JP2011112365A - 走行体の先頭位置検出方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の走行体3の先頭位置検出方法は、走行体3の先頭部及び背景を画像センサ5により連続的に撮像し、撮像された画像を基に、連続する2つの画像間の差分画像を算出し、算出された差分画像に関し、走行体3の走行方向に垂直な方向に沿った輝度積算を行うことで差分投影輝度分布を算出し、算出された差分投影輝度分布に対し、所定の輝度閾値を超え始める位置を検出し、検出された位置を走行体3の先頭部の位置と認識する。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、可動柵は、駅ホームの端部に停車又は通過する列車と駅ホーム上の乗客とを隔離するように設けられた隔壁であり、停車した列車のドア部に対応する位置には、乗客が昇降するためのドアが設けられている。このドアの開閉は、通常、自動列車運転装置 (ATO) からの情報を基に行われるが、異常時には乗務員が操作することもある。
そこで、本願出願人らが、特許文献1のような技術を既に開発している。
特許文献1は、移動体の位置を検出するための位置検出装置であって、前記移動体の画像を当該移動体の背景の画像とともに撮像可能なように設置された画像センサと、前記画像センサによって撮像された、前記移動体が写っていない画像であるベース画像と、前記移動体が写った画像である検出用画像とを比較することにより、前記移動体の位置(特に先頭位置)を検出する位置検出部と、を有してなる位置検出装置を開示する。
また、列車の取り付けられた前方照明光の直接反射光(正反射光)、列車自身の影などは外乱光成分であり、列車の移動と共に画像上で輝度変化の位置が移動していく。こうした外乱光成分も、特許文献1に記載された技術においては、ベース画像と異なるために明確なエッジを生じる。しかも移動体と共に移動するエッジとなるため、移動体の位置検出において誤差となり易い。
つまり、列車の先頭位置を検出する場合において、特許文献1の技術では、対応できない場合があり、幾つかの状況下においては走行体の先頭位置を誤検知することもあった。
すなわち、本発明に係る走行体の先頭位置検出方法は、画像処理を用いて走行体の先頭位置を検出する検出方法であって、前記走行体の先頭部及び背景を画像センサにより連続的に撮像し、撮像された画像を基に、連続する2つの画像間の差分画像又は断続的に連なる2つの画像間の差分画像を算出し、算出された差分画像に関し、画像上の所定方向に沿った輝度積算を行うことで差分投影輝度分布を算出し、算出された差分投影輝度分布に対して所定の輝度閾値を適用することで、前記走行体の先頭部の位置を認識することを特徴とする。
また好ましくは、前記輝度閾値を、前記走行体の速度に応じて可変な値とするとよい。
また、前記撮像された画像に存在する外乱輝度値による誤検知を排除すべく、前記分布波形に対する輝度閾値の適用範囲を予め規定しておくとよい。
好ましくは、前記適用範囲は、前記走行体の移動情報を基に設定されると共に、前記走行体の速度に応じて可変な範囲幅とされているとよい。
本発明に係る走行体の先頭位置検出装置1は、新幹線や在来線、地下鉄などの駅ホーム2に設置されており、ここでは、走行体として軌道上を走行する列車3を想定し、駅ホーム2に進入する列車3の先頭部の位置を検出する実施形態を示す。
[第1実施形態]
図1は、走行体の先頭位置検出装置1(以下、検出装置と呼ぶこともある)が設置される駅ホーム2の状況を示したものである。
図1,図2に示す如く、検出装置1は、駅のホームに進入し停車する列車3の先頭を、背景である駅ホーム2や線路10などと共に撮像する画像センサ5を有している。画像センサ5は、CCDカメラ(ビデオカメラ等)で構成されており、例えば、毎秒30フレームの画像を連続的に出力する。
画像センサ5から出力される撮像画像は、パソコン又はDSP等で構成されるハードウエアからなる画像処理部7に取り込まれる。
さらに、本実施形態の場合、検出された列車3の先頭位置を基に、列車3の先頭が駅ホーム2において定められた停止位置Lに正しく停止したか否かが判定され、この判定結果がドア制御部8へ送られて、ドア制御部8は、列車3が停止位置Lに正しく停止した場合に、可動柵4に対してドア4Aを開放する信号を発する。
ところで、検出装置1は、画像センサ5が設置された位置よりも列車3の進行方向の手前側において、列車3の進入を検出するための走行体センサ9を有している。
走行体センサ9は、超音波センサ、赤外線センサなどのように、センサの前方の対象物の存否を検出するものであって、例えば、駅ホーム2中央部の屋根6下に設置され、列車3が画像センサ5の撮像範囲(視野)に入る前に、ホームへの列車3進入を検出するように配置されている。この走行体センサ9からの信号(列車3進入の信号)を基に、画像センサ5を作動させるようにすることで、列車3以外の進入を検出し誤検知を行う可能性が大幅に減る。
次に、図3,図4ならびに図5のフローチャートを基に、画像処理部7で行われる「列車3の先頭の位置検出処理」の詳細について述べる。
画像処理部7で行われる列車3の先頭位置検出方法は、画像処理を用いて列車3の先頭位置を検出するアルゴリズムを有しており、列車3の先頭部及び背景を画像センサ5により連続的に撮像し、撮像された画像を基に、連続する2つの画像間の差分画像を算出し、算出された差分画像に関し、列車3の走行方向に垂直な方向に沿った輝度積算を行うことで投影輝度分布(以降、差分投影輝度分布と呼ぶこともある)を算出し、算出された投影輝度分布に対し、所定の輝度閾値を超え始める位置Sを検出し、検出された位置Sを列車3の先頭部の位置と認識するものである。
列車進入を検知後、S11において、画像センサ5は、駅ホーム2や線路10などの背景を含む列車3の先頭部の画像を連続的に撮像する。撮像された画像は画像処理部7へ転送され、画像処理部7内のフレームメモリに蓄積される。画像センサ5による撮像の間隔は任意であるが、駅ホーム2への列車3の進入を確実に検知するために、1/30秒〜1秒が好ましい。
(a−1)は、走行体センサ9は列車3の進入を検知しているものの、画像センサ5の撮像範囲内には列車3が進入していない状況である。(a−2),(a−3)は、画像センサ5内に列車3が進入していく状況を撮像したものである。列車3は、画像の左から右に向けて(画像のX座標に沿って座標原点の方へ)進入する。画像中のHは列車3のヘッドライトにより照らされている部分(正反射光H)を示す。
次に、S12において、得られた撮像画像を基に2つの撮像画像の差をとり、差分画像を作成する。具体的には、(a−1)の画像上の座標(x1,y1)に存在する画素の輝度値と、(a−2)の画像上の座標(x1,y1)に存在する画素の輝度値との差を、全ての画素について計算することで差分画像が得られる。(a−1)と(a−2)との差分画像が図3の(b−1)であり、(b−1)画像には、列車3の先頭部と正反射光Hが現れる。
その後、S13において、(b−1)〜(b−3)の差分画像それぞれについて、Y方向にプロジェクションを行って投影輝度分布を算出する。具体的には、各X座標において、Y座標に沿って並んでいる複数の画素の輝度値を足し合わせる(輝度値の積算を行う)ことで、投影輝度分布を得ることができる。なお、Y座標に沿った方向は、撮像画像において列車3が移動してゆく方向に垂直な方向である。
以上の処理により得られた差分投影輝度分布が図3(c−1)〜図3(c−3)であり、それぞれが図3(b−1)〜図3(b−3)の差分画像にそれぞれ対応するものである。
具体的には、S14において、走行体センサ9などを用いて駅ホーム2に進入してきた列車3の速度を検出し、その上で、列車3速度が下がると低輝度となるような輝度閾値を決定する。輝度閾値の決定の方法は様々なものが採用可能であるが、例えば、現時刻における列車3の速度の定数倍を輝度閾値としたり、現時刻に至るまでの列車3の平均速度の定数倍を輝度閾値としたりするとよい。現時刻に至るまでの列車3の平均速度の指数倍を輝度閾値としてもよい。なお、図4(a)〜図4(c)は図3(c−1)〜図3(c−3)と同じ差分投影輝度分布である。
S16において、この超え始める位置(輝度閾値TH1と凸波形の交点P1)を検出することで列車3の先頭位置を認識できる。なお前述したように、先頭部の凸波形に関しては、列車3移動によるブレや撮像レンズの性能限界によるピンボケによって、そのエッジが若干ぼやけており、列車先頭部より若干手前から立ち上がるようになる。そのため、輝度閾値TH1と凸波形の交点は、正確な列車先頭位置により近くなる。
輝度閾値の適用範囲の起点に関しては、最初に得られた差分投影輝度分布(図4(a))においては、投影輝度分布のX座標の最大値(X座標の最も右側)とする。次に得られた差分投影輝度分布(図4(b))においては、図4(a)で得られた「輝度閾値TH1と凸波形の交点P1」の位置を輝度閾値の適用範囲の起点としている。その後得られる差分投影輝度分布(図4(c))においては、図4(b)で得られた「輝度閾値TH2と凸波形の交点P2」の位置を輝度閾値の適用範囲の起点としている。
例えば、図4(a)において、適用範囲は投影輝度分布のほぼ全長さL1=Lmaxであったのに対して、列車3の速度が遅くなった図4(b)では、L2(<L1)とし、列車3がほぼ停止した図4(c)では、L3(<L2)である。適用範囲L(L1〜L3)の求め方についても後述する。
以上のS10〜S16をリアルタイム(画像を撮像するごと)に実行することで、撮像画像上における列車3の先頭位置を割り出し、その上でS17において、列車3の先頭位置と画像上での「列車3の停止位置L」とが一致しているか否かを判定する。なお、停止判定は、撮像画像上における列車3の先頭位置を基に、駅ホーム2に対する列車3の位置を算定し、その位置と駅ホーム2上の実際の停止位置Lとが一致しているか否かを判定してもよい。
ところで、S10〜S17の処理を行う際に用いる輝度閾値TH(TH1〜TH3)、適用範囲L(L1〜L3)は、実際の現場状況に合わせて様々に決定可能であるが、本実施形態では、以下のように「センサの情報」を基に決定することとしている。
Lv=αvτ (1)
ここで、αは列車の実空間と画面上の位置をつなぐパラメータで、画像センサ5の設置時に予めキャリブレーション(校正作業)により求めておく。また、τは撮像フレーム間の経過時間である。市販されている画像センサ5においては、1/15秒〜1/30秒のものが多く、τは実際に使用する画像センサ5のフレームレートに合わせて設定するとよい。
L2=β×Lv (2)
ここで、βは定数である。βの適正量は実計測データから求めてもよい。なお、適用範囲L2を式(3)で算出するようにしてもよい。
L2=Lv+γ (3)
ここで、γは定数である。γの適正量は実計測データから求めてもよい。
TH2=K×(vτ)ξ (4)
ここで、τは撮像フレーム間の経過時間、Kは定数項である。ξは定数としてもよいし、速度の関数ξ(v)としてもよい。ξ=1とすると、TH2は単純に速度に比例する。
一方、輝度閾値TH、適用範囲Lを「画像から得られる情報」を基に決定するもできる。
Lv=Σn(Pi−Pi-1)/n (5)
式(5)は、i番目のフレームで得られた先頭位置Piと、(i−1)番目のフレーム画像で得られた先頭位置Pi-1の差を求め、この差をn個の区間について行い、nで割ってn回のフレーム間移動量の平均値を求めるものとなっている。この式(5)を式(1)の代わりに用いて、探索区間L2を算出することが可能である。なお、最初に適用する適用範囲L1は、前述の如くLmaxとする。
[第2実施形態]
次に、本発明に係る走行体の先頭位置検出方法及び装置の第2実施形態について述べる。
すなわち、図7に示すように、走行体センサ9による列車進入を検知後(S20)、画像センサ5は、駅ホーム2や線路10などの背景を含む列車3の先頭部の画像を連続的に撮像する(S21)。撮像された画像は、図3の(a−1)〜(a−4)である。
その後、S23において、2画像間の投影輝度分布の差をとることで差分投影輝度分布を算出する。具体的には、図3(a−1)の投影輝度分布と図3(a−2)の投影輝度分布との差である差分投影輝度分布を算出する。この差分投影輝度分布は、図3(c−1)に示す第1実施形態での差分投影輝度分布と略同じとなる。
例えば、走行体として列車3を例示したが、走行体としては、自動車や飛行機などであってもよく、工場等における搬送物品であってもよい。検出装置1による検出結果を基に、可動柵4のドア4Aの開閉を行うことを説明したが、本検出装置1の検出結果は、他の用途に利用されても何ら問題はない。
2 駅ホーム
3 列車
4 可動柵
4A ドア
5 画像センサ
6 屋根
7 画像処理部
8 ドア制御部
9 走行体センサ
10 線路
H ヘッドライトの正反射光
L 停止位置
Claims (7)
- 画像処理を用いて走行体の先頭位置を検出する検出方法であって、
前記走行体の先頭部及び背景を画像センサにより連続的に撮像し、
撮像された画像を基に、連続する2つの画像間の差分画像又は断続的に連なる2つの画像間の差分画像を算出し、
算出された差分画像に関し、画像上の所定方向に沿った輝度積算を行うことで差分投影輝度分布を算出し、
算出された差分投影輝度分布に対して所定の輝度閾値を適用することで、前記走行体の先頭部の位置を認識する
ことを特徴とする走行体の先頭位置検出方法。 - 画像処理を用いて走行体の先頭位置を検出する検出方法であって、
前記走行体の先頭部及び背景を画像センサにより連続的に撮像し、
連続する2つの画像のそれぞれ又は断続的に連なる2つの画像のそれぞれにおいて、画像上の所定方向に沿った輝度積算を行うことで投影輝度分布を算出し、
算出された2つの投影輝度分布の差をとった差分投影輝度分布を算出し、
算出された差分投影輝度分布に対して所定の輝度閾値を適用することで、前記走行体の先頭部の位置を認識する
ことを特徴とする走行体の先頭位置検出方法。 - 前記輝度積算を行うに際し、画像上の所定方向を前記走行体の走行方向に垂直な方向としていることを特徴とする請求項1又は2に記載の走行体の先頭位置検出方法。
- 前記輝度閾値を、前記走行体の速度に応じて可変な値としていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の走行体の先頭位置検出方法。
- 前記撮像された画像に存在する外乱輝度値による誤検知を排除すべく、前記差分投影輝度分布に対する輝度閾値の適用範囲を予め規定しておくことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の走行体の先頭位置検出方法。
- 前記適用範囲は、前記走行体の移動情報を基に設定されると共に、前記走行体の速度に応じて可変な範囲幅とされていることを特徴とする請求項5に記載の走行体の先頭位置検出方法。
- 画像処理を用いて走行体の先頭位置を検出する検出装置であって、
前記走行体の先頭部及び背景を連続的に撮像可能な画像センサと、
請求項1〜6のいずれかに記載された走行体の先頭位置検出方法を用いて、走行体の先頭位置を検出するよう構成された画像処理部と、
を有することを特徴とする走行体の先頭位置検出装置。
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