JP4971874B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、列車、自動車、飛行機、トロッコ、コンベア上の物品などの移動体の走行中または停止したときの位置を検出する装置に関する。

従来より、列車の停止位置を検出する装置が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、列車停止位置より手前でかつ一両分の車両長より短い距離の位置に設けられ車両の先頭部分を検出する第１の車両検出センサと、列車停止位置近くに設けられ列車の先頭部分を検出する５個の第２の車両検出センサと、前記第１および第２の車両センサ検出信号発生タイミングから列車停車位置を検出する停止位置検出器とを備えた位置検出装置が提案されている。

特許文献１によると、第１の車両検出センサを通過したときから第２の車両検出センサを通過するまでの時間からその間の平均速度を検出する。平均速度と第２の車両検出センサの検出状態とから列車停止位置を求めることが可能である。

列車の停止位置を検出することにより、列車のドアとプラットホームに設けられた安全柵の扉とが一致しているか否かを判定し、一致している場合には安全柵の扉を開ける。

また、列車の先頭位置を距離センサで検出するとともに、プラットホームの所定個所に超音波ヘッドを配設し、プラットホームに停車した列車の側面に超音波を出射してその反射波を受信するまでの時間を算出し、それらに基づいて乗降扉位置を検出することも提案されている（特許文献２）。
特開平６−２７８５９９号公報 特開２００６−２６４４７５号公報

しかし、特許文献１の位置検出装置によると、第１の車両検出センサおよび第２の車両検出センサは、いずれも列車の先頭の通過を検出するものであり、その時々の列車の位置を正確に検出するものではない。

そのため、列車の停止位置を高精度で検出するには、列車が停止する可能性のある範囲に多数の車両検出センサを密集して配置する必要がある。しかし、そのように多数の車両検出センサを設けることは、コスト的にもまたメンテナンス上においても不利である。しかも、車両検出センサを幾ら多数設けた場合でも、その設置間隔以上の精度で位置検出を行うことは困難であり、検出精度に限界がある。

また、特許文献２のように距離センサによって列車の停止位置を検出した場合には、列車の形状などによっては検出位置が異なってくるので、検出の精度をそれほど高くはできないという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、移動体の位置を簡単な構成で高精度に検出することを目的とする。

本発明に係る一形態の位置検出装置は、前記移動体の画像を当該移動体の背景の画像とともに撮像可能なように設置された画像センサと、前記画像センサによって撮像された、前記移動体が写っていない画像であるベース画像と、前記移動体が写った画像である検出用画像とを比較し、前記検出用画像に写った移動体の基準部の画像上の位置から当該基準部の実際の位置を求めることにより、前記移動体の位置を検出する位置検出部とを有する。

前記位置検出部は、例えば、前記検出用画像に写った移動体の基準部の画像上の位置ＰＶと、前記背景から前記基準部までの距離Ｈｄと、前記背景から前記画像センサまでの距離Ｈｃとを用いて、前記移動体の基準部の実際の位置ＰＲを求める。

なお、基準部の実際の位置ＰＲを求めるとは、実質的にそのような実際の位置ＰＲを求めればよく、必ずしも実際の位置ＰＲを示すデータを出力する必要はない。例えば、求めた基準部の実際の位置ＰＲに基づいて、さらに、移動体の全体としての位置、または移動体の特定の部分の位置を求め、最終的に求めた位置を示すデータを出力し、そのデータを表示しまたはそのデータに基づいて制御を行うようにしてもよい。

また、本発明における基準部とは、移動体の位置の検出のための基準となる部位であり、移動体の一部を構成する部分、または移動体に取り付けられた部材であってもよい。

本発明によると、移動体の位置を簡単な構成で高精度に検出することができる。

〔第１の実施形態〕
図１は本発明に係る第１の実施形態の位置検出装置１の構成を示すブロック図、図２は列車ＴＲの停止位置の検出方法を説明するための図、図３は画像センサＳＥ１の設置の例を示す図、図４はベース画像ＦＧ１および検出用画像ＦＧ２の例を示す図、図５は検出ウインドウによる停止位置の検出過程を説明する図、図６は列車ＴＲの停止位置の他の検出方法を説明するための図である。

図１および図２において、位置検出装置１は、画像センサＳＥ１、移動体センサＳＦ１、距離センサＳＫ１、位置検出部１１、停止判断部１２、および停止位置判定部１３などからなる。

画像センサＳＥ１は、移動体である列車ＴＲの画像を当列車ＴＲの背景の画像とともに撮像可能なように設置されたものである。画像センサＳＥ１は、撮像範囲ＳＡを有し、この撮像範囲ＳＡにわたって、背景である地面ＧＲを撮像可能である。画像センサＳＥ１は、例えば地上高さ５メートル程度の高さ位置に設置される。その場合に、撮像範囲ＳＡは例えば６〜７メートル程度である。画像センサＳＥ１は、例えば動画を出力するビデオカメラである。画像センサＳＥ１は、例えば、毎秒３０フレームの画像を連続的に出力する。動画の中から選択された１フレームの画像が、ベース画像ＦＧ１または検出用画像ＦＧ２である。なお、検出用画像ＦＧ２を決定するために複数のフレームが用いられることがある。

画像センサＳＥ１は、自動露出装置を備えており、時刻や天候に応じて露出量が最適となるように制御されている。しかし、移動体センサＳＦ１によって列車ＴＲの進入が検出されると、自動露出装置はその時点で露出量を固定し、ベース画像ＦＧ１と検出用画像ＦＧ２とが同一の露出量で撮像されるようになっている。これによって、ベース画像ＦＧ１と検出用画像ＦＧ２との間に無用な画像の変化が生じることなく、本発明の基準部に相当する先端部ＴＢをより正確に検出することができる。

移動体センサＳＦ１は、画像センサＳＥ１が設置された位置よりも列車ＴＲの進行方向（矢印Ｍ１方向）の手前側において、列車ＴＲの進入を検出するために設置されている。移動体センサＳＦ１は、列車ＴＲが画像センサＳＥ１の撮像範囲ＳＡに入るまでに列車ＴＲの進入を検出するように配置されている。

移動体センサＳＦ１は、例えば、超音波センサ、赤外線センサなどのように、センサの前方の対象物の存否を検出するものである。移動体センサＳＦ１の前方に列車ＴＲが進入すると、移動体センサＳＦ１はそれを検出して検出信号Ｓ１を出力する。検出信号Ｓ１は、ベース画像撮像指示信号として画像センサＳＥ１に入力され、この信号Ｓ１に基づいて、画像センサＳＥ１がベース画像ＦＧ１を撮像するように制御される。これによって、検出用画像ＦＧ２を撮像する直前のベース画像ＦＧ１が得られ、移動体の検出が正確に行える。

距離センサＳＫ１は、列車ＴＲの先端部ＴＢの高さを計測する。距離センサＳＫ１として、例えば、線路を挟んだ両側に高さ方向に並んだ複数の赤外線センサなどを設けておき、赤外線センサが列車ＴＲの先端部ＴＢにより遮光されることによって距離Ｈｄを検出するように構成することが可能である。計測された結果は、距離Ｈｄとして出力される。

なお、画像センサＳＥ１は、上に述べたように動画を出力するので、「画像センサＳＥ１がベース画像ＦＧ１を撮像する」とは、画像センサＳＥ１が出力する動画の中から、信号Ｓ１の入力されたタイミングで１フレームの画像を選択することである。画像センサＳＥ１が静止画を出力することが可能な場合には、信号Ｓ１の入力されたタイミングで１枚の静止画をベース画像ＦＧ１として出力する。

ベース画像ＦＧ１とは、画像センサＳＥ１の撮像範囲ＳＡ内に列車ＴＲが進入していないときに画像センサＳＥ１によって撮像された画像である。つまり、図４（Ａ）に示すように、ベース画像ＦＧ１には、地面ＧＲおよび線路（軌道）ＳＲは写っているが、図４（Ｂ）に示すような列車ＴＲは写っていない。これに対して検出用画像ＦＧ２は、図４（Ｂ）に示すように、進入してきた列車ＴＲの先端部（先頭部）が写っている。列車ＴＲの先端部は、本発明の基準部の１つの例である。

位置検出部１１は、これらベース画像ＦＧ１と検出用画像ＦＧ２とを比較することにより、列車ＴＲの位置を検出する。例えば、ベース画像ＦＧ１と検出用画像ＦＧ２とにおける輝度または色の差によって列車ＴＲの位置を検出する。その際に、これらのベース画像ＦＧ１および検出用画像ＦＧ２から、列車ＴＲの進行方向に沿って長い矩形領域を検出ウインドウＷＤとして抽出し、抽出された検出ウインドウＷＤの画像に基づいて、列車ＴＲの先端部の実際の位置ＰＲを算出する。

具体的には、位置検出部１１は、検出用画像ＦＧ２に写った列車ＴＲの先端部ＴＢの画像上の位置ＰＶ（図２参照）と、背景である地面ＧＲから先端部までの距離Ｈｄと、地面ＧＲから画像センサＳＥ１までの距離Ｈｃとを用いて、列車ＴＲの先端部ＴＢの実際の位置ＰＲを算出する。

画像センサＳＥ１の位置ＰＳは、検出用画像ＦＧ２の中心であるから、この中心の位置ＰＳを基準として、位置ＰＳから先端部ＴＢの画像上の位置ＰＶまでの距離をＬＧとし、位置ＰＳから先端部ＴＢの実際の位置ＰＲまでの距離をＬとすると、三角形の相似関係から、距離ＬＧは次の（１）式によって示される。

ＬＧ＝〔Ｈｃ／（Ｈｃ−Ｈｄ）〕・Ｌ ……（１）
したがって、画像上の位置ＰＶを求め、これから距離ＬＧを求めることにより、次の（２）式によって距離Ｌを求めることができる。

Ｌ＝〔（Ｈｃ−Ｈｄ）／Ｈｃ〕・ＬＧ ……（２）
なお、地面ＧＲから先端部ＴＢまでの距離Ｈｄは、距離センサＳＫ１により実測して求めたが、これに代えて、それぞれの列車ＴＲについての距離Ｈｄのデータを列車ダイヤとともにメモリに格納しておき、それらのデータを演算に際して読み出してもよい。

また、列車ＴＲの車両番号、各部の寸法、その他の仕様、運行予定などを記録したＩＣタグを列車ＴＲに取り付けておき、そのＩＣタグの記録した情報を読み取って距離Ｈｄのデータを取得してもよい。

また、式を用いた演算に代えて、必要なデータを予めテーブルに格納しておき、先端部ＴＢの画像上の位置ＰＶを入力することによってテーブルから実際の位置ＰＲを読み出すように構成してもよい。

先端部ＴＢの画像上の位置ＰＶを検出するには、検出用画像ＦＧ２からベース画像ＦＧ１を差し引くことによって、列車ＴＲの画像が得られるので、それに基づいて先端部ＴＢを検出する。

図５に示すように、ベース画像ＦＧ１および検出用画像ＦＧ２から検出ウインドウＷＤを抽出し〔図５（Ａ）（Ｂ）〕、それらの差分画像ＦＧ３を求める〔図５（Ｃ）〕。差分画像ＦＧ３について、エッジ画像ＦＧ４を生成する〔図５（Ｄ）〕。エッジ画像ＦＧ４には、先端部ＴＢが明瞭に示されるので、その位置が位置ＰＶとなる。

このように、位置検出部１１において、検出用画像ＦＧ２に基づいて、先端部ＴＢの実際の位置ＰＲが検出される。位置検出部１１は、検出した先端部ＴＢの実際の位置ＰＲを出力するが、その出力として、列車ＴＲが停止したときの位置（停止位置）ＰＲＢと、列車ＴＲの走行中におけるその時々の位置ＰＲＡとを出力する。

停止判断部１２は、検出用画像ＦＧ２に基づいて、列車ＴＲが停止したか否かを判断する。停止したと判断したときに、停止判断信号Ｓ２を出力する。停止判断信号Ｓ２に基づいて、位置検出部１１は、停止判断部１２により停止と判断されたときの列車ＴＲの先端部の位置である停止位置ＰＲＢを検出する。

停止判断部１２においては、画像センサＳＥ１から出力される画像をフレームごとに直前のフレームと比較する。より詳しくは、例えば、画像センサＳＥ１から出力されるフレームごとの位置情報（位置ＰＶまたはＰＲ）を直前のフレームの位置情報と比較する。列車ＴＲの先端部ＴＢの位置ＰＶまたはＰＲの変化量が所定値以下となったときに、列車ＴＲが停止したと判断する。

つまり、例えば、画像センサＳＥ１から出力されるフレームの内容から直前のフレームの内容を差し引く。差分の画素が変化分であるので、その差分の画素の移動量（移動画素数）を求め、移動量が複数回にわたって所定の範囲内であれば停止と判断する。この場合の所定範囲としては、列車ＴＲの停止時の揺れなどによる変位が誤検出されないような範囲としておけばよい。

停止位置判定部１３は、列車ＴＲが正常位置に停止したか否かを判定する。つまり、停止位置判定部１３は、位置検出部１１によって検出された停止位置ＰＲＢが、列車ＴＲの目標停止位置ＭＰについての許容範囲ＨＭＰ内である場合に、正常位置に停止したと判定する。目標停止位置ＭＰおよび許容範囲ＨＭＰは、例えば、画像センサＳＥ１の撮像範囲におけるｘ方向の座標データとして、目標停止位置格納部１４に格納しておけばよい。停止位置判定部１３は、停止位置ＰＲＢが正常位置であるか否かを示す信号Ｓ３を出力する。

図２において、列車ＴＲの先端部ＴＢの位置ＰＲは、目標停止位置ＭＰに近く、その許容範囲ＨＭＰ内であるから、この場合には正常位置を示す信号Ｓ３が出力される。

なお、目標停止位置ＭＰおよび許容範囲ＨＭＰを、検出用画像ＦＧ２上の位置として設定しておいてもよい。この場合には、検出用画像ＦＧ２における列車ＴＲの先端部ＴＢの位置ＰＶについてチェックが行われる。

ところで、図２においては、画像センサＳＥ１は、列車ＴＲの目標停止位置ＭＰよりもその進行方向奥側（進行方向前方側）に設置されている。したがって、通常、列車ＴＲが停止したときには、画像センサＳＥ１は、列車ＴＲの先頭車両の前面の下縁を先端部ＴＢとして検出することとなる。この場合には、距離Ｈｄが小さく、したがって画像上の位置ＰＶまでの距離ＬＧと実際の位置ＰＲまでの距離Ｌとの差が小さくなり、停止位置ＰＲＢの検出精度が向上する。

しかし、画像センサＳＥ１を、列車ＴＲの目標停止位置ＭＰよりもその進行方向手前側（進行方向後方側）に設置することも可能である。その場合には、通常、列車ＴＲが停止したときには、画像センサＳＥ１は、列車ＴＲの先頭車両の前面の上縁を先端部ＴＢとして検出する。

すなわち、図６において、列車ＴＲは、画像センサＳＥ１の設置された位置ＰＳよりも進行方向前方の位置ＰＲにおいて停止している。この場合においても、位置検出部１１は、地面ＧＲから列車ＴＲの先端部ＴＢまでの距離Ｈｄと、地面ＧＲから画像センサＳＥ１までの距離Ｈｃとを用いて、上に述べた（２）式を用いて、距離Ｌ、つまり先端部ＴＢの実際の位置ＰＲを求めることができる。位置ＰＲは、画像センサＳＥ１の検出用画像ＦＧ２の画素の分解能に近い精度で求められる。

このように、本実施形態の位置検出装置１によると、列車ＴＲの位置ＰＲを簡単な構成で高精度に検出することができる。
〔第２の実施形態〕
次に、複数個の画像センサＳＥを列車ＴＲの進行方向に沿って設置した例について説明する。

図７は本発明に係る第２の実施形態の位置検出装置１Ｂの構成を示すブロック図、図８は２つの画像センサＳＥ１，２の配置例を示す図、図９は複数の画像センサＳＥが設置された駅ＳＴの例を示す斜視図、図１０はランプ画像センサＳＤ１が撮像した画像ＦＧの例を示す図である。

なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ機能を有する部分については、説明を省略しまたは簡略化する。また、第２の実施形態において、第１の実施形態の構成と適宜組み合わせることが可能である。第３の実施形態以降に対しても同様である。

図７において、位置検出装置１Ｂは、画像センサＳＥ１，２、移動体センサＳＦ１、ランプ画像センサＳＤ１、ベース画像撮像指示部１０、位置検出部１１Ｂ、ドア開閉検出部１５、安全柵扉開閉指示部１６、および車両速度制御指示部１７などからなる。

図８および図９も参照して、画像センサＳＥ１，２は、列車ＴＲの進行方向に沿って同じ高い位置に設置されている。画像センサＳＥ１，２は、それぞれの撮像範囲ＳＡ１，ＳＡ２がオーバーラップするように設置されている。隣り合う２つの画像センサＳＥの間隔は、例えば２〜３メートル程度である。また、図には示していないが、３個以上の画像センサＳＥが設置される場合にも、各画像センサＳＥと隣合う画像センサＳＥの撮像範囲ＳＡがオーバーラップするように設置される。

ランプ画像センサＳＤ１は、画像センサＳＥ１，２よりも列車ＴＲの進行方向手前側において、列車ＴＲのドアの開閉状態を表示する開閉表示ランプＤＬを撮像するように設置されている。なお、画像センサＳＥ１が開閉表示ランプＤＬを撮像する位置に設置されている場合には、その画像センサＳＥ１で撮像されたランプ画像ＦＧ４を用いるようにして、ランプ画像センサＳＤ１を省略することが可能である。

移動体センサＳＦ１は、ランプ画像センサＳＤ１のさらに手前側において、列車ＴＲの進入を検出するように設置されている。

ベース画像撮像指示部１０は、移動体センサＳＦ１からの検出信号を受けて、ベース画像撮像指示信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂを生成し、これを画像センサＳＥ１，２に出力する。ベース画像撮像指示信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂが入力されたタイミングで、画像センサＳＥ１，２はそれぞれのベース画像ＦＧ１を出力する。なお、ベース画像撮像指示信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂの出力タイミングは微妙にずれているが、これらは同じタイミングであってもよい。

また、ベース画像撮像指示部１０は、ランプ画像センサＳＤ１に対しても、ベース画像撮像指示信号Ｓ１ｃを出力する。ベース画像撮像指示信号Ｓ１ｃが入力されたタイミングで、ランプ画像センサＳＤ１はベース画像ＦＧ３を出力する。

位置検出部１１Ｂには、ベース画像ＦＧ１と検出用画像ＦＧ２とを比較するための比較部２１，２２が設けられている。比較部２１，２２において、それらの画像を比較し、列車ＴＲの位置を検出する。

ドア開閉検出部１５は、ランプ画像センサＳＤ１の撮像したベース画像ＦＧ３およびランプ画像ＦＧ４の検出ウインドウＷＤ（図１０参照）に基づいて、列車ＴＲのドアの開閉状態を検出する。ドア開閉検出部１５には、ベース画像ＦＧ３とランプ画像ＦＧ４とを比較するための比較部２３が設けられている。比較部２３において、それらの画像を比較し、ドアの開閉状態を検出する。ドア開閉検出部１５は、例えば、開閉表示ランプＤＬの画像の色の変化または輝度の変化に基づいてドアの開閉状態を検出する。ドアが開いたことが検出されると、その旨を示すドア開信号Ｓ４がドア開閉検出部１５から出力される。

安全柵扉開閉指示部１６は、ドア開閉検出部１５で検出されたドアの開閉状態と、位置検出部１１で検出された列車ＴＲの停止位置ＰＲＢとに基づいて、列車ＴＲが停車するプラットホームＰＦに設けられた安全柵ＳＫの扉ＤＲの開閉駆動の制御のための信号Ｓ５を出力する。

なお、安全柵ＳＫが、例えば特許文献２に開示されたように任意の位置において開閉可能な多数の扉が設けられたものに対しては、停止位置ＰＲＢおよびドア開信号Ｓ４、または信号Ｓ５に基づいて、停止位置ＰＲＢに応じて、列車ＴＲのドアに対応した位置の扉ＤＲのみを開閉するように制御することができる。その場合に、列車ＴＲの先端部ＴＢの位置とドアの位置との位置関係についてのデータを、安全柵ＳＫの制御装置が予め取得するようにしておけばよい。

車両速度制御指示部１７は、画像センサＳＥから出力されるフレームにおける列車ＴＲの先端部ＴＢの位置の変化に基づいて、列車ＴＲの速度を算出する。そして、列車ＴＲを目標停止位置に停止させるために、算出した速度を列車ＴＲの速度制御装置に対して、算出した速度の信号Ｓ６を出力する。なお、フレームにおける列車ＴＲの先端部ＴＢの位置は、例えば上に述べたように位置ＰＲＡとして検出可能である。

このように、本実施形態の位置検出装置１Ｂによっても、列車ＴＲの位置ＰＲを簡単な構成で高精度に検出することができる。また、列車ＴＲの停止位置に応じた位置の扉のみを適切なタイミングで開閉するように制御することができる。さらに、列車ＴＲの速度を検出して列車ＴＲの速度制御装置に出力することによって、列車ＴＲを目標停止位置に停止させることが容易となる。
〔第３の実施形態〕
次に、複数個の画像センサＳＥに対し、列車ＴＲの進入にともなってその動作のオンオフを制御するように構成した例について説明する。

図１１は本発明に係る第３の実施形態の位置検出装置１Ｃの構成を示すブロック図、図１２は列車ＴＲの進入にともなって複数の画像センサＳＥがオンオフする様子を示すタイミング図である。

図１１において、位置検出装置１Ｃは、画像センサＳＥ１〜４、移動体センサＳＦ１、位置検出部１１Ｃ、移動体通過判断部１８、および動作制御部１９などからなる。

画像センサＳＥ１〜４は、第２の実施形態と同様に列車ＴＲの進行方向に沿ってそれぞれの撮像範囲ＳＡがオーバーラップするように設置されている。移動体センサＳＦ１は、画像センサＳＥ４の手前側において、列車ＴＲの進入を検出するように設置されている。

移動体通過判断部１８は、列車ＴＲの先端部ＴＢが各画像センサＳＥ１〜４の撮像範囲ＳＡをそれぞれ通過したときに、それぞれの画像センサＳＥ１〜４の前を列車ＴＲが通過したと判断する。移動体通過判断部１８は、列車ＴＲの通過を検出したときに、その画像センサＳＥに対応した通過信号Ｓ７を出力する。

動作制御部１９は、移動体センサＳＦ１からの検出信号Ｓ１、および移動体通過判断部１８からの通過信号Ｓ７に基づいて、画像センサＳＥ１〜４の動作のオンオフを制御する。つまり、画像センサＳＥ１〜４は、動作のオンオフが動作制御部１９によって制御されており、それぞれ撮像の必要なときにのみ動作がオンし、撮像が必要でないときは動作がオフするようになっている。

図１２に示すように、画像センサＳＥ１〜４は通常はオフしており、移動体センサＳＦ１が列車ＴＲの進入を検出して検出信号Ｓ１を出力すると、動作制御部１９は、画像センサＳＥ４，３をオンにする。そして、最初に、画像センサＳＥ４が列車ＴＲの先端部ＴＢを検出するが、列車ＴＲは画像センサＳＥ４の撮像範囲ＳＡを通過する。

移動体通過判断部１８は、列車ＴＲの先端部ＴＢが画像センサＳＥ４の撮像範囲ＳＡを通過したことを検出すると、画像センサＳＥ４をオフにするとともに、画像センサＳＥ４に対して列車ＴＲの進行方向２つ目に設置されている画像センサＳＥ２をオンにする。

そして、次に、画像センサＳＥ３が列車ＴＲの先端部ＴＢを検出するが、列車ＴＲが画像センサＳＥ３の撮像範囲ＳＡを通過すると、それを移動体通過判断部１８が検出し、画像センサＳＥ３をオフにするとともに、画像センサＳＥ３に対して列車ＴＲの進行方向２つ目に設置されている画像センサＳＥ１をオンにする。

さらに、列車ＴＲが画像センサＳＥ２の撮像範囲ＳＡを通過すると、移動体通過判断部１８は画像センサＳＥ２をオフにする。

列車ＴＲは画像センサＳＥ１の撮像範囲ＳＡにおいて停止すると、位置検出部１１Ｃは、そのときの列車ＴＲの先端部ＴＢの位置を停止位置ＰＲＢとして検出する。そして、列車ＴＲが発車してその先端部ＴＢが画像センサＳＥ１の撮像範囲ＳＡを通過すると、動作制御部１９は画像センサＳＥ１をオフとする。

このように、画像センサＳＥ１〜４は、動作制御部１９によって撮像動作のオフオフが制御されており、これによって、電力の消費が低減され、画像センサＳＥ１〜４の寿命も延びる。

なお、動作制御部１９による画像センサＳＥの動作のオンオフの制御として、画像センサＳＥの電源のオンオフを制御してもよく、また、電源は供給した状態で撮像動作のみがオンオフするように制御してもよい。

上に例において、列車ＴＲが４つの画像センサＳＥ１〜４のうちの画像センサＳＥ１の撮像範囲ＳＡで停止した例を説明したが、他の画像センサＳＥ２〜４の撮像範囲ＳＡで停止する場合もあり得るのは当然である。
〔他の移動体についての実施形態〕
上に述べた第１〜第３の実施形態では、移動体が列車ＴＲ１である場合について説明した。列車ＴＲは線路ＳＲ上を走行するが、そのような列車ＴＲには、電車、モノレールカー、トロッコなども含まれる。また、移動体として、軌道のない路面上を走行する自動車および飛行機、コンベアに載って移動する物品などであってもよい。次に、種々の移動体の位置の検出方法について説明する。

なお、以下の実施形態において、移動体の位置の検出方法は基本的には上に述べた第１の実施形態と同様であるので、各移動体に特有の点を中心に説明する。

図１３は移動体がトロッコＴＲＴである場合の停止位置の検出方法を説明するための図である。

図１３において、トロッコＴＲＴの先端部ＴＢの位置Ｌは、列車ＴＲの場合と同様にして検出される。トロッコＴＲＴの位置が検出されると、その位置に対応して、トロッコＴＲＴへの積載物をホッパから送り出すことができる。そのようなホッパは、例えば、トロッコＴＲＴの上方において、トロッコＴＲＴの進行方向に沿って移動可能に設けておけばよい。そのようにすると、トロッコＴＲＴの停止位置ＰＲＢに応じて、トロッコＴＲＴの真上から積載物を放出してトロッコＴＲＴに積載することができる。また、トロッコＴＲＴが走行中であっても、トロッコＴＲＴの位置ＰＲＡに沿うようにホッパを走行させ、トロッコＴＲＴを停止させることなく積載物をトロッコＴＲＴに積載することも可能である。

図１４は移動体が自動車ＴＲＣである場合の停止位置の検出方法を説明するための図である。

図１４において、自動車ＴＲＣの先端部ＴＢの位置Ｌは、列車ＴＲの場合と同様にして検出される。自動車ＴＲＣの場合は、その進行方向に直角の方向における自動車ＴＲＣの位置にばらつきがあるので、検出ウインドウＷＤの幅を列車ＴＲの場合よりも大きくしておくことが望ましい。

図１５は移動体が飛行機ＴＲＨである場合の停止位置の検出方法を説明するための図、図１６は移動体が飛行機ＴＲＨである場合の停止位置の検出方法の他の例を説明するための平面図である。ここで、図１５は画像センサＳＥ１を飛行機ＴＲＨの上方に設置した例を、図１５は画像センサＳＥ１を飛行機ＴＲＨの側方に設置した例を、それぞれ示す。

図１５において、飛行機ＴＲＨの先端部ＴＢの位置Ｌは、列車ＴＲの場合と同様にして検出される。なお、飛行機ＴＲＨの場合は、画像センサＳＥ１および移動体センサＳＦ１は、例えば搭乗口近辺の建築物や塔などに取り付ければよい。

図１６において、画像センサＳＥ１は、飛行機ＴＲＨのタイヤＴＡＹを側方から撮像するように、つまり、撮像方向が水平方向となるように設置されている。飛行機ＴＲＨが進入する経路の奥側には、飛行機ＴＲＨの背景となるべき背景板ＧＲＢが、タイヤＴＡＹと同じ高さ位置まで設けられている。

画像センサＳＥ１は、撮像範囲ＳＡにおいて、飛行機ＴＲＨのタイヤＴＡＹを、背景板ＧＲＢとともに撮像可能である。背景板ＧＲＢから画像センサＳＥ１までの距離Ｈｃは予め分かっている。背景板ＧＲＢから飛行機ＴＲＨのタイヤＴＡＹの先端部ＴＢまでの距離Ｈｄは、距離センサによって計測される。

したがって、この場合においても、飛行機ＴＲＨの先端部ＴＢの位置Ｌは、列車ＴＲの場合と同様にして検出される。

図１７は移動体がコンベアＧＲＣ上の物品ＴＲＳである場合の停止位置の検出方法を説明するための図である。

図１７に示す物品ＴＲＳの場合には、その先端部ＴＢの実際の位置ＰＲは、画像上の位置ＰＶと同じであるので、距離をＬは距離ＬＧと等しい。

次に、位置検出装置１，１Ｂ，１Ｃにおける停止位置ＰＲＢの検出の処理の流れをフローチャートによって説明する。

図１８は位置検出装置における停止位置ＰＲＢの検出の処理の流れを示すフローチャートである。

図１８において、移動体センサＳＦ１が移動体の進入を検出すると（＃１１でイエス）、画像センサＳＥ１はベース画像ＦＧ１を取得し（＃１２）、検出用画像ＦＧ２を取得する（＃１３）。これらの画像に基づいて、移動体の先端部ＴＢの画像上の位置ＰＶを検出し（＃１４）、演算によって先端部ＴＢの実際の位置ＰＲを検出する（＃１５）。実際の位置ＰＲは、その時々において出力してもよい。そして、移動体が停止したことを示す停止判断信号が出力されると（＃１６でイエス）、移動体の停止位置ＰＲＢを検出して出力する（＃１７）。
〔ベース画像の取得のための他の例〕
上に述べた各実施形態では、移動体センサＳＦ１が移動体の進入を検出することによって、画像センサＳＥ１はベース画像ＦＧ１を取得した。しかし、複数の画像センサＳＥを設けた場合には、ある１つの画像センサＳＥ１の手前に設けられた他の画像センサＳＥ２が移動体の進入を検出したときに、当該画像センサＳＥ１がベース画像ＦＧ１を取得するようにしてもよい。つまり、画像センサＳＥ２で撮像した画像に基づいて移動体の進入の有無を判断し、移動体の進入があると判断したときに、隣に配置された画像センサＳＥ１がベース画像ＦＧ１を取得する。この場合には、画像センサＳＥ２が移動体センサＳＦ１の機能を兼ねることとなる。

また、移動体センサＳＦ１を設けることなく、またその機能を画像センサＳＥ２などに代行させることなく、各画像センサＳＥそれ自体が撮像する画像（フレーム）に基づいてベース画像ＦＧ１を取得することも可能である。

つまり、画像センサＳＥから出力されるフレームをその直前のフレームと比較し、移動体が写ったフレームが現れる前のフレームをベース画像ＦＧ１とする。次に、そのように構成した位置検出装置１Ｄについて説明する。

図１９は本発明に係る第４の実施形態の位置検出装置１Ｄの構成を示すブロック図、図２０は位置検出装置１Ｄにおける位置検出の手順を示すフローチャート、図２１はベース画像取得の手順を示すフローチャート、図２２は停止位置検出の手順を示すフローチャートである。

図１９において、位置検出装置１Ｄは、画像センサＳＥ１および位置検出部１１Ｄなどからなる。

図２０〜図２２をも参照して、画像センサＳＥ１は、撮像によって、例えば、毎秒３０フレームの画像を連続的に出力する（＃２１）。

位置検出部１１Ｄは、画像センサＳＥ１から出力されるフレーム（画像）に基づいて、ベース画像ＦＧ１を取得し（＃２２）、移動体の位置ＰＲを算出して出力する（＃２３）。

つまり、位置検出部１１Ｄには、ベース画像取得部３１、比較部３２、停止判断部３３、および演算部３４が設けられている。

ベース画像取得部３１は、画像センサＳＥ１から出力されるフレームについて、第ｍ番のフレームと第（ｍ＋１）番のフレーム（ｍは整数）とを比較する（＃３１）。両フレームの差分から変化の有無を判断し、変化があったときに移動体の進入があったと判断する（＃３２）。なお、このとき、誤検出を低減するため、画像センサＳＥ１の撮像範囲ＳＡのうち、移動体が進入してくる側の端部に注目してその変化の有無を判断する。

移動体の進入があったと判断した場合には、その直前のフレーム、つまりこの例では第ｍ番のフレームをベース画像ＦＧ１として取得する（＃３３）。なお、第（ｍ−１）番または第（ｍ−２）番などのように少し前のフレームをベース画像ＦＧ１としてもよい。取得されたベース画像ＦＧ１は、メモリに格納される。

比較部３２は、ベース画像ＦＧ１を取得した後、画像センサＳＥ１から出力されるフレーム、つまり第ｎ番のフレーム（ｎは整数、ｎ＞ｍ）を検出用画像ＦＧ２とし、検出用画像ＦＧ２とベース画像ＦＧ１とを比較する（＃４１）。比較部３２は、それらの差分に基づいてエッジ画像ＦＧ４を取得する（＃４２）。

停止判断部３３は、隣り合うフレームのエッジ画像ＦＧ４（位置情報）、つまり第ｎ番のフレームのエッジ画像ＦＧ４と第（ｎ＋１）番のフレームのエッジ画像ＦＧ４とを比較し（＃４３）、その差分に基づいて変化の有無を判断し、変化がなくなれば（＃４４でイエス）、移動体が停止したと判断する（＃４５）。

演算部３４は、エッジ画像ＦＧ４に基づいて、上に述べた（２）式を用いて先端部ＴＢの実際の位置ＰＲを演算する（＃４６）。停止判断部３３が停止したと判断したエッジ画像ＦＧ４に基づいて演算を行った場合には、停止位置ＰＲＢが求まることとなる。このようにして、位置検出部１１Ｄは、移動体の位置ＰＲＡおよび停止位置ＰＲＢを求めて出力する。

なお、ベース画像取得部３１が取得したベース画像ＦＧ１は、次のベース画像ＦＧ１が検出されたときに更新すればよい。
〔基準部の他の例〕
次に、基準部の他の例について説明する。

上に述べた各実施形態においては、列車ＴＲなどの先端部ＴＢを基準部とした例について説明した。つまり、上の各実施形態での先端部ＴＢは、画像センサＳＥによって撮像されたときに、列車ＴＲの最先端部に位置する部分である。図２の例では列車ＴＲの先頭車両の先端面の下縁であり、図６の例では列車ＴＲの先端面の上縁であった。

しかし、基準部として、その他の種々の部分または物体を用いることが可能である。以下にその例を説明する。
（１） 図２３に示すように、列車ＴＲの先端面の下縁であってプラットホームに近い側の縦線（垂直線）との交点である頂点部ＴＢ２を基準部とする。この場合に、頂点部ＴＢ２に、カラー塗料または蛍光塗料を塗布するか、蛍光体または蛍光シールを取り付けてマーキングを行っておけばよい。または、発光体や反射板などをターゲットとして頂点部ＴＢ２に取り付けておくことでもよい。

また、図２４（Ａ）（Ｂ）に示すように、基板５２上に多数の発光ダイオード５３，５３…を取り付けたものをケーシング５１に収納し、透明のカバー５４を取り付けて構成される基準ターゲット５０を用い、この基準ターゲット５０を、カバー５４が上面となるように頂点部ＴＢ２に取り付けておいてもよい。
（２） 列車ＴＲの先端面の中央部または下部の所定の高さ位置に、カラー塗料または蛍光塗料を用いて水平な基準線を描いておき、この基準線を基準部とする。または、基準線を描く代わりに、金属または合成樹脂などで製作した棒状の基準部材を基準部として取り付けておく。この場合には、距離Ｈｄを予め設定しておくことができる。
（３） 列車ＴＲの先端面、屋根、または側面下部などに、カラー塗料または蛍光塗料を用いて基準線を描き、または適当な基準部材や基準ターゲット５０を取り付けておく。つまり、画像センサＳＥ１の視野の範囲内であれば、画像センサＳＥ１で撮像して位置を特定できるので、画像センサＳＥ１の取り付け位置に応じて、画像センサＳＥ１で撮像可能な範囲内の位置を基準部とし、その基準部に塗料を塗布し、シールを貼り、または適当な基準部材や基準ターゲット５０を取り付けておけばよい。
（４） 列車ＴＲが停車するプラットホームと列車ＴＲの車体との隙間がほとんどなく両者の画像が重なって見える場合には、列車ＴＲの先端面または先端面のプラットホームに近い側の縁の縦線とプラットホームの上面の縁の水平線との交点を基準部としてもよい。この場合には、プラットホームと列車ＴＲとの隙間による誤差が無視できるので、プラットホームの高さを距離Ｈｄとして、距離Ｌを算出することができる。したがって、距離Ｈｄを予め設定しておくことができ、距離Ｌの算出が容易である。

上に述べた各実施形態によると、移動体の位置を簡単な構成で高精度に検出することができる。移動体の位置として、走行中の位置ＰＲＡおよび停止位置ＰＲＢのいずれをも検出することができる。

また、列車ＴＲのドアの開閉状態を検出することにより、列車ＴＲの停止位置に応じた位置の扉を適切なタイミングで自動的に開閉することが可能となる。検出用画像ＦＧ２に基づいて列車ＴＲの速度を検出することにより、列車ＴＲを目標停止位置に停止させるように制御することも可能である。

また、複数の画像センサＳＥを移動体の進入方向に沿って設置することにより、移動体の停止位置が大きく変動する場合でも検出が可能である。その場合に、移動体が進入してきた場合にのみ画像センサＳＥが動作するように制御することにより、電力の消費の低減を図り、画像センサＳＥの長寿命化を図ることが可能である。

上に述べた実施形態において、画像センサＳＥとして、静止画を撮像するデジタルカメラを用いてもよい。その場合に、外部からの信号により撮像を行って画像を出力するように構成すればよい。位置検出装置１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを構成する位置検出部１１，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄなどは、ＲＯＭなどに格納した適当なプログラムをＣＰＵまたはＤＳＰなどが実行するように構成されたコンピュータシステムによって実現することが可能である。その場合に、半導体メモリ、磁気ディスク、その他の周辺素子、画像処理回路、論理処理回路、インタフェース回路、表示装置、入力装置などを必要に応じて設ければよい。

その他、画像センサＳＥ、移動体センサＳＦ、ランプ画像センサＳＤ、位置検出部１１，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ、停止判断部１２、位置検出装置１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの全体または各部の構造、構成、形状、寸法、個数、配置、画像の内容、移動体の種類、および検出処理の内容または順序などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明に係る第１の実施形態の位置検出装置の構成を示すブロック図である。 列車の停止位置の検出方法を説明するための図である。 画像センサの設置の例を示す図である。 ベース画像および検出用画像の例を示す図である。 検出ウインドウによる停止位置の検出過程を説明する図である。 列車の停止位置の他の検出方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態の位置検出装置の構成を示すブロック図である。 ２つの画像センサの配置例を示す図である。 複数の画像センサが設置された駅の例を示す斜視図である。 ランプ画像センサが撮像した画像の例を示す図である。 本発明の第３の実施形態の位置検出装置の構成を示すブロック図である。 画像センサの動作状態を示すタイミング図である。 トロッコの停止位置の検出方法を説明するための図である。 自動車の停止位置の検出方法を説明するための図である。 飛行機の停止位置の検出方法を説明するための図である。 飛行機の停止位置の検出方法の他の例を説明するための図である。 コンベア上の物品の停止位置の検出方法を説明するための図である。 位置検出装置の位置検出処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態の位置検出装置の構成を示すブロック図である。 位置検出装置における位置検出の手順を示すフローチャートである。 ベース画像取得の手順を示すフローチャートである。 停止位置検出の手順を示すフローチャートである。 列車の頂点部を示す図である。 基準ターゲットの構造の例を示す図である。

符号の説明

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 位置検出装置
１１，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ 位置検出部
１２ 停止判断部
１３ 停止位置判定部
１４ 目標停止位置格納部
１５ ドア開閉検出部
１６ 安全柵扉開閉指示部
１７ 車両速度制御指示部
１８ 移動体通過判断部
１９ 動作制御部
３１ ベース画像取得部
３２ 比較部
３３ 停止判断部
３４ 演算部
５０ 基準ターゲット（基準部）
ＳＥ 画像センサ
ＳＦ 移動体センサ
ＳＤ ランプ画像センサ
ＳＫ 距離センサ
ＦＧ１ ベース画像
ＦＧ２ 検出用画像
ＰＲ 先端部の実際の位置
ＰＲＢ 停止位置
ＰＶ 先端部の画像上の位置
ＴＲ 列車（移動体）
ＴＢ 先端部（基準部）
ＴＢ２ 頂点部（基準部）
ＷＤ 検出ウインドウ
ＳＡ 撮像範囲

Claims (16)

1. 移動体の位置を検出するための位置検出装置であって、
   前記移動体の画像を当該移動体の背景の画像とともに撮像可能なように設置された画像センサと、
   前記画像センサによって撮像された、前記移動体が写っていない画像であるベース画像と、前記移動体が写った画像である検出用画像とを比較し、前記検出用画像に写った移動体の基準部の画像上の位置から当該基準部の実際の位置を求めることにより、前記移動体の位置を検出する位置検出部と、
   を有してなることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記位置検出部は、
   前記検出用画像に写った移動体の基準部の画像上の位置と、前記背景から前記基準部までの距離と、前記背景から前記画像センサまでの距離とを用いて、前記移動体の基準部の実際の位置を求める、
   請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記移動体が停止したか否かを判断する停止判断部が設けられ、
   前記位置検出部は、前記停止判断部により停止と判断されたときの前記移動体の基準部の位置である停止位置を検出する、
   請求項２記載の位置検出装置。
4. 前記画像センサは、画像を構成するフレームを所定の時間間隔で出力するものであり、
   前記停止判断部は、前記画像センサから出力されるフレームごとの位置情報を直前のフレームの位置情報と比較し、前記移動体の基準部の位置の変化量が所定値以下となったときに、前記移動体が停止したと判断する、
   請求項３記載の位置検出装置。
5. 前記移動体が正常位置に停止したか否かを判定する停止位置判定部が設けられ、
   前記停止位置判定部は、前記位置検出部によって検出された停止位置が、前記移動体の目標停止位置についての許容範囲内である場合に、正常位置に停止したと判定する、
   請求項３または４記載の位置検出装置。
6. 前記画像センサは、前記移動体の前記目標停止位置よりも進行方向奥側に設置されている、
   請求項３ないし５のいずれかに記載の位置検出装置。
7. 前記画像センサは、前記移動体の進行方向に沿って複数個設置されている、
   請求項２ないし６のいずれかに記載の位置検出装置。
8. 前記画像センサは、それぞれの撮像範囲が隣合う画像センサの撮像範囲とオーバーラップするように設置されている、
   請求項７記載の位置検出装置。
9. 前記画像センサは、画像を構成するフレームを所定の時間間隔で出力するものであり、
   前記画像センサから出力されるフレームをその直前のフレームと比較し、移動体が写ったフレームが現れる前のフレームを前記ベース画像とする、
   請求項２ないし８のいずれかに記載の位置検出装置。
10. 前記画像センサが設置された位置よりも前記移動体の進行方向手前側に、前記移動体の進入を検出するための移動体センサが設置されており、
    前記移動体センサが前記移動体の進入を検出したときに、前記画像センサが前記ベース画像を撮像するように制御されている、
    請求項２ないし８のいずれかに記載の位置検出装置。
11. 前記位置検出部は、前記画像センサで撮像された画像から、前記移動体の進行方向に沿って長い矩形領域を検出ウインドウとして抽出し、抽出された検出ウインドウの画像に基づいて、前記移動体の基準部の実際の位置を求める、
    請求項２ないし１０のいずれかに記載の位置検出装置。
12. 前記位置検出部は、前記移動体の位置を、前記ベース画像と前記検出用画像とにおける輝度または色の差によって検出する、
    請求項２ないし１１のいずれかに記載の位置検出装置。
13. 前記移動体の基準部が当該画像センサの撮像範囲を通過したときに前記移動体が通過したと判断する移動体通過判断部が設けられ、
    前記移動体が通過したときには、当該画像センサの動作をオフにする、
    請求項７または８記載の位置検出装置。
14. 前記移動体の基準部が当該画像センサの撮像範囲を通過したときに前記移動体が通過したと判断する移動体通過判断部が設けられ、
    前記移動体が通過したときには、当該画像センサに対して前記移動体の進行方向２つ目に設置されている画像センサの動作をオンにする、
    請求項７または８記載の位置検出装置。
15. 前記背景から前記基準部までの距離を計測する距離センサが設置されている、
    請求項２ないし１４のいずれかに記載の位置検出装置。
16. 前記移動体は交通車両であり、
    前記画像センサは、画像を構成するフレームを所定の時間間隔で出力するものであり、
    前記フレームにおける前記移動体の基準部の位置の変化に基づいて前記移動体の速度を算出し、前記移動体を目標停止位置に停止させるために、算出した速度を前記移動体の速度制御装置に対して出力する、
    請求項２ないし１４のいずれかに記載の位置検出装置。

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