JP5162874B2 - トロリ線の摩耗測定装置 - Google Patents
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前記全体幅とラインセンサのカメラパラメータからラインセンサから見たトロリ線の高さを求める高さ検出手段と、
前記全体幅と前記トロリ線の高さからトロリ線の摩耗部の実幅を求める摩耗部幅算定手段とを備え
前記エッジ検出手段は、
二値化ラインセンサ画像の1行毎に、エッジ左側と右側の位置の差を摩耗部の幅とし取り出す処理を画像の全行に対して行う手段と、
前記画像の全行の各エッジ幅での最大幅と最小幅の差を出す手段と、
前記最大幅と最小幅の差が大きい場合に摩擦部の波状摩耗と判定する手段とを備えたことを特徴とする。
エッジ画像のトロリ線に相当する部分を塊として抽出する手段と、
前記塊ごとに画像の上部から下部まで連続している部分をトロリ線画像として抽出し、それ以外の局所的に存在する塊はノイズであるとして取り除く手段とを備えたことを特徴とする。
(12)画像内にトロリ線が存在しない場合においても誤検出することがない。
図1は、本発明の実施形態を示すトロリ線の摩耗測定装置の構成図である。検査車両1は、旅客用車両と同様に、屋根上に装備するパンタグラフ2によってトロリ線3から集電し、車輪のモータ駆動によってトロリ線3に沿ったレール4上の走行を可能にする。
前記のように、ラインセンサ画像は、ラインセンサ5と計測用コンピュータ7および記録装置8によって取得されている。図3ではラインセンサ5から取得する画像信号を、計測用コンピュータ7のラインセンサ画像作成部7Aによりラインセンサ画像を作成し、記録装置8の所定のメモリ領域8Aに書き込まれている。このラインセンサ画像の取得としては、記録装置8のメモリ領域8Aに保存されたラインセンサ画像をワーキングメモリ等のメモリ11に転送する。
トロリ線の摩耗部分はトロリ線がパンタグラフにより削られた部分であるため、摩耗していない部分に比べて強い光沢がある。このため、ラインセンサ画像上においてもトロリ線の摩耗部分は背景部分と比較して輝度値の異なる帯状の部分として撮影される。
二値化処理によりラインセンサ画像から二値化ラインセンサ画像を作成した場合、そのままではトロリ線摩耗部の傷や背景部分の状態により細かな点々状のノイズが含まれる場合がある。そこで、図3のノイズ除去処理部13では、二値化処理の膨張/収縮処理法、メディアンフィルタや平滑化フィルタを用いた画像ノイズ除去法などによって、これらのノイズを除去する。
ノイズ、既存構造物を除去した二値化ラインセンサ画像上において白で表されているトロリ線摩耗部の両側のエッジを検出する。これらのエッジ点は、あるラインについて左から探索した場合、背景の黒から摩耗部分の白へ変化する点が摩耗部分左側のエッジ点として、また摩耗部分の白から背景の黒へ変化する点を摩耗部分右側のエッジ点として検出することができる。この処理を、図3のトロリ線摩耗部エッジ検出部14では、画像の上から下ヘライン毎に行うことで、1枚の二値化ラインセンサ画像に関するトロリ線摩耗部分のエッジを検出する(図5参照)。
図3のトロリ線高さ計測処理部15は、トロリ線の太さが予め設定され、入力したラインセンサ画像より、トロリ線の全体幅を画像処理にて抽出、計算し、この全体幅値とラインセンサのカメラパラメータ(レンズ焦点距離、センサ幅、センサ画素数と1画素(ピクセル)に対する実寸法(mm)の度合いである画像分解能(mm/ピクセル)から換算することでラインセンサから見たトロリ線の高さを算出する。このトロリ線の高さデータは、次の全体幅からトロリ線の摩耗部の実幅を求める摩耗算定手段として設けられる。
図3のトロリ線摩耗部幅計算部16は、二値化ラインセンサ画像から検出したトロリ線摩耗部の両側のエッジデータを用いて、ラインセンサの一つの走査線上にある両側のエッジ点間距離をトロリ線の摩耗部の画像上の幅として求める。このとき、トロリ線高さ計測処理部15で求めたラインセンサからトロリ線までの高さ、レンズ焦点距離、センサ幅、センサ画素数から1画素(ピクセ)に対する実寸法(mm)の度合いである画像分解能(mm/ピクセル)を計算し、トロリ線摩耗部分の画像上の幅と画像分解能の乗算を行うことでトロリ線摩耗部分の実幅(実際の幅値)を求める。
トロリ線の摩耗状態のひとつとして、摩耗部分が波を打ったような摩耗がある(以下、波状摩耗という)。この波状摩耗の場合、二値化画像も島状に転々と摩耗部が表示され、うまく摩耗幅を計測することができずに摩耗幅が急激に細くなるなどの異常な出力が現れる場合がある。
実施形態1の画像処理において、既存構造物が撮像された場合、その構造物によりその箇所のトロリ線摩耗幅が非常に大きく出力される場合がある。すなわち、トロリ線は1本の直線であることから画面の上部から下部まで連続して撮像される。そのほかの既存構造物は局所的に撮像される(図8参照)。
実施形態1の画像処理において、照明灯6からの強力なライトの光が摩耗面で正反射してラインセンサのカメラのレンズに侵入するとサチレーションという現象が起こってしまう場合がある。この場合にその箇所のトロリ線摩耗部の幅を非常に大きく判定する場合がある。
前記のように、強力なライトの光が摩耗面に正反射してレンズに侵入するとサチレーションという現象が起こってしまう。このサチレーションにより、実施形態1における「トロリ線摩耗部幅の計算」を行う際に、強力な反射光により撮像される画像は摩耗部がトロリ線本線より大きくぎざぎざな画像となって表れる場合がある(図16参照)。
実施形態1の画像処理において、「二値化処理」を行う際に、二値化ラインセンサ画像内にトロリ線が写っていない場合、輝度の低い背景でも判別分析二値化法により白になってしまい、大きいノイズが発生してしまう。
実施形態1の画像処理において、トロリ線摩耗部画像を肉眼で確認することができる。この確認の際に、エッジ画像を原画像(ラインセンサ画像)に色をつけて重ねて表示することや、横に間延びした画像の縦横比を改善すれば、トロリ線の摩耗部が見やすくなる。
2 パンタグラフ
3 トロリ線
4 レール
5 ラインセンサ
6 照明灯
7 計測用コンピュータ
8 記録装置
Claims (5)
- 摩耗測定対象となるトロリ線の敷設方向とは垂直になる走査線方向にしたラインセンサをトロリ線に沿って移動させ、このラインセンサによってトロリ線のパンタグラフ接触面(摩耗部)を撮影し、このラインセンサに得られる走査線の輝度信号を時系列に並べたラインセンサ画像を得る手段と、前記ラインセンサ画像に対する二値化処理によって、トロリ線の摩耗部を強調した二値化ラインセンサ画像を得る二値化処理手段と、前記二値化ラインセンサ画像上の摩耗部の両側のエッジを検出するエッジ検出手段と、前記二値化ラインセンサ画像の両側のエッジ点間距離をトロリ線の摩耗部の全体幅として求める全体幅検出手段と、
前記全体幅とラインセンサのカメラパラメータからラインセンサから見たトロリ線の高さを求める高さ検出手段と、
前記全体幅と前記トロリ線の高さからトロリ線の摩耗部の実幅を求める摩耗部幅算定手段とを備え
前記エッジ検出手段は、
二値化ラインセンサ画像の1行毎に、エッジ左側と右側の位置の差を摩耗部の幅とし取り出す処理を画像の全行に対して行う手段と、
前記画像の全行の各エッジ幅での最大幅と最小幅の差を出す手段と、
前記最大幅と最小幅の差が大きい場合に摩擦部の波状摩耗と判定する手段とを備えたことを特徴とするトロリ線の摩耗測定装置。 - トロリ線摩耗部のエッジ検出した二値化ラインセンサ画像に対して、
エッジ画像のトロリ線に相当する部分を塊として抽出する手段と、
前記塊ごとに画像の上部から下部まで連続している部分をトロリ線画像として抽出し、それ以外の局所的に存在する塊はノイズであるとして取り除く手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載のトロリ線の摩耗測定装置。 - 前記二値化処理手段は、処理画像全体の輝度のヒストグラムを算出し、高レベル帯の輝度の画素数が画像中の正常なトロリ線反射面積より求めた閾値を超える場合にサチレーションを起こしている画像と判定する手段を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
- 前記摩耗部幅算定手段は、トロリ線摩耗部幅がトロリ線本線より大きい場合にサチレーションを起こしている画像と判定する手段を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
- 前記二値化処理手段は、トロリ線の大きさが実験的に求めた閾値を超える面積の場合、この部分は背景画像が二値化されて浮き出ていると判定し、トロリ線画像から取り除く手段を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のトロリ線の摩耗測定装置。
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