JP6781822B2

JP6781822B2 - 監視システム

Info

Publication number: JP6781822B2
Application number: JP2019509055A
Authority: JP
Inventors: 辰行澤野
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2020-11-04
Anticipated expiration: 2038-03-02
Also published as: JPWO2018180200A1; WO2018180200A1

Description

本発明は、複数台のカメラにおいて各カメラの露光時間をずらし、露光時間外に発生する事象の撮影漏れを防止する技術に関するものである。

近年、カメラの性能向上や、映像処理技術の向上により、監視カメラで監視する対象が増えている。その中で、列車の状態として車輪やパンタグラフを監視したいというニーズがある。
走行中の列車にカメラを設置してパンタグラフの異常を監視する場合、パンタグラフと架線の間に発生するアークも撮影することが必要になる。過大なアークは異常の現れであることから、パンタグラフを監視する場合はアークを撮影することが求められる。
なお、下記先行特許文献には、明部と暗部の階調幅の大きい被写体を正確に撮影するために、被写体照度に拘らず、カメラの撮像素子からの信号レベルが時間的、周期的に変化するように絞りやシャッタ速度を変化させる技術が記載されている。

特開２００５−０９４８１４号公報

ここで、パンタグラフのアークは一瞬であるため、発生のタイミングによっては撮影できない場合があり、撮影できた際に初めてアークが発生していたことがわかるのが現状である。撮影できない理由としては、カメラの露光時間外にアークが発生したことが挙げられる。
図８を参照しながら詳細に説明すると、カメラは、所定の露光時間の後、シャッタを閉じ、次の露光時間に移るという動作を繰り返している。符号Aで示すアークは露光時間中に発光したのでカメラで撮影することができる。一方、符号Bで示すアークは露光時間外で発光したのでカメラで撮影することができない。このように、従来の技術では、露光時間外に過大アークが発生した場合、過大アークを撮影できていないために見落とす可能性があった。これにより、パンタグラフの損傷に気づかず、列車の走行に影響を及ぼすことにつながる。
一瞬に発生する事象の例としてパンタグラフのアークをあげたが、これに限らず、列車の車輪とレールとの間の火花や、列車に限らず金属同士が接触して火花が発生する場面や、２つの物体間の電位差によりスパークが発生する場面や、2極間に電気放電が発生してアークが発生する様々な場面を監視する際にも同様の課題が生じる。
そこで、本発明は、上述のように一瞬のうちに発生する事象をより確実に撮影できるようにすることを目的とする。

本発明の監視システムは、監視対象を撮影する複数のカメラと、複数のカメラの露光時間に抜けが無く連続するように複数のカメラを制御する制御部と、複数のカメラの映像を時刻情報に基づいて連続した映像として記録する映像記録部とを備えたことを特徴とする。

また、複数のカメラの映像の所定領域の平均輝度値を算出し、予め設定された閾値以上である場合にはアラーム情報を制御部に通知する画像処理部をさらに備え、制御部は受信したアラーム情報を映像とともに映像記録部に記録することが好ましい。

また、画像処理部は算出した平均輝度値を制御部に送信し、制御部は映像とともに平均輝度値を映像記録部に記録することが好ましい。

また、映像記録部に記録された映像を、平均輝度値の情報とともに表示する表示部をさらに備えることが好ましい。

また、複数のカメラは列車のパンタグラフを撮影するように列車に設置されていることが好ましい。

また、制御部は映像が撮影されたときの列車の位置情報を取得し、映像とともに映像記録部に記録することが好ましい。

さらに、本発明の監視方法は、列車のパンタグラフを監視する監視方法であって、複数のカメラの露光時間に抜けが無く連続するように複数のカメラの露光時間を制御し、複数のカメラが撮影した映像を時刻情報に基づいて連続した映像として映像記憶部に記録することを特徴とする。

本発明によれば、例えばアークの発生のように、一瞬のうちに発生する事象をより確実に撮影することができる。

本発明の一実施形態に係る監視システムの原理を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る監視システムの構成例を示す図である。本発明の一実施形態に係る監視システムの画像処理制御部の処理を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る監視システムの処理を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る監視システムの画面表示例を示す図である。本発明の他の一実施形態に係る監視システムの構成例を示す図である。本発明の他の一実施形態に係る監視システムの処理を説明するための図である。従来の問題点を説明するための図である。

以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
（実施例１）
まず、本発明の一実施形態に係る監視システムの原理を説明する。図１に示すように、１台のカメラ１ではアークAは撮影できるが露光時間外のアークBは撮影することができない。そこで、カメラ１の露光時間外の時間を別のカメラ２の露光時間に割り当てることで、システム全体で見た露光時間外の時間をなくす。これにより、常にパンタグラフを撮影することが可能となる。

図２に本発明の一実施形態としての監視システムの構成例を示す。
カメラ１〜３は、列車の屋根上部に設置され、パンタグラフと架線との接触部分を撮影する。カメラ１〜３はパンタグラフ全体を撮影することが好ましい。カメラ１〜３はパンタグラフに対して同一方向に並べられていても良いし、異なる方向から撮影するように設置されていてもよい。

HUB１１は、LAN(Local Area Network)ケーブルで接続されている機器に対してネットワーク上でデータの中継・転送を行う機器である。
エンコーダ１２〜１４は、それぞれ、カメラ１〜３と他機器間の通信及びカメラの映像をネットワークに変換する機器である。
画像処理制御部１５は、撮影しているパンタグラフでアークが発生すると、画面内の輝度を画像処理で認識し、過大アークが発生したことを検知する機器である。

図３に示すように、画像処理制御部１５は、カメラ１〜３毎に撮影画像中のパンタグラフと架線との接触部分が撮影されている着目領域Ｘを予め設定されており、着目領域Ｘの画素ごとの輝度値を検出し、着目領域Ｘの平均輝度値をフレームごと、あるいは、所定フレームごとに算出する。そして、画像処理制御部１５は、算出した平均輝度値が予め設定された閾値以上である場合、過大アークが発生したと判断してアラーム情報を制御部１６に通知する。
また、画像処理制御部１５は、算出した平均輝度値を制御部１６に送信する。

制御部１６は、本監視システム全体を制御する制御部であり、後述する同期信号発生器１７に対して、設置している複数台のカメラの露光時間をずらすように制御する。つまり、制御部１６は、複数のカメラ１〜３の露光時間に抜けが無く連続するように複数のカメラ１〜３を制御する。具体的にはその制御信号を同期信号発生器１８に送信する。
さらに、制御部１６は、画像処理制御部１５からのアラーム情報（過大アーク検知情報）を受けて、後述するネットワークデジタルレコーダ１７に録画指示を出す。制御部１６は例えばＣＰＵやパソコンによって実現される。

ネットワークデジタルレコーダ（図中NDR、登録商標）１７は、制御部１６より過大アーク発生のアラームを受けて、カメラ1〜3の映像を録画するものである。また、NDR１７は、カメラ1〜3の各フレームを時刻順に並び替えて1つの映像に合成する。つまり、NDR１７は、複数のカメラ１〜３の映像を時刻情報に基づいて連続した映像として記録する。
また、NDR１７は、カメラ１〜３からの映像を常に記録しており、制御部１６から過大アーク発生のアラームを受けると、予め設定されている所定時間前からの合成映像を録画用の記憶部に書込む。録画用の記憶部は例えば取り外し可能な記憶装置であってもよく、SSD（Solid State Drive）やHDD(Hard Disk Drive)などである。

同期信号発生器１８は、制御部１６からの制御を受け、複数台のカメラ１〜３に対して、露光時間がずれるように制御するものである。具体的には露光時間、シャッタータイミング等を制御する信号をカメラ１〜３それぞれに送信する。
事務所PC(Personal computer)１９は、NDRからの録画されたデータを上記取り外し可能な記憶装置、あるいは、USB(Universal Serial Bus)メモリ等の外部媒体を使用してNDRから抽出し、録画した過大アーク発生時の映像を確認するものである。

ここで、本監視システムの処理動作について図４を参照しながら説明する。
制御部１６は、同期信号発生器１７に対して、設置カメラ１〜３の露光時間をそれぞれのカメラ１〜３で重複しないようにずらして同期信号を送信するよう制御する。
同期信号発生器１７は、制御部１６からの制御を受けて、カメラ１〜３に同期信号を送信し、露光時間がずれるようにする。ここでは、映像1/30sec（約33.3ms毎）で露光時間を1/100sec（10ms毎）として、約33.3msの内に、カメラ１〜３の露光時間がそれぞれ重ならないように設定する。この処理によって、カメラ１〜３の露光時間が重ならないため、システムとして露光時間外の時間が無くなり、アーク発生の瞬間を録画し損なうことが無くなる。つまり、アークAはカメラ１，３は撮影できないが、カメラ２が撮影することができる。また、アークBはカメラ１、２は撮影できないがカメラ３が撮影することができる。

カメラ１〜３で撮影した映像にエンコーダ１２〜１４でそれぞれ時刻情報が付与される。NDR１７は、映像の時刻情報を元に並び替えて1つの映像に合成する。これにより、例えば制御部１６でNDR１７の録画映像を閲覧する場合は、1つの映像として表示される。録画映像を外部媒体で抽出し、事務所PC１９で映像を閲覧する際も同様に１つの映像として表示される。

さらに、制御部１６は、画像処理制御部１５で算出された平均輝度値と、列車の運行情報としてのキョリ程情報やGPS(Global Positioning System)位置情報などを、映像とともにNDR１７に記憶させることが好ましい。これにより、映像撮影時の平均輝度値、キョリ程情報が紐づいてNDR１７に記憶される。したがって、NDR１７の映像を直接、または持ち出して表示する場合、映像に紐づいて保存された時刻、平均輝度値、キョリ程情報、GPS位置情報を映像とともに表示することができる。さらに、これら時刻、平均輝度値、キョリ程情報、GPS位置情報に基づいて、映像を検索することも可能になる。

次に、事務所PC１９における表示例を図５を参照しながら説明する。図５は、事務所PC１９の表示部１９ａで、NDR１７から持ち出した映像を表示した例を示している。画面１７ａの中央に映像が表示され、操作アイコン１７ｂと検索した場合の検索条件１７ｃが映像とともに表示される。さらに、画面１７ａには、表示している映像の平均輝度値をインジケータで表示する輝度値表示エリア１７ｄが設けられている。これにより、ユーザは実際の映像だけではなく、この時の平均輝度値をインジケータで感覚的に把握することができ、異常状態を認識しやすくなる。なお、平均輝度値の情報の表示方法は、図５の例に限定されるものではなく、値そのものを表示しても良い。

以上のように、本実施形態によれば、パンタグラフの過大アークの発生を確実に撮影することができるため、パンタグラフや架線の損傷を事前に点検することができる。それによって、列車の安全状態を維持することができる。

なお、制御部１６によって、カメラ１〜３の露光時間（シャッタ速度）を図4の1/100secから1/30sec（33.3ms）に設定変更した場合、映像1フレームの時間分露光しているため、他の2台のカメラで露光時間外を補う必要がなくなる。次のフレームは別のカメラが撮影を行い、カメラを切り替えていく。また、シャッタ速度1/60 sec（16.7ms）にすると、映像1フレームは2台のカメラで撮影できる。このように制御部１６はカメラ１〜３の露光時間（シャッタ速度）の設定変更を行ってもよい。この場合、制御部１６からNDR１７に対して、録画するカメラ台数を3台から1台あるいは2台に変更する制御を行う。つまり、制御部１６は、カメラ１〜３に設定した露光時間（シャッタ速度）に合せてNDR１７へ映像を記録するカメラ台数を制御する。これにより、録画するカメラ台数を削減でき、録画している映像の保存期間の延長、ネットワーク負荷を軽減することができる。

（実施例２）
次に、本発明の他の一実施例について図６と図７を用いて説明する。
図６に本発明の他の一実施形態としての監視システムの構成例を示す。
図６の図２との違いは、カメラ１ａと、カメラ３ａである。
カメラ１ａは、露光してから映像信号を出力するまでの時間が短いＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を搭載して、アーク等の高輝度信号を検出した場合に外部へ高輝度検出信号を出力する機能を有する。
カメラ３ａは、カメラ１ａから出力される高輝度検出信号を露光信号として入力することにより、アーク等の高輝度被写体を信号飽和させずに撮影することができる。

ここで、本監視システムの他の一実施例の処理動作について図７を参照しながら説明する。
カメラ１ａは、露光を開始すると、１Ｈ(走査線)後に映像信号の出力を開始し、アーク等の高輝度信号を検出した場合にカメラ３ａへ高輝度検出信号である露光信号を出力する。
カメラ３ａは、カメラ１ａから出力される露光信号を基に露光を行い、１フィールド後に画像信号を出力する。なお、カメラ３ａは露光信号を入力しない限り、画像信号を出力しない。
なお、アーク等の高輝度信号のレベルがある程度分かっている場合には、カメラ１ａから出力される露光信号をトリガ信号として、予め露光時間を決めておいてもよい。
本例の監視システムは、カメラ１ａで高輝度を含む被写体を撮影し、カメラ３ａで例えばアーク等の高輝度被写体を信号飽和させずに撮影することができる。

本発明の実施形態である監視システムは、例えばアークの発生のように、一瞬のうちに発生する事象をより確実に撮影することができる。

以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。例えば、上述した実施形態では、監視システムが車両のパンタグラフと架線との接触部分を撮影し、アークを監視する場合を例にあげて説明した。しかし、本発明はパンタグラフのアークへの適用に限定されるものではなく、発明が解決しようとする課題欄に記載した通り、カメラの露光時間外に瞬時に発生して撮影できない事象を監視するものすべてに適用することができる。

また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法や方式、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。
一例として、画像処理制御部１５や制御部１６は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行することにより実現されてもよい。すなわち、例えば、画像処理制御部１５や制御部１６を構成するコンピュータのプロセッサが、ハードディスクやフラッシュメモリ等のデータ記憶装置に記憶されているプログラムをメモリ上に読み出して実行することで、画像処理制御部１５や制御部１６を実現してもよい。

上述の通り、本発明の監視システム、及び、監視方法は例えば以下の特徴を備えている。
監視対象を撮影する複数のカメラと、前記複数のカメラの露光時間に抜けが無く連続するように前記複数のカメラを制御する制御部と、前記複数のカメラの映像を時刻情報に基づいて連続した映像として記録する映像記録部とを備えたことを特徴とする、監視システム。

前記複数のカメラの映像の所定領域の平均輝度値を算出し、予め設定された閾値以上である場合にはアラーム情報を前記制御部に通知する画像処理部をさらに備え、前記制御部は受信した前記アラーム情報を前記映像とともに前記映像記録部に記録することを特徴とする、上記監視システム。

前記画像処理部は、算出した平均輝度値を前記制御部に送信し、前記制御部は、前記映像とともに前記平均輝度値を前記映像記録部に記録することを特徴とする、上記監視システム。

前記映像記録部に記録された映像を、前記平均輝度値の情報とともに表示する表示部をさらに備えたことを特徴とする、上記監視システム。

前記複数のカメラは列車のパンタグラフを撮影するように前記列車に設置されていることを特徴とする、上記監視システム。

前記制御部は、前記映像が撮影されたときの前記列車の位置情報を取得し、前記映像とともに前記映像記録部に記録することを特徴とする、上記監視システム。

列車のパンタグラフを監視する監視方法であって、複数のカメラの露光時間に抜けが無く連続するように前記複数のカメラの露光時間を制御し、前記複数のカメラが撮影した映像を時刻情報に基づいて連続した映像として映像記憶部に記録することを特徴としている。

本発明は、アークなど一瞬の事象を撮影する監視システムに利用することができる。

１，２，３，１ａ，３ａ：カメラ、１１：ＨＵＢ、１２，１３，１４：エンコーダ、１５：画像処理制御部、１６：制御部、１７：ＮＤＲ、１８：同期信号発生器、１９：事務所ＰＣ。

Claims

列車に設置され、前記列車のパンタグラフを撮影する複数のカメラと、
前記複数のカメラの露光時間に抜けが無く連続するように前記複数のカメラを制御する制御部と、
前記複数のカメラの映像を時刻情報に基づいて連続した映像として記録する映像記録部と、
前記複数のカメラの映像の所定領域の平均輝度値を算出し、予め設定された閾値以上である場合にはアラーム情報と算出した平均輝度値を前記制御部に通知する画像処理部とを備え、
前記制御部は、前記映像とともに前記平均輝度値を前記映像記録部に記録するとともに、
前記映像記録部に記録された映像を、前記平均輝度値をインジケータで表示する輝度値表示エリアとともに表示する表示部をさらに備えたことを特徴とする、監視システム。
前記制御部は、前記映像が撮影されたときの前記列車の位置情報を取得し、前記映像とともに前記映像記録部に記録することを特徴とする、請求項１記載の監視システム。