JP2016191650A - 計測システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】線路203上を走行する車両202に設置されたパンタグラフ201のすり板402,403を撮影して視差を有する複数の撮像画像を取得する撮像部101と、すり板402,403を照明する照明部102と、撮影画像からすり板402,403の摩耗量を計測する画像処理部104と、を備え、すり板402,403は、線路方向207に並んで複数列に配置され、撮像部101と照明部102は、線路203の側方に当該線路203に対して同じ側に設置され、照明部102は、すり板402,403を上方から照明し、撮像部101は、当該撮像部101と照明部102との間に設定されている撮影領域205内ですり板402,403を上方から撮影するように構成した。
【選択図】図3
Description
特許文献1には、カメラですり板側面を撮影することで撮影画像からすり板の厚みを計測する技術が開示されている。特許文献1では、すり板の斜め上方からすり板側面に照明光を当て、当該照明光のすり板側面による正反射方向に設置されたカメラで、すり板側面を斜め下方から撮影し、その撮影画像から厚みを計測する。
線路上を走行する鉄道車両に設置されたパンタグラフのすり板を撮影して、視差を有する複数の撮像画像を取得する撮像手段と、
前記すり板を照明する照明手段と、
前記撮影画像から前記すり板の摩耗量を計測する画像処理手段と、を備え、
前記すり板は、前記線路の敷設方向に並んで複数列に配置され、
前記撮像手段と前記照明手段は、前記線路の側方に当該線路に対して同じ側に設置され、
前記照明手段は、前記すり板を上方から照明し、
前記撮像手段は、当該撮像手段と前記照明手段との間に設定されている撮影領域内で前記すり板を上方から撮影するように構成されている。
また、撮像手段と照明手段を線路の側方に当該線路に対して同じ側に設置するとともに、撮像手段と照明手段との間に設定されている撮影領域内ですり板を撮影することで、すり板の上面と側面のコントラストが大きくなるので、計測誤差を低減できるとともに、すり板が濡れていても、乱反射の影響を低減でき、雨天時であっても計測精度向上が可能である。
また、1つの撮像手段および1つの照明手段を用いた1回の撮影で各すり板の両側の厚みが計測可能であるため、複数列に配置されたすり板の内側の厚みも計測できることや、両側を計測するために撮影方向を変える必要がなく、システムの複雑化が低減できる。
また、線路脇から計測可能であるため、線路を跨ぐように設置する必要がなく、設置コストを低減できるとともに、システムのメンテナンスを線路の使用中(架線通電中や、車両運行中など)でも行うことができる。
前記照明手段の前記すり板の上面に対する照明角度は、前記撮像手段の前記すり板の上面に対する撮影角度より大きいように構成することが可能である。
このように構成することによって、良好に計測できる範囲を拡大することができる。
図1は、本発明の一実施形態における計測システム100の一構成例を示す機能ブロック図である。
図2は、計測システム100が備える画像処理部104の一構成例を示す機能ブロック図である。
図3は、パンタグラフ201を車両屋根上に搭載した車両202が、線路203の上を、進行方向204に向かって移動している様子を示す図である。
図4は、計測システム100を進行方向204から車両202に正対して見た概要を示す図であって、パンタグラフ201と撮像部101の高さ方向(垂直方向)の位置関係を示す図である。
本実施形態における計測システム100は、撮像部101と、照明部102と、制御部103と、画像処理部104と、記録部105と、表示部106と、を有し、パンタグラフ201のすり板402,403を計測対象として、すり板摩耗量を計測する。
すなわち、撮像部101が、線路203上を走行する鉄道車両(車両202)に設置されたパンタグラフ201のすり板402,403を撮影して、視差を有する複数の撮像画像(画像a,b)を取得する撮像手段をなす。
すなわち、照明部102が、すり板402,403を照明する照明手段をなす。
すなわち、画像処理部104が、撮影画像からすり板402,403の摩耗量を計測する画像処理手段をなす。
図2に示すように、画像処理部104は、計測領域検出部111と、3次元位置情報算出部112と、カメラパラメータ取得部113と、摩耗量算出部114と、を有している。
舟体領域の検出は、あらかじめ登録された舟体画像とマッチングするなどの方法を用いて実現できる。また、すり板402,403のエッジ領域は、例えば、検出した舟体領域の所定箇所でエッジ強度を算出することで検出することができる。
さらに、摩耗量算出部114は、すり板エッジの3次元位置情報を用いて、すり板402,403に欠け(欠損)などの異常が発生していないかの検出を行う。
なお、表示部106は、例えば光源等で構成され、点灯・点滅の仕方によって検査結果を通知したり、検査結果に問題ない場合は青を表示、問題ある場合は赤を表示といったように発光色によって検査結果を通知したりするものでもよい。
ここで、線路203の設置された方向を線路方向207とし、線路方向207に垂直な方向を枕木方向208とする。
例えば、同じ撮影距離でもレンズ焦点距離が大きいほど画角が狭くなるため、すり板402,403が画角に収まるレンズ焦点距離とする。また、画角に収まる場合でも、画角に対してすり板402,403の占める領域が小さすぎるようなレンズ焦点距離の場合には、撮影画像ですり板402,403領域の画素数が少なくなり、計測時の分解能が低下することから、計測対象となる領域が画角に対して50%以上の領域を占めるような焦点距離とすることが望ましい。
被写界深度は、被写体にフォーカスを合わせた場合に奥行き方向に対してぼけることなく鮮明に撮影できる領域であり、撮影距離やレンズ焦点距離、F値が影響する。そのため、使用する撮像素子に応じて、すり板402,403が被写界深度内に収まるようなF値を設定する。ただし、F値を上げすぎると撮影時に取り込める光量が低下して暗い撮影画像となるため、周辺光量に合わせて設定する。
なお、パンタグラフ位置検出部209は、パンタグラフ201の位置を検出して撮影タイミングを取得するものに限らず、例えば、車両202の他の部品の位置を検出して撮影タイミングを取得するものであっても構わない。
また、計測システム100がパンタグラフ位置検出部209を備えていても良い。
ここで、撮像部101が備える2つの撮像装置101a,101bのうち、上側に配置された第1撮像装置101aを基準撮像装置として、その光軸305の角度を撮像部101の垂直方向角度とする。
すなわち、すり板402,403は、線路203の敷設方向(線路方向207)に並んで複数列(本実施形態の場合、2列)に配置されている。
第1撮像装置101aで撮影された基準画像(画像a)は、計測領域検出部111に入力される。
計測領域検出部111は、基準画像から、計測対象となるすり板402,403のエッジ領域を検出する。具体的には、計測領域検出部111は、まず、パターンマッチングにより舟体401の位置や傾きを検出し、舟体領域(検出領域)の抽出を行う。次に、抽出した舟体領域に対してエッジ検出処理を行い、舟体401の傾き方向かつ舟体領域に亘るエッジを抽出する。そして、検出した基準画像上のすり板エッジ情報を、3次元位置情報算出部112に出力する。
3次元位置情報算出部112は、撮像部101によって撮影された視差を有する2つの画像(画像a,b)と、基準画像(画像a)上のすり板エッジ情報と、からすり板エッジの実空間での3次元位置情報を算出する。
Z=(B×f)/(D×P)・・・(1)
X=x×B/D・・・(2)
Y=y×B/D・・・(3)
上記のように特徴点(計測点)の実際の空間上での3次元位置情報を求めることができる。
ここで、すり板402,403の厚みを計測する場合には、基準となる位置(基準位置)が必要になるため、同様にしてあらかじめ設定された被写体上の基準箇所に対して計測領域検出部111で撮影画像から該当領域を検出し、3次元位置情報算出部112によって基準位置の3次元位置情報を算出して出力する。
また、摩耗量算出部114は、すり板エッジの3次元位置情報からすり板402,403のエッジ部に架線206を損傷させるような大きさの欠けなどの欠損がないかを検出してもよい。すり板402,403のエッジ部に発生した欠損は、局所的に大きく変位した箇所を判定することで検出することができる。
そして、このようにして得られた摩耗量や欠損などの情報(検査結果)は、撮影画像と関連付けられて摩耗量算出部114から記録部105にネットワークを介して転送されて、記録部105に保存される。このとき、必要に応じて計測時刻やパンタグラフ情報(例えば、パンタグラフ201が設置されている車両の編成番号や、当該車両におけるパンタグラフ201の設置位置などの、パンタグラフ201を識別するためのパンタ識別情報)などの情報も関連付けて出力してもよい。
記録部105は、表示部106の要求に応じて撮影画像と検査結果(摩耗量計測結果や欠損検出結果)を出力する。そして、撮影画像と検査結果は表示部106によってユーザーに通知される。このように、撮影画像と検査結果をともに表示することで、すり板の摩耗量や欠損の確認だけではなく、すり板がどのような状態であるのかも目視で確認することができる。
前述したように、撮影画像からすり板摩耗量の計測を行うが、夜間や曇天時などでは照度不足により撮影画像が暗くなるため、照明部102によって計測領域を照射する必要がある。照明部102は、車両の通過に合わせて点灯するよう、制御部103によって制御される。照明部102が照明する範囲(照明範囲)は、撮影領域205に適した範囲が望ましい。照明範囲が広い場合には、必要な照度を満たすための電力が必要なことや、周辺へ光が漏れることによる弊害が生じるためである。また、点灯のタイミングは、車両が撮影範囲(撮影領域205)を通過する前に点灯し、車両が撮影範囲を通過した後に消灯しても良いし、パンタグラフ201の撮影の瞬間だけ瞬時点灯しても良い。
このとき、照明部102を固定する架台304は、線路203の建築限界外に設置され、線路203を跨ぐような構成にせず、照明部102によって線路203の側面から照明光を照射する構成が望ましい。これは、車両の運行中でも、照明部102のメンテナンス等を行うことができるようにするためである。
また、すり板403の後方の背景領域417は、照明光を反射する物体がないため、すり板上面413に対して暗く撮影される。そのため、すり板上面413と背景領域417では輝度差が大きくなり、すり板エッジ407も精度良く検出することができる。
このように、すり板402,403の後方から照明光が照射されるように照明部102を配置することで、すり板エッジの検出精度を向上させることができる。
図7は、照明部102の水平方向の設置位置に関する概要を示す図である。すり板402,403の斜め後方から照明光を照射する場合には、線路203に対して撮像部101と同じ側となる領域501から照射する方法と反対側となる領域502から照射する方法がある。この時の照明部102の設置箇所候補を、それぞれ照明位置503および照明位置504とする。照明位置503からすり板402,403に向けて照射した場合の照明光の照射方向を照射方向505とし、すり板上面に対する正反射方向を正反射方向506とする。また、照明位置504からすり板402,403に向けて照射した場合の照明光の照射方向を照射方向507とし、すり板上面に対する正反射方向を正反射方向508とする。
図8は、架線206付近の舟体401およびすり板402,403の概要を示す図である。
図8(a)には、照明位置504から照明光を照射した場合の様子を示しており、照射方向507からの照明光により、すり板上面412,413には架線206の影602,603が撮像部101側に生じている。よって、架線206による影602,603と、すり板側面414,415および舟体401の上面416とはともに暗く撮影され、境界での輝度勾配は小さく、エッジ検出精度が低下する。また、すり板403の奥側の背景領域も反射物がないため暗く撮影され、同様に影603との境界での輝度勾配小さく、エッジ検出精度が低下する。そのため、すり板エッジ404,405,406,407に対して架線206の影602,603にかかる領域では、エッジの検出精度が低下し、計測精度も同様に低下する。
したがって、雨などの天候に関わらず良好に計測することが可能である。また、線路脇から奥行き方向に斜めに配置された場合でも計測可能であるため、装置を線路脇に設置でき、設置コストの低減や車両運行中のメンテナンスが可能となる。また、同時に複数のすり板の摩耗量を計測することができ、設置個所の制約が低減できる。
本実施形態における計測システムの構成は、実施形態1と同様であるため、共通する各部の詳細な説明は省略する。
本実施形態の計測システム100では、照明部102を線路方向207に対して撮像部101と照明部102との間に撮影領域205が位置される配置とし、かつ、線路203に対して撮像部101と同じ側となる配置とした場合に、照明部102の垂直方向の照射角度を撮像部101の垂直方向の撮影角度より大きくする。
撮像部101は、すり板402(およびすり板403)の上面を基準に架線206に対して撮影角度701で撮影する。この時、照明部102は、すり板402(およびすり板403)の上面を基準に架線206に対して照明角度702または照明角度703で照明する。照明角度702は撮影角度701より小さく、照明角度703は撮影角度701より大きいものとする。
線分711は撮影角度701で設置された撮像部101から、架線206の直径714に外接する線分を示しており、架線206で遮蔽されるオクルージョン領域715が撮影されない。また、線分712は照明角度702で設置された照明部102から照射された場合の光線を示し、すり板402上面の領域716が架線206による影となる。また、線分713は照明角度703で設置された照明部102から照射された場合の光線を示し、すり板402上面の領域718が架線206による影となる。
照明角度702の場合は、影となる領域716がオクルージョン領域715より広いため、2つの差分領域717では影となって撮影される。前述したように影の領域ではすり板上面と側面との輝度差が小さく、エッジ検出精度が低下するため、計測精度も低下する。
一方、照明角度703の場合は、影となる領域718がオクルージョン領域715より狭いため、撮影画像にはすり板上面に架線206の影が撮影されない。
このように、垂直方向の撮影角度に対して照明角度を大きく設定することにより、撮影画像では計測精度低下の要因となる架線206の影がすり板上面に発生しない。そのため、良好に計測できる範囲を拡大することができる。
101 撮像部(撮像手段)
102 照明部(照明手段)
104 画像処理部(画像処理手段)
201 パンタグラフ
202 車両(鉄道車両)
203 線路
205 撮影領域
207 線路方向(線路の敷設方向)
402,403 すり板
Claims (2)
- 線路上を走行する鉄道車両に設置されたパンタグラフのすり板を撮影して、視差を有する複数の撮像画像を取得する撮像手段と、
前記すり板を照明する照明手段と、
前記撮影画像から前記すり板の摩耗量を計測する画像処理手段と、を備え、
前記すり板は、前記線路の敷設方向に並んで複数列に配置され、
前記撮像手段と前記照明手段は、前記線路の側方に当該線路に対して同じ側に設置され、
前記照明手段は、前記すり板を上方から照明し、
前記撮像手段は、当該撮像手段と前記照明手段との間に設定されている撮影領域内で前記すり板を上方から撮影することを特徴とする計測システム。 - 前記照明手段の前記すり板の上面に対する照明角度は、前記撮像手段の前記すり板の上面に対する撮影角度より大きいことを特徴とする請求項1に記載の計測システム。
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