JP6995615B2 - アーク放電判定装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、アーク放電判定装置に関する。

紫外線カメラを用いてパンタグラフと架線間において発生するアーク放電を撮像する技術がある。また、すり板と架線との接触点の明るさの検出結果と、照度センサによるパンタグラフの周囲の明るさの検出結果とを用いて、パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生したか否かを判定する技術がある。

特許第３７９３９２８号公報 特開２０１０－１２２１０２号公報 特許第４４１５３３０号公報

しかしながら、紫外線カメラを用いてアーク放電を撮像する技術においては、特殊な紫外線カメラを用いる必要がある。また、すり板と架線との接触点の明るさの検出結果と、照度センサによるパンタグラフの周囲の明るさの検出結果とを用いて、アーク放電が発生したか否かを判定する技術は、すり板と架線との接触点の明るさの検出に用いる可視光カメラに対して、太陽光が入射した場合に、アーク放電の発生を誤判定する可能性がある。

実施形態のアーク放電判定装置は、撮像部と、高輝度領域抽出部と、アーク発生判定部と、を備える。撮像部は、車両に搭載され、かつ車両のパンタグラフの周囲からの可視光線を受光する。高輝度領域抽出部は、撮像部の撮像により得られる可視光画像において、予め設定された輝度より高い輝度の高輝度領域を抽出する。アーク発生判定部は、高輝度領域の面積が第１閾値以上であるか否かに基づいて、パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生したか否かを判定する。また、アーク発生判定部は、変化量が第３閾値以上となる時間間隔を算出し、時間間隔の算出結果の多様性を算出し、当該多様性が大きい場合に、パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生したと判定する。

図１は、第１の実施形態にかかる車両に搭載されるアーク放電判定装置の構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。 図３は、第１の実施形態にかかる画像処理装置におけるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図４は、変形例１にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。 図５は、変形例１にかかる画像処理装置によるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図６は、変形例１にかかる画像処理装置におけるアーク放電発生頻度の算出処理の一例を説明するための図である。 図７は、第２の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。 図８は、第２の実施形態にかかる画像処理装置におけるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図９は、変形例２にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。 図１０は、変形例２にかかる画像処理装置によるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１１は、変形例２にかかる画像処理装置によるアーク発生判定処理の一例を説明するための図である。 図１２は、変形例３にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。 図１３は、変形例３にかかる画像処理装置によるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１４は、変形例４にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。 図１５は、変形例４にかかる画像処理装置におけるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１６は、第３の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。 図１７は、第３の実施形態にかかる画像処理装置におけるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１８は、第４の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。 図１９は、第４の実施形態にかかる画像処理装置におけるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかるアーク放電判定装置を適用した電気車等の車両について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる車両に搭載されるアーク放電判定装置の構成の一例を示す図である。図１を用いて、本実施形態にかかる車両に搭載されるアーク放電判定装置の概略構成の一例について説明する。本実施形態では、アーク放電判定装置は、カメラ１０１と、画像処理装置１０２と、ログ記録装置１０３と、車内モニタ１０４と、を有する。本実施形態では、アーク放電判定装置は、ログ記録装置１０３および車内モニタ１０４を有しているが、少なくとも、カメラ１０１および画像処理装置１０２を有していれば良い。

カメラ１０１（撮像部の一例）は、可視光を撮像可能なカメラ（所謂、可視光カメラ）等であり、車両に搭載され、車両のパンタグラフ２を撮像可能である。具体的には、カメラ１０１は、車両のパンタグラフ２の周囲からの可視光線を受光して、パンタグラフ２を撮像する。本実施形態では、カメラ１０１は、パンタグラフ２を下方から撮像可能に設けられている。また、本実施形態では、カメラ１０１は、車両の進行方向において、パンタグラフ２よりも前方に設けられているが、これに限定するものではなく、車両の進行方向において、パンタグラフ２よりも後方に設けられていても良い。

画像処理装置１０２は、カメラ１０１によりパンタグラフ２を撮像して得られる可視光画像に基づいて、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを判定する。そして、画像処理装置１０２は、アーク放電が発生したか否かの判定結果をログ記録装置１０３に保存する。ログ記録装置１０３は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等であり、アーク放電が発生したか否かの判定結果等の各種情報を記憶する記憶部である。本実施形態では、ログ記録装置１０３は、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かの判定結果を、アーク放電が発生したと判定された時刻（すなわち、可視光画像が得られた時刻）等、当該判定結果を識別可能な情報とともに記憶する。本実施形態では、画像処理装置１０２は、車両に搭載されるログ記録装置１０３に対して、アーク放電判定結果を保存しているが、これに限定するものではなく、車両の外部の記憶装置（例えば、地上側のシステムが有する記憶装置）に対して、アーク放電が発生したか否かの判定結果を保存しても良い。

車内モニタ１０４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等であり、アーク放電が発生したか否かの判定結果等の各種情報を表示する表示部である。本実施形態では、画像処理装置１０２は、車両に搭載される車内モニタ１０４に対して、アーク放電が発生したか否かの判定結果を表示させているが、これに限定するものではなく、車両の外部の表示装置（例えば、地上側のシステムが有する表示部）に対して、アーク放電判定結果を表示させても良い。

図２は、第１の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。図３は、第１の実施形態にかかる画像処理装置におけるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。次に、図２および図３を用いて、本実施形態にかかる画像処理装置１０２におけるアーク発生判定処理の流れの一例について説明する。本実施形態では、画像処理装置１０２は、図２に示すように、画像取得部２０１、高輝度領域抽出部２０２、高輝度領域面積算出部２０３、およびアーク発生判定部２０４を有する。

画像取得部２０１は、カメラ１０１から、当該カメラ１０１によってパンタグラフ２を撮像して得られる可視光画像を取得する（ステップＳ３０１）。高輝度領域抽出部２０２は、画像取得部２０１により取得した可視光画像において、予め設定された輝度より高い輝度の領域（以下、高輝度領域と言う）を抽出する（ステップＳ３０２）。ここで、予め設定された輝度は、架線Ｌとパンタグラフ２間においてアーク放電が発生した際の可視光画像の輝度である。アーク放電により発生するアーク光は、高輝度である。よって、可視光画像の画素値が０～２５５がとり得る場合、アーク光が発生した際の可視光画像の画素値は、２５５となることが多い。よって、本実施形態では、高輝度領域抽出部２０２は、可視光画像において、画素値が２５５を示す画素により構成される領域を高輝度領域として抽出する。

高輝度領域面積算出部２０３は、高輝度領域抽出部２０２により抽出される高輝度領域の面積を算出する（ステップＳ３０３）。本実施形態では、高輝度領域面積算出部２０３は、高輝度領域の画素数を計数し、計数した画素数に対して、１画素当りの面積を乗算した値を、高輝度領域の面積として算出する。アーク発生判定部２０４は、高輝度領域面積算出部２０３により算出される高輝度領域の面積が閾値ＴＨ１以上であるか否かに基づいて、パンタグラフ２と架線Ｌ間でアーク放電が発生したか否かを判定する（ステップＳ３０４）。本実施形態では、アーク発生判定部２０４は、高輝度領域の面積が閾値ＴＨ１以上である場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間でアーク放電が発生したと判定する。

このように、第１の実施形態にかかるアーク放電判定装置によれば、紫外線カメラを用いずに、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電の発生を検出できるので、太陽光の紫外線がカメラ１０１に入射したとしても、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かの判定が可能となる。また、特殊な紫外線カメラや複数のカメラを用いずに、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電の発生を検出できるので、アーク放電判定装置の実現に要するコストを削減できる。

（変形例１）
本変形例は、可視光画像を用いて、パンタグラフと架線間でのアーク放電の発生頻度を求め、当該アーク放電の発生頻度に基づいて、パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生したか否かを判定する例である。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図４は、変形例１にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。図５は、変形例１にかかる画像処理装置によるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図６は、変形例１にかかる画像処理装置におけるアーク放電発生頻度の算出処理の一例を説明するための図である。図４～６を用いて、本変形例にかかる画像処理装置４００が有する各部によるアーク発生判定処理の流れについて説明する。図５のステップＳ３０１～ステップＳ３０３までの処理は、第１の実施形態と同様である。また、本変形例では、画像処理装置４００は、図４に示すように、画像取得部２０１、高輝度領域抽出部２０２、高輝度領域面積算出部２０３、およびアーク発生判定部４０１を有する。また、アーク発生判定部４０１は、第１アーク発生判定部４０２、アーク発生頻度算出部４０３、および第２アーク発生判定部４０４を有する。

第１アーク発生判定部４０２は、高輝度領域の面積が閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する第１アーク発生判定処理を実行する（ステップＳ５０１）。アーク発生頻度算出部４０３は、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電の発生頻度（以下、アーク放電発生頻度と言う）を算出する（ステップＳ５０２）。具体的には、アーク発生頻度算出部４０３は、図６に示すように、予め設定された時間内に得られるＮ枚の可視光画像のうち、アーク放電が発生したと判定される可視光画像の数（Ａ枚）を計数する。次いで、アーク発生頻度算出部４０３は、予め設定された時間内に得られる可視光画像の枚数（Ｎ枚）に対する、アーク放電が発生したと判定されるＡ枚の可視光画像の割合（Ａ／Ｎ）を、アーク放電発生頻度Ｒとして算出する。ここで、アーク放電が発生したと判定される可視光画像は、高輝度領域の面積が閾値ＴＨ１以上と判定された可視光画像である。または、アーク発生頻度算出部４０３は、図６に示すように、予め設定されたフレーム数Ｎの可視光画像のうち、アーク放電が発生したと判定されるＡ枚の可視光画像の割合（Ａ／Ｎ）を、アーク放電発生頻度Ｒとして算出する。

図５に戻り、第２アーク発生判定部４０４は、アーク発生頻度算出部４０３により算出されるアーク放電発生頻度が閾値ＴＨ１ａ以上である場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと第２アーク発生判定処理を実行する（ステップＳ５０３）。ここで、閾値ＴＨ１ａは、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定するアーク放電発生頻度の下限である。これにより、パンタグラフ２と架線Ｌ間において発生するアーク放電以外の影響によって可視光画像が含む高輝度領域の面積が閾値ＴＨ１以上となった場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したことを誤判定することを防止できる。

本変形例では、第２アーク発生判定部４０４は、アーク放電発生頻度が閾値ＴＨ１ａ以上である場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定しているが、これに限定するものではない。例えば、第２アーク発生判定部４０４は、アーク放電発生頻度が所定のアーク放電発生頻度範囲内である場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定しても良い。ここで、所定のアーク放電発生頻度範囲は、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定するアーク放電発生頻度の範囲である。本変形例では、所定のアーク放電発生頻度範囲は、閾値ＴＨ１ａ以上かつ閾値ＴＨ１ｂ以下である。ここで、閾値ＴＨ１ｂは、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定するアーク放電発生頻度の上限である。

昼間にカメラ１０１に対して太陽光が直射した際やトンネルから外に車両が出た際、自動露光制御によってカメラ１０１の露出の制御が完了するまでの間、可視光画像には、白とびが発生することが多い。その場合も、可視光画像に高輝度領域が発生し続ける状態となるため（すなわち、アーク放電発生頻度が１．０となり続けるため）、アーク放電の発生を誤判定する可能性がある。そこで、本変形例では、アーク放電が発生したと判定するアーク放電発生頻度の範囲に上限（閾値ＴＨ１ｂ）を加える。これにより、昼間にカメラ１０１に対して太陽光が直射した際やトンネルから外に車両が出た際に、カメラ１０１の自動露光制御に時間がかかり、可視光画像の白とびが続くことによってアーク放電発生頻度が高くなった場合でも、アーク放電の発生を誤判定することを防止できる。

このように、変形例１にかかるアーク放電判定装置によれば、パンタグラフ２と架線Ｌ間において発生するアーク放電以外の影響によって可視光画像が含む高輝度領域の面積が閾値ＴＨ１以上となった場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電の発生を誤判定することを防止できる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、異なる時刻にカメラによって得られる可視光画像が含む高輝度領域の面積の変化量を用いて、パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生したか否かを判定する例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図７は、第２の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。図８は、第２の実施形態にかかる画像処理装置におけるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図７および図８を用いて、本実施形態にかかる画像処理装置７００が有する各部によるアーク発生判定処理の流れについて説明する。図８のステップＳ３０１～ステップＳ３０２までの処理は、第１の実施形態と同様である。本実施形態にかかる画像処理装置７００は、図７に示すように、画像取得部２０１、高輝度領域抽出部２０２、面積変化量算出部７０１、およびアーク発生判定部７０２を有する。

面積変化量算出部７０１は、予め設定された時刻（第１時刻の一例）に得られる可視光画像（例えば、１つ前のフレーム）が含む高輝度領域の面積Ｓ０を基準として、最新の可視光画像（第２時刻に得られる可視光画像の一例）が含む高輝度領域の面積Ｓ１の変化量である面積変化量Ｄ（＝｜Ｓ１－Ｓ０｜）を算出する（ステップＳ８０１）。本実施形態では、面積変化量算出部７０１は、面積Ｓ１から面積Ｓ０を減算した値の絶対値を面積変化量Ｄとして算出しているが、可視光画像が含む高輝度領域の面積が増えた場合のみ（すなわち、面積Ｓ１から面積Ｓ０を減算した値が正数の場合のみ）、面積変化量Ｄを用いてアーク放電が発生したか否かを判定しても良い。

アーク発生判定部７０２は、面積変化量算出部７０１により算出される面積変化量Ｄが閾値ＴＨ２以上であるか否かに基づいて、パンタブラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを判定するアーク判定処理を実行する（ステップＳ８０２）。パンタグラフ２と架線Ｌ間において発生するアーク放電は、高輝度でありかつ可視光画像が含む高輝度領域の面積を時間変化させるため（可視光画像が点滅しているように見えるため）、面積変化量Ｄが大きくなる。一方、カメラ１０１の撮像範囲に太陽光が入って、可視光画像に高輝度領域が常に発生し続ける状態となった場合は、可視光画像の点滅が発生せず、面積変化量Ｄは、閾値ＴＨ２より小さい値となる。また、トンネルから外に車両が出た際に、自動露光制御によってカメラ１０１の露出の制御が完了するまでの間、可視光画像には、白とびが発生することが多い。その場合も、カメラ１０１の撮像範囲に太陽光が入った場合と同様に、可視光画像に高輝度領域が発生し続ける状態となり、面積変化量Ｄは、閾値ＴＨ２より小さい値となる。

そこで、本実施形態では、アーク発生判定部７０２は、面積変化量Ｄが閾値ＴＨ２以上である場合に、アーク放電が発生したと判定する。これにより、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電以外の要因によって、可視光画像に高輝度領域が発生した場合に、誤ってアーク放電が発生したと誤判定することを防止できるので、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かの判定精度を向上させることができる。

このように、第２の実施形態にかかる画像処理装置７００によれば、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かの判定精度を向上させることができる。

本実施形態では、アーク発生判定部７０２は、１つのカメラ１０１の撮像により得られる可視光画像を用いて、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを判定しているが、これに限定するものではなく、複数のカメラ１０１（例えば、車両の進行方向において、パンタグラフ２の前方に設けられるカメラ１０１およびパンタグラフ２の後方に設けられるカメラ１０１）の撮像により得られる可視光画像を用いて、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを判定しても良い。

具体的には、アーク発生判定部７０２は、複数のカメラ１０１の撮像により得られる可視光画像のうち先に得られる可視光画像から順に、当該可視光画像が含む高輝度領域の面積変化量Ｄが閾値ＴＨ２以上であるか否かに基づいて、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを判定する。これにより、アーク放電が発生したか否かの判定処理の時間分解能を高めることができるので、より短い時間で発生するアーク放電の発生を検出することが可能となる。

（変形例２）
本変形例は、可視光画像が含む高輝度領域の面積変化量を用いてアーク放電発生頻度を算出し、当該アーク放電発生頻度に基づいて、パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生したか否かを判定する例である。以下の説明では、第２の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図９は、変形例２にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。図１０は、変形例２にかかる画像処理装置によるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１１は、変形例２にかかる画像処理装置によるアーク発生判定処理の一例を説明するための図である。図９～１１を用いて、本変形例にかかる画像処理装置９００が有する各部によるアーク発生判定処理の流れについて説明する。図１０のステップＳ３０１～ステップＳ８０１までの処理は、第２の実施形態と同様である。本変形例では、画像処理装置９００は、図９に示すように、画像取得部２０１、高輝度領域抽出部２０２、面積変化量算出部７０１、およびアーク発生判定部９０１を有する。アーク発生判定部９０１は、第１アーク発生判定部９０２、アーク発生頻度算出部９０３、および第２アーク発生判定部９０４を有する。

第１アーク発生判定部９０２は、面積変化量Ｄが閾値ＴＨ２以上であるか否かを判定する第１アーク発生判定処理を実行する（ステップＳ１００１）。アーク発生頻度算出部９０３は、予め設定されたフレーム数の可視光画像のうちアーク放電が発生したと判定される可視光画像の割合をアーク放電発生頻度として算出する（ステップＳ１００２）。ここで、アーク放電が発生したと判定される可視光画像は、面積変化量Ｄが閾値ＴＨ２以上となった可視光画像である。具体的には、アーク発生頻度算出部９０３は、図１１に示すように、予め設定されたフレーム数Ｎの可視光画像のうち、アーク放電が発生したと判定される可視光画像の数（Ａ枚）を計数する。次いで、アーク発生頻度算出部９０３は、予め設定されたフレーム数Ｎに対する、アーク放電が発生したと判定される可視光画像の数（Ａ枚）の割合を（Ａ／Ｎ）を、アーク放電発生頻度Ｒとして算出する。または、アーク放電発生頻度算出部９０３は、予め設定された時間のうちアーク放電が発生したと判定される可視光画像が得られた時間の割合をアーク放電発生頻度Ｒとして算出しても良い。

図１０に戻り、第２アーク発生判定部９０４は、アーク発生頻度算出部９０３により算出されるアーク放電発生頻度が閾値ＴＨ２ａ以上である場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定する第２アーク発生判定処理を実行する（ステップＳ１００３）。ここで、閾値ＴＨ２ａは、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定するアーク放電発生頻度Ｒの下限である。これにより、パンタグラフ２と架線Ｌ間において発生するアーク放電以外の影響（例えば、可視光画像に含まれるノイズ）によって面積変化量Ｄが一時的に閾値ＴＨ２以上となった場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと誤判定することを防止できるので、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電の発生の判定精度を向上させることができる。

このように、変形例２かかる画像処理装置９００によれば、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かの判定精度を向上させることができる。

（変形例３）
本変形例は、面積変化量が大きくなる時間間隔を算出し、当該時間間隔の算出結果の多様性が大きい場合に、パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生したと判定する例である。以下の説明では、第２の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図１２は、変形例３にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。図１３は、変形例３にかかる画像処理装置によるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１２および図１３を用いて、本変形例にかかる画像処理装置１２００によるアーク発生判定処理の流れについて説明する。図１３のステップＳ３０１～ステップＳ８０１までの処理は、第２の実施形態と同様である。本変形例にかかる画像処理装置１２００は、図１２に示すように、画像取得部２０１、高輝度領域抽出部２０２、面積変化量算出部７０１、およびアーク発生判定部１２０１を有する。アーク発生判定部１２０１は、第１アーク発生判定部１２０２、アーク発生間隔算出部１２０３、多様性算出部１２０４、および第２アーク発生判定部１２０５を有する。

第１アーク発生判定部１２０２は、面積変化量Ｄが閾値ＴＨ２以上であるか否かを判定する第１アーク発生判定処理を実行する（ステップＳ１３０１）。アーク発生間隔算出部１２０３は、面積変化量Ｄが閾値ＴＨ２以上となる時間間隔をアーク発生間隔として算出する（ステップＳ１３０２）。具体的には、アーク発生間隔算出部１２０３は、Ｘ番目にアーク放電が発生している可能性があると判定された最新の可視光画像が得られた時刻ＩＸと、Ｘ－１番目にアーク放電が発生している可能性があると判定された可視光画像が得られた時刻ＩＸ１と、のアーク発生間隔Ｔ１（＝ＩＸ－ＩＸ１）を求める。ここで、アーク放電が発生している可能性があると判定する可視光画像は、面積変化量Ｄが閾値ＴＨ２以上となった可視光画像とする。また、アーク発生間隔算出部１２０３は、時刻ＩＸ１と、Ｘ－２番目にアーク放電が発生している可能性があると判定された可視光画像が得られた時刻ＩＸ２と、のアーク発生間隔Ｔ２（＝ＩＸ１－ＩＸ２）を求める。このようにして、アーク発生間隔算出部１２０３は、複数のアーク発生間隔Ｔ（＝Ｔ１，Ｔ２，．．．，ＴＮ）を求める。

多様性算出部１２０４は、求めた複数のアーク発生間隔Ｔ（＝Ｔ１，Ｔ２，．．．，ＴＮ）の多様性Ｖを算出する（ステップＳ１３０３）。例えば、多様性算出部１２０４は、求めた複数のアーク発生間隔Ｔの標準偏差を、当該複数のアーク発生間隔Ｔの多様性Ｖとして算出する。第２アーク発生判定部１２０５は、多様性算出部１２０４により算出される多様性Ｖが閾値ＴＨ２ｂ以上である場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定する第２アーク発生判定処理を実行する（ステップＳ１３０４）。パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電は、その発生間隔がランダムになる可能性が高い。また、カメラ１０１に対して太陽光が直射した状態で車両が鉄橋を渡る場合も、鉄橋の柱によって太陽光が遮られて、可視光画像が含む高輝度領域の面積変化量Ｄが増加および減少を繰り返すことが考えられる。しかし、鉄橋の柱によって太陽光が遮られた場合、面積変化量Ｄは、周期的に、増加および減少を繰り返すことになるため、アーク発生間隔の多様性は小さくなる。

そこで、本変形例では、多様性算出部１２０４は、アーク発生間隔Ｔの多様性Ｖが閾値ＴＨ２ｂ以上である場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定する。これにより、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電以外の要因（例えば、鉄橋の柱による太陽光の遮蔽および非遮蔽）によって面積変化量Ｄが大きくなった場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと誤判定することを防止できるので、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電の発生の判定精度を向上させることができる。

このように、変形例３にかかる画像処理装置１２００によれば、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電の発生の判定精度を向上させることができる。

（変形例４）
本変形例は、可視光画像が含む高輝度領域の面積変化量の算出結果の多様性が大きい場合に、パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生したと判定する例である。以下の説明では、第２の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図１４は、変形例４にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。図１５は、変形例４にかかる画像処理装置におけるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１４および図１５を用いて、本変形例にかかる画像処理装置１４００が有する各部によるアーク発生判定処理の流れについて説明する。図１５のステップＳ３０１～ステップＳ８０１までの処理は、第２の実施形態と同様である。本変形例では、画像処理装置１４００は、図１４に示すように、画像取得部２０１、高輝度領域抽出部２０２、面積変化量算出部７０１、およびアーク発生判定部１４０１を有する。アーク発生判定部１４０１は、変化量多様性算出部１４０２、およびアーク発生判定部１４０３を有する。

変化量多様性算出部１４０２は、面積変化量算出部７０１により算出される面積変化量Ｄの多様性Ｖを算出する（ステップＳ１５０１）。例えば、変化量多様性算出部１４０２は、最新の複数の面積変化量Ｄ（＝Ｄ１，Ｄ２，．．．，ＤＮ）の標準偏差を、面積変化量Ｄの多様性Ｖとして算出する。そして、アーク発生判定部１４０３は、変化量多様性算出部１４０２により算出される多様性Ｖが大きい場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定するアーク発生判定処理を実行する（ステップＳ１５０２）。本実施形態では、アーク発生判定部１４０３は、変化量多様性算出部１４０２により算出される多様性Ｖが閾値ＴＨ２ｃ以上である場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定する。

パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電の発生による高輝度領域の面積は、ランダムに変化することが多いため、面積変化量Ｄの多様性Ｖが大きくなる可能性が高い。一方、カメラ１０１に対して太陽光が直射した状態で車両が鉄橋を渡る際に、鉄橋の柱によって太陽光が遮られる場合は、面積変化量Ｄが一定になることが多いため、その多様性Ｖが小さくなる可能性が高い。そこで、本実施形態では、アーク発生判定部１４０３は、変化量多様性算出部１４０２により算出される多様性Ｖが閾値ＴＨ２ｃ以上である場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと判定する。これにより、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電以外の要因（例えば、鉄橋の柱による太陽光の遮蔽および非遮蔽）によって面積変化量Ｄが大きくなった場合に、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したと誤判定することを防止できるので、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電の発生の判定精度を向上させることができる。

このように、変形例４にかかる画像処理装置１４００によれば、パンタグラフ２と架線Ｌ間におけるアーク放電の発生の判定精度を向上させることができる。

（第３の実施形態）
本実施形態は、パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生していないと判定された可視光画像の輝度に基づいて、アーク放電が発生したと判定する高輝度領域の面積の閾値を決定する例である。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図１６は、第３の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。図１７は、第３の実施形態にかかる画像処理装置におけるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１６および図１７を用いて、本実施形態にかかる画像処理装置１６００が有する各部によるアーク発生判定処理の流れについて説明する。図１７に示すステップＳ３０１～ステップＳ３０３までの処理は、第１の実施形態と同様である。本実施形態では、画像処理装置１６００は、図１６に示すように、画像取得部２０１、高輝度領域抽出部２０２、高輝度領域面積算出部２０３、およびアーク発生判定部１６０１を有する。アーク発生判定部１６０１は、アーク発生判定部１６０２、および面積閾値決定部１６０３を有する。

アーク発生判定部１６０２は、高輝度領域の面積が閾値ＴＨ１以上であるか否かに基づいて、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを判定するアーク発生判定処理を実行する（ステップＳ１７０１）。面積閾値決定部１６０３は、アーク発生判定部１６０２によってアーク放電が発生していないと判定された可視光画像の輝度に基づいて、閾値ＴＨ１を決定する面積閾値決定処理を実行する（ステップＳ１７０２）。本実施形態では、面積閾値決定部１６０３は、アーク発生判定部１６０２によってアーク放電が発生していないと判定された場合、可視光画像の輝度に基づいて、閾値ＴＨ１を変更する。一方、面積閾値決定部１６０３は、アーク発生判定部１６０２によってアーク放電が発生していると判定された場合、閾値ＴＨ１を変更しない。

可視光画像の輝度の平均Ｍ（以下、平均輝度と言う）は、夜間には輝度Ｍ１未満となり、昼間には輝度Ｍ１以上でありかつ輝度Ｍ１より大きい輝度Ｍ２未満となり、太陽光がカメラ１０１に直射した場合には輝度Ｍ２以上となる。そこで、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生していないと判定され、かつ最新の可視光画像の平均輝度Ｍが輝度Ｍ１以下である場合、面積閾値決定部１６０３は、閾値ＴＨ１を、当該閾値ＴＨ１に設定可能な閾値候補のうち、最も大きい閾値ＴＨ１－１に決定する。

また、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生していないと判定され、かつ最後に得られた可視光画像の平均輝度Ｍが輝度Ｍ１以上かつ輝度Ｍ２未満である場合、面積閾値決定部１６０３は、閾値ＴＨ１を、閾値候補のうち、閾値ＴＨ１－１より小さい閾値ＴＨ１－２に決定する。さらに、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生していないと判定され、かつ最後に得られた可視光画像の平均輝度Ｍが輝度Ｍ２以上である場合、面積閾値決定部１６０３は、閾値ＴＨ１を、閾値候補のうち、閾値ＴＨ１－２より小さい閾値ＴＨ１－３に決定する。

ここで、平均輝度Ｍが高くなるに従って閾値ＴＨ１を小さくしているのは、同じ強度のアーク放電であっても、昼間の明るい環境で発生した場合と夜間等の暗い環境で発生した場合とでは、可視光画像に含まれる高輝度領域の面積が異なるからである。具体的には、夜間等の暗い環境でアーク放電が発生した場合には、可視光画像に含まれる高輝度領域の面積は大きくなるため、閾値ＴＨ１を大きくする。一方、昼間の明るい環境でアーク放電が発生した場合には、可視光画像に含まれる高輝度領域の面積が小さくなるため、閾値ＴＨ１を小さくする。

その後、高輝度領域面積算出部２０３によって新たな可視光画像が含む高輝度領域の面積が算出されると、アーク発生判定部１６０２は、算出される高輝度領域の面積が、面積閾値決定部１６０３により決定された最新の閾値ＴＨ１以上であるか否かに基づいて、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを判定する。これにより、パンタグラフ２と架線Ｌの周囲環境に応じて、閾値ＴＨ１を、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを適切に判定可能な閾値に変更可能となるので、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かの判定精度を向上させることができる。

本実施形態では、面積閾値決定部１６０３は、可視光画像の平均輝度Ｍに基づいて、閾値ＴＨ１を決定しているが、これに限定するものではなく、可視光画像が含む高輝度領域の面積に従って、閾値ＴＨ１を決定しても良い。例えば、面積閾値決定部１６０３は、可視光画像が含む高輝度領域の面積が大きいほど、パンタグラフ２と架線Ｌの周囲が暗いと判定できるため、高輝度領域の面積が大きくなるに従い、閾値ＴＨ１を大きくする。

このように、第３の実施形態にかかる画像処理装置１６００によれば、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かの判定精度を向上させることができる。

（第４の実施形態）
本実施形態は、パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生していないと判定された可視光画像の輝度に基づいて、アーク放電が発生したと判定する面積変化量の閾値を決定する例である。以下の説明では、第２の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図１８は、第４の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。図１９は、第４の実施形態にかかる画像処理装置におけるアーク発生判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１８および図１９を用いて、本実施形態にかかる画像処理装置１８００が有する各部によるアーク発生判定処理の流れについて説明する。図１９のステップＳ３０１～ステップＳ８０１までの処理は、第２の実施形態と同様である。本実施形態では、画像処理装置１８００は、図１８に示すように、画像取得部２０１、高輝度領域抽出部２０２、面積変化量算出部７０１、およびアーク発生判定部１８０１を有する。アーク発生判定部１８０１は、アーク発生判定部１８０２、および面積変化量閾値決定部１８０３を有する。

アーク発生判定部１８０２は、面積変化量Ｄが閾値ＴＨ２以上であるか否かに基づいて、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを判定するアーク発生判定処理を実行する（ステップＳ１９０１）。面積変化量閾値決定部１８０３は、アーク発生判定部１８０２によってアーク放電が発生していないと判定された可視光画像の輝度に基づいて、閾値ＴＨ２を決定する（ステップＳ１９０２）。本実施形態では、面積変化量閾値決定部１８０３は、アーク発生判定部１８０２によってアーク放電が発生していないと判定された場合、可視光画像の輝度に基づいて、閾値ＴＨ２を変更する。一方、面積変化量閾値決定部１８０３は、アーク発生判定部１８０２によってアーク放電が発生していると判定された場合、閾値ＴＨ３を変更しない。

可視光画像の平均輝度Ｍは、夜間には輝度Ｍ１未満となり、昼間には輝度Ｍ１以上でありかつ輝度Ｍ１より大きい輝度Ｍ２未満となり、太陽光がカメラ１０１に直射した場合には輝度Ｍ２以上となる。そこで、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生していないと判定され、かつ最後に得られた可視光画像の平均輝度Ｍが輝度Ｍ１以下である場合、面積変化量閾値決定部１８０３は、閾値ＴＨ２を、当該閾値ＴＨ２に設定可能な閾値候補のうち、最も大きい閾値ＴＨ２－１に決定する。

また、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生していないと判定され、かつ最後に得られた可視光画像の平均輝度Ｍが輝度Ｍ１以上かつ輝度Ｍ２未満である場合、面積変化量閾値決定部１８０３は、閾値ＴＨ２を、閾値候補のうち、閾値ＴＨ２－１より小さい閾値ＴＨ２－２に決定する。さらに、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生していないと判定され、かつ最後に得られた可視光画像の平均輝度Ｍが輝度Ｍ２以上である場合、面積変化量閾値決定部１８０３は、閾値ＴＨ２を、閾値候補のうち、閾値ＴＨ２－２より小さい閾値ＴＨ２－３に決定する。

ここで、平均輝度Ｍが高くなるに従って閾値ＴＨ２を小さくしているのは、同じ強度のアーク放電であっても、昼間の明るい環境で発生した場合と夜間等の暗い環境で発生した場合とでは、可視光画像に含まれる高輝度領域の面積変化量Ｄが異なるからである。具体的には、夜間等の暗い環境でアーク放電が発生した場合には、可視光画像に含まれる高輝度領域の面積変化量Ｄは大きくなるため、閾値ＴＨ２を大きくする。一方、昼間の明るい環境でアーク放電が発生した場合には、可視光画像に含まれる高輝度領域の面積変化量Ｄが小さくなるため、閾値ＴＨ２を小さくする。

その後、面積変化量算出部７０１によって新たな可視光画像が含む高輝度領域の面積変化量Ｄが算出されると、アーク発生判定部１８０２は、算出される面積変化量Ｄが、面積変化量閾値決定部１８０３により決定された最新の閾値ＴＨ２以上であるか否かに基づいて、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを判定する。これにより、パンタグラフ２と架線Ｌの周囲環境に応じて、閾値ＴＨ２を、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを適切に判定可能な閾値に変更可能となるので、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かの判定精度を向上させることができる。

本実施形態では、面積変化量閾値決定部１８０３は、可視光画像の平均輝度Ｍに基づいて、閾値ＴＨ２を決定しているが、これに限定するものではなく、可視光画像が含む高輝度領域の面積変化量Ｄに従って、閾値ＴＨ２を決定しても良い。例えば、面積変化量閾値決定部１８０３は、可視光画像が含む高輝度領域の面積変化量Ｄが大きいほど、パンタグラフ２と架線Ｌの周囲が暗いと判定できるため、高輝度領域の面積変化量Ｄが大きくなるに従い、閾値ＴＨ２を大きくする。

このように、第４の実施形態にかかる画像処理装置１８００によれば、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かの判定精度を向上させることができる。

以上説明したとおり、第１から第４の実施形態によれば、太陽光の紫外線がカメラ１０１に入射したとしても、パンタグラフ２と架線Ｌ間においてアーク放電が発生したか否かを判定可能となる。

なお、本実施形態の画像処理装置１０２，４００，７００，９００，１２００，１４００，１６００，１８００で実行されるプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等に予め組み込まれて提供される。

本実施形態の画像処理装置１０２，４００，７００，９００，１２００，１４００，１６００，１８００で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施形態の画像処理装置１０２，４００，７００，９００，１２００，１４００，１６００，１８００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の画像処理装置１０２，４００，７００，９００，１２００，１４００，１６００，１８００で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施形態の画像処理装置１０２，４００，７００，９００，１２００，１４００，１６００，１８００で実行されるプログラムは、上述した各部（画像取得部２０１、高輝度領域抽出部２０２、高輝度領域面積算出部２０３、アーク発生判定部２０４，４０１，７０２，９０１，１２０１，１４０１，１６０１，１８０１、面積変化量算出部７０１）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、画像取得部２０１、高輝度領域抽出部２０２、高輝度領域面積算出部２０３、アーク発生判定部２０４，４０１，７０２，９０１，１２０１，１４０１，１６０１，１８０１、面積変化量算出部７０１が主記憶装置上に生成されるようになっている。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…パンタグラフ、１０１…カメラ、１０２，４００，７００，９００，１２００，１４００，１６００，１８００…画像処理装置、１０３…ログ記録装置、１０４…車内モニタ、２０１…画像取得部、２０２…高輝度領域抽出部、２０３…高輝度領域面積算出部、２０４，４０１，７０２，９０１，１２０１，１４０１，１６０１，１８０１…アーク発生判定部、７０１…面積変化量算出部。

Claims (7)

1. 車両に搭載され、かつ前記車両のパンタグラフの周囲からの可視光線を受光する撮像部と、
   前記撮像部の撮像により得られる可視光画像において、予め設定された輝度より高い輝度の高輝度領域を抽出する高輝度領域抽出部と、
   第１時刻に得られる前記可視光画像が含む前記高輝度領域の面積を基準として、前記第１時刻とは異なる第２時刻に得られる前記可視光画像が含む前記高輝度領域の面積の変化量を算出する変化量算出部と、
   前記変化量が第３閾値以上であるか否かに基づいて、前記パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生したか否かを判定するアーク発生判定部と、を備え、
   前記アーク発生判定部は、前記変化量が前記第３閾値以上となる時間間隔を算出し、前記時間間隔の算出結果の多様性を算出し、当該多様性が大きい場合に、前記パンタグラフと前記架線間においてアーク放電が発生したと判定する、アーク放電判定装置。
2. 車両に搭載され、かつ前記車両のパンタグラフの周囲からの可視光線を受光する撮像部と、
   前記撮像部の撮像により得られる可視光画像において、予め設定された輝度より高い輝度の高輝度領域を抽出する高輝度領域抽出部と、
   第１時刻に得られる前記可視光画像が含む前記高輝度領域の面積を基準として、前記第１時刻とは異なる第２時刻に得られる前記可視光画像が含む前記高輝度領域の面積の変化量を算出する変化量算出部と、
   前記変化量が第３閾値以上であるか否かに基づいて、前記パンタグラフと架線間においてアーク放電が発生したか否かを判定するアーク発生判定部と、を備え、
   前記アーク発生判定部は、前記変化量の算出結果の多様性を算出し、当該多様性が大きい場合に、前記パンタグラフにおいてアーク放電が発生したと判定する、アーク放電判定装置。
3. 前記アーク発生判定部は、予め設定された時間のうち前記変化量が前記第３閾値以上となった時間の割合、または予め設定されたフレーム数の前記可視光画像のうち前記変化量が前記第３閾値以上となった前記可視光画像の割合をアーク放電発生頻度として算出し、前記アーク放電発生頻度が第４閾値以上である場合に、前記パンタグラフと前記架線間においてアーク放電が発生したと判定する請求項１または２に記載のアーク放電判定装置。
4. 前記アーク発生判定部は、前記パンタグラフと前記架線間においてアーク放電が発生していないと判定された前記可視光画像の輝度に基づいて、前記第３閾値を決定する請求項１または２に記載のアーク放電判定装置。
5. 複数の前記撮像部を備え、
   前記アーク発生判定部は、前記撮像部の撮像により先に得られる前記可視光画像から順に、当該可視光画像が含む前記高輝度領域の面積の前記変化量が前記第３閾値以上であるか否かに基づいて、前記パンタグラフと前記架線間においてアーク放電が発生したか否かを判定する請求項１または２に記載のアーク放電判定装置。
6. 前記パンタグラフと前記架線間においてアーク放電が発生したか否かの判定結果を、当該判定結果を識別可能な情報とともに記憶する記憶部をさらに備える請求項１または２に記載のアーク放電判定装置。
7. 前記パンタグラフと前記架線間においてアーク放電が発生したか否かの判定結果を表示する表示部をさらに備える請求項１または２に記載のアーク放電判定装置。

Images