CN107428261B - 基于图像处理的吊钩检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于图像处理的吊钩检测装置，具备：线传感器相机(2)，从车辆(1)的车顶上对等间隔地设置并支承架空线(4)的吊钩(6)进行拍摄；以及图像处理部(3)，设置于车辆(1)的内部，解析由线传感器相机(2)得到的图像，该基于图像处理的吊钩检测装置检测图像中的吊钩(6)，其中，在图像处理部(3)中设置：GSTH处理部(31a)，针对从线传感器相机(2)输入的线传感器图像，依次在线传感器相机(2)的拍摄线方向及时间方向上进行GSTH处理，获取强调出图像中的吊钩(6)的GSTH图像；以及吊钩检测部(31b)，从GSTH图像检测吊钩(6)。

Description

基于图像处理的吊钩检测装置

技术领域

本发明涉及通过图像处理检测吊钩、检测电车车辆的行驶位置和吊钩的角度异常的基于图像处理的吊钩检测装置。

背景技术

首先，对检测吊钩的必要性进行说明。

铁路运营商对行驶中的电车线路进行录像，根据录像图像确定电车的行驶位置。以往，作为确定电车的行驶位置的技术，有GPS和ATC技术，它们虽然具有在电车的运行上无障碍的程度的精度，但在如要从图像中确定电车的行驶位置的情况下，要求更准确地掌握行驶位置。

另外，正常的吊钩是被铅直地架设的，但在由于温度变化等而相对于铅直方向具有倾斜时，使电车的集电特性劣化，所以掌握吊钩的角度也变得重要。以往，作为检测吊钩的技术，已知下述专利文献1、2。专利文献1是通过模板匹配处理或者铅直的边缘检测处理从所拍摄的图像中检测吊钩的专利。另外，专利文献2是进行霍夫变换处理或者亮度直方图处理或者检测两根直线的交点而从所拍摄的图像检测吊钩的专利。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利5402096号公报

专利文献2：日本专利5402272号公报

专利文献3：日本特开2013-015336号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

关于上述专利文献1、2公开的发明，如果是简单的线条结构则能够检测吊钩，但在交叉线或交叠部位等如图8所示多个线条4、5交叉的部位，难以检测吊钩6。

在专利文献1中，通过铅直的边缘检测来检测吊钩。在一般的边缘检测中，将2像素之间的微分值大的部位检测为边缘。2像素的局部性的检测存在误检测多的课题。

专利文献2是利用霍夫变换来检测吊钩的专利。在霍夫变换中，使用图像整体的特征与吊钩特征的相对的投票量来找出吊钩，所以难以检测如图8所示相对于图像整体被显现得较小的吊钩6。

作为相关专利有上述专利文献3。这是测定架空线的磨损的发明，是利用GSTH处理(参照图4、5)进行背景去除而稳健地检测架空线的磨损部位的专利。专利文献3的GSTH处理的特征点在于利用架空线的下表面的照明光发白地反射这一点。因为在作为本案的目标的吊钩没有发白地反射的部位，所以难以使用专利文献3来检测吊钩。

由此，本发明的目的在于提供一种能够更高精度地检测吊钩的基于图像处理的吊钩检测装置。

解决技术问题的技术方案

用于解决上述问题的第1发明的基于图像处理的吊钩检测装置具备：

线传感器相机，从车辆的车顶上对等间隔地设置并支承架空线的吊钩进行拍摄；以及

图像处理部，设置于所述车辆的内部，解析由所述线传感器相机得到的图像，

所述基于图像处理的吊钩检测装置检测所述图像中的吊钩，其特征在于，

所述图像处理部具有：

GSTH处理部，针对从所述线传感器相机输入的线传感器图像依次在所述线传感器相机的拍摄线方向及时间方向上进行GSTH处理，获取强调出所述图像中的所述吊钩的GSTH图像；以及

吊钩检测部，从所述GSTH图像检测吊钩。

另外，第2发明的基于图像处理的吊钩检测装置的特征在于，在第1发明中，

作为所述GSTH处理，所述GSTH处理部针对所述线传感器图像，在关于所述线传感器相机的拍摄线方向进行收缩处理之后进行膨胀处理，获取第一GSTH图像，取所述线传感器图像与所述第一GSTH图像的差分来获取差分图像，针对所述差分图像，在关于时间方向进行收缩处理之后进行膨胀处理，获取强调出所述线传感器图像中的所述吊钩的第二GSTH图像，

所述吊钩检测部从所述第二GSTH图像检测所述吊钩。

另外，第3发明的基于图像处理的吊钩检测装置的特征在于，在第1发明中，

作为所述GSTH处理，所述GSTH处理部针对所述线传感器图像，关于所述线传感器相机的拍摄线方向仅进行收缩处理而获取gsth图像，针对所述gsth图像，在关于时间方向进行收缩处理之后进行膨胀处理，获取强调出所述线传感器图像中的所述吊钩的所述GSTH图像，

所述吊钩检测部从所述GSTH图像检测所述吊钩。

另外，第4发明的基于图像处理的吊钩检测装置的特征在于，在第1至第3中的任意一个发明中，

所述GSTH处理部针对所述线传感器图像，在关于所述线传感器相机的拍摄线方向逐条线地进行亮度反转处理之后，进行所述GSTH处理，在所述亮度反转处理中，当在该拍摄线方向上主分量的亮度值为浅色的情况下使亮度值反转，在主分量的亮度值为深色的情况下不使亮度值反转。

发明效果

根据本发明，由于能够仅提取在图像中在预定的方向且作为比预定的粗细细的直线而存在的吊钩，所以能够高精度地仅检测设置角度在管理值内的正常的吊钩。

附图说明

图1是示出本发明的实施例1的基于图像处理的吊钩检测装置的设置例的说明图。

图2是示出本发明的基于图像处理的吊钩检测装置的装置结构的框图。

图3是示出用于说明GSTH处理的原图像的例子的说明图。

图4是示出GSTH处理中的收缩处理的一个例子的说明图。

图5是示出GSTH处理中的膨胀处理的一个例子的说明图。

图6是示出对图3所示的原图像进行GSTH处理的结果得到的变换图像的说明图。

图7是示出本发明的实施例1中的吊钩检测的流程的流程图。

图8是示出线传感器图像的一个例子的示意图。

图9是示出对图8所示的线传感器图像进行亮度值反转而得到的图像的示意图。

图10是示出在x方向上长的区域对图9所示的图像进行GSTH处理的例子的示意图。

图11是示出取图9所示的图像与图10所示的图像的差分而得到的图像的示意图。

图12是示出在y方向上长的区域对图11所示的图像进行GSTH处理的例子的示意图。

图13是示出本发明的实施例2的吊钩检测的流程的流程图。

符号说明

1：车辆；2：线传感器相机；3：图像处理部；4：架空线；5：走架线；6：吊钩；7：构造物；31：运算装置；31a：GSTH处理部；31b：吊钩检测部；31c：存储器；32：记录装置；I：线传感器图像；I_A：亮度反转图像；I_B：第一GSTH图像；I_C：差分图像、gsth图像；I_D：第二GSTH图像、GSTH图像。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的基于图像处理的吊钩检测装置进行说明，但本发明不限定于以下的实施例。

在以下的说明中，设为记载为GSTH处理的处理表示在图4所示的收缩处理后进行图5所示的膨胀处理，记载为gsth处理的处理是将GSTH处理简化后的处理，不进行图5所示的膨胀处理，而仅进行图4所示的收缩处理。

实施例1

〔使用GSTH处理的吊钩检测装置：GSTH(A-GSTH(A))〕

使用图1至图12说明本发明的实施例1的基于图像处理的吊钩检测装置的详细内容。

如图1所示，在本实施例中，基于图像处理的吊钩检测装置具备在电车车辆1的车顶上设置的线传感器相机2和在车辆1的内部设置的图像处理部3。

另外，架空线4被大致等间隔地设置于走架线5的多个吊钩6所支承。

线传感器相机2被设置于车辆1的车顶上的侧方，线传感器相机2的设置角度以及仰角被设定成其光轴与车辆1的行进方向正交、并且在其视场中容纳一个吊钩6。在此，图1中的单点划线表示拍摄线。由线传感器相机2获取的图8所示的图像(以下称为线传感器图像)I被输入到图像处理部3。

此外，在图8所示的例子中，在线传感器图像I中显示出架空线4、走架线5以及四个吊钩6。

图像处理部3解析线传感器图像I来检测吊钩6，包括运算装置31和记录装置32。

如图2所示，运算装置31具备GSTH处理部31a、吊钩检测部31b以及存储器31c。

GSTH处理部31a根据从记录装置32经由存储器31c输入的参数和从线传感器相机2经由存储器31c输入的线传感器图像I，针对线传感器图像I进行图像亮度反转处理以及GSTH处理。

在此，图像亮度反转处理是指对于线传感器图像I按照x方向的每1线使亮度值反转的处理。但是，当在x方向上主分量的亮度值为深色的情况下，判定为夜间或隧道而不进行亮度反转处理。

另外，GSTH处理是指灰度-顶帽处理(Gray Scale-Top Hat处理)，如其名所述，针对灰度图像进行顶帽处理。顶帽处理是指针对原图像减去开场图像(opening image)(进行了相同次数收缩→膨胀处理的图像)的处理。

以下，使用图3至图6对由GSTH处理部31a实施的GSTH处理简单地进行说明。按照以下的流程，进行GSTH处理。

(1)如图4所示，进行收缩处理，制作收缩处理图像12(12-M)，其中在收缩处理中，对图3所示的原图像11错开N个像素(在图3中为三个像素)的范围(以下称为搜索范围)S_D-m(m＝1～M)，并且分别将最暗的像素的亮度值写入到不同的缓冲器(收缩处理缓冲器)12-m。

(2)接下来，如图5所示，进行膨胀处理，制作开场图像13(13-M)，其中在膨胀处理中，对收缩处理图像12错开N个像素(在本实施例中为三个像素)的范围(以下为搜索范围)S_L-m，并且分别将最亮的像素的亮度值写入到不同的缓冲器(膨胀处理缓冲器)13-m。

(3)接下来，从原图像11减去在(2)中制作出的开场图像13(13-M)。

通过进行以上的处理，得到如图6所示强调出图像内的被暗的部分包围的亮的像素的GSTH图像14。

在GSTH处理部31a中进行图像亮度反转处理之后，实施GSTH处理而得到的图12所示的GSTH图像(变换图像)I_D经由存储器31c被输入到吊钩检测部31b。

吊钩检测部31b根据从记录装置32经由存储器31c输入的参数和从GSTH处理部31a经由存储器31c输入的变换图像，通过二值化处理等检测吊钩6。

在此，因为架设的吊钩6是按预定的等间隔(距离)来设置的，所以通过对所检测到的吊钩6的数量进行计数，能够掌握图像中的位置。

另外，如图12所示，在本实施例中，仅检测铅直地设置的吊钩6，不检测倾斜的吊钩6。另外，电线杆之间的吊钩6的数量被预先作为设备数据来管理。因此，通过另行与电线杆检测信号联动，在每个电线杆的吊钩6的根数少的情况下，能够检测为异常角度的吊钩6。

由吊钩检测部31b检测出的吊钩6的信息被作为吊钩检测结果输出到存储器31c。

存储器31c临时地保管各种数据。在记录装置32中保存各种数据。此外，上述参数是用于设定搜索范围的像素数N、在进行GSTH处理时所需的像素数w、h以及二值化阈值等。

以下，根据图7，说明本实施例的基于图像处理的吊钩检测装置中的处理的流程。

如图7所示，在本实施例的基于图像处理的吊钩检测装置中，首先从线传感器相机2输入线传感器图像I(步骤S1)，图8示出线传感器图像I的一个例子。此外，图8所示的x方向与图1中的线传感器相机2的拍摄线对应。另外，图8所示的y方向是用线传感器相机2逐条线进行拍摄的时间。从等速行驶的车辆1进行拍摄而得到的图像如图8所示。

接下来，在GSTH处理部31a中针对线传感器图像I进行使亮度值反转的处理(步骤S2)。由此，得到图9所示的亮度反转图像I_A。此外，如上所述，关于亮度反转，按照线传感器图像I的x方向的逐条线来处理，当在x方向上主分量的亮度值为深色的情况下，判定为夜间或隧道而亮度不反转，所以能够使图8的上部所示的背景为深色的隧道部位与天空等背景为浅色的区间同化。

接下来，同样地在GSTH处理部31a中，针对图9所示的亮度反转图像I_A向x方向进行GSTH处理(步骤S3)。即，实施在x方向上长的w×1[像素]的区域内获取最暗的像素的图4所示的收缩处理，接着实施获取最亮的像素的图5所示的膨胀处理。由此，得到关于x方向以宽度w以下提取出图10所示的白色部位的第一GSTH图像I_B。此外，w与架空线4等线条的宽度对应，实验性地计算w。在图10所示的例子中，第一GSTH图像I_B为针对亮度反转图像I_A去除吊钩6以及电线杆、建筑物等构造物(以下称为干扰)7而得的图像。

接下来，同样地在GSTH处理部31a中，从亮度反转图像I_A减去第一GSTH图像I_B，得到图11所示的差分图像I_C(步骤S4)。在图11所示的例子中，差分图像I_C为吊钩6以及电线杆、建筑物等干扰7被提取出的图像。此外，在差分处理中出现为负的区域的情况下，设为0以下被进位为0。

接下来，同样地在GSTH处理部31a中，针对差分图像I_C向y方向进行GSTH处理(步骤S5)。即，实施在y方向上长的1×h[像素]的区域内获取最暗的像素的图4所示的收缩处理，接着实施获取最亮的像素的图5所示的膨胀处理。由此，如图12所示，得到在y方向上且以h以下的长度提取出白色部位的图像(以下为第二GSTH图像)I_D。此外，h与吊钩6的直径对应，实验性地计算h。在图12所示的例子中，第二GSTH图像I_D为针对差分图像I_C仅提取出吊钩6的图像。

第二GSTH图像I_D被作为变换图像经由存储器31c输入到吊钩检测部31b。

接下来，在吊钩检测部31b中，使用二值化处理等从图12所示的第二GSTH图像I_D检测吊钩6(步骤S6)。因为所架设的吊钩6是以预定的等间隔(距离)设置的，所以能够对检测到的吊钩6的数量进行计数来掌握图像中的位置。

进行以上的步骤S1～步骤S6的处理，直至所有线传感器图像I的输入结束为止。

在这样构成的本实施例的基于图像处理的吊钩检测装置中，GSTH处理组合了图4所示的收缩处理和图5所示的膨胀处理，并且从w×1[像素]和1×h[像素]的区域中求出直线，从而能够从显现在亮度反转图像I_A中的直线中仅提取在预定的方向上且比预定的粗细细的直线。

因此，本实施例的基于图像处理的吊钩检测装置具有有效利用了GSTH的特征的以下的优点。

·能够仅检测在预定的方向且以预定的粗细显现的吊钩6。

·能够排除隧道道口、电线杆7等具有与吊钩6不同的特征的干扰7而仅检测吊钩6。

·在本实施例中，仅检测设置于铅直方向的正常的吊钩6，不检测设置角度在管理值外的不正常的倾斜的吊钩6。因此，还能够通过比较在本实施例中所检测出的吊钩6的根数和预先作为设备数据被管理的每个电线杆的正常的吊钩6的根数，来检测异常的吊钩6。

实施例2

〔使用简化的GSTH处理的吊钩检测装置：GSTH(gsth(A))〕

以下，使用图1至图6以及图8至图13对本发明的实施例2的基于图像处理的吊钩检测装置进行说明。本实施例的基于图像处理的吊钩检测装置在GSTH处理部31a中的处理被简化这点上与实施例1不同。关于装置结构，与实施例1的基于图像处理的吊钩检测装置相同，以下省略重复的说明，以图像处理部3中的处理为中心进行说明。

根据图13，说明本实施例的基于图像处理的吊钩检测装置中的处理的流程。

如图13所示，在本实施例的基于图像处理的吊钩检测装置中，首先从线传感器相机2输入线传感器图像I(步骤S11)，图8示出线传感器图像I的一个例子，接下来，在GSTH处理部31a中，进行针对传感器图像I关于在x方向上主分量的亮度值为浅色的拍摄线使亮度值反转的处理(步骤S12)。由此，得到图9所示的亮度反转图像I_A。

接下来，同样地在GSTH处理部31a中，针对图8所示的亮度反转图像I_A向x方向进行gsth处理(步骤S13)。即，实施在x方向上长的w×1[像素]的区域内获取最暗的像素的图4所示的收缩处理，另一方面，不实施获取最亮的像素的图5所示的膨胀处理。由此，得到关于x方向以宽度w以下提取出图11所示的白色部位的gsth图像I_C。此外，w与架空线4等线条的宽度对应，实验性地计算w。

接下来，同样地在GSTH处理部31a中，针对gsth图像I_C向y方向进行GSTH处理(步骤S14)。即，实施在y方向上长的1×h[像素]的区域内获取最暗的像素的图4所示的收缩处理，接着实施获取最亮的像素的图5所示的膨胀处理。由此，如图12所示，得到在y方向上且以h以下的长度提取出白色部位的GSTH图像I_D。此外，h与吊钩6的直径对应，实验性地计算h。

GSTH图像I_D被作为变换图像经由存储器31c输入到吊钩检测部31b。

接下来，在吊钩检测部31b中，根据图12所示的GSTH图像I_D，使用二值化处理等来检测吊钩6(步骤S15)。因为吊钩6是以预定的间隔(距离)设置的，所以通过对所检测到的吊钩6进行计数来掌握车辆1的当前位置，并且吊钩6的设置角度有管理值，所以检查是否为预定的设置角度。

进行以上的步骤S11～步骤S15的处理，直至所有线传感器图像I的输入结束为止。

在这样构成的本实施例的基于图像处理的吊钩检测装置中，通过针对亮度反转图像I_A向x方向进行gsth处理(仅实施图4所示的收缩处理)而简化了处理，所以相比于实施例1具有能够加快吊钩检测处理的优点。此外，通过进行gsth处理，在图像上检测出的吊钩6变短，但由于本实施例的目的在于判定有无吊钩6，所以即使检测到的吊钩6变短也没有影响。

产业上的可利用性

本发明适用于基于图像处理的吊钩检测装置。

Claims (4)

1.一种基于图像处理的吊钩检测装置，具备：

线传感器相机，从车辆的车顶上对等间隔地设置并支承架空线的吊钩进行拍摄；以及

图像处理部，设置于所述车辆的内部，解析由所述线传感器相机得到的图像，

所述基于图像处理的吊钩检测装置检测所述图像中的吊钩，其特征在于，

所述图像处理部具有：

GSTH处理部，针对从所述线传感器相机输入的线传感器图像依次在所述线传感器相机的拍摄线方向及时间方向进行GSTH处理，获取强调出所述图像中的所述吊钩的GSTH图像；以及

吊钩检测部，从所述GSTH图像检测吊钩。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的吊钩检测装置，其特征在于，

作为所述GSTH处理，所述GSTH处理部针对所述线传感器图像，在关于所述线传感器相机的拍摄线方向进行收缩处理之后进行膨胀处理，获取第一GSTH图像，取所述线传感器图像与所述第一GSTH图像的差分来获取差分图像，针对所述差分图像，在关于时间方向进行收缩处理之后进行膨胀处理，获取强调出所述线传感器图像中的所述吊钩的第二GSTH图像，

所述吊钩检测部从所述第二GSTH图像检测所述吊钩。

3.根据权利要求1所述的基于图像处理的吊钩检测装置，其特征在于，

作为所述GSTH处理，所述GSTH处理部针对所述线传感器图像，关于所述线传感器相机的拍摄线方向仅进行收缩处理而获取gsth图像，针对所述gsth图像，在关于时间方向进行收缩处理之后进行膨胀处理，获取强调出所述线传感器图像中的所述吊钩的所述GSTH图像，

所述吊钩检测部从所述GSTH图像检测所述吊钩。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的基于图像处理的吊钩检测装置，其特征在于，

所述GSTH处理部针对所述线传感器图像，在关于所述线传感器相机的拍摄线方向逐条线地进行亮度反转处理之后，进行所述GSTH处理，在所述亮度反转处理中，当在该拍摄线方向上主分量的亮度值为浅色的情况下使亮度值反转，在主分量的亮度值为深色的情况下不使亮度值反转。