JP2008298733A - 画像処理によるトロリ線摩耗測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２値化ラインセンサ画像の途中でトロリ線がなくなると画像を上下に横断していないのでトロリ線として認識せず背景のノイズとして処理してしまう問題を解決する。
【解決手段】ラインセンサ画像をＭライン毎に区切って連続する番号を付したｎ番目のラインセンサ画像に対して、（ｎ−１）番目のラインセンサ画像におけるＭラインのうちのＮライン（Ｍ≧Ｎ）であってｎ番目のラインセンサ画像に時系列的に連続する予備ライン画像及び（ｎ＋１）番目のラインセンサ画像におけるＭラインのうちのＮラインであってｎ番目のラインセンサ画像に時系列的に連続する予備ライン画像を連結して（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像を作成するので、画像の途中でなくなるトロリ線を背景のノイズとして処理することがなくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像処理によるトロリ線摩耗測定装置に関する。特にトロリ線の摩耗部分の幅を測定する装置に関するものである。

電気鉄道車輌へ電力を供給するトロリ線は車輌が通過するたびに集電装置と接触が生じる。このため、電気鉄道車輌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輌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算して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もう１つの方法としては、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割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を換算する。

トロリ線摩耗部の測定方法としては、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、トロリ線摩耗として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、光源と受光装置の位置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。

これらに対して、ラインセンサ画像から画像処理によって摩耗幅を計測し、その摩耗幅の計測値からその箇所のトロリ線の厚みを換算する技術が開発されている（「画像処理によるトロリ線摩耗測定装置（特願２００６−２７３５２３）」、以下、先件提案１と言う）。先件提案１によれば、非接触に短時間で長い距離を測定することができる。
先件提案１における画像処理の基本的な考え方は、図１３に示すように、画像の入力手段としてラインセンサ１０を用い、照明としては、ナトリウムランプやレーザ光ではなく、通常の照明器具２を利用するものである。

即ち、検査車輌３の屋根上に鉛直上向きを見上げるようにラインセンサ１０を設置し、ラインセンサ１０の走査線が検査車輌３の進行方向と垂直になるようにし、走査線がトロリ線４を横切るようにする。検査車輌３の屋根上には、トロリ線４に接触するパンタグラフ５か装備され、パンタグラフ５に接触して摩耗するトロリ線４の近傍が照明器具２により照明されると共にトロリ線４の様子がラインセンサ１０により撮影される。
ラインセンサ１０により撮影されたトロリ線４の画像信号は車内に設置された計測用パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと言う）６に入力される。計測用ＰＣ６は、ラインセンサ１より得られる走査線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、入力画像として記録装置７へ保存する。

計測用ＰＣ６としては、例えば、図１７に示すように、ラインセンサ画像作成部２０、メモリ３０，４０、判別分析２値化処理部５０、ノイズ除去処理部６０、トロリ線摩耗部エッジ検出部７０、トロリ線摩耗部幅計算部８０より構成される。
計測用ＰＣ６は、図１６に示すフローチャートに従い、入力したラインセンサ画像を画像処理してトロリ線の摩耗部の幅を、以下の手順により求める。

［ラインセンサ画像の取得］
先ず、ラインセンサ１０により取得された画像信号は、ラインセンサ画像作成部２０にて時系列に並べられラインセンサ画像としてメモリ３０へ保存される（ステップＳ１）。

［判別分析２値化処理によるトロリ線摩耗部分の強調］
次いで、ラインセンサ画像はメモリ４０を経てパラメータと共に判別分析２値化処理部５０ヘ送られ、判別分析２値化処理部５０により２値化処理が行われる（ステップＳ２）。
ここで、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。

判別分析２値化処理部５０は、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（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、２値化処理を行い、トロリ線の摩耗部を強調した２値化ラインセンサ画像を構成する。
２値化ラインセンサ画像は、図１４に示すように、トロリ線摩耗部分が白域、背景部分が黒域となる。
更に、判別分析２値化処理部５０では、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２値化法を用いる。

「判別分析２値化法」とは、画像に応じて閾値を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、２値化した時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、いかなる画像においても比較的良好な閾値を決定する。
そのため、閾値を固定値で決めた場合における、撮像時の環境によっては、トロリ線の摩耗部以外が強調、抽出、または摩耗部自身が抽出されないといった問題が解消される。

［２値化ラインセンサ画像のノイズ除去］
ラインセンサ画像から２値化処理により２値化ラインセンサ画像を構成した場合、そのままで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、２値化ラインセンサ画像がメモリ４０を経てノイズ除去処理部６０へ送られると、ノイズ除去処理部６０は、２値化処理の膨張、収縮処理を行い、これらのノイズを除去する（ステップＳ３）。

［トロリ線摩耗部のエッジ検出］
引き続き、ノイズを除去した２値化ラインセンサ画像がパラメータと共にメモリ４０を経てトロリ線摩耗部エッジ検出部７０へ送られると、トロリ線摩耗部エッジ検出部７０は２値化ラインセンサ画像上において白域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（ステップＳ４）。

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、背景の黒域から摩耗部分の白域へ変化する点が摩耗部分左側のエッジ点として、また摩耗部分の白域から背景の黒域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。
この処理を画像の上から下ヘライン毎に行うことで、図１５に示すように、１枚の２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。

［トロリ線摩耗部幅の計算］
更に、２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は、メモリ４０を経てパラメータ及びトロリ線高さデータと共にトロリ線摩耗部幅計算部８０へ送られ、トロリ線摩耗部幅計算部８０はラインセンサ１０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計算する（ステップＳ５）。

具体的には、この時のラインセンサ１０からトロリ線４までの高さ、レンズ焦点距離、センサ幅、センサ画素数から、１画素［ｐｉｘ］に対する実寸法［ｍｍ］の度合いである画像分解能［ｍｍ／ｐｉｘ］を計算し、トロリ線摩耗部分の画像上の幅と画像分解能との乗算を行うことでトロリ線摩耗部分の幅を計算する。
計算に用いるラインセンサ１０からトロリ線４までの高さについては、別の手段（例えば、「画像処理によるトロリ線摩耗測定装置（特願２００５−０６８７９３）」、以下、先件提案２と言う）等によって得られるデータを用いて求めるものとする。

こうして求めたエッジデータ、トロリ線摩耗部、計算に用いたラインセンサ画像や対応するライン番号を指し示すデータ等を記録しておく。
このように説明したように、先件提案１の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、非接触の方式であるため高速な運用が可能であり、短期で長い距離の区間を測定することができる。

また、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なく、基本的に全ての区間においてラインセンサ画像の撮像が可能であり、測定区間でのトロリ線および近傍にある既存構造物の画像データを取得することができる。

また、特別な照明を使用する必要がなく、レーザ光を使用するような人体への影響を考慮するような取り扱いへの難しさがなく、光源と受光装置間での精密な位置合わせを行う煩わしさがない。
さらにどのような撮像環境においても、自動的に比較的良好な閾値を算出することが可能になり、閾値を定数で決めていた場合に起こる輝度の低さによるトロリ線が抽出されない現象が改善され、またデータとして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の確認を行うことが可能である。

特開平１０−１９４０１５号公報

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、トロリ線の厚みを光学センサを用いて直接測定する方法、トロリ線摩耗郡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、先件提案１の画像処理によるトロリ線摩耗測定方法があり、次の問題がある。

（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期間で測定することは困難である。

（２）トロリ線の厚みを光学センサを用いて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。次に、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、トロリ線摩耗として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手間がかかる。また、光源と受光装置の位置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）トロリ線は全域に渡り一本のトロリ線で連続しているわけでなく、製造や工事等の都合上複数のトロリ線を連結して使用している。この連結箇所（以後これを「セクション区間」と呼ぶ）においては、図１８に示すように、通常トロリ線が架線柱１〜２区間分重複しているため、重複区間の始端および末端で、図１９に示すように、測定区間の２値化ラインセンサ画像にトロリ線として画像を上下に横断しない箇所がある。そのため、図1９の左側に示すように、２値化ラインセンサ画像において上下横断する白域（横断白域）のみをトロリ線摩耗部と認識すると、図1９の右側に示すように２値化ラインセンサ画像において上下横断しない白域（非横断白域）はトロリ線と認識できない。つまり、２値化ラインセンサ画像の途中でトロリ線がなくなると画像を上下に横断していないのでトロリ線として認識せず背景のノイズとして処理してしまう場合があった。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、ラインセンサより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するラインセンサ作成手段と、前記ラインセンサ画像を２値化して２値化ラインセンサ画像とすることにより、トロリ線摩耗部分を強調する２値化手段と、前記２値化ラインセンサ画像のノイズを除去するノイズ除去手段と、ノイズを除去された前記２値化ラインセンサ画像からトロリ線摩耗部分のエッジを検出を検出するエッジ検出手段と、前記トロリ線摩耗部分のエッジ点間距離からトロリ線の摩耗幅を計算するトロリ線摩耗幅計算手段とを有する画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、前記ラインセンサ画像をＭライン毎に区切って連続する番号を付したｎ番目のラインセンサ画像に対して、（ｎ−１）番目のラインセンサ画像におけるＭラインのうちのＮライン（Ｍ≧Ｎ）であってｎ番目のラインセンサ画像に時系列的に連続する画像（以下、予備ライン画像と言う）及び（ｎ＋１）番目のラインセンサ画像におけるＭラインのうちのＮラインであってｎ番目のラインセンサ画像に時系列的に連続する画像（以下、予備ライン画像と言う）を連結して（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像を作成する予備ライン画像連結手段を備え、前記ノイズ除去手段、前記エッジ検出手段及び前記トロリ線摩耗幅算出手段は、前記予備ライン画像連結手段により作成された（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像に対して各処理を行うことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、請求項１記載のトロリ線摩耗測定装置において、前記（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像のうち２値化処理後の前記予備ライン画像において時系列方向に横断する白域（以下、横断白域という）が存在するときは、前記ｎ番目のラインセンサ画像における２値化処理後において時系列方向に部分的に横断する白域（以下、非横断白域）をトロリ線摩耗部分であると判断するパターン解析手段を追加したことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、請求項１記載のトロリ線摩耗測定装置において、前記（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像のうち前記ｎ番目のラインセンサ画像に２値化処理後において時系列方向に横断する横断白域が存在する場合、または、前記（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像のうち前記ｎ番目のラインセンサ画像に２値化処理後において時系列方向に部分的に横断する非横断白域が存在し、かつ、当該非横断白域が２値化処理後の前記予備ライン画像において時系列方向に横断する横断白域と連続する場合の何れかに該当するときは、前記非横断白域をトロリ線摩耗部分であると判断するパターン解析手段を追加したことを特徴とする。

段落００２２で述べた通り、画像解析を行うラインセンサ位置の画像を用いた２値化処理後の画像では、上下に横断する連続する白域をトロリ線として抽出していたので、セクション区間など２値化処理後の画像を上下が横断していない場合、ノイズとして処理されていた。
これに対し、本願発明によれば、時系列に連続する前回解析エリアと次回解析エリアを用いて、これらエリアの設定区間を上下に横断する連続する白域と今回解析エリアで連続する白域もトロリ線として認識することにより、セクション区間など今回解析エリア内で２値化処理後の画像で上下に横断していない場合でもトロリ線と認識して抽出することが可能となる。

以下、本発明を実施する最良の形態について、図１を参照して説明する。
図１（ａ）は、本発明のトロリ線摩耗測定に関する画像処理の概念図、図１（ｂ）は、２値化用記憶領域内を模式的に示す概念図である。
即ち、全測定区間のラインセンサ画像は、ハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと言う）１００に保存された後、ＨＤＤ１００から読み出されて２値化用記憶領域２００に展開される。

２値化用記憶領域２００において、ラインセンサ画像は、１ラインの画像データ（走査線の輝度信号）を時系列ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，ｔ₄，…に並べたものである。
２値化処理後において、ラインセンサ画像を、Ｍライン毎に区切って連続番号ｎを付すと、１番目のラインセンサ画像は、１ラインの画像データをＭ個時系列ｔ₁〜ｔ_Mで並べたものであり、２番目のラインセンサ画像は、１ラインの画像データをＭ個時系列ｔ_M〜ｔ_M+Mで並べたものであり、一般式としては、ｎ番目のラインセンサ画像は、１ラインの画像データをＭ個時系列ｔ_M・(_n-1)+1〜ｔ_M・nで並べたものである。

このように、Ｍライン毎に区切られたラインセンサ画像は、１ラインの画像データをＭ個時系列に並べたものであり、背景技術の欄で説明した説明した画像処理において使用されるラインセンサ画像と同一である。
そして、連続番号ｎを付したラインセンサ画像は、例えば、ＨＤＤ３００に一時的に保存された後、ＨＤＤ３００から読み出され、ｎ番目のラインセンサ画像に対して、（ｎ−１）番目のラインセンサ画像におけるＭラインのうちのＮライン（Ｍ≧Ｎ）であってｎ番目のラインセンサ画像に時系列的に連続する予備ライン及び（ｎ＋１）番目のラインセンサ画像におけるＭラインのうちのＮラインであってｎ番目のラインセンサ画像に時系列的に連続する予備ライン画像を連結して（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像を作成する。

このようにして作成された（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像を以降の画像処理における判断対象とするのが本発明の画像処理によるトロリ線摩耗幅測定装置である。
従って、本発明においては、従来の画像処理において使用される２値化ラインセンサ画像に比較し、予備ライン画像の分だけ、つまり、２Ｎラインよりなる画像の分だけ、画像の領域が拡張されたものとなる。

本発明の第１の実施例に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置を図７及び図８に示す。図７は処理のフローチャートを示し、図８はその装置構成例を示すものである。
本実施例においても、背景技術の欄で説明した通り、図１３に示すように、画像の入力手段としてラインセンサ１０を用い、照明としては、ナトリウムランプやレーザ光ではなく、通常の照明器具２を利用するものである点では共通するものである。

更に、本実施例では、図８に示すように、背景技術の欄で説明した画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、ラインセンサ画像作成部２０及びメモリ３０に代えて、予備ライン連結処理を行うラインセンサ画像作成部２１及びメモリ３１を設け、更に、パターン解析を行うパターン解析処理部９０を追加したものである。
即ち、図８に示すように、ラインセンサにより取得された走査線の輝度信号は、ラインセンサ画像作成部２１にて時系列に並べられメモリ３１へ保存されると共に（ステップＳ１）、メモリ３１を利用して予備ライン画像の連結処理がなされる（ステップＳ６）。

ここで、背景技術の欄で説明した画像解析を行っていたライン数Ｍを、例えば、１０００ラインとすると、解析エリアは従来では１０００ライン毎となっていたが、本実施例では、１０００ライン毎の画像の上下に前回、次回の解析エリアと重複する予備ライン部分を連結してラインセンサ画像を作成するのである。
例えば、図２及び図３に示すように、従来の画像解析を行っていた解析エリアである１０００ラインの画像Ｂと隣接する前の解析エリアの画像の一部である１００ラインの画像を予備ライン画像Ａとし、その次の解析エリアの画像の一部である１００ラインの画像を予備ライン画像Ｃとすると、１０００ラインの画像Ｂに対して予備ライン画像Ａ，Ｃを連結する。

この予備ライン数の設定は、例えば、検査車輌の画像撮像スピードが時速４０Ｋｍの場合と時速１００Ｋｍの場合では同じ周波数で撮像したとすると１ライン辺りの移動距離が異なってくる。そのため、検査車輌の撮像環境により適正なライン数を設定する。
本実施例は、予備ラインＮを、上述した通り、１００ラインとし、従って、１０００＋１００＋１００＝１２００ラインのラインセンサ画像を用いて、以下の画像処理を実施する。

即ち、このように予備ライン画像の連結されたラインセンサ画像は、背景技術の欄で説明した通り、判別分析２値化処理（ステップＳ２）、ノイズ除去処理（ステップＳ３）、トロリ線摩耗部のエッジ検出処理（ステップＳ４）を経た後、パターン解析処理部９０へ送られ、パターン解析処理が行われる（ステップＳ７）。
パターン解析処理は、図４の右側部分及び左側部分に示すように、１０００ラインの画像Ｂを横断する横断白域をトロリ線として判定する点については、段落００２２で前述した通りである。

更に、パターン解析処理は、図５の左側部分に示すように、予備ライン画像Ａを横断する横断白域と、１０００ラインの画像Ｂの途中まで白域で横断する非横断白域とが連続するときは、非横断白域をトロリ線として判定し、また、図６の右側部分に示すように、１０００ラインの画像Ｂの途中から横断する白域と、予備ライン画像Ｃを横断する横断白域とが連続するときは、非横断白域をトロリ線として判定する点に特徴がある。

つまり、段落００２２で前述した画像解析では、１０００ラインの画像Ｂの解析エリアにおいてのみトロリ線か否かを判定していたのに対し、本実施例におけるパターン解析は、１０００ラインの画像Ｂに加え、１００ラインの予備ライン画像Ａ、画像Ｃをも利用してトロリ線か否かを判定する。
そのため、本実施例では、１０００ラインの画像Ｂの画像のみでトロリ線として判定していた場合に比較して、図１８に示すセクション部において、ノイズとして処理していたをトロリ線を確実に抽出することができるのである。

その後のトロリ線摩耗部幅の検出処理（ステップＳ５）など上記以外の構成及び処理については、図１６及び図１７に示す構成及び処理と同様であり、同様な作用を奏するものである。

本発明の第２の実施例に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置を図１１及び図１２に示す。図１１は処理のフローチャートを示し、図１２はその装置構成例を示すものである。
本実施例においても、背景技術の欄で説明した通り、図１３に示すように、画像の入力手段としてラインセンサ１０を用い、照明としては、ナトリウムランプやレーザ光ではなく、通常の照明器具２を利用するものである。

即ち、検査車輌３の屋根上に鉛直上向きを見上げるようにラインセンサ１０を設置し、ラインセンサ１０の走査線が検査車輌３の進行方向と垂直になるようにし、走査線がトロリ線４を横切るようにする。検査車輌３の屋根上には、トロリ線４に接触するパンタグラフ５か装備され、パンタグラフ５に接触して摩耗するトロリ線４の近傍が照明器具２により照明されると共にトロリ線４の様子がラインセンサ１０により撮影される。

ラインセンサ１０により撮影されたトロリ線４の画像信号は車内に設置された計測用パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと言う）６に入力される。計測用ＰＣ６は、ラインセンサ１より得られる走査線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、入力画像として記録装置７へ保存する。

計測用ＰＣ６としては、例えば、図１２に示すように、ラインセンサ画像作成部２２、メモリ３２，４０、２値化処理部５１、ノイズ除去処理部６０、トロリ線摩耗部エッジ検出部７０、トロリ線摩耗部幅計算部８０より構成される。
計測用ＰＣ６は、図１１に示すフローチャートに従い、入力したラインセンサ画像を画像処理してトロリ線の摩耗部の幅を、以下の手順により求める。

［ラインセンサ画像の取得］
先ず、ラインセンサ１０により取得された画像信号は、ラインセンサ画像作成部２２にて時系列に並べられラインセンサ画像としてメモリ３２へ保存される（ステップＴ１）。

［ラインセンサ画像の連結］
メモリ３２に保存されるラインセンサ画像は、時系列に並べられた所定数のラインよりなるが、その後の画像処理過程においてノイズフィルタ等の処理により、図９に示すように、画像の上端および下端の数行に関して処理できない部分が存在してしまいデータ抜けが発生する。
本来は連続しているはずのデータだが、その数行分のデータが抜けてしまう現象を防ぐため、処理対象となる画像に対し、時間的にその前後となる画像を上下に連結させ、上下に数行分の画像を連結する連結処理をする（ステップＴ２）。

即ち、ラインセンサ画像作成部２２は、メモリ３２に記憶されているラインセンサ画像に対し、図１０に示すように、ｎ番目のラインセンサ画像に対して、（ｎ−１）番目のラインセンサ画像の一部（予備ライン画像）と、（ｎ＋１）番目のラインセンサ画像の一部（予備ライン画像）とを連結して画像処理エリアとするのである。
従って、以下の画像処理において、画像の上端および下端の数行に関して処理できない部分が存在してしまい、予備ライン画像においてデータ抜けが発生したとしても、ｎ番目のラインセンサ画像についてのデータ抜けを未然に防止することが可能となる。

［２値化処理によるトロリ線摩耗部分の強調］
次いで、ラインセンサ画像はメモリ４０を経てパラメータと共に２値化処理部５１ヘ送られ、２値化処理部５０により２値化処理が行われる（ステップＴ３）。
ここで、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。

２値化処理部５０は、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（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、２値化処理を行い、トロリ線の摩耗部を強調した２値化ラインセンサ画像を構成する。
２値化ラインセンサ画像は、図１４に示すように、トロリ線摩耗部分が白域、背景部分が黒域となる。

［２値化ラインセンサ画像のノイズ除去］
ラインセンサ画像から２値化処理により２値化ラインセンサ画像を構成した場合、そのままで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、２値化ラインセンサ画像がメモリ４０を経てノイズ除去処理部６０へ送られると、ノイズ除去処理部６０は、２値化処理の膨張、収縮処理を行い、これらのノイズを除去する（ステップＴ４）。

［トロリ線摩耗部のエッジ検出］
引き続き、ノイズを除去した２値化ラインセンサ画像がパラメータと共にメモリ４０を経てトロリ線摩耗部エッジ検出部７０へ送られると、トロリ線摩耗部エッジ検出部７０は２値化ラインセンサ画像上において白域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（ステップＴ５）。

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、背景の黒域から摩耗部分の白域へ変化する点が摩耗部分左側のエッジ点として、また摩耗部分の白域から背景の黒域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。
この処理を画像の上から下ヘライン毎に行うことで、図１５に示すように、１枚の２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。

［トロリ線摩耗部幅の計算］
更に、２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は、メモリ４０を経てパラメータ及びトロリ線高さデータと共にトロリ線摩耗部幅計算部８０へ送られ、トロリ線摩耗部幅計算部８０はラインセンサ１０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計算する（ステップＴ６）。

具体的には、この時のラインセンサ１０からトロリ線４までの高さ、レンズ焦点距離、センサ幅、センサ画素数から、１画素［ｐｉｘ］に対する実寸法［ｍｍ］の度合いである画像分解能［ｍｍ／ｐｉｘ］を計算し、トロリ線摩耗部分の画像上の幅と画像分解能との乗算を行うことでトロリ線摩耗部分の幅を計算する。
計算に用いるラインセンサ１０からトロリ線４までの高さについては、例えば、先件提案２等の別の手段によって得られるデータを用いて求めるものとする。

こうして求めたエッジデータ、トロリ線摩耗部、計算に用いたラインセンサ画像や対応するライン番号を指し示すデータ等を記録しておく。

このように説明したように、本実施例の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置によれば、以下の効果を奏する。
(1)非接触式の方式であるため高速な運用が可能であり、短期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にでも連続的に測定を行うことができる。
(3)各画像端におけるデータ抜けがなくなり、連続したトロリ線摩耗幅データを求めることができる。
(4)トロリ線摩耗幅データの単なる補間とは異なり、時間的に前後する画像データを連結することで実画像からデータを作成するため、データ補間部においてもより正確なデータを求めることができる。
(5)基本的に全ての区間においてラインセンサ画像の撮像が可能であり、測定区間でのトロリ線及び近傍にある既存構造物の画像データを取得することができる。
(6)特別な照明を使用する必要が無い。
(7)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、取り扱いが簡単である。
(8)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。
(9)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の確認を行うことが可能である。

本発明は、トロリ線の摩耗部分の幅を測定する装置として産業上広く利用可能なものである。

図１（ａ）は、本発明のトロリ線摩耗測定に関する画像処理の概念図、図１（ｂ）は、２値化用記憶領域内を模式的に示す概念図である。 画像Ａ，Ｂ，Ｃを白域が横断する２値化ラインセンサ画像の例を示す説明図である。 画像解析エリアの連結を示す説明図である。 画像Ａ又はＣを横断する横断白域と画像Ｂを横断する横断白域が連続する２値化ラインセンサ画像の例を示す説明図である。 画像Ａを横断する横断白域と画像Ｂを部分的に横断する非横断白域が連続する２値化ラインセンサ画像の例を示す説明図である。 画像Ｃを横断する白域と画像Ｂを横断する白域が連続する２値化ラインセンサ画像の例を示す説明図である。 本発明の実施例１に係るトロリ線摩耗部測定装置のフローチャートである 本発明の実施例２に係るトロリ線摩耗部測定装置の構成図である。 データ抜け箇所を有するラインセンサ画像の説明図である。 ｎ番目のラインセンサ画像に対して、（ｎ−１）番目のラインセンサ画像の一部（予備ライン画像）と、（ｎ＋１）番目のラインセンサ画像の一部（予備ライン画像）とを連結した画像処理エリアを示す説明図である。 本発明の実施例２に係るトロリ線摩耗部測定装置のフローチャートである 本発明の実施例２に係るトロリ線摩耗部測定装置の構成図である。 トロリ線摩耗計測用ラインセンサの配置例を示す概略図である。 トロリ線摩耗部の２値化ラインセンサ画像の例を示す説明図である。 トロリ線摩耗部のエッジ検出例を示す説明図である。 背景技術に係るトロリ線摩耗測定のフローチャートである。 背景技術に係るトロリ線摩耗測定装置の構成図である。 トロリ線連結箇所（セクション区間）の説明図である。 トロリ線連結箇所末端の２値化ラインセンサ画像の例を示す説明図である。

符号の説明

２ 照明器具
３ 検査車輌
４ トロリ線
５ パンタグラフ
６ 計測用ＰＣ
７ 記録装置
１０ ラインセンサ
２０，２１，２２ ラインセンサ画像作成部
３０，３１，３２，４０ メモリ
５０ 判別分析２値化処理部
５１ ２値化処理部
６０ ノイズ処理部
７０ トロリ線摩耗部エッジ検出部
８０ トロリ線摩耗部幅計算部
１００，３００ ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）
２００ ２値化用記憶領域
Ａ，Ｂ，Ｃ 画像

Claims (3)

1. ラインセンサより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するラインセンサ作成手段と、前記ラインセンサ画像を２値化して２値化ラインセンサ画像とすることにより、トロリ線摩耗部分を強調する２値化手段と、前記２値化ラインセンサ画像のノイズを除去するノイズ除去手段と、ノイズを除去された前記２値化ラインセンサ画像からトロリ線摩耗部分のエッジを検出を検出するエッジ検出手段と、前記トロリ線摩耗部分のエッジ点間距離からトロリ線の摩耗幅を計算するトロリ線摩耗幅計算手段とを有する画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、前記ラインセンサ画像をＭライン毎に区切って連続する番号を付したｎ番目のラインセンサ画像に対して、（ｎ−１）番目のラインセンサ画像におけるＭラインのうちのＮライン（Ｍ≧Ｎ）であってｎ番目のラインセンサ画像に時系列的に連続する画像（以下、予備ライン画像と言う）及び（ｎ＋１）番目のラインセンサ画像におけるＭラインのうちのＮラインであってｎ番目のラインセンサ画像に時系列的に連続する画像（以下、予備ライン画像と言う）を連結して（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像を作成する予備ライン画像連結手段を備え、前記ノイズ除去手段、前記エッジ検出手段及び前記トロリ線摩耗幅算出手段は、前記予備ライン画像連結手段により作成された（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像に対して各処理を行うことを特徴とする画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。
2. 前記（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像のうち２値化処理後の前記予備ライン画像において時系列方向に横断する白域（以下、横断白域という）が存在するときは、前記ｎ番目のラインセンサ画像における２値化処理後において時系列方向に部分的に横断する白域（以下、非横断白域）をトロリ線摩耗部分であると判断するパターン解析手段を追加したことを特徴とする請求項１のトロリ線摩耗測定装置。
3. 前記（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像のうち前記ｎ番目のラインセンサ画像に２値化処理後において時系列方向に横断する横断白域が存在する場合、または、前記（Ｍ＋２Ｎ）ラインよりなるラインセンサ画像のうち前記ｎ番目のラインセンサ画像に２値化処理後において時系列方向に部分的に横断する非横断白域が存在し、かつ、当該非横断白域が２値化処理後の前記予備ライン画像において時系列方向に横断する横断白域と連続する場合の何れかに該当するときは、前記非横断白域をトロリ線摩耗部分であると判断するパターン解析手段を追加したことを特徴とする請求項１のトロリ線摩耗測定装置。

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