JP7467393B2 - 曲線引金具の流れ量測定方法及びそのシステム - Google Patents

Description

本発明は、走行する車両の屋根上に設置された光学撮像手段により撮像される画像から曲線引金具の流れ量を測定する方法及びそのシステムに関し、特に、光学撮像手段としてエリアカメラを用いて撮像される画像から曲線引金具の流れ量を測定する方法及びそのシステムに関する。

架空電車線（架線）は、一般的に、その両端部に自動張力調整装置を設置され、架線を構成する各線条につき１～２ｔ程度の張力を印加されて空中に架設されている。これにより外気温の変化などで伸縮したとしても、一定の張力が維持されることになる。一方、架線の線条に固定されこれを支持する可動ブラケットや曲線引金具などの架線との接続部は、架線の伸縮とともに線路方向へと移動する。このとき、曲線引金具においては、移動量（流れ量）が一定値に達すると、ストッパにより移動規制が働くため、架線に沿った張力の伝達が阻害され、架線の架設構成が崩れてしまうことも生じ得る。また、可動ブラケットにおいては、電柱を中心に回動するために線路方向への移動に伴って架線との接続部のまくらぎ方向への移動も生じ、架線の架設構成の崩れを生じ得る。そこで、作業員による架線の架設状態や架線金具の状態などの日常的な目視点検が行われているが、長大な路線に沿った目視作業は容易ではなく、これを省力化すべく、自動化が求められている。

例えば、特許文献１では、架線金具の検査において、走行する車両上に設置された２台のラインカメラを用いて撮像される画像から架線金具の状態を画像解析によって検出する方法を開示している。ラインカメラによって取得した画像からまず架線を除去し、残った構造物を検出することで、架線設備を枕木方向から見た際に、架線と異なる方向に延伸している架線金具を検出できる。かかる方法を用いれば、車両の走行速度と連動した画像から架線金具の向きを求めてその流れ量を計測できる。

特開２０２０－１４９２８６号公報

ここで、曲線引金具について、その流れ量は上記したようなライン上に素子を並べて移動方向にスキャンするようにして画像を取得できるラインカメラを用いて測定できるが、装置が煩雑で高価である。そこで、平面に素子を並べた安価なエリアカメラを用いて、流れ量が一定値を超えていないかどうかを判定できる程度の測定をし、かかる判定に基づいて当該箇所を作業員により目視点検を行うことが検討される。一方で、走行する車両からのエリアカメラによる画像では、曲線引き金具を含むフレーム内に映り込む位置（画角）がシャッタータイミングによって変化するため、流れ量を得ることは難しい。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、光学撮像手段としてエリアカメラを用いて撮像される画像から曲線引金具の流れ量を測定するシステム及びその方法を提供することにある。

本発明による流れ量を測定する方法は、走行する車両の屋根上に設置された光学撮像手段により撮像される画像から曲線引金具の流れ量を測定する方法であって、前記画像は、所定速度で走行する前記車両の前記屋根上に固定されたエリアカメラからなる前記光学撮像手段により所定のフレームレートにて電柱を含む架線周囲を撮像されたものであって、所定間隔で撮像された２フレーム以上の前記画像を重ね合わせ、前記曲線引金具のイヤー及び根元の前記画像上でのそれぞれの座標の移動から前記曲線引金具の流れ量を算出することを特徴とする。

かかる特徴によれば、光学撮像手段としてエリアカメラを用いたときであっても簡便に曲線引金具の流れ量を測定できるのである。

上記した発明において、前記イヤー及び前記根元のそれぞれの移動のベクトルから流れ量を算出する工程を含むことを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、簡便に曲線引金具の流れ量を測定できるのである。

上記した発明において、撮像された１フレームの前記画像から前記曲線引金具を特定する工程と、更に、前記イヤー及び前記根元を特定する工程と、からなる画像解析を含み、前記座標を決定することを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、簡便に曲線引金具の流れ量を測定できるのである。

上記した発明において、前記電柱及び／又はこれに取り付けられる器具に基づいて前記曲線引金具を含む画像範囲を抽出した上で、前記曲線引金具を特定することを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、画像からの部材の特定精度を高め、結果として、特定測定精度を高めつつ簡便に曲線引金具の流れ量を測定できるのである。

上記した発明において、前記車両の走行区間に基づいて、前記画像に撮像される曲線引金具の形態を機械学習させておくことを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、画像からの部材の特定精度を高め、結果として、測定精度を高めつつ簡便に曲線引金具の流れ量を測定できるのである。

上記した発明において、前記電柱、及び、これに取り付けられる前記器具の形態を合わせて機械学習させておくことを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、画像からの部材の特定精度を高め、結果として、簡便に曲線引金具の流れ量を測定できるのである。

上記した発明において、前記曲線引金具、前記イヤー及び前記根元について、マッチングスコアを伴ったテンプレートマッチング法で特定することを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、簡便に曲線引金具の流れ量を測定できるのである。

上記した発明である流れ量測定方法を処理するシステムであって、前記車両から撮像された前記画像を走行速度とともに保存するデータベースを含むことを特徴とする。

かかる特徴によれば、光学撮像手段としてエリアカメラを用いた画像であっても、簡便に曲線引金具の流れ量を測定できるのである。

上記した発明において、前記データベースは、前記画像の撮像位置を合わせて保存することを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、簡便に曲線引金具の流れ量を測定できるのである。

本発明による１つの実施例における曲線引金具の流れ量測定方法のフロー図である。 エリアカメラと曲線引金具の位置関係を示す車両の正面図である。 曲線引金具の画像範囲を長方形で抽出した全体画像である。 曲線引金具の画像範囲において根元の座標を決定する画像である。 ２フレームの曲線引金具の像を重ね合わせた全体画像である。 曲線引金具の流れ量の測定を処理するシステムのブロック図である。

以下、本発明による曲線引金具の流れ量測定方法及びかかる方法を処理するシステムの実施例について、図１乃至図６を用いて説明する。

図１に図２を併せて参照すると、まず、曲線引金具５を撮影した画像を準備する（Ｓ１）。かかる画像は、鉄道軌道上を走行する鉄道車両などの車両１の屋根２の上に固定された光学撮像手段により撮像された画像である。光学撮像手段としてはエリアカメラ９を用い、電柱３やその他の器具４に取り付けられた曲線引金具５を画角に納めるように設置される。これにより、電柱を含む架線周囲を撮像することで曲線引金具５を撮像できるようにする。

また、後述する画像解析において、テンプレートマッチング法によって曲線引金具５のイヤー及び根元を特定するため、撮像される曲線引金具５の向きを一定にして、テンプレートマッチングを容易に行い得るようにすることが好ましい。

例えば、図２（ａ）に示すように、曲線引金具５が車両１の紙面右側の取付け位置から中央に向けて延びている場合、右上を向くようにエリアカメラ９を車両１の左側に取り付ける。そして、同図（ｂ）に示すように、曲線引金具５が車両１の紙面左側の取付け位置から中央に向けて延びている場合に、左上を向くようにエリアカメラ９を車両１の紙面右側に取り付ける。これによって曲線引金具５が左右どちらにあっても、曲線引金具５を先端側から撮像することができ、テンプレートマッチングを容易とし得る。予めエリアカメラ９を左右両側に取り付けておいて、曲線引金具５の位置によって左右を切り替えるようにすることが好ましい。

撮像にあたっては、１つの曲線引金具５を複数の画像に含めるように、車両を所定の速度で走行させるとともに、エリアカメラ９の撮像間隔を所定のフレームレートに設定する。速度及びフレームレートは一定とされることが好ましいが、後述する画像の重ね合わせ（Ｓ５）に必要な複数フレームの画像で１つの曲線引金具５を撮像できればこの限りではない。このようにして車両１の走行する方向に所定間隔で撮像された画像を準備する。

なお、各画像は、電柱３や器具４との位置関係を特定されていることが好ましい。例えば、予め電柱３を検出できるセンサを設置しておき、かかるセンサからの信号を記録しながら撮像を行い、電柱３の位置と画像を対応させ、その位置情報を付与しておくとよい。これにより各画像と個々の曲線引金具５との対応が明確になる。

次に、準備した画像から電柱３や器具４の付近の画像を選択する（Ｓ２）。１つの電柱３（又は器具４）付近の画像から２フレーム以上の画像を選択し、かかる１つの電柱３に対応する一連の画像全てに１つの曲線引金具５の像が含まれているようにする。これによって後述する画像解析を必要とする画像の数を少なくして、簡便な手順とできる。なお、上記したように、撮像において電柱３や器具４との位置関係の情報を各画像に付与しておくことで画像の選択を容易とする。

そして、図３に示すように、選択した１フレームずつの画像から、画像解析を行って曲線引金具５を含む画像範囲８を抽出する（Ｓ３）。ここでは、画像中の曲線引金具５を特定した上で、曲線引金具５の像を囲う長方形を生成し、かかる長方形を画像範囲８とする。このとき、画像範囲８における長方形の左上の角の座標を画像のピクセルで示して記録する。なお、同図において、座標の原点は全体画像の左上の角とした。その結果、抽出した画像範囲８の左上の角の座標は（１５５６，１８８）であった。なお、座標（Ｘ，Ｙ）は、Ｘ方向を車両１の幅方向、Ｙ方向を車両１の進行方向としている。

さらに、図４に示すように、抽出した画像範囲８の左上を原点として、曲線引金具５の架線との接続部であるイヤー５ａ及び根元５ｂの座標を決定する（Ｓ４）。イヤー５ａ及び根元５ｂは、画像解析により特定し、その座標を決定する。この画像解析には、テンプレートマッチング法を用いることが好ましい。ここで、例えば、根元５ｂの座標５ｂ－１は（１１８１，３５２）であった。画像範囲８の原点の座標は、全体画像において（１５５６，１８８）であったから（図３参照）、全体画像において根元５ｂの座標はこれらの和から（２７３７、５４０）となる。

なお、イヤー５ａ及び根元５ｂは、曲線引金具５の画像範囲８を抽出せずとも特定し得て、その座標を決定し得る。一方、上記したように曲線引金具５の画像範囲８の抽出（Ｓ３）と、イヤー５ａ及び根元５ｂの座標の決定（Ｓ４）との二つの工程からなる画像解析を含むことで、座標の特定が簡便になり好ましい。

図５に示すように、１つの曲線引金具５を撮像した複数フレームの画像を重ね合わせる（Ｓ５）。ここでは２フレーム分の画像を重ね合わせているが、３フレーム以上としてもよい。重ね合わせたそれぞれの画像において、イヤー５ａ及び根元５ｂの座標は、全て全体画像の左上角を原点とした場合の座標として表示されている。なお、ここでは、上記した例とは別の曲線引金具５についての画像を重ね合わせた例を示しており、座標の数値は上記と異なる。

そして、イヤー５ａ及び根元５ｂのそれぞれの画像上での座標の移動から曲線引金具５の流れ量を算出する（Ｓ６）。例えば、イヤー５ａの画像上での移動について、重ねた画像の１フレーム目を示す時刻ｔ＝０のとき、座標は（１７１８，１８８４）である。同様に２フレーム目となるｔ＝１のとき（１７２０，８０２）である。これらから、画像内での速度を一定であると仮定した上で、Ｙ方向（紙面上下方向）の移動についての式、Ｙ１＝－１０８２ｔ＋１８８４、を得る。なお、この式は３フレーム以上の画像を重ねた複数の点から例えば直線に近似するなどして得てもよい。同様に、根元５ｂの画像上での移動について、Ｙ２＝－７３６ｔ＋１４７４を得る。

エリアカメラ９から得た画像上において、曲線引金具５を進行方向となるＹ方向に移動させるとイヤー５ａと根元５ｂとの移動量が異なる。これは、イヤー５ａと根元５ｂとの車両１からの高さが異なり、エリアカメラ９からの距離も異なるためである。そこで、本実施例においては、曲線引金具５の根元５ｂを鉛直下方から見た場合の位置を想定し、このときのイヤー５ａと根元５ｂとのＹ方向のずれを流れ量として算出する。

そのため、エリアカメラ９は、その光軸を車両１の進行方向に対して垂直な平面内に向けていることが好ましい。本実施例においてはそのように設置したエリアカメラ９によって画像を得ており、画像のＹ方向の中央をエリアカメラ９の鉛直上方としている。

そこで、上記したＹ２の式において、根元５ｂが画像の中央にある時刻ｔを求める。画像の上下の距離は２１６０ピクセルなので、Ｙ２＝１０８０として、ｔ＝０．５３５３が求まる。これをＹ１の式に代入することで、Ｙ１＝１３０５が算出される。そして、曲線引金具５の画像上での流れ量は、根元５ｂに対するイヤー５ａの進行方向のずれなので、｜Ｙ１―Ｙ２｜＝２２５（ｐｉｘ）として算出される。

画像上でのピクセル値による流れ量から実際の流れ量を推定するために、所定の係数を乗じてｍｍ単位などの長さに換算する。係数としては、予め定めておいてもよいが、画像上での架線の太さや曲線引金具５や器具４の特定の部位の寸法などから換算するようにしてもよい。これによれば、架線の高さが変わっても対応可能となる。ここでは、架線の直径に基づき、８４ｐｉｘが４０ｍｍ相当との換算値を得ており、流れ量は２２５ｐｉｘを換算して約１０７ｍｍとなった。

ところで、２地点間を移動する物体の任意の時刻の位置は、等速直線運動の場合、その移動を表すベクトルから求められる。上記した実施例においても、任意の時刻の曲線引金具５におけるイヤー５ａ及び根元５ｂのそれぞれの位置は、時刻ｔ＝０及び時刻ｔ＝１の２点間のベクトルから求められる。但し、本実施例においては、車両１に固定したエリアカメラ９を略直進させて得た画像を用い、車両１の進行方向をＹ方向としたので、画像のＸ方向の移動は無視できる。そのため、Ｙ方向の移動のみを対象として移動ベクトルを数式化し、流れ量の算出に用いることとした。

また、上記では２地点間の移動を数式化したが、３地点以上であってもよい。同様に画像は略直進するエリアカメラ９から得たものであるから、曲線引金具５の複数地点の移動は直線で近似できる。そして、上記と同様に移動ベクトルを数式化できて、流れ量を算出し得る。つまり、画像の重ね合わせ（Ｓ５）においては、上記したように、３フレーム以上の画像を重ね合わせることとしてもよい。

以上のようにして、エリアカメラ９を用いた場合でも曲線引金具５の流れ量を簡便に測定することができる。得られた流れ量に基づき、作業員による目視検査を行う曲線引金具５を選択することで、曲線引金具５の保守を簡便に行うことができる。また、可動ブラケットについても同様の方法で流れ量を測定できる。

なお、上記したように画像解析にはテンプレートマッチング法を用い得る。テンプレートマッチングにおいては、マッチングスコアを伴って行われることが好ましい。マッチングスコアを用いることで、最終的に得られた曲線引金具５の流れ量の信頼度を相対的に表示でき、その結果、目視検査を必要とする箇所の取捨選択を簡便に行い得る。

ところで、図６に示すように、上記した流れ量測定方法を処理するシステム１０は、記憶装置からなる記憶部１２を備えるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１を含む。記憶部１２には市販の画像解析ソフトや流れ量を算出するプログラムが保存されている。これらのプログラムを図示しないＣＰＵやメモリ等を備える制御部１９で実行することでＰＣ１１を、画像解析部１３、演算部１４として機能させることができる。画像解析部１３は、上記したテンプレートマッチング法を用い得るものとすることが好ましい。また、記憶部１２は、さらにデータベース１５としての記憶領域を備え、エリアカメラ９で撮像された画像が記憶させられる。このような構成で、上記した曲線引金具５の流れ量測定方法を処理することができる。

上記した画像解析では曲線引金具５を特定できて画像範囲８を抽出できればよいが、車両１の走行区間に設置されている曲線引金具５の形態を機械学習させてその結果をデータベース１５に保存して画像解析部１３に反映させ得ることが好ましい。これによって、曲線引金具５の特定精度を高め得る。また、電柱３や器具４などの周辺部材の形態も併せて機械学習させておくことで、部材の特定精度を高め得て、結果として流れ量の測定を容易とし得る。

データベース１５は、上記したようにエリアカメラ９で撮像された画像を保存するが、かかる画像を撮像した時刻の車両１の走行速度とともに保存することにすることも好ましい。これによって、電柱３付近の画像を選択する際に、選択する画像の数や間隔を適宜定め得て、画像解析を簡便にし得る。

さらに、データベース１５は、キロ程などの画像の撮像位置を合わせて保存することも好ましい。画像に写った曲線引金具５を取り付けた電柱３や器具４を容易に特定し得て、画像の選択など、流れ量の測定を簡便にし得る。

以上、本発明の代表的な実施例及びこれに伴う変形例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

１ 車両
２ 屋根
３ 電柱
４ 器具
５ 曲線引金具
５ａ イヤー
５ｂ 根元
８ 画像範囲
９ エリアカメラ
１０ システム

Claims (9)

1. 走行する車両の屋根上に設置された光学撮像手段により撮像される画像から曲線引金具の流れ量を測定する方法であって、
   前記画像は、所定速度で走行する前記車両の前記屋根上に固定されたエリアカメラからなる前記光学撮像手段により所定のフレームレートにて電柱を含む架線周囲を撮像されたものであって、
   所定間隔で撮像された２フレーム以上の前記画像を重ね合わせ、前記曲線引金具のイヤー及び根元の前記画像上でのそれぞれの座標の移動から前記曲線引金具の流れ量を算出することを特徴とする曲線引金具の流れ量測定方法。
2. 前記イヤー及び前記根元のそれぞれの移動のベクトルから流れ量を算出する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の曲線引金具の流れ量測定方法。
3. 撮像された１フレームの前記画像から前記曲線引金具を特定する工程と、更に、前記イヤー及び前記根元を特定する工程と、からなる画像解析を含み、前記座標を決定することを特徴とする請求項１記載の曲線引金具の流れ量測定方法。
4. 前記電柱及び／又はこれに取り付けられる器具に基づいて前記曲線引金具を含む画像範囲を抽出した上で、前記曲線引金具を特定することを特徴とする請求項３記載の曲線引金具の流れ量測定方法。
5. 前記車両の走行区間に基づいて、前記画像に撮像される曲線引金具の形態を機械学習させておくことを特徴とする請求項４記載の曲線引金具の流れ量測定方法。
6. 前記電柱、及び、これに取り付けられる前記器具の形態を合わせて機械学習させておくことを特徴とする請求項５記載の曲線引金具の流れ量測定方法。
7. 前記曲線引金具、前記イヤー及び前記根元について、マッチングスコアを伴ったテンプレートマッチング法で特定することを特徴とする請求項３乃至６のうちの１つに記載の曲線引金具の流れ量測定方法。
8. 請求項１乃至７のうちの１つに記載の流れ量測定方法を処理するシステムであって、
   前記車両から撮像された前記画像を走行速度とともに保存するデータベースを含むことを特徴とする流れ量測定システム。
9. 前記データベースは、前記画像の撮像位置を合わせて保存することを特徴とする請求項８記載の流れ量測定システム。
   
   
   

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