JP2022129480A - パンタグラフ変位測定装置及びトロリ線硬点検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像処理方式を適用する際のテンプレートマッチングにおける誤検出を防止すること。【解決手段】鉄道車両の屋根上に設置されて鉄道車両のパンタグラフの中心位置のマーカを撮影するラインセンサカメラと、架線の高さを計測する測域センサと、鉄道車両の走行中に測域センサのデータに基づいて架線の高さを求めると共に、架線の高さとラインセンサカメラを用いて取得した入力画像とを用いてパンタグラフの正確な高さを算出する画像処理装置と、を備え、画像処理装置は、ラインセンサカメラで取得したマーカの画像に基づきマーカの一ライン分の基準テンプレートを作成し、測域センサにより取得した架線の高さに基づいてテンプレートマッチングの適用範囲を限定し、基準テンプレートを用いて入力画像とのテンプレートマッチングを行うことでパンタグラフの高さ方向の変位及び加速度を算出するパンタグラフ変位測定装置とする。【選択図】図１

Description

本件は、パンタグラフ変位測定装置及びトロリ線硬点検出方法に関する。

一般に、電気鉄道設備において、トロリ線は、吊架線にハンガで吊り下げられている。
このハンガの設置箇所、トロリ線の接続箇所又は曲引きがある部分等は、他の部分に比べてトロリ線の重量が部分的に増加しており、トロリ線の硬点と呼ばれる。
このトロリ線の硬点を、車両の屋根上に設置された、トロリ線に摺動する集電装置であるパンタグラフが通過するとき、トロリ線の重量によりパンタグラフが急激に下降することがある。
このような急激な下降が生じると、トロリ線がパンタグラフから離れ、トロリ線とパンタグラフとの間にアークが発生する。
このアークによって生じる熱は、トロリ線に局所的な摩耗を生じさせる。
そのため、トロリ線の硬点は、他の部分に比較して摩耗の進行が早い。
従って、トロリ線の硬点を検出することは、電気鉄道設備を保守し、運用及び管理する上で重要な項目であり、実際に、トロリ線の硬点の計測は、検査項目の一つとして設定されている。

上述のように、トロリ線の硬点においてパンタグラフには鉛直方向に大きな加速度が生じる。
トロリ線の硬点を検出するためには、トロリ線と変位が等価であるパンタグラフの鉛直方向の加速度を監視すればよい。
パンタグラフの鉛直方向の加速度は、パンタグラフの鉛直方向の変位を測定し、これを二階微分することによって求めることができる。
パンタグラフの変位を測定する従来の方法としては、レーザセンサ方式、光切断方式及び画像処理方式が知られている。
レーザセンサ方式では、パンタグラフがミラー等によりレーザで走査され、反射波の位相差又は反射したレーザの形状の変形等により、パンタグラフの変位が測定される。
光切断方式では、パンタグラフに縞状の光が投光され、パンタグラフの形状に応じて凹凸になった縞が受光され、パンタグラフの変位が測定される。
画像処理方式では、車両の屋根上に設置されたラインセンサカメラがパンタグラフを撮影し、撮影した画像に対してテンプレートマッチングの処理が行われ、パンタグラフの変位が測定される。
ここで、テンプレートマッチングを開示した従来技術としては特許文献１を例示することができ、キャリブレーション方法を開示した従来技術としては特許文献２を例示することができる。

特開２０１０－２６６３４１号公報 特開２０１０－１６９５０５号公報

しかしながら、上記の従来技術において画像処理方式を適用する際のテンプレートマッチングでは、背景に移り込んだ電線等がテンプレートと類似していると、誤検出のおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、画像処理方式を適用する際のテンプレートマッチングにおける誤検出を防止することを目的とする。

上述の課題を解決して目的を達成する本発明の一態様は、鉄道車両の屋根上に設置されて前記鉄道車両のパンタグラフの中心位置のマーカを撮影するラインセンサカメラと、前記鉄道車両の前記屋根上に設置されて架線の高さを計測する測域センサと、前記鉄道車両の走行中に前記測域センサのデータに基づいて前記架線の高さを求めると共に、前記架線の高さと前記ラインセンサカメラを用いて取得した入力画像とを用いて前記パンタグラフの正確な高さを算出する画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、前記ラインセンサカメラを用いて取得した前記マーカの画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを作成し、前記測域センサにより取得した前記架線の高さに基づいてテンプレートマッチングの適用範囲を限定し、前記基準テンプレートを用いて前記入力画像とのテンプレートマッチングを行うことで前記パンタグラフの高さ方向の変位及び加速度を算出するパンタグラフ変位測定装置である。

又は、本発明の一態様は、鉄道車両の屋根上に設置されて前記鉄道車両のパンタグラフの中心位置のマーカを撮影するラインセンサカメラと、前記鉄道車両の前記屋根上に設置されて前記パンタグラフの高さを計測する測域センサと、前記鉄道車両の走行中に前記測域センサのデータに基づいて前記パンタグラフの高さを求めると共に、前記パンタグラフの高さと前記ラインセンサカメラを用いて取得した入力画像とを用いて前記パンタグラフの正確な高さを算出する画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、前記ラインセンサカメラを用いて取得した前記マーカの画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを作成し、前記測域センサにより取得した前記パンタグラフの高さに基づいてテンプレートマッチングの適用範囲を限定し、前記基準テンプレートを用いて前記入力画像とのテンプレートマッチングを行うことで前記パンタグラフの高さ方向の変位及び加速度を算出するパンタグラフ変位測定装置である。

又は、本発明の一態様は、鉄道車両の屋根上に設置されて前記鉄道車両のパンタグラフの中心位置のマーカを撮影するラインセンサカメラと、前記鉄道車両の前記屋根上に設置されて前記パンタグラフを撮影するエリアセンサカメラと、前記鉄道車両の走行中に前記エリアセンサカメラの画像に基づいて前記パンタグラフの高さを求めると共に、前記パンタグラフの高さと前記ラインセンサカメラを用いて取得した入力画像とを用いて前記パンタグラフの正確な高さを算出する画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、前記ラインセンサカメラを用いて取得した前記マーカの画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを作成し、前記エリアセンサカメラの画像に基づいて取得した前記パンタグラフの高さに基づいてテンプレートマッチングの適用範囲を限定し、前記基準テンプレートを用いて前記入力画像とのテンプレートマッチングを行うことで前記パンタグラフの高さ方向の変位及び加速度を算出するパンタグラフ変位測定装置である。

又は、本発明の一態様は、鉄道車両の屋根上に設置されたラインセンサカメラによって走行中の前記鉄道車両のパンタグラフを撮影し、前記ラインセンサカメラによって撮影した画像と測域センサによって取得した架線の高さのデータとを画像処理装置により解析して前記パンタグラフの高さ方向の加速度を求め、前記架線であるトロリ線の硬点を検出するトロリ線硬点検出方法であって、前記ラインセンサカメラによって撮影される前記パンタグラフの面の中心位置に設置されたマーカを撮影したマーカ画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを設定すること、前記測域センサによって取得したデータから前記架線の高さを計測すること、前記鉄道車両の走行中に前記ラインセンサカメラによって撮影した入力画像を横方向に分割し、分割した区間毎に前記基準テンプレートの拡大又は収縮を行うこと、前記入力画像と前記基準テンプレートとのテンプレートマッチングを行うことで前記マーカの変位を検出しつつ、前記パンタグラフの高さ方向の変位を求めること、前記パンタグラフの高さ方向の変位に対してフィルタリング処理による平滑化を行うこと、前記平滑化を行ったデータを二階微分することで加速度を算出すること、を含むトロリ線硬点検出方法である。

又は、本発明の一態様は、鉄道車両の屋根上に設置されたラインセンサカメラによって走行中の前記鉄道車両のパンタグラフを撮影し、前記ラインセンサカメラによって撮影した画像と測域センサによって取得したパンタグラフの高さのデータとを画像処理装置により解析して前記パンタグラフの高さ方向の加速度を求め、架線であるトロリ線の硬点を検出するトロリ線硬点検出方法であって、前記ラインセンサカメラによって撮影される前記パンタグラフの面の中心位置に設置されたマーカを撮影したマーカ画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを設定すること、前記測域センサによって取得したデータから前記パンタグラフの高さを計測すること、前記鉄道車両の走行中に前記ラインセンサカメラによって撮影した入力画像を横方向に分割し、分割した区間毎に前記基準テンプレートの拡大又は収縮を行うこと、前記入力画像と前記基準テンプレートとのテンプレートマッチングを行うことで前記マーカの変位を検出しつつ、前記パンタグラフの高さ方向の変位を求めること、前記パンタグラフの高さ方向の変位に対してフィルタリング処理による平滑化を行うこと、前記平滑化を行ったデータを二階微分することで加速度を算出すること、を含むトロリ線硬点検出方法である。

又は、本発明の一態様は、鉄道車両の屋根上に設置されたラインセンサカメラによって走行中の前記鉄道車両のパンタグラフを撮影し、前記ラインセンサカメラによって撮影した画像とエリアセンサカメラによって取得した画像に基づくパンタグラフの高さのデータとを画像処理装置により解析して前記パンタグラフの高さ方向の加速度を求め、架線であるトロリ線の硬点を検出するトロリ線硬点検出方法であって、前記ラインセンサカメラによって撮影される前記パンタグラフの面の中心位置に設置されたマーカを撮影したマーカ画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを設定すること、前記エリアセンサカメラによって取得した画像に基づく前記パンタグラフの高さを計測すること、前記鉄道車両の走行中に前記ラインセンサカメラによって撮影した入力画像を横方向に分割し、分割した区間毎に前記基準テンプレートの拡大又は収縮を行うこと、前記入力画像と前記基準テンプレートとのテンプレートマッチングを行うことで前記マーカの変位を検出しつつ、前記パンタグラフの高さ方向の変位を求めること、前記パンタグラフの高さ方向の変位に対してフィルタリング処理による平滑化を行うこと、前記平滑化を行ったデータを二階微分することで加速度を算出すること、を含むトロリ線硬点検出方法である。

本発明によれば、画像処理方式を適用する際のテンプレートマッチングにおける誤検出を防止することができる。

図１は、実施形態１に係るパンタグラフ変位測定装置の設置例を模式的に示す図である。 図２は、実施形態１における演算処理部を示す機能ブロック図である。 図３は、マーカ画像の作成について説明する図である。 図４は、図３に沿って作成したマーカ画像を示す図である。 図５は、基準テンプレートを示す図である。 図６は、マーカの検出位置を示す図である。 図７は、実施形態１における処理用コンピュータによるトロリ線の硬点の検出方法を示すフローチャートである。 図８は、Ｓ４において誤検出を生じうる、マーカとその他の電線との配置を示す図である。 図９は、限定されたテンプレートマッチング適用範囲を示す図である。 図１０は、実施形態２に係るパンタグラフ変位測定装置の設置例を模式的に示す図である。 図１１は、実施形態２における演算処理部を示す機能ブロック図である。 図１２は、実施形態２における処理用コンピュータによるトロリ線の硬点の検出方法を示すフローチャートである。 図１３は、実施形態３に係るパンタグラフ変位測定装置の設置例を模式的に示す図である。 図１４は、実施形態３における演算処理部を示す機能ブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。
ただし、本発明は、以下の実施形態の記載によって限定解釈されるものではない。

＜実施形態１＞
図１は、本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置の設置例を模式的に示す図である。
図１には、鉄道車両である車両１のパンタグラフ１１と、パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２と、架線高さ計測用測域センサ３と、照明装置４と、パンタグラフ１１に付されたマーカ５と、処理用コンピュータ６と、トロリ線である架線７と、が示されている。
本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置は、パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２と、架線高さ計測用測域センサ３と、処理用コンピュータ６と、を備える。

パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２は、車両１の屋根上であってパンタグラフ１１とは車両１の前後方向に離間した位置に、パンタグラフ１１を撮影するように設置されている。
具体的には、パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２は、その光軸が斜め上方に向くように、且つその撮影領域にパンタグラフ１１の全可動域が入るようにその向きを設定されている。
このパンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２によって取得した画像信号は、処理用コンピュータ６に入力される。

架線高さ計測用測域センサ３は、架線７の偏位を計測するため、車両１の屋根上にその光軸がほぼ直上を向くように設置されている。
架線高さ計測用測域センサ３によって取得されたレーザデータは、処理用コンピュータ６に入力される。

照明装置４は、パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２によって撮影される領域に対して光を照射するものであり、図１においては２台設けられている。
ただし、照明装置４の数はこれに限定されるものではない。

マーカ５は、白色部分と黒色部分とが交互に配置された白黒の縞模様のマーカであり、パンタグラフ１１のパンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２側の中心位置に設置されている。
ここでは、マーカ５は、黒色の背景に高さの異なる２本の白線が離間して配置されたものであり、これにより光を反射する素材で形成された２本の白色部分と、光を反射しない素材で形成された３本の黒色部分とが交互に配されている。

処理用コンピュータ６は、車両１の内部に設置され、パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２から入力された画像及び架線高さ計測用測域センサ３のレーザデータを解析してパンタグラフ１１の高さ方向の変位を検出するものである。
処理用コンピュータ６は、演算処理部６１と、モニタ６２と、を備える。

図２は、本実施形態における演算処理部６１を示す機能ブロック図である。
図２に示す演算処理部６１は、データ処理部６１１、テンプレート設定部６１２、架線高さ計測部６１３、テンプレート拡大・収縮部６１４、テンプレートマッチング部６１５、パンタグラフ変位計算部６１６、フィルタリング処理部６１７、及び加速度計算部６１８を備える。

図３は、マーカ画像８の作成について説明する図である。
図４は、図３に沿って作成したマーカ画像８を示す図である。
図２に示すデータ処理部６１１は、図３に示すように、パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２により撮影した１スキャン分の画像を縦方向に一定数並べることで、図４に示すようなマーカ画像８を作成する。
また、データ処理部６１１は、架線７の偏位に対応したパンタグラフ変位を時系列的に並べる処理を行う。

図５は、基準テンプレート９を示す図である。
図２に示すテンプレート設定部６１２は、図４に示すようなマーカ画像８から図５に示すような１ライン分（Ｌ）のマーカパターンをテンプレートマッチング用の基準テンプレート９として取得する。
すなわち、基準テンプレート９は、マーカ画像８からマーカ部分を抽出して得られる白色領域と黒色領域とにより形成される一次元の輝度値データである。
基準テンプレート９は、データ処理部６１１を経てテンプレート拡大・収縮部６１４へ送られる。

図２に示す架線高さ計測部６１３は、架線高さ計測用測域センサ３で得られるレーザ座標データ（ｘ，ｙ）［ｍｍ］から時系列で連続するデータを架線として検出する。
ここで、複数の架線が検出された場合には、高さが最も低い架線が本線であるため、その高さが最も低い架線のみを抽出する。

テンプレート拡大・収縮部６１４は、車両１の走行中にパンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２によって撮影した入力画像を横方向に任意の数で分割し、各画素の分解能に基づいて各分割した区間ごとに基準テンプレート９を拡大又は収縮する。
なお、各画素の分解能は、上記の特許文献２におけるキャリブレーション方法等の公知の手法により求めればよく、ここでの詳細な説明は省略する。

テンプレートマッチング部６１５は、テンプレート拡大・収縮処理を行いながら、入力画像とマーカ５に対応する基準テンプレート９との類似度を計算することでマーカ５の変位［ｐｉｘ］を検出する。
入力画像と基準テンプレート９との類似度計算には、正規化相互相関の一種であるＺＮＣＣ（Zero means Normalized Cross Correlation）を使用する。
具体的には、１ピクセルごとにスキャンしながら、入力画像と基準テンプレート９の類似度を算出し、その中で類似度が最大になった位置の座標［ｐｉｘ］を変位とする。
テンプレートマッチング部６１５によって得られたマーカ５の変位［ｐｉｘ］は、データ処理部６１１を経てパンタグラフ変位計算部６１６へ送られる。

図６は、マーカ５の検出位置を示す図である。
パンタグラフ変位計算部６１６は、テンプレートマッチング部６１５で求めたマーカ５の変位［ｐｉｘ］が大まかな変位であるので、マーカ５のより正確な変位を求めるべく、検出されたマーカ５の範囲内で図６に示すようにマーカ５の二本ある白線のうち、下側の白線の下端Ｐをエッジ検出により求め、サブピクセル推定を行ってマーカ５の正確な変位［ｐｉｘ］を検出する。
このようにして検出したマーカ５の変位［ｐｉｘ］を実際の変位［ｍｍ］に変換し、予め測定しておいたマーカ５の下側の白線の下端からパンタグラフ１１の上面までの距離を考慮し、実際のパンタグラフ１１の高さ方向の変位であるパンタグラフ変位［ｍｍ］を算出する。
なお、マーカ５の変位［ｐｉｘ］を実際の変位［ｍｍ］に変換する手法としては、マーカ５の変位［ｐｉｘ］に上記の特許文献２におけるキャリブレーション方法により求めたキャリブレーション係数を乗じることで求める等の、公知の手法を用いればよく、ここでの詳細な説明は省略する。
パンタグラフ変位計算部６１６によって得られたパンタグラフ変位［ｍｍ］は、データ処理部６１１を経てフィルタリング処理部６１７へ送られる。

フィルタリング処理部６１７は、データ処理部６１１で時系列的に並べられた架線７の偏位［ｍｍ］に対応したパンタグラフ変位［ｍｍ］に対する平滑化を行う。

加速度計算部６１８は、フィルタリング処理部６１７で求めた平滑化後のパンタグラフ変位［ｍｍ］に対して二階微分を行い、架線７の偏位［ｍｍ］に対応したパンタグラフ１１の高さ方向の加速度［ｍｍ／ｓ^２］を算出する。
なお、本実施形態では、硬点の検出基準として加速度［ｍｍ／ｓ^２］を２０Ｇとしている。
すなわち、パンタグラフ１１の高さ方向の加速度が２０Ｇ以上となる位置を硬点として検出している。
加速度計算部６１８によって得られた加速度［ｍｍ／ｓ^２］は、データ処理部６１１を経てモニタ６２に出力及び表示される。

図７は、本実施形態における処理用コンピュータ６によるトロリ線の硬点の検出方法を示すフローチャートである。

図７に示すように、まず、テンプレート設定部６１２は、マーカ画像８から１ライン分の基準テンプレート９を設定する（Ｓ１）。

次に、架線高さ計測部６１３は、架線高さ計測用測域センサ３で得られるレーザ座標データ（ｘ，ｙ）［ｍｍ］から時系列で連続するデータを架線として検出する（Ｓ２）。

次に、テンプレート拡大・収縮部６１４は、車両１の走行中にパンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２によって撮影した入力画像を横方向に任意の数に分割し、上記の特許文献２におけるキャリブレーション方法により求めた各画素の分解能に基づいて各分割した区間毎に基準テンプレート９の拡大又は収縮を行う（Ｓ３）。
テンプレートマッチング部６１５は、基準テンプレート９の拡大・収縮処理を行いつつ、入力画像と基準テンプレート９との類似度を計算することでマーカ変位［ｐｉｘ］を検出する（Ｓ４）。
図８は、Ｓ４において誤検出を生じうる、マーカとその他の電線との配置を示す図である。
図９は、限定されたテンプレートマッチング適用範囲を示す図である。
Ｓ４においては、図８に示すような状態での誤検出を防止するために、Ｓ２で得られた架線高さ［ｍｍ］から図９に示すようにテンプレートマッチングによる探索の適用範囲が架線高さ周辺に限定される。

パンタグラフ変位計算部６１６は、高精度なパンタグラフ変位［ｍｍ］を求める（Ｓ５）。
Ｓ５では、Ｓ４で求めたマーカ変位が大まかであるため、より高精度なマーカ変位を求める。
パンタグラフ変位計算部６１６は、検出されたマーカの範囲内で図６に示すマーカの２本の白線のうち、下側の白線の下端である検出位置Ｐをエッジ検出により求め、サブピクセル推定により高精度なマーカ変位［ｐｉｘ］を検出する。
そして、パンタグラフ変位計算部６１６は、高精度なマーカ変位［ｐｉｘ］の算出後、上記の特許文献２におけるキャリブレーション方法により求めたキャリブレーション係数を乗じることでマーカ変位［ｍｍ］を算出する。
そして、パンタグラフ変位計算部６１６は、予め測定した、マーカの下側の白線の下端の検出位置Ｐからパンタグラフ上面までの距離を追加し、高精度なパンタグラフ変位［ｍｍ］を算出する。

なお、上述のＳ３からＳ５の処理は、入力画像のラインごとに行われる。

その後、フィルタリング処理部６１７は、データ処理部６１１で時系列的に並べられた架線７の偏位［ｍｍ］に対応したパンタグラフ変位［ｍｍ］に対する平滑化を行う（Ｓ６）。
そして、加速度計算部６１８は、架線７の偏位［ｍｍ］に対応した平滑化後のパンタグラフ変位［ｍｍ］の高さ方向の加速度［ｍｍ／ｓ^２］を算出する（Ｓ７）。
ここで、加速度の算出は、平滑化後の変位データを２階微分することにより行う。

このようにして、パンタグラフ１１の高さ方向の加速度が２０Ｇ以上となる位置を硬点として検出する。

以上説明した本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置によれば、パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２によって取得された画像及び架線高さ計測用測域センサ３によって取得されたレーザデータを解析することにより、非接触でパンタグラフ１１の高さ方向の変位を測定することができる。
そのため、本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置によれば、保守車両を用いた夜間等の停電時間帯の運用のみならず、通常の営業車両に適用してパンタグラフ１１の高さ方向の変位を測定することが可能となり、利便性が向上する。
また、本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置によれば、架線高さ計測用測域センサ３により大まかな架線高さを検出し、この大まかな架線高さに基づいてテンプレートマッチングの適用範囲を限定することで誤マッチングを防止するため、高精度なパンタグラフ高さ計測及びトロリ線である架線の硬点検出が可能になる。

＜実施形態２＞
実施形態１では、大まかな架線高さを検出し、テンプレートマッチングの適用範囲を限定することで誤マッチングを防止することで、高精度なパンタグラフ高さ計測及びトロリ線である架線の硬点検出を可能とする技術について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、大まかな架線高さの検出に代えて、大まかなパンタグラフ高さを検出してもよい。

図１０は、本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置の設置例を模式的に示す図である。
本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置は、パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２と、パンタグラフ高さ計測用測域センサ３Ａと、処理用コンピュータ６Ａと、を備える。
図１０に示すパンタグラフ変位測定装置は、架線高さ計測用測域センサ３に代えてパンタグラフ高さ計測用測域センサ３Ａを備え、演算処理部６１を備える処理用コンピュータ６に代えて演算処理部６１Ａを備える処理用コンピュータ６Ａを備える点が図１に示すパンタグラフ変位測定装置と異なり、その他の構成は実施形態１と同じであるため、その説明は実施形態１を援用する。

パンタグラフ高さ計測用測域センサ３Ａは、パンタグラフ１１の偏位を計測するため、車両１の屋根上にその光軸がほぼ直上を向くように設置されている。
パンタグラフ高さ計測用測域センサ３Ａによって取得されたレーザデータは、処理用コンピュータ６Ａに入力される。

図１１は、本実施形態における演算処理部６１Ａを示す機能ブロック図である。
図１１に示す演算処理部６１Ａは、架線高さ計測部６１３に代えてパンタグラフ高さ計測部６１９を備える点のみが図２に示す演算処理部６１と異なり、その他の構成は図２に示す演算処理部６１と同じであるためその説明は実施形態１を援用する。

図１２は、本実施形態における処理用コンピュータ６Ａによるトロリ線の硬点の検出方法を示すフローチャートである。
図１２に示すフローチャートは、Ｓ２の架線高さ計測処理に代えて、Ｓ２Ａのパンタグラフ高さ計測処理を含む点が図７に示すフローチャートと異なり、その他の処理は図７に示すフローチャートと同じであるためその説明は実施形態２を援用する。

パンタグラフ高さ計測部６１９は、パンタグラフ高さ計測用測域センサ３Ａで得られるレーザ座標データ（ｘ，ｙ）［ｍｍ］（測域センサのスキャン範囲はパンタグラフ周辺のみに限定）から一番低い位置にあるものをパンタグラフとして検出する（Ｓ２Ａ）。
そして、Ｓ４においては、Ｓ２Ａで得られたパンタグラフ高さ［ｍｍ］からテンプレートマッチングによる探索範囲がパンタグラフ高さ周辺に限定される。

本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置によれば、パンタグラフ高さ計測用測域センサ３Ａにより大まかなパンタグラフ高さを検出し、この大まかなパンタグラフ高さに基づいてテンプレートマッチングの適用範囲を限定することで誤マッチングを防止するため、高精度なパンタグラフ高さ計測及びトロリ線である架線の硬点検出が可能になる。

＜実施形態３＞
実施形態１では架線高さ計測用測域センサ３を備え、実施形態２ではパンタグラフ高さ計測用測域センサ３Ａを備える形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらに代えて、パンタグラフ１１の高さを計測するパンタグラフ高さ計測用エリアセンサカメラ３Ｂを備えていてもよい。

図１３は、本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置の設置例を模式的に示す図である。
本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置は、パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ２と、パンタグラフ高さ計測用エリアセンサカメラ３Ｂと、処理用コンピュータ６Ｂと、を備える。
図１３に示すパンタグラフ変位測定装置は、パンタグラフ高さ計測用測域センサ３Ａに代えてパンタグラフ高さ計測用エリアセンサカメラ３Ｂを備え、演算処理部６１Ａを備える処理用コンピュータ６Ａに代えて演算処理部６１Ｂを備える処理用コンピュータ６Ｂを備える点が図１０に示すパンタグラフ変位測定装置と異なり、その他の構成は実施形態２と同じであるため、その説明は実施形態１，２を援用する。

パンタグラフ高さ計測用エリアセンサカメラ３Ｂは、車両１の屋根上であってパンタグラフ１１とは車両１の前後方向に離間した位置に、パンタグラフ１１を撮影するように設置されている。
具体的には、パンタグラフ高さ計測用エリアセンサカメラ３Ｂは、その光軸が斜め上方に向くように、且つその撮影領域にパンタグラフ１１（の全可動域）が入るようにその向きを設定されている。
このパンタグラフ高さ計測用エリアセンサカメラ３Ｂによって取得した画像信号は、処理用コンピュータ６Ｂに入力される。

図１４は、本実施形態における演算処理部６１Ｂを示す機能ブロック図である。
図１４に示す演算処理部６１Ｂは、パンタグラフ高さ計測部６１９に代えてパンタグラフ高さ計測部６１９Ａを備える点のみが図１０に示す演算処理部６１Ａと異なり、その他の構成は図１０に示す演算処理部６１Ａと同じであるため、その説明は実施形態１，２を援用する。

本実施形態の検出方法は、実施形態２の図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
Ｓ２Ａのパンタグラフ高さ計測処理の詳細が実施形態２と異なり、その他の処理は実施形態２と同じであるため、その説明は実施形態２を援用する。
本実施形態では、Ｓ２ＡをＳ２Ａ´（図示しない）と表記する。

パンタグラフ高さ計測部６１９Ａは、パンタグラフ高さ計測用エリアセンサカメラ３Ｂで得られる画像データから、予め登録したパンタグラフ舟体のテンプレート画像とのテンプレートマッチングを行うことでパンタグラフの高さ［ｐｉｘ］を検出する（Ｓ２Ａ´）。
そして、Ｓ４においては、Ｓ２Ａで得られたパンタグラフ高さ［ｐｉｘ］からテンプレートマッチングによる探索範囲がパンタグラフ高さ周辺に限定される。

本実施形態に係るパンタグラフ変位測定装置によれば、パンタグラフ高さ計測用エリアセンサカメラ３Ｂで取得した画像を用いたテンプレートマッチングにより大まかなパンタグラフ高さを検出し、この大まかなパンタグラフ高さに基づいてテンプレートマッチングの適用範囲を限定することで誤マッチングを防止するため、高精度なパンタグラフ高さ計測及びトロリ線である架線の硬点検出が可能になる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、上述の構成に対して、構成要素の付加、削除又は転換を行った様々な変形例も含むものとする。

１ 車両
１１ パンタグラフ
２ パンタグラフ変位計測用ラインセンサカメラ
３ 架線高さ計測用測域センサ
３Ａ パンタグラフ高さ計測用測域センサ
３Ｂ パンタグラフ高さ計測用エリアセンサカメラ
４ 照明装置
５ マーカ
６，６Ａ，６Ｂ 処理用コンピュータ
６１，６１Ａ，６１Ｂ 演算処理部
６１１ データ処理部
６１２ テンプレート設定部
６１３ 架線高さ計測部
６１４ テンプレート拡大・収縮部
６１５ テンプレートマッチング部
６１６ パンタグラフ変位計算部
６１７ フィルタリング処理部
６１８ 加速度計算部
６１９，６１９Ａ パンタグラフ高さ計測部
６２ モニタ
７ 架線
８ マーカ画像
９ 基準テンプレート

Claims (6)

1. 鉄道車両の屋根上に設置されて前記鉄道車両のパンタグラフの中心位置のマーカを撮影するラインセンサカメラと、
   前記鉄道車両の前記屋根上に設置されて架線の高さを計測する測域センサと、
   前記鉄道車両の走行中に前記測域センサのデータに基づいて前記架線の高さを求めると共に、前記架線の高さと前記ラインセンサカメラを用いて取得した入力画像とを用いて前記パンタグラフの正確な高さを算出する画像処理装置と、を備え、
   前記画像処理装置は、前記ラインセンサカメラを用いて取得した前記マーカの画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを作成し、前記測域センサにより取得した前記架線の高さに基づいてテンプレートマッチングの適用範囲を限定し、前記基準テンプレートを用いて前記入力画像とのテンプレートマッチングを行うことで前記パンタグラフの高さ方向の変位及び加速度を算出するパンタグラフ変位測定装置。
2. 鉄道車両の屋根上に設置されて前記鉄道車両のパンタグラフの中心位置のマーカを撮影するラインセンサカメラと、
   前記鉄道車両の前記屋根上に設置されて前記パンタグラフの高さを計測する測域センサと、
   前記鉄道車両の走行中に前記測域センサのデータに基づいて前記パンタグラフの高さを求めると共に、前記パンタグラフの高さと前記ラインセンサカメラを用いて取得した入力画像とを用いて前記パンタグラフの正確な高さを算出する画像処理装置と、を備え、
   前記画像処理装置は、前記ラインセンサカメラを用いて取得した前記マーカの画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを作成し、前記測域センサにより取得した前記パンタグラフの高さに基づいてテンプレートマッチングの適用範囲を限定し、前記基準テンプレートを用いて前記入力画像とのテンプレートマッチングを行うことで前記パンタグラフの高さ方向の変位及び加速度を算出するパンタグラフ変位測定装置。
3. 鉄道車両の屋根上に設置されて前記鉄道車両のパンタグラフの中心位置のマーカを撮影するラインセンサカメラと、
   前記鉄道車両の前記屋根上に設置されて前記パンタグラフを撮影するエリアセンサカメラと、
   前記鉄道車両の走行中に前記エリアセンサカメラの画像に基づいて前記パンタグラフの高さを求めると共に、前記パンタグラフの高さと前記ラインセンサカメラを用いて取得した入力画像とを用いて前記パンタグラフの正確な高さを算出する画像処理装置と、を備え、
   前記画像処理装置は、前記ラインセンサカメラを用いて取得した前記マーカの画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを作成し、前記エリアセンサカメラの画像に基づいて取得した前記パンタグラフの高さに基づいてテンプレートマッチングの適用範囲を限定し、前記基準テンプレートを用いて前記入力画像とのテンプレートマッチングを行うことで前記パンタグラフの高さ方向の変位及び加速度を算出するパンタグラフ変位測定装置。
4. 鉄道車両の屋根上に設置されたラインセンサカメラによって走行中の前記鉄道車両のパンタグラフを撮影し、前記ラインセンサカメラによって撮影した画像と測域センサによって取得した架線の高さのデータとを画像処理装置により解析して前記パンタグラフの高さ方向の加速度を求め、前記架線であるトロリ線の硬点を検出するトロリ線硬点検出方法であって、
   前記ラインセンサカメラによって撮影される前記パンタグラフの面の中心位置に設置されたマーカを撮影したマーカ画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを設定すること、
   前記測域センサによって取得したデータから前記架線の高さを計測すること、
   前記鉄道車両の走行中に前記ラインセンサカメラによって撮影した入力画像を横方向に分割し、分割した区間毎に前記基準テンプレートの拡大又は収縮を行うこと、
   前記入力画像と前記基準テンプレートとのテンプレートマッチングを行うことで前記マーカの変位を検出しつつ、前記パンタグラフの高さ方向の変位を求めること、
   前記パンタグラフの高さ方向の変位に対してフィルタリング処理による平滑化を行うこと、
   前記平滑化を行ったデータを二階微分することで加速度を算出すること、を含むトロリ線硬点検出方法。
5. 鉄道車両の屋根上に設置されたラインセンサカメラによって走行中の前記鉄道車両のパンタグラフを撮影し、前記ラインセンサカメラによって撮影した画像と測域センサによって取得したパンタグラフの高さのデータとを画像処理装置により解析して前記パンタグラフの高さ方向の加速度を求め、架線であるトロリ線の硬点を検出するトロリ線硬点検出方法であって、
   前記ラインセンサカメラによって撮影される前記パンタグラフの面の中心位置に設置されたマーカを撮影したマーカ画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを設定すること、
   前記測域センサによって取得したデータから前記パンタグラフの高さを計測すること、
   前記鉄道車両の走行中に前記ラインセンサカメラによって撮影した入力画像を横方向に分割し、分割した区間毎に前記基準テンプレートの拡大又は収縮を行うこと、
   前記入力画像と前記基準テンプレートとのテンプレートマッチングを行うことで前記マーカの変位を検出しつつ、前記パンタグラフの高さ方向の変位を求めること、
   前記パンタグラフの高さ方向の変位に対してフィルタリング処理による平滑化を行うこと、
   前記平滑化を行ったデータを二階微分することで加速度を算出すること、を含むトロリ線硬点検出方法。
6. 鉄道車両の屋根上に設置されたラインセンサカメラによって走行中の前記鉄道車両のパンタグラフを撮影し、前記ラインセンサカメラによって撮影した画像とエリアセンサカメラによって取得した画像に基づくパンタグラフの高さのデータとを画像処理装置により解析して前記パンタグラフの高さ方向の加速度を求め、架線であるトロリ線の硬点を検出するトロリ線硬点検出方法であって、
   前記ラインセンサカメラによって撮影される前記パンタグラフの面の中心位置に設置されたマーカを撮影したマーカ画像に基づき前記マーカの一ライン分の基準テンプレートを設定すること、
   前記エリアセンサカメラによって取得した画像に基づく前記パンタグラフの高さを計測すること、
   前記鉄道車両の走行中に前記ラインセンサカメラによって撮影した入力画像を横方向に分割し、分割した区間毎に前記基準テンプレートの拡大又は収縮を行うこと、
   前記入力画像と前記基準テンプレートとのテンプレートマッチングを行うことで前記マーカの変位を検出しつつ、前記パンタグラフの高さ方向の変位を求めること、
   前記パンタグラフの高さ方向の変位に対してフィルタリング処理による平滑化を行うこと、
   前記平滑化を行ったデータを二階微分することで加速度を算出すること、を含むトロリ線硬点検出方法。
   
   

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