JP6696845B2 - 鉄道車両の前照灯の光軸調整支援装置および光軸調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両における前照灯の光軸調整作業を支援する光軸調整支援装置およびこれを用いた光軸調整方法に関する。

鉄道車両の点検時には、前照灯の光軸調整が行われることがある。前照灯は、前方へ所定距離離れた位置で、上下左右に所定角度傾いた方向に光を照射するよう規定されており、この規定に従うように前照灯の光軸が調整される。

光の照射位置が規定された距離は比較的に長く、多くの場合、点検時に鉄道車両の前方に規定された距離を確保することは困難になる。このため、従来、鉄道車両の前照灯の光軸調整が簡略的に行われることがあった。簡略的な方法では、次のように光軸調整が行われた。先ず、作業員が指標の描かれたスクリーンを移動し、鉄道車両から規定より短い所定距離離れたレール上、所定の高さに配置する。次に、前照灯からスクリーンに光を照射し、照射された光の焦点中心位置とスクリーン上の指標の位置とを作業員が目視により確認しながら光軸を調整する。
また、本発明に関連する先行技術として、特許文献１には、カメラを使って自動的に光軸調整を行う自動車のヘッドライトの光軸調整方法が示されている。

特開平１０−２６７７９４号公報

上述した簡略的な前照灯の光軸調整方法は、鉄道車両の前方に長い空間を確保しなくてよいという利点がある。しなしながら、このような光軸調整方法では、調整の正確性に欠け、調整後の前照灯の光軸に比較的に大きなバラツキが生じるという問題があった。正確性に欠ける理由の一つには、調整に用いるスクリーンが作業員により移動されて配置されるため、大きなスクリーンを用意することが難しく、前照灯の配光の広がりもあって、前照灯が照らす焦点中心位置を明確に確認できないということがあった。

また、上記の簡略的な前照灯の光軸調整方法は、夜間など照射光を視認できる時間帯にしか作業を行うことができないという問題もあった。
本発明は、鉄道車両の前方に広い空間を確保しなくて良く、バラツキの少ない正確な光軸調整を行うことのできる鉄道車両の前照灯の光軸調整支援装置および光軸調整方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、
映像を取得する撮影部と、
前記撮影部を支持する支持枠と、
前照灯を有する鉄道車両の前面に前記支持枠を固定可能な固定具と、
前記支持枠に支持され、投射された光を拡散する拡散板と、
前記撮影部により取得された、前記前照灯が前記拡散板に投射した光の映像に基づいて、前記前照灯の光軸のズレ量を計算する計算部と、
計算された光軸のズレ量に基づいて光軸調整を支援する情報を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする鉄道車両の前照灯の光軸調整支援装置とした。

この構成によれば、前照灯と撮影部とが所定の配置関係に合うように、固定具によって撮影部を鉄道車両の前面に固定することができる。また、鉄道車両の前面に固定された撮影部によって、前照灯の光が投射された拡散板の映像が取得され、この映像に基づいて光軸のズレが計算される。従って、鉄道車両の前方に広い空間を確保する必要がなく、計算されたズレに基づいて少ないバラツキで正確に前照灯の光軸を調整することができる。

ここで、前記計算部は、前記拡散板に投射された前記前照灯のバルブの影の位置と、予め映像フレーム中に設定される基準点の位置との差に基づいて、前記前照灯の光軸のズレ量を計算するとよい。
前照灯の近傍に投射された光の像には前照灯のバルブの影が明確な像となって表れる。そこで、上記の構成によれば、バルブの影の位置と映像中に設定される基準点とに基づいて、前照灯の光軸のズレ量をより正確に計算することができ、バラツキの少ない光軸調整が可能となる。

さらに、本発明の光軸調整支援装置は、
外部からの入力操作によって前記前照灯の配置区分を入力する区分入力部と、
前記前照灯の複数の配置区分にそれぞれ対応する前記基準点の複数の座標値を記憶する基準点記憶部と、
を備え、
前記計算部は、入力された前記配置区分に対応する前記基準点の座標値を用いて前記前照灯の光軸のズレ量を計算するように構成するとよい。

鉄道車両の前照灯は、例えば運転士側の前照灯と助士側の前照灯などの異なる配置区分の前照灯に、異なる照射範囲の規定が定められている場合がある。そこで、上記の構成によれば、区分入力部により、前照灯の配置区分を入力して、これに対応した基準点の座標を使用することで、配置区分に応じた前照灯の光軸調整を行うことができる。

さらに好ましくは、本発明の光軸調整支援装置は、
前記支持枠に対して前記撮影部の位置を調整可能な調整機構をさらに備え、
前記固定具は、鉄道車両の前面に吸着可能な複数の吸盤であり、
前記調整機構は、前記撮影部を上下方向および左右方向へ平行移動させる機構を含んでもよい。
この構成によれば、複数の吸盤によって撮影部の支持枠を鉄道車両の前面に容易に固定することができ、さらに固定具、撮影部、および支持枠を含めた構成をコンパクトにできる。さらに、調整機構による撮影部の縦方向および横方向の位置調整により、撮影部と前照灯との位置合わせを正確に行える。

また、本発明に係る光軸調整方法は、
上記の光軸調整支援装置を用いた鉄道車両の前照灯の光軸調整方法であって、
前記固定具を鉄道車両の前面且つ前記前照灯の近傍に固定し、
前記撮影部により映像を取得して前記前照灯の固定枠が映像中の所定位置に来るように前記撮影部の位置を調整した後、
前記撮影部と前記前照灯との間に前記拡散板を配置し、
前記前照灯を点灯して前記拡散板に光を投射し、
前記撮影部により前記拡散板に投射された光の映像を取得し、
前記計算部が前記拡散板の映像に基づいて前記前照灯の光軸のズレ量を計算し、
計算されたズレに基づいて前記前照灯の光軸を変更することを特徴としている。
この方法によれば、鉄道車両の前方に広い空間を確保する必要なく、バラツキの少ない正確な光軸調整が可能となる。

本発明によれば、鉄道車両の前方に広い空間を確保しなくて良く、バラツキの少ない正確な光軸調整を行うことのできる鉄道車両の前照灯の光軸調整支援装置および光軸調整方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る光軸調整支援装置を示す斜視図である。 実施形態の光軸調整支援装置の本体ベースを示す平面図である。 鉄道車両の前面に本体ベースを固定した状態を示す斜視図である。 本体ベースの固定時における位置調整方法を説明する図である。 本体ベースの固定後におけるカメラの位置調整方法を説明する画像図である。 光軸測定処理の状態を示す側面図である。 ＣＰＵにより実行される光軸調整支援処理の全体的な手順を示すフローチャートである。 光軸測定処理で撮影される画像の一例を示す図である。 撮影画像中に設定される基準点の一例を示す図である。 光軸の調整支援画像の一例を示す画像図である。 図７のステップＳ１２の光軸測定処理の詳細な手順を示すフローチャートである。 図１１のステップＳ２８の黒丸画像の上端計算処理の詳細な手順を示すフローチャートである。 撮影画像を二値化処理した後の画像の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光軸調整支援装置を示す斜視図である。図２は、光軸調整支援装置の本体ベースを示す平面図である。
本実施形態の光軸調整支援装置は、カメラ（撮影部に相当）１１が設けられた本体ベース１０、取付けガイド２０、拡散板３０、遮光カバー４０、重さ調整板５０、および、操作デバイス６１とディスプレイ６２とを有するコンピュータ（計算部に相当）６０を備えている。

本体ベース１０は、図１および図２に示すように、静止画又は動画の映像を取得するカメラ１１と、カメラ１１を二軸方向に平行移動可能なステージ（調整機構に相当）１２と、ステージ１２を介してカメラ１１を支持する支持枠１３と、支持枠１３を鉄道車両の前面に固定するための複数の固定具１４とを有する。本明細書では、本体ベース１０を鉄道車両に固定した状態を基準に撮影方向を前方として、前後左右上下の各方向を定義する。

支持枠１３は、カメラ１１を保持する支持フレーム１３ａと、左右に延設されて固定具１４が固定される固定フレーム１３ｂとを有する。固定フレーム１３ｂは、支持フレーム１３ａの前端に連結されている。支持フレーム１３ａには、取付けガイド２０を着脱自在に取付け可能な固定溝Ｆ１と、遮光カバー４０を着脱自在に取付け可能な固定部Ｆ２とが設けられている。固定溝Ｆ１には、取付けガイド２０の代わりに、拡散板３０を取り付けることも可能である。また、固定部Ｆ２には、遮光カバー４０の代わりに、重さ調整板５０を取り付けることが可能である。

２つの固定具１４は、高強度の吸盤であり、固定フレーム１３ｂの左前方と右前方とに取り付けられている。カメラ１１は支持枠１３の左右方向における中央に配置されており、カメラ１１を中心に２つの固定具１４は左右対称に配置されている。
ステージ１２は、支持フレーム１３ａとカメラ１１との間に介在し、カメラ１１の位置を微調整するための構成である。ステージ１２は、ダイヤル操作によりカメラ１１を上下方向および左右方向に平行移動可能である。

取付けガイド２０は、本体ベース１０を鉄道車両の前方に固定する際、本体ベース１０の大まかな位置合わせを行うために使用される。取付けガイド２０は、中央に円孔２１を有するプレートであり、本体ベース１０の固定溝Ｆ１に取り付けられる。固定溝Ｆ１に取り付けられた際、固定溝Ｆ１は、カメラ１１の前方に配置される。
拡散板３０は、鉄道車両の前照灯の光を投射させて拡散させるものであり、例えば乳白色のアクリル板から構成できる。拡散板３０は、本体ベース１０の固定溝Ｆ１に取り付け可能であり、取り付けられた際にカメラ１１の前方に配置される。

遮光カバー４０は、周囲が明るいときにカメラ１１の撮影箇所に外部の光が差し込むことを低減するために使用される。遮光カバー４０は、本体ベース１０に取り付けられたときに、カメラ１１の上、背後、左右の四方を覆って外部からの光を遮る。遮光カバー４０は、拡散板３０が本体ベース１０に固定された状態で、拡散板３０を含めて周囲を覆う。

重さ調整板５０は、周囲が暗くて遮光カバー４０が不要なときに、本体ベース１０に取り付けられるものである。重さ調整板５０は、遮光カバー４０と略同一の重さを有し、本体ベース１０に取り付けられた際に遮光カバー４０が取り付けられた場合と同様の荷重を本体ベース１０に及ぼす。本体ベース１０は、前部が固定具１４によって固定される構造を有しているので、後方の荷重によって水平度が僅かに変化する。従って、重さ調整板５０を利用することで、遮光カバー４０を使うときと使わないときとで本体ベース１０の水平度を均一化できる。

コンピュータ６０は、光軸調整支援処理のプログラムが格納された記憶装置、このプログラムを実行するＣＰＵ（中央演算処理装置）、作業用のメモリ、カメラ１１との間でデータの送受信を行うインターフェース、利用者による入力操作が可能なキーボードやポインティングデバイスなどの操作デバイス６１、画像表示を行うディスプレイ（出力部）６２とを備える。インターフェースは、カメラ１１と有線又は無線により接続され、カメラ１１への制御コマンドの送信および撮影画像データの受信ができる。

また、コンピュータ６０の記憶装置には、前照灯の光軸のズレ量を計算する際の基準となる基準点の座標値を記憶した基準点記憶部が設けられている。基準点記憶部には、前照灯の複数の配置区分（例えば運転士側の前照灯と助士側の前照灯）に対応する複数の基準点の座標値が記憶されている。

＜光軸調整処理＞
次に、本実施形態の光軸調整支援装置を用いた鉄道車両の前照灯の光軸調整処理について説明する。
先ず、全体的な概要を示す。光軸調整処理は、主に、作業員が大まかな位置調整を行いながら本体ベース１０を鉄道車両１００の前面に固定する固定工程と、作業員がカメラ１１の詳細な位置調整を行う位置調整工程と、カメラ１１の撮影画像に基づいてコンピュータ６０が前照灯の光軸のズレ量を計算する光軸測定工程と、コンピュータ６０の調整支援用の表示に基づいて作業員が光軸を調整する光軸調整工程とを含む。固定工程、位置微調整工程、光軸測定工程、光軸調整工程は、この順に実施され、光軸測定工程と光軸調整工程とは複数回繰り返し実施される。

続いて、これらの各工程の詳細を説明する。
図３は、鉄道車両の前面に本体ベースを固定した状態を示す斜視図である。図４は、本体ベースの固定時における位置調整方法を説明する図である。
固定工程においては、先ず、本体ベース１０に取付けガイド２０を固定し、この状態の本体ベース１０を鉄道車両１００の前照灯１０１の近傍まで作業員が運ぶ。そして、図４に示すように、目視により、カメラ１１の撮影方向に取付けガイド２０の円孔２１と前照灯１０１とが一直線に並ぶように、大まかに本体ベース１０の位置を合せる。このとき、作業員は、本体ベース１０の支持フレーム１３ａの左右方向が水平になるように、水準器などを用いて調整するとよい。

次いで、作業員は、固定具１４の吸盤面を鉄道車両１００の前面ガラスに当て、吸盤面の吸着力を増すボタンを数回押す。これにより、固定具１４は高強度に固定され、カメラ１１が前照灯１０１に対向した位置で、本体ベース１０が鉄道車両１００の前面に固定される。固定工程が完了したら、作業員は、取付けガイド２０を外して、カメラ１１の詳細な位置調整を行う位置調整工程へ処理を移行する。
図５は、本体ベースの固定後におけるカメラの位置調整方法を説明する画像図である。
位置調整工程では、先ず、作業員は、コンピュータ６０に位置調整のコマンドを入力する。すると、コンピュータ６０は、カメラ１１を駆動して撮影画像をディスプレイ６２に表示する。

前照灯１０１は、レンズ１０１ａと反射鏡１０１ｂとバルブ１０１ｃとが一体化されて構成される（図６を参照）。そして、これらの一体化された構成が、鉄道車両１００の固定枠に対して、上下方向の軸と左右方向の軸の２軸を中心とする２つの回転方向に角度調整可能に取り付けられている。さらに、鉄道車両１００の固定枠には、例えば前照灯１０１のレンズが臨むように設けられた窓枠１０２が設けられている。従って、位置調整工程で表示される撮影画像には、図５に示すように、鉄道車両１００の固定枠の窓枠１０２の像と、前照灯１０１のレンズ１０１ａの像とが含まれる。これらの像は、カメラ１１を動かせば映像フレーム中で位置が変化する。

さらに、コンピュータ６０は、位置調整の撮影画像に基準円Ｒ１を表示する。基準円Ｒ１は、映像の中に埋め込まれた目印用の画像であり、映像フレームに対して座標が固定され、カメラ１１を動かしても位置と大きさが変わらない。
作業員は、このような撮影画像を見ながら、窓枠１０２が基準円Ｒ１の同心円となるように、ステージのダイヤルを操作して、カメラ１１の位置を上下方向と左右方向とに微調整する。このとき、カメラ１１は連続的に撮影を行い、撮影画像は動画のように刻々と更新されるとよい。なお、微調整の際、前照灯１０１のレンズ１０１ａの位置は気にする必要がない。この工程により、前照灯１０１の固定枠に対してカメラ１１が一定の配置関係で固定された状態が得られる。窓枠１０２と基準円Ｒ１とが同心となったら、作業員は、コンピュータ６０に完了のコマンドを入力して位置調整工程を完了し、光軸測定工程へ処理を移行する。

図６は、光軸測定処理の状態を示す側面図である。
光軸測定工程では、先ず、作業員は、本体ベース１０に拡散板３０を固定し、周囲が明るい場合には遮光カバー４０を取り付ける。周囲が暗ければ、遮光カバー４０の代わりに重さ調整板５０を取り付けてもよい。これにより、前照灯１０１とカメラ１１との間に拡散板３０が配置され、前照灯１０１が非点灯のときに拡散板３０の周辺が暗くなって撮影に適した環境になる。
このような設定が済んだら、作業員は、前照灯１０１を点灯し、コンピュータ６０に光軸調整支援処理の開始コマンドを入力し、この処理を開始する。

図７は、コンピュータのＣＰＵにより実行される光軸調整支援処理の全体的な手順を示すフローチャートである。図８は、光軸測定処理で撮影される画像の一例を示す図である。図９は、撮影画像中に設定される基準点の一例を示す図である。図１０は光軸の調整支援画像の一例を示す画像図である。
光軸調整支援処理が開始されると、先ず、コンピュータ６０のＣＰＵは、前照灯の配置区分に関する入力処理を実行する（ステップＳ１１：区分入力部に相当）。この処理は、ディスプレイ６２に、運転士側の前照灯か助士側の前照灯かを選択させる表示を行い、操作デバイス６１を介して作業員に選択入力を要求する処理である。運転士側の前照灯の光軸の規定上の向きと、助士側の前照灯の光軸の規定上の向きとは異なるため、ＣＰＵは、ここでこれらを識別する。作業員は、操作デバイス６１を介して光軸調整の対象の前照灯の配置区分を入力し、入力結果がメモリの所定領域に一時的に記憶される。

次に、ＣＰＵは、光軸測定処理を行う（ステップＳ１２）。この処理は、前照灯１０１が光を投射した拡散板３０の撮影を行い、撮影画像中に表れる前照灯１０１のバルブ１０１ｃの影Ｍ１（図８を参照）の位置を測定する処理である。これにより前照灯１０１の光軸の位置および向きを反映した座標値が求められる。光軸測定処理の詳細については後述する。
光軸測定処理が終了したら、ＣＰＵは、バルブ１０１ｃの影Ｍ１（図８を参照）の位置と、映像フレーム中の基準点Ｒ０（図９を参照）との位置を比較する（ステップＳ１３）。基準点Ｒ０とは、例えば前照灯１０１の光軸が規定に準じて設定されている場合に、バルブ１０１ｃの影の位置と重なるように、映像フレームＤ（図９を参照）の中に予め設定される映像座標上の点である。先に説明したように、基準点Ｒ０は、前照灯の配置区分によって異なり、コンピュータ６０の基準点記憶部には、前照灯の複数の配置区分に対応する複数の基準点Ｒ０の座標値が記憶されている。ステップＳ１３では、ステップＳ１１で選択された前照灯１０１の配置区分に対応する基準点Ｒ０が読み出されて、比較処理に使用される。

続いて、ＣＰＵは、基準点との比較の結果、光軸のズレが許容誤差より大きいか否かを判別する（ステップＳ１４）。その結果、許容誤差以下であれば、光軸調整支援処理を終了する。終了する際には、ディスプレイ６２に光軸が正しい旨の表示を行ってもよい。
一方、光軸のズレが許容誤差より大きければ、ＣＰＵは、光軸のズレ量を調整値へ変換する（ステップＳ１５）。ここで、調整値としては、例えば、前照灯１０１に設けられている光軸調整用の複数のネジの回転角度を採用できる。調整値への変換計算は、光軸のズレとネジの回転数との関係を示す関数に基づいて遂行してもよいし、これらの関係を示したルックアップテーブルに基づいて遂行してもよい。

調整値への変換を行ったら、ＣＰＵは、ディスプレイに調整支援画像を出力する（ステップＳ１６）。調整支援画像は、図１０に示すように、前照灯１０１の背部の画像と、背部に設けられた光軸調整用の複数のネジＮ１〜Ｎ３の各調整用の回転角度を示す文字表示Ｃ１〜Ｃ３とを含む。図１０の前照灯１０１では、例では、ネジＮ１により前照灯１０１の第１軸の光軸調整が行われ、ネジＮ２、Ｎ３を互いに逆方向に同角度回転することで前照灯１０１の第２軸の光軸調整が行われる。図１０の調整支援画像では、ネジＮ１に関する第１軸が正しく調整済みを示す「ＯＫ」の文字表示Ｃ１が示され、第２軸についてはネジＮ２、Ｎ３を互いに逆向きに３５度回転することを要求する文字表示Ｃ２、Ｃ３が示されている。

作業員は、この調整支援画像の表示を頼りに、前照灯１０１のネジＮ１〜Ｎ３を回転して光軸調整を行う。
調整支援画像を出力したら、ＣＰＵは、光軸の変更操作が終了したか待機する（ステップＳ１７）。ここで、ＣＰＵは、例えば、操作に要する時間の計数、或いは、操作デバイス６１を介して操作終了の入力が行われるまで待機すればよい。

光軸の変更操作が行われたら、ＣＰＵは、ステップＳ１２〜Ｓ１７の一連の処理を指定回数（例えば３〜５回など）完了したか判別し、未だであれば、処理をステップＳ１２に戻し、再びステップＳ１２からの処理を繰り返す。処理を繰り返すのは、ネジの回転角度が大きい場合には実際の回転角度に大きい誤差が含まれ、ネジの回転角度が小さければ実際の回転角度に含まれる誤差が小さくなることが想定されるからである。複数回の調整を行うことで、このような誤差を小さくすることできる。
一方、ステップＳ１８の判別の結果、指定回数完了していれば、ＣＰＵは、光軸調整支援処理を終了する。このような光軸調整支援装置により、作業員は容易に少ないバラツキで前照灯１０１の光軸調整を行うことができる。

続いて、図７のステップＳ１２の光軸測定処理について詳細に説明する。
図１１は、光軸測定処理の詳細な手順を示すフローチャートである。図１２は、図１１のステップＳ２８の黒丸画像の上端計算処理の詳細な手順を示すフローチャートである。図１３は、撮影画像を二値化処理した後の画像の一例を示す図である。

光軸測定処理に移行すると、ＣＰＵは、先ず、カメラ１１の露出調整と撮影処理とを実行して、適した輝度の撮影画像を取得する（ステップＳ２１）。カメラ１１の撮影対象は、前照灯１０１の光が投射された拡散板３０であり、遮光カバー４０があっても周囲の明るさは完全には一定とならない。このため、輝度調整は重要である。ステップＳ２１では、先ず、ＣＰＵはカメラ１１に標準露出で撮影を行わせ、撮影画像の総画素について輝度を計数して輝度ヒストグラムを作成する。そして、高輝度の割合が指定の範囲に収まるように、ＣＰＵは、再度、露出を調整してカメラ１１に撮影処理を行わせる。このような処理を複数回行って、高輝度の割合が指定の範囲に収まった撮影画像が取得される。

撮影画像を取得すると、ＣＰＵは、判別分析法により撮影画像の二値化に適した輝度閾値を計算する（ステップＳ２２）。判別分析法とは、撮影画像を二値化したときに、黒となる領域と白となる領域とが均衡するように輝度の閾値を計算する方法であり、画像処理の分野において既知の技術である。

次に、ＣＰＵは、撮影画像の二値化と、ラベリングおよび領域面積による閾値調整とを１回または複数回行って、以後の分析に適した撮影画像の二値化画像を得る（ステップＳ２３）。ここでの具体的な処理は、次のように行われる。先ず、ＣＰＵは、ステップＳ２２で計算された輝度の閾値を用いて、撮影画像の二値化を行う。次に、ＣＰＵは、二値化された撮影画像にラベリングを行う。ラベリングとは、図１３に示すように、撮影画像を黒でつながった領域と、白でつながった領域とに、領域の面積順にラベル（例えば「白Ｎｏ．１」、「白Ｎｏ．２」、「黒Ｎｏ．１」など）を付ける処理である。ラベリングを行ったら、ＣＰＵは、ラベル数と各ラベルの領域の面積とが、指定範囲に収まっているか確認し、指定範囲に収まっていれば、この二値化画像を以後の分析に適した画像として採用する。一方、ラベル数と各ラベル領域の面積の確認の結果、これらが指定範囲に収まっていなければ、閾値を調整して、再び、二値化する処理から繰り返す。そして、このような繰り返しにより、以後の分析に適した二値化画像が得られる。

二値化画像は、図１３に示すように、毎回、中央にバルブ１０１ｃ（図６）の影が黒丸画像Ｍ０として映り、黒丸画像Ｍ０の内側一部に照射光が白く映り、その周りに反射鏡１０１ｂ（図６）から反射した光が白く映り、さらにその周囲が黒く映るというように、画像パターンは同じになる。従って、以後の分析に適した二値化画像であれば、ラベル数と各ラベルの領域の面積は大きくばらつかない。

二値化画像を得たら、ＣＰＵは、画像の各列（縦の画素列）の白画素を計数する（ステップＳ２４）。さらに、ＣＰＵは、計数結果と、画素探索とを行って、中央の黒丸画像Ｍ０の左端と右端との座標”ｘ１”、”ｘ２”を求める（ステップＳ２５）。二値化画像は、図１３に示すように、毎回、画像パターンは同じになる。よって、画像の各列の白画素を計数すると、毎回、計数結果のパターンも同じになり、このパターンから黒丸画像Ｍ０より左方の「白Ｎｏ．１」の領域中の座標を求めることができる。さらに、この座標が分かったら、この座標から右方に向かって、黒領域と白領域との境界を探索し、これにより黒丸画像Ｍ０の左端の座標ｘ１を求めることができる。右端の座標ｘ２についても同様である。

続いて、ＣＰＵは、画像の各行（横の画素列）の白画像を計数する（ステップＳ２６）。さらに、ＣＰＵは、計数結果と、画素探索とを行って、中央の黒丸画像Ｍ０の下端の座標”ｙ２”を求める（ステップＳ２７）。これらの処理は、縦横が異なるだけで、ステップＳ２４、Ｓ２５の処理と同様である。

さらに、ＣＰＵは、黒丸画像Ｍ０の上端の座標”ｙ１”を求める上端計算処理を実行する（ステップＳ２８）。黒丸画像Ｍ０の上方には、前照灯１０１のバルブ１０１ｃに設けられた放電用電極から電流を戻す導線の影が棒状に映っている。よって、黒丸画像Ｍ０の上端の座標”ｙ１”は、左右端又は下端の座標を求める場合と同様の処理で求めることができない。

そこで、図１２の上端計算処理に移行すると、ＣＰＵは、先ず、ｙ、ｘｍａｘ、ｘ、ｘｍｉｎの各変数を初期化する（ステップＳ４１）。ｙは、黒丸画像Ｍ０の上端か否かを判別する二値化画像中の対象行の値が入力される変数であり、「白Ｎｏ．１」ラベルの領域の上端の値が初期値として入力される。ｘｍａｘは、撮影画像の一行（横の画素列）の総画素数を表わす変数であり、これを示す固定値が入力される。ｘは、処理中に計数される黒画素数が入力される変数で、例えば初期値として「０」が入力される。ｘｍｉｎは、処理中に計数された黒画素数ｘの最小値を保持するための変数であり、初期値は例えばｘｍａｘの値が入力される。

次に、ＣＰＵは、所定の条件を満たす行が見つかるまでステップＳ４２〜ステップＳ４６のループ処理へ処理を移行する。すなわち、ｙ行の黒画素数ｘを計数し（ステップＳ４２）、黒画素数ｘが一行の総画素数ｘｍａｘの半分より大きく、且つ、これまでの黒画素数の最小値ｘｍｉｎが一行の総画素数ｘｍａｘの半分より小さいか判別する（ステップＳ４３）。

その結果、否であれば、各変数の更新を行うため、黒画素数ｘが最小値ｘｍｉｎより小さいか判別し（ステップＳ４４）、小さければ、最小値ｘｍｉｎの値を黒画素数ｘの値に更新して（ステップＳ４５）、次のステップへ処理を移行する。また、ステップＳ４４の判別処理の結果が否であれば、そのまま、次のステップへ処理を移行する。続いて、ＣＰＵは、対象行を１行下げるため、変数ｙの値を「１」加算する更新を行って（ステップＳ４６）、ステップＳ４２に処理を戻す。

このようなステップＳ４２〜Ｓ４６のループ処理の途中、ステップＳ４３の判別結果が肯定となるときがある。
ラベル「白Ｎｏ．１」の領域の上端から下方へと１行ずつ対象行ｙをずらして黒画素数ｘを計数していくと、当初、黒画素数ｘは総画素数ｘｍａｘの半分以上の値から半分以下の値まで低下する。黒画素数が半分以下となるのは、対象行ｙが黒丸画像Ｍ０の上方につらなる黒棒の部分にさしかかっているときである。よって、ステップＳ４３の「ｘｍｉｎ＜１/２ ｘｍａｘ」の条件を満たす場合とは、対象行が黒棒の箇所を通過した後であることを示す。

続いて、対象行ｙが１行ずつ下方へ移動すると、黒画素数ｘが増加に転じて、再び、総画素数ｘｍａｘの半分以上の値を超える。再び、半分以上の値を超えるのは、対象行ｙが黒丸画像Ｍ０の上部にさしかかったときである。つまり、ステップＳ４３の「ｘ＞１/２ ｘｍａｘ」の条件を満たした場合である。

従って、ステップＳ４３の判別結果が肯定となった場合、対象行ｙが黒丸画像Ｍ０の上端部にさしかかった場合を意味することから、このときの対象行ｙの値により、黒丸画像Ｍ０の上端部の座標が表わされることとなる。
よって、ＣＰＵは、ステップＳ４３の判別処理で肯定となったら、対象行ｙの座標を黒丸画像Ｍ０の上端の座標”ｙ１”に決定し（ステップＳ４７）、上端計算処理を終了する。

続いて、図１１のステップに戻って、ＣＰＵは、ステップＳ２５、Ｓ２７、Ｓ２８で求めた黒丸画像Ｍ０の四つの端部の座標から黒丸画像Ｍ０の中心点の座標を計算する（ステップＳ２９）。次に、ＣＰＵは、指定回数の計算を行ったか判別し（ステップＳ３０）、否であれば、ステップＳ２１に処理を戻して、ステップＳ２１〜Ｓ２９の処理を繰り返す。一方、指定回数の計算を終了していれば、ＣＰＵは、指定回数の計算でそれぞれ求められた黒丸画像Ｍ０の中心点の複数の座標を平均して、最終的な黒丸画像Ｍ０の中心座標とする（ステップＳ３１）。そして、光軸測定処理を終了する。以上の光軸測定処理により、撮影画像中のバルブ１０１ｃの影の正確な座標、すなわち黒丸画像Ｍ０の中心座標が求められる。そして、上述したように、この中心座標に基づいて前照灯１０１の光軸調整が行われることとなる。

以上、本実施形態の光軸調整支援装置およびこれを用いた光軸調整方法によれば、カメラ１１が鉄道車両１００の前面に固定され、前照灯１０１から拡散板３０に投射された光の映像によって、前照灯１０１の光軸のズレ量を計算できる。そして、計算された光軸のズレに基づいて作業員が光軸調整を行う。従って、鉄道車両の前方に広い空間を確保する必要がなく、計算されたズレに基づいて前照灯の光軸を少ないバラツキで正確に調整することができる。

また、実施形態の光軸調整支援装置では、固定具１４が吸盤により鉄道車両１００の前面に固定される構成なので、容易に装置を固定することができ、さらに、装置全体をコンパクトに構成できる。コンパクトにできることから、日中でも、小さな遮光カバー４０を用いてカメラ１１と前照灯１０１の照射範囲を覆うことが容易となる。従って、日中など周囲が明るい環境でも光軸調整を行うことが可能となる。
また、実施形態の光軸調整支援装置によれば、ステージ１２の調整によりカメラ１１と前照灯１０１の固定枠との相対的な位置関係を正確に合せることができる。さらに、光軸調整支援装置では、撮影画像中、前照灯１０１のバルブ１０１ｃの影の位置と、基準点Ｒ０との差に基づいて前照灯１０１の光軸のズレが計算される。これらによって、バラツキの少ない正確な光軸調整が可能となる。

さらに、実施形態の光軸調整支援装置によれば、前照灯１０１の配置区分に応じた複数の基準点Ｒ０の座標が予め記憶されており、配置区分に応じた基準点Ｒ０の座標が使用される。よって、光軸の向きの規定が異なる複数の前照灯に対して光軸調整処理に使用することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、２つの固定具により本体ベース１０を鉄道車両１００の前面に固定する構成としたが、本体ベース１０を支える追加の固定具または支持棒を用いて、鉄道車両１００の前面に対して３点支持により本体ベース１０が固定される構造としてもよい。さらに、上記実施形態では、カメラ１１はステージ１２により上下方向と左右方向とに微調整可能に構成されているが、傾斜角度の調整機構が追加されてもよい。

さらに、上記実施形態では、光軸調整を支援する情報として、光軸調整用のネジＮ１〜Ｎ３の回転角度が表示された調整支援画像（図１０）を示したが、光軸のズレ量を示す数値表示や画像表示を採用したり、表示の代わりに音声或いはデータにより出力するようにしてもよい。また、調整支援の情報に基づいて作業員が光軸調整する代わりに、サーボモータ等を用いて駆動装置が光軸の調整支援のデータに基づいて光軸を調整する構成を採用してもよい。また、上記実施形態では、固定具１４自体を鉄道車両の前面に固定する構成例を示したが、固定具１４自体の固定位置はこれに限られず、例えば固定具１４を車両の上部又は側部に固定して支持枠１３を鉄道車両の前面に固定する構成としてもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１０ 本体ベース
１１ カメラ（撮影部）
１２ ステージ（調整機構）
１３ 支持枠
１４ 固定具
２０ 取付けガイド
３０ 拡散板
４０ 遮光カバー
５０ 重さ調整板
６０ コンピュータ（計算部）
６１ 操作デバイス
６２ ディスプレイ（出力部）

Claims (5)

1. 映像を取得する撮影部と、
   前記撮影部を支持する支持枠と、
   前照灯を有する鉄道車両の前面に前記支持枠を固定可能な固定具と、
   前記支持枠に支持され、投射された光を拡散する拡散板と、
   前記撮影部により取得された、前記前照灯が前記拡散板に投射した光の映像に基づいて、前記前照灯の光軸のズレ量を計算する計算部と、
   計算された光軸のズレ量に基づいて光軸調整を支援する情報を出力する出力部と、
   を備えることを特徴とする鉄道車両の前照灯の光軸調整支援装置。
2. 前記計算部は、前記拡散板に投射された前記前照灯のバルブの影の位置と、予め映像フレーム中に設定される基準点の位置との差に基づいて、前記前照灯の光軸のズレ量を計算することを特徴とする請求項１記載の鉄道車両の前照灯の光軸調整支援装置。
3. 外部からの入力操作によって前記前照灯の配置区分を入力する区分入力部と、
   前記前照灯の複数の配置区分にそれぞれ対応する前記基準点の複数の座標値を記憶する基準点記憶部と、
   を備え、
   前記計算部は、入力された前記配置区分に対応する前記基準点の座標値を用いて前記前照灯の光軸のズレ量を計算することを特徴とする請求項２記載の鉄道車両の前照灯の光軸調整支援装置。
4. 前記支持枠に対して前記撮影部の位置を調整可能な調整機構をさらに備え、
   前記固定具は、鉄道車両の前面に吸着可能な複数の吸盤であり、
   前記調整機構は、前記撮影部を上下方向および左右方向へ平行移動させる機構を含むことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の鉄道車両の前照灯の光軸調整支援装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光軸調整支援装置を用いた鉄道車両の前照灯の光軸調整方法であって、
   前記固定具を鉄道車両の前面且つ前記前照灯の近傍に固定し、
   前記撮影部により映像を取得して前記前照灯の固定枠が映像中の所定位置に来るように前記撮影部の位置を調整した後、
   前記撮影部と前記前照灯との間に前記拡散板を配置し、
   前記前照灯を点灯して前記拡散板に光を投射し、
   前記撮影部により前記拡散板に投射された光の映像を取得し、
   前記計算部が前記拡散板の映像に基づいて前記前照灯の光軸のズレ量を計算し、
   計算されたズレに基づいて前記前照灯の光軸を変更することを特徴とする鉄道車両の前照灯の光軸調整方法。

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