JP5475509B2 - パンタグラフ監視装置 - Google Patents

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本発明は、列車の屋根上を撮影した画像を解析してパンタグラフの状態を検査する装置に関し、特にパンタグラフの舟体又は舟体に設置されているすり板の折れの有無を画像処理により検出するパンタグラフ監視装置に関する。
従来、列車の屋根上を撮影した画像を解析してパンタグラフの状態を検査する装置として、すり板の厚さを計測する装置が提案されている。例えば、特許文献１では、フラッシュランプを照射して斜め上方からパンタグラフを撮影した画像を用い、すり板上面とすり板と舟体との結合面ラインを撮影画像の輝度差から検出し、すり板上面のエッジと結合面ラインのエッジの間の距離としてすり板の厚さを求める装置が開示されている。
また、特許文献２では、ストロボ照射して水平よりもやや斜め下方からパンタグラフを撮影した画像を用い、画像中から濃淡エッジを検出し、そのエッジを繋ぐことによってすり板上面座標値とすり板下面座標値を求め、これらの座標値の差分からすり板の厚さを求める装置が開示されている。
特開２００４−３１２８３２号公報 特開２００２−１５０２７１号公報
特許文献１，２に記載されている装置は、パンタグラフを撮影した画像を解析することにより、パンタグラフの舟体に設置されているすり板の厚さを計測する装置である。このため、パンタグラフの状態としてすり板の摩耗具合を検査することができる。すり板の摩耗は、電気列車への電力供給のため架線とすり板が走行中に常時接触することによりすり板が徐々に削れることで発生するものである。
しかしながら、パンタグラフに発生する異常はすり板の摩耗だけではない。パンタグラフのより大きな異常としては、図６に示すようなパンタグラフ１ａの舟体１ｂに発生する折れ、または図７に示すような舟体１ｂ設置されているすり板１ｃに発生する折れがある。舟体１ｂ又はすり板１ｃに折れが発生した状態で列車が走行を続けると、パンタグラフ１ａと接触する架線及び架線を支える周辺構造物に大きな損傷を与える可能性がある。そのため、舟体１ｂ又はすり板１ｃに折れが発生した場合には列車を止めて、架線及び周辺構造物の損傷を抑える必要がある。
このようなことから本発明は、列車の屋根上を撮影した画像を解析して、パンタグラフの舟体又はこの舟体に設置されているすり板の折れの有無を検出することを可能としたパンタグラフ監視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の発明に係るパンタグラフ監視装置は、列車の屋根上を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影された入力画像を画像処理することによりパンタグラフの状態を監視する画像処理手段とを備えたパンタグラフ監視装置において、前記画像処理手段が、前記入力画像中の直線を抽出し、抽出した前記直線の状態に基づいて前記パンタグラフの舟体及び前記舟体に設置されているすり板の状態を監視するパンタグラフ舟体形状検査手段を備え、前記パンタグラフ舟体形状検査手段が、前記入力画像中に撮影されている前記パンタグラフの舟体の長手方向の輪郭を囲むように検査範囲を設定する検査範囲設定手段と、検査範囲に対応する部分の画像データに対して鮮鋭化処理を行い前記検査範囲内のエッジを抽出する鮮鋭化処理手段と、前記鮮鋭化処理手段により得られたエッジから直線を抽出する直線抽出手段と、前記直線抽出手段により抽出した直線の個数、長さ、及び角度に基づいて舟体およびすり板の折れの有無を判断し、前記舟体及びすり板の折れの有無と各検査範囲とを関連付けてなる折れ検査結果データを作成する折れ判断手段とを有することを特徴とする。
また、第２の発明に係るパンタグラフ監視装置は、第１の発明に係るパンタグラフ監視装置において、前記パンタグラフ舟体形状検査手段が、前記折れ検査結果データを出力する結果データ出力手段を有することを特徴とする。
また、第３の発明に係るパンタグラフ監視装置は、第２の発明に係るパンタグラフ監視装置において、前記パンタグラフ舟体形状検査手段が、前記入力画像を取り込む画像データ入力手段と、パンタグラフ検出情報を取得するパンタグラフ検出情報入力手段と、前記検査範囲の大きさ及び前記パンタグラフ舟体の長手方向に延びる直線を抽出するために用いる直線最小長さを設定する設定手段とを有することを特徴とする。
上述した第１の発明に係るパンタグラフ監視装置によれば、列車の屋根上を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影された入力画像を画像処理することによりパンタグラフの状態を監視する画像処理手段とを備えたパンタグラフ監視装置において、前記画像処理手段が、前記入力画像中の直線を抽出し、抽出した前記直線の状態に基づいて前記パンタグラフの舟体及び前記舟体に設置されているすり板の状態を監視するパンタグラフ舟体形状検査手段を備えるので、列車の屋根上を撮影した画像を解析して、パンタグラフの舟体およびすり板の折れの有無を検出することができ、架線および架線を支える周辺構造物の損傷を防止することができる。
また、前記パンタグラフ舟体形状検査手段が、前記入力画像中に撮影されている前記パンタグラフの舟体の長手方向の輪郭を囲むように検査範囲を設定する検査範囲設定手段と、検査範囲に対応する部分の画像データに対して鮮鋭化処理を行い前記検査範囲内のエッジを抽出する鮮鋭化処理手段と、前記鮮鋭化処理手段により得られたエッジから直線を抽出する直線抽出手段と、前記直線抽出手段により抽出した直線の個数、長さ、及び角度に基づいて舟体およびすり板の折れの有無を判断し、前記舟体及びすり板の折れの有無と各検査範囲とを関連付けてなる折れ検査結果データを作成する折れ判断手段とを有するので、舟体もしくはすり板又はその両方の折れを高精度に検出することができる。
また、第２の発明に係るパンタグラフ監視装置によれば、前記パンタグラフ舟体形状検査手段が、前記折れ検査結果データを出力する結果データ出力手段を有するので、舟体およびすり板に発生した折れの有無および、パンタグラフ上の損傷の位置からなるパンタグラフの損傷情報を提示することができる。
また、第３の発明に係るパンタグラフ監視装置によれば、前記パンタグラフ舟体形状検査手段が、前記入力画像を取り込む画像データ入力手段と、パンタグラフ検出情報を取得するパンタグラフ検出情報入力手段と、前記検査範囲の大きさ及び前記パンタグラフ舟体の長手方向に延びる直線を抽出するために用いる直線最小長さを設定する設定手段とを有するので、前記舟体の折れを確実に検出することができる。
本発明の実施例に係るパンタグラフ監視装置の設置例を示す説明図である。 本発明の実施例に係るパンタグラフ舟体形状検査処理部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係るパンタグラフ監視装置における検査範囲の設定例を示す説明図である。 本発明の実施例に係るパンタグラフ監視装置により抽出された直線の例を示す説明図である。 本発明の実施例に係るパンタグラフ舟体形状検査処理の流れを示すフローチャートである。 舟体の折れの一例を示す説明図である。 すり板の折れの一例を示す説明図である。
以下、図面を参照しつつ本発明に係るパンタグラフ監視装置の詳細を説明する。
図１乃至図６に基づいて本発明に係るパンタグラフ舟体検査装置の実施例について説明する。図１は本実施例に係るパンタグラフ監視装置の設置例を示す説明図、図２は本実施例に係るパンタグラフホーン舟体形状検査処理部の概略構成を示すブロック図、図３は本実施例に係るパンタグラフ監視装置における検査範囲の設定例を示す説明図、図４は本実施例に係るパンタグラフ監視装置により抽出された直線の例を示す説明図、図５は本実施例に係るパンタグラフ舟体形状検査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、本実施例においてパンタグラフ監視装置は、列車１の接近を検知するためのセンサ２、列車１の屋根上を照らす照明装置３、列車１の屋根上の照明装置３によって照らされる領域を撮影する撮影手段としての監視カメラ４、及びこれらセンサ２、照明装置３及び監視カメラ４に接続された画像処理手段としての画像処理装置５から構成されている。
センサ２は、例えばレール６の振動等を測定するものであり、レール６に取り付けられるとともに列車接近警報手段としての列車接近警報部（図示せず）に接続されている。列車接近警報部は、センサ２の出力に応じて列車１の接近の有無を検知するものであり、列車１が接近していると判断した場合には警報として列車接近信号を画像処理装置５の後述する撮影処理部５Ａへ送信する。
照明装置３は、センサ２に対して列車１の進行方向前方に設置され、撮影処理部５Ａからの信号に基づいて点灯及び消灯を行うように構成されている。
監視カメラ４は、照明装置３と概ね同位置に、列車１の屋根上の照明装置３によって照らされた領域を撮影するように設置され、撮影処理部５Ａからの信号に基づいて撮影の開始、終了を行うように構成されている。この監視カメラ４によって撮影した画像は画像処理装置５の後述するパンタグラフ検索処理部５Ｂへ送信される。
なお、照明装置３及び監視カメラ４が設置される位置は、センサ２から所定の距離だけ離間した位置、例えば、センサ２の出力に基づいて監視カメラ４を起動したときに、列車１がこの監視カメラ４の視野内に進入する直前にこの監視カメラ４による撮影を開始することができる位置とする。
画像処理装置５は、パンタグラフ１ａの撮影を制御する撮影処理部５Ａと、監視カメラ４によって撮影された画像中からパンタグラフ１ａを検出するパンタグラフ検索処理部５Ｂと、監視カメラ４によって撮影されたパンタグラフ１ａの画像を解析してパンタグラフ１ａの舟体もしくはすり板又はその両方の折れを検出するパンタグラフ舟体形状検査処理部５Ｃとから構成されている。
撮影処理部５Ａは、センサ２、照明装置３、及び監視カメラ４を制御して通過する列車１の屋根上を撮影する処理を行う部分である。
パンタグラフ検出処理部５Ｂは、撮影処理部５Ａにより撮影した列車１の屋根上の画像からパンタグラフ１ａの画像を検出し、この画像上のパンタグラフ１ａの位置等をパンタグラフ検出情報として画像のデータとともに出力する処理を行う部分である。
パンタグラフ舟体形状検査処理部５Ｃは、パンタグラフ検索処理部５Ｂにより検出されたパンタグラフ１ａが撮影されている画像のデータを解析して、パンタグラフ１ａの舟体またはすり板の折れを検出する処理を行う部分である。
ここで、撮影処理部５Ａ及びパンタグラフ検索処理部５Ｂにおける処理は既知の手法（例えば、特願２００９−０１４８５０等参照）を用いるものとし、詳細な説明は省略する。
以下、パンタグラフ舟体形状検査処理部５Ｃについて詳細に説明する。パンタグラフ舟体形状検査処理部５Ｃは、図２に示すように、画像データ入力部５ａ、パンタグラフ検出情報入力部５ｂ、設定部５ｃ、記憶部５ｄ、検査範囲設定部５ｅ、鮮鋭化処理部５ｆ、直線抽出部５ｇ、折れ判断部５ｈ、および結果データ出力部５ｉを備えている。
画像データ入力部５ａは、監視カメラ４から取得した図３に示すような検査パンタグラフ画像７を、パンタグラフ検索処理部５Ｂから入力する。検査パンタグラフ画像７は、画像データとして記憶部５ｄに保管される。ここで、検査パンタグラフ画像７は撮影処理部５Ａにより制御され監視カメラ４で撮影した画像のうち、パンタグラフ検索処理部５Ｂにおいて検出された検査対象であるパンタグラフ１ａが撮影された画像である。
パンタグラフ検出情報入力部５ｂは、パンタグラフ検索処理部５Ｂから、検査パンタグラフ画像８上のパンタグラフ１ａの位置等からなるパンタグラフ検出情報を入力する。入力されたパンタグラフ検出情報は記憶部５ｄに保管される。
設定部５ｃは、検査範囲サイズＷ1，Ｗ2（図３参照）、直線最小長さを設定し、記憶部５ｄに出力する。ここで、図３に示すように、検査範囲サイズＷ1，Ｗ2は後述する検査範囲８の大きさを決定するパラメータ、直線最小長さは舟体１ｂもしくはすり板１ｃ又はその両方（以下、「舟体１ｂやすり板１ｃ」という）の折れを検出するために予め設定される最小の長さである。
記憶部５ｄは、各処理部から出力されるデータを入力し保管するとともに、各処理部からの要求に応じて必要なデータを所望の処理部へ出力する。
検査範囲設定部５ｅは、記憶部５ｄからパンタグラフ検出情報と検査範囲サイズを入力し、画像上において舟体１ｂの長手方向の輪郭を囲むように、一つのパンタグラフに対して二箇所ずつ検査範囲８を設定する（図３参照）。検査範囲８の情報は記憶部５ｄに保管される。ここで、検査範囲８は舟体１ｂやすり板１ｃの折れを検査するために設けられる領域である。
鮮鋭化処理部５ｆは、記憶部５ｄから検査範囲８の情報と検査パンタグラフ画像７の画像データとを入力し、この検査パンタグラフ画像７上の検査範囲８に対してエッジ抽出処理を行い、抽出されたエッジをエッジデータとしてまとめる。エッジデータは記憶部５ｄに保管される。なお、鮮鋭化処理としては、ソーベルフィルタやＬＯＧ等の微分フィルタを使用して行うものとする。
直線抽出部５ｇは、記憶部５ｄからエッジデータと直線最小長さの情報を入力し、エッジデータの中から直線最小長さ以上の長さの直線９（図４参照）を抽出して直線データとしてまとめる。直線データは記憶部５ｄに保管される。なお、直線９の抽出には、ハフ変換や直線の最小二乗近似等の解析手法を用いるものとする。
折れ判断部５ｈは、記憶部５ｄから検査範囲８及び直線データを入力し、一つの検査範囲８における直線９の抽出状態を検査し、舟体１ｂやすり板１ｃの折れの有無を判断する。さらに各検査範囲８ごとの舟体１ｂやすり板１ｃの折れの有無に基づいて構成される折れ検査結果データをまとめ、これを記憶部５ｄへ保管する。
結果データ出力部５ｋは、折れ検査結果データを記憶部５ｄから取り出し、これをパンタグラフ舟体形状検査結果として出力する。
以下に、図５を用いて本実施例に係るパンタグラフ舟体形状検査処理について説明する。図５に示すように、本実施例に係るパンタグラフ舟体検査装置においては、画像データ入力部５ａ及びパンタグラフ検出情報入力部５ｂにより画像データ及びパンタグラフ検出情報を入力した後、設定部５ｃ、検査範囲設定部５ｅにより検査範囲８の設定を行う（ステップＰ１）。詳しくは、設定部５ｃにおいて検査範囲８の大きさＷ1，Ｗ2（「検査範囲サイズ」と呼ぶ）を予め設定し、続いて、パンタグラフ検出情報を基に、図３に示すように検査パンタグラフ画像７に対して検査範囲８を設定する。
続いて、鮮鋭化処理部５ｆにおいて検査範囲８に対する鮮鋭化処理を行い、舟体１ｂの輪郭部のエッジを抽出する処理を行う（ステップＰ２）。その後、直線抽出部５ｇにおいて、抽出されたエッジの情報に基づいて図４に示すように直線９を抽出する処理を行う（ステップＰ３）。直線抽出においては、エッジデータに含まれる直線のうち、予め設定部５ｃにより設定した直線最小長さよりも短い直線は除外する。これにより、検査パンタグラフ画像７からパンタグラフ舟体１ｂの長手方向に延びる直線９（図４では四本）のみを抽出することができる。
その後、折れ判断部５ｈにおいて直線データに基づいて舟体１ｂやすり板１ｃの折れを判断する処理を行うとともに、検査範囲８と舟体１ｂやすり板１ｃの折れの有無とを関連付けて折れ検査結果データを作成する（ステップＰ４）。舟体１ｂやすり板１ｃの折れの有無は、抽出した直線９の個数・長さ・角度などを基に判断する。
すなわち、舟体１ｂやすり板１ｃの折れが発生した場合、一つの検査範囲８において複数個の長い直線が異なる角度で発生する。直線抽出の結果、このような直線抽出状態になった場合に、その検査範囲８において舟体１ｂやすり板１ｃの折れが発生していると判断する。これらステップＰ１〜ステップＰ４の処理をパンタグラフ舟体形状検査が終了するまで繰り返す。
このように構成される本実施例に係るパンタグラフ舟体形状装置によれば、列車の屋根上を撮影した画像を解析して、架線および架線を支える周辺構造物に大きな損傷を与える危険性が非常に高い舟体１ｂやすり板１ｃの折れの有無を検出することができる。また、舟体１ｂやすり板１ｃに発生した折れの有無、および、パンタグラフ１ａ上の損傷の位置からなるパンタグラフの損傷情報を提示することができる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、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。例えば、上述した実施例では、各処理部から出力されるデータを記憶部５ｄに保管するとともに、各処理部からの要求に応じて必要なデータを記憶部５ｄから所望の処理部へ出力する例を示したが、例えば、各処理部から出力されるデータは、直接所望の処理部へ入力してもよい。
本発明は、列車の屋根上を撮影した画像を解析してパンタグラフの状態を検査する装置に利用可能であり、特にパンタグラフの舟体又は舟体に設置されているすり板の折れの有無を画像処理により検出するパンタグラフ監視装置に適用して好適なものである。
１…列車、１ａ…パンタグラフ、１ｂ…舟体、１ｃ…すり板、２…センサ、３…照明装置、４…監視カメラ、５…画像処理装置、５Ａ…撮影処理部、５Ｂ…パンタグラフ検索処理部、５Ｃ…パンタグラフ舟体形状検査処理部、５ａ…画像データ入力部、５ｂ…パンタグラフ検出情報入力部、５ｃ…設定部、５ｄ…記憶部、５ｅ…検査範囲設定部、５ｆ…鮮鋭化処理部、５ｇ…直線抽出部、５ｈ…折れ判断部、５ｉ…結果データ出力部、６…レール、７…検査パンタグラフ画像、８…検査範囲、９…抽出された直線

Claims (3)

  1. 列車の屋根上を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影された入力画像を画像処理することによりパンタグラフの状態を監視する画像処理手段とを備えたパンタグラフ監視装置において、
    前記画像処理手段が、前記入力画像中の直線を抽出し、抽出した前記直線の状態に基づいて前記パンタグラフの舟体及び前記舟体に設置されているすり板の状態を監視するパンタグラフ舟体形状検査手段を備え、
    前記パンタグラフ舟体形状検査手段が、
    前記入力画像中に撮影されている前記パンタグラフの舟体の長手方向の輪郭を囲むように検査範囲を設定する検査範囲設定手段と、
    検査範囲に対応する部分の画像データに対して鮮鋭化処理を行い前記検査範囲内のエッジを抽出する鮮鋭化処理手段と、
    前記鮮鋭化処理手段により得られたエッジから直線を抽出する直線抽出手段と、
    前記直線抽出手段により抽出した直線の個数、長さ、及び角度に基づいて舟体およびすり板の折れの有無を判断し、前記舟体及びすり板の折れの有無と各検査範囲とを関連付けてなる折れ検査結果データを作成する折れ判断手段と
    を有することを特徴とするパンタグラフ監視装置。
  2. 前記パンタグラフ舟体形状検査手段が、前記折れ検査結果データを出力する結果データ出力手段を有する
    ことを特徴とする請求項１記載のパンタグラフ監視装置。
  3. 前記パンタグラフ舟体形状検査手段が、
    前記入力画像を取り込む画像データ入力手段と、
    パンタグラフ検出情報を取得するパンタグラフ検出情報入力手段と、
    前記検査範囲の大きさ及び前記パンタグラフ舟体の長手方向に延びる直線を抽出するために用いる直線最小長さを設定する設定手段と
    を有することを特徴とする請求項２記載のパンタグラフ監視装置。
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