JP2015148522A

JP2015148522A - 画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法

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Publication number: JP2015148522A
Application number: JP2014021819A
Authority: JP
Inventors: 匠朗川畑; Shiro Kawabata; 庭川　誠; Makoto Niwakawa; 誠庭川
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-02-07
Also published as: JP6260026B2

Abstract

【課題】ラインセンサカメラによって撮像した画像に濃淡値分布の偏りによるムラが生じた場合であってもステレオ計測の精度を向上させることを可能とした画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法を提供する。
【解決手段】画像処理部を、画像入力部５ａ及びレーザ入力部５ｂと、処理パラメータの設定を行う処理設定部５ｃと、画像データに基づいて線条を検出する線条検出部５ｄと、レーザ距離データに基づいて架線座標を推定する架線座標推定部５ｅと、線条データ及び架線座標推定データに基づき画像データから架線を検出する架線検出部５ｆと、架線座標データに基づき架線座標の補正を行う架線座標補正部５ｇと、架線座標補正部により補正された架線座標データに基づき架線の位置を算出するステレオ計測部５ｈと、架線位置データに基づき架線の高さ及び偏位を算出する高さ・偏位算出部５ｉとから構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、電車の屋根上にラインセンサカメラ及びレーザ距離計を設置して架線の位置を取得する架線検測に関し、特に照明位置の影響による架線位置測定値の誤差を補正する画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法に関する。

トロリ線や電線等の架線は、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りした場合、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には、車両の屋根上に設置される二台のラインセンサカメラ及び一台のレーザ距離計と、車両の内部に設置される演算装置とを備える架線検測装置において、レーザ距離計から出力された距離情報とラインセンサカメラの画像上の架線の位置情報及び距離情報とに基づきステレオ対応点を探索し、検出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ものが開示されている。特許文献１に開示された技術は、各架線に特徴がなく、ラインセンサカメラ間のステレオ対応が難しい場合であっても、レーザ距離計の距離情報を使用することによりステレオ対応を可能とした点に特徴がある。

特開２０１２−８０２６号公報

大津展之著、「判別および最小２乗規準に基づく自動しきい値選定法」、電子通信学会論文誌、1980年4月、Vol. J63-D、No. 4、p.349−356

しかしながら、上述した特許文献１においては、ラインセンサカメラ及び照明装置の配置が車両の屋根上という限られた空間に限定されていることに加えて、わたり線などの側線（例えば、図４に示す架線６Ｂ）を架線計測対象として考慮する場合、計測領域が本線（例えば、図４に示す架線６Ａ）のみを計測対象とした場合の領域に対して偏位方向に拡大する（例えば、図４に示す領域Ａ１から領域Ａ２に拡大する）。

このように計測領域が偏位方向に拡大した場合、ラインセンサカメラの真上から偏位方向に離れている対象架線（例えば、図４に示す架線６Ｂ）を当該ラインセンサカメラによって撮像すると、照明装置の設置位置によっては照明が当たっていない架線の裏側まで撮像することとなり、ラインセンサカメラによって撮像した画像上の架線の濃淡値分布が、ラインセンサカメラの真上に対象架線がある場合は幅方向で概ね対称である（例えば、図５（ｃ）参照）のに対し、幅方向の一方側に偏り、ムラが生じることとなる（例えば、図５（ａ）参照）。

このように濃淡値分布に偏りが生じた場合、画像処理により得られる架線の中心座標は幅方向に偏ったエッジ座標を用いて求めた座標となるため、濃淡値分布が架線の幅方向でほぼ対称である場合のエッジ座標を用いて求めた中心座標（例えば、図５（ｄ）の座標Ｘ_C参照）に対して誤差を有し（例えば、図５（ｂ）の座標Ｘ'_C参照）、ステレオ計測の精度が低下するおそれがあるという問題があった。しかも、二台のラインセンサカメラを車両の屋根上という限られた空間に設置していることから、ラインセンサカメラそれぞれで濃淡値分布の偏りによるムラが生じにくい領域とムラが生じる領域とが必ず存在する（例えば、図４に示すＡ３はラインセンサカメラ２Ａにおいて濃淡値分布の偏りによるムラが生じにくい領域、Ａ４はラインセンサカメラ２Ｂにおいて濃淡値分布の偏りによるムラが生じにくい領域等）。そのため、ラインセンサカメラの配置を調整して濃淡値分布の偏りによるムラの発生を抑制することは困難であり、ラインセンサカメラの配置はそのままにステレオ計測の精度を向上させる必要がある。

このようなことから本発明は、ラインセンサカメラによって撮像した画像に濃淡値分布の偏りによるムラが生じた場合であってもステレオ計測の精度を向上させることを可能とした画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法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の発明に係る画像処理によ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離間して設置され架線を撮影する第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の照明を行う照明装置と、
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から入力された画像データ及び前記レーザ距離計から入力された距離データに基づき前記架線の高さ及び偏位を演算する画像処理部と
を備えた画像処理による架線位置測定装置において、
前記画像処理部が、
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から入力された輝度信号を画像データとして出力する画像入力手段と、
前記レーザ距離計から入力された測定値をレーザ距離データとして出力するレーザ入力手段と、
処理パラメータの設定を行う処理設定手段と、
前記画像データに基づいて線条を検出する線条検出手段と、
前記処理パラメータ及び前記レーザ距離データに基づいて架線座標を推定する架線座標推定手段と、
前記線条検出手段により検出した線条及び前記架線座標推定手段により推定した架線座標に基づき前記画像データから架線を検出する架線検出手段と、
前記線条検出手段により検出した線条及び前記架線検出手段により検出した架線の座標に基づき架線座標の補正を行う架線座標補正手段と、
前記処理パラメータ及び前記架線座標補正手段により補正した架線座標に基づき架線の位置を算出するステレオ計測手段と、
前記ステレオ計測手段により算出した架線の位置に基づき架線の高さ及び偏位を算出する高さ・偏位算出手段と
から構成される
ことを特徴とする。

また、第２の発明に係る画像処理による架線位置測定装置は、第１の発明に係る画像処理による架線位置測定装置において、
前記架線座標補正手段が、前記画像データに基づいて判別分析しきい値及び背景部の分散を求め、当該判別分析しきい値と背景部の分散との平均濃淡値を、新たなステレオ計測用しきい値として架線を検出する架線座標補正処理を行う
ことを特徴とする。

また、第３の発明に係る画像処理による架線位置測定装置は、第１の発明に係る画像処理による架線位置測定装置において、
前記架線座標補正手段が、架線のピーク座標と前記架線の中心座標との距離の分、前記中心座標を基準として前記ピーク座標を反転させた箇所を架線の新たな中心座標とする架線座標補正を行う
ことを特徴とする。

また、第４の発明に係る画像処理による架線位置測定装置は、第１の発明に係る画像処理による架線位置測定装置において、
前記架線座標推定部が、レーザ距離データに基づいて架線幅を推定し、
前記架線座標補正手段が、前記架線座標推定部によって推定した幅になるようにエッジ座標を変更する架線座標補正を行う
ことを特徴とする。

また、第５の発明に係る画像処理による架線位置測定方法は、
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入力された輝度信号を画像データとして出力し、前記画像データに基づいて線条を検出する一方、レーザ距離計から入力された測定値をレーザ距離データとして出力し、前記レーザ距離データに基づいて架線座標を推定し、前記画像データに基づいて検出された線条及び前記レーザ距離データに基づいて推定された架線座標に基づき前記画像データ中の架線を検出し、前記画像データから検出した架線の座標に基づき架線の位置を算出し、前記架線の位置に基づき架線の高さ及び偏位を算出する画像処理による架線位置測定方法であって、
前記画像データ中の架線を検出した後に、
前記画像データ中から検出した架線座標に基づき前記架線の左右のエッジ座標及びピーク座標を取得し、
前記架線の左右のエッジ座標に基づいて架線の幅を算出し、
前記架線の幅の中心の座標を算出し、
前記中心の座標と前記ピーク座標とが異なる、又は、前記ピーク座標から前記左右のエッジ座標までの輝度合計が異なる、又は、前記ピーク座標から前記左右のエッジ座標までの距離が異なる場合に、前記架線座標を補正し、
その後、前記処理パラメータ及び補正された前記架線座標に基づき架線位置データを算出する
ようにしたことを特徴とする。

また、第６の発明に係る画像処理による架線位置測定方法は、第５の発明に係る画像処理による架線位置測定方法において、
前記画像データに基づいて判別分析しきい値及び背景部の分散を求め、当該判別分析しきい値と背景部の分散との平均濃淡値を新たなステレオ計測用しきい値として架線を検出することにより前記架線座標を補正する
ことを特徴とする。

また、第７の発明に係る画像処理による架線位置測定方法は、第５の発明に係る画像処理による架線位置測定方法において、
架線のピーク座標と前記架線の中心座標との距離の分、前記中心座標を基準として前記ピーク座標を反転させた箇所を架線の新たな中心座標とすることにより前記架線座標を補正する
ことを特徴とする。

また、第８の発明に係る画像処理による架線位置測定方法は、第５の発明に係る画像処理による架線位置測定方法において、
レーザ距離データから架線の幅を推定し、推定した幅になるようにエッジ座標を変更することにより前記架線座標を補正する
ことを特徴とする。

上述した本発明に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法によれば、照明の影響によらず、照明の影響を受けやすい、偏位方向に距離がある渡り線のような側線においても、ステレオ計測による架線の位置測定の精度を、照明の影響を受けない状態と同等の精度に維持することができる。また、本線のみを計測対象とした場合、ステレオ計測の精度を従来に比較してより向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置の全体構成図である。本発明の一実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置の架線位置測定部の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置によるステレオ計測の流れを示すフローチャートである。ラインセンサカメラによる撮像領域の一例を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置による架線座標データの補正例を示す説明図である。本発明の実施例１に係る画像処理による架線位置測定装置の架線位置測定部の構成を示すブロック図である。本発明の実施例１に係る画像処理による架線位置測定装置によるステレオ計測用しきい値補正処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施例１におけるステレオ計測用しきい値の補正例を示す説明図である。本発明の実施例１における架線座標データの補正例を示す説明図である。本発明の実施例２に係る画像処理による架線位置測定装置の架線位置測定部の構成を示すブロック図である。本発明の実施例２に係る画像処理による架線位置測定装置によるピーク反転補正処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施例２における架線座標データの補正例を示す説明図である。本発明の実施例３に係る画像処理による架線位置測定装置の架線位置測定部の構成を示すブロック図である。本発明の実施例３に係る画像処理による架線位置測定装置による幅推定補正処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施例３における架線座標データの補正例を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法の詳細を説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置は、車両１の屋根上に設置された第１，第２のラインセンサカメラ２Ａ，２Ｂ（以下、総称する場合は「ラインセンサカメラ２」という）、一台のレーザ距離計３、及び二台の照明装置４Ａ，４Ｂ（以下、総称する場合は「照明装置４」という）と、車両１の内部に設置された架線位置測定部５とを備えている。

ラインセンサカメラ２Ａ，２Ｂはそれぞれ車両１の幅方向（進行方向に直交する方向）の中心を挟んで配置され、それぞれ車両１の上方かつ幅方向の中心側を撮像するようにその向きを設定されている。また、レーザ距離計３はラインセンサカメラ２Ａ，２Ｂ間に配置され、車両１の真上かつ幅方向にレーザ光線を照射して被対象物までの距離を計測するようにその向きを設定されている。照明装置４Ａ，４Ｂはそれぞれラインセンサカメラ２Ａとレーザ距離計３との間、レーザ距離計３とラインセンサカメラ２Ｂとの間に設置され、車両１の真上を照らすようにその向きを設定されている。なお、照明装置４Ａ，４Ｂとしては、例えばＬＥＤ照明を用いることができる。架線位置測定部５は、画像録画部５Ａと画像処理部５Ｂとから構成されている。

そして、図２に示すように、画像処理部５Ｂは、画像入力部５ａ、レーザ入力部５ｂ、処理設定部５ｃ、線条検出部５ｄ、架線座標推定部５ｅ、架線検出部５ｆ、架線座標補正部５ｇ、ステレオ計測部５ｈ、高さ・偏位算出部５ｉ、及び記憶部５ｊを備えている。

画像入力部５ａはラインセンサカメラ２Ａ，２Ｂから画像録画部５Ａを経て入力された輝度信号を画像データとして出力する。
レーザ入力部５ｂはレーザ距離計３から入力された測定値をレーザ距離データとして出力する。
処理設定部５ｃはラインセンサカメラ２Ａ，２Ｂの外部パラメータであるカメラ座標や角度、焦点距離等を設定し、これを処理パラメータとして出力する。
線条検出部５ｄは前記画像データ中から線条を検出し線条データとして出力する。

架線座標推定部５ｅは前記処理パラメータ及び前記レーザ距離データに基づいて架線座標を推定し架線座標推定データとして出力する。
架線検出部５ｆは前記線条データ及び前記架線座標推定データに基づき架線を検出し架線座標データとして出力する。
架線座標補正部５ｇは前記架線座標データに基づき架線座標を補正し架線座標データとして出力する。

ステレオ計測部５ｈは前記処理パラメータ及び前記架線座標データに基づきステレオ計測を行って架線位置を算出し架線位置データとして出力する。
高さ・偏位算出部５ｉは前記架線位置データに基づき架線の高さ及び偏位を算出し高さ・偏位データとして出力する。
記憶部５ｊは上述した画像データ、レーザ距離データ、処理パラメータ、線条データ、架線座標推定データ、架線座標データ、架線位置データ及び高さ・偏位データを記憶する。

このように構成される本実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置においては、ラインセンサ画像の画像処理値とレーザ距離計の測定値とを用いてトロリ線など線条の架線の位置を測定する際に、架線検出処理後に架線座標補正処理を行い、照明位置の影響による架線座標検出精度誤差を補正することにより、架線位置測定の精度を向上させる点を特徴とする。

以下、図３ないし図５を用いて本実施形態に係る画像処理による架線位置測定方法について具体的に説明する。

図３に示すように、本実施形態に係る画像処理による架線位置測定方法では、まず、ラインセンサカメラ２により取得された画像信号は、画像入力部５ａにて時系列に並べられラインセンサ画像（画像データ）として記憶部５ｊへ保存される（ステップＰ１）。

次いで、ラインセンサ画像は記憶部５ｊを経て線条検出部５ｄヘ送られ、線条検出部５ｄにて線条検出処理が行われる（ステップＰ２）。線条検出処理により検出された線条データは記憶部５ｊに保存される。

また、上述したステップＰ１，Ｐ２と平行して、レーザ距離計３により取得されたデータがレーザ入力部５ｂによりレーザ距離データとして記憶部５ｊへ保存され（ステップＰ３）、レーザ距離データは処理設定部５ｃにおいて設定された処理パラメータとともに記憶部５ｊを経て架線座標推定部５ｅへ送られ、架線座標推定部５ｅにて架線座標推定処理が行われる（ステップＰ４）。架線座標推定処理により推定された架線座標推定データは記憶部５ｊに保存される。

次いで、記憶部５ｊを経て線条データと架線座標推定データとが架線検出部５ｆへ送られると、架線検出部５ｆにおいて線条座標とレーザ距離データから推定した架線位置との比較が行われ（ステップＰ５）、位置座標が一致する類似した画像上の線条のみが架線として検出される（ステップＰ６）。検出された架線座標データは、記憶部に保存される。なお、位置座標が一致しない線条はノイズとして除去される（ステップＰ７）。

以上のステップＰ１からステップＰ７の処理をラインセンサカメラ２の台数分（本実施形態では二台分）行う。

次いで、架線検出部５ｆから架線座標補正部５ｇへ架線座標データが送られると、架線座標補正部５ｇにおいて架線座標補正処理が行われる（ステップＰ８）。ここで、本実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置においては、ラインセンサカメラ２Ａ，２Ｂを車両１の幅方向にその中心を挟んで配置しているため、架線の偏位方向の位置によっては照明位置の影響を受けラインセンサカメラ２Ａ，２Ｂによって撮像した架線の濃淡値分布にムラが生じる場合がある。

例えば、図４に示すように、ラインセンサカメラ２Ａ，２Ｂはそれぞれ図４に示す領域Ａ３，Ａ４においては照明位置の影響（濃淡値分布の偏り）によるムラが生じにくい一方、それ以外の領域では照明位置の影響によるムラが生じる場合がある。なお、図４中破線で囲んで示す領域Ａは、本実施形態における架線計測領域の一例を示している。

図５にラインセンサ画像の一例を示す。図５（ａ）は照明の影響によるムラが発生した状態のラインセンサ画像、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すラインセンサ画像の濃淡値とピクセル座標との関係を示す説明図、図５（ｃ）は通常（照明の影響によるムラが無い）状態のラインセンサ画像、図５（ｄ）は図５（ｃ）に示すラインセンサ画像の濃淡値とピクセル座標との関係を示す説明図である。

図５（ｂ）に示すように、照明位置の影響によりムラが生じると、実際の架線の位置と架線検出部５ｆにおいて検出された架線座標データとで偏位方向でずれが生じる場合がある。そこで、本実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置においては、架線座標補正部５ｇにおいてこの架線座標データのずれを補正する処理を行う。

具体的には、図５（ｂ）に示すように、実際の架線の中心位置がＸ_Cであるのに対し、架線検出部５ｆにおいて検出された架線座標データでは架線の中心が中心位置Ｘ_C’として検出された場合に、架線座標補正部５ｇにおいて架線の中心位置がＸ_Cに近似するように架線座標補正処理を行う。なお、この架線座標補正処理については後述する実施例において詳細に説明する。

次いで、架線座標補正処理により照明位置の影響による架線座標の誤差を補正された架線座標データが、記憶部５ｊを経て処理パラメータとともにステレオ計測部５ｈへ送られると、補正された架線座標データに基づきステレオ計測部５ｈにてステレオ計測処理が行われる（ステップＰ９）。その後、ステレオ計測処理により得られた架線位置データが、高さ・偏位算出部５ｉへ送られると、高さ・偏位算出部５ｉにて対象架線の高さ及び偏位が算出される（ステップＰ１０）。算出された高さ・偏位データは記憶部５ｊに保存される。

ここで、上述したステップＰ１〜Ｐ７及びステップＰ９〜ステップＰ１０の処理については、上記特許文献１等における処理と同様であり、詳しい説明は省略する。

このように構成される本実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置によれば、ラインセンサカメラ２及び照明装置４の配置に制限がある中で、ラインセンサ画像の画像処理値とレーザ距離計３の測定値とを用いて、トロリ線６など線条の位置を測定する際に、照明装置４の位置の影響による架線エッジ座標検出精度の誤差を架線検出処理後に架線エッジ座標補正処理を行うことにより補正し、わたり線のような側線であってもその架線位置測定の精度を向上させることができる。更に、本線の位置測定についても従来に比較してより高精度に位置の測定を行うことができる。

以下、図６ないし図９を用いて本発明に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法の第１の実施例について詳しく説明する。

本実施例は、図１ないし図５に示し上述した架線座標補正部５ｇにおける処理として、ステレオ計測用しきい値補正による架線座標補正処理を行うものである。その他の構成については上述した実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法と同様であり、以下、重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

図６ないし図９に示すように、本実施例に係る画像処理による架線位置測定装置においては、架線座標補正部５ｇ−１において、上述した特許文献１の架線検出に使用していた判別分析法（非特許文献１参照）のしきい値（以下、判別分析しきい値という）ｔと背景部の分散２σとから求めた平均濃淡値ｔ_newを、判別分析しきい値ｔよりも低い新たに求めたステレオ計測用のしきい値（以下、ステレオ計測用しきい値という）とするステレオ計測用しきい値補正を行うことを特徴とする。

以下、図７を用いて本実施例に係る画像処理による架線位置測定装置の架線座標補正部５ｇ−１におけるステレオ計測用しきい値補正の流れを説明する。図７に示すように、本実施例に係る画像処理による架線位置測定装置の架線座標補正部５ｇ−１により架線座標補正処理を行う際には、まず、架線座標推定部５ｅにてレーザ距離データから算出された架線座標推定データと、架線検出部５ｆにて線条データ及び架線座標推定データに基づき算出された架線座標データとから、架線の左右のエッジ座標及びピーク座標を取得する（ステップＰ１１）。さらに、ステップＰ１１で求めた架線の左右のエッジ座標に基づいて架線幅の算出（ステップＰ１２）、架線中心座標（前記左右のエッジ座標の中心の座標）の算出（ステップＰ１３）を行う。

次いで、画像データから照明位置の影響を受けムラが生じた架線を探索する。探索方法は、架線の輝度分布、左右エッジ座標、中心座標、輝度のピーク座標を用いて下記の３つの条件で行う（ステップＰ１４）。
（a）中心座標とピーク座標とが等しいか否か。
（b）ピーク座標から左右エッジ座標までの輝度合計が等しいか否か。
（c）ピーク座標から左右エッジ座標までの距離が等しいか否か。

ステップＰ１４において上記条件（a）〜（c）のうちいずれかひとつの条件が偽の場合（ＮＯ）は、図９（ａ）に示すように照明位置による影響を受けムラが生じたと判定し、架線座標補正処理として、ステレオ計測用しきい値補正処理を行う（ステップＰ１５）。

ここで、ステレオ計測用しきい値補正処理とは、図８に示すように、上記特許文献１等で架線検出に使用していた判別分析しきい値ｔに代えて、判別分析しきい値ｔよりも低いステレオ計測用しきい値ｔ_newを採用することによって、図９に示すように架線中心座標Ｘ'_Cを補正後の中心座標Ｘ'_Cnewに変更する処理である。

具体的には、まず、図８に示すようにラインセンサ画像中の背景と架線をクラス分けするため、背景部の画素数ω₁及び平均値ｍ₁、架線部の画素数ω₂及び平均値ｍ₂を用いて、判別分析法により下記の（１）式が最大となる値を判別分析しきい値ｔとして算出する（上記非特許文献１等参照）。

次に背景部の分散２σ₁を求めて、この背景部の分散２σ₁としきい値ｔとの平均濃淡値ｔ_newを、判別分析しきい値ｔよりも低い新たなステレオ計測用しきい値とする。

次いで、架線再検出処理として、ステレオ計測用しきい値ｔ_newに基づいて図９（ａ）に示すようにエッジ座標を再検出する（ステップＰ１６）。その結果、左右のエッジ座標はそれぞれＸ'_L及びＸ'_RからＸ'_Lnew及びＸ'_Rnewに変更され、補正前の架線中心座標Ｘ'_Cは補正後の中心座標Ｘ'_Cnewに補正される。

図９（ａ）に示すように、補正後の中心座標Ｘ'_Cnewは、図９（ｂ）に示す照明位置による影響を受けていない通常時の架線座標Ｘ_Cと近似しており、ステレオ計測用しきい値補正処理により架線のエッジ座標が良好に補正されたことがわかる。

一方、ステップＰ１４で条件（a）〜（c）全てが真の場合（ＹＥＳ）は、図９（ｂ）に示すように照明位置による影響を受けていないと判定して架線検出部５ｆにて検出した架線座標データを正しい値であるとみなして（ステップＰ１７）、架線座標補正を終了する。

このように構成される本実施例に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法によれば、ステレオ計測用しきい値補正処理を行うことにより、照明の影響を受けている場合であっても、架線座標データを照明の影響を受けない状態と近似したデータに補正することができる。そのため、ステレオ計測の精度を、照明の影響を受けやすい、偏位方向に距離がある渡り線のような側線においても、照明の影響を受けない状態と同等の精度を維持できる。また、本線のみを計測対象とした場合であっても、ステレオ計測の精度を従来に比較して向上させることができる。

以下、図１０ないし図１２を用いて本発明に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法の第２の実施例についてより詳しく説明する。

本実施例は、図１ないし図５に示し上述した実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置の架線座標補正部５ｇにおける処理として、ピーク反転補正による架線座標補正処理を行うものである。その他の構成については上述した実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法と同様であり、以下、重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

図１０ないし図１２に示すように、本実施例に係る画像処理による架線位置測定装置においては、架線座標補正部５ｇ−２において、架線のピーク座標と中心座標の距離の分、中心座標を基準に反転させた箇所を架線の中心座標とするピーク反転補正を行うことを特徴とする。

以下、図１１を用いて本実施例に係る画像処理による架線位置測定装置の架線座標補正部５ｇ−２におけるピーク反転補正の流れを説明する。まず、図１１に示すステップＰ２１〜ステップＰ２４、ステップＰ２６〜ステップＰ２７の処理は図７に示し上述した実施例１に係る画像処理による架線位置測定装置のステレオ計測用しきい値補正におけるステップＰ１１〜ステップＰ１４、ステップＰ１６〜ステップＰ１７の処理と同様であり、ここでの詳しい説明は省略する。

本実施例では、ステップＰ２４において条件（a）〜（c）のうちいずれかひとつの条件が偽の場合（ＮＯ）は、図１２（ａ）に示すように照明位置による影響を受けムラが生じたと判定し、架線座標補正処理として、ピーク反転補正処理を行う（ステップＰ２５）。

ここで、ピーク反転補正処理とは、架線のピーク座標と中心座標の距離の分、中心座標を基準に反転させた箇所を架線の中心座標（補正後の中心座標）とする処理である。
具体的には、図１２（ａ）に示すように、まず、ピーク座標Ｘ_Pと判別分析しきい値ｔに基づく中心座標Ｘ'_Cとを求め、中心座標Ｘ'_Cを基準としてピーク座標Ｘ_Pを反転させた位置を補正後の中心座標Ｘ'_Cnewとする。すなわち、ピーク座標Ｘ_Pと中心座標Ｘ'_Cとの距離をｄとすると、中心座標Ｘ'_Cを挟みピーク座標Ｘ_Pとは反対側かつ中心座標Ｘ'_Cから距離ｄだけ離れた位置を、補正後の中心座標Ｘ'_Cnewとする。その結果、補正前の架線中心座標Ｘ'_Cは補正後の中心座標Ｘ'_Cnewに補正される。

図１２（ａ）に示すように、補正後の中心座標Ｘ'_Cnewは、図１２（ｂ）に示す照明位置による影響を受けていない通常時の架線座標Ｘ_Cと近似しており、ピーク反転補正処理により架線のエッジ座標が良好に補正されたことがわかる。

このように構成される本実施例に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法によれば、架線中心座標を基準にピーク座標を反転させた地点を架線の中心座標とすることによって、架線中心座標Ｘ'_Cが補正後の中心座標Ｘ'_Cnewに変更され、照明の影響を受けていない状態の架線座標Ｘ_Cと近似し、ステレオ計測の精度向上効果がある。
よって、ピーク反転補正により、照明の影響を受けていない通常時の場合と近似した架線座標に補正され、ステレオ計測の精度が向上する。

以下、図１３ないし図１５を用いて本発明に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法の第４の実施例についてより詳しく説明する。

本実施例は、図１ないし図５に示し上述した実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置の架線座標推定部５ｅにおける処理として、レーザ距離データから架線幅を推定する処理を追加するとともに、架線座標補正部５ｇにおける処理として、幅推定補正による架線座標補正処理を補正する処理を行うものである。その他の構成については上述した実施形態に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法と同様であり、以下、重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

図１３ないし図１５に示すように、本実施例に係る画像処理による架線位置測定装置においては、架線座標推定部５ｅによりレーザ距離データに基づいて架線幅を推定し、架線座標補正部５ｇ−３によりその推定値の幅になるようにエッジ座標を変更する幅推定補正を行うことを特徴とする。

以下、図１４を用いて本実施例に係る画像処理による架線位置測定装置の架線座標補正部５ｇ−３における傾斜補正の流れを説明する。まず、図１４に示すステップＰ３１〜ステップＰ３４、ステップＰ３９〜ステップＰ４０の処理は図７に示し上述した実施例１に係る画像処理による架線位置測定装置のステレオ計測用しきい値補正におけるステップＰ１１〜ステップＰ１４、ステップＰ１６〜ステップＰ１７の処理と同様であり、ここでの詳しい説明は省略する。

本実施例においては、ステップＰ３１〜Ｐ３４の処理と並行して、記憶部５ｊからレーザ距離データを入力し（ステップＰ３５）、図１５（ａ）に示すように、入力されたレーザ距離データより、架線位置を推定し（ステップＰ３６）、架線の推定幅（以下、架線推定幅という）Ｄを求める（ステップＰ３７）。求めた架線推定幅は、架線幅推定データとして記憶部５ｊに保存される。

そして、ステップＰ４４において条件（a）〜（c）のうちいずれかひとつの条件が偽の場合（ＮＯ）は、図１５（ａ）に示すように照明位置による影響を受けムラが生じたと判定し、架線座標補正処理として、幅推定補正処理を行う（ステップＰ３８）。

ここで、幅推定補正処理とは、レーザ距離データに基づいて推定した架線推定幅Ｄを用いて、この架線推定幅Ｄとなるようにエッジ座標を変更する処理である。
より具体的には、図１５（ａ）に示すように、左右のエッジ座標を、ステップＰ３７で求めた架線推定幅ＤとなるようにＸ'_L及びＸ'_RからＸ'_Lnew及びＸ'_Rnewに変更し、新しいエッジ座標Ｘ'_Lnew及びＸ'_Rnewにより求めた中心座標を補正後の中心座標Ｘ'_Cnewとする。

その結果、補正前の架線中心座標Ｘ'_Cは補正後の中心座標Ｘ'_Cnewに補正される。図１５（ａ）に示すように、補正後の中心座標Ｘ'_Cnewは、図１５（ｂ）に示す照明位置による影響を受けていない通常時の架線座標Ｘ_Cと近似しており、幅推定補正処理により架線のエッジ座標が良好に補正されたことがわかる。

このように構成される本実施例に係る画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法によれば、レーザ距離データから架線幅を推定し、その推定値になるようにすることによって、架線中心座標Ｘ'_Cが補正後の中心座標Ｘ'_Cnewに変更され、照明の影響を受けていない状態の架線座標Ｘ_Cと近似し、ステレオ計測の精度向上効果がある。
よって、幅推定補正により、照明の影響を受けていない通常時の場合と近似した架線座標に補正され、ステレオ計測の精度が向上する。

本発明は、画像処理による架線位置測定装置及び架線位置測定方法に適用して好適なものである。

１車両
２Ａ，２Ｂラインセンサカメラ
３レーザ距離計
４Ａ，４Ｂ照明装置
５架線位置測定部
５Ａ画像録画部
５Ｂ画像処理部
５ａ画像入力部
５ｂレーザ入力部
５ｃ処理設定部
５ｄ線条検出部
５ｅ架線座標推定部
５ｆ架線検出部
５ｇ，５ｇ−１〜５ｇ−３架線座標補正部
５ｈステレオ計測部
５ｉ高さ・偏位算出部
５ｊ記憶部
６トロリ線

Claims

車両の屋根上に枕木方向においてそれぞれ離間して設置され架線を撮影する第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の照明を行う照明装置と、
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から入力された画像データ及び前記レーザ距離計から入力された距離データに基づき前記架線の高さ及び偏位を演算する画像処理部と
を備えた画像処理による架線位置測定装置において、
前記画像処理部が、
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から入力された輝度信号を画像データとして出力する画像入力手段と、
前記レーザ距離計から入力された測定値をレーザ距離データとして出力するレーザ入力手段と、
処理パラメータの設定を行う処理設定手段と、
前記画像データに基づいて線条を検出する線条検出手段と、
前記処理パラメータ及び前記レーザ距離データに基づいて架線座標を推定する架線座標推定手段と、
前記線条検出手段により検出した線条及び前記架線座標推定手段により推定した架線座標に基づき前記画像データから架線を検出する架線検出手段と、
前記線条検出手段により検出した線条及び前記架線検出手段により検出した架線の座標に基づき架線座標の補正を行う架線座標補正手段と、
前記処理パラメータ及び前記架線座標補正手段により補正した架線座標に基づき架線の位置を算出するステレオ計測手段と、
前記ステレオ計測手段により算出した架線の位置に基づき架線の高さ及び偏位を算出する高さ・偏位算出手段と
から構成される
ことを特徴とする画像処理による架線位置測定装置。
前記架線座標補正手段が、前記画像データに基づいて判別分析しきい値及び背景部の分散を求め、当該判別分析しきい値と背景部の分散との平均濃淡値を、新たなステレオ計測用しきい値として架線を検出する架線座標補正処理を行う
ことを特徴とする請求項１記載の画像処理による架線位置測定装置。
前記架線座標補正手段が、架線のピーク座標と前記架線の中心座標との距離の分、前記中心座標を基準として前記ピーク座標を反転させた箇所を架線の新たな中心座標とする架線座標補正を行う
ことを特徴とする請求項１記載の画像処理による架線位置測定装置。
前記架線座標推定部が、レーザ距離データに基づいて架線幅を推定し、
前記架線座標補正手段が、前記架線座標推定部によって推定した幅になるようにエッジ座標を変更する架線座標補正を行う
ことを特徴とする請求項１記載の画像処理による架線位置測定装置。
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入力された輝度信号を画像データとして出力し、前記画像データに基づいて線条を検出する一方、レーザ距離計から入力された測定値をレーザ距離データとして出力し、前記レーザ距離データに基づいて架線座標を推定し、前記画像データに基づいて検出された線条及び前記レーザ距離データに基づいて推定された架線座標に基づき前記画像データ中の架線を検出し、前記画像データから検出した架線の座標に基づき架線の位置を算出し、前記架線の位置に基づき架線の高さ及び偏位を算出する画像処理による架線位置測定方法であって、
前記画像データ中の架線を検出した後に、
前記画像データ中から検出した架線座標に基づき前記架線の左右のエッジ座標及びピーク座標を取得し、
前記架線の左右のエッジ座標に基づいて架線の幅を算出し、
前記架線の幅の中心の座標を算出し、
前記中心の座標と前記ピーク座標とが異なる、又は、前記ピーク座標から前記左右のエッジ座標までの輝度合計が異なる、又は、前記ピーク座標から前記左右のエッジ座標までの距離が異なる場合に、前記架線座標を補正し、
その後、前記処理パラメータ及び補正された前記架線座標に基づき架線位置データを算出する
ようにしたことを特徴とする架線位置測定方法。
前記画像データに基づいて判別分析しきい値及び背景部の分散を求め、当該判別分析しきい値と背景部の分散との平均濃淡値を新たなステレオ計測用しきい値として架線を検出することにより前記架線座標を補正する
ことを特徴とする請求項５記載の画像処理による架線位置測定方法。
架線のピーク座標と前記架線の中心座標との距離の分、前記中心座標を基準として前記ピーク座標を反転させた箇所を架線の新たな中心座標とすることにより前記架線座標を補正する
ことを特徴とする請求項５記載の画像処理による架線位置測定方法。
レーザ距離データから架線の幅を推定し、推定した幅になるようにエッジ座標を変更することにより前記架線座標を補正する
ことを特徴とする請求項５記載の画像処理による架線位置測定方法。