TW201636572A - 利用影像處理之吊架檢測裝置 - Google Patents

利用影像處理之吊架檢測裝置 Download PDF

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Yusuke Watabe
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Meidensha Electric Mfg Co Ltd
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    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
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Abstract

本發明之利用影像處理之吊架檢測裝置為如下構成：具備線性感測器相機(2)及影像處理部(3)而檢測影像中之吊架(6)，該線性感測器相機(2)係自車輛(1)之車頂上拍攝等間隔地設置且支持架空線(4)之吊架；該影像處理部(3)係設置於車輛(1)之內部，且解析利用線性感測器相機(2)而獲得之影像；且於影像處理部(3)設置：GSTH處理部(31a)，其對於自線性感測器相機(2)輸入之線性感測影像，於線性感測器相機(2)之攝影線方向及時間方向依序進行GSTH處理而取得強調影像中之吊架(6)之GSTH影像；及吊架檢測部(31b)，其自GSTH影像檢測吊架(6)。

Description

利用影像處理之吊架檢測裝置
本發明係關於一種利用影像處理檢測吊架，且檢測電車車輛之行駛位置或吊架之角度異常之利用影像處理之吊架檢測裝置。
首先對檢測吊架之必要性進行說明。
鐵道業者於行駛中將電車線路進行錄影，且自錄影影像確定電車之行駛位置。先前，作為確定電車之行駛位置之技術有GPS(Global Positioning System：全球定位系統)或ATC(Automatic Train Control：列車自動控制)技術，該等雖然具有無電車運行障礙之一定程度之精度，但於自影像中確定電車之行駛位置之情形時，要求進一步正確地掌握行駛位置。
又，正常之吊架係鉛直地架設，但若因溫度變化等而相對於鉛直方向具有傾斜，會使電車之集電特性劣化，故掌握吊架之角度亦變得重要。先前，作為檢測吊架之技術，下述專利文獻1、2為眾所周知。專利文獻1係利用自拍攝到之影像進行模板匹配處理或鉛直之邊緣檢測處理而檢測吊架之專利。又專利文獻2係自拍攝到之影像進行霍夫變換處理或亮度柱狀圖處理、或檢測2根直線之交點而檢測吊架之專利。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利5402096號公報
[專利文獻2]日本專利5402096號公報
[專利文獻3]日本特開2013-015336號公報
上述專利文獻1、2所揭示之發明係只要為單純之線條構成則可進行吊架檢測，但於相交線、或重疊部位等，於圖8所示般複數根線條4、5交叉之部位，則難以檢測吊架6。
專利文獻1係利用鉛直之邊緣檢測而檢測吊架。一般而言邊緣檢測係將2像素間微分值較大之部位作為邊緣而檢測。2像素之局部性檢測有誤檢測較多之問題。
專利文獻2係以霍夫變換檢測吊架之專利。由於霍夫變換係使用影像整體之特徵與吊架特徵之相對之投票量而找出吊架，故難以如圖8般檢測相對於影像整體顯得較小之吊架6。
作為關聯專利，有上述專利文獻3。此係測定架空線之磨損之發明，為以GSTH處理(參照圖4、5)進行背景去除且自動檢測架空線之磨損之部位之專利。專利文獻3之GSTH處理之特徵在於利用架空線之下表面之照明光反射為白色之點。由於作為本案之目的之吊架無反射為白色之部位，故難以使用專利文獻3而檢測吊架。
鑑於此種狀況而完成之本發明，其目的在於提供一種可進一步高精度地檢測吊架之利用影像處理之吊架檢測裝置。
為了解決上述之問題之第1發明之利用影像處理之吊架檢測裝置，其特徵在於具備線性感測器相機及影像處理部而檢測影像中之吊架，該線性感測器相機係自車輛之車頂上拍攝等間隔地設置且支持架空線之吊架；及該影像處理部，其係設置於上述車輛之內部，且解析利用上述線性感測器相機而獲得之上述影像；且 上述影像處理部包含：GSTH處理部，其對於自上述線性感測器相機輸入之線性感測影像，於上述線性感測器相機之攝影線方向及時間方向依序進行GSTH處理，而取得強調上述影像中之上述吊架之GSTH影像；及吊架檢測部，其自上述GSTH影像檢測吊架。
又，第2發明之影像處理之利用影像處理之吊架檢測裝置係於第1發明中，上述GSTH處理部作為上述GSTH處理，對於上述線性感測影像，就上述線性感測器相機之攝影線方向進行收縮處理後進行膨脹處理而取得第一GSTH影像，且取得上述線性感測影像與上述第一GSTH影像之差分而取得差分影像，且對於上述差分影像，就時間方向進行收縮處理後進行膨脹處理而取得強調上述線性感測影像中之上述吊架之第二GSTH影像，且上述吊架檢測部自上述第二GSTH影像檢測上述吊架。
又，第3發明之利用影像處理之吊架檢測裝置係於第1發明中，上述GSTH處理部作為上述GSTH處理，對於上述線性感測影像，僅就上述線性感測器相機之攝影線方向進行收縮處理而取得gsth影像，且對於上述gsth影像，就時間方向進行收縮處理後進行膨脹處理，而取得強調上述線性感測影像中之上述吊架之上述GSTH影像，且 上述吊架檢測部自上述GSTH影像檢測上述吊架。
又，第4發明之影像處理之吊架檢測裝置係如於第1至3任一發明中，上述GSTH處理部係對於上述線性感測影像進行如下之亮度反轉處理後，進行上述GSTH處理；該亮度反轉處理係針對上述線性感測器相機之攝影線方向，當該攝影線方向上主成分之亮度值為淡色之情形時，逐行將亮度值反轉，而當主成分之亮度值為濃色之情形時不反轉亮度值。
根據本發明，可僅提取作為於影像中特定之方向且較特定之細度更細之直線而存在之吊架，故可高精度地檢測出僅設置角度位於管理值內之正常之吊架。
1‧‧‧車輛
2‧‧‧線性感測器相機
3‧‧‧影像處理部
4‧‧‧架空線
5‧‧‧吊線
6‧‧‧吊架
7‧‧‧結構物
11‧‧‧原始影像
12‧‧‧收縮處理影像
12-m‧‧‧收縮處理緩衝器
13‧‧‧開影像
13-m‧‧‧膨脹處理緩衝器
14‧‧‧GSTH影像
31‧‧‧運算裝置
31a‧‧‧GSTH處理部
31b‧‧‧吊架檢測部
31c‧‧‧記憶體
32‧‧‧記錄裝置
I‧‧‧線性感測影像
IA‧‧‧亮度反轉影像
IB‧‧‧第一GSTH影像
IC‧‧‧差分影像、gsth影像
ID‧‧‧第二GSTH影像、GSTH影像
SD‧‧‧探索範圍
SL‧‧‧探索範圍
S1~S6‧‧‧步驟
S11~S15‧‧‧步驟
圖1係顯示本發明之實施例1之利用影像處理之吊架檢測裝置之設置例之說明圖。
圖2係顯示本發明之利用影像處理之吊架檢測裝置之裝置構成之方塊圖。
圖3係顯示用以說明GSTH處理之原始影像之例之說明圖。
圖4係顯示GSTH處理之收縮處理之一例之說明圖。
圖5係顯示GSTH處理之膨脹處理之一例之說明圖。
圖6係顯示將圖3所示之原始影像進行GSTH處理之結果獲得之轉換影像之說明圖。
圖7係顯示本發明之實施例1之吊架檢測之流程之流程圖。
圖8係顯示線性感測器影像之一例之示意圖。
圖9係顯示將圖8所示之線性感測器影像亮度反轉之影像之示意圖。
圖10係顯示將圖9所示之影像於x方向較長之區域進行GSTH處理之例之示意圖。
圖11係顯示取得圖9所示之影像與圖10所示之影像之差分之影像之示意圖。
圖12係顯示將圖11所示之影像於y方向較長之區域進行GSTH處理之例之示意圖。
圖13係顯示本發明之實施例2之吊架檢測流程之流程圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明之利用影像處理之吊架檢測 裝置進行說明，但本發明並非限定於以下之實施例者。
於以下之說明中，記作GSTH處理之處理係顯示進行圖4所示之收縮處理後進行圖5所示之膨脹處理者，記作gsth處理之處理係將GSTH處理簡化之處理，其為顯示不進行圖5所示之膨脹處理，而僅進行圖4所示之收縮處理者。
[實施例1] 〔使用GSTH處理之吊架檢測裝置：GSTH(A-GSTH(A))〕
使用自圖1至圖12，對本發明之實施例1之利用影像處理之吊架檢測裝置之詳細進行說明。
如圖1所示般，本實施例之利用影像處理之吊架檢測裝置具備設置於電車車輛1之車頂之線性感測器相機2、與設置於車輛1之內部之影像處理部3。
又，架空線4係由大致等間隔地設置於吊線5之複數個吊架6而支持。
線性感測器相機2係設置於車輛1之車頂上之側方，以其光軸正交於車輛1之行進方向之方式，且以其視野中容納一個吊架6之方式對設置角度及仰角進行設定。此處，圖1中之一點鏈線表示攝影線。利用線性感測器相機2取得之圖8所示之影像(以下、稱為線性感測影像)I被輸入至影像處理部3。
另，於圖8所示之例中於線性感測影像I，顯示有架空線4、吊線5、及四個吊架6。
影像處理部3係解析線性感測影像I而檢測吊架6者，由運算裝置31與記錄裝置32構成。
如圖2所示般，運算裝置31具備GSTH處理部31a、吊架檢測部31b、及記憶體31c。
GSTH處理部31a基於自記錄裝置32經由記憶體31c而輸入之參數 與自線性感測器相機2經由記憶體31c而輸入之線性感測影像I，相對於線性感測影像I而進行影像亮度反轉處理及GSTH處理。
此處，所謂影像亮度反轉處理係相對於線性感測影像I對x方向之每1行反轉亮度值之處理。惟於在x方向主成分之亮度值為濃色之情形時，判定為夜間或隧道且設為不進行亮度反轉處理者。
又，所謂GSTH處理係灰階頂帽處理(Gray Scale-Top Hat処理)，即如其名般對灰階影像施加頂帽處理者。所謂頂帽處理係對原始影像將斷開影像(以相同次數收縮→膨脹處理後之影像)進行減去處理者。
以下，使用自圖3至圖6對GSTH處理部31a所為之GSTH處理簡單地進行說明。GSTH處理係由以下之流程進行。
(1)如圖4所示般，對於圖3所示之原始影像11，進行一面將N像素(於圖3中為三像素)之範圍(以下、稱為探索範圍)SD-m(m=1~M)偏移、一面分別將最暗之像素之亮度值寫入至其他緩衝區(收縮處理緩衝區)12-m之收縮處理，而作成收縮處理影像12(12-M)。
(2)接著，如圖5所示般，相對於收縮處理影像12，進行一面將N像素(於本實施例中為三像素)之範圍(以下為探索範圍)SL-m偏移、一面分別將最亮之像素之亮度值寫入至其他緩衝區(膨脹處理緩衝區)13-m之膨脹處理，而作成斷開影像13(13-M)。
(3)接著自原始影像減去以(2)作成之斷開影像13(13-M)。
藉由進行以上之處理，可獲得如圖6所示般強調被影像內之較暗部分包圍之較亮之像素之GSTH影像14。
於GSTH處理部31a中經影像亮度反轉處理後、經實施GSTH處理之圖12所示之GSTH影像(轉換影像)ID，經由記憶體31c而被輸入至吊架檢測部31b。
吊架檢測部31b基於自記錄裝置32經由記憶體31c而輸入之參數與自GSTH處理部31a經由記憶體31c而輸入之轉換影像，利用二元化處 理等而檢測吊架6。
此處，由於架設之吊架6係以特定之等間距(距離)設置，故可藉由將檢測之吊架6之數量進行計數而掌握影像中之位置。
又，如圖12所示般，於本實施例中僅檢測鉛直地設置之吊架6，不檢測傾斜之吊架6。又電桿間之吊架6之數量係預先作為設備資料而管理。因此藉由另行與電桿檢測信號連動，可於每個電桿之吊架6之根數較少之情形時，作為異常角度之吊架6而檢測出。
利用吊架檢測部31b而檢測之吊架6之資訊係作為吊架檢測結果而向記憶體31c輸出。
記憶體31c將各種資料暫時地保管。於記錄裝置32中儲存各種資料。另，上述之參數係用以設定探索範圍之像素數N、於進行GSTH處理時必須之像素數w、h或、二元化臨限值等。
以下，基於圖7說明本實施例之利用影像處理之吊架檢測裝置之處理之流程。
如圖7所示般，於本實施例之利用影像處理之吊架檢測裝置中，首先自線性感測器相機2輸入如圖8示出一例之線性感測影像I(步驟S1)。另，圖8所示之x方向與圖1之線性感測器相機2之攝影線對應。又，圖8所示之y方向係以線性感測器相機2逐行地進行拍攝之時間。自等速行駛之車輛1拍攝到之影像如圖8所示。
接著，於GSTH處理部31a進行相對於線性感測影像I反轉亮度值之處理(步驟S2)。藉此，獲得如圖9所示之亮度反轉影像IA。另，如上述般亮度反轉係就線性感測影像I之x方向之每1行進行處理，且於x方向上主成分之亮度值為濃色之情形時，判定為夜間或隧道且不進行亮度反轉，故可使圖8之上部所示之背景為濃色之隧道部位與天空等之背景為淡色之區間同化。
接著，同樣於GSTH處理部31a中，將圖8所示之亮度反轉影像IA 向x方向進行GSTH處理(步驟S3)。即，實施在x方向上較長之w×1[像素]之區域內取得最暗之像素之圖4所示之收縮處理，且接著實施取得最亮像素之圖5所示之膨脹處理。藉此獲得將圖10所示之白色部位就x方向以寬度w以下提取出之第一GSTH影像IB。又w係與架空線4等之線條之寬度對應，且實驗性算出。於圖10所示之例中，第一GSTH影像IB成為相對於亮度反轉影像IA將吊架6及電桿或建築物等之結構物(以下、稱為干擾)7去除後之影像。
接著，同樣於GSTH處理部31a中，自亮度反轉影像IA減去第一GSTH影像IB，獲得圖11所示之差分影像IC(步驟S4)。於圖11所示之例中，差分影像IC成為將吊架6及電桿或建築物等之干擾提取後之影像。又於以差分處理可能產生負的區域之情形時，將0以下進位為0。
接著，同樣於GSTH處理部31a中，將差分影像IC向y方向進行GSTH處理(步驟S5)。即，於在y方向較長之1×h[像素]之區域內實施取得最暗之像素之圖4所示之收縮處理，接著實施取得最亮像素之圖5所示之膨脹處理。藉此如圖12所示獲得將白色部於y方向且以h以下之長度提取出之影像(以下為第二GSTH影像)ID。另h係與吊架6之直徑對應，且實驗性地算出。於圖12所示之例中，第二GSTH影像ID成為相對於差分影像IC僅提取出吊架6之影像。
第二GSTH影像ID係作為轉換影像經由記憶體31c向吊架檢測部31b輸入。
接著，於吊架檢測部31b中，自圖12所示之第二GSTH影像ID，使用二元化處理等而檢測吊架6(步驟S6)。由於架設之吊架6係以特定之等間隔(距離)設置，故將檢測之吊架6之數量進行計數且掌握影像中之位置。
進行以上之步驟P1~步驟P6之處理直到全部之線性感測器影像I之輸入結束為止。
於如此構成之本實施例之利用影像處理之吊架檢測裝置中，GSTH處理藉由組合圖4所示之收縮處理與圖5所示之膨脹處理，且自w×1[像素]與1×h[像素]之區域求出直線，可自亮度反轉影像IA中顯現之直線之中，僅提取特定之方向且較特定之細度更細之直線。
因此，於本實施例之利用影像處理之吊架檢測裝置有活用GSTH之特徵之以下優點。
．可僅檢測以特定之方向與特定之粗細拍攝到之吊架6。
．可排除隧道坑道口或電桿7等與吊架6具有不同之特徵之干擾7而僅檢測吊架6。
．於本實施例中僅檢測設置於鉛直方向之正常之吊架6，不檢測設置角度為管理值外之非正常之傾斜之吊架6。因此，藉由將於本實施例中檢測之吊架6之根數、與預先作為設備資料予以管理之每根電桿之正常之吊架6之根數進行比較，亦可檢測異常之吊架6。
[實施例2] 〔使用簡化之GSTH處理之吊架檢測裝置：GSTH(gsth(A))〕
以下，使用自圖1至圖6及自圖8至圖13，對本發明之實施例2之利用影像處理之吊架檢測裝置進行說明。本實施例之利用影像處理之吊架檢測裝置係於GSTH處理部31a之處理經簡化之點與實施例1不同。關於裝置構成係與實施例1之影像處理之吊架檢測裝置相同，以下，省略重複之說明，以影像處理部3之處理為中心進行說明。
基於圖13，對本實施例之影像處理之吊架檢測裝置之處理之流程進行說明。
如圖13所示般，於本實施例之利用影像處理之吊架檢測裝置中，首先自線性感測器相機2輸入於圖8顯示一例之線性感測影像I(步驟S11)，接著，於GSTH處理部31a中，進行對於線性影像I、針對x方向上主成分之亮度值為淡色之攝影線將亮度值反轉之處理(步驟 S12)。藉此，獲得圖9所示之亮度反轉影像IA。
接著，同樣於GSTH處理部31a中，將圖8所示之亮度反轉影像IA沿x方向進行gsth處理(步驟S13)。即，實施於x方向上較長之w×1[像素]之區域內取得最暗之像素之圖4所示之收縮處理，另一方面不實施取得最亮之像素之圖5所示之膨脹處理。藉此獲得圖11所示之將白色部位就x方向以寬度w以下提取出之第一gsth影像IC。另w係與架空線4等之線條之寬度對應，且實驗性地算出。
接著，同樣於GSTH處理部31a，將gsth影像IC向y方向進行GSTH處理(步驟S14)。即，實施於y方向上較長之1×h[像素]之區域內取得最暗像素之圖4所示之收縮處理，接著實施取得最亮像素之圖5所示之膨脹處理。藉此獲得圖12所示之將白色部位就y方向且以h以下之長度提取出之GSTH影像ID。又h係與吊架6之直徑對應，且實驗性算出。
GSTH影像ID係作為轉換影像經由記憶體31c而向吊架檢測部31b輸入。
接著，於吊架檢測部31b中，自圖12所示之GSTH影像ID，使用二元化處理等而檢測吊架6(步驟S15)。由於吊架6係以特定之間隔(距離)設置，故可藉由將檢測出之吊架6進行計數而掌握車輛1之現在位置，又，由於吊架6之設置角度有管理值，故檢查是否為特定之設置角度。
進行以上之步驟P11~步驟P15之處理直到全部之線性感測影像I之輸入結束為止。
於如此構成之本實施例之利用影像處理之吊架檢測裝置中，藉由將亮度反轉影像IA向x方向進行gsth處理(僅實施圖4所示之收縮處理)而將處理簡化，與實施例1相比有可將吊架檢測處理高速化之優點。另，藉由進行gsth處理，雖然於影像上檢測出之吊架6會變短，但本實施例係以判定吊架6之有無為目的，故即使檢測之吊架6變短亦 無影響。
[產業上之可利用性]
本發明係較佳應用於利用影像處理之吊架檢測裝置者。
2‧‧‧線性感測器相機
31a‧‧‧GSTH處理部
31b‧‧‧吊架檢測部
31c‧‧‧記憶體

Claims (4)

  1. 一種利用影像處理之吊架檢測裝置，其特徵在於具備線性感測器相機及影像處理部而檢測影像中之吊架，上述線性感測器相機係自車輛之車頂上拍攝等間隔地設置且支持架空線之吊架；上述影像處理部係設置於上述車輛之內部，且解析利用上述線性感測器相機而獲得之上述影像；且上述影像處理部包含：GSTH處理部，其對於自上述線性感測器相機輸入之線性感測影像，於上述線性感測器相機之攝影線方向及時間方向依序進行GSTH處理，而取得強調上述影像中之上述吊架之GSTH影像；及吊架檢測部，其自上述GSTH影像檢測吊架。
  2. 如請求項1之利用影像處理之吊架檢測裝置，其中上述GSTH處理部作為上述GSTH處理，對於上述線性感測影像，就上述線性感測器相機之攝影線方向進行收縮處理後進行膨脹處理而取得第一GSTH影像，且取得上述線性感測影像與上述第一GSTH影像之差分而取得差分影像，且對於上述差分影像，就時間方向進行收縮處理後進行膨脹處理而取得強調上述線性感測影像中之上述吊架之第二GSTH影像，且上述吊架檢測部自上述第二GSTH影像檢測上述吊架。
  3. 如請求項1之利用影像處理之吊架檢測裝置，其中上述GSTH處理部作為上述GSTH處理，對於上述線性感測影像，僅就上述線性感測器相機之攝影線方向進行收縮處理而取得gsth影像，且對於上述gsth影像，就時間方向進行收縮處理後進行膨脹處理，而取得強調上述線性感測影像中之上述吊架之上述GSTH影像，且 上述吊架檢測部自上述GSTH影像檢測上述吊架。
  4. 如請求項1至3中任一項之利用影像處理之吊架檢測裝置，其中上述GSTH處理部對於上述線性感測影像，進行如下之亮度反轉處理後，進行上述GSTH處理；上述亮度反轉處理係針對上述線性感測器相機之攝影線方向，當該攝影線方向上主成分之亮度值為淡色之情形時，逐行將亮度值反轉，而當主成分之亮度值為濃色之情形時不反轉亮度值。
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