JP5162485B2 - 鉄道信号機の視認可否を確認する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、規定された距離で建植された鉄道信号機の点灯、消灯を確認できるか否かを確認する方法及び装置、即ち、鉄道信号機の視認可否を確認する方法及び装置である。前記規定された距離は、視認距離とも呼ばれるもので、例えば６００ｍや８００ｍと定められている。なお、本明細書で鉄道信号機とは、鉄道用色灯式信号機、標識又は特殊信号発光機である。

近年の鉄道用色灯式信号機の色灯の光源には、特開２０００−０５２９８８号公報（特許文献１）や特開２００１−２１３３２２号公報（特許文献２）に記載されている如く、信号電球でなくＬＥＤが用いられている。これは省電力化と、定期的な電球交換作業が不要になるなどの省力化が同時に実現できるからである。

鉄道信号機は色灯の点灯又は消灯により、列車の運転士に列車運行情報を伝達する装置である。上記の列車運行情報は、列車の運転士が鉄道信号機の色灯の点灯又は消灯を目視確認することで伝達されるので、運転士が信号を見落とした場合には上記列車運行情報が正しく伝達されない危険性がある。また、鉄道信号機は線路脇に建植されるものであるため、設置場所に制約があるという問題もある。そこで、特開平１１−３４８７８４号公報（特許文献３）に記載されている如く、標識情報を記憶させた無線式電子タグを、標識と共に線路脇に設置し、車上に搭載した無線式インタロケータにより、列車通過時に読み取った前記標識情報を車内に表示する無線式鉄道標識が提案されているが、未だ実施に至っていない。従って、鉄道信号機の色灯の点灯又は消灯による標識情報を列車の運転士が目視確認することは、現行の列車運行に必要不可欠な情報伝達方法である。

それだけに、列車の運転士に列車運行情報を伝達する鉄道信号機は、その色灯の点灯又は消灯が視認地点から列車の運転士が確実に視認できるように、その色灯は送光方向が適切な向きになるよう建植されていなければならない。また、鉄道信号機と視認地点とを結ぶ光路上に光を遮断する樹木等の障害物が存在しないようにしなければならない。そのために、建植時の鉄道用信号機の視認可否が可として正しく確保されていることの確認が重要であるが、現状は鉄道信号機の建植地点と視認地点のそれぞれに作業員を配置して手作業で行われている。

建植地点の作業員は鉄道信号機に付けられている視認可否確認用覗き穴から視認地点の方向を見ることで、凡その送光方向を調節する。その後、目視地点の作業員が鉄道信号機の色灯の点灯又は消灯を目視できた場合には鉄道信号機の視認可否が可であると確認する。目視できなかった場合には鉄道信号機の視認可否は否であると言えるので、光路上に障害物がないかを調べ、あればそれを除去する。障害物がなければ、建植地点の作業員と携帯電話機叉は無線機で連絡し合って、鉄道信号機の送光方向を調節する。この送光方向の調節は、建植地点の作業員が上記覗き穴から視認地点の方向を覗きながら微調整することで行われる。このような手作業と作業員の目視による確認作業を伴うものであるため、これまでの鉄道信号機の視認可否の確認は作業効率が悪いという問題がある。しかも、視認可否確認作業のために日中の営業時間に、実際に鉄道信号機を点灯又は消灯することは、列車の運転士に誤った列車運行情報を与えることになるので現実には難しい問題がある。

そこで、本出願人は先に、視認地点の方向に向けて鉄道信号機に取り付けられ且つ確認用ビットパターンの赤外線発光を行う赤外線発光機、前記視認地点で前記赤外線発光を撮影する赤外線ビデオカメラ、及び、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像を画像処理し、撮影された発光パターンと前記確認用ビットパターンとの同一性を判定する画像処理装置とで構成された鉄道信号機の視認可否を確認する方法及び装置を開発し、これを特許出願（特願２００７−２４９２３２）した。

この鉄道信号機の視認可否を確認する方法及び装置により、列車の運転士に影響を及ぼさないように、実際に信号機の点灯又は消灯することなく、鉄道信号機の視認可否を確認する方法と装置が提供された。また、本発明により、鉄道信号機の視認可否の確認作業中に、列車の運転士に誤った列車運行情報を与えることは全くなくなった。また、鉄道信号機の視認可否の確認が作業員の主観によるものでなはなく、定量的な判断に基いて行うことが可能になった。

ところで、踏切が隣接している場合など鉄道信号機が隣接している場合には、上述の鉄道信号機の視認可否を確認する方法及び装置では、例えば８００ｍ離れた地点において視認可否の確認を行えない場合があることが判明した。

特開２０００−０５２９８８号公報 特開２００１−２１３３２２号公報 特開平１１−３４８７８４号公報

本発明が解決しようとする第１の課題は、隣接する複数の鉄道信号機やその他のノイズ成分の中から目的の鉄道信号機の視認可否の確認を視認地点で行えるようにすることである。
本発明が解決しようとする第２の課題は、日中などの全体的に明るい状況や、夕方などの全体的に暗い状況でも、隣接する複数の鉄道信号機やその他のノイズ成分の中から目的の鉄道信号機の視認可否の確認を視認地点で行えるようにすることである。

上記課題を解決するために、視認地点の方向に向けて鉄道信号機に取り付けられ且つ固有の点滅パターンの赤外線発光を行う赤外線発光機、前記視認地点で前記赤外線発光を撮影する赤外線ビデオカメラ、及び、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像の画像処理装置とで構成された鉄道信号機の視認可否を確認する方法及び装置において、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像の現在のフレームと一つ前のフレームの差分に対して閾値を設け、前後のフレームのビットパターンの推移に応じて前記閾値を越えた場合には「1」若しくは「0」、前記閾値を越えない場合には「0」若しくは「1」とする二値化処理を行って、前記赤外線発光機の輝度の変化を見ることで点滅パターンを認識するようにした。

本発明により、隣接する複数の鉄道信号機の中から目的の鉄道信号機の視認可否の確認を視認地点で行えるようなった。しかも、日中などの全体的に明るい状況や、夕方などの全体的に暗い状況でも、隣接する複数の鉄道信号機の中から目的の鉄道信号機の視認可否の確認を視認地点で行えるようになった。更に、本発明に係る鉄道信号機の視認可否を確認する装置は、その３つの構成装置のうちの赤外線ビデオカメラと画像処理装置は市販の装置を利用できるものであり、且つ赤外線発光機は簡単な構成のものであるから、製造コストは安く、且つ作業性が高いという特長を有する。

本発明に係る鉄道信号機の視認可否を確認する装置の概要説明図である。 本発明に係る鉄道信号機の視認可否を確認する装置のブロック構成図である。 赤外線発光機の動作の一例を示すフローチャートである。 確認装置の動作の一例を示すフローチャートである。 確認装置図４の処理の流れを概念的に示した概念図である。 赤外線発光素子が点灯状態から滅灯状態に変化したときにノイズが乗っていないときの赤外線カメラの撮影画像のフレーム差分の概念図（ａ）と赤外線発光素子が点灯状態のままで変化がないときにノイズが乗ったときの赤外線カメラの撮影画像のフレーム差分の概念図（ｂ）である。

本発明を実施する最良の形態は、視認地点の方向に向けて鉄道信号機に取り付けられ且つ確認用ビットパターンの赤外線発光を行う赤外線発光機、視認地点で前記赤外線発光を撮影する赤外線ビデオカメラ、及び、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像を画像処理して得られた発光パターンと前記確認用ビットパターンとの同一性を判定する画像処理装置とで構成された鉄道信号機の視認可否を確認する装置である。

本発明の実施例の鉄道信号機の視認可否を確認する装置は、図１に示す如く、軌道５の近傍に設置されている鉄道信号機４の視認距離を、視認地点Ａにおいて確認装置１で自動的に確認する装置である。視認地点Ａは鉄道信号機４の建植地点Ｂからの所定の視認距離、即ち６００ｍ又は８００ｍ離れた軌道５上の地点である。確認装置１は、鉄道信号機４に取り付けられた赤外線発光機２の所定パターンで点滅する赤外線３を検出し、視認可否の確認を行うものである。確認装置１は携帯型であって、作業員は視認地点Ａにおいて確認装置１を保持し確認作業を行う。或いは、確認装置１は試験列車に搭載されるものであって、視認地点Ａに前記試験列車を一次停車させて作業員が確認装置１を操作して確認作業を行う。

確認装置１は、図２に示す如く、赤外線ビデオカメラ１１、Ａ／Ｄ変換部１２、画像データ蓄積部１３を備える。確認装置１は、更に、画像データ蓄積部１３に蓄積された画像データを画像処理し、鉄道信号機の視認可否を判定する画像処理部を備える。前記画像処理部は、プログラムに従って演算制御を行う制御部１４、各種データなどを入力する入力部１５、演算制御のための各種の設定を行う設定部１６、演算制御プログラムが格納されたプログラム記憶部１７、各種データが記憶されるデータ記憶部１８、液晶表示パネルの如き表示部１９とで構成されている。

鉄道信号機に取り付けられる赤外線発光機２は、当該鉄道信号機を識別するＩＤ点滅パターンの赤外線発光３を発生する装置であって、指向性の高い赤外線ＬＥＤなどの赤外線発光素子２１、及びＩＤ点滅パターン信号を発生し、前記信号に従って赤外線発光素子２１を点滅発光させるパターン信号発生回路２２とで構成されている。パターン信号発生回路２２は、図示しないが、ＩＤ点滅パターンと演算制御プログラムが記憶された記憶部と、前記演算制御プログラムに従って演算処理する制御部を備えている。

また、本実施例において、確認装置１の画像処理の周期は赤外線発光素子２１の点滅の周波数、即ち赤外線ビデオカメラ１１のサンプリング周波数３０Ｈｚの半分の１５Ｈｚに合わせてある。そして、赤外線発光素子２１の点灯の立ち上がりや立下りは必ずしも急峻でないという事実を勘案し、赤外線発光素子２１の点滅と同期させるものと、赤外線発光素子２１の点滅の周期の４分の１周期ずらしたものの２つを用いて確認装置１の画像処理のタイミングを取るようにしてある。これによって確認装置１の画像処理の信頼性が確保されている。

以下、本発明の実施例の鉄道信号機の視認可否を確認する装置列の動作を、図５と図６を参照しながら、図３と図４に示すフローチャートに従って詳細に説明する。

なお、図５は図４の処理の流れを概念的に示した図、図６は赤外線発光素子２１が点灯から滅灯にノイズなしに変化したときの赤外線カメラの撮影画像のフレーム差分の概念図（ａ）と赤外線発光素子２１が点灯から滅灯にノイズなしに変化したときの赤外線カメラの撮影画像のフレーム差分の概念図（ｂ）である。図５において、矩形の表示は撮影画像の１フレームを示す。そして、最上段の5つの矩形は、赤外線発光素子２１が時間と共に「点灯」、「滅灯」、「滅灯」、「点灯」、「点灯」と変化している様子を示すフレームである。そして、図5と図６において、○と●は赤外線発光素子２１の点灯と滅灯のそれぞれの映像を、△と▲はノイズの映像を示す。

図３は、本発明の実施例の鉄道信号機の視認可否を確認する装置を構成する赤外線発光機２の動作を示すフローチャートである。赤外線発光機２のパターン信号発生回路２２において、制御部は演算制御プログラムに従って所定の演算式のｉに１を代入する（１０１）。すると、前記制御部はその記憶部から点滅パターンｉ番目を読み込み（１０２）、点滅パターン信号を発生させる。すると、赤外線発光機２の赤外線発光素子２１は、パターン信号発生回路２２が発生した点滅パターンに従って発光又は滅灯する（１０３）。続いて、制御部は演算制御プログラムに従って所定の演算式のｉに１を足し（１０４）、ｉに１を足した値がＮよりも大きいか否かを判定する（１０５）。

ステップ１０５の判定結果がＮｏならば、ステップ１０２に戻り、以下ステップ１０３からステップ１０４までの処理を順次行う。ステップ１０５の判定結果がＹｅｓならば、演算式のｉを１にし（１０６）、ステップ１０２に戻り、以下ステップ１０３、１０４、ステップ１０５までの処理を行う。ステップ１０６に達したときが、点滅パターンの長さＮビットに達したときである。

次に、本発明の実施例の鉄道信号機の視認可否を確認する装置を構成する確認装置１は、図４に示すフローチャートに従って画像処理を行い、確認用発光機の視認可否の確認を行う。

視認地点Ａに配置された確認装置１の赤外線カメラ１１は、３０Ｈｚのサンプリング周波数で鉄道信号機４を含む前方を撮影し、撮影画像をＡ／Ｄ変換部１２でデジタルデータに変換して、画像データ蓄積部１３に蓄積する。従って、画像データ蓄積部１３には、図５の最上段の5つのフレームが記憶される。

確認装置１の制御部１４は演算制御プログラムに従って所定の演算式のｉとｊにそれぞれ１を代入する（２０１）。すると、制御部１４はデータ記憶部１８からｉ番目の点滅パターンＰiを読み込み（２０２）、続いてｉ＋１番目の点滅パターンＰi+1を読み込む（２０２）。ステップ２０２に続いて制御部１４は画像データ蓄積部１３からj番目の画像を読み込み（２０４）、続いてj+1番目の画像を読み込む（２０４）。ステップ２０４に続いて、制御部１４は点滅パターンＰiと点滅パターンＰi+1が同じか否かを判定する（２０６）。

ステップ２０６の判定結果がＹｅｓ、即ちｉ番目の点滅パターンＰiとｉ＋１番目の点滅パターンＰi+1が同じだった場合にはステップ２０７に進む。具体的には、ｉ番目の点滅パターンＰiとｉ＋１番目の点滅パターンＰi+1が共に点灯を表す「1」の場合、又はｉ番目の点滅パターンＰiとｉ＋１番目の点滅パターンＰi+1が共に滅灯を表す「0」の場合である。

ステップ２０７において、制御部１４は次のような演算処理を行う。先ず、ｉ番目の点滅パターンＰiとｉ＋１番目の点滅パターンＰi+1が同じだった場合には、j+1番目の画像の画素の輝度A j+1とj番目の画像の画素の輝度Ajとの差（Aj+1−A j）の絶対値が閾値Thを超えているか否かの判定し、（Aj+1−A j）の絶対値が閾値Thを越えない場合には「1」、超えた場合には「0」とし、値が小さい領域を抽出する抽出処理を行う。これは、j番目の画像とj+1番目の画像との間に確認用発光機の点滅パターンに無関係な点滅映像、即ちノイズが含まれているか否かを判断しているのである。ノイズが含まれていなければ（Aj+1−A j）の絶対値が閾値Thを越えることはなく、逆に、ノイズが含まれていれば（Aj+1−A j）の絶対値が閾値Thを越えるからである。この演算処理を１フレームの全ての画素について終了すると、制御部１４は出力された小さい方の値を抽出し、データ記憶部１８に記憶する。換言すれば、ノイズ以外の前後の点灯パターンに変化がないものを含む背景を抽出する。以上の処理は、概念図で表すと、図５の上から２段目のフレーム間差分を表す表示と、上から３段目の「白」と「黒」で表示したフレーム図である。

図６の赤外線カメラの撮影画像のフレーム差分の概念図（ａ）からは、赤外線発光素子２１が点灯から滅灯にノイズなしに変化したときには、赤外線発光機２１が写っている領域のみが「白い○」、それ以外の領域は全て「黒」に表示されることが理解されよう。また、図６の赤外線カメラの撮影画像のフレーム差分の概念図（ｂ）からは、赤外線発光素子２１が点灯のままでノイズが生じた状況のときには、確認装置１の表示部１９に表示される画像は、ノイズが写っている領域のみが「白」、それ以外の領域は全て「黒」に表示されることが理解されよう。それ故、日中などの全体的に明るい状況や、夕方などの全体的に暗い状況でも、視認地点の方向に向けて鉄道信号機に取り付けられ且つ固有の点滅パターンの赤外線発光を行う赤外線発光機の点滅発光を確認することができるのである。

ステップ２０６の判定結果がＮｏ、即ちｉ番目の点滅パターンＰiとｉ＋１番目の点滅パターンＰi+1が異なった場合はステップ２０８に進む。具体的には、ｉ番目の点滅パターンＰiが点灯を表す「1」で、ｉ＋１番目の点滅パターンＰi+1が滅灯を表す「0」の場合、若しくはｉ番目の点滅パターンＰiが滅灯を表す「0」で、ｉ＋１番目の点滅パターンＰi+1が点灯を表す「1」の場合である。以上の処理は、概念図で表すと、図５の上から４段目の二値処理を表す記号「ｆ」と、図５の上から５段目の左から1番目と3番目の「白」と「黒」で表示したフレームの図である。

ステップ２０８において、制御部１４は次のような演算処理を行う。先ず、ｉ番目の点滅パターンＰiとｉ＋１番目の点滅パターンＰi+1が異なった場合には、j+1番目の画像の画素の輝度A j+1とj番目の画像の画素の輝度Ajとの差（Aj+1−A j）の絶対値が閾値Thを超えているか否か判定し、（Aj+1−A j）の絶対値が閾値Thを越えた場合には「1」、超えない場合には「0」とし、値が大きい領域を抽出する抽出処理を行う。これは、j番目の画像とj+1番目の画像との間に確認用発光機の点滅パターンが含まれているか否かを判断しているのである。点滅パターンが含まれていれば（Aj+1−A j）の絶対値が閾値Thを越え、逆に、含まれていなければ（Aj+1−A j）の絶対値が閾値Thを越えないからである。この演算処理を１フレームの全ての画素について終了すると、制御部１４は出力された大きい方の値、即ち「1」を抽出し、データ記憶部１８に記憶する。換言すれば、本来の信号と閾値を超えたノイズを抽出する二値化処理演算を行う。以上の処理は、概念図で表すと、図５の上から４段目の二値処理を表す記号「ｆ」と、上から５段目の左から２番目と４番目の「白」と「黒」で表示したフレームの図である。

ステップ２０７とステップ２０８に続いて、確認装置１の制御部１４は演算制御プログラムに従って所定の演算式のｉとｊにそれぞれ１を足し（２０９）、ｉに１を足した値がＮよりも大きいか否かを判定する（２１０）。ステップ２１０の判定結果がＮｏならば、ステップ２０２に戻り、以下ステップ２０３から２０９までの処理を順次行う。ステップ２１０の判定結果がＹｅｓならば、Ｎビット分の全てのフレームに対してステップ２０７とステップ２０８のノイズ抽出処理が完了したときであるから、ステップ２１１に進む。

ステップ２１１において、確認装置１の制御部１４はデータ記憶部１８に記憶されているＮビット分全てのフレームの抽出領域を読み出し、これらの集合演算、即ち論理積演算を行う。前記論理積演算の結果は画素毎に「1」又は「0」となるが、撮影画像の中で赤外線発光機２１が存在する領域は「1」、それ以外は全て「0」となる。このようにして、確認装置１の表示部１９に表示される画像は、赤外線発光機２１が写っている領域のみが「白」、それ以外の領域は「黒」に表示される。以上の処理は、概念図で表すと、図５の上から５段目の論理積を表す記号と、上から６段目の「白」と「黒」で表示したフレームの図、及び図６の処理の概念図である。

上述の如く、本発明に係る鉄道信号機の視認可否を確認する方法は、赤外線ビデオカメラ１１の撮影画像の現在のフレームと一つ前のフレームの差分に対して閾値を設け、ビットパターンが前後のフレームで異なり前記閾値を越えた場合には「1」、前記閾値を越えない場合には「0」、ピットパターンが前後のフレームで同じで前記閾値を超えない場合には「1」、超えた場合には「0」を出力させる二値化処理を行って、輝度の変化を見ることで点滅パターンを認識するようにしたものである。

そして、本発明に係る鉄道信号機の視認可否を確認する装置は、視認地点の方向に向けて鉄道信号機に取り付けられ且つ固有の点滅パターンの赤外線発光を行う赤外線発光機、前記視認地点で前記赤外線発光を撮影する赤外線ビデオカメラ、及び、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像の画像処理装置とで構成された鉄道信号機の視認可否を確認する装置において、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像の現在のフレームと一つ前のフレームの差分に対して閾値を設け、ビットパターンが前後のフレームで異なり前記閾値を越えた場合には「1」、前記閾値を越えない場合には「0」、ピットパターンが前後のフレームで同じで前記閾値を超えない場合には「1」、超えた場合には「0」を出力させる二値化処理を行って、前記赤外線発光機の輝度の変化を見ることで点滅パターンを認識するようにしたものである。

１ 確認装置
２ 赤外線発光機
３ 赤外線発光
４ 鉄道信号機
５ 軌道
１１ 赤外線ビデオカメラ
１２ Ａ／Ｄ変換部
１３ 画像データ蓄積部
１４ 制御部
１５ 入力部
１６ 設定部
１７ プログラム記憶部
１８ データ記憶部
１９ 表示部
２１ パターン信号発生回路
２２ 赤外線発光素子
Ａ 視認地点
Ｂ 建植地点

Claims (2)

1. 鉄道信号機に取り付けられた赤外線発光機に視認地点の方向に向けてＩＤ点滅パターンの赤外線発光を行わせ、前記視認地点で前記赤外線発光を赤外線ビデオカメラで撮影し、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像の現在のフレームと一つ前のフレームの差分に対して閾値を設け、前記閾値を越えた場合には「1」、前記閾値を越えない場合には「0」とする二値化処理を行って、前記赤外線発光機の輝度の変化を見ることで点滅パターンを認識するようにしたことを特徴とする鉄道信号機の視認可否を確認する方法。
2. 鉄道信号機に取り付けられた赤外線発光機に視認地点の方向に向けてＩＤ点滅パターンの赤外線発光を行う赤外線発光機、前記視認地点で前記赤外線発光を撮影する赤外線ビデオカメラ、及び、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像の画像処理装置とで構成された鉄道信号機の視認可否を確認する装置において、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像の現在のフレームと一つ前のフレームの差分に対して閾値を設け、前記閾値を越えた場合には「1」、前記閾値を越えない場合には「0」とする二値化処理を行って、前記赤外線発光機の輝度の変化を見ることで点滅パターンを認識するようにしたことを特徴とする鉄道信号機の視認可否を確認する装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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