JP5481862B2 - Pantograph height measuring device and calibration method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、画像処理を用いてパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法に関する。   The present invention relates to a pantograph height measuring device that measures the height of a pantograph using image processing and a calibration method thereof.

電気鉄道設備においては、架線の高さの変動幅を規定値内に収める必要があり、検査項目のひとつとして架線の高さの測定が挙げられる。この架線の高さは、車両の屋根上に設置されている集電装置であるパンタグラフの高さと同値であることから、従来、パンタグラフの高さを測定することによって架線の高さを取得する方法が公知となっている。例えば、このようなパンタグラフの高さを測定する方法として以下のものが挙げられる。   In electric railway facilities, it is necessary to keep the fluctuation range of the height of the overhead line within a specified value, and one of the inspection items is measurement of the height of the overhead line. Since the height of this overhead line is equivalent to the height of the pantograph, which is a current collector installed on the roof of the vehicle, conventionally, the method of obtaining the height of the overhead line by measuring the height of the pantograph Is known. For example, the following is mentioned as a method of measuring the height of such a pantograph.

（イ）レーザセンサ方式
この方式は、パンタグラフをミラー等によりレーザで走査し、反射波の位相差や反射したレーザの形状の変形などにより、パンタグラフの高さを測定する方式である。
（ロ）光切断センサ方式
この方式は、パンタグラフに縞状の光を投光し、パンタグラフの形状に応じて凹凸になった縞を受光し、パンタグラフの高さを測定する方式である。
（ハ）画像処理方式
この方式は、図１４に示すように、車両１０の屋根上に設置したラインセンサカメラ（以下、ラインセンサ）２０でパンタグラフ１０ａを撮影し、撮影した画像に対して処理用コンピュータ３０においてモデルマッチングやパタンマッチング等の処理を行い、パンタグラフ１０ａの高さを測定する方式である（例えば、特許文献１，２参照）。 (A) Laser sensor system This system is a system in which a pantograph is scanned with a laser using a mirror or the like, and the height of the pantograph is measured by the phase difference of reflected waves or the deformation of the shape of the reflected laser.
(B) Light cutting sensor method This method is a method of projecting striped light onto a pantograph, receiving the stripes that are uneven according to the shape of the pantograph, and measuring the height of the pantograph.
(C) Image processing method As shown in FIG. 14, this method uses a line sensor camera (hereinafter referred to as a line sensor) 20 installed on the roof of the vehicle 10 to photograph the pantograph 10 a and processes the captured image. This is a method of measuring the height of the pantograph 10a by performing processing such as model matching and pattern matching in the computer 30 (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

上記の方式のうち、画像処理方式は、ラインセンサ２０により撮影したパンタグラフ１０ａの画像の中から、予め用意しておいたパンタグラフ１０ａのモデルとマッチングする画像上のピクセル位置を抽出し、ラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離や撮影器具のレンズの焦点距離などに基づき、画像上のピクセル位置からパンタグラフ１０ａの実際の高さを算出するものである。   Among the above methods, the image processing method extracts the pixel position on the image matching the model of the pantograph 10a prepared in advance from the image of the pantograph 10a taken by the line sensor 20, and the line sensor 20 The actual height of the pantograph 10a is calculated from the pixel position on the image based on the distance from the to the pantograph 10a, the focal length of the lens of the photographing instrument, and the like.

この画像処理方式は、撮影器具としてラインセンサ２０を用いることで空間分解能を上げ、精度を向上させている。この方式は、レーザセンサ方式や光切断方式に比べて装置が小型になるので、測定専用に製造された検測車だけでなく、営業車にも搭載できるという利点がある。   This image processing method uses a line sensor 20 as a photographing instrument to increase spatial resolution and improve accuracy. This method has an advantage that it can be mounted not only on a test vehicle manufactured exclusively for measurement but also on a commercial vehicle because the device is smaller than the laser sensor method and the light cutting method.

特開２００６−２５０７７４号公報JP 2006-250774 A 特開２００８−１０４３１２号公報JP 2008-104312 A

ラインセンサ２０を用いた方式においては、図１４に破線で示すように、ラインセンサ２０をパンタグラフ１０ａの正面に設置すれば、架線の高さの変動幅において画像の分解能はほぼ一定であるので、精度よくパンタグラフ１０ａの高さを測定することができるが、ラインセンサ２０をパンタグラフ１０ａと同じ高さに設置すると、ラインセンサ２０が架線５と接触し、重大な事故に繋がるおそれがある。   In the method using the line sensor 20, as shown by the broken line in FIG. 14, if the line sensor 20 is installed in front of the pantograph 10a, the resolution of the image is almost constant over the fluctuation range of the height of the overhead line. Although the height of the pantograph 10a can be measured with high precision, if the line sensor 20 is installed at the same height as the pantograph 10a, the line sensor 20 may come into contact with the overhead wire 5 and lead to a serious accident.

そのため、実際には図１４に実線で示すようにパンタグラフ１０ａに対して斜め下方にラインセンサ２０が設置される。ところが、図１４に実線で示すようにラインセンサ２０を設置すると、ラインセンサ２０の光軸がパンタグラフ１０ａの変位方向（鉛直方向）に対して直交せず、斜めに交差することとなり、パンタグラフ１０ａの位置が低い場合と高い場合とでラインセンサ２０によって撮影される画像の分解能が異なる状態となる。具体的にはパンタグラフ１０ａが低い位置にあるほうが、パンタグラフ１０ａとラインセンサ２０との距離が近くなるため、パンタグラフ１０ａの位置が高い場合に比較して分解能が高くなる。   Therefore, actually, the line sensor 20 is installed obliquely below the pantograph 10a as shown by the solid line in FIG. However, when the line sensor 20 is installed as shown by a solid line in FIG. 14, the optical axis of the line sensor 20 is not orthogonal to the displacement direction (vertical direction) of the pantograph 10a but intersects diagonally, and the pantograph 10a The resolution of the image photographed by the line sensor 20 differs depending on whether the position is low or high. Specifically, since the distance between the pantograph 10a and the line sensor 20 is closer when the pantograph 10a is at a lower position, the resolution is higher than when the position of the pantograph 10a is higher.

例えば、特許文献２ではパンタグラフ１０ａの高さをラインセンサ２０のカメラレンズの焦点距離やラインセンサ２０によって撮影した画像上のパンタグラフ１０ａの位置（ピクセル位置）と実際のパンタグラフ１０ａの高さとの関係を表す比を用いて演算を行っている。   For example, in Patent Document 2, the relationship between the height of the pantograph 10a, the focal length of the camera lens of the line sensor 20, and the position (pixel position) of the pantograph 10a on the image photographed by the line sensor 20 and the actual height of the pantograph 10a. The calculation is performed using the expressed ratio.

つまり、実際のパンタグラフ１０ａの高さをＨ、ラインセンサ２０によって撮影した画像上のパンタグラフ１０ａの位置をＰ、画素サイズをｎ、ラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離をｌ、ラインセンサ２０のレンズの焦点距離をｆとすると、それぞれの関係は下記（１）式で表される。
Ｈ：Ｐ×ｎ＝ｌ：ｆ ・・・（１） That is, the actual height of the pantograph 10a is H, the position of the pantograph 10a on the image photographed by the line sensor 20 is P, the pixel size is n, the distance from the line sensor 20 to the pantograph 10a is l, and the lens of the line sensor 20 If f is the focal length, each relationship is expressed by the following equation (1).
H: P × n = 1: f (1)

これを展開すると下記（２）式となる。
Ｈ＝（ｌ×Ｐ×ｎ）／ｆ ・・・（２） When this is expanded, the following equation (2) is obtained.
H = (l × P × n) / f (2)

この（２）式を用いてパンタグラフ１０ａの実際の高さを求めている。しかし、このような計算を行うためには、レンズの焦点距離ｆやラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離ｌなどを予め測定する必要があり、作業性が悪いという問題があった。   Using this equation (2), the actual height of the pantograph 10a is obtained. However, in order to perform such a calculation, it is necessary to measure in advance the focal length f of the lens, the distance l from the line sensor 20 to the pantograph 10a, and there is a problem that workability is poor.

さらに、ラインセンサ２０を図１４に破線で示す位置に設置すればラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離ｌは一定でよいが、ラインセンサ２０を図１４に実線で示す位置に設置した場合は画像上のピクセルの位置毎に距離ｌの値が異なるので、距離ｌを一定として演算を行うと演算結果に誤差が生じる。そのため、ラインセンサ２０をパンタグラフ１０ａに対して斜め下方に設置した場合は、射影変換などを用いて高さの補正計算を行う必要があった。この計算を行うためには、ラインセンサ２０の仰角が必要であり、複雑な演算を行う必要があった。   Further, if the line sensor 20 is installed at the position indicated by the broken line in FIG. 14, the distance l from the line sensor 20 to the pantograph 10a may be constant, but if the line sensor 20 is installed at the position indicated by the solid line in FIG. Since the value of the distance l is different for each position of the upper pixel, an error occurs in the calculation result when the calculation is performed with the distance l constant. Therefore, when the line sensor 20 is installed obliquely below the pantograph 10a, it is necessary to perform height correction calculation using projective transformation or the like. In order to perform this calculation, the elevation angle of the line sensor 20 is required, and it is necessary to perform complicated calculations.

このようなことから本発明は、パンタグラフの高さ測定におけるキャリブレーションを簡易に行うことを可能としたパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a pantograph height measuring apparatus and a calibration method thereof that can easily perform calibration in measuring the height of a pantograph.

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高さ測定装置は、車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されるラインセンサと、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析する画像処理手段とを備え、走行中の車両の前記パンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、前記パンタグラフの前記ラインセンサによって撮影される端面にマーカが設けられ、前記ラインセンサが複数段階で高さを変更される前記パンタグラフのそれぞれの高さ毎に前記マーカを撮影し、前記画像処理手段が、前記ラインセンサによって撮影した画像から得られる前記マーカの画像上の位置と前記マーカの実際の高さとの関係を二次曲線として示す関係式を求め、この関係式を用いて前記ラインセンサによって撮影した前記パンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さを算出するように構成されたことを特徴とする。
A pantograph height measuring device according to a first invention for solving the above-described problem is a line sensor installed on a roof of a vehicle so that an optical axis obliquely intersects a displacement direction of the pantograph , An image processing means for analyzing an image photographed by the line sensor, and a pantograph height measuring device for measuring the height of the pantograph of a running vehicle, wherein a marker is provided on an end face photographed by the line sensor of the pantograph And the line sensor is photographed at each height of the pantograph whose height is changed in a plurality of stages, and the image processing means obtains the marker obtained from an image photographed by the line sensor. It obtains a relational expression indicating the position on the image and the relationship between the actual height of the marker as a quadratic curve, using the equation Characterized in that it is configured to calculate the height of the actual pantograph from a position on the image of the pantograph photographed by the line sensor.

上記の課題を解決するための第２の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、一つの前記マーカが前記パンタグラフに固定されたことを特徴とする。   A pantograph height measuring device according to a second invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that, in the pantograph height measuring device according to the first invention, one of the markers is fixed to the pantograph. .

上記の課題を解決するための第３の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、複数の前記マーカが前記パンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定されたことを特徴とする。   A pantograph height measuring device according to a third aspect of the present invention for solving the above-mentioned problem is the pantograph height measuring device according to the first aspect of the invention, wherein the plurality of markers are aligned on the pantograph along a vertical direction. It is fixed.

上記の課題を解決するための第４の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第１乃至第３のいずれかの発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、前記演算処理手段が、前記ラインセンサによって撮影された画像を時系列的に並べてなるキャリブレーション用画像を作成する入力画像作成部と、前記キャリブレーション用画像に対して二値化処理を施してなる二値化画像を作成する二値化処理部と、前記二値化画像から前記マーカのピクセル位置を検出するピクセル位置検出部と、前記マーカの前記二値化画像上の位置と実際の高さとに基づいて前記関係式を算出する関係式演算部とを備えることを特徴とする。   A pantograph height measuring device according to a fourth aspect of the present invention for solving the above problems is the pantograph height measuring device according to any one of the first to third aspects of the invention, wherein the arithmetic processing means is operated by the line sensor. An input image creation unit that creates a calibration image in which photographed images are arranged in time series, and binarization that creates a binarized image obtained by performing binarization processing on the calibration image A relationship that calculates a relational expression based on a processing unit, a pixel position detection unit that detects a pixel position of the marker from the binarized image, and a position of the marker on the binarized image and an actual height And an expression calculation unit.

上記の課題を解決するための第５の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されたラインセンサによって、走行中の前記車両の前記パンタグラフを撮影し、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析して前記パンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法であって、マーカを前記パンタグラフの前記ラインセンサによって撮影される端面に設置する第一の工程と、前記ラインセンサによって前記マーカを撮影する第二の工程と、前記画像処理手段において前記ラインセンサによって撮影された画像上の前記マーカの位置を検出するとともに、検出された前記マーカの画像上の位置と前記マーカの実際の位置との関係を二次曲線として示す関係式を算出する第三の工程とからなることを特徴とする。
A calibration method for a pantograph height measuring device according to a fifth aspect of the present invention for solving the above-described problem is installed on the roof of a vehicle so that the optical axis obliquely intersects the displacement direction of the pantograph by the line sensor, photographs the pantograph of the vehicle during traveling, a calibration method for pantograph height measuring device for measuring the height of the pantograph by analyzing the image taken by the line sensor, the marker A first step of installing on the end face of the pantograph taken by the line sensor; a second step of taking the marker by the line sensor; and an image on the image taken by the line sensor in the image processing means. While detecting the position of the marker, the position of the detected marker on the image and the Characterized by comprising the relation between the actual position of the over mosquitoes and a third step of calculating a relational expression showing a quadratic curve.

上記の課題を解決するための第６の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、前記ラインセンサが、前記パンタグラフに固定された一つのマーカを撮影することを特徴とする。   A calibration method for a pantograph height measuring apparatus according to a sixth invention for solving the above-described problem is characterized in that the line sensor images one marker fixed to the pantograph.

上記の課題を解決するための第７の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、前記ラインセンサが、前記パンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定された複数の前記マーカを撮影することを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a calibration method for a pantograph height measuring apparatus, wherein the line sensor images a plurality of the markers fixed on the pantograph in a straight line along a vertical direction. It is characterized by doing.

上記の課題を解決するための第８の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、前記画像処理手段が、前記ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成し、前記入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成し、前記二値化画像上の前記マーカの位置を検出し、前記二値化画像上の前記マーカの位置及び前記マーカの実際の位置に基づいて前記関係式を算出することを特徴とする。   A calibration method for a pantograph height measuring apparatus according to an eighth aspect of the present invention for solving the above-described problem is characterized in that the image processing means generates an input image in which image signals input from the line sensor are arranged in time series. Creating a binarized image obtained by binarizing the input image, detecting the position of the marker on the binarized image, and the position of the marker on the binarized image and the The relational expression is calculated based on the actual position of the marker.

上述した第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されるラインセンサと、ラインセンサによって撮影した画像を解析する画像処理手段とを備え、走行中の車両のパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、パンタグラフのラインセンサによって撮影される端面にマーカが設けられ、ラインセンサが複数段階で高さを変更されるパンタグラフのそれぞれの高さ毎にマーカを撮影し、画像処理手段が、ラインセンサによって撮影した画像から得られるマーカの画像上の位置とマーカの実際の高さとの関係を二次曲線として示す関係式を求め、この関係式を用いてラインセンサによって撮影したパンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さを算出するように構成されたので、ラインセンサのカメラレンズの焦点距離やラインセンサからパンタグラフまでの距離、画像の分解能、ラインセンサの仰角などを考慮しなくてもパンタグラフの高さを複数段階で変更したときのマーカを撮影した画像を解析することにより、作業者によらずラインセンサによって撮影したパンタグラフの画像上の位置から実際の位置を導出するための関数を容易に演算することができ、ラインセンサが斜め上方を見上げるような状態で撮影を行う場合であっても複雑な計算をすることなく、パンタグラフの高さ測定の精度を向上させることができる。
According to the pantograph height measuring apparatus according to the first aspect described above, the line sensor is installed on the roof of the vehicle so that the optical axis obliquely intersects the displacement direction of the pantograph, and is photographed by the line sensor. In the pantograph height measuring device for measuring the height of the pantograph of a running vehicle, a marker is provided on an end surface photographed by the pantograph line sensor, and a plurality of line sensors are provided. The marker is photographed for each height of the pantograph whose height is changed in stages, and the relationship between the position of the marker on the image obtained by the image processing means from the image photographed by the line sensor and the actual height of the marker the obtained relation formula showing a quadratic curve, the position on the image of the pantograph photographed by a line sensor using the relationship Because it is configured to calculate the actual pantograph height, the pantograph without considering the focal length of the camera lens of the line sensor, the distance from the line sensor to the pantograph, the resolution of the image, the elevation angle of the line sensor, etc. By analyzing the image of the marker when the height of the image is changed in multiple steps, it is easy for the function to derive the actual position from the position on the pantograph image captured by the line sensor, regardless of the operator. Even when the image is taken with the line sensor looking up obliquely upward, the accuracy of pantograph height measurement can be improved without complicated calculations.

第２の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、一つのマーカがパンタグラフに固定されたので、簡素な構成でキャリブレーションを実施することができる。   According to the pantograph height measuring apparatus according to the second invention, since one marker is fixed to the pantograph, calibration can be performed with a simple configuration.

第３の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、複数のマーカがパンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定されたので、パンタグラフの高さを調整する回数及びラインセンサによってマーカを撮影する回数を削減することができる。   According to the pantograph height measuring apparatus according to the third invention, since the plurality of markers are fixed on the pantograph in a straight line along the vertical direction, the marker is photographed by the number of times the height of the pantograph is adjusted and the line sensor. The number of times can be reduced.

第４の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、演算処理手段が、ラインセンサによって撮影された画像を時系列的に並べてなるキャリブレーション用画像を作成する入力画像作成部と、キャリブレーション用画像に対して二値化処理を施してなる二値化画像を作成する二値化処理部と、二値化画像からマーカのピクセル位置を検出するピクセル位置検出部と、マーカの二値化画像上の位置と実際の高さとに基づいて関係式を算出する関係式演算部とを備えるので、ラインセンサによって撮影した画像上の位置から実際の位置を導出するための関数を算出する処理を円滑に行うことができる。   According to the pantograph height measuring apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the calculation processing means generates an image for calibration in which images taken by the line sensor are arranged in time series, and the calibration A binarization processing unit that creates a binarized image obtained by performing binarization processing on an image, a pixel position detection unit that detects a pixel position of the marker from the binarized image, and a binarized image of the marker Since a relational expression calculation unit that calculates a relational expression based on the upper position and the actual height is provided, the process for calculating the function for deriving the actual position from the position on the image captured by the line sensor is smoothly performed. Can be done.

第５の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されたラインセンサによって、走行中の車両のパンタグラフを撮影し、ラインセンサによって撮影した画像を解析してパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法であって、マーカをパンタグラフのラインセンサによって撮影される端面に設置する第一の工程と、ラインセンサによってマーカを撮影する第二の工程と、画像処理手段においてラインセンサによって撮影された画像上のマーカの位置を検出するとともに、検出されたマーカの画像上の位置とマーカの実際の位置との関係を二次曲線として示す関係式を算出する第三の工程とからなるので、ラインセンサのカメラレンズの焦点距離やラインセンサからパンタグラフまでの距離、画像の分解能、ラインセンサの仰角などを考慮しなくてもパンタグラフの高さを複数段階で変更したときのマーカを撮影した画像を解析することにより、作業者によらずラインセンサによって撮影したパンタグラフの画像上の位置から実際の位置を導出するための関数を容易に演算することができ、ラインセンサが斜め上方を見上げるような状態で撮影を行う場合であっても複雑な計算をすることなく、パンタグラフの高さ測定の精度を向上させることができる。 According to the calibration method of the pantograph height measuring apparatus according to a fifth aspect of the invention, on the roof of the vehicle, by the installed line sensor so that the optical axis intersects obliquely to the displacement direction of the pantograph, traveling Is a calibration method for a pantograph height measuring device that measures the height of a pantograph by analyzing the image taken by the line sensor and measuring the height of the pantograph, and a marker is placed on the end face imaged by the pantograph line sensor. A first step of installing, a second step of photographing the marker by the line sensor, and detecting the position of the marker on the image photographed by the line sensor in the image processing means, and on the detected marker image a third step of calculating a relational expression showing the relation between the actual position of the marker as a quadratic curve Because it consists of the focal length of the camera lens of the line sensor, the distance from the line sensor to the pantograph, the resolution of the image, the elevation angle of the line sensor, etc., the marker when changing the height of the pantograph in multiple steps By analyzing the captured image, it is possible to easily calculate a function for deriving the actual position from the position on the image of the pantograph captured by the line sensor regardless of the operator. Even when shooting in a state of looking up, the accuracy of pantograph height measurement can be improved without complicated calculations.

第６の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、ラインセンサが、パンタグラフに固定された一つのマーカを撮影するので、簡素な構成でキャリブレーションを実施することができる。   According to the calibration method of the pantograph height measuring apparatus according to the sixth aspect of the invention, since the line sensor images one marker fixed to the pantograph, calibration can be performed with a simple configuration.

第７の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、ラインセンサが、パンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定された複数のマーカを撮影するので、パンタグラフの高さを調整する回数及びラインセンサによってマーカを撮影する回数を削減することができる。   According to the calibration method of the pantograph height measuring device according to the seventh aspect of the invention, the line sensor images a plurality of markers fixed on a straight line along the vertical direction on the pantograph, so the height of the pantograph is adjusted. And the number of times the marker is photographed by the line sensor can be reduced.

第８の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、画像処理手段が、ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成し、入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成し、二値化画像上のマーカの位置を検出し、二値化画像上のマーカの位置及びマーカの実際の位置に基づいて関係式を算出するので、ラインセンサによって撮影した画像上の位置から実際の位置を導出するための関数を算出する処理を円滑に行うことができる。   According to the calibration method of the pantograph height measuring apparatus according to the eighth invention, the image processing means creates an input image in which the image signals input from the line sensor are arranged in time series, and the input image is binarized. Since a binarized image formed by binarization processing is created, the position of the marker on the binarized image is detected, and a relational expression is calculated based on the position of the marker on the binarized image and the actual position of the marker Thus, it is possible to smoothly perform a process of calculating a function for deriving the actual position from the position on the image captured by the line sensor.

本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置の設置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of installation of the pantograph height measuring apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置の処理用コンピュータの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the computer for a process of the pantograph height measuring apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置のマーカの設置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a marker installation of the pantograph height measuring apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置におけるキャリブレーションの流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the calibration in the pantograph height measuring apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置によって取得されるキャリブレーション用画像の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the image for a calibration acquired by the pantograph height measuring apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１において得られるパンタグラフの実際の高さと画像中のピクセル位置との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the actual height of the pantograph obtained in Example 1 of this invention, and the pixel position in an image. 本発明の実施例２に係るマーカの固定例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fixed example of the marker which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例２における処理用コンピュータにおける処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process in the computer for a process in Example 2 of this invention. 本発明の実施例２において得られるキャリブレーション用画像の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the image for a calibration obtained in Example 2 of this invention. ラインセンサの設置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of installation of a line sensor.

以下、図面を参照して本発明に係るパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法の詳細を説明する。   The details of the pantograph height measuring apparatus and the calibration method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１乃至図６を用いて本発明に係るパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法の第１の実施例を説明する。図１は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定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高さ測定装置の処理用コンピュータ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高さ測定装置のマーカの設置例を示す説明図、図４は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置におけるキャリブレーションの流れを示すフローチャート、図５は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によって取得されるキャリブレーション用画像の例を示す説明図、図６は本実施例において得られるパンタグラフの実際の高さと画像中のピクセル位置との関係を示すグラフである。   A first embodiment of the pantograph height measuring apparatus and its calibration method according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory view showing an installation example of a pantograph height measuring apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a processing computer of the pantograph height measuring apparatus according to the present embodiment, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of marker installation of the pantograph height measuring apparatus according to the embodiment, FIG. 4 is a flowchart showing a flow of calibration in the pantograph height measuring apparatus according to the present embodiment, and FIG. 5 is a pantograph according to the present embodiment. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the actual height of the pantograph obtained in this embodiment and the pixel position in the image.

図１に示すように、本実施例においてパンタグラフ高さ測定装置は、車両１０の屋根上に固定されるラインセンサ２０と、車両１０の内部に設置される演算処理手段としての処理用コンピュータ３０と、パンタグラフ１０ａに固定されたマーカ４０と、モニタ５０と、マーカ４０に照明を照射する照明装置６０とを備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, in this embodiment, the pantograph height measuring device includes a line sensor 20 fixed on the roof of the vehicle 10, and a processing computer 30 serving as an arithmetic processing unit installed inside the vehicle 10. The marker 40 fixed to the pantograph 10a, the monitor 50, and the illumination device 60 that illuminates the marker 40 are configured.

ラインセンサ２０は、車両１０の屋根上にパンタグラフ１０ａを撮影するように設置されている。即ち、ラインセンサ２０は、その光軸が斜め上方に向くように、且つその走査線方向がパンタグラフ１０ａと直交するようにその向きを設定されている。このラインセンサ２０によって取得した画像信号は処理用コンピュータ３０に入力される。   The line sensor 20 is installed on the roof of the vehicle 10 so as to photograph the pantograph 10a. That is, the direction of the line sensor 20 is set so that the optical axis thereof is obliquely upward and the scanning line direction is orthogonal to the pantograph 10a. The image signal acquired by the line sensor 20 is input to the processing computer 30.

処理用コンピュータ３０は、マーカ４０の画像上の位置と実際の位置との関係式である架線高さ計算用近似式を算出する機能を有し、図２に示すように、入力画像作成部３１、二値化処理部３２、ピクセル位置検出部３３、関係式演算部としての近似式演算部３４、及びメモリ３５Ａ，３５Ｂを備えている。また、この処理用コンピュータ３０には後述するキャリブレーション用画像や二値化画像を表示可能に構成されたモニタ５０が接続されている。   The processing computer 30 has a function of calculating an approximate expression for overhead line height calculation, which is a relational expression between the position of the marker 40 on the image and the actual position, and as shown in FIG. , A binarization processing unit 32, a pixel position detection unit 33, an approximate expression calculation unit 34 as a relational expression calculation unit, and memories 35A and 35B. The processing computer 30 is connected to a monitor 50 configured to display a calibration image and a binarized image, which will be described later.

架線高さ計算用近似式を算出するための構成において、入力画像作成部３１は、ラインセンサ２０から入力されるマーカ４０を撮影して得られた画像信号を時系列的に並べてなるキャリブレーション用画像１（図５参照）を作成する。このキャリブレーション用画像１は、メモリ３５Ａ，３５Ｂを経て、二値化処理部３２へ送られる。   In the configuration for calculating the approximate expression for calculating the overhead line height, the input image creating unit 31 is for calibration in which image signals obtained by photographing the markers 40 input from the line sensor 20 are arranged in time series. Image 1 (see FIG. 5) is created. The calibration image 1 is sent to the binarization processing unit 32 via the memories 35A and 35B.

二値化処理部３２は、入力画像作成部３１から入力されるキャリブレーション用画像１に対して二値化処理を行い、二値化画像を作成する。この二値化処理により、キャリブレーション用画像１からラインセンサ２０によって撮影されたマーカ４０以外のものをノイズとして除去する。二値化処理部３２において作成された二値化画像は、メモリ３５Ｂを経てピクセル位置検出部３３へ送られる。   The binarization processing unit 32 performs binarization processing on the calibration image 1 input from the input image creation unit 31 to create a binarized image. By this binarization processing, the parts other than the marker 40 photographed by the line sensor 20 from the calibration image 1 are removed as noise. The binarized image created by the binarization processing unit 32 is sent to the pixel position detection unit 33 via the memory 35B.

ピクセル位置検出部３３は、二値化処理部３２から入力される二値化画像に対してパタンマッチング処理を行い、マーカ４０のピクセル位置として画像上のマーカ４０の位置（例えば、ラインセンサ２０の撮影ラインの下端からマーカ４０までの距離）を検出する。このピクセル位置検出部３３において検出されたマーカ４０のピクセル位置はメモリ３５Ｂを経て近似式演算部３４へ送られる。   The pixel position detection unit 33 performs pattern matching processing on the binarized image input from the binarization processing unit 32, and the position of the marker 40 on the image (for example, the line sensor 20) as the pixel position of the marker 40. The distance from the lower end of the imaging line to the marker 40) is detected. The pixel position of the marker 40 detected by the pixel position detector 33 is sent to the approximate expression calculator 34 via the memory 35B.

近似式演算部３４は、ピクセル位置検出部３３から入力されるマーカ４０のピクセル位置と実際に測定したマーカ４０の高さとから、最小二乗法を用いてラインセンサ２０によって撮影したパンタグラフ１０ａの画像上の位置を実際の架線の高さに変換するための関数である架線高さ計算用近似式を求める。この近似式演算部３４において算出された架線高さ計算用近似式は、メモリ３５Ｂに保存される。   The approximate expression calculation unit 34 uses the pixel position of the marker 40 input from the pixel position detection unit 33 and the actually measured height of the marker 40 on the image of the pantograph 10a captured by the line sensor 20 using the least square method. An approximate expression for calculating the overhead line, which is a function for converting the position of to the actual overhead line height, is obtained. The approximate expression for overhead line calculation calculated in the approximate expression calculation unit 34 is stored in the memory 35B.

ここで、最小二乗法とは、測定で得られた数値の組を適当なモデルから想定される一次関数、対数曲線など特定の関数を用いて近似するときに、想定する関数が測定値に対してよい近似となるように、残差の二乗和を最小とするような係数を決定する方法である。   Here, the least square method means that when a set of numerical values obtained by measurement is approximated using a specific function such as a linear function or logarithmic curve assumed from an appropriate model, the assumed function is This is a method of determining a coefficient that minimizes the sum of squares of the residuals so that a good approximation can be obtained.

このように構成されることにより、処理用コンピュータ３０はラインセンサ２０から入力される画像信号を解析して架線高さ計算用近似式を算出することができる。   With this configuration, the processing computer 30 can calculate the overhead line height calculation approximate expression by analyzing the image signal input from the line sensor 20.

マーカ４０は、光を反射する部材から構成され、図１及び図３に示すようにパンタグラフ１０ａのラインセンサ２０側の端面にラインセンサ２０によって撮影可能な範囲で任意の位置に設置される。なお、マーカ４０の大きさは任意に決定する。   The marker 40 is composed of a member that reflects light, and is installed at an arbitrary position within a range that can be photographed by the line sensor 20 on the end surface of the pantograph 10a on the line sensor 20 side as shown in FIGS. The size of the marker 40 is arbitrarily determined.

以下、図４に示すフローチャートに基づいて本実施例の処理用コンピュータ３０におけるラインセンサ２０のキャリブレーションを行う際の手順について説明する。   The procedure for calibrating the line sensor 20 in the processing computer 30 of this embodiment will be described below based on the flowchart shown in FIG.

マーカ４０をパンタグラフ１０ａに固定し、ラインセンサ２０によってマーカ４０の撮影を開始したら、処理用コンピュータ３０において、図４に示すように、ラインセンサ２０から入力されるマーカ４０の画像を時系列的に並べ、図５に示すようなキャリブレーション用画像１を作成する（ステップＰＡ１）。図５に示すように、マーカ４０は照明装置６０の光を反射するため、キャリブレーション用画像１においてマーカ４０の軌跡１ａは背景１ｂの中に白い帯状の領域として表示される。   When the marker 40 is fixed to the pantograph 10a and the imaging of the marker 40 is started by the line sensor 20, the processing computer 30 displays the image of the marker 40 input from the line sensor 20 in time series as shown in FIG. A calibration image 1 as shown in FIG. 5 is created (step PA1). As shown in FIG. 5, since the marker 40 reflects the light of the illumination device 60, the locus 1a of the marker 40 in the calibration image 1 is displayed as a white band-like region in the background 1b.

続いて、実際のマーカ４０の高さを測定する（ステップＰＡ２）。測定した実際のマーカ４０の高さは、メモリ３５Ｂに保存する。その後、二値化処理部３２においてキャリブレーション用画像１に対して二値化処理を行い、二値化画像を作成する（ステップＰＡ３）。これにより、キャリブレーション用画像１からラインセンサ２０によって撮影されたマーカ４０以外のものがノイズとして除去される。   Subsequently, the actual height of the marker 40 is measured (step PA2). The measured height of the actual marker 40 is stored in the memory 35B. Thereafter, the binarization processing unit 32 performs binarization processing on the calibration image 1 to create a binarized image (step PA3). Thereby, things other than the marker 40 photographed by the line sensor 20 from the calibration image 1 are removed as noise.

続いて、ピクセル位置検出部３３において二値化画像からマーカ４０の位置を検出する（ステップＰＡ４）。即ち、パタンマッチングにより二値化画像上からマーカ４０の幅に対応する幅の部分をマーカ４０の軌跡として抽出し、この位置をマーカ４０の画像上の位置（ピクセル位置）として検出する。   Subsequently, the pixel position detection unit 33 detects the position of the marker 40 from the binarized image (step PA4). That is, a portion having a width corresponding to the width of the marker 40 is extracted as a locus of the marker 40 from the binarized image by pattern matching, and this position is detected as a position (pixel position) of the marker 40 on the image.

続いて、ピクセル位置検出部３３において検出したマーカ４０のピクセル位置とステップＰＡ２で測定したマーカ４０の実際の高さとを対応させてメモリ３５Ｂに保存する（ステップＰＡ５）。   Subsequently, the pixel position of the marker 40 detected by the pixel position detection unit 33 and the actual height of the marker 40 measured in step PA2 are associated with each other and stored in the memory 35B (step PA5).

続いて、マーカ４０の高さの測定を行った回数、より詳しくは、パンタグラフの高さを変更してマーカ４０の高さを測定した回数が設定回数であるＮ回に達したか否かを判定する（ステップＰＡ６）。ここで、マーカ４０の高さ測定の設定回数Ｎは、マーカ４０の実際の高さと画像上の位置との対応点が精度よく架線高さ計算用近似式を算出できる程度の回数に設定すればよい。   Subsequently, the number of times the height of the marker 40 is measured, more specifically, whether or not the number of times the height of the marker 40 is measured by changing the height of the pantograph has reached the set number N times. Determine (step PA6). Here, the set number N of height measurements of the marker 40 is set so that the corresponding point between the actual height of the marker 40 and the position on the image can accurately calculate the overhead line height calculation approximate expression. Good.

判定の結果、マーカ４０の高さ測定を行った回数がＮ回に満たない場合はステップＰＡ１に戻る。このとき、続いて行うステップＰＡ１〜ステップＰＡ６の処理はパンタグラフ１０ａの高さを架線の変動幅の範囲内で変更してから行う。   As a result of the determination, if the number of times the height of the marker 40 has been measured is less than N, the process returns to step PA1. At this time, the subsequent processing of step PA1 to step PA6 is performed after the height of the pantograph 10a is changed within the range of the fluctuation range of the overhead line.

一方、マーカ４０の高さ測定を行った回数がＮ回に達した場合はメモリ３５Ｂに保存しておいたマーカ４０のピクセル位置と実際の高さとの対応関係を近似式演算部３４に入力し、近似式演算部３４においてラインセンサ２０によって撮影したパンタグラフ１０ａの画像から、パンタグラフ１０ａの高さ、換言すると、架線の高さを算出するための関係式である架線高さ計算用近似式を最小二乗法により求める（ステップＰＡ７）。   On the other hand, when the number of times the height of the marker 40 is measured reaches N times, the correspondence relationship between the pixel position of the marker 40 stored in the memory 35B and the actual height is input to the approximate expression calculation unit 34. The approximate expression for calculating the overhead line height, which is a relational expression for calculating the height of the pantograph 10a, in other words, the height of the overhead line, from the image of the pantograph 10a taken by the line sensor 20 in the approximate expression calculation unit 34 is minimized. Obtained by the square method (step PA7).

架線高さ計算用近似式の算出方法についてより詳しく説明する。本実施例において、マーカ４０の高さ計測をＮ回行い、マーカ４０の実際の高さｉＬ（Ｌ，２Ｌ，３Ｌ，…，（Ｎ−２）Ｌ，（Ｎ−１）Ｌ，ＮＬ）と、二値化画像上のマーカ４０のピクセル位置ｐｉ（ｐ１，ｐ２，ｐ３，…，ｐＮ−２，ｐＮ−１，ｐＮ）とを対応させると、図６に示すような曲線が得られる。近似式演算部３４では、この曲線を基に最小二乗法により架線高さ計算用近似式として二次曲線の近似式を求める。   The calculation method of the approximate expression for overhead line calculation will be described in more detail. In this embodiment, the height of the marker 40 is measured N times, and the actual height iL (L, 2L, 3L, ..., (N-2) L, (N-1) L, NL) of the marker 40 is When the pixel positions pi (p1, p2, p3,..., PN-2, pN-1, pN) of the marker 40 on the binarized image are made to correspond, a curve as shown in FIG. 6 is obtained. Based on this curve, the approximate expression calculation unit 34 obtains an approximate expression of a quadratic curve as an approximate expression for overhead line calculation by the method of least squares.

このような処理を行うことにより、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置では、パンタグラフの高さ測定を行う前に、マーカ４０の実際の高さｉＬ（Ｌ，２Ｌ，３Ｌ，…，（Ｎ−２）Ｌ，（Ｎ−１）Ｌ，ＮＬ）と、二値化画像上のマーカ４０のピクセル位置ｐｉ（ｐ１，ｐ２，ｐ３，…，ｐＮ−２，ｐＮ−１，ｐＮ）とのＮ個の対応関係（比率）を用いて二値化画像上のすべての点と実際の高さとの対応関係（比率）を架線高さ計算用近似式として推測することができ、この架線高さ計算用近似式を用いることにより装置のキャリブレーションを高精度に行うことができる。   By performing such processing, in the pantograph height measuring device according to the present embodiment, the actual height iL (L, 2L, 3L,..., (N) of the marker 40 is measured before measuring the height of the pantograph. -2) L, (N-1) L, NL) and N of pixel positions pi (p1, p2, p3, ..., pN-2, pN-1, pN) of the marker 40 on the binarized image. The correspondence (ratio) between all points on the binarized image and the actual height can be inferred as an approximate expression for overhead line calculation using the individual correspondence (ratio). By using the approximate expression, the apparatus can be calibrated with high accuracy.

ここで、この近似式を用いて架線の高さを求めるには、まず、特許文献２のようにパタンマッチングなどの画像処理によって撮影画像中のパンタグラフ１０ａのピクセル位置を計算する。計算したピクセル位置をステップＰＡ４で求めた近似式に代入することで、ラインセンサ２０の光軸が斜めを向いた状態でも精度よくパンタグラフ１０ａの高さを求めることができる。なお、実際の架線の高さを求める場合は、地面からマーカ４０までの高さなどをオフセットとして加算する必要がある。   Here, in order to obtain the height of the overhead line using this approximate expression, first, the pixel position of the pantograph 10a in the captured image is calculated by image processing such as pattern matching as in Patent Document 2. By substituting the calculated pixel position into the approximate expression obtained in step PA4, the height of the pantograph 10a can be obtained with high accuracy even when the optical axis of the line sensor 20 is inclined. In addition, when calculating | requiring the height of an actual overhead wire, it is necessary to add the height etc. from the ground to the marker 40 as an offset.

このように構成された本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、ラインセンサのカメラレンズの焦点距離やラインセンサからパンタグラフまでの距離、画像の分解能などを考慮しなくても、マーカ４０を撮影した画像を解析することで下線高さ計算用近似式を求めることができるので、作業者によらず簡単にキャリブレーションを行うことができる。   According to the pantograph height measuring apparatus according to the present embodiment configured as described above, the marker 40 can be used without considering the focal length of the camera lens of the line sensor, the distance from the line sensor to the pantograph, the resolution of the image, and the like. Since the underline height calculation approximate expression can be obtained by analyzing the image obtained by photographing the image, the calibration can be easily performed regardless of the operator.

これにより、ラインセンサ２０の光軸が斜め上方を向いた状態で撮影した場合であっても、ラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離やカメラ仰角などを考慮した複雑な計算をすることなく、パンタグラフ１０ａの高さの測定を高精度に行うことができる。   Thereby, even when the image is taken with the optical axis of the line sensor 20 facing obliquely upward, the pantograph can be obtained without performing complicated calculations taking into account the distance from the line sensor 20 to the pantograph 10a, the camera elevation angle, and the like. Measurement of the height of 10a can be performed with high accuracy.

図７乃至図９を用いて本発明に係るパンタグラフ高さ測定装置の第２の実施例を説明する。図７は本実施例に係るマーカの固定例を示す説明図、図８は本実施例における処理用コンピュータにおける処理の流れを示すフローチャート、図９は本実施例において得られるキャリブレーション用画像の例を示す説明図である。   A second embodiment of the pantograph height measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a fixed example of a marker according to the present embodiment, FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing in the processing computer in the present embodiment, and FIG. 9 is an example of a calibration image obtained in the present embodiment. It is explanatory drawing which shows.

本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置は、実施例１のマーカ４０に対し、図７に示す二つのマーカ４１，４２を用いる。その他の構成は図１乃至図６に示し上述した実施例１のものと同様であり、以下、実施例１と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する。   The pantograph height measuring apparatus according to the present embodiment uses two markers 41 and 42 shown in FIG. 7 for the marker 40 of the first embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 6 described above, and members having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. .

図７に示すように、マーカ４１，４２は光を反射する部材からなり、パンタグラフ１０ａのラインセンサ２０側の端面に鉛直方向に沿って一直線上に固定されている。   As shown in FIG. 7, the markers 41 and 42 are made of a member that reflects light, and are fixed in a straight line along the vertical direction on the end surface of the pantograph 10a on the line sensor 20 side.

以下、図８に示すフローチャートに基づいて本実施例の処理用コンピュータ３０におけるパンタグラフ高さ測定のキャリブレーションの手順を説明する。   Hereinafter, a calibration procedure for pantograph height measurement in the processing computer 30 of the present embodiment will be described based on the flowchart shown in FIG.

図８に示すように、本実施例の処理用コンピュータ３０では、まず、入力画像作成部３１においてラインセンサ２０から入力される画像信号を時系列的に並べ、図９に示すような画像（以下、キャリブレーション用画像という）２を作成する（ステップＰＢ１）。本実施例においてマーカ４１，４２は照明装置６０の光を反射するため、図９に示すようにキャリブレーション用画像２には、マーカ４１，４２の軌跡２ａ，２ｂが背景２ｃの中に白色の帯状の領域として表示される。   As shown in FIG. 8, in the processing computer 30 of this embodiment, first, the input image creation unit 31 arranges the image signals input from the line sensor 20 in time series, and displays an image as shown in FIG. 2) (referred to as calibration image) (step PB1). In the present embodiment, the markers 41 and 42 reflect the light of the illumination device 60. Therefore, as shown in FIG. 9, in the calibration image 2, the trajectories 2a and 2b of the markers 41 and 42 are white in the background 2c. Displayed as a band-like area.

続いて、実際のマーカ４１，４２の高さを測定する（ステップＰＡ２）。得られた実際のマーカ４０の高さは、メモリ３５Ｂに保存される。その後、二値化処理部３２においてキャリブレーション用画像２に対して二値化処理を行い、二値化画像を作成する（ステップＰＢ３）。これによりラインセンサ２０によって撮影されたマーカ４１，４２以外の部分がノイズとして除去される。   Subsequently, the actual heights of the markers 41 and 42 are measured (step PA2). The obtained height of the actual marker 40 is stored in the memory 35B. Thereafter, the binarization processing unit 32 performs binarization processing on the calibration image 2 to create a binarized image (step PB3). As a result, portions other than the markers 41 and 42 photographed by the line sensor 20 are removed as noise.

続いて、ピクセル位置検出部３３において二値化画像上のマーカ４１，４２の部分を抽出し、これからピクセル位置としてマーカ４１，４２の画像上の位置を検出する（ステップＰＢ４）。例えば、本実施例ではマーカ４１，４２の画像上の位置として図９に示すように領域２ａ，２ｂと背景２ｃとの境界線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの位置（本実施例ではラインセンサ２０の撮影ラインの下端から境界線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄまでの距離ｐi，ｐj，ｐk，ｐl）を検出する。 Subsequently, the pixel position detection unit 33 extracts portions of the markers 41 and 42 on the binarized image, and detects the positions of the markers 41 and 42 on the image as pixel positions (step PB4). For example, in this embodiment, the positions of the markers 41 and 42 on the image are the positions of the boundary lines 3a, 3b, 3c, and 3d between the regions 2a and 2b and the background 2c as shown in FIG. 9 (in this embodiment, the line sensor 20 , Distances p i , p j , p k , p l ) from the lower end of the imaging line to the boundary lines 3a, 3b, 3c, 3d.

続いて、検出した複数のピクセル位置ｐi，ｐj，ｐk，ｐlを実際のパンタグラフ１０ａの高さｉＬ，ｊＬ，ｋＬ，ｌＬと対応させてメモリ３５Ｂに保存する（ステップＰＢ５）。 Subsequently, the detected plurality of pixel positions p i , p j , p k , and p l are stored in the memory 35B in correspondence with the heights iL, jL, kL, and lL of the actual pantograph 10a (step PB5).

続いて、ピクセル位置検出部３３において検出されたピクセル位置の数がＮ個に達したか否かを判定する（ステップＰＢ６）。ここで、マーカ４０のピクセル位置の点数Ｎは、マーカ４０の実際の高さと画像上の位置との対応点が精度よく架線高さ計算用近似式を算出できる程度の回数に設定すればよい。   Subsequently, it is determined whether or not the number of pixel positions detected by the pixel position detection unit 33 has reached N (step PB6). Here, the number N of the pixel positions of the marker 40 may be set to the number of times that the corresponding point between the actual height of the marker 40 and the position on the image can accurately calculate the overhead line height calculation approximate expression.

判定の結果、検出されたマーカ４０のピクセル位置の数がＮ個に満たない場合はステップＰＢ１に戻る。このとき、続いて行うステップＰＢ１〜ステップＰＢ６の処理はパンタグラフ１０ａの高さを架線の変動幅の範囲内で変更してから行う。   If the number of pixel positions of the detected marker 40 is less than N as a result of the determination, the process returns to step PB1. At this time, the subsequent processing of Step PB1 to Step PB6 is performed after the height of the pantograph 10a is changed within the range of the fluctuation range of the overhead line.

一方、検出されたピクセル位置がＮ点に達した場合はメモリ３５Ｂに保存しておいたマーカ４０のピクセル位置と実際の高さとの対応関係を近似式演算部３４に入力し、この近似式演算部３４においてラインセンサ２０によって撮影したパンタグラフ１０ａの画像から、パンタグラフ１０ａの高さ、換言すると、架線の高さを算出するための関係式である架線高さ計算用近似式を最小二乗法により求める（ステップＰＢ７）。   On the other hand, when the detected pixel position reaches N point, the correspondence relationship between the pixel position of the marker 40 stored in the memory 35B and the actual height is input to the approximate expression calculation unit 34, and this approximate expression calculation is performed. An approximate expression for calculating the overhead line height, which is a relational expression for calculating the height of the pantograph 10a, in other words, the height of the overhead line, is obtained from the image of the pantograph 10a photographed by the line sensor 20 in the unit 34 by the least square method. (Step PB7).

ここで、近似式演算部３４において架線高さ計算用近似式を算出する方法は、上述した実施例１と同様であるので説明は省略する。   Here, the method for calculating the approximate expression for calculating the overhead line in the approximate expression calculation unit 34 is the same as that in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

このような処理を行うことにより、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置では、パンタグラフの高さ測定を行う前に、装置のキャリブレーションを高精度に行うことができる。   By performing such processing, in the pantograph height measuring apparatus according to the present embodiment, the apparatus can be calibrated with high accuracy before measuring the pantograph height.

このように構成される本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、実施例１に比較して、パンタグラフの高さを変更する回数とキャリブレーション用画像を撮影する回数とを低減することができ、作業効率が向上する。パンタグラフの高さを変更する回数が低減しても、一枚の画像から得られる画像上のピクセル位置と実際の高さとの対応点を多く取得することができ、それによって精度を落とさずにキャリブレーションを行うことができる。   According to the pantograph height measuring apparatus according to the present embodiment configured as described above, compared to the first embodiment, the number of times of changing the height of the pantograph and the number of times of capturing the calibration image are reduced. Work efficiency is improved. Even if the number of times of changing the height of the pantograph is reduced, many corresponding points between the pixel position on the image obtained from a single image and the actual height can be acquired, thereby calibrating without reducing accuracy. Can be performed.

なお、本発明は上述した実施例１，２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２ではパンタグラフ１０ａに二つのマーカ４１，４２を固定する例を示したが、パンタグラフ１０ａに固定するマーカの数はこれに限定されるものではなく、三つ以上のマーカを固定してもよい。また、マーカ４１，４２の位置として、二値化画像上のマーカの軌跡２ａ，２ｂと背景２ｃとの境界の位置を検出する例を示したが、マーカ４１，４２の位置はこれに限定されず、マーカの中心の位置を検出するようにしてもよい。   The present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described second embodiment, the example in which the two markers 41 and 42 are fixed to the pantograph 10a has been shown. However, the number of markers to be fixed to the pantograph 10a is not limited to this, and three or more markers are selected. It may be fixed. Moreover, although the example which detects the position of the boundary of marker locus | trajectory 2a, 2b on the binarized image and the background 2c was shown as a position of the marker 41, 42, the position of the marker 41, 42 is limited to this. Instead, the position of the center of the marker may be detected.

本発明は、パンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法に適用して好適なものである。   The present invention is suitable for application to a pantograph height measuring apparatus and its calibration method.

１，２ キャリブレーション用画像
１０ 車両
２０ ラインセンサカメラ
３０ 処理用コンピュータ
３１ 入力画像作成部
３２ 二値化処理部
３３ ピクセル位置検出部
３４ 近似式演算部
３５Ａ，３５Ｂ メモリ
４０，４１，４２ マーカ
５０ モニタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Image for calibration 10 Vehicle 20 Line sensor camera 30 Processing computer 31 Input image creation part 32 Binarization processing part 33 Pixel position detection part 34 Approximation formula calculating part 35A, 35B Memory 40, 41, 42 Marker 50 Monitor

Claims (8)

車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されるラインセンサと、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析する画像処理手段とを備え、走行中の車両の前記パンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、
前記パンタグラフの前記ラインセンサによって撮影される端面にマーカが設けられ、
前記ラインセンサが複数段階で高さを変更される前記パンタグラフのそれぞれの高さ毎に前記マーカを撮影し、
前記画像処理手段が、前記ラインセンサによって撮影した画像から得られる前記マーカの画像上の位置と前記マーカの実際の高さとの関係を二次曲線として示す関係式を求め、この関係式を用いて前記ラインセンサによって撮影した前記パンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さを算出するように構成された
ことを特徴とするパンタグラフ高さ測定装置。 A traveling vehicle, comprising: a line sensor installed on the roof of the vehicle so that the optical axis obliquely intersects the displacement direction of the pantograph; and image processing means for analyzing an image photographed by the line sensor. in the pantograph height measuring device for measuring the height of the pantograph,
A marker is provided on an end surface photographed by the line sensor of the pantograph,
The line sensor is photographed for each height of the pantograph whose height is changed in a plurality of stages,
The image processing means obtains a relational expression indicating a relation between a position on the image of the marker obtained from an image photographed by the line sensor and an actual height of the marker as a quadratic curve, and uses this relational expression. A pantograph height measuring device configured to calculate an actual pantograph height from a position on an image of the pantograph photographed by the line sensor. 一つの前記マーカが前記パンタグラフに固定された
ことを特徴とする請求項１記載のパンタグラフ高さ測定装置。 The pantograph height measuring device according to claim 1, wherein one of the markers is fixed to the pantograph. 複数の前記マーカが前記パンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定された
ことを特徴とする請求項１記載のパンタグラフ高さ測定装置。 2. The pantograph height measuring device according to claim 1, wherein the plurality of markers are fixed to the pantograph in a straight line along a vertical direction. 前記演算処理手段が、前記ラインセンサによって撮影された画像を時系列的に並べてなるキャリブレーション用画像を作成する入力画像作成部と、
前記キャリブレーション用画像に対して二値化処理を施してなる二値化画像を作成する二値化処理部と、
前記二値化画像から前記マーカのピクセル位置を検出するピクセル位置検出部と、
前記マーカの前記二値化画像上の位置と実際の高さとに基づいて前記関係式を算出する関係式演算部と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパンタグラフ高さ測定装置。 An input image creation unit for creating a calibration image in which the arithmetic processing means arranges images taken by the line sensor in time series;
A binarization processing unit for creating a binarized image obtained by performing binarization processing on the calibration image;
A pixel position detection unit for detecting a pixel position of the marker from the binarized image;
The relational expression calculation unit that calculates the relational expression based on a position of the marker on the binarized image and an actual height is provided. The pantograph height measuring device described. 車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されたラインセンサによって、走行中の前記車両の前記パンタグラフを撮影し、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析して前記パンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法であって、
マーカを前記パンタグラフの前記ラインセンサによって撮影される端面に設置する第一の工程と、
前記ラインセンサによって前記マーカを撮影する第二の工程と、
前記画像処理手段において前記ラインセンサによって撮影された画像上の前記マーカの位置を検出するとともに、検出された前記マーカの画像上の位置と前記マーカの実際の位置との関係を二次曲線として示す関係式を算出する第三の工程と
からなることを特徴とするパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。 On the roof of the vehicle, by the installed line sensor so that the optical axis intersects obliquely to the direction of displacement of the pantograph, photographs the pantograph of the traveling vehicle, analyzes the image captured by the line sensor And a calibration method of a pantograph height measuring device for measuring the height of the pantograph,
A first step of installing a marker on an end face photographed by the line sensor of the pantograph;
A second step of photographing the marker by the line sensor;
The image processing means detects the position of the marker on the image photographed by the line sensor, and shows the relationship between the detected position of the marker on the image and the actual position of the marker as a quadratic curve. A calibration method for a pantograph height measuring device, comprising: a third step of calculating a relational expression. 前記ラインセンサが、前記パンタグラフに固定された一つのマーカを撮影する
ことを特徴とする請求項５記載のパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。 The calibration method for a pantograph height measuring apparatus according to claim 5, wherein the line sensor images one marker fixed to the pantograph. 前記ラインセンサが、前記パンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定された複数の前記マーカを撮影する
ことを特徴とする請求項５記載のパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。 The calibration method for a pantograph height measuring device according to claim 5, wherein the line sensor images the plurality of markers fixed on the pantograph in a straight line along a vertical direction. 前記画像処理手段が、
前記ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成し、
前記入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成し、
前記二値化画像上の前記マーカの位置を検出し、
前記二値化画像上の前記マーカの位置及び前記マーカの実際の位置に基づいて前記関係式を算出する
ことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。 The image processing means
Create an input image in which the image signals input from the line sensor are arranged in time series,
Creating a binarized image obtained by binarizing the input image;
Detecting the position of the marker on the binarized image;
The pantograph height according to any one of claims 5 to 7, wherein the relational expression is calculated based on a position of the marker on the binarized image and an actual position of the marker. Calibration method for measuring equipment.
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