JP6371720B2 - 鉄道用発光機の検査方法、鉄道用発光機の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道用発光機の検査方法、鉄道用発光機の検査装置に関する。

特殊信号発光機、鉄道用色灯式信号機、合図器、および標識等の鉄道用発光機は、色等の点灯又は滅灯により、列車の運転士に現示（信号や指示を表すこと）等を伝達する装置である。現示等は、列車の運転士が、特殊信号発光機、鉄道用信号機、合図器、または標識などの鉄道用発光機の色灯又は滅灯を目視確認することで伝達されるので、運転士が信号を見落とした場合には、現示灯が正しく伝達されず危険である。また、特殊信号発光機、鉄道用信号機、合図器、および標識などの鉄道用発光機は、線路脇に建植されるものであるため、設置場所に制約がある。

近年、鉄道用発光機の光源としては、ＬＥＤ素子が用いられている。ＬＥＤ素子は、電力消費が少なくて省電力化を図ることができ、また、定期的な電球交換作業が不要であることから、省力化も同時に実現できる利点がある。

従来、実際に信号機等の点灯又は滅灯することなく、ＬＥＤ素子を用いた特殊信号発光機、鉄道用信号機、合図器、または標識などの視認可否を確認するために、特殊信号発光機、鉄道用信号機、合図器、または標識などの鉄道用発光機に取り付けられ、かつ、確認用パターンの赤外線発光を行う赤外線発光機と、視認地点で前記赤外線発光を撮影する赤外線ビデオカメラとを用いて、赤外線ビデオカメラの撮影画像を画像処理して得られた発光パターンと確認用ビットパターンとの同一性を判定する技術がある（例えば特許文献１）。

また、上述の特許文献１に記載の技術を用いるような場合において、隣接する複数の特殊信号発光機、鉄道用信号機、合図器、または標識やその他のノイズ成分の中から、目的の鉄道用信号機、合図器、または標識の視認可否の確認を行えるようにする技術がある（例えば、特許文献２）。

特開２００９−０７８６８７号公報 特開２０１０−１７３５９７号公報

特許文献１および特許文献２に記載の鉄道信号機の視認可否を確認する装置は、図１に示されるように、軌道５の近傍に設置されている鉄道信号機４の視認距離を、視認地点Ａにおいて確認装置１で自動的に確認する装置である。視認地点Ａは鉄道信号機４の建植地点Ｂから所定の視認距離、すなわち、６００ｍまたは８００ｍ離れた軌道５上の地点である。確認装置１は、鉄道信号機４に取り付けられた赤外線発光機２の所定パターンで点滅する赤外線３を検出し、視認可否の確認を行うものである。確認装置１は携帯型であって、作業員は視認地点Ａにおいて確認装置１を保持し確認作業を行う。あるいは、確認装置１は試験列車に搭載されるものであって、視認地点Ａに前記試験列車を一時停車させて作業員が確認装置１を操作して確認作業を行う。

図２は、確認装置１と赤外線発光機２の構成を示すブロック図である。確認装置１は、赤外線ビデオカメラ１１、Ａ／Ｄ変換部１２、および、画像データ蓄積部１３を備える。確認装置１は、更に、画像データ蓄積部１３に蓄積された画像データを画像処理し、鉄道信号機の視認可否を判定する画像処理部を備える。画像処理部は、プログラムに従って演算制御を行う制御部１４、各種データなどを入力する入力部１５、演算制御のための各種の設定を行う設定部１６、演算制御プログラムが格納されたプログラム記憶部１７、各種データが記憶されるデータ記憶部１８、および、液晶表示パネルなどの表示部１９を備えて構成されている。

赤外線発光機２は、所定の確認用ビットパターンの赤外線３を発光する装置であって、指向性の高い赤外線ＬＥＤなどの赤外線発光素子２１、および所定のビットパターン信号を発生し、前記信号にしたがって赤外線発光素子２１を点滅発光させるパターン信号発生回路２２を備えている。パターン信号発生回路２２は、図示しないが、ＩＤ点滅パターンと演算制御プログラムが記憶された記憶部と、前記演算制御プログラムにしたがって演算処理する制御部を備えている。

特許文献１に記載の技術を用いることにより、特殊信号発光機、鉄道信号機、合図器、または標識に取り付けられ、かつ、確認用ビットパターンの赤外線発光を行う赤外線発光機と、視認地点で前記赤外線発光を撮影する赤外線ビデオカメラとを用いて、赤外線ビデオカメラの撮影画像を画像処理して得られた発光パターンと確認用ビットパターンとの同一性を判定することができる。また、特許文献２に記載の技術を用いることにより、隣接する複数の鉄道信号機やその他のノイズ成分の中から目的の鉄道信号機の視認可否の確認を視認地点で行うことができるとともに、日中などの全体的に明るい状況や、夕方などの全体的に暗い状況でも、隣接する複数の鉄道信号機やその他のノイズ成分の中から目的の鉄道信号機の視認可否の確認を視認地点で行うことができる。

特殊信号発光機の赤色ＬＥＤには、普段ほとんど電流が流れていないため、ＬＥＤ素子の経年劣化による光量の減衰は極めて少ない。一方、通過する列車や踏切を通過する車両のブレーキシューから発生する鉄粉が、特殊信号発光機のアクリルカバーに付着して汚れが発生し光の透過率が低下する。また、アクリルカバーに傷がついたり、アクリルカバーの経年劣化があると、光の透過率が低下する。

本発明は、上記課題を解決すること、すなわち、特殊信号発光機、鉄道信号機、合図器、または標識などの鉄道用発光機の劣化を自動的に検査することができる鉄道用発光機の検査方法、検査装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の側面は、鉄道用発光機の検査方法であって、鉄道用発光機の発光パターンをビデオカメラで撮影し、ビデオカメラの撮影画像を画像処理して、鉄道用発光機の劣化を判定する鉄道用発光機の検査方法において、鉄道用発光機を複数のレベルで発光させて撮影し、撮影された複数のレベルの輝度と運用開始時に得られた対応するレベルの当該信号機の輝度とを周囲画像の輝度で補正した上で比較し、劣化の度合いを判定するものである。

なお、複数のレベルの輝度のうち、輝度が飽和した値のレベルの信号は破棄し、飽和していない最も高いレベルの輝度を選択して比較することが好ましい。

また、鉄道用発光機の輝度の平均値を求め、求めた平均値を用いて劣化の度合いを判定することが好ましい。

本発明の第二の側面は、鉄道用発光機の検査装置に係るもので、鉄道用発光機を所定のパターンで発光させる発光制御装置と、鉄道用発光機を撮影するビデオカメラと、ビデオカメラで撮影した撮影画像を処理して劣化の程度を測定する測定装置とを備え、発光制御装置は、鉄道用発光機を複数のレベルで発光させる制御手段を備え、測定する装置は、撮影された複数のレベルの輝度と運用開始時に得られた対応するレベルの輝度とを周囲画像の輝度で補正した上で比較して劣化の度合いを判定する手段を備えるものである。

なお、判定する手段は、複数のレベルの輝度のうち、輝度が飽和した値のレベルの信号は破棄し、飽和していない最も高いレベルの輝度を選択して比較することが好ましい。

また、判定する手段は、鉄道用発光機の輝度の平均を求め、求めた平均値を用いて劣化の度合いを判定することが好ましい。

本発明によれば、鉄道用発光機の劣化、特に透過率の低下を自動で計測することができるので、鉄道用発光機の保守やメンテナンス性の向上を図ることができる。

従来の確認装置および赤外線発光機について説明するための図である。 従来の確認装置および赤外線発光機について説明するための図である。 赤外線発光機の明るさレベルを複数に分けて発光させる例を示す図である。 赤外線発光機の明るさレベルを複数に分けて発光させる更に具体的な例を示す図である。 受光した赤外線発光機の明るさレベルが変動することを説明する図である。 受光した赤外線発光機の明るさのうち、飽和したレベルのデータを用いないことを説明する図である。 検査装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の鉄道用発光機の検査方法および装置について、図面を参照しながら説明する。鉄道用発光機とは、例えば、特殊信号発光機、鉄道用信号機、合図器、または標識などの、鉄道信号や停止現示などのための発光を行う各種発光機を示す。

ここでは、踏切等で異常が発生したなどの情報を運転士などに伝える特殊信号発光機の明るさ（主に透過率）の劣化を検査する発明を例として説明する。踏切等で異常が発生したなどの情報を運転士に伝える特殊信号発光機は、異常等が発生していない場合は点灯しておらず、異常が発生したなどの情報を運転士に伝える場合のみ、運転士に確認可能な光（例えば、赤色の発光）にて点灯または点滅を行う。このため、光源であるＬＥＤ発光素子自体の劣化は極めて少なく、アクリルカバーの汚れや経年劣化等による透過率の劣化が、特殊信号発光機の明るさが低下する大きな要因である。

本実施の形態では、従来からある特殊信号発光機の視認確認を行うための装置を用いて、特殊信号発光機の発光の明るさ（輝度）を計測して劣化の程度を判定することができる。すなわち、特殊信号発光機の赤外線発光機２は、図１と同様で、赤外線発光素子２１と、当該特殊信号発光機固有の点滅パターンを発生するパターン信号発生回路２２とを備える。また、特殊信号発光機の発光の劣化を検査する測定装置のハードウェアとしては、図２に示された確認装置１を用いる。

特殊信号発光機の赤外線発光機２は、パターン信号発生回路２２が発生する所定のパターンで赤外線発光素子２１を点滅制御する。パターン信号発生回路２２は、特殊信号発光機をそれぞれ識別可能なパターンで点滅させるためのビットパターン信号を生成して出力する。このパターン信号は、例えば８ビットであり、赤外線発光素子２１は、この生成されたこのビットパターンに基づいて、点滅を行う。

ここで、特殊信号発光機の赤外線発光素子の光を撮影して特殊信号発光機の劣化を判定するに際して、生ずる問題について説明する。

まず、特殊信号発光機の周囲照度（明るさ）に撮影した画像の明るさ（輝度）が影響を受けて、撮影した特殊信号発光機の画像の輝度が変化してしまう。赤外線発光素子の発光のレベルが変化しなくても、太陽光には、赤外線が含まれるため、周囲の照度の変化にともなって、ビデオカメラのゲインが変化し、特殊信号発光機と検知している箇所の画素の明るさ（輝度）レベルが相対的に変化してしまう。したがって、検出できる特殊信号発光機の輝度は撮影環境によって異なる。つまり、特殊信号発光機を夜間撮影した輝度値と昼間撮影した輝度値とは、同じ明るさで発光させても、撮影して得られた輝度値は異なっている。

次に、特殊信号発光機ごとの明るさレベルには個体差がある。すなわち、赤外線発光素子（この実施の形態では近赤外線ＬＥＤ）自体に発光強度のばらつきがあり、通電電流が一定でも明るさレベルが異なっている。また、定電流制御を行って発光させても、定電流制御を行う制御回路側自体にも、部品の定数にばらつきがあるため、明るさレベルにばらつきが生じてくる。また、特殊信号発光機の透明なアクリルカバーなどにも、個体差があるため、初期状態のアクリルカバーにおいても透過率が異なっている。

また、周辺照度が低く（暗い状態）、特殊信号発光機の赤外線発光素子の明るさレベルが高い場合には、撮影するカメラの特性から、ビデオカメラで取得した画像の画素レベル（輝度）が飽和してしまい、アクリルカバーが劣化して光量が低下しているに関わらず、画素レベル（輝度）が最高の値「２５５」であると判定してしまう可能性がある。

本実施の形態では、上述の問題を解決するために、以下のような解決策をとった。まず、赤外線発光素子の発光レベルを複数レベルで発光させ、ビデオカメラで取得した特殊信号発光機の明るさのうち、画素レベルで飽和していない値を用いて明るさの判定に用いることにした。次に、特殊信号発光機の明るさ（輝度）についても、ビットパターンについて明るさの平均をとって、その値を用いて判定を行うことにした。次に、撮影した画像の周囲の平均画素値（輝度値）を用いて、判定を行うことで、周囲の明るさによる影響を除去することにした。

まず、赤外線発光素子の発光パターンについて説明する。検査においては、赤外線発光素子２１は、所定のパターンの点滅を、複数レベルで行う。すなわち、図３に示すように、１００パーセント、７５パーセント、５０パーセント、２５パーセントの、４段階のレベルで所定のビットパターン（図３の例では、１０１０１０１０の８ビットパターン）で点滅発光させる。その発光レベルの制御は、図４に示すように、ＬＥＤである赤外線発光素子の点滅のデューティ比を制御することで行うことができる。ずなわち、１ビット分の光量制御を点滅デューティ比を制御することで、複数のレベルで発光制御する。

このような特殊信号発光機の発光レベルの制御は、点滅デューティ比の制御だけでなく、例えば赤外発光素子に与える駆動電流値を半導体制御回路で制御してもよい。また、抵抗回路をスイッチング素子でスイッチ制御することで発光レベルを制御してもよい。

確認装置１は、赤外線ビデオカメラ１１で特殊信号発光機の撮影を行い、その画像を取り込んで、４つのレベルで発光した特殊信号発光機の画素値（輝度値）を求める。この明るさは、０から２５５までの、２５６段階の値として求める。

ここで、特殊信号発光機の明るさの変化を図５を用いて説明する。図５の（ａ）の４つのレベルで点灯する所定のパターンを撮影しても、実際の撮影画像は、周囲照度を含む外乱光の影響を受けて、図５（ｂ）に示すように検査対象の特殊信号発光機と検知した箇所のアナログレベルの輝度値は変化している。このため、図５（ｃ）に示すように、それぞれのレベルの所定パターンについて、その輝度値の平均をとって、それを判定に用いる。

次に、得られた画像の特殊信号発光機の画素の明るさレベルが飽和しているかを判断し、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、飽和していると判断した明るさレベルは破棄し、それ以外のレベルを用いて、劣化の判定を行う。明るさレベル（輝度値）が２５５に達した場合には、正確な値といえないので、判定の対象から除き、より低いレベルであり、より正確に測定したと考えられるレベルでの信号を劣化の判定に使用する。低い明るさレベルを用いる場合には、図６（ｃ）に示されるように、より明るいレベルの信号を用いると、外乱の影響が少なくて、信号雑音比（ＮＳ比）が高くなり、測定精度が向上できる。

劣化の判定は、撮影した特殊信号発光機の明るさレベルと、施工当初に測定しておいた運用開始時の明るさレベルとを比較して行う。すなわち、運用開始したばかりで劣化していない特殊信号発光機のデータを取得しておき、そのデータに対してどのくらい明るさレベルが減衰したかで判定する。特殊信号発光機は、普段は、発光をせず、緊急時に発光するように制御されており、積算しても駆動するために流された電流値は小さいので、劣化の判定は、主に特殊信号発光機のカバーの透過率の劣化を判定することになる。なお、運用開始時に取得されたデータは、データ記憶部１８に記憶されており、判定時に読み出されて測定により取得されたデータと比較される。

次に、周囲の明るさの影響を除いた劣化の判定を説明する。
ここで、撮影した画像の特殊信号発光機と判定している箇所の輝度値（明るさレベル）を「Ｔ」、周辺平均輝度値（明るさレベル）を「Ｓ」とする。
周囲の照度の変化によって、特殊信号発光機として検知している箇所の画素の明るさレベル（輝度値）も相対的に変化してしまうが、測定時、運用開始時とも、Ｓ：Ｔの関係があるため、運用開始したばかりの劣化していないデータを先に取得しておけば、周囲照度の変化によらず、劣化の判定を行うことができる。
すなわち、４つのレベルの「Ｔ」については、次の関係にある。
Ｓ：Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４＝Ｓ′：Ｔ１′，Ｔ２′，Ｔ３′，Ｔ４′
Ｓ：運用開始時の周辺平均輝度値（明るさレベル）
Ｔ１〜Ｔ４：運用開始時の特殊信号発光機と判定している箇所の４のレベルで取得した輝度値（明るさレベル）
Ｓ′：検査時の周辺平均輝度値（明るさレベル）
Ｔ１′〜Ｔ４′：検査時に特殊信号発光機と判定している箇所の４つのレベルで取得した輝度値（明るさレベル）

特殊信号発光機の劣化の判定は、測定したデータ（撮影した特殊信号発光機と検知した箇所の輝度値（明るさレベル））と、運用開始時に取得したデータとを比較して、閾値（ＴＨ）を超えた場合に、劣化として判定する。すなわち、以下の式が成り立つ場合に劣化と判定する。

なお、ビデオカメラの例えば、絞りや内部ゲインなどの設定情報により、誤差が生じてくるので、補正値Ａを与えて判定することがよい。

次に図７のフローチャートを参照して検査における判定動作を説明する。

まず、撮影した画像を取り込む（ステップＳ１）。取り込んだ画像から、特殊信号発光機ごとの所定ビットパターンから、特殊信号発光機を識別する。また、複数レベルごとのビットパターンについて、輝度平均値（画素平均値）Ｔ１′〜Ｔ４′を求めてレベルごとの明るさを求める（ステップＳ２）。また、特殊信号発光機の周囲画像の輝度平均値Ｓ′を求めておく。

次に、明るさレベルが飽和した輝度値（明るさレベル）があるかを判定し（ステップＳ３）、飽和がない場合には、式（１）または式（５）により、最も高い明るさレベルの輝度（Ｔ１′）と運用開始時に取得した明るさレベルの輝度（Ｔ１）と、運用開始時の周囲画像の輝度平均値Ｓ、検査時の周囲画像の輝度平均値Ｓ′の比を用いて閾値ＴＨ₁より差が大きいかにより、劣化がどの程度であるかを判定する（ステップＳ４）。飽和した明るさレベルがある場合には、飽和した明るさレベルのデータは破棄し、Ｔ２′〜Ｔ４′の飽和していない次レベルの輝度（Ｔ_1＋n′）を運用開始時に取得した明るさレベルの輝度（Ｔ_1＋n）とを用いて、式（２）〜式（４）または、式（６）〜式（８）により、劣化を判定する（ステップＳ５）。

さらに、特殊信号発光機の劣化の判定は、特殊信号発光機の明るさのレベルによる判定であるため、視認可否の場合のように規定の距離から撮影したものだけでなく、車上で移動しながら撮影した画像でも行うこともできる。

このような処理を確認装置が実行し、あるいは確認装置が取得した画像を処理することにより、特殊信号発光機の特に、透明カバーの汚れ等による透過率が劣化した程度を検査することができる。また、特殊信号発光機だけなく、鉄道用信号機、合図器、標識等、鉄道用発光機の劣化の程度も自動的に判定することができる。また、劣化の判定は、画像取得時に実行せずに、画像取得後に別途行うことも可能である。

図６で説明した判定処理は、ハードウェアで実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連のソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものでは、なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１…確認装置、
１１…赤外線ビデオカメラ、
１２…Ａ／Ｄ変換部、
１３…画像データ蓄積部、
１４…制御部、
１５…入力部、
１６…設定部、
１７…プログラム記憶部、
１８…データ記憶部、
１９…表示部

Claims (6)

1. 鉄道用発光機の発光パターンをビデオカメラで撮影し、前記ビデオカメラの撮影画像を画像処理して、前記鉄道用発光機の劣化を判定する鉄道用発光機の検査方法において、
   前記鉄道用発光機を複数のレベルで発光させて撮影し、
   撮影された複数のレベルの輝度と運用開始時に得られた対応するレベルの当該信号機の輝度とを周囲画像の輝度で補正した上で比較し、劣化の度合いを判定する
   ことを特徴とする鉄道用発光機の検査方法。
2. 請求項１記載の鉄道用発光機の検査方法において、
   前記複数のレベルの輝度のうち、輝度が飽和した値のレベルの信号は破棄し、飽和していない最も高いレベルの輝度を選択して比較する
   ことを特徴とする鉄道用発光機の検査方法。
3. 請求項１または２記載の鉄道用発光機の検査方法において、
   鉄道用発光機の輝度の平均値を求め、求めた平均値を用いて劣化の度合いを判定する
   ことを特徴とする鉄道用発光機の検査方法。
4. 鉄道用発光機を所定のパターンで発光させる発光制御装置と、
   前記鉄道用発光機を撮影するビデオカメラと、
   前記ビデオカメラで撮影した撮影画像を処理して劣化の程度を測定する測定装置と
   を備え、
   前記発光制御装置は、前記鉄道用発光機を複数のレベルで発光させる制御手段を備え、
   前記測定する装置は、撮影された複数のレベルの輝度と運用開始時に得られた対応するレベルの輝度とを周囲画像の輝度で補正した上で比較して劣化の度合いを判定する手段を備える
   ことを特徴とする鉄道用発光機の検査装置。
5. 請求項４記載の鉄道用発光機の検査装置において、
   前記判定する手段は、複数のレベルの輝度のうち、輝度が飽和した値のレベルの信号は破棄し、飽和していない最も高いレベルの輝度を選択して比較する
   ことを特徴とする鉄道用発光機の検査装置。
6. 請求項４または５記載の鉄道用発光機の検査装置において、
   前記判定する手段は、鉄道用発光機の輝度の平均を求め、求めた平均値を用いて劣化の度合いを判定する
   ことを特徴とする鉄道用発光機の検査装置。

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