JP5987194B2 - 線条測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、線条測定装置に関する。詳しくは、電車線の線路上方に設置される「トロリ線」や「き電線」などの線条を、照明手段とラインセンサカメラを用いて撮影し、この画像を解析して線条を測定する技術分野に関する。特に照明の正反射光を得ることに関する。

線条とは、トロリ線やき電線などで、電車線の線路の上方に固定される設備である。この線条を測定する手段として、特許文献１のような装置がある。この装置では、照明手段とラインセンサカメラを用いて線条の画像を撮影し、この画像を解析して線条を測定する。

特開２０１０−１９７０５８

従来方法１は、図１及び図２に示すように、線路上方に設置されるトロリ線１を、車両２上に設置した照明手段３で照らして、トロリ線１の下面で反射した正反射光を車両２上に設置されたラインセンサカメラ（以下、ラインセンサと略する）４で撮像することにより、トロリ線１を測定する方法である。

トロリ線１へ照明手段３から強い光を照射し、トロリ線１の下面で反射した正反射光をラインセンサ４で撮像させることで、明るい太陽光の条件でもトロリ線１の下面が撮影できる。
図１において、矢印は枕木方向であり、照明手段３は、図２に示すように、車両２の屋根上において枕木方向に配置される一方、ラインセンサ４は、照明手段２の中心位置側方に配置され、ラインセンサ４のスキャンライン４ａは、照明手段３と同一線上に配置する。

なお、正反射光とは、図２に示すように、撮像対象物であるトロリ線１に対し光の入射角＝反射角の光である。
つまり、正反射光とは、図２中で破線の矢印に示した条件反射光で、カメラ・トロリ線・照明の三点を頂点とした二等辺三角形の位置関係のときに成立する。

従来方法１は、図１及び図２に示すように、１台のラインセンサ４で撮影する方法である。この従来方法１はカメラ１台で構成しシンプルな利点がある。
しかしながら、規格上、トロリ線１は左右方向で変動するため、トロリ線変動範囲Ａは、トロリ線１の変動幅Ｗ（±３００ｍｍ）とトロリ線１の変動高さＨとの積となる。

そのため、変動幅Ｗ内におけるトロリ線１からの照明手段３の正反射光を得るには、言い換えると、トロリ線の変動幅Ｗにラインセンサ４の撮像範囲Ｂを合わせるには、照明手段３は２Ｗの幅が必要である。
幅２Ｗ（=２×（±３００ｍｍ）=２×（６００ｍｍ）=１２００ｍｍ）相当の照明手段３を通常の電車の屋根上に枕木方向に沿って配置することは難く、照明の小型化が望まれている。

従来方法２は、図３に示すように、照明手段１３の両端側に配置した２台のラインセンサ１４，２４で撮影する方法である。
ラインセンサ１４，２４のスキャンライン１４ａ，２４ａは、照明手段１３と同一線上に配置する。ラインセンサ１４，２４の撮像範囲Ｂ₁，Ｂ₂の和がトロリ線の変動幅Ｗとなるためには、照明手段１３の幅は、従来方法１の照明手段３に比べて半分で済む、つまり、トロリ線１の変動幅Ｗと等しくて良いという利点がある。

しかしながら、図３（ａ）の斜線部分として示すように、ラインセンサ１４，２４の箇所には照明手段１３を配置できず、図３に一点鎖線に示す正反射が得られない。これによって図３（ａ）に示すトロリ線変動範囲Ａの中央が暗くなる課題がある。
トロリ線１からの反射光が明るい場合は画像解析による測定エラーの確率は低いが、トロリ線１からの反射光が暗い場合、画像解析による測定エラーになる確率が高い課題がある。

従来方法３は、図４に示すように、二つの照明手段２３ａ，２３ｂを平行に配置し、これら照明手段２３ａ，２３ｂの片端側のそれぞれ逆の位置に配置した２台のラインセンサ３４，４４で撮影する方法である。
ラインセンサ３４，４４のスキャンライン３４ａ，４４ａは、照明手段２３ａ，２３ｂとそれぞれ同一線上に配置する。
ラインセンサ３４，４４の撮像範囲Ｂ₃，Ｂ₄の和がトロリ線の変動幅Ｗとなるためには、照明手段２３ａ，２３ｂの幅は、従来方法１の照明手段３に比べて半分で済む、つまり、トロリ線１の変動幅Ｗと等しくて良いという利点がある。

また、照明手段２３ａ，２３ｂの片側端部は、ラインセンサ３４，４４の位置と同じ位置にあるので、従来方法２における「トロリ線変動範囲Ａの中央が暗い」と言う課題を解決することができる。
しかし、従来方法３におけるラインセンサ３４，４４は、左右の撮像範囲を補完する関係なので、図６（ａ）に示すように左右で結合させた画像で処理する必要があり、図４（ｂ）に示すようにラインセンサ３４，４４は車両進行方向でずれるため、車両の走行速度に応じて左右で結合した画像がずれる画像になる。

図６に示すように数本の線条が写る場合は、ずれを一致して結合させる事は可能である。しかしながら高さが異なる複数の線条が、同様の見え方をする場合、ずれを一致して結合させることは難しい。
したがってずれた箇所で画像解析すると線条測定値が欠損するか不連続になる課題がある。測定用途にはズレは致命的である。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係る線条測定装置は、線路上方に設置される線条を、車両上に設置された照明手段で照らして、前記線条の下面で反射した正反射光を前記車両上に設置されたラインセンサカメラで撮像する線条測定装置において、前記照明手段は、相互に交差する第１方向及び第２方向に沿って配置されるＸ型照明手段であることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係る線条測定装置は、請求項１において、前記ラインセンサカメラは、前記第１方向に沿った撮像範囲を持つ第１ラインセンサカメラと、前記第２方向に沿った撮像範囲を持つ第２ラインセンサカメラとから構成されることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係る線条測定装置は、請求項１又は２において、前記第１ラインセンサカメラと前記第２ラインセンサカメラは、車両進行方向で位置が一致することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項４に係る線条測定装置は、請求項１，２又は３において、前記照明手段の第１方向及び第２方向の照明幅は、前記線条の変動幅にほぼ等しいことを特徴とする。

本発明は、線路上方に設置される線条を照らす照明手段として、相互に交差する第１方向及び第２方向に沿って配置されるＸ型照明手段を用い、線条の下面で反射した正反射光を撮像するラインセンサカメラとして、第１方向に沿った撮像範囲を持つ第１ラインセンサカメラと、第２方向に沿った撮像範囲を持つ第２ラインセンサカメラとを用いるので、Ｘ型照明手段の第１方向及び第２方向の照明幅を線条の変動幅と等しくすることができると共に撮像範囲が均一に明るくなり、線条の測定におけるエラー率を減少させる利点がある。更に、ラインセンサカメラの撮像面のずれが無いため、２台のラインセンサ画像を結合した画像で、トロリ線を測定できる利点がある。

従来方法１に係る車両上のラインセンサ及び照明手段を示す斜視図である。 図２（ａ）は従来方法１に係るラインセンサ及び照明手段の正面図、図２（ｂ）は従来方法１に係るラインセンサ及び照明手段の正面図、図２（ｃ）は従来方法１に係るラインセンサ及び照明手段の側面図である。 図３（ａ）は従来方法２に係るラインセンサ及び照明手段の正面図、図３（ｂ）は従来方法２に係るラインセンサ及び照明手段の正面図、図３（ｃ）は従来方法２に係るラインセンサ及び照明手段の側面図である。 図４（ａ）は従来方法３に係るラインセンサ及び照明手段の正面図、図４（ｂ）は従来方法３に係るラインセンサ及び照明手段の正面図、図４（ｃ）は従来方法３に係るラインセンサ及び照明手段の側面図である。 図５（ａ）は本発明の一実施例に係る線条測定装置におけるラインセンサ及び照明手段の正面図、図５（ｂ）は本発明の一実施例に係る線条測定装置におけるラインセンサ及び照明手段の正面図、図５（ｃ）は本発明の一実施例に係る線条測定装置におけるラインセンサ及び照明手段の側面図である。 図６（ａ）は従来方法３における結合されたラインセンサ画像を示す説明図、図６（ｂ）本発明の一実施例に係る線条測定装置における結合されたラインセンサ画像を示す説明図である。

以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。

本発明の第１の実施例に係る線条測定装置を図５に示す。
図５に示すように、本実施例の線条測定装置は、ラインセンサ５４，６４のスキャン方向（スキャンライン）と、照明手段３３の双方をＸ型に配置する構成である。

即ち、照明手段３３は、角度θで相互に交差する第１方向及び第２方向に沿って配置されるＸ型照明手段であり、図１に示すように、車両２の屋根上に配置され、電車線の線路上方に設置されるトロリ線１を上向きに照明するものである。Ｘ型照照明手段３３の第１方向及び第２方向の照明幅は、トロリ線１の変動幅Ｗとほぼ等しくする。

Ｘ型照明手段３３の第１方向の片側（図５（ｂ）中下側）の端点近傍にはラインセンサ５４が配置される一方、第２方向の片側（図５（ｂ）中下側）の端点近傍にはラインセンサ６４が配置される。
ラインセンサ５４，６４のスキャンライン５４ａ，６４ａは、Ｘ型照明手段３３の第１方向及び第２方向と同一線上に配置する。そのため、ラインセンサ５４，６４の撮像範囲Ｂ₅，Ｂ₆は、Ｘ型照明３３の第１方向及び第２方向に沿った向きとなる。つまり、図５に示すラインセンサ５４，６４の撮像範囲Ｂ₅，Ｂ₆は、ラインセンサ５４，６４を置いた場所も網羅して照射できるため、トロリ線変動範囲Ａを均一に照らす。

ここで、Ｘ型照明手段３３について説明する。
１. 図５に示すように、Ｘ形照明手段３３の交点は車両の中心線に位置させる。

２.Ｘ型照明手段３３の第１方向と第２方向のなす角度θは極力１８０度に近いほうが短い照明幅で済み効率が良い。例えばθが鋭角であると、図５（ａ）に示すトロリ線の変動幅Ｗを満たす幅の広い照明が必要である。

３.図５（ｂ）に示すように、ラインセンサ５４，６４は、なるべくＸ型照明手段３３の端点と近接させる。

４.図５（ｂ）に示すように、ラインセンサ５４，６４のスキャンライン５４ａ，６４ａの向きとＸ型照明手段３３の第１方向及び第２方向とは、それぞれ同一線上に配置させる。これによってラインセンサ５４，６４は撮像範囲Ｂ₅，Ｂ₆においてトロリ線１の正反射光を得ることが出来る。

このような構成を有する本実施例の線条測定装置によれば、下記の利点がある。

１.本実施例は、図２の従来方法１に比べてＸ型照明手段３３の照明幅がトロリ線１の変動幅Ｗと同程度に狭い（小型化した）という利点がある。電車の屋根上に設置する機器は、なるべく小型かつ軽量化が望まれている。本実施例の照明幅がトロリ線１の変動幅Ｗと同程度で済むことは、機器を車載する上で利点がある。

２.本実施例は、図３の従来方法２に比べて照明幅中央が明るい利点がある。従来方法２は、図３（ａ）中に斜線部分で示すように、ラインセンサ１４，２４の箇所には照明手段１３を配置できず、ラインセンサ１４，２４ヘの正反射光が無い。
したがって、黒く汚れたトロリ線の場合トロリ線が暗くて見えない。したがって図３の従来手法２は、トロリ線変動範囲Ａの中央のトロリ線の場合、画像解析エラーの確率が高い課題がある。

図５に示す本実施例は、ラインセンサ５４，６４に対して切れ目の無く、言い換えると、近接してＸ型照明手段３３を配置でき、トロリ線変動範囲Ａの全てで正反射光が得られトロリ線からの反射光が明るい。
したがって画像解析による測定エラーの確率が低い利点がある。トロリ線は、パンタグラフとの火花（アーク）発生によって黒いカーボンが付着し、まだら模様で汚れる場合がある。
汚れた箇所でも正反射光が得られると、画像は明るくきれいに見えるため、画像解析が容易になる利点がある。

３.本実施例は、図４の従来方法３に比べて左右のラインセンサ画像が一致している利点がある。図４に示す従来方法３も図５に示す本実施例も、ラインセンサ３４，４４，５４，６４は左右の撮像範囲を補完する関係のため、左右の画像を結合させて画像処理する点は共通である。
しかしながら、図４の従来方法３は、ラインセンサ３４，４４が車両進行方向でずれており、図６（ｂ）に示したように、車両の走行速度に応じて結合した左右の画像がずれる。ずれた箇所は、線条が不連続になり画像処理で線条測定ができない課題がある。

これに対して本実施例は、図５に示すようにラインセンサ５４，６４は車両進行方向で一致しているため、図６（ｂ）に示すように、ラインセンサ５４，６４を結合した左右画像は連続しており、結合した画像で線条計測が出来る利点がある。

本発明は、撮像範囲が均一に明るく、線条の測定におけるエラー率が少なく、連続したラインセンサ画像が得られる小型の線条測定装置として広く産業上利用可能なものである。

１ トロリ線
２ 車両
３，１３，２３ａ，２３ｂ，３３ 照明手段
４，１４，２４，３４，４４，５４，６４ ラインセンサ

Claims (4)

1. 線路上方に設置される線条を、車両上に設置された照明手段で照らして、前記線条の下面で反射した正反射光を前記車両上に設置されたラインセンサカメラで撮像する線条測定装置において、前記照明手段は、相互に交差する第１方向及び第２方向に沿って配置されるＸ型照明手段であることを特徴とする線条測定装置。
2. 前記ラインセンサカメラは、前記第１方向に沿った撮像範囲を持つ第１ラインセンサカメラと、前記第２方向に沿った撮像範囲を持つ第２ラインセンサカメラとから構成されることを特徴とする請求項１記載の線条測定装置。
3. 前記第１ラインセンサカメラと前記第２ラインセンサカメラは、車両進行方向で位置が一致することを特徴とする請求項１又は２記載の線条測定装置。
4. 前記照明手段の第１方向及び第２方向の照明幅は、前記線条の変動幅にほぼ等しいことを特徴とする請求項１，２又は３記載の線条測定装置。

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