JPH09225884A - 配電工事用マニピュレータの電線位置測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 架空配電線の配電工事用のマニピュレータに
より自動的に電線にアプローチする場合に、架空配電線
の空間位置を自動的に計測する。 【解決手段】 マニピュレータ１に取り付けた二台のＴ
Ｖカメラ３、４により、架空配電線２を撮像し、この複
数の映像を画像処理した後、三角測量の原理を用いて、
前記架空電線２迄の距離と、この架空電線２の方向を計
測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、架空配電線の配
電工事用のマニピュレータにより自動的に電線にアプロ
ーチする場合に、架空配電線の空間位置を自動的に計測
する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の架空配電線工事においては、オペ
レータが地上の操作キャビンからの目視、あるいはキャ
ビンに設置したモニタを通してマニピュレータと架空配
電線の位置の遠近を推定して試行錯誤しながらグリッパ
やカッタ等の各種工具を電線にアプローチしている。

【０００３】又、場合によっては、キャビンの外側に位
置しているオペレータからの誘導により電線にアプロー
チする方法もおこなわれている。

【０００４】その他に、電線上にスポット式レーザー光
を投光し、その反射光をマニピュレータ上の一台のＴＶ
カメラにてとらえ、画像処理によりレーザー反射光の位
置を抽出し、レーザー投光角度と、抽出した反射光位置
を利用して、三角測量の手法を用いて電線上の一点の位
置計測を行う方法もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術のう
ち、オペレータが目視やモニタによりマニピュレータを
操作する方法は、マニピュレータから電線までの距離が
把握できない状態で、グリッパなどの各種工具を電線に
アプローチしなければならないため、補助オペレータが
必要で、作業時間が長くなるという問題がある。

【０００６】また、電線にアプローチしたのちも、電線
が張られている方向を把握していないと困難な作業、例
えば電線の皮剥ぎ作業やスリーブ挿入作業などにおいて
は、事実上作業ができなかった。

【０００７】さらに、画像処理によって電線を抽出する
場合、電線の背景に樹木や建物などの複雑なパターンが
写り込むため、計測の対象である電線のみの認識が困難
となるという問題もある。

【０００８】レーザー光の反射光を認識する方法はレー
ザー投光器にパン、チルトなどの首振り機構と、その投
光角度の読み取り機構を必要とするので、レーザー投光
器が大型化で複雑となり、コストアップとなる。

【０００９】電線位置の測定可能範囲を大きく取るには
カメラレンズとして広角レンズを用いなければならず、
この場合広角レンズ特有のレンズ歪による誤差が発生す
るという問題があった。

【００１０】また、レンズ歪の小さい望遠レンズを用い
ると、撮像範囲が狭くなるのでレンズに首振り機構や撮
像角度の読み取り装置が必要となり、撮像装置が複雑で
大型となりコストアップとなる。

【００１１】そして、従来の技術では電線上の一点のみ
の計測であり、電線に沿ってアームを動かす作業、例え
ば電線の皮剥ぎ作業やスリーブ挿入作業などでは、電線
の他の点の計測が必要となり、計測作業が長時間とな
り、操作手順が複雑となるなどの問題があった。

【００１２】この発明の課題は、上記のような従来方法
の問題点を解決して、簡単な構成の装置で、電線の位置
と方向を正確に計測できる方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明はマニピュレータに取り付けた複数台の
ＴＶカメラにより、架空配電線を撮像し、この複数の映
像を画像処理した後、三角測量の原理を用いて、前記架
空配電線迄の距離と、この架空配電線の方向を計測する
方法、前記マニピュレータに取り付けたＴＶカメラによ
り、架空配電線を撮像し、この映像の画像処理を用いて
該架空配電線を認識し、この架空配電線の位置を空間中
の三次元的な直線として計測する方法を提供する。

【００１４】また、画像処理で架空配電線を認識する
際、計測者が指示した一点の電線近傍の画像の濃淡パタ
ーンと類似の画像エリアを順次サーチして、複雑な背景
画像の中から電線のみを抽出する方法、架空配電線上に
レーザー光を投光し、このレーザー光の反射光をマニピ
ュレータに取り付けた複数のＴＶカメラにより撮像し、
この反射光の位置を画像処理装置によりモニタ座標上に
抽出し、そのモニタ座標から三角測量の手法を用いて、
自動的に電線の位置を計測する方法、上記各方法におい
て、架空配電線上に投光するレーザー光としてスリット
式レーザー光を使用する方法、画像処理装置によるモニ
タ座標上のレーザー反射光の位置抽出において、レーザ
ー光有り画像から、レーザー光無し画像を減算し、その
差画像をストックする操作を複数回繰り返して、差画像
を積算する方法、ＴＶカメラレンズの歪を含むモニタ座
標を、あらかじめ歪校正用として用意した歪補正式を用
いて歪補正モニタ座標に変換し、このモニタ座標を用い
て三角計測をおこなう方法、レーザー光を二本以上とし
て、架空配電線上の二点以上に投光点を設け、この二点
以上の投光点を計測することにより、該架空配電線を空
間における直線として位置計測をおこなう方法などを提
供するものである。

【００１５】

【実施例】図１乃至図４に示す実施例１において、図１
は、配電工事用マニピュレータ１と架空電線２の関係を
示したもので、マニピュレータ１と電線２の距離は１〜
２ｍであり、マニピュレータ１は地上にある車両本体
（図示省略）および操作キャビンから伸縮自在のブーム
（図示省略）に支えられて１０数ｍの高所にある。

【００１６】図１では、ブームを伸ばした状態の上部の
マニピュレータ１のみを示している。マニピュレータ１
の前面には上下に夫々オートアイリスレンズ付きＴＶカ
メラ３、４を固定し、左右には先端にグリッパーなどの
工具６を取り付けた、屈曲自在のアーム５を取り付けて
ある。

【００１７】尚、上記オートアイリスレンズとは屋外の
さまざまな明るさの変化に対して適切に処理できるよう
に、自動的に絞りを調節する機能をもつレンズのことで
ある。

【００１８】図２はシステムブロック図を示すものであ
る。この図で、カメラ３、４で撮像された映像はそれぞ
れ電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換器７を経て光
ファイバー８を通り光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ
変換器９で電気信号となり、自動切換スイッチ１０から
後記する隣接ウィンドウ相関法により前記カメラ３又は
４で撮像した画像を処理して距離計測を行う画像処理装
置１１と、画像信号を一時的に記憶するイメージフリー
ザ１３に入力される。

【００１９】１２は前記マニピュレータ１の各軸をコン
トロールしたり、地上の制御盤との間でデータ交信して
マニピュレータ全体を制御するマニピュレータ制御回路
（ＣＰＵ）、１４はパネルディスプレイで、オペレータ
が操業メニューを選択したり、確認するためのものであ
る。

【００２０】１５は操作ボックスでマニピュレータ１を
操作するための種々のスイッチを有する。その操作出力
は該回路１２に入力して、該マニピュレータ１やアーム
５を操作する。

【００２１】また、上記画像処理装置１１とイメージフ
リーザ１３の出力は自動切換スイッチ１６をへて二台の
モニタディスプレイ１７、１８に入力され、これにより
オペレータが電線を指示したり、マニピュレータ１の位
置を確認する。

【００２２】尚、１９はトラックボールでモニタディス
プレイ１７、１８の画面上で電線を指定する際の手動式
の入力装置である。

【００２３】図３はマニピュレータ前面に設置した上下
二台のカメラ３、４の配置と距離計測可能な領域の一例
を説明する側面図である。

【００２４】この図で、上下のカメラ３、４の垂直距離
は６５０ｍｍ、上下のカメラ３、４の水平距離は３００
ｍｍ、上カメラ３の撮像角度は３０°、その取付け角は
水平、下カメラ４の撮像角度は３０°、その取付角は上
向き３７°で、この両カメラ３、４の撮像角度の重なっ
た斜線の部分が架空配電線の計測可能範囲となる。

【００２５】このように上下にカメラ３、４を配置した
のは、架空配電線２が大体横方向にほぼ水平に配線され
ているのでカメラ３、４を縦に並べた方が距離の測定が
しやすいからである。

【００２６】次に、上記の装置を用いての隣接ウィンド
ウ相関法による画像処理方法について説明する。

【００２７】カメラ４、５から取り込んだ輝度信号（ア
ナログ）をＡ／Ｄ変換し、白黒の濃淡データを画像メモ
リ上に例えば０から２５５までの２５６段階の数値（０
が黒、２５５が白）として蓄え、コンピュータを用いて
隣り合う画素ブロック間で演算処理を行う。

【００２８】図４は上記の装置を用いた場合の画像を示
すもので、隣接ウィンドウ相関法を示している。即ち、
隣接ウィンドウ相関法とは、測定に際して、対象とする
電線をはじめに一回だけ人間が任意の点を測定点として
ポイントする。

【００２９】こうして、特定の点を電線位置としてコン
ピュータに教えた後、その点を中心として、正方形領域
の濃淡パターンと類似の輝度分布を左右方向に次々と追
跡していき、最終的に一本の電線として検出する。

【００３０】更に、具体的には、最初に人が電線上の一
点にポイントする。その点を中心に４０画素×４０画素
の第１ウインドウ（図４（Ｉ））を設け、このウインド
ウ内の濃淡パターンを基準パターンとして記憶する。

【００３１】上記第１ウインドウから少し右方へ離れた
ところに、自動的に別の第２ウインドウ（図４（Ｉ））
を設ける。この第２ウインドウはｘを固定し、ｙ方向に
微小範囲で移動させながら、第１ウインドウとの濃淡パ
ターンの相関度合いが最も高くなる位置を求め、この位
置を電線位置とする。

【００３２】上記の操作を繰り返し、電線上の位置を約
５０点求め、最小自乗法によって電線の直線方程式を求
める（図４（II））。

【００３３】図５乃至図８に示す実施例２はマニピュレ
ータ１に三台のスリット式レーザー投光器２１、２２、
２３を取り付けたもので、この投光器２１、２２、２３
からは電線２に向けてスリット状のレーザー光ａ，ｂ，
ｃを照射する。

【００３４】この場合各投光器２１、２２、２３は図６
のように一定の角度にレーザー光を照射するようにマニ
ピュレータ１に固定したもので首振り機構は不要であ
る。

【００３５】図６において、マニピュレータ１の上には
左右のＴＶカメラ２４、２５を固定して、その間に前記
投光器２１、２２、２３を配置し、さらにオペレーショ
ンカメラ２８を設けてある。

【００３６】この実施例２の場合左右のカメラ２４、２
５の間隔は６４０ｍｍ、左右のアーム５の間隔Ｗ１は９
００ｍｍ、三台のレーザー投光器２１、２２、２３から
発せられる各レーザー光ａ，ｂ，ｃの集束点ｏと左右の
アーム５の支点との距離は１８０ｍｍでこの位置と各カ
メラ２４、２５のレンズの焦点も同じ位置となってい
る。

【００３７】さらに、カメラ２４の撮像角度は２３．８
°、カメラ２５の撮像角度は３５．８°となっている
が、この場合の電線２の測定可能の範囲、即ち、各レー
ザー光ａ，ｂ，ｃの電線２を照射点を各カメラ２４、２
５が撮影できる範囲はアーム５の支点から６００ｍｍか
ら２０００ｍｍの範囲である。

【００３８】上記カメラ２４、２５の画像は図５の画像
処理装置３１に入力して、ここでレーザー光有り画像か
ら、レーザー光無し画像を減算してその差画像をストッ
クする操作を複数回繰り返す操作を行い雑音の無い画像
として左右のＴＶモニター２６、２７に表示せしめるよ
うになっている。

【００３９】上記レーザー光は、安全確保のために、Ｊ
ＩＳ規格クラスIIIａに準じている。このレーザー光は
微弱であり、これを屋外で検出するためにカメラ２４、
２５のレンズにレーザー光の色のみを透過する、色フィ
ルターを装着する。

【００４０】図７は計測アルゴリズムを示すもので、ス
タートと同時に投光器２１、２２、２３を点滅させる
と、スリット光が電線２に点滅状に照射され、これがカ
メラ２４、２５により撮影されて図５に示す画像処理装
置３１に入力されＡ１のステップで差画像積算方式によ
るレーザー反射位置の抽出を行う。

【００４１】この際、レーザー光の点滅により、レーザ
ー光を照射しているときの画像（図８（Ｉ））と、レー
ザー光を照射していないときの画像（図８（II））の差
をとり背景ノイズをカットする。この操作を２０回繰り
返して積算し、微弱な信号を増幅して、図８(III)の画
像のように屋外のレーザーマーキングを鮮明化する。

【００４２】そして、次にＡ２のステップで上記抽出座
標のレンズ歪の補正変更を行う。

【００４３】次に、Ａ３のステップで三角計測による電
線上の三点位置を算出し、Ａ４のステップで三点の位置
から空間における直線として電線位置を算出し、その結
果がＡ５のステップに出力される。

【００４４】

【発明の効果】この発明は、前記のようにマニピュレー
タから電線迄の距離および方向を高精度に自動計測でき
るもので、従来の目視や推定による方法に比較して極め
て正確且つ能率の良い配電工事が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の配電工事用マニピュレータと電線の
関係を示す斜視図

【図２】実施例１のシステムブロック図

【図３】実施例１のカメラ配置と計測可能領域を示す側
面図

【図４】実施例１に用いるウィンドウ相関法の説明図

【図５】実施例２の概略を示す斜視図

【図６】実施例２のＴＶカメラやレーザー投光器などの
配置を示す平面図

【図７】実施例２の計測アルゴリズムを示すフローチャ
ート

【図８】実施例２の差画像積算方式の説明図

【符号の説明】

１ マニピュレータ ２ 電線 ３ ＴＶカメラ ４ ＴＶカメラ ５ アーム ６ 工具 ７ Ｅ／Ｏ変換器 ８ 光ファイバー ９ Ｏ／Ｅ変換器 １０ 自動切換スイッチ １１ 画像処理装置 １２ マニピュレータ制御回路（ＣＰＵ） １３ イメージフリーザ １４ ディスプレイ １５ 操作ボックス １６ 自動切換スイッチ １７ モニタディスプレイ １８ モニタディスプレイ １９ トラックボール ２１ スリット式レーザー投光器 ２２ スリット式レーザー投光器 ２３ スリット式レーザー投光器 ２４ ＴＶカメラ ２５ ＴＶカメラ ２６ ＴＶモニタ ２７ ＴＶモニタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 佳長 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 矢野 京二 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マニピュレータに取り付けた複数台のＴ
   Ｖカメラにより、架空配電線を撮像し、この複数の映像
   を画像処理した後、三角測量の原理を用いて、前記架空
   配電線迄の距離と、この架空配電線の方向を計測するこ
   とを特徴とする配電工事用マニピュレータの電線位置測
   定方法。
2. 【請求項２】 マニピュレータに取り付けたＴＶカメラ
   により、架空配電線を撮像し、この映像の画像処理を用
   いて該架空配電線を認識し、この架空配電線の位置を空
   間中の三次元的な直線として計測することを特徴とする
   配電工事用マニピュレータの電線位置測定方法。
3. 【請求項３】 画像処理で架空配電線を認識する際、計
   測者が指示した一点の電線近傍の画像の濃淡パターンと
   類似の画像エリアを順次サーチして、複雑な背景画像の
   中から電線のみを抽出することを特徴とする請求項１又
   は２に記載の配電工事用マニピュレータの電線位置測定
   方法。
4. 【請求項４】 架空配電線上にレーザー光を投光し、こ
   のレーザー光の反射光をマニピュレータに取り付けた複
   数のＴＶカメラにより撮像し、この反射光の位置を画像
   処理装置により抽出し、そのモニター座標から三角測量
   の手法を用いて、自動的に電線の位置を計測することを
   特徴とする配電工事用マニピュレータの電線位置測定方
   法。
5. 【請求項５】 架空配電線上に投光するレーザー光とし
   てスリット式レーザー光を使用したことを特徴とする請
   求項４記載の配電工事用マニピュレータの電線位置測定
   方法。
6. 【請求項６】 画像処理装置によるモニタ座標上のレー
   ザー反射光の位置抽出において、レーザー光有り画像か
   ら、レーザー光無し画像を減算し、その差画像をストッ
   クする操作を複数回繰り返して、差画像を積算すること
   を特徴とする請求項４又は５記載の配電工事用マニピュ
   レータの電線位置測定方法。
7. 【請求項７】 ＴＶカメラレンズの歪を含むモニタ座標
   を、あらかじめ歪校正用として用意した歪補正式を用い
   て歪補正モニタ座標に変換し、このモニタ座標を用いて
   三角計測をおこなうことを特徴とする請求項４乃至６の
   何れかに記載の配電工事用マニピュレータの電線位置測
   定方法。
8. 【請求項８】 架空配電線上に投光するレーザー光を二
   本以上として、架空配電線上の二点以上に投光点をもう
   け、この二点以上の投光点を計測することにより、該架
   空配電線を空間における直線として位置計測をおこなう
   ことを特徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の配電
   工事用マニピュレータの電線位置測定方法。