形状の変化又はタイヤの表面の歪みの変化を測定することにより、タイヤの挙動解析（タイヤの応答性評価）を行うシステムに適用される。タイヤ解析システム１は、タイヤ試験機２と、撮影装置３と、タイヤ解析装置４とを備える（図２５参照）。タイヤ試験機２は、第１の実施形態と同様の構成を有する。
【０１１９】
撮影装置３は、カメラ３１ａと、照明用ランプ３２を有する。カメラ３１ａは、タイヤ１０を撮影する撮影部であり、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラにより構成される。カメラ３１ａは、透明板２２１を介してタイヤ１０を撮影する。カメラ３１ａは、透明板２２１の他主面である下面２２１Ｄから試験タイヤ１０を撮影する。また、カメラ３１ａは、試験タイヤ１０を相互に異なる方向から撮影できる位置に配置される。カメラ３１ａは、試験タイヤ１０を撮影して、タイヤ画像（試験タイヤ１０のデジタル画像データ）を生成する。照明用ランプ３２は、カメラ３１ａの撮影範囲にスリット光を照射する。照明用ランプ３２は、スリット光をタイヤ１０の表面に照射する。照明用ランプ３２は、例えば、ラインレーザ光をタイヤ１０の表面に照射する。カメラ３１ａによって撮影して取得したタイヤ画像は、タイヤ解析装置４の解析部４１によって処理される。
【０１２０】
図２６に示すように、タイヤ解析装置４は、解析部４１を有する。解析部４１は、撮影装置３によって撮影したタイヤ画像について解析処理を行って三次元形状を得ることができる。解析部４１は、計算部４２２を有する。計算部４２２は、タイヤ画像に基づいて、三次元形状を算出する。計算部４２２は、タイヤ画像のスリット光の結像位置に基づいて、三角測量法によって三次元形状を算出する。計算部４２２は、カメラの位置、タイヤの位置、及び、照明用ランプ３２の位置について三角測量法を適用することによって、三次元形状を算出する。
【０１２１】
図２７は、本実施形態にかかるタイヤ解析システム１によるタイヤ解析方法を示すフローチャートである。図２７において、ステップＳ７０１では、照明用ランプ３２によって、透明板２２１を介して、スリット光をタイヤ１０の表面に照射する。ステップＳ７０２では、透明板２２１を介してカメラ３１ａによってタイヤ１０の表面を撮影し、タイヤ１０の画像を取得する。ステップＳ７０３では、取得した画像に含まれるスリット光の結像位置を基に、三角測量法によって三次元形状を算出する。ステップＳ７０４では、必要な範囲の三次元形状が得られたか否か判定する。ステップＳ７０４において、必要な範囲の三次元形状が得られていない場合（ステップＳ７０４においてＮｏ）、ステップＳ７０５において照明用ランプ３２のスリット光の照射位置を変更する。その後、ステップＳ７０１に戻り、処理を継続する。ステップＳ７０４において、必要な範囲の三次元形状が得られた場合（ステップＳ７０４においてＹｅｓ）、処理は終了となる。
【０１２２】
つまり、スリット光の照射位置を変更しつつ、ステップＳ７０１からステップＳ７０３までの処理を繰り返し行うことにより、タイヤ１０の三次元形状を算出することができる。
【０１２３】
以上説明したように、第４の実施形態によれば、タイヤの接地している部分の形状の解析を実現できる。また、第４の実施形態によれば、カメラを２台用いずに、１台のカメラで、タイヤ１０の三次元形状を算出することができる。
【０１２４】
（第５の実施形態）
本実施形態では、距離センサを用いてタイヤのトレッドの接地形状を得る。本実施形態では、上述した第１の模様パターン及び第２の模様パターンはいずれも不要である。また、本実施形態では、少なくとも１台のカメラを用いれば足り、２台のカメラを用いる必要はない。
【０１２５】
図２８は、本発明の第５の実施形態にかかるタイヤ解析装置を含むタイヤ解析システムを示す構成図である。図２９は、図２８に示したタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の機能を示すブロック図である。これらの図において、図２８は、タイヤ解析システムの全体構成を模式的に示し、図２９は、タイヤ解析装置の主たる機能を示している。
【０１２６】
本実施形態にかかるタイヤ解析システム１は、所定条件を入力したときのタイヤ形状の変化又はタイヤの表面の歪みの変化を測定することにより、タイヤの挙動解析（タイヤの応答性評価）を行うシステムに適用される。タイヤ解析システム１は、タイヤ試験機２と、撮影装置３と、タイヤ解析装置４とを備える（図２８参照）。タイヤ試験機２は、第１の実施形態と同様の構成を有する。
【０１２７】
撮影装置３は、カメラ３１ａと、照明用ランプ３２を有する。カメラ３１ａは、タイヤ１０を撮影する撮影部であり、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラにより構成される。カメラ３１ａは、透明板２２１を介してタイヤ１０を撮影する。カメラ３１ａは、透明板２２１の他主面である下面２２１Ｄから試験タイヤ１０を撮影する。また、カメラ３１ａは、試験タイヤ１０を相互に異なる方向から撮影できる位置に配置される。カメラ３１ａは、試験タイヤ１０を撮影して、タイヤ画像（試験タイヤ１０のデジタル画像データ）を生成する。照明用ランプ３２は、カメラ３１ａの撮影範囲にスポット光を照射する。照明用ランプ３２は、スポット光をタイヤ１０の表面に照射する。カメラ３１ａによって撮影して取得したタイヤ画像は、タイヤ解析装置４の解析部４１によって処理される。
【０１２８】
図２９に示すように、タイヤ解析装置４は、解析部４１を有する。解析部４１は、撮影装置３によって撮影したタイヤ画像について解析処理を行って三次元形状を得ることができる。解析部４１は、計算部４２２を有する。計算部４２２は、タイヤ画像に基づいて、三次元形状を算出する。計算部４２２は、タイヤ画像のスポット光の結像位置に基づいて、三角測量法によって三次元形状を算出する。計算部４２２は、カメラの位置、タイヤの位置、及び、照明用ランプ３２の位置について三角測量法を適用することによって、三次元形状を算出する。
【０１２９】
図３０は、本実施形態にかかるタイヤ解析システム１によるタイヤ解析方法を示すフローチャートである。図３０において、ステップＳ８０１では、照明用ランプ３２によって、透明板２２１を介して、スポット光をタイヤ１０の表面に照射する。ステップＳ８０２では、透明板２２１を介してカメラ３１ａによってタイヤ１０の表面を撮影し、タイヤ１０の画像を取得する。ステップＳ８０３では、取得した画像に含まれるスポット光の結像位置を基に、三角測量法によって三次元形状を算出する。ステップＳ８０４では、必要な範囲の三次元形状が得られたか否か判定する。ステップＳ８０４において、必要な範囲の三次元形状が得られていない場合（ステップＳ８０４においてＮｏ）、ステップＳ８０５において照明用ランプ３２のスポット光の照射位置を変更する。その後、ステップＳ８０１に戻り、処理を継続する。ステップＳ８０４において、必要な範囲の三次元形状が得られた場合（ステップＳ８０４においてＹｅｓ）、処理は終了となる。
【０１３０】
つまり、スポット光の照射位置を変更しつつ、ステップＳ８０１からステップＳ８０３までの処理を繰り返し行うことにより、タイヤ１０の三次元形状を算出することができる。
【０１３１】
以上説明したように、第５の実施形態によれば、タイヤの接地している部分の形状の解析を実現できる。また、第５の実施形態によれば、カメラを２台用いずに、１台のカメラで、タイヤ１０の三次元形状を算出することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１  タイヤ解析システム
２  タイヤ試験機
３  撮影装置
４  タイヤ解析装置
１０  試験タイヤ
２１  支持装置
２２  駆動装置
３１ａ，３１ｂ  カメラ
３２  照明用ランプ
４１  解析部
４２  角度算出部
２１１  リム
２２１  透明板
２２１Ｄ  下面
２２１Ｕ  上面
２２２  モータ
２２３  モータ制御装置
４１１  画像平滑部
４１２  輝度分布取得部
４１３  間引き処理部
４１４  モアレ縞作成部
４１５  位相分布算出部
４１６  アンラッピング処理部
４１７  三次元形状算出部
４１８  フーリエ変換部
４１９  逆フーリエ変換部
４２０  パターンマッチング部
４２１  対応点算出部
４２２  計算部
【図１】
0006544018.tif 000003
【図２】
0006544018.tif 000004
【図３】
0006544018.tif 000005
【図４】
0006544018.tif 000006
【図５】
0006544018.tif 000007
【図６】
0006544018.tif 000008
【図７Ａ】
0006544018.tif 000009
【図７Ｂ】
0006544018.tif 000010
【図８】
0006544018.tif 000011
【図９】
0006544018.tif 000012
【図１０】
0006544018.tif 000013
【図１１】
0006544018.tif 000014
【図１２】
0006544018.tif 000015
【図１３】
0006544018.tif 000016
【図１４Ａ】
0006544018.tif 000017
【図１４Ｂ】
0006544018.tif 000018
【図１４Ｃ】
0006544018.tif 000019
【図１４Ｄ】
0006544018.tif 000020
【図１５】
0006544018.tif 000021
【図１６】
0006544018.tif 000022
【図１７】
0006544018.tif 000023
【図１８】
0006544018.tif 000024
【図１９Ａ】
0006544018.tif 000025
【図１９Ｂ】
0006544018.tif 000026
【図１９Ｃ】
0006544018.tif 000027
【図２０】
0006544018.tif 000028
【図２１】
0006544018.tif 000029
【図２２】
0006544018.tif 000030
【図２３】
0006544018.tif 000031
【図２４】
0006544018.tif 000032
【図２５】
0006544018.tif 000033
【図２６】
0006544018.tif 000034
【図２７】
0006544018.tif 000035
【図２８】
0006544018.tif 000036
【図２９】
0006544018.tif 000037
【図３０】
0006544018.tif 000038