JP2008089524A - トロリ線の摩耗測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トロリ線周辺の構造物に影響されることなく、トロリ線の全区間に亘った摩耗測定を確実、容易にし、しかも昼間に計測できる。
【解決手段】検査車両１には、トロリ線の敷設方向とは垂直になる走査線方向にしたラインセンサ５と照明灯６を搭載し、検査車両の走行によってトロリ線のパンタグラフ接触面を撮影し、この画像信号を計測用コンピュータ７が記録装置８に保存する。ラインセンサに得られる走査線の輝度信号を時系列に並べてラインセンサ画像を作成し、このラインセンサ画像から二値化ラインセンサ画像を得、この二値化ラインセンサ画像から空の部分を除去してトロリ線摩耗部のエッジを検出し、このエッジデータに対するトロリ線全体幅とラインセンサから見たトロリ線高さからトロリ線の摩耗部幅を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、トロリ線のパンタグラフ接触面の摩耗を測定する装置に係り、特にトロリ線の撮影画像からパンタグラフ接触面の幅を求め、この幅からトロリ線の厚みを求める摩耗測定装置に関するものである。

電気鉄道車両へ電力を供給するトロリ線は車両が通過するたびに集電装置（パンタグラフ）と接触が生じる。このため、電気鉄道車両を運用していく中でトロリ線は徐々に摩耗して行き、交換をしない場合は最終的には破断して事故を招くことになる。そこで、トロリ線には摩耗限界が設けられており、その摩耗限界を目安にトロリ線を交換し、電気鉄道車両の安全性を確保している。

トロリ線の摩耗を測定する方法としては、トロリ線の厚みを直接測定する方法、トロリ線摩耗部の幅を計測し、この摩耗幅からトロリ線の厚みを換算する方法の２つの方法に大きく分けられる。

トロリ線の厚みを直接測定する方法としては、まず、ノギスなどの定規を用いてトロリ線の厚みを測定する方法がある。これは作業者が測定したいトロリ線部分の厚みをノギス等の定規を用いて手作業にて測定する方法で、測定したいトロリ線の厚みを確実に求めることができる。その反面、測定には手間がかかり自動化できないため、長い距離の区間を測定することは困難である。

トロリ線の厚みを直接測定する他の方法としては、光学センサを用いるものがある。これは回転ローラをトロリ線に押し付け、ローラ台にトロリ線を挟むように取り付けたレーザ照射装置と受光装置により、装置に挟まれたトロリ線部分での受光量を測定し、その受光量からトロリ線の厚みを換算するものである。この方式は連続的にトロリ線の厚みを測定することが可能であるが、トロリ線との接触を伴うため低速での運用を行う必要があり、トロリ線をセンサが挟む構造であるため、ポイント、エアーセクション、アンカーといったセンサと衝突するような構造物が存在する部分での使用が不可能であり、また、それら既存構造物の存在する場所では衝突しないよう測定位置から装置を離す必要がある。

トロリ線摩耗部の幅を計測する方法としてナトリウムランプやレーザ光を照射してトロリ線摩耗部を測定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。これはトロリ線下部の断面が丸いひょうたん形状になっていて、摩耗によりトロリ線が平たく削れて行くほど削れた部分の幅が広くなることを利用したもので、摩耗幅からその箇所のトロリ線の厚みに換算する。

このトロリ線摩耗部の幅測定方法としては、ナトリウムランプやレーザ光といった光源から照射した際のトロリ線摩耗部からの反射光を正反射で受光するように受光部のラインセンサとの位置を精密に調整し、正反射による強い光を撮像することでトロリ線摩耗部をホワイトアウト状態にし、その強い光を受けたホワイトアウト部分の幅からトロリ線摩耗部の幅を求めるものである。

この方式は非接触であるため高速な運用が可能である。しかしながら、トロリ線を挟んでいるクランプや背景に映る構造物などのノイズの影響を受け易く、何らかのノイズにより間違った計測結果を得た場合はそれを確認する方法が無く、トロリ線摩耗の計測で問題があった部分については、結局は直接トロリ線の厚みを測定する方法を使用して確認する。また、光源の照射方向と焦点、および受光装置の受光方向を精密に調整して正反射光を受ける必要がある。
特開平１０−１９４０１５号公報

前記のように、トロリ線摩耗の測定方法としては、トロリ線の厚みをノギスなどの定規を用いて直接測定する方法、光学センサを用いてトロリ線の厚みを直接測定する方法、トロリ線摩耗部の幅をナトリウムランプやレーザ光を照射して測定し摩耗部からトロリ線の厚みを換算する方法があるが、それぞれには以下の問題がある。

（１）トロリ線の厚みをノギスなどの定規を用いて直接測定する方法の場合、作業者が手作業にて測定を行うため、測定には手間がかかり自動化できないため、長い距離の区間を短時間で測定することは困難である。

（２）光学センサを用いてトロリ線の厚みを直接測定する方法の場合、回転ローラとトロリ線との接触を伴うため低速での運用を行う必要がある。また、トロリ線をセンサが挟む構造であるため、ポイント、エアーセクション、アンカーといったセンサと衝突するような構造物が存在する部分での使用が不可能であり、それらトロリ線周辺の既存構造物の存在する場所では衝突しないよう測定位置から装置を離す必要がある。

（３）トロリ線摩耗部の幅をナトリウムランプやレーザ光を照射して測定し、摩耗幅からトロリ線の厚みを換算する方法の場合、まず、ナトリウムランプやレーザ光といった特殊な照明光を用意する必要があり、特にレーザ光を使用する場合は人体への影響を考慮する必要があるため取り扱いに注意が必要である。

また、トロリ線を挟んでいるクランプや背景に映る構造物などのノイズの影響を受け易く、何らかのノイズにより間違った計測結果を得た場合はそれを確認する方法が無いため、トロリ線摩耗計測で問題があった部分についてもその原因を確認する手段が無く、結局は直接トロリ線の厚みを測定する方法を使用して確認するという手間がかかる。また、光源の照射方向と焦点、および受光装置の受光方向を精密に調整して正反射光を受けるようにする必要がある。

（４）照明の反射光を用いてトロリ線摩耗部を測定するため、測定は背景となる空が暗く、トロリ線摩耗部が明るくなる夜間に限られる。

本発明の目的は、トロリ線周辺の構造物に影響されることなく、トロリ線の全区間に亘った摩耗測定を確実、容易にし、しかも昼間に計測できるトロリ線の摩耗測定装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、基本的には、トロリ線の敷設方向とは垂直になる走査線方向にしたラインセンサをトロリ線に沿って移動させ、このラインセンサによってトロリ線のパンタグラフ接触面を撮影し、このラインセンサに得られる走査線の輝度信号を時系列に並べてラインセンサ画像を作成し、このラインセンサ画像または二値化ラインセンサ画像から背景部分の削除等によってトロリ線部分のみを抽出してその二値化処理を行い、この二値化ラインセンサ画像からトロリ線摩耗部のエッジを検出し、このエッジデータからトロリ線の全体幅を求めてトロリ線の摩耗測定値を得るようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）摩耗測定対象となるトロリ線の敷設方向とは垂直になる走査線方向にしたラインセンサをトロリ線に沿って移動させ、このラインセンサによってトロリ線のパンタグラフ接触面（摩耗部）を撮影し、このラインセンサに得られる走査線の輝度信号を時系列に並べたラインセンサ画像を得る手段と、
前記ラインセンサ画像に対する二値化処理を行い、二値化ラインセンサ画像を得る二値化処理手段と、
前記二値化ラインセンサ画像から背景部分を除去する除去手段と、
前記背景部分を除去した画像に対する二値化処理によって、トロリ線の摩耗部を強調した二値化画像を得る残存画像二値化処理手段と、
前記残存画像二値化処理した二値化画像上の摩耗部の両側のエッジを検出するエッジ検出手段と、
前記二値化画像の両側のエッジ点間距離をトロリ線の摩耗部の全体幅として求め、この全体幅からトロリ線の摩耗部幅を求める摩耗部幅算定手段と、
を備えたことを特徴とする。

（２）摩耗測定対象となるトロリ線の敷設方向とは垂直になる走査線方向にしたラインセンサをトロリ線に沿って移動させ、このラインセンサによってトロリ線のパンタグラフ接触面（摩耗部）を撮影し、このラインセンサに得られる走査線の輝度信号を時系列に並べたラインセンサ画像を得る手段と、
前記ラインセンサ画像からトロリ線の両側面を抽出する手段と、
前記ラインセンサ画像の前記両側面の範囲内を二値化処理してトロリ線の摩耗部を強調した二値化画像を得る範囲内二値化処理手段と、
前記範囲内二値化処理した二値化画像上の摩耗部の両側のエッジを検出するエッジ検出手段と、
前記二値化画像の両側のエッジ点間距離をトロリ線の摩耗部の全体幅として求め、この全体幅からトロリ線の摩耗部幅を求める摩耗部幅算定手段と、
を備えたことを特徴とする。

（３）摩耗測定対象となるトロリ線の敷設方向とは垂直になる走査線方向にした２台のラインセンサをトロリ線に沿って移動させ、一方のラインセンサは照明をトロリ線に照射したトロリ線のパンタグラフ接触面（摩耗部）を撮像し、他方のラインセンサは照明を照射しないトロリ線のパンタグラフ接触面（摩耗部）を撮像し、両ラインセンサに得られる走査線の輝度信号を時系列に並べた一対のラインセンサ画像を得る手段と、
前記一対のラインセンサ画像の輝度の差分を取ることで照明の当った摩耗面を強調したラインセンサ画像を得る差分処理手段と、
前記差分処理されたラインセンサ画像を二値化処理することでトロリ線の摩耗部を強調した二値化画像を得る二値化処理手段と、
前記二値化画像上の摩耗部の両側のエッジを検出するエッジ検出手段と、
前記二値化画像の両側のエッジ点間距離をトロリ線の摩耗部の全体幅として求め、この全体幅からトロリ線の摩耗部幅を求める摩耗部幅算定手段と、
を備えたことを特徴とする。

（４）前記摩耗部幅算定手段は、
前記全体幅とラインセンサのカメラパラメータからラインセンサから見たトロリ線の高さを求める高さ検出手段と、
前記全体幅と前記トロリ線の高さからトロリ線の摩耗部の実幅を求める摩耗部実幅算定手段と、
を備えたことを特徴とする。

（５）トロリ線摩耗部のエッジ検出した二値化ラインセンサ画像に対して、
エッジ画像のトロリ線に相当する部分を塊として抽出する手段と、
前記塊ごとに画像の上部から下部まで連続している部分をトロリ線画像として抽出し、それ以外の局所的に存在する塊はノイズであるとして取り除く手段とを備えたことを特徴とする。

（６）前記エッジ検出手段は、
二値化画像の１行毎に、エッジ左側と右側の位置の差を摩耗部の幅とし取り出す処理を画像の全行に対して行う手段と、
前記画像の全行の各エッジ幅での最大幅と最小幅の差を出す手段と、
前記最大幅と最小幅の差が大きい場合に摩擦部の波状摩耗と判定する手段とを備えたことを特徴とする。

（７）前記二値化処理手段は、処理画像全体の輝度のヒストグラムを算出し、高レベル帯の輝度の画素数が画像中の正常なトロリ線反射面積より求めた閾値を超える場合にサチレーションを起こしている画像と判定する手段を備えたことを特徴とする。

（８）前記摩耗部幅算定手段は、
トロリ線摩耗部幅がトロリ線本線より大きい場合にサチレーションを起こしている画像と判定する手段を備えたことを特徴とする。

（９）前記二値化処理手段は、トロリ線の大きさが実験的に求めた閾値を超える面積の場合、この部分は背景画像が二値化されて浮き出ていると判定し、トロリ線画像から取り除く手段を備えたことを特徴とする。

（１０）前記エッジ検出手段で検出したエッジ画像を前記ラインセンサ画像に重ね合わせてオーバーレイ表示画像を得る手段を備えたことを特徴とする。

（１１）前記二値化処理手段によって得る二値化画像からノイズ除去を行う手段を備えたことを特徴とする。

（１２）前記二値化処理手段は、二値化処理の閾値を判別分析二値化法により自動的に設定することを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、トロリ線周辺の構造物に影響されることなく、トロリ線の全区間に亘った摩耗測定を確実、容易にし、しかも昼間に計測できる。具体的には以下の効果がある。

（１）非接触の方式であるため高速な運用が可能であり、短時間で長い距離の区間を測定することができる。

（２）装置の構造上、ポイント、エアーセクション、アンカーといった既存構造物から離れた位置にラインセンサが設置されているため、回転ローラと光学センサを用いてトロリ線の厚みを直接計測する方法に比べて既存構造物との衝突を考慮する必要が無く、既存構造物が存在する場所でも連続的に測定を行うことができる。

（３）外部からトロリ線の高さパラメータを入力すること無く、トロリ線の摩耗幅を測定できる。

（４）基本的に全てのトロリ線区間においてラインセンサ画像の撮像が可能であり、前区間に亘ってトロリ線の摩耗測定ができる。

（５）特別な照明を使用する必要が無い。

（６）レーザ光を使用する方法に比べて人体への影響を考慮する必要が無く、取り扱いが簡単になる。

（７）トロリ線摩耗部の反射光を正反射で受ける必要が無いため、光源と受光装置間で精密な位置あわせを行う煩わしさが無い。

（８）測定区間のラインセンサ画像が残っているため、トロリ線摩耗として問題があった部分については、その部分の画像を見ることで問題箇所の確認を行うことができる。

（９）トロリ線のパンタグラフ接触面の波状摩耗を判別・検知することができる。さらに、波状摩耗の頻度、場所などの各種情報を取得してトロリ線の保守、交換に利用することができる。

（１０）既存構造物などのノイズを削除し、トロリ線のみを抽出することができ、誤検出を抑え、より正確なトロリ線摩耗幅を求めることができる。

（１１）画像処理の工数が減り、計測処理の高速化が可能となり、計測結果の信頼性も向上する。

（１２）判別分析二値化法の採用により、トロリ線の偏位等による撮像輝度の強弱に関係なく良好な閾値を決定することができ、より正確な摩耗測定ができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示すトロリ線の摩耗測定装置の構成図であり、トロリ線の摩耗計測を昼間に行うものである。

検査車両１は、旅客用車両と同様に、屋根上に装備するパンタグラフ２によってトロリ線３から集電し、車輪のモータ駆動によってトロリ線３に沿ったレール４上の走行を可能にする。この検査車両１には、屋根上にトロリ線３の撮影画像入力手段としてラインセンサ５と照明灯６を設け、室内に計測用コンピュータ７と記録装置８を搭載する。

ラインセンサ５は、摩耗測定対象となるトロリ線の敷設方向とは垂直になる走査線方向にし、トロリ線に沿って移動させてトロリ線のパンタグラフ接触面を撮影する。このため、ラインセンサ５は、検査車両１の屋根上に鉛直上向きを見上げるように設置し、その走査線が検査車両１の進行方向（トロリ線の敷設方向）と垂直になるように設置して走査線がトロリ線３を横切る方向にする。照明灯６は、ラインセンサ５によるトロリ線３の撮影領域を中心にその近傍を照明できればよく、一般の照明灯を使用する。

計測用コンピュータ７は、検査車両１の走行によって、ラインセンサ５に得られる走査線の輝度信号を取り込み、この輝度信号を時系列に並べ、ラインセンサ画像（平面の画像）を作成し、トロリ線３の撮影画像としてハードディスク等の記録装置８に順次保存する。計測用コンピュータ７または他のコンピュータは、記録装置８に記録されたラインセンサ画像に対する画像処理によって、トロリ線３の摩耗部の幅を求め、この求めた摩耗部幅からトロリ線３の厚み判定をする。

このトロリ線摩耗部幅を求めるフローチャートを図２に示し、この処理を実現するためのコンピュータ資源とソフトウェアによる機能構成を図３に示す。以下、これらの図および図４を参照して画像処理の詳細を説明する。

（Ｓ１）ラインセンサ画像の取得
前記のように、ラインセンサ画像は、ラインセンサ５と計測用コンピュータ７および記録装置８によって取得されている。図３ではラインセンサ５から取得する画像信号を、計測用コンピュータ７のラインセンサ画像作成部７Ａによりラインセンサ画像を作成し、記録装置８の所定のメモリ領域８Ａに書き込まれている。このラインセンサ画像の取得としては、記録装置８のメモリ領域８Ａに保存されたラインセンサ画像をワーキングメモリ等のメモリ１１に転送する。

（Ｓ２）二値化処理
上記のラインセンサ画像は昼間に撮影されたものであると、トロリ線が黒、背景部分（空部分）が白となる。しかし、トロリ線の摩耗部分はトロリ線がパンタグラフにより削られた部分であるため、摩耗していない部分に比べて強い光沢がある。このため、ラインセンサ画像上においてもトロリ線の摩耗部分は背景部分と比較して輝度値の異なる帯状の部分として撮影される（図４のａ参照）。

そこで、図３の二値化処理部１２では、帯状に撮影されたトロリ線摩耗部分（パンタグラフ接触面）とそのほかの背景部分（空部分、既存構造物など）を切り分けるように閾値を設定し、その閾値を用いてラインセンサ画像に対して二値化処理を行い、トロリ線の摩耗部を強調する（以降これを「二値化ラインセンサ画像」と呼ぶ）。この処理だけでは二値化ラインセンサ画像上ではトロリ線側面全体が黒、背景部分が白となる（図４のｂ参照）。

なお、二値化処理における閾値は、人手により適宜設定することができるが、トロリ線の変位やトロリ線からの反射光の強さの違いに対応するために判別分析二値化法を用いることができる。この判別分析二値化法は、画像に応じて閾値をコンピュータ処理で自動的に決定する方式であり、各画像におけるヒストグラムにおいて「ある程度の範囲の輝度値で集合する画素数の塊」（以下クラスと呼ぶ）があり、二値化したとき、背景とパターン領域に関するクラス内分散とクラス間分散の分散比が最大になるように閾値を決定する。この処理により、いかなる画像においても比較的良好な閾値を決定して、摩耗部を抽出することができる。以下の実施形態においても、二値化処理の閾値を判別分析二値化法により自動的に設定することができる。

（Ｓ３）二値化画像から白（空の部分）の除去
昼間にトロリ線の撮像を行うと背景に空が写ってしまい（図４のａ）、またそれはトロリ線の摩耗部に比べ輝度の大きいものとなっているために、二値化処理を行うとトロリ線が黒く写ってしまう（図４のｂ）。すなわち、ラインセンサ画像全体に対する二値化処理では、空は白く、トロリ線は黒く写る。

そこで、図３の空の除去処理部１３では、二値化処理で白になった部分を原画像に対し除去するようなフィルターをかける。すると、空の部分は削除され、トロリ線画像のみを残すことができる（図４のｃ）。

（Ｓ４）残存画像に二値化処理
図３の二値化処理部１４は、上記の「空の部分」を削除した画像（残存画像）に対し、さらに二値化を行うことでトロリ線の摩耗部表面が現れ、トロリ線摩耗部が白、背景部分が黒となるように二値化ラインセンサ画像を得る（図４のｄ）。

（Ｓ５）二値化ラインセンサ画像のノイズ除去
二値化ラインセンサ画像にはトロリ線摩耗部の傷や背景部分の状態により細かな点々状のノイズが含まれる場合がある。そこで、図３のノイズ除去処理部１５では、二値化処理の膨張、収縮処理法、メディアンフィルタや平滑化フィルタを用いた画像ノイズ除去法などによって、これらのノイズを除去する。

（Ｓ６）トロリ線摩耗部のエッジ検出
ノイズ、既存構造物を除去した二値化ラインセンサ画像上において白で表されているトロリ線摩耗部の両側のエッジを検出する（図４のｅ）。

これらのエッジ点は、あるラインについて左から探索した場合、背景の黒から摩耗部分の白へ変化する点が摩耗部分左側のエッジ点として、また摩耗部分の白から背景の黒へ変化する点を摩耗部分右側のエッジ点として検出することができる。この処理を、図３のトロリ線摩耗部エッジ検出部１６では、画像の上から下ヘライン毎に行うことで、１枚の二値化ラインセンサ画像に関するトロリ線摩耗部分のエッジを検出する。

（Ｓ７）トロリ線摩耗部幅の計算
図３のトロリ線摩耗部計算部１７は、二値化ラインセンサ画像から検出したトロリ線摩耗部分の両側のエッジデータを用いて、ラインセンサの一つの走査ライン上にある両側のエッジ点間距離をトロリ線摩耗部分の画像上の幅として求める。この計算に際して、トロリ線全体幅の検出とトロリ線高さの算定処理を行って磨耗部の実幅を求める。

この実幅の算定は、トロリ線の太さが予め設定され、入力したラインセンサ画像より、トロリ線の全体幅を画像処理にて抽出、計算し、この全体幅値とラインセンサのカメラパラメータ（レンズ焦点距離、センサ幅、センサ画素数と１画素（ピクセル）に対する実寸法（ｍｍ）の度合いである画像分解能（ｍｍ／ピクセル）から換算することでラインセンサから見たトロリ線の高さを算出する。

したがって、本実施形態ではラインセンサ画像から空の部分を除去することで、昼間の太陽光の下における撮像してトロリ線の摩耗を測定することができる。

（実施形態２）
通常、トロリ線側面は錆、ススなどによって黒い部分として撮像される。また、トロリ線摩耗部は強力な照明をあてることにより側面に比べ白く撮像される（図５のａ）。

本実施形態では、このことを利用し、実施形態１における「二値化ラインセンサ画像」から空の部分の除去において、トロリ線摩耗部はトロリ線側面である黒の線に挟まれて存在しているため、まず、トロリ線側面を抽出し、それより内側に存在する白い部分のみを抽出する（図５のｂ）。

この処理のフローチャートを図６に示し、取得したラインセンサ画像からトロリ線側面を抽出し（Ｓ８）、この側面より内側の範囲内を二値化処理する（Ｓ９）、部分が図２と異なる。またこの装置の構成を図７に示し、二値化処理部１２および空の除去処理部１３に代えて、トロリ線側面抽出処理部１８を備える。

これにより、画像処理の工数が減り、計測処理の高速化となり、また計測結果の信頼性が向上する利点がある。

（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１における「二値化ラインセンサ画像」から空の部分の除去において、空部分の除去の異なる方法として、図８に構成図を示すように、ラインセンサを二台用意し、一方のラインセンサ５Ａは照明灯６でトロリ線３を照射した箇所を撮像し（図９のｂ）、もう一方のラインセンサ５Ｂは照射なしの状態でのトロリ線３を撮像し（図９のａ）、それらで取得した画像の差分を取ることにより、照明のあたった摩耗面のみを強調して抽出する（図９のｃ）。

この処理のフローチャートを図１０に示し、ラインセンサ５Ａで撮像した画像を取得し（Ｓ１０）、およびラインセンサ５Ｂで撮像した画像を取得し（Ｓ１１）、両画像の差分処理を行うことで照明の当った摩耗面を強調したラインセンサ画像を得る（Ｓ１２）、処理が図２と異なる。またこの装置の構成を図１１に示し、ラインセンサ５Ａ，５Ｂの設置と、これらのラインセンサ画像から差分を得る差分処理部１９を備える。

これにより、画像処理の工数が減り、計測処理の高速化となり、また計測結果の信頼性が向上する利点がある。

（実施形態４）
トロリ線の摩耗状態のひとつとして、摩耗部分が波を打ったような摩耗がある（以下、波状摩耗という）。この波状摩耗の場合、二値化画像も島状に転々と摩耗部が表示され、うまく摩耗幅を計測することができずに摩耗幅が急激に細くなるなどの異常な出力が現れる場合がある。

本実施形態では、実施形態１〜３の画像処理において、波状摩耗を判別・検知し、トロリ線に発生した波状摩耗の頻度、場所などの各種情報の取得を行う。この処理は、実施形態１等における「トロリ線摩耗部幅の計算処理」で求めた磨耗幅データを参照し、トロリ線摩耗部のエッジ検出画像に対して、摩耗幅が一番大きい箇所と一番小さい箇所の差が閾値を超えたか否かを検出することにより、波状摩耗の特徴である、波を打ったような摩耗面を波状摩耗と判定する処理を追加する。

この処理には、図２、図６および図１０のフローチャートではエッジ検出処理（Ｓ６）の後に、波状摩耗検出処理を追加する。また図３、図７および図１１の装置構成では、トロリ線摩耗部エッジ検出部１６を波状摩耗検出機能付きとする。

これにより、エラーを出力し、波状摩耗を判別・検知することができ、さらに波状摩耗の頻度、場所などの各種情報を取得できる。

（実施形態５）
実施形態１〜３の画像処理において、既存構造物が撮像された場合、その構造物によりその箇所のトロリ線摩耗幅が非常に大きく出力される場合がある。すなわち、トロリ線は１本の直線であることから画面の上部から下部まで連続して撮像される。そのほかの既存構造物は局所的に撮像される。

これらの特徴から、本実施形態では、実施形態１等における「トロリ線摩耗部幅の計算」を行う前に、トロリ線摩耗部のエッジを検出した二値化ラインセンサ画像に対して、エッジ画像の白の部分（トロリ線に相当する部分）をソートしてエッジ画像を塊で抽出し、画面の上部から下部まで連続している塊をトロリ線として判定し、それ以外の局所的に存在するクランプや碍子などの既存構造物を除いてトロリ線のみを抽出する。

この処理には、図２、図６および図１０のフローチャートではエッジ検出処理（Ｓ６）の後に、トロリ線抽出処理を追加する。また、図３、図７および図１１の装置構成では、トロリ線摩耗部エッジ検出部１６をトロリ線抽出機能付きとする。

これにより、既存構造物などのノイズを削除し、トロリ線のみを抽出することで誤検出を抑え、より正確なトロリ線摩耗幅を求めることができる。

（実施形態６）
実施形態１〜３の画像処理において、照明灯６からの強力なライトの光が摩耗面で正反射してラインセンサのカメラのレンズに侵入するとサチレーションという現象が起こってしまう場合がある。この場合にその箇所のトロリ線摩耗部の幅を非常に大きく判定する場合がある。

本実施形態では、実施形態１における「二値化処理によるトロリ線摩耗部の強調」を行う際に、サチレーションという現象を起した画像をエラーとして処理するために、サチレーション判別を行う。

ラインセンサ画像全体を横軸に輝度をとり、縦軸に画素数としたヒストグラムを描いてみると、通常には図１２のように著しく突出した部分は現れないが、サチレーションが起こった場合の特徴として強い光がレンズに侵入するため、輝度が広範囲にわたり高いレベルをキープする（図１３参照）。

この輝度変化は通常ではありえない状態なので、本実施形態ではこれを利用し、画像の輝度ヒストグラムにおいて高レベル帯の画素が画像中の正常なトロリ反射面積より求めた閾値を超える場合、それはサチレーションを起こしている画像であると判定し、エラーを出力する。

この処理には、図２、図６および図１０のフローチャートでは二値化処理（Ｓ４、Ｓ９、Ｓ２）により処理した画像について、高輝度画素数判別処理を追加し、高い輝度画素数が判定されたときにエラー出力を得る。また、図３、図７および図１１の装置構成としては、ノイズ除去処理部１５をサチレーションエラー処理機能付きとする。

これにより、サチレーション検出を行い、摩耗測定エラーを減らすことができる。

（実施形態７）
前記のように、強力なライトの光が摩耗面に正反射してレンズに侵入するとサチレーションという現象が起こってしまう。このサチレーションにより、実施形態１〜３における「トロリ線摩耗部幅の計算」を行う際に、強力な反射光により撮像される画像は摩耗部がトロリ線本線より大きくぎざぎざな画像となって表れる場合がある（図１４参照）。

この処理には、図２、図６および図１０のフローチャートでは、トロリ線摩耗部幅の計算処理に際して、トロリ線幅判別処理を追加して摩耗部がトロリ線本線より大きい画像となるときはエラー出力する。また、図３、図７および図１１の装置構成としては、トロリ線磨耗部幅計算部１７をサチレーションエラー処理機能付きとする。

これにより、本実施形態では、トロリ線本線より大きい摩耗幅が検出された場合にサチレーションとして判定することで、サチレーションを検出し、摩耗測定エラーを減らすことができる。

（実施形態８）
実施形態１〜３の画像処理において、「二値化処理」を行う際に、二値化ラインセンサ画像内にトロリ線が写っていない場合、輝度の低い背景でも判別分析二値化法により白になってしまい、大きいノイズが発生してしまう。

この現象は、トロリ線の大きさがほぼ決まっているために、白の部分が実験的に求めた閾値を超える面積になる。これを利用し、本実施形態では、白の部分は背景が二値化されて浮き出ていると判定し、全て黒にし、トロリ線画像から取り除く。

この処理には、図２、図６および図１０のフローチャートでは、二値化処理に際して、トロリ線存在判別処理を追加し、白の部分が閾値を超える面積になる場合にエラー出力する。また、図３、図７および図１１の装置構成としては、二値化処理部１２、１４をトロリ線存在判定処理機能付きとする。

これにより、画像内にトロリ線が存在しない場合においても誤検出を防止し、摩耗測定エラーを減らすことができる。

（実施形態９）
実施形態１〜３の画像処理において、トロリ線摩耗部画像を肉眼で確認することができる。この確認の際に、エッジ画像を原画像（ラインセンサ画像）に色をつけて重ねて表示することや、横に間延びした画像の縦横比を改善すれば、トロリ線の摩耗部が見やすくなる。

この処理には、原画像とそのエッジ画像を重ね合わせることで、オーバーレイ表示画像が得られ、どこが摩耗部として処理されているのかが使用者に対し一目瞭然となる利点がある。

この装置構成としては、モニタの画像表示処理機能としてオーバーレイ画像表示部を追加する。

本発明の実施形態１を示すトロリ線の摩耗測定装置の構成図。 トロリ線の摩耗部幅測定のフローチャート（実施形態１）。 トロリ線の摩耗測定装置の機能構成図（実施形態１）。 トロリ線の二値化ラインセンサ画像から空の部分除去とエッジ検出例。 トロリ線の側部検出例。 トロリ線の摩耗部幅測定のフローチャート（実施形態２）。 トロリ線の摩耗測定装置の機能構成図（実施形態２）。 本発明の実施形態３を示すトロリ線の摩耗測定装置の構成図。 照射されたトロリ線の画像と照射されていないトロリ線の画像の差分画像の例。 トロリ線の摩耗部幅測定のフローチャート（実施形態３）。 トロリ線の摩耗測定装置の機能構成図（実施形態３）。 通常のトロリ線摩耗画像のヒストグラム例。 サチレーション状態の摩耗画像のヒストグラム例。 サチレーションが起こったときの撮像例。

符号の説明

１ 検査車両
２ パンタグラフ
３ トロリ線
４ レール
５ ラインセンサ
６ 照明灯
７ 計測用コンピュータ
８ 記録装置

Claims (12)

1. 摩耗測定対象となるトロリ線の敷設方向とは垂直になる走査線方向にしたラインセンサをトロリ線に沿って移動させ、このラインセンサによってトロリ線のパンタグラフ接触面（摩耗部）を撮影し、このラインセンサに得られる走査線の輝度信号を時系列に並べたラインセンサ画像を得る手段と、
   前記ラインセンサ画像に対する二値化処理を行い、二値化ラインセンサ画像を得る二値化処理手段と、
   前記二値化ラインセンサ画像から背景部分を除去する除去手段と、
   前記背景部分を除去した画像に対する二値化処理によって、トロリ線の摩耗部を強調した二値化画像を得る残存画像二値化処理手段と、
   前記残存画像二値化処理した二値化画像上の摩耗部の両側のエッジを検出するエッジ検出手段と、
   前記二値化画像の両側のエッジ点間距離をトロリ線の摩耗部の全体幅として求め、この全体幅からトロリ線の摩耗部幅を求める摩耗部幅算定手段と、
   を備えたことを特徴とするトロリ線の摩耗測定装置。
2. 摩耗測定対象となるトロリ線の敷設方向とは垂直になる走査線方向にしたラインセンサをトロリ線に沿って移動させ、このラインセンサによってトロリ線のパンタグラフ接触面（摩耗部）を撮影し、このラインセンサに得られる走査線の輝度信号を時系列に並べたラインセンサ画像を得る手段と、
   前記ラインセンサ画像からトロリ線の両側面を抽出する手段と、
   前記ラインセンサ画像の前記両側面の範囲内を二値化処理してトロリ線の摩耗部を強調した二値化画像を得る範囲内二値化処理手段と、
   前記範囲内二値化処理した二値化画像上の摩耗部の両側のエッジを検出するエッジ検出手段と、
   前記二値化画像の両側のエッジ点間距離をトロリ線の摩耗部の全体幅として求め、この全体幅からトロリ線の摩耗部幅を求める摩耗部幅算定手段と、
   を備えたことを特徴とするトロリ線の摩耗測定装置。
3. 摩耗測定対象となるトロリ線の敷設方向とは垂直になる走査線方向にした２台のラインセンサをトロリ線に沿って移動させ、一方のラインセンサは照明をトロリ線に照射したトロリ線のパンタグラフ接触面（摩耗部）を撮像し、他方のラインセンサは照明を照射しないトロリ線のパンタグラフ接触面（摩耗部）を撮像し、両ラインセンサに得られる走査線の輝度信号を時系列に並べた一対のラインセンサ画像を得る手段と、
   前記一対のラインセンサ画像の輝度の差分を取ることで照明の当った摩耗面を強調したラインセンサ画像を得る差分処理手段と、
   前記差分処理されたラインセンサ画像を二値化処理することでトロリ線の摩耗部を強調した二値化画像を得る二値化処理手段と、
   前記二値化画像上の摩耗部の両側のエッジを検出するエッジ検出手段と、
   前記二値化画像の両側のエッジ点間距離をトロリ線の摩耗部の全体幅として求め、この全体幅からトロリ線の摩耗部幅を求める摩耗部幅算定手段と、
   を備えたことを特徴とするトロリ線の摩耗測定装置。
4. 前記摩耗部幅算定手段は、
   前記全体幅とラインセンサのカメラパラメータからラインセンサから見たトロリ線の高さを求める高さ検出手段と、
   前記全体幅と前記トロリ線の高さからトロリ線の摩耗部の実幅を求める摩耗部実幅算定手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
5. トロリ線摩耗部のエッジ検出した二値化ラインセンサ画像に対して、
   エッジ画像のトロリ線に相当する部分を塊として抽出する手段と、
   前記塊ごとに画像の上部から下部まで連続している部分をトロリ線画像として抽出し、それ以外の局所的に存在する塊はノイズであるとして取り除く手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
6. 前記エッジ検出手段は、
   二値化画像の１行毎に、エッジ左側と右側の位置の差を摩耗部の幅とし取り出す処理を画像の全行に対して行う手段と、
   前記画像の全行の各エッジ幅での最大幅と最小幅の差を出す手段と、
   前記最大幅と最小幅の差が大きい場合に摩擦部の波状摩耗と判定する手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
7. 前記二値化処理手段は、処理画像全体の輝度のヒストグラムを算出し、高レベル帯の輝度の画素数が画像中の正常なトロリ線反射面積より求めた閾値を超える場合にサチレーションを起こしている画像と判定する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
8. 前記摩耗部幅算定手段は、
   トロリ線摩耗部幅がトロリ線本線より大きい場合にサチレーションを起こしている画像と判定する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
9. 前記二値化処理手段は、トロリ線の大きさが実験的に求めた閾値を超える面積の場合、この部分は背景画像が二値化されて浮き出ていると判定し、トロリ線画像から取り除く手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
10. 前記エッジ検出手段で検出したエッジ画像を前記ラインセンサ画像に重ね合わせてオーバーレイ表示画像を得る手段を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
11. 前記二値化処理手段によって得る二値化画像からノイズ除去を行う手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
12. 前記二値化処理手段は、二値化処理の閾値を判別分析二値化法により自動的に設定することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。