JP6716930B2 - 線条温度監視装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、線条温度監視装置及び方法に関する。詳しくは、示温ラベルと反射テープを併用した画像処理に関する。

鉄道分野では、トロリ線やき電線などを線条と呼んでいる。即ち、線条とは、電車線において空中に架設された線で、トロリ線、ちょう架線、き電線などの線である。
特に、き電線は、電車に供給する電力を供給する線条で、数１００ｍ毎に機械的に圧着させて接続した圧縮箇所がある。

この圧縮箇所に電気的な接触不良があると、抵抗損によって異常発熱し、ワーストケースではき電線が溶断する恐れがある。
そのため、圧縮箇所における線条の温度を監視する必要があり、その方法としては、圧縮箇所に示温ラベル(サーモラベルとも言う)を貼って異常温度かどうか検出している。

線条の示温ラベルに関連する技術として、特許文献１,２がある。
特許文献１は、赤外線カメラにより架線を撮影し、架線の異常温度をカメラ画像によって検出する。
特許文献２は、ヨリ線に発色形示温体を貼り、これを赤外線カメラにより撮影して一次検査し、一次検査で疑いのある箇所を発色形示温体の発色によって温度を判定する。線条は５ｍ以上の高さに架設されており、線条の下側の温度検査は容易だが、上側も検査できる利点がある。

特開2004-352108「軌道設備の発熱検出装置」 特開2010-164407「撚り合わせ電線用温度検知具及びそれを用いた温度検知方法」

特許文献１は、長大な営業線を撮影した全ての赤外線画像を目視検査するのは煩雑であり、検査漏れがでる課題がある。
特許文献２は、トンネルや屋根に設置された発色形示温体が雨洗による洗浄がなく経年的に汚れるため、長大な営業線に貼られた発色形示温体が全てで同じ色で無くなり、検出漏れができる課題がある。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係る線条温度監視装置は、示温ラベル及び反射テープが近接して貼り付けられた線条と、前記線条を撮像できるように車両の屋根上に上向きに設置されたカラーカメラと、前記カラーカメラにより撮影した画像を画像処理する画像処理装置とからなる線条温度監視装置において、前記画像処理装置は、前記カラーカメラにより撮影された画像データから、前記反射テープに関連づけて前記示温ラベルの色を抽出する色抽出部と備え、前記色抽出部により抽出され前記示温ラベルの色で前記線条の温度を監視することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係る線条温度監視装置は、請求項１記載の線条温度監視装置において、前記色抽出部は、前記カラーカメラにより撮影された画像データから、前記反射テープの基準色を検出し、更に、検出された前記反射テープの近辺で前記示温ラベルの発色の有無を抽出することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係る線条温度監視装置は、請求項１記載の線条温度監視装置において、前記線条を照明できるように前記車両の屋根上に上向きに設置された照明器具を更に備え、前記画像処理装置は、前記照明器具を点灯した状態において前記カラーカメラにより撮影された画像データと前記照明器具を消灯した状態において前記カラーカメラにより撮影された画像データとの画像差分による差分画像データを求める差分処理部とを備え、前記色抽出部は、前記カラーカメラにより撮影された画像データに代えて、前記差分画像データから、前記反射テープに関連づけて前記示温ラベルの色を抽出することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項４に係る線条温度監視方法は、示温ラベル及び反射テープを予め線条に近接して貼り付け、前記線条を撮像できるようにカラーカメラを車両の屋根上に上向きに設置し、前記カラーカメラにより撮影した画像を画像処理装置により画像処理する線条温度監視方法において、前記画像処理は、前記カラーカメラにより撮影された画像データから、前記反射テープに関連づけて前記示温ラベルの色を色抽出部により抽出する色抽出処理を備え、前記色抽出処理により抽出され前記示温ラベルの色で前記線条の温度を監視することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項５に係る線条温度監視方法は、請求項４記載の線条温度監視方法において、前記色抽出処理は、前記カラーカメラにより撮影された画像データから、前記反射テープの基準色を検出し、次に、検出された前記反射テープの近辺で前記示温ラベルの発色の有無を抽出することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項６に係る線条温度監視方法は、請求項４記載の線条温度監視方法において、前記線条を照明できるように前記車両の屋根上に上向きに照明器具を設置し、前記画像処理は、前記照明器具を点灯した状態において前記カラーカメラにより撮影された画像データと前記照明器具を消灯した状態において前記カラーカメラにより撮影された画像データとの画像差分による差分画像データを求める差分処理を備え、前記色抽出処理は、前記カラーカメラにより撮影された画像データに代えて、前記差分画像データから、前記反射テープに関連づけて前記示温ラベルの色を抽出することを特徴とする。

本発明は、反射テープと示温ラベルを併用して、示温ラベルの色を抽出するものであり、以下の利点がある。
錆びなどの似た色が示温ラベルの近辺にあっても、夕焼けや西日や逆光であっても反射テープは色ずれ無しで検出できるので、外乱があっても示温ラベルが検知できる利点がある。

照明器具を使用すれば、夜間においても反射テープの反射光が得られる。トンネル内においても同様である。照明器具の照明光を弱くすると、近隣の迷惑にならずに、示温ラベルが検知できる利点がある。

また、照明器具を点灯及び消灯して撮影した画像差分すると、自然光を除去し、投光した反射光だけの画像を得られる特徴がある。これによって、示温ラベルと類似した色の錆びや設備を排除できる利点がある。

本発明の一実施例に係る線条温度監視装置の概略図である。 本発明の一実施例に係る線条温度監視方法を示すフローチャートである。 反射テープと示温ラベルが近接して貼り付けられた線条の斜視図である。 本発明の他の実施例に係る線条温度監視方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施例に係る画像処理装置のブロック図である。 本発明の他の実施例に係る画像処理装置のブロック図である。

本発明は、高温になると発色する示温ラベルと反射テープを、予め線条に貼っておき、これを走行中の車両からカメラにより撮影して異常な発熱の有無を検出する。
反射テープとは、昼夜を問わず光を効率良く反射する特徴がある。また示温ラベルは、線条に貼った箇所で温度に応じて不可逆で発色するラベルである。

特に、本発明は、反射テープと示温ラベルを近接して線条に設置し、画像処理の色抽出を使用して発色を検知する。
反射テープと示温ラベルは一般的に流通する部材であり、示温ラベルと反射テープを近接して設置することで反射テープと示温ラベルを対応付けることができる。示温ラベルと反射テープを同色系で設置することで、1回の色抽出処理で検出できる利点がある。

＜基本的な考え方＞
本発明の一実施例に係る線条温度監視装置を図１に示す。
図１に示すように、レール1に沿って、空中に線条２が架設され、レール1上を走行する車両３の屋根上には、線条２を見上げるように上向きにカラーカメラ４及び照明器具５が設置されている。

カラーカメラ４は線条２を撮影できるよう鉛直上向きに設置されるのに対し、照明器具５はカラーカメラ４により撮影される範囲を照明できるように斜め上向きに設置されている。
カラーカメラ４により撮影された線条２の画像データＤは、矢印で示すように、車両３内に搭載された画像処理装置６に送られる。画像処理装置６については、後述する。

車両３内には、更にカラーカメラ４により撮影された画像データＤを記録する記録装置７も搭載されている。記録装置７には、画像処理装置６の画像処理に必要な各種のデータも記憶されている。
ここで、線条２としては、例えば、き電線が対象となり、その圧縮箇所には、図３に示すように、示温ラベル(サーモラベル)８と反射テープ９が予め貼り付けられている。示温ラベル８は、温度に応じて不可逆で発色するラベルである。反射テープ９は、昼夜を問わず光を効率良く反射する。

示温ラベル８と反射テープ９とは、図３に示すように、一定間隔を隔てて線条２上に近接して配置している。つまり、２種類を別々に並べている。そのため、図３では、示温ラベル８と反射テープ９との間には線条２の地色が見える。
ここで、「近接」とは、画像処理により、反射テープ９と示温ラベル８を対応付けることができる程度に、示温ラベル８と反射テープ９と間の間隔が近いことを言う。具体的には、反射テープ９と示温ラベル８とがカラーカメラ４により撮影可能な位置に存在することである。

勿論、示温ラベル８と反射テープ９とは、隙間なく隣接して配置しても良い。つまり、ここに言う「近接」とは、示温ラベル８と反射テープ９とが隙間なく隣接する場合も含む。２種を一体にすると施工が容易になる。

画像処理装置６は、図５に示すように、画像収録部６１、色抽出部６２及び位置関係妥当性確認部６３よりなる。
画像収録部６１は、カラーカメラ４により撮影された線条２の画像データＤを収録する。
色抽出部６２は、画像収録部６１に収録された画像データＤから、反射テープ９に関連づけて示温ラベル８の色を抽出する。詳しくは、画像収録部６１に収録された画像データＤから、色抽出処理のしきい値を狭くして、反射テープ９の基準色を検出し、更に、色抽出処理のしきい値を広げて、検出された反射テープ９の近辺で示温ラベル８の発色の有無を抽出する。

位置関係妥当性確認部６３は、反射テープ９と示温ラベル８の位置関係の妥当性を確認する。即ち、色抽出した反射テープ９と示温ラベル８の画像中の座標が、実験的に求めたしきい値以内で近接しているかどうかチェックする。
一般的には、色抽出部６２で反射テープ９の近辺で示温ラベル８の発色の有無を抽出しているので、反射テープ９と示温ラベル８の位置関係は妥当なものとなる。ここでは、念のためにチェックしている。
しきい値は、実験的求めても良いが、反射テープ９と示温ラベル８の配置間隔に基づいて決定しても良い。しきい値は、記録装置７に予め記憶させておく。

本発明の一実施例に係る線条温度監視装置の動作である線条温度監視方法を図２のフローチャートに示す。
先ず、カラーカメラ４により撮影した線条２の画像データＤを画像収録部６１に収録する（ステップＳ１）。
次に、画像収録部６１に収録した画像データＤから、色抽出処理のしきい値を狭くして、色抽出部６２により反射テープ９の基準色を抽出（検出）する（ステップＳ２）。

そして、反射テープ９の色が抽出できるか否か判定し（ステップＳ３）、否定的、つまり、反射テープ９の色が抽出できない場合は処理を終了する。反射テープ９が貼り付けられた圧縮箇所における線条２の温度を監視する必要があるからである。

一方、ステップＳ３で肯定的、つまり、反射テープ９の基準色が検出された場合は、色抽出処理のしきい値を広げて、画像データＤから、反射テープ９の近辺で示温ラベル８の発色の有無を色抽出部６２により抽出する（ステップＳ４）。近接して設置された反射テープ９と示温ラベル８を対応付けて画像処理するのである。

その後、反射テープ９と示温ラベル８の位置関係の妥当性を位置関係妥当性確認部６３により確認する（ステップＳ５）。即ち、色抽出した反射テープ９と示温ラベル８の画像中の座標が、実験的に求めたしきい値以内で近接しているかどうかチェックする。

本発明は、示温ラベル８と反射テープ９を併用する点に特徴があり、この特徴について説明する。
一般的に、錆びた金属設備は、示温ラベル８の発色（例：橙色）と似ており、示温ラベル８と錆びとの判別が難しい。
また、夕焼けや西日で示温ラベルの色が変化（色ずれ）する場合も示温ラベル８の検出が難しい。

加えて示温ラベル８の背景に太陽光があると逆光になり、示温ラベル８は真っ黒で映り、検出が難しい課題がある。
さらに、カラーカメラ４から遠距離の示温ラベル８は小さく写るので、上述した錆びや色ずれや逆光条件と相乗し、判別が難しくなる。

これに対して、反射テープ９は昼夜を問わず、反射テープ９の基準色を色ずれなしで正確に光を反射する特徴がある。
本発明においては、示温ラベル８と反射テープ９を近接して設置することで、反射テープ９と示温ラベル８を対応付けることができる。

従って、本実施例によれば、次の利点がある。
錆びなどの似た色が示温ラベル８の近辺にあっても、夕焼けや西日や逆光であっても反射テープ９は色ずれ無しで検出できるので、反射テープ９と示温ラベル８を対応付けることにより、外乱があっても示温ラベル８が検知できる利点がある。

昼間は、照明器具５を点灯しなくても、自然光により反射テープ９の反射光が得られ、示温ラベル８が検知できる。

また、照明器具５を点灯すれば、夜間においても、反射テープ９の反射光が得られ、示温ラベル８が検知できる。トンネル内においても同様である。照明器具５の照明光を弱くすれば、近隣の迷惑にならずに、示温ラベル８が検知できる利点がある。
示温ラベル８と反射テープ９を同色系で設置することで、1回の色抽出処理で検出できる利点がある。

＜照明点滅による反射テープの強調＞
本発明の第２の実施例に係る線条温度監視装置を図６に示す。
本実施例は、基本的な構成は図１に示す実施例１と同じであるが、画像処理装置６に差分処理部６４を加えた点に特徴がある。

本実施例では、照明器具５を点滅させ、点灯時と消灯時の画像差分を差分処理部６４によって求めて反射テープ８の色を強調する点が異なる。
即ち、画像処理装置６は、図６に示すように、画像収録部６１、差分処理部６４、色抽出部６２及び位置関係妥当性確認部６３よりなる。

画像収録部６１は、照明器具５を点灯した状態においてカラーカメラ４により撮影された画像データＤ１と、照明器具５を消灯した状態においてカラーカメラ４により撮影された画像データＤ２とを各々収録する。
差分処理部６４は、画像収録部６１に収録された画像データＤ１と画像データＤ２の画像差分により差分画像データΔＤを求める。

色抽出部６２は、差分処理部６４により求められた差分画像データΔＤから、反射テープ９に関連づけて示温ラベル８の色を抽出する。詳しくは、差分画像データΔＤから、反射テープ９の基準色を検出し、更に、検出された反射テープ９の近辺で示温ラベル８の発色の有無を抽出する。

位置関係妥当性確認部６３は、実施例１と同様に反射テープ９と示温ラベル８の位置関係の妥当性を確認する。

本実施例に係る線条温度監視装置の動作である線条温度監視方法を図４のフローチャートに示す。
先ず、照明器具５を点灯した状態においてカラーカメラ４により撮影した線条２の画像データＤ１を画像収録部６１に収録する（ステップＴ１）。
次に、照明器具５を消灯した状態においてカラーカメラ４により撮影した線条２の画像データＤ２を画像収録部６１に収録する（ステップＴ２）。

そして、画像収録部６１に収録された画像データＤ１と画像データＤ２の画像差分により差分画像データΔＤを差分処理部６４により求める（ステップＴ３）。
その後、差分処理部６４により求めた差分画像データΔＤから、色抽出処理のしきい値を狭くして、色抽出部６２により反射テープ９の基準色を抽出（検出）する（ステップＴ４）。

更に、反射テープ９の色が抽出できるか否か判定し（ステップＴ５）、否定的、つまり、反射テープ９の色が抽出できない場合は処理を終了する。

一方、ステップＴ５で肯定的、つまり、反射テープ９の基準色が検出された場合は、色抽出処理のしきい値を広げて、差分画像データΔＤから、反射テープ９の近辺で示温ラベル８の発色の有無を色抽出部６２により抽出する（ステップＴ６）。

その後、反射テープ９と示温ラベル８の位置関係の妥当性を位置関係妥当性確認部６３により確認する（ステップＴ７）。即ち、色抽出した反射テープ９と示温ラベル８の画像中の座標が、実験的に求めたしきい値以内で近接しているかどうかチェックする。

本実施例は、照明を点灯と消灯した画像を取得し、この２枚の画像差分によって、自然光を除去して、投光した照明の反射光だけを得る特徴がある。
一般的に走行中に撮影した画像間で差分画像すると、被写体とカメラとの間隔が変化するために画像間の違いがあり、画像中の被写体の移動量に比例して、ずれた差分が得られる課題がある。

これに対して本発明は、車両３に搭載したカラーカメラ４から空中に架設された線条２に貼り付けられた反射テープ９を撮影している為、被写体である反射テープ９とカラーカメラ４との距離が比較的大きく、走行中であっても２枚の画像はほぼ同じ画像である特徴がある。
また、近年のＬＥＤ照明は高速で点灯消灯できる為、２枚で撮影できる画像の時間間隔が短くて済む。

従って、本実施例は、単純に差分処理しても、自然光を除去して、投光した反射光だけの画像を得られる特徴がある。これによって、示温ラベルと類似した色の錆びや設備を確実に排除できる利点がある。
即ち、本実施例は、実施例１の利点に加え、投光した反射光だけの画像を得られる特徴がある。これによって、示温ラベルと類似した色の錆びや設備を確実に排除できる利点がある。

本発明は、線条温度監視装置及び方法として広く産業上利用可能なものである。

１ レール
２ 線条
３ 車両
４ カラーカメラ
５ 照明器具
６ 画像処理装置
７ 記録装置
８ 示温ラベル
９ 反射テープ
６１ 画像収録部
６２ 色抽出部
６３ 位置関係妥当性確認部
６４ 差分処理部

Claims (6)

1. 示温ラベル及び前記示温ラベルの同色系である反射テープが近接して貼り付けられた線条と、
   前記線条を撮像できるように車両の屋根上に上向きに設置されたカラーカメラと、
   前記カラーカメラにより撮影した画像を画像処理する画像処理装置とからなる線条温度監視装置において、
   前記画像処理装置は、前記カラーカメラにより撮影された画像データから、前記反射テープに関連づけて前記示温ラベルの色を抽出する色抽出部と備え、
   前記色抽出部により抽出され前記示温ラベルの色で前記線条の温度を監視することを特徴とする線条温度監視装置。
2. 請求項１記載の線条温度監視装置において、
   前記色抽出部は、前記カラーカメラにより撮影された画像データから、前記反射テープの基準色を検出し、更に、検出された前記反射テープの近辺で前記示温ラベルの発色の有無を抽出することを特徴とする線条温度監視装置。
3. 請求項１記載の線条温度監視装置において、
   前記線条を照明できるように前記車両の屋根上に上向きに設置された照明器具を更に備え、
   前記画像処理装置は、
   前記照明器具を点灯した状態において前記カラーカメラにより撮影された画像データと前記照明器具を消灯した状態において前記カラーカメラにより撮影された画像データとの画像差分による差分画像データを求める差分処理部とを備え、
   前記色抽出部は、前記カラーカメラにより撮影された画像データに代えて、前記差分画像データから、前記反射テープに関連づけて前記示温ラベルの色を抽出することを特徴とする線条温度監視装置。
4. 示温ラベル及び前記示温ラベルの同色系である反射テープを予め線条に近接して貼り付け、前記線条を撮像できるようにカラーカメラを車両の屋根上に上向きに設置し、
   前記カラーカメラにより撮影した画像を画像処理装置により画像処理する線条温度監視方法において、
   前記画像処理は、前記カラーカメラにより撮影された画像データから、前記反射テープに関連づけて前記示温ラベルの色を色抽出部により抽出する色抽出処理を備え、
   前記色抽出処理により抽出され前記示温ラベルの色で前記線条の温度を監視することを特徴とする線条温度監視方法。
5. 請求項４記載の線条温度監視方法において、
   前記色抽出処理は、前記カラーカメラにより撮影された画像データから、前記反射テープの基準色を検出し、次に、検出された前記反射テープの近辺で前記示温ラベルの発色の有無を抽出することを特徴とする線条温度監視方法。
6. 請求項４記載の線条温度監視方法において、
   前記線条を照明できるように前記車両の屋根上に上向きに照明器具を設置し、
   前記画像処理は、前記照明器具を点灯した状態において前記カラーカメラにより撮影された画像データと前記照明器具を消灯した状態において前記カラーカメラにより撮影された画像データとの画像差分による差分画像データを求める差分処理を備え、
   前記色抽出処理は、前記カラーカメラにより撮影された画像データに代えて、前記差分画像データから、前記反射テープに関連づけて前記示温ラベルの色を抽出することを特徴とする線条温度監視方法。

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