本發(fā)明屬于輪胎監(jiān)測(cè)，具體涉及一種基于圖像分析的輪胎胎壓標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)國(guó)防實(shí)力的跨越式發(fā)展，各類(lèi)特種車(chē)輛已成為各軍兵種裝備中不可或缺的一部分。這些特種車(chē)輛在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中承擔(dān)著重要的任務(wù)，因此其安全性問(wèn)題尤為重要。在特種車(chē)輛發(fā)生的各種安全隱患中，輪胎的安全問(wèn)題占據(jù)了相較大的比例。其中，爆胎是輪胎引發(fā)事故的一個(gè)主要原因，它可能導(dǎo)致車(chē)輛失控，甚至引發(fā)嚴(yán)重的事故。

2、除了不良的行駛路面這一外部因素外，特種車(chē)輛輪胎的胎壓不正常是導(dǎo)致爆胎等事故的最主要原因。胎壓過(guò)高或過(guò)低都可能對(duì)輪胎的使用性能和使用壽命產(chǎn)生不良影響，進(jìn)而威脅到特種車(chē)輛的安全行駛。因此，對(duì)特種車(chē)輛的輪胎胎壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和標(biāo)定，是確保車(chē)輛安全行駛的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于爆胎事故具有偶然性和不可預(yù)見(jiàn)性，因此，一旦發(fā)生爆胎駕駛員往往因?yàn)闆](méi)有經(jīng)驗(yàn)而導(dǎo)致驚慌失措，操作失誤，使得事故所造成的后果慘不忍睹。有關(guān)專(zhuān)家提醒，汽車(chē)在時(shí)速100km/小時(shí)以上的情況下，發(fā)生爆胎事故死亡率接近100％。

3、數(shù)字圖像處理是利用計(jì)算機(jī)程序?qū)D像進(jìn)行處理以滿足人類(lèi)的視覺(jué)感官或者應(yīng)用需求的技術(shù)。數(shù)字圖像處理技術(shù)最早的目的是改善人類(lèi)分析時(shí)采用的圖像信息，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能技術(shù)的發(fā)展，其主要目的演變?yōu)樘幚碜詣?dòng)裝置獲取的圖像數(shù)據(jù)即計(jì)算機(jī)視覺(jué)和模式識(shí)別。因此如何有效的將數(shù)字圖像處理融入特種車(chē)輛的輪胎胎壓標(biāo)定中，對(duì)特種車(chē)輛的輪胎胎壓進(jìn)行有效標(biāo)定和監(jiān)測(cè)變成了本領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問(wèn)題

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于圖像分析的輪胎胎壓標(biāo)定方法，這種方法在不增加輪胎端電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過(guò)獲取不同拍攝角度、不同胎壓的輪胎圖像數(shù)據(jù)，利用圖像分析方法識(shí)別輪胎的外輪廓，進(jìn)而基于輪廓數(shù)據(jù)對(duì)輪胎胎壓進(jìn)行標(biāo)定和計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)基于圖像處理的胎壓標(biāo)定，為特種車(chē)輛的安全行駛提供有力保障；解決了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法有效的將數(shù)字圖像處理技術(shù)融入車(chē)輛輪胎胎壓標(biāo)定中，對(duì)車(chē)輛的輪胎胎壓進(jìn)行有效標(biāo)定和監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)上述利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)車(chē)輛的輪胎胎壓進(jìn)行標(biāo)定和監(jiān)測(cè)的目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

5、一種基于圖像分析的輪胎胎壓標(biāo)定方法，包括：

6、步驟1：獲取車(chē)輛輪胎圖像；

7、步驟2：基于圖像識(shí)別算法對(duì)步驟1獲取得到的車(chē)輛輪胎圖像進(jìn)行預(yù)處理；

8、步驟3：基于形態(tài)學(xué)圖像處理的輪胎輪廓提取算法對(duì)經(jīng)步驟2預(yù)處理后的車(chē)輛輪胎圖像進(jìn)行輪胎輪廓的識(shí)別和定位；

9、步驟4：對(duì)步驟3提取的輪胎輪廓進(jìn)行接地線檢測(cè)，并提取輪胎輪廓數(shù)據(jù)；

10、步驟5：利用步驟4提取的輪胎輪廓數(shù)據(jù)構(gòu)建車(chē)輛輪胎的有限元模型，對(duì)輪胎胎壓進(jìn)行標(biāo)定。

11、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，步驟2對(duì)車(chē)輛輪胎圖像進(jìn)行預(yù)處理的過(guò)程包括：

12、步驟2.1：對(duì)步驟1獲取得到的特種車(chē)輛輪胎圖像進(jìn)行幾何變換處理；

13、步驟2.2：對(duì)經(jīng)步驟2.1幾何變換處理后的圖像進(jìn)行灰度化處理；

14、步驟2.3：利用高斯濾波法對(duì)經(jīng)步驟2.2灰度化處理后的圖像進(jìn)行去噪濾波處理；

15、步驟2.4：使用otsu算法對(duì)經(jīng)步驟2.3去噪濾波處理后的圖像進(jìn)行二值化處理；

16、步驟2.5：對(duì)經(jīng)步驟2.4二值化處理后的圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)與分析。

17、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，步驟2.1對(duì)車(chē)輛輪胎圖像進(jìn)行幾何變換處理的過(guò)程包括：

18、步驟2.1.1：以步驟1獲取得到的車(chē)輛輪胎圖像原點(diǎn)為中心，對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理，過(guò)程包括：

19、設(shè)|op0|＝|op1|＝l，則

20、cosα＝x0/l，sinα＝y(tǒng)0/l

21、sin(α+θ)＝y(tǒng)1/l＝cosθsinα+cosαsinθ

22、cos(α+θ)＝x1/l＝cosθcosα-sinαsinθ

23、有

24、x1＝cosθx0-sinθy0

25、y1＝cosθy0-sinθx0

26、則旋轉(zhuǎn)變換矩陣為

27、

28、相應(yīng)的逆運(yùn)算為

29、

30、步驟2.1.2：對(duì)經(jīng)旋轉(zhuǎn)處理的圖像采用透視變換方法進(jìn)行校正

31、透視變換矩陣變換公式為：

32、

33、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，步驟2.2對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理的過(guò)程包括：

34、步驟2.21：采用加權(quán)平均值法對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理；

35、步驟2.22：對(duì)經(jīng)灰度化處理后的圖像進(jìn)行灰度變換，包括

36、將原始圖像的灰度值s(x,y)通過(guò)變換函數(shù)t映射到一個(gè)新的灰度值d(x,y)，d(x,y)＝t[s(x,y)]，灰度值d(x,y)為分段線性變換函數(shù)；

37、

38、步驟2.23：對(duì)步驟2.22灰度變換處理后的輪胎圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。

39、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，步驟2.5對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)與分析的過(guò)程包括：

40、步驟2.5.1：對(duì)圖像進(jìn)行濾波去噪以及差分計(jì)算幅值與方向則梯度幅值為：

41、梯度方向?yàn)椋?/p>

42、其中，gx為水平方向梯度算子，gy為垂直方向梯度算子；

43、步驟2.5.2：對(duì)圖像進(jìn)行非極大值抑制，結(jié)合檢測(cè)點(diǎn)的梯度方向，定位圖像邊緣信息；

44、步驟2.5.3：對(duì)圖像進(jìn)行滯后閾值處理，得到整個(gè)圖像邊緣閉合曲線。

45、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，步驟3對(duì)圖像進(jìn)行輪胎輪廓的識(shí)別和定位的過(guò)程包括：

46、步驟3.1：利用形態(tài)學(xué)圖像處理的輪胎輪廓提取算法對(duì)輪胎邊緣圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)閉操作，將間斷的邊緣連接起來(lái)，包括

47、步驟3.1.1：用結(jié)構(gòu)元素se對(duì)輪胎邊緣圖像進(jìn)行膨脹運(yùn)算；

48、步驟3.1.2：用結(jié)構(gòu)元素se對(duì)輪胎圖像的膨脹結(jié)果進(jìn)行腐蝕運(yùn)算；

49、步驟3.2：使用迭代膨脹算法對(duì)邊緣圖像進(jìn)行孔洞填充。

50、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，步驟4對(duì)輪胎輪廓進(jìn)行接地線檢測(cè)，并提取輪胎輪廓數(shù)據(jù)的過(guò)程包括：

51、步驟4.1：基于霍夫變換的檢測(cè)算法測(cè)量輪胎輪廓的輪胎接地線和輪胎半徑，包括直線檢測(cè)過(guò)程和曲線檢測(cè)過(guò)程；

52、步驟4.2：對(duì)車(chē)輛輪胎輪廓的特征進(jìn)行提取檢測(cè)與分析，檢測(cè)出輪胎輪廓的輪胎接地線和輪胎半徑。

53、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，步驟5使用abaqus軟件構(gòu)建車(chē)輛輪胎的有限元模型，包括：

54、步驟5.1：進(jìn)行重載輪胎精細(xì)參數(shù)化有限元模型負(fù)載特性分析；

55、步驟5.2：建立輪胎胎壓標(biāo)定模型。

56、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，在輪胎胎壓標(biāo)定模型中，利用直接法和正弦值法計(jì)算車(chē)輛輪胎重載情況。

57、(三)有益效果

58、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種基于圖像分析的輪胎胎壓標(biāo)定方法，具備以下有益效果：

59、1.本輪胎胎壓標(biāo)定方法在不增加輪胎端電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過(guò)獲取不同拍攝角度、不同胎壓的輪胎圖像數(shù)據(jù)，對(duì)輪胎圖像進(jìn)行預(yù)處理、輪胎輪廓的識(shí)別和定位、輪胎接地線檢測(cè)和構(gòu)建車(chē)輛輪胎的有限元模型對(duì)輪胎胎壓進(jìn)行標(biāo)定等過(guò)程完成車(chē)輛輪胎胎壓標(biāo)定，能夠?yàn)檐?chē)輛的安全行駛提供有力保障；

60、2.本方法利用基于圖像識(shí)別的特種車(chē)輛輪胎圖像的預(yù)處理算法對(duì)車(chē)輛輪胎圖像進(jìn)行幾何變換、灰度化、去噪濾波、二值化和邊緣檢測(cè)與分析處理，消除了圖像中的背景噪音和其他無(wú)關(guān)信息，確保只保留輪胎部分作為進(jìn)一步處理的對(duì)象，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，為車(chē)輛的安全運(yùn)行提供了有力保障；

61、3.本方法基于形態(tài)學(xué)圖像處理的輪胎輪廓提取算法對(duì)經(jīng)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行輪胎輪廓識(shí)別和定位，屏蔽了圖像中除需要的目標(biāo)區(qū)域的其他部分，將輪胎的外輪廓準(zhǔn)確的識(shí)別出來(lái)，得到一個(gè)圓形或者類(lèi)圓形的二值化圖像，為下一步提取到輪胎的特征信息提供基礎(chǔ)對(duì)象；

62、4.本方法利用霍夫變換檢測(cè)輪胎輪廓進(jìn)行接地線，來(lái)識(shí)別輪胎的形態(tài)變化，從而判斷其胎壓和負(fù)載狀態(tài)；同時(shí)提取出輪胎的半徑等其他參數(shù)，為后續(xù)的胎壓標(biāo)定算法提供必要的條件，且提高了輪胎胎壓標(biāo)定的精度，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；

63、5.本方法通過(guò)構(gòu)建車(chē)輛輪胎的有限元模型，并通過(guò)有限元模型進(jìn)行重載輪胎精細(xì)參數(shù)化有限元模型負(fù)載特性分析和建立輪胎胎壓標(biāo)定模型，利用直接法和正弦值法來(lái)對(duì)車(chē)輛輪胎重載情況進(jìn)行計(jì)算和檢測(cè)，能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行胎壓模型的標(biāo)定；實(shí)現(xiàn)了利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)特種車(chē)輛的輪胎胎壓進(jìn)行快速準(zhǔn)確標(biāo)定和監(jiān)測(cè)的目的。