WO2010061779A1 - 画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置 - Google Patents

画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置 Download PDF

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wear
line sensor
trolley
sensor image
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勇介 渡部
誠 庭川
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株式会社 明電舎
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    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/28—Manufacturing or repairing trolley lines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B11/10—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
    • G01B11/105—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving using photoelectric detection means

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for measuring trolley wire wear and displacement by image processing.
  • Measure of height, displacement, and wear of the trolley wire is one of the most important items for maintenance and management of the trolley wire that supplies power to electric railway vehicles.
  • the width of the wear surface of the trolley wire is calculated by image processing, and the value is inputted from various parameters such as the height data of the trolley wire inputted from the outside and the size of the trolley wire. What is used and converted into an actual wear amount is known (see, for example, Patent Document 1). Further, in the apparatus for measuring the wear of the trolley wire, means for calculating the stretched height of the trolley wire from the overall width of the trolley wire obtained by image processing and the known size of the trolley wire. Some are provided (see, for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 described above can determine the wear amount of the trolley wire and the height of the trolley wire, but do not include means for measuring the displacement amount of the trolley wire.
  • an object of the present invention is to provide a trolley wire wear measuring device capable of measuring the trolley wire wear amount and displacement amount with a single device.
  • the apparatus for measuring wear and displacement of a trolley wire by image processing according to the first invention for solving the above-mentioned problem is imaged by a line sensor whose scanning line direction is vertical and horizontal with respect to the traveling direction of the vehicle.
  • Line sensor image creation means for creating a line sensor image in which images are arranged in time series, and a binarization line that performs binarization processing on the line sensor image and emphasizes a worn portion of a captured trolley line
  • Trolley line barycentric position detecting means for detecting the barycentric position of the line
  • a trolley line deviation amount calculating means for detecting an actual deviation amount of the trolley line from the amount of change in the barycentric position of the trolley line
  • trolley wire wear amount calculating means amount of wear of the trolley wire from the position of both edges of the worn parts.
  • the apparatus for measuring wear and displacement of a trolley wire by image processing according to a second invention is the apparatus for measuring wear and displacement of a trolley wire by image processing according to the first invention, wherein the binarization processing means includes the line A binarization process is performed on the line sensor image by a discriminant analysis binarization process that automatically determines a threshold value according to the state of the sensor image, and the binarized line sensor image is created.
  • the binarization processing means includes the line A binarization process is performed on the line sensor image by a discriminant analysis binarization process that automatically determines a threshold value according to the state of the sensor image, and the binarized line sensor image is created.
  • the apparatus for measuring wear and displacement of a trolley wire by image processing according to a third invention is the apparatus for measuring wear and displacement of a trolley wire by image processing according to the first or second invention.
  • a noise removing means for removing the above noise is provided.
  • the apparatus for measuring wear and displacement of a trolley wire by image processing according to a fourth invention is the apparatus for measuring wear and displacement of a trolley wire by image processing according to the first invention.
  • the wear amount of the trolley wire can be detected from the positions of the edges on both sides of the wear portion.
  • the trolley wire wear measurement and the trolley wire displacement amount can be calculated with one device. Convenience can be improved while maintaining the cost required for.
  • the threshold required when the binarization processing means performs binarization processing on the line sensor image can be automatically set according to the difference in the displacement of the trolley wire and the intensity of the reflected light from the trolley wire, so that the accuracy of the extraction process of the worn portion of the trolley wire can be improved.
  • the noise on the binarized line sensor image is removed, thereby improving the accuracy of the extraction process of the worn portion of the trolley wire. It can be improved further.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an installation example of a wear and displacement measuring device by image processing according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the wear measuring device by image processing according to the present embodiment
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a line sensor image
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a binarized line sensor image
  • FIG. 6 is an example of a binarized line sensor image
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of obtaining the center of gravity position from the edge shown in FIG. 6, and
  • FIG. 8 is an actual trolley wire position and line sensor image. It is explanatory drawing which shows the relationship with the position of a trolley line.
  • the wear and displacement measuring device by image processing in this embodiment is a line sensor 2 and a lighting device 3 installed on the roof of the vehicle 1 and a measurement installed in the vehicle 1.
  • the line sensor 2 is installed so that its field of view faces vertically upward, and the direction of the scanning line is vertical and horizontal to the traveling direction of the vehicle 1. Thereby, the line sensor 2 images the trolley line 6 in a state where the scanning line intersects the trolley line 6. The output of the line sensor 2 is output to the measurement computer 4.
  • the illumination device 3 is assumed to use, for example, ordinary white illumination.
  • the illuminating device 3 is installed in the vicinity of the line sensor 2 and illuminates at least a portion of the trolley wire 6 imaged by the line sensor 2.
  • the measuring computer 4 obtains the wear amount and the displacement amount of the trolley wire 6 based on the image signal (luminance signal) input from the line sensor 2.
  • the measurement computer 4 includes a line sensor image creation unit 4a as a line sensor image creation unit and a discriminant analysis binarization processing unit 4b as a binarization processing unit.
  • a noise removal processing unit 4c as a noise removal unit
  • a trolley wire wear portion edge detection unit 4d as an edge detection unit
  • a trolley line barycentric position detection unit 4e as a trolley line barycentric position detection unit
  • a trolley line deviation amount calculation unit The trolley wire deflection actual coordinate conversion calculation unit 4f, the trolley wire wear partial width calculation unit 4g as trolley wire wear amount calculation means, and the like.
  • the line sensor image creation unit 4a creates a line sensor image (planar image) in which the image signals input from the line sensor 2 are arranged in time series.
  • the discriminant analysis binarization processing unit 4b performs discriminant analysis binarization processing, which will be described in detail later, on the line sensor image created by the line sensor image creation unit 4a.
  • the noise removal processing unit 4c determines whether the trolley wire wear part (hereinafter referred to as the trolley line wear part) is scratched or background with respect to the binarized line sensor image created by the discriminant analysis binarization processing unit 4b. Removes fine dot-like noise and the like.
  • the trolley wire wear portion edge detection unit 4d detects, for example, the left side of a point that changes from black to white when searching for a certain line from the left with respect to the binarized line sensor image from which noise has been removed by the noise removal processing unit 4b. Then, a process of detecting a point that changes from white to black as the right edge point is performed. This process is performed for each line from the top to the bottom of the image.
  • the trolley line barycentric position detection unit 4e detects the center position of the left and right edge points for each line as the barycentric position of the trolley line 6 with respect to the left and right edge points detected by the trolley line wear part edge detection unit 4d.
  • the trolley line deviation actual coordinate conversion calculation unit 4f converts the change into the actual trolley line deviation amount with respect to the centroid position of the trolley line 6 detected by the trolley line centroid position detection unit 4e.
  • the trolley wire wear part width calculation unit 4g calculates the width between the left and right edge points on the line sensor image from the left and right edge points detected by the trolley wire wear part edge detection unit 4d, and calculates the width between the actual trolley lines. 6 is converted into an amount of wear.
  • the measurement computer 4 first arranges the image signals input from the line sensor 2 in time series in the line sensor image creation unit 4a as shown in FIG. Processing for creating the line sensor image 8 is performed (step P1).
  • the line sensor image 8 includes a background portion A (for example, the sky) together with the trolley wire 6 (the worn portion 6a and the unweared portions 6b and 6c).
  • the line sensor image 8 is stored in the recording device 5 through the memory 7a, and is sent to the discriminant analysis binarization processing unit 4b through the memory 7b together with the parameters.
  • the discriminant analysis binarization processing unit 4b performs discriminant analysis binarization processing on the line sensor image 8 to create a binarized line sensor image 9 as shown in FIG. (Step P2). That is, the trolley wire wear portion 6a is a portion where the trolley wire 6 is scraped in contact with the pantograph 1a (see FIG. 1), and has a stronger gloss than the portions 6b and 6c of the trolley wire 6 that are not worn. Therefore, the discriminant analysis binarization processing method is used for the line sensor image 8 to separate the trolley wire wear portion 6a from the unworn portions 6b and 6c of the trolley wire 6 and the background portion A.
  • the discriminant analysis binarization processing method is a method of automatically setting a threshold according to the state of an image when performing binarization processing. Specifically, in the histogram in each line sensor image 8, when “a cluster of the number of pixels gathered with a certain range of luminance values (hereinafter referred to as a class)” is binarized, In this method, the threshold value is set so that the variance ratio between the intra-class variance and the inter-class variance for the pattern area is maximized. By performing such processing, a relatively good threshold value can be set for any image.
  • the discriminant analysis binarization processing unit 4b creates a binarized line sensor image 9 in which the trolley wire wear portion 6a is white and the background portion B is black based on the threshold value thus set.
  • the binarized line sensor image 9 created by the discriminant analysis binarization processing unit 4b is sent to the noise removal processing unit 4c via the memory 7b.
  • the noise removal processing unit 4c performs a process of removing noise on the binarized line sensor image 9 (Step P3). That is, when the binarized line sensor image 9 is created from the line sensor image 8 by the binarization process, the scratches on the trolley wire wear portion 6a and the fine point-like noise depending on the state of the background portion A are binary. In some cases, it is included in the background portion B of the digitized line sensor image 9. Therefore, the binarization process is expanded and contracted to remove the noise as described above.
  • the binarized line sensor image 9 from which noise has been removed by the noise removal processing unit 4c is sent to the trolley wire wear partial edge detection unit 4d together with parameters via the memory 7b.
  • the trolley wire wear part edge detection unit 4d performs a process of detecting the edge of the wear part 6a of the trolley wire 6 (Step P4). That is, both side ends of the trolley wire wear portion 6a shown in white on the binarized line sensor image 9 from which noise and existing structures have been removed are detected as edge portions 6d and 6e as shown in FIG.
  • a horizontal line of the binarized line sensor image 9 is searched from left to right, for example, a point that changes from black in the background portion B to white in the wear portion 6a is indicated on the left side of the wear portion 6a.
  • the edge points constituting the edge portion 6d are used.
  • the point where the wear portion 6a changes from white to the background portion B is defined as an edge point constituting the right edge portion 6e of the wear portion 6a.
  • the data of the edge portions 6d and 6e detected by the trolley wire wear portion edge detector 4d is sent as edge data to the trolley wire barycentric position detector 4e via the memory 7b, while the trolley wire wear data together with the parameters and the trolley wire height data. It is sent to the partial width calculator 4g.
  • the trolley line height data may be acquired by a known method, for example, input from the outside as disclosed in Patent Document 1 or obtained using the method disclosed in Patent Document 2.
  • the trolley line centroid position detector 4e performs a process of calculating the centroid position of the trolley line 6 (step P5). That is, the wear surface of the trolley wire 6 is worn down horizontally with respect to the roof of the vehicle 1, and the wear surface of the trolley wire 6 has a circular cross section, and the surface is flattened from one direction.
  • the trolley wire wear portion detected for each line in step P4 using the fact that the horizontal position of the axis of the trolley wire 6 coincides with the center of the wear surface in the width direction.
  • the positions of the centers 6f of the edge portions 6d and 6e on both sides of 6a are detected as the coordinates of the center of gravity of the trolley line 6 on the binarized line sensor image 9.
  • the barycentric coordinate data on the image detected by the trolley line barycentric position detecting unit 4e is sent to the trolley line deviation actual coordinate conversion calculating unit 4f through the memory 7b together with the parameters.
  • the trolley line deviation actual coordinate conversion calculation unit 4f calculates the displacement of the position of the center 6f of the edge portions 6d and 6e obtained by the trolley line centroid position detection unit 4e, and uses this as the actual coordinates.
  • the calculation for converting to (step P6) is performed. That is, the coordinate data detected in step P5 is a position on the binarized line sensor image 9, and its unit is represented by a pixel. This is converted into the actual displacement amount D [mm] of the trolley wire 6.
  • the displacement amount D [mm] of the actual trolley line 6 converted into the actual coordinates is obtained by calculating the coordinates on the sensor surface 11 of the centers 6f of the edge portions 6d and 6e detected in step P5.
  • d [pixel] the length of the sensor surface 11 (sensor length) is s [mm]
  • the distance from the rail 13 (see FIG. 1) to the sensor surface 11 of the line sensor 2 is h s [mm]
  • the number of sensors of the line sensor 2 is p [pixel]
  • the actual height from the rail 13 to the trolley wire 6 is h [mm].
  • the actual displacement amount of the trolley line calculated by the trolley line displacement actual coordinate conversion calculation unit 4f is sent to the storage device 5 through the memory 7b as trolley line actual coordinate displacement data.
  • reference numeral 10 is an actual coordinate plane where the field of view of the line sensor 2 and the wear surface of the trolley wire 6 intersect the same plane, W is the actual width of the trolley wire wear portion 6a, and w is The width
  • the actual width W [mm] of the trolley wire wear portion 6a is calculated in the trolley wire wear portion width calculation unit 4g. Is obtained (step P7).
  • the trolley wire wear portion width calculation unit 4g first uses the edge data on both sides of the trolley wire wear portion 6a detected from the binarized line sensor image 9 to detect an edge portion on one scanning line of the line sensor 2. The distance between 6d and 6e is obtained as the width w [pixel] on the image of the trolley wire wear portion 6a.
  • the actual height h [mm] from the rail 13 to the trolley wire 6 input via the memory 7b, the focal length f [mm] of the lens of the line sensor 2, and the sensor length s [mm] of the line sensor 2 The image resolution [mm / pixel], which is the degree of the actual size [mm] with respect to one pixel (pixel), is calculated from the number of sensor pixels, and the width of the trolley wire wear portion 6a on the binarized line sensor image 9 and the image resolution To obtain the actual width W [mm] of the trolley wire wear portion 6a.
  • the actual width W of the trolley wire wear portion 6a calculated by the trolley wire wear portion width calculation unit 4g is sent to the storage device 5 via the memory 7b as trolley wire wear portion width data.
  • the measuring computer 4 measures the deflection amount D [mm] of the trolley wire 6 and the wear width W [mm] of the trolley wire 6 in parallel. Can do.
  • the recording device 5 stores the line sensor image 8 input from the measurement computer 4 as an input image, as well as the binarized line sensor image 9, various parameters, and edge data detected by the trolley wire wear portion edge detection unit 4d.
  • the barycentric coordinate data of the trolley line 6 on the image detected by the trolley line barycentric position detection unit 4e, the trolley line actual coordinate deviation data calculated by the trolley line deviation real coordinate conversion calculation unit 4f, and the trolley line wear part width The trolley wire wear part width data and the like calculated by the calculation unit 4g are stored.
  • the displacement amount D [mm] of the trolley wire 6 and the wear width W [ mm] can be detected, and convenience can be improved while maintaining the cost of measurement.
  • the trolley wire wear and displacement measuring apparatus by image processing is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the example in which the displacement amount D [mm] and the wear width W [mm] of the trolley wire 6 are calculated at the same time is shown. It is not limited to this.
  • the amount of deflection of the trolley wire may be calculated first, and then the wear width of the trolley wire may be calculated.
  • the wear width of the trolley wire may be calculated first, and then the amount of deflection of the trolley wire may be calculated. It may be calculated.
  • the present invention is suitable for application to a trolley wire wear measuring apparatus using image processing.

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Abstract

ラインセンサ（２）によって撮像された画像を時系列的に並べてなるラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成部（４ａ）と、ラインセンサ画像に対して二値化処理を行って二値化ラインセンサ画像を作成する二値化処理部（４ｂ）と、二値化ラインセンサ画像に対して摩耗部分の両側のエッジを検出するトロリ線摩耗部分エッジ検出部（４ｄ）と、摩耗部分の両側のエッジの位置からトロリ線の重心位置を検出するトロリ線重心位置検出部（４ｅ）と、トロリ線の重心位置からトロリ線の実際の偏位量を検出するトロリ線偏位実座標変換計算部（４ｆ）と、摩耗部分の両側のエッジの位置からトロリ線の摩耗量を検出するトロリ線摩耗部分幅計算部（４ｇ）とを備えるので、ひとつの装置でトロリ線の摩耗量及び偏位量を測定可能なトロリ線の摩耗測定装置を提供することができた。

Description

画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置
　本発明は、画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置に関する。
　電気鉄道車両へ電力を供給する設備であるトロリ線の保守管理を行う上で特に重要な項目のひとつとして、トロリ線の高さ、偏位、摩耗の測定が挙げられる。
　従来、トロリ線の摩耗を測定する装置としては、トロリ線の摩耗面の幅を画像処理により算出し、その値を外部から入力されるトロリ線の高さデータやトロリ線のサイズなど各種パラメータを用いて実際の摩耗量に換算するようにしたものが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。また、トロリ線の摩耗を測定する装置において、画像処理によって求めたトロリ線の全体の幅と、既知であるトロリ線のサイズとから、そのトロリ線の張られている高さを算出する手段を備えたものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７－２７１４４５号公報 特開２００８－０８９５２３号公報
　しかしながら、上述した特許文献１、特許文献２に記載のものは、トロリ線の摩耗量やトロリ線の高さを求めることはできるものの、トロリ線の偏位量を測定する手段を備えないため、トロリ線の摩耗量や高さを測定するのと同時にトロリ線の偏位量を測定するためには、トロリ線の偏位量を別の装置を用いて測定する必要があり、装置に掛かるコストが増加するといった問題や、測定にかかる作業が煩雑になるといった問題があった。
　このようなことから本発明は、ひとつの装置でトロリ線の摩耗量及び偏位量を測定可能なトロリ線の摩耗測定装置を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するための第１の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置は、走査線方向を車両の進行方向に対して垂直且つ水平にしたラインセンサによって撮像された画像を時系列的に並べてなるラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像に対して二値化処理を行い、撮像されたトロリ線の摩耗部分を強調した二値化ラインセンサ画像を作成する二値化処理手段と、前記二値化ラインセンサ画像に対して、前記摩耗部分の両側のエッジを検出するエッジ検出手段と、前記摩耗部分の両側のエッジの位置から前記トロリ線の重心位置を検出するトロリ線重心位置検出手段と、前記トロリ線の重心位置の変化量から前記トロリ線の実際の偏位量を検出するトロリ線偏位量計算手段と、前記摩耗部分の両側のエッジの位置から前記トロリ線の摩耗量を検出可能に構成されたトロリ線摩耗量計算手段とからなることを特徴とする。
　第２の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置は、第１の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置において、前記二値化処理手段が、前記ラインセンサ画像の状態に応じて自動的にしきい値を決定する判別分析二値化処理により、前記ラインセンサ画像に対して二値化処理を行い、前記二値化ラインセンサ画像を作成することを特徴とする。
　第３の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置は、第１又は第２の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置において、前記二値化ラインセンサ画像上のノイズを除去するノイズ除去手段を備えることを特徴とする。
　第４の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置は、第１の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置において、トロリ線摩耗量計算手段が、少なくとも前記トロリ線偏位量計算手段による処理と並行して前記摩耗部分の両側のエッジの位置から前記トロリ線の摩耗量を検出可能に構成されたことを特徴とする。
　上述した第１の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置によれば、ひとつの装置でトロリ線の摩耗測定とトロリ線の偏位量とを算出することができるため、装置に掛かるコストを維持しつつ、利便性を向上させることができる。
　また、第２の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置によれば、二値化処理手段によりラインセンサ画像に対して二値化処理を行う際に必要となるしきい値を、トロリ線の変位やトロリ線からの反射光の強さの違いに応じて自動的に設定することができるため、トロリ線の摩耗部分の抽出処理の精度を向上させることができる。
　また、第３の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置によれば、二値化ラインセンサ画像上のノイズを除去することにより、トロリ線の摩耗部分の抽出処理の精度をより向上させることができる。
　上述した第４の発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置によれば、トロリ線の摩耗測定とトロリ線の偏位量とを同時に算出することができる利点がある。
本発明の実施例に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置の設置例を示す説明図である。 本発明の実施例の計測用コンピュータの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例の摩耗測定の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例におけるラインセンサ画像の一例を示す説明図である。 図４に示すラインセンサ画像を二値化処理してなる二値化ラインセンサ画像の一例を示す説明図である。 図５に示す二値化ラインセンサ画像においてトロリ線のエッジ部を抽出した例を示す説明図である。 図６に示すエッジ部から求めた重心の例を示す説明図である。 実際のトロリ線の位置とラインセンサ画像上のトロリ線の位置との関係を示す説明図である。
　以下、図面を参照して本発明に係る画像処理による摩耗および偏位測定装置の詳細を説明する。
　図１乃至図８を用いて本発明に係る画像処理による摩耗および偏位測定装置の一実施例を説明する。図１は本実施例に係る画像処理による摩耗および偏位測定装置の設置例を示す説明図、図２は本実施例に係る画像処理による磨耗測定装置の構成を示すブロック図、図３は本実施例における摩耗測定の流れを示すフローチャート、図４はラインセンサ画像の一例を示す説明図、図５は二値化ラインセンサ画像の例を示す説明図、図６は二値化ラインセンサ画像からトロリ線の摩耗部分のエッジを抽出した例を示す説明図、図７は図６に示すエッジから重心位置を求める例を示す説明図、図８は実際のトロリ線の位置とラインセンサ画像上のトロリ線の位置との関係を示す説明図である。
　図１に示すように、本実施例において画像処理による摩耗および偏位測定装置は、車両１の屋根の上に設置されるラインセンサ２及び照明装置３と、車両１の内部に設置される計測用コンピュータ４及び記録装置５とから構成される。
　ラインセンサ２はその視野が鉛直上方を向くように、且つ、その走査線の方向が車両１の進行方向に対して垂直且つ水平となるように設置される。これにより、ラインセンサ２は、走査線がトロリ線６と交差した状態でトロリ線６を撮像するようになっている。このラインセンサ２の出力は計測用コンピュータ４に出力される。
　照明装置３は例えば通常の白色照明等を使用するものとする。この照明装置３は、ラインセンサ２の近傍に設置されて少なくともトロリ線６のラインセンサ２によって撮像される部分を照明する。
　計測用コンピュータ４は、ラインセンサ２から入力される画像信号（輝度信号）に基づいてトロリ線６の摩耗量および偏位量を求める。
　より詳しくは、図２に示すように、本実施例において計測用コンピュータ４は、ラインセンサ画像作成手段としてのラインセンサ画像作成部４ａ、二値化処理手段としての判別分析二値化処理部４ｂ、ノイズ除去手段としてのノイズ除去処理部４ｃ、エッジ検出手段としてのトロリ線摩耗部分エッジ検出部４ｄ、トロリ線重心位置検出手段としてのトロリ線重心位置検出部４ｅ、トロリ線偏位量計算手段としてのトロリ線偏位実座標変換計算部４ｆ、およびトロリ線摩耗量計算手段としてのトロリ線摩耗部分幅計算部４ｇ等から構成されている。
　ラインセンサ画像作成部４ａは、ラインセンサ２から入力される画像信号を時系列的に並べてなるラインセンサ画像（平面の画像）を作成する。判別分析二値化処理部４ｂは、ラインセンサ画像作成部４ａにおいて作成したラインセンサ画像に対して、後で詳述する判別分析二値化処理を行う。
　ノイズ除去処理部４ｃは、判別分析二値化処理部４ｂにおいて作成した二値化ラインセンサ画像に対して、トロリ線の摩耗部分（以下、トロリ線摩耗部分という）の傷や背景部分の状態により含まれる細かな点状のノイズ等を除去する。トロリ線摩耗部分エッジ検出部４ｄは、ノイズ除去処理部４ｂによってノイズを除去された二値化ラインセンサ画像に対し、あるラインについて例えば左から探索した場合に、黒から白へ変化する点を左側のエッジ点として検出し、続いて白から黒へ変化する点を右側のエッジ点として検出する処理を行う。この処理を画像の上から下へライン毎に行う。
　トロリ線重心位置検出部４ｅは、トロリ線摩耗部分エッジ検出部４ｄによって検出した左右のエッジ点に対し、ライン毎に左右のエッジ点の中心の位置をトロリ線６の重心位置として検出する。トロリ線偏位実座標変換計算部４ｆは、トロリ線重心位置検出部４ｅにおいて検出したトロリ線６の重心位置に対し、その変化を実際のトロリ線の偏位量に換算する。
　トロリ線摩耗部分幅計算部４ｇは、トロリ線摩耗部分エッジ検出部４ｄにおいて検出した左右のエッジ点から、ラインセンサ画像上における該左右のエッジ点間の幅を算出し、これを実際のトロリ線６の摩耗量に換算する。
　以下、図３乃至図６を用いて本実施例の計測用コンピュータ４における処理について説明する。
　図３に示すように、本実施例において計測用コンピュータ４は、まず、ラインセンサ画像作成部４ａにおいて、ラインセンサ２から入力される画像信号を時系列的に並べることにより図４に示すようなラインセンサ画像８を作成する処理を行う（ステップＰ１）。
　図４に示すように、ラインセンサ画像８には、トロリ線６（摩耗部分６ａおよび摩耗していない部分６ｂ，６ｃ）とともに、背景部分Ａ（例えば、空等）が含まれている。このラインセンサ画像８は、メモリ７ａを経て記録装置５に保存されるほか、パラメータと共にメモリ７ｂを経て判別分析二値化処理部４ｂへ送られる。
　ステップＰ１の処理に続いては、判別分析二値化処理部４ｂにおいて、ラインセンサ画像８に対して判別分析二値化処理を行い、図５に示すような二値化ラインセンサ画像９を作成する（ステップＰ２）。即ち、トロリ線摩耗部分６ａはトロリ線６がパンタグラフ１ａ（図１参照）と接触して削られた部分であり、トロリ線６の摩耗していない部分６ｂ，６ｃに比べて強い光沢がある。そこで、ラインセンサ画像８に対して判別分析二値化処理法を用い、トロリ線摩耗部分６ａと、トロリ線６の磨耗していない部分６ｂ，６ｃおよび背景部分Ａとを分ける処理を行う。
　ここで、判別分析二値化処理法とは、二値化処理を行う際に、画像の状態に応じて自動的にしきい値を設定する方法である。具体的には、各ラインセンサ画像８におけるヒストグラムにおいて「ある程度の範囲の輝度値で集合する画素数の塊（以下、クラスと呼称する）」に対し、これを二値化したときに、背景とパターン領域に関するクラス内分散とクラス間分散の分散比が最大となるようにしきい値を設定する方法である。このような処理を行うことにより、いかなる画像においても比較的良好なしきい値を設定することができる。判別分析二値化処理部４ｂにおいては、このようにして設定したしきい値に基づき、トロリ線摩耗部分６ａを白、背景部分Ｂを黒とした二値化ラインセンサ画像９を作成する。
　上記判別分析二値化処理法を用いることにより、トロリ線６の変位やトロリ線６からの反射光の強さの違いに対応することができる。これにより、しきい値を固定値として設定した場合に比較して、撮像時の環境によってトロリ線摩耗部分６ａ以外が強調・抽出、または摩耗部分６ａ自身が抽出されないといった問題が発生することを防止することができる。
　判別分析二値化処理部４ｂによって作成した二値化ラインセンサ画像９は、メモリ７ｂを経てノイズ除去処理部４ｃへ送られる。
　ステップＰ２の処理に続いては、ノイズ除去処理部４ｃにおいて、二値化ラインセンサ画像９上のノイズを除去する処理を行う（ステップＰ３）。即ち、ラインセンサ画像８から二値化処理により二値化ラインセンサ画像９を作成した場合、そのままではトロリ線摩耗部分６ａの傷や、背景部分Ａの状態により細かな点状のノイズが二値化ラインセンサ画像９の背景部分Ｂに含まれる場合がある。そこで、二値化処理の膨張、収縮処理を行い、上述したようなノイズの除去を行う。
　ノイズ除去処理部４ｃによってノイズを除去された二値化ラインセンサ画像９は、メモリ７ｂを経てパラメータと共にトロリ線摩耗部分エッジ検出部４ｄへ送られる。
　ステップＰ３の処理に続いては、トロリ線摩耗部分エッジ検出部４ｄにおいて、トロリ線６の摩耗部６ａのエッジを検出する処理を行う（ステップＰ４）。即ち、ノイズや既存構造物を除去した二値化ラインセンサ画像９上において白で表されているトロリ線摩耗部分６ａの両側端を、図６に示すようにエッジ部６ｄ，６ｅとして検出する。
　より詳しくは、二値化ラインセンサ画像９の横方向のラインについて例えば左から右へ探索した場合に、背景部分Ｂの黒から摩耗部分６ａの白へ変化する点を、摩耗部分６ａの左側のエッジ部６ｄを構成するエッジ点とする。また、摩耗部分６ａの白から背景部分Ｂの黒へ変化する点を、摩耗部分６ａの右側のエッジ部６ｅを構成するエッジ点とする。この処理を、二値化ラインセンサ画像９の上から下へライン毎に行う。これにより、一枚の二値化ラインセンサ画像９における摩耗部分６ａのエッジ部６ｄ，６ｅが検出される。
　トロリ線摩耗部分エッジ検出部４ｄによって検出されたエッジ部６ｄ，６ｅのデータはエッジデータとしてメモリ７ｂを経てトロリ線重心位置検出部４ｅへ送られる一方、パラメータおよびトロリ線高さデータとともにトロリ線摩耗部分幅計算部４ｇへ送られる。なお、トロリ線高さデータは、例えば特許文献１に開示されているように外部から入力する、または、特許文献２に開示された方法を用いて求めるなど、既知の手法により取得すればよい。
　ステップＰ４に続いては、トロリ線重心位置検出部４ｅにおいて、トロリ線６の重心位置を算出する処理を行う（ステップＰ５）。即ち、トロリ線６の摩耗面は車両１の屋根上に対して水平に摩り減っていること、またトロリ線６の摩耗面は断面が円形状のものに対し、その表面を一方向から平らに削った状態とみなすことができ、トロリ線６の軸線とその摩耗面の幅方向の中心とは水平方向の位置が一致することを利用し、ステップＰ４において、ライン毎に検出したトロリ線摩耗部分６ａの両側のエッジ部６ｄ，６ｅの中心６ｆの位置を二値化ラインセンサ画像９上のトロリ線６の重心の座標として検出する。
　トロリ線重心位置検出部４ｅによって検出された画像上の重心座標データはメモリ７ｂを経てパラメータと共にトロリ線偏位実座標変換計算部４ｆに送られる。
　ステップＰ５に続いては、トロリ線偏位実座標変換計算部４ｆにおいて、トロリ線重心位置検出部４ｅによって求めたエッジ部６ｄ，６ｅの中心６ｆの位置についてその変位を算出し、これを実座標に変換するための計算を行う（ステップＰ６）。即ち、ステップＰ５で検出された座標データは二値化ラインセンサ画像９上の位置であり、その単位はピクセル（pixel）で表される。これを実際のトロリ線６の偏位量Ｄ［ｍｍ］に換算する。
　実座標に変換された実際のトロリ線６の偏位量Ｄ［ｍｍ］は、図８に示すように、ステップＰ５で検出されたエッジ部６ｄ，６ｅの中心６ｆのセンサ面１１上の座標をｄ［pixel］、センサ面１１の長さ（センサ長）をｓ［ｍｍ］、レール１３（図１参照）からラインセンサ２のセンサ面１１までの距離をｈs［ｍｍ］、レンズの焦点距離をｆ［ｍｍ］、ラインセンサ２のセンサ数をｐ［pixel］、レール１３からトロリ線６までの実際の高さをｈ［ｍｍ］とすると、下記（１）式により求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　トロリ線偏位実座標変換計算部４ｆにおいて算出されたトロリ線の実際の偏位量は、トロリ線実座標偏位データとしてメモリ７ｂを経て記憶装置５に送られる。なお、図８中、符合１０はラインセンサ２の視野とトロリ線６の摩耗面に同一な平面とが交差した部分である実座標面、Ｗはトロリ線摩耗部分６ａの実際の幅、ｗは二値化ラインセンサ画像９上に現れるトロリ線摩耗部分６ａの幅を示している。
　また、本実施例においては、ステップＰ５、ステップＰ６の処理と並行して、ステップＰ４の処理に続き、トロリ線摩耗部分幅計算部４ｇにおいて、トロリ線摩耗部分６ａの実際の幅Ｗ［ｍｍ］を求める処理を行う（ステップＰ７）。
　即ち、トロリ線摩耗部分幅計算部４ｇでは、まず、二値化ラインセンサ画像９から検出したトロリ線摩耗部分６ａの両側のエッジデータを用いて、ラインセンサ２のひとつの走査線上にあるエッジ部６ｄ，６ｅ間の距離をトロリ線摩耗部分６ａの画像上の幅ｗ［pixel］として求める。続いて、メモリ７ｂを経て入力されたレール１３からトロリ線６までの実際の高さｈ［ｍｍ］、ラインセンサ２のレンズの焦点距離ｆ［ｍｍ］、ラインセンサ２のセンサ長ｓ［ｍｍ］、センサ画素数から１画素（ピクセル）に対する実寸法［ｍｍ］の度合いである画像分解能［ｍｍ／ピクセル］を計算し、トロリ線摩耗部分６ａの二値化ラインセンサ画像９上の幅と画像分解能の乗算を行ってトロリ線摩耗部分６ａの実際の幅Ｗ［ｍｍ］を求める。
　トロリ線摩耗部分幅計算部４ｇにおいて算出されたトロリ線摩耗部分６ａの実際の幅Ｗは、トロリ線摩耗部分幅データとしてメモリ７ｂを経て記憶装置５に送られる。
　このような処理を行うことにより、本実施例において計測用コンピュータ４は、トロリ線６の偏位量Ｄ［ｍｍ］と、トロリ線６の摩耗幅Ｗ［ｍｍ］とを並行して測定することができる。
　記録装置５は、計測用コンピュータ４から入力されたラインセンサ画像８を入力画像として保存するほか、二値化ラインセンサ画像９、各種パラメータ、トロリ線摩耗部分エッジ検出部４ｄにおいて検出されたエッジデータ、トロリ線重心位置検出部４ｅにおいて検出された画像上のトロリ線６の重心座標データ、トロリ線偏位実座標変換計算部４ｆにおいて算出されたトロリ線実座標偏位データ、トロリ線摩耗部分幅計算部４ｇにおいて算出されたトロリ線摩耗部分幅データ等を保存する。
　上述した本実施例に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置によれば、ひとつの計測用コンピュータ４でトロリ線６の偏位量Ｄ［ｍｍ］とトロリ線６の摩耗幅Ｗ［ｍｍ］とを検出することができるため、測定に掛かるコストを維持しつつ、利便性を向上させることができる。
　なお、本発明に係る画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した実施例ではトロリ線６の偏位量Ｄ［ｍｍ］と摩耗幅Ｗ［ｍｍ］とを同時に算出する例を示したが、本発明に係るトロリ線の摩耗及び偏位測定装置はこれに限られない。例えば、先ずトロリ線の偏位量を算出し、その後にトロリ線の摩耗幅を算出しても良いし、逆に、先ずトロリ線の摩耗幅を算出し、その後にトロリ線の偏位量を算出しても良い。更には、目的に応じてトロリ線の偏位量のみ、あるいはトロリ線の摩耗幅のみを算出することが可能である。
　本発明は、画像処理によるトロリ線摩耗測定装置に適用して好適なものである。

Claims (4)

  1. 　走査線方向を車両の進行方向に対して垂直且つ水平にしたラインセンサによって撮像された画像を時系列的に並べてなるラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、
    　前記ラインセンサ画像に対して二値化処理を行い、撮像されたトロリ線の摩耗部分を強調した二値化ラインセンサ画像を作成する二値化処理手段と、
    　前記二値化ラインセンサ画像に対して、前記摩耗部分の両側のエッジを検出するエッジ検出手段と、
    　前記摩耗部分の両側のエッジの位置から前記トロリ線の重心位置を検出するトロリ線重心位置検出手段と、
    　前記トロリ線の重心位置の変化量から前記トロリ線の実際の偏位量を検出するトロリ線偏位量計算手段と、
    　前記摩耗部分の両側のエッジの位置から前記トロリ線の摩耗量を検出可能に構成されたトロリ線摩耗量計算手段と
    　からなることを特徴とする画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置。
  2. 　前記二値化処理手段が、前記ラインセンサ画像の状態に応じて自動的にしきい値を決定する判別分析二値化処理により、前記ラインセンサ画像に対して二値化処理を行い、前記二値化ラインセンサ画像を作成する
    　ことを特徴とする請求項１記載の画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置。
  3. 　前記二値化ラインセンサ画像上のノイズを除去するノイズ除去手段を備える
    　ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置。
  4. 　前記トロリ線摩耗量計算手段が、少なくとも前記トロリ線偏位量計算手段による処理と並行して、前記摩耗部分の両側のエッジの位置から前記トロリ線の摩耗量を検出可能に構成された
    　ことを特徴とする請求項１記載の画像処理によるトロリ線の摩耗および偏位測定装置。
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