JP6251904B2 - パンタグラフ舟体熔損検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、パンタグラフ舟体熔損検査装置に関する。詳しくは、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するものであり、特にパンタグラフの舟体の側面に発生した熔損を検査する、パンタグラフ舟体熔損検査装置に関する。

特許文献１（特開２００４―３１２８３２「鉄道車両用屋根上機器監視測定装置」）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、すり板上面と摺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た。

特許文献２（特開２００２―１５０２７１「パンタグラフ監視装置」）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、そのエッジをつな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た。

特許文献３（特願２０１０―０４６０４７「画像処理によるパンタグラフ舟体検査装置」）では、列車の屋根上を撮影した画像を解析して、基準パンタグラフ画像と検査パンタグラフ画像の比較によってパンタグラフ舟体部分に設置されているすり板の欠けや抉れの有無を検出した。

特許文献４（特願２０１０―０４６０４８「画像処理によるパンタグラフ舟体形状検査装置」）では、画像中に撮影されているパンタグラフの舟体の輪郭部分を解析し、画像処理によってその部分から直線を抽出し、抽出した直線の状態を検査することで、舟体およびすり板の折れの有無を検査した。

特開２００４―３１２８３２ 特開２００２―１５０２７１ 特開２０１１―１８００４７ 特開２０１１―１８００４８ 特開２０１０―１７８３９９ 特開２０１０―１７８１５６

「画像解析ハンドブック」高木,下田監修, 東京大学出版発行, １９９２ 東北大学大学院理学研究科物理学専攻中間エネルギー核物理学研究室、2013年4月5日掲載、[online]、[平成26年3月25日検索]、(URL:http://nuclear.phys.tohoku.ac.jp/~ykoba/latex2html/gaussian-fitting/)

特許文献１，２はパンタグラフを撮影した画像を解析することにより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。
また、特許文献３，４はすり板に突発的に発生する異常である欠けや抉れおよび折れを検査することができる。
しかしながら、舟体側面に発生した熔損の有無を検査することはできないという課題があった。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置は、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の側面に発生した熔損を検査する舟体熔損検査装置において、前記列車の屋根上を撮影した画像及び前記画像上のパンタグラフ位置を入力し、前記画像上における舟体側面部分の範囲を設定する舟体側面部分の範囲設定部と、前記舟体側面部分において黒く焦げた範囲の有無を検査する焦げた範囲検査部と、前記焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査することで、パンタグラフの舟体の側面に発生した熔解による穴である熔損を検査する影部分領域検査部とを備え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に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置は、請求項１記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記焦げた範囲検査部は、前記舟体側面部分の範囲を二値化処理し、二値画像データで黒となっている点の分布から焦げた範囲候補を設定し、前記焦げた範囲候補において焦げであるべき輝度閾値より低い輝度値を持つ画素の面積の焦げた範囲候補の面積に対する面積比を基に焦げの有無を判断し、焦げがあると判断した場合は前記焦げた範囲候補を焦げた範囲として設定することで、前記焦げた範囲の有無を検査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３に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置は、請求項２記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記影部分領域検査部は、前記焦げた範囲において二値画像データで黒の値となっている点について画像データの輝度値を用いて輝度ヒストグラムを作成し、前記輝度ヒストグラムにおいて全体のサンプル数に対する影であるべき輝度閾値より低い部分のサンプル数を影部分の面積比として求め、前記影部分の面積比が暗い領域があるとする面積比閾値よりも大きい場合は、熔損が有りと判断することで、前記焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査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に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置は、請求項２記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記影部分領域検査部は、前記焦げた範囲において二値画像データで黒の値となっている点について画像データの輝度値を用いて輝度ヒストグラムを作成し、前記輝度ヒストグラムから影であるべき輝度閾値を自動設定し、前記輝度ヒストグラムにおいて全体のサンプル数に対する影であるべき輝度閾値より低い部分のサンプル数を影部分の面積比として求め、前記影部分の面積比が暗い領域があるとする面積比閾値よりも大きい場合は、熔損が有りと判断することで、前記焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査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５に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置は、請求項２記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記影部分領域検査部は、前記焦げた範囲において二値画像データで黒の値となっている点について画像データの輝度値を用いて輝度ヒストグラムを作成し、前記輝度ヒストグラムを４次多項式で近似して下向きの変曲点の有無により熔損の有無を判断することで、前記焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査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６に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置は、請求項２記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記影部分領域検査部は、前記焦げた範囲において二値画像データで黒の値となっている点について画像データの輝度値を用いて輝度ヒストグラムを作成し、前記輝度ヒストグラムを２つのガウス分布で近似してそれら２つのガウス分布の重なり度合により熔損の有無を判断することで、前記焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査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７に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置は、請求項１記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、更に、前記パンタグラフを撮影した画像を入力する画像入力部と、前記パンタグラフの画像上位置データを入力するデータ入力部とを備えることを特徴とする。

本発明では、画像中の舟体側面部分に対して黒い焦げの範囲が存在するか否かを検査し、さらに黒い焦げの範囲の中に影となった暗い領域が存在するかを検査するという２段階の処理を行うため、以下の効果を奏する。
(1) パンタグラフを撮影した画像を解析することにより舟体側面に発生した熔損の有無を検査することができる。
(2) 撮影した画像の明るさに大きな変化があった場合でも安定して熔損を判断することができる。

列車走行中にアークが発生した例を示す説明図である。 舟体側面が黒く焦げたパンタグラフ例を示す斜視図である。 舟体側面に熔損が発生したパンタグラフ例を示す斜視図である。 本発明によるパンタグラフ舟体熔損検査の全体フローチャートである。 パンタグラフ位置と舟体側面部分の範囲の例を示す画像である。 図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は焦げた範囲を設定する処理の模式図である。 熔損が発生している場合の輝度ヒストグラムの例を示すグラフである。 熔損が無く焦げのみの場合の輝度ヒストグラムの例を示すグラフである。 輝度ヒストグラムに影であるべき輝度閾値Ｃを設定した例を示すグラフである。 本発明の基本的な考え方（実施例１）によるパンタグラフ舟体熔損検査装置のブロック図である。 実施例１による画面表示の例を示す画像である。 実施例２によるパンタグラフ舟体熔損検査装置のブロック図である。 熔損が有る場合の輝度ヒストグラムを４次多項式で近似した例を示すグラフである。 熔損が無い場合の輝度ヒストグラムを４次多項式で近似した例を示すグラフである。 実施例３によるパンタグラフ舟体熔損検査装置のブロック図である。 熔損が有る場合の輝度ヒストグラムからガウス分布を求めた例を示すグラフである。 熔損が無い場合の輝度ヒストグラムからガウス分布を求めた例を示すグラフである。 実施例４によるパンタグラフ舟体熔損検査装置のブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。

＜基本的な考え方（実施例１）＞
本発明の目的は、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の側面に発生した熔損を検査する、パンタグラフ舟体熔損検査装置を提供することである。

特許文献５，６（特開２０１０―１７８３９９, 特開２０１０―１７８１５６）では、列車の屋根上を撮影し、その画像を取得すると共に、画像中からパンタグラフを検出する装置を提案した。
本発明では、列車屋根上を撮影した画像、および、パンタグラフの画像上位置を含むパンタグラフ検出情報については、例えば、特許文献５，６のような別の装置から得られるものとする。

具体的には、図１に示すように、列車１の屋根上のパンタグラフ３を照らす照明装置６と、照明装置６によって照らされるパンタグラフ３を含む領域を撮影するカメラ７とを、列車１の進行方向後方上方位置で斜め下向きに設置し、カメラ７により撮影されたパンタグラフ３を含む列車屋根領域の画像を画像処理装置８へ送信し、画像処理装置８で列車屋根領域の画像を画像処理（解析）し、パンタグラフの画面上位置を含むパンタグラフ検出情報を作成する。

ここで、パンタグラフ３の舟体４の側面に発生する熔損とは、図１に示すように、列車走行時にパンタグラフ３とトロリ線２の間で継続的にアーク５が発生することによって舟体４の側面の一部が熔解し穴が開いた状態になることである。
列車走行時にアーク５がパンタグラフ３の後方に流れることから列車１の進行方向に対して後ろ側の舟体４の側面が黒く焦げ、さらに熔解した穴が発生する。

つまり、本発明において、舟体４の側面とは、列車１の進行方向に対して後ろ側の面のことである。
この熔損が発生したまま列車１が折り返し運転した場合、穴の影響でパンタグラフ３にかかる揚力が正常時と比較して大きく異なり、トロリ線２とパンタグラフ３との接触状態が不安定となるため列車の正常な走行の大きな妨げとなる。

図２に示すように、アーク５により、舟体４の側面に黒い焦げａ（図中、斜線を入れて示す）が発生し、更に、図３に示すように、舟体４の側面に熔損ｂ（図中、黒く塗りつぶして示す）が発生する。
舟体４の側面に熔損ｂが発生した場合、図３に示すように黒い焦げａの範囲の中に、さらに影となった暗い穴である熔損ｂが存在する。なお、図３においては、黒い焦げａと熔損ｂとに濃淡差があるように、図中では誇張している。

そこで、本発明では、画像中の舟体側面部分に対して黒い焦げａの範囲が存在するか否かを検査し、さらに黒い焦げａの範囲の中に影となった暗い領域が存在するかを検査するという２段階の処理を行うことで熔損ｂの有無を検査する。
具体的には、本発明のパンタグラフ舟体熔損検査は大きく次の手順で実施する。

(1)舟体側面部分の範囲を設定する。
(2)黒く焦げた範囲の有無を検査する。
(3)焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査する。
即ち、本発明によるパンタグラフ舟体熔損検査は、図４に示す全体フローチャートに従い、以下のよう行う。

先ず、舟体側面部分の範囲を設定する（ステップＳ１）。
次に、黒く焦げた範囲の有無を検査する（ステップＳ２）。
引き続き、黒く焦げた範囲があるか否か判断し（ステップＳ３）、黒く焦げた範囲がある場合には、焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査する（ステップＳ４）。

その後、焦げた範囲内において影となった暗い領域があるか否か判断し（ステップＳ５）、焦げた範囲内において影となった暗い領域があると判定されたときは、熔損があるとする（ステップＳ６）。
一方、ステップＳ３で、黒く焦げた範囲がないと判断されたとき、或いは、ステップＳ５で焦げた範囲内において影となった暗い領域がないと判断されたときは、熔損がないと判断する（ステップＳ７）。

次に各手順について詳細に説明する。
ステップＳ１の「(1)舟体側面部分の範囲を設定する」は次のように行う。
パンタグラフの画像上位置を含むパンタグラフ検出情報については、例えば特許文献５，６のような別の装置から得られるものとする。

装置運用時にカメラの向きやレンズ焦点距離を変更しないため、パンタグラフの画像上位置が得られれば、パンタグラフの画像上位置に応じた舟体側面部分の範囲を求めることができる利点がある。
パンタグラフ位置と舟体側面部分の範囲の例を図５に示す。図５に示すように、パンタグラフ３の舟体４を斜め後方位置から下向きに撮影すると、画像上では、舟体側面部分（図中、斜線を入れて示す）４ａの上側にパンタグラフ上面４ｂが位置し、パンタグラフ上面４ｂのほぼ中心がパンタグラフ位置４ｃである。

パンタグラフの画像上位置に応じた舟体側面部分４ａの範囲は次のように求める。
パンタグラフ位置p0（up, vp）とし、舟体側面の四隅の点をp1(u1, v1), p2(u2, v2), p3(u3, v3), p4(u4, v4) とする。パンタグラフ位置p0 から舟体側面の四隅の点p1, p2, p3, p4 への変換は次のように表すことができる。
p1= f1(p0), p3= f2(p0), p3= f3(p0), p4= f4(p0)

各変換関数 f1(), f2(), f3(), f4() には多項式などを用いる。各変換関数の各係数は複数枚の画像におけるパンタグラフの画像上位置と舟体側面部分の範囲の計測結果を用いて予め求めておく。
舟体側面部分の範囲が画像の縦横軸に対して平行な矩形とならない場合は、画像を回転変換して新たに矩形範囲を設定し直す。
まず、舟体側面部分の範囲の上端線が画像の横軸と平行になるように画像を回転変換する。

次に、回転変換後で舟体側面部分の範囲の上端線から２つの下端点までの縦方向距離を平均した長さを矩形範囲の縦幅とする。
以降の処理では、回転変換した画像データと矩形範囲に整形し直した舟体側面部分の範囲を用いる。

ステップＳ２の「(2)黒く焦げた範囲の有無を検査する」は次のように行う。
焦げた範囲の縦方向幅については舟体側面部分４ａの範囲と同様とする。焦げた範囲の横方向範囲を次の手順で設定する。
まず、舟体側面部分４ａの矩形範囲の画像データに対して二値化処理を行い、二値画像データを作成する。二値画像データでは各点が白か黒の値となる。二値化処理を行う際の輝度閾値は判別分析二値化法（非特許文献１「画像解析ハンドブック」高木,下田監修, 東京大学出版発行, １９９２）などを用いて自動的に設定する。

次に、図６に示す模式図に示すように、焦げた範囲を設定する処理を行う。即ち、図６（ａ）（ｂ）に示すように、二値画像データで黒となっている点に対して画像データの輝度値の逆数で重み付けし、横軸方向に対する重み付け平均位置と標準偏差σを求める。そして、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、平均位置を中心とし±σの範囲を焦げた範囲候補４ｄ（図中、斜線を入れて示す）として設定する。

引き続き、焦げの有無を判断する。
ここでは、焦げであるべき輝度閾値Ａと焦げ範囲があるとする面積比閾値Ｂを予め用意しておき、これら閾値Ａ，Ｂとの比較により判断する。
まず、焦げた範囲候補４ｄにおいて焦げであるべき輝度閾値Ａより低い輝度値を持つ画素の面積を求める。この面積は輝度閾値Ａより低い輝度値を持つ画素をカウントすることで求めることができる。

求めた面積の焦げた範囲候補４ｄの面積に対する面積比を計算し、これを焦げ部分の面積比として求める。焦げ部分の面積比が、焦げ範囲があるとする面積比閾値Ｂよりも大きければ、ステップＳ３で焦げ範囲有りと判断する。
焦げありと判断した場合、焦げた範囲候補４ｄを焦げた範囲として設定する。
焦げ部分の面積比が、焦げ範囲があるとする面積比閾値Ｂよりも大きくなければ、ステップＳ３で焦げ範囲無しと判断する。

ステップＳ４の「(3)焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査する」は次のように行う。
焦げた範囲において二値画像データで黒の値となっている点について画像データの輝度値を用いて輝度ヒストグラムを作成する。
熔損が発生している場合の輝度ヒストグラムの例を図７に、熔損が無く焦げのみの場合の輝度ヒストグラムの例を図８に示す。

熔損が発生している場合は焦げよりもさらに輝度値の低い影となった暗い領域が存在するため、図７に示すように輝度値の低い範囲に熔損の穴による影の領域ｂ１（図中、格子状の線を入れて示す）と比較的輝度値の高い部分に焦げの領域ａ１（図中、斜線を入れて示す）が存在するヒストグラムとなる。熔損が無く焦げのみの場合は図８に示すように焦げの領域ａ１のみが存在するヒストグラムとなる。

次に、輝度ヒストグラムを用いて熔損の有無を検査する。ここでは、影であるべき輝度閾値Ｃと暗い領域があるとする面積比閾値Ｄを予め用意しておき、これら閾値Ｃ，Ｄとの比較により判断する。
輝度ヒストグラムにおいて全体のサンプル数に対する影であるべき輝度閾値Ｃより低い部分のサンプル数を影部分の面積比として求める。

影部分の面積比が、暗い領域があるとする面積比閾値Ｄよりも大きい場合は、ステップＳ５で暗い領域ありと判断し、従って、ステップＳ６で熔損ありと判断する。輝度ヒストグラムに影であるべき輝度閾値Ｃを設定した例を図９に示す。
一方、影部分の面積比が、暗い領域があるとする面積比閾値Ｄよりも大きくない場合は、ステップＳ５で暗い領域なしと判断し、従って、ステップＳ６で熔損なしと判断する。

本実施例に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置の構成例を図１０に示す。
本実施例に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置は、図１０に示すように、処理設定部１０、記憶部２０、画像入力部３０、データ入力部４０、舟体側面部分の範囲設定部５０、焦げた範囲検査部６０、影部分領域検査部７０、結果出力部８０より構成する。

処理設定部１０では、パンタグラフの画像上位置に応じた舟体側面部分の範囲を求めるために必要な変換関数の各係数、焦げであるべき輝度閾値Ａ、焦げ範囲があるとする面積比閾値Ｂ、影であるべき輝度閾値Ｃ、暗い領域があるとする面積比閾値Ｄなどの熔損検査に必要な各種処理パラメータを設定する。
記憶部２０では、処理パラメータや各種データを保管する。

画像入力部３０では、パンタグラフを撮影した画像を入力する。例えば、パンタグラフを撮影した画像としては、図１に示すように、カメラ７により撮影されたパンタグラフ３を含む列車屋根領域の画像を用いる。
データ入力部４０では、パンタグラフの画像上位置データを入力する。例えば、パンタグラフの画像上位置データとしては、図１に示すように、画像処理装置８で列車屋根領域の画像を画像処理して得られるものとする。

舟体側面部分の範囲設定部５０では、処理パラメータ、パンタグラフの画像上位置データ、画像データを入力し、パンタグラフの画像上位置に応じた舟体側面部分の範囲を計算し、舟体側面部分の範囲の上端線が画像の横軸と平行になるように画像を回転変換し、舟体側面部分の範囲データと回転変換した画像データを保存する。具体的には、ステップＳ１の「(1)舟体側面部分の範囲を設定する」で説明した通りである。

焦げた範囲検査部６０では、処理パラメータ、画像データ、舟体側面部分の範囲データを入力し、黒く焦げた範囲の有無を検査して、焦げ有無データと焦げた範囲データを保存する。さらに処理途中で作成した二値画像データについても保存する。具体的には、ステップＳ２の「(2)黒く焦げた範囲の有無を検査する」で説明した通りである。
影部分領域検査部７０では、処理パラメータ、画像データ、焦げた範囲データを入力し、影となった暗い領域の有無を検査して、熔損有無データを保存する。具体的には、ステップＳ４の「(3)焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査する」で説明した通りである。

結果出力部８０では、画像データ、焦げ有無データ、焦げた範囲データ、熔損有無データを記憶部２０より取り出して出力する。
出力した各データは別の出力用装置で画面表示用に加工し、例えば図１１に示すように、パンタグラフ３を撮影した画像上に検査結果表示ｅを重畳表示する。図１１には、パンタグラフ３中には、焦げた範囲４ｆが模式的に描画されると共に、画面右上部には検査結果表示ｅとして、「パンタグラフ状態／焦げ：有／熔損：有」が文字表示されている。
図１１中の焦げた範囲４ｆのどこかに熔損による穴が発生している可能性が非常に高いことを示している。

本実施例に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置の効果としては、パンタグラフを撮影した画像を基に、２段階の処理を行うことにより、舟体側面に発生した熔損の有無を検査することができる。

＜実施例２（影であるべき輝度閾値Ｃを自動設定する装置）＞
本実施例によるパンタグラフ舟体熔損検査装置は、実施例１に示したステップＳ４の「(3)焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査する」において、影であるべき輝度閾値Ｃを予め設定する代わりに、輝度ヒストグラムから自動設定する点が異なる。影であるべき輝度閾値Ｃの自動設定は判別分析二値化法（非特許文献１）などを用いる。

本実施例によるパンタグラフ舟体熔損検査装置の構成例を図１２に示す。
図１２に示すように、実施例１に比較して、処理設定部１２、影部分領域検査部７２以外については、図１０と同様な構成であり、同様な作用効果を奏する。
本実施例の処理設定部１２では、パンタグラフの画像上位置に応じた舟体側面部分の範囲を求めるために必要な変換関数の各係数、焦げであるべき輝度閾値Ａ、焦げ範囲があるとする面積比閾値Ｂ、暗い領域があるとする面積比閾値Ｄなどの熔損検査に必要な各種処理パラメータを設定する。

また、本実施例の影部分領域検査部７２では、処理パラメータ、画像データ、焦げた範囲データを入力し、輝度ヒストグラムから影であるべき輝度閾値Ｃを自動設定し、影となった暗い領域の有無を検査して、熔損有無データを保存する。

本実施例に係るパンタグラフ舟体熔損検査装置の効果としては、影であるべき輝度閾値Ｃを自動設定するため、実施例１の効果に加え撮影した画像に明るさに大きな変化があっても安定して熔損を判断することができる。

＜実施例３（影となった暗い領域の有無の検査を多項式で実施する装置）＞
本実施例によるパンタグラフ舟体熔損検査装置は、実施例１に示したステップＳ４の「(3)焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査する」において、輝度ヒストグラムを用いて熔損の有無を検査する部分で、面積比によって判断する代わりに、輝度ヒストグラムを４次多項式で近似して下向きの変曲点の有無を検査することで熔損の有無を判断する。

熔損が有る場合の輝度ヒストグラムを４次多項式で近似すると、図１３に示すように輝度の低い位置と輝度の高い位置のそれぞれに山が２つ存在するため、上に凸の変曲点が下に凸の変曲点を挟む形のグラフｆとなる。
熔損が無い場合の輝度ヒストグラムを４次多項式で近似すると、図１４に示すように下に凸の変曲点が存在しないグラフｇとなる。

そこで、本発明では、輝度ヒストグラムを４次多項式で近似し、近似した４次多項式の変曲点を求め、ヒストグラムの輝度範囲内において上に凸の変曲点位置が下に凸の変曲点を挟む位置関係になっているか否かを調べる。
もし、ヒストグラムの輝度範囲内において、図１３に示すように、上に凸の変曲点位置が下に凸の変曲点を挟む位置関係になっている場合は、ステップＳ５で暗い領域ありと判断し、従って、ステップＳ６で熔損ありと判断する一方、図１４に示すように、そうでなければ、ステップＳ５で暗い領域なしと判断し、従って、ステップＳ７で熔損なしと判断する。

本実施例によるパンタグラフ舟体熔損検査装置の構成例を図１５に示す。
図１５に示すように、実施例１に比較して、処理設定部１３、影部分領域検査部７３以外については、図１０と同様な構成であり、同様な作用効果を奏する。
本実施例の処理設定部１３では、パンタグラフの画像上位置に応じた舟体側面部分の範囲を求めるために必要な変換関数の各係数、焦げであるべき輝度閾値Ａ、焦げ範囲があるとする面積比閾値Ｂ、熔損検査に必要な各種処理パラメータを設定する。

また、本実施例の影部分領域検査部７３では、処理パラメータ、画像データ、焦げた範囲データを入力し、輝度ヒストグラムを４次多項式で近似して変曲点の位置関係を調べ、影となった暗い領域の有無を検査して、熔損有無データを保存する。

本実施例によるパンタグラフ舟体熔損検査装置の効果としては、輝度ヒストグラムの形状から熔損の判定を行うため、実施例１の効果に加え撮影した画像に明るさに大きな変化があっても安定して熔損を判断することができる。

＜実施例４（影となった暗い領域の有無の検査をガウス分布の重なりで実施する装置）＞
本実施例によるパンタグラフ舟体熔損検査装置は、実施例１に示したステップＳ４の「(3)焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査する」において、輝度ヒストグラムを用いて熔損の有無を検査する部分で、面積比によって判断する代わりに、輝度ヒストグラムを２つのガウス分布で近似してそれらのガウス分布の重なり度合を検査することで熔損の有無を判断する。
ガウス関数は次式で与えられる（非特許文献２）。ここで N は大きさの係数、ｘ_cは中心位置、σは標準偏差である。

輝度ヒストグラムについて輝度の低いデータを順次近似データに加えて繰り返しガウス分布で近似し誤差の小さい近似ガウス分布を求める。こうして求めた近似ガウス分布を低輝度ガウス分布と呼ぶ。
もう一方で、輝度ヒストグラムについて輝度の高いデータを順次近似データに加えて繰り返しガウス分布で近似し誤差の小さい近似ガウス分布を求める。こうして求めた近似ガウス分布を高輝度ガウス分布と呼ぶ。

熔損が有る場合の輝度ヒストグラムから低輝度ガウス分布と高輝度ガウス分布を求めると、図１６に示すように低輝度ガウス分布ｈと高輝度ガウス分布ｉとが２つの分離した位置関係となる。
熔損が無い場合の輝度ヒストグラムから低輝度ガウス分布と高輝度ガウス分布を求めると、図１７に示すように低輝度ガウス分布ｈと高輝度ガウス分布ｉとが大きく重なり合った位置関係となる。
そこで、本実施例では、輝度ヒストグラムをガウス分布で近似して低輝度ガウス分布ｈと高輝度ガウス分布ｉを求め、それらのガウス分布の重なり度合を検査することで熔損の有無を判断する。

ガウス分布の重なり度合の判断は次のように行う。
即ち、低輝度ガウス分布ｈの中心位置に低輝度ガウス分布ｈの標準偏差値を加えた位置をx_Low とする。
高輝度ガウス分布ｉの中心位置から高輝度ガウス分布ｉの標準偏差値を引いた位置をx_High とする。
x_Low が x_High より小さい場合は、図１６に示すように、低輝度ガウス分布ｈと高輝度ガウス分布ｉとの重なりが無いため、熔損が有る場合の輝度ヒストグラムと推定し、ステップＳ５で暗い領域ありと判断し、従って、ステップＳ６で熔損ありと判断する。

一方、そうでない場合は、図１７に示すように、低輝度ガウス分布ｈと高輝度ガウス分布ｉとの重なりがあるため、熔損が無い場合の輝度ヒストグラムと推定し、ステップＳ５で暗い領域なしと判断し、従って、ステップＳ７で熔損なしと判断する。

本実施例によるパンタグラフ舟体熔損検査装置の構成例を図１８に示す。
図１８に示すように、実施例３に比較して、影部分領域検査部７４以外については、図１５と同様な構成であり、同様な作用効果を奏する。
本実施例の影部分領域検査部７４では、処理パラメータ、画像データ、焦げた範囲データを入力し、輝度ヒストグラムを２つのガウス分布で近似してそれらのガウス分布の重なり度合を検査することで影となった暗い領域の有無を検査して、熔損有無データを保存する。

本実施例によるパンタグラフ舟体熔損検査装置の効果としては、輝度ヒストグラムの形状から熔損の判定を行うため、実施例１の効果に加え撮影した画像に明るさに大きな変化があっても安定して熔損を判断することができる。

本発明は、列車の屋根上を撮影した画像を解析して、特にパンタグラフの舟体の側面に発生した熔損を検査する、パンタグラフ舟体熔損検査装置として、広く産業上利用可能なものである。

１ 列車
２ トロリ線
３ パンタグラフ
４ 舟体
４ａ 舟体側面の範囲
４ｂ パンタグラフ上面
４ｃ パンタグラフ位置
４ｄ 焦げた範囲候補
４ｆ 焦げた範囲
５ アーク
６ 照明装置
７ カメラ
８ 画像処理装置
１０，１２，１３ 処理設定部
２０ 記憶部
３０ 画像入力部
４０ データ入力部
５０ 舟体側面部分の範囲設定部
６０ 焦げた範囲検査部
７０，７２，７３，７４ 影部分領域検査部
８０ 結果出力部
ａ 黒い焦げ
ａ１ 焦げの領域
ｂ 熔損
ｂ１ 熔損の穴による影の領域
ｅ 検査結果表示
ｆ，ｇ ４次多項式で近似したグラフ
ｈ 低輝度ガウス分布
ｉ 高輝度ガウス分布

Claims (7)

1. 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の側面に発生した熔損を検査するパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記列車の屋根上を撮影した画像及び前記画像上のパンタグラフ位置を入力し、前記画像上における舟体側面部分の範囲を設定する舟体側面部分の範囲設定部と、前記舟体側面部分において黒く焦げた範囲の有無を検査する焦げた範囲検査部と、前記焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査することで、パンタグラフの舟体の側面に発生した熔解による穴である熔損を検査する影部分領域検査部とを備えることを特徴とするパンタグラフ舟体熔損検査装置。
2. 請求項１記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記焦げた範囲検査部は、前記舟体側面部分の範囲を二値化処理し、二値画像データで黒となっている点の分布から焦げた範囲候補を設定し、前記焦げた範囲候補において焦げであるべき輝度閾値より低い輝度値を持つ画素の面積の焦げた範囲候補の面積に対する面積比を基に焦げの有無を判断し、焦げがあると判断した場合は前記焦げた範囲候補を焦げた範囲として設定することで、前記焦げた範囲の有無を検査することを特徴とするパンタグラフ舟体熔損検査装置。
3. 請求項２記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記影部分領域検査部は、前記焦げた範囲において二値画像データで黒の値となっている点について画像データの輝度値を用いて輝度ヒストグラムを作成し、前記輝度ヒストグラムにおいて全体のサンプル数に対する影であるべき輝度閾値より低い部分のサンプル数を影部分の面積比として求め、前記影部分の面積比が暗い領域があるとする面積比閾値よりも大きい場合は、熔損が有りと判断することで、前記焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査することを特徴とするパンタグラフ舟体熔損検査装置。
4. 請求項２記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記影部分領域検査部は、前記焦げた範囲において二値画像データで黒の値となっている点について画像データの輝度値を用いて輝度ヒストグラムを作成し、前記輝度ヒストグラムから影であるべき輝度閾値を自動設定し、前記輝度ヒストグラムにおいて全体のサンプル数に対する影であるべき輝度閾値より低い部分のサンプル数を影部分の面積比として求め、前記影部分の面積比が暗い領域があるとする面積比閾値よりも大きい場合は、熔損が有りと判断することで、前記焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査することを特徴とするパンタグラフ舟体熔損検査装置。
5. 請求項２記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記影部分領域検査部は、前記焦げた範囲において二値画像データで黒の値となっている点について画像データの輝度値を用いて輝度ヒストグラムを作成し、前記輝度ヒストグラムを４次多項式で近似して下向きの変曲点の有無により熔損の有無を判断することで、前記焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査することを特徴とするパンタグラフ舟体熔損検査装置。
6. 請求項２記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、前記影部分領域検査部は、前記焦げた範囲において二値画像データで黒の値となっている点について画像データの輝度値を用いて輝度ヒストグラムを作成し、前記輝度ヒストグラムを２つのガウス分布で近似してそれら２つのガウス分布の重なり度合により熔損の有無を判断することで、前記焦げた範囲内において影となった暗い領域の有無を検査することを特徴とするパンタグラフ舟体熔損検査装置。
7. 請求項１記載のパンタグラフ舟体熔損検査装置において、更に、前記パンタグラフを撮影した画像を入力する画像入力部と、前記パンタグラフの画像上位置データを入力するデータ入力部とを備えることを特徴とするパンタグラフ舟体熔損検査装置。

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