TWI480502B - According to the image processing of the overhead line wear measurement device - Google Patents

Description

依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置

本發明係關於一種依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，尤其關於一種依據白天各種背景下亦穩定地進行磨耗計測之圖像處理裝置之架空線磨耗測定裝置。

在先前之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置中，存在對自線感測器取得之圖像進行二值化處理，將大於架空線之粗度參數之白區域作為空白之部分反轉成黑區域，藉此，僅擷取架空線磨耗面，進行架空線磨耗測定者(例如，參照專利文獻1)。

而且，相對於專利文獻1記述之方法，亦存在藉由對去除空白之部分之殘留圖像進而進行二值化處理，而使架空線之側面與磨耗面分離，從而即便架空線磨耗面顯得相對較暗，情形時亦僅擷取架空線磨耗面，進行架空線磨耗面測定者(例如，參照專利文獻2)。

又，亦具有設定藉由預先設定之灰度臨限值來避免處理背景部分之遮罩者(例如，參照專利文獻3)。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2007-271445號公報

[專利文獻2]日本專利特開2008-089524號公報

[專利文獻3]日本專利特開2006-250775號公報

然而，雖然專利文獻1及專利文獻2所記述者係在進行二值化處理之情形時，利用背景部分之一大半成為白區域來分離架空線與背景，但在背景中存在架空線以外之攝入物(屋頂上或架線構造物等。以下簡稱為「攝入物」)或亮斑(Shading)(例如，天氣變化或雲等造成之陰影。以下，簡稱為「亮斑」)之情形時，導致進行二值化時亦於背景部分中產生黑像素，使得進行二值化處理存在無法分離架空線與背景之虞。

又，專利文獻3所記述之發明係藉由以固定之灰度臨限值遮蔽背景，而在背景上架設遮罩，但於背景中存在攝入物或亮斑之情形，存在無法以固定之灰度臨限值準確地遮蔽背景區域，從而無法分離架空線與背景之虞。

此種先前之方法係於背景中存在架空線以外之攝入物或亮斑之情形時，無法將圖像二值化，準確地分離架空線與背景。

鑒於如此之情況，本發明提供一種可藉由將自線感測器照相機取得之圖像之背景中攝入之架空線以外之攝入物或亮斑之影響去除而分離架空線與架空線以外之物體，降低架空線磨耗面之誤檢測之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置。

用以解決上述問題之第1發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置包含：線感測器照相機，其係以其掃描線方 向相對於車輛之行進方向垂直且水平地設置於車輛之頂部上，拍攝架空線；照明機構，其係同樣地設置於上述車輛之頂部上，照明上述架空線；及圖像處理機構，其係設置於上述車輛之內部；其特徵在於：上述圖像處理機構包含：線感測器圖像建立機構，其係建立將自上述線感測器照相機輸入之圖像訊號按時間序列排列而成之線感測器圖像；背景分離處理機構，其係對輸入之圖像進行上述架空線與背景之分離；二值化處理機構，其係對輸入之圖像進行二值化處理而建立二值化圖像；架空線磨耗部邊緣檢測機構，其係對輸入之圖像檢測上述架空線之磨耗部分之兩側之邊緣；及架空線磨耗部寬度計算機構，其係自上述磨耗部分之兩側之邊緣位置，檢測上述架空線之磨耗量。

用以解決上述問題之第2發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置係如第1發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述背景分離處理機構係對輸入之圖像進行GSTH處理，而建立突顯出上述圖像中之上述架空線之磨耗部分之GSTH圖像之GSTH處理機構。

用以解決上述問題之第3發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置係如第2發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述GSTH處理機構係對上述線感測器圖像進行GSTH處理，而建立突顯出上述線感測器圖像中之上述架空線之磨耗部分之GSTH圖像；上述二值化處理機構係對上述GSTH圖像進行二值化處理而建立上述二值化圖像；上述架空線磨耗部邊緣檢測機構係對上述二值化圖 像檢測上述邊緣。

用以解決上述問題之第4發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置係如第1發明之架空線磨耗測定裝置，其中上述背景分離處理機構係如下之標準偏差背景去除處理機構，即，將輸入之圖像分割為任意區間，於每一上述區間中進行標準偏差背景去除處理，針對每一上述區間判斷該區間中是否攝有對象物，且進行：於該區間中攝有對象物且鄰接之區間未攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間至上述對象物為止之區域視作背景，又，於該區間中未攝有對象物且鄰接之區間中攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像。

用以解決上述問題之第5發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置係如第4發明之架空線磨耗測定裝置，其中上述標準偏差背景去除處理機構係於經上述標準偏差背景去除處理之上述區間中存在未視作背景之區域之情形時，將該區間細分化而再次對每一上述細分化之區間進行標準偏差背景去除處理，針對每一上述細分化之區間判斷該區間中是否攝有上述對象物，且進行：於該區間中攝有上述對象物且鄰接之區域中未攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間至上述對象物為止之區域視作背景，又，於該區間中未攝有上述對象物且鄰接之區間攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間之對象物至該區間為止 之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像。

用以解決上述問題之第6發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置係如第4發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述任意區間之大小係上述對象物所存在之區間不連續之大小。

用以解決上述問題之第7發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置係如第4至第6發明中之任一發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述標準偏差背景去除處理機構係對上述線感測器圖像進行標準偏差背景去除處理，而建立擷取出上述線感測器圖像中之上述架空線之上述背景去除圖像；上述二值化處理機構係對上述背景去除圖像進行二值化處理而建立上述二值化圖像；上述架空線磨耗部邊緣檢測機構係對上述二值化圖像檢測上述邊緣。

用以解決上述問題之第8發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置係如第2或第3發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述圖像處理機構進而包含如下之標準偏差背景去除處理機構作為上述背景分離處理機構：將輸入之圖像分割為任意區間，於每一上述區間中進行標準偏差背景去除處理，針對每一上述區間判斷該區間中是否攝有對象物，且進行：於該區間攝有對象物且鄰接之區間未攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間至上述對象物為止之區域視作背景，又，於該區間未攝有對象物且鄰接之區間中攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接 之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像。

用以解決上述問題之第9發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置係如第8發明之架空線磨耗測定裝置，其中上述標準偏差背景去除處理機構係於經上述標準偏差背景去除處理之上述區間中存在未視作背景之區域之情形時，將該區間細分化而再次對每一上述細分化之區間進行標準偏差背景去除處理，針對每一上述細分化之區間判斷該區間中是否攝有上述對象物，且進行：於該區間中攝有上述對象物且鄰接之區域中未攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間至上述對象物為止之區域視作背景，又，於該區間中未攝有上述對象物且鄰接之區間攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像。

用以解決上述問題之第10發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置係如第8發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述任意區間之大小係上述對象物所存在之區間不連續之大小。

用以解決上述問題之第11發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置係如第8至第10之任一發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述GSTH處理機構係對上述線感測器圖像進行GSTH處理，而建立突顯出上述線感測器圖像中之上述架空線之磨耗部分之上述GSTH圖像； 上述標準偏差背景去除處理機構係對上述GSTH圖像進行標準偏差背景去除處理，而建立擷取出上述GSTH圖像中之上述架空線之上述背景去除圖像；上述二值化處理機構係對上述背景去除圖像進行二值化處理而建立上述二值化圖像；上述架空線磨耗部邊緣檢測機構係對上述二值化圖像檢測上述邊緣。

根據上述第1發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，於包含：線感測器照相機，其係以其掃描線方向相對於車輛之行進方向垂直且水平地設置於車輛之頂部上，拍攝架空線；照明機構，其係同樣地設置於車輛之頂部上，照明架空線；及圖像處理機構，其係設置於車輛之內部之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置中，圖像處理機構包含：線感測器圖像建立機構，其係建立將自線感測器照相機輸入之圖像訊號按時間序列排列而成之線感測器圖像；背景分離處理機構，其係對輸入之圖像進行架空線與背景之分離；二值化處理機構，其係對輸入之圖像進行二值化處理而建立二值化圖像；架空線磨耗部邊緣檢測機構，其係對輸入之圖像檢測架空線之磨耗部分之兩側之邊緣；及架空線磨耗部寬度計算機構，其係自磨耗部分之兩側之邊緣位置，檢測架空線之磨耗量，因此，可將架空線磨耗面與背景分離，從而可降低架空線磨耗面之誤檢測。

根據上述第2發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中背景分離處理機構係對輸入之圖像進行GSTH處 理，而建立突顯出圖像中之架空線之磨耗部分之GSTH圖像之GSTH處理機構，因此，可藉由對輸入圖像進行GSTH處理而突顯出輸入圖像中之架空線磨耗面，另一方面，可去除攝入至背景中之物體，從而可降低架空線磨耗面之誤檢測。

根據第3發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中GSTH處理機構係對線感測器圖像進行GSTH處理，而建立突顯出線感測器圖像中之架空線之磨耗部分之GSTH圖像；二值化處理機構係對GSTH圖像進行二值化處理而建立二值化圖像；架空線磨耗部邊緣檢測機構係對二值化圖像檢測邊緣，因此，可藉由於進行二值化處理前進行GSTH處理而即使輸入圖像中架空線磨耗面顯得較暗，亦突顯出架空線磨耗面而與背景分離。

根據第4發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中背景分離處理機構係如下之標準偏差背景去除處理機構，即，將輸入之圖像分割為任意區間，於每一區間中進行標準偏差背景去除處理，針對每一區間判斷該區間中是否攝有對象物，且進行：於該區間中攝有對象物且鄰接之區間未攝有對象物之情形時，將自鄰接之區間至對象物為止之區域視作背景，又，於該區間中未攝有對象物且鄰接之區間中攝有對象物之情形時，將自鄰接之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像，因此，藉由對輸入圖像進行標準偏差背景去除處理而即使輸入圖像中之背景存在有 亮斑之情形，亦可判別架空線，從而可降低架空線磨耗面之誤檢測。

根據第5發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中標準偏差背景去除處理機構係於進行標準偏差背景去除處理之區間中存在未視作背景之區域之情形時，將該區間細分化而再次對每一細分化之區間進行標準偏差背景去除處理，針對每一細分化之區間判斷該區間中是否攝有對象物，且進行：於該區間中攝有對象物且鄰接之區域中未攝有對象物之情形時，將自鄰接之區間至對象物為止之區域視作背景，又，於該區間中未攝有對象物且鄰接之區間攝有對象物之情形時，將自鄰接之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像，因此，可確實地進行對象物與背景之分離。

根據第6發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中任意區間之大小係對象物所存在之區間不連續之大小，因此，可利用一次處理來分離對象物與背景。

根據第7發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中標準偏差背景去除處理機構係對線感測器圖像進行標準偏差背景去除處理，而建立擷取出線感測器圖像中之架空線之背景去除圖像；二值化處理機構係對背景去除圖像進行二值化處理而建立二值化圖像；架空線磨耗部邊緣檢測機構係對二值化圖像檢測邊緣，因此，可藉由在進行二值化處理前，進行標準偏差背景去除處理而即使輸入圖像 中之背景存在亮斑之情形時，亦明確地判別架空線。

根據第8發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中圖像處理機構進而包含如下之標準偏差背景去除處理機構作為背景分離處理機構：將輸入之圖像分割為任意區間，於每一區間中進行標準偏差背景去除處理，針對每一區間判斷該區間中是否攝有對象物，且進行：於該區間攝有對象物且鄰接之區間未攝有對象物之情形時，將自鄰接之區間至對象物為止之區域視作背景，又，於該區間未攝有對象物且鄰接之區間中攝有對象物之情形時，將自鄰接之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像，因此，可藉由併用GSTH處理與標準偏差背景去除處理，而進一步降低架空線磨耗面之誤檢測。

根據第9發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中標準偏差背景去除處理機構係於經標準偏差背景去除處理之區間中存在未視作背景之區域之情形時，將該區間細分化而再次對每一細分化之區間進行標準偏差背景去除處理，針對每一細分化之區間判斷該區間中是否攝有對象物，且進行：於該區間中攝有對象物且鄰接之區域中未攝有對象物之情形時，將自鄰接之區間至對象物為止之區域視作背景，又，於該區間中未攝有對象物且鄰接之區間攝有對象物之情形時，將自鄰接之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像，因此，可確實地進行對象物與背景之 分離。

根據第10發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中任意區間之大小係對象物所存在之區間不連續之大小，因此，可利用一次處理來分離對象物與背景。

根據第11發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中GSTH處理機構係對線感測器圖像進行GSTH處理，而建立突顯出線感測器圖像中之架空線之磨耗部分之GSTH圖像；標準偏差背景去除處理機構係對GSTH圖像進行標準偏差背景去除處理，而建立擷取出GSTH圖像中之架空線之背景去除圖像；二值化處理機構係對背景去除圖像進行二值化處理而建立二值化圖像；架空線磨耗部邊緣檢測機構係對二值化圖像檢測邊緣，因此，對線感測器圖像進行GSTH處理後，可藉由進行標準偏差背景去除處理而進一步提昇架空線磨耗測定之精度。

以下，一邊參照圖式，一邊對本發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置進行詳細說明。

[實施例1] (GSTH處理)

使用圖1至圖12，對本發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置之第1實施例進行說明。本實施例係藉由進行灰度高帽處理(Gray Scale-Top Hat處理。以下簡稱為「GSTH處理」)來去除背景上之架空線以外之攝入物。

如圖1所示，於本實施例中，於車輛1之頂部上設置有線 感測器照相機2及照明3。又，在車輛1之內部配設有計測用電腦4及記錄裝置5。

線感測器照相機2係以拍攝垂直上方，且其掃描線方向成為與軌道6之枕木方向，換言之與車輛1之行進方向垂直之方向之方式設定其方向。藉此，線感測器照相機2之掃描線橫斷架空線7。

照明3係以照明由線感測器照相機2拍攝之架空線7之磨耗部(即，與縮放儀8接觸之面)之方式設置。

又，如圖2所示，計測用電腦4係構成為包含作為線感測器圖像建立機構之線感測器圖像建立部4a、作為背景分離處理機構之GSTH處理部4b、作為二值化處理機構之二值化處理部4c、作為架空線磨耗部邊緣檢測機構之架空線磨耗部邊緣檢測部4d、及作為架空線磨耗部寬度計算機構之架空線磨耗部寬度計算部4e。

線感測器圖像建立部4a係將自線感測器輸入之圖像訊號(掃描線之亮度訊號)按時間序列排列，建立線感測器圖像(平面之圖像)。建立之線感測器圖像係經由記憶體M1、M2，輸入至GSTH處理部4b。

GSTH處理部4b係對輸入之線感測器圖像進行GSTH處理。

於GSTH處理部4b中經實施GSTH處理之線感測器圖像(以下，稱為GSTH圖像)係經由記憶體M2，輸入至二值化處理部4c。

此處，所謂GSTH處理係如其名所述，對灰度圖像進行 高帽處理者。所謂高帽處理係指對原圖像減去斷開(相同次數中之收縮→膨脹之理)之圖像之處理。

以下，使用圖3至圖5，對GSTH處理部4b之GSTH處理進行詳細說明。於GSTH處理部4b中，以下述流程進行處理。

(1)如圖3(b)所示，對於圖3(a)所示之原圖像11，將N像素(圖3中為3像素)之範圍(以下稱為搜尋範圍)SD-1中最暗之像素之亮度值寫入至其他緩衝器(以下，稱為收縮處理緩衝器)12-1。

(2)將搜尋範圍錯開(圖3為搜尋範圍SD-2~SD-M)，於各個搜算範圍SD-2~SD-M中，將該搜尋範圍SD-2~SD-M內最暗之像素之亮度值寫入至收縮處理緩衝器12-2~12-M。

(3)藉此，建立圖4(a)所示之收縮處理圖像12。

(4)繼而，如圖4(b)所示，對於收縮圖像12，將N像素(本實施例中為3像素)之範圍(以下，搜尋範圍)SL-1內最亮之像素之亮度值寫入至其他緩衝器(以下，稱為膨脹處理緩衝器)13-1。

(5)將搜尋範圍錯開(圖4為搜尋範圍13-2~13-M)，於各個搜尋範圍L-2~SL-M中，將該搜尋範圍SL-2~SL-M內最亮之像素之亮度值寫入至膨脹處理緩衝器13-2~13-M。

(6)藉此，建立斷開圖像13。

(7)繼而，自原圖像11中減去(6)中建立之斷開圖像13。

可藉由進行以上處理，而取得圖5所示之突顯出由圖像內之較暗部分包圍之明亮像素之GSTH圖像14。

由二值化處理4c對輸入之GSTH圖像14實施二值化處理，建立二值化圖像。建立之二值化圖像經由記憶體M2輸入至架空線磨耗部邊緣檢測部4d。

架空線磨耗部邊緣檢測部4d係對輸入之二值化圖像進行如下處理，即，於例如自左起探索某條線之情形時，檢測由黑變白之點作為左側之邊緣點，繼而檢測由白變黑之點作為右側之邊緣點。由上往下對每條線進行該處理。檢測之邊緣點之資訊(以下，稱為邊緣資料)經由記憶體M2而輸入至架空線磨耗部寬度計算部4e。

架空線磨耗部分寬度計算部4e係基於輸入之邊緣資料，算出線感測器圖像上之左右邊緣點間之寬度，且將其換算成實際之架空線7之磨耗量。算出之架空線7之磨耗量係作為架空線磨耗寬度資料，經由記憶體M2輸入至記錄裝置5。

於記錄裝置5中，除了記錄有上述架空線磨耗寬度資料之外，且經由記憶體M1、M2而記錄有線感測器圖像、GSTH圖像、二值化圖像、及邊緣資料等。

使用圖6至圖12，對本實施形態之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置之計測用電腦4中之圖像處理之流程進行說明。

如圖6所示，本實施例中，計測用電腦4首先在線感測器圖像建立部4a中，進行藉由將自線感測器照相機2輸入之圖像訊號按時間序列排列而建立圖7所示之線感測器圖像21之處理(步驟P1)。

此時，如圖7所示，於線感測器圖像建立部4a中建立之線感測器圖像21，除架空線7外，並存在攝入有架空線7以外之頂部上、架線構造體等之物體9之情形。

繼步驟P1之後，於GSTH處理部4b中，對線感測器圖像21進行上述GSTH處理(步驟P2)。具體而言，對線感測器圖像21進行上述(1)及(2)之處理，取得圖8所示之收縮處理圖像22，繼而，對收縮處理圖像22進行上述(4)及(5)之處理，取得圖9所示之斷開圖像23，且進行自線感測器圖像21減去斷開圖像23之處理。藉此，取得圖10所示之GSTH圖像24。由圖10可知，於GSTH圖像24中，與線感測器圖像21相比，僅突顯出架空線7之磨耗部7a(以下，稱為架空線磨耗部)，而將背景中攝入之架空線7以外之物體9去除。

繼步驟P2後，於二值化處理部4c中，對GSTH圖像24進行二值化處理(步驟P3)。藉此，可取得圖11所示之僅將架空線磨耗面7a擷取之二值化圖像25。

繼步驟P3後，於架空線磨耗部邊緣檢測部4d中，進行擷取表示二值化圖像25之背景之黑色與表示架空線磨耗面7a之白色之邊界如圖12所示作為左右之邊緣點10L、10R之處理(步驟P4)。藉此，可取得邊緣資料。

繼步驟P4後，於架空線磨耗部寬度計算部4e中，進行算出左右之邊緣點10L、10R間之距離作為架空線磨耗面7a之圖像上之寬度，且將其換算成實際之架空線7之磨耗量之處理(步驟P5)。

可藉由進行上述處理而利用本實施形態之計測用電腦4，測定架空線7之磨耗量。

架空線磨耗面7a係因較強地反射照明而顯得較亮，而架空線7之側面(以下，稱為架空線側面)7b因鏽、煤煙等而顯得較黑。即，架空線磨耗面7a具有係由較暗部分包圍之明亮像素之特徵，故可藉由GSTH處理而突顯。另一方面，背景部分中攝入之物體9係於線感測器圖像21上顯得較黑，未成為由較暗部分包圍之明亮像素，故無法藉由GSTH處理而變得顯眼。

又，由於在進行二值化處理前進行GSTH處理，故對灰度畫像進行收縮處理及膨脹處理，使得架空線磨耗面7a即便於相對較暗之圖像中，亦可將架空線磨耗面7a與背景分離。對此，若架空線磨耗面7a於相對較暗之圖像中直接進行二值化處理，則存在架空線磨耗面7a被處理成黑色而背景化之虞。

根據上述之本實施例之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，即使存在背景上攝入之架空線7以外之物體9之情形，亦可將架空線磨耗面7a與背景分離，故可降低架空線磨耗面7a之誤檢測。

又，由於對灰度畫像進行收縮處理及-膨脹處理而非對經實施二值化處理之圖像進行收縮處理及-膨脹處理，故而，即使架空線磨耗面7a於相對較暗之圖像中，亦可將架空線磨耗面7a與背景分離。

[實施例2] (標準偏差背景去除)

使用圖13至圖16，對本發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置之第2實施例進行說明。本實施例係藉由使用標準偏差判定亮度一致之區域而去除背景上之亮斑。

本實施例係取代上述第1實施例之GSTH處理部4b而使用圖13所示之標準偏差背景去除處理部4f者。其他構成係與圖1及圖2所示之上述構成基本相同，以下，對類似之構件附注相同之符號，且省略重複說明，以不同點為中心進行說明。

如圖13所示，計測用電腦4係構成為包含線感測器圖像建立部4a、作為背景分離處理機構之標準偏差背景去除處理部4f、二值化處理部4c、架空線磨耗部邊緣檢測部4d、及架空線磨耗部寬度計算部4e。

標準偏差背景去除處理部4f係對輸入之線感測器圖像進行標準偏差背景去除處理。由標準偏差背景去除處理部4f建立之圖像(以下，稱為背景去除圖像)係經由記憶體M2，輸入至二值化處理部4c。

二值化處理部4c係對輸入之背景去除圖像實施二值化處理，建立二值化圖像。建立之二值化圖像係經由記憶體M2輸入至架空線磨耗部邊緣檢測部4d。

以下，使用圖14，對標準偏差背景去除處理部4f中之處理進行詳細說明。於本實施例之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置中，標準偏差背景去除處理部4f係如圖14(a)所示，將線感測器圖像31分割為任意區間(本實施例為第一 區間S1、第二區間S2、第三區間S3)，且對每一區間進行標準偏差背景去除處理。

首先，對第一區間S1實施標準偏差背景去除處理。於圖14(a)所示之例中，由於第一區間S1內未攝有作為對象物之架空線7，故標準偏差值變低，判斷第一區間S1整體為背景。如此地判斷為背景之第一區間S1係以不影響其後之處理方式，作為填塗區間塗黑(圖14(b))。

繼而，對第二區間S2實施標準偏差背景去除處理。於圖14(a)所示之例中，第二區間S2內攝有架空線7，故標準偏差值變高，判斷第二區間S2中攝有某些構造物(此處為架空線7。以下稱為攝入物)。於以此方式判斷攝有攝入物之情形，判斷鄰接之區間且標準偏差背景去除處理結束後之區間(此處為第一區間S1)是否為填塗區間，且於為填塗區間之情形時，進行將至攝入物為止之區域作為背景部分塗黑之處理(圖14(c))。另一方面，於鄰接之區間且標準背景去除處理結束後之區間(此處為第一區間S1)並非為填塗區間之情形時，不進行填塗處理。

其次，對第三區間S3，實施標準偏差背景去除處理。於圖14(a)所示之例中，第三區間S3內未攝有架空線7，故標準偏差值變低，判斷第三區間S3整體為背景，且與第一區間S1相同地作為填塗區間塗黑。再者，第一區間S1以外之區間中判斷為背景之區間係判斷鄰接之區間且標準偏差去除處理結束後之區間(此處為第二區間S2)是否為填塗區間，且進行於並非為填塗區間之情形時，將自該鄰接之區 間之攝入物至第三區間S3為止之區域視作背景部分而塗黑之處理(圖14(d))。另一方面，於鄰接之區間且標準偏差去除處理結束後之區間(此處為第二區間S2)為填塗區間之情形時，則進行僅塗黑第三區間S3之處理。

此處，如圖15(a)所示，由於例如拍攝有二個架空線7-1、7-2等之於鄰接之區間中均存在攝入物，或者一個區間內存在兩個攝入物，故線感測器圖像31內存在二個以上攝入物之情形時，進行上述處理之結果，如圖15(b)所示，存在成為二個架空線7-1、7-2之間未被填塗之狀態之情形。於此種情形時，對未填塗之區域，如圖15(c)所示進行區間細分化，且對該經細分化之區間再次進行相同之處理，且藉由進行填塗二個攝入物間之背景之處理，而如圖15(d)所示，將攝入物與背景分離。

再者，線感測器圖像31中拍攝有二個以上之攝入物時攝入物間之距離可預先預測之情形時，若於將線感測器圖像分割為任意之區間時，以一個區間或鄰接之區間內不存在二個以上之攝入物之方式設定區間之大小，則可利用一次處理將攝入物與背景分離，故而較佳。具體而言，將區間之分割尺寸設為B，且將攝入物間之最小距離設為L時，以滿足以下之式(1)之方式分割區間即可。

B<L/2………(1)

根據以上處理，獲得背景上之亮斑經去除之背景去除圖像32。

二值化處理部4c係對輸入之背景去除圖像32實施二值化 處理，建立二值化圖像。建立之二值化圖像係經由記憶體M2輸入至架空線磨耗部邊緣檢測部4d。

使用圖16，對本發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置之計測用電腦4中的圖像處理之流程進行說明。

如圖16所示，於本實施例中，計測用電腦4係首先於線感測器圖像建立部4a中，進行藉由將自線感測器2輸入之圖像訊號按時間序列排列而建立線感測器圖像31之處理(步驟P11)。

繼而，於標準偏差背景去除處理部4f中，對線感測器圖像31進行上述之標準偏差背景去除處理(步驟P12)，其後，於二值化處理部4c中，對步驟P12中取得之背景去除圖像32進行二值化處理(步驟P13)。藉此，取得二值化圖像。

繼步驟P13後，於架空線磨耗部邊緣檢測部4d中，進行擷取表示二值化圖像之背景之黑色與表示架空線磨耗面7a之白色之邊界作為左右之邊緣點之處理(步驟P14)。藉此，可取得邊緣資料。

繼步驟P4後，於架空線磨耗部寬度計算部4e中，進行算出左右之邊緣點間之距離作為架空線磨耗面7a之圖像上之寬度，且將其換算成實際之架空線7之磨耗量之處理(步驟P15)。

可藉由進行上述處理而利用本實施形態之計測用電腦4，測定架空線7之磨耗量。

於線感測器圖像中，作為背景之空白係於攝有雲及天空 時成為模糊之無變化之空間，對此，作為測定對象之架空線7亦存在聚焦之情形，且清楚地呈現明暗。本實施例係利用此情況，將圖像分割為任意區間，且取該區間內之標準偏差，確認亮度之不均一情況。此時，於區間內之亮度之不均一較大之情形時，判斷攝有架空線，且於亮度之不均一較小之情形時，判斷為背景。繼而，對判斷為背景之區間，進行以不影響其後之處理之方式塗黑之處理，明確該區間為背景，藉此，降低架空線之誤檢測。

進而，於未填塗之區間中，對其鄰接之區間進行填塗處理之情形時，亦對自該鄰接之區間至該區間內之攝入物為止之區域進行填塗處理。藉由如此方式，可填滿自填塗區間至未填塗區間之攝入物為止之間出現之空白區域(背景，但未填塗之像素)，從而可進一步降低誤檢測。再者，本實施例係與填塗區間之平均亮度值相比較，而檢測亮度差為恆定值以上之像素作為攝入物部位。

根據上述本實施例之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，即使背景上存在亮斑之情形時，亦可將架空線磨耗面7a與背景分離，故可降低架空線磨耗面7a之誤檢測。

又，於即使是未填塗之區間但鄰接之區間為填塗區間之情形時，由於連攝入物亦填塗，故可確實地進行架空線磨耗面與背景之分離。

再者，本實施例係例示於標準偏差背景去除處理部4f中將視為背景之區域塗黑之例，但並非限定於將視為背景之區域塗黑，例如亦可將視為背景之區域作為遮罩像素而預 先記憶於記憶體空間，將該遮罩像素作為不進行後續處理之像素等，當可於不脫離本發明之精神之範圍內進行各種變更。

[實施例3] (日間磨耗測定)

使用圖17及圖18，對本發明之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置之第3實施例進行說明。本實施例係於圖2所示之上述第1實施例之計測用電腦4中，追加圖13所示之上述第2實施例之標準偏差背景去除處理部4f之例。其他構成係與上述第1實施例之構成基本相同，以下，對類似之構件附注相同之符號，省略重複說明，以不同點為中心進行說明。

如圖17所示，於本實施例中，計測用電腦4構成為包含線感測器圖像建立部4a、GSTH處理部4b、標準偏差背景去除處理部4f、二值化處理部4c、架空線磨耗部邊緣檢測部4d、及架空線磨耗部寬度計算部4e。

於本實施例中，GSTH處理部4係對輸入之線感測器圖像進行GSTH處理。藉此建立之GSTH圖像係經由記憶體M2輸入至標準偏差背景去除處理部4f。

標準偏差背景去除處理部4f係對輸入之GSTH圖像進行標準偏差背景去除處理。藉此建立之背景去除圖像係經由記憶體M2輸入至二值化處理部4c。

二值化處理部4c係對輸入之背景去除圖像實施二值化處理，建立二值化圖像。建立之二值化圖像係經由記憶體 M2輸入至架空線磨耗部邊緣檢測部4d。

使用圖18，對本實施例之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置之計測用電腦4中的像素處理流程進行說明。

如圖18所示，於本實施例中，計測用電腦4係首先於線感測器圖像建立部4a中，進行藉由將自線感測器2輸入之圖像訊號按時間序列排列，建立線感測器圖像31之處理(步驟P21)。

繼而，於GSTH處理部4b中，對線感測器圖像進行GSTH處理(步驟P22)。藉此，取得GSTH圖像。其後，於標準偏差背景去除處理部4f中，對GSTH圖像進行標準偏差背景去除處理(步驟P23)。藉此，取得背景去除圖像。

其後，於二值化處理部4c中，對步驟P23中取得之背景去除圖像進行二值化處理(步驟P24)。藉此，取得二值化圖像。

繼步驟P24後，於架空線磨耗部邊緣檢測部4d中，進行擷取表示二值化圖像之背景之黑色、與表示架空線磨耗面7a之白色之邊界作為左右之邊緣點之處理(步驟P25)。藉此，可取得邊緣資料。

繼步驟P25後，於架空線磨耗部寬度計算部4e中，進行算出左右之邊緣點間之距離作為架空線磨耗面7a之圖像上之寬度，且將其換算成實際之架空線7之磨耗量之處理(步驟P26)。

可藉由進行上述處理而利用本實施例之計測用電腦，測定架空線7之磨耗量。

根據本實施例之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，對比第1實施例與第2實施例，由於可同時地去除架空線以外之攝入物與亮斑兩者，故可進一步提昇精度。

又，首先，可進行GSTH處理，將架空線7以外之攝入物去除，其後，藉由進行標準偏差背景去除處理，而更高精度地進行架空線之磨耗測定。

再者，於本實施例中，從業人員可根據拍攝環境及拍攝條件，選擇是否進行GSTH處理、標準偏差背景去除處理(例如，在設定檔案中設定處理之ON/OFF)等，毋庸置疑，於未脫離本發明之精神之範圍內可進行各種變更。

[產業上之可利用性]

本發明適合應用於依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置。

1‧‧‧車輛

2‧‧‧線感測器照相機

3‧‧‧照明裝置

4‧‧‧計測用電腦

4a‧‧‧線感測器圖像建立部

4b‧‧‧GSTH處理部

4c‧‧‧二值化處理部

4d‧‧‧架空線磨耗部邊緣檢測部

4e‧‧‧架空線磨耗部寬度計算部

4f‧‧‧標準偏差背景去除處理部

5‧‧‧記錄裝置

6‧‧‧軌道

7‧‧‧架空線

7a‧‧‧架空線磨耗部

7b‧‧‧架空線側面

8‧‧‧縮放儀

9‧‧‧物體

10L‧‧‧邊緣點

10R‧‧‧邊緣點

11‧‧‧原圖像

12‧‧‧收縮處理圖像

12-2‧‧‧收縮處理緩衝器

12-3‧‧‧收縮處理緩衝器

12-4‧‧‧收縮處理緩衝器

12-M‧‧‧收縮處理緩衝器

13‧‧‧斷開圖像

13-2‧‧‧膨脹處理緩衝器

13-3‧‧‧膨脹處理緩衝器

13-4‧‧‧膨脹處理緩衝器

13-M‧‧‧膨脹處理緩衝器

14‧‧‧GSTH圖像

21‧‧‧線感測器圖像

22‧‧‧收縮處理圖像

23‧‧‧斷開圖像

24‧‧‧GSTH圖像

25‧‧‧二值化圖像

31‧‧‧線感測器圖像

32‧‧‧背景去除圖像

M1‧‧‧記憶體

M2‧‧‧記憶體

S1‧‧‧第一區間

S2‧‧‧第二區間

S3‧‧‧第三區間

圖1係表示本發明之實施例1之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置之設置例之概略圖。

圖2係表示本發明之實施例1之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置之計測用電腦之概略構成之方塊圖。

圖3(a)、(b)係表示本發明之實施例1中之收縮處理之一例之說明圖。

圖4(a)、(b)係表示本發明之實施例1中之膨脹處理之一例之說明圖。

圖5係表示本發明之實施例1中之GSTH圖像之一例之說明圖。

圖6係表示本發明之實施例1之架空線磨耗測定處理之流程之流程圖。

圖7係表示本發明之實施例1之線感測器圖像之一例之說明圖。

圖8係表示本發明之實施例1之收縮處理圖像之一例之說明圖。

圖9係表示本發明之實施例1之斷開圖像之一例之說明圖。

圖10係表示本發明之實施例1之GSTH圖像之一例之說明圖。

圖11係表示本發明之實施例1之二值化圖像之一例之說明圖。

圖12係表示本發明之實施例1之邊緣擷取例之說明圖。

圖13係表示本發明之實施例2之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置之計測用電腦之概略構成之方塊圖。

圖14(a)~(d)係表示本發明之實施例2之標準偏差背景去除處理之一例之說明圖。

圖15(a)~(d)係表示本發明之實施例2之標準偏差背景去除處理之其他例之說明圖。

圖16係表示本發明之實施例2之架空線磨耗測定處理之流程之流程圖。

圖17係表示本發明之實施例3之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置之計測用電腦之概略構成之方塊圖。

圖18係表示本發明之實施例3之架空線磨耗測定處理之 流程之流程圖。

2‧‧‧線感測器照相機

4a‧‧‧線感測器圖像建立部

4b‧‧‧GSTH處理部

4c‧‧‧二值化處理部

4d‧‧‧架空線磨耗部邊緣檢測部

4e‧‧‧架空線磨耗部寬度計算部

M1‧‧‧記憶體

M2‧‧‧記憶體

Claims (10)

1. 一種依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其包含：線感測器照相機，其係以其掃描線方向相對於車輛之行進方向垂直且水平地設置於車輛之頂部上，拍攝架空線；照明機構，其係同樣地設置於上述車輛之頂部上，照明上述架空線；及圖像處理機構，其係設置於上述車輛之內部；其特徵在於：上述圖像處理機構包含：線感測器圖像建立機構，其係建立將自上述線感測器照相機輸入之圖像訊號按時間序列排列而成之線感測器圖像；背景分離處理機構，其係對輸入之圖像進行上述架空線與背景之分離；二值化處理機構，其係對輸入之圖像進行二值化處理而建立二值化圖像；架空線磨耗部邊緣檢測機構，其係對輸入之圖像檢測上述架空線之磨耗部分之兩側之邊緣；及架空線磨耗部寬度計算機構，其係自上述磨耗部分之兩側之邊緣位置，檢測上述架空線之磨耗量；其中上述背景分離處理機構係包含GSTH處理機構，該GSTH處理機構係對輸入之圖像進行GSTH處理，而建立突顯出上述圖像中之上述架空線之磨耗部分的GSTH圖像。
2. 如請求項1之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其 中上述GSTH處理機構係對上述線感測器圖像進行GSTH處理，而建立突顯出上述線感測器圖像中之上述架空線之磨耗部分之GSTH圖像；上述二值化處理機構係對上述GSTH圖像進行二值化處理而建立上述二值化圖像；上述架空線磨耗部邊緣檢測機構係對上述二值化圖像檢測上述邊緣。
3. 如請求項1或2之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述圖像處理機構進而包含如下之標準偏差背景去除處理機構作為上述背景分離處理機構：將輸入之GSTH圖像分割為任意區間，於每一上述區間中進行標準偏差背景去除處理，針對每一上述區間判斷該區間中是否攝有對象物，且進行：於該區間攝有對象物且鄰接之區間未攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間至上述對象物為止之區域視作背景，又，於該區間未攝有對象物且鄰接之區間中攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像。
4. 如請求項3之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述標準偏差背景去除處理機構係於進行上述標準偏差背景去除處理之上述區間中存在未視作背景之區域之情形時，將該區間細分化而再次對每一上述細分化之區間進行標準偏差背景去除處理，針對每一上述細分化之 區間判斷該區間中是否攝有上述對象物，且進行：於該區間中攝有上述對象物且鄰接之區域中未攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間至上述對象物為止之區域視作背景，又，於該區間中未攝有上述對象物且鄰接之區間攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像。
5. 如請求項3之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述任意區間之大小係上述對象物所存在之區間不連續之大小。
6. 如請求項3之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述GSTH處理機構係對上述線感測器圖像進行GSTH處理，而建立突顯出上述線感測器圖像中之上述架空線之磨耗部分之上述GSTH圖像；上述標準偏差背景去除處理機構係對上述GSTH圖像進行標準偏差背景去除處理，而建立擷取出上述GSTH圖像中之上述架空線之上述背景去除圖像；上述二值化處理機構係對上述背景去除圖像進行二值化處理而建立上述二值化圖像；上述架空線磨耗部邊緣檢測機構係對上述二值化圖像檢測上述邊緣。
7. 一種依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其包含：線感測器照相機，其係以其掃描線方向相對於車輛之行進方向垂直且水平地設置於車輛之頂部上，拍攝架空線；照明機構，其係同樣地設置於上述車輛之頂部上，照明 上述架空線；及圖像處理機構，其係設置於上述車輛之內部；其特徵在於：上述圖像處理機構包含：線感測器圖像建立機構，其係建立將自上述線感測器照相機輸入之圖像訊號按時間序列排列而成之線感測器圖像；背景分離處理機構，其係對輸入之圖像進行上述架空線與背景之分離；二值化處理機構，其係對輸入之圖像進行二值化處理而建立二值化圖像；架空線磨耗部邊緣檢測機構，其係對輸入之圖像檢測上述架空線之磨耗部分之兩側之邊緣；及架空線磨耗部寬度計算機構，其係自上述磨耗部分之兩側之邊緣位置，檢測上述架空線之磨耗量；其中上述背景分離處理機構係如下之標準偏差背景去除處理機構，即，將輸入之圖像分割為任意區間，於每一上述區間中進行標準偏差背景去除處理，針對每一上述區間判斷該區間中是否攝有對象物，且進行：於該區間中攝有對象物且鄰接之區間未攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間至上述對象物為止之區域視作背景，又，於該區間中未攝有對象物且鄰接之區間中攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像。
8. 如請求項7之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述標準偏差背景去除處理機構係於經上述標準偏差背景去除處理之上述區間中存在未視作背景之區域之情形時，將該區間細分化而再次對每一上述細分化之區間進行標準偏差背景去除處理，針對每一上述細分化之區間判斷該區間中是否攝有上述對象物，且進行：於該區間中攝有上述對象物且鄰接之區域中未攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間至上述對象物為止之區域視作背景，又，於該區間中未攝有上述對象物且鄰接之區間攝有上述對象物之情形時，將自上述鄰接之區間之對象物至該區間為止之區域及該區間視作背景之標準偏差背景去除處理，而建立背景去除圖像。
9. 如請求項7之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述任意區間之大小係上述對象物所存在之區間不連續之大小。
10. 如請求項7至9中任一項之依據圖像處理之架空線磨耗測定裝置，其中上述標準偏差背景去除處理機構係對上述線感測器圖像進行標準偏差背景去除處理，而建立擷取出上述線感測器圖像中之上述架空線之上述背景去除圖像；上述二值化處理機構係對上述背景去除圖像進行二值化處理而建立上述二值化圖像；上述架空線磨耗部邊緣檢測機構係對上述二值化圖像檢測上述邊緣。