JP6277468B2 - Vehicle power pole position inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、列車前方にある電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する装置に関するものであり、特に車両前方に搭載したカメラの画像を基に電柱位置の検査を行う車両前方電柱位置検査装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for inspecting whether or not a power pole in front of a train is outside a building limit, and in particular, a vehicle front power pole position that performs a power pole position inspection based on an image of a camera mounted in front of the vehicle. The present invention relates to an inspection device.
電車のトロリ線を支える電柱は電車が走行する建築限界の外側に位置する必要がある。電柱がどの位置に存在するかを検査する方法としてはスケールや距離計を用いて手動にて計測を行うのが一般的である。
更に、列車に搭載したカメラを用いて自動的に沿線機器の状態を検査する方法が提案されている。
The power pole that supports the trolley line of the train must be located outside the building limits where the train runs. As a method for inspecting where a power pole is located, it is common to manually measure using a scale or a distance meter.
Furthermore, a method for automatically inspecting the status of the equipment along the line using a camera mounted on the train has been proposed.
例えば、特許文献1(特開2011−201426号「列車搭載用画像処理システム」)では、列車に搭載したカメラの画像を処理することで沿線に設置した機器の状態を確認している。
また、自動車を対象に周囲物体や走行領域を検出する方法が提案されている。
For example, in patent document 1 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2011-201426 "Train-mounted image processing system"), the state of the apparatus installed along the line is confirmed by processing the image of the camera mounted in the train.
In addition, a method for detecting a surrounding object or a traveling region for an automobile has been proposed.
例えば、特許文献2(特開2013−82376号「駐車支援装置」)では、自動車に搭載した超音波ソナーにより周辺の物体と車両との距離を計測し駐車を支援している。
特許文献3(特開2012−146135号「境界検出装置、および境界検出プログラム」)では、自動車が走行する走行領域の境界を検出している。
For example, in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-82376 “Parking Support Device”), parking is supported by measuring the distance between a surrounding object and a vehicle using an ultrasonic sonar mounted on an automobile.
In Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-146135, “Boundary Detection Device and Boundary Detection Program”), a boundary of a traveling region in which a vehicle travels is detected.
上述した通り、手動にて電柱位置を検査する方法は確実に計測できる方法であるが、一箇所における計測時間を長く要するため短期間で長い区間の電柱位置を検査する用途には向かない。 As described above, the method of manually inspecting the pole position is a method that can be reliably measured. However, since it takes a long measurement time at one place, it is not suitable for the purpose of inspecting the pole position of a long section in a short period.
特許文献1の方法では、画像を用いて沿線に設置した信号などの機器の動作を確認するが、位置計測は行わない。
特許文献2の方法では、超音波ソナーにより周囲の物体との距離を計測し運転支援を行うため、車両が低速で周囲物体に近接しないと距離測定は難しい。
In the method of Patent Document 1, the operation of a device such as a signal installed along a line is confirmed using an image, but position measurement is not performed.
In the method of
特許文献3の方法では、画像上での走行車線の検出はできるが、電柱位置を検査することはできない。
本発明は、主に施行時の確認であり、電柱が建築限界の外に設計上あるべきところをその通りになっているか、また、補修時に適切な位置に電柱があるかを確認するものである。
In the method of Patent Document 3, the traveling lane can be detected on the image, but the position of the utility pole cannot be inspected.
The present invention is mainly a confirmation at the time of enforcement, and confirms whether the utility pole is in the design where it should be outside the building limits, and whether the utility pole is in an appropriate position at the time of repair. is there.
なお、災害時に電柱が傾き、建築限界の内側に入っているかを確認するものではないが、建築限界にマージンを設けることで、そのような確認にも利用できる。
更に、データを複数回取得すれば、電柱が建築限界に近づいているといった傾向が分かり、前倒しで保守作業を行うことができる。
In addition, it does not confirm whether the utility pole is tilted and enters the inside of the building limit at the time of a disaster, but it can also be used for such confirmation by providing a margin at the building limit.
Furthermore, if the data is acquired a plurality of times, the tendency that the utility pole is approaching the building limit can be understood, and maintenance work can be performed ahead of schedule.
上記課題を解決する本発明の請求項1に係る車両前方電柱位置検査装置は、列車前方にある電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する車両前方電柱位置検査装置において、線路上に沿って基準距離だけ離れた視野内における、線路上のキロ程位置に基づき設計データにより既知である建築限界と、撮影される前記電柱とが、入るように列車前方に搭載したカメラを備え、前記カメラで撮影された画像に基づいて、前記電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する検査用コントローラを備え、前記検査用コントローラは、前記カメラにより撮影された画像中から前記電柱を検出する電柱検出部を備えることを特徴とする。 The vehicle front utility pole position inspection device according to claim 1 of the present invention that solves the above-mentioned problems is a vehicle front utility pole position inspection device that inspects whether or not the utility pole in front of the train is outside the building limit. A camera mounted on the front of the train so that the construction limit known from the design data based on the kilometer position on the track and the photographed power pole in the field of view separated by a reference distance along the line , An inspection controller for inspecting whether or not the utility pole is outside a building limit based on an image photographed by a camera, wherein the inspection controller detects the utility pole from an image photographed by the camera It is characterized by comprising a utility pole detection unit .
上記課題を解決する本発明の請求項2に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項1記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記カメラにより撮影された画像と前記キロ程位置を対応付ける前方画像撮影部とを備えることを特徴とする。
The vehicle front utility pole position inspection device according to
上記課題を解決する本発明の請求項3に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項1記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記電柱検出部は、前記電柱の部分画像と前記電柱以外の部分画像を予め学習した電柱識別器を使用し、前記画像中に設定した電柱探索範囲内で予め設定した矩形状の照合範囲を移動させて、前記電柱を検出することを特徴とする。 The vehicle forward utility pole position inspection device according to claim 3 of the present invention that solves the above problem is the vehicle forward utility pole position inspection device according to claim 1 , wherein the utility pole detection unit is other than the partial image of the utility pole and the utility pole. A utility pole discriminator that has learned partial images in advance is used to move the rectangular collation range set in advance within the utility pole search range set in the image to detect the utility pole .
上記課題を解決する本発明の請求項4に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項1記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記キロ程位置に基づきデータベース化されている前記電柱の高さに基づいて、前記線路上に設定された基準座標系と前記カメラに設定されたカメラ座標系との関係を示す透視変換式を使用することにより、前記電柱検出部で検出された前記電柱の上頭部の三次元位置を計測する電柱位置計測部を備えることを特徴とする。
The vehicle forward utility pole position inspection device according to
上記課題を解決する本発明の請求項5に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項4記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記電柱位置計測部により計測された前記電柱の上頭部の三次元位置が前記建築限界に接触するか否かを判断する建築限界判断部を備えることを特徴とする。
The vehicle forward utility pole position inspection apparatus according to
上記課題を解決する本発明の請求項6に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項1記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記カメラで撮影された画像と前記建築限界とを画像上に重畳表示することによる作業員の目視検査を補助する検査用コントローラを備えることを特徴とする。
The vehicle forward utility pole position inspection device according to
上記課題を解決する本発明の請求項7に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項6記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記カメラにより撮影された画像と前記キロ程位置を対応付ける前方画像撮影部とを備えることを特徴とする。
The vehicle front utility pole position inspection device according to
上記課題を解決する本発明の請求項8に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項6記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記カメラから基準距離だけ離れた位置から前後2箇所に検査幅だけ離れた検査平面上に、前記建築限界を並行移動した2つの仮想建築限界を設定する仮想建築限界設定部を備えることを特徴とする。
The vehicle front utility pole position inspection apparatus according to
上記課題を解決する本発明の請求項9に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項8記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記線路上に設定された基準座標系と前記カメラに設定されたカメラ座標系との関係を示す透視変換式を使用することにより、前記2つの仮想建築限界から前記建築限界の画像上位置を計算する建築限界の画像上位置計算部を備えることを特徴とする。
The vehicle forward utility pole position inspection apparatus according to
上記課題を解決する本発明の請求項10に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項1から9の何れかに記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記建築限界にはマージンを設けることを特徴とする。 Vehicle front utility pole position inspection apparatus according to claim 1 0 of the present invention to solve the above problems is the vehicle front utility pole position inspection device according to any one of claims 1 to 9, by providing the margin to the construction gauge It is characterized by.
上記課題を解決する本発明の請求項11に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項10に記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記マージンは、前記線路の曲線部では内側に設けられることを特徴とする。 Vehicle front utility pole position inspection apparatus according to claim 1 of the present invention to solve the above problems is the vehicle front utility pole position inspection apparatus according to claim 1 0, wherein the margin is provided on the inside in the curved portions of the line It is characterized by being able to.
(1)列車の先頭に搭載したカメラで撮影した画像に基づいて、電車が走行する建築限界の外側に電柱があるか否かを検査することができる。
(2)手動にて電柱位置を検査する方法に比べて短期間で長い区間の電柱位置の検査を行うことができる。
(3)列車が営業時の速度で走行した場合であっても、車両前方のカメラによる画像が撮影できていれば、その画像を基に電柱位置の検査を行うことができる。
(4)車両前方のカメラによる画像上に建築限界を表示することができる。
(1) Based on an image taken with a camera mounted at the head of the train, it is possible to inspect whether or not there is a power pole outside the building limit where the train travels.
(2) Compared with the method of manually inspecting the pole position, the pole position in the long section can be inspected in a short period of time.
(3) Even if the train travels at a business speed, if the image in front of the vehicle can be taken, the position of the utility pole can be inspected based on that image.
(4) The building limit can be displayed on the image from the camera in front of the vehicle.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
(実施例1)基本的な考え方
本発明の目的は、車両前方に搭載したカメラの画像を基に電柱位置の検査を行う車両前方電柱位置検査装置を提供することである。
本発明の車両前方電柱位置検査装置の機器構成を図1に示す。
(Embodiment 1) Basic concept An object of the present invention is to provide a vehicle forward power pole position inspection device that inspects a power pole position based on an image of a camera mounted in front of the vehicle.
The equipment configuration of the vehicle front utility pole position inspection device of the present invention is shown in FIG.
本発明の車両前方電柱位置検査装置は、車両1の先頭に設置して前方を撮影するカメラ2と、画像の保存や処理を行う検査用コントローラ3から構成する。
前方を照らす照明(図示省略)は車載照明を流用する。
The vehicle front utility pole position inspection device of the present invention is configured by a
In-vehicle illumination is used as illumination (not shown) for illuminating the front.
また、検査用コントローラ3は、車両1の各種センサを制御する車載センサコントローラ4から電車1の位置であるキロ程情報を受け取る。「キロ程情報」とは、駅から何キロかという線路9上の位置の事を指し、キロ程位置とも言う。
図1に示すように、トロリ線を支える電柱構造物5は線路9とトロリ線を跨ぐように沿線に設置されている。
Further, the inspection controller 3 receives kilometer information indicating the position of the train 1 from the in-
As shown in FIG. 1, the
電柱構造物5は、線路9の両側に立接された電柱6,7と、電柱6,7の上端に水平に渡された水平梁8とから構成される。
図2に示すように、車両1に設置したカメラ2から基準距離L(例えば5m)だけ離れた位置においてカメラ2の視野V内に建築限界Aと電柱構造物5の上部までが入るように、カメラ設置時にレンズを調整しておく。
The
As shown in FIG. 2, the building limit A and the upper part of the
カメラ2で前方を撮影した画像の例を図2に示す。図2の点線で示した部分が電柱構造物5と線路9上の同じ地点に相当する建築限界Aである。建築限界Aは、文字通り、車両1が存在し得る限界を示すものであり、画像中では、ほぼ四角形の領域である。
線路9上の電柱6,7の高さは設計データから得られているために既知であり、線路9上の位置(キロ程)に対する電柱高さはデータベース化されている。
An example of an image taken in front of the
The heights of the
本発明による検査用コントローラ3は、カメラ2で撮影された画像に基づいて、電柱6,7が建築限界Aの外にあるか否かを検査するものであり、図20に示すよう、処理設定部10、記憶部20、前方画像撮影部30、電柱検出部40、電柱位置計測部50、建築限界判断部60、結果出力部70より構成する。
処理設定部10では、電柱検査に必要な各種処理パラメータを設定する。
The inspecting controller 3 according to the present invention inspects whether or not the
The
記憶部20では、処理パラメータや各種データを保管する。
前方画像撮影部30では、カメラ2で撮影した画像データを入力すると共に車載センサコントローラ4からのキロ程情報を入力し、撮影時の画像データとキロ程情報を対応付けて撮影時キロ程データとして保存する。
The
The front
電柱検出部40では、処理パラメータや画像データなどの各種データ(撮影時キロ程データ、線路情報を含む)を入力し、画像上における電柱6,7の上頭部位置と電柱6,7を囲む矩形範囲位置を検出して電柱データとして保存する。
電柱位置計測部50では、処理パラメータや電柱データなどの各種データ(撮影時キロ程データ、線路情報を含む)を入力し、各種の座標系データや電柱上頭部の三次元位置(電柱三次元位置データと呼ぶ)を計算して保存する。
In the utility
In the utility pole
建築限界判断部60では、処理パラメータや電柱三次元位置データなどの各種データ(撮影時キロ程データ、座標系データ、線路情報を含む)を入力し、電柱が建築限界Aの外にあるか否かを判断すると共に建築限界Aの各点の画像上における位置を計算して保存する。
In the building
結果出力部70では、判断結果と画像上建築限界データを出力する。出力したデータは、例えば、図19に示すようにモニタ(図示省略)に表示する。この例では撮影画像と共に判断結果である「OK」と建築限界Aを重畳表示している。
The
本発明の車両前方電柱位置検査は、図3に示す全体フローチャートに従い、以下のように実施する。
先ず、前方画像の撮影を行い(ステップS1)、次に、電柱検出を行い(ステップS2)、引き続き、電柱位置の計測を行い(ステップS3)、更に、建築限界Aの判断を行う(ステップS4)。そして、処理を終了すべきか否か判定し(ステップS5)、処理を終了すべき時は、処理を終了し、そうでないときは、ステップS1からステップS4を繰り返す。
次に各手順について詳細に説明する。
The vehicle front utility pole position inspection of the present invention is performed as follows according to the overall flowchart shown in FIG.
First, the front image is taken (step S1), then the utility pole is detected (step S2), the utility pole position is subsequently measured (step S3), and the building limit A is determined (step S4). ). Then, it is determined whether or not the process should be terminated (step S5). When the process is to be terminated, the process is terminated, and when not, the steps S1 to S4 are repeated.
Next, each procedure will be described in detail.
<ステップS1>
ステップS1の「前方画像の撮影」は、図4に示すフローチャートに従い、主として、前方画像撮影部30により、次の手順で実施する。
ステップS11:カメラ2により前方の画像を撮影する。
ステップS12:車載センサコントローラ4からキロ程情報を受け取る。
ステップS13:撮影した画像とキロ程情報を対応付けて保存する。
このような手順によれば、線路9の左右方向の傾き及び前後方向の傾きをデータベースからキロ程情報を基に参照し、撮影時のカメラ2の傾き(姿勢)情報を得ることができる。
<Step S1>
“Shooting a front image” in step S1 is mainly performed by the front
Step S11: A front image is taken by the
Step S12: The kilometer information is received from the in-
Step S13: The captured image and kilometer information are stored in association with each other.
According to such a procedure, the tilt (posture) information of the
<ステップS2>
ステップS2の「電柱検出」は、図5に示すフローチャートに従い、主として、電柱検出部40により、次の手順で実施する。
ステップS21:画像上における電柱6,7の探索範囲Bを設定する。
ステップS22:探索範囲B内において電柱6,7を囲む矩形範囲を検出する。
ステップS23:電柱6,7の上頭部の画像上位置を求める。
ステップS24:画像上の電柱6,7の上頭部位置と電柱6,7を囲む矩形範囲を保存する。
<Step S2>
The “electric pole detection” in step S2 is mainly performed by the electric
Step S21: The search range B of the
Step S22: A rectangular range surrounding the
Step S23: The position on the image of the upper head of the
Step S24: The upper head position of the
<ステップS21>
ステップS21の「電柱6,7の探索範囲Bの設定」は次の方法を用いる。
即ち、線路9には電車1がカーブして進む区間があるが、撮影対象とする電柱6,7とカメラ2までの距離が数メートルに対して線路9の曲がり具合が非常に小さいため、カメラ2から電柱6,7までの区間はほぼ直線であると考えて良い。
また、撮影時キロ程情報から電柱6,7の設計上位置を得ることができる。
<Step S21>
The following method is used for “setting the search range B of the
In other words, there is a section where the train 1 travels in a curve on the
Moreover, the design position of the
これらの条件より、カメラ位置姿勢と電柱6,7の設計上位置が既知であることを利用して、図6に示すようにカメラ2の視野Vにおける電柱設計上位置Cを求める。電柱設計上位置Cは、電柱6,7の形状に似せて、鉛直方向に延びる棒状の線分とする。
更に、図6に示すようにカメラ視野Vにおける電柱設計上位置Cに予め設定しておいた横方向のオフセット幅を持たせて電柱6,7の探索範囲B(図中破線で示す)を設定する。
若しくは、電柱設計上位置Cが得られない場合は、装置運用による経験から電柱6,7の探索範囲Bを画像上に手動で設定しても良い。
Based on these conditions, the utility pole design position C in the field of view V of the
Further, as shown in FIG. 6, the search range B (indicated by a broken line in the figure) of the
Alternatively, when the position C in the utility pole design cannot be obtained, the search range B of the
<ステップS22>
ステップS22の「電柱6,7を囲む矩形範囲を検出」は次の方法を用いる。
即ち、本発明による電柱位置の検出は、特開2012−28460号と同様に識別器による対象物検出により実施する。
<Step S22>
The following method is used for “detecting a rectangular area surrounding the
That is, the utility pole position detection according to the present invention is performed by detecting an object using a discriminator as in JP 2012-28460 A.
まず、図7に示すように、電柱6,7の部分画像Q1と電柱以外の部分画像Q2を多数用意し、これらの画像Q1,Q2により学習器41を通じて電柱識別器42を予め学習しておく。この電柱識別器42の学習はオフラインで別途実施しておけば良い。
学習の結果得られる学習データは処理パラメータの一部として処理設定器10に入力する。
First, as shown in FIG. 7, a large number of partial images Q1 of the
Learning data obtained as a result of learning is input to the
次に、図8に示すように、電柱6,7の探索範囲B内でラスタースキャンにより、図中矢印で示すように、矩形状をなす電柱識別器の照合範囲Dを上下左右に動かし、学習した電柱識別器42を用いて電柱位置Eを検出する。検出された電柱位置Eにおける電柱識別器の照合範囲Dが、図中破線で示すように、「電柱6,7を囲む矩形範囲」である。
Next, as shown in FIG. 8, by performing a raster scan within the search range B of the
なお、特願2012−280536号の[0005]には「特許文献2(注、特開2012−28460号のこと)では、基板に実装する部品の有無を検査するため、基板実装後の部品周辺の画像の輝度情報を学習することで、サポートベクタマシンによる識別器を予め構築し、識別器を構築後は画像の輝度情報から識別器により部品の有無を判断する技術が開示されている。」と記載されている。 Note that Japanese Patent Application No. 2012-280536 [0005] states that “Patent Document 2 (Note, JP 2012-28460 A) discloses a component periphery after mounting on a substrate in order to inspect for the presence of components mounted on the substrate. A technology is disclosed in which a discriminator using a support vector machine is constructed in advance by learning the luminance information of the image, and after the discriminator is constructed, the discriminator determines the presence or absence of a component from the luminance information of the image. It is described.
特開2012−28460号の[0008]には、「ここで、サポートベクタマシンとは、2クラスのパターン識別器を構成する公知の手法である。サポートベクタマシンは、一方のクラスに属するサンプルデータと、他方のクラスに属するサンプルデータとによって、それらを分離するための分離面を決定する。そして、その分離面によって、与えられたデータがいずれのクラスに属するかを識別する。」と記載されている。 [0008] of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-28460 states, “Here, the support vector machine is a known method for forming a two-class pattern discriminator. The support vector machine is sample data belonging to one class. And the sample data belonging to the other class determines a separation plane for separating them, and the separation plane identifies which class the given data belongs to. " ing.
<ステップS23>
ステップS23の「電柱6,7の上頭部の画像上位置」は次の方法により求める。
先ず、図9に示すように、電柱上頭部の基準テンプレート画像Fを予め用意しておく。
<Step S23>
The “upper image position of the upper heads of the
First, as shown in FIG. 9, a reference template image F of the upper part of the utility pole is prepared in advance.
次に、図9に示すように、検出した電柱位置Eから得られる電柱上頭部位置付近に電柱上頭部位置探索範囲G(図中破線で示す)を設け、電柱上頭部位置探索範囲Gにおいて基準テンプレート画像Fを図中上下左右に移動させることで、ラスタースキャンによりテンプレートマッチングを行い、電柱上頭部位置探索範囲Gにおける電柱上頭部の基準テンプレート画像Fとの照合値データを得る。 Next, as shown in FIG. 9, a utility pole upper head position search range G (shown by a broken line in the figure) is provided near the utility pole upper head position obtained from the detected utility pole position E, and the utility pole upper head position search range is provided. By moving the reference template image F up, down, left and right in the figure in G, template matching is performed by raster scan, and collation value data with the reference template image F of the electric pole upper head position search range G is obtained. .
また、照合値データの例を図10に示す。照合値データの中でから最も良い照合値を得られる位置を探索し、さらに最も良い照合値が得られた位置の周辺の照合値を用いて画像の縦方向および横方向におけるサブピクセル位置推定を行う。
サブピクセル位置推定はパラボラフィッティングにより行う。図10に示すように、パラボラフィッティングによって得られる二次曲線の頂点位置を電柱6,7の上頭部の位置Hとして求める。
Moreover, the example of collation value data is shown in FIG. Search for the position where the best matching value can be obtained from the matching value data, and further estimate the subpixel position in the vertical and horizontal directions of the image using the matching values around the position where the best matching value was obtained. Do.
Sub-pixel position estimation is performed by parabolic fitting. As shown in FIG. 10, the vertex position of the quadratic curve obtained by parabolic fitting is obtained as the position H of the upper head of the
<ステップS3>
ステップS3の「電柱位置の計測」は、図11に示すフローチャートに従い、主として、電柱位置計測部50により、次の手順で実施する。
ステップS31:基準座標系100を設定する。
ステップS32:基準座標系100におけるカメラ位置姿勢を求める。
ステップS33:基準座標系100における電柱6,7の上頭部三次元位置を求める。
ステップS34:電柱座標系200を設定する。
ステップS35:カメラ位置姿勢を含む座標系データおよび電柱上頭部の三次元位置のデータを保存する。
<Step S3>
“Measurement of the utility pole position” in step S3 is mainly performed by the utility pole
Step S31: The reference coordinate
Step S32: The camera position and orientation in the reference coordinate
Step S33: The upper head three-dimensional position of the
Step S34: The utility pole coordinate system 200 is set.
Step S35: The coordinate system data including the camera position and orientation and the data of the three-dimensional position of the electric pole upper head are stored.
<ステップS31>
ステップS31の「基準座標系100の設定」は次の方法を用いる。
即ち、基準座標系100の設定例を図12、図13に示す。図12に示すように、左右のレールの中央位置を原点0とし、鉛直方向をY軸とし、水平方向をX軸とする。つまり、水平面において電車1の進行方向に対して垂直な方向へX軸を取る。図12(a)は、左右の線路(レール)9に高低差がないため、レール上面の位置がY軸方向原点0である。図12(b)は、左右のレール上面に高低差がある場合であり、レール上面が水平方向のX軸に対して傾いている。図13に示すように、水平面において電車1の進行方向とは逆方向をZ軸に取る。
<Step S31>
The “setting of reference coordinate
That is, examples of setting the reference coordinate
<ステップS32>
ステップS32の「基準座標系100におけるカメラ位置姿勢」は次の方法で求める。
即ち、図13に示すように、カメラ2のZ軸上の位置はカメラ2から電柱構造物5までの基準距離Lとして設定しておく。つまり、基準座標系100とカメラ座標系300とのZ軸上の距離が基準距離Lである。
<Step S32>
The “camera position and orientation in the reference coordinate
That is, as shown in FIG. 13, the position of the
また、車両1内におけるカメラ設置位置は設計データから得られているため、この設計データに対して撮影地点における電車1の傾きを考慮することでカメラ2のX軸上位置とY軸上位置を設定する。
また、カメラ2の姿勢については、キロ程情報を基に参照し、撮影時のカメラ2の傾き(姿勢)情報を得る。カメラ位置姿勢から設定したカメラ座標系300の例を同じく図13に示す。
In addition, since the camera installation position in the vehicle 1 is obtained from the design data, the X-axis position and the Y-axis position of the
Further, the attitude of the
<ステップS33>
ステップS33の「基準座標系100における電柱6,7の上頭部三次元位置」は次の方法で求める。
<Step S33>
The “three-dimensional position of the upper heads of the
即ち、基準座標系100における電柱6,7の上頭部三次元位置(X, Y, Z)と電柱6,7の上頭部の画像上位置から換算できるカメラ座標系300における画像センサ上に投影された電柱6,7の上頭部の位置( x, y, f ) は式(1)(2)に示す透視変換式で表現することができる。ここで a はカメラ姿勢により求められる係数、f はレンズ焦点距離、(X0, Y0, Z0)は基準座標系100におけるカメラ位置である。
That is, on the image sensor in the camera coordinate system 300 that can be converted from the three-dimensional position (X, Y, Z) of the upper heads of the
撮影地点に対応する電柱6,7の高さは予め分かっているため、式(2)の Y が既知である。そこで、式(2)を用いて基準座標系100における電柱6,7のZ軸上位置を求め、次に式(1)に Z を代入して電柱6,7のX軸上位置を求める。
Since the heights of the
<ステップS34>
ステップS34の「電柱座標系200」の設定は次の方法を用いる。
即ち、図14に示すように、電柱6,7の上頭部三次元位置分だけ基準座標系100のZ−X平面において並行移動した座標系を電柱座標系200に設定する。
<Step S34>
The “electric pole coordinate system 200” is set in step S34 using the following method.
That is, as shown in FIG. 14, a coordinate system that is translated in the ZX plane of the reference coordinate
<ステップS4>
ステップS4の「建築限界Aの判断」は、図15に示すフローチャートに従い、主として、建築限界判断部60により、次の手順で実施する。
ステップS41:撮影時の電柱キロ程位置を求める。
ステップS42:電柱座標系200における建築限界Aの各点の位置を求める。
ステップS43:建築限界Aの判断を行う。
ステップS44:画像上における建築限界Aの各点の位置を求める。
ステップS45:判断結果と建築限界Aの各点の位置を保存する。
<Step S4>
The “determination of the building limit A” in step S4 is mainly performed by the building
Step S41: The position of the utility pole kilometer at the time of photographing is obtained.
Step S42: The position of each point of the building limit A in the utility pole coordinate system 200 is obtained.
Step S43: The construction limit A is determined.
Step S44: The position of each point of the building limit A on the image is obtained.
Step S45: The determination result and the position of each point of the building limit A are stored.
<ステップS41>
ステップS41の「撮影時の電柱キロ程位置」は次の方法により求める。
即ち、画像に対応したキロ程情報にカメラ2から電柱構造物5までの基準距離Lと基準座標系100における電柱6,7の上頭部Z軸上位置を加算する。これが撮影時の電柱キロ程位置である。
<Step S41>
The “position of the power pole kilometer at the time of photographing” in step S41 is obtained by the following method.
That is, the reference distance L from the
<ステップS42>
ステップS42の「電柱座標系200における建築限界Aの各点の位置」は次の方法により求める。
線路9上の各キロ程位置における建築限界Aは設計データにより既知である。
この建築限界Aは、図16に示すように枕木方向を横軸とし、線路9面に対して垂直方向を縦軸として、二次元平面上に設定されている。
<Step S42>
The “position of each point of the building limit A in the utility pole coordinate system 200” in step S42 is obtained by the following method.
The building limit A at each kilometer position on the
As shown in FIG. 16, the building limit A is set on a two-dimensional plane with the sleeper direction as the horizontal axis and the vertical direction with respect to the surface of the
この横軸をX軸とし、縦軸をY軸として建築限界座標系400を設定した場合、図17に示すように、電柱座標系200のX−Y平面上で建築限界Aを表現することができる。
これは基準座標系100における電柱6,7のX軸上位置分だけシフトした位置に建築限界座標系400の原点を並行移動し、さらに、電柱キロ程位置における線路9の左右方向の傾き分だけ回転した座標変換を行うことで実現できる。
When the building limit coordinate system 400 is set with the horizontal axis as the X axis and the vertical axis as the Y axis, the building limit A can be expressed on the XY plane of the utility pole coordinate system 200 as shown in FIG. it can.
This translates the origin of the construction limit coordinate system 400 to a position shifted by the position on the X-axis of the
<ステップS43>
ステップS43の「建築限界Aの判断」を次の方法により実施する。
即ち、電柱座標系200における建築限界Aの各点の位置を求めた場合、電柱座標系200のX軸成分において0以上の値を持つ建築限界Aの点が存在すると電柱と接触することになる。
そこで、電柱座標系200における建築限界Aの各点のX軸成分を調べ、全てが負の値であった場合は、電柱が建築限界Aの外にあると判断する。
<Step S43>
The “determination of building limit A” in step S43 is performed by the following method.
That is, when the position of each point of the building limit A in the utility pole coordinate system 200 is obtained, if there is a point of the building limit A having a value of 0 or more in the X-axis component of the utility pole coordinate system 200, it will come into contact with the utility pole. .
Therefore, the X-axis component of each point of the building limit A in the utility pole coordinate system 200 is examined, and if all are negative values, it is determined that the utility pole is outside the building limit A.
より安全性を考慮する場合は予め安全幅を設け、安全幅分を各点のX軸成分の値から差し引いた値が負の値であるか否かを調査する。
特に線路9の曲線部では内側にマージンを設けた建築限界Aを設定した方が安全性が高い。
When considering safety, a safety width is provided in advance, and it is investigated whether or not a value obtained by subtracting the safety width from the value of the X-axis component at each point is a negative value.
In particular, in the curved part of the
<ステップS44>
ステップS44の「画像上における建築限界Aの各点の位置」は次の方法により求める。
即ち、基準座標系100におけるカメラ位置姿勢と基準座標系100と電柱座標系200との位置関係から電柱座標系200におけるカメラ位置姿勢を計算する。
これにより電柱座標系200における点の三次元位置からカメラ座標系300における画像センサ上位置への透視変換式を求める。
<Step S44>
The “position of each point of the building limit A on the image” in step S44 is obtained by the following method.
That is, the camera position and orientation in the utility pole coordinate system 200 are calculated from the camera position and orientation in the reference coordinate
As a result, a perspective transformation formula from the three-dimensional position of the point in the utility pole coordinate system 200 to the position on the image sensor in the camera coordinate system 300 is obtained.
次に、図18に示すように、電柱座標系200における建築限界Aの各点を画像上Nの位置へ透視変換式により変換することで画像上Nにおける建築限界Aの各点の位置を求める。図18において、Pはレンズ焦点である。 Next, as shown in FIG. 18, each point of the building limit A in the image N is obtained by converting each point of the building limit A in the utility pole coordinate system 200 to a position of N on the image by a perspective transformation formula. . In FIG. 18, P is a lens focus.
本装置の効果としては、発明の効果の欄に記載した通りであり、特に、列車の先頭に搭載したカメラ2で撮影した画像を基に電車が走行する建築限界Aの外側に電柱6,7があるか否かを検査することができる。
The effect of this apparatus is as described in the column of the effect of the invention, and in particular, the
実施例2(建築限界Aの目視検査を補助する装置)
本発明の目的は、実施例1と同じく、車両前方に搭載したカメラの画像を基に電柱位置の検査を行う車両前方電柱位置検査装置を提供することである。
Example 2 (device for assisting visual inspection of building limit A)
An object of the present invention is to provide a vehicle front utility pole position inspection device that inspects a utility pole position based on an image of a camera mounted in front of the vehicle, as in the first embodiment.
ただし、実施例1とは異なり、車両前方の電柱位置を計測せず、車両1に設置したカメラ2から基準距離Lだけ離れた位置の建築限界Aを、車両傾きを考慮して画像(モニタ)上に表示する。
列車前方にある電柱が建築限界Aの外にあるか否かの判断については、カメラ2で撮影された画像と建築限界Aとを画像(モニタ)上に重畳表示することによる作業員の目視検査により行う。
However, unlike the first embodiment, the position of the utility pole in front of the vehicle is not measured, and the building limit A at a position away from the
Regarding the judgment of whether or not the utility pole in front of the train is outside the building limit A, visual inspection of workers by superimposing and displaying the image taken with the
本発明の車両前方電柱位置検査装置は基本的には実施例1と同様に図1の機器構成を用いる。
但し、本発明による検査用コントローラ3は、カメラ2で撮影された画像と建築限界Aとを画像上に重畳表示することによる作業員の目視検査を補助するものであり、図27に示すように、処理設定部10、記憶部20、前方画像撮影部30、仮想建築限界設定部80、建築限界の画像上位置計算部90、結果出力部70より構成する。
The vehicle front utility pole position inspection apparatus of the present invention basically uses the equipment configuration shown in FIG.
However, the inspection controller 3 according to the present invention assists the visual inspection of the worker by superimposing and displaying the image photographed by the
処理設定部10、記憶部20、前方画像撮影部30は実施例1と同様のものを用いる。
仮想建築限界設定部80では、処理パラメータや撮影時キロ程データなどの各種データを入力し、検査平面Mを設定して仮想建築限界Jの三次元位置を計算し、各種の座標系データや仮想建築限界データを保存する。
The
The virtual building
建築限界の画像上位置計算部90では、処理パラメータや撮影時キロ程データなどの各種データを入力し、透視変換により仮想建築限界Jの各点の画像上位置を計算し、画像上建築限界データを保存する。
結果出力部70では、画像上建築限界データを出力する。出力したデータは、例えば、図26に示すようにモニタ(図示省略)に表示する。この例では、モニタ上において撮影画像と建築限界とを重畳表示している。
The building limit image
The
本発明の車両前方電柱位置検査は、図21に示す全体フローチャートに従い、以下のように実施する。
先ず、前方画像の撮影を行い(ステップT1)、次に、仮想建築限界Jの設定を行い(ステップT2)、引き続き、建築限界Aの画像上位置の計算を行う(ステップT3)。そして、処理を終了すべきか否か判定し(ステップS4)、処理を終了すべき時は、処理を終了し、そうでないときは、ステップT1からステップT3を繰り返す。
次に各手順について詳細に説明する。
The vehicle front utility pole position inspection of the present invention is performed as follows according to the overall flowchart shown in FIG.
First, a front image is taken (step T1), then a virtual building limit J is set (step T2), and then the position of the building limit A on the image is calculated (step T3). Then, it is determined whether or not the process should be terminated (step S4). When the process is to be terminated, the process is terminated, and when not, the steps T1 to T3 are repeated.
Next, each procedure will be described in detail.
<ステップT1>
ステップT1の「前方画像の撮影」は実施例1と同様の方法で行う。
<Step T1>
“Taking a front image” in step T1 is performed in the same manner as in the first embodiment.
<ステップT2>
ステップT2の「仮想建築限界Jの設定」は、図22に示すフローチャートに従い、次の手順で実施する。
ステップT21:基準座標系100を設定する。
ステップT22:基準座標系100におけるカメラ位置姿勢を求める。
ステップT23:基準座標系100における仮想建築限界Jの三次元位置を求める。
ステップT24:カメラ位置姿勢を含む座標系データおよび仮想建築限界Jデータを保存する。
<Step T2>
“Setting virtual building limit J” in step T2 is performed according to the following procedure according to the flowchart shown in FIG.
Step T21: The reference coordinate
Step T22: The camera position and orientation in the reference coordinate
Step T23: The three-dimensional position of the virtual building limit J in the reference coordinate
Step T24: Coordinate system data including the camera position and orientation and virtual building limit J data are stored.
<ステップT21>
ステップT21の「基準座標系100の設定」は実施例1と同様の方法を用いる。
<Step T21>
For the “setting of the reference coordinate
<ステップT22>
ステップT22の「基準座標系100におけるカメラ位置姿勢」についても実施例1と同様の方法で求める。
<Step T22>
The “camera position and orientation in the reference coordinate
<ステップT23>
ステップT23の「基準座標系100における仮想建築限界Jの三次元位置」は、主として、仮想建築限界設定部80により、次の方法で求める。
即ち、線路9上の各キロ程位置における建築限界は実施例1で説明したように設計データにより既知である(図16)。
<Step T23>
The “three-dimensional position of the virtual building limit J in the reference coordinate
That is, the construction limit at each kilometer position on the
この横軸をX軸とし、縦軸をY軸として建築限界座標系400を設定した場合、図23に示すように、基準座標系100のX−Y平面上で建築限界Aを表現することができる。
画像撮影時に得たキロ程情報と車両1の線路9上での実際の位置に若干のズレが生じることを考慮して、図24に示すように、基準座標系100のZ軸正負両方向に検査幅Kだけ離れた二つ検査平面Mを考える。
When the building limit coordinate system 400 is set with the horizontal axis as the X axis and the vertical axis as the Y axis, the building limit A can be expressed on the XY plane of the reference coordinate
Considering the fact that the kilometer information obtained at the time of image shooting and the actual position of the vehicle 1 on the
基準座標系100の原点のキロ程位置における建築限界Aを、図24に示すように、二つの検査平面M上に各々並行移動することで、仮想建築限界Jの三次元位置を求める。
As shown in FIG. 24, the building limit A at the kilometer position of the origin of the reference coordinate
<ステップT3>
ステップT3の「建築限界の画像上位置の計算」は、主として、建築限界の画像上位置計算部90により、次の方法で行う。
先ず、基準座標系100における点の三次元位置からカメラ座標系300における画像センサ上位置への透視変換式を求める。
<Step T3>
The “calculation of the building limit image position” in step T3 is mainly performed by the building limit image
First, a perspective transformation formula from the three-dimensional position of the point in the reference coordinate
次に、図25に示すように、基準座標系100における仮想建築限界Jの各点を画像上Nの位置へ透視変換式により変換することで画像上Nにおける建築限界Aの各点の位置を求める。図25中において、Pはレンズ焦点である。
Next, as shown in FIG. 25, by converting each point of the virtual building limit J in the reference coordinate
本発明の効果としては、発明の効果の欄に記載した通りであり、特に、列列車の先頭に搭載したカメラ2で撮影した画像を基に電車1が走行する建築限界Aの外側に電柱6,7があるか否かを目視検査することができる。実施例1のように自動的な判断は出来ないが、逆光や悪天候などにより、電柱6,7の検出が難しい場合でも、画像上に建築限界Aを表示することで、目視による判断が可能となり、作業者の負担を軽減することができる。
The effect of the present invention is as described in the column of the effect of the invention, and in particular, the
本発明は、列車前方にある電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する装置として産業上広く利用可能なものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used industrially as a device for inspecting whether or not a utility pole in front of a train is outside the building limit.
1 列車
2 カメラ
3 検査用コントローラ
4 車載センサコントローラ
5 電柱構造物
6,7 電柱
8 水平梁
9 線路
10 処理設定部
20 記憶部
30 前方画像撮影部
40 電柱検出部
50 電柱位置計測部
60 建築限界判断部
70 結果出力部
80 仮想建築限界設定部
90 建築限界の画像上位置計算部
100 基準座標系
200 電柱座標系
300 カメラ座標系
400 建築限界座標系
A 建築限界
B 電柱の探索範囲
C 電柱設計上位置
D 電柱識別器の照合範囲
E 電柱位置
F 電柱上頭部の基準テンプレート画像
G 電柱上頭部位置探索範囲
H 電柱上頭部の位置
J 仮想建築限界
K 検査幅
L 基準距離
M 検査平面
N 画像上
V カメラ視野
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (11)
線路上に沿って基準距離だけ離れた視野内における、線路上のキロ程位置に基づき設計データにより既知である建築限界と、撮影される前記電柱とが、入るように列車前方に搭載したカメラを備え、
前記カメラで撮影された画像に基づいて、前記電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する検査用コントローラを備え、
前記検査用コントローラは、
前記カメラにより撮影された画像中から前記電柱を検出する電柱検出部を備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 In the vehicle front utility pole position inspection device that inspects whether the utility pole in front of the train is outside the building limits,
A camera mounted in front of the train so that the construction limit known from the design data based on the kilometer position on the track in the field of view separated by a reference distance along the track and the electric pole to be photographed can enter. Prepared ,
An inspection controller that inspects whether or not the utility pole is outside the building limit based on an image taken by the camera;
The inspection controller is:
A vehicle forward utility pole position inspection apparatus comprising a utility pole detection unit that detects the utility pole from an image photographed by the camera .
前記検査用コントローラは、
前記カメラにより撮影された画像と前記キロ程位置を対応付ける前方画像撮影部とを備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 In the vehicle front utility pole position inspection device according to claim 1 ,
The inspection controller is:
A vehicle forward utility pole position inspection apparatus comprising: a front image photographing unit that associates an image photographed by the camera with the kilometer position.
前記電柱検出部は、前記電柱の部分画像と前記電柱以外の部分画像を予め学習した電柱識別器を使用し、前記画像中に設定した電柱探索範囲内で予め設定した矩形状の照合範囲を移動させて、前記電柱を検出することを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 In the vehicle front utility pole position inspection device according to claim 1 ,
The utility pole detection unit uses a utility pole discriminator that has previously learned a partial image of the utility pole and a partial image other than the utility pole, and moves a rectangular matching range set in advance within the utility pole search range set in the image. is allowed, the vehicle front utility pole position inspection device and detects the electric pole.
前記検査用コントローラは、
前記キロ程位置に基づきデータベース化されている前記電柱の高さに基づいて、前記線路上に設定された基準座標系と前記カメラに設定されたカメラ座標系との関係を示す透視変換式を使用することにより、前記電柱検出部で検出された前記電柱の上頭部の三次元位置を計測する電柱位置計測部を備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 In the vehicle front utility pole position inspection device according to claim 1 ,
The inspection controller is:
Based on the height of the utility pole in the database based on the kilometer position, use a perspective transformation formula indicating the relationship between the reference coordinate system set on the track and the camera coordinate system set on the camera Thus, a vehicle forward utility pole position inspection device comprising a utility pole position measurement unit that measures the three-dimensional position of the upper head of the utility pole detected by the utility pole detection unit.
前記検査用コントローラは、
前記電柱位置計測部により計測された前記電柱の上頭部の三次元位置が前記建築限界に接触するか否かを判断する建築限界判断部を備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 In the vehicle front utility pole position inspection device according to claim 4 ,
The inspection controller is:
A vehicle forward utility pole position inspection device comprising: a building limit judgment unit that judges whether or not a three-dimensional position of the upper head of the utility pole measured by the utility pole position measurement unit contacts the building limit.
前記カメラで撮影された画像と前記建築限界とを画像上に重畳表示することによる作業員の目視検査を補助する検査用コントローラを備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 In the vehicle front utility pole position inspection device according to claim 1,
A vehicle front utility pole position inspection device comprising an inspection controller that assists a visual inspection of a worker by superimposing and displaying an image photographed by the camera and the building limit on the image.
前記検査用コントローラは、
前記カメラにより撮影された画像と前記キロ程位置を対応付ける前方画像撮影部とを備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 In the vehicle front utility pole position inspection device according to claim 6 ,
The inspection controller is:
A vehicle forward utility pole position inspection apparatus comprising: a front image photographing unit that associates an image photographed by the camera with the kilometer position.
前記検査用コントローラは、
前記カメラから基準距離だけ離れた位置から前後2箇所に検査幅だけ離れた検査平面上に、前記建築限界を並行移動した2つの仮想建築限界を設定する仮想建築限界設定部を備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 In the vehicle front utility pole position inspection device according to claim 6 ,
The inspection controller is:
It comprises a virtual building limit setting unit that sets two virtual building limits that are moved in parallel with the building limit on an inspection plane that is separated from the camera by a reference distance from a position that is a reference distance away from the camera by two inspection widths. A vehicle front power pole position inspection device.
前記検査用コントローラは、
前記線路上に設定された基準座標系と前記カメラに設定されたカメラ座標系との関係を示す透視変換式を使用することにより、前記2つの仮想建築限界から前記建築限界の画像上位置を計算する建築限界の画像上位置計算部を備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 The vehicle front utility pole position inspection device according to claim 8 ,
The inspection controller is:
By using the perspective transformation equation showing the relationship between the camera coordinate system set in the the set reference coordinate system on the line camera, calculating an image on the position of the construction gauge from the two virtual construction gauge The vehicle front utility pole position inspection apparatus characterized by including an on-image position calculation unit for building limits.
前記建築限界には、マージンを設けることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 In the vehicle front utility pole position inspection device according to any one of claims 1 to 9 ,
A vehicle front utility pole position inspection device characterized in that a margin is provided at the building limit.
前記マージンは、前記線路の曲線部では内側に設けられることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。 In the vehicle front utility pole position inspection device according to claim 10 ,
The vehicle front utility pole position inspection apparatus, wherein the margin is provided inside a curved portion of the track.
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