JP2012008026A

JP2012008026A - 架線位置測定装置

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Publication number: JP2012008026A
Application number: JP2010144650A
Authority: JP
Inventors: Makoto Niwakawa; 誠庭川; Yusuke Watabe; 勇介渡部
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: JP5494286B2

Abstract

【課題】効率よく正確に架線の位置を測定することができる架線位置測定装置を提供する。
【解決手段】架線位置測定装置において、架線を撮影する第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２と、架線までの距離を計測するレーザ距離計３と、第１のラインセンサカメラ及び第２のラインセンサカメラから出力された画像データを基にラインセンサ画像上の架線の位置情報を算出する第１の画像処理部１０及び第２の画像処理部１１と、ラインセンサ画像上の架線の位置情報とレーザ距離計３から出力された距離情報とを記憶する処理メモリ１２と、ラインセンサ画像上の架線の位置情報と距離情報とに基づきステレオ対応点の探索を行うステレオ対応点探索部１３と、探索したステレオ対応点に基づき架線の高さと偏位を算出する高さ・偏位算出部１４とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、架線位置測定装置に関する。

トロリ線やき電線等の架線は、電車線の線路の上方の所定の位置に設置されている。架線は、車両に接近したり、所定の位置から外れた場合、事故や車両故障の原因となるため、所定の位置にあるか検査されている。なお、架線の位置は、線路からの垂直方向における高さと、偏位（すなわち、枕木方向における水平距離）により表され、架線の高さと偏位を測定する技術として以下のものが知られている。

例えば、下記特許文献１においては、車両の屋根上に取り付けた、枕木方向に左右２台のラインセンサカメラをトロリ線に向けてトロリ線を撮影し、撮影した左右のラインセンサ画像を用いて左右のラインセンサ画像中において同じ物体が映る箇所を対応付けてステレオ測定することにより、トロリ線の位置を測定する技術が開示されている。
また、例えば、下記特許文献２においては、車両に設置した２台のステレオラインセンサカメラとレーザ距離計を用いて、自軌道及び隣接する軌道の間隔を測定する技術が開示されている。

特開２００６−２８４５３５号公報特許第３７２３８８１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される技術には、左右のラインセンサ画像が特徴点の少ない単純な画像であるため、左右のラインセンサ画像間において同じ物体が映った箇所を画像処理により対応付けることが困難であるという問題がある。

また、上記特許文献２に開示される技術を架線の位置測定に適用する場合、複数の架線が枕木方向と垂直方向とにおいて交差しているセクションと呼ばれる箇所においては、左右のラインセンサ画像において同じ物体が映った箇所を画像処理により対応付けることが困難であるという問題がある。

以上のことから、本発明は、効率よく正確に架線の位置を測定することができる架線位置測定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る架線位置測定装置は、
車両の屋根上に枕木方向においてそれぞれ設置される架線を撮影する第１のラインセンサカメラ及び第２のラインセンサカメラと、
前記第１のラインセンサカメラ及び前記第２のラインセンサカメラの近傍に鉛直上方を向けて設置され架線までの距離を計測するレーザ距離計と、
前記第１のラインセンサカメラから出力された画像データを基にラインセンサ画像上の架線の位置情報を算出する第１の画像処理部と、
前記第２のラインセンサカメラから出力された画像データを基にラインセンサ画像上の架線の位置情報を算出する第２の画像処理部と、
前記第１の画像処理部及び前記第２の画像処理部から出力されたラインセンサ画像上の架線の位置情報と前記レーザ距離計から出力された距離情報とを記憶する処理メモリと、
前記処理メモリに記憶されたラインセンサ画像上の架線の位置情報と距離情報とに基づきステレオ対応点の探索を行うステレオ対応点探索部と、
前記ステレオ対応点探索部により探索したステレオ対応点に基づき架線の高さと偏位を算出する高さ・偏位算出部と
を備える
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る架線位置測定装置は、第１の発明に係る架線位置測定装置において、
車両の屋根上に、前記第１のラインセンサカメラ及び前記第２のラインセンサカメラの撮影部に投光する枕木方向における輝度が均一な線光源を備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、効率よく正確に架線の位置を測定することができる架線位置測定装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例に係る架線位置測定装置の構成を示した模式図である。本発明の第１の実施例に係る架線位置測定装置の機能構成を示したブロック図である。本発明の第１の実施例に係る架線位置測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。本発明の第１の実施例に係る架線位置測定装置におけるラインセンサ画像の例を示した模式図である。本発明の第１の実施例に係る架線位置測定装置における架線の高さ及び偏位の算出方法を示した模式図である。本発明の第１の実施例に係る架線位置測定装置における誤対応点の排除方法を示した模式図である。本発明の第２の実施例に係る架線位置測定装置の構成を示した模式図である。本発明の第２の実施例に係る架線位置測定装置におけるラインセンサ画像の例を示した模式図である。

以下、本発明に係る架線位置測定装置を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

以下、本発明に係る架線位置測定装置の第１の実施例について説明する。
はじめに、本実施例に係る架線位置測定装置の構成について説明する。
図１は、本実施例に係る架線位置測定装置の構成を示した模式図である。
図１に示すように、本実施例に係る架線位置測定装置は、車両２０の屋根上に枕木方向においてそれぞれ設置される架線２１を撮影する第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２と、第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２の近傍に鉛直上方を向けて設置され架線２１までの距離を計測するレーザ距離計３とを備えている。

なお、第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ１のスキャン方向は、図１中に矢印Ｓで示す枕木方向と平行な面となっている。また、レーザ距離計３は、図１中に矢印Ｌで示すようにレーザ光線により架線２１までの距離を計測する。

本実施例に係る架線位置測定装置は、車両２０内に第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２とレーザ距離計３と信号線で接続される処理装置４を備えている。そして、処理装置４において、第１のラインセンサカメラ１により撮影したラインセンサ画像（以下、第１のラインセンサ画像という）と、第２のラインセンサカメラ２により撮影したラインセンサ画像（以下、第２のラインセンサ画像という）とに画像処理を施し得られたラインセンサ画像上の架線位置情報と、レーザ距離計３により測定した距離情報を用いて、トロリ線やき電線等の線状の架線２１の位置を測定することを特徴としている。なお、処理装置４には、専用の処理装置を用いる他、汎用的なＰＣを用いることとしてもよい。

なお、本実施例に係る架線位置測定装置においては、ラインセンサカメラを２台設置することとしているが、ラインセンサカメラを３台以上設置してステレオ測定して、ステレオ対応点の探索を行うこととしてもよい。また、ラインセンサカメラは、一般にモノクロカメラが多く用いられているが、カラーラインセンサカメラを用いることとしてもよい。

図２は、本実施例に係る架線位置測定装置の機能構成を示したブロック図である。
図２に示すように、本実施例に係る架線位置測定装置において、処理装置４は、第１のラインセンサカメラ１から出力された画像データを基にラインセンサ画像上の架線２１の位置情報を算出する第１の画像処理部１０と、第２のラインセンサカメラ２から出力された画像データを基にラインセンサ画像上の架線２１の位置情報を算出する第２の画像処理部１１と、第１の画像処理部１０及び第２の画像処理部１１から出力されたラインセンサ画像上の架線２１の位置情報とレーザ距離計３から出力された距離情報とを記憶する処理メモリ１２と、処理メモリ１２に記憶されたラインセンサ画像上の架線２１の位置情報と距離情報とに基づきステレオ対応点の探索を行うステレオ対応点探索部１３と、ステレオ対応点探索部１３により探索したステレオ対応点に基づき架線２１の高さと偏位を算出する高さ・偏位算出部１４とを備えている。
以上が、本実施例に係る架線位置測定装置の構成である。

次に、本実施例に係る架線位置測定装置における処理の手順について説明する。
図３は、本実施例に係る架線位置測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
図３に示すように、本実施例に係る架線位置測定装置においては、はじめに、ステップＰ１０において、第１のラインセンサカメラ１を用いて、図４に示すような横軸が時間で縦軸が第１のラインセンサカメラ１のスキャンラインに対応した第１のラインセンサ画像を作成する。そして、第１のラインセンサカメラ１から出力された画像データを第１の画像処理部１０へ入力する。なお、図４中、矢印Ｔはラインセンサ画像上の架線２１を示し、矢印Ｂは背景を示している。

ステップＰ１１において、第１の画像処理部１０により、第１のラインセンサ画像に二値化処理を施す。
ステップＰ１２において、第１の画像処理部１０により、二値化処理を施した第１のラインセンサ画像において第１のラインセンサ画像上の架線２１のエッジを検出する。

ステップＰ１３において、第１の画像処理部１０により、検出したエッジに基づき第１のラインセンサ画像上の架線２１の位置を検出し、検出した架線２１の位置に基づき第１のラインセンサカメラ１の仰角θ₁を算出し、処理メモリ１２により、算出した第１のラインセンサカメラ１の仰角θ₁等の第１のラインセンサ画像上の架線位置情報を記憶する。

次に、ステップＰ２０において、第２のラインセンサカメラ２を用いて、図４に示すような横軸が時間で縦軸が第２のラインセンサカメラ２のスキャンラインに対応した第２のラインセンサ画像を作成する。そして、第２のラインセンサカメラ２から出力された画像データを第２の画像処理部１１へ入力する。なお、図４中、矢印Ｔはラインセンサ画像上の架線２１を示し、矢印Ｂは背景を示している。

ステップＰ２１において、第２の画像処理部１１により、第２のラインセンサ画像に二値化処理を施す。
ステップＰ２２において、第２の画像処理部１１により、二値化処理を施した第２のラインセンサ画像において第２のラインセンサ画像上の架線２１のエッジを検出する。

ステップＰ２３において、第２の画像処理部１１により、検出したエッジに基づき第２のラインセンサ画像上の架線２１の位置を検出し、検出した架線２１の位置に基づき第２のラインセンサカメラ２の仰角θ₂を算出し、処理メモリ１２により、算出した第２のラインセンサカメラ２の仰角θ₂等の第２のラインセンサ画像上の架線位置情報を記憶する。

次に、ステップＰ３０において、処理メモリ１２により、レーザ距離計３から出力された距離情報を記憶する。
次に、ステップＰ４０において、ステレオ対応点探索部１３により、第１のラインセンサ画像上の架線位置情報と、第２のラインセンサ画像上の架線位置情報と、距離情報とに基づき、図５に示すステレオ対応点ｐ（ｘ_L，ｙ）を探索する。

なお、図５において、ｙは第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２から架線２１までの垂直方向の距離である高さを示し、ｘ_Lは第１のラインセンサカメラ１から架線２１までの枕木方向における水平距離である偏位を示し、ｄは第１のラインセンサカメラ１と第２のラインセンサカメラ２との間の距離を示し、θ₁は水平方向を基準とした第１のラインセンサカメラ１の仰角を示し、θ₂は水平方向を基準とした第２のラインセンサカメラ２の仰角を示している。

次に、ステップＰ４１において、高さ・偏位算出部１４により、探索したステレオ対応点ｐ（ｘ_L，ｙ）に基づき、架線２１の高さ及び偏位を算出し、架線２１の高さ・偏位データを取得する。なお、架線２１の高さｙは式（１）により算出し、架線２１の偏位ｘ_Lは式（２）により算出する。

ここで、ｄは第１のラインセンサカメラ１と第２のラインセンサカメラ２との間の距離、θ₁は水平方向を基準とした第１のラインセンサカメラ１の仰角、θ₂は水平方向を基準とした第２のラインセンサカメラ２の仰角を示している。

なお、図６に示すように、ラインセンサ画像上に２本の架線２１，２２が存在する場合、ステレオ対応点の組み合わせにより、ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４がステレオ測定されることとなるが、レーザ距離計３の距離情報からｐ１，ｐ２が正しいステレオ対応点であることが分かるため、誤対応点ｐ３，ｐ４を排除することができる。

最後に、ステップＰ５０において、画像入力が終了したかどうか判断する。画像入力が終了した場合、一連の処理を終了する。また、画像入力が終了していない場合、ステップ１０〜Ｐ４１を再度実行する。
以上が、本実施例に係る架線位置測定装置における処理の手順である。

このように、従来、図６に示すように複数の架線２１，２２が写ったラインセンサ画像からステレオ測定する場合、異なった架線２１，２２であっても見え方が同様であるため、誤対応が発生する虞があったが、本実施例に係る架線位置測定装置によれば、レーザ距離計３により測定した距離情報を用いることにより、誤対応点を排除することができる。

また、従来、レーザ距離計３は、測定距離が１ｍ以上離れていると測定誤差が１０ｍｍ以上に悪化するという問題がある。これに対し、２台のラインセンサカメラを用いるステレオ測定によれば、測定距離が１ｍ以上離れていてもレンズを変更すれば、高精度で距離を測定することができる。このため、本実施例に係る架線位置測定装置によれば、第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２を用いることにより、レーザ距離計３の苦手とする１ｍを超える距離であっても高精度に測定することができる。

また、従来、レーザ距離計３の測定周期は、ラインセンサカメラの測定周期に比べて遅いため、レール方向の架線２１の測定周期が長いという問題がある。しかしながら、本実施例に係る架線位置測定装置によれば、第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２により短い測定周期で架線２１の画像を撮影して位置を測定し、長い測定周期であるレーザ距離計３の距離情報を用いてステレオ測定の誤対応点を排除することにより、短い測定周期で正確に架線２１の位置を測定することができる。

したがって、本実施例に係る架線位置測定装置によれば、効率よく正確に架線の位置を測定することができる架線位置測定装置を実現することができる。

以下、本発明に係る架線位置測定装置の第２の実施例について説明する。
はじめに、本実施例に係る架線位置測定装置の構成について説明する。
図７は、本実施例に係る架線位置測定装置の構成を示した模式図である。
図７に示すように、本実施例に係る架線位置測定装置は、第１の実施例に係る架線位置測定装置の構成に加え、車両２０の屋根上に、第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２の撮影部に投光する枕木方向にける輝度が均一な線光源５を設置することとする。

そして、本実施例に係る架線位置測定装置においては、線光源５を用いることにより、第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２により撮影される第１のラインセンサ画像及び第２のラインセンサ画像上において、近い架線２１は明るく写り、遠い架線２２は暗く写るようにしている。

次に、本実施例に係る架線位置測定装置における処理の手順について説明する。
本実施例に係る架線位置測定装置における処理の手順は、第１の実施例に係る架線位置測定装置と同様であるが、線光源５を用いることにより、図８に示すように、第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２からの距離が遠くなると、第１のラインセンサ画像及び第２のラインセンサ画像上の架線２１，２２の濃淡度が暗くなり、第１のラインセンサカメラ１及び第２のラインセンサカメラ２からの距離が近くなると、第１のラインセンサ画像及び第２のラインセンサ画像中の架線２１，２２の濃淡度が明るくなる。このため、ステレオ測定の際に、濃淡度を用いて誤対応点を排除することができる。

なお、図８（ａ）は第１のラインセンサ画像を示し、図８（ｂ）は第２のラインセンサ画像を示している。また、図８（ａ）において、矢印Ｔ₁は第１のラインセンサ画像上の架線２１を示し、矢印Ｔ₂は第１のラインセンサ画像上の他の架線２２を示し、矢印Ｂは背景を示している。また、図８（ｂ）において、矢印Ｔ₁は第２のラインセンサ画像上の架線２１を示し、矢印Ｔ₂は第２のラインセンサ画像上の他の架線２２を示し、矢印Ｂは背景を示している。

したがって、本実施例に係る架線位置測定装置によれば、第１の実施例に係る架線位置測定装置が奏する効果に加え、第１のラインセンサ画像と第２のラインセンサ画像とのステレオ対応点の探索を容易にすることができる。

本発明は、例えば、架線の位置を測定する架線位置測定装置において利用することが可能である。

１第１のラインセンサカメラ
２第２のラインセンサカメラ
３レーザ距離計
４処理装置
５線光源
１０第１の画像処理部
１１第２の画像処理部
１２処理メモリ
１３ステレオ対応点探索部
１４高さ・偏位算出部
２０車両
２１架線
２２他の架線

Claims

車両の屋根上に枕木方向においてそれぞれ設置される架線を撮影する第１のラインセンサカメラ及び第２のラインセンサカメラと、
前記第１のラインセンサカメラ及び前記第２のラインセンサカメラの近傍に鉛直上方を向けて設置され架線までの距離を計測するレーザ距離計と、
前記第１のラインセンサカメラから出力された画像データを基にラインセンサ画像上の架線の位置情報を算出する第１の画像処理部と、
前記第２のラインセンサカメラから出力された画像データを基にラインセンサ画像上の架線の位置情報を算出する第２の画像処理部と、
前記第１の画像処理部及び前記第２の画像処理部から出力されたラインセンサ画像上の架線の位置情報と前記レーザ距離計から出力された距離情報とを記憶する処理メモリと、
前記処理メモリに記憶されたラインセンサ画像上の架線の位置情報と距離情報とに基づきステレオ対応点の探索を行うステレオ対応点探索部と、
前記ステレオ対応点探索部により探索したステレオ対応点に基づき架線の高さと偏位を算出する高さ・偏位算出部と
を備える
ことを特徴とする架線位置測定装置。
車両の屋根上に、前記第１のラインセンサカメラ及び前記第２のラインセンサカメラの撮影部に投光する枕木方向における輝度が均一な線光源を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の架線位置測定装置。