用于估計車輛輪胎的氣壓狀態的系統和方法
【專利摘要】一種用于估計車輛輪胎的氣壓狀態的系統和方法，其中，所述系統包括一個或更多個傳感器單元以及控制器，每個傳感器單元包括光學傳感器，例如照相機，以獲取對應車輛的至少一個車輪的至少一幅圖像，所述控制器包括處理器以從所述傳感器單元接收所述車輛的各個車輪的圖像數據并利用特定的圖像分析處理對其進行分析以估計所述車輪輪胎中的一個或更多個輪胎的氣壓狀態。所述處理器還被配置成能夠呈現各個對應輪胎的估計氣壓狀態。
【專利說明】用于估計車輛輪胎的氣壓狀態的系統和方法 相關申請的引用
[0001] 本申請要求于2011年11月3日提交的美國臨時專利申請No. 61/555, 048的優先 權，該申請的全部內容以引用的方式合并于此。

【技術領域】
[0002] 本發明大體涉及一種用于監測氣壓的系統和方法，更具體地，涉及一種用于對車 輛的輪胎中的氣壓進行估計的系統和方法。

【背景技術】
[0003] 車輛的輪胎的氣壓（膨脹狀態）顯著地影響各個方面，例如，尤其是駕駛安全、油 耗和輪胎的使用壽命。充氣不足的或過于膨脹的輪胎比在制造商推薦的氣壓下保持膨脹的 輪胎磨損地更快。受車輛輪胎的膨脹狀態影響的另一方面是駕駛體驗。適當膨脹的輪胎確 保更加精確的轉向、更短的加速期以及改進的車輛穩定性。
[0004] 公眾意識已大大提高了，并且在美國，諸如美國車輛安全法規（TREAD Act)之類的 法規要求客車設有輪胎壓力監視系統（TPMS)。從2012年開始類似的法規逐漸進入歐盟，并 且許多汽車、輪胎和車輛配件以及安全設備的制造商正在接收挑戰。


【發明內容】

[0005] 根據本發明的某些實施例，提供了一種用于估計車輛輪胎的氣壓狀態的系統，所 述系統包括：（a)至少一個傳感器單元，每個傳感器單元包括至少一個光學傳感器以獲取 對應車輛的至少一個車輪的至少一幅圖像；以及（b)至少一個控制器，所述控制器包括至 少一個處理器以從所述傳感器單元接收所述車輛的各個車輪的圖像數據并對其進行分析 用于估計所述車輪輪胎的氣壓狀態，所述處理器被配置成能夠呈現各個對應輪胎的估計氣 壓狀態。
[0006] 可選地，所述圖像分析包括：對所述圖像中的對應輪胎的至少一個預定參數的值 進行估計并通過利用至少一個用于檢索已知參數值的數據庫將估計的參數與適當充氣的 輪胎的相應參數的已知值進行比較。
[0007] 可選地，所述系統進一步包括一個或更多個輸入裝置，例如觸摸屏、鍵盤等，以使 用戶能夠借此輸入數據，其中，所述輸入數據至少包括對應車輛的類型，其中，所述處理器 使用所述輸入數據來估計所述對應車輛的每個輪胎的氣壓狀態。
[0008] 所述傳感器單元可包括多個傳感器單元，所述多個傳感器單元被設置成使得車輛 能夠在這多個傳感器單元之之間經過以獲取對應經行車輛在經過所述傳感器單元時的所 有車輪的圖像，其中，一旦經過，所述傳感器單元能夠識別并指示每幅圖像中每個輪胎對應 的左/右和前-后位置。所述數據庫可被配置使得每個已知的參數值與具體的車輛類型以 及指示所述圖像中對應輪胎的前/后側的輪胎側指示相關用于使所述處理器能夠將所述 參數的估計值與相同車輛類型和輪胎側的適當充氣的輪胎的相應參數值進行比較。
[0009] 另外或可替換地，所述參數包括以下各項中的至少一項：接地印痕長度、接地印痕 角、側壁高度。
[0010] 可選地，所述系統進一步包括：至少一個用于測量對應輪胎的溫度的溫度測量裝 置，例如紅外（IR)傳感器，被配置成與所述溫度測量裝置通信的所述處理器能夠利用所述 對應輪胎的溫度以相對于在對應溫度范圍內適當充氣的輪胎的已知值對所述對應輪胎的 氣壓狀態進行估計。
[0011] 根據某些實施例，所述系統位于指定的通道處，以當車輛經過所述通道時，使車輛 能夠對其輪胎的氣壓狀態進行估計，其中，所述至少一個傳感器單元包括多個配置為通過 被安裝在所述通道的相對側來基本上同時地產生所述車輛的每對輪胎的2D圖像的傳感器 單元。
[0012] 可選地，所述系統進一步包括輸出裝置，例如屏幕、揚聲器和/或用于呈現輸出的 估計氣壓狀態的打印裝置。
[0013] 可選地，所述系統進一步包括：多個壓力探測器，每個壓力探測器位于所述通道 上，使得當車輛經過所述通道時迫使所述經行車輛的輪胎在所述壓力探測器上壓過，所述 壓力探測器被配置為估計每個輪胎所施加的壓力，其中，對對應車輛的每個輪胎所施加的 每個壓力的探測結果在所述處理器處被接收，從而被用來估計輪胎的氣壓。
[0014] 所述系統還可以包括用于自動地識別對應車輛類型的自動車輛類型識別機構，其 中，根據所述對應車輛的類型，所述估計所述對應車輛的每個輪胎的氣壓被執行。例如， 所述車輛識別機構被配置用于以下各項之一：經由LPR識別所述車輛的牌照號碼；所述車 輛的RFID識別，其中，所述處理器使能訪問至少一個數據庫用于將所述識別的牌照號碼或 RFID代碼與所述對應車輛的類型聯系起來。
[0015] 可選地，所述系統還包括：機械定位裝置以允許通過至少一個軸調節每個光學傳 感器的位置，其中，所述機械定位裝置由所述控制器電控制。
[0016] 根據本發明的其他實施例，提供了一種估計車輛輪胎中的氣壓的方法，所述方法 包括：(a)利用至少一個包括光學傳感器的傳感器單元來獲得車輛的至少一個車輪的至少 一幅圖像；(b)分析對應車輪的每個輪胎的每幅對應圖像以對與所述輪胎的輪胎氣壓有關 的至少一個參數的值進行估計；（c)通過將所述參數的估計值與適當充氣的相應輪胎的已 知參數值進行比較來估計所述對應輪胎的氣壓狀態；以及（d)呈現所述估計氣壓狀態的指 /_J、1 〇
[0017] 可選地，所述至少一個參數包括以下各項中的至少一項：接地印痕長度、接地印痕 角、側壁高度。
[0018] 可選地，所述方法還包括：識別所述對應車輛的類型并識別每幅圖像中每個車輪 的前/后側，其中，所述估計參數與相同車輛類型和輪胎側的相應已知參數值進行比較。
[0019] 所述方法進一步包括：對指示對應車輛類型的輸入數據進行接收。所述車輛的類 型可以通過利用至少一個傳感器或通過接收表面車輛類型的用戶的輸入來自動地識別，所 述傳感器用于感應至少一個與所述對應車輛的類型相關的參數。
[0020] 另外或可替換地，所述方法還包括：在獲得車輛車輪的圖像之前，根據所識別的車 輛類型，調節每個所述光學傳感器的位置。
[0021] 可選地，所述的方法還包括：執行初步測試處理，在所述測試處理中，對每個獲得 的圖像進行測試以檢查其中的缺陷并驗證該圖像是否符合至少一個預定的質量標準，其 中，一旦圖像未能符合測試所用標準中的至少一個，則根據檢測到的缺陷對所述傳感器單 元的所述傳感器進行調節以獲得所述對應車輪的新的圖像。所述調節可包括，例如對所述 傳感器的變焦和/或動態范圍進行調節，其中，所述傳感器包括至少一個具有可變焦且動 態范圍的照相機。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1A為根據本發明的某些實施例，用于估計并呈現車輛輪胎中的氣壓的系統示 意圖。
[0023] 圖1B為根據本發明的某些實施例，用于估計并呈現車輛輪胎中的氣壓的系統框 圖。
[0024] 圖2為根據本發明的某些實施例，示意性地示出了用于估計并呈現車輛輪胎中的 氣壓的方法的流程圖。
[0025] 圖3A-3C包括示出輪胎的氣壓水平如何影響輪胎的接地印痕的記錄圖片：圖3A示 出了充氣至34PSI (磅/平方英寸）的車輛輪胎的照片；圖3B示出了充氣至24PSI的車輛 輪胎的照片；圖3C示出了充氣至15PSI的車輛輪胎的照片。
[0026] 圖4A-4C包括示出輪胎的氣壓水平如何影響輪胎的接地印痕角的記錄圖片：圖4A 示出了充氣至28PSI (磅/平方英寸）的車輛輪胎的照片；圖4B示出了充氣至22PSI的車 輛輪胎的照片；圖4C示出了充氣至15PSI的車輛輪胎的照片。
[0027] 圖5A-5C包括示出輪胎的氣壓水平如何影響在輪胎與道路/地面之間的觸點 與具有輪緣的輪胎的內部邊緣之間所測量的側壁高度的記錄圖片：圖5A示出了充氣至 36PSI (磅/平方英寸）的車輛輪胎的照片；圖5B示出了充氣至27PSI的車輛輪胎的照片； 圖5C示出了充氣至10PSI的車輛輪胎的照片。
[0028] 圖6示出了在左前輪放氣之后，車輛的四個輪胎的接地印痕長度之間的關系的實 驗結果。
[0029] 圖7示出了接地印痕角與輪胎氣壓水平之間的關系的實驗結果。
[0030] 圖8示出了側壁高度與氣壓水平之間的關系的實驗結果。
[0031] 圖9為根據本發明的某些實施例，示意性地示出了在對輪胎的氣壓狀態進行估計 之前的用于對與相應圖像的特性有關的質量進行預檢的初步測試方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0032] 在以下各個實施例的詳細描述中，以附圖為參照，所述附圖構成描述的一部分，并 且在附圖中以說明的方式示出了本發明可被實施的特定實施例。應當理解的是，在不脫離 本發明的范圍時，可以利用其他實施例并且可以做出結構的變化。
[0033] 在本發明的某些實施例中，本發明提供了一種用于估計車輛的輪胎中的氣壓狀態 (膨脹率），并且通過外部檢查來呈現、記錄并傳送估計的氣壓狀態的指示而無需駕駛員參 與。
[0034] 術語輪胎的"氣壓狀態"指的是該輪胎的膨脹狀態的任一指示，諸如，例如該輪胎 氣壓的實際值（例如以PSI為單位）、受輪胎膨脹率影響的參數，例如與地面接觸的輪胎外 部邊緣的部分（接地印痕）等。
[0035] 根據本發明的某些實施例，所述系統包括一個或更多個傳感器單元以及控制器， 每個傳感器單元包括一個或更多個光學傳感器，例如用于獲得對應車輛每個輪胎的至少一 幅圖像并用于輸出每個這樣所得圖像的圖像數據的照相機，所述控制器包括用于從傳感器 單元接收圖像數據并對其進行分析用于估計每幅對應圖像中的每個輪胎的氣壓狀態的處 理器。所述處理器被配置成允許通過一個或更多個呈現裝置和方法來輸出每個對應輪胎估 計的氣壓狀態，例如通過呈現車輛的每個輪胎的壓強值（以PSI為單位）并指示該輪胎的 位置（左后/右后或左前/右前）。以這種方式，駕駛員或任一其他人立刻獲知他的/她 的輪胎的膨脹狀態，從而能夠盡可能快地處理他的/她的車輛的充氣不足或充氣過度的輪 胎。
[0036] 根據本發明某些實施例，所述處理器通過對利用由光學傳感器（例如照相機）輸 出的輪胎圖像的圖像分析所計算的一個或更多個參數的值進行估計，并通過訪問至少一個 包括相關已知參數值的數據庫將這些參數值與對應參數等價的已知值進行比較來估計每 個對應輪胎的氣壓狀態。每個對應輪胎圖像的數據分析包括測量一個或更多個測量值，例 如輪胎的接地印痕（與道路/地面接觸的輪胎部分的長度）和/或其他測量值，例如，沿經 過輪胎與地面之間所評定的中間觸點的軸所測量的輪胎的外部表面側與內部表面側之間 的輪胎的側壁高度。這個測量值或參數值隨后與等價的"適當充氣輪胎"的已知值進行比 較，所述已知值指的是被充氣至標準制造商推薦的膨脹壓力率的輪胎的相同參數（例如接 地印痕或側壁高度）。這與已知參考車輛加載配置有關，意味著超出對應的已知參考就表示 輪胎充氣不足、車輛過載或兩者的結合。這些情況會危及駕駛員、乘客和貨物，也會增加油 耗和輪胎磨損。
[0037] 因此，輪胎推薦的氣壓與車輛的類型（具體車型）和輪胎的位置（后或前）都相 關，這些"輪胎相關的特征"應該在估計開始前是已知的。上述特征，以及可選地其他特征 可以由用戶通過指定的系統輸入裝置輸入或由系統自動識別輸入。例如，為了自動識別車 輛類型，這些照相機中的一個能夠獲得車輛牌照號碼的圖像，同時處理器被配置并設計為 允許通過圖像分析從獲得的圖像中識別號碼并對包括有與車輛的特定牌照號碼相關的車 輛特征（例如類型、制造年份等）的數據庫進行搜索。可替換地，車輛可包括無線射頻識別 (RFID)標簽或其他識別標簽或允許系統的指定傳感器從對包括車輛類型的車輛特征進行 識別的對應標簽中讀取代碼的裝置。
[0038] 根據本發明的某些實施例，所述系統位于對車輛被引導通過的區域進行限定的預 定的通道處，其中，位于該通道不同側的多個靜止的照相機基本上同時拍攝車輛的后輪和 前輪的圖像。所有照相機可被配置成與附近和/或遠程控制器通信，所述控制器包括用于 執行對車輛輪胎圖像的圖像分析以針對每個輪胎確定其是否被適當充氣/充氣不足/充氣 過度。
[0039] 現參見圖1A，示意性地示出了根據本發明的某些實施例的用于估計并呈現預定通 道150中的車輛輪胎的氣壓的系統100。該系統100包括兩個傳感器單元110a和110b以 及控制器120,每個傳感器單元分別具有分別用于支撐例如照相機112a和112b的至少一個 傳感器的支架結構111a和111b，控制器120用于接收來自照相機llla-lllb的數據并利用 圖像分析對數據進行處理以識別經過由兩個支架111a和111b所限定的指定通道80的車 輛輪胎的氣壓。
[0040] 為了將車輛10的駕駛員引導至相對于照相機112a-112b所需的位置以允許獲得 車輛10的每對車輪（前輪11a和lib以及后輪11c和lid)的圖像，一個或更多個障礙， 例如電控障礙130可被定位用于限定通道80并用于當車輛經過通道80時，允許兩側的照 相機112a和112b被盡可能精確地定位在車輛的每對車輪的前方以優化圖像分析。另外， 指定的停車區域150可以被標記或由不同于周圍地板的地板材料制成，并且還可以可選地 包括制動器155以允許駕駛員指揮車輛10,以便兩個前輪11a和lib首先被制動器155制 動，然后駕駛員需要進一步向前駕駛以允許兩個后輪11c和lid被制動器155制動以定位 車輪，從而使輪胎位于照相機112ab和bll2b前方基本平行于支架111a和111b內側的最 佳位置處。
[0041] 例如，如圖1A所示，所述車輛10被引導以停放在一位置，在該位置中車輛的前輪 11a和lib (在該視圖中lib被隱藏）被停放在制動器155上。這使得位于支架111AB和 111B處的照相機112a(隱藏在該視圖中）和112b中的每個照相機能夠分別限定垂直軸zl 和z2,并且使得112b被定位以使得在照相機112a和112b的焦點中心之間延伸的水平軸xl 基本垂直于軸zl和z2。其目的在于使每對車輪（lla-llb或llc-lld)位于照相機112a或 112b的中心前方以使得每個照相機能夠獲得定位于該照相機前方的輪胎/車輪的至少一 幅圖像，以便在圖像中的輪胎將盡可能少的傾斜從而以最佳精確度反應該圖像的正側面。 [0042] 根據本發明的某些實施例，所述系統還包括各種附加的傳感器，所述傳感器可以 識別車輛是否停在允許開始獲得車輪的圖像以使得能夠估計其輪胎的氣壓的足夠合理的 位置上。
[0043] 根據本發明的某些實施例，所述系統還包括被配置成當車輛在相機框架內時用于 監測的探測。這可以通過接地回路、光電傳感器、基于體積的運動探測器、磁性探測器或任 何其他商用技術來完成。
[0044] 根據本發明的某些實施例，所述系統進一步包括：一個或更多個輸出裝置，例如顯 示器130或任何其他允許輸出車輛輪胎lla-lld中每個輪胎的估計氣壓的指示的裝置。例 如，控制器120可以允許顯示每個輪胎的氣壓的實際估計值以及輪胎的對應位置（左前/ 左后或右前/右后）和/或僅簡單地指示充氣過度或充氣不足的輪胎及其對應位置（例如 輸出指示"左后輪胎充氣不足"的文本消息）等。告警媒體效果也可被用來指示超過壓力 危險值的值。
[0045] 如圖1A所示，控制器120還包括一個或更多個輸入裝置，例如輸入裝置125,所述 輸入裝置使駕駛員能夠輸入允許識別他的/她的車輛類型（例如通過從列表中選擇和/或 輸入自由文本）的信息以及可選地將有助于評估車輛車輪的氣壓的其他信息。如上所述， 在本發明的其他實施例中，可提供用于自動識別或評估車輛類型的裝置，例如基于RFID的 識別、圖像獲得和車輛牌照（LPR)的分析、用來評估車輛類型的車輪圖像的圖像分析等。
[0046] 根據本發明的其他實施例，控制器120可以與諸如遠程服務器之類的遠程處理器 進行通信，其中，氣壓的圖像分析和估計由遠程服務器執行。這將使位于不同區域的多個這 樣的系統能夠與同一主服務器通信以允許所有系統的集中控制。隨后，每個系統將獲得圖 像并接收與車輛類型有關的輸入數據，將這些圖像發送到遠程服務器并接收產生的估計的 氣壓值以呈現其指示。
[0047] 現參見圖1B，圖1B為根據本發明的某些實施例用于估計并呈現車輛輪胎中的氣 壓的系統200的框圖。系統200包括：控制器210 ;多個傳感器單元，例如第一傳感器單元 231a、第二傳感器單元231b和第三傳感器單元231c ;輸入裝置240和輸出裝置260 ;以及一 個或更多個數據庫，例如數據庫250和數據庫270。
[0048] 第一傳感器單元231a和第二傳感器單元231b包括用于以類似于根據圖1A所述 的方式來獲得車輛車輪的圖像的光學傳感器，同時另一第三傳感器單元231c被配置并定 位為允許感應與車輛相關的其他參數，比如，車輛的牌照（通過使用光傳感器）；允許感應 所述車輛相對于第一傳感器單元231a和第二傳感器單元231b的位置和/或用于測量能影 響輪胎狀況和/或影響輪胎的推薦的氣壓率的其他測量值，例如輪胎的溫度等，所述輪胎 的溫度例如可以利用紅外傳感器（IR)從遠處進行測量。
[0049] 輪胎的溫度也影響其應當被充氣至的正確的推薦壓力水平。在行駛期間，發熱的 充氣不足或充氣過度的輪胎會易于破裂和爆胎。因此，針對發熱輪胎的推薦的膨脹率（壓 力）通常高于針對相同車型和相同車輛位置未發熱的相同輪胎的推薦速率。一般來說，當 輪胎為"冷"時，即在驅動車輛之前，應該檢查輪胎并進行充氣。
[0050] 在這些實施例中，第三傳感器單元231c包括一個或更多個用于測量輪胎溫度的 基于IR的傳感器，估計的壓力與對應于測量溫度的溫度范圍內的（相同車輛類型和位置 的）相應輪胎的已知推薦壓力值進行比較。
[0051] 根據某些實施例，通過用于測量外部溫度的相同傳感器或另一傳感器，例如溫度 計，或者比如通過使用相同的IR傳感器也可指示外部溫度。估計模塊222可通過利用預定 的等式來計算適當充氣的相應輪胎的用于與估計的參數值進行比較的正確值。這個等式可 以包括在"正常"狀態下充氣至制造商推薦的參數的值，在該"正常"狀態中，外部溫度與輪 胎溫度之間的比率或差值是特定值或在具有因子的特定范圍內，所述因子包括外部溫度與 乘以正常條件值后的輪胎溫度之間的關系。
[0052] 根據本發明的某些實施例，如圖1B所示，控制器210包括操作以下幾個模塊的處 理器220 : (i)輸入模塊221，其被配置成通過一個或更多個通信鏈路（可以是無線或有線 鏈路）接收來自傳感器單元231a-231c的數據/信號，以及可選地通過駕駛員/用戶輸入 接收來自輸入裝置240的數據/信號以識別車輛類型；（ii)氣壓估計模塊222 (簡稱"估計 模塊"），其用于接收來自輸入模塊221的輸入數據并處理該數據以估計對應車輛的輪胎的 氣壓；以及（iii)呈現模塊223,其用于通過一個或更多個輸出裝置利用一個或更多個呈現 類型來呈現估計的氣壓或其他相關信息，所述呈現類型例如可視的（例如通過屏幕260)、 音頻的（例如通過揚聲器）、打印的文本呈現（例如通過提供包括估計和相關信息的印刷文 本）等。
[0053] 根據本發明的某些實施例，第一數據庫250包括推薦的輪胎氣壓值和至少一個指 示輪胎壓力的參數的列表，該參數例如接地印痕或側壁高度等，每個這樣的參數與車輛類 型和輪胎（前或后）的位置相關聯以使得估計模塊222能夠將通過使用輪胎圖像的圖像分 析得到的相應參數的測量/計算值與相同車輛類型和定位（前或后）的兼容輪胎進行比 較，以允許估計（a)正在檢查的輪胎的氣壓；以及（b)允許估計推薦的輪胎壓力與估計值之 間的差值以計算檢查的輪胎是否需要充氣以及達到什么程度時所檢查的輪胎充氣過度或 者充氣不足。
[0054] 根據本發明的一些實施例，第二數據庫270包括車輛代碼列表（例如用于RFID車 輛識別）及其相關車輛的有關信息，所述信息包括例如車輛類型、制造年份、顏色等。
[0055] 根據本發明的可選實施例，呈現和傳輸模塊223還能夠經由一個或更多個通信網 絡上的本地應用或基于網絡的應用以及例如無線鏈路99的鏈路來與駕駛員的諸如移動電 話265、平板電腦等的移動裝置進行通信，以通過諸如電子郵件、短消息系統（SMS)的可用 消息傳送技術來發送文本消息。所述消息包括指示輪胎的估計氣壓狀態的信息。
[0056] 為了分別與傳感器單元23la-23lc和/或移動裝置265、輸入設備240和輸出設備 260進行通信，控制器211包括一個或更多個信號發送器211和接收器212,用于允許通過 使用各種通信技術、頻率范圍和/或網絡與多個裝置進行無線通信。
[0057] 圖2為根據本發明的某些實施例示意性地示出用于估計并呈現車輛輪胎中的氣 壓的流程圖。所述方法包括當車輛經過預定區域時，例如通過同時操作位于車輛兩側的照 相機來獲得前輪23的圖像。同時對前輪進行拍照以獲得其圖像，其他光學裝置，例如IR照 相機可被用來測量前輪24的溫度及其距照相機和傳感器的距離。隨后，包括獲取車輛的圖 像和車輪輪胎的溫度的相同步驟可被用于后輪，如圖2中的流程圖的步驟25-26所示。
[0058] -旦前輪和后輪的圖像已被獲得，這些圖像就被傳輸到處理器，其可以通過控制 器29進行操作以處理圖像。該處理器隨后執行圖像分析處理（由計算機操作或經由片內 處理，例如通過使用微處理器），其中，每個車輪圖像被分析以估計其對應輪胎的氣壓狀態 30。這可以通過圖像分析來測量車輪圖像中的一個或更多個參數，例如接地印痕或側壁高 度，并隨后將該參數與對于處理中的車輪圖像的側面（前/后）的適當充氣的前/后輪胎 的已知值進行比較而得以執行。為此，車輛的類型應該是已知的，因為每個車輛類型的每個 制造商使用不同的車輪設計并且每個車輪類型具有不同的推薦的后輪胎氣壓值和前輪胎 氣壓值。因此，用于識別車輛的另一步驟或處理21可被包括在該方法中。該步驟（21)可 在車輪圖像被獲得之前或之后執行。在圖2的示例中，車輛識別發生在獲得車輪的圖像之 刖。
[0059] -旦所述圖像分析被完成并且每個車輛輪胎的氣壓被估計，每個輪胎的氣壓指示 就被輸出以對其進行呈現31。所述指示可包括輪胎氣壓的值和/或表示這些值是否超出相 應的適當充氣的輪胎的范圍或所需氣壓值的指示--意味著可見指示被給出以示出輪胎 是否被適當充氣、充氣過度或充氣不足。
[0060] 根據本發明的某些實施例，包括有圖像分析的初始處理可被執行以得到輪胎及車 輛部件的尺寸和比例。然后，通過使用用于執行所述初始處理的單獨的算法將初始處理的 輸出，包括例如輪胎的估計尺寸，這些估計的參數與數據庫中的相應參數進行比較。
[0061] 如圖1A所示，系統100可被設置在引導車輛進入預定的停車區域的入口區域中， 每個進入停車區域的車輛具有在經過入口通道時所估計并指示的輪胎的膨脹率。這可以是 非常有用的，例如，對于全部屬于同一公司的大型車站的停車區域，例如對于中心的公共汽 車站或出租車站，允許具有中心計算機系統的中央控制器與位于車站停車區域的一個或更 多個入口中的一個或更多個這樣的系統通信使得以簡單且耗時較少的方式來管理該公司 的所有車輛的所有輪胎的壓力狀態。在該示例中，管理員能夠通過文本消息接收可見指示 或將其直接接收到中心屏幕，在該中心屏幕處，具有充氣不足/充氣過度輪胎的該公司的 每個車輛被識別并指示，從而提醒管理員哪些車輛需要處理。這這些情況下，與每個識別并 檢查的車輛相關的數據被存儲在所述系統的計算機存儲單元處或云服務器上，使得能夠追 溯地檢查并記錄車輛輪胎壓力狀態的歷史。
[0062] 可選地，如圖2所示，通過使用一個或更多個專用的稱重裝置，例如壓力傳感器 (例如基于壓電轉換器）還可以對所述車輛的重量進行測量27。
[0063] 根據本發明的某些實施例，所述系統和方法還能夠記錄進入通道區域的每個車輛 以及出于其他目的離開通道區域的每個車輛。
[0064] 現參考圖3A-3C，其顯示了輪胎的氣壓水平如何影響輪胎的接地印痕。圖3A示出 了充氣至34PSI (磅/平方英寸）的車輛輪胎的照片；圖3B示出了充氣至24PSI的相同輪 胎的照片；以及圖3C示出了充氣至15PSI的相同輪胎的照片。從這些拍攝實驗中可以清楚 的看到接地印痕隨著輪胎氣壓的減小而加長。
[0065] 圖4A-4C示出了輪胎的氣壓水平如何影響輪胎的接地印痕角：圖4A示出了充氣至 28PSI (磅/平方英寸）的車輛輪胎的照片；圖4B示出了充氣至22PSI的相同輪胎的照片； 以及圖4C示出了充氣至15PSI的相同輪胎的照片。從這些拍攝實驗中可以清楚的看到接 地印痕角隨著輪胎氣壓的減小而加寬。
[0066] 圖5A-5C示出了輪胎的氣壓水平如何影響在輪胎與道路/地面之間的觸點與輪胎 的內側（與輪緣的接觸點）之間所測量的側壁高度：圖5A示出了充氣至36PSI (磅/平方 英寸）的車輛輪胎的照片；圖5B示出了充氣至27PSI的相同輪胎的照片；以及圖5C示出 了充氣至10PSI的相同輪胎的照片。從這些拍攝實驗中可以清楚的看到當輪胎的氣壓減小 時，測量高度降低。
[0067] 可對許多車輛的前輪胎和后輪胎進行這些實驗以建立與車輛的類型、輪胎側（后 /前）、推薦的氣壓值以及其相關的接地印痕長度、側壁高度和/或接地印痕角相關的表格 (存儲在計算機化數據存儲單元中，例如數據庫中）。這將允許執行各個輪胎的圖像處理以 測量對應參數（接地印痕長度、側壁高度和/或接地印痕角）并隨后使用同側且相同車輛 類型的輪胎的標準參數值來對所產生的值進行檢查。該表格可附加地包括在各種"輪胎狀 態"下，例如在各種輪胎溫度和/或車輛重量下相同輪胎（相同的側且相同的車輛類型）的 這些參數值和推薦的氣壓值，在這些狀態下氣壓值因而對應的參數值相應地變化。
[0068] 圖6-8中的圖形示出了對上述參數中的一個參數與輪胎的氣壓水平之間的關系 進行測試的實驗結果。圖6示出了例如左前輪的放氣對承載車輛負載的其他輪胎幾乎沒有 影響，僅影響其自身的接地印痕的長度。
[0069] 圖7示出了以PSI為單位的壓強值與一個車輛輪胎的接地印痕角之間的關系，其 中氣壓越低，接地印痕孔徑角越大。
[0070] 圖8示出了以PSI為單位的壓強值與一個車輛輪胎的側壁高度之間的關系，其中 氣壓越低，側壁高度越小。
[0071] 所述圖像分析可包括允許執行初始測試處理的初始過程，在測試處理中，對每個 獲得的圖像進行測試以檢查圖像中的缺陷并驗證其是否通過至少一個預定的質量標準。在 該處理中，一旦圖像沒有通過一個或更多個測試標準，根據所述檢測到的缺陷，對獲取該圖 像的照相機進行重新調節（例如通過重新調節其焦距和/或照相機方向）以獲得對應車輪 的新圖像。
[0072] 該處理可以包括對以下各項進行驗證：（i)所述圖像質量是令人滿意的；（ii)所 述車輪圖像未以任何其他方式過度傾斜或失真，使得提取/計算參數（例如輪胎的內圓周 和外圓周輪廓）所依據的其所需特征不是太失真。
[0073] 所述失真缺陷例如相對于照相機的傾斜定位可以經由圖像分析進行校正，或如果 失真過強，對特定車輪進行拍照的對應照相機可被重新操作來調節該相機的焦距、動態范 圍和/或方向以獲得更好的對應車輪的圖像。例如，初始測試處理可被執行，在測試處理 中，對每個獲得的圖像進行測試以檢查圖像中的缺陷并驗證其是否通過至少一個預定的質 量標準，其中一旦圖像沒有通過至少一個測試標準，根據用于獲得對應車輪的新圖像的所 述檢測到的缺陷，所述照相機被重新調節。
[0074] 圖9為根據本發明的某些實施例示意性地示出了在對輪胎的氣壓狀態進行估計 之前的用于對圖像質量進行測試和測量方法的流程圖。
[0075] 在該過程中，車輪圖像被檢查以驗證其圖像質量和失真71。如果所述圖像的質量 不足以接受（根據預定條件）并且產生的失真被識別72 (意味著車輛相對于照相機過度傾 斜），則所述照相機通過例如調節其相對于其主軸的方向和/或調節其焦距和動態范圍和/ 或其他這樣的特征進行調節。一旦所述照相機被調節73,所述車輪就會被再次拍照以獲得 其新的且期望更好的圖像。該處理可被執行預定的次數直至實現可接受的圖像質量，其中 如果在預定次數的這樣的迭代之后，該圖像仍不可接受，則可請求駕駛員改變其相對于傳 感器單元的停車位置。
[0076] 根據其他實施例，使用的照相機是視頻攝像機，其中，根據使用初始圖像分析以識 別適當圖像的預定標準，與對應車輪有關的攝像機的視頻序列的最佳圖像或這些圖像被選 擇。例如，初始圖像分析包括對整個車輪在圖像的畫面中被捕獲到、車輪相對于攝像機的焦 點平面沒有傾斜等進行驗證。
[0077] 如果圖像的質量是足以接受并且失真幾乎沒有影響（意味著車輪基本上面向照 相機的前方）72,則圖像分析算法開始測量一個或更多個用于對各個車輪輪胎的壓力水平 進行估計的參數。所述初始處理還包括檢查圖像中車輪輪胎的循環特征（如圖9所示），其 中車輪輪胎的內部和外部邊緣被識別74-75,隨后通過檢查輪胎的內圓周和外圓周的循環 特征來查看該車輪是否相對于該照相機的焦點平面定向。如果該圖像此時被接受76,則測 量一個或更多個參數（例如接地印痕長度和/或側壁高度）的處理可以開始77。如果根據 循環檢查標準，該圖像不被接受，則獲得另一圖像。所述初始測試過程可隨著車輛沿通道行 駛時被非常快速地執行。
[0078] 根據本發明一些實施例，系統還包括機械的相機定位裝置以允許通過至少一個軸 調節該照相機的位置，和/或使用具有對關注區域（其中在畫面中發現車輪）進行數字變 焦的能力的高清晰度（HD)數字照相機。例如，通過使用任何現有技術中已知的方法，例如 通過使用軌道以及自動且電控制的能夠沿所述軌道移動并具有使其在實現所選擇的高度 時能夠抓住所述軌道的制動器，每個照相機相對于地面/道路的高度在選擇的定位中是可 以調節并保持的。
[0079] 根據某些實施例，測量的參數值與相同車輛類型和輪胎側（后/前）的適當充氣 的等價輪胎的相應已知值進行比較，其中，由于膨脹率與氣壓值之間的關系被統計地且實 驗地記錄，因此所述比較在那些測量的參數值與已知的參數值之間執行使得以更通用的方 式估計氣壓狀態而無需對測試輪胎的準確氣壓值進行計算。例如，由于輪胎充氣越少，接地 印痕越長一測量的接地印痕長度可以與已知的長度比較，其中，如果測量的接地印痕長 度比已知的長度短，則指示測試的輪胎被充氣過度，并且如果測量的接地印痕長度比已知 的長度長，則輸出/呈現輪胎充氣不足的指示。
[0080] 為了將圖像的尺度轉換成實際尺度，可使用霍夫變換算法，其中，通過測量照相機 或傳感器與對象之間的范圍或其他本領域的技術人員已知的方法將已知尺寸項（例如輪 緣或甚至將車輪連接到汽車的螺栓）的像素尺寸與其實際已知的物理尺寸比較來確定比 例。用于標注尺度的另一方法是當傳感器之間的距離是已知的，并且車輛的寬度也可以從 數據庫中已知時，通過利用兩個平行設置的照相機經由距離測量裝置（例如激光器）測量 所述對象的距離，或對從汽車兩側獲得的圖像進行比較。
[0081] 當利用基于計算機的圖像處理時，本發明的一些實施例對光與陰影敏感，所以適 當的照明裝置需要以背景光、點光源或其他商業可得的照明方案的形式添加到所述系統中 以提高圖像質量并避免某些與照明有關的圖像失真。這些還可以是由照相機上的適當過濾 片支持的紅外（IR)照明裝置。
[0082] 另外地或可替換地，測量接地印痕的長度可以由物理傳感器來執行。例如由壓力 轉換器或應變儀或其他商業可得的速度檢測方案來執行，所述物理傳感器在簡單的時間積 分之后能夠計算所述接地印痕的長度。
[0083] 另一種用于測量接地印痕長度的方法利用在光纖光纜中行進的激光束，當光纖光 纜被輪胎的重負載加壓時，所述激光束是衰減的，使得當光纖光纜沿車輛路徑的大致方向 上行進時，或當一個或更多個光纜被大體垂直于車輛的路徑設置時，針對靜態輪胎的接地 印痕的長度可利用時間積分被提取出來。
[0084] 根據本發明的某些實施例，為了估計各個測試輪胎的氣壓值，同時對上述參數中 的一個或更多個參數進行測量，可以使用一個或更多個從壓力值與具體參數之間的關系中 推導出的轉換等式來計算所述壓力值。例如，由于接地印痕長度與等價的氣壓之間存在近 線性關系，因此，已知針對等式"y = Ax+B"的線性常數A和B (其中"y"為接地印痕長度，并 且"X"為等價的壓力）允許利用等式"x= (y_B)/A"提取等價的壓力。如前所述，該相互 關系還能夠利用其他與輪胎的氣壓線性相關的參數（例如接地印痕角和側壁高度）進行。 也可以使用較高階的多項式等式。
[0085] 根據某些實施例，兩個以上的參數可被測量，每個參數用于獨立地計算所述輪胎 的氣壓，隨后這兩個結果被平均或被結合以實現更精確的估計。
[0086] 根據本發明的某些實施例，可通過用于計算可接受的參數值/范圍的預定估計等 式來執行輪胎的氣壓狀態（膨脹狀態）的原始估計，而不是對車輛進行識別，其中，測量參 數的值隨后與計算的可接受的值或范圍進行比較以查看輪胎是否被適當充氣、充氣過度或 充氣不足。例如，可接受的接地印痕的長度范圍可以介于輪胎外輪緣的整個圓周長度的第 一部分與第二部分之間（例如在1/10與1/5之間的部分）。然后，接地印痕例如被直接測 量或經由圖像分析被估計，并且估計/測量的長度隨后被檢查以驗證其是否超出計算的范 圍。
[0087] 根據本發明的某些實施例，所述系統還包括減速裝置，例如保險杠、障礙、彩色平 臺、和/或當接近指定通道時用于強制通過的車輛減速的刮掉路段。
[0088] 在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，本【技術領域】的普通技術人員可以進行許 多變更和修改。因此，必須理解的是，所示的實施例僅處于示例的目的被提出，并且其不應 被看做是對以下發明及其各種實施例和/或以下權利要求所限定的發明的限制。例如，盡 管事實上權利要求的要素在以下某種組合中被提出，但是必須明確理解的是，本發明包括 其他較少要素、更多要素或不同要素的組合，其在上文中被公開即使最初沒有以這種組合 來要求。兩個要素在要求的組合中被結合的啟示還被理解為允許兩個要素在所在的組合中 沒有互相結合，但是可被單獨使用或在其他組合中結合的所要求的組合。本發明任何公開 要素的刪除被明確地設想為落入本發明的范圍內。
[0089] 本說明書中所使用的用來描述本發明及其各種實施例的詞語不僅應從所述詞語 的通常限定的含義上被理解，還應包括超出通常限定含義的范圍的在本說明書的結構、材 料或動作中的具體定義。因此，如果在本說明書的上下文中一要素可被理解為包括兩個以 上的含義，則其在權利要求中的使用必須被理解為對于所有可能的該說明書和單詞本身所 支持的含義是通用的。
[0090] 因此，以下權利要求的詞語或要素的定義在該說明書中被限定使得不僅包括按照 字面提出的要素的組合，而且包括所有用于以基本相同的方式來執行基本相同的功能以得 到基本相同的結果的等價結構、材料或動作。因此，在這個意義上，可以設想的是，對于以下 權利要求中的任一要素，兩個或多個要素的等價替換可被進行或權利要求中的單個要素可 被替換為兩個或多個要素。盡管要素可被如上描述為在某些組合中起作用，并且甚至如最 初所要求的那樣，但是應該明確理解的是，來自所要求的組合的一個或更多個要素可在某 些情況下從該組合中刪除，并且所要求的組合可指向一個子組合或子組合的變化。
[0091] 正如本領域的普通技術人員所觀察到的，來自所要求的主題的現在已知的或以后 設計的非實質變化被明確設想為等效的落入權利要求的范圍中。因此，對于本領域的普通 技術人員現在或以后已知的明顯替換被限定為落入所限定要素的范圍中。
[0092] 因此，所述權利要求被理解為包括以上具體說明并描述的內容、概念上等價的內 容、可被明顯替換的內容以及本質上包括了本發明的基本思想的內容。
[0093] 盡管已對本發明進行了詳細描述，然后，不脫離本發明的啟示的變化和修改將對 本領域的技術人員是顯而易見的。這樣的變化和修改被認為是在本發明和所附權利要求書 的范圍內。
【權利要求】
1. 一種用于估計車輛輪胎的氣壓狀態的系統，所述系統包括： (a) 至少一個傳感器單元，每個傳感器單元包括至少一個光學傳感器以獲取對應車輛 的至少一個車輪的至少一幅圖像；以及 (b) 至少一個控制器，所述控制器包括至少一個處理器以從所述傳感器單元接收所述 車輛的各個車輪的圖像數據并對其進行圖像分析以估計所述車輪的輪胎的氣壓狀態，所述 處理器被配置成能夠呈現各個對應輪胎的估計氣壓狀態。
2. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述圖像分析包括：對所述圖像中的對應輪胎的 至少一個預定參數的值進行估計，并通過利用至少一個用于檢索已知參數值的數據庫來將 估計的參數與適當充氣的輪胎的相應參數的已知值進行比較。
3. 根據權利要求2所述的系統，還包括：至少一個輸入裝置以使用戶能夠借以輸入數 據，所述輸入數據至少包括對應車輛的類型，其中，所述處理器使用所述輸入數據來估計所 述對應車輛的每個輪胎的氣壓狀態。
4. 根據權利要求3所述的系統，其中，所述至少一個傳感器單元包括：多個傳感器單 元，所述多個傳感器單元被設置成使得車輛能夠在這多個傳感器單元之間經過以獲取對應 經行車輛在經過所述傳感器單元時的所有車輪的圖像，其中，一旦所述對應車輛經過，所述 傳感器單元能夠識別并指示每幅圖像中每個輪胎對應的左/右和前-后位置， 其中，所述數據庫將每個已知的參數值與具體的車輛類型并且與指示所述圖像中對應 輪胎的前/后側的輪胎側指示相關聯以使得所述處理器能夠將所述參數的估計值與相同 車輛類型和輪胎側的適當充氣的輪胎的相應參數值進行比較。
5. 根據權利要求2所述的系統，其中，所述至少一個參數包括以下各項中的至少一項： 接地印痕長度、接地印痕角、側壁高度。
6. 根據權利要求1所述的系統，還包括：至少一個用于測量對應輪胎的溫度的溫度測 量裝置，被配置成與所述溫度測量裝置通信的所述處理器能夠利用所述對應輪胎的溫度以 相對于在對應溫度范圍內適當充氣的輪胎的已知值對所述對應輪胎的氣壓狀態進行估計。
7. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述溫度測量裝置包括基于紅外的傳感器或照 相機。
8. 根據權利要求1所述的系統，該系統位于指定的通道處，以使得當車輛經過所述通 道時能夠對其輪胎的氣壓狀態進行估計，其中，所述至少一個傳感器單元包括多個配置為 通過被安裝在所述通道的相對側來基本上同時地產生所述車輛的每對輪胎的2D圖像的傳 感器單元。
9. 根據權利要求1所述的系統，還包括：輸出裝置，其用于呈現輸出的估計氣壓狀態。
10. 根據權利要求9所述的系統，其中，所述輸出裝置包括以下各項中的至少一項：至 少一個屏幕、至少一個揚聲器、至少一個用于對指示所述估計氣壓狀態的印刷文本消息進 行輸出的印刷裝置。
11. 根據權利要求9所述的系統，還包括：多個壓力探測器，每個壓力探測器位于所述 通道上，使得當車輛經過所述通道時迫使所述經行車輛的輪胎在所述壓力探測器上壓過， 所述壓力探測器被配置為估計每個輪胎所施加的壓力，其中，對對應車輛的每個輪胎所施 加的每個壓力的探測結果在所述處理器處被接收，從而被用來估計輪胎的氣壓。
12. 根據權利要求1所述的系統，進一步包括：用于自動地識別對應車輛類型的自動車 輛類型識別機構，其中，根據所述對應車輛的類型來執行所述估計所述對應車輛的每個輪 胎的氣壓。
13. 根據權利要求12所述的系統，其中，所述車輛識別機構被配置用于以下各項之一： 經由LPR識別所述車輛的牌照號碼；所述車輛的RFID識別，其中，所述處理器能夠訪問至少 一個數據庫以將所述識別的牌照號碼或RFID代碼與所述對應車輛的類型相關聯。
14. 根據權利要求1所述的系統，進一步包括：機械定位機構以使得通過至少一個軸能 夠調節每個光學傳感器的位置，所述機械定位機構由所述控制器電控制。
15. -種估計車輛輪胎中的氣壓的方法，所述方法包括： a) 利用至少一個包括光學傳感器的傳感器單元來獲得車輛的至少一個車輪的至少一 幅圖像； b) 分析對應車輪的每個輪胎的每幅對應圖像以對與所述輪胎的輪胎氣壓有關的至少 一個參數的值進行估計； c) 通過將所述參數的估計值與適當充氣的相應輪胎的已知參數值進行比較來估計所 述對應輪胎的氣壓狀態；以及 d) 呈現所述估計氣壓狀態的指示。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中，所述至少一個參數包括以下各項中的至少一 項：接地印痕長度、接地印痕角、側壁高度。
17. 根據權利要求15所述的方法，還包括：識別所述對應車輛的類型并識別每幅圖像 中每個車輪的前/后側，其中，將所述估計參數和與相同車輛類型和輪胎側相關聯的相應 已知參數值進行比較。
18. 根據權利要求17所述的方法，還包括：對指示對應車輛類型的輸入數據進行接收。
19. 根據權利要求17所述的方法，還包括：通過利用至少一個用于感應至少一個與所 述對應車輛的類型相關聯的參數的傳感器來自動識別所述車輛。
20. 根據權利要求17所述的方法，還包括：在獲得車輛車輪的圖像之前，根據所識別的 車輛類型，調節每個所述光學傳感器的位置。
21. 根據權利要求15所述的方法，還包括：執行初步測試處理，在所述測試處理中，對 每個獲得的圖像進行測試以檢查其中的缺陷并驗證該圖像是否符合至少一個預定的質量 標準，其中，一旦圖像未能符合測試所用標準中的至少一個，則根據檢測到的缺陷對所述傳 感器單元的所述傳感器進行調節以獲得所述對應車輪的新的圖像。
22. 根據權利要求21所述的方法，其中，所述傳感器的焦距和/或動態范圍被調節，其 中，所述傳感器包括至少一個具有可調焦距及可調動態范圍的照相機。
【文檔編號】G01L17/00GK104160258SQ201280065888
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2012年11月1日 優先權日:2011年11月3日
【發明者】克菲爾·魏特曼 申請人:尼恩麥提克斯有限公司