JP7473491B2 - Anomaly detection device and anomaly detection method - Google Patents

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Description

本発明は、電車線金具の異常検出を行う異常検出装置等に関する。 The present invention relates to an abnormality detection device that detects abnormalities in electric train wire fittings.

鉄道においては、保守員の労力の低減のため、長大な構造物である架空電車線の検査を、走行する鉄道車両で自動的に行うことで効率化を達成したいという要望がある。自動化したい架空電車線の検査項目の一つに、架空電車線に設けられた電車線金具の検査がある。この要望に応えるため、鉄道車両の屋根上に設置した撮影装置(例えば、ラインセンサカメラ)を用いて架空電車線を撮影し、撮影画像に写っている電車線金具を検出して外観上の異常を検出するといった、画像処理による電車線金具の異常検出の技術の開発・実用化が進められている(例えば、特許文献1参照)。 In the railway industry, there is a demand for improving efficiency by automatically inspecting overhead train lines, which are long structures, using traveling trains to reduce the workload of maintenance personnel. One of the inspection items for overhead train lines that would like to be automated is the inspection of the overhead train line fittings. To meet this demand, progress is being made in the development and practical application of technology for detecting abnormalities in overhead train line fittings using image processing, such as photographing the overhead train line using a photographing device (e.g., a line sensor camera) installed on the roof of a train, detecting the overhead train line fittings in the photographed images, and detecting any abnormalities in appearance (see, for example, Patent Document 1).

特開2020-149286号公報JP 2020-149286 A

ところで、架空電車線は、パンタグラフの摺り板の局所的な摩耗を避けるため、軌道中心に対して左右に(まくらぎ方向に)ジグザグに張られている。このため、列車位置に応じて、鉄道車両の屋根上に設置された撮影装置が架空電車線に近づいたり遠ざかったりして、その相対位置関係が異なる。これにより、電車線の撮影画像に写っている電車線金具の位置や大きさが列車位置に応じて異なることに起因して、異常検出精度が低くなる場合が起こり得た。 In order to prevent localized wear on the pantograph's contact strips, overhead wires are stretched in a zigzag pattern from left to right (in the direction of the sleepers) with respect to the center of the track. For this reason, the camera installed on the roof of the railway vehicle approaches or moves away from the overhead wire depending on the train's position, and the relative positional relationship changes. This can result in reduced accuracy in detecting abnormalities, as the position and size of the overhead wire fittings shown in the captured images of the wire vary depending on the train's position.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電車線金具が写っている撮影画像を画像処理することによる当該電車線金具の異常検出の精度を向上させることである。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to improve the accuracy of detecting abnormalities in electric train wire fittings by processing captured images that show the electric train wire fittings.

上記課題を解決するための第1の発明は、
第1の線条に係合する第1の係合部分と、第2の線条に係合する第2の係合部分と、前記第1の係合部分及び前記第2の係合部分間を結ぶ中間部分とを有する電車線金具を含むように当該電車線金具が設けられた架空電車線が写っている変換前画像を、所定サイズの判定用準備画像に変換した上で、画像認識処理による前記電車線金具の異常検出処理を行う異常検出装置であって、
前記変換前画像を前記電車線金具の長手方向に沿った方向において複数の範囲に分割する分割手段であって、前記中間部分が写っている範囲(以下この範囲を「中間範囲」という)を1つの範囲として分割する分割手段(例えば、図7の分割部206)と、
前記変換前画像を少なくとも前記電車線金具の長手方向に沿って拡縮することで前記所定サイズの前記判定用準備画像を生成する判定用準備画像生成手段であって、前記拡縮の許容変化率を、前記中間範囲以外の範囲よりも前記中間範囲のほうを大きくして拡縮することで前記所定サイズの前記判定用準備画像を生成する判定用準備画像生成手段(例えば、図7の判定用準備画像生成部208)と、
を備える異常検出装置である。
The first invention for solving the above problem is:
an abnormality detection device that converts a pre-conversion image showing an overhead contact line on which an overhead contact line fitting is provided so as to include an overhead contact line fitting having a first engagement portion that engages with a first wire, a second engagement portion that engages with a second wire, and an intermediate portion that connects the first engagement portion and the second engagement portion, into a preparatory image for determination of a predetermined size, and then performs an abnormality detection process for the overhead contact line fitting by image recognition processing,
a division unit (e.g., a division unit 206 in FIG. 7 ) that divides the pre-conversion image into a plurality of ranges in a direction along the longitudinal direction of the electric train wire fitting, the division unit dividing the range in which the intermediate portion is captured (hereinafter, this range will be referred to as an “intermediate range”) into one range;
a preparatory image for determination generating means for generating the preparatory image for determination of the predetermined size by enlarging or reducing the pre-conversion image at least along the longitudinal direction of the electric train wire fittings, the preparatory image for determination generating means (e.g., the preparatory image for determination generating unit 208 in FIG. 7 ) generating the preparatory image for determination of the predetermined size by enlarging or reducing the pre-conversion image at least along the longitudinal direction of the electric train wire fittings, the preparatory image for determination generating means generating the preparatory image for determination of the predetermined size by enlarging or reducing the preparatory image for determination with an allowable change rate of the enlargement or reduction set to be larger in the intermediate range than in a range other than the intermediate range;
The abnormality detection device includes:

他の発明として、
第1の線条に係合する第1の係合部分と、第2の線条に係合する第2の係合部分と、前記第1の係合部分及び前記第2の係合部分間を結ぶ中間部分とを有する電車線金具を含むように当該電車線金具が設けられた架空電車線が写っている変換前画像を、所定サイズの判定用準備画像に変換した上で、画像認識処理による前記電車線金具の異常検出処理を行う異常検出方法であって、
前記変換前画像を前記電車線金具の長手方向に沿った方向において複数の範囲に分割する分割ステップであって、前記中間部分が写っている範囲(以下この範囲を「中間範囲」という)を1つの範囲として分割する分割ステップと、
前記変換前画像を少なくとも前記電車線金具の長手方向に沿って拡縮することで前記所定サイズの前記判定用準備画像を生成する判定用準備画像生成ステップであって、前記拡縮の許容変化率を、前記中間範囲以外の範囲よりも前記中間範囲のほうを大きくして拡縮することで前記所定サイズの前記判定用準備画像を生成する判定用準備画像生成ステップと、
を含む異常検出方法を構成してもよい。
Other inventions include:
1. An anomaly detection method for detecting an anomaly in an overhead contact line, the method comprising: converting a pre-conversion image showing an overhead contact line provided with an overhead contact line fitting, the overhead contact line fitting including a first engagement portion that engages with a first wire, a second engagement portion that engages with a second wire, and an intermediate portion that connects the first engagement portion and the second engagement portion, into a preparatory image for determination of a predetermined size, and then performing an anomaly detection process for the overhead contact line fitting by image recognition processing,
a division step of dividing the pre-conversion image into a plurality of ranges in a direction along a longitudinal direction of the train rail metal fitting, the division step dividing the range in which the intermediate portion is captured (hereinafter, this range is referred to as an "intermediate range") as one range;
a preparatory image for determination generating step of generating the preparatory image for determination of the predetermined size by enlarging or reducing the pre-conversion image at least along a longitudinal direction of the electric train wire fitting, in which the preparatory image for determination of the predetermined size is generated by enlarging or reducing the allowable change rate of the enlargement or reduction in the intermediate range larger than in a range other than the intermediate range;
The anomaly detection method may include the following.

第1の発明等によれば、電車線金具が写っている撮影画像を画像処理することによる当該電車線金具の異常検出の精度を向上させることができる。ハンガーやドロッパ、コネクタなどの多くの電車線金具は細長い形状をなしている。変換前画像における電車線金具の長手方向の長さは、線条との係合部分間を結ぶ中間部分が写っている中間範囲のほうが、係合部分が写っている範囲より長いことが多い。また、電車線金具は、係合部分のほうが中間部分よりも異常の発生確率が高い。このため、変換前画像を少なくとも電車線金具の長手方向に沿って拡縮する際に、長手方向に沿った拡縮の許容変化率を、電車線金具の係合部分が写っている範囲よりも中間部分が写っている中間範囲のほうを大きくして拡縮する。このようにすることで、生成された判定用準備画像においては、異常の発生確率が高い係合部分が写っている範囲が、発生確率が低い中間部分が写っている中間範囲に対して相対的に大きくなり、サイズや解像度の点で有利となる。これにより、判定用準備画像を用いた画像認識処理による異常検出の精度を向上させることができる。 According to the first invention, the accuracy of detecting abnormalities in the electric train line fittings can be improved by image processing of the captured image in which the electric train line fittings are shown. Many electric train line fittings, such as hangers, droppers, and connectors, have an elongated shape. In the pre-conversion image, the longitudinal length of the electric train line fittings is often longer in the intermediate range in which the intermediate parts connecting the engaging parts with the wires are shown than in the range in which the engaging parts are shown. In addition, the probability of abnormalities occurring is higher in the engaging parts of the electric train line fittings than in the intermediate parts. For this reason, when the pre-conversion image is enlarged or reduced at least along the longitudinal direction of the electric train line fittings, the allowable change rate of enlargement or reduction along the longitudinal direction is increased in the intermediate range in which the intermediate parts are shown than in the range in which the engaging parts of the electric train line fittings are shown. In this way, in the generated preliminary image for judgment, the range in which the engaging parts, which have a high probability of abnormalities, are shown is relatively larger than the intermediate range in which the intermediate parts, which have a low probability of occurrence, which is advantageous in terms of size and resolution. This can improve the accuracy of abnormality detection by image recognition processing using the preliminary image for judgment.

第2の発明は、第1の発明において、
前記分割手段は、前記変換前画像を、前記第1の係合部分が写っている第1の係合部分範囲と、前記中間範囲と、前記第2の係合部分が写っている第2の係合部分範囲とに分割する、
異常検出装置である。
The second invention is the first invention,
the dividing means divides the pre-conversion image into a first engagement portion range in which the first engagement portion appears, the intermediate range, and a second engagement portion range in which the second engagement portion appears;
It is an anomaly detection device.

第2の発明によれば、変換前画像は、第1の係合部分範囲と、第2の係合部分範囲と、中間範囲と、の3つの範囲に分割される。 According to the second invention, the pre-conversion image is divided into three ranges: a first engagement portion range, a second engagement portion range, and an intermediate range.

第3の発明は、第2の発明において、
前記判定用準備画像生成手段は、前記第1の係合部分範囲及び前記第2の係合部分範囲を拡縮せず、前記中間範囲のみを拡縮することで前記所定サイズの前記判定用準備画像を生成する、
異常検出装置である。
A third aspect of the present invention relates to the second aspect of the present invention,
the determination preparation image generating means generates the determination preparation image of the predetermined size by enlarging or reducing only the intermediate range without enlarging or reducing the first engagement portion range and the second engagement portion range.
It is an anomaly detection device.

第3の発明によれば、電車線金具のうち、異常の発生確率が高い係合部分が写っている第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲は拡縮せず、異常の発生確率が低い中間部分が写っている中間範囲のみを拡縮することで、所定サイズの判定用準備画像が生成される。これにより、異常の発生確率が高い第1の係合部分又は第2の係合部分の画像サイズや解像度は中間部分に比べて有利となるので、異常の検出精度を高めることができ、その結果、電車線金具の異常検出の精度を向上させることができる。 According to the third invention, the first and second engagement part ranges of the electric train wire fittings, which include the engagement parts with a high probability of abnormality, are not enlarged or reduced, and only the intermediate range, which includes the intermediate parts with a low probability of abnormality, is enlarged or reduced to generate a preparatory image for judgment of a predetermined size. This makes the image size and resolution of the first and second engagement parts, which have a high probability of abnormality, more advantageous than the intermediate parts, thereby improving the accuracy of abnormality detection, and as a result, improving the accuracy of abnormality detection in electric train wire fittings.

第4の発明は、第2又は第3の発明において、
前記架空電車線を撮影したオリジナル撮影画像のスケーリング処理及び切り出し処理を行って前記オリジナル撮影画像から前記変換前画像を抽出する変換前画像抽出手段であって、前記第1の係合部分範囲及び前記第2の係合部分範囲が所定のサイズ条件を満たすように前記スケーリング処理及び前記切り出し処理を行う変換前画像抽出手段(例えば、図7の変換前画像抽出部204)、
を更に備える異常検出装置である。
A fourth aspect of the present invention is the second or third aspect of the present invention,
a pre-conversion image extraction means (e.g., the pre-conversion image extraction unit 204 in FIG. 7 ) that performs scaling and cropping of an original photographed image of the overhead train line to extract the pre-conversion image from the original photographed image, the pre-conversion image extraction means performing the scaling and cropping so that the first engagement partial range and the second engagement partial range satisfy a predetermined size condition;
The abnormality detection device further comprises:

第4の発明によれば、架空電車線を撮影したオリジナル撮影画像のスケーリング処理及び切り出し処理を行うことで、オリジナル撮影画像から、第1の係合部分及び第2の係合部分が所定のサイズ条件を満たす変換前画像が抽出される。つまり、架空電車線は軌道中心に対して左右にジグザグに張られていることから、列車位置に応じて、架空電車線を撮影したオリジナル撮影画像における架空電車線の位置や大きさが異なる。これに対して、オリジナル撮影画像における電車線金具の係合部分の位置や大きさが同じとなるようにオリジナル撮影画像を拡縮するスケーリング処理と、変換前画像の切り出し処理とを行うことで、第1の係合部分及び第2の係合部分の大きさが同じといった所定のサイズ条件を満たす変換前画像を抽出することができる。 According to the fourth invention, by performing scaling and cropping of an original photographed image of an overhead train line, a pre-conversion image in which the first and second engagement parts satisfy a predetermined size condition is extracted from the original photographed image. In other words, since the overhead train line is stretched in a zigzag pattern to the left and right of the center of the track, the position and size of the overhead train line in the original photographed image of the overhead train line differs depending on the train position. In response to this, by performing a scaling process that enlarges or reduces the original photographed image so that the positions and sizes of the engagement parts of the overhead train line fittings in the original photographed image are the same, and cropping of the pre-conversion image, a pre-conversion image that satisfies a predetermined size condition, such as the first and second engagement parts being the same size, can be extracted.

第5の発明は、第4の発明において、
前記変換前画像抽出手段は、前記第1の線条及び前記第2の線条が前記変換前画像中の所定位置に写っているように、前記切り出し処理を行う、
異常検出装置である。
A fifth aspect of the present invention relates to the fourth aspect of the present invention,
the pre-conversion image extraction means performs the extraction process so that the first line and the second line are captured at predetermined positions in the pre-conversion image.
It is an anomaly detection device.

第5の発明によれば、第1の線条及び第2の線条が変換前画像中の所定位置に写っているように、切り出し処理が行われる。これにより、線条との係合部分が所定位置に写っている変換前画像を抽出することができる。 According to the fifth aspect of the invention, the cutting process is performed so that the first and second lines are captured at predetermined positions in the pre-conversion image. This makes it possible to extract the pre-conversion image in which the engagement portion with the lines is captured at the predetermined position.

第6の発明は、第4又は第5の発明において、
前記オリジナル撮影画像には、撮影した撮影装置と前記架空電車線との相対位置関係を示すデータが対応づけられており、
前記変換前画像抽出手段は、前記相対位置関係を示すデータを用いて、前記スケーリング処理及び前記切り出し処理を行う、
異常検出装置である。
A sixth aspect of the present invention is the fourth or fifth aspect of the present invention,
The original photographed image is associated with data indicating a relative positional relationship between the photographing device that photographed the image and the overhead train line,
the pre-conversion image extraction means performs the scaling process and the cut-out process using the data indicating the relative positional relationship.
It is an anomaly detection device.

第6の発明によれば、架空電車線は軌道中心に対して左右ジグザグに張られているので、列車位置に応じてオリジナル撮影画像中の電車線金具の位置や大きさが異なるが、撮影装置と架空電車線との相対位置関係を示すデータを用いることで、オリジナル撮影画像中の電車線金具の位置や大きさを判断することができる。これにより、スケーリング処理におけるオリジナル撮影画像の拡縮の程度の決定や、第1の線条及び第2の線条が変換前画像中の所定位置となるような切り出し処理を行うことができる。 According to the sixth invention, since the overhead train wires are stretched in a zigzag pattern to the left and right of the center of the track, the position and size of the overhead train wire fittings in the original photographed image differs depending on the train position. However, by using data indicating the relative positional relationship between the photographing device and the overhead train wires, the position and size of the overhead train wire fittings in the original photographed image can be determined. This makes it possible to determine the degree of enlargement or reduction of the original photographed image in the scaling process, and to perform a cutout process so that the first and second wires are located at predetermined positions in the pre-conversion image.

第7の発明は、第2~第6の何れかの発明において、
前記判定用準備画像のサイズを変換することで前記画像認識処理用の正規化画像を生成する正規化画像生成手段(例えば、図7の正規化画像生成部210)、
を更に備える異常検出装置である。
A seventh aspect of the present invention is the method according to any one of the second to sixth aspects of the present invention,
A normalized image generating means (e.g., the normalized image generating unit 210 in FIG. 7 ) that generates a normalized image for the image recognition processing by converting the size of the determination preparation image;
The abnormality detection device further comprises:

第7の発明によれば、判定用準備画像のサイズを変換することで、画像認識処理用の正規化画像を生成することができる。 According to the seventh invention, a normalized image for image recognition processing can be generated by converting the size of the preparation image for judgment.

第8の発明は、第2~第6の何れかの発明において、
前記判定用準備画像のうち、前記第1の係合部分範囲に係る画像と、前記中間範囲に係る画像と、前記第2の係合部分範囲に係る画像とを、それぞれシングルチャンネル画像としたマルチチャンネル画像を生成することで、前記画像認識処理用の正規化画像を生成する正規化画像生成手段、
を更に備える異常検出装置である。
An eighth aspect of the present invention is the method according to any one of the second to sixth aspects of the present invention,
a normalized image generating means for generating a multi-channel image by converting the image relating to the first engagement portion range, the image relating to the intermediate range, and the image relating to the second engagement portion range, among the determination preparation images, into single-channel images, thereby generating a normalized image for the image recognition processing;
The abnormality detection device further comprises:

第8の発明によれば、判定用準備画像のうち、第1の係合部分範囲に係る画像と、中間範囲に係る画像と、第2の係合部分範囲に係る画像とを、それぞれシングルチャンネル画像としたマルチチャンネル画像を、画像認識処理用の正規化画像として生成することができる。この場合、判定用準備画像のサイズを変換する必要が無いので、画像を縮小する際に生じる画像情報の減損を抑制することが可能となる。マルチチャンネル画像としては、例えば、3つの各範囲に係る画像それぞれをRGB(赤・緑・青)のシングルチャンネル画像としたカラー画像とすることができる。 According to the eighth invention, among the preparatory images for judgment, the image relating to the first engagement portion range, the image relating to the intermediate range, and the image relating to the second engagement portion range can each be made into a single channel image to generate a multi-channel image as a normalized image for image recognition processing. In this case, since there is no need to convert the size of the preparatory images for judgment, it is possible to suppress the loss of image information that occurs when the image is reduced. As the multi-channel image, for example, a color image in which each of the images relating to the three ranges is made into a single channel image of RGB (red, green, blue).

オリジナル撮影画像の撮影方法の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for capturing an original captured image. 異常検出処理のフローチャート。13 is a flowchart of an abnormality detection process. オリジナル撮影画像に対するスケーリング処理の説明図。5A and 5B are explanatory diagrams of a scaling process for an original photographed image. 仰角θの求め方の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of how to calculate the elevation angle θ. 変換前画像の切り出し処理の説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram of a process for cutting out a pre-conversion image. 判定用準備画像及び正規化画像の生成の説明図。6A and 6B are explanatory diagrams for generating a preliminary image for judgment and a normalized image. 異常検出装置の機能構成図。FIG. 2 is a functional configuration diagram of the abnormality detection device. 本実施形態を適用した正規化画像の一例。13 is an example of a normalized image to which the present embodiment is applied. 比較例画像の一例。An example of a comparative example image. 実験結果の一例。An example of experimental results.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態の一例について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。 Below, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiment described below, and the forms to which the present invention can be applied are not limited to the following embodiment. In addition, in the description of the drawings, the same elements are given the same reference numerals.

[概要]
本実施形態は、電車線金具が設けられた架空電車線を撮影したオリジナル撮影画像を用いた画像認識処理によって電車線金具の異常を検出するものである。
[overview]
In this embodiment, an abnormality in the overhead contact wire fittings is detected by image recognition processing using an original photographed image of an overhead contact wire on which the overhead contact wire fittings are installed.

本実施形態において、電車線金具とは、第1の線条に係合する第1の係合部分と、第2の線条に係合する第2の係合部分と、第1の係合部分及び第2の係合部分間を結ぶ中間部分とを有するものとする。本実施形態の電車線金具とは、例えば、ちょう架線や補助ちょう架線からトロリ線を吊るすハンガー、補助ちょう架線をちょう架線に吊るすドロッパ、ちょう架線とトロリ線とを電気的に接続するコネクタ等であるが、これ以外を含むとしてもよいのは勿論である。係合部分及び中間部分の該当部位を説明すると、ハンガーについては、ハンガーのうちのちょう架線に接触している屈曲部分及びイヤーが線条との係合部分であり、ハンガーのうちの直線部分(バー)が係合部間を繋ぐ中間部分である。ドロッパについては、クリップが線条との係合部分であり、ワイヤが中間部分である。コネクタについては、クランプ及びイヤーが線条との係合部分であり、リード線が中間部分である。 In this embodiment, the electric wire fitting has a first engagement part that engages with the first wire, a second engagement part that engages with the second wire, and an intermediate part that connects the first engagement part and the second engagement part. The electric wire fitting in this embodiment is, for example, a hanger that suspends a contact wire from a catenary or an auxiliary catenary, a dropper that suspends an auxiliary catenary from a catenary, a connector that electrically connects a catenary and a contact wire, and of course, may include other parts. The relevant parts of the engagement part and intermediate part are as follows: for the hanger, the bent part of the hanger that contacts the catenary and the ear are the engagement parts with the wire, and the straight part (bar) of the hanger is the intermediate part that connects the engagement parts. For the dropper, the clip is the engagement part with the wire, and the wire is the intermediate part. For the connector, the clamp and the ear are the engagement parts with the wire, and the lead wire is the intermediate part.

先ず、オリジナル撮影画像について説明する。本実施形態のオリジナル撮影画像は、鉄道車両の屋根上に設置した撮影装置を用いて架空電車線を撮影した画像である。 First, we will explain the original captured image. In this embodiment, the original captured image is an image of an overhead train line captured using a camera installed on the roof of a railway vehicle.

図1は、オリジナル撮影画像の撮影方法の一例を説明する図である。図1に示すように、架空電車線20を撮影するためのシステムとして、鉄道車両5の屋根上に、2つの撮影装置であるラインセンサカメラ10(10a,10b)と、2つのレーザー測域センサ12(12a,12b)と、複数のLED照明14(14a,14b)とが配置されている。 Figure 1 is a diagram explaining an example of a method for capturing an original image. As shown in Figure 1, as a system for capturing images of an overhead train line 20, two image capturing devices, a line sensor camera 10 (10a, 10b), two laser range sensors 12 (12a, 12b), and multiple LED lights 14 (14a, 14b), are arranged on the roof of a railway vehicle 5.

ラインセンサカメラ10a,10bは、鉄道車両5の進行方向(車両前後方向)と略直交して水平方向(車両幅方向であり、まくらぎ方向である)に延びる直線上に所定距離をおいて配置されている。ラインセンサカメラ10a,10bは、それぞれ、架空電車線20を含む空間を撮像して、一次元のラインセンサ画像を表す第1の画像データ及び第2の画像データを生成する。ラインセンサカメラ10a,10bは、それぞれ、鉄道車両5の進行方向と略直交して水平方向に延びる直線に沿って配置された複数の画素を有するラインセンサと、ラインセンサの前面に取り付けられて周囲の空間からの光をラインセンサの複数の画素に集光するレンズとを含んでいる。このレンズは、鉄道車両5の進行方向と略直交する平面内における撮像角度を、ラインセンサにおける画素の位置に1:1に対応させることができる。従って、ラインセンサにおける画素の位置から、ラインセンサカメラ10a,10bからみた架空電車線20の撮像角度を求めることが可能となる。 The line sensor cameras 10a and 10b are arranged at a predetermined distance on a straight line extending horizontally (in the vehicle width direction and sleeper direction) approximately perpendicular to the traveling direction (vehicle front-rear direction) of the railway vehicle 5. The line sensor cameras 10a and 10b each capture an image of a space including the overhead train line 20 to generate first image data and second image data representing a one-dimensional line sensor image. The line sensor cameras 10a and 10b each include a line sensor having a plurality of pixels arranged along a straight line extending horizontally approximately perpendicular to the traveling direction of the railway vehicle 5, and a lens attached to the front of the line sensor to focus light from the surrounding space onto the plurality of pixels of the line sensor. This lens can make the imaging angle in a plane approximately perpendicular to the traveling direction of the railway vehicle 5 correspond 1:1 to the position of the pixel on the line sensor. Therefore, it is possible to obtain the imaging angle of the overhead train line 20 as seen from the line sensor cameras 10a and 10b from the position of the pixel on the line sensor.

レーザー測域センサ12a,12bは、鉄道車両5の進行方向と略直交して水平方向に延びる直線上に所定距離をおいて配置されている。レーザー測域センサ12a,12bは、鉄道車両5の進行方向と略直交する平面における所定範囲内の投射角度にレーザー光線を投射して、架空電車線20を含む空間を走査する。レーザー測域センサ12a,12bは、架空電車線20の位置を測定して、架空電車線20が存在する方向を表す角度データ、及び、架空電車線20までの距離を表す距離データを生成する。2つのレーザー測域センサ12a,12bを用いることにより、複数の架空電車線20が一方のレーザー測域センサ12からみて重なって配設されている場合においても、それらの架空電車線を分離して測定することができる。 The laser range sensors 12a and 12b are arranged at a predetermined distance on a straight line extending horizontally and approximately perpendicular to the traveling direction of the railcar 5. The laser range sensors 12a and 12b project laser beams at a projection angle within a predetermined range on a plane approximately perpendicular to the traveling direction of the railcar 5 to scan a space including the overhead train line 20. The laser range sensors 12a and 12b measure the position of the overhead train line 20 and generate angle data indicating the direction in which the overhead train line 20 exists and distance data indicating the distance to the overhead train line 20. By using the two laser range sensors 12a and 12b, even if multiple overhead train lines 20 are arranged overlapping each other as viewed from one of the laser range sensors 12, the overhead train lines can be measured separately.

LED照明14a,14bは、夜間等において、ラインセンサカメラ10a,10bが撮像する空間を照明する。 The LED lights 14a and 14b illuminate the space captured by the line sensor cameras 10a and 10b, for example at night.

鉄道車両5の走行中、ラインセンサカメラ10a,10bが、それぞれ、架空電車線20を含む空間を撮像して第1の画像データ及び第2の画像データを順次生成する。生成された第1の画像データ及び第2の画像データは、撮影画像生成装置3に入力される。撮影画像生成装置3は、入力された第1の画像データを所定のライン数分(例えば、1000ライン分)結合することによって、ラインセンサカメラ10aが撮影した1枚の二次元画像であるオリジナル撮影画像を生成する。同様に、入力された第2の画像データを所定のライン数分(例えば、1000ライン分)結合することによって、ラインセンサカメラ10bが撮影した1枚の二次元画像であるオリジナル撮影画像を生成する。 While the railway vehicle 5 is traveling, the line sensor cameras 10a and 10b each capture an image of the space including the overhead train line 20 to sequentially generate first image data and second image data. The generated first image data and second image data are input to the captured image generating device 3. The captured image generating device 3 generates an original captured image, which is a single two-dimensional image captured by the line sensor camera 10a, by combining a predetermined number of lines (e.g., 1000 lines) of the inputted first image data. Similarly, the captured image generating device 3 generates an original captured image, which is a single two-dimensional image captured by the line sensor camera 10b, by combining a predetermined number of lines (e.g., 1000 lines) of the inputted second image data.

また、鉄道車両5の走行中、レーザー測域センサ12a,12bが、架空電車線20の概略位置を表す角度データ及び距離データを順次生成する。生成された角度データ及び距離データは、撮影画像生成装置3に入力される。撮影画像生成装置3は、入力された角度データ及び距離データにより、架空電車線20の三次元位置を求める。この三次元位置は、レーザー測域センサ12a,12bの位置を基準とした相対的な三次元位置である。レーザー測域センサ12a,12bとラインセンサカメラ10a,10bとの設置間隔が既知であることから、ラインセンサカメラ10a,10bを基準とした相対的な架空電車線20の三次元位置を求めることができる。従って、レーザー測域センサ12a,12bが順次生成した角度データ及び距離データは、ラインセンサカメラ10a,10bと架空電車線20との相対位置関係を示すデータともいえる。なお、この三次元位置は、ラインセンサカメラ10a,10bが撮像した画像データを用いて、より正確な値に補正することが可能である。 Also, while the railway vehicle 5 is traveling, the laser range sensors 12a and 12b sequentially generate angle data and distance data representing the approximate position of the overhead contact line 20. The generated angle data and distance data are input to the image capture device 3. The image capture device 3 determines the three-dimensional position of the overhead contact line 20 based on the input angle data and distance data. This three-dimensional position is a relative three-dimensional position based on the positions of the laser range sensors 12a and 12b. Since the installation interval between the laser range sensors 12a and 12b and the line sensor cameras 10a and 10b is known, the relative three-dimensional position of the overhead contact line 20 based on the line sensor cameras 10a and 10b can be determined. Therefore, the angle data and distance data sequentially generated by the laser range sensors 12a and 12b can also be said to be data indicating the relative positional relationship between the line sensor cameras 10a and 10b and the overhead contact line 20. Furthermore, this three-dimensional position can be corrected to a more accurate value using image data captured by line sensor cameras 10a and 10b.

そして、ラインセンサカメラ10a,10bによる撮像時刻と、レーザー測域センサ12a,12bによる走査時刻とを照合することで、オリジナル撮影画像に、当該画像が撮影されたときの当該画像を撮影したラインセンサカメラ10a,10bと架空電車線20との相対位置関係を示すデータを対応付けることができる。 Then, by comparing the image capture time by the line sensor cameras 10a and 10b with the scanning time by the laser range sensors 12a and 12b, the original captured image can be associated with data indicating the relative positional relationship between the line sensor cameras 10a and 10b that captured the image and the overhead train line 20 at the time the image was captured.

撮影画像生成装置3が生成したオリジナル撮影画像は、当該画像に対応付けられた撮影装置であるラインセンサカメラ10a,10bと架空電車線20との相対位置関係を示すデータとともに、オリジナル撮影画像を用いた画像認識処理によって電車線金具の異常を検出する異常検出装置1へ入力される。 The original photographed image generated by the photographed image generating device 3 is input to the abnormality detection device 1, which detects abnormalities in the overhead train line fittings by image recognition processing using the original photographed image, together with data indicating the relative positional relationship between the overhead train line 20 and the line sensor cameras 10a and 10b, which are the photographing devices associated with the image.

なお、1)撮影画像生成装置3及び異常検出装置1の両装置は鉄道車両5に搭載されていることとしてもよいし、2)撮影画像生成装置3を鉄道車両5に搭載し、異常検出装置1を指令所等の地上に設置して、撮影画像生成装置3が生成したオリジナル撮影画像のデータを鉄道車両5内の記憶装置又は通信接続された鉄道車両5外の記憶装置に記憶しておき、運行終了後等の任意のタイミングで、その記憶装置に記憶されたデータを異常検出装置1に入力することとしてもよいし、3)撮影画像生成装置3及び異常検出装置1の両装置を指令所等の地上に設置し、ラインセンサカメラ10a,10b及びレーザー測域センサ12a,12bのそれぞれが生成したデータ(第1の画像データ、第2の画像データ、角度データ、距離データ)を鉄道車両5内の記憶装置又は通信接続された鉄道車両5外の記憶装置に記憶しておき、運行終了後等の任意のタイミングで、その記憶装置に記憶されたデータを撮影画像生成装置3に入力することとしてもよい。 1) Both the photographic image generating device 3 and the abnormality detection device 1 may be mounted on the railway vehicle 5, 2) the photographic image generating device 3 may be mounted on the railway vehicle 5, and the abnormality detection device 1 may be installed on the ground, such as at a command center, and the data of the original photographic image generated by the photographic image generating device 3 may be stored in a storage device inside the railway vehicle 5 or in a storage device connected to the railway vehicle 5 via communication, and the data stored in the storage device may be input to the abnormality detection device 1 at any time, such as after the operation ends, or 3) both the photographic image generating device 3 and the abnormality detection device 1 may be installed on the ground, such as at a command center, and the data generated by each of the line sensor cameras 10a, 10b and the laser range sensors 12a, 12b (first image data, second image data, angle data, distance data) may be stored in a storage device inside the railway vehicle 5 or in a storage device connected to the railway vehicle 5 via communication, and the data stored in the storage device may be input to the photographic image generating device 3 at any time, such as after the operation ends.

図2は、異常検出装置1が行う電車線金具の異常検出処理の流れを説明するフローチャートである。図2には、異常検出処理の途中で得られる画像の例を併せて示している。また、各ステップの詳細については後述する。 Figure 2 is a flowchart explaining the flow of the train line metal fitting abnormality detection process performed by the abnormality detection device 1. Figure 2 also shows examples of images obtained during the abnormality detection process. Details of each step will be described later.

図2に示すように、異常検出装置1は、先ず、撮影画像生成装置3から、電車線金具が設けられた架空電車線を撮影したオリジナル撮影画像を取得する(ステップS1)。次いで、取得したオリジナル撮影画像に対するスケーリング処理を行う(ステップS3)。このスケーリング処理については詳細を後述する。続いて、スケーリング後のオリジナル撮影画像に対する切り出し処理を行って、オリジナル撮影画像から、電車線金具が写っている変換前画像を抽出する(ステップS5)。この変換前画像の抽出については詳細を後述する。そして、抽出した変換前画像を拡縮することで、所定サイズの判定用準備画像を生成する(ステップS7)。この判定用準備画像の生成については詳細を後述する。更に、判定用準備画像のサイズを変換して、画像処理用の正規化画像を生成する(ステップS9)。正規化画像は、一辺の長さ(ピクセル数)Nが、N=2(nは自然数)、の正方形状の画像とする。この正規化画像の生成については詳細を後述する。 As shown in FIG. 2, the abnormality detection device 1 first acquires an original photographed image of an overhead electric train line on which electric train line fittings are installed from the photographed image generating device 3 (step S1). Next, a scaling process is performed on the acquired original photographed image (step S3). Details of this scaling process will be described later. Next, a cutout process is performed on the original photographed image after scaling, and a pre-conversion image showing the electric train line fittings is extracted from the original photographed image (step S5). Details of the extraction of this pre-conversion image will be described later. Then, a preparatory image for judgment of a predetermined size is generated by enlarging or reducing the extracted pre-conversion image (step S7). Details of the generation of this preparatory image for judgment will be described later. Furthermore, the size of the preparatory image for judgment is converted to generate a normalized image for image processing (step S9). The normalized image is a square image with the length of one side (number of pixels) N being N=2 n (n is a natural number). Details of the generation of this normalized image will be described later.

その後、正規化画像を用いた画像認識処理による電車線金具の異常検出を行う(ステップS11)。画像認識処理として、例えば、機械学習を用いることができる。機械学習のアルゴリズムとしては、例えば、異常検出の対象である電車線金具についての異常データを多数収集することが困難であることから、正常データのみで学習するアルゴリズムを用いることができる。汎用の機械学習アルゴリズムでは、入力画像を正方形に変換して畳み込み演算を行うことから、正規化画像を、一辺の長さ(ピクセル数)N(=2(nは自然数))の正方形画像としている。 Thereafter, abnormality detection of the electric train line fittings is performed by image recognition processing using the normalized image (step S11). For example, machine learning can be used as the image recognition processing. For example, an algorithm for machine learning can be used that learns only from normal data, since it is difficult to collect a large amount of abnormal data on the electric train line fittings that are the target of abnormality detection. In a general-purpose machine learning algorithm, an input image is converted into a square and a convolution operation is performed, so the normalized image is a square image with the length of one side (number of pixels) N (= 2n (n is a natural number)).

図3は、オリジナル撮影画像に対するスケーリング処理(図2のステップS3)を説明する図である。図3では、架空電車線20と、鉄道車両5の屋根上に設置される撮影装置10(ラインセンサカメラ)との相対位置関係の一例を示している。分かり易くするために架空電車線20の張設方向を極端なジグザグとして示している。図3の上側は、横方向を列車の進行方向とした上面図を示し、下側は、列車の進行方向に対する正面図を示すとともに、撮影装置10からの架空電車線20の仰角θを示している。上面図に示した撮影装置10と架空電車線20との位置関係を、正面図で示している。 Figure 3 is a diagram explaining the scaling process (step S3 in Figure 2) for the original photographed image. Figure 3 shows an example of the relative positional relationship between the overhead train line 20 and the imaging device 10 (line sensor camera) installed on the roof of the railway vehicle 5. For ease of understanding, the overhead train line 20 is shown stretched in an extremely zigzag manner. The upper side of Figure 3 shows a top view with the horizontal direction being the direction of train travel, and the lower side shows a front view with respect to the direction of train travel, and also shows the elevation angle θ of the overhead train line 20 from the imaging device 10. The positional relationship between the imaging device 10 and the overhead train line 20 shown in the top view is shown in the front view.

図3に示すように、架空電車線20は、軌道中心に対して左右方向にジグザグに張られている。これは、パンタグラフの摺り板が局所的に摩耗してしまうのを避けるためである。このため、列車位置によって、撮影装置10と架空電車線20との相対位置が変化する。つまり、図3の左側に示すように、架空電車線20の位置が軌道中心に一致(偏位中央)しているときの仰角θを基準仰角θとする。すると、図3の中央に示すように、架空電車線20の位置が撮影装置10に近いほうに偏位(偏位+)しているときの仰角θは、基準仰角θより大きくなる。また、図3の右側に示すように、架空電車線20の位置が撮影装置10から遠いほうに偏位(偏位-)しているときの仰角θは、基準仰角θより小さくなる。 As shown in Fig. 3, the overhead contact wire 20 is stretched in a zigzag pattern in the left-right direction with respect to the center of the track. This is to prevent the pantograph contact strip from being locally worn. For this reason, the relative position between the camera 10 and the overhead contact wire 20 changes depending on the train position. That is, as shown in the left side of Fig. 3, the elevation angle θ when the position of the overhead contact wire 20 coincides with the center of the track (deviation center) is set as the reference elevation angle θ0 . Then, as shown in the center of Fig. 3, the elevation angle θ1 when the position of the overhead contact wire 20 is deviated toward the camera 10 (deviation +) is larger than the reference elevation angle θ0 . Also, as shown in the right side of Fig. 3, the elevation angle θ2 when the position of the overhead contact wire 20 is deviated away from the camera 10 (deviation -) is smaller than the reference elevation angle θ0 .

このように、列車位置に応じて撮影装置10と架空電車線20との相対位置関係が異なる。つまり、撮影装置10から架空電車線20までの距離や仰角θが異なることから、撮影装置10が撮影したオリジナル撮影画像における架空電車線20や電車線金具の位置や大きさが異なる。スケーリング処理では、列車位置に関わらずオリジナル撮影画像における電車線金具の大きさが同じ或いは略同じとなるように、オリジナル撮影画像を拡縮(拡大及び縮小)する。その際の拡縮率であるスケーリング係数は、次式(1)で与えられる。
スケーリング係数=sinθ/sinθ ・・(1)
In this way, the relative positional relationship between the camera 10 and the overhead train line 20 varies depending on the train position. In other words, because the distance from the camera 10 to the overhead train line 20 and the elevation angle θ vary, the positions and sizes of the overhead train line 20 and the overhead train line metal fittings vary in the original photographed image captured by the camera 10. In the scaling process, the original photographed image is enlarged or reduced (enlarged and reduced) so that the size of the overhead train line metal fittings in the original photographed image is the same or approximately the same regardless of the train position. The scaling coefficient, which is the enlargement/reduction rate at this time, is given by the following equation (1).
Scaling coefficient=sinθ/sinθ 0 (1)

つまり、仰角θが基準仰角θのとき(図3の左側に示すような架空電車線20の位置が軌道中心に一致(偏位中央)しているとき)の撮影画像における電車線金具の大きさに合わせるように、オリジナル撮影画像を拡縮する。仰角θは、オリジナル撮影画像が撮影されたときの、撮影装置10と架空電車線20との相対位置関係から求めることができる。 In other words, the original photographed image is enlarged or reduced so as to match the size of the overhead contact line metal fittings in the photographed image when the elevation angle θ is the reference elevation angle θ0 (when the position of the overhead contact line 20 coincides with the center of the track (center of deviation) as shown on the left side of Fig. 3). The elevation angle θ can be found from the relative positional relationship between the imaging device 10 and the overhead contact line 20 when the original photographed image was taken.

図4は、仰角θの求め方の一例を説明する図である。図4では、列車の進行方向に対する正面図において、撮影装置10と架空電車線20との相対的な位置関係の一例を示している。撮影装置10から架空電車線20の仰角θは、レールレベルからの電車線高さ(トロリ線の高さ)L1と、レールレベルからのカメラ高さ(撮影装置10の高さ)L2と、軌道中心からまくらぎ方向(水平方向)への撮影装置10の位置hとを用いて、次式(2)で求められる。
θ=tan-1{(L1-L2)/h} ・・(2)
Fig. 4 is a diagram for explaining an example of how to determine the elevation angle θ. Fig. 4 shows an example of the relative positional relationship between the camera 10 and the overhead contact wire 20 in a front view in the direction of train travel. The elevation angle θ of the overhead contact wire 20 from the camera 10 is determined by the following formula (2) using the contact wire height (trolley wire height) L1 from the rail level, the camera height (camera height) L2 from the rail level, and the position h of the camera 10 from the track center toward the sleepers (horizontal direction).
θ=tan −1 {(L1−L2)/h} (2)

図5は、オリジナル撮影画像から変換前画像を抽出する切り出し処理(図2のステップS5)を説明する図である。図5では、オリジナル撮影画像と、抽出された変換前画像との一例を示している。オリジナル撮影画像は、架空電車線20を斜め下方から見上げた画像となる。図5では、オリジナル撮影画像の上下方向(縦方向)が列車の進行方向に沿った方向であり、左右方向(横方向)が列車の幅方向に沿った方向である。 Figure 5 is a diagram illustrating the cropping process (step S5 in Figure 2) for extracting a pre-conversion image from an original photographed image. Figure 5 shows an example of an original photographed image and an extracted pre-conversion image. The original photographed image is an image of the overhead train line 20 viewed from diagonally below. In Figure 5, the up-down direction (vertical direction) of the original photographed image is the direction along the train's travel direction, and the left-right direction (horizontal direction) is the direction along the width of the train.

オリジナル撮影画像には、架空電車線20を構成する2本の線条である第1の線条21及び第2の線条22が写っている。2本の線条21,22間に設けられた電車線金具30は、第1の線条21に係合する第1の係合部分31と、第2の線条22に係合する第2の係合部分32と、係合部分間を結ぶ中間部分33とからなる。 The original photographed image shows the first wire 21 and the second wire 22, which are the two wires that make up the overhead train line 20. The train line fitting 30, which is provided between the two wires 21 and 22, consists of a first engaging portion 31 that engages with the first wire 21, a second engaging portion 32 that engages with the second wire 22, and an intermediate portion 33 that connects the engaging portions.

切り出し処理では、オリジナル撮影画像から、電車線金具30が写っており、且つ、第1の線条21及び第2の線条22が画像中の所定位置に写っているように、矩形状の変換前画像を抽出する。電車線金具30は細長い形状であるから、変換前画像も細長い矩形状(図5では、横長の矩形状)の画像となる。 In the cutout process, a rectangular pre-conversion image is extracted from the original captured image so that the electric train line fitting 30 is captured and the first wire 21 and the second wire 22 are captured at predetermined positions in the image. Because the electric train line fitting 30 has an elongated shape, the pre-conversion image is also an elongated rectangular image (in FIG. 5, it is a horizontally long rectangular image).

具体的には、変換前画像の長辺(電車線金具30の長手方向。図5では横方向)は、略直線状に写っている2本の線条21,22それぞれの外方であって当該線条21,22から所定長さ(ピクセル数でN/2)までの範囲とする。また、変換前画像の短辺(電車線金具30の長手方向に直交する方向。図5では縦方向)は、長さ(ピクセル数)が正規化画像の一辺の長さ(ピクセル数でN(=2))に等しく、電車線金具30の中間部分33の位置が中央位置となるような範囲とする。なお、列車位置に応じて撮影装置10と架空電車線20との相対位置関係が異なることから、変換前画像における線条21,22間の長さが異なるため、変換前画像の長辺の長さは一定ではない。 Specifically, the long side of the pre-conversion image (the longitudinal direction of the electric train line fitting 30; the horizontal direction in FIG. 5) is set to a range outside each of the two wires 21, 22, which are captured as substantially straight lines, and extending a predetermined length (N/2 in terms of the number of pixels) from the wires 21, 22. The short side of the pre-conversion image (the direction perpendicular to the longitudinal direction of the electric train line fitting 30; the vertical direction in FIG. 5) is set to a range whose length (number of pixels) is equal to the length of one side of the normalized image (N (= 2n ) in terms of the number of pixels) and whose central position is the position of the middle part 33 of the electric train line fitting 30. Note that the relative positional relationship between the imaging device 10 and the overhead electric train line 20 differs depending on the train position, and therefore the length between the wires 21, 22 in the pre-conversion image differs, and therefore the length of the long side of the pre-conversion image is not constant.

図6は、変換前画像からの判定用準備画像及び正規化画像の生成(図2のステップS7~S9)を説明する図である。先ず、変換前画像を、電車線金具30の第1の係合部分31が写っている第1の係合部分範囲と、第2の係合部分32が写っている第2の係合部分範囲と、中間部分33が写っている中間範囲との3つの範囲に分割する。具体的には、細長い矩形状の変換前画像の一方の端部であって第1の線条21を含む正方形状の範囲を第1の係合部分範囲とし、他方の端部であって第2の線条22を含む正方形状の範囲を第2の係合部分範囲とする。そして、変換前画像のうち、第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲以外の範囲を、中間範囲とする。変換前画像において第1の線条21及び第2の線条22は端部からN/2ピクセルの位置に写っているから、第1の係合部分範囲の略中央に第1の線条21が位置し、第2の係合部分範囲の略中央に第2の線条22が位置することになる。 Figure 6 is a diagram explaining the generation of a preparatory image for judgment and a normalized image from a pre-conversion image (steps S7 to S9 in Figure 2). First, the pre-conversion image is divided into three ranges: a first engagement portion range in which the first engagement portion 31 of the electric train line fitting 30 is captured, a second engagement portion range in which the second engagement portion 32 is captured, and an intermediate range in which the intermediate portion 33 is captured. Specifically, a square-shaped range at one end of the elongated rectangular pre-conversion image and including the first line 21 is defined as the first engagement portion range, and a square-shaped range at the other end and including the second line 22 is defined as the second engagement portion range. Then, the range of the pre-conversion image other than the first engagement portion range and the second engagement portion range is defined as the intermediate range. In the pre-transformation image, the first line 21 and the second line 22 are located N/2 pixels from the ends, so the first line 21 is located approximately in the center of the first engagement portion range, and the second line 22 is located approximately in the center of the second engagement portion range.

次いで、中間範囲を、電車線金具30の長手方向に拡大又は縮小(拡縮)して正方形画像に変換することで、判定用準備画像を生成する。つまり、中間範囲の長手方向の長さ(ピクセル数)が短手方向の長さ(ピクセル数N)と同じとなるように拡縮する。図6の例では、中間範囲の長手方向に沿った長さ「244pix」が「128pix」となるように、「52.5%」の圧縮率で長手方向に圧縮して正方形画像に変換している。上述のように、変換前画像の長辺の長さ(ピクセル数)が一定ではないことから、中間範囲の長手方向の長さ(ピクセル数)も一定ではなく、その圧縮率も一定ではない。 Then, the intermediate range is enlarged or reduced (scaled) in the longitudinal direction of the electric train line metal fittings 30 and converted into a square image to generate a preliminary image for determination. In other words, the intermediate range is scaled so that its longitudinal length (number of pixels) is the same as its lateral length (number of pixels N). In the example of FIG. 6, the intermediate range is compressed in the longitudinal direction at a compression rate of 52.5% so that its longitudinal length of 244 pixels becomes 128 pixels, and converted into a square image. As described above, because the length (number of pixels) of the long side of the image before conversion is not constant, the longitudinal length (number of pixels) of the intermediate range is not constant either, and the compression rate is not constant either.

このように、判定用準備画像は、第1の係合部分範囲、第2の係合部分範囲、及び、中間範囲の3つの範囲を同じサイズとした画像である。つまり、変換前画像に対する拡縮の許容変化率を、中間範囲以外の範囲である第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲よりも中間範囲のほうを大きくして拡縮することで、所定サイズの判定用準備画像を生成する。ここでは、第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲を拡縮せず、中間範囲のみを拡縮することで所定サイズの判定用準備画像を生成することとしたが、第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲を拡縮することとしてもよい。画像を拡縮することは、元の画像の情報を減損させることになるため、できるだけ元の画像のまま、すなわちサイズ(ピクセル数)をそのままとするほうが、後の画像処理の精度を高くすることができる。図6の例で述べると、第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲の画像の情報は、判定用準備画像においても減損されずに保存されているが、中間範囲の画像の情報は、判定用準備画像において減損されていることとなる。 In this way, the preparatory image for judgment is an image in which the three ranges, the first engagement partial range, the second engagement partial range, and the intermediate range, are the same size. In other words, the preparatory image for judgment of a predetermined size is generated by making the allowable change rate of the enlargement/reduction for the pre-conversion image larger for the intermediate range than for the first engagement partial range and the second engagement partial range, which are ranges other than the intermediate range. Here, the preparatory image for judgment of a predetermined size is generated by enlarging/reducing only the intermediate range without enlarging/reducing the first engagement partial range and the second engagement partial range, but it may be enlarged/reduced for the first engagement partial range and the second engagement partial range. Since enlarging/reducing an image impairs the information of the original image, it is better to keep the original image as it is, that is, the size (number of pixels) as it is, in order to increase the accuracy of subsequent image processing. In the example of FIG. 6, the image information of the first engagement partial range and the second engagement partial range is stored without impairing in the preparatory image for judgment, but the image information of the intermediate range is impairing in the preparatory image for judgment.

続いて、判定用準備画像を、電車線金具30の長手方向に圧縮してサイズを変換することで、正方形状の正規化画像を生成する。正規化画像は、異常検出のための画像認識処理に用いる画像であり、決まった画像サイズの画像である。そのため、判定用準備画像のサイズを変換して正規化画像を生成する。判定用準備画像を構成する第1の係合部分範囲、第2の係合部分範囲及び中間範囲の各範囲は正方形状の画像であるから、この3つの範囲それぞれを長手方向に1/3に圧縮することで、正規化画像を生成することになる。全体を所定の圧縮率で圧縮するため、正規化画像においても、第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲の画像の情報は、中間範囲よりも、オリジナル撮影画像の情報をより多く保存しているといえる。なお、判定用準備画像を、拡縮せずにそのまま正規化画像としてもよい。 Then, the preparatory image for judgment is compressed in the longitudinal direction of the electric train wire fitting 30 to convert the size, thereby generating a square-shaped normalized image. The normalized image is an image used in image recognition processing for abnormality detection, and has a fixed image size. Therefore, the size of the preparatory image for judgment is converted to generate the normalized image. Since each of the first engagement portion range, the second engagement portion range, and the intermediate range that constitute the preparatory image for judgment is a square-shaped image, the normalized image is generated by compressing each of these three ranges to 1/3 in the longitudinal direction. Since the entire image is compressed at a predetermined compression rate, it can be said that the image information of the first engagement portion range and the second engagement portion range preserves more information of the original captured image than the intermediate range. The preparatory image for judgment may be used as the normalized image without being enlarged or reduced.

[機能構成]
図7は、異常検出装置1の機能構成の一例である。図7によれば、異常検出装置1は、操作部102と、表示部104と、音出力部106と、通信部108と、処理部200と、記憶部300とを備えて構成され、一種のコンピュータとして実現される。
[Functional configuration]
Fig. 7 shows an example of the functional configuration of the abnormality detection device 1. According to Fig. 7, the abnormality detection device 1 is configured to include an operation unit 102, a display unit 104, a sound output unit 106, a communication unit 108, a processing unit 200, and a storage unit 300, and is realized as a type of computer.

操作部102は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の入力装置で実現され、なされた操作入力に応じた操作信号を処理部200に出力する。表示部104は、例えば液晶ディスプレイやタッチパネル等の表示装置で実現され、処理部200からの表示信号に基づく各種表示を行う。音出力部106は、例えばスピーカ等の音声出力装置で実現され、処理部200からの音信号に基づく各種音声出力を行う。通信部108は、例えば無線通信モジュールやルータ、モデム、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等で実現される通信装置であり、外部装置とのデータ通信を行う。 The operation unit 102 is realized by an input device such as a keyboard, mouse, touch panel, various switches, etc., and outputs an operation signal corresponding to the operation input to the processing unit 200. The display unit 104 is realized by a display device such as a liquid crystal display or touch panel, and performs various displays based on a display signal from the processing unit 200. The sound output unit 106 is realized by an audio output device such as a speaker, and performs various audio outputs based on an audio signal from the processing unit 200. The communication unit 108 is a communication device realized by a wireless communication module, router, modem, jack of a wired communication cable, control circuit, etc., and performs data communication with an external device.

処理部200は、CPU(Central Processing Unit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の演算装置や演算回路で実現されるプロセッサーであり、記憶部300に記憶されたプログラムやデータ、操作部102や通信部108による入力データ等に基づいて、異常検出装置1の全体制御を行う。また、処理部200は、機能的な処理ブロックとして、撮影画像取得部202と、変換前画像抽出部204と、分割部206と、判定用準備画像生成部208と、正規化画像生成部210と、異常検出部212とを有する。処理部200が有するこれらの各機能部は、処理部200がプログラムを実行することでソフトウェア的に実現することも、専用の演算回路で実現することも可能である。本実施形態では、前者のソフトウェア的に実現することとして説明する。 The processing unit 200 is a processor realized by an arithmetic device or arithmetic circuit such as a CPU (Central Processing Unit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array), and performs overall control of the anomaly detection device 1 based on programs and data stored in the memory unit 300, input data from the operation unit 102 and the communication unit 108, etc. The processing unit 200 also has, as functional processing blocks, a captured image acquisition unit 202, a pre-conversion image extraction unit 204, a division unit 206, a determination preparation image generation unit 208, a normalized image generation unit 210, and an anomaly detection unit 212. Each of these functional units possessed by the processing unit 200 can be realized in software by the processing unit 200 executing a program, or can be realized by a dedicated arithmetic circuit. In this embodiment, the former software realization will be described.

撮影画像取得部202は、架空電車線20を撮影したオリジナル撮影画像を取得する(図2のステップS1)。オリジナル撮影画像は、例えば、撮影画像生成装置3から取得することができる(図1参照)。取得したオリジナル撮影画像は、当該画像の撮影時における当該撮影した撮影装置10と架空電車線20との相対位置関係を示すデータと対応付けて、オリジナル撮影画像データ320として記憶される。 The photographed image acquisition unit 202 acquires an original photographed image of the overhead train line 20 (step S1 in FIG. 2). The original photographed image can be acquired, for example, from the photographed image generating device 3 (see FIG. 1). The acquired original photographed image is stored as original photographed image data 320 in association with data indicating the relative positional relationship between the photographing device 10 that captured the image and the overhead train line 20 at the time the image was captured.

変換前画像抽出部204は、架空電車線20を撮影したオリジナル撮影画像のスケーリング処理及び切り出し処理を行ってオリジナル撮影画像から変換前画像を抽出する(図2のステップS3~S5)。変換前画像抽出部204は、スケーリング処理及び切り出し処理を、第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲が所定のサイズ条件を満たすように行う。また、オリジナル撮影画像には、撮影した撮影装置10と架空電車線20との相対位置関係を示すデータが対応づけられており、変換前画像抽出部204は、スケーリング処理及び切り出し処理を、その相対位置関係を示すデータを用いて行う。また、変換前画像抽出部204は、切り出し処理を、第1の線条21及び第2の線条22が変換前画像中の所定位置に写るように行う。 The pre-conversion image extraction unit 204 performs scaling and cropping of the original photographed image of the overhead train line 20 to extract a pre-conversion image from the original photographed image (steps S3 to S5 in FIG. 2). The pre-conversion image extraction unit 204 performs scaling and cropping so that the first engagement portion range and the second engagement portion range satisfy a predetermined size condition. The original photographed image is associated with data indicating the relative positional relationship between the photographing device 10 that captured the image and the overhead train line 20, and the pre-conversion image extraction unit 204 performs scaling and cropping using the data indicating this relative positional relationship. The pre-conversion image extraction unit 204 also performs cropping so that the first line 21 and the second line 22 are captured in predetermined positions in the pre-conversion image.

具体的には、変換前画像抽出部204は、オリジナル撮影画像に対応付けられている当該画像を撮影した際の撮影装置10と架空電車線20との相対位置関係のデータから、撮影装置10から架空電車線20への仰角θを求め、その仰角θをもとに式(1)に従ってスケーリング係数を求め、そのスケーリング係数を拡縮率としたオリジナル撮影画像を拡縮することで、スケーリング処理を行う(図3,図4参照)。次いで、スケーリング後のオリジナル撮影画像に対して、電車線金具30が写っている範囲であって、2つの係合部分(第1の係合部分31及び第2の係合部分32)それぞれが係合している2本の線条(第1の線条21及び第2の線条22)が画像端部から所定長さ(ピクセル数N/2)の位置に位置するとともに、中間部分33が中央に位置するような範囲の変換前画像を切り出す切り出し処理を行う(図5参照)。 Specifically, the pre-conversion image extraction unit 204 calculates the elevation angle θ from the photographing device 10 to the overhead train line 20 from the data of the relative positional relationship between the photographing device 10 and the overhead train line 20 when the image associated with the original photographed image was photographed, calculates a scaling coefficient according to formula (1) based on the elevation angle θ, and performs scaling by enlarging or reducing the original photographed image with the scaling coefficient as the enlargement or reduction ratio (see Figs. 3 and 4). Next, a cut-out process is performed to cut out the pre-conversion image in a range in which the train line metal fittings 30 are captured from the original photographed image after scaling, where the two lines (first line 21 and second line 22) engaged with the two engaging parts (first engaging part 31 and second engaging part 32) are located at a position a predetermined length (number of pixels N/2) from the end of the image, and the middle part 33 is located in the center (see Fig. 5).

分割部206は、変換前画像を、電車線金具30の長手方向に沿った方向において、第1の係合部分31が写っている第1の係合部分範囲と、中間部分33が写っている中間範囲と、第2の係合部分32が写っている第2の係合部分範囲との複数の範囲に分割する。 The division unit 206 divides the pre-conversion image into multiple ranges along the longitudinal direction of the electric train line fitting 30: a first engagement portion range in which the first engagement portion 31 is captured, an intermediate range in which the intermediate portion 33 is captured, and a second engagement portion range in which the second engagement portion 32 is captured.

具体的には、分割部206は、変換前画像のうち、第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲それぞれを正方形状の範囲とし、第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲以外の範囲を中間範囲として、変換前画像を分割する(図6参照)。 Specifically, the division unit 206 divides the pre-conversion image by defining the first and second engagement partial ranges as square-shaped ranges, and defining the range other than the first and second engagement partial ranges as an intermediate range (see FIG. 6).

判定用準備画像生成部208は、変換前画像を少なくとも電車線金具30の長手方向に沿って拡縮することで所定サイズの判定用準備画像を生成する(図2のステップS7)。そのとき拡縮の許容変化率を、中間範囲以外の範囲よりも中間範囲のほうを大きくして拡縮することで所定サイズの判定用準備画像を生成する。本実施形態では、第1の係合部分範囲及び第2の係合部分範囲を拡縮せず、中間範囲のみを拡縮することで所定サイズの判定用準備画像を生成する。具体的には、中間範囲を拡縮して正方形状とすることで、判定用準備画像を生成する(図6参照)。 The determination preparation image generating unit 208 generates a determination preparation image of a predetermined size by scaling the pre-conversion image at least along the longitudinal direction of the train line fittings 30 (step S7 in FIG. 2). At this time, the determination preparation image of a predetermined size is generated by scaling the intermediate range with a larger allowable change rate for scaling than the ranges other than the intermediate range. In this embodiment, the determination preparation image of a predetermined size is generated by scaling only the intermediate range without scaling the first engagement portion range and the second engagement portion range. Specifically, the determination preparation image is generated by scaling the intermediate range to make it square (see FIG. 6).

正規化画像生成部210は、判定用準備画像のサイズを変換することで画像認識処理用の正規化画像を生成する(図2のステップS9)。具体的には、判定用準備画像を構成する第1の係合部分範囲、第2の係合部分範囲及び中間範囲の各範囲を、電車線金具の長手方向に1/3の拡縮率で圧縮することで、正方形状の正規化画像を生成する(図6参照)。生成した正規化画像は、正規化画像データ330として記憶される。 The normalized image generating unit 210 generates a normalized image for image recognition processing by converting the size of the determination preparation image (step S9 in FIG. 2). Specifically, the first engagement portion range, the second engagement portion range, and the intermediate range that constitute the determination preparation image are compressed in the longitudinal direction of the train line metal fittings at a 1/3 expansion/reduction ratio to generate a square normalized image (see FIG. 6). The generated normalized image is stored as normalized image data 330.

異常検出部212は、正規化画像を用いた画像認識処理による電車線金具30の異常検出を行う(図2のステップS11)。具体的には、画像認識処理として機械学習を用いる。つまり、正規化画像を、電車線金具30の正常・異常を識別する2クラス識別の異常検出モデルに入力し、その出力から、変換前画像に写っている電車線金具30の異常を検出する。この異常検出モデルは、予め用意した異常データ(異常な電車線金具30が写っている変換前画像から生成された正規化画像)や正常データ(正常な電車線金具30が写っている変換前画像から生成された正規化画像)を用いて学習させた機械学習モデルであり、異常検出モデルを定義するパラメータは、異常検出モデルデータ310として記憶されている。 The anomaly detection unit 212 detects anomalies in the electric train line fittings 30 by image recognition processing using the normalized image (step S11 in FIG. 2). Specifically, machine learning is used as the image recognition processing. That is, the normalized image is input to a two-class classification anomaly detection model that distinguishes between normal and abnormal electric train line fittings 30, and anomalies in the electric train line fittings 30 shown in the pre-conversion image are detected from the output. This anomaly detection model is a machine learning model trained using previously prepared abnormal data (normalized image generated from a pre-conversion image showing an abnormal electric train line fitting 30) and normal data (normalized image generated from a pre-conversion image showing a normal electric train line fitting 30), and parameters that define the anomaly detection model are stored as anomaly detection model data 310.

記憶部300は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等のIC(Integrated Circuit)メモリやハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置で実現され、処理部200が異常検出装置1を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部200の作業領域として用いられ、処理部200が実行した演算結果や、操作部102や通信部108からの入力データ等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部300には、異常検出プログラム302と、異常検出モデルデータ310と、オリジナル撮影画像データ320と、正規化画像データ330とが記憶される。 The storage unit 300 is realized by IC (Integrated Circuit) memory such as ROM (Read Only Memory) or RAM (Random Access Memory), or a storage device such as a hard disk or SSD (Solid State Drive), and stores programs and data for the processing unit 200 to comprehensively control the anomaly detection device 1, and is used as a working area for the processing unit 200 to temporarily store the results of calculations performed by the processing unit 200, input data from the operation unit 102 and communication unit 108, etc. In this embodiment, the storage unit 300 stores an anomaly detection program 302, anomaly detection model data 310, original captured image data 320, and normalized image data 330.

異常検出プログラム302は、処理部200により実行される異常検出処理(図2参照)を実現するためのプログラムである。 The anomaly detection program 302 is a program for implementing the anomaly detection process (see FIG. 2) executed by the processing unit 200.

[実験例]
本実施形態の異常検出装置1による異常検出の実験結果について説明する。図8は、異常検出に用いた、本実施形態を適用した正規化画像(本実施形態適用画像)の一例を示している。左側の(1)の画像は、正常な電車線金具が写っている変換前画像から生成した正規化画像であり、右側の(2)の画像は、異常な電車線金具が写っている変換前画像から生成した正規化画像である。
[Experimental Example]
The following describes the results of an experiment on anomaly detection using the anomaly detection device 1 of this embodiment. Fig. 8 shows an example of a normalized image (image to which this embodiment is applied) used for anomaly detection. The image (1) on the left is a normalized image generated from a pre-transformation image in which a normal electric train wire fitting is shown, and the image (2) on the right is a normalized image generated from a pre-transformation image in which an abnormal electric train wire fitting is shown.

図9は、比較のための画像(比較例画像)の一例を示している。比較例画像は、電車線金具が写っている変換前画像を長手方向に一律に縮小することで生成した正方形状の画像である。左側(1)の画像は、図8(1)の正規化画像の生成に用いた正常な電車線金具が写っている変換前画像を一律に縮小した比較例画像であり、右側(2)は、図8(2)の正規化画像の生成に用いた異常な電車線金具が写っている変換前画像を一律に縮小した比較例画像である。 Figure 9 shows an example of an image for comparison (comparison image). The comparison image is a square image generated by uniformly reducing the length of a pre-transformation image showing a train line fitting. The image on the left (1) is a comparison image generated by uniformly reducing the pre-transformation image showing a normal train line fitting used to generate the normalized image in Figure 8 (1), and the image on the right (2) is a comparison image generated by uniformly reducing the pre-transformation image showing an abnormal train line fitting used to generate the normalized image in Figure 8 (2).

本実施形態適用画像と比較例画像とを比較すると、線条との係合部分が、本実施形態適用画像のほうが比較例画像よりも大きく写っている。これは、本実施形態適用画像は、係合部分範囲よりも中間範囲のほうが長手方向の拡縮の許容変化率を大きくして拡縮しているためである。 When comparing the image of this embodiment with the image of the comparative example, the area of engagement with the stripes appears larger in the image of this embodiment than in the image of the comparative example. This is because the image of this embodiment shows a larger allowable rate of change in longitudinal expansion/contraction in the middle range than in the area of the engaged portion.

図8,図9には、2枚の変換前画像それぞれに対する本実施形態適用画像及び比較例画像の例を示したが、同様に25枚の変換前画像を用意し、これらの変換前画像を用いた異常検出の結果を、図10に示す。 Figures 8 and 9 show examples of images to which this embodiment is applied and comparative example images for each of the two pre-transformed images, but 25 pre-transformed images were similarly prepared, and the results of anomaly detection using these pre-transformed images are shown in Figure 10.

図10(1)は、本実施形態適用画像に対する異常検出の結果を示すグラフであり、図10(2)は、比較例画像に対する異常検出の結果を示すグラフである。なお、この実験では、機械学習のアルゴリズムとしてAnoGANを用いており、異常検出の結果として、正常データとの差を表す数値(図10では、「Total Loss」と表記)を出力する。この出力する数値が大きいほど、入力データが異常とみなせる程度が高いことを表す。25枚の変換前画像のうち、正常データは20枚、異常データは5枚である。図10(1),(2)のグラフは、何れも、横軸が異常検出の結果である数値であり、縦軸がその度数(該当する画像の数)である。 Figure 10 (1) is a graph showing the results of anomaly detection for images to which this embodiment is applied, and Figure 10 (2) is a graph showing the results of anomaly detection for images of a comparative example. In this experiment, AnoGAN was used as the machine learning algorithm, and a numerical value (indicated as "Total Loss" in Figure 10) indicating the difference from normal data was output as the result of anomaly detection. The larger the output numerical value, the higher the degree to which the input data can be considered abnormal. Of the 25 pre-conversion images, 20 were normal data and 5 were abnormal data. In both graphs of Figures 10 (1) and (2), the horizontal axis represents the numerical value that is the result of anomaly detection, and the vertical axis represents the frequency (the number of images that correspond).

図10(1),(2)のグラフを比較すると、本実施形態適用例では、異常データ(異常な電車線金具が写っている変換前画像から生成された正規化画像)のグループと正常データ(正常な電車線金具が写っている変換前画像から生成された正規化画像)のグループとの間は、異常検出の結果である数値が大きく離れている。従って、数値に対して閾値を適当に設定することで、異常・正常を精度よく検出することができる。これに対して、比較例では、異常データのグループと正常データのグループとでは、異常検出の結果である数値が一部重なっており、グループ同士が一部で重複している。このため、閾値を設定して異常・正常を峻別して検出することが困難であり、検出精度が低くなることが分かる。 Comparing the graphs in Figures 10 (1) and (2), in the application example of this embodiment, the numerical values resulting from anomaly detection are significantly different between the group of abnormal data (normalized images generated from pre-conversion images showing abnormal train line fittings) and the group of normal data (normalized images generated from pre-conversion images showing normal train line fittings). Therefore, by setting an appropriate threshold value for the numerical values, it is possible to accurately detect abnormality and normality. In contrast, in the comparative example, the numerical values resulting from anomaly detection are partially overlapping between the group of abnormal data and the group of normal data, and the groups partially overlap with each other. For this reason, it is difficult to set a threshold value to clearly distinguish between abnormality and normality, and it can be seen that the detection accuracy is low.

[作用効果]
このように、本実施形態によれば、電車線金具30が写っている撮影画像を画像処理することによる電車線金具30の異常検出の精度を向上させることができる。ハンガーやドロッパ、コネクタなどの多くの電車線金具30は細長い形状をなしている。変換前画像における電車線金具30の長手方向の長さは、線条21,22との係合部分31,32間を結ぶ中間部分33が写っている中間範囲のほうが、係合部分31,32が写っている範囲より長いことが多い。また、電車線金具30は、係合部分31,32のほうが中間部分33よりも異常の発生確率が高い。このため、変換前画像を少なくとも電車線金具30の長手方向に沿って拡縮する際に、長手方向に沿った拡縮の許容変化率を、電車線金具30の係合部分が写っている範囲よりも中間部分が写っている中間範囲のほうを大きくして拡縮する。このようにすることで、生成された判定用準備画像においては、異常の発生確率が高い係合部分31,32が写っている範囲が、発生確率が低い中間部分33が写っている中間範囲に対して相対的に大きくなり、サイズや解像度の点で有利となる。これにより、判定用準備画像を用いた画像認識処理による異常検出の精度を向上させることができる。
[Action and Effect]
Thus, according to the present embodiment, it is possible to improve the accuracy of detecting abnormalities in the electric train line fittings 30 by performing image processing on the captured image showing the electric train line fittings 30. Many electric train line fittings 30, such as hangers, droppers, and connectors, have an elongated shape. In the pre-conversion image, the longitudinal length of the electric train line fittings 30 is often longer in the intermediate range in which the intermediate portion 33 connecting the engaging portions 31, 32 with the wires 21, 22 is shown than in the range in which the engaging portions 31, 32 are shown. Also, in the electric train line fittings 30, the probability of abnormalities occurring is higher in the engaging portions 31, 32 than in the intermediate portion 33. For this reason, when the pre-conversion image is enlarged or reduced at least along the longitudinal direction of the electric train line fittings 30, the allowable change rate of enlargement or reduction along the longitudinal direction is set to be larger in the intermediate range in which the intermediate portion is shown than in the range in which the engaging portions of the electric train line fittings 30 are shown. In this way, in the generated preliminary image for determination, the range in which the engagement parts 31, 32, which have a high probability of occurrence of an abnormality, are captured is relatively large compared to the intermediate range in which the intermediate part 33, which has a low probability of occurrence, is captured, which is advantageous in terms of size and resolution. This makes it possible to improve the accuracy of abnormality detection by image recognition processing using the preliminary image for determination.

[変形例]
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
[Modification]
Incidentally, the applicable embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can of course be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

(A)正規化画像をマルチチャンネル画像とする
例えば、判定用準備画像のうち、第1の係合部分範囲に係る画像と、中間範囲に係る画像と、第2の係合部分範囲に係る画像とを、それぞれシングルチャンネル画像としたマルチチャンネル画像を生成することで、画像認識処理用の正規化画像を生成するとしてもよい。例えば、判定用準備画像を構成する第1の係合部分範囲、第2の係合部部分範囲及び中間範囲のそれぞれに係る3枚の正方形状の画像(図6における(3)判定用準備画像)を、サイズをそのままに、RGB(赤・緑・青)のシングルチャンネル画像にそれぞれ変換する。そして、その3枚の画像を合成して1枚のカラー画像(マルチチャンネル画像)とする。このカラー画像を正規化画像とする。
(A) Normalized image is made into a multi-channel image For example, a normalized image for image recognition processing may be generated by generating a multi-channel image in which the image related to the first engagement part range, the image related to the intermediate range, and the image related to the second engagement part range among the judgment preparation images are each made into a single channel image. For example, three square-shaped images ((3) judgment preparation image in FIG. 6) related to the first engagement part range, the second engagement part range, and the intermediate range constituting the judgment preparation image are each converted into a single channel image of RGB (red, green, blue) while keeping the size as it is. Then, the three images are synthesized into one color image (multi-channel image). This color image is made into a normalized image.

1…異常検出装置
200…処理部
202…撮影画像取得部
204…変換前画像抽出部
206…分割部
208…判定用準備画像生成部
210…正規化画像生成部
212…異常検出部
300…記憶部
302…異常検出プログラム
310…異常検出モデルデータ
320…オリジナル撮影画像データ
330…正規化画像データ
3…撮影画像生成装置
5…鉄道車両
10(10a,10b)…ラインセンサカメラ(撮影装置)
12(12a,12b)…レーザー測域センサ
14(14a,14b)…LED照明
20…架空電車線
21…第1の線条、22…第2の線条
30…電車線金具
31…第1の係合部分、32…第2の係合部分、33…中間部分
1: Anomaly detection device 200: Processing unit 202: Photographed image acquisition unit 204: Pre-conversion image extraction unit 206: Division unit 208: Judgment preparation image generation unit 210: Normalized image generation unit 212: Anomaly detection unit 300: Storage unit 302: Anomaly detection program 310: Anomaly detection model data 320: Original photographed image data 330: Normalized image data 3: Photographed image generation device 5: Railway vehicle 10 (10a, 10b)... Line sensor camera (photographing device)
12 (12a, 12b)... Laser range sensor 14 (14a, 14b)... LED lighting 20... Overhead train line 21... First wire 22... Second wire 30... Train line fitting 31... First engagement portion 32... Second engagement portion 33... Intermediate portion

Claims (9)

第1の線条に係合する第1の係合部分と、第2の線条に係合する第2の係合部分と、前記第1の係合部分及び前記第2の係合部分間を結ぶ中間部分とを有する電車線金具を含むように当該電車線金具が設けられた架空電車線が写っている変換前画像を、所定サイズの判定用準備画像に変換した上で、画像認識処理による前記電車線金具の異常検出処理を行う異常検出装置であって、
前記変換前画像を前記電車線金具の長手方向に沿った方向において複数の範囲に分割する分割手段であって、前記中間部分が写っている範囲(以下この範囲を「中間範囲」という)を1つの範囲として分割する分割手段と、
前記変換前画像を少なくとも前記電車線金具の長手方向に沿って拡縮することで前記所定サイズの前記判定用準備画像を生成する判定用準備画像生成手段であって、前記拡縮の許容変化率を、前記中間範囲以外の範囲よりも前記中間範囲のほうを大きくして拡縮することで前記所定サイズの前記判定用準備画像を生成する判定用準備画像生成手段と、
を備える異常検出装置。
an abnormality detection device that converts a pre-conversion image showing an overhead contact line on which an overhead contact line fitting is provided so as to include an overhead contact line fitting having a first engagement portion that engages with a first wire, a second engagement portion that engages with a second wire, and an intermediate portion that connects the first engagement portion and the second engagement portion, into a preparatory image for determination of a predetermined size, and then performs an abnormality detection process for the overhead contact line fitting by image recognition processing,
a division means for dividing the pre-conversion image into a plurality of ranges in a direction along a longitudinal direction of the electric train wire fitting, the division means dividing the range in which the intermediate portion is shown (hereinafter, this range will be referred to as an "intermediate range") as one range;
a preparatory image for determination generating means for generating the preparatory image for determination of the predetermined size by enlarging or reducing the pre-conversion image at least along a longitudinal direction of the electric train wire fitting, the preparatory image for determination generating means generating the preparatory image for determination of the predetermined size by enlarging or reducing the preparatory image for determination by setting an allowable change rate of the enlargement or reduction to be larger in the intermediate range than in a range other than the intermediate range;
An abnormality detection device comprising:
前記分割手段は、前記変換前画像を、前記第1の係合部分が写っている第1の係合部分範囲と、前記中間範囲と、前記第2の係合部分が写っている第2の係合部分範囲とに分割する、
請求項1に記載の異常検出装置。
the dividing means divides the pre-conversion image into a first engagement portion range in which the first engagement portion appears, the intermediate range, and a second engagement portion range in which the second engagement portion appears;
The abnormality detection device according to claim 1 .
前記判定用準備画像生成手段は、前記第1の係合部分範囲及び前記第2の係合部分範囲を拡縮せず、前記中間範囲のみを拡縮することで前記所定サイズの前記判定用準備画像を生成する、
請求項2に記載の異常検出装置。
the determination preparation image generating means generates the determination preparation image of the predetermined size by enlarging or reducing only the intermediate range without enlarging or reducing the first engagement portion range and the second engagement portion range.
The abnormality detection device according to claim 2 .
前記架空電車線を撮影したオリジナル撮影画像のスケーリング処理及び切り出し処理を行って前記オリジナル撮影画像から前記変換前画像を抽出する変換前画像抽出手段であって、前記第1の係合部分範囲及び前記第2の係合部分範囲が所定のサイズ条件を満たすように前記スケーリング処理及び前記切り出し処理を行う変換前画像抽出手段、
を更に備える請求項2又は3に記載の異常検出装置。
a pre-conversion image extraction means for extracting the pre-conversion image from an original photographed image obtained by photographing the overhead train line by performing scaling processing and cropping processing, the pre-conversion image extraction means performing the scaling processing and the cropping processing so that the first engagement partial range and the second engagement partial range satisfy a predetermined size condition;
The abnormality detection device according to claim 2 or 3, further comprising:
前記変換前画像抽出手段は、前記第1の線条及び前記第2の線条が前記変換前画像中の所定位置に写っているように、前記切り出し処理を行う、
請求項4に記載の異常検出装置。
the pre-conversion image extraction means performs the extraction process so that the first line and the second line are captured at predetermined positions in the pre-conversion image.
The abnormality detection device according to claim 4.
前記オリジナル撮影画像には、撮影した撮影装置と前記架空電車線との相対位置関係を示すデータが対応づけられており、
前記変換前画像抽出手段は、前記相対位置関係を示すデータを用いて、前記スケーリング処理及び前記切り出し処理を行う、
請求項4又は5に記載の異常検出装置。
The original photographed image is associated with data indicating a relative positional relationship between the photographing device that photographed the image and the overhead train line,
the pre-conversion image extraction means performs the scaling process and the cut-out process using the data indicating the relative positional relationship.
The abnormality detection device according to claim 4 or 5.
前記判定用準備画像のサイズを変換することで前記画像認識処理用の正規化画像を生成する正規化画像生成手段、
を更に備える請求項2~6の何れか一項に記載の異常検出装置。
A normalized image generating means for generating a normalized image for the image recognition processing by converting the size of the judgment preparation image;
The abnormality detection device according to any one of claims 2 to 6, further comprising:
前記判定用準備画像のうち、前記第1の係合部分範囲に係る画像と、前記中間範囲に係る画像と、前記第2の係合部分範囲に係る画像とを、それぞれシングルチャンネル画像としたマルチチャンネル画像を生成することで、前記画像認識処理用の正規化画像を生成する正規化画像生成手段、
を更に備える請求項2~6の何れか一項に記載の異常検出装置。
a normalized image generating means for generating a multi-channel image by converting the image relating to the first engagement portion range, the image relating to the intermediate range, and the image relating to the second engagement portion range, among the determination preparation images, into single-channel images, thereby generating a normalized image for the image recognition processing;
The abnormality detection device according to any one of claims 2 to 6, further comprising:
第1の線条に係合する第1の係合部分と、第2の線条に係合する第2の係合部分と、前記第1の係合部分及び前記第2の係合部分間を結ぶ中間部分とを有する電車線金具を含むように当該電車線金具が設けられた架空電車線が写っている変換前画像を、所定サイズの判定用準備画像に変換した上で、画像認識処理による前記電車線金具の異常検出処理を行う異常検出方法であって、
前記変換前画像を前記電車線金具の長手方向に沿った方向において複数の範囲に分割する分割ステップであって、前記中間部分が写っている範囲(以下この範囲を「中間範囲」という)を1つの範囲として分割する分割ステップと、
前記変換前画像を少なくとも前記電車線金具の長手方向に沿って拡縮することで前記所定サイズの前記判定用準備画像を生成する判定用準備画像生成ステップであって、前記拡縮の許容変化率を、前記中間範囲以外の範囲よりも前記中間範囲のほうを大きくして拡縮することで前記所定サイズの前記判定用準備画像を生成する判定用準備画像生成ステップと、
を含む異常検出方法。
1. An anomaly detection method for detecting an anomaly in an overhead contact line, the method comprising: converting a pre-conversion image showing an overhead contact line provided with an overhead contact line fitting, the overhead contact line fitting including a first engagement portion that engages with a first wire, a second engagement portion that engages with a second wire, and an intermediate portion that connects the first engagement portion and the second engagement portion, into a preparatory image for determination of a predetermined size, and then performing an anomaly detection process for the overhead contact line fitting by image recognition processing,
a division step of dividing the pre-conversion image into a plurality of ranges in a direction along a longitudinal direction of the train rail metal fitting, the division step dividing the range in which the intermediate portion is captured (hereinafter, this range is referred to as an "intermediate range") as one range;
a preparatory image for determination generating step of generating the preparatory image for determination of the predetermined size by enlarging or reducing the pre-conversion image at least along a longitudinal direction of the electric train wire fitting, in which the preparatory image for determination of the predetermined size is generated by enlarging or reducing the allowable change rate of the enlargement or reduction in the intermediate range larger than in a range other than the intermediate range;
The anomaly detection method includes:
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