JP5097596B2 - Measuring device using line sensor - Google Patents

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Description

本発明は、ラインセンサを利用した計測装置に関する。例えば、画像処理を用いてパンタグラフとトロリ線との間に発生する接触力を測定する分野において、特に接触力を求めるために必要な舟体と摺り板の相対変位を精度良く求める技術に適用可能なものである。   The present invention relates to a measuring device using a line sensor. For example, in the field of measuring the contact force generated between a pantograph and a trolley line using image processing, it can be applied to a technique for accurately obtaining the relative displacement between the hull and the sliding plate, which is particularly necessary to obtain the contact force It is a thing.

電気鉄道の設備であるトロリ線とパンタグラフ間の接触性能を評価するものに接触力がある。パンタグラフとは、電気鉄道車両の屋根上に設置された集電装置の一つである。接触力は物理量であるため、集電性能評価を客観的に行なうことができる。
また、接触力はトロリ線摩耗に直接影響を与えるので、接触力測定による摩耗予測などの保全を行なうことができる。
There is contact force to evaluate the contact performance between the trolley wire and the pantograph, which is an electric railway facility. A pantograph is one of the current collectors installed on the roof of an electric railway vehicle. Since the contact force is a physical quantity, the current collection performance can be objectively evaluated.
Further, since the contact force directly affects trolley wire wear, maintenance such as wear prediction by contact force measurement can be performed.

接触力を測定する方法は以下のようなものがある。
1.パンタグラフに加速度計や歪ゲージなどのセンサを設置し、パンタグラフのある断面に生じる力(断面力)と慣性力を計測することで接触力を得る方法(非特許文献1)。
2.接触力変動に対するパンタグラフのインパルス応答関数をあらかじめ測定しておいて、走行中のパンタグラフの時系列応答とインパルス応答関数との畳み込み積分を行なうことによって接触力を得る方法(特許文献1)。
3.パンタグラフのバネの部分にLEDなどの光源2個ずつ上下に設置し、画像処理により相対変位を求め、バネの伸縮量を求めることで接触力を得る方法(特許文献2)。
There are the following methods for measuring the contact force.
1. A method of obtaining a contact force by installing a sensor such as an accelerometer or a strain gauge on a pantograph and measuring a force (cross-sectional force) and an inertial force generated on a cross section of the pantograph (Non-patent Document 1).
2. A method of obtaining a contact force by measuring in advance an impulse response function of a pantograph with respect to contact force fluctuation and performing convolution integration of a time series response of the pantograph while traveling and the impulse response function (Patent Document 1).
3. A method of obtaining contact force by installing two light sources such as LEDs on the pantograph's spring portion, and obtaining the relative displacement by image processing, and obtaining the amount of expansion and contraction of the spring (Patent Document 2).

特許文献2に記載される方法は、画像処理によって接触力を測定する場合、相対変位を正確に求める必要があり、そのためにパンタグラフの傾きや回転などを考慮する必要がある。画像処理によってパンタグラフの変位を求める方法として、例えば、特願2006−285902に記載される方法がある。   In the method described in Patent Document 2, when the contact force is measured by image processing, it is necessary to accurately obtain the relative displacement. For this purpose, it is necessary to consider the inclination and rotation of the pantograph. As a method for obtaining the displacement of the pantograph by image processing, for example, there is a method described in Japanese Patent Application No. 2006-285902.

この方法は、図11に示すように、パンタグラフ3にマーカー4を取り付け、車両1の屋根に設置したラインセンサ2でマーカー4を撮影し、マーカー位置をパターンマッチングによって検出することでパンタグラフ3の位置を測定する方法である。
即ち、ラインセンサ2により取得された画像を、画像処理部6で画像処理し、画像処理した結果求められたパンタグラフ3の高さ・加速度が記録装置7に記録する方法である。
In this method, as shown in FIG. 11, the marker 4 is attached to the pantograph 3, the marker 4 is photographed by the line sensor 2 installed on the roof of the vehicle 1, and the position of the pantograph 3 is detected by pattern matching. Is a method of measuring.
In other words, the image acquired by the line sensor 2 is subjected to image processing by the image processing unit 6, and the height and acceleration of the pantograph 3 obtained as a result of the image processing are recorded in the recording device 7.

ここで、マーカー4は、光を反射しやすい帯状の反射領域4aと、この反射領域4aの上下に、光を反射しにくい帯状の非反射領域4bをそれぞれ配置することで、縞模様としたものである。マーカー4としては、図12に示すように、白い帯状の反射領域4aを2本以上にして、形状を複雑化することにより、パターンマッチングの際に用いる特徴量を増やし、誤検出等を防止することも可能である。
ラインセンサ2の走査方向(ラインセンサ撮像面)は、マーカー4の反射領域4a及び非反射領域4bを横断する方向、つまり、上下方向である。
Here, the marker 4 has a striped pattern by disposing a strip-shaped reflective region 4a that easily reflects light and a strip-shaped non-reflective region 4b that hardly reflects light above and below the reflective region 4a. It is. As shown in FIG. 12, the marker 4 has two or more white band-like reflective regions 4a and is complicated in shape, thereby increasing the amount of features used for pattern matching and preventing erroneous detection and the like. It is also possible.
The scanning direction (line sensor imaging surface) of the line sensor 2 is a direction that crosses the reflective area 4a and the non-reflective area 4b of the marker 4, that is, the vertical direction.

図13に画像処理によるパンタグラフ測定方法のフローチャートを示し、図14にそのパンタグラフ測定装置の構成図を示す。
図14に示す通り、画像処理部6は、時空画像作成部60、メモリ61,62、パターンマッチング部63、パンタグラフ位置補間部64、終了処理判定部65、高さ・加速度出力部66から構成され、これらによる画像処理、即ち、パンタグラフ測定方法は図13で示すように、以下の手順(a)〜(f)で処理される。
FIG. 13 shows a flowchart of a pantograph measuring method by image processing, and FIG. 14 shows a configuration diagram of the pantograph measuring apparatus.
As shown in FIG. 14, the image processing unit 6 includes a space-time image creation unit 60, memories 61 and 62, a pattern matching unit 63, a pantograph position interpolation unit 64, an end process determination unit 65, and a height / acceleration output unit 66. The image processing by these, that is, the pantograph measurement method is processed by the following procedures (a) to (f) as shown in FIG.

(a)時空画像生成
ラインセンサ2により単位時間毎(フレームレート毎)にパンタグラフ3に取り付けたマーカー4の映像を取得し、時空画像作成部60により、図15に示す時空画像を生成する。時空画像は、横軸が時間で、縦軸が高さ(位置)である。マーカー4は白い帯状の反射領域4aが1本のものとする。図15に示す通り、マーカー4の形状に従って、光の反射が少ない黒色の帯Aと光の反射が大きい白色の帯Bとで構成される縞模様が連続して撮影される。また、パンタグラフ3付近を高速で横切る電車線設備などパンタグラフ3の背景がノイズCとして現れる。
(A) Space-Time Image Generation The video of the marker 4 attached to the pantograph 3 is acquired every unit time (every frame rate) by the line sensor 2, and the space-time image generator 60 generates the space-time image shown in FIG. In the space-time image, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents height (position). It is assumed that the marker 4 has one white band-like reflection area 4a. As shown in FIG. 15, according to the shape of the marker 4, a striped pattern composed of a black band A with little light reflection and a white band B with high light reflection is continuously photographed. Further, the background of the pantograph 3 such as a train line facility crossing the pantograph 3 at high speed appears as noise C.

(b)パターンマッチング
マーカー4の大きさとカメラの向きを考慮に入れると、図16で示すように画像上の位置方向によって写るマーカー4の大きさがほぼ確定する。そこで、マーカー4の模様と高さに応じたパターンを生成し、パターンマッチング部63により、図17で示すように単位時間毎に走査線を上方から下向きに走査させパターンと一致する箇所を探索する。一定以上近似したパターンであれば、走査線について最も近似した箇所から順位を付けて複数記録する。つまり、第1候補、第2候補のように複数記録する。また、近似した箇所が存在しない場合は保留する。
(B) Pattern Matching When the size of the marker 4 and the direction of the camera are taken into consideration, the size of the marker 4 reflected by the position direction on the image is almost determined as shown in FIG. Therefore, a pattern corresponding to the pattern and height of the marker 4 is generated, and the pattern matching unit 63 scans the scanning line from the upper side to the lower side every unit time as shown in FIG. . If the pattern approximates more than a certain level, a plurality of records are recorded with an order from the most approximated position on the scanning line. That is, a plurality of records such as the first candidate and the second candidate are recorded. Also, if there is no approximate location, it is suspended.

(c)パンタグラフ位置補間
パターンマッチングにおいて、図18に示すように保留された保留位置Dや連結していない非連結位置Eは、パンタグラフ位置補間部64により、前後の点から間隙を埋めるように直線的に位置を補間する。
(C) Pantograph Position Interpolation In pattern matching, the reserved position D and the non-connected non-connected position E as shown in FIG. 18 are linearly filled by the pantograph position interpolation unit 64 so as to fill the gap from the front and rear points. The position is interpolated.

(d)処理終了判定
全ての時空画像について、上述したパターンマッチング、位置補間の処理を繰り返し、終了処理判定部65により終了したと判定したときは、パンタグラフ位置を記録する。
(D) Process end determination The pattern matching and position interpolation processes described above are repeated for all space-time images. When the end process determination unit 65 determines that the process has ended, the pantograph position is recorded.

(e)高さ出力
高さ・加速度出力部66は、記録されたパンタグラフ位置を高さとして出力する。
(f)加速度出力
高さ・加速度出力部66は、記録されたパンタグラフ位置で下に凸の変極点の極値を求め、所定の値以上の極値を加速度として出力する。
池田,臼田:「架線・パンタグラフ間の接触力測定手法の研究」,RTRI REPORT Vol.14,No.6,pp7-12,2000.6 特開平11−194059号 特開200−235310
(E) Height output The height / acceleration output unit 66 outputs the recorded pantograph position as the height.
(F) Acceleration output The height / acceleration output unit 66 obtains the extreme value of the inflection point convex downward at the recorded pantograph position, and outputs an extreme value equal to or greater than a predetermined value as the acceleration.
Ikeda, Usuda: "Study on contact force measurement method between overhead wire and pantograph", RTRI REPORT Vol.14, No.6, pp7-12,2000.6 JP-A-11-194059 JP-A-200-235310

上述したように、パンタグラフ3にマーカー4を取り付け、ラインセンサ2で撮影したマーカー位置を検出することでパンタグラフ3の変位を測定する方法には、次のような問題(i)(ii)がある。   As described above, the method for measuring the displacement of the pantograph 3 by attaching the marker 4 to the pantograph 3 and detecting the marker position photographed by the line sensor 2 has the following problems (i) and (ii). .

(i)ラインセンサ2でパンタグラフ3に取り付けられたマーカー4を撮影したときに、ラインセンサ2がマーカー4に対して傾いていると、正確な変位を測定することができない。これは、マーカー幅を校正値X[mm/pix]に用いた場合、ラインセンサ2が傾いていると正確な校正値を得られないためである。 (I) If the line sensor 2 is tilted with respect to the marker 4 when the marker 4 attached to the pantograph 3 is photographed by the line sensor 2, accurate displacement cannot be measured. This is because when the marker width is used as the calibration value X [mm / pix], an accurate calibration value cannot be obtained if the line sensor 2 is tilted.

例えば、図19に示すように、ラインセンサ2の走査方向が上下ではなく、上下方向から傾いているときに、2b[mm]のマーカー幅を持っているマーカー4から校正値を求める場合を考える。ここで、ラインセンサ2がマーカー4を横断するように走査する軌跡(以下、撮影ラインという)の角度φは、水平方向から測るものとする。   For example, as shown in FIG. 19, consider a case where a calibration value is obtained from a marker 4 having a marker width of 2b [mm] when the scanning direction of the line sensor 2 is tilted from the vertical direction instead of the vertical direction. . Here, it is assumed that an angle φ of a trajectory (hereinafter referred to as an imaging line) that the line sensor 2 scans across the marker 4 is measured from the horizontal direction.

エッジ処理などをして、2bのマーカー4幅がxp[pix]としてラインセンサ2により計測れた場合、つまり、画素数がxpとして検出された場合、その校正値は2b/xp[mm/pix]となる。
しかし、実際は撮影ラインは角度φで傾いているので、正しい校正値は2b/xpsinφ[mm/pix]であり、その分誤差が生じてしまう。
When edge processing is performed and the width of the marker 4 of 2b is measured by the line sensor 2 as x p [pix], that is, when the number of pixels is detected as x p , the calibration value is 2b / x p [ mm / pix].
However, since the photographing line is actually inclined at an angle φ, the correct calibration value is 2b / x p sinφ [mm / pix], and an error occurs accordingly.

(ii)2つ以上のマーカーを用いて相対変位を測定する場合、(1)の誤差よりも更に複雑となり、正確な変位を測定することが困難である。
例えば、パンタグラフの相対変位、即ち、舟体と摺り板体の相対変位を測定するために、舟体と摺り板体にそれぞれマーカーを取り付け、2つのマーカーの中心間距離をラインセンサ2により測定するものとする。
図20(a)のように、一方のマーカーが他方のマーカーに対して回転運動を伴わず単に平行移動する場合、ラインセンサからの出力xpr[pix]に校正値2b/xp[mm/pix]を掛けて、2bxpr/xp[mm]と測定されるが、実際は撮影ラインは水平方向から角度φだけ傾いているので、正しい2bxpr/xpsinφ[mm]である。この場合も、1/sinφが大きくなるほど誤差は増加する。
(Ii) When the relative displacement is measured using two or more markers, the error is more complicated than the error of (1), and it is difficult to measure an accurate displacement.
For example, in order to measure the relative displacement of the pantograph, that is, the relative displacement between the boat body and the sliding plate body, markers are respectively attached to the boat body and the sliding plate body, and the distance between the centers of the two markers is measured by the line sensor 2. Shall.
As shown in FIG. 20A, when one marker simply translates without rotational movement with respect to the other marker, the output value x pr [pix] from the line sensor is added to the calibration value 2b / x p [mm / pix] is multiplied and measured to be 2bx pr / x p [mm], but since the photographing line is actually inclined by an angle φ from the horizontal direction, it is correct 2bx pr / x p sin φ [mm]. Also in this case, the error increases as 1 / sinφ increases.

更に、図20(b)のように、一方のマーカーが他方のマーカーに対して角度ψ(パソコン出願ソフトの制約により、下付添字にする場合は、アルファベットの「psi」で代用する)の回転運動を伴って移動すると、測定誤差は、より更に複雑となる。このときの正確な中心間距離は、2bx’pr/x’psinφ−lpsi tanψとなる。lpsiハ、移動後における2つのマーカー間の水平方向距離である。 Furthermore, as shown in FIG. 20 (b), the rotation of one marker with respect to the other marker by an angle ψ (in the case of subscripting due to restrictions on the PC application software, substitute the alphabet “psi”) When moving with movement, the measurement error becomes even more complex. The exact center-to-center distance at this time is 2bx ′ pr / x ′ p sinφ−l psi tanψ. l psi c, the horizontal distance between the two markers after movement.

本発明は、上述した従来技術に鑑みてなされたものであり、ラインセンサの撮影ラインがマーカーに対して傾いていた場合にも、特殊な形状のマーカーを用いることで、撮影ラインの傾きを補正し、マーカーの取り付けられた被測定物の変位を精度良く計算出来る装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described prior art, and corrects the inclination of the photographing line by using a specially shaped marker even when the photographing line of the line sensor is inclined with respect to the marker. It is another object of the present invention to provide an apparatus capable of accurately calculating the displacement of a measurement object to which a marker is attached.

上記課題を解決する本発明の請求項1に係るラインセンサを利用した計測装置は、被測定物に取り付けられたマーカーと、該マーカーを撮影するラインセンサと、該ラインセンサで取得した画像を画像処理して前記被測定物の位置を算出する画像処理部とを備えた測定装置において、前記マーカーは、色彩の異なる帯状の領域を隣接して複数配置してなる縞模様状であって、前記領域間の境界となる直線が少なくとも相互に平行な平行直線と、前記領域間の境界となる直線が前記平行直線に対して傾斜した少なくとも2本の傾斜直線とを含み、前記画像処理部は、前記ラインセンサが前記マーカーの前記領域を横断するように走査した軌跡である撮影ラインと前記平行直線及び前記傾斜直線との複数の交点間の線分のうち少なくとも三つの長さの比を求め、該三つの長さの比に基づいて前記撮影ラインの前記マーカーに対する傾き又は前記交点のうちの少なくとも2つの座標を求めることを特徴とする。 A measuring apparatus using a line sensor according to claim 1 of the present invention that solves the above-described problem is an image of a marker attached to an object to be measured, a line sensor that images the marker, and an image acquired by the line sensor. In the measurement apparatus including an image processing unit that processes and calculates the position of the object to be measured, the marker has a striped pattern formed by arranging a plurality of adjacent strip-shaped regions of different colors, A straight line that is a boundary between the regions includes at least two parallel straight lines that are parallel to each other; and at least two inclined straight lines that are inclined with respect to the parallel straight line, and the image processing unit includes: with three long less of line segments between a plurality of intersections of said straight line parallel and the inclined straight line and said imaging line line sensor is scanned trajectory so as to cross the region of the marker It obtains the ratio, and obtains at least two coordinates of the gradient or the intersection with respect to the marker of the shooting line based on a ratio of the three lengths.

上記課題を解決する本発明の請求項に係るラインセンサを利用した計測装置は、請求項において、前記画像処理部は、前記撮影ラインの傾き又は前記交点のうちの少なくとも2つの座標に基づいて、前記交点の間の実際の距離を求め、前記ラインセンサ上での前記交点間における画素数で前記距離を割って校正値を求めることを特徴とする。 A measuring apparatus using a line sensor according to a second aspect of the present invention that solves the above-described problem is the measuring apparatus according to the first aspect , wherein the image processing unit is based on at least two coordinates of an inclination of the photographing line or the intersection. Then, an actual distance between the intersections is obtained, and a calibration value is obtained by dividing the distance by the number of pixels between the intersections on the line sensor.

上記課題を解決する本発明の請求項に係るラインセンサを利用した計測装置は、請求項において、前記画像処理部は、前記測定物が変位した前後における前記撮影ラインの傾き又は前記交点の2つの座標を対比することにより、前記被測定物の相対的な変位を求めることを特徴とする。 The measurement apparatus using a line sensor according to a third aspect of the present invention for solving the above-described problems is the measurement apparatus according to the first aspect , wherein the image processing unit is configured to detect the inclination of the photographing line or the intersection before and after the measurement object is displaced. The relative displacement of the object to be measured is obtained by comparing two coordinates.

上記課題を解決する本発明の請求項に係るラインセンサを利用した計測装置は、請求項において、前記画像処理部は、前記測定物が回転を伴う変位した前後における前記撮影ラインの傾き又は前記交点の2つの座標を対比することにより、前記被測定物の相対的な回転を伴う変位を求めることを特徴とする。 A measuring apparatus using a line sensor according to a fourth aspect of the present invention that solves the above-described problems is the measuring device according to the first aspect , wherein the image processing unit is configured to detect an inclination of the photographing line before and after the measured object is displaced with rotation or By comparing the two coordinates of the intersection, a displacement accompanied by a relative rotation of the object to be measured is obtained.

上記課題を解決する本発明の請求項5に係るラインセンサを利用した計測装置は、請求項1において、前記被測定物は、車両上にリンク構造の枠体を介して上下動自在に保持される舟板と、該舟板に対してバネを介して支持されトロリ線に接触する摺り板とからなるパンタグラフであり、前記マーカーは前記舟板と前記摺り板とに各々取り付けられることを特徴とする。 A measuring apparatus using a line sensor according to a fifth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is the measuring apparatus according to the first aspect, wherein the object to be measured is held on the vehicle so as to be movable up and down via a link structure frame. A pantograph comprising a boat plate and a sliding plate supported via a spring against the boat plate and in contact with a trolley wire, wherein the markers are respectively attached to the boat plate and the sliding plate. To do.

上記課題を解決する本発明の請求項に係るラインセンサを利用した計測装置は、請求項において、前記画像処理部は、前記舟板及び前記摺り板に各々取り付けられた前記マーカーに対する前記撮影ラインの傾きを各々求めること特徴とすA measuring apparatus using a line sensor according to a sixth aspect of the present invention that solves the above-described problem is the measurement apparatus according to the fifth aspect , wherein the image processing unit is configured to capture the image of the markers attached to the boat board and the sliding board, respectively. wherein obtaining each inclination of line.

上記課題を解決する本発明の請求項に係るラインセンサを利用した計測装置は、請求項において、前記画像処理部は、前記舟板及び前記摺り板に各々取り付けられた前記マーカーに対する前記交点の座標を各々求めること特徴とする。 The measuring device using a line sensor according to claim 7 of the present invention that solves the above-described problem is the measuring device according to claim 5 , wherein the image processing unit is connected to the markers respectively attached to the boat board and the sliding board. Each of the coordinates is obtained.

上記課題を解決する本発明の請求項に係るラインセンサを利用した計測装置は、請求項6又は請求項7において、前記画像処理部は、前記舟板及び前記摺り板に各々取り付けられた前記マーカーに対する前記撮影ラインの傾き又は前記交点の座標に基づいて、前記舟板に対する前記摺り板の相対的位置を求め、該相対的位置から前記舟板と前記摺り板とに挟まれる前記バネの伸縮量を求めること特徴とすA measuring device using a line sensor according to an eighth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is the measurement device according to the sixth or seventh aspect , wherein the image processing unit is attached to the boat board and the sliding board, respectively. Based on the inclination of the photographing line with respect to the marker or the coordinates of the intersection point, the relative position of the sliding plate with respect to the boat plate is obtained, and the expansion and contraction of the spring sandwiched between the boat plate and the sliding plate from the relative position it characterized to determine the amount.

上記課題を解決する本発明の請求項に係るラインセンサを利用した計測装置は、請求項1において、前記領域の何れか1つは一方の長手方向に行くに従って幅が両側へ一律に拡大する形状をなし、当該領域の両側に接する2つの前記領域は一方の前記長手方向に行くに従って幅が内側へのみ一律に縮小する形状をなすことにより、前記領域と前記2つの前記領域との境界となる2つ直線が逆向きに傾斜することを特徴とする。 A measuring apparatus using a line sensor according to a ninth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is that, in any one of the first aspect, the width of the measuring device is uniformly expanded to both sides as it goes in one longitudinal direction. The two regions that are in contact with both sides of the region have a shape in which the width is uniformly reduced only inward as it goes in the longitudinal direction of one of the regions, thereby forming a boundary between the region and the two regions. These two straight lines are inclined in opposite directions.

上記課題を解決する本発明の請求項10に係るラインセンサを利用した計測装置は、請求項1において、前記領域の何れか一つは平行四辺形をなし、両側に接する他の前記領域との境界をなす前記傾斜直線が相互に平行であることを特徴とする。 A measuring apparatus using a line sensor according to a tenth aspect of the present invention for solving the above-described problems is the measurement apparatus according to the first aspect, wherein any one of the regions has a parallelogram shape and the other region in contact with both sides. The inclined straight lines forming a boundary are parallel to each other .

本発明は、マーカーの形状を複雑化することにより、以下の効果を奏する。
(a)ラインセンサの撮影ラインの傾きに対する補正を行なうことができ、精度良く変位を計算することができる。
(b)ラインセンサの撮影ラインがどれだけ傾いているかが分かるため、撮影ラインから原点がどの位置にあるか推測できる。
(c)ラインセンサの撮影ラインが傾いている状態で、パンタグラフが水平方向に移動しても精度良く変位を計算することができる。
(d)ラインセンサの撮影ラインが傾いている状態で、パンタグラフが回転を伴う移動をしても、精度良く変位を計算することができる。
(e)パンタグラフの舟体と摺り板にマーカーを各々取り付け、ラインセンサの傾きに対する補正を行なうことで相対変位を正確に計算でき、パンタグラフのバネの伸縮量を精度良く求めることができる。
The present invention has the following effects by complicating the shape of the marker.
(A) It is possible to correct the inclination of the photographing line of the line sensor, and to calculate the displacement with high accuracy.
(B) Since it can be seen how much the photographing line of the line sensor is inclined, it can be estimated from the photographing line where the origin is.
(C) The displacement can be calculated with high accuracy even if the pantograph moves in the horizontal direction in a state where the photographing line of the line sensor is inclined.
(D) Even if the pantograph moves with rotation while the photographing line of the line sensor is tilted, the displacement can be calculated with high accuracy.
(E) By attaching markers to the pantograph's hull and sliding plate and correcting the inclination of the line sensor, the relative displacement can be accurately calculated, and the amount of expansion / contraction of the pantograph's spring can be obtained with high accuracy.

本発明を実施するための最良の形態について、図1〜図5を参照して説明する。なお、本発明におけるマーカーの色彩とは、白、灰、黒の系統に属する明度のみからなる無彩色と、赤、黄、緑などの色相、明度、彩度の三要素からなる有彩色とを含む。従って、本発明においては、ラインセンサとして、モノクロCCDに限らず、カラーCCDをも使用できる。以下の説明においては、マーカーの色彩として無彩色の場合、つまり、光の反射しやすい領域と光の反射し難い領域とを交互に配置してなる場合について一例として説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. The color of the marker in the present invention includes an achromatic color consisting only of lightness belonging to the white, gray and black systems, and a chromatic color consisting of three elements such as hue, lightness and saturation such as red, yellow and green. Including. Therefore, in the present invention, not only a monochrome CCD but also a color CCD can be used as the line sensor. In the following description, a case where the color of the marker is an achromatic color, that is, a case where regions where light is easily reflected and regions where light is difficult to reflect is alternately arranged will be described as an example.

(1)ラインセンサの傾き補正
図1は、本発明において、被計測対象に取り付けられる傾き補正用マーカー14の一例である。マーカー4は水平、もしくは既知の角度をもって取り付けられているものとする。
この傾き補正用マーカー14は、図1に示すように、光の反射しにくい3つの帯状の非反射領域14a,14d,14eの間に、光の反射しやすい2つの帯状の反射領域14b,14cを配置した縞模様状のものであり、中央に配置される非反射領域14aの形状が台形状となっている。
(1) Inclination Correction of Line Sensor FIG. 1 is an example of an inclination correction marker 14 attached to a measurement target in the present invention. The marker 4 is assumed to be attached horizontally or at a known angle.
As shown in FIG. 1, the inclination correcting marker 14 includes two strip-shaped reflective regions 14b and 14c that are likely to reflect light between three strip-shaped non-reflective regions 14a, 14d, and 14e that are difficult to reflect light. The shape of the non-reflective region 14a disposed in the center is a trapezoidal shape.

即ち、中央の非反射領域14aは一方の長手方向(−x軸方向)に行くに従って幅が両側(+y軸方向及び−y軸方向)へ一律に拡大する形状をなし、x=−Lのときの幅2cは、x=Lのときの幅2aに比べて大きい(a<c)。なお、図中において、xy座標系の原点を中央の非反射領域の中心に置き、x軸を水平方向に取り、y軸を上下方向に取った。   That is, the central non-reflective region 14a has a shape in which the width is uniformly expanded to both sides (+ y-axis direction and -y-axis direction) as it goes in one longitudinal direction (-x-axis direction), and when x = -L. Is larger than the width 2a when x = L (a <c). In the figure, the origin of the xy coordinate system is placed at the center of the central non-reflective region, the x axis is taken in the horizontal direction, and the y axis is taken in the up and down direction.

従って、中央の非反射領域14aと、その上側に接する反射領域14bとの境界を規定する直線(以下、境界線という)の関数は、y=(a−c)x/2L+(a+c)/2で与えられることになる。
同様に、中央の非反射領域14aと、その下側に接する反射領域14cとの境界を規定する境界線の関数はy=(c−a)x/2L+(a+c)/2で与えられることになる。
Therefore, a function of a straight line (hereinafter referred to as a boundary line) that defines the boundary between the central non-reflective region 14a and the reflective region 14b in contact with the upper side thereof is y = (ac) x / 2L + (a + c). Will be given by / 2.
Similarly, the function of the boundary line that defines the boundary between the central non-reflective region 14a and the reflective region 14c in contact therewith is given by y = (c−a) x / 2L + (a + c) / 2. It will be.

更に、上側の反射領域14bと、その上側に接する非反射領域14dとの境界線と、下側の反射領域14cと、その下側に接する非反射領域14eとの境界線は、x軸に平行で距離bだけ離れている。
従って、上側の反射領域14bと、その上側に接する非反射領域14dとの境界線を規定する関数は、y=bで与えられ、下側の反射領域14cと、その下側に接する非反射領域14eとの境界線を規定する関数は、y=−bで与えられる。
Further, the boundary line between the upper reflective region 14b and the non-reflective region 14d in contact with the upper side, and the boundary line between the lower reflective region 14c and the non-reflective region 14e in contact with the lower side are parallel to the x axis. Is separated by a distance b.
Therefore, the function that defines the boundary line between the upper reflective region 14b and the non-reflective region 14d in contact with the upper side is given by y = b, and the lower reflective region 14c and the non-reflective region in contact with the lower side are provided. The function that defines the boundary with 14e is given by y = −b.

要するに、3つの帯状の非反射領域14a,14d,14eと、2つの帯状の反射領域14b,14cとの境界線は上述した通り四つであり、y=bとy=−bとが相互に平行な平行直線であり、また、これらの平行直線に対して、y=(a−c)x/2L+(a+c)/2とy=(c−a)x/2L+(a+c)/2とが相互に逆向きに傾斜する傾斜直線である。上記L,a,b,cの諸量は既知であるとする。   In short, the boundary lines between the three belt-like non-reflective regions 14a, 14d, and 14e and the two belt-like reflective regions 14b and 14c are four as described above, and y = b and y = −b are mutually Parallel parallel lines, and with respect to these parallel lines, y = (ac) x / 2L + (a + c) / 2 and y = (c-a) x / 2L + (a + c) / 2 is an inclined straight line inclined in opposite directions. The quantities of L, a, b, and c are assumed to be known.

このような特殊な形状の傾き補正用マーカー14に対して、図1(a)に示すように、非反射領域14a,14d,14e及び反射領域14b,14cを横断するようにラインセンサを走査させた際の軌跡である撮影ラインは、図中に示す通り、上下方向ではなく、上下方向から傾いているものとする。その傾斜角度φは、水平方向から測るものとする。
従って、傾斜ラインを規定する関数は、y=kx+d=xtanφ+dで与えられることになる。
ここで、ラインセンサ画像をエッジ抽出することにより、傾斜ラインを規定する関数と、上述した四つの境界線を規定する関数との交点間の長さが求められる。
As shown in FIG. 1A, the line sensor is caused to scan across the non-reflective areas 14a, 14d, 14e and the reflective areas 14b, 14c with respect to such a specially shaped inclination correcting marker 14. As shown in the drawing, the shooting line that is the locus at the time of tilting is assumed to be inclined from the vertical direction instead of the vertical direction. The inclination angle φ is measured from the horizontal direction.
Therefore, the function that defines the inclined line is given by y = kx + d = xtanφ + d.
Here, by extracting the edge of the line sensor image, the length between the intersection points of the function that defines the inclined line and the function that defines the four boundary lines described above is obtained.

例えば、中央の非反射領域14aを横断する長さmと、上側の反射領域14bを横断する長さnと、下側の反射領域14cを横断する長さlと、最上側の非反射領域14dを横断する長さpと、最下側の非反射領域14eを横断する長さpが求められる。つまり、長さの比p:l:m:n:pのデータが得られる。 For example, the center of the length m that crossing the non-reflection areas 14a, and the length n across the upper reflective region 14b, a length l across the lower side of the reflection area 14c, the non-reflective region 14d of the uppermost the length p across the length p is required to cross the non-reflection areas 14e of the bottom side. That is, data with a length ratio p: l: m: n: p is obtained.

ここで、図1(c)に示すように、長さの比p:l:m:nとマーカー形状から、長さの比n:(l+m−n)/2:(−l+m+n)/2はラインセンサ2の傾きによらず一定である。(l+m−n)/2,(−l+m+n)/2はp:l:m:nから算出した。これらの比p:l:m:n:pは長さlO' ,lO"により変化し、[数1]により表すことが出来る。 Here, as shown in FIG. 1C, from the length ratio p: l: m: n and the marker shape, the length ratio n: (l + m−n) / 2: (− l + m + n) / 2 is It is constant regardless of the inclination of the line sensor 2. (L + mn) / 2 and (-1 + m + n) / 2 were calculated from p: l: m: n. These ratios p: l: m: n: p vary with the lengths l O ′ and l O ″ and can be expressed by [Equation 1].

Figure 0005097596
Figure 0005097596

つまり、長さの比p:l:m:nとマーカー形状L,a,b,cに基づいて、図1(b)に示すように、交点O’,O”のx座標である長さlO' ,lO"を認識できるのである。図1(b)は、図1(a)中の破線で囲む部分の拡大図である。
更に、傾斜直線であるy=(a−c)x/2L+(a+c)/2とy=(c−a)x/2L+(a+c)/2に、交点O’,O”のx座標であるlO' ,lO"を代入すると、y座標が求められる。
従って、交点O’,O”のxy座標は、[数2]に示す通りとなる。
That is, based on the length ratio p: l: m: n and the marker shapes L, a, b, and c, as shown in FIG. 1B, the length that is the x coordinate of the intersections O ′ and O ″. l O ' and l O " can be recognized. FIG.1 (b) is an enlarged view of the part enclosed with the broken line in Fig.1 (a).
Further, the intersections O ′ and O ″ of the inclined straight lines y = (ac) x / 2L + (a + c) / 2 and y = (c−a) x / 2L + (a + c) / 2 are obtained. By substituting l x ' and l o " which are x coordinates, y coordinates are obtained.
Accordingly, the xy coordinates of the intersections O ′ and O ″ are as shown in [Formula 2].

Figure 0005097596
Figure 0005097596

更に、傾斜ラインのtanφは、交点O’,O”のy座標の差を交点O’,O”のx座標の差で割ったものであるから、[数3]に示される通りとなる。
同様に、傾斜ラインがx軸と交差するy座標(x軸切片)は、交点O’,O”を通る直線において、x=0としたものであるから、[数3]に示される通りとなる。
Further, tanφ of the inclined line is obtained by dividing the difference of the y-coordinates of the intersections O ′ and O ″ by the difference of the x-coordinates of the intersections O ′ and O ″.
Similarly, the y-coordinate (x-axis intercept) at which the inclined line intersects the x-axis is set to x = 0 in the straight line passing through the intersections O ′ and O ″, so that as shown in [Equation 3] Become.

Figure 0005097596
Figure 0005097596

交点O’,O”の2点間距離は、中央の非反射領域14aをラインセンサが横断する長さであり、mの実際の値である。交点O’,O”の2点間距離は、例えば、[数2][数3]に基づいて、交点O’,O”のx座標の差をcosφで割って求めるか、或いは、交点O’,O”のy座標の差をsinφで割って求めるか、交点O’,O”のx座標の差の二乗とy座標の差の二乗を足して平方根とすることにより求められる。この値をLm[mm]とすれば、中央の非反射領域14aをラインセンサが横断する長さをラインセンサで計測した値をxp[pix]とすれば、校正値としてLm/xp[mm/pix]を求めることができる。 The distance between the two points of intersections O ′ and O ″ is the length that the line sensor crosses the central non-reflective region 14a and is the actual value of m. The distance between the points of intersections O ′ and O ″ is For example, based on [Equation 2] and [Equation 3], the difference between the x coordinates of the intersections O ′ and O ″ is divided by cosφ, or the difference between the y coordinates of the intersections O ′ and O ″ is obtained as sinφ. Or by dividing the square of the difference between the x-coordinates of the intersections O ′ and O ″ and the square of the difference between the y-coordinates to obtain the square root. If this value is L m [mm], the center If a value obtained by measuring the length of the line sensor crossing the non-reflective region 14a by the line sensor is x p [pix], L m / x p [mm / pix] can be obtained as a calibration value.

また、ラインセンサ2の撮影位置がわかるため、撮影位置から原点がどの位置にあるか推測できる。
このように、撮影ラインに対する傾き補正用マーカー14の相対的な位置及び方向が求められ、そのため、傾き補正用マーカー14の取り付けられた被測定対象の位置及び方向が求められることになる。
Further, since the shooting position of the line sensor 2 is known, it can be estimated from the shooting position where the origin is.
In this way, the relative position and direction of the inclination correction marker 14 with respect to the imaging line are obtained, and therefore, the position and direction of the measurement target to which the inclination correction marker 14 is attached is obtained.

尚、上述した説明では、3つの帯状の非反射領域14a,14d,14eの間に、2つの帯状の反射領域14b,14cを挿入した傾き補正用マーカー14を例にしたが、これに限るものではなく、図10(a)〜(d)に示すものが考えられる。
即ち、図10(a)は、上述した説明で使用した図1に示す形状と同様な形状のマーカー、つまり、中央の非反射領域の形状が台形状をなすものである。
In the above description, the tilt correction marker 14 in which the two belt-like reflection regions 14b and 14c are inserted between the three belt-like non-reflection regions 14a, 14d, and 14e is taken as an example. Instead, what is shown in FIGS. 10 (a) to 10 (d) is conceivable.
That is, FIG. 10A shows a marker having the same shape as the shape shown in FIG. 1 used in the above description, that is, the shape of the central non-reflective region forms a trapezoid.

また、図10(b)は、中央の非反射領域が図中右方向に行くに従って幅が上下側から一律に縮小して0となるもの、つまり、中央の非反射領域が二等辺三角形となったものである。
更に、図10(c)は、中央の非反射領域の形状が台形状であり、その上下の反射領域が直角三角形となったものである。
図10(d)は、中央の非反射領域と、その上下の反射領域との境界線が相互に平衡となったもの、つまり、中央の非反射領域が平行四辺形となったものである。
FIG. 10B shows a case where the width of the central non-reflective area is uniformly reduced from the upper and lower sides to 0 as it goes to the right in the figure, that is, the central non-reflective area becomes an isosceles triangle. It is a thing.
Further, in FIG. 10C, the shape of the central non-reflective region is trapezoidal, and the upper and lower reflective regions are right triangles.
FIG. 10 (d) shows a case where the boundary line between the central non-reflective region and the upper and lower reflective regions are balanced with each other, that is, the central non-reflective region is a parallelogram.

(1.1)具体的な数値に基づくライシセンサの傾き補正
マーカーの形状は図1と同じものを使用する。具体的な値を以下の図2に示す。a=1cm,b=4cm,c=3cm,d=4cm,L=10cmである。図2の長さの単位は全て[cm]とする。なお、これ以降の説明に使用されるマーカーのL,a,b,cの値は図2の値のまま変更しないこととする。
(1.1) Correcting the tilt of the lyche sensor based on specific numerical values The same marker shape as in FIG. 1 is used. Specific values are shown in FIG. 2 below. a = 1 cm, b = 4 cm, c = 3 cm, d = 4 cm, L = 10 cm. The unit of length in FIG. 2 is all [cm]. Note that the L, a, b, and c values of the markers used in the following description remain unchanged from those shown in FIG.

まず、図2のラインセンサの撮影ラインを直線の式で表す。傾きがφ=60°、(x,y)=(2,0)を通る直線なので以下のように表すことができる。
y=xtan60°−2tan60°=2x−4
次に、中央の非反射領域と、その上側及び下側に接する反射領域との境界を規定する境界線の関数(傾斜直線)は、以下の式で与えられる。
y=(a−c)x/2L+(a+c)/2=−(x/10)+2
y=(c−a)x/2L+(a+c)/2=(x/10)−2
First, the photographing line of the line sensor in FIG. Since the inclination is a straight line passing through φ = 60 ° and (x, y) = (2, 0), it can be expressed as follows.
y = xtan 60 ° -2tan 60 ° = 2x-4
Next, a function of the boundary line (inclination straight line) that defines the boundary between the central non-reflective region and the reflective region in contact with the upper side and the lower side thereof is given by the following expression.
y = (ac) x / 2L + (a + c) / 2 =-(x / 10) +2
y = (c−a) x / 2L + (a + c) / 2 = (x / 10) −2

上記のラインセンサの撮影ラインを規定する関数と2つの傾斜直線の式をそれぞれ連立方程式を解くことで交点O’,O”を求めることができる。交点の座標は以下のようになる。
(xO',yO')=(2.9825…,1.7017…)
(xO",yO")=(0.8970…,-1.9102…)
l:m:nを求めるには、交点d,eの座標が必要になってくる。交点d,eの座標はラインセンサの式とy=−4、y=4との連立方程式をそれぞれ解くことで求められる。
(xd,yd)=(0.3094…,-4)
(xe,ye)=(4.3094…,4)
The intersection points O ′ and O ″ can be obtained by solving simultaneous equations for the function that defines the imaging line of the above-described line sensor and the two inclined straight lines. The coordinates of the intersection points are as follows.
(X O ' , y O' ) = (2.9825 ..., 1.7017 ...)
(X O " , y O" ) = (0.8970 ..., -1.9102 ...)
In order to obtain l: m: n, the coordinates of the intersections d and e are required. The coordinates of the intersections d and e are obtained by solving the equation of the line sensor and simultaneous equations of y = −4 and y = 4, respectively.
(X d , y d ) = (0.3094 ...,-4)
(X e , y e ) = (4.3094 ..., 4)

上記の4つの座標よりl:m:nの長さを求める。
l=2.4129…
m=4.1708…
n=2.6537…
l:m:nの長さをそれぞれ比として用いて、以下の式に代入した。L,a,b,cの値は図2に示した値を用いた。
The length of l: m: n is obtained from the above four coordinates.
l = 2.4129 ...
m = 4.1708 ...
n = 2.6537 ...
The lengths of l: m: n were respectively used as ratios and substituted into the following equations. The values shown in FIG. 2 were used for the values of L, a, b, and c.

上記[数2]によれば、計算結果は以下のようになる。
(xO',yO')=(2.9825…,1.7017…)
(xO",yO")=(0.8970…,-1.9102…)
このとき、ラインセンサの傾きφとx軸切片は[数3]の変数に具体的な数値を当てはめると以下の結果が得られる。
φ=60°
x=2
According to the above [Equation 2], the calculation result is as follows.
(X O ' , y O' ) = (2.9825 ..., 1.7017 ...)
(X O " , y O" ) = (0.8970 ..., -1.9102 ...)
At this time, the following results are obtained by applying specific numerical values to the variable [Equation 3] for the inclination φ and the x-axis intercept of the line sensor.
φ = 60 °
x = 2

(2)パンタグラフの水平方向移動に対する変位補正
図3に示す通り、パンタグラフが水平方向に+8(右側に)に移動した場合を想定する。パンタグラフが水平方向に移動する前は、ラインセンサの撮影ラインは、傾きがφ=60°、(x,y)=(3,0)を通る直線とする。
水平移動前の比は(1.1)の計算式と同様にして求める。
(2) Displacement correction with respect to horizontal movement of pantograph As shown in FIG. 3, it is assumed that the pantograph is moved to +8 (to the right) in the horizontal direction. Before the pantograph moves in the horizontal direction, the photographing line of the line sensor is a straight line with an inclination of φ = 60 ° and (x, y) = (3, 0).
The ratio before horizontal movement is obtained in the same manner as the calculation formula (1.1).

計算結果は以下の通りである。
l=2.5355…
m=3.9391…
n=2.7629…
The calculation results are as follows.
l = 2.5355 ...
m = 3.9391 ...
n = 2.7629 ...

上記(1.1)の計算方法と同様に、ラインセンサの傾きφとxは以下のようになる。
φ=60°
x=3
その後、パンタグラフが水平方向に+8移動したとする。
水平移動後の比をl’:m’:n’とすると、
l’=1.5551…
m’=5.7928…
n’=1.8896…
となり、
Similar to the calculation method in (1.1) above, the inclinations φ and x of the line sensor are as follows.
φ = 60 °
x = 3
Thereafter, it is assumed that the pantograph moves +8 in the horizontal direction.
If the ratio after horizontal movement is l ′: m ′: n ′,
l '= 1.5551 ...
m '= 5.7928 ...
n '= 1.8896 ...
And

水平移動後のラインセンサの傾きφ’とx’は以下のようになる。
φ’=60°
x’=−5
(水平方向の移動量)=(移動前のx)−(移動後のx’)であるので、水平方向の移動量は以下のようになる。
水平方向の移動量=3−(−5)=8
The inclinations φ ′ and x ′ of the line sensor after horizontal movement are as follows.
φ '= 60 °
x ′ = − 5
Since (horizontal movement amount) = (x before movement) − (x ′ after movement), the horizontal movement amount is as follows.
Horizontal movement amount = 3-(− 5) = 8

(3)パンタグラフの回転を伴う移動に対する変位補正
図4に示す通り、パンタグラフが半時計回りに角度ψ(=10°)の回転を伴い、垂直方向に+12(上方へ)だけ移動した場合を想定する。ψは、パソコン出願ソフトの制約により、下付添字にする場合は、アルファベットの「psi」で代用するものとする。移動前の座標系x−y、座標中心Oに対して、移動後の座標系x’−y’、座標中心Opsiとする。
(3) Displacement correction for movement accompanied by rotation of pantograph As shown in FIG. 4, it is assumed that the pantograph moves by +12 (upward) in the vertical direction with rotation of an angle ψ (= 10 °) counterclockwise. To do. ψ should be substituted with the alphabet “psi” when subscripted due to restrictions on PC application software. The coordinate system x′-y ′ and the coordinate center O psi after the movement are set to the coordinate system xy and the coordinate center O before the movement.

ラインセンサの撮影ラインは、移動前の座標系x-yにおいて、傾きがφ=80°、点I=(1,0)を通る直線とする。従って、ラインセンサの撮影ラインは、移動後の座標系x’-y’において、φ’=80°−10°=70°となり、点I’でx’軸と交わるものとする。
I〜I’の長さはラインセンサの画像からPixel数を調べ、pixel数に校正値を掛けることで求めることができる。机上計算でI〜I’ の長さを求めるには、Iの座標は分かっているので、残りのI’の座標を求めなければならない。xy軸上において、x’軸の直線の式が分かれば求めることができる。
The imaging line of the line sensor is a straight line with an inclination of φ = 80 ° and a point I = (1, 0) in the coordinate system xy before movement. Accordingly, the imaging line of the line sensor is φ ′ = 80 ° −10 ° = 70 ° in the coordinate system x′-y ′ after movement, and intersects the x ′ axis at point I ′.
The lengths I to I ′ can be obtained by examining the number of pixels from the image of the line sensor and multiplying the number of pixels by the calibration value. In order to obtain the length of I to I ′ by desk calculation, since the coordinates of I are known, the coordinates of the remaining I ′ must be obtained. On the xy axis, it can be obtained if the equation of the straight line of the x ′ axis is known.

ここで、回転移動前後の中心間距離をO〜Opsi、回転角度をψ=10°と設定しているので、x’軸の直線の式は以下のように定義できる。
y=xtan10°+12
また、ラインセンサの撮影ラインの直線の式は以下で表される。
y=xtan80°−tan80°
上記の式を連立方程式で解くとI’のxy座標を求めることができる。
(xI',yI')=(3.2159…,12.5670…)
よって、I〜I’の長さは以下のようになる。
I〜I’=12.7609…
Here, since the center-to-center distance before and after the rotational movement is set to O to O psi and the rotation angle is set to ψ = 10 °, the linear expression of the x ′ axis can be defined as follows.
y = xtan10 ° + 12
Further, the straight line expression of the photographing line of the line sensor is expressed as follows.
y = xtan80 ° -tan80 °
When the above equation is solved by simultaneous equations, the xy coordinates of I ′ can be obtained.
(X I ' , y I' ) = (3.2159 ..., 12.5670 ...)
Therefore, the length of I to I ′ is as follows.
I ~ I '= 12.7609 ...

また、回転移動前の比は(1.1)の計算式と同様にして求める。計算結果は以下の通りである。
l=2.0977…
m=3.8598…
n=2.1658…
これから移動前のラインセンサの傾きφとx軸切片を求める。
φ=80°
x=1
Further, the ratio before rotational movement is obtained in the same manner as the calculation formula (1.1). The calculation results are as follows.
l = 2.0977 ...
m = 3.8598 ...
n = 2.1658…
From this, the inclination φ and the x-axis intercept of the line sensor before movement are obtained.
φ = 80 °
x = 1

回転移動後の比をl’:m’:n’とすると、l’:m’:n’も(1.1)の計算式と同様にして求めることができる。
l’=2.4085…
m’=3.5664…
n’=2.5384…
移動前の座標系x-yにおいて、ラインセンサの傾きφ’とx’軸切片は以下のようになる。
φ’=70°
x’=3.2655…
Assuming that the ratio after rotational movement is l ′: m ′: n ′, l ′: m ′: n ′ can also be obtained in the same manner as the calculation formula (1.1).
l '= 2.4085 ...
m '= 3.5664 ...
n '= 2.5384 ...
In the coordinate system xy before the movement, the inclination φ ′ and the x ′ axis intercept of the line sensor are as follows.
φ '= 70 °
x '= 3.2655 ...

相対角度ψは、
ψ=80°−70°=10°
これより、座標中心Opsiと点I’とのy座標の差yOpsi-I'
Opsi-I'=(Opsi〜I’)3.2655sin10°
=0.5670…
また、点I’のy座標yI'
I'=(I〜I’) sinφ
=12.7609sin80°
=12.5670…
The relative angle ψ is
ψ = 80 ° −70 ° = 10 °
From this, the difference y Opsi-I ′ of the y coordinate between the coordinate center O psi and the point I ′ is y Opsi-I ′ = (O psi to I ′) 3.2655sin10 °.
= 0.5670…
Moreover, the y I 'y-coordinate y I' of the point I '= (I~I') sinφ
= 12.7609sin80 °
= 12.5670…

よって、中心間距離O〜Opsiは、以下のようになる。
O〜Opsi=yI'− yOpsi-I'
=12.5670−0.5670=12
Therefore, the center-to-center distance O to O psi is as follows.
O~O psi = y I '- y Opsi-I' =
= 12.5670-0.5670 = 12

(4)2個のマーカーの相対変位の計算
図5に示す通り、2個のマーカーがパンタグラフに装着されている場合を想定する。即ち、一方のマーカーに対して他方のマーカーが半時計回りに角度ψ(=10°)変位しており、垂直方向へ+12(上方に)変位すると共に水平方向に+2(右方向に)変位している場合を想定する。ψは、パソコン出願ソフトの制約により、下付添字にする場合は、アルファベットの「psi」で代用するものとする。
(4) Calculation of relative displacement of two markers As shown in FIG. 5, it is assumed that two markers are attached to a pantograph. That is, the other marker is displaced counterclockwise by an angle ψ (= 10 °) with respect to one marker, and is displaced +12 (upward) in the vertical direction and +2 (rightward) in the horizontal direction. Assuming that ψ should be substituted with the alphabet “psi” when subscripted due to restrictions on PC application software.

一方のマーカーの座標系x−y、座標中心Oに対して、他方のマーカーの座標系x’−y’、座標中心Opsiとする。
ラインセンサの撮影ラインは、一方のマーカーの座標系x−yにおいて、傾きがφ=80°、点I=(1,0)を通る直線とする。従って、ラインセンサの撮影ラインは、他方のマーカーの座標系x’−y’において、φ’=80°−10°=70°となり、点I’でx’軸と交わるものとする。
For one marker coordinate system xy and coordinate center O, the other marker coordinate system x′-y ′ and coordinate center O psi are used.
The imaging line of the line sensor is a straight line with an inclination of φ = 80 ° and a point I = (1,0) in the coordinate system xy of one marker. Therefore, the imaging line of the line sensor is φ ′ = 80 ° −10 ° = 70 ° in the coordinate system x′-y ′ of the other marker, and intersects the x ′ axis at point I ′.

相対変位間の中心点のxy座標はそれぞれ以下の通りである。
(xO,yO)=(0,0)
(xOpsi,yOpsi)=(2,12)
つまり、中心間距離O〜Opsiは以下の通りである。
O〜Opsi=(22+1221/2
=12.1655…
また、Opsiから下向きに垂線を引き、x軸との交点をH、Opsiから水平方向に直線を引き、その直線とラインセンサ撮影ラインとの交点から下に垂線を引き、その垂線とx軸との交点をH’とする。
The xy coordinates of the center point between the relative displacements are as follows.
(X O , y O ) = (0, 0)
(X Opsi , y Opsi ) = (2,12)
That is, the center-to-center distance O to O psi is as follows.
O to O psi = (2 2 +12 2 ) 1/2
= 12.1655…
Also, a vertical line is drawn downward from O psi , the intersection point with the x axis is H, a straight line is drawn from O psi in the horizontal direction, a vertical line is drawn downward from the intersection point between the straight line and the line sensor imaging line, and the perpendicular line and x Let H 'be the intersection with the axis.

I〜I’の長さはラインセンサの画像からPixel数を調べ、pixel数に校正値を掛けることで求めることができる。机上計算でI〜I’ の長さを求めるには、Iの座標は分かっているので、残りのI’の座標を求めなければならない。xy軸上において、x’軸の直線の式が分かれば求めることができる。ここで、相対変位間の中心点の座標は(xOpsi,yOpsi)=(2,12)、回転角度をψ=10°と設定しているので、x’軸の直線の式は以下のように定義できる。
y=xtan10°+(12−2tan10°)
The lengths I to I ′ can be obtained by examining the number of pixels from the image of the line sensor and multiplying the number of pixels by the calibration value. In order to obtain the length of I to I ′ by desk calculation, since the coordinates of I are known, the coordinates of the remaining I ′ must be obtained. On the xy axis, it can be obtained if the equation of the straight line of the x ′ axis is known. Here, the coordinates of the center point between the relative displacements are (x Opsi , y Opsi ) = (2, 12), and the rotation angle is set to ψ = 10 °. Can be defined as
y = xtan10 ° + (12-2tan10 °)

また、ラインセンサの撮影ラインの直線の式は以下で表される。
y=xtan80°−tan10°
上記の式を連立方程式で解くとI’の座標を求めることができる。
よって、I〜I’の長さは以下のようになる。
I〜I’ =12.3913…
また、下マーカーの形状の比は(1.1)の計算式と同様にして求める。
計算結果は以下の通りである。
l=2.0977…
m=3.8598…
n=2.1658…
Further, the straight line expression of the photographing line of the line sensor is expressed as follows.
y = xtan80 ° -tan10 °
By solving the above equation with simultaneous equations, the coordinates of I ′ can be obtained.
Therefore, the length of I to I ′ is as follows.
I ~ I '= 12.3913 ...
The ratio of the shape of the lower marker is obtained in the same manner as the calculation formula (1.1).
The calculation results are as follows.
l = 2.0977 ...
m = 3.8598 ...
n = 2.1658…

これから一方のマーカーに対するラインセンサの傾きφとx軸切片を求める。
φ=80°
x=1
マーカーの形状の比をl’:m’:n’とすると、l’:m’:n’も(1.1)の計算式と同様にして求めることができる。
l’=2.1771…
m’=4.0131…
n’=2.3231…
From this, the inclination φ and the x-axis intercept of the line sensor with respect to one marker are obtained.
φ = 80 °
x = 1
When the ratio of marker shapes is l ′: m ′: n ′, l ′: m ′: n ′ can also be obtained in the same manner as the calculation formula (1.1).
l '= 2.1771 ...
m '= 4.0131 ...
n '= 2.3231 ...

他方のマーカーに対するラインセンサの傾きφ’とx’軸切片は以下のようになる。
φ’=70°
x’=1.1695.
相対角度ψは、
ψ=80°−70°=10°
これより、
Opsi-I'=(Opsi〜I’)sinψ
=x’sinψ
=1.1695 sinψ
=0.2030…
The inclination φ ′ and the x ′ axis intercept of the line sensor with respect to the other marker are as follows.
φ '= 70 °
x '= 1.1695.
The relative angle ψ is
ψ = 80 ° −70 ° = 10 °
Than this,
y Opsi-I ′ = (O psi ˜I ′) sinψ
= X'sinψ
= 1.1695 sinψ
= 0.2030 ...

また、yI'=(I〜I’)sinφより、
I'=12.3913 sin10°
=12.2030…
よって、O〜Hは以下のようになる。
O〜H=yI' −yOpsi-I'=12.203007030=12
中心問距離O〜Opsiを求めるには、三角形OOpsiHを考える。
底辺がOH、高さがOpsi〜Hの直角三角形なので、中心間距離O〜Opsiは三角形OOpsiHの斜辺となる。
O〜I=x=1と設定しているので、I〜Hの長さを求めれば良い。
From y I ′ = ( I to I ′ ) sinφ,
y I ' = 12.3913 sin10 °
= 12.2030…
Therefore, O to H are as follows.
O~H = y I '-y Opsi- I' = 12.203007030 = 12
To find the center distance O-O psi , consider the triangle OO psi H.
Since the base is OH and the right triangle has a height of O psi to H, the center-to-center distance O to O psi is the hypotenuse of the triangle OO psi H.
Since O to I = x = 1, the lengths I to H may be obtained.

図5より、I〜H=I〜H’+H〜Hということが分かる。まず、I〜H’を求める。I〜H’は以下の式で求めることができる。
I〜H’=(Opsi〜H)/tanφ
=12/tan80°
=2.1159
FIG. 5 shows that I to H = I to H ′ + H to H. First, I to H ′ are obtained. I to H ′ can be obtained by the following equations.
I to H ′ = (O psi to H) / tanφ
= 12 / tan80 °
= 2.1159

次に、H〜H’を求める。H〜H’は以下の式で求めることができる。
H〜H’=(Opsi〜I’)cosψ−yOpsi-I'/tanψ
=1.11695cos10°−0.2030/tan10°
=1.1159
よって、I〜Hの長さは以下のようになる。
I〜H=I〜H’+H〜H’
=2.1159−1.5559
=1
以上より、中心間距離O〜Opsiは、以下のようになる。
O〜Opsi=[(1+1)2+122]1/2
=12.1655…
Next, H to H ′ are obtained. H to H ′ can be obtained by the following formula.
H to H ′ = (O psi to I ′) cos ψ−y Opsi-I ′ / tan ψ
= 1.11695cos10 ° -0.2030 / tan10 °
= 1.1159
Therefore, the lengths I to H are as follows.
I to H = I to H '+ H to H'
= 2.1159−1.5559
= 1
From the above, the center-to-center distance O to O psi is as follows.
O to O psi = [(1 + 1) 2 +12 2 ] 1/2
= 12.1655…

ここまでで、初期状態の中心間距離O〜Opsiを計算することができた。
初期状態よりマーカーが移動したとして、上記と同じ方法で移動後の中心間距離を求めることができる(計算は同じであるため、移動後の中心間距離の計算は省略)。
初期状態の中心間距離から移動後の中心間距離の差を求めることで相対変位を計算することができる。
また、相対変位はバネの伸縮量と同値なので、この値にばね定数を掛けることにより、接触力測定を行なうことができる。
Thus far, the center-to-center distance O to O psi in the initial state has been calculated.
Assuming that the marker has moved from the initial state, the distance between the centers after movement can be obtained by the same method as described above (the calculation is the same, so the calculation of the distance between the centers after movement is omitted).
The relative displacement can be calculated by calculating the difference between the center distances after the movement from the center distance in the initial state.
Since the relative displacement is the same value as the amount of expansion and contraction of the spring, the contact force can be measured by multiplying this value by the spring constant.

以下、本発明の具体的な実施例について、図6〜図9を参照して説明する。
本実施例は、画像処理を用いてパンタグラフとトロリ線との間に発生する接触力を測定する分野において、特に接触力を求めるために必要な舟体と摺り板の相対変位の測定誤差を補正する方法及び装置に関する。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, in the field of measuring the contact force generated between the pantograph and the trolley line using image processing, the measurement error of the relative displacement between the hull and the sliding plate necessary for obtaining the contact force is corrected. The present invention relates to a method and apparatus.

図6はマーカーの取り付けられた舟体と摺り板を示す説明図、図7はパンタグラフの構造を示す斜視図、図8は画像処理を示すフローチャート、図9は画像処理装置の構成図である。
図6及び図7に示すように、パンタグラフ3は、車両上にリンク構造の枠体9を介して上下動自在に保持される舟板3aと、この舟板3aに対してバネ8を介して支持され摺り板3bとから構成され、摺り板3bはトロリー線(図示省略)と接触する。
FIG. 6 is an explanatory view showing a boat body and a sliding plate to which markers are attached, FIG. 7 is a perspective view showing the structure of a pantograph, FIG. 8 is a flowchart showing image processing, and FIG. 9 is a block diagram of an image processing apparatus.
As shown in FIGS. 6 and 7, the pantograph 3 includes a boat plate 3a that is held on a vehicle via a link structure frame 9 so as to be movable up and down, and a spring 8 for the boat plate 3a. The sliding plate 3b is supported and is in contact with a trolley wire (not shown).

舟板3a及び摺り板3bにはそれぞれ二箇所にマーカー14が装着されている。マーカー14は、上述したとおり、3つの帯状の非反射領域の間に、2つの帯状の反射領域を配置した縞模様状のものであり、中央に配置される非反射領域の形状が台形状となったものである。   Markers 14 are attached to the boat board 3a and the sliding board 3b at two locations, respectively. As described above, the marker 14 is a striped pattern in which two band-like reflection areas are arranged between three band-like non-reflection areas, and the shape of the non-reflection area arranged in the center is trapezoidal. It has become.

本実施例においては、初期状態より、図6に示すように、舟板3aに対して摺り板3bが回転・並進運動し、その結果、各マーカー14が相対的に移動し、これにより、マーカー間の中心間距離がLkからLkrに相対変位した場合にも、移動後の中心間距離Lkrを同様にして求めることができる。
そして、初期状態の中心間距離から移動後の中心間距離の差を求めることで相対変位を計算することができる。また、相対変位はバネの伸縮量と同値なので、この値にばね定数を掛けることにより、接触力測定を行なうことができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, from the initial state, the sliding plate 3b rotates / translates with respect to the boat plate 3a, and as a result, each marker 14 moves relatively, thereby the marker Even when the center-to-center distance is relatively displaced from L k to L kr , the center-to-center distance L kr after movement can be obtained in the same manner.
Then, the relative displacement can be calculated by obtaining the difference between the center distances after movement from the center distance in the initial state. Since the relative displacement is the same value as the amount of expansion and contraction of the spring, the contact force can be measured by multiplying this value by the spring constant.

パンタグラフ3に取り付けられる各マーカー14はラインセンサ2(図9参照)によりそれぞれ撮影され、ラインセンサ2は各マーカー14の反射領域及び非反射領域を横断するように走査する。
ラインセンサ2により取得された画像は、図9に示す画像処理部で画像処理される。画像処理部は、画像入力部70、メモリ71,72、マーカーパターン抽出部73、パターンマッチング74、傾きを考慮した校正値算出部75、水平・回転移動に対する補正部76及び相対変位出力部77とから構成される。
Each marker 14 attached to the pantograph 3 is photographed by the line sensor 2 (see FIG. 9), and the line sensor 2 scans across the reflective area and the non-reflective area of each marker 14.
The image acquired by the line sensor 2 is subjected to image processing by the image processing unit shown in FIG. The image processing unit includes an image input unit 70, memories 71 and 72, a marker pattern extraction unit 73, a pattern matching 74, a calibration value calculation unit 75 considering inclination, a correction unit 76 for horizontal / rotational movement, and a relative displacement output unit 77. Consists of

図9に示す画像処理部による画像処理は図8に示すフローチャートの通りであり、以下の手順(ア)〜(オ)で処理される。
(ア)画像入力部70は、舟板3a及び摺り板3bに取り付けられた傾き補正用マーカー14をラインセンサ2で撮影したものを入力画像とする。
(イ)マーカーパターン抽出部73は、パンタグラフ3がまったく動いてない部分を撮影しておき、その中から傾き補正用マーカー14のパターンを抽出する。
Image processing by the image processing unit shown in FIG. 9 is as shown in the flowchart of FIG. 8, and is processed in the following procedures (a) to (e).
(A) The image input unit 70 uses an image obtained by photographing the tilt correction marker 14 attached to the boat board 3a and the sliding board 3b with the line sensor 2 as an input image.
(A) The marker pattern extraction unit 73 captures a portion where the pantograph 3 does not move at all, and extracts the pattern of the inclination correction marker 14 from the portion.

(ウ)パターンマッチング部75は、入力画像の中で、傾き補正用マーカー14のパターンと一致する箇所をパターンマッチングで検出する。
(エ)校正値算出部75は、上述した「(1)ラインセンサの傾き補正」の欄で説明した通り、マーカーパターンからパンタグラフ3の傾きを考慮した校正値[mm/pix]を算出する。
(オ)補正部76は、パターンマッチングで得たパンタグラフ3の位置情報に対して、上述した「(3)パンタグラフの回転を伴う移動に対する変位補正」の欄で説明した通り、ラインセンサ2の傾きに対する補正を行ない、パンタグラフ3の正確な移動量と回転量を算出する。
(C) The pattern matching unit 75 detects a part of the input image that matches the pattern of the inclination correction marker 14 by pattern matching.
(D) The calibration value calculation unit 75 calculates a calibration value [mm / pix] taking into account the inclination of the pantograph 3 from the marker pattern, as described in the section of “(1) Line sensor inclination correction”.
(E) The correction unit 76 applies the inclination of the line sensor 2 to the position information of the pantograph 3 obtained by pattern matching, as described in the section “(3) Displacement correction for movement accompanied by rotation of the pantograph”. Is corrected, and an accurate movement amount and rotation amount of the pantograph 3 are calculated.

(カ)相対変位出力部77は、(エ)の校正値[mm/pix]と(オ)の移動量と回転量を基に正確な相対変位を出力する。
相対変位出力部77は、更に、ばね8の伸縮量を正確に求めることができる。即ち、水平方向の移動が発生するとばねは斜めに伸びるので、斜めに延びた分の伸縮量も計算することができる。また、摺り板3bの角度を求められるので、摺り板3bの慣性モーメントを考慮した接触力測定を行うことができる。
(F) The relative displacement output unit 77 outputs an accurate relative displacement based on the calibration value [mm / pix] of (d) and the movement amount and rotation amount of (e).
The relative displacement output unit 77 can further accurately determine the amount of expansion / contraction of the spring 8. That is, when the movement in the horizontal direction occurs, the spring extends diagonally, so that the amount of expansion and contraction corresponding to the diagonal extension can be calculated. Further, since the angle of the sliding plate 3b can be obtained, contact force measurement can be performed in consideration of the moment of inertia of the sliding plate 3b.

本実施例は、マーカー14を用いてラインセンサ2の撮影ラインの傾きに対する補正を行なうことで、変位の測定誤差を減らすことができ、補正を行なう過程でラインセンサ2の傾斜角(撮影面)が分かるため、傾斜角から原点がどの位置にあるか推測できる。
また、ラインセンサ2の撮影面が傾いている状態で、パンタグラフ3が水平方向や回転を伴う移動をしても、精度良く変位を計算できる。
In the present embodiment, the measurement error of the displacement can be reduced by correcting the inclination of the imaging line of the line sensor 2 using the marker 14, and the inclination angle (imaging surface) of the line sensor 2 during the correction process. Therefore, it can be estimated from the inclination angle where the origin is.
Further, even when the pantograph 3 moves in the horizontal direction or with rotation while the imaging surface of the line sensor 2 is inclined, the displacement can be calculated with high accuracy.

更に、パンタグラフ3の舟体3aと摺り板3bのにマーカー14を上下2個ずつ取り付け、ラインセンサ2の傾きに対する補正を行なうことで、相対変位を正確に計算でき、パンタグラフ3のバネ8の伸縮量を精度良く求めることができる。   Furthermore, by attaching two markers 14 to the boat body 3a and the sliding plate 3b of the pantograph 3 and adjusting the inclination of the line sensor 2, the relative displacement can be calculated accurately, and the expansion and contraction of the spring 8 of the pantograph 3 can be calculated. The amount can be obtained with high accuracy.

上述した実施例においては、「パンタグラフの接触力測定における測定誤差低減手法」について説明したが、本発明は、これに限るものではなく、CCD等のラインセンサによる1次元画像を用いたすべての測定に対して適用可能なものである。   In the above-described embodiments, the “measurement error reduction method in pantograph contact force measurement” has been described. However, the present invention is not limited to this, and all measurements using a one-dimensional image by a line sensor such as a CCD are performed. Is applicable.

本発明は、特殊なマーカー形状により、1次元計測でも回転・並進運動を把握することができるものであり、例えば、ビルや構造物の地震動に対する揺れを計測する試験で画像処理にも適用可能なものである。   The present invention can grasp rotational / translational motion even with one-dimensional measurement by using a special marker shape, and can be applied to image processing, for example, in a test for measuring shaking of a building or a structure against seismic motion. Is.

図1(a)は本発明で使用される傾き補正用マーカーの説明図、図1(b)は傾き補正用マーカー上での交点lO' ,lO"を示す説明図、図1(c)は傾き補正用マーカー上での長さの比n:(l+m−n)/2:(−l+m+n)/2に関する説明図である。FIG. 1A is an explanatory diagram of a tilt correction marker used in the present invention, FIG. 1B is an explanatory diagram showing intersections l O ′ and l O ″ on the tilt correction marker, and FIG. ) Is an explanatory diagram regarding a ratio of lengths n: (l + mn) / 2: (− 1 + m + n) / 2 on the inclination correction marker. 具体的な形状の特定された傾き補正用マーカーの説明図である。It is explanatory drawing of the marker for inclination correction by which the specific shape was specified. パンタグラフの水平方向移動に対する変位補正に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the displacement correction | amendment with respect to the horizontal direction movement of a pantograph. パンタグラフの回転を伴う移動に対する変位補正に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the displacement correction | amendment with respect to the movement accompanying rotation of a pantograph. 2個のマーカーの相対変位の計算に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding calculation of the relative displacement of two markers. 本発明の一実施例に係る傾き補正用マーカーの取り付けられた舟体及び摺り板を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the boat body and the sliding board to which the marker for inclination correction which concerns on one Example of this invention was attached. 本発明の一実施例に係る傾き補正用マーカーの取り付けられたパンタグラフを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the pantograph with which the marker for inclination correction which concerns on one Example of this invention was attached. 本発明の一実施例に係る画像処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the image processing which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る画像処理部を示す構成図である。It is a block diagram which shows the image process part which concerns on one Example of this invention. 傾き補正用マーカーの変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the marker for inclination correction. 図11(a)は、特願2006−285902に係るパンタグラフ測定装置の概略図、図11(b)は、図11(a)中の一点鎖線部分の拡大図である。FIG. 11A is a schematic diagram of a pantograph measuring apparatus according to Japanese Patent Application No. 2006-285902, and FIG. 11B is an enlarged view of a one-dot chain line portion in FIG. 複雑化した形状のマーカーを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the marker of the complicated shape. 特願2006−285902に係るパンタグラフ測定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the pantograph measuring method based on Japanese Patent Application No. 2006-285902. 特願2006−285902に係るパンタグラフ測定装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the pantograph measuring apparatus based on Japanese Patent Application No. 2006-285902. 時空画像例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a space-time image. 探索パターン生成例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of search pattern generation. 時空画像に対するパターンマッチングを示すグラフである。It is a graph which shows the pattern matching with respect to a space-time image. パンタグラフ位置の補間を示すグラフである。It is a graph which shows interpolation of a pantograph position. マーカーを走査するラインセンサの軌跡(撮影ライン)の説明図である。It is explanatory drawing of the locus | trajectory (imaging line) of the line sensor which scans a marker. 図20(a)は2つのマーカーの平行移動を示す説明図、図20(b)は2つのマーカーの回転を伴う変位の説明図、図20(c)はマーカーの回転を示す説明図である。20A is an explanatory diagram showing the parallel movement of two markers, FIG. 20B is an explanatory diagram of displacement accompanying the rotation of the two markers, and FIG. 20C is an explanatory diagram showing the rotation of the markers. .

符号の説明Explanation of symbols

1 車両
2 ラインセンサ
3 パンタグラフ
3a 舟体
3b 摺り板
4 縞模様状マーカー
4a 非反射領域
4b 反射領域
5 照明
6 画像処理部
7 記録装置
14 傾き補正用マーカー
14a,14d,14e 非反射領域
14b,14c 反射領域
70 画像入力部
71,72 メモリ
73 マーカーパターン抽出部
74 パターンマッチング部
75 傾きを考慮した校正値算出部
76 水平・回転移動に対する補正部
77 相対変位出力部
A 黒色の帯
B 白色の帯
C ノイズ
D 保留部分
E 非連結部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 2 Line sensor 3 Pantograph 3a Boat body 3b Slide board 4 Striped pattern marker 4a Non-reflective area 4b Reflective area 5 Illumination 6 Image processing part 7 Recording device 14 Tilt correction markers 14a, 14d, 14e Non-reflective areas 14b, 14c Reflection area 70 Image input unit 71, 72 Memory 73 Marker pattern extraction unit 74 Pattern matching unit 75 Calibration value calculation unit 76 in consideration of inclination Correction unit 77 for horizontal / rotational movement Relative displacement output unit A Black band B White band C Noise D Reserved part E Unconnected part

Claims (10)

被測定物に取り付けられたマーカーと、
該マーカーを撮影するラインセンサと、
該ラインセンサで取得した画像を画像処理して前記被測定物の位置を算出する画像処理部とを備えた測定装置において、
前記マーカーは、色彩の異なる帯状の領域を隣接して複数配置してなる縞模様状であって、
前記領域間の境界となる直線が少なくとも相互に平行な平行直線と、
前記領域間の境界となる直線が前記平行直線に対して傾斜した少なくとも2本の傾斜直線とを含み、
前記画像処理部は、前記ラインセンサが前記マーカーの前記領域を横断するように走査した軌跡である撮影ラインと前記平行直線及び前記傾斜直線との複数の交点間の線分のうち少なくとも三つの長さの比を求め、該三つの長さの比に基づいて前記撮影ラインの前記マーカーに対する傾き又は前記交点のうちの少なくとも2つの座標を求めることを特徴とするラインセンサを利用した計測装置。
A marker attached to the object to be measured;
A line sensor for photographing the marker;
In a measuring apparatus comprising: an image processing unit that performs image processing on an image acquired by the line sensor and calculates a position of the object to be measured;
The marker is a striped pattern formed by arranging a plurality of adjacent strip-shaped regions of different colors,
Parallel straight lines that are at least parallel to each other between the regions; and
A straight line serving as a boundary between the regions includes at least two inclined straight lines inclined with respect to the parallel straight line;
Wherein the image processing unit, the line sensor of the three least one of the line segments between a plurality of intersections of said straight line parallel and the inclined linear imaging line and a scanning trajectory to cross the region of the marker A measuring device using a line sensor, wherein a ratio of lengths is obtained, and at least two coordinates of an inclination of the photographing line with respect to the marker or the intersection are obtained based on the ratio of the three lengths .
前記画像処理部は、前記撮影ラインの傾き又は前記交点のうちの少なくとも2つの座標に基づいて、前記交点の間の実際の距離を求め、前記ラインセンサ上での前記交点間における画素数で前記距離を割って校正値を求めることを特徴とする請求項1記載のラインセンサを利用した計測装置。 The image processing unit obtains an actual distance between the intersection points based on at least two coordinates of the photographing line inclination or the intersection point, and the number of pixels between the intersection points on the line sensor 2. The measuring apparatus using a line sensor according to claim 1, wherein the calibration value is obtained by dividing the distance. 前記画像処理部は、前記測定物が変位した前後における前記撮影ラインの傾き又は前記交点の2つの座標を対比することにより、前記被測定物の相対的な変位を求めることを特徴とする請求項1記載のラインセンサを利用した計測装置。 The image processing unit obtains a relative displacement of the object to be measured by comparing two coordinates of an inclination of the photographing line or the intersection point before and after the object to be measured is displaced. A measuring device using the line sensor described in 1. 前記画像処理部は、前記測定物が回転を伴う変位した前後における前記撮影ラインの傾き又は前記交点の2つの座標を対比することにより、前記被測定物の相対的な回転を伴う変位を求めることを特徴とする請求項1記載のラインセンサを利用した計測装置。 The image processing unit obtains displacement with relative rotation of the object to be measured by comparing two coordinates of an inclination of the photographing line or the intersection point before and after the object to be measured is displaced with rotation. A measuring device using the line sensor according to claim 1. 前記被測定物は、車両上にリンク構造の枠体を介して上下動自在に保持される舟板と、該舟板に対してバネを介して支持されトロリ線に接触する摺り板とからなるパンタグラフであり、前記マーカーは前記舟板と前記摺り板とに各々取り付けられることを特徴とする請求項1記載のラインセンサを利用した計測装置。 The object to be measured includes a boat board that is held on a vehicle via a frame of a link structure so as to be movable up and down, and a sliding board that is supported by the boat board via a spring and contacts a trolley wire. 2. The measuring device using a line sensor according to claim 1, wherein the measuring device is a pantograph, and the markers are attached to the boat board and the sliding board, respectively. 前記画像処理部は、前記舟板及び前記摺り板に各々取り付けられた前記マーカーに対する前記撮影ラインの傾きを各々求めること特徴とする請求項5記載のラインセンサを利用した計測装置。 6. The measuring apparatus using a line sensor according to claim 5, wherein the image processing unit obtains inclinations of the photographing lines with respect to the markers respectively attached to the boat board and the sliding board. 前記画像処理部は、前記舟板及び前記摺り板に各々取り付けられた前記マーカーに対する前記交点の座標を各々求めること特徴とする請求項5記載のラインセンサを利用した計測装置。 6. The measuring apparatus using a line sensor according to claim 5, wherein the image processing unit obtains coordinates of the intersection point with respect to the markers respectively attached to the boat board and the sliding board. 前記画像処理部は、前記舟板及び前記摺り板に各々取り付けられた前記マーカーに対する前記撮影ラインの傾き又は前記交点の座標に基づいて、前記舟板に対する前記摺り板の相対的位置を求め、該相対的位置から前記舟板と前記摺り板とに挟まれる前記バネの伸縮量を求めること特徴とする請求項6又は7記載のラインセンサを利用した計測装置。 The image processing unit obtains a relative position of the sliding board with respect to the boat board based on an inclination of the photographing line with respect to the markers attached to the boat board and the sliding board or coordinates of the intersection point, The measuring device using a line sensor according to claim 6 or 7, wherein an expansion / contraction amount of the spring sandwiched between the boat board and the sliding board is obtained from a relative position. 前記領域の何れか1つは一方の長手方向に行くに従って幅が両側へ一律に拡大する形状をなし、当該領域の両側に接する2つの前記領域は一方の前記長手方向に行くに従って幅が内側へのみ一律に縮小する形状をなすことにより、前記領域と前記2つの前記領域との境界となる2つ直線が逆向きに傾斜することを特徴とする請求項1記載のラインセンサを利用した計測装置。 Any one of the regions has a shape in which the width is uniformly expanded to both sides as it goes in one longitudinal direction, and the two regions that are in contact with both sides of the region have a width that goes inward as they go in the one longitudinal direction. 2. The measuring device using a line sensor according to claim 1, wherein two straight lines serving as a boundary between the region and the two regions are inclined in opposite directions by forming a shape that is uniformly reduced only. . 前記領域の何れか一つは平行四辺形をなし、両側に接する他の前記領域との境界をなす前記傾斜直線が相互に平行であることを特徴とする請求項1記載のラインセンサを利用した計測装置。 2. The line sensor according to claim 1, wherein any one of the regions has a parallelogram shape, and the inclined straight lines forming a boundary with the other region in contact with both sides are parallel to each other. Measuring device.
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