JP6644720B2 - 電車線金具検出システム及びその検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、電車線に取り付けられた特定の電車線金具の画像（検査画像）を得るための電車線金具検出システム及びその検出方法に関し、特に、電車線を含みこれに沿ってこれを略側方から見た一連の画像にある電車線金具の位置及び種類を特定し検査画像を得るための電車線金具検出システム及びその検出方法に関する。

鉄道の軌道に沿って設置される電車線は、軌道に沿って長距離に亘って設置され、かかる電車線に所定間隔で取り付けられる電車線金具も長距離に亘って配置される。故に、この検査を自動化したいとの強い要望がある。例えば、電車線金具の外観検査において、軌道を走行する鉄道車両から電車線を含むように電車線に沿った一連の画像を撮影し、かかる画像から電車線金具の画像を検出しその位置を特定した上で該画像を切り出し、外観検査をするのである。

ところで、画像の中からテンプレート画像と類似度の高い部分を探し出すテンプレートマッチング法が知られており、上記したような一連の画像の中にある電車線金具の画像を検出できる。ここで走行する鉄道車両の屋根に設置されたカメラから撮影される電車線の一連の画像では、電車線金具を仰ぎ見るように仰角をもって撮影することになるが、電車線の蛇行や車両の揺動などによってカメラと電車線の相対位置が変化し、また屋外での撮影のため光の状態が変化し、テンプレート画像とのマッチングの判定が難しい。

例えば、特許文献１では、一連の画像上にあるハンガをテンプレートマッチング法で検出するにあたって、傾いて撮影された画像であっても局所的な画像の特徴量の１つであるＳＩＦＴ特徴量を用いることで精度良くハンガの画像を検出できる方法を開示している。電車線をラインセンサカメラで撮影して得た一連の入力画像に対して、テンプレート画像からＳＩＦＴ特徴量を抽出し、入力画像上でＳＩＦＴ特徴量との対応点を求めて入力画像からハンガを検出し、この対応点から入力画像上でのハンガ位置を特定する。特に、ハンガは電車線に対して斜めに傾いて設置されていたり、入力画像上で傾いて映ったりしているため、ハンガ検出の精度を低下させるが、回転に対して影響の少ないＳＩＦＴ特徴量を用いることでテンプレート画像とのマッチングを精度良く行うことが出来るのである。

特開２０１１−２３０７２２号公報

電車線を含みこれに沿ってこれを略側方から見た一連の画像にある各種電車線金具の位置及び種類をテンプレートマッチングによって特定し、検査画像を得ることで電車線金具の自動検査を行うことが考慮される。しかしながら、上記したように撮影状態が大きく変化するため、テンプレートマッチングの精度を高めることが必要となる。特に、各種の電車線金具を同時に特定するには、より高い精度を要求される。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、軌道を走行する車両から撮影した画像から電車線金具を検出する方法において、精度よく電車線金具の種類を特定して各種類の電車線金具についての検査画像を得ることのできる電車線金具検出システム及び電車線金具検出方法の提供にある。

本発明による電車線金具検出システムは、軌道上を走行する鉄道車両に固定されたカメラによって少なくとも電車線に沿ってこれを略側方から見た一連の画像を取得し該画像にある電車線金具の位置及び種類を特定し該一連の画像から検査画像を得るための電車線金具検出システムであって、前記一連の画像について前記軌道に沿った方向の所定の長さごとに分割し基準位置からのキロ程に対応させた分割画像を記録する分割画像記録部と、前記電車線金具のテンプレート画像を記録するテンプレート画像記録部と、前記分割画像記録部から前記分割画像を順次読み出し、前記分割画像のそれぞれについて前記テンプレート画像記録部の前記テンプレート画像で順次画像マッチングを行ってマッチングスコアを得ていくスコアリング処理部と、所定値以上の前記マッチングスコアの前記分割画像及び前記テンプレート画像を特定する判定処理部と、を含み、前記テンプレート画像は、前記電車線金具の１つの種類に対して少なくとも複数用意されることを特徴とする。

かかる発明によれば、電車線金具の種類毎にテンプレート画像を複数用意しており、電車線金具の種類を精度よく特定できて、各種類の電車線金具についての検査画像を得ることができる。

上記した発明において、前記テンプレート画像は、前記電車線に取り付けられた前記電車線金具の側面を下から見上げた画像であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、一連の画像にある電車線金具の像に近い形状をテンプレート画像に得て、精度よく電車線金具の種類を特定できる。

上記した発明において、前記カメラは前記電車線の両側部の前記一連の画像を得るように、前記鉄道車両の進行方向に向かって左右に離間して２台設けられることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、電車線金具の検出精度を向上させ得る。

また、本発明による電車線金具検出方法は、軌道上を走行する鉄道車両に固定されたカメラによって少なくとも電車線に沿ってこれを略側方から見た一連の画像を取得し該画像にある電車線金具の位置及び種類を特定し該一連の画像から検査画像を得るための電車線金具検出方法であって、前記一連の画像について前記軌道に沿った方向の所定の長さごとに分割し基準位置からのキロ程に対応させた分割画像を記録するステップと、前記分割画像を順次読み出し、前記分割画像のそれぞれについて前記電車線金具のテンプレート画像で順次画像マッチングを行ってマッチングスコアを得ていくスコアリング処理ステップと、所定値以上の前記マッチングスコアの前記分割画像及び前記テンプレート画像を特定するステップと、を含み、前記テンプレート画像は、前記電車線金具の１つの種類に対して少なくとも複数用意されることを特徴とする。

かかる発明によれば、電車線金具の種類毎にテンプレート画像を複数用意しており、電車線金具の種類を精度よく特定できて、各種類の電車線金具についての検査画像を得ることができる。

上記した発明において、前記テンプレート画像は、前記電車線に取り付けられた前記電車線金具の側面を下から見上げた画像であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、一連の画像にある電車線金具の像に近い形状をテンプレート画像に得て、精度よく電車線金具の種類を特定できる。

上記した発明において、前記カメラは前記電車線の両側部の前記一連の画像を得るように、前記鉄道車両の進行方向に向かって左右に離間して２台設けられることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、電車線金具の検出精度を向上させ得る。

本発明による実施例における電車線金具検出システムのブロック図である。 電車線金具検出システムの要部のブロック図である。 仰角とテンプレート画像について示す図である。 分割画像を得る方法のフロー図である。 分割画像の例を示す図である。 本発明による実施例における電車線金具検出方法のフロー図である。 他の実施例における電車線金具検出システムの要部のブロック図である。 他の実施例における分割画像を得る方法のフロー図である。 分割画像のマスキングについて説明する図である。 他の実施例における電車線金具検出方法のフロー図である。

［実施例１］
本発明の１つの実施例による電車線金具検出システム１について図１乃至図３を用いて具体的に説明する。

図１に示すように、電車線金具検出システム１は、例えば架空電車線方式の鉄道において車両１０に備えられる。ここでは電車線として、トロリ線１１、補助吊架線１２、吊架線１３を備えるコンパウンドカテナリー式の電車線を例に挙げる。車両１０には、走行中にこの電車線を撮影できるよう上に向けた２台のカメラ２ａ及び２ｂを車両１０の進行方向に向いて左右方向に離間して備える。カメラ２ａ及び２ｂはともに、進行方向に垂直な面に沿って左右方向に広がる画角を備えるラインセンサカメラであり、画角内に少なくともトロリ線１１から吊架線１３までを含み、この電車線に取り付けられる電車線金具の側面を下方から見上げて撮影できるように設置される。カメラ２ａ及び２ｂはそれぞれ検出装置５に接続される。また、カメラ２ａ及び２ｂの横には、カメラ２ａ及び２ｂの両者において鮮明な画像を得られるように電車線に向けて光を照射する照明３ａ及び３ｂをそれぞれ備える。

車両１０は、車軸１６に固定された車輪１５を転動させて軌道１４上を走行し、車軸１６の端部に取り付けられて車輪１５及び車軸１６の回転角度に応じてパルスを出力する速度発電機４を備える。速度発電機４は検出装置５に接続される。

図２を併せて参照すると、検出装置５は、パーソナルコンピュータなどの計算装置からなり、カメラ２ａ及び２ｂから得られる画像によって電車線金具を検出するための装置であり、処理部２０及び記録部３０を含む。

処理部２０は、所定のプログラムを実行する図示しないＣＰＵ、及び、かかるプログラムを格納するＲＯＭやプログラムの実行に必要な情報を一次的に記憶させるＲＡＭからなる図示しないメモリを含む。処理部２０は、かかるプログラムの実行により、後述する電車線金具を検出するための演算などの動作を行うことができる。すなわち、処理部２０は、画像取得部２１、分割画像生成部２２、スコアリング処理部２３及び判定処理部２４として動作できる。これらを含めた処理部２０の動作の詳細については後述する。

記録部３０はハードディスクなどの記録装置からなり、テンプレート画像を記録するテンプレート画像記録部３１、分割画像を記録する分割画像記録部３２、及び、電車線金具の検出結果を記録する検出結果記録部３３を含む。テンプレート画像記録部３１は、検出しようとする電車線金具の種類毎に少なくとも複数のテンプレート画像を記録している。テンプレート画像は、検出しようとする電車線金具の画像であり、電車線金具の種類として後述するハンガ４１、ドロッパ４２の他に、図示しないコネクタや曲線引金具などを有する。なお、カメラ２ａ及び２ｂの２つのカメラのそれぞれから見た電車線金具の形状は異なるため、カメラ２ａ及び２ｂのそれぞれで得た画像について画像マッチングをするためのテンプレート画像をそれぞれ別に記録している。テンプレート画像もカメラ２ａ又は２ｂから電車線金具を撮影するように、電車線金具の側面を下方から見上げた画像として、高い検出精度をえられるようにする。

ところで、図３（ａ）に示すように、電車線（トロリ線１１、補助吊架線１２、吊架線１３）の軌道１４（図１参照）の中心に対する高さと車両１０の幅方向への偏位とは軌道に沿った基準位置からのキロ程によって変化する。電車線は、車両１０の集電装置の局部的な摩耗を避けるために軌道１４に沿ってジグザグとなるように幅方向の偏位を変化され、また、踏切部分では高くトンネル内や跨線橋下では低くなるよう高さを変化されて設置されることが一般的であるからである。このような電車線の偏位や高さの変化に伴い、例えばカメラ２ａからトロリ線１１までの仰角θは変化する。すると、トロリ線１１に取り付けられた電車線金具であるハンガまでのカメラ２ａからの仰角も変化し、カメラ２ａから撮影した画像におけるハンガの像もその形状を変化させるのである。

そこで、図３（ｂ１）〜（ｂ３）に示すように、例えば、撮影するカメラ２ａからの仰角を大中小の３種類に変化させて撮影したトロリ線１１に取り付けられたハンガ４１のテンプレート画像４５ａ〜４５ｃをテンプレート画像記録部３１に記録しておくのである。これによって、仰角を変化させて撮影され、画像上で形状を変化させるハンガ４１の像に対応できる。なお、テンプレート画像は仰角の変化だけでなく、例えば、天候による光量の違いなど、カメラ２ａから得られる画像の変化に合わせて複数を記録しておくこともできる。カメラ２ｂについても同様である。なお、テンプレート画像は、同じカメラ２ａ及び２ｂによってそれぞれ撮影した画像から電車線金具の像の部分を切り出したものを用いると検出精度を高め得て好ましい。

図２を再び参照すると、検出装置５は、また、速度発電機４から入力されるパルス及び車輪１５の径によって、車両１０の走行速度を算出でき、基準位置から軌道１４上を走行した距離を積算できる。つまり、基準位置からのキロ程を得ることができる。検出装置５は、さらに、車両１０の走行速度に応じてカメラ２ａ及びカメラ２ｂのスキャンレートを変化させ、１ラインあたりの走行距離を一定に保つようにカメラ２ａ及び２ｂを制御できる。つまり、カメラ２ａ（又は２ｂ）によって得られる１ラインの画像を走行方向に順につなげたときに走行距離と画像上の距離とを比例させるようにできる。このとき、得られる画像において左右方向と前後方向との倍率が等しくなるようにすることが好ましい。このように、車両１０の走行中にカメラ２ａ及び２ｂのそれぞれによって、トロリ線１１、補助吊架線１２及び吊架線１３に沿ってこれらを略側方から見た一連の画像を取得することができる。なお、検出装置５は車両１０の内部に設置されて有線で速度発電機４やカメラ２ａ及び２ｂに接続されることが好ましい。

次に、図４及び図６に沿って、図１〜図３及び図５を用いて、電車線金具検出システム１による電車線金具の検出方法について説明する。

図４に図１及び図２を併せて参照すると、まず、車両１０を軌道１４の上で走行させて、電車線に沿ってこれらを略側方から見た一連の画像を取得する（画像取得ステップ：Ｓ１）。車両１０を走行させながら、処理部２０を画像取得部２１として動作させて、カメラ２ａ及び２ｂによってそれぞれ１ラインの画像を順に得て、これらを走行方向につなげながらカメラ２ａ及び２ｂの両者に対応する一連の画像をそれぞれ取得する。かかる一連の画像の取得に伴い、処理部２０は、速度発電機４から得たパルスに基づいて、軌道上の基準位置からの距離であるキロ程を算出し、画像を得たキロ程に対応させて一連の画像を記録部３０に記録する。かかるキロ程の記録は、例えば、後述する分割画像の最初の１ラインを取得したときのみ行うなど、間欠的に行って対応させてもよい。１ラインあたりの走行距離を一定にしているので、全てのラインについてのキロ程を補完できるからである。なお、キロ程は速度発電機４によらず、自動列車制御装置等の他の装置や方法によって得てもよい。

次いで、取得した一連の画像を分割画像生成部２２によって進行方向に延びる軌道１４に沿った方向の所定の長さ毎に分割して分割画像４０を生成し、画像を取得したキロ程と対応付けて分割画像記録部３２に記録する（分割画像生成ステップ：Ｓ２）。分割画像４０は上記した一連の画像を取得しながら順次生成し記録してもよいし、一連の画像を取得した後に、別途、生成してもよい。

図５に示すように、ここでは分割画像４０を所定の長さとして進行方向に１０００ライン毎、すなわち１０００ピクセル毎に分割している。この所定の長さは、１つの分割画像４０に同じ種類の電車線金具が２つ以上含まれないように、最も短い取り付け間隔の電車線金具の取り付け間隔よりも短くするように定められる。一般的に、ハンガ４１の取り付け間隔は他の種類の電車線金具の取り付け間隔よりも短いので、例えばハンガの取り付け間隔が５ｍの場合、分割画像の進行方向の長さを５ｍ未満とするのである。異なる種類の電車線金具であれば、１つの分割画像に複数含んでいてもよい。なお、各ラインは、紙面上から下に向かって順に取得されたもの、すなわち進行方向を紙面上から下として取得されたものであり、幅方向の画素数は８１９２ピクセルである。また、分割画像４０にはトロリ線１１、補助吊架線１２及び吊架線１３の像が形成される。さらに、電車線金具の像も形成されることがあり、ここではハンガ４１及びドロッパ４２の像が形成されている。このような分割画像４０を用いて後述する画像マッチングをする。

図６に図２を併せて参照すると、処理部２０はスコアリング処理部２３として動作し、分割画像記録部３２から後述する画像マッチングをするための分割画像４０を１つ読み出す（分割画像読み出しステップ：Ｓ３）。さらに、スコアリング処理部２３はテンプレート画像記録部３１からテンプレート画像を１つ読み出す（テンプレート画像読み出しステップＳ４）。

次いで、スコアリング処理部２３は、分割画像４０とテンプレート画像との画像マッチングを行ってマッチングスコアを得ていく（スコアリングステップ：Ｓ５）。すなわち、いわゆるテンプレートマッチングであり、例えば、テンプレート画像と同じ大きさの枠を分割画像４０内で移動させながら、枠内の像のテンプレート画像への類似度をスコアによって表す。テンプレートマッチングによりスコアを得る方法については公知の各種方法を使用し得る。

判定処理部２４は、分割画像４０全体についてのスコアのうち最も高かったスコアが所定の閾値以上になった場合にテンプレート画像に写っている電車線金具と同じ種類の電車線金具の像が分割画像４０内に含まれると判定する（判定ステップ：Ｓ６）。かかる判定が得られた場合に、検出結果記録部３３に検出された電車線金具の像の位置のキロ程と電車線金具の種類を記録する。同分割画像４０上の像位置の座標を併せて記録してもよい。なお、かかる座標は例えば画像の端部からのピクセル数で表すことができる。最高のスコアが所定の閾値未満であった場合には記録せず、次の処理に進む。

次いで、テンプレート画像の残りがあるかを確認し（Ｓ７）、残っていれば（Ｓ７：Ｙｅｓ）新たなテンプレート画像を１つ呼び出し（Ｓ４）、画像マッチングを繰り返す。このとき１つの分割画像に対して、電車線金具の１つの種類について複数のテンプレート画像によるスコアリング（Ｓ５）を行うが、所定の閾値を超えるものが複数ある場合は、１つの分割画像に対して同じ種類の検出金具のうち最もスコアの高い結果だけを残すように、検出結果記録部３３に上書きすればよい。１つの分割画像４０に対して同種の電車線金具は１つ以下となるようにしているから最もスコアの高い記録のみを残すようにする。

全てのテンプレート画像による画像マッチングが終わってテンプレート画像の残りがなくなったら（Ｓ７：Ｎｏ）、分割画像４０の残りがあるかを確認する（Ｓ８）。分割画像４０が残っていれば（Ｓ８：Ｙｅｓ）、次の分割画像４０を読み出して（Ｓ３）画像マッチングを繰り返す。分割画像４０の全てに対する画像マッチングが終わって分割画像４０の残りがなくなったら（Ｓ８：Ｎｏ）、次の処理に進む。

必要に応じて、画像マッチングによって検出された電車線金具の種類とそのキロ程との一覧などを出力し（Ｓ９）、処理を終了する。ここで、検出結果記録部３３には、電車線金具の種類とキロ程とが記録されているため、電車線金具の外観検査を行うための検査画像を一連の画像から切り出すことができる。例えば、特定の種類の電車線金具の検出されたキロ程を全て読み出し、同種類の電車線金具の像を含むように読みだしたキロ程の前後に所定幅を持たせるようにして一連の画像から画像を切り出して、これを検査画像として用いるのである。分割画像４０から切り出してもよい。さらに分割画像４０上での検出した電車線金具の像位置を併せて記録しておけば、像位置の左右方向に所定の幅を残してさらに幅の小さい検査画像を切り出すこともできる。このような検査画像を用いることで外観検査の効率を向上させ得る。

以上のように、電車線金具検出システム１によれば、分割画像４０を用いて電車線金具を検出してそのキロ程及び種類を特定することができ、特定の種類の電車線金具についての検査画像を一連の画像から得ることができる。

なお、２台のカメラ２ａ及び２ｂを左右に配置しているので、これにより、両者によって得た一連の画像のそれぞれについて上記と同様に処理して電車線金具の種類を特定しそのキロ程を記録することができる。よって、例えば、少なくともどちらか一方のカメラによって検出された電車線金具を記録することで、検出漏れを低下させることができる。特に、エアセクションのような電車線のオーバーラップ部分や軌道の分岐部分などの特定の箇所で画像マッチングによって検出するのに十分な電車線金具の像を得られない場合がある。このような場合であっても左右に離間して２台のカメラを備えて電車線の両側部についての一連の画像を得ることができることで、互いに補完し得るのである。

また、補助吊架線１２と吊架線１３の両者に取り付けられたドロッパ４２のような電車線金具については、その両端に対応した異なるテンプレート画像を用意して、両者への取付部を別々に検出するようにしてもよい。例えば、補助吊架線１２側のドロッパクリップと、吊架線１３側のドロッパクリップとを別々に検出するのである。このような場合、カメラ２ａ及び２ｂから得た２つの画像のあることを考慮すると、同じキロ程において、左又は右と、補助吊架線１２側又は吊架線１３側との組み合わせで４通りのドロッパ４２の検出結果が得られることになる。ここで、かかる４通りの検出結果、すなわちドロッパクリップの像を含むか否かの判定結果が異なる場合、検出漏れを増加させないようにしつつも誤検出を低減させることができる。例えば、左右のうち一方において補助吊架線１２側及び吊架線１３側の両者で検出された場合に、左右のうち他方の検出結果に依らずドロッパ４２を検出したとの結果にする。また、補助吊架線１２側及び吊架線１３側の両者ともに少なくとも左右のうち一方から検出されたときにドロッパ４２を検出したとの結果にしてもよい。

また、分割画像４０は、その分割部分に電車線金具の像を位置させることもあるため、進行方向の隣の分割画像４０と一部を重複させて、いずれかの分割画像４０に電車線金具の像の全体を含ませるようにしてもよい。

［実施例２］
次に、本発明の他の１つの実施例による電車線金具検出システムについて図１、図３及び図７を用いて具体的に説明する。

本実施例においては、実施例１の電車線金具検出システム１（図１参照）と同様の構成のシステムを用いるので同様の部分においては同じ符号を用いるが、電車線位置情報を用いる点で異なる。図示は省略するが、本実施例においては電車線金具検出システム１’について、特に実施例１の電車線金具検出システム１との違いについて説明する。

図７を参照すると、検出装置５’は、実施例１の検出装置５に対して、処理部２０’に仰角算出部２５が追加されており、記録部３０’に電車線位置情報記録部３４が追加されている。処理部２０’の仰角算出部２５としての動作については後述する。

図３（ａ）を併せて参照すると、電車線位置情報記録部３４には、電車線（トロリ線１１、補助吊架線１２、吊架線１３）の軌道１４（図１参照）の中心に対する高さと車両１０の幅方向への偏位とが、キロ程に対応付けられて記録されている。電車線は、上記したように、軌道１４に沿って偏位及び高さを変化させるので、これをキロ程と関連付けて予め電車線位置情報記録部３４に記録しておくのである。なお、電車線位置情報は、例えば、特開２０１４−１６９９３９号公報など、公知の方法によって計測することができる。特に、電車線位置情報は、車両１０の揺れによるカメラの振動や、電車線の揺れ、気候変化による電車線の長尺方向への伸縮等の影響を考慮すると、必要な測定装置を備えておいて上で、電車線を含む一連の画像を取得する際に併せて計測することが好ましい。

また、図３（ｂ１）〜（ｂ３）に示すように、本実施例ではテンプレート画像記録部３１には、カメラ２ａ（又は２ｂ）から電車線金具までの仮想仰角を大中小と３段階に変化させた異なる３つのハンガ４１のテンプレート画像４５ａ〜４５ｃを撮像し、テンプレート画像記録部３１に記録している。同様に、検出すべき全ての電車線金具の種類に対しても複数のテンプレート画像を記録する。本実施例では、このように電車線金具の種類毎に複数のテンプレート画像を記録するが、後述する画像マッチングにおいては、電車線金具の種類毎に１つずつテンプレート画像を選択して用いる。

次に、図８及び図１０に沿って、図３、図７及び図９を用いて、電車線金具検出システム１’による電車線金具の検出方法について説明する。

図８に図７を併せて参照すると、画像取得ステップ（Ｓ１）、及び分割画像生成ステップ（Ｓ２）を実施例１と同様に行った上で、分割画像生成部２２は、さらに分割画像４０に対してマスキングを行う（マスキングステップ：Ｓ２−１）。

図９を併せて参照すると、マスキングステップ（Ｓ２−１）においては、分割画像生成部２２によって、電車線位置情報記録部３４からその分割画像４０を取得したキロ程の電車線位置情報を得て、電車線位置情報から分割画像４０上の電車線の位置を求めてその左右に所定幅を残して他の部分をマスキングするのである。

例えば、分割画像４０に対応する電車線位置情報として「キロ程、トロリ線１１の高さ、同偏位、補助吊架線１２の高さ、同偏位、吊架線１３の高さ、同偏位」が記録されており、「１２３．４５６ｋｍ、５０１０ｍｍ、−５０ｍｍ、５１６０ｍｍ、−５０ｍｍ、６２００ｍｍ、−５５ｍｍ」であるとする。ここから、左側のカメラ２ａの位置とそのレンズの特性を考慮して、トロリ線１１、補助吊架線１２、吊架線１３の分割画像４０上での位置を求めて、電車線位置情報を分割画像４０上の位置へ変換する。かかる変換は、例えば、実験によって電車線位置情報と分割画像４０上の位置との対応表を作成しておいて、かかる対応表より求めることができる。その結果、分割画像４０上での「キロ程、トロリ線１１の位置、同補助吊架線１２の位置、同吊架線１３の位置」として、左端からのピクセル数で「１２３．４５６ｋｍ、５７７０ピクセル、５６００ピクセル、４９２０ピクセル」を得る。そして、分割画像４０上で最も左にある吊架線１３の位置４９２０ピクセルに対して２００ピクセル左側の４７２０ピクセルの位置よりも左側をマスキングし、さらに、最も右にあるトロリ線１１の位置５７７０ピクセルに対して２００ピクセル右側の５９７０ピクセルの位置よりも右側をマスキングした分割画像４０’を得るのである。なお、このような電車線位置に対する所定の幅（今回は左右ともに２００ピクセル）は、電車線金具と電車線の位置関係を考慮してマスキング後に電車線金具の像が十分残るようにある程度の余裕を持たせるように決定され、左右で異なる幅としてもよい。

図１０に、図７を併せて参照すると、スコアリング処理部２３は分割画像記録部３２からマスキングした分割画像４０’を読み出す（分割画像読み出しステップ：Ｓ３）。

次いで、スコアリング処理部２３は、電車線位置情報記録部３４から電車線位置情報を読み出すとともに、仰角算出部２７を介して電車線位置情報に基づいて、車両１０の進行方向に対して垂直な面内でのカメラ２ａ（又は２ｂ）から電車線までの仰角を算出し、これを「算出仰角」とする（仰角算出ステップ：Ｓ４−１）。ここで算出仰角は、対象となる分割画像４０’に対して画像マッチングをしていない残りの電車線金具の種類のうち、最初に画像マッチングを行う種類の電車線金具について、その電車線金具の取り付けられている電車線までの仰角であり、例えば、最初にハンガ４１の画像マッチングを行う場合には、ハンガの取り付けられているトロリ線１１までの仰角である。コンパウンドカテナリー式の電車線の場合、ハンガは補助吊架線１２にも取り付けられているから、補助吊架線１２までの仰角とすることもできる。

次に、スコアリング処理部２３によって、テンプレート画像記録部３１からテンプレート画像を算出仰角に応じて選択し読み出す（Ｓ４−２）。図３に示すように、ハンガ４１の仮想仰角を変化させて撮像された３つのテンプレート画像４５ａ〜４５ｃのうち、算出仰角に最も対応するものを選択する。ここで、算出仰角はカメラ２ａ（又は２ｂ）から電車線までの仰角であるから、テンプレート画像を撮像した電車線金具までの仮想仰角とは異なるものである。そこで本実施例では、電車線とこれに取り付けられる電車線金具との両者の位置関係を考慮することで最もよく対応するテンプレート画像を選択する。例えば、予め、算出仰角を仕切る３段階の仰角を設定しておき、これと仮想仰角の大中小の３段階とを対応させておくとよい。なお、分割画像４０’上の電車線の位置を算出仰角と予め対応させたテーブルを記録しておいて、マスキングステップ（Ｓ２−１）において電車線位置情報から得た分割画像４０’上の電車線の位置からテーブルによって算出仰角を得てもよく、さらには、電車線位置情報を仮想仰角の大中小の３段階と対応させておいてもよい。

次いで、スコアリング処理部２３は、分割画像４０’に対してテンプレート画像を用いて画像マッチングを行って実施例１と同様にマッチングスコアを得る（スコアリングステップ：Ｓ５）。また、判定処理部２４は、電車線金具の像の有無を判定し（判定ステップ：Ｓ６）、記録する。

スコアリング処理部２３は、さらに、画像マッチングを行っていない読み出すべきテンプレート画像が残っているかを確認する。上記したように、画像マッチングに用いるテンプレート画像は電車線金具の種類毎に１つずつであるので、ここでは、画像マッチングを行っていない他の電車線金具の種類が残っているかを確認し（Ｓ７’）、残っている場合（Ｓ７’：Ｙｅｓ）には、対応する種類の電車線金具の取り付けられている電車線の算出仰角を得て（Ｓ４−１）、対応する電車線金具の種類のテンプレート画像から算出仰角に最もよく対応するものを選択し読み出す（Ｓ４−２）。以下同様に画像マッチングを行う。テンプレート画像を記録した電車線金具の種類の全てに対して画像マッチングを行い、画像マッチングを行っていない電車線金具の種類の残りがなくなったら（Ｓ７’：Ｎｏ）、次の処理に移る。

スコアリング処理部２３は、画像マッチングを行っていない分割画像４０’が残っているかを確認し（Ｓ８）、残っている場合（Ｓ８：Ｙｅｓ）には、次の分割画像を呼び出し（Ｓ３）、以下同様の処理を行う。また、分割画像４０’の全てに対して画像マッチングを行って分割画像４０’の残りがなくなったら（Ｓ８：Ｎｏ）、次の処理に移る。

必要に応じて、画像マッチングによって検出された電車線金具の種類とそのキロ程との一覧などを出力し（Ｓ９）、処理を終了する。ここで、実施例１と同様に、検出結果記録部３３には、電車線金具の種類とキロ程とが記録されているため、一連の画像又は分割画像４０’から特定の電車線金具の検出されたキロ程の前後に所定幅を持たせた検査画像を切り出すことができる。

以上のように、電車線位置情報を用いることで、分割画像４０’を用いて効率よく又は精度よく電車線金具を検出してその種類及びキロ程を特定でき、特定の種類の電車線金具についての検査画像を得ることができる。すなわち、分割画像４０をマスキングして分割画像４０’とすることで、画像マッチングにおいて対象とする画像の総面積を小さくでき、効率よく電車線金具を検出できる。また、電車線位置情報に基づいて、算出仰角により対応したテンプレート画像を抽出でき、電車線金具の検出精度を維持しながらも画像マッチングにおける処理量を減じ得る。

また、分割画像４０’上で検出された電車線金具の像位置を記録しておけば、その種類の電車線金具の取り付けられるべき電車線の分割画像４０’上の位置を電車線位置情報から得て、分割画像４０’上での電車線位置から像位置が所定距離内にあるかを確認でき、これによって誤検出を減じることもできる。

また、車両１０にさらに加速度センサを備えて、車両１０の左右への揺れや傾きによる画像と電車線位置情報とのずれや上記した仰角のずれを補正することで、より正確に電車線金具を検出し得る。

ここまで本発明による代表的な実施例及びこれに伴う変形例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

１ 電車線金具検出システム
２ａ、２ｂ カメラ
５ 検出装置
１０ 車両
２０ 処理部
２３ スコアリング処理部
２４ 判定処理部
３０ 記録部
３１ テンプレート画像記録部
３２ 分割画像記録部

Claims (6)

1. 軌道上を走行する鉄道車両に固定されたカメラによって少なくとも電車線に沿ってこれを略側方から見た一連の画像を取得し該画像にある電車線金具の位置及び種類を特定し該一連の画像から検査画像を得るための電車線金具検出システムであって、
   前記一連の画像について前記軌道に沿った方向の所定の長さごとに分割し基準位置からのキロ程に対応させた分割画像を記録する分割画像記録部と、
   前記電車線金具のテンプレート画像を記録するテンプレート画像記録部と、
   前記分割画像記録部から前記分割画像を順次読み出し、前記分割画像のそれぞれについて前記テンプレート画像記録部の前記テンプレート画像で順次画像マッチングを行ってマッチングスコアを得ていくスコアリング処理部と、
   所定値以上の前記マッチングスコアの前記分割画像及び前記テンプレート画像を特定する判定処理部と、を含み、
   前記テンプレート画像は、前記電車線金具の１つの種類に対して少なくとも複数用意されることを特徴とする電車線金具検出システム。
2. 前記テンプレート画像は、前記電車線に取り付けられた前記電車線金具の側面を下から見上げた画像であることを特徴とする請求項１記載の電車線金具検出システム。
3. 前記カメラは前記電車線の両側部の前記一連の画像を得るように、前記鉄道車両の進行方向に向かって左右に離間して２台設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の電車線金具検出システム。
4. 軌道上を走行する鉄道車両に固定されたカメラによって少なくとも電車線に沿ってこれを略側方から見た一連の画像を取得し該画像にある電車線金具の位置及び種類を特定し該一連の画像から検査画像を得るための電車線金具検出方法であって、
   前記一連の画像について前記軌道に沿った方向の所定の長さごとに分割し基準位置からのキロ程に対応させた分割画像を記録するステップと、
   前記分割画像を順次読み出し、前記分割画像のそれぞれについて前記電車線金具のテンプレート画像で順次画像マッチングを行ってマッチングスコアを得ていくスコアリング処理ステップと、
   所定値以上の前記マッチングスコアの前記分割画像及び前記テンプレート画像を特定するステップと、を含み、
   前記テンプレート画像は、前記電車線金具の１つの種類に対して少なくとも複数用意されることを特徴とする電車線金具検出方法。
5. 前記テンプレート画像は、前記電車線に取り付けられた前記電車線金具の側面を下から見上げた画像であることを特徴とする請求項４記載の電車線金具検出方法。
6. 前記カメラは前記電車線の両側部の前記一連の画像を得るように、前記鉄道車両の進行方向に向かって左右に離間して２台設けられることを特徴とする請求項４又は５に記載の電車線金具検出方法。