JP2538730B2 - 画像デ―タ処理方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像データ処理方式、特
に、鉄道車両のような定められた経路を走行する移動体
の前方の画像データの処理に好適な画像データ処理方式
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】公共輸送機関としての鉄道の最大の目標
は、安全な輸送サービスの提供である。そのために、走
行車両の前方監視や駅、ホームでの安全監視、さらに線
路に対する巡回検査や列車の仕業点検などの目視検査が
欠かせない。しかし、人間の認識能力や注意力は完全で
なく、また、このような地味で忍耐力の必要な作業に従
事する人を確保することも困難になりつつある。

【０００３】そこで、テレビカメラ等の撮像手段により
監視対象の画像信号を取得し、それを電子計算機により
処理することが考えられるが、従来は、テレビカメラか
ら入力されたレールの画像に基づいて電子計算機により
レールの継ぎ目の画像を検知し、継ぎ目間隔の異常を監
視する程度のことしか行われていなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の画像データ処理方式においては、テレビカメラの出
力をそのまま電子計算機に入力しているため、走行車両
の前方画像データのようにデータ量が膨大な場合は、処
理に多大の時間を要してしまうという問題点があった。

【０００５】本発明は、前記問題点を解決して、走行車
両の前方画像のような膨大な量の画像データを短時間で
処理することのできる画像データ処理方式を提供するこ
とを目的とする。また、本発明は、処理した画像データ
に基づいて自由な条件で画像の再構成を行うことのでき
る画像データ処理方式を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、本発明は、定められた経路を走行する移動体の前
方の画像データを処理する画像データ処理方式におい
て、画像入力装置から出力された移動体の前方の画像を
画像メモリに記憶し、画像メモリに記憶された画像か
ら、画面内の所定の位置において水平方向及び垂直方向
に所定の幅を有する枠状の部分画像を切り出し、部分画
像を枠の所定の位置で切断して直線状に展開した壁面展
開画像データを作成するようにした。

【０００７】また、本発明は、定められた経路を走行す
る移動体の前方の画像データを処理する画像データ処理
方式において、部分画像から作成した壁面展開画像デー
タにもとづいて、内面に壁面展開画像を有する筒状のト
ンネル及びトンネル内面の各位置における壁面展開画像
の画素データを作成し、トンネル内又はトンネルの前方
の所定の位置に視点及びその視角を設定し、かつ、視角
とトンネルとが交差する位置にスクリーンを作成し、視
点とスクリーン上の任意の画素とを結ぶ直線がトンネル
と交差する領域を求め、交差する領域における壁面展開
画像の画素データを用いて再構成画像の画素データを得
るようにした。

【０００８】

【作用】本発明によれば、以上のように画像データ処理
方式を構成したので、画像入力装置は移動体の前方の画
像を画像メモリに記憶し、画像処理装置は画像メモリに
記憶された各画像から、画面内の所定の位置において水
平方向及び垂直方向に所定の幅を有する枠状の部分画像
を切り出し、部分画像を枠の所定の位置で切断して直線
状に展開した壁面展開画像データを作成する。

【０００９】また、本発明によれば、画像処理装置は部
分画像から作成した壁面展開画像データにもとづいて、
内面に壁面展開画像を有する筒状のトンネル及びトンネ
ル内面の各位置における壁面展開画像の画素データを作
成し、トンネル内又はトンネルの前方の所定の位置に視
点及びその視角を設定し、かつ、視角とトンネルとが交
差する位置にスクリーンを作成し、視点とスクリーン上
の任意の画素とを結ぶ直線がトンネルと交差する領域を
求め、交差する領域における壁面展開画像の画素のデー
タを用いて再構成画像の画素データを得る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明に係る画像データ
処理方式を鉄道車両の前方の画像データの処理に適用し
た実施例の説明図である。図において、（ａ）は鉄道車
両（図示せず。以下、車両という。）の所定の位置に設
けられたテレビカメラから出力された第ｉ＋1 フレーム
の画像、（ｂ）は同じく第ｉフレームの画像、（ｃ）は
第ｉ−1 フレームの画像である。そして、各フレームの
画像中ハッチングを付した部分はその各フレームにおい
て切り出される部分画像１である。また、（ｄ）は切り
出された部分画像をデマッピング処理して構成したデマ
ッピング画像、（ｅ）はデマッピング画像をリマッピン
グ処理することにより再構成した再構成画像である。

【００１１】最初に、デマッピング処理について、
（ｃ）の第ｉ−１フレームの画像を処理するタイミング
にあるものとして説明する。まず、（ｃ）の第ｉ−1 フ
レームの画像からハッチングを付した部分画像１i-1 を
切出す。部分画像の領域は、車両の走行速度、テレビカ
メラのフレーム周波数、テレビカメラの視角等にもとづ
いて設定する。例えば、車両の走行速度をＶ〔ｍ／
ｓ〕、テレビカメラのフレーム周波数をｆｖ〔Ｈｚ〕と
すると、テレビカメラが第ｉ−1 フレームの画像を出力
する時点から第ｉフレームの画像を出力する時点までに
車両は（Ｖ／ｆｖ）〔ｍ〕進むから、車両の前方の画像
データを連続的に取得するためには、各部分画像１には
進行方向（Ｖ／ｆｖ）〔ｍ〕の範囲の画像が含まれるよ
うに設定する。水平方向、垂直方向ともに１画素の幅
（したがって、水平方向は１水平走査線の幅）にすれ
ば、画像データの処理が容易になる。また、この幅を１
フレームごとに交互に１画素、２画素とし、平均が１．
５画素幅になるようにしてもよい。なお、図では部分画
像１を画面の最も外側の部分に設定しているが、この場
所に限定されるものではない。

【００１２】次に，切出した部分画像１i-1 を天井部
Ｓ，Ｓ′で切断し、（ｄ）に示すように左側天井部Ａ
１、左側壁面部Ｂ、床部Ｃ、右側壁面部Ｄ、右側天井部
Ａ２が直線状に並ぶように変換して壁面展開画像２i-1
を作成する。なお、部分画像１の幅を複数ライン分に設
定した場合、部分画像１の内側の画素数は外側の画素数
よりも少なくなるので、補間処理により画素を作成す
る。

【００１３】次いで、（ｂ）に示す第ｉフレームの画像
では、第ｉ−１フレームの部分画像１i-1 の内側の枠状
の部分内の画像が画面の最も外側に来るので、これを部
分画像１i として切出し、壁面展開画像２i を作成す
る。以下、（ａ）に示す第ｉ＋１フレーム以後の各フレ
ームの画像から、順次、部分画像を切出して、（ｄ）に
示すように直線状に配列し、壁面展開画像２を作成す
る。

【００１４】以上が、デマッピング処理である。リマッ
ピング処理は、（ｅ）に示すように、デマッピング処理
の逆処理であり、デマッピング処理により作成した壁面
展開画像２から任意の位置、視点における画像を再構成
する処理である。詳細は図２及び図３を参照しながら、
説明する。

【００１５】図２は本発明の実施例に係る画像データ処
理方式におけるリマッピング処理の説明図、図３はリマ
ッピング処理のフローチャートである。以下、図２及び
図３を参照しながらリマッピング処理について説明す
る。まず、最初にフローチャートのステップＳ１に従っ
て、視点が進行する経路に沿った架空の矩形トンネルの
形状を定める。

【００１６】次に、ステップＳ２として、矩形トンネル
の壁面に図１で説明したデマッピング画像を貼りつけ
る。具体的な処理として、まず電子計算機内に想定され
た矩形トンネルモデル壁面に、図１により説明したデマ
ッピング処理により得られた壁面画像を次のように貼り
つける。すなわち、図１（ｄ）の壁面展開画像を点線部
分で直角に折り曲げ、左側天井部Ａ１、左側壁面部Ｂ、
床部Ｃ、右側壁面部Ｄ、右側天井部Ａ２の各部分を矩形
トンネルモデルの天井、壁面、床の各部分に対応させ、
切開端のＳとＳ′が接合するように貼りつける。実際の
電子計算機内の処理では、矩形トンネル壁面の座標とデ
マッピング画像の座標の対応表を作成する。

【００１７】図２はこのトンネルを長手方向に沿って垂
直に切断した断面を示している。したがって、３は天井
部であり、４は床部である。また６はトンネル長手方向
と直角なトンネル断面に設定されたスクリーンである。
壁面及びスクリーン上の目盛りはそれぞれの面上におけ
る画像の画素単位を示している。すなわち、ここでは、
デマッピング処理における部分画像の幅は１画素として
ある。

【００１８】次に、ステップＳ３として矩形トンネル内
の視点移動経路の中で、再構成画像を作成したい視点位
置を一つ選定する。次に、ステップＳ４としてその視点
より視角θで前方を見た時の画像を作成するためのスク
リーンを設定する。このスクリーンの位置と大きさは自
由であるが、一般に図２に示されるように、視角θを延
長して矩形トンネル壁面と交差する位置にとるのが望ま
しい。なお、このスクリーンは透明であると仮定すると
考えやすい。

【００１９】次にステップＳ５としてスクリーン上の画
素（スクリーン画素）を一つ選び、視点とその四隅の格
子点を結んだ直線を延長し、矩形トンネル壁面との交点
を求める。この４つの交点により囲まれた領域をスクリ
ーン画素の投影領域とする。次にステップＳ６として、
スクリーン画素投影領域内の壁面デマッピング画像デー
タを用いて、スクリーン上の画素データを定める。この
場合の画素データ決定のアルゴリズムとしては、各種の
手法が考えられるが、一般的には画素投影領域内の壁面
デマッピング画像データの平均値を用いるのがよい。

【００２０】ステップＳ５及びステップＳ６の処理は、
スクリーン上の各画素について実施し、スクリーン上の
全ての画素について処理が終了すると、ステップＳ３で
選んだ視点から視角θで見た画像がスクリーン上に再構
成される。具体的な例として、図２に示される例では、
例えば、スクリーン６上の画素６ａには、視点５と画素
６ａを通る直線（視線）を延長して天井部３と交差した
領域３ａの画像が見えるので、この領域３ａ内の画素の
平均値等を画素６ａの画素値とする。同様に、領域４ｂ
内の画素の平均値等を画素６ｂの再構成画像の画素値と
する。この処理をスクリーン６上の全ての画素に対して
実施すれば、視点５から見た再構成画像が得られる。な
お、ここでは、説明の便宜上、スクリーン６の垂直方向
は２０個の画素で構成したが、実際には、２５６、５１
２等の適当な数に設定する。

【００２１】図４は本発明の実施例に係る画像データ処
理方式を実施するための画像データ処理システムの構成
を示すブロック図である。図４において１１はテレビカ
メラで構成された画像入力装置で、被写体の画像を画像
信号に変換し、かつ、ディジタル化する。１２はディジ
タル化された画像信号を一時的に記憶する半導体等で構
成された画像メモリ、１３は画像メモリ１２の出力に対
して所望の処理を行う電子計算機、１４は電子計算機１
３の出力を記憶する磁気ディスク等で構成された補助記
憶装置、１５は電子計算機１３の出力を印刷又は表示す
る画像出力装置である。

【００２２】図５は本発明の実施例における画像データ
処理システムのデマッピング処理動作の説明図である。
まず、車両の所定の位置に配置された画像入力装置１１
は車両の前方の画像を画像信号に変換し、８ビットのデ
ィジタル化画像信号に変換して画像メモリ１２に記憶す
る。

【００２３】次に、電子計算機１３は画像メモリ１２に
記憶されたディジタル化画像信号中、画面の最も外側の
部分を図１における部分画像１として切り出し、アドレ
ス変換して、壁面展開画像２を構成する画像データに変
換する。ここで、この変換処理についてもう少し詳しく
説明する。いま、画像入力装置１１から出力された画像
信号は縦×横が５１２ドット×５１２ドットであるとす
ると、電子計算機１３が切り出す部分画像の画素数は各
フレーム毎に２０４８ドットになる。電子計算機１３は
図５（ａ）に示すように、画面上端中央部のＳ点から反
時計回りに画像メモリ１２に記憶されている画素を順
次、サンプリングし、図５（ｂ）に示すようにＳが０
に、Ｓ′が２０４７になるようにアドレス変換する。こ
の変換処理を画像メモリ１２に記憶されたディジタル化
画像信号の各フレームに対して行えば、壁面展開画像２
を作成するためのディジタル化画像信号を得ることがで
きる。なお、アドレス変換された画像信号は電子計算機
１３の主記憶メモリ（図示せず）に記憶し、主記憶メモ
リの記憶容量を越える量になったら、補助記憶装置１４
に記憶する。

【００２４】壁面展開画像２の作成は、補助記憶装置１
４に記憶されたディジタル化画像信号を読出し、アナロ
グ信号に変換して画像出力装置１５で出力することによ
り行うことができる。次に、本発明の実施例における画
像データ処理システムのリマッピング動作を図２及び図
４を参照しながら説明する。

【００２５】まず、図２における矩形断面の筒状のトン
ネルを作成、スクリーン６の設置及び視点５の設定は三
次元コンピュータグラフィクス技術を用いて行う。ここ
で、三次元コンピュータグラフィクス技術を用いて作成
した筒状のトンネル内の各位置における壁面展開画像２
の画素データ（輝度レベル等）を計算し、電子計算機１
３内の主記憶メモリに記憶しておく。

【００２６】次に、視点５とスクリーン６上の任意の画
素を結ぶ直線を延長して筒状のトンネルとの交点の座標
を求める。そして、その交点における壁面展開画像の画
素データを主記憶メモリから読出し、その画素における
再構成画像データとする。この処理をスクリーン６上の
全ての画素に対して実施すれば、視点５から見た再構成
画像データが得られ、それを画像出力装置１５で表示又
は印刷すれば、再構成画像を見ることができる。

【００２７】本発明における再構成画像の作成は、任意
の位置、視角、時間間隔（撮像時と異なる速度等）で行
うことができる。また、画像入力装置が入力した画像が
まっすぐな線路上の画像であっても、それを基に作成し
た壁面展開画像を内面に有する矩形断面の筒状のトンネ
ルの形状を変化させることにより、その形状に応じてカ
ーブしたトンネルの画像、登り坂トンネルの画像等を作
成することができる。図６はこの様子を示すものであ
る。

【００２８】なお、上記実施例においては、画像をフレ
ームごとに画像メモリに記憶し、処理しているが、標準
テレビジョン走査方式のように１フレームが２フィール
ドから構成されている場合にはフィールドごとに画像メ
モリに記憶し、処理してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、画像メモリに記憶された各フレームの画像か
ら、画面内の所定の位置において水平方向及び垂直方向
に所定の幅を有する枠状の部分画像を切り出して壁面展
開画像データを作成するので、画像情報を欠落すること
なく、処理する画像データ量を大幅に削減する（例え
ば、上記実施例では、各フレームごとに５１２×５１２
ドットの内、５１２×４ドットのみの処理であるため、
処理量は１／１２８になる）ことができる。したがっ
て、走行する車両の前方の画像データのような大量の画
像データを効率よく処理することが可能になり、鉄道に
おける線路巡回点検に代わる画像処理による自励点検シ
ステムの実現等に寄与することが期待される。

【００３０】また、本発明によれば、再構成画像の作成
は、任意の位置、視角、時間間隔等で行うことができる
ので、現実と異なる自由な条件で再構成画像を得ること
ができる。したがって、運転シュミレータ等における画
像作成に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像データ処理方式を鉄道車両の
前方の画像データの処理に適用した実施例の説明図であ
る。

【図２】本発明の実施例に係る画像データ処理方式にお
けるリマッピング処理の説明図である。

【図３】本発明の実施例に係る画像データ処理方式にお
けるリマッピング処理のフローチャートである。

【図４】本発明の実施例に係る画像データ処理方式を実
施するための画像データ処理システムの構成を示すブロ
ック図である。

【図５】本発明の実施例における画像データ処理システ
ムのデマッピング処理動作の説明図である。

【図６】本発明の実施例における再構成画像の構成例の
説明図である。

【符号の説明】

１ 部分画像 ２ 壁面展開画像 ３，４ 筒状トンネル ５ 視点 ６ スクリーン １１ 画像入力装置 １２ 画像メモリ １３ 電子計算機 １４ 補助記憶装置 １５ 画像出力装置

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定められた経路を走行する移動体の前方
   の画像データを処理する画像データ処理方式において、 （ａ）画像入力装置から出力された前記移動体の前方の
   画像を画像メモリに記憶し、 （ｂ）該画像メモリに記憶された画像から、画面内の所
   定の位置において水平方向及び垂直方向に所定の幅を有
   する枠状の部分画像を切り出し、 （ｃ）該部分画像を該枠の所定の位置で切断して直線状
   に展開した壁面展開画像データを作成することを特徴と
   する画像データ処理方式。
2. 【請求項２】 画像出力装置により壁面展開画像データ
   を印刷して壁面展開画像を作成することを特徴とする請
   求項１記載の画像データ処理方式。
3. 【請求項３】 壁面展開画像データを補助記憶装置に記
   憶することを特徴とする請求項１又は２記載の画像デー
   タ処理方式。
4. 【請求項４】 定められた経路を走行する移動体の前方
   の画像データを処理する画像データ処理方式において、 （ａ）部分画像から作成した壁面展開画像データにもと
   づいて、内面に壁面展開画像を有する筒状のトンネル及
   び該トンネル内面の各位置における壁面展開画像の画素
   データを作成し、 （ｂ）該トンネル内又は該トンネルの前方の所定の位置
   に視点及びその視角を設定し、かつ、該視角と前記トン
   ネルとが交差する位置にスクリーンを作成し、 （ｃ）該視点と該スクリーン上の任意の画素とを結ぶ直
   線が前記トンネルと交差する領域を求め、 （ｄ）該交差する領域における壁面展開画像の画素デー
   タを用いて再構成画像の画素データを得ることを特徴と
   する画像データ処理方式。