JP2018002007A - Obstacle detection system for railway - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道用障害物検知システムに関するものである。 The present invention relates to an obstacle detection system for railways.
鉄道車両など陸上交通の車両では、走行する路面に障害物があることで、重大な事故に繋がるおそれがある。このため、路面の上に障害物があるか否かを早期に検知できれば、このような事故を未然に防ぐことができる。 In land transportation vehicles such as railway vehicles, there are obstacles on the running road surface, which may lead to a serious accident. For this reason, if it can be detected at an early stage whether there is an obstacle on the road surface, such an accident can be prevented in advance.
したがって、従来から、路面の上に障害物があるかを検知する装置が提案されている。例えば、偏光イメージング装置による撮影でマップを作成し、このマップにおいて偏光角度(偏光方向)が一様かつ連続的な箇所を路面として特定し、この路面として特定された箇所に位置する障害物を検出する路面障害物検出装置が、偏光イメージング装置の応用例として提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, conventionally, an apparatus for detecting whether there is an obstacle on the road surface has been proposed. For example, a map is created by photographing with a polarization imaging device, a point where the polarization angle (polarization direction) is uniform and continuous is specified as a road surface on this map, and an obstacle located at the point specified as the road surface is detected. A road surface obstacle detection device has been proposed as an application example of a polarization imaging device (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記特許文献1に記載の路面障害物検出装置は、偏光角度(偏光方向)のみによって路面を特定するので、障害物を検出する信頼性に欠けることになる。このため、路面の上を走行する車両が自動車など、比較的低速で且つ左右への舵切りによる障害物の回避が可能なものであれば、信頼性に欠ける上記特許文献1に記載の路面障害物検出装置であっても、実際に適用することができる。
By the way, since the road surface obstacle detection apparatus described in
しかしながら、鉄道車両のように、高速でレールの上を走行するとともに、舵切りによる障害物の回避が不可能な車両であれば、信頼性に欠ける上記特許文献1に記載の路面障害物検出装置だと、重大な事故に繋がるおそれがあるので、適用することができない。一方で、上記特許文献1に記載の路面障害物検出装置に、信頼性を向上させるための煩雑な演算をさせるようにした場合、このような演算が鉄道車両の速度に追いつかないこともあるので、鉄道車両に適用することができないおそれもある。
However, if the vehicle travels on the rail at a high speed and cannot avoid the obstacle by steering, the road surface obstacle detection device described in
そこで、本発明は、簡素な構成で信頼性を向上させ得る鉄道用障害物検知システムを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the obstruction detection system for railroads which can improve reliability with a simple structure.
上記課題を解決するため、第1の発明に係る鉄道用障害物検知システムは、鉄道車両に搭載されて、当該鉄道車両が走行しようとするレールの上の障害物を検知する鉄道用障害物検知システムであって、
上記鉄道車両の前方における上記レールの画像を撮影する偏光イメージングカメラと、
上記偏光イメージングカメラで撮影された画像の情報に基づき上記レールの上の障害物を検知する情報処理装置とを備え、
上記情報処理装置が、
上記画像の各画素における輝度情報を抽出する輝度情報抽出部と、
上記輝度情報抽出部で抽出された輝度情報に基づき上記各画素の偏光方向および偏光度を算出する偏光情報算出部と、
上記偏光情報算出部で算出された偏光方向および偏光度がそれぞれ所定値範囲内および所定値以上の画素をレールに相当する画素とするレール検出部と、
上記レール検出部でレールに相当するとされた画素に基づきレールの上の障害物を検知する障害物検知部とを具備するものである。
In order to solve the above-described problem, a railroad obstacle detection system according to a first aspect of the present invention is a railroad obstacle detection system that is mounted on a railroad vehicle and detects an obstacle on a rail that the railcar is about to travel. A system,
A polarization imaging camera for taking an image of the rail in front of the railway vehicle;
An information processing device that detects an obstacle on the rail based on information of an image photographed by the polarization imaging camera;
The information processing apparatus is
A luminance information extraction unit for extracting luminance information in each pixel of the image;
A polarization information calculation unit that calculates a polarization direction and a polarization degree of each pixel based on the luminance information extracted by the luminance information extraction unit;
A rail detection unit in which a polarization direction and a polarization degree calculated by the polarization information calculation unit are pixels within a predetermined value range and a predetermined value or more, respectively, and pixels corresponding to the rail;
And an obstacle detection unit that detects an obstacle on the rail based on the pixel that corresponds to the rail in the rail detection unit.
また、第2の発明に係る鉄道用障害物検知システムは、第1の発明に係る鉄道用障害物検知システムにおける障害物検知部が、
レール検出部でレールに相当するとされた画素が非連続であれば、当該レールの上に障害物があると判定する連続性判定部と、
予め取得された上記レールに相当する画素を提供する過去情報提供部と、
上記レール検出部でレールに相当するとされた画素、および上記過去情報提供部から提供されるレールに相当する画素が許容範囲を超えて不一致であれば、上記レールの上に障害物があると判定する過去情報照合部とを有するものである。
The railroad obstacle detection system according to the second invention includes an obstacle detection unit in the railroad obstacle detection system according to the first invention.
A continuity determination unit that determines that there is an obstacle on the rail if the pixel that is supposed to correspond to the rail in the rail detection unit is discontinuous;
A past information providing unit that provides pixels corresponding to the rail acquired in advance;
If the pixel corresponding to the rail in the rail detection unit and the pixel corresponding to the rail provided from the past information providing unit do not match each other beyond an allowable range, it is determined that there is an obstacle on the rail. And a past information matching unit.
さらに、第3の発明に係る鉄道用障害物検知システムは、第1または第2の発明に係る鉄道用障害物検知システムにおける障害物検知部が、レールの上に障害物を検知した場合に、鉄道車両の走行する速度を制御するものである。 Furthermore, the obstacle detection system for railroad according to the third invention is the case where the obstacle detection unit in the railroad obstacle detection system according to the first or second invention detects an obstacle on the rail, It controls the speed at which the railway vehicle travels.
上記鉄道用障害物検知システムによると、偏光方向および偏光度に基づきレールに相当する画素を検出するので、煩雑な演算をすることなくレールに相当する画素が高精度に検出され、その結果、簡素な構成で信頼性を向上させることができる。 According to the above-mentioned obstacle detection system for railroads, pixels corresponding to the rail are detected based on the polarization direction and the degree of polarization, so that the pixels corresponding to the rail are detected with high accuracy without performing complicated calculations. The reliability can be improved with a simple configuration.
以下、本発明の実施の形態に係る鉄道用障害物検知システムについて図面に基づき説明する。
この鉄道用障害物検知システムは、図1に示すように、鉄道車両Tに搭載されて、この鉄道車両Tが走行しようとするレール11(つまり鉄道車両Tの前方のレール11)の上の障害物を検知するものである。
Hereinafter, a railroad obstacle detection system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the obstacle detection system for railway is mounted on a railway vehicle T, and the obstacle on the rail 11 (that is, the
上記鉄道用障害物検知システム1は、上記鉄道車両Tの運転室Cに配置されて当該運転室Cの窓ガラスW越しで前方を撮影する偏光イメージングカメラ2と、この偏光イメージングカメラ2の撮影で得られた画像の情報を処理する情報処理装置3(例えば、ラップトップコンピュータ)と、この情報処理装置3により障害物が検知されると警報を発する警報器4とを備える。
The railway
[偏光イメージングカメラ2]
図2に示すように、上記偏光イメージングカメラ2は、多数の静止画像を連続して(つまり動画を)撮影し得るカメラ本体21と、このカメラ本体21に設けられるCCD撮像素子などの固体撮像素子22と、このCCDイメージセンサを覆う偏光イメージングフィルタ23とを有する。
[Polarized imaging camera 2]
As shown in FIG. 2, the
上記カメラ本体21は、鉄道車両Tの前方における建築限界の領域(当然にレール11も含む)を撮影するように配置される。上記固体撮像素子22は、上記情報処理装置3で輝度情報を抽出し得る画像の撮影が可能であればよいので、モノクロームの画像を撮影し得るもの(例えば白黒CCD撮像素子)で足りる。上記偏光イメージングフィルタ23は、通過する光Lの偏光情報(偏光方向および偏光度)を得るために、透過軸方向7の異なる偏光子6を2行2列で配置してなる偏光子アレイ5を、多数行多数列(図2では一例として3行3列)で配置することにより構成される。これら偏光子アレイ5は、例えば図2に示すように、縦または横で隣接する偏光子6の透過軸方向7が45°異なるようにしてもよく、図示しないが30°または60°など任意の角度で異なるようにしてもよい。偏光子アレイ5をこのように構成するのは、当該偏光子アレイ5の各偏光子6を通過した光Lの各強度に基づいて、上記情報処理装置3でデータフィッティング法などにより、当該光Lの各偏光子アレイ5における偏光方向を得るためである。なお、データフィッティング法に限定されず、フーリエ解析など、偏光方向を得るための方法であれば、何でもよい。
The
[情報処理装置3]
上記情報処理装置3は、概略的に、図1および図3に示すように、上記偏光イメージングカメラ2からの画像の各画素における輝度情報を抽出する輝度情報抽出部30と、上記輝度情報抽出部30で抽出された輝度情報に基づき上記各画素の偏光方向および偏光度を算出する偏光情報算出部31とを具備する。また、上記情報処理装置3は、さらに、上記偏光情報算出部31で算出された偏光方向および偏光度がそれぞれ所定範囲内および所定値以上の画素をレール11に相当する画素とするレール検出部32と、上記レール検出部32でレール11に相当するとされた画素に基づいてレール11の上の障害物を検知する障害物検知部36とを具備する。
[Information processing apparatus 3]
As shown schematically in FIGS. 1 and 3, the
上記輝度情報抽出部30は、鉄道車両Tの前方における図4に示すような画像8の情報を上記偏光イメージングカメラ2から取得し、取得した画像8の各画素における輝度情報を抽出するものである。なお、以下では、上記画像について説明する場合、図4に示す画像8に基づくと画素の数が極めて多いことから理解を困難にするので、図4の一部80を取り出して拡大した図5に示す画像80に基づくものとする。
The luminance
上記偏光情報算出部31は、図5に示すような画像80の各画素における輝度情報に基づき、図6に示すような各画素の偏光方向と、図7に示すような各画素の偏光度を算出するものである。図5とこれに対応する図6との比較から明らかなように、レール11に相当する画素81およびその他若干の画素82において、偏光方向が所定範囲(例えば図6だと横軸に対して130°〜140°)内となる特徴が見られる。一方で、図5とこれに対応する図7との比較から明らかなように、レール11に相当する画素81では偏光度が所定値(例えば図7だと0.8)以上となる特徴が見られる。
The polarization
上記レール検出部32は、図3に示すように、偏光方向比較部33と、偏光度比較部34と、二値化処理部35とを有する。上記偏光方向比較部33は、各画素の偏光方向と上記所定範囲とを比較することで、偏光方向が上記所定範囲内の画素81,82をレール11に相当し得る画素として仮検出する。上記偏光度比較部34は、各画素の偏光度と上記所定値とを比較することで、偏光度が上記所定値以上の画素81をレール11に相当し得る画素として仮検出する。上記二値化処理部35は、上記偏光方向比較部33および偏光度比較部34のいずれにもレール11に相当し得るとして仮検出された画素81を、レール11に相当する画素81として検出する。また、上記二値化処理部35は、図8に示すように、レール11に相当するとして検出された画素81を1(または0)とし、それ以外の画素を0(または1)とする処理、つまり二値化処理を行う。
As shown in FIG. 3, the
上記障害物検知部36は、図3に示すように、連続性判定部37と、記録部38(過去情報提供部の一例である)と、過去情報照合部39とを有する。
上記連続性判定部37は、二値化処理が行われた画像において、1本のレール11(図5参照)に相当する画素群81u,81d(図8参照)が複数あれば、つまり画素群81u,81dが非連続であれば、上記レール11の上に障害物10(図5参照)があると判定し、それ以外を上記レール11の上に障害物10がないと判定する。図8に示す例では、レール11に相当する画素群81u,81dが、上側81uと下側81dとに分かれているので、つまり複数なので、上記レール11の上に障害物10があると判定される。なお、画素群81u,81dが複数であるかについては、許容範囲を持たせてもよい。例えば、レール11に相当する複数の画素群81u,81dを隔てる距離が数画素以下の場合、レール11に相当するこれら複数の画素群81u,81dを一つの画素群81とみなしてもよい。
As shown in FIG. 3, the
If there is a plurality of
上記記録部38は、上記レール11の上に障害物10がない場合の過去の画像に二値化処理を行った情報(以下では過去情報と言う)を格納するとともに、当該過去情報を上記過去情報照合部39に提供する。上記過去情報は、鉄道車両Tが走行する前に、予め記録部38に格納されている。
The
上記過去情報照合部39は、二値化処理部35からの図8に示すような情報と、記録部38からの図9に示すような過去情報とを照合し、この照合により図8に示す情報と図9に示すような過去情報とでレール11に相当する画素81,84が不一致であれば、上記レール11の上に障害物10があると判定し、それ以外を上記レール11の上に障害物10がないと判定する。図8および図9に示す例では、図8に示すレール11の上の障害物10に相当する画素群83で図9と異なるので、不一致であり、レール11の上に障害物10があると判定される。なお、不一致であるかについては、許容範囲を持たせてもよい。例えば、不一致となる画素数が照合する全画素数の数%以下である場合、不一致でない(一致する)とみなしてもよい。
The past
[警報器4]
上記警報器4は、連続性判定部37または過去情報照合部39のいずれかでレール11の上に障害物10があると判定されると、音声または映像などによる警報を発する。図1および図3では、警報器4が情報処理装置3とは別の構成として図示したが、情報処理装置3が警報器4を含んでいてもよい。情報処理装置3に警報器4が内蔵される例としては、情報処理装置3がラップトップコンピュータである場合、警報が音声であれば、警報器4が上記ラップトップコンピュータに内蔵されたスピーカに相当し、警報が映像であれば、警報器4が上記ラップトップコンピュータに設けられたディスプレイに相当する。
[Alarm 4]
If the
以下、上記鉄道用障害物検知システム1の動作について説明する。
図1に示すように、鉄道車両Tが走行しようとする時、または走行している時、鉄道車両Tの前方における動画が偏光イメージングカメラ2によりに撮影される(図10のS1)。この際、鉄道車両Tの前照灯および日照条件によって、偏光イメージングカメラ2のレンズ(図示省略)の絞りを調整しておく。偏光イメージングカメラ2で撮影された図4および図5に示すような画像8,80は、図3に示すように、情報処理装置3の輝度情報抽出部30に送られて、当該輝度情報抽出部30で各画素の輝度情報が抽出される(図10のS2)。抽出された輝度情報に基づき、偏光情報算出部31で各画素の偏光情報(偏光方向および偏光度)が算出される(図10のS3)。算出された偏光方向および偏光度に基づき、レール検出部32でレール11に相当する画素81の検出がされるとともに、二値化処理が行われる(図10のS4)。連続性判定部37で、レール11に相当する画素81が非連続であるか判断し(図10のS5)、非連続であれば警報器4により警報を発する(図10のS7)。レール11に相当する画素81が非連続でなければ(つまり連続していれば)、過去情報照合部39で、二値化処理部35からの情報と、記録部38からの過去情報とが不一致かを判断し(図10のS6)、不一致でなければ(つまり一致していれば)偏光イメージングカメラ2から送られる次の画像の情報を処理するループに入り、不一致であれば警報器4により警報を発する(図10のS7)。警報を発した後は、鉄道車両Tを減速させる(図10のS8)。この減速の結果により、鉄道車両Tを停止させることもある。
Hereinafter, the operation of the railway
As shown in FIG. 1, when the railway vehicle T is about to travel or is traveling, a moving image in front of the railway vehicle T is captured by the polarization imaging camera 2 (S1 in FIG. 10). At this time, the aperture of the lens (not shown) of the
このように、上記鉄道用障害物検知システム1によると、偏光方向および偏光度に基づきレール11に相当する画素81を検出するので、煩雑な演算をすることなくレール11に相当する画素81が高精度に検出され、その結果、簡素な構成で信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the railway
また、過去情報提供部(記録部38)および過去情報照合部39により、障害物の検知に過去情報との照合を行うので、簡素な構成で一層信頼性を向上させることができる。
ところで、上記実施の形態では、障害物検知部36が連続性判定部37、記録部38(過去情報提供部の一例)および過去情報照合部39を有するとして説明したが、レール検出部32からの情報によりレール11の上に障害物10があるかを検知するものであればよい。例えば、障害物検知部36は、連続性判定部37のみから構成されてもよく、過去情報提供部(記録部38)および過去情報照合部39のみから構成されてもよい。
In addition, since the past information providing unit (recording unit 38) and the past
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、過去情報提供部の一例として記録部38について説明したが、過去情報を過去情報照合部39に提供するものであればよい。例えば、過去情報提供部は、情報処理装置3の外部から過去情報を有線または無線により受信して過去情報照合部39に提供する受信部であってもよい。
In the above embodiment, the
さらに、上記実施の形態では、記録部38は、鉄道車両Tが走行する前に予め過去情報を格納するとして説明したが、レール11の上の障害物10が検知されなかった場合に二値化処理部35からの情報を随時上書きするように構成されてもよい。この構成により、季節や経年により変化するレール11の最新の過去情報を記録部38は提供するようになるので、簡素な構成で一層信頼性を向上させることができる。
Furthermore, in the above embodiment, the
加えて、上記実施の形態では、障害物検知部36がレール11の上の障害物10を検知すると警報器4により警報するとして説明したが、この警報とともに、または警報に代えて、鉄道車両Tを自動的に減速または停止させる(つまり、走行する速度を制御する)ように構成されてもよい。この場合、障害物検知部36が鉄道車両Tの速度制御装置(図示省略)に接続されて、当該障害物検知部36による障害物10の検知により、速度制御装置のブレーキが作動するように構成される。この構成により、レール11の上の障害物10が検知された場合に、自動的に鉄道車両Tが減速または停止されるので、簡素な構成で一層信頼性を向上させることができる。
In addition, in the above-described embodiment, it has been described that the
T 鉄道車両
1 鉄道用障害物検知システム
2 偏光イメージングカメラ
3 情報処理装置
4 警報器
5 偏光子アレイ
6 偏光子
7 透過軸方向
21 カメラ本体
22 固体撮像素子
23 偏光イメージングフィルタ
30 輝度情報抽出部
31 偏光情報算出部
32 レール検出部
33 偏光方向比較部
34 偏光度比較部
35 二値化処理部
36 障害物検知部
37 連続性判定部
38 記録部
39 過去情報照合部
81 レールに相当する画素
Claims (3)
上記鉄道車両の前方における上記レールの画像を撮影する偏光イメージングカメラと、
上記偏光イメージングカメラで撮影された画像の情報に基づき上記レールの上の障害物を検知する情報処理装置とを備え、
上記情報処理装置が、
上記画像の各画素における輝度情報を抽出する輝度情報抽出部と、
上記輝度情報抽出部で抽出された輝度情報に基づき上記各画素の偏光方向および偏光度を算出する偏光情報算出部と、
上記偏光情報算出部で算出された偏光方向および偏光度がそれぞれ所定値範囲内および所定値以上の画素をレールに相当する画素とするレール検出部と、
上記レール検出部でレールに相当するとされた画素に基づきレールの上の障害物を検知する障害物検知部とを具備することを特徴とする鉄道用障害物検知システム。 A railroad obstacle detection system that is mounted on a railcar and detects an obstacle on the rail that the railcar is about to travel,
A polarization imaging camera for taking an image of the rail in front of the railway vehicle;
An information processing device that detects an obstacle on the rail based on information of an image photographed by the polarization imaging camera;
The information processing apparatus is
A luminance information extraction unit for extracting luminance information in each pixel of the image;
A polarization information calculation unit that calculates a polarization direction and a polarization degree of each pixel based on the luminance information extracted by the luminance information extraction unit;
A rail detection unit in which a polarization direction and a polarization degree calculated by the polarization information calculation unit are pixels within a predetermined value range and a predetermined value or more, respectively, and pixels corresponding to the rail;
An obstacle detection system for railways, comprising: an obstacle detection unit that detects an obstacle on the rail based on a pixel that corresponds to a rail in the rail detection unit.
レール検出部でレールに相当するとされた画素が非連続であれば、当該レールの上に障害物があると判定する連続性判定部と、
予め取得された上記レールに相当する画素を提供する過去情報提供部と、
上記レール検出部でレールに相当するとされた画素、および上記過去情報提供部から提供されるレールに相当する画素が許容範囲を超えて不一致であれば、上記レールの上に障害物があると判定する過去情報照合部とを有することを特徴とする鉄道用障害物検知システム。 Obstacle detection unit
A continuity determination unit that determines that there is an obstacle on the rail if the pixel that is supposed to correspond to the rail in the rail detection unit is discontinuous;
A past information providing unit that provides pixels corresponding to the rail acquired in advance;
If the pixel corresponding to the rail in the rail detection unit and the pixel corresponding to the rail provided from the past information providing unit do not match each other beyond an allowable range, it is determined that there is an obstacle on the rail. An obstacle detection system for railways, comprising:
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