(57)【要約】【課題】鉄道設備内にある信号機や駅構内の照明による影響を受けることなく、分岐器を検出することのできる装置及び方法を提供するにある。【解決手段】車両前方を赤外光により照明する赤外光照明手段３と、赤外光照明手段３により照明された線路５を撮影する赤外カメラ２と、赤外カメラ２によって撮影された画像を入力する画像入力部４１ｂと、画像入力部４１ｂによって入力した画像から線路５を検出する線路検出部４１ｃと、線路検出部４１ｃにより検出した線路５の画像上の位置を利用して当該画像から分岐器５０を検出する分岐器検出部４１ｄとを備えるので、鉄道設備内にある信号機や駅構内の照明による影響を受けることなく、赤外光照明手段３により照明された線路５を赤外カメラ２により暗闇においても確実に撮影して、画像処理により、線路５や分岐器５０を検出することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の屋根上に設置され車両前方の線路を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影した画像を画像処理する画像処理手段とを備える分岐器検出装置であって、
前記撮影手段が赤外光の波長に対応した赤外カメラであり、
前記画像処理手段が、
前記赤外カメラによって撮影された画像を入力する画像入力部と、
前記画像入力部によって入力した画像から前記線路を検出する線路検出部と、
前記線路検出部により検出した前記線路の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器を検出する分岐器検出部と、
を備えることを特徴とする分岐器検出装置。
【請求項２】
前記車両の屋根上に、更に、車両前方の線路を赤外光で照明する赤外光照明手段が設置されることを特徴とする請求項１記載の分岐器検出装置。
【請求項３】
前記画像処理手段は、更に、
前記線路検出部により検出した前記線路の画像上の位置及び前記分岐器検出部により検出した前記分岐器の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器の開閉を認識する分岐器開閉認識部と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の分岐器検出装置。
【請求項４】
前記画像処理手段は、更に、
前記線路検出部により検出した前記線路の画像上の位置及び分岐器検出部により検出した前記分岐器の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉を認識し、前記分岐器の進入方向は既知とし、前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉に基づいて前記分岐器への進入可否を判定する進入可否判定部と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の分岐器検出装置。
【請求項５】
車両の屋根上に設置された、赤外光の波長に対応した撮影手段である赤外カメラによって車両前方の線路を撮影し、前記赤外カメラで撮影された画像を画像処理する分岐器検出方法であって、
前記赤外カメラによって撮影された画像を入力する画像入力工程と、
前記画像入力工程で入力した画像から前記線路を検出する線路検出工程と、
前記線路検出工程で検出した前記線路の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器を検出する分岐器検出工程と、
を備えることを特徴とする分岐器検出方法。
【請求項６】
前記車両の屋根上に設置された赤外光照明手段により車両前方の線路を赤外光で照明することを特徴とする請求項５記載の分岐器検出方法。
【請求項７】
前記線路検出工程により検出した前記線路の画像上の位置及び前記分岐器検出工程により検出した前記分岐器の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器の開閉を認識する分岐器開閉認識工程と、
を備えることを特徴とする請求項５又は６記載の分岐器検出方法。
【請求項８】
前記線路検出工程により検出した前記線路の画像上の位置及び前記分岐器検出工程により検出した前記分岐器の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉を認識し、前記分岐器の進入方向は既知とし、前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉に基づいて前記分岐器への進入可否を判定する進入可否判定工程と、
を備えることを特徴とする請求項５又は６記載の分岐器検出方法。
【請求項９】
前記線路検出工程により検出した前記線路の画像上の位置並びに前記分岐器検出工程により検出した前記分岐器の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉を認識し、前記分岐器の進入方向は既知とし、前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉に基づいて前記分岐器への進入可否を判定する進入可否判定工程と、
前記線路検出工程及び前記分岐器検出工程とからなる第１工程又は前記線路検出工程及び前記進入可否判定工程とからなる第２工程が選択される選択工程と、
を備えることを特徴とする請求項５又は６記載の分岐器検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分岐器検出装置及び分岐器検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道線路において、1つの軌道を二つに分ける軌道構造を分岐器という。分岐器の一例を図１に示す。図１に示すように、分岐器５０は、線路５を複数に分岐させるための機構であり、ポイント部分５１と、リード部分５２と、クロッシング部分５３とを有している。
ポイント部分５１は車両を走行進路側へ誘導するためのトングレール５０ａが設置されている部分である。
【０００３】
リード部分５２はトングレール５０ａとクロッシング部分５３とを結ぶリードレール５０ｂが設置された部分である。
クロッシング部分５３は線路５が交差している部分であり、ガードレール５０ｃが配置されている。
【０００４】
分岐器５０に対して車両が線路５の分岐する方向に向かうことを対向といい、車両が線路５の合流する方向に向かうことを背向という。図１においては、対向を矢印ａで示し、本線側からの背向を矢印ｂで、分岐線側からの背向を矢印ｃで示す。
【０００５】
また、分岐器５０の開閉方向を変更するためのトングレール５０ａは左右のトングレール５０ａが独立して動くことは無く、左右どちらかが開いている状態であれば、もう一方は閉じている状態である。
車両が分岐器５０に対して、背向進入するとき、分岐器５０の開閉方向が異なっていると、車両が分岐器５０を通過することができず脱線してしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−３９２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
分岐器の検出については、従来から各種の提案がなされているところ、特許文献１では、画像処理を利用しているため、鉄道設備内にある信号機や駅構内の照明による影響を受け易いという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、車両に赤外カメラを設置し、取得した画像データを画像処理することで、自動で分岐器を認識し、車両運転者への運転支援を行うものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る分岐器検出装置は、車両の屋根上に設置され車両前方の線路を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影した画像を画像処理する画像処理手段とを備える分岐器検出装置であって、前記撮影手段が赤外光の波長に対応した赤外カメラであり、前記画像処理手段が、前記赤外カメラによって撮影された画像を入力する画像入力部と、前記画像入力部によって入力した画像から前記線路を検出する線路検出部と、前記線路検出部により検出した前記線路の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器を検出する分岐器検出部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る分岐器検出装置は、前記車両の屋根上に、更に、車両前方の線路を赤外光で照明する赤外光照明手段が設置されることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る分岐器検出装置は、前記画像処理手段は、更に、前記線路検出部により検出した前記線路の画像上の位置及び前記分岐器検出部により検出した前記分岐器の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器の開閉を認識する分岐器開閉認識部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る分岐器検出装置は、前記画像処理手段は、更に、前記線路検出部により検出した前記線路の画像上の位置及び分岐器検出部により検出した前記分岐器の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉を認識し、前記分岐器の進入方向は既知とし、前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉に基づいて前記分岐器への進入可否を判定する進入可否判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る分岐器検出方法は、車両の屋根上に設置された、赤外光の波長に対応した撮影手段である赤外カメラによって車両前方の線路を撮影し、前記赤外カメラで撮影された画像を画像処理する分岐器検出方法であって、前記赤外カメラによって撮影された画像を入力する画像入力工程と、前記画像入力工程で入力した画像から前記線路を検出する線路検出工程と、前記線路検出工程で検出した前記線路の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器を検出する分岐器検出工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係る分岐器検出方法は、前記車両の屋根上に設置された赤外光照明手段により車両前方の線路を赤外光で照明することを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係る分岐器検出方法は、前記線路検出工程により検出した前記線路の画像上の位置及び前記分岐器検出工程により検出した前記分岐器の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器の開閉を認識する分岐器開閉認識工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係る分岐器検出方法は、前記線路検出工程により検出した前記線路の画像上の位置及び前記分岐器検出工程により検出した前記分岐器の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉を認識し、前記分岐器の進入方向は既知とし、前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉に基づいて前記分岐器への進入可否を判定する進入可否判定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の請求項９に係る分岐器検出方法は、前記線路検出工程により検出した前記線路の画像上の位置並びに前記分岐器検出工程により検出した前記分岐器の画像上の位置を利用して当該画像から前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉を認識し、前記分岐器の進入方向は既知とし、前記分岐器の種類及び前記分岐器の開閉に基づいて前記分岐器への進入可否を判定する進入可否判定工程と、前記線路検出工程及び前記分岐器検出工程とからなる第１工程又は前記線路検出工程及び前記進入可否判定工程とからなる第２工程が選択される選択工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、暗闇においても、線路を赤外カメラで撮影して、画像処理により、確実に線路を検出することが可能となる。
即ち、本発明は、赤外カメラを使用するので、各分岐器に専用のセンサを設置することなく、分岐器を確実に検出することが可能となる。これにより、コスト削減が図れる。
【００１９】
特に、赤外光照明手段を用いることで、鉄道設備内にある信号機や駅構内の照明などによる影響がなくなり、線路及び分岐器の検出精度が高まる。
更に、分岐器の開閉に加え、分岐の種類を認識することで、分岐器に対する進入可否の判定を行うことが可能である。
【００２０】
望遠レンズを用いれば、レーザと比較して適用可能な距離を遠くに設定可能なため、車両への速度制限を緩くすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】分岐器の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の第１、第２の実施例に係る分岐器検出装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る分岐器検出装置のパーソナルコンピュータを示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る分岐器検出方法を示すフローチャート図である。
【図５】図５（ａ）は撮影画像の一例を示す説明図、図５（ｂ）は領域内の輝度分布を示すグラフである。
【図６】線路中心座標と線路形状モデルとの関係を示す説明図である。
【図７】分岐器検出領域示す説明図である。
【図８】分岐器の種類を示す説明図である。
【図９】分岐器の検出例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係る分岐器検出装置のパーソナルコンピュータを示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施例に係る分岐器検出方法を示すフローチャート図である。
【図１２】図１２（ａ）は右線路側が開いている状態の分岐器を示す説明図、図１２（ｂ）はそのときの輝度分布を示すグラフである。
【図１３】図１３（ａ）は左線路側が開いている状態の分岐器を示す説明図、図１３（ｂ）はそのときの輝度分布を示すグラフである。
【図１４】進入可否判定位置と検出した線路位置により分岐器の閉じている左線路側を４つの領域に分割した状態を示す説明図である。
【図１５】進入可否判定位置と検出した線路位置により分岐器の閉じている右線路側を４つの領域に分割した状態を示す説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施例に係る分岐器検出装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明について、図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明に係る分岐器検出装置及び分岐器検出方法の第１の実施例について、図２から図９を参照して説明する。
図２に示すように、本実施例に係る分岐器検出装置は、電気鉄道車両（以下、単に「車両」と称する）１の屋根上に設置された撮影手段としての赤外カメラ２及び赤外光照明手段である赤外照明装置３と、車両１の内部に設置されたパーソナルコンピュータ（以下、計測用ＰＣという）４とを備えて構成されている。
【００２４】
赤外カメラ２は、赤外光の帯域に対応したエリアカメラであり、車両１の屋根上前方に設置され、車両１の走行中に走行進路側（車両１の前方）の線路５を撮影する。
赤外カメラ２を使用するので、暗闇においても線路の撮影が可能となり、画像処理により、確実に線路５を検出することが可能となる。
【００２５】
また、この赤外カメラ２は、車両１の走行速度等の条件に応じて、望遠レンズが選択的に装着される。
望遠レンズを用いることで、レーザと比較して適用可能な距離を遠くに設定可能なため、車両１への速度制限を緩くすることが可能である。
【００２６】
赤外カメラ２によって撮影された画像は、例えば、図５（ａ）に示すような画像になる。
赤外照明装置３は、赤外カメラ２によって撮影される範囲にある線路５に対して赤外光を照射する赤外光照明手段である。
【００２７】
赤外照明装置３により照明された線路５を赤外カメラ２で撮影することにより、鉄道設備内にある信号機や駅構内の照明などによる影響を減らす利点がある。
計測用ＰＣ４は、図３に示すように、画像処理手段としての画像処理部４１と、警告手段としてのモニター４２と、警告手段としてのスピーカー４３とを備えている。
【００２８】
画像処理部４１は、赤外カメラ２によって撮影した画像を解析して、線路検出、分岐器検出及び分岐器開閉認識を行う部分であり、設備データ部４１ａと、画像入力部４１ｂと、線路検出部４１ｃと、分岐器検出部４１ｄと、分岐器開閉認識部４１ｅと、記憶部４１ｆとを備えている。本実施例では、画像処理部４１は、ソフトウェアをインストールすることにより実現しているが、ハードウェアによって実現することも可能である。
【００２９】
設備データ部４１ａは、少なくとも赤外カメラ２の設置高さ［ｍｍ］（以下、カメラ高さ）及び赤外カメラ２の設置角度［ｄｅｇ］（以下、カメラ設置角度）のデータと、基準の輝度分布と、線路形状モデルとを予め入力しておく部分である。
【００３０】
画像入力部４１ｂは、画像入力工程において、赤外カメラ２によって撮影した画像データを入力する部分である。この画像データは線路検出部４１ｃへ送られるとともに記憶部４１ｆに保管される。
【００３１】
＜線路検出＞
線路検出部４１ｃには、設備データ部４１ａからカメラ高さ［ｍｍ］、カメラ設置角度［ｄｅｇ］、基準の輝度分布及び線路形状モデルと、画像入力部４１ｂから画像データが入力される。
線路検出部４１ｃは、線路検出工程において、画像入力部４１ｃから入力された画像データである撮影画像から走行線路５の位置（u［pix］，V［pix］）を検出する。
【００３２】
画像入力部４１ｃから入力された撮影画像の１例を図５（ａ）に示す。
画像上のある縦方向位置１ライン分の輝度値の横方向の分布は図５（ｂ）に示すように、線路面付近が極端に低い輝度値になる。
【００３３】
この特長から、線路面と軌間中心の輝度値の差を特徴量として用いる。即ち、線路５と軌間中心の輝度値の差を特徴量とし、図５（ｂ）に示す輝度値に基づき、極端に低い輝度値の位置を複数の線路５の候補（以下、線路候補点という）として求め、左右の線路候補点の中心をそれぞれ軌間中心座標Ｃの候補点とする。
【００３４】
また、画像中の軌間中心座標Ｃと線路５の形状には強い相関がある。
例えば、図６（ａ）に示すように、線路５の形状が進行方向に対して右へカーブした形状である場合、軌間中心座標Ｃは通常、画像の左右方向（進行方向に対して左右の方向。以下、横軸方向と称する）右側に位置する。
また、図６（ｃ）に示すように、線路５の形状が車両進行方向前方へ向かって直線状に延びた形状である場合、軌間中心座標Ｃは通常、横軸方向中心に位置する。
【００３５】
また、図６（ｅ）に示すように、線路５の形状が進行方向に対して左側へカーブした形状である場合、軌間中心座標Ｃは通常、横軸方向左側に位置する。
この特長から、図６（ｂ）（ｄ）（ｆ）に示すように、画像中の軌間中心座標Ｃにより線路５の形状が変化する線路形状モデルを使用する。線路形状モデル上には、特徴量評価点Ｆが連続的に配列される。
【００３６】
例えば、図６（ａ）に示す軌間中心座標Ｃに対しては、図６（ｂ）に示す右にカーブした線路形状モデル、図６（ｃ）に示す軌間中心座標Ｃに対しては図６（ｄ）に示す直線の線路形状モデル、図６（ｅ）に示す軌間中心座標Ｃに対しては図６（ｆ）に示す左にカーブした線路形状モデルを決定する。
【００３７】
そして、画像の任意のＶ座標（車両から一定距離）における領域Ａおいて、ラスタスキャンにより複数の軌間中心座標Ｃの候補点を挙げ、各候補点に対応する線路形状モデルを用意する。
各線路形状モデルの特徴量評価点Ｆにおいて前述した特徴量を比較し、尤度が最も高い軌間中心座標Ｃの候補点を線路位置として検出する。
【００３８】
＜分岐器検出＞
分岐検出部４１ｄは、分岐器検出工程において、線路検出部４１ｃで得られた線路位置を基に分岐器５０の検出を行う。
分岐器５０の分岐の種類は、図８（ａ）の「左側に分岐」、図８（ｂ）の「右側に分岐」、図８（ｃ）の「左側から合流」、図８（ｄ）の「右側から合流」の４種類である。
【００３９】
図８に示すように、分岐の種類に依らず、分岐器５０の左右２つのリードレール５０ｂの内、片方のリードレール５０ｂは必ず走行線路５の軌間内に存在する。
そのため、線路検出部４１ｃは、指定した分岐器検出距離Ｂを中心に一定範囲の分岐器検出領域（図７、図８中、ハッチングを入れて示す）Ｇを設定し、分岐器検出領域Ｇ内でリードレール５０ｂの検出を行う。
【００４０】
即ち、リードレール５０ｂは比較的直線に近い形状をしているので、図９に示すように分岐器検出領域Ｇ内で様々な傾きの直線Ｄを探索する。
探索した複数の直線Ｄの中で、直線Ｄ内の平均輝度値と検出した線路５の平均輝度値の差が閾値以内であれば、リードレール５０ｂを分岐器５０の一部として検出する。
【００４１】
＜分岐器開閉認識＞
分岐器開閉認識部４１ｅは、分岐器開閉認識工程において、線路検出部４１ｃで得られた線路位置と分岐検出部４１ｄで得られた分岐器位置に基づき、分岐器５０のリードレール５０ｂと検出線路５の間の輝度値の連続性を計算することで、分岐器５０の開閉を認識する。
ここで、リードレール５０ｂとトングレール５０ａとは、図１中では、模式的に別部材として描かれているが、一般的には、一体物である。
【００４２】
そのため、分岐器５０のリードレール５０ｂと検出線路５の間の輝度値の連続性を計算するとは、即ち、分岐器５０のリードレール５０ｂと一体のトングレール５０ａと検出線路５の間の輝度値の連続性を計算することに等しい。
前述した通り、分岐器５０の開閉方向を変更するための左右のトングレール５０ａは、左右どちらかが開いている状態であれば、もう一方は閉じている状態である。
【００４３】
そのため、分岐器５０の開閉としては、トングレール５０ａが閉じているのが左右どちらかであるのかを認識する。従って、トングレール５０ａの左右どちらかの一方が閉じている状態であれば、分岐器５０は閉じていると認識する。
そして、分岐器開閉認識部４１ｅは、分岐器５０は閉じている、即ち、分岐器５０のトングレール５０ａの左右のどちらかの一方が閉じているとの認識結果を警告手段としてのモニター４２及びスピーカ４３に出力する。
【００４４】
従って、車両運転者は、モニター４２及びスピーカ４３に警告として出力される、分岐器５０の左右のトングレール５０ａのどちらか閉じているとの認識結果により、分岐器５０が誘導する走行線路をある程度把握することができる。これにより、車両運転者に対する運転支援となる。
【００４５】
上記構成を有する本実施例における分岐器検出装置により実施される分岐器検出方法について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４６】
先ず、線路検出工程において、画像入力部４１ｃから入力された画像データである撮影画像から、線路面と軌間中心の輝度値の差を特徴量とし、軌間中心座標Ｃにより線路５の形状が変化する線路形状モデルを使用し、各線路形状モデルの特徴量評価点Ｆにおいて前述した特徴量を比較し、尤度が最も高い軌間中心座標Ｃの候補点を走行線路５の位置として線路検出部４１ｃにより検出する（ステップＳ１）。
【００４７】
次に、分岐器検出工程において、線路検出部４１ｃで得られた線路位置を基に、分岐器検出領域Ｇ内で探索した複数の直線Ｄの中で、直線Ｄ内の平均輝度値と検出した線路５の平均輝度値の差が閾値以内であれば、リードレール５０ｂを分岐器５０の一部として分岐検出部４１ｄにより検出する（ステップＳ２）。
【００４８】
引き続き、ステップＳ２で分岐器が検出されると、分岐器開閉認識工程において、線路検出部４１ｃで得られた線路位置と分岐検出部４１ｄで得られた分岐器位置に基づき、分岐器５０のリードレール５０ｂと検出線路５の間の輝度値の連続性を分岐器開閉認識部４１ｅにより計算することで、分岐器５０の開閉を認識する（ステップＳ３）。
【００４９】
そして、ステップＳ３において、分岐器５０が閉じていると認識したときは、即ち、分岐器５０のトングレール５０ａの左右のどちらかの一方が閉じていると認識したときは、その認識結果を分岐器開閉認識部４１ｅより警告手段としてのモニター４２及びスピーカ４３に出力し（ステップＳ４）、全工程を終了する（ステップＳ５）。
一方、ステップＳ２で分岐器が検出されないときは、全工程を終了する（ステップＳ５）。
【００５０】
以上、詳細に説明した通り、本実施例の分岐器検出装置及び分岐器検出方法は、以下の効果を奏する。
【００５１】
即ち、画像処理部４１は、画像入力部４１ｂ、線路検出部４１ｃ、分岐器検出部４１及び分岐器開閉認識部４１ｅを備えているので、各分岐器に専用のセンサを設置することなく、線路検出工程（ステップＳ１）、分岐器検出工程（ステップＳ２）を順に実施することにより、線路５や分岐器５０の検出が可能となり、これにより、コスト削減が図れる。
【００５２】
更に、分岐器開閉認識工程（ステップＳ３）を実施することにより、分岐器５０が閉じていると認識したときは、警告手段としてのモニター４２及びスピーカ４３に出力する（ステップＳ４）。これにより、車両運転者への運転支援となる。
【００５３】
また、赤外カメラ２を使用するので、暗闇においても、線路の撮影が可能となり、画像処理により、確実に線路５を検出することが可能となる。
特に、赤外光照明装置３を用いることで、鉄道設備内にある信号機や駅構内の照明などによる影響がなくなり、線路５及び分岐器５０の検出精度が高まる。
【００５４】
赤外カメラ２に望遠レンズを装着すれば、レーザと比較して適用可能な距離を遠くに設定可能なため、車両への速度制限を緩くすることが可能である。
【実施例２】
【００５５】
本発明に係る分岐器検出装置及び分岐器検出方法の第２の実施例について、図１０から図１５を参照して説明する。
本実施例は、前述した第１の実施例と同様に、図１に示す基本的な構成は同一である。
【００５６】
本実施例においては、図１０に示すように、計測用ＰＣ４における分岐器開閉認識部４１ｅに代えて分岐器への進入可否判定部４０ｇを設けた点、及び計測用ＰＣ４に結果処理部４１ｈを追加した点に特徴がある。
そのため、本実施例においては、画像処理部４１における、設備データ部４１ａ、画像入力部４１ｂ、線路検出部４１ｃ、分岐器検出部４１ｄ、線路検出部４１ｅ、記憶部４１ｆについては、同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
分岐器への進入可否判定部４１ｇには、線路検出部４１ｅで検出した線路の画像上の位置及び分岐器検出部４１ｄで検出した分岐器５０の画像上の位置が入力され、分岐器への進入可否判定部４１ｇは、線路検出部４１ｅで検出した線路の画像上の位置及び分岐器検出部４１ｄで検出した分岐器５０の画像上の位置に基づき、分岐器５０への進入可否を、表１に示す分岐の種類と分岐器の開閉方向により判定する。
【００５８】
表１には、分岐器の状態として、分岐器への進入方向、分岐の種類及び分岐器の開閉が示されている。
例えば、分岐器の進入方向が「対向」であれば、分岐の種類、分岐器の開閉の種類を問わず、進入可能である。
【００５９】
また、分岐器への進入方向が「本線からの背向」で、分岐の種類が「左側から合流」で、分岐器の開閉が「左線路側が開いている」ときは、進入不可である。
また、分岐器への進入方向が「本線からの背向」で、分岐の種類が「左側から合流」で、分岐器の開閉が「右線路側が開いている」ときは、進入可能と判定する。分岐器への進入方向は既知とする。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
そこで、進入可否判定部４１ｇは、分岐器５０への進入可否判定工程において、分岐器５０の開閉認識と分岐の種類認識を行う。
【００６２】
＜分岐器の開閉認識＞
進入可否判定部４１ｇは、分岐器への進入可否判定工程において、分岐器５０のトングレール５０ａが左右どちらの線路５に接しているかを認識する。
分岐器５０の進入可否判定位置Ｅ（図中、破線で示す）において、トングレール５０ａが左側の線路５に接しているとき、即ち、右線路側が開いている状態の分岐器を図１２（ａ）に示し、そのときの輝度分布を図１２（ｂ）に示す。
【００６３】
分岐器５０の進入可否判定位置Ｅにおいて、トングレール５０ａが右側の線路５に接しているとき、即ち、左線路側が開いている状態の分岐器を図１３（ａ）に示し、そのときの輝度分布を図１３（ｂ）に示す。
図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に示すように、線路５が存在する位置付近は下に凸な輝度分布になるため、開いている側の線路付近の輝度分布は下に凸な分布（極小値）ｑが２箇所存在する。
【００６４】
一方、閉じている側の線路付近の輝度分布は、走行線路５とトングレール５０ａが接しているため下に凸な分布ｑが一つしか現れない。
この特長を用いて、検出した左右の線路位置から軌間中心に向かい、輝度値が極小値かつ検出線路５の平均輝度値と類似した位置を探索する。
そして、線路位置より軌間中心側に極小値が検出された方の線路側が開いていると認識する。
【００６５】
＜分岐の種類認識＞
進入可否判定部４１ｇは、分岐の種類認識では、分岐器５０が閉じている線路側に着目する。
図１４に示すように閉じている左線路側を、進入可否判定位置Ｅと検出した線路位置Ｈにより４つの領域ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４（図中、破線で示す）に分割する。
【００６６】
例えば、走行線路５にトングレール５０ａが接触している接触点を中心として、９時から１２時方向に方形状の領域ｅ１を設定し、上記接触点を中心として、１２時から３時方向に方形状の領域ｅ２を設定し、上記接触点を中心として、６時から９時方向に方形状の領域ｅ３を設定し、上記接触点を中心として、３時から６時方向に方形状の領域ｅ４を設定する。進入可否判定位置Ｅにおいて線路に直交する枕木方向が３時−９時であり、線路位置Ｈに沿った方向が６時−１２時である。
【００６７】
また、図１５に示すように閉じている右線路側を、進入可否判定位置Ｅと検出した線路位置Ｈにより４つの領域ｅ５，ｅ６，ｅ７，ｅ８（図中、破線で示す）に分割する。
例えば、走行線路５にトングレール５０ａが接触している接触点を中心として、９時から１２時方向に方形状の領域ｅ５を設定し、上記接触点を中心として、１２時から３時方向に方形状の領域ｅ６を設定し、上記接触点を中心として、６時から９時方向に方形状の領域ｅ７を設定し、上記接触点を中心として、３時から６時方向に方形状の領域ｅ８を設定する。
【００６８】
そして、各領域ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４内で検出線路５と類似した輝度値を持つ直線を検出する。
検出した領域によって上側であれば分岐、下側であれば合流のように分岐の種類の認識を行う。また、検出した領域によって左側であれば分岐又は合流が左側、右側であれば分岐又は合流が右側と認識する。
【００６９】
例えば、図１４においては、左上側である領域ｅ２に検出線路５と類似した輝度値を持つ直線を検出するので、分岐の種類として「左側に分岐」と認識する。
また、図１５においては、左上側である領域ｅ６に検出線路５と類似した輝度値を持つ直線を検出するので、分岐の種類として「左側に分岐」と認識する。
そして、分岐の種類と分岐器の開閉方向により、表１に基づいて、分岐器５０への進入可否を分岐器への進入可否判定部４１ｇが判定する。分岐器への進入方向は、既知とする。
【００７０】
＜分岐器への進入可否判定結果＞
結果処理部４１ｈは、分岐器の開閉と分岐の種類の組み合わせによる、分岐器への進入可否判定結果について、モニター４２及びスピーカ４３に結果として出力する。
例えば、表１に示すように、分岐器への進入方向が「本線からの背向」で、分岐の種類が「左側から合流」、分岐器の開閉が「左線路側が開いている」ときは、進入不可として警告を出力する。一方、分岐器への進入方向が「本線からの背向」で、分岐の種類が「左側から合流」で、分岐器の開閉が「右線路側が開いている」ときは、進入可能として結果を出力する。分岐器への進入方向は既知とする。
【００７１】
一方、結果処理部４１ｈは、分岐器検出部４１ｄにより検出された分岐器５０の位置をモニター４２及びスピーカ４３に出力する。
従って、車両運転者は、モニター４２及びスピーカ４３に警告として出力される、進入可否判定部４１ｇが判定した分岐器への進入可否判定結果や、分岐器検出部４１ｄにより検出された分岐器５０の位置により、注意が喚起される。これにより、車両運転者に対する運転支援となる。
【００７２】
上記構成を有する本実施例における分岐器検出装置により実施される分岐器検出方法について、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、画像枚数分の画像を赤外カメラ２で取得する（ステップＴ１）。
【００７３】
次に、赤外カメラ２で取得した画像データを画像入力部４１ｂに入力する（ステップＴ２）。
引き続き、選択工程において、第１工程又は第２工程の何れかが選択される（ステップＴ３）。第１工程とは、ステップＴ４，Ｔ５，Ｔ６よりなる分岐器検出処理である。また、第２工程とは、ステップＴ４，Ｔ７，Ｔ８よりなる分岐器への進入可否判定処理である。第１工程又は第２工程の何れが選択された場合も、ステップＴ４を共通に実施する。
【００７４】
即ち、第１工程が選択されたときは、線路検出工程において、画像入力部４１ｃから入力された画像データである撮影画像から、走行線路５の位置を線路検出部４１ｃにより検出する（ステップＴ４）。即ち、線路検出部４１ｃは、実施例１のステップＳ１と同様にして、走行線路５の位置を検出する。
引き続き、分岐器検出工程において、線路検出部４１ｃで得られた線路位置を基に、分岐検出部４１ｄにより分岐器５０を検出し（ステップＴ５）、分岐器の有無について出力する（ステップＴ６）。即ち、分岐検出部４１ｄは、実施例１のステップＳ２と同様にして、分岐器５０の位置を検出する。
【００７５】
その後、分岐器の有無については、結果処理部４１ｈによりモニター４２及びスピーカ４３へ結果として処理される（ステップＴ９）。
一方、第２工程が選択されたときも、第１工程が選択されたときと同様に、線路検出工程において、走行線路５の位置を線路検出部４１ｃにより検出する（ステップＴ４）。
【００７６】
引き続き、分岐器への進入可否判定工程において、分岐器５０のトングレール５０ａが左右どちらの線路５に接しているかにより分岐器の開閉を認識し、分岐器５０が閉じている線路側に着目して分岐器の種類を認識し、分岐の種類と分岐器の開閉方向により、表１に基づいて、分岐器への進入可否判定部４１ｇが分岐器への進入可否を判定し（ステップＴ７）、分岐器への進入可否を出力する（ステップＴ８）。
その後、分岐器への進入可否については、結果処理部４１ｈによりモニター４２及びスピーカ４３へ結果として処理される（ステップＴ９）。
【００７７】
以上、詳細に説明した通り、本実施例の分岐器検出装置及び分岐器検出方法によれば、以下の効果を奏する。
【００７８】
即ち、画像処理部４１は、画像入力部４１ｂ、線路検出部４１ｃ、分岐器検出部４１及び分岐器への進入可否判定部４１ｇを備えているので、各分岐器に専用のセンサを設置することなく、先ず、画像枚数分の画像を赤外カメラ２で取得し（ステップＴ１）、次に、赤外カメラで取得した画像データを画像処理部４１ｂに入力し（ステップＴ２）、選択工程にて第１工程又は第２工程を選択し（ステップＴ３）、第１工程が選択されたときは、線路検出工程（ステップＴ４）、分岐器検出工程（ステップＴ５）、分岐器の有無を出力する工程（ステップＴ６）を順に実施し、第２工程が選択されたときは、線路検出工程（ステップＴ４）、分岐器への進入可否を判定する工程（ステップＴ７）、分岐器への進入可否を出力する工程（ステップＴ８）を順に実施することにより、線路５や分岐器５０の検出、更には、分岐器に対する進入可否の判定を行うことができ、これにより、結果処理部４１ｈによりモニター４２及びスピーカ４３へ結果として処理され（ステップＴ９）、コスト削減が図れる。
【００７９】
特に、分岐器への進入可否判定部４１ｇは、分岐器の開閉に加え、分岐の種類を認識するので、分岐器に対する進入可否の判定を行うことが可能である。これにより、車両運転者への運転支援となる。
また、赤外カメラ２を使用するので、暗闇においても、線路の撮影が可能となり、画像処理により、確実に線路５を検出することが可能となる。
【００８０】
特に、赤外光照明装置３を用いることで、鉄道設備内にある信号機や駅構内の照明などによる影響がなくなり、線路５及び分岐器５０の検出精度が高まる。
赤外カメラ２に望遠レンズを装着すれば、レーザと比較して適用可能な距離を遠くに設定可能なため、車両への速度制限を緩くすることが可能である。
【実施例３】
【００８１】
本発明に係る分岐器検出装置及び分岐器検出方法の第３の実施例について、図１６を参照して説明する。
本実施例は、図１６に示すように、第２の実施例における赤外カメラ２、赤外光照明手段３に代えて可視光カメラ２ａ、可視光照明装置３ａを使用したものである。その他の構成は、図１０に示す通り、同一である。
従って、本実施例の分岐器検出装置においては、以下の効果を奏する。
【００８２】
即ち、第２の実施例と同様に、画像処理部４１は画像入力部４１ｂ、線路検出部４１ｃ、分岐器検出部４１及び分岐器への進入可否判定部４１ｇを備えているので、各分岐器に専用のセンサを設置することなく、先ず、画像枚数分の画像を赤外カメラ２で取得し（ステップＴ１）、次に、赤外カメラで取得した画像データを画像処理部４１ｂに入力し（ステップＴ２）、選択工程にて第１工程又は第２工程を選択し（ステップＴ３）、第１工程が選択されたときは、線路検出工程（ステップＴ４）、分岐器検出工程（ステップＴ５）、分岐器の有無を出力する工程（ステップＴ６）を順に実施し、第２工程が選択されたときは、線路検出工程（ステップＴ４）、分岐器への進入可否を判定する工程（ステップＴ７）、分岐器への進入可否を出力する工程（ステップＴ８）を順に実施することにより、線路５や分岐器５０の検出、更には、分岐器に対する進入可否の判定を行うことができ、これにより、結果処理部４１ｈによりモニター４２及びスピーカ４３へ結果として処理され（ステップＴ９）、コスト削減が図れる。
【００８３】
特に、分岐器への進入可否判定部４１ｇは、分岐器の開閉に加え、分岐の種類を認識するので、分岐器に対する進入可否の判定を行うことが可能である。これにより、車両運転者への運転支援となる。
可視光カメラ２ａに望遠レンズを装着すれば、レーザと比較して適用可能な距離を遠くに設定可能なため、車両への速度制限を緩くすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の分岐器検出装置及び分岐検出方法は、産業上広く利用可能なものである。
【符号の説明】
【００８５】
１  車両
２  赤外カメラ
２ａ  可視光カメラ
３  赤外光照明装置
３ａ  可視光照明装置
４  計測用ＰＣ
５  線路
４１  画像処理部
４１ａ  設備データ部
４１ｂ  画像入力部
４１ｃ  線路検出部
４１ｄ  分岐器検出部
４１ｅ  分岐器開閉認識部
４１ｆ  記憶部
４１ｇ  分岐器への進入可否判定部
４１ｈ  結果処理部
４２  モニター
４３  スピーカ
５０  分岐器
５０ａ  トングレール
５０ｂ  リードレール
５０ｃ  ガードレール
５１  ポイント部分
５２  リード部分
５３  クロッシング部分
Ａ  画像の任意のＶ座標（車両から一定距離）における領域
Ｂ  分岐器検出距離
Ｃ  軌間中心座標
Ｄ  直線
Ｅ  進入可否判定位置
Ｆ  特徴量評価点
Ｇ  分岐器検出領域
Ｈ  線路位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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