JP5343470B2 - 画像処理によるパンタグラフの水平加速度測定装置および測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、画像処理によるパンタグラフの水平加速度測定装置および測定方法に関し、とくに一台のラインセンサで走行中の車両に設置されたパンタグラフの挙動を撮像し、画像処理によって検出した測定点のパンタグラフの水平加速度に基づいて、加振点におけるパンタグラフの水平加速度を測定する画像処理によるパンタグラフの水平加速度測定装置および測定方法に関する。
電気鉄道の車両屋根上に設置されたパンタグラフにおいて、地上に固定された金具等がまれに振動などで外れると、走行中の車両に設置されたパンタグラフと衝突し、パンタグラフが凹んだり破損したりするおそれがある。
そこで、金具等がパンタグラフに衝突するとパンタグラフに大きな水平加速度が発生することを利用して、パンタグラフの水平加速度を測定し水平加速度が大きい箇所を検出することによって、金具等の地上設備に不具合が生じている箇所を特定し、対策を施すことが行われている。
従来、このようなパンタグラフの水平加速度を測定する方法として、加速度センサをパンタグラフに取り付け、この加速度センサによる計測結果に基づいてパンタグラフへの衝撃による水平加速度を測定することが知られている（例えば、下記特許文献１、非特許文献１参照）。
しかしながら、上述したような加速度センサを用いる方法においては、上記非特許文献２に記載されているように、特高圧２．５ｋＶのパンタグラフに加速度センサを取り付けるため、加速度センサの出力をそのまま車内に取り込めず、加速度センサの出力をテレメータで伝送するか、光ケーブルで伝送する。テレメータで伝送する場合は電源電池の交換が必要になるという問題があった。また、光ケーブルで伝送する場合は安定度の問題や温度による出力値ドリフトの低減などの問題があった。
このようなことから本発明は、非接触でパンタグラフの水平加速度を測定することを可能とした画像処理によるパンタグラフ水平加速度測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するための第１の発明に係る画像処理によるパンタグラフ水平加速度測定装置は、車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、画像処理部により撮像された画像に基づいてパンタグラフの水平加速度を測定する装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮像した画像を入力する画像入力手段と、入力された前記画像からなるラインセンサ画像に対して画像処理を施すことによってラインセンサ画像上の前記パンタグラフの位置を求めるパンタグラフ位置検出手段と、加振点において前記パンタグラフに水平方向の振動を与えたときの、前記パンタグラフの実際の水平加速度と、前記ラインセンサ画像上のパンタグラフの水平加速度とから、ノイズを除去する伝達関数を予め設定する伝達関数算出手段と、前記位置検出手段によって求めた前記ラインセンサ画像上のパンタグラフの位置と、前記伝達関数とに基づき、前記パンタグラフ水平加速度を算出するパンタグラフ水平加速度算出手段とを備えることを特徴とする。
上記の課題を解決するための第２の発明に係る画像処理によるパンタグラフ水平加速度測定方法は、車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、画像処理部により撮像された画像に基づいてパンタグラフの水平加速度を測定する方法であって、ラインセンサカメラから画像データを入力し、入力された前記画像データからなるラインセンサ画像と予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを比較してラインセンサ画像上のパンタグラフの位置を検出し、検出されたラインセンサ画像上のパンタグラフの位置に基づいて伝達関数によりパンタグラフの水平加速度を算出するものであり、前記伝達関数は、前記パンタグラフの所定の加振点に水平方向の振動を与えると同時に前記ラインセンサカメラによって前記パンタグラフの測定点を撮像し、前記加振点におけるパンタグラフの水平加速度と、撮像したラインセンサ画像上のパンタグラフの水平加速度とから予め算出することで、ノイズを除去するものである
ことを特徴とする。
ことを特徴とする。
上述した第１の発明に係る画像処理によるパンタグラフ水平加速度測定装置によれば、車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、画像処理部により撮像された画像に基づいてパンタグラフの水平加速度を測定する装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮像した画像を入力する画像入力手段と、入力された前記画像からなるラインセンサ画像に対して画像処理を施すことによってラインセンサ画像上の前記パンタグラフの位置を求めるパンタグラフ位置検出手段と、加振点において前記パンタグラフに水平方向の振動を与えたときの、前記パンタグラフの実際の水平加速度と、前記ラインセンサ画像上のパンタグラフの水平加速度とから、ノイズを除去する伝達関数を予め設定する伝達関数算出手段と、前記位置検出手段によって求めた前記ラインセンサ画像上のパンタグラフの位置と、前記伝達関数とに基づき、前記パンタグラフ水平加速度を算出するパンタグラフ水平加速度算出手段とを備えるので、非接触でパンタグラフの水平加速度を測定することができ、また、小型の装置で非接触かつ計測結果を蓄積しつつ、高精度にパンタグラフの水平加速度を測定することができ、さらに、ひとつの装置でノイズを除去する伝達関数の算出とパンタグラフの水平加速度の測定とを行うことができ、利便性が向上する。
上述した第２の発明に係る画像処理によるパンタグラフ水平加速度測定方法によれば、車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、画像処理部により撮像された画像に基づいてパンタグラフの水平加速度を測定する方法であって、ラインセンサカメラから画像データを入力し、入力された前記画像データからなるラインセンサ画像と予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを比較してラインセンサ画像上のパンタグラフの位置を検出し、検出されたラインセンサ画像上のパンタグラフの位置に基づいて伝達関数によりパンタグラフの水平加速度を算出するものであり、前記伝達関数は、前記パンタグラフの所定の加振点に水平方向の振動を与えると同時に前記ラインセンサカメラによって前記パンタグラフの測定点を撮像し、前記加振点におけるパンタグラフの水平加速度と、撮像したラインセンサ画像上のパンタグラフの水平加速度とから予め算出することで、ノイズを除去するものであるので、非接触でパンタグラフの水平加速度を測定することができ、また、ひとつの装置でノイズを除去する伝達関数の算出とパンタグラフの水平加速度の測定とを行うことができ、利便性が向上する。
本発明の実施形態を以下の実施例において詳細に説明する。
図１ないし図５に基づいて本発明の第１の実施例を説明する。図１は本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの水平加速度測定装置の概略構成図、図２は本実施例の画像処理部の構成を示すブロック図、図３は本実施例の画像処理部における処理の流れを示すフローチャート、図４は本実施例において得られるラインセンサ画像の一例を示す説明図、図５は本実施例のパタンマッチ用モデルを示す説明図である。
図１に示すように、本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの水平加速度測定装置は、ラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１によって撮像した画像に基づいて画像処理を行う画像処理部２とから構成されている。
ラインセンサカメラ１は、車両３の屋根上に鉛直上方を撮像するように設置されている。そしてその位置はパンタグラフ３１の長手方向の中心とこのパンタグラフ３１のホーン３１ａとの間にある測定点Psを撮像するように設定されている。また、その走査線方向は、パンタグラフ３１に直交するように、換言すると、車両の進行方向に平行に設定されている。なお、図１中の符合４はトロリ線を示している。
また、画像処理部２は車両の内部に設置され、画像入力部２１、画像記録部２２、パンタグラフ位置検出部２３、パンタグラフ水平加速度算出部２４、およびデータ記録部２５から構成されている。
画像入力部２１はラインセンサカメラ１が撮像した画像を所定の一定時間間隔で入力する手段、画像記録部２２は画像入力部２１によって入力された画像データを保存する手段である。なお、この画像記録部２２には予め図５に示すようなパタンマッチ用のモデルを登録しておくものとする。
パンタグラフ位置検出部２３は画像記録部２２に保管された画像を時系列的に並べてなるラインセンサ画像（図４参照）とパタンマッチ用モデルとを比較して、ラインセンサ画像上のパンタグラフの軌跡１１を背景１２から抽出し、ラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の位置を検出する手段である。また、パンタグラフ水平加速度算出部２４はパンタグラフ位置検出部２３において検出したラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の位置に基づいて導出したパンタグラフ３１の実際の位置を二階微分してパンタグラフ３１の水平加速度ｕ(ｘ)を算出する手段である。データ記録部２５は各種データを保存する手段である。
以下に、図３に基づいて本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの水平加速度測定装置の画像処理部２においてパンタグラフの水平加速度を算出する処理について説明する。
本実施例においてパンタグラフ３１の水平加速度を算出する場合、まず、パタンマッチ用のモデルを登録し（ステップＳ１）、画像入力部２１によりラインセンサカメラ１によって撮像された画像を所定の一定時間間隔で入力して画像記録部２２に保存する（ステップＳ２）。
その後、パンタグラフ位置検出部２３において画像記録部２２から取り出した画像データを時系列的に並べてなるラインセンサ画像と画像記録部２２に予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを比較し（ステップＳ３）、ラインセンサ画像上のパンタグラフの軌跡１１を抽出して画像上のパンタグラフ３１の位置を検出する（ステップＳ４）。
続いて、パンタグラフ水平加速度算出部２４において、パンタグラフ位置検出部２３によって得られたラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の位置に基づき水平加速度ｕ(ｘ)を算出する（ステップＳ５）。
上述した本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの水平加速度測定装置および測定方法によれば、ラインセンサカメラ１によって撮像したパンタグラフ３１の挙動から、パンタグラフ３１の水平加速度を非接触で高精度に求めることができる。
図６及び図７に基づいて本発明の第２の実施例を説明する。図６は本実施例に係るパンタグラフの水平加速度測定装置の画像処理部の構成を示すブロック図、図７は本実施例に係る画像処理部における処理の流れを示すフローチャート、図８は本実施例において加振点に対して振動を与える例を示す説明図である。
なお、本実施例は図２に示し上述した実施例１の画像処理によるパンタグラフの水平加速度測定装置の画像処理部２に伝達関数算出部２６を追加したものである。その他の構成は図１に示し上述したものと概ね同様であり、以下、同様の作用を奏する部材には同一の符合を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
図６に示すように、本実施例において画像処理部２は画像入力部２１と、画像記録部２２と、パンタグラフ位置検出部２３と、パンタグラフ水平加速度算出部２４と、データ記憶部２５と、伝達関数算出部２６とから構成されている。
伝達関数算出部２６は図示しない加速度センサによって測定した加振点における水平加速度ｕ(ｔ)と、このときにラインセンサカメラ１によってパンタグラフ３１の測定点Psを撮像して得られるラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の加速度y(ｔ)とから後述する伝達関数Ｈ(ω)を算出する手段である。
図７に基づいて本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの水平加速度測定装置の画像処理部２においてパンタグラフ３１の水平加速度を算出する処理について説明する。
図７に示すように、画像処理部２においては、まず図５に示すようなパタンマッチ用のモデルを登録し（ステップＳ１１）、続いて伝達関数Ｈ(ω)を算出する処理を行う（ステップＳ１２）。
伝達関数Ｈ(ω)の算出する際は、まず、ラインセンサカメラ１によって測定点Psを撮像する一方、図８に示すようにパンタグラフ３１の長手方向の中心を加振点Pwとしてここに水平方向の振動を加え、このときのパンタグラフ３１の水平加速度ｕ(ｔ)を図示しない加速度センサで計測する。
このとき、ラインセンサカメラ１によって撮像した画像を画像処理部２の画像入力部２１において所定の一定時間間隔で入力し、これを画像記録部２２に保存する。続いて、パンタグラフ位置検出部２３において画像記録部２２から取り出したラインセンサ画像と予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを比較してラインセンサ画像上のパンタグラフの軌跡１１を抽出し、ラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の位置を検出する。
そして、伝達関数算出部２４において、パンタグラフ３１に振動を与えたときのパンタグラフ３１の水平加速度ｕ(ｔ)と、パンタグラフ位置検出部２３で求めたラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の位置を二階微分して得た水平加速度y(ｔ)とを用いて、次式（１）により伝達関数Ｈ(ω)を算出する。なお、本実施例においては、例えば実際のパンタグラフ３１の挙動からノイズ除去を特性とする伝達関数Ｈ(ω)を求めるなど、目的に応じた伝達関数Ｈ(ω)を求めるようにすればよい。
Ｈ(ω)＝Ｙ(ω)／Ｕ(ω) ・・・（１）
ただし、Ｙ(ω)、Ｈ(ω)、Ｕ(ω)はラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の水平加速度y(ｔ)、伝達関数ｈ(ｔ)、実際のパンタグラフ３１の水平加速度ｕ(ｔ)のフーリエ変換を表す。
ただし、Ｙ(ω)、Ｈ(ω)、Ｕ(ω)はラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の水平加速度y(ｔ)、伝達関数ｈ(ｔ)、実際のパンタグラフ３１の水平加速度ｕ(ｔ)のフーリエ変換を表す。
ここで、ラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の水平加速度y(ｔ)、伝達関数ｈ(ｔ)、加振点Pwに振動を加えたときのパンタグラフ３１の水平加速度ｕ(ｔ)の関係は次式（２）で表される。
そしてこの上式（２）から次式（３）が得られる。
Ｙ(ω)＝Ｈ(ω)・Ｕ(ω) ・・・（３）
この（３）式から上記（１）式が得られる。算出した伝達関数Ｈ(ω)はデータ記憶部２５に保存する。
Ｙ(ω)＝Ｈ(ω)・Ｕ(ω) ・・・（３）
この（３）式から上記（１）式が得られる。算出した伝達関数Ｈ(ω)はデータ記憶部２５に保存する。
続いて、車両の走行中にラインセンサカメラ１でパンタグラフ３１の測定点Psを撮像し、これを画像入力部２１によって所定の一定時間間隔で入力し、画像記録部２２に保存する（ステップＳ１３）。
続いて、パンタグラフ位置検出部２３において画像記録部２２からラインセンサ画像と予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを取り出し、これらを比較してラインセンサ画像上のパンタグラフの軌跡１１を抽出し（ステップＳ１４）、ラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の位置を検出する（ステップＳ１５）。
その後、パンタグラフ水平加速度算出部２６において、ラインセンサ画像上のパンタグラフ３１の位置の変化から求めたパンタグラフ３１の水平加速度y(ｔ)を用いて、次式（４）に基づく演算を行う。
Ｕ(ω)＝Ｙ(ω)／Ｈ(ω) ・・・（４）
これにより、パンタグラフ３１の水平加速度ｕ(ｔ)が得られる（ステップＳ１６）。
Ｕ(ω)＝Ｙ(ω)／Ｈ(ω) ・・・（４）
これにより、パンタグラフ３１の水平加速度ｕ(ｔ)が得られる（ステップＳ１６）。
上述した本実施例に係る画像処理によるパンタグラフ水平加速度測定装置および測定方法によれば、伝達関数Ｈ(ω)を用いてパンタグラフ３１の水平加速度ｕ(ｔ)を算出するようにしたので、ノイズ除去を特性にした伝達関数Ｈ(ω)を実際のパンタグラフ３１の挙動から求め、この伝達関数Ｈ(ω)を用いることで、高周波成分を多く含むパンタグラフの挙動からノイズ成分を除去したパンタグラフ３１の挙動を求めることができるなど、利便性が向上する。
なお、上述した実施例では伝達関数を求める際に画像上のパンタグラフ３１の位置をパタンマッチ用モデルを用いて検出する例を示したが、画像上のパンタグラフの位置を検出する方法は上述した方法に限定されるものではなく、例えば、特開２００６−２５０７７４号公報に記載されている方法を用いてもよい。また、本実施例では画像処理部２に画像記録部２２を設ける例を示したが、ラインセンサカメラ１によって撮像した画像を即時に処理してパンタグラフの軌跡１１を検出し、リアルタイムでパンタグラフ水平加速度を出力するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
本発明は、画像処理によるパンタグラフ水平加速度測定装置および測定方法に適用可能である。
１ ラインセンサカメラ
２ 画像処理部
３ 車両
４ トロリ線
２１ 画像入力部
２２ 画像記録部
２３ パンタグラフ位置検出部
２４ パンタグラフ水平加速度算出部
２５ データ記憶部
２６ 伝達関数算出部
３１ パンタグラフ
２ 画像処理部
３ 車両
４ トロリ線
２１ 画像入力部
２２ 画像記録部
２３ パンタグラフ位置検出部
２４ パンタグラフ水平加速度算出部
２５ データ記憶部
２６ 伝達関数算出部
３１ パンタグラフ
Claims (2)
- 車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、画像処理部により撮像された画像に基づいてパンタグラフの水平加速度を測定する装置であって、
前記画像処理部が、
前記ラインセンサカメラによって撮像した画像を入力する画像入力手段と、
入力された前記画像からなるラインセンサ画像に対して画像処理を施すことによってラインセンサ画像上の前記パンタグラフの位置を求めるパンタグラフ位置検出手段と、
加振点において前記パンタグラフに水平方向の振動を与えたときの、前記パンタグラフの実際の水平加速度と、前記ラインセンサ画像上のパンタグラフの水平加速度とから、ノイズを除去する伝達関数を予め設定する伝達関数算出手段と、
前記位置検出手段によって求めた前記ラインセンサ画像上のパンタグラフの位置と、前記伝達関数とに基づき、前記パンタグラフの水平加速度を算出するパンタグラフ水平加速度算出手段とを備える
ことを特徴とする画像処理によるパンタグラフ水平加速度測定装置。 - 車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、画像処理部により撮像された画像に基づいてパンタグラフの水平加速度を測定する方法であって、
ラインセンサカメラから画像データを入力し、
入力された前記画像データからなるラインセンサ画像と予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを比較してラインセンサ画像上のパンタグラフの位置を検出し、
検出されたラインセンサ画像上のパンタグラフの位置に基づいて伝達関数によりパンタグラフの水平加速度を算出するものであり、
前記伝達関数は、前記パンタグラフの所定の加振点に水平方向の振動を与えると同時に前記ラインセンサカメラによって前記パンタグラフの測定点を撮像し、前記加振点におけるパンタグラフの水平加速度と、撮像したラインセンサ画像上のパンタグラフの水平加速度とから予め算出することで、ノイズを除去するものである
ことを特徴とする画像処理によるパンタグラフ水平加速度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2008237358A JP5343470B2 (ja) | 2008-09-17 | 2008-09-17 | 画像処理によるパンタグラフの水平加速度測定装置および測定方法 |
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| JP2010074899A JP2010074899A (ja) | 2010-04-02 |
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