JPH05116626A - Obstacle detecting device for railway rolling stock - Google Patents

Obstacle detecting device for railway rolling stock

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JPH05116626A
JPH05116626A JP3285138A JP28513891A JPH05116626A JP H05116626 A JPH05116626 A JP H05116626A JP 3285138 A JP3285138 A JP 3285138A JP 28513891 A JP28513891 A JP 28513891A JP H05116626 A JPH05116626 A JP H05116626A
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obstacle
image
distance
vehicle
route data
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Masanobu Sato
正信 佐藤
Takashi Murakami
隆志 村上
Atsushi Nakamoto
淳 中元
Hiroshi Yamashita
博 山下
Kuniaki Okesawa
邦章 涌沢
Tamiya Shirokibara
民也 白木原
Yasuhisa Iida
泰久 飯田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
East Japan Railway Co
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
East Japan Railway Co
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Abstract

PURPOSE:To detect an obstacle far away from the braking distance and measure the distance up to the obstacle so as to obtain high safety and prevent complication of a system. CONSTITUTION:An infrared camera 11 to photograph the front of a running railway rolling stock and a laser distance measuring sensor 19 to measure the distance up to an obstacle existing in the course are provided. The image photographed by the infrared camera 11 is converted to digital data by means of an A/D convertor 12 and memorized in an image memory 13. Further, a distance sensor in kilometers 15, to detect the present position of the running rolling stock and a route data memory 16 to memorize the route data are provided. Existence of an obstacle in the image stored in the image memory 13 is judged by means of a computing device 14 based on the route data stored in the memory 16 and the position detected signal from the distance sensor in kilometers 15, and the judged result and the distance up to the obstacle measured by means of the laser distance measuring sensor 19 are output to an output device 17 so as to inform a driver.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、走行中の鉄道車両の進
路上に存在する支障物を検知する鉄道車両用支障物検知
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an obstacle detection device for a railway vehicle for detecting an obstacle existing on the route of a running railway vehicle.

【0002】[0002]

【従来の技術】列車、電車等の鉄道車両の運行に際し、
車両の安全を確保するために走行する車両から前方を撮
影し、この撮影画像から進路上の支障物の有無を判定す
ることが考えられる。この場合、問題となるのは支障物
間での距離Laである。車両の制動距離をLとした場
合、もしもL<Laであれば衝突は回避可能である。し
かし、L>Laであれば折角支障物を検知できたとして
も衝突してしまう。従って、支障物は車両の前方L(制
動距離)以遠で検知されなければ意味がない。更に、運
転者が判断するための余裕ΔLを考慮すると、(L+Δ
L)以遠で障害物を検知する必要がある。上記撮影画像
の画面内での(L+ΔL)前方のレールの位置を判断す
る方法としては、以下の2通りの方法が考えられる。
2. Description of the Related Art When operating trains, trains, and other railway vehicles,
In order to ensure the safety of the vehicle, it is possible to photograph the front of the traveling vehicle and determine the presence or absence of obstacles on the route from the photographed image. In this case, the problem is the distance La between obstacles. When the braking distance of the vehicle is L, if L <La, the collision can be avoided. However, if L> La, a collision will occur even if an obstacle can be detected. Therefore, the obstacle is meaningless unless it is detected beyond the front L (braking distance) of the vehicle. Furthermore, considering the margin ΔL for the driver to judge, (L + Δ
It is necessary to detect obstacles beyond L). The following two methods are conceivable as a method of determining the position of the (L + ΔL) front rail within the screen of the captured image.

【0003】(1)2本のレール間距離は一定である。
この特徴を利用して、予め(L+ΔL)前方でレール間
が何画素になるかをカメラの画角から計算しておいて、
画面内での(L+ΔL)前方のレールの位置を求める。
しかしながら、この方法は線路が直進している場合のみ
有効であり、カーブしている場合には正確な位置を計算
できない。そこで、次の方法が考えられる。 (2)カメラを2台用いて、三角測量により距離を計算
し、(L+ΔL)前方のレールの位置を決定する。
(1) The distance between two rails is constant.
Using this feature, the number of pixels between rails in front of (L + ΔL) is calculated in advance from the angle of view of the camera.
Find the position of the rail in front of (L + ΔL) in the screen.
However, this method is effective only when the track is straight, and the accurate position cannot be calculated when the track is curved. Therefore, the following method can be considered. (2) The distance is calculated by triangulation using two cameras, and the position of the rail in front of (L + ΔL) is determined.

【0004】画面内で(L+ΔL)前方のレールの位置
が分かれば、その位置を中心にして支障物有無の検査を
行う領域(支障物探索エリア)を設定し、同領域内で画
像処理を行う事により支障物の有無を判定する。
If the position of the front rail (L + ΔL) is known on the screen, an area (obstacle search area) for inspecting for the presence or absence of an obstacle is set around the position, and image processing is performed within the same area. The presence or absence of obstacles is determined by things.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記(1)、(2)の
方法は、共に画像処理等を行うことにより画面内でのレ
ールの位置を識別・認識する必要がある。その上で、
(1)、(2)の方法により(L+ΔL)前方の位置を
求める。しかし、(1)では線路がカーブしている場合
に位置を決定することが不可能であり、(2)ではカメ
ラ間の距離を車体の横幅以上にすることはできない。カ
メラ間距離が十分にとれないため精度的に問題がある。
更に、カメラを2台用いるためシステム全体が複雑化
し、計算所用時間も長くなり、その上コスト高になると
いう問題がある。
In the above methods (1) and (2), it is necessary to identify and recognize the position of the rail within the screen by performing image processing and the like. Moreover,
The position in front of (L + ΔL) is obtained by the methods (1) and (2). However, in (1), it is impossible to determine the position when the track is curved, and in (2), the distance between the cameras cannot be equal to or larger than the lateral width of the vehicle body. There is a problem in accuracy because the distance between the cameras cannot be taken sufficiently.
Further, since two cameras are used, the whole system becomes complicated, the time required for calculation is prolonged, and the cost is increased.

【0006】また、上記支障物探索エリア内で画像処理
を行うことにより検知された支障物は、車両の前方(L
+ΔL)から無限遠点(理論上)の間に存在する支障物
である。支障物までの距離Laに応じて運転者の対応は
変化する。Laが(L+ΔL)よりも少し大きければ急
ブレーキをかける必要がある。Laが(L+ΔL)より
もかなり大きければ汽笛を鳴らして様子を見ればよい。
支障物までの距離を知る方法としての画面内での支障物
の大きさとカメラの画角から計算する方法が考えられる
が、支障物の大きさは千差万別でありこの方法は不可能
である。
Further, the obstacle detected by performing the image processing in the obstacle search area is in front of the vehicle (L
It is an obstacle existing between + ΔL) and the point at infinity (theoretically). The driver's response changes according to the distance La to the obstacle. If La is slightly larger than (L + ΔL), it is necessary to brake suddenly. If La is considerably larger than (L + ΔL), you can ring the whistle and watch the situation.
As a method of knowing the distance to the obstacle, it is possible to calculate from the size of the obstacle on the screen and the angle of view of the camera, but the size of the obstacle varies widely and this method is impossible. is there.

【0007】本発明は上記のような点に鑑みなされたも
ので、制動距離以遠(L+ΔL)における支障物の有無
を正確に判定できると共に、支障物までの距離を計測し
て運転者に報知できる鉄道車両用支障物検知装置を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to accurately determine the presence or absence of an obstacle at a distance beyond the braking distance (L + ΔL), and to inform the driver by measuring the distance to the obstacle. An object is to provide an obstacle detection device for a railway vehicle.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る鉄道車両用
支障物検知装置は、走行する鉄道車両の前方を撮影する
ように設置された画像入力装置と、この画像入力装置に
より撮影された画像を記憶する画像メモリと、上記走行
する車両の現在位置を検出する位置検出手段と、上記画
像入力装置で撮影された画像内でレールがどの様に見え
るかを上記位置検出手段で検出される車両位置に対応し
た路線データとして予め記憶しておく路線データメモリ
と、このメモリに記憶された路線データ及び上記位置検
出手段からの位置検出信号に基づいて上記画像メモリに
記憶された画像内に支障物があるかどうかを判定する判
定手段と、車両の振動を検知する振動角検知手段と、支
障物までの距離を計測する測距手段と、上記画像入力装
置で得られた画面内での支障物の位置及び上記振動角検
知手段で得られる振動角度から支障物の方向を計算する
演算手段と、この演算手段で得られた方向情報に基づい
て上記測距手段の測距方向を制御駆動する測距方向制御
手段と、上記判定手段により判定した支障物の有無及び
上記測距手段で計測した支障物までの距離を運転者に知
らせる報知手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。
An obstacle detection device for a railway vehicle according to the present invention is an image input device installed so as to capture the front of a traveling railway vehicle, and an image captured by this image input device. An image memory for storing, a position detection means for detecting the current position of the traveling vehicle, and a vehicle for which the position detection means detects how the rail looks in the image captured by the image input device. A route data memory stored in advance as route data corresponding to the position, and obstacles in the image stored in the image memory based on the route data stored in the memory and the position detection signal from the position detecting means. Determination means for determining whether there is a vehicle, a vibration angle detection means for detecting the vibration of the vehicle, a distance measurement means for measuring the distance to an obstacle, and a screen obtained by the image input device. And the calculation means for calculating the direction of the obstacle from the vibration angle obtained by the vibration angle detection means, and the distance measuring direction of the distance measuring means based on the direction information obtained by this calculation means. A distance measuring direction control means for controlling and driving, and an informing means for informing a driver of presence or absence of an obstacle determined by the determining means and a distance to the obstacle measured by the distance measuring means. Is.

【0009】[0009]

【作用】鉄道の敷設状況をデータ化した路線データを予
め路線データメモリに記憶しておき、位置検出手段によ
り走行中の車両の現在位置(例えば基準点からの距離)
を検出して路線データメモリの記憶内容を読出すことに
より、車両前方の線路の敷設状況を確認することができ
る。すなわち、現在位置を原点とする3次元座標を設定
した場合に、任意の距離R前方のレールの位置pの座標
を一意に定めることができる。走行する車両の前方を撮
影するように設置された画像入力装置、例えば赤外線カ
メラでこの点pを撮影した場合に画面内でどこに見える
かは、数学的な座標変換計算で求めることができる。従
って、任意の距離R前方のレールが画面内でどこに見え
るかが分かる。そこで、R=(L+ΔL)とした場合の
レールの画面内での位置を中心にして有限の大きさの支
障物探索エリアを設定し、同エリア内において画像処理
を行うことにより支障物の有無を判定する。更に、画面
内での支障物の位置及び振動角検知センサの出力から支
障物の方向を計算し、測距手段の測距方向を制御駆動し
て支障物までの距離を計測する。そして、上記判定結果
に基づく支障物の有無、及び計測した支障物までの距離
を運転者に報知する。
[Operation] The route data in which the laying condition of the railway is converted is stored in advance in the route data memory, and the current position of the running vehicle (for example, the distance from the reference point) is detected by the position detecting means.
Is detected and the stored contents of the route data memory are read, it is possible to confirm the laying condition of the track in front of the vehicle. That is, when three-dimensional coordinates with the current position as the origin are set, the coordinates of the position p of the rail ahead of the arbitrary distance R can be uniquely determined. An image input device installed so as to photograph the front of the traveling vehicle, for example, an infrared camera, can be used to find where on the screen the point p is seen by mathematical coordinate conversion calculation. Therefore, it is possible to know where the rail ahead of the arbitrary distance R can be seen in the screen. Therefore, by setting an obstacle search area of a finite size around the position of the rail in the screen when R = (L + ΔL), the presence or absence of obstacles can be determined by performing image processing in the area. judge. Furthermore, the direction of the obstacle is calculated from the position of the obstacle on the screen and the output of the vibration angle detection sensor, and the distance to the obstacle is measured by controlling and driving the distance measuring direction of the distance measuring means. Then, the driver is informed of the presence or absence of an obstacle based on the above determination result and the measured distance to the obstacle.

【0010】上記のように路線データを用いることによ
り、前方の線路が直線であっても曲がっていても、(L
+ΔL)前方のレールの画面内での位置を正確に計算す
ることができる。なお、距離(L+ΔL)は任意であ
り、車両の速度に応じた制動距離に設定可能である。ま
た、画像処理等を行うことにより画面内でのレールの位
置を識別・認識する必要が無いため大幅に計算時間を短
縮できる。更に、測距を行うことにより支障物までの距
離が分かるので、運転者は支障物までの距離に応じた対
応をとることができる。
By using the route data as described above, even if the front line is straight or curved, (L
+ ΔL) It is possible to accurately calculate the position of the front rail in the screen. Note that the distance (L + ΔL) is arbitrary and can be set to a braking distance according to the speed of the vehicle. Further, since it is not necessary to identify and recognize the position of the rail on the screen by performing image processing or the like, the calculation time can be greatly reduced. Further, since the distance to the obstacle is known by performing the distance measurement, the driver can take appropriate measures according to the distance to the obstacle.

【0011】[0011]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
を説明する。図1は本発明の一実施例に係る鉄道車両用
支障物検知装置の構成を示すもので、撮像手段としての
赤外線カメラ11を備えている。この赤外線カメラ11
は図2で示すように車両10の先頭位置に取り付けら
れ、車両の前方を撮影する。このカメラで撮影された映
像信号は、A/D(アナログ/ディジタル)変換器12
でディジタルデータに変換される。そして、このA/D
変換器12からの出力信号は、演算装置14からの命令
に基づいて画像メモリ13に書き込まれる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an obstacle detection device for a railway vehicle according to an embodiment of the present invention, which is equipped with an infrared camera 11 as an image pickup means. This infrared camera 11
Is attached to the head position of the vehicle 10 as shown in FIG. 2 and photographs the front of the vehicle. The video signal taken by this camera is converted into an A / D (analog / digital) converter 12
Is converted into digital data. And this A / D
The output signal from the converter 12 is written in the image memory 13 based on a command from the arithmetic unit 14.

【0012】上記演算装置14には、車両の現在位置を
検出するキロ程センサ15からのキロ程(基準点からの
距離)信号、及び予め路線データメモリ16に記憶され
ている路線データ、ジャイロセンサ18からの振動角
度、レーザ測距センサ19からの支障物までの距離が供
給される。上記キロ程センサ15は、図2で示すように
車両の車輪に取り付けられており、例えばその回転数に
対応した距離データを出力する。
The arithmetic unit 14 has a kilometer (distance from a reference point) signal from a kilometer sensor 15 for detecting the current position of the vehicle, route data stored in advance in the route data memory 16, and a gyro sensor. The vibration angle from 18 and the distance from the laser distance measuring sensor 19 to the obstacle are supplied. The above-mentioned kilometer sensor 15 is attached to the wheel of the vehicle as shown in FIG. 2, and outputs distance data corresponding to the number of revolutions thereof, for example.

【0013】また、路線データメモリ16には、その一
例を図3(a),(b)に示すようにキロ程に対応する
線路形状を示す路線データが記憶される。この図3に示
す例では、キロ程0から100までは半径50m,交角
90°の右(R)カーブであり、その次に400mの直
線が続き、キロ程500から700までが半径100
m,交角60°の左(L)カーブであり、その後100
mの直線が続いている。上記図3において、BTC(Bi
ginning of Transition Curve )は緩和曲線起点、BC
C(Biginning of Circular Curve )は円曲線起点、E
CC(END of Circular Curve )は円曲線終点、ETC
(END of Transition Curve )は緩和曲線終点を示して
いる。上記図3に示した路線データは水平方向のもので
あるが、垂直方向の路線データも同様に例えばキロ程に
対応した線路の勾配が路線データメモリ16に記録され
る。
Further, the route data memory 16 stores route data showing a line shape corresponding to a kilometer as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). In the example shown in FIG. 3, there is a right (R) curve with a radius of 50 m and a crossing angle of 90 ° from a distance of 0 to 100 km, followed by a straight line of 400 m, and a radius of 100 from a distance of 500 to 700.
It is a left (L) curve with m and an intersection angle of 60 °, then 100
A straight line of m continues. In FIG. 3 above, BTC (Bi
ginning of Transition Curve) is the starting point of the relaxation curve, BC
C (Biginning of Circular Curve) is the starting point of the circular curve, E
CC (END of Circular Curve) is the end point of the circular curve, ETC
(END of Transition Curve) indicates the end point of the relaxation curve. Although the route data shown in FIG. 3 is for the horizontal direction, the route data for the vertical direction is also recorded in the route data memory 16 in the same way, for example, the slope of the line corresponding to about kilometer.

【0014】上記ジャイロセンサ18及びレーザ測距セ
ンサ19は、図2に示すように赤外線カメラ11の近く
に設置されており、ジャイロセンサ18はカメラ取付位
置における車両のヨーイング角度及びピッチング角度を
出力する。
The gyro sensor 18 and the laser distance measuring sensor 19 are installed near the infrared camera 11 as shown in FIG. 2, and the gyro sensor 18 outputs the yawing angle and the pitching angle of the vehicle at the camera mounting position. ..

【0015】上記図1における演算装置14は、大きく
分けて4つの部分、つまり、2値化手段14a、支障物
探索エリア設定手段14b、支障物有無判定手段14c
及びレーザビーム方向設定手段14dから成っている。
2値化手段14aは、画像メモリ13から画像データを
得た後、各種画像処理アルゴリズムにより2値化を行
い、この2値画像を画像メモリ13に記録する。支障物
探索エリア設定手段14bは、キロ程センサ15からの
キロ程信号、路線データメモリ16からの路線データ及
び画像メモリ13からの2値画像を用いて支障物有無の
検査を行う領域(支障物探索エリア)を画面内に設定す
る。支障物有無判定手段14cは、上記領域(支障物探
索エリア)内で各種画像処理を行うことにより支障物の
有無を判定する。レーザビーム方向設定手段14dは、
画面内での支障物の位置及びジャイロセンサ18の出力
から支障物の方向を計算し、レーザ測距センサ19に出
力する。
The arithmetic unit 14 in FIG. 1 is roughly divided into four parts, that is, a binarizing means 14a, an obstacle search area setting means 14b, and an obstacle presence / absence determining means 14c.
And a laser beam direction setting means 14d.
The binarizing unit 14 a obtains image data from the image memory 13, binarizes the image data by various image processing algorithms, and records the binary image in the image memory 13. The obstacle search area setting unit 14b uses the kilometer signal from the kilometer sensor 15, the route data from the route data memory 16, and the binary image from the image memory 13 to perform an inspection for an obstacle (obstacle). Set the search area) within the screen. The obstacle presence / absence determining unit 14c determines the presence / absence of an obstacle by performing various image processes in the area (obstacle search area). The laser beam direction setting means 14d is
The direction of the obstacle is calculated from the position of the obstacle on the screen and the output of the gyro sensor 18, and the calculated direction is output to the laser distance measuring sensor 19.

【0016】レーザ測距センサ19は、レーザビーム方
向設定手段19a及びレーザ測距手段19bから成って
いる。レーザビーム方向設定手段19aは、レーザビー
ム方向設定手段14dにより出力された支障物の方向に
基づいてレーザビームの方向を制動駆動する。レーザ測
距手段19bは、上記レーザビーム方向制御駆動手段1
9aによって定められた方向にレーザ測距を行い、支障
物までの距離を演算装置14に出力する。そして、上記
演算装置14により求めた支障物の有無及び支障物まで
の距離が出力装置17に送られて運転者に報知される。
The laser distance measuring sensor 19 comprises a laser beam direction setting means 19a and a laser distance measuring means 19b. The laser beam direction setting means 19a brakes the direction of the laser beam based on the direction of the obstacle outputted by the laser beam direction setting means 14d. The laser distance measuring means 19b is the laser beam direction control driving means 1 described above.
Laser distance measurement is performed in the direction determined by 9a, and the distance to the obstacle is output to the arithmetic unit 14. Then, the presence / absence of the obstacle and the distance to the obstacle obtained by the arithmetic unit 14 are sent to the output device 17 to notify the driver.

【0017】図4は上記演算装置14における動作の流
れを示すものである。ステップ101で、車両の現在位
置に対応するキロ程を設定する。次のステップ102
で、赤外線カメラ11の出力をA/D変換器12でディ
ジタル化し、画像メモリ13に記憶する。ステップ10
3では、上記画像メモリ13に記憶された画像データを
周知の各種画像処理アルゴリズムにより2値化しレール
部分を2値画像として抽出し、その2値画像を画像メモ
リ13に記録する。
FIG. 4 shows a flow of operations in the arithmetic unit 14. In step 101, the distance in kilometers corresponding to the current position of the vehicle is set. Next step 102
Then, the output of the infrared camera 11 is digitized by the A / D converter 12 and stored in the image memory 13. Step 10
In 3, the image data stored in the image memory 13 is binarized by various known image processing algorithms to extract the rail portion as a binary image, and the binary image is recorded in the image memory 13.

【0018】ステップ104で、キロ程センサ15から
車両の現在位置に対応するキロ程を読み取る。ステップ
105では、このキロ程に対応する路線データを路線デ
ータメモリ16から読み出す。ステップ106では、上
記2値画像及び路線データを用いて後述する方法に従っ
て画面内に支障物探索エリアを設定する。ステップ10
7で、上記支障物探索エリア内で後述する各種画像処理
を行うことにより支障物の有無を判定する。そして、次
のステップ108で上記ステップ107で支障物が検出
されたかどうかを判断し、支障物が検出された場合には
ステップ109に進み、後述する方法によりレーザビー
ムの方向を設定し、ステップ110でレーザ測距を行っ
て支障物までの距離を計測する。ステップ111で支障
物の存在及び支障物までの距離を運転者に報知するよう
な出力表示を実行させる。ステップ112で運転終了か
どうかを判断し、終了ならば本処理は終了し、運転終了
でなければステップ102に戻って上記動作を繰り返
す。
In step 104, the kilometer corresponding to the present position of the vehicle is read from the kilometer sensor 15. In step 105, the route data corresponding to this kilometer is read from the route data memory 16. In step 106, an obstacle search area is set in the screen according to a method described later using the binary image and the route data. Step 10
At 7, the presence / absence of an obstacle is determined by performing various types of image processing described later in the obstacle search area. Then, in the next step 108, it is judged whether or not the obstacle is detected in the above step 107, and if the obstacle is detected, the process proceeds to step 109, the direction of the laser beam is set by the method described later, and the step 110 is performed. To measure the distance to the obstacle by laser measurement. In step 111, output display is executed to inform the driver of the existence of the obstacle and the distance to the obstacle. In step 112, it is determined whether or not the operation has ended. If the operation has ended, this process ends, and if the operation has not ended, the process returns to step 102 to repeat the above operation.

【0019】次に、上記ステップ106における支障物
探索エリアを設定する方法について説明する。図5は上
記方法の処理の流れの一例を示すものである。ステップ
201は、前記ステップ104,105に相当してい
る。この操作により、進行方向前方の線路の敷設状況が
分かる。そこでステップ202で、図6に示すような3
次元座標系20を設定し、例えば1500m前方の左右
のレールの中央の点p21の座標(x,y,z)を計算
する。ここで1500mは制動距離Lと運転者が判断す
るための余裕ΔLの和(L+ΔL)の一例であって、車
両の速度に対応した値に設定することが可能である。ス
テップ203では、赤外線カメラ11で点p21を撮影
した場合、図7に示すように点pが画像23内で見える
位置(m,n)24を計算する。
Next, a method for setting the obstacle search area in step 106 will be described. FIG. 5 shows an example of the processing flow of the above method. Step 201 corresponds to steps 104 and 105. By this operation, the laying condition of the track ahead in the traveling direction can be known. Therefore, in step 202, 3 as shown in FIG.
The dimensional coordinate system 20 is set, and the coordinates (x, y, z) of the center point p21 of the left and right rails 1500 m ahead are calculated, for example. Here, 1500 m is an example of the sum (L + ΔL) of the braking distance L and the margin ΔL for the driver to judge, and can be set to a value corresponding to the speed of the vehicle. In step 203, when the infrared camera 11 photographs the point p21, the position (m, n) 24 where the point p is visible in the image 23 is calculated as shown in FIG.

【0020】図7は赤外線カメラ11により撮影後、画
像メモリ13に記憶されているディジタル画像である。
座標(m,n)24は、前記3次元座表系20で一意に
定めることのできるカメラ取付位置、角度及びカメラの
画角をパラメータとする数学的な座標変換計算で与えら
れる。ステップ204では、画面内で点pが見える位置
(m,n)24を中心にして支障物探索エリア25を設
定する。支障物探索エリアの大きさは任意であるが、大
きすぎると無意味であり、小さ過ぎると検査すべき領域
を含まなくなり問題である。
FIG. 7 shows a digital image stored in the image memory 13 after being photographed by the infrared camera 11.
The coordinates (m, n) 24 are given by a mathematical coordinate conversion calculation using the camera mounting position, the angle, and the angle of view of the camera that can be uniquely determined by the three-dimensional coordinate system 20 as parameters. In step 204, the obstacle search area 25 is set around the position (m, n) 24 where the point p is visible on the screen. The size of the obstacle search area is arbitrary, but if it is too large, it is meaningless, and if it is too small, the area to be inspected is not included, which is a problem.

【0021】以下に支障物探索エリアの大きさを設定す
る方法の一例を示す。車両の建築限界を考慮すると、線
路上3.8m×3.8mの領域に支障物がなければ問題
はないと考えられる。そこで、1500m前方の3.8
m×3.8mの領域が画面内でどの程度の大きさになる
のかを計算する。これは、水平及び垂直方向の画素数、
カメラの水平及び垂直方向の画角によって決まる。画素
数を640×486、画角を3.5°×2.7°とすれ
ば、1500m前方の3.8m×3.8mの領域は画面
内で27×27(画素)の大きさになる。そこで、上記
座標(m,n)24を中心に図7に示すように27×2
7(画素)の大きさの支障物探索エリア25を設定す
る。本実施例では、路線データとして図3に示すような
線路の敷設状況を表すデータを用いて上記座標(m,
n)24を毎回計算しているが、上記ステップ203で
求めた座標(m,n)24をキロ程と対応させて記憶し
ておき、路線データとして用いることも考えられる。即
ち、キロ程に対応する上記座標(m,n)24が分かり
さえすれば路線データは何れの形で記憶しても良い。
An example of a method for setting the size of the obstacle search area will be shown below. Considering the construction limit of the vehicle, it is considered that there will be no problem if there is no obstacle in the area of 3.8 m × 3.8 m on the track. So, 3.8m ahead of 1500m
The size of the m × 3.8 m area on the screen is calculated. This is the number of pixels in the horizontal and vertical directions,
It depends on the horizontal and vertical angles of view of the camera. If the number of pixels is 640 × 486 and the angle of view is 3.5 ° × 2.7 °, the area of 3.8 m × 3.8 m ahead of 1500 m is 27 × 27 (pixels) on the screen. .. Therefore, as shown in FIG. 7, 27 × 2 with the coordinates (m, n) 24 as the center.
An obstacle search area 25 having a size of 7 (pixels) is set. In the present embodiment, the coordinates (m,
Although n) 24 is calculated every time, it is also possible to store the coordinates (m, n) 24 obtained in the above step 203 in association with the distance of about km and use them as route data. That is, the route data may be stored in any form as long as the coordinates (m, n) 24 corresponding to the distance in kilometers are known.

【0022】上記図5の示した方法は、車両の振動の影
響が無視できる様な場合に可能である。実際には振動の
ため車両に対するカメラ取付位置及び角度が変化し、画
像に位置ズレが生じる。即ち、車両が静止していた場合
の画像とは異なった画像が撮像される。上記ステップ2
03で求めた点pが画像23内で見える位置(m,n)
24は車両が静止していた場合の画面内での位置であ
る。振動のためカメラ取付位置及び角度が大きく変化し
た場合に、上記位置(m,n)24が画面内でずれてし
まい問題となる。そこで、振動の影響を排除する方法の
処理流れを図8に示す。
The method shown in FIG. 5 is possible when the influence of vehicle vibration can be ignored. Actually, the position and angle of the camera attached to the vehicle change due to the vibration, which causes a positional shift in the image. That is, an image different from the image when the vehicle is stationary is captured. Step 2 above
The position (m, n) where the point p obtained in 03 is visible in the image 23
24 is the position in the screen when the vehicle is stationary. When the camera mounting position and angle change greatly due to vibration, the position (m, n) 24 is displaced within the screen, which is a problem. Therefore, FIG. 8 shows a processing flow of a method for eliminating the influence of vibration.

【0023】図8のステップ201は、図5のステップ
201と同じ内容である。ステップ301では、路線デ
ータメモリ16に記憶された路線データを用いて左右の
レールを描画した図9に示すレール画像30を画像メモ
リ13上に生成する。レール画像30は、例えば、ビッ
ト“0”の背景にビット“1”でレールを描いたような
2値画像である。
Step 201 in FIG. 8 has the same contents as step 201 in FIG. In step 301, the rail image 30 shown in FIG. 9 in which the left and right rails are drawn using the route data stored in the route data memory 16 is generated on the image memory 13. The rail image 30 is, for example, a binary image in which a rail is drawn with a bit “1” on the background of a bit “0”.

【0024】レール画像30の生成方法の一例を以下に
示す。図5のステップ202において1500m前方の
点だけではなく、200〜1500m前方の点を100
mおきに計算しステップ203でその画面内での座標を
求める。それらは、レール中央部の座標であるため、距
離に応じたレール間画素数を加えることにより左右のレ
ールの座標を求める。その座標を直線で結び200〜1
500m前方の左右のレール画像を生成する。必ずしも
200〜1500mを100mおきに計算する必要は全
くなく、臨機応変に変更して良いことは言うまでもな
い。また、前述したように、上記ステップ301で計算
した200〜1500m前方100m毎の左右のレール
の画面内での座標をキロ程と対応させて記憶しておき、
路線データとして用いることも考えられる。その他、路
線データの記憶方法としては、キロ程に対応するレール
画像30が生成できさえすれば何れの方法でも問題はな
い。
An example of the method of generating the rail image 30 is shown below. In step 202 of FIG. 5, not only the point 1500 m ahead, but the point 200-1500 m ahead is 100
It is calculated every m and the coordinates in the screen are obtained in step 203. Since these are the coordinates at the center of the rail, the coordinates of the left and right rails are obtained by adding the number of inter-rail pixels according to the distance. Connect the coordinates with a straight line 200-1
Generate left and right rail images 500m ahead. Needless to say, it is not always necessary to calculate 200 to 1500 m every 100 m, and it is possible to change it flexibly. Further, as described above, the coordinates in the screen of the left and right rails for every 100 m ahead of 200 to 1500 m calculated in the above step 301 are stored in association with the kilometer,
It can also be used as route data. In addition, there is no problem in storing any route data as long as the rail image 30 corresponding to about a kilometer can be generated.

【0025】ステップ302では、ステップ103によ
り生成された図10に示すレール部分を抽出した2値画
像31と上記レール画像30との相関を取ることにより
ズレ量ρm,ρnを求める。上記2値画像31は図10
に示すように、例えばレール34a部分がビット“1”
で表されている様な2値画像である。上記ズレ量ρm3
5mは図11に示すように、実際のレール34と描画し
たレール33の水平方向(m軸方向)にずれている画素
数であり、ズレ量ρn35nは垂直方向(n軸方向)に
ずれている画素数である。
In step 302, the shift amounts ρm and ρn are obtained by correlating the binary image 31 extracted from the rail portion shown in FIG. 10 generated in step 103 with the rail image 30. The binary image 31 is shown in FIG.
As shown in, for example, the rail 34a part has a bit "1".
It is a binary image as represented by. The amount of deviation ρm3
As shown in FIG. 11, 5 m is the number of pixels displaced in the horizontal direction (m-axis direction) between the actual rail 34 and the drawn rail 33, and the deviation amount ρn35n is displaced in the vertical direction (n-axis direction). The number of pixels.

【0026】図9に示すようにレール画像30に、描画
したレール33を囲むようなウィンドウ32を設定す
る。2枚の画像が全く重なった状態から一方の画像を上
下左右にずらしてウィンドウ32内での相関値を求め
る。具体的には、レール画像30と2値画像31の論理
積画像を求めてウィンドウ32内でのビット“1”の総
和を相関値とする。相関値が最大となるときの水平方向
のずらし量をズレ量ρm、垂直方向のずらし量をズレ量
ρnと見なす。相関を取るウィンドウの設定の仕方は必
ずしも上記の方法である必要はなく、ズレ量ρm,ρn
を正確に求めることができさえすれば何れのウィンドウ
でも良い。
As shown in FIG. 9, a window 32 is set in the rail image 30 so as to surround the drawn rail 33. The correlation value in the window 32 is obtained by shifting one image vertically and horizontally from the state where the two images are completely overlapped. Specifically, a logical product image of the rail image 30 and the binary image 31 is obtained, and the sum total of bits “1” in the window 32 is set as the correlation value. The shift amount in the horizontal direction when the correlation value is maximum is regarded as the shift amount ρm, and the shift amount in the vertical direction is regarded as the shift amount ρn. The method of setting the window for obtaining the correlation does not necessarily have to be the above method, and the deviation amounts ρm, ρn
Any window may be used as long as it can be accurately obtained.

【0027】次にステップ303で上記ズレ量ρm35
m,ρn35nを補正して支障物探索エリア25を設定
する。図12に示すように、1500m前方のレールの
中央の点p21が画像23内で見える位置(m,n)2
4をズレ量ρm35m,ρn35nだけ補正した点(m
+ρm,n+ρn)36を中心にして27×27画素の
大きさの支障物探索エリア25を設定する。すなわち、
画面内でのズレ量を求め、そのズレ量だけ補正すること
により正確な支障物探索エリアを設定することができ
る。
Next, at step 303, the above deviation amount ρm35.
The obstacle search area 25 is set by correcting m and ρn35n. As shown in FIG. 12, a point p21 at the center of the rail ahead of 1500 m can be seen in the image 23 at a position (m, n) 2
4 is corrected by the deviation amounts ρm35m and ρn35n (m
+ Ρm, n + ρn) 36 is set as the center, and the obstacle search area 25 having a size of 27 × 27 pixels is set. That is,
An accurate obstacle search area can be set by obtaining the amount of deviation on the screen and correcting only the amount of deviation.

【0028】図4のステップ107支障物有無判定処理
の一例を図13に示す。本装置は撮像手段として赤外線
カメラ11を使用している。赤外線カメラ11で自動車
等の支障物を撮影すると、エンジン等の高温部分が明る
く映るという特徴がある。この特徴を利用して、支障物
探索エリア25内に高輝度部分が存在すれば支障物有り
と判断する。ステップ401では、画像メモリ13に記
憶されているディジタル画像23から、支障物探索エリ
ア25内の画像データを取り出す。ステップ402では
例えば適当な閾値でもって上記画像データを2値化し、
高輝度部分(背景に比べて輝度が高い部分)を抽出す
る。この場合、例えば高輝度部分はビット“1”で、そ
の他の部分は“0”とする。
FIG. 13 shows an example of the obstacle presence / absence determination processing in step 107 of FIG. This apparatus uses an infrared camera 11 as an image pickup means. When an image of an obstacle such as an automobile is taken by the infrared camera 11, a characteristic is that a high temperature portion such as an engine appears bright. Using this feature, if there is a high-luminance portion in the obstacle search area 25, it is determined that there is an obstacle. In step 401, the image data in the obstacle search area 25 is extracted from the digital image 23 stored in the image memory 13. In step 402, the image data is binarized with an appropriate threshold value,
A high-brightness part (a part having a higher brightness than the background) is extracted. In this case, for example, the high-luminance portion is bit "1" and the other portions are "0".

【0029】ステップ403では、上記ステップ402
により生成された2値画像に高輝度部分が抽出されてい
るかどうかを判定する。判定方法の一例とし、ビット
“1”の部分が存在すれば支障物ありと判断し、ステッ
プ404Yに進む。支障物無しの場合はステップ404
Nに進む。本方法は、支障物探索エリア25内の高輝度
部分の存在有無により支障物の有無を判定するものであ
り、ステップ402における2値化の方法は高輝度部分
を抽出できる方法であれば何れの方法であっても良く、
またステップ403の高輝度部分有無の判定方法も必ず
しも上記方法でなければならないという理由は全く無
い。
In step 403, the above step 402 is performed.
It is determined whether the high-intensity part is extracted in the binary image generated by. As an example of the determination method, if there is a bit "1" portion, it is determined that there is an obstacle, and the process proceeds to step 404Y. If there is no obstacle, step 404
Proceed to N. This method determines the presence or absence of an obstacle based on the presence or absence of a high-intensity part in the obstacle search area 25, and the binarization method in step 402 is any method as long as the high-intensity part can be extracted. Can be a method,
Further, there is no reason that the method for determining the presence / absence of the high-luminance portion in step 403 is not necessarily the above method.

【0030】以上の処理により得られた支障物有無判定
結果404Y或いは404Nが図4のステップ108に
出力され、支障物が存在すればステップ109に進んで
支障物までの距離を計測する。ここではレーザビームを
用いて測距を行う方法を示す。なお、測距手段として必
ずレーザビームを用いなくてはならないという理由は全
くなく、支障物までの距離が計測できさえすれば何れの
手段であってもよい。
The obstacle presence / absence determination result 404Y or 404N obtained by the above processing is output to step 108 in FIG. 4, and if there is an obstacle, the process proceeds to step 109 to measure the distance to the obstacle. Here, a method of performing distance measurement using a laser beam will be described. There is no reason that the laser beam must be used as the distance measuring means, and any means can be used as long as the distance to the obstacle can be measured.

【0031】図4におけるステップ109のレーザビー
ム方向設定処理の一例を以下に示す。図14は支障物が
存在する画像である。画面の大きさを2M×2N(画
素)とし、カメラ画角を水平方向2θh(°)、垂直方
向2θv(°)とする。画面内での支障物の座標41を
(m0,n0)とし、画面中心40を(M,N)とす
る。このときカメラの光軸から見た支障物の方向角度
(水平方向をΘh、垂直方向をΘvとする)は次式で与
えられる。ただし、水平方向は中心より右側を正とし、
垂直方向は中心より上側を正とする。 Θh=(m0−M)・θh/M Θv=−(n0−N)・θv/N
An example of the laser beam direction setting process of step 109 in FIG. 4 is shown below. FIG. 14 is an image in which an obstacle exists. The screen size is 2M × 2N (pixels), and the camera angle of view is 2θh (°) in the horizontal direction and 2θv (°) in the vertical direction. The coordinates 41 of the obstacle on the screen are (m0, n0), and the screen center 40 is (M, N). At this time, the direction angle of the obstacle viewed from the optical axis of the camera (the horizontal direction is Θh and the vertical direction is Θv) is given by the following equation. However, in the horizontal direction, the right side from the center is positive,
The vertical direction is positive above the center. Θh = (m0−M) · θh / M θv = − (n0−N) · θv / N

【0032】図15は車両を正面から見た図である。赤
外線カメラ11、レーザ測距センサ19は同軸上に設置
してあり、その光軸上に設置してあり、その光軸は同じ
方向である。ゆえにレーザ測距センサ19から見た支障
物の方向角度Θh´,Θv´は、レーザ測距センサ19
と赤外線カメラ11の取付け位置高さの差Δh42を補
正したものとなる。この計算は数学的な座標変換で与え
られる。他方、画像を赤外線カメラ11から取込んで上
記処理を行っている間に車両は進行している。このため
レーザ測距を行う時の支障物方向角度が画像を取込んだ
時点での支障物方向角度とは異なってしまう。上記のよ
うな事態を回避するため、図15に示すようにジャイロ
センサ18を赤外線カメラ11の近くに取付ける。ジャ
イロセンサ18はカメラ取付位置における車両のヨーイ
ング角度α及びピッチング角度βを出力する。画像取込
み時のヨーイング角度をα0、ピッチング角度をβ0と
する。レーザ測距を行う直前のヨーイング角度をα1、
ピッチング角度をβ1とする。レーザ測距センサ19か
ら見た支障物方向角度Θh´,Θv´は、最終的に次式
で与えられる。 Θh´=Θh´+(α1−α0) Θv´=Θv´+(β1−β0)
FIG. 15 is a front view of the vehicle. The infrared camera 11 and the laser distance measuring sensor 19 are installed coaxially and on the optical axis thereof, and the optical axes thereof are in the same direction. Therefore, the direction angles Θh ′ and Θv ′ of the obstacle viewed from the laser distance measuring sensor 19 are
And the difference Δh42 in the mounting position height of the infrared camera 11 is corrected. This calculation is given by a mathematical coordinate transformation. On the other hand, the vehicle is moving while capturing the image from the infrared camera 11 and performing the above processing. Therefore, the obstruction direction angle at the time of performing the laser distance measurement is different from the obstruction direction angle at the time of capturing the image. In order to avoid the above situation, the gyro sensor 18 is attached near the infrared camera 11 as shown in FIG. The gyro sensor 18 outputs the yawing angle α and the pitching angle β of the vehicle at the camera mounting position. The yawing angle and the pitching angle at the time of capturing an image are α0 and β0, respectively. The yaw angle immediately before laser ranging is α1,
The pitching angle is β1. Obstacle direction angles Θh ′ and Θv ′ viewed from the laser distance measuring sensor 19 are finally given by the following equations. Θh '= Θh' + (α1-α0) Θv '= Θv' + (β1-β0)

【0033】次に図4におけるステップ110のレーザ
測距の一例を以下に示す。上記のΘh´,Θv´が図1
のレーザビーム方向設定手段14dからレーザビーム方
向制御駆動手段19aに渡されてレーザ測距が行われ
る。
Next, an example of the laser distance measurement in step 110 in FIG. 4 will be shown below. The above Θh ′ and Θv ′ are shown in FIG.
The laser beam direction setting means 14d is transferred to the laser beam direction control driving means 19a to perform laser distance measurement.

【0034】図16にレーザビーム方向制御駆動手段1
9aの原理の一例を示す。これは、ウエッジプリズム回
転方式と呼ばれるものである。くさび状のプリズム4
4,45を回転することによりレーザビームを任意の方
向に振らせる。図17はプリズム44,45を横方向か
ら見た図である。同図に示すようにウエッジでのレーザ
ビームの屈折する角度48をθとすると、図16に示す
ようにビームの走査できる範囲46は4θの円錐形の範
囲になる。2個のプリズム44,45のうち1個のプリ
ズムで周方向の位置を、もう1個のプリズムで半径方向
の位置を変化させることができる。即ち、プリズム4
4,45の回転角度を制御することにより、所定の方向
にレーザビームを振らせることができる。
FIG. 16 shows a laser beam direction control driving means 1
An example of the principle of 9a is shown. This is called a wedge prism rotation method. Wedge-shaped prism 4
The laser beam is swung in an arbitrary direction by rotating 4, 45. FIG. 17 is a view of the prisms 44 and 45 as seen from the lateral direction. When the angle 48 of refraction of the laser beam at the wedge is θ as shown in the figure, the range 46 in which the beam can be scanned is a conical range of 4θ as shown in FIG. One of the two prisms 44 and 45 can change the position in the circumferential direction, and the other prism can change the position in the radial direction. That is, the prism 4
By controlling the rotation angles of 4, 45, the laser beam can be swung in a predetermined direction.

【0035】図18にレーザビーム方向制御駆動手段1
9aの一例を示す。レーザビームの方向角度Θh´,Θ
v´がレーザビーム方向設定手段14dからレーザビー
ム方向制御駆動手段19a内のサーボドライバ50に渡
される。このサーボドライバ50は角度Θh´に対応し
た量だけモータ51aを回転させてウエッジプリズム4
4を回転させる。モータ51aにはエンコーダ52aが
取付けてあり、その回転角度がサーボドライバ50にフ
ィードバックされて制御される。同様にΘv´に対応し
た量だけモータ51bを回転させてウエッジプリズム4
5を回転させる。モータ51bにはエンコーダ52bが
取付けてあり、その回転角度がサーボドライバ50にフ
ィードバックされて制御される。一方、レーザ測距手段
19bから出力されたレーザビーム47はウエッジプリ
ズム44,45を通過することにより支障物の方向に向
かう。これにより例えばパルス時間差計数法により支障
物までの距離が計測され、演算装置14にその値が渡さ
れる。この結果、図4のステップ111で演算装置14
により出力装置17を介して運転者に支障物の存在及び
支障物までの距離が報知される。
FIG. 18 shows a laser beam direction control driving means 1
An example of 9a is shown. Direction angle of laser beam Θh ', Θ
v ′ is passed from the laser beam direction setting means 14d to the servo driver 50 in the laser beam direction control driving means 19a. The servo driver 50 rotates the motor 51a by an amount corresponding to the angle Θh 'to drive the wedge prism 4
Rotate 4. An encoder 52a is attached to the motor 51a, and its rotation angle is fed back to the servo driver 50 to be controlled. Similarly, by rotating the motor 51b by an amount corresponding to Θv ', the wedge prism 4
Rotate 5. An encoder 52b is attached to the motor 51b, and its rotation angle is fed back to the servo driver 50 to be controlled. On the other hand, the laser beam 47 output from the laser distance measuring means 19b goes toward the obstacle by passing through the wedge prisms 44 and 45. Thereby, the distance to the obstacle is measured by, for example, the pulse time difference counting method, and the value is passed to the arithmetic unit 14. As a result, in step 111 of FIG.
Thus, the presence of the obstacle and the distance to the obstacle are notified to the driver via the output device 17.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る鉄道車
両用支障物検知装置によれば、路線データを用いること
により車両前方の線路敷設状況にかかわらず、任意の距
離前方のレールが画面内でどこに見えるかを計算で求め
ることができる。従って、支障物有無の検査を行うべき
領域が正確にしかも短時間で決定できる。このため制動
距離以遠の領域における支障物の有無を正確に判定して
運転者に報知することができ、高い安全性が保証され
る。しかも、支障物までの距離が計測されて運転者に報
知されるため、運転者は距離に応じて支障物への対応が
可能となる。また、カメラを2台設置する必要がなくな
り、システムの複雑化、所要計算時間延長、コスト高等
の問題も生じない。
As described in detail above, according to the obstacle detecting apparatus for a railway vehicle according to the present invention, by using the route data, the rail ahead of an arbitrary distance is displayed on the screen regardless of the track laying condition in front of the vehicle. You can calculate where you look inside. Therefore, the area to be inspected for the presence of obstacles can be accurately determined in a short time. Therefore, it is possible to accurately determine the presence / absence of an obstacle in a region beyond the braking distance and notify the driver, and high safety is guaranteed. Moreover, since the distance to the obstacle is measured and notified to the driver, the driver can deal with the obstacle according to the distance. Further, it is not necessary to install two cameras, and the problems of system complexity, extension of required calculation time, high cost, etc. do not occur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る鉄道車両用支障物検知
装置の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of an obstacle detection device for a railway vehicle according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記支障物検知装置が搭載される車両の説明
図。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a vehicle equipped with the obstacle detection device.

【図3】路線データの一例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of route data.

【図4】上記支障物検知装置の処理の流れを説明するフ
ローチャート。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a processing flow of the obstacle detection device.

【図5】図4におけるステップ106の支障物探索エリ
ア設定処理の動作を説明するフローチャート。
5 is a flowchart for explaining the operation of the obstacle search area setting process of step 106 in FIG.

【図6】図5における動作説明図。6 is an explanatory diagram of the operation in FIG.

【図7】図5における支障物探索エリアの設定方法を説
明する図。
7 is a diagram illustrating a method of setting an obstacle search area in FIG.

【図8】支障物探索エリア設定における振動の影響を排
除する処理例を説明するフローチャート。
FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of processing for eliminating the influence of vibration in the obstacle search area setting.

【図9】相関値を求める際にレール画像にウィンドウを
設定する方法を説明する図。
FIG. 9 is a diagram illustrating a method of setting a window on a rail image when obtaining a correlation value.

【図10】レール部分を抽出した2値画像を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a binary image in which a rail portion is extracted.

【図11】ズレ量ρm,ρnを説明する図。FIG. 11 is a diagram illustrating deviation amounts ρm and ρn.

【図12】図8における支障物探索エリアの設定方法を
説明する図。
12 is a diagram illustrating a method of setting an obstacle search area in FIG.

【図13】図4におけるステップ107の支障物有無判
定処理を説明するフローチャート。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an obstacle presence / absence determination process in step 107 in FIG.

【図14】支障物が存在する場合の画像例を示す図。FIG. 14 is a diagram showing an example of an image when an obstacle is present.

【図15】車両を正面から見た場合の機器の配置例を示
す図。
FIG. 15 is a diagram showing an arrangement example of devices when the vehicle is viewed from the front.

【図16】図1におけるレーザビーム方向制御駆動手段
の原理の一例を説明する図。
16 is a diagram for explaining an example of the principle of the laser beam direction control driving means in FIG.

【図17】図16におけるウエッジプリズムを横方向か
ら見た図。
FIG. 17 is a view of the wedge prism in FIG. 16 seen from the lateral direction.

【図18】図1におけるレーザビーム方向制御駆動手段
の構成例を示す図。
FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of laser beam direction control driving means in FIG. 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…車両、11…赤外線カメラ、12…A/D変換
器、13…画像メモリ、14…演算装置、14a…2値
化手段、14b…支障物探索エリア設定手段、14c…
支障物有無判定手段、14d…レーザビーム方向設定手
段、15…キロ程センサ、16…路線データメモリ、1
7…出力装置、18…ジャイロセンサ、19…レーザ測
距センサ、19a…レーザビーム方向制御駆動手段、1
9b…レーザ測距手段、20…3次元座標、21…15
00m前方のレール中央点p、22…レール、23…画
像メモリに記憶されているディジタル画像、24…ディ
ジタル画像内で点pが見える位置、25…支障物探索エ
リア、30…レール画像、31…2値画像、32…相関
値を求めるウィンドウ、33…路線データを用いて描画
したレール、34…実際のレール、34a…2値化され
た実際のレール、35m…ズレ量ρm、35n…ズレ量
ρn、36…ズレ量ρm,ρnだけ補正した点、40…
画面の中心(m,n)、41…支障物の座標、42…レ
ーザ測距センサと赤外線カメラの取付位置高さの差Δ
h、43…レーザ光源、44,45…ウエッジプリズ
ム、46…レーザビームを走査できる範囲、47…レー
ザビーム、48…ウエッジでの光の屈折する角度θ、5
0…サーボドライバ、51a,51b…モータ、52
a,52b…エンコーダ。
10 ... Vehicle, 11 ... Infrared camera, 12 ... A / D converter, 13 ... Image memory, 14 ... Arithmetic device, 14a ... Binarization means, 14b ... Obstacle search area setting means, 14c ...
Obstacle presence / absence determining means, 14d ... Laser beam direction setting means, 15 ... Kilometer sensor, 16 ... Route data memory, 1
7 ... Output device, 18 ... Gyro sensor, 19 ... Laser distance measuring sensor, 19a ... Laser beam direction control driving means, 1
9b ... Laser distance measuring means, 20 ... Three-dimensional coordinates, 21 ... 15
Rail central point p, 22 ... Rail, 23 ... Digital image stored in image memory, 24 ... Position where point p is visible in digital image, 25 ... Obstacle search area, 30 ... Rail image, 31 ... Binary image, 32 ... Window for obtaining correlation value, 33 ... Rail drawn by using route data, 34 ... Actual rail, 34a ... Actual binarized rail, 35m ... Deviation amount ρm, 35n ... Deviation amount ρn, 36 ... Points corrected by the deviation amounts ρm, ρn, 40 ...
Center of screen (m, n), 41 ... Coordinates of obstacle, 42 ... Height difference Δ between mounting position of laser distance sensor and infrared camera
h, 43 ... Laser light source, 44, 45 ... Wedge prism, 46 ... Laser beam scan range, 47 ... Laser beam, 48 ... Wedge refraction angle θ, 5
0 ... Servo driver, 51a, 51b ... Motor, 52
a, 52b ... Encoder.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成3年12月2日[Submission date] December 2, 1991

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0022[Name of item to be corrected] 0022

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0022】上記図5に示した方法は、車両の振動の影
響が無視できる様な場合に可能である。実際には振動の
ため車両に対するカメラ取付位置及び角度が変化し、画
像に位置ズレが生じる。即ち、車両が静止していた場合
の画像とは異なった画像が撮像される。上記ステップ2
03で求めた点pが画像23内で見える位置(m,n)
24は車両が静止していた場合の画面内での位置であ
る。振動のためカメラ取付位置及び角度が大きく変化し
た場合に、上記位置(m,n)24が画面内でずれてし
まい問題となる。そこで、振動の影響を排除する方法の
処理流れを図8に示す。
The method shown in FIG. 5 is possible when the influence of vehicle vibration can be ignored. Actually, the position and angle of the camera attached to the vehicle change due to the vibration, which causes a positional shift in the image. That is, an image different from the image when the vehicle is stationary is captured. Step 2 above
The position (m, n) where the point p obtained in 03 is visible in the image 23
24 is the position in the screen when the vehicle is stationary. When the camera mounting position and angle change greatly due to vibration, the position (m, n) 24 is displaced within the screen, which is a problem. Therefore, FIG. 8 shows a processing flow of a method for eliminating the influence of vibration.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図4[Name of item to be corrected] Fig. 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図4】 [Figure 4]

フロントページの続き (72)発明者 中元 淳 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 山下 博 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 涌沢 邦章 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 白木原 民也 広島県三原市糸崎町5007番地 三菱重工業 株式会社三原製作所内 (72)発明者 飯田 泰久 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内Front page continued (72) Inventor Jun Nakamoto 4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hiroshima Research Institute (72) Inventor Hiroshi Yamashita 4-6 Kannon-shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture 22 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hiroshima Research Institute (72) Inventor Kuniaki Wakusawa 4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima-shi, Hiroshima Prefecture Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Hiroshima Research Institute (72) Inventor Tamaya Shirahara Itozaki, Mihara City, Hiroshima Prefecture 5007, Machi Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Mihara Works (72) Inventor Yasuhisa Iida 1-1-1, Niihama, Arai-cho, Takasago, Hyogo Prefecture Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Takasago Research Laboratory

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 走行する鉄道車両の前方を撮影するよう
に設置された画像入力装置と、この画像入力装置により
撮影された画像を記憶する画像メモリと、上記走行する
車両の現在位置を検出する位置検出手段と、上記画像入
力装置で撮影された画像内でレールがどの様に見えるか
を上記位置検出手段で検出される車両位置に対応した路
線データとして予め記憶しておく路線データメモリと、
このメモリに記憶された路線データ及び上記位置検出手
段からの位置検出信号に基づいて上記画像メモリに記憶
された画像内に支障物があるかどうかを判定する判定手
段と、車両の振動を検知する振動角検知手段と、支障物
までの距離を計測する測距手段と、上記画像入力装置で
得られた画面内での支障物の位置及び上記振動角検知手
段で得られる振動角度から支障物の方向を計算する演算
手段と、この演算手段で得られた方向情報に基づいて上
記測距手段の測距方向を制御駆動する測距方向制御手段
と、上記判定手段により判定した支障物の有無及び上記
測距手段で計測した支障物までの距離を運転者に知らせ
る報知手段とを具備したことを特徴とする鉄道車両用支
障物検知装置。
1. An image input device installed so as to capture an image of the front of a traveling railway vehicle, an image memory for storing images captured by the image input device, and a current position of the traveling vehicle is detected. A position detecting means, and a route data memory that stores in advance how the rail looks in the image captured by the image input device as route data corresponding to the vehicle position detected by the position detecting means,
Based on the route data stored in this memory and the position detection signal from the position detecting means, a judging means for judging whether or not there is an obstacle in the image stored in the image memory, and a vibration of the vehicle are detected. Vibration angle detection means, distance measurement means for measuring the distance to the obstacle, position of the obstacle in the screen obtained by the image input device, and the vibration angle obtained by the vibration angle detection means from the obstacle. Calculating means for calculating the direction, distance measuring direction control means for controlling and driving the distance measuring direction of the distance measuring means based on the direction information obtained by the calculating means, presence or absence of obstacles judged by the judging means, and An obstacle detection device for a railway vehicle, comprising: a notification means for informing a driver of the distance to the obstacle measured by the distance measuring means.
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