JP6955402B2 - 障害物検出システム及び障害物検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体が移動する所定の軌道の近傍に存在する障害物を検出する技術に関する。

列車が移動する線路に対して、建築限界（線路の脇に設置する施設がその位置を超えて線路側に入ってはならない境界）が定められている。そこで、従来より、建築限界内における障害物の有無を検知することが行われている。

線路に対する建築限界内にある障害物を検出する従来例について、図１、図２を参照して説明する。図１には、従来例に係る障害物検出システムの概要を示してある。線路２を走行する列車１の車両前方側の側面に、後方（列車の進行方向とは逆方向）に向けてカメラ３を設置する。また、カメラ３の位置から後方にある程度の間隔を置いた測定基準位置５と、車両側面から所定の障害基準距離（ＫＬ）だけ離れた障害物判定基準線６とを想定して、測定基準位置５における車両側面からの垂線と障害物判定基準線６との交点７を定める。そして、画像イメージ９，１０に示すように、カメラ３で撮影された画像に、交点７を通ると共に車両側面と平行な基準線画像８を重畳する。これにより、画像イメージ１１に示すように、障害物判定基準線付きの合成画像が得られる。この合成画像（１１）において、車両側面から基準線画像８までの間に物体の画像が存在する場合に、障害物ありと判断する。

図２には、従来例に係る障害物検出システムの使用例を示してある。同図に示すように、車両側面から障害基準距離（ＫＬ）内の位置に植物１２の一部が存在しているとする。この場合、画像イメージ１３に示すような合成画像が得られる。なお、画像イメージ１４では、障害基準距離（ＫＬ）や測定基準位置５も示してある。障害物検出システムのオペレータは、この合成画像（１３）を目視して、障害基準距離（ＫＬ）内の位置に障害物（植物１２）の一部が存在することを判断できる。このような方式による障害物検出システムは、既に実用化されている。
また、特許文献１に示すように、車両に搭載されたカメラで撮影された前方監視画像に、車両の走行位置に対応した建築限界を認識可能に表示する発明も提案されている。

特開２０１５−６０５５８号公報

上述した従来例では、図３に示すような問題点がある。線路の近傍に、車両側面から障害基準距離（ＫＬ）内に植物１２の一部が存在すると共に、障害基準距離（ＫＬ）より離れた距離（ＫＬ＋α）に植物１５の一部が存在するとする。カメラ３は、所定の視野角４を有するため、障害基準距離（ＫＬ）より離れた距離（ＫＬ＋α）に存在する植物１５も、カメラ３までの距離が遠い場合には、画像上は植物１２とほぼ同じ位置に映り込むことがある。画像イメージ１６は、植物１２の一部が基準線画像８よりも車体側に表れる画像を示しており、画像イメージ１７は、植物１５の一部が基準線画像線８よりも車体側に表れる画像を示している。なお、画像イメージ１７では、説明の便宜上、植物１２を消してある。このように、従来例では、障害物ありの画像（１６）と障害物ありに見える合成画像（１７）とがほぼ同じに見えるため、「障害物あり」と誤認識する可能性があった。

本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、移動体が移動する所定の軌道の近傍に存在する障害物を精度よく検出することが可能な技術を提案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に、障害物検出システムを以下のように構成した。
すなわち、決められた軌道を移動する移動体に搭載される障害物検出システムにおいて、前記移動体の外面に、前記移動体の進行方向又はその逆方向に向けて設置されたカメラと、前記カメラの位置に対して前記カメラの撮影方向に間隔を置いた測定基準位置に設置され、前記外面の垂線方向に光を照射する照明装置とを備え、前記カメラにより撮影された画像を、前記軌道の近傍における障害物の検出に供することを特徴とする。

また、上記の障害物検出システムにおいて、前記カメラにより撮影された画像に、前記測定基準位置から前記外面の垂線方向に所定の距離だけ離れ且つ前記外面と平行な判定基準線を重畳する画像処理手段を備え、前記画像処理手段による処理後の画像を、前記軌道の近傍における障害物の検出に供する構成としてもよい。

また、上記の障害物検出システムにおいて、前記照明装置は、前記移動体の移動方向における光の幅を変更可能であり、前記カメラの撮影間隔における前記移動体の移動量に相当する幅の光を照射するよう前記照明装置を制御する制御手段を備えた構成としてもよい。より具体的には、前記制御手段は、前記移動体の移動速度と前記カメラの撮影間隔とに基づいて前記移動体の移動量を算出し、前記照明装置により照射される光の幅を制御する構成としてもよい。

また、上記の障害物検出システムにおいて、前記移動体の位置を検出する位置検出手段と、前記障害物が検出された画像を、その撮影の時点で前記位置検出手段により検出された位置の情報と対応付けて記憶する記憶手段とを備えた構成としてもよい。

本発明によれば、移動体が移動する所定の軌道の近傍に存在する障害物を精度よく検出することが可能となる。

従来例に係る障害物検出システムの概要を示す図である。 従来例に係る障害物検出システムの使用例を示す図である。 従来例に係る障害物検出システムの問題点を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る障害物検出システムの構成例を示す図である。 第１実施例に係る障害物検出処理を説明する図である。 障害物の列車への最接近部分以外に照明光が当たる場合を示す図である。 カメラのフレーム周期と列車の走行速度に対する移動距離の関係を示す図である。 第２実施例に係る障害物検出処理を説明する図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、列車が移動する線路に対して設定された建築限界について、その内側に存在する障害物の検出を行う場合を例にして、説明を行う。

図４には、本発明の一実施形態に係る障害物検出システムの構成例を示してある。図１の障害物検出システムは、各装置を例えばイーサネット（登録商標）等のネットワークで接続して構成されている。具体的には、ネットワークを制御するネットワーク制御装置１００に、列車１の前方又は後方を撮影するカメラ１０１と、列車１の車両外面からその垂線方向に照明光を照射する照明装置１０２と、カメラ１０１により撮影された画像を処理する画像処理装置１０３と、カメラ１０１により撮影された一連の画像を記録する記録装置１０５と、現在の位置を検出する位置検知装置１０４とが接続されており、これらは制御装置１０６によって一元管理される。

カメラ１０１は、線路２を走行する列車１の車両外面に前方又は後方に向けて設置されており、線路２に対して設定された建築限界を含むエリアを撮影する。照明装置１０２は、カメラ１０１の位置に対してその撮影方向にある程度の間隔を置いた位置（測定基準位置５）に設置され、その設置面の垂線方向に照明光を照射する。画像処理装置１０３は、カメラ１０１により撮影された画像に対し、照明装置１０２の位置（測定基準位置５）からその設置面の垂線方向に所定の距離（障害基準距離（ＫＬ））だけ離れた判定基準線を設定する。これにより、照明光によって照らし出された物体が判定基準線より内側（車両側）に存在するか否かを判定することで、線路に対する建築限界内における障害物の有無を判断できる。
以下、実施例を参照して、本例に係る障害物検出システムの処理内容を具体的に説明する。

（第１実施例）
図５を参照して、第１実施例に係る障害物検出処理を説明する。
第１実施例では、列車１の車両側面に、カメラ３（図４のカメラ１０１に対応）及び照明装置１８（図４の照明装置１０２に対応）が設置されている。カメラ３は、列車１の車両前方側の側面に、列車の進行方向（ここでは、図５の右側から左側に向かう方向）とは逆方向（すなわち、後方）に向けて設置される。また、カメラ３の位置からその撮影方向にある程度の間隔を置いた測定基準位置５に、照明装置１８が設置される。図５には、説明の簡略化のために、カメラ３及び照明装置１８を列車進行方向に対して右側の側面のみに設置した様子を示してあるが、カメラ３及び照明装置１８は列車進行方向に対して左側の側面にも設置され得ることは言うまでもない。

列車１が移動する線路２に対しては、線路２から所定の障害基準距離（ＫＬ）を置いて、建築限界を設定してある。なお、障害基準距離（ＫＬ）は、線路２を基準に定める構成に限定されず、例えば、列車１の車両外面を基準にして定めることもできる。カメラ３は、撮影範囲における車両から遠い側の辺が、測定基準位置５（照明装置１８の位置）において建築限界より外側になるように画角（視野角）を調整してある。すなわち、カメラ３は、照明装置１８の位置から車両側面の垂線方向に所定の障害基準距離（ＫＬ）だけ離れた障害物判定基準線６を含むエリアを撮影できるよう調整してある。

照明装置１８は、車両側面の垂線方向に向けて、列車移動方向の幅を絞った照明光１９を照射する。また、照明装置１８は、測定基準位置５において撮影範囲の縦方向の全体に亘って照射できる程度の広がりを持つ照明光１９を照射する。照明装置１８としては、レーザー光やスリット光などの種々の態様の光を照射する装置を使用することができる。また、照明装置１８が照射する光は、可視光に限られず、近赤外線や遠赤外線等であってもよい。照明装置１８から照射された照明光１９は、測定基準位置５の前に物体が存在する場合に、その物体に当たって反射し、反射光の一部がカメラ３へ到達して撮影される。

このように、測定基準位置５に照明装置１８を配置することで、測定基準位置５の前に物体が位置する場合に、その物体に対して照明光１９が照射され、その様子をカメラ３で撮影することができる。したがって、線路２の近傍に植物１２が存在する場合には、植物１２が測定基準位置５の前に位置する場合にのみ、照明光１９で照らし出された光照明部２０（植物１２の一部）をカメラ３で明瞭に撮影することができる。

カメラ３により撮影された画像は、画像処理装置１０３へと送られる。画像処理装置１０３は、カメラ３により撮影された画像に、照明装置１８の位置（すなわち、測定基準位置５）から車両側面の垂線方向に所定の障害基準距離（ＫＬ）だけ離れた障害物判定基準線６を示す基準線画像８を重畳して、障害物判定基準線付きの合成画像を生成する。この合成画像は、列車に搭載されたモニター（不図示）に表示され、オペレータによって確認される。

合成画像に照明光１９による明部２１の領域が含まれる場合には、その領域にある物体は測定基準位置５の近傍において障害物となり得る候補である。基準線画像８より内側（車両側）に明部２１の領域があれば、障害物と判断できる。測定基準位置５よりも遠方にあり、且つ、障害基準距離（ＫＬ）より離れた距離（ＫＬ＋α）にある植物１５には、照明装置１８からの照明光１９が当たらないので、植物１５は障害物ではないことを容易に判断できる。

画像処理装置１０３は、上記の合成画像を用いて、高輝度の物体（明部２１）が基準線画像８より内側に存在していることを検出した場合に、障害物を検知したことを示すアラーム情報を自動的に出力する。または、上記の合成画像を目視確認したオペレータが、建築限界内に障害物が存在すると判断した場合に操作入力を行って、障害物を検知したことを示すアラーム情報を手動で出力させてもよい。

画像処理装置１０３は、建築限界内に存在する障害物が検出された場合に、合成画像における障害物の位置に基づいて、車両から障害物までの実際の距離を算出してもよい。例えば、合成画像における障害物の位置と車両の位置との間の画素数をカウントすることで、車両から障害物までの実際の距離を算出することができる。

建築限界内に障害物が存在することが検出されると、上記の合成画像や障害物までの距離は、障害物を検知したことを示すアラーム情報と、その時点で位置検知装置１０４により検出された位置を示す位置情報と共に、記録装置１０５に記録・管理される。位置検知装置１０４は、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）から得られる座標情報や、車輪の回転に伴って発生する速発パルスを積算して得られる距離程情報などを基に、位置情報を生成することができる。

以上のように、第１実施例に係る障害物検出システムでは、線路２を走行する列車１の車両側面に、列車の進行方向とは逆方向に向けてカメラ３を設置するとともに、カメラ３の位置からその撮影方向に間隔を置いた測定基準位置５の車両側面に、その面の垂線方向に光を照射する照明装置１８とを設置してあり、カメラ３により撮影された画像を、線路２の近傍における障害物の検出に供する構成となっている。より具体的には、画像処理装置１０３が、カメラ３により撮影された画像に、測定基準位置５から車両側面の垂線方向に所定の障害基準距離（ＫＬ）だけ離れ且つ車両側面と平行な基準線画像８を重畳して、線路２の近傍における障害物の検出に用いる。また、障害物を検出した場合には、障害物が検出された画像がアラーム情報及び位置情報と共に記録される。

したがって、本例の障害物検出システムによれば、線路に沿った建築限界のどの箇所にどのような障害物が存在するかを精度よく検出できるようになり、障害物の存在を調べる作業の効率性を向上させることができる。また、障害物を撮影した各画像をアラーム情報及び位置情報と共に記録するので、これらの情報を検索キーに用いて障害物画像を瞬時に検索することが可能であり、障害物の画像確認による対策箇所の特定などの作業効率を向上させて、障害物の撤去までの対策時間を短縮することができる。

なお、上記の例では、車両の前方側にカメラを配置し、車両の後方側に照明装置を配置したが、これらの配置は逆であってもよい。
また、上記の例では、車両の側方における障害物を検出できるように、車両の側面にカメラ及び照明装置を設置したが、これに限定されない。すなわち、例えば、車両の上方における障害物を検知できるように、車両の屋根にカメラ及び照明装置を設置してもよい。
さらに、照明装置は車両の側面や上面にそれぞれ複数設置してもよく、例えば車両の側面と上面の全面をカバーするように照明光を照射するように構成してもよい。

（第２実施例）
第２実施例は、カメラのフレーム周期と列車の走行速度を配慮して照明幅の制御を行うように、第１実施例を改良したものである。
一般のカメラは、所定の周期で取得した静止画像を繰り返し表示することで、人が動画として認識できるように構成されている。この静止画像の取得周期（撮影間隔）が、一般にいうカメラのフレーム周期である。図６には、フレーム周期（ｆ_n-2 〜ｆ_n+2 ）毎に取得された各画像を示す画像イメージ２７〜３１を示してある。

列車１はある速度で移動しているので、相対的に手前にあったときの植物２２は、画像イメージ２７のように大きく映った静止画像として捉えられる。一方、相対的に遠方にあったときの植物２６は、同じ植物であっても画像イメージ３１のように小さく映る静止画像として捉えられる。すなわち、植物の画像は、画像イメージ２７〜３１のように、列車の走行速度とカメラのフレーム周期との関係から得られる移動距離毎の静止画像として捉えられることになる。

このような関係にあるときに、照明装置１８が照射する照明光１９が幅の狭い光であったとすると、植物の列車に一番近い最接近部分に照明光１９が照射されたタイミングで撮影されるのではなく、植物の側面部分に照明光１９が照射されてしまうタイミングで撮影される場合がある。この場合、画像イメージ２９に示すように、植物の一部が所定の障害基準距離（ＫＬ）内の位置にあるにも関わらず、植物の障害基準距離（ＫＬ）外にある部分が照らし出されて明部３２となる。その結果、基準線画像８よりも外側（車両の反対側）に明部３２が存在するので、障害物でないと誤認識される可能性がある。

図７には、カメラのフレーム周期と列車の走行速度に対する移動距離の関係を示してある。例えば、時速６０Ｋｍ／ｈで走行する列車において１／３０（秒）のフレーム周期のカメラで撮影した場合、５５．６ｃｍ毎の間隔の画像が得られることになる。この間隔で静止画像を取得する場合、少なくとも植物の列車への最接近部分に照明光を当てるためには、５５．６ｃｍの照明幅が必要となる。図７より、できる限り照明の幅を狭めつつ障害物の検出精度を高めるには、フレーム周期の短いカメラと、列車の走行速度に適した照明幅を持つ照明装置を用いる必要があることが分かる。また、列車の走行速度とカメラのフレーム周期から照明の幅を自動的に変更する機能があれば、更に精度よく障害物を判断することができる画像を得ることが可能となる。第２実施例は、これらを実現するものである。

図８を参照して、第２実施例に係る障害物検出処理を説明する。第２実施例では、列車１の車両側面の測定基準位置５に、照明光の幅を変更できる照明装置３４（図４の照明装置１０２に対応）を設置してある。
制御装置１０６は、カメラ３の撮影間隔（フレーム周期）における列車１の移動量Ｌに相当する幅の光を照射するように、照明装置３４を制御する。具体的には、制御装置１０６は、列車１の移動速度とカメラ３の撮影間隔とに基づいて列車１の移動量Ｌを算出し、障害基準距離（ＫＬ）だけ離れた位置（すなわち、判定基準線８の位置）に対して移動量Ｌに相当する照明幅３５の照明光１９が照射されるように、照明装置３４を制御する。

図８では、線路２の近傍に植物３６が存在している場合において、フレーム周期（ｆ_n-2 〜ｆ_n+2 ）毎に取得された各画像を示す画像イメージ３７〜４１を示してある。画像イメージ３９に示すように、植物３６が測定基準位置５の前に位置するタイミング（ｆ_n ）で撮影された画像では、植物３６の車両側の広範囲の部分が照明装置３４に照明されて明部３３となっており、基準線画像８より内側（車両側）に植物３６の一部が存在する（障害物である）と判断できる。これにより、建築限界内に存在する物体であるにもかかわらず障害物ではないと誤認識される可能性を低減することができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された障害物検出システムに限定されるものではなく、上記以外の障害物検出システムに広く適用することができることは言うまでもない。例えば、路面電車、モノレール等の決められた軌道を移動する種々の移動体に搭載され、その軌道の近傍に存在する障害物を検出するシステム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、そのような方法や方式を実現するためのプログラム、その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。

本発明は、決められた軌道を移動する移動体に搭載される障害物検出システムに利用することができる。

１：列車、 ２：線路、 ３：カメラ、 ４：視野角、 ５：測定基準位置、 ６：障害物判定基準線、 ７：交点、 ８：基準線画像、 ９〜１１：画像イメージ、 １２：植物、 １３〜１４：画像イメージ、 １５：植物、 １６〜１７：画像イメージ、 １８：照明装置、 １９：照明光、 ２０：光照明部、 ２１：明部、 ２２〜２６：植物、 ２７〜３１：画像イメージ、 ３２：明部、 ３３：明部、 ３４：照明装置、 ３５：照明幅、 ３６：植物、 ３７〜４１：画像イメージ、
１００：ネットワーク制御装置、 １０１：カメラ、 １０２：照明装置、 ：１０３：画像処理装置、 １０４：位置検出装置、 １０５：記録装置、 １０６：制御装置

Claims (5)

1. 決められた軌道を可変の速度で移動する移動体に搭載される障害物検出システムにおいて、
   前記移動体の外面に、前記移動体の進行方向又はその逆方向に向けて設置されたカメラと、
   前記カメラの位置に対して前記カメラの撮影方向に間隔を置いた測定基準位置に設置され、前記外面の垂線方向に光を照射するとともに、前記移動体の移動方向における光の幅を変更可能な照明装置と、
   前記移動体の移動速度と前記カメラの撮影間隔とに基づいて、前記カメラの撮影間隔における前記移動体の移動量を算出し、当該算出した前記移動体の移動量に応じて、前記照明装置が照射する、前記移動体の移動方向における光の幅を変更する制御手段とを備え、
   前記カメラにより撮影された画像を、前記軌道の近傍における障害物の検出に供することを特徴とする障害物検出システム。
2. 請求項１に記載の障害物検出システムにおいて、
   前記カメラにより撮影された画像に、前記測定基準位置から前記外面の垂線方向に所定の距離だけ離れ且つ前記外面と平行な判定基準線を重畳する画像処理手段を備え、
   前記画像処理手段による処理後の画像を、前記軌道の近傍における障害物の検出に供することを特徴とする障害物検出システム。
3. 請求項２に記載の障害物検出システムにおいて、
   前記画像処理手段による処理後の画像における前記障害物の位置と前記移動体の位置との間の画素数をカウントすることで、前記移動体から前記障害物までの距離を算出することを特徴とする障害物検出システム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の障害物検出システムにおいて、
   前記移動体の位置を検出する位置検出手段と、
   前記障害物が検出された画像を、その撮影の時点で前記位置検出手段により検出された位置の情報と対応付けて記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする障害物検出システム。
5. 決められた軌道を可変の速度で移動する移動体に搭載されるカメラを用いて障害物を検出する障害物検出方法において、
   前記移動体の外面に、前記移動体の進行方向又はその逆方向に向けてカメラを設置するとともに、前記カメラの位置に対して前記カメラの撮影方向に間隔を置いた測定基準位置の前記外面に、前記外面の垂線方向に光を照射するとともに、前記移動体の移動方向における光の幅を変更可能な照明装置を設置しておき、
   前記移動体の移動速度と前記カメラの撮影間隔とに基づいて、前記カメラの撮影間隔における前記移動体の移動量を算出し、当該算出した前記移動体の移動量に応じて、前記照明装置が照射する、前記移動体の移動方向における光の幅を変更し、
   前記カメラにより撮影された画像を、前記軌道の近傍における障害物の検出に供することを特徴とする障害物検出方法。

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