KR20110058686A - 주행체의 선두 위치 검출 방법 및 장치 - Google Patents

주행체의 선두 위치 검출 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 배경의 변화나 주행체로부터 발해지는 광 등의 외란에 의한 오검지를 가능한 한 적게 한 주행체의 선두 위치 검출 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 주행체(3)의 선두 위치 검출 방법은, 주행체(3)의 선두부 및 배경을 화상 센서(5)에 의해 연속적으로 촬상하고, 촬상된 화상을 기초로, 다른 2개의 화상 사이의 차분 화상을 산출하고, 산출된 차분 화상에 관하여, 주행체(3)의 주행 방향에 수직한 방향을 따른 휘도 적산을 행함으로써 차분 투영 휘도 분포를 산출하고, 산출된 차분 투영 휘도 분포에 대해, 소정의 휘도 임계치를 초과하기 시작하는 위치를 검출하고, 검출된 위치를 주행체(3)의 선두부의 위치로 인식한다.

Description

주행체의 선두 위치 검출 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING HEAD POSITION OF TRAVELING BODY}
본 발명은, 열차, 자동차 등의 주행체의 선두 위치의 검출 기술이며, 특히 화상 처리 방법을 사용한 주행체의 선두 위치의 검출 기술에 관한 것이다.
최근, 신간선이나 재래선의 열차나 지하철 등에 있어서는, 홈으로부터의 전락이나 열차와의 접촉 사고 방지 등을 목적으로 한 안전 대책의 하나로서 가동 펜스가 구비되도록 되어 왔다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 가동 펜스는 플랫폼의 단부에 정차 또는 통과하는 열차와 플랫폼 상의 승객을 격리하도록 설치된 격벽이며, 정차한 열차의 도어부에 대응하는 위치에는, 승객이 승강하기 위한 도어가 설치되어 있다. 이 도어의 개폐는, 통상 자동 열차 운전 장치(ATO)로부터의 정보를 기초로 행해지지만, 이상시에는 승무원이 조작하는 경우도 있다.
그러나 상기한 설비를 역에 설치하는 경우, 가동 펜스의 설치 비용 뿐만 아니라, ATO의 신설, 그들 시스템으로부터 발신되는 정보의 관리 시스템 등, 설비 설치에는 막대한 비용이 드는 것이 우려된다.
따라서, 본원 출원인들이 특허 문헌 1과 같은 기술을 이미 개발하고 있다.
특허 문헌 1은, 이동체의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 장치이며, 상기 이동체의 화상을 당해 이동체의 배경의 화상과 함께 촬상 가능하도록 설치된 화상 센서와, 상기 화상 센서에 의해 촬상된, 상기 이동체가 찍혀 있지 않은 화상인 베이스 화상과, 상기 이동체가 찍힌 화상인 검출용 화상을 비교함으로써, 상기 이동체의 위치(특히, 선두 위치)를 검출하는 위치 검출부를 갖고 이루어지는 위치 검출 장치를 개시한다.
상기한 바와 같이, 가동 펜스의 도어의 개폐는, 자동 열차 운전 장치(ATO)로부터의 정보를 기초로 행해지는 것이 주류이지만, 그 대신에, 특허 문헌 1의 위치 검출 장치로부터 얻어진 열차의 선두 위치를 가동 펜스의 개폐에 사용함으로써, 간편한 방법이며 또한 설치 비용을 억제한 가동 펜스 시스템의 부설이 가능해진다.
일본 특허 출원 공개 제2008-298501호 공보
그러나 특허 문헌 1에 기재된 기술은, 이동체인 열차가 찍혀 있지 않은 베이스 화상과, 열차가 찍힌 검출용 화상을 비교함으로써, 열차 선두 위치를 검출하는 기술로 되어 있으므로, 화상 내에 열차 자체가 아닌 그 배경의 부분에서 변화되는 것이 있으면, 그 부분은 외란이 되어 오검지의 원인으로 되거나 한다.
또한, 열차에 장착된 전방 조명광의 직접 반사광(정반사광), 열차 자신의 그림자 등은 외란 광 성분이며, 열차의 이동과 함께 화상 상에서 휘도 변화의 위치가 이동해 간다. 이러한 외란 광 성분도, 특허 문헌 1에 기재된 기술에 있어서는, 베이스 화상과 다르므로 명확한 에지를 발생한다. 또한 이동체와 함께 이동하는 에지로 되므로, 이동체의 위치 검출에 있어서 오차로 되기 쉽다.
또한, 열차가 화상 센서의 시야에 접근하는 것에 수반하여, 열차 선두부의 전방 조명광에 의해 배경 전체의 휘도 분포가 서서히 변화된다. 즉, 이동체가 존재하지 않는 배경 부분에 있어서, 베이스 화상으로부터 휘도가 서서히 변화되게 되어, 특허 문헌 1에 기재된 기술에 있어서, 가짜 에지를 발생시켜 오검지의 원인이 된다.
즉, 열차의 선두 위치를 검출하는 경우에 있어서, 특허 문헌 1의 기술에서는 대응할 수 없는 경우가 있고, 몇 가지의 상황하에 있어서는 주행체의 선두 위치를 오검지하는 경우도 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점에 비추어, 주행체로부터 발해지는 광이나 주행체의 그림자 등의 외란에 의한 오검지를 가능한 한 적게 한 주행체의 선두 위치 검출 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 있어서는 이하의 기술적 수단을 강구하였다.
즉, 본 발명에 관한 주행체의 선두 위치 검출 방법은, 화상 처리를 사용하여 주행체의 선두 위치를 검출하는 검출 방법이며, 상기 주행체의 선두부 및 배경을 화상 센서에 의해 연속적으로 촬상하고, 촬상된 화상을 기초로, 다른 2개의 화상 사이의 차분 화상을 산출하고, 산출된 차분 화상에 관하여, 화상 상의 소정 방향을 따른 휘도 적산을 행함으로써 차분 투영 휘도 분포를 산출하고, 산출된 차분 투영 휘도 분포에 대해 소정의 휘도 임계치를 적용함으로써, 상기 주행체의 선두부의 위치를 인식하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 다른 검출 방법은, 화상 처리를 이용하여 주행체의 선두 위치를 검출하는 검출 방법이며, 상기 주행체의 선두부 및 배경을 화상 센서에 의해 연속적으로 촬상하고,
촬상된 화상을 기초로, 다른 2개의 화상의 각각에 있어서, 화상 상의 소정 방향을 따른 휘도 적산을 행함으로써 투영 휘도 분포를 산출하고, 산출된 2개의 투영 휘도 분포의 차를 취한 차분 투영 휘도 분포를 산출하고, 산출된 차분 투영 휘도 분포에 대해 소정의 휘도 임계치를 적용함으로써, 상기 주행체의 선두부의 위치를 인식하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 휘도 적산을 행할 때에, 화상 상의 소정 방향을 주행체의 주행 방향에 수직한 방향으로 하는 것은 바람직하다.
또한 바람직하게는, 상기 휘도 임계치를, 상기 주행체의 속도에 따라서 가변인 값으로 하면 좋다.
또한, 상기 촬상된 화상에 존재하는 외란 휘도치에 의한 오검지를 배제하기 위해, 상기 분포 파형에 대한 휘도 임계치의 적용 범위를 미리 규정해 두면 좋다.
또한, 외란 휘도치라 함은, 주행체로부터 발해지는 광의 직접 반사광(정반사광), 주행체 자체의 그림자, 또한 전기적인 노이즈 등에 의해 발생되는 화상 내에 실제로는 존재하지 않는 휘도치 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 상기 적용 범위는, 상기 주행체의 이동 정보를 기초로 설정되는 동시에, 상기 주행체의 속도에 따라서 가변인 범위 폭으로 되어 있으면 좋다.
바람직하게는, 상기 다른 2개의 화상이 연속되는 2개의 화상이면 좋다.
바람직하게는, 상기 다른 2개의 화상이 단속적인 2개의 화상이면 좋다.
본 발명에 관한 주행체의 선두 위치 검출 장치는, 화상 처리를 사용하여 주행체의 선두 위치를 검출하는 검출 장치이며, 상기 주행체의 선두부 및 배경을 연속적으로 촬상 가능한 화상 센서와, 상기 주행체의 선두부 및 배경을 화상 센서에 의해 연속적으로 촬상하고, 촬상된 화상을 기초로, 다른 2개의 화상 사이의 차분 화상을 산출하고, 산출된 차분 화상에 관하여, 화상 상의 소정 방향을 따른 휘도 적산을 행함으로써 차분 투영 휘도 분포를 산출하고, 산출된 차분 투영 휘도 분포에 대해 소정의 휘도 임계치를 적용함으로써, 상기 주행체의 선두부의 위치를 인식하는 주행체의 선두 위치 검출 방법을 사용하여 주행체의 선두 위치를 검출하도록 구성된 화상 처리부를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 주행체의 선두 위치 검출 장치는, 화상 처리를 사용하여 주행체의 선두 위치를 검출하는 검출 장치이며, 상기 주행체의 선두부 및 배경을 연속적으로 촬상 가능한 화상 센서와, 상기 주행체의 선두부 및 배경을 화상 센서에 의해 연속적으로 촬상하고, 촬상된 화상을 기초로, 다른 2개의 화상의 각각에 있어서, 화상 상의 소정 방향을 따른 휘도 적산을 행함으로써 투영 휘도 분포를 산출하고, 산출된 2개의 투영 휘도 분포의 차를 취한 차분 투영 휘도 분포를 산출하고, 산출된 차분 투영 휘도 분포에 대해 소정의 휘도 임계치를 적용함으로써, 상기 주행체의 선두부의 위치를 인식하는 주행체의 선두 위치 검출 방법을 사용하여, 주행체의 선두 위치를 검출하도록 구성된 화상 처리부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 주행체의 선두 위치 검출 방법 및 장치에 따르면, 주행체로부터 발해지는 광이나 주행체의 그림자 등의 외란에 의한 오검지를 가능한 한 적게 하여, 확실하고 또한 정확하게 주행체의 선두 위치를 검출할 수 있다.
도 1은 화상 센서가 구비된 플랫폼을 도시하는 사시도.
도 2는 주행체의 선두 위치 검출 장치와 가동 펜스로 구성되는 시스템의 개략도.
도 3은 주행체의 선두 위치 검출 방법으로 행해지는 화상 처리를 설명하기 위한 도면.
도 4는 차분 투영 휘도 분포에 휘도 임계치를 적용한 도면.
도 5는 주행체의 선두 위치 검출 방법의 흐름도.
도 6은 주행체의 선두의 개략 위치를 추정하기 위한 사고 방식을 설명하는 도면.
도 7은 주행체의 선두 위치 검출의 다른 방법을 나타낸 흐름도.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 기초로 설명한다.
본 발명에 관한 주행체의 선두 위치 검출 장치(1)는, 신간선이나 재래선, 지하철 등의 플랫폼(2)에 설치되어 있고, 여기서는 주행체로서 궤도 상을 주행하는 열차(3)를 상정하여, 플랫폼(2)으로 진입하는 열차(3)의 선두부의 위치를 검출하는 실시 형태를 나타낸다.
[제1 실시 형태]
도 1은 주행체의 선두 위치 검출 장치(1)(이하, 검출 장치라 하는 경우도 있음)가 설치되는 플랫폼(2)의 상황을 도시한 것이다.
이 플랫폼(2)에는, 플랫폼(2)으로부터의 전락이나 주행체인 열차(3)와의 접촉 사고 방지 등을 목적으로 한 안전 대책의 하나로서 가동 펜스(4)가 구비되어 있다. 가동 펜스(4)는 플랫폼(2)에 정차 또는 플랫폼(2)을 통과하는 열차(3)와, 플랫폼(2) 상의 승객을 격리하도록 설치된 격벽이며, 정차한 열차(3)의 도어에 대응하는 위치에는 승객이 승강하기 위한 도어(4A)가 설치되어 있다. 이 도어(4A)의 개폐는 검출 장치(1)가 검출한「열차(3)의 선두 위치의 정보」를 기초로 도어(4A)의 개폐를 행한다.
본 발명의 주행체의 선두 위치 검출 장치(1)는, 화상 처리의 방법을 사용하여 열차(3)의 선두 위치를 검출하는 것이며, 열차(3)의 선두부의 위치가, 플랫폼(2) 상의 소정 위치[정지 위치(L)]에 도달하였는지 여부를 검지한다.
도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 검출 장치(1)는 플랫폼으로 진입하여 정차하는 열차(3)의 선두를, 배경인 플랫폼(2)이나 선로(10) 등과 함께 촬상하는 화상 센서(5)를 갖고 있다. 화상 센서(5)는, CCD 카메라(비디오 카메라 등)로 구성되어 있고, 예를 들어 매초 30프레임의 화상을 연속적으로 출력한다.
이 화상 센서(5)는, 플랫폼(2)의 선두측이며, 플랫폼(2)에 설치된 지붕(6)의 아래 등, 지상 높이 3미터 정도의 위치에 설치되어 있다. 화상 센서(5)에는, 열차(3)의 선두부 및 그 배경을 촬상 가능하게 하는 촬상 렌즈가 장착되고, 시각이나 날씨에 따라서 노출량을 최적으로 하는 자동 노출 기구가 구비되어 있다.
화상 센서(5)로부터 출력되는 촬상 화상은, 퍼스널 컴퓨터 또는 DSP 등으로 구성되는 하드웨어로 이루어지는 화상 처리부(7)에 도입된다.
이 화상 처리부(7) 내에는, 프레임 메모리가 구비되어 있고, 소정 시간 간격(1/30 또는 1/15초)으로 도입되는 2차원의 화상(640픽셀×480픽셀)이 축적된다. 프레임 메모리에 축적된 2차원 화상에 대해, 후술하는 선두 위치를 검출하기 위한 화상 처리가 행해진다.
또한, 본 실시 형태의 경우, 검출된 열차(3)의 선두 위치를 기초로, 열차(3)의 선두가 플랫폼(2)에 있어서 정해진 정지 위치(L)에 정확하게 정지하였는지 여부가 판정되고, 이 판정 결과가 도어 제어부(8)로 보내져, 도어 제어부(8)는, 열차(3)가 정지 위치(L)에 정확하게 정지한 경우에, 가동 펜스(4)에 대해 도어(4A)를 개방하는 신호를 발한다.
또한, 검출된 열차(3)의 선두 위치를 기초로, 승무원이 가동 펜스(4)의 도어(4A)를 개방하도록 해도 좋다.
그런데 검출 장치(1)는 화상 센서(5)가 설치된 위치보다도 열차(3)의 진행 방향의 전방측에 있어서, 열차(3)의 진입을 검출하기 위한 주행체 센서(9)를 갖고 있다.
주행체 센서(9)는, 초음파 센서, 적외선 센서 등과 같이 센서 전방의 대상물의 존재 여부를 검출하는 것이며, 예를 들어 플랫폼(2) 중앙부의 지붕(6) 아래에 설치되어, 열차(3)가 화상 센서(5)의 촬상 범위(시야)에 들어가기 전에, 홈으로의 열차(3) 진입을 검출하도록 배치되어 있다. 이 주행체 센서(9)로부터의 신호[열차(3) 진입의 신호]를 기초로 화상 센서(5)를 작동시키도록 함으로써, 열차(3) 이외의 진입을 검출하여 오검지를 행할 가능성이 대폭 줄어든다.
주행체 센서(9)로서, 초음파나 적외선을 사용한 도플러 센서를 사용함으로써, 열차(3)의 진입 뿐만 아니라, 진입해 온 열차(3)의 속도를 구할 수도 있다.
다음에, 도 3, 도 4 및 도 5의 흐름도를 기초로, 화상 처리부(7)에서 행해지는「열차(3)의 선두의 위치 검출 처리」의 상세에 대해 서술한다.
화상 처리부(7)에서 행해지는 열차(3)의 선두 위치 검출 방법은, 화상 처리를 사용하여 열차(3)의 선두 위치를 검출하는 알고리즘을 갖고 있고, 열차(3)의 선두부 및 배경을 화상 센서(5)에 의해 연속적으로 촬상하고, 촬상된 화상을 기초로, 연속되는 2개의 화상 사이의 차분 화상을 산출하고, 산출된 차분 화상에 관하여, 열차(3)의 주행 방향에 수직한 방향을 따른 휘도 적산을 행함으로써 투영 휘도 분포(이후, 차분 투영 휘도 분포라 하는 경우도 있음)를 산출하고, 산출된 투영 휘도 분포에 대해, 소정의 휘도 임계치를 초과하기 시작하는 위치(S)를 검출하고, 검출된 위치(S)를 열차(3)의 선두부의 위치로 인식하는 것이다.
상세하게는, 우선 도 5의 S10에 있어서, 주행체 센서(9)가 플랫폼(2)으로 열차(3)가 진입한 것을 검지한 것으로 한다.
열차 진입을 검지 후, S11에 있어서, 화상 센서(5)는 플랫폼(2)이나 선로(10) 등의 배경을 포함하는 열차(3)의 선두부의 화상을 연속적으로 촬상한다. 촬상된 화상은 화상 처리부(7)로 전송되어, 화상 처리부(7) 내의 프레임 메모리에 축적된다. 화상 센서(5)에 의한 촬상의 간격은 임의이지만, 플랫폼(2)으로의 열차(3)의 진입을 확실하게 검지하기 위해, 1/30초 내지 1초가 바람직하다.
도 3의 (a-1) 내지 (a-4)는, 열차(3)가 플랫폼(2)으로 진입하는 모습을 연속적으로 촬상한 화면, 또는 단속적으로 촬상한 화면(예를 들어, 1 프레임 건너뛴 화상이나 수 프레임 간격으로 추출한 화상)을 모식적으로 도시한 도면이다.
(a-1)은, 주행체 센서(9)는 열차(3)의 진입을 검지하고 있지만, 화상 센서(5)의 촬상 범위 내에는 열차(3)가 진입하고 있지 않은 상황이다. (a-2), (a-3)은, 화상 센서(5) 내에 열차(3)가 진입해 가는 상황을 촬상한 것이다. 열차(3)는 화상의 우측으로부터 좌측을 향해(화상의 X 좌표를 따라 좌표 원점 쪽으로) 진입한다. 화상 중의 H는 열차(3)의 헤드라이트에 의해 비춰지고 있는 부분[정반사광(H)]을 나타낸다.
(a-2)의 상황으로부터 (a-3)의 상황으로 천이하는 동안에, 열차(3)의 속도는 감속한다. (a-4)는 열차(3)가 홈의 정지 위치(L)에 정확하게 정지한 상황을 촬상한 것이다. (a-3)의 상황으로부터 (a-4)로의 천이에 있어서, 열차(3)의 속도는 매우 저속으로 된다.
다음에, S12에 있어서, 얻어진 촬상 화상을 기초로, 다른 2개의 촬상 화상의 차를 취하여, 차분 화상을 작성한다. 촬상 시간이 다른 2개의 촬상 화상으로서는, 연속적으로 촬상한 화면(프레임마다의 화상)이라도 좋고, 단속적으로 촬상한 화면(예를 들어, 1 프레임 건너뛴 화상이나 수 프레임 간격으로 추출한 화상)이라도 좋다.
구체적으로는, (a-1)의 화상 상의 좌표(x1, y1)에 존재하는 화소의 휘도치와, (a-2)의 화상 상의 좌표(x1, y1)에 존재하는 화소의 휘도치의 차를, 모든 화소에 대해 계산함으로써 차분 화상이 얻어진다. (a-1)과 (a-2)의 차분 화상이 도 3의 (b-1)이고, (b-1) 화상에는, 열차(3)의 선두부와 정반사광(H)이 나타난다.
도 3의 (b-2)는, (a-2)의 화상과 (a-1)의 화상의 차분 화상이며, 이 차분 화상에는 화면 중앙까지 진행된 열차(3)의 선두 및 이 열차(3)로부터 발해지는 정반사광(H)이 존재한다. 정반사광(H)은 화상의 좌측 단부에 존재한다. 열차(3)의 선두부에 이어지는 본체부(화상의 우측)는, (a-2)의 화상과 (a-1)의 화상 사이에 큰 변화가 없으므로, 옅은(휘도가 낮은) 화상으로 찍힌다. 또한, (a-1)에 있어서 존재한 정반사광(H)은 차분 화상에 있어서는 마이너스값으로 되어 표시되지 않게 된다.
도 3의 (b-3)은, (a-3)의 화상과 (a-4)의 화상의 차분 화상이며, 이 차분 화상에는 정지 위치(L)에 정지한 열차(3)의 선두부만이 존재한다. (a-3)의 상황으로부터 (a-4)로의 천이에 있어서, 열차(3)의 속도는 매우 저속이므로, (b-3)에 있어서의 열차(3)의 선두 화상은 매우 옅은(휘도가 낮은) 것으로 되어 있다.
그 후, S13에 있어서, (b-1) 내지 (b-3)의 차분 화상 각각에 대해, Y 방향으로 프로젝션을 행하여 투영 휘도 분포를 산출한다. 구체적으로는, 각 X 좌표에 있어서, Y 좌표를 따라 배열되어 있는 복수의 화소의 휘도치를 더함(휘도치의 적산을 행함)으로써, 투영 휘도 분포를 얻을 수 있다. 또한, Y 좌표를 따른 방향은, 촬상 화상에 있어서 열차(3)가 이동해 가는 방향에 수직한 방향이다.
이와 같이 하여 산출된 휘도 분포는, 차분 화상에 관한 투영 휘도 분포이므로, 이후「차분 투영 휘도 분포」라 한다.
이상의 처리에 의해 얻어진 차분 투영 휘도 분포가 도 3의 (c-1) 내지 도 3의 (c-3)이고, 각각이 도 3의 (b-1) 내지 도 3의 (b-3)의 차분 화상에 각각 대응하는 것이다.
예를 들어, 도 3의 (c-1)에 나타내어지는 차분 투영 휘도 분포에서, 좌표 원점에 가까운 측의 볼록 파형은, 헤드라이트 정반사광(H)에 기인하는 것으로 외란 휘도치이다. 원점으로부터 먼 측의 볼록 파형은, 열차(3)의 선두 부분에 기인하는 휘도이다. 이 선두 부분에 기인하는 볼록 파형에 관해서는, 열차(3) 이동에 의한 흔들림이나 촬상 렌즈의 성능 한계에 의한 초점 흐려짐에 의해, 그 에지가 약간 희미해지게 된다. 그로 인해, 선두 부분의 볼록 파형은 열차 선두부보다 약간 전방으로부터 상승하게 된다.
도 3의 (c-2)에 있어서는, 열차(3)가 플랫폼(2)을 진입하는 동시에, 정반사광(H)에 기인하는 볼록 파형 및 열차(3)의 선두 부분에 기인하는 볼록 파형은, 원점측으로 이동한다. 또한, 열차(3)의 속도 저하에 기인하여 선두 부분의 휘도치가 낮은 것으로 되어 있으므로, 열차(3)의 선두부의 볼록 파형의 피크치는 낮아져, 정반사광(H)에 기인하는 볼록 파형의 피크치에 가까운 것으로 되어 있다.
도 3의 (c-3)에 있어서는, 헤드라이트로부터의 정반사광(H)이 화상 센서(5)의 시야 밖으로 이동하므로, 정반사광(H)에 기인하는 볼록 파형은 없어지고 열차(3)의 선두부의 볼록 파형만으로 된다. 열차(3)의 정지에 수반되는 속도 저하에 기인하여 선두부의 휘도치는 극단적으로 낮아져, 열차(3)의 선두부의 볼록 파형의 피크치는 작은 값으로 된다. 볼록 파형의 피크치는, 경우에 따라서는 헤드라이트의 정반사광(H)에 기인하는 볼록 파형의 피크치보다 낮아지는 경우도 있을 수 있다.
이러한 상황하에서도 고정밀도로 열차(3)의 선두 위치를 검출하기 위해, 도 4와 같이 차분 투영 휘도 분포에 대해「주행체의 속도에 따라서 가변인 동적인 휘도 임계치」를 설정하고, 열차(3)의 선두 부분에 기인하는 볼록 파형을 검출하여, 열차(3)의 화상 상의 위치를 인식하는 것으로 하고 있다.
구체적으로는, S14에 있어서, 주행체 센서(9) 등을 사용하여 플랫폼(2)으로 진입해 온 열차(3)의 속도를 검출하고, 또한 열차(3) 속도가 낮아지면 저휘도로 되는 휘도 임계치를 결정한다. 휘도 임계치의 결정의 방법은 다양한 것이 채용 가능하지만, 예를 들어 현 시각에 있어서의 열차(3)의 속도의 정수배를 휘도 임계치로 하거나, 현 시각에 이르기까지의 열차(3)의 평균 속도의 정수배를 휘도 임계치로 하면 좋다. 현 시각에 이르기까지의 열차(3)의 평균 속도의 지수배를 휘도 임계치로 해도 좋다. 또한, 도 4의 (a) 내지 도 4의 (c)는 도 3의 (c-1) 내지 도 3의 (c-3)과 동일한 차분 투영 휘도 분포이다.
그 후, S15에 있어서, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 차분 투영 휘도 분포에 대해 휘도 임계치 TH1(고휘도치)을 적용한다. 그러면, 휘도 임계치 TH1을 초과하기 시작하는 위치 P1은, 열차(3)의 선두 부분에 기인하는 볼록 파형의 선두부로 된다.
S16에 있어서, 이 초과하기 시작하는 위치(휘도 임계치 TH1과 볼록 파형의 교점 P1)를 검출함으로써 열차(3)의 선두 위치를 인식할 수 있다. 또한 전술한 바와 같이, 선두부의 볼록 파형에 관해서는, 열차(3) 이동에 의한 흔들림이나 촬상 렌즈의 성능 한계에 의한 초점 흐려짐에 의해 그 에지가 약간 희미하게 되어 있어, 열차 선두부보다 약간 전방으로부터 상승하게 된다. 그로 인해, 휘도 임계치 TH1과 볼록 파형의 교점은 정확한 열차 선두 위치에 보다 가까워진다.
그런데, 도 4의 (b)로부터 명백한 바와 같이, 열차(3)의 속도 저하에 수반하여 휘도 임계치를 TH1→TH2로 낮춤으로써, 열차(3)의 선두에 기인하는 볼록 파형이 아니라, 헤드라이트의 정반사광(H)에 기인하는 볼록 파형을 검지하게 된다. 그로 인해, 본 실시 형태에서는, S14에 있어서, 휘도 임계치를 적용하는 범위, 환언하면 차분 투영 휘도 분포에 있어서, 열차 선두의 볼록 파형을 탐색하는 범위를 한정하도록(윈도우를 설치하도록) 하고 있다. 또한, 휘도 임계치 TH(TH1 내지 TH3)를 구하는 방법에 대해서는 후술한다.
탐색하는 범위(적용 범위)는, 도 4의 L1 내지 L3으로 나타내는 것으로, 당해 범위를 설명함에 있어서, X 좌표의 우측(원점 반대측)을 기점, X 좌표의 좌측(원점측)을 종점이라 한다.
휘도 임계치의 적용 범위의 기점에 관해서는, 최초에 얻어진 차분 투영 휘도 분포[도 4의 (a)]에 있어서는, 투영 휘도 분포의 X 좌표의 최대치(X 좌표의 가장 우측)로 한다. 다음에 얻어진 차분 투영 휘도 분포[도 4의 (b)]에 있어서는, 도 4의 (a)에서 얻어진「휘도 임계치 TH1과 볼록 파형의 교점 P1」의 위치를 휘도 임계치의 적용 범위의 기점으로 하고 있다. 그 후 얻어지는 차분 투영 휘도 분포[도 4의 (c)]에 있어서는, 도 4의 (b)에서 얻어진「휘도 임계치 TH2와 볼록 파형의 교점 P2」의 위치를 휘도 임계치의 적용 범위의 기점으로 하고 있다.
적용 범위의 종점에 관해서는, 기점과 종점 사이의 거리를 열차(3)의 속도가 낮아지면 짧아지도록 설정해 둔다.
예를 들어, 도 4의 (a)에 있어서, 적용 범위는 투영 휘도 분포의 거의 전체 길이 L1＝Lmax였던 것에 대해, 열차(3)의 속도가 느려진 도 4의 (b)에서는, L2(＜L1)로 하고, 열차(3)가 거의 정지한 도 4의 (c)에서는 L3(＜L2)이다. 적용 범위 L(L1 내지 L3)을 구하는 방법에 대해서도 후술한다.
이상과 같이, 열차(3)의 선두를 검출하기 위한 휘도 임계치를 적용하는 범위를, 속도의 저하에 따라서 줄임으로써, 헤드라이트의 정반사에 의한 볼록 파형(외란 휘도치)을 검지 범위 이외에 둘 수 있어, 외란 휘도치에 의한 오검지를 확실하게 방지할 수 있다.
이상의 S10 내지 S16을 실시간으로(화상을 촬상할 때마다) 실행함으로써, 촬상 화상 상에 있어서의 열차(3)의 선두 위치를 산출하고, 그 후에 S17에 있어서, 열차(3)의 선두 위치와 화상 상에서의「열차(3)의 정지 위치(L)」가 일치하고 있는지 여부를 판정한다. 또한, 정지 판정은, 촬상 화상 상에 있어서의 열차(3)의 선두 위치를 기초로, 플랫폼(2)에 대한 열차(3)의 위치를 산정하여, 그 위치와 플랫폼(2) 상의 실제의 정지 위치(L)가 일치하고 있는지 여부를 판정해도 좋다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 열차(3)가 소정의 위치에 정지하고 있다고 인식된 경우는, 그 정보가 승무원에게 전달되어, 승무원은 가동 펜스(4)의 도어(4A)를 개방해도 좋고,「열차(3)가 정지 위치(L)에 정확하게 정지하였는지 여부」의 정보를 별도로 설치된 도어 제어부(8)로 보내도록 하고, 도어 제어부(8)는「열차(3)가 정지 위치(L)에 정확하게 정지한」경우에, 가동 펜스(4)에 대해 도어(4A)를 개방하는 신호를 발하도록 해도 좋다.
이상 정리하면, 본 발명의 주행체의 선두 위치 검출 장치(1)는, 프레임 사이의 차분 화상을 기초로 얻어진 차분 투영 휘도 분포에 대해 동적인 휘도 임계치나 동적인 적용 범위(윈도우)를 채용함으로써, 촬상 화상의 배경 상황의 변화나 열차(3)로부터 발해지는 광 등의 외란에 의한 오검지를 가능한 한 적게 하여, 확실하고 또한 정확하게 주행체의 선두 위치를 검출할 수 있게 된다.
본 발명의 주행체의 선두 위치 검출 장치(1)에 의해 정확하게 판정된 열차(3)의 선두 위치를 사용하여, 플랫폼(2)에 부설된 가동 펜스(4)의 조작을 행하도록 한 경우, 가동 펜스(4)의 안전성의 가일층의 향상에 크게 기여할 수 있는 것이 된다.
그런데, S10 내지 S17의 처리를 행할 때에 사용하는 휘도 임계치 TH(TH1 내지 TH3), 적용 범위 L(L1 내지 L3)은, 실제의 현장 상황에 맞추어 다양하게 결정 가능하지만, 본 실시 형태에서는 이하와 같이「센서의 정보」를 기초로 결정하는 것으로 하고 있다.
즉, 적용 범위 L(L2)의 산출 방법으로서는, 주행체 센서(9)에 의해 측정된 열차(3)의 속도(v)로부터 산출되는 촬상 화면 상의 이동량 예측치를 기초로 하여 구한다. 이동량 예측치(Lv)는, [수학식 1]에 의해 얻어진다.
Figure pat00001
여기서, α는 열차의 실 공간과 화면 상의 위치를 연결하는 파라미터로, 화상 센서(5)의 설치시에 미리 캘리브레이션(교정 작업)에 의해 구해 둔다. 또한, τ는 촬상 프레임간의 경과 시간이다. 시판되고 있는 화상 센서(5)에 있어서는, 1/15초 내지 1/30초인 것이 많고, τ는 실제로 사용하는 화상 센서(5)의 프레임률에 맞추어 설정하면 된다.
또한, [수학식 1]은, 열차(3)의 등속 운동을 가정하고 있지만, 실제로는 가감속하고 있을 가능성도 있으므로 약간 폭을 넓혀 두고, 적용 범위 L2를 [수학식 2]로 산출한다.
Figure pat00002
여기서, β는 상수이다. β의 적정량은 실 계측 데이터로부터 구해도 좋다. 또한, 적용 범위 L2를 [수학식 3]에 의해 산출하도록 해도 좋다.
Figure pat00003
여기서, γ는 상수이다. γ의 적정량은 실 계측 데이터로부터 구해도 좋다.
또한, 휘도 임계치 TH(TH2)의 산출 방법으로서는, 주행체 센서(9)에 의해 측정된 열차(3)의 속도(v)를 변수로 하여 갖는 [수학식 4]를 사용하면 된다.
Figure pat00004
여기서, τ는 촬상 프레임간의 경과 시간, K는 상수항이다. ξ는 상수로 해도 좋고, 속도의 함수 ξ(v)로 해도 좋다. ξ＝1로 하면, TH2는 단순히 속도에 비례한다.
또한, 휘도 임계치 TH는, 열차(3)의 속도가 작아질수록 그 값도 작아져, 노이즈 신호를 오검출하게 된다. 따라서, 휘도 임계치의 최소치 TH3을 미리 정해 두고, [수학식 4]의 결과가 TH3보다 작아지는 경우는, TH3을 휘도 임계치로서 채용한다.
한편, 휘도 임계치 TH, 적용 범위 L을「화상으로부터 얻어지는 정보」를 기초로 결정할 수도 있다.
도 6에는, 화상 센서(5)에 의해 촬상된 화상을 기초로 작성된「플랫폼(2)으로 진입해 온 열차(3)의 선두 위치의 이동도」가 도시되어 있다. 이 도면에서는, 횡축을 시각, 종축을 열차의 화면 상의 선두 위치로 하고 있다. 열차(3)는 촬상 화면 상을 우측으로부터 좌측으로 진행하면서 감속하여, 이윽고 정지하므로, 도 6에 있어서, 열차(3)의 선두 위치는 시각의 경과와 함께 종축에서 값이 작은 쪽으로 이동해 간다.
이러한 선두 위치의 이동도(추이도)를 사용하면, 과거의 열차 선두 위치의 변화로부터, 다음 화상 프레임에 있어서의 화면 상의 이동량(Lv)을 예측할 수 있다. 예를 들어, [수학식 5]와 같이 예상 가능하다.
Figure pat00005
[수학식 5]는, i번째의 프레임에서 얻어진 선두 위치(Pi)와, (i-1)번째의 프레임 화상에서 얻어진 선두 위치(Pi-1)의 차를 구하고, 이 차를 n개의 구간에 대해 행하고, n으로 나누어 n회의 프레임간 이동량의 평균치를 구하는 것으로 되어 있다. 이 [수학식 5]를 [수학식 1] 대신에 사용하여, 탐색 구간 L2를 산출하는 것이 가능하다. 또한, 최초에 적용하는 적용 범위 L1은, 전술한 바와 같이 Lmax로 한다.
또한, 적용 범위 L을「화상으로부터 얻어지는 정보」를 기초로 결정하는 경우에는, 휘도 임계치 TH2는 [수학식 5]에 의해 얻어지는 Lv를 [수학식 4]의 vτ 대신으로 하여, [수학식 4]로 산출할 수도 있다.
[제2 실시 형태]
다음에, 본 발명에 관한 주행체의 선두 위치 검출 방법 및 장치의 제2 실시 형태에 대해 서술한다.
제2 실시 형태가 제1 실시 형태와 비교하여 크게 다른 점은, 차분 투영 휘도 분포를 구하는 수순이 다른 것에 있다.
즉, 도 7에 나타내는 바와 같이, 주행체 센서(9)에 의한 열차 진입을 검지 후(S20), 화상 센서(5)는 플랫폼(2)이나 선로(10) 등의 배경을 포함하는 열차(3)의 선두부의 화상을 연속적으로 촬상한다(S21). 촬상된 화상은, 도 3의 (a-1) 내지 (a-4)이다.
다음에, S22에 있어서, 도 3의 (a-1) 내지 (a-4)에 도시하는 각 화상의 각각에 대해, 투영 휘도 분포를 산출한다. 구체적으로는, 각 X 좌표에 있어서 Y 좌표를 따른 방향으로 휘도치의 적산을 행함(Y 방향으로 프로젝션함)으로써, 투영 휘도 분포를 얻을 수 있다.
그 후, S23에 있어서, 다른 2개의 화상 사이의 투영 휘도 분포의 차를 취함으로써 차분 투영 휘도 분포를 산출한다. 구체적으로는, 도 3의 (a-1)의 투영 휘도 분포와 도 3의 (a-2)의 투영 휘도 분포의 차인 차분 투영 휘도 분포를 산출한다. 이 차분 투영 휘도 분포는, 도 3의 (c-1)에 도시하는 제1 실시 형태에서의 차분 투영 휘도 분포와 대략 동일해진다.
마찬가지로, 도 3의 (a-2)의 투영 휘도 분포와 도 3의 (a-3)의 투영 휘도 분포의 차인 차분 투영 휘도 분포를 산출한다. 이 차분 투영 휘도 분포는, 도 3의 (c-2)에 도시하는 제1 실시 형태에서의 차분 투영 휘도 분포와 대략 동일해진다. 도 3의 (a-3)의 투영 휘도 분포와 도 3의 (a-4)의 투영 휘도 분포의 차인 차분 투영 휘도 분포를 산출한다. 이 차분 투영 휘도 분포는, 도 3의 (c-3)에 나타내는 제1 실시 형태에서의 차분 투영 휘도 분포와 대략 동일해진다.
얻어진 차분 투영 휘도 분포에 대해, S24 내지 S27의 처리를 행하게 되지만, S24 내지 S27의 처리는 제1 실시 형태의 S14 내지 S17의 처리와 대략 동일하므로 설명을 생략한다. 발휘하는 작용 효과도 제1 실시 형태와 대략 동일하고, 촬상 화상의 배경 상황의 변화나 열차(3)로부터 발해지는 광 등의 외란에 의한 오검지를 가능한 한 적게 하여, 확실하고 또한 정확하게 주행체의 선두 위치를 검출할 수 있다.
제2 실시 형태의 선두 위치 검출 방법을 실현하기 위한 장치로서는, 제1 실시 형태와 동일한 하드웨어[화상 센서(5), 화상 처리부(7), 주행체 센서(9)]가 채용 가능하다. 또한, 제2 실시 형태의 화상 처리는, 화상 처리의 초기 단계에서 투영 휘도 분포를 구하고 있으므로, 데이터량이 큰 2차원 화상의 처리량이 전체적으로 적은 알고리즘으로 되어 있다. 그러므로, 고속 처리가 가능하고 계산 부하가 적은 주행체의 선두 위치 검출 방법으로 되어 있다.
그런데, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 특허청구의 범위에 의해 나타내어지고, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
예를 들어, 주행체로서 열차(3)를 예시하였지만, 주행체로서는 자동차나 비행기 등이라도 좋고, 공장 등에 있어서의 반송 물품이라도 좋다. 검출 장치(1)에 의한 검출 결과를 기초로, 가동 펜스(4)의 도어(4A)의 개폐를 행하는 것을 설명하였지만, 본 검출 장치(1)의 검출 결과는 다른 용도로 이용되어도 전혀 문제는 없다.
또한, 실시 형태의 설명에 있어서 사용한 도면(예를 들어, 도 3이나 도 4)은, 정확한 설명을 행하기 위한 개념도로, 화상이나 파형 등으로 통상 나타내어지는 미세한 노이즈나 급준한 스파이크 등을 기재하고 있지 않은 것에 주의를 해야 한다. 실제로 촬상한 화상에는, 다양한 노이즈나 스파이크나 외란으로 될 수 있는 배경 텍스처가 존재하지만, 그들은 기존의 화상 처리 방법을 사용하여 제거 가능하고, 본 발명의 본질에 전혀 영향을 미치는 것은 아니다.
1 : 주행체의 선두 위치 검출 장치
2 : 플랫폼
3 : 열차
4 : 가동 펜스
4A : 도어
5 : 화상 센서
6 : 지붕
7 : 화상 처리부
8 : 도어 제어부
9 : 주행체 센서
10 : 선로
H : 헤드라이트의 정반사광
L : 정지 위치

Claims (10)

  1. 화상 처리를 사용하여 주행체의 선두 위치를 검출하는 검출 방법이며,
    상기 주행체의 선두부 및 배경을 화상 센서에 의해 연속적으로 촬상하고,
    촬상된 화상을 기초로, 다른 2개의 화상 사이의 차분 화상을 산출하고,
    산출된 차분 화상에 관하여, 화상 상의 소정 방향을 따른 휘도 적산을 행함으로써 차분 투영 휘도 분포를 산출하고,
    산출된 차분 투영 휘도 분포에 대해 소정의 휘도 임계치를 적용함으로써, 상기 주행체의 선두부의 위치를 인식하는 것을 특징으로 하는, 주행체의 선두 위치 검출 방법.
  2. 화상 처리를 사용하여 주행체의 선두 위치를 검출하는 검출 방법이며,
    상기 주행체의 선두부 및 배경을 화상 센서에 의해 연속적으로 촬상하고,
    촬상된 화상을 기초로, 다른 2개의 화상의 각각에 있어서, 화상 상의 소정 방향을 따른 휘도 적산을 행함으로써 투영 휘도 분포를 산출하고,
    산출된 2개의 투영 휘도 분포의 차를 취한 차분 투영 휘도 분포를 산출하고,
    산출된 차분 투영 휘도 분포에 대해 소정의 휘도 임계치를 적용함으로써, 상기 주행체의 선두부의 위치를 인식하는 것을 특징으로 하는, 주행체의 선두 위치 검출 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 휘도 적산을 행할 때에, 화상 상의 소정 방향을 상기 주행체의 주행 방향에 수직한 방향으로 하고 있는 것을 특징으로 하는, 주행체의 선두 위치 검출 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 휘도 임계치를, 상기 주행체의 속도에 따라서 가변인 값으로 하고 있는 것을 특징으로 하는, 주행체의 선두 위치 검출 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촬상된 화상에 존재하는 외란 휘도치에 의한 오검지를 배제하기 위해, 상기 차분 투영 휘도 분포에 대한 휘도 임계치의 적용 범위를 미리 규정해 두는 것을 특징으로 하는, 주행체의 선두 위치 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 적용 범위는, 상기 주행체의 이동 정보를 기초로 설정되는 동시에, 상기 주행체의 속도에 따라서 가변인 범위 폭으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 주행체의 선두 위치 검출 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다른 2개의 화상이, 연속되는 2개의 화상인 것을 특징으로 하는, 주행체의 선두 위치 검출 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다른 2개의 화상이, 단속적인 2개의 화상인 것을 특징으로 하는, 주행체의 선두 위치 검출 방법.
  9. 화상 처리를 사용하여 주행체의 선두 위치를 검출하는 검출 장치이며,
    상기 주행체의 선두부 및 배경을 연속적으로 촬상 가능한 화상 센서와,
    상기 주행체의 선두부 및 배경을 화상 센서에 의해 연속적으로 촬상하고, 촬상된 화상을 기초로, 다른 2개의 화상 사이의 차분 화상을 산출하고, 산출된 차분 화상에 관하여, 화상 상의 소정 방향을 따른 휘도 적산을 행함으로써 차분 투영 휘도 분포를 산출하고, 산출된 차분 투영 휘도 분포에 대해 소정의 휘도 임계치를 적용함으로써, 상기 주행체의 선두부의 위치를 인식하는 주행체의 선두 위치 검출 방법을 사용하여, 주행체의 선두 위치를 검출하도록 구성된 화상 처리부를 갖는 것을 특징으로 하는, 주행체의 선두 위치 검출 장치.
  10. 화상 처리를 사용하여 주행체의 선두 위치를 검출하는 검출 장치이며,
    상기 주행체의 선두부 및 배경을 연속적으로 촬상 가능한 화상 센서와,
    상기 주행체의 선두부 및 배경을 화상 센서에 의해 연속적으로 촬상하고, 촬상된 화상을 기초로, 다른 2개의 화상의 각각에 있어서, 화상 상의 소정 방향을 따른 휘도 적산을 행함으로써 투영 휘도 분포를 산출하고, 산출된 2개의 투영 휘도 분포의 차를 취한 차분 투영 휘도 분포를 산출하고, 산출된 차분 투영 휘도 분포에 대해 소정의 휘도 임계치를 적용함으로써, 상기 주행체의 선두부의 위치를 인식하는 주행체의 선두 위치 검출 방법을 사용하여, 주행체의 선두 위치를 검출하도록 구성된 화상 처리부를 갖는 것을 특징으로 하는, 주행체의 선두 위치 검출 장치.
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