JP5402272B2 - 電気鉄道保守用車両位置測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、架線及び軌道などの保守による位置測定に関し、特に画像処理により電気鉄道車両の位置を測定する電気鉄道保守用車両位置測定装置に関する。

電気鉄道の設備としては、主に架線（以下、トロリ線）と軌道（以下、レール）とが挙げられる。これらはそれぞれ鉄道を運行するにあたり重要な保守設備となっている。

トロリ線は、電気鉄道車両を運用していく中で電気鉄道車両が通過するたびに集電装置と接触する。そのためトロリ線は徐々に摩耗していき、交換をしない場合は最終的に破断して事故を招くおそれがある。また、レールは、電車の運行によって曲がり、ゆがみ、傷、摩耗等が発生し、これらの進行を放置してしまうと電気鉄道車両の脱線など事故を招くおそれがある。

このようなことから、トロリ線やレールの摩耗等による要注意箇所を迅速に把握し、これに対応するために、トロリ線やレールの要注意箇所の位置（例えば、ある地点から何キロ走行した位置に要注意箇所が存在する等）の情報を特定することは保守管理の面から重要な事項となっている。

現在、トロリ線やレール等の設備の保守を行う場合、保守専用車両や軌陸車などが用いられており、検測した結果、要注意箇所が検出された場合はそのデータを取得したときの車両の位置から要注意箇所の位置を推定している（例えば、特許文献１参照）。

ここで、車両の位置を特定する方法としては、従来、例えば、自動列車制御装置（ＡＴＣ）やロータリーエンコーダを用いる方法があり、それぞれ以下の特徴を有している。

自動列車制御装置は、列車の位置や速度を制御するものであり、もともとは車両の運転のためのシステムであるが、この自動列車制御装置には列車の位置や速度の情報を外部に通信する仕組みが設けられている。そこで、自動列車制御装置を用いて車両の位置を特定する場合は、この自動列車制御装置の外部と通信を行う仕組みを利用して保守専用車両の位置を特定している（例えば、特許文献２参照）。

また、ロータリーエンコーダを用いて車両の位置を特定する場合は、ロータリーエンコーダにより得られる車輪の回転数に基づき、この車輪の回転数と、車輪の円周の長さとから、ある地点を基準位置として車両の走行距離を求めている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００８−８９５２３号公報 特開２００６−２４８４１２号公報 特開２００４−１７７００号公報

しかしながら、上述した自動列車制御装置を利用する場合、車両側に送受信機器を設置することに加え、レール側にも一定間隔で送受信装置を設置する必要があるため、長距離の線区に設置する場合、個数がかさみ、コストがかかるという問題があった。

また、ロータリーエンコーダは車輪の回転角をカウントすることにより走行距離を測定する構成になっているため、ブレーキや坂道走行などにより、列車は進行していないのに車輪が回転している、又は、車輪のすべりにより車輪は回転していないのに列車が進行している等の局所的に生じた誤差が加算的に増加して要注意箇所の位置の特定が困難になるおそれがあるという問題があった。

これら特許文献１乃至３に対し、車両の屋根上にラインセンサカメラを設置し、このラインセンサカメラによって撮影したトロリ線近傍の画像を画像処理（テンプレートマッチングやエッジ検出等）してハンガを検出し、このハンガを撮影した時刻に基づいて車両の走行位置と通過時刻との関係を特定することにより上述したような誤差を解消することが考えられる。

しかしながら、このような方法においては、ハンガ自体が斜めに張られている、あるいはハンガが画面上で斜めに映っていると、テンプレートマッチングによりハンガ検出を行う場合にはテンプレートとの照合の際にハンガ検出の精度が低下する可能性があるという問題、エッジ検出によりハンガの検出を行う場合には縦方向エッジが弱まっていることからハンガ検出の精度が低下する可能性があるという問題が発生するおそれがあった。

このようなことから本発明は、車両の走行位置と通過時刻との関係を高精度に特定することを可能とした電気鉄道保守用車両位置測定装置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の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置は、等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像上の点列から直線を検出するハフ変換手段と、前記ハフ変換手段によって検出された前記直線のうち予め設定する基準方向に対する角度が所定の範囲内にある前記直線を検出し、この直線を構成する物体を前記ハンガとして抽出するハンガ認識手段とからなることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置は、 等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、前記ハンガ検出手段が、所定時間ごとに前記ラインセンサ画像を分割し、分割された領域ごとに該領域内のピクセル位置と輝度との関係をヒストグラムとして作成し、該ヒストグラムの特徴に基づいて前記領域ごとに前記ハンガの有無を判定するヒストグラム作成判定手段であることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置は、 等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像中の二直線間の交点を検出し、予め設定する範囲内に前記交点が二つ存在する場合に該二つの交点を結ぶ直線を前記ハンガとして検出するコーナー検出手段であることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置は、 等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像上の点列から直線を検出するハフ変換手段と、前記ハフ変換手段によって検出された前記直線を含む予め設定した時間幅の領域に対して該領域内のピクセル位置と輝度の関係をヒストグラムとして作成するヒストグラム作成手段と、前記ヒストグラムの特徴に基づいて前記領域内の前記ハンガの有無を判定するハンガ判定手段とからなることを特徴とする。

上述した第１の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置によれば、等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像上の点列から直線を検出するハフ変換手段と、前記ハフ変換手段によって検出された前記直線のうち予め設定する基準方向に対する角度が所定の範囲内にある前記直線を検出し、この直線を構成する物体を前記ハンガとして抽出するハンガ認識手段とからなるので、ラインセンサカメラによって撮影した画像を処理することによって、ハンガの位置を簡便に測定し、保守用車両などの走行位置を特定することができる。

具体的には、非接触でハンガの検出を行うため、高速な運用が可能であり、短期間に長い距離の区間を測定することができる。さらに、ハンガを検出した時刻と既存の設備保守システム等のトロリ線測定手段によって要注意箇所を検出した時刻とを同期させることにより、ハンガの位置と要注意箇所の位置の相互関係を正確に求めることができる。また装置の構造上、非接触でハンガを検出するため、装置が既存構造物と衝突するおそれがなく、基本的に全ての区間において測定が可能である。

また、一台のラインセンサカメラによって撮影した画像からハンガを検出するため、ＡＴＣを利用して要注意箇所の位置を特定する場合に比較して地上側に大きな設備を追加する必要がなく、また一つのラインセンサ画像ごとに独立した検出処理を行うため、ロータリーエンコーダを利用して要注意箇所を特定する場合に比較して部分的に発生した誤差が累積されることがない。

また、ハンガ検出手段が、ラインセンサ画像上の点列から直線を検出するハフ変換手段と、ハフ変換手段によって検出された直線のうち予め設定する基準方向に対する角度が所定の範囲内にある直線を検出し、この直線を構成する物体をハンガとして抽出するハンガ認識手段とからなるので、ハンガ自体が斜めに張られていた場合、あるいは斜めに画像が取得された場合においても、テンプレートマッチングまたはエッジ検出によりハンガを検出する方法に比較してハンガを高精度に検出することができる。

また、第２の発明に係る電機鉄道保守用車両位置測定装置によれば、等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、前記ハンガ検出手段が、所定時間ごとに前記ラインセンサ画像を分割し、分割された領域ごとに該領域内のピクセル位置と輝度との関係をヒストグラムとして作成し、該ヒストグラムの特徴に基づいて前記領域ごとに前記ハンガの有無を判定するヒストグラム作成判定手段であるので、ハンガ自体が斜めに張られていた場合、あるいは斜めに画像が取得された場合においても、テンプレートマッチングまたはエッジ検出によりハンガを検出する方法に比較してハンガを高精度に検出することができる。

また、第３の発明に係る電機鉄道保守用車両位置測定装置によれば、等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像中の二直線間の交点を検出し、予め設定する範囲内に前記交点が二つ存在する場合に該二つの交点を結ぶ直線を前記ハンガとして検出するコーナー検出手段であるので、ハンガ自体が斜めに張られていた場合、あるいは斜めに画像が取得された場合においても、テンプレートマッチングまたはエッジ検出によりハンガを検出する方法に比較してハンガを高精度に検出することができる。

また、第４の発明に係る電機鉄道保守用車両位置測定装置によれば、等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像上の点列から直線を検出するハフ変換手段と、前記ハフ変換手段によって検出された前記直線を含む予め設定した時間幅の領域に対して該領域内のピクセル位置と輝度の関係をヒストグラムとして作成するヒストグラム作成手段と、前記ヒストグラムの特徴に基づいて前記領域内の前記ハンガの有無を判定するハンガ判定手段とからなるので、第１乃至第３の発明の効果に加えて、誤ってハンガ以外の構造物を検出する可能性を防止することができる。

本発明の実施例１に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の設置例を示す説明図である。 本発明の実施例１に係る車両位置特定装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１において取得したラインセンサ画像の例を示す説明図である。 図２に示すラインセンサ画像に対してハフ変換による直線検出処理を行った結果を示す説明図である。 本発明の実施例１に係る車両位置特定装置における処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る車両位置特定装置の概略構成を示すブロック図である。 図７（ａ）は本発明の実施例２における分割領域の設定例を示す説明図、図７（ｂ）は図７（ａ）のハンガが存在しない領域から得られるヒストグラム、図７（ｃ）は図７（ａ）のハンガが存在する領域から得られるヒストグラムである。 本発明の実施例２に係る車両位置特定装置による処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例３に係る車両位置特定装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３においてラインセンサ画像からコーナーを抽出する例を示す説明図である。 本発明の実施例３に係る車両位置特定装置による処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例４に係る車両位置特定装置の概略構成を示すブロック図である。 図１３（ａ）は本発明の実施例４における領域の設定例を示す説明図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のハンガが存在する領域から得られるヒストグラム、図１３（ｃ）は図１３（ａ）のハンガ以外の構造物が存在する領域から得られるヒストグラムである。 本発明の実施例４に係る車両位置特定装置による処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る画像処理による電気鉄道保守用車両位置測定装置の詳細について説明する。

図１乃至図５を用いて本発明に係る車両位置特定装置の第１の実施例を説明する。図１は本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の設置例を示す説明図、図２は本実施例に係る車両位置特定装置の概略構成を示すブロック図、図３は本実施例において取得したラインセンサ画像の例を示す説明図、図４は図２に示すラインセンサ画像に対してハフ変換による直線検出処理を行った結果を示す説明図、図５は本実施例に係る車両位置特定装置における処理の流れを示すフローチャートである。

図１に示すように、本実施例において電気鉄道保守用車両位置測定装置は、車両１の屋根上に設置されたラインセンサカメラ２と、車両１の内部に設置された画像処理部３とを備えている。なお、図示はしないが、本実施例において車両１の屋根上にはトロリ線４の摩耗具合を測定時刻とともに取得するトロリ線摩耗測定手段が設置されているものとする。

また、トロリ線４はちょう架線５に概ね等間隔に設置された複数のハンガ６によって支持されている。

ラインセンサカメラ２は、車両１の屋根上の側方に設置され、その光軸が車両１の進行方向に直交するように、且つ、その視野に一つのハンガ６が収まるように設置角度及び仰角を設定されている。ここで、図１中の一点鎖線は撮影ラインを示している。

画像処理部３はラインセンサカメラ２によって取得した画像を解析して車両１の走行位置を求めるものであり、演算装置３１と記録装置３２とから構成されている。

図２に示すように、演算装置３１はラインセンサ画像作成手段としてのラインセンサ画像作成部３１ａ、ハフ変換手段としてのハフ変換部３１ｂ、ハンガ認識手段としてのハンガ認識部３１ｃ、時刻記録手段としての時刻記録部３１ｄ、及びメモリＭ１，Ｍ２を備えている。

ラインセンサ画像作成部３１ａは、ラインセンサカメラ２から入力される画像信号（走査線の輝度信号）を時系列的に並べてなるラインセンサ画像Ｉ（図３参照）を作成する。図３に示す例においてラインセンサ画像Ｉには、トロリ線４、ちょう架線５、及び三つのハンガ６が表示されている。なお、図３ではトロリ線４、ちょう架線５、ハンガ６を白抜きで描画しているが、実際は例えば昼間であれば白色の背景に対してトロリ線４、ちょう架線５、ハンガ６は黒色で表示される。このラインセンサ画像ＩはメモリＭ２を経て記録装置３２に保存される。

ハフ変換部３１ｂは、ラインセンサ画像作成部３１ａから入力されるラインセンサ画像Ｉに対し、記録装置３２から入力されるパラメータ（ここでは、ハフ変換により直線を検出する際に用いるしきい値等）を用いてハフ変換を行う。これにより、図４に示すようにラインセンサ画像Ｉ内の点列から直線Ｌを抽出する。

図４に示す例では、三つのハンガ６が直線Ｌ₁₁〜Ｌ₁₃、ちょう架線５が直線Ｌ₁₄、トロリ線４が直線Ｌ₁₅として検出されている。以下、ハフ変換部３１ｂにおいて検出された直線を総称する場合、直線Ｌと呼称する。また、図４に示すように、ハフ変換により直線が抽出されたラインセンサ画像Ｉをハフ変換画像Ｉ_Hと呼称する。ハフ変換画像Ｉ_HはメモリＭ２を経てハンガ認識部３１ｃに送られる。

ハンガ認識部３１ｃは、記録装置３２から入力されるパラメータ（ここでは、後述する基準角度θ_B等）とハフ変換部３１ｂから入力されるハフ変換画像Ｉ_Hとに基づいて、ラインセンサ画像Ｉ内から抽出された直線Ｌに対し、基準方向としての所定の方向（図４では水平方向）に対する傾きθを監視してこの傾きθが予め設定した基準角度（図３中に破線で囲んで示す角度）θ_B以上であればハンガ６として検出する。

図４に示す例では、水平方向に対して基準角度θ_B以上の傾きθ₁₁，θ₁₂，θ₁₃を有する直線Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₁₃をハンガ６を示す直線として検出する一方、水平方向に対して基準角度θ_B未満の傾きθ₁₄，θ₁₅を有する直線Ｌ₁₄，Ｌ₁₅をハンガ６以外の構造物を示す直線とみなす。ハンガ認識部３１ｃにおいて検出されたハンガ６の検出情報はハンガ検出フラグとしてメモリＭ２を経て時刻記録部３１ｄに送られる。

時刻記録部３１ｄは、ハンガ認識部３１ｃから入力されるハンガ検出フラグに基づいて、ハンガ認識部３１ｃにおいて検出されたハンガ６がラインセンサ２によって撮影された時刻ｔを記録する。時刻記録部３１ｄから出力されたハンガ６の撮影時刻ｔはメモリＭ２を経て記録装置３２に保存される。

メモリＭ１，Ｍ２は、各種データを一時的に保管する。記録装置３２には各種データが保存される。

以下、図５に基づいて本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置における処理について簡単に説明する。

図５に示すように、本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置おいては、まずラインセンサ画像作成部３１ａにおいてラインセンサ２から入力される画像信号に基づいてラインセンサ画像Ｉを作成し（ステップＰ１）、続いて、ハフ変換部３１ｂにおいてラインセンサ画像Ｉに対するハフ変換を行い（ステップＰ２）、ラインセンサ画像Ｉ中の直線Ｌを抽出する（ステップＰ３）。

続いて、ハンガ認識部３１ｃにおいてステップＰ３で抽出した直線Ｌの傾きθが基準方向に対して基準角度θ_B以上の傾きを有しているか否かを判定する（ステップＰ４）。判定の結果、直線Ｌの傾きθが基準角度θ_B以上であれば（ＹＥＳ）、直線Ｌがハンガ６を示しているとみなしてステップＰ５に移行する。一方、直線Ｌの傾きθが基準角度θ_B未満であれば（ＮＯ）、直線Ｌがハンガ６以外の構造物を示しているとみなしてステップＰ３に戻る。

ステップＰ５では、時刻記録部３１ｄにおいて、ステップＰ４でハンガ６を示しているとみなした直線Ｌが撮影された時刻ｔを記録し、続いてハフ変換画像Ｉ_H中に傾きθを測定していない直線Ｌが残っているか否かを判定する（ステップＰ６）。判定の結果、傾きθを測定していない直線Ｌが残っていなければ（ＮＯ）、一つのラインセンサ画像Ｉに対する処理を終了する。一方、傾きθを測定していない直線Ｌが残っていれば（ＹＥＳ）、ステップＰ４に戻る。
以上のステップＰ１〜ステップＰ６の処理を全てのラインセンサ画像Ｉに対して行う。

このように構成される本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置によれば、ラインセンサカメラ２によって撮影した画像を解析することによって、ハンガ６の位置を簡便に測定し、保守用車両などの走行位置を特定することができる。

また、非接触でハンガ６の検出を行うため、高速な運用が可能であり、短時間で長い距離の区間を測定することができる。さらに、ハンガ６を検出した時刻と既存の設備保守システム等のトロリ線測定手段によって要注意箇所が検出された時刻とを同期させることにより、ハンガ６の位置と要注意箇所の位置の相互関係を正確に求めることができる。また装置の構造上、非接触でハンガ６を検出するため、装置が既存構造物と衝突するおそれがなく、基本的に全ての区間において測定が可能である。

また、一台のラインセンサカメラ２によって撮影した画像からハンガ６を検出するため、ＡＴＣを利用して要注意箇所の位置を特定する場合に比較して地上側に大きな設備を追加する必要がなく、また一つのラインセンサ画像Ｉごとに独立した検出処理を行うため、ロータリーエンコーダを利用して要注意箇所を特定する場合に比較して部分的に発生した誤差が累積されることがない。

また、ハンガ６自体が斜めに張られていた場合、あるいはラインセンサ画像Ｉ上にハンガ６が斜めに撮影されている場合においても、基準方向に対する傾きθが基準角度θ_B以上の直線Ｌをハンガ６から得られる直線Ｌとみなすため、テンプレートマッチングまたはエッジ検出によりハンガ６を検出する方法に比較してハンガ６を高精度に検出することができる。

図６乃至図８を用いて本発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の第２の実施例を説明する。図６は本実施例に係る車両位置特定装置の概略構成を示すブロック図、図７（ａ）は本実施例において取得したラインセンサ画像の例を示す説明図、図７（ｂ）は図７（ａ）の領域Ａに対応するヒストグラムの例、図７（ｃ）は図７（ａ）の領域Ａに対応する他のヒストグラムの例、図８は本実施例に係る車両位置特定装置による処理の流れを示すフローチャートである。

本実施例は実施例１のハフ変換部３１ｂ及びハンガ認識部３１ｃに代えて、図６に示すヒストグラム作成判定手段としてのヒストグラム作成判定部３１ｅを用いるものである。その他の構成は実施例１において説明した構成と概ね同様であり、以下、同様の作用を奏する処理部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、本実施例において演算装置３１は、ラインセンサ画像作成部３１ａ、ヒストグラム作成判定部３１ｅ、及び時刻記録部３１ｄを備えて構成されている。

ヒストグラム作成判定部３１ｅはラインセンサ画像作成部３１ａから入力されるラインセンサ画像Ｉに対し、記録装置３２から入力されるパラメータ（ここでは、後述する領域Ａの設定幅、後述するヒストグラムからハンガ６を検出する際に用いるしきい値等）を用いてラインセンサ画像Ｉ中のハンガ６を検出する。

詳しくは、図７（ａ）に示すようにラインセンサ画像Ｉに対してこのラインセンサ画像Ｉを所定時間ごとに設定される領域Ａに分割し、領域Ａごとに画像上のピクセル位置と輝度との関係をヒストグラムとして作成する。ここで、トロリ線４及びちょう架線５は必ず領域Ａ内に含まれるので、ヒストグラムには図７（ｂ），（ｃ）に示すようにトロリ線４及びちょう架線５に対応した輝度値（Ｖ_T，Ｖ_C）が二つの山形の形状として現れる。

さらに、ハンガ６が存在しない領域（例えば、図７（ａ）中の領域Ａ１）の場合、図７（ｂ）に示すように二つの輝度値Ｖ_T，Ｖ_Cのみが表示されるのに比較して、ハンガ６が存在する領域（例えば、図７（ａ）中の領域Ａ２）の場合、図７（ｃ）に示すように二つの輝度値Ｖ_T，Ｖ_C間に輝度値Ｖ_Hが表示される。本実施例では、この特徴を利用してラインセンサ画像Ｉ中からハンガ６を検出する。

以下、図８に基づいて本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置による処理の流れを簡単に説明する。

図８に示すように、本実施例においてはまずラインセンサ画像作成部３１ａにおいてラインセンサカメラ２から入力される画像信号に基づいてラインセンサ画像Ｉを作成し（ステップＰ１）、続いて、ヒストグラム作成判定部３１ｅにおいてラインセンサ画像Ｉに対して領域Ａごとに、ピクセル位置と輝度との関係をヒストグラムとして作成し（ステップＰ２）、作成したヒストグラムの特徴に基づいてラインセンサ画像Ｉ中にハンガ６が存在するか否かの判定を行う（ステップＰ３）。

判定の結果、領域Ａ内にハンガ６が存在すると判定された場合（ＹＥＳ）はステップＰ４に移行する。一方、領域Ａ内にハンガ６が存在しないと判定された場合（ＮＯ）はステップＰ５に移行する。

ステップＰ４では、時刻記録部３１ｄにおいてステップＰ３で検出したハンガ６が撮影された時刻ｔを記録し、ステップＰ５に移行する。ステップＰ５では、ハンガ６の検出を行った領域Ａが一つのラインセンサ画像Ｉに設定した領域Ａのうち最後の領域Ａか否かを判定する。判定の結果、最後の領域Ａであれば（ＹＥＳ）、一つのラインセンサ画像Ｉに対する処理を終了する。一方、最後の領域Ａでない場合（ＮＯ）はステップＰ２に戻る。
以上のステップＰ１〜ステップＰ６の処理を全てのラインセンサ画像Ｉに対して行う。

このように構成される本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置によれば、実施例１による効果に加えて、ハンガ６自体が斜めに張られていた場合、あるいはラインセンサ画像Ｉ上にハンガ６が斜めに撮影されている場合においても、ラインセンサ画像Ｉ上に設定した領域ごとにピクセル位置と輝度との関係から得られるヒストグラムの特徴に基づいてハンガ６の検出を行うため、テンプレートマッチングまたはエッジ検出によりハンガ６を検出する方法に比較してハンガ６を高精度に検出することができる。

図９乃至図１１を用いて本発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の第３の実施例を説明する。図９は本実施例に係る車両位置特定装置の概略構成を示すブロック図、図１０は本実施例においてラインセンサ画像からコーナーを抽出する例を示す説明図、図１１は本実施例に係る車両位置特定装置による処理の流れを示すフローチャートである。

本実施例は実施例１のハフ変換部３１ｂ及びハンガ認定部３１ｃに代えて、図９に示すコーナー検出手段としてのコーナー検出部３１ｆを用いるものである。その他の構成は実施例１において説明したものと概ね同様であり、以下、同様の作用を奏する処理部について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９に示すように、本実施例において演算装置３１は、ラインセンサ画像作成部３１ａ、コーナー検出部３１ｆ、及び時刻記録部３１ｄを備えて構成されている。

コーナー検出部３１ｆは、ラインセンサ画像作成部３１ａから入力されるラインセンサ画像Ｉに対し、記録装置３２から入力されるパラメータ（ここでは、後述するコーナーＣを検出するためのしきい値、コーナーＣがペアであるか否かを判定するためのしきい値等）を用いてラインセンサ画像Ｉ中のハンガ６を検出する。

詳しくは、図１０に示すようにラインセンサ画像Ｉ上の二直線間の交点、すなわち、図１０ではトロリ線４又はちょう架線５と、ハンガ６とが接続されている箇所をコーナーＣ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄（以下、総称する場合はコーナーＣと呼称する）として検出し、所定時間範囲内にある二つのコーナー（図１０ではコーナーＣ₁とＣ₃、コーナーＣ₂とＣ₄）を結ぶ直線Ｌ₃₁、Ｌ₃₂（以下、総称する場合は直線Ｌと呼称する）をハンガ６として検出する。検出したハンガ６の情報はハンガ検出フラグとしてメモリＭ２を経て時刻記録部３１ｄへ送られる。

以下、図１１に基づいて本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置による処理の流れを簡単に説明する。

図１１に示すように、本実施例においてはまずラインセンサ画像作成部３１ａにおいてラインセンサカメラ２から入力される画像信号に基づいてラインセンサ画像Ｉを作成し（ステップＰ１）、続いて、コーナー検出部５ｆにおいてラインセンサ画像Ｉ上のコーナーＣを検出し（ステップＰ２）、検出したコーナーＣが所定時間範囲内に二つあるか否か（本実施例では、ラインセンサ画像Ｉ上の概ね同一鉛直線上にコーナーＣがペアで存在するか否か）を判定する（ステップＰ３）。

判定の結果、コーナーＣがペアで検出された場合（ＹＥＳ）はステップＰ４に移行する。一方、コーナーＣがペアで検出されない場合（ＮＯ）はステップ５に移行する。ステップＰ４では、時刻記録部３１ｄにおいてコーナー検出部５ｆによって検出されたハンガ６が撮影された時刻ｔを記録し、続いてラインセンサ画像Ｉ上にペアで存在する他のコーナーＣが残っているか否かを判定する（ステップＰ５）。判定の結果、ペアで存在するコーナーＣが残っていなければ（ＮＯ）、一つのラインセンサ画像Ｉに対する処理を終了する。一方、ペアで存在するコーナーＣが残っていれば（ＹＥＳ）、ステップＰ３に戻る。
以上のステップＰ１〜ステップＰ５の処理を全てのラインセンサ画像Ｉに対して行う。

このように構成される本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置によれば、実施例１による効果に加えて、ハンガ６自体が斜めに張られていた場合、あるいはラインセンサ画像Ｉ上にハンガ６が斜めに撮影されている場合においても、ラインセンサ画像Ｉから抽出したコーナーＣがペアで存在するか否かに基づいてハンガ６の検出を行うため、テンプレートマッチングまたはエッジ検出によりハンガ６を検出する方法に比較してハンガ６を高精度に検出することができる。

図１２乃至図１４を用いて本発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の第４の実施例を説明する。図１２は本実施例に係る車両位置特定装置の概略構成を示すブロック図、図１３（ａ）は本実施例における領域の設定例を示す説明図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の領域Ｂに対応するヒストグラム、図１３（ｃ）は図１３（ａ）の領域Ｂに対応する他のヒストグラム、図１４は本実施例に係る車両位置特定装置による処理を示すフローチャートである。

本実施例は、実施例１に示した演算装置３１に、図１２に示すヒストグラム作成手段としてのヒストグラム作成部３１ｇ及びハンガ判定手段としてのハンガ判定部３１ｈを追加したものである。その他の構成は実施例１において説明したものと概ね同様であり、以下、同様の作用を奏する処理部について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１２に示すように、本実施例において演算装置３１はラインセンサ画像作成部３１ａ、ハフ変換部３１ｂ、ヒストグラム作成部３１ｇ、ハンガ判定部３１ｈ、及び時刻記録部３１ｄを備えて構成されている。

ヒストグラム作成部３１ｇはハフ変換部３１ａから入力されるハフ変換画像Ｉ_Hに対し、記録装置３２から入力されるパラメータ（ここでは、後述する領域Ｂの設定幅、後述するヒストグラムからハンガ６を検出する際に用いるしきい値等）を用いてハフ変換画像Ｉ_H中のハンガ６を検出する。

詳しくは、図１３（ａ）に示すように、ハフ変換画像Ｉ_H上の基準方向に対して基準角度θ_B以上の交差角を有する直線Ｌが検出された位置に所定の幅の領域Ｂを設定し、その領域Ｂごとにピクセル位置と輝度との関係をヒストグラムとして作成する。作成されたヒストグラムはメモリＭ２を経てハンガ判定部３１ｈへ送られる。

ハンガ判定部３１ｈは、ヒストグラム作成部３１ｇから入力されるヒストグラムに対し、記録装置３２から入力されるパラメータ（ここでは、ヒストグラムからハンガ６を検出する際に用いるしきい値等）を用いて、直線Ｌがハンガ６から得られる直線か否かを判定する。トロリ線４とちょう架線５は必ず領域Ｂ内に存在するので、図１３（ｂ），（ｃ）に示すようにヒストグラム上ではトロリ線４とちょう架線５とに対応した輝度値Ｖ_T，Ｖ_Cによって二個の山形の形状が必ず存在することとなり、さらに領域Ｂ内にハンガ６が存在する場合は、図１３（ｂ）に示すように輝度値Ｖ_T，Ｖ_C間を結ぶように輝度値Ｖ_Hが表示される。

これに対し、領域Ｂにハンガ６以外の構造物（例えば、電柱等）７が撮影されている場合、図１３（ｃ）に示すように輝度値Ｖ_T，Ｖ_Cによる二つの山を横切るように輝度値Ｖ_Kが表示される。ハンガ判定部３１ｈでは、この二つの特徴Ｖ_H，Ｖ_Kの違いを利用してハンガ６とそのほかの構造物７によるノイズとを差別化する。ハンガ判定部３１ｈにおいて検出されたハンガ６の有無の情報はハンガ検出フラグとしてメモリＭ２を経て時刻記録部３１ｄに送られる。

以下、図１４に基づいて本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置による処理の流れを簡単に説明する。

図１４に示すように、本実施例においてはまずラインセンサ画像作成部３１ａにおいてラインセンサカメラ２から入力される画像信号に基づいてラインセンサ画像Ｉを作成し（ステップＰ１）、続いて、ハフ変換部３１ｂにおいてラインセンサ画像Ｉに対してハフ変換を行い（ステップＰ２）、ラインセンサ画像Ｉ中の直線Ｌを抽出する（ステップＰ３）。

続いて、ハフ変換部３１ｂにおいてステップＰ３でラインセンサ画像Ｉ中から抽出した直線Ｌについて、その傾きθが基準方向（本実施例では水平方向）に対して予め設定する基準角度θ_B以上であるか否かを判定する（ステップＰ４）。判定の結果、傾きθが基準角度θ_B以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＰ５に移行する。一方、傾きθが基準角度θ_B未満であれば（ＮＯ）、ステップＰ３に戻る。

ステップＰ５では、ヒストグラム作成部３１ｇにおいてステップＰ４で傾きθが基準角度θ_B以上であると判定された直線Ｌを含むように予め設定された時間幅で領域Ｂを設定し、この領域Ｂにおけるピクセル位置と輝度との関係をヒストグラムとして作成する。

続いて、ハンガ判定部３１ｈにおいてステップＰ５で作成したヒストグラムの特徴がハンガ６以外の構造物７を示しているか否かを判定する（ステップＰ６）。判定の結果、領域Ｂに対応するヒストグラムの特徴がハンガ６を示している場合（ＮＯ）はステップＰ７に移行する。一方、領域Ｂに対応するヒストグラムの特徴がハンガ６以外の構造物７を示している場合（ＹＥＳ）はステップＰ８に移行する。

ステップＰ７では、時刻記録部３１ｄにおいてステップＰ６で検出されたハンガ６が撮影された時刻ｔを記録し、ステップＰ８に移行する。ステップＰ８では、ラインセンサ画像Ｉ上に他の直線Ｌがあるか否かを判定する。判定の結果、ラインセンサ画像Ｉ上に他の直線Ｌがなければ（ＮＯ）、一つのラインセンサ画像Ｉに対する処理を終了する。一方、ラインセンサ画像Ｉ上に他の直線Ｌがあれば（ＹＥＳ）、ステップＰ４に戻る。
以上のステップＰ１〜ステップＰ８の処理を全てのラインセンサ画像Ｉに対して行う。

このように構成される本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置によれば、上述した実施例１乃至実施例３による効果に加えて、ハンガ６以外の構造物７を誤ってハンガ６として検出することを防止することができる。

本発明は、架線及び軌道などの保守による位置測定に適用可能であり、特に画像処理により電気鉄道車両の位置を測定する電気鉄道保守用車両位置測定装置に適用して好適なものである。

１…車両、２…ラインセンサカメラ、３…画像処理部、３１…演算装置、３２…記録装置、３１ａ…ラインセンサ画像作成部、３１ｂ…ハフ変換部、３１ｃ…ハンガ認識部、３１ｄ…時刻記録部、３１ｅ…ヒストグラム作成判定部、３１ｆ…コーナー検出部、３１ｇ…ヒストグラム作成部、３１ｈ…ハンガ判定部、４…トロリ線、５…ちょう架線、６…ハンガ、７…構造物、Ａ…領域、Ｂ…領域、Ｃ…コーナー、Ｉ…ラインセンサ画像、Ｌ…直線、θ_B…基準角度、θ…角度

Claims (4)

1. 等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、
   前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、
   前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像上の点列から直線を検出するハフ変換手段と、前記ハフ変換手段によって検出された前記直線のうち予め設定する基準方向に対する角度が所定の範囲内にある前記直線を検出し、この直線を構成する物体を前記ハンガとして抽出するハンガ認識手段とからなる
   ことを特徴とする電気鉄道保守用車両位置測定装置。
2. 等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、
   前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、
   前記ハンガ検出手段が、所定時間ごとに前記ラインセンサ画像を分割し、分割された領域ごとに該領域内のピクセル位置と輝度との関係をヒストグラムとして作成し、該ヒストグラムの特徴に基づいて前記領域ごとに前記ハンガの有無を判定するヒストグラム作成判定手段である
   ことを特徴とする電気鉄道保守用車両位置測定装置。
3. 等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、
   前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、
   前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像中の二直線間の交点を検出し、予め設定する範囲内に前記交点が二つ存在する場合に該二つの交点を結ぶ直線を前記ハンガとして検出するコーナー検出手段である
   ことを特徴とする電気鉄道保守用車両位置測定装置。
4. 等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、車両の屋根上から撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって得られる画像を解析する画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、
   前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中のハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段によって検出された前記ハンガが前記ラインセンサカメラによって撮影された時刻を記録する時刻記録手段と、前記時刻を保存する記録装置とを有し、
   前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像上の点列から直線を検出するハフ変換手段と、前記ハフ変換手段によって検出された前記直線を含む予め設定した時間幅の領域に対して該領域内のピクセル位置と輝度の関係をヒストグラムとして作成するヒストグラム作成手段と、前記ヒストグラムの特徴に基づいて前記領域内の前記ハンガの有無を判定するハンガ判定手段とからなる
   ことを特徴とする電気鉄道保守用車両位置測定装置。

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