JP6638353B2 - 重錘位置検出装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気鉄道の設備において、気温変動などによるトロリ線の張力変動を自動で吸収する装置である自動張力調整装置を、画像処理を利用して点検するために、自動張力調整装置の重錘の位置を検出する重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法に関する。

電気鉄道の設備に、自動張力調整装置（Wheel Tention Balancer：ＷＴＢ）と呼ばれる装置がある（例えば、下記非特許文献１参照）。この装置は、気温変動などによるトロリ線の張力変動を自動で吸収する装置である。

従来、自動張力調整装置を検出する装置として、自動張力調整装置の手前に設置され中央部に「×」印が表示された白板である画像メモリマーカと、重錘の上下端に表示された重錘上下端マークとを設け、白板に書かれた「×」印を画像処理で検知し、「×」印検知後に重錘上下端マーク間での位置を自動的に読み取ることで、重錘の位置を自動的に検知するものが公知となっている（例えば、下記特許文献１参照）。

また、電柱に反射板を固定すると共に重錘と共に昇降する指示針を設け、電気検測車の屋根上に固定されたＩＴＶカメラにより反射板及び指示針を撮影して、反射板に対する指示針の高さ位置を算出することにより重錘の高さ位置を測定するものも公知となっている（例えば、下記特許文献２参照）。

特開平０７−２４６８６３号公報 特開平０９−１０９７３７号公報

持永芳文編集、「電気鉄道技術入門」、オーム社出版、平成２０年９月２０日、ｐ．１０６

しかしながら、上述したような各自動張力調整装置に対応して画像メモリマーカ及び重錘上下端マークを設け、重錘の位置を測定する装置にあっては、路線にあるすべての自動張力調整装置に対応して画像メモリマーカ及び重錘上下端マークを新規に設置する必要があるものの、自動張力調整装置は膨大な数にのぼるため、設置に時間及びコストが掛かるという問題があった。

また、上述した電柱に反射板及び指示針を設けて重錘の位置を測定する装置についても同様に、路線にあるすべての自動張力調整装置に対応して反射板及び指示針を新規に設置する必要があり、設置に時間及びコストが掛かるという問題があった。

このようなことから本発明は、設置に係る時間及びコストを抑制しつつ高精度に重錘の位置を検出することを可能とした重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法を提供することを特徴とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る重錘位置検出装置は、
車両に固定されて前記車両の走行中に前記車両の側方を撮影するラインセンサカメラと、前記ラインセンサカメラにより取得したラインセンサ画像を解析して自動張力調整装置の重錘の位置を検出する画像処理装置とを備える重錘位置検出装置であって、
前記画像処理装置が、
前記ラインセンサ画像中にある円を検出し、検出した円の前記ラインセンサ画像上の位置及び直径を算出する円検出処理部と、
前記ラインセンサ画像中の円から下方に延びる線分を検出し、検出した線分の前記ラインセンサ画像上の長さを算出し、別途求めた前記自動張力調整装置の滑車の直径と前記円検出処理部により算出した円の直径とを利用して、算出した前記線分の長さを実際の距離に換算する線分検出処理部と
を備えることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る重錘位置検出装置は、
車両に固定されて前記車両の走行中に前記車両の側方を撮影するラインセンサカメラと、前記ラインセンサカメラにより取得したラインセンサ画像を解析して自動張力調整装置の重錘の位置を検出する画像処理装置と、前記車両に固定されて前記車両の走行中に前記ラインセンサカメラから前記自動張力調整装置までの水平方向の距離を測定する距離センサとを備える重錘位置検出装置であって、
前記画像処理装置が、
前記ラインセンサ画像中にある円を検出し、検出した円の前記ラインセンサ画像上の位置及び直径を算出する円検出処理部と、
前記ラインセンサ画像中の円から下方に延びる線分を検出し、検出した線分の前記ラインセンサ画像上の長さを算出し、前記距離センサにより測定した距離を利用して、算出した前記線分の長さを実際の距離に換算する線分検出処理部と
を備えることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る重錘位置検出方法は、
車両に固定されたラインセンサカメラにより前記車両の走行中に前記車両の側方を撮影し、前記ラインセンサカメラにより取得した画像を解析して自動張力調整装置の重錘の位置を検出する重錘位置検出方法であって、
前記ラインセンサカメラにより取得した画像中にある円を検出し、
検出した円の画像上の位置及び直径を算出し、
前記ラインセンサカメラにより取得した画像中の円から下方に延びる線分を検出し、
検出した線分の画像上の長さを算出し、
別途求めた前記自動張力調整装置の滑車の直径と前記円の直径とを利用して、前記線分の長さを実際の長さに換算する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明に係る重錘位置検出方法は、
車両に固定されたラインセンサカメラにより前記車両の走行中に前記車両の側方を撮影し、前記ラインセンサカメラにより取得した画像を解析して自動張力調整装置の重錘の位置を検出する重錘位置検出方法であって、
前記ラインセンサカメラにより取得した画像中にある円を検出し、
検出した円の画像上の位置及び直径を算出し、
前記ラインセンサカメラにより取得した画像中の円から下方に延びる線分を検出し、
検出した線分の画像上の長さを算出し、
前記車両に固定された距離センサにより前記車両の走行中に測定した前記ラインセンサカメラから前記自動張力調整装置までの水平方向の距離を利用して、前記線分の長さを実際の長さに換算する
ことを特徴とする。

本発明に係る重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法によれば、設置コストを抑制しつつ高精度に重錘の位置を検出することができる。

本発明の実施例１に係る重錘位置検出装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例１に係る重錘位置検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る重錘位置検出方法の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る重錘位置検出装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例２に係る重錘位置検出装置の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法について説明する。

図１から図３を用いて本発明の実施例１に係る重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法の詳細を説明する。

図１に示すように、本実施例に係る重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法は、滑車４ａ及び重錘４ｂを備える自動張力調整装置（ＷＴＢ）４を走行中の車両１から撮影した画像を画像処理することにより、当該自動張力調整装置４を点検するものである。具体的には、車両１に取り付けられたラインセンサカメラ２によって撮影した画像を画像処理装置３により解析して自動張力調整装置４の滑車４ａを検出し、滑車４ａと重錘４ｂとの離隔距離を測定する。

ラインセンサカメラ２は、車両１の屋根上に車両１の側方を撮影するように設置される。走査線方向は車両の進行方向に直交する向きに設定される。より具体的には、鉛直方向に沿って図１に示す自動張力調整装置４の少なくとも滑車４ａ及び重錘４ｂを含む領域を撮影するように設置される。

画像処理装置３は、図２に示すように、円検出処理部３１と、線分検出処理部３２と、メモリ３３とを備え、ラインセンサカメラ２によって撮影した自動張力調整装置４の画像を解析して滑車４ａと重錘４ｂの間の離隔距離を求める装置である。ラインセンサカメラ２により取得した画像のデータは、時系列的に並べられラインセンサ画像としてメモリ３３に保管される。

円検出処理部３１は、メモリ３３からパラメータとラインセンサ画像とを読み出し、円の座標と直径とを求める。求めた円の座標と直径は、メモリ３３に保管される。
より詳しくは、メモリ３３からパラメータとラインセンサカメラ２によって撮影した画像信号を時系列に並べてなるラインセンサ画像とを読み出し、ラインセンサ画像を解析して滑車４ａに対応する円（真円又は楕円）を特定する。そして、特定した円のデータに基づき、円のラインセンサ画像上の位置としての座標（ｕ，ｖ）と画像上の直径（楕円の場合は鉛直方向の直径）Ｒ_image［pixel］とを算出する。円の座標（ｕ，ｖ）及び直径Ｒ_imageはメモリ３３に保管される。

また、線分検出処理部３２は、メモリ３３からパラメータとラインセンサ画像と円の座標（ｕ，ｖ）及び直径Ｒ_imageとを読み出し、ラインセンサ画像を解析して円から下方へ延びる線分を検出する。そして、検出した線分のデータに基づき、この線分のラインセンサ画像上の長さを滑車４ａから重錘４ｂまでの画像上の距離Ｘ_image［pixel］として算出し、既知である滑車４ａの実際の直径と円の直径Ｒ_imageとを利用して、算出した距離Ｘ_imageに基づき、ラインセンサ画像上の距離Ｘ_imageを実際の距離Ｘ［mm］に換算する。

メモリ３３は、ラインセンサカメラ２から入力されるラインセンサ画像、各種パラメータ、円検出処理部３１によって求めた円の座標（ｕ，ｖ）と直径Ｒ_image［pixel］、線分検出部３２によって求めた線分の長さＸ_image［pixel］等を記憶する。

以下、図３を用いて本実施例における画像処理による重錘位置検出の流れを説明する。図３に示すように、重錘位置を検出する際は、まず、円検出処理部３１により、ラインセンサカメラ２で取得した画像を時系列的にならべてなるラインセンサ画像から円を検出し（ステップＳ１）、円が検出されたか否かを判断する（ステップＳ２）。
ステップＳ２で円が検出されていれば（ＹＥＳ）、検出された円の画像上の座標（ｕ，ｖ）及び画像上の直径Ｒ_image［pixel］を算出する（ステップＳ３）。

続いて、線分検出部３２により円の下方へ伸びる線分を検出し（ステップＳ４）、この線分の長さを滑車４ａから重錘４ｂまでの距離Ｘ_image［pixel］として算出し（ステップＳ５）、予め既知である実際の滑車４ａの直径Ｒを利用して滑車４ａから重錘４ｂまでの画像上の距離Ｘ_image［pixel］を実際の距離Ｘ［mm］に換算する（ステップＳ６）。
なお、ステップＳ２で円が検出されていなければ（ＮＯ）、ステップＳ１に戻る。

このように構成される本実施例に係る重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法によれば、自動張力調整装置４の滑車４ａを、ラインセンサカメラ２により取得したラインセンサ画像中の円として検出し、この滑車４ａ（円）の検出を利用して重錘４ｂの位置を求めるようにしたことにより、以下のような作用効果が得られる。
まず、車両１に取り付けたラインセンサカメラ２から自動張力調整装置４を撮影する場合、ラインセンサ画像は、空を背景として自動張力調整装置４が映ったものとなり、外乱が少ない。よって、シンプルな背景中に写る円を検出するため、滑車４ａ及び重錘４ｂをロバストに検出することができる。
また、ラインセンサカメラ２は、エリアカメラに比べて高周波数かつ高分解能で撮影できるため、必要十分な画像サイズで撮影することができ、走行中の車両１の周囲の状況を、高い解像度で切れ目のない画像から把握することができる。

図４及び図５を用いて本発明の実施例２に係る重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法の詳細を説明する。図４に示すように、本実施例に係る重錘位置検出装置は、スキャン式レーザ距離計５を備える点で実施例１に係る重錘位置検出装置と異なる。

スキャン式レーザ距離計５は、扇状にスキャンする方式のものとし、車両１の屋根上に車両１の側方に向けてスキャンを行うように設置される。スキャン方向は水平方向（車両１の側方にある電柱６を輪切りにスキャンする向き）とする。当該スキャン式レーザ距離計５は、ラインセンサカメラ２から自動張力調整装置４までの水平距離として、ラインセンサカメラ２から電柱６までの水平距離を測定する。

また、図５に示すように、本実施例において画像処理装置３には、スキャン式レーザ距離計５により取得したラインセンサカメラ２から電柱までの水平距離が入力される。
そして、線分検出処理部３２は、メモリ３３からパラメータとラインセンサ画像と円の座標（ｕ，ｖ）及び直径Ｒ_imageとを読み出し、ラインセンサ画像を解析して円から下方へ延びる線分を検出する。そして、検出した線分のデータに基づき、この線分のラインセンサ画像上の長さを滑車４ａから重錘４ｂまでの画像上の距離Ｘ_image［pixel］として算出し、メモリ３３から座標（ｕ，ｖ）及び直径Ｒ_image、距離Ｘ_image、既知である滑車４ａの実際の直径、並びにラインセンサカメラ２から電柱６までの距離を読み出し、画像上の距離Ｘ_imageを実際の距離Ｘ［mm］に換算する。
メモリ３３には、ラインセンサカメラ２から入力されるラインセンサ画像、スキャン式レーザ距離計５により取得したラインセンサカメラ２から電柱６までの水平距離、各種パラメータ、円検出処理部３１によって求めた円の座標（ｕ，ｖ）と直径Ｒ_image［pixel］、線分検出部３２によって求めた線分の長さＸ_image［pixel］等が保管される。
その他の構成は上述した実施例１と同様であり、重複する説明は省略する。

次に、本実施例における重錘位置検出の流れを説明する。本実施例では、図３に示し上述したステップＳ４の処理の後、上述した実施例１のステップＳ５の処理に代えて、予め既知である実際の滑車４ａの直径Ｒとスキャン式レーザ距離計５により取得したラインセンサカメラ２から電柱６までの水平距離とを利用して画像上の滑車４ａから重錘４ｂまでの距離Ｘ_image［pixel］を実際の距離Ｘ［mm］に換算する。
その他の処理については上述した実施例１と同様であり、重複する説明は省略する。

このように構成される本実施例に係る重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法によれば、スキャン式レーザ距離計５を設けたことにより、ラインセンサカメラ２から自動張力調整装置４までの水平距離を測定することができるので、電柱６ごとに滑車４ａの直径が異なる場合であっても、ラインセンサカメラ２から自動張力調整装置４までの水平距離を利用して、ラインセンサ画像中の滑車４ａと重錘４ｂとの間の距離を正確に実際の距離に換算することができる。すなわち、本実施例に係る重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法によれば、滑車４ａの直径が不明であっても、ラインセンサ画像中の円の直径から実際の滑車４ａの直径を求めると共に、ラインセンサ画像中の円から下方に延びる線分の長さから滑車４ａと重錘４ｂとの間の距離を求めることができる。

なお、上述した実施例では、車両１の速度情報を、ＧＰＳや車両１のパルスから取得して撮像中のラインセンサカメラ２に入力し、ラインセンサカメラ２のスキャン周期を変動させ、ラインセンサカメラ２の測定ピッチ［mm/line］を一定にしてもよい。
また、図３に示し上述したステップＳ４ではラインセンサ画像上の滑車４ａから重錘４ｂまでの距離（円の下方に延びる線分の長さ）Ｘ_imageを、線分検出部３２により求める例を示したが、マウス等によりラインセンサ画像上の重錘４ｂの位置を指定してラインセンサ画像上の滑車４ａから重錘４ｂまでの距離を取得するようにしてもよい。
また、ラインセンサカメラ２を設置する位置は、車両１の屋根上でなくてもよく、例えば車両１の側面など、自動張力調整装置４を撮影することが可能な位置であればよい。

本発明は、重錘位置検出装置及び重錘位置検出方法に適用することができる。

１ 車両
２ ラインセンサカメラ
３ 画像処理装置
３１ 円検出処理部
３２ 線分検出処理部
３３ メモリ
４ 自動張力調整装置（ＷＴＢ）
４ａ 滑車
４ｂ 重錘
５ スキャン式レーザ距離計
６ 電柱

Claims (2)

1. 車両に固定されて前記車両の走行中に前記車両の側方を撮影するラインセンサカメラと、前記ラインセンサカメラにより取得したラインセンサ画像を解析して自動張力調整装置の重錘の位置を検出する画像処理装置とを備える重錘位置検出装置であって、
   前記画像処理装置が、
   前記ラインセンサ画像中にある滑車の画像である円を検出し、検出した円の前記ラインセンサ画像上の位置及び直径を算出する円検出処理部と、
   前記ラインセンサ画像中の円から下方に延びる線分を検出し、検出した線分の前記ラインセンサ画像上の長さを算出し、別途求めた前記自動張力調整装置の滑車の直径と前記円検出処理部により算出した円の直径とを利用して、算出した前記線分の長さを実際の距離に換算する線分検出処理部と
   を備えることを特徴とする重錘位置検出装置。
2. 車両に固定されたラインセンサカメラにより前記車両の走行中に前記車両の側方を撮影し、前記ラインセンサカメラにより取得した画像を解析して自動張力調整装置の重錘の位置を検出する重錘位置検出方法であって、
   前記ラインセンサカメラにより取得した画像中にある滑車の画像である円を検出し、
   検出した円の画像上の位置及び直径を算出し、
   前記ラインセンサカメラにより取得した画像中の円から下方に延びる線分を検出し、
   検出した線分の画像上の長さを算出し、
   別途求めた前記自動張力調整装置の滑車の直径と前記円の直径とを利用して、前記線分の長さを実際の長さに換算する
   ことを特徴とする重錘位置検出方法。

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