JP2019111942A - 架線金具検出装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、ハンガーを検出する必要性について説明する。
鉄道事業者では、走行中に電車線路を録画し、録画画像から電車の走行位置を特定している。従来、電車の走行位置を特定する技術としては、GPS(Global Positioning System)やATC(Automatic Train Control)技術があるが、これらは電車の運行上支障がない程度の精度を有するものの、画像中から電車の走行位置を特定するような場合には、より正確に走行位置を把握することが要求されている。
電車車両の走行中に架線及び架線設備を前記電車車両の進行方向に対して垂直に撮影するラインセンサカメラと、
前記ラインセンサカメラから出力された画像信号を時系列に並べて作成した画像に対し、画像処理を行って、前記画像の中から架線金具を検出する画像処理部とを有し、
前記画像処理部は、
前記画像の中から前記架線と同じ方向に延伸しているものを除去し、残ったものを検出することにより、前記架線と異なる方向に延伸している前記架線金具を検出する
ことを特徴とする。
上記第1の発明に記載の架線金具検出装置において、
前記画像処理部は、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、輝度反転処理を行う画像輝度反転部と、
前記画像輝度反転部で前記輝度反転処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向にGSTH処理を行うGSTH処理部と、
前記GSTH処理部で前記GSTH処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にグレースケールオープニング処理を行うグレースケールオープニング処理部と、
前記グレースケールオープニング処理部で前記グレースケールオープニング処理を行った前記画像に対し、2値化処理を行う2値化処理部と、
前記2値化処理部で前記2値化処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にクロージング処理を行うクロージング処理部と、
前記クロージング処理部で前記クロージング処理を行った前記画像の中から白色塊を検出し、検出した前記白色塊の大きさから、前記架線金具かどうかを判定する金具判定部と、
を有する
ことを特徴とする。
上記第1の発明に記載の架線金具検出装置において、
前記画像処理部は、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、前記画像信号毎に明るさが昼と同等か又は夜と同等かを判定する昼夜判定部と、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、前記昼夜判定部で明るさが昼と同等と判定された前記画像信号に輝度反転処理を行う画像輝度反転部と、
前記画像輝度反転部で前記輝度反転処理を行った前記画像に対し、前記昼夜判定部で明るさが夜と同等と判定された前記画像信号に明暗の差を大きくする明るさ補正処理を行う明るさ補正部と、
前記明るさ補正部で前記明るさ補正処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向にGSTH処理を行うGSTH処理部と、
前記GSTH処理部で前記GSTH処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にグレースケールオープニング処理を行うグレースケールオープニング処理部と、
前記グレースケールオープニング処理部で前記グレースケールオープニング処理を行った前記画像に対し、2値化処理を行う2値化処理部と、
前記2値化処理部で前記2値化処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にクロージング処理を行うクロージング処理部と、
前記クロージング処理部で前記クロージング処理を行った前記画像の中から白色塊を検出し、検出した前記白色塊の大きさから、前記架線金具かどうかを判定する金具判定部と、
を有する
ことを特徴とする。
上記第3の発明に記載の架線金具検出装置において、
前記画像処理部は、
前記明るさ補正部で前記明るさ補正処理を行った前記画像に対し、メディアンフィルタ処理を行うメディアンフィルタ処理部を有し、
前記GSTH処理部は、前記メディアンフィルタ処理部で前記メディアンフィルタ処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に前記GSTH処理を行う
ことを特徴とする。
電車車両の走行中にラインセンサカメラを用いて架線及び架線設備を前記電車車両の進行方向に対して垂直に撮影し、
前記ラインセンサカメラから出力された画像信号を時系列に並べて画像を作成し、
前記画像の画像処理の際、前記画像の中から前記架線と同じ方向に延伸しているものを除去し、残ったものを検出することにより、前記架線と異なる方向に延伸している架線金具を検出する
ことを特徴とする。
上記第5の発明に記載の架線金具検出方法において、
前記画像処理の際、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、輝度反転処理を行い、
前記輝度反転処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向にGSTH処理を行い、
前記GSTH処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にグレースケールオープニング処理を行い、
前記グレースケールオープニング処理を行った前記画像に対し、2値化処理を行い、
前記2値化処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にクロージング処理を行い、
前記クロージング処理を行った前記画像の中から白色塊を検出し、検出した前記白色塊の大きさから、前記架線金具かどうかを判定する
ことを特徴とする。
上記第5の発明に記載の架線金具検出方法において、
前記画像処理の際、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、前記画像信号毎に明るさが昼と同等か又は夜と同等かを判定し、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、明るさが昼と同等と判定された前記画像信号に輝度反転処理を行い、
前記輝度反転処理を行った前記画像に対し、明るさが夜と同等と判定された前記画像信号に明暗の差を大きくする明るさ補正処理を行い、
前記明るさ補正処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向にGSTH処理を行い、
前記GSTH処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にグレースケールオープニング処理を行い、
前記グレースケールオープニング処理を行った前記画像に対し、2値化処理を行い、
前記2値化処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にクロージング処理を行い、
前記クロージング処理を行った前記画像の中から白色塊を検出し、検出した前記白色塊の大きさから、前記架線金具かどうかを判定する
ことを特徴とする。
上記第7の発明に記載の架線金具検出方法において、
前記明るさ補正処理を行った後、前記明るさ補正処理を行った前記画像に対し、メディアンフィルタ処理を行い、
前記メディアンフィルタ処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に前記GSTH処理を行う
ことを特徴とする。
・ハンガー、ドロッパ
・コネクタ、フィードイヤー、ダブルイヤー
・曲線引金具、支持物
図4は、本発明に係る架線金具検出装置の設置例を示す説明図である。また、図5は、本実施例の架線金具検出装置を示すブロック図であり、図6は、図5に示した架線金具検出装置で実施する架線金具検出方法を説明するフローチャートである。また、図7〜図14は、図5で説明する画像G1〜G8を各々示す模式図である。
ラインセンサ画像作成部31aは、車両1の走行中にラインセンサ2から入力される画像信号(ライン)を時系列的に並べて、ラインセンサ画像G1を作成する。作成されたラインセンサ画像G1は、メモリM1に記録され、その後、メモリM2に記録される。ラインセンサ画像G1としては、例えば、図7に示すような画像が得られ、この図7では、一例として、架線4、吊架線5と共に、ハンガー6、コネクタ7が撮影されている。この図7は、上述したように、昼間撮影画像である。
画像輝度反転部31cは、ラインセンサ画像G1が入力されると、0から255の輝度値で表現されたグレースケールのラインセンサ画像G1に対し、輝度値を反転させる輝度反転処理を行って、輝度反転処理後のラインセンサ画像G2をメモリM2へ保存する。具体的には、輝度値0を255に、1を254に、・・・、254を1に、255を0にしている。この輝度反転処理の結果、図7に示す元画像のラインセンサ画像G1は、図8に示すラインセンサ画像G2に変換されることになる。これにより、架線4、吊架線5、ハンガー6、コネクタ7が白、背景が黒となる画像を作成でき、後段のGSTH処理を行えるようにしている。
GSTH処理部31fは、ラインセンサ画像G2が入力されると、ラインセンサ画像G2に対して、横方向ではなく、縦方向にGSTH処理を行う。具体的には、まず、縦方向にグレースケールオープニング処理(収縮してから膨張する処理)を行うことで、ハンガー6やコネクタ7等の横線を消す。ここで行う収縮膨張の回数は、ハンガー6やコネクタ7の縦方向の長さよりも大きな値に設定することで、ハンガー6やコネクタ7等の横線を消すことができるようになる。続いて、図8に示すラインセンサ画像G2からグレースケールオープニング処理をした画像を引くことで、図9に示すように、ハンガー6やコネクタ7、そして、架線4や吊架線5の縁のみが残るようなラインセンサ画像G3を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
グレースケールオープニング処理部31gは、ラインセンサ画像G3が入力されると、ラインセンサ画像G3中に残った架線4や吊架線5の縁を消すため、横方向にグレースケールオープニング処理を行う。具体的には、図9に示すラインセンサ画像G3中に残った架線4や吊架線5の縁よりも大きな値でグレースケールオープニング処理を行うことで、図10に示すように、架線4や吊架線5の縁を消去したラインセンサ画像G4を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
2値化処理部31hは、ラインセンサ画像G4が入力されると、グレースケールを白黒2値に変換する2値化処理を行う。このときの2値化閾値は、背景よりも大きく、かつ、非常に小さな輝度値(例えば、10等)を設定する。つまり、背景の輝度値よりも大きな値はすべて255に変換する。この2値化は、固定値で行っても良いし、動的に閾値を決定する手法(例えば、大津の2値化等)を用いても良い。この処理により、図11に示すように、2値化されたラインセンサ画像G5を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
ラインセンサ画像G5では、GSTH処理部31fで消した架線4や吊架線5の幅だけ、ハンガー6やコネクタ7の架線金具は途切れた塊となってしまっている。そのため、クロージング処理部31iは、ラインセンサ画像G5が入力されると、途切れた塊をくっつけるため、横方向にクロージング処理(膨張してから収縮する処理)を行う。このとき、クロージング処理の膨張収縮回数は、架線4や吊架線5の幅よりも大きな値を設定する。この処理により、図12に示すように、架線4や吊架線5の幅で一度途切れたハンガー6やコネクタ7の架線金具が再度くっついた2値化のラインセンサ画像G6を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
ラベリング処理部31jは、ラインセンサ画像G6が入力されると、2値化画像の白色塊を検出し、それぞれの塊にラベル付けをするラベリング処理を行う。例えば、図12に示すラインセンサ画像G6にラベリング処理を行うことにより、図13に示すように、検出した白色塊の各々にラベルL1〜L6を付けたラベル付きラインセンサ画像G7を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
金具判定部31kは、ラベル付きラインセンサ画像G7が入力されると、ラベルL1〜L6の白色塊の大きさを見て、架線金具かノイズかを判定する。大きさが小さいものはノイズであるものとして除去し、一定の大きさ以上の白色塊を架線金具と判定する。この結果、図14に示すように、ハンガー6とコネクタ7のみを抽出した画像G8を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。このとき、白色塊の形状を見て、架線金具の種別を判定しても良い。例えば、ハンガー6であれば長方形な形状であり、コネクタ7であれば曲率を持つような形状である。そのような形状から架線金具の種類まで判定することが可能である。
図15は、本実施例の架線金具検出装置を示すブロック図であり、図16は、図15に示した架線金具検出装置で実施する架線金具検出方法を説明するフローチャートである。また、図17〜図26は、図15で説明する画像G10〜G19を各々示す模式図である。
ラインセンサ画像作成部31aは、車両1の走行中にラインセンサ2から入力される画像信号(ライン)を時系列的に並べて、ラインセンサ画像G10を作成する。作成されたラインセンサ画像G10は、メモリM1に保存され、その後、メモリM2に保存される。ラインセンサ画像G10としては、例えば、図17に示すような画像が得られ、この図17では、一例として、架線4、吊架線5と共に、ハンガー6が撮影されている。この図17は、夜間撮影画像である。
昼夜判定部31bは、ラインセンサ画像G10が入力されると、ラインセンサ画像G10を構成するそれぞれのラインに対して昼夜判定処理を行う。つまり、各ラインの明るさが昼(昼と同等)なのか夜(夜と同等)なのかを判定する。判定基準は、各ラインにおいて、その明るさの中央値が閾値以上であれば昼とし、閾値以下であれば夜とする。例えば、架線上空にトンネルや高架橋等がある場合には、架線上空が照明等で昼と同等に明るければ昼と判定し、架線上空が夜と同等に暗ければ夜と判定する。昼夜判定処理の閾値はラインセンサ2の状態によって適切な値を設定しておく。各ラインに対する昼夜判定処理の結果を昼夜フラグデータとしてメモリM2へ保存する。
画像輝度反転部31cは、ラインセンサ画像G10及び昼夜フラグデータが入力されると、実施例1と同様に、ラインセンサ画像G10の輝度値を反転させる輝度反転処理を行うが、昼夜フラグデータに基づいて、昼夜判定部31bで明るさが昼(昼と同等)と判定されたラインのみに輝度反転を行って、輝度反転処理後のラインセンサ画像G11をメモリM2へ保存する。例えば、図17に示す夜間撮影のラインセンサ画像G10の場合は、輝度反転処理を行っても、全ラインが夜判定されているので、図18に示すラインセンサ画像G11のように、何も変化しない。一方、図7に示す昼間撮影のラインセンサ画像G1の場合は、全ラインが昼判定されているので、図8に示すラインセンサ画像G2のように変換されることになる。
明るさ補正部31dは、ラインセンサ画像G11及び昼夜フラグデータが入力されると、昼夜判定部31bで明るさが夜(夜と同等)と判定されたラインに対して、白と黒(明暗)の差を大きくするように輝度値を補正する明るさ補正処理を行って、明るさ補正処理後のラインセンサ画像G12をメモリM2へ保存する。この補正方法は自由であり、例えば、上位0.35%を輝度値255に飽和させるような線形補正を行う。その結果、図17に示す元画像のラインセンサ画像G10は、全ラインが夜判定されているため、図19に示すようなラインセンサ画像G12に変換されることになる。これにより、架線4、吊架線5、ハンガー6が白、背景が黒となる画像を作成でき、後段のGSTH処理を行えるようにしている。
メディアンフィルタ処理部31eは、明るさ補正部31dにより、背景に発生した白い点々(ごま塩ノイズ)を除去するためにメディアンフィルタを掛ける処理である。従って、ラインセンサ画像G12が入力されると、メディアンフィルタ処理を行う。この処理により、図20に示すようなラインセンサ画像G13を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
GSTH処理部31fは、ラインセンサ画像G13が入力されると、実施例1と同様に、ラインセンサ画像G13に対して、縦方向にGSTH処理を行う。この処理により、図21に示すようなラインセンサ画像G14を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
グレースケールオープニング処理部31gは、ラインセンサ画像G14が入力されると、実施例1と同様に、ラインセンサ画像G14中に残った架線4や吊架線5の縁を消すため、横方向にグレースケールオープニング処理を行う。この処理により、図22に示すようなラインセンサ画像G15を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
2値化処理部31hは、ラインセンサ画像G15が入力されると、実施例1と同様に、グレースケールを白黒2値に変換する2値化処理を行う。この処理により、図23に示すようなラインセンサ画像G16を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
クロージング処理部31iは、ラインセンサ画像G16が入力されると、実施例1と同様に、途切れた塊をくっつけるため、横方向にクロージング処理を行う。この処理により、図24に示すようなラインセンサ画像G17を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
ラベリング処理部31jは、ラインセンサ画像G17が入力されると、実施例1と同様に、2値化画像の白色塊を検出し、それぞれの塊にラベル付けをするラベリング処理を行う。この処理により、図25に示すようなラベル付きラインセンサ画像G18を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。例えば、図24に示すラインセンサ画像G17にラベリング処理を行うことにより、図25に示すように、検出した白色塊の各々にラベルL1〜L3を付けたラベル付きラインセンサ画像G18を得ることができる。
金具判定部31kは、ラベル付きラインセンサ画像G18が入力されると、実施例1と同様に、ラベルL1〜L3の白色塊の大きさを見て、架線金具かノイズかを判定する。大きさが小さいものはノイズであるものとして除去し、一定の大きさ以上の白色塊を架線金具と判定する。この結果、図26に示すように、ハンガー6のみを抽出した画像G19を得ることができ、これをメモリM2へ保存する。
2 ラインセンサカメラ
3 画像処理部
4 架線
5 吊架線
6 ハンガー
7 コネクタ
31 演算装置
31a ラインセンサ画像作成部
31b 昼夜判定部
31c 画像輝度反転部
31d 明るさ補正部
31e メディアンフィルタ処理部
31f GSTH処理部
31g グレースケールオープニング処理部
31h 2値化処理部
31i クロージング処理部
31j ラベリング処理部
31k 金具判定部
32 記録装置
Claims (8)
- 電車車両の走行中に架線及び架線設備を前記電車車両の進行方向に対して垂直に撮影するラインセンサカメラと、
前記ラインセンサカメラから出力された画像信号を時系列に並べて作成した画像に対し、画像処理を行って、前記画像の中から架線金具を検出する画像処理部とを有し、
前記画像処理部は、
前記画像の中から前記架線と同じ方向に延伸しているものを除去し、残ったものを検出することにより、前記架線と異なる方向に延伸している前記架線金具を検出する
ことを特徴とする架線金具検出装置。 - 請求項1に記載の架線金具検出装置において、
前記画像処理部は、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、輝度反転処理を行う画像輝度反転部と、
前記画像輝度反転部で前記輝度反転処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向にGSTH処理を行うGSTH処理部と、
前記GSTH処理部で前記GSTH処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にグレースケールオープニング処理を行うグレースケールオープニング処理部と、
前記グレースケールオープニング処理部で前記グレースケールオープニング処理を行った前記画像に対し、2値化処理を行う2値化処理部と、
前記2値化処理部で前記2値化処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にクロージング処理を行うクロージング処理部と、
前記クロージング処理部で前記クロージング処理を行った前記画像の中から白色塊を検出し、検出した前記白色塊の大きさから、前記架線金具かどうかを判定する金具判定部と、
を有する
ことを特徴とする架線金具検出装置。 - 請求項1に記載の架線金具検出装置において、
前記画像処理部は、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、前記画像信号毎に明るさが昼と同等か又は夜と同等かを判定する昼夜判定部と、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、前記昼夜判定部で明るさが昼と同等と判定された前記画像信号に輝度反転処理を行う画像輝度反転部と、
前記画像輝度反転部で前記輝度反転処理を行った前記画像に対し、前記昼夜判定部で明るさが夜と同等と判定された前記画像信号に明暗の差を大きくする明るさ補正処理を行う明るさ補正部と、
前記明るさ補正部で前記明るさ補正処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向にGSTH処理を行うGSTH処理部と、
前記GSTH処理部で前記GSTH処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にグレースケールオープニング処理を行うグレースケールオープニング処理部と、
前記グレースケールオープニング処理部で前記グレースケールオープニング処理を行った前記画像に対し、2値化処理を行う2値化処理部と、
前記2値化処理部で前記2値化処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にクロージング処理を行うクロージング処理部と、
前記クロージング処理部で前記クロージング処理を行った前記画像の中から白色塊を検出し、検出した前記白色塊の大きさから、前記架線金具かどうかを判定する金具判定部と、
を有する
ことを特徴とする架線金具検出装置。 - 請求項3に記載の架線金具検出装置において、
前記画像処理部は、
前記明るさ補正部で前記明るさ補正処理を行った前記画像に対し、メディアンフィルタ処理を行うメディアンフィルタ処理部を有し、
前記GSTH処理部は、前記メディアンフィルタ処理部で前記メディアンフィルタ処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に前記GSTH処理を行う
ことを特徴とする架線金具検出装置。 - 電車車両の走行中にラインセンサカメラを用いて架線及び架線設備を前記電車車両の進行方向に対して垂直に撮影し、
前記ラインセンサカメラから出力された画像信号を時系列に並べて画像を作成し、
前記画像の画像処理の際、前記画像の中から前記架線と同じ方向に延伸しているものを除去し、残ったものを検出することにより、前記架線と異なる方向に延伸している架線金具を検出する
ことを特徴とする架線金具検出方法。 - 請求項5に記載の架線金具検出方法において、
前記画像処理の際、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、輝度反転処理を行い、
前記輝度反転処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向にGSTH処理を行い、
前記GSTH処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にグレースケールオープニング処理を行い、
前記グレースケールオープニング処理を行った前記画像に対し、2値化処理を行い、
前記2値化処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にクロージング処理を行い、
前記クロージング処理を行った前記画像の中から白色塊を検出し、検出した前記白色塊の大きさから、前記架線金具かどうかを判定する
ことを特徴とする架線金具検出方法。 - 請求項5に記載の架線金具検出方法において、
前記画像処理の際、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、前記画像信号毎に明るさが昼と同等か又は夜と同等かを判定し、
前記ラインセンサカメラから出力された前記画像信号を時系列に並べて作成した前記画像に対し、明るさが昼と同等と判定された前記画像信号に輝度反転処理を行い、
前記輝度反転処理を行った前記画像に対し、明るさが夜と同等と判定された前記画像信号に明暗の差を大きくする明るさ補正処理を行い、
前記明るさ補正処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向にGSTH処理を行い、
前記GSTH処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にグレースケールオープニング処理を行い、
前記グレースケールオープニング処理を行った前記画像に対し、2値化処理を行い、
前記2値化処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に垂直な方向にクロージング処理を行い、
前記クロージング処理を行った前記画像の中から白色塊を検出し、検出した前記白色塊の大きさから、前記架線金具かどうかを判定する
ことを特徴とする架線金具検出方法。 - 請求項7に記載の架線金具検出方法において、
前記明るさ補正処理を行った後、前記明るさ補正処理を行った前記画像に対し、メディアンフィルタ処理を行い、
前記メディアンフィルタ処理を行った前記画像に対し、前記架線の延伸方向に前記GSTH処理を行う
ことを特徴とする架線金具検出方法。
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