(57)【要約】【課題】地上に設置してある鉄道設備の異常を検知可能とする。【解決手段】実施形態の監視装置は、予め、鉄道車両において前方に向けて設置された撮影部によって撮影された、地上に設置してある鉄道設備を含む複数の画像を、前記鉄道車両の位置情報と関連付けて、複数の参照画像として記憶する記憶部と、前記撮影部によって撮影された画像を、監視画像として取得する監視画像取得部と、前記鉄道車両の現在位置の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記記憶部に記憶されている複数の前記参照画像から、前記位置情報取得部によって取得された位置情報に対応する参照画像を選択する参照画像選択部と、前記監視画像と前記参照画像選択部によって選択された前記参照画像の間で輝度の差分が所定値以上ある領域である差分領域を検出する差分領域検出部と、前記監視画像に前記差分領域を表示可能に埋め込んで検知画像を生成する検知画像生成部と、を備える。【選択図】図２
2020023285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め、鉄道車両において前方に向けて設置された撮影部によって撮影された、地上に設置してある鉄道設備を含む複数の画像を、前記鉄道車両の位置情報と関連付けて、複数の参照画像として記憶する記憶部と、
前記撮影部によって撮影された画像を、監視画像として取得する監視画像取得部と、
前記鉄道車両の現在位置の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記記憶部に記憶されている複数の前記参照画像から、前記位置情報取得部によって取得された位置情報に対応する参照画像を選択する参照画像選択部と、
前記監視画像と前記参照画像選択部によって選択された前記参照画像の間で輝度の差分が所定値以上ある領域である差分領域を検出する差分領域検出部と、
前記監視画像に前記差分領域を表示可能に埋め込んで検知画像を生成する検知画像生成部と、
を備える監視装置。
【請求項２】
予め、鉄道車両において前方に向けて設置された撮影部によって撮影された、地上に設置してある鉄道設備を含む複数の画像を、前記鉄道車両の位置情報と関連付けて、複数の参照画像として記憶する記憶部と、
前記撮影部によって撮影された画像を、監視画像として取得する監視画像取得部と、
前記鉄道車両の現在位置の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記記憶部に記憶されている複数の前記参照画像から、前記位置情報取得部によって取得された位置情報に対応する複数の前記参照画像を選択する参照画像候補選択部と、
前記監視画像と、前記参照画像候補選択部によって選択された前記複数の前記参照画像それぞれとの正規化相互相関を算出し、前記正規化相互相関が最大の前記参照画像を選択する参照画像選択部と、
前記監視画像と前記参照画像選択部によって選択された前記参照画像の間で輝度の差分が所定値以上ある領域である差分領域を検出する差分領域検出部と、
前記監視画像に前記差分領域を表示可能に埋め込んで検知画像を生成する検知画像生成部と、
を備える監視装置。
【請求項３】
前記記憶部は、前記参照画像を、前記鉄道車両の位置情報およびキロ程情報と関連付けて記憶しており、
前記参照画像候補選択部は、前記記憶部に記憶されている複数の参照画像から、それぞれの前記参照画像の前記位置情報および前記キロ程情報に基いて、前記位置情報取得部によって取得された位置情報に対応する複数の参照画像を選択する、請求項２に記載の監視装置。
【請求項４】
前記検知画像生成部によって生成された複数の検知画像を符号化して動画データを生成する動画データ生成部を、さらに備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄道管理者は、地上に設置してある鉄道設備に異常があればその異常を速やかに知る必要がある。そのために、例えば、鉄道車両において前方に向けて設置されたカメラによって鉄道設備を含む画像を撮影して記憶し、監視員がその画像を見ることで鉄道設備の異常を調べる手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の手法では、監視員が画像を見て鉄道設備の異常を調べるので手間がかかるという問題がある。
【０００５】
そこで、本実施形態の課題は、地上に設置してある鉄道設備の異常を検知可能な監視装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の監視装置は、予め、鉄道車両において前方に向けて設置された撮影部によって撮影された、地上に設置してある鉄道設備を含む複数の画像を、前記鉄道車両の位置情報と関連付けて、複数の参照画像として記憶する記憶部と、前記撮影部によって撮影された画像を、監視画像として取得する監視画像取得部と、前記鉄道車両の現在位置の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記記憶部に記憶されている複数の前記参照画像から、前記位置情報取得部によって取得された位置情報に対応する参照画像を選択する参照画像選択部と、前記監視画像と前記参照画像選択部によって選択された前記参照画像の間で輝度の差分が所定値以上ある領域である差分領域を検出する差分領域検出部と、前記監視画像に前記差分領域を表示可能に埋め込んで検知画像を生成する検知画像生成部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態の鉄道車両の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態の監視装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１実施形態の監視装置による処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は、第１実施形態における差分領域検出部の動作説明図である。
【図５】図５は、第２実施形態の監視装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、第２実施形態における参照画像選択部の動作説明図である。
【図７】図７は、第３実施形態の監視装置の機能構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、第４実施形態の監視装置の機能構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、第４実施形態の監視装置による処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付の図面を参照して、第１実施形態〜第４実施形態の監視装置について説明する。なお、第２実施形態以降の説明において、それまでに説明した実施形態と同様の事項については説明を適宜省略する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の鉄道車両ＲＶの概略構成を示す図である。図１に示すように、鉄道車両ＲＶは、カメラ１０（撮影部）、監視装置２０、位置計測装置３０、および、表示装置４０を備える。カメラ１０は、鉄道車両ＲＶにおいて進行方向（前方）に向けて設置され、鉄道車両ＲＶが線路Ｒ上を走行するときに、地上に設置してある鉄道設備を含む画像を撮影して記憶する。監視装置２０は、鉄道設備の異常を検知可能なコンピュータ装置である（詳細は後述）。なお、カメラ１０の種別は限定されないが、高解像度のカメラであることが好ましい。
【００１０】
位置計測装置３０は、鉄道車両ＲＶの現在位置を計測し、その位置情報を監視装置２０に送信する手段である。位置計測装置３０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global  Navigation  Satellite  System）装置である。ＧＮＳＳ装置は、アンテナによって複数の人工衛星から電波を受信して、鉄道車両ＲＶの現在位置を計測する。なお、鉄道車両ＲＶがトンネルに入っているとき等の場合、ＧＮＳＳ装置は人工衛星から電波を受信できない。そこで、位置計測装置３０として、鉄道車両ＲＶの車軸に設けられる速度発電機（タコジェネレータ）の出力に基いて鉄道車両ＲＶの現在位置を計測する装置を併用してもよい。また、位置計測装置３０として、加速度センサやジャイロセンサを用いて鉄道車両ＲＶの進行方向の加速度を検出し、加速度を二階積分して位置を算出することで鉄道車両ＲＶの現在位置を計測する装置を併用や代用してもよい。また、表示装置４０は、各種情報を表示する手段であり、例えば、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）である。
【００１１】
図２は、第１実施形態の監視装置２０の機能構成を示すブロック図である。図２に示すように、監視装置２０は、参照画像記憶部２０１、検知画像記憶部２０２、位置情報取得部２０３、監視画像取得部２０４、画像変換部２０５、参照画像選択部２０６、差分領域検出部２０７、検知画像生成部２０８、表示制御部２０９、および、記憶部２２０を備える。なお、各部２０３〜２０９のうちの一部または全部は、鉄道車両ＲＶが有するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等のプロセッサが記憶部２２０に記憶されるソフトウェアを実行することによって実現される。また、各部２０３〜２０９のうちの一部または全部は、ＬＳＩ（Large  Scale  Integration）、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等の回路基板であるハードウェアによって実現されてもよい。
【００１２】
記憶部２２０は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ等により実現される。また、参照画像記憶部２０１および検知画像記憶部２０２は、例えば、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）、フラッシュメモリ等により実現される。
【００１３】
記憶部２２０は、鉄道車両ＲＶが有するプロセッサが実行するプログラム等の各種情報を記憶する。
【００１４】
参照画像記憶部２０１は、予め、鉄道車両ＲＶの走行時にカメラ１０によって撮影された鉄道設備を含む複数の画像を、鉄道車両ＲＶの位置情報および時間情報と関連付けて、複数の参照画像として記憶する。参照画像とは、監視画像との比較に用いられる基準画像である。図１では、参照画像記憶部２０１に、参照画像１、２、・・・、ｎが記憶されていることを示している。位置情報は、位置計測装置３０によって計測される。位置情報は、監視画像と参照画像のマッチングに用いられる（詳細は後述）。
【００１５】
時間情報は、例えば、１日のうちの時刻を示す情報である。時間情報は、監視画像と参照画像を比較する際の補助情報として用いられる。例えば、監視画像が日中の画像で、参照画像が夜の画像であれば、撮影対象物が同一でも輝度の違いが大きいが、時間情報を用いることで両画像の撮影時間帯の違いを把握し、対応することができる。また、参照画像に対して、位置情報と時間情報のほかに、撮影時の天候（晴れ、曇り、雨、雪等）等の情報を関連付けておいてもよい。なお、参照画像に対して関連付けておく必須の情報は位置情報であり、時間情報や天候等の情報は必須ではない。
【００１６】
検知画像記憶部２０２は、検知画像生成部２０８によって生成された検知画像を記憶する。なお、検知画像記憶部２０２に記憶された検知画像を外部装置に転送できるように監視装置２０を構成しておくことが好ましい。そうすれば、外部装置において検知画像を見ることができる。
【００１７】
位置情報取得部２０３は、位置計測装置３０から、走行している鉄道車両ＲＶの現在位置の位置情報と時間情報を取得する。
【００１８】
監視画像取得部２０４は、鉄道車両ＲＶの走行時にカメラ１０によって撮影された画像を、監視画像として取得する。
【００１９】
画像変換部２０５は、監視画像を、参照画像と同じフォーマットに変換（画像変換）する。なお、監視画像のフォーマットが元から参照画像のフォーマットと同じであれば、画像変換部２０５による変換（画像変換）は不要である。
【００２０】
参照画像選択部２０６は、参照画像記憶部２０１に記憶されている複数の参照画像から、位置情報取得部２０３によって取得された位置情報に対応する参照画像（例えば、位置情報同士が最も近い参照画像）を選択する。なお、参照画像選択部２０６は、参照画像を選択するときに時間情報を併せて用いてもよい。
【００２１】
差分領域検出部２０７は、監視画像と参照画像選択部２０６によって選択された参照画像の間で輝度の差分が所定値以上ある領域である差分領域を検出する。ここで、図４は、第１実施形態における差分領域検出部２０７の動作説明図である。差分領域検出部２０７は、監視画像（図４（ａ））と参照画像（図４（ｂ））に関して、以下の（１）〜（６）の処理を行う。
【００２２】
（１）監視画像、参照画像を同一の格子状に分割
（２）監視画像、参照画像のそれぞれについて、格子ごとの輝度平均値を算出
（３）各格子について、監視画像の輝度平均値と参照画像の輝度平均値の差分を算出
（４）輝度平均値の差分が所定値（閾値）以上か否か判定
（５）輝度平均値の差分が所定値以上の領域（格子）を差分領域として検出
（６）検出した差分領域（格子。または複数の格子を連結したもの）の領域情報（例えば矩形であれば格子の左上の座標と縦幅と横幅)を出力
【００２３】
なお、図４（ｃ）に示す差分画像では、差分の無い部分を黒色としている。つまり、真っ黒でない格子部分が差分領域である。例えば、監視画像において鉄道設備（例えば架線等）にビニール袋等の異物が付着していて、参照画像におけるその部分にその異物が無いと、輝度平均値の差分が所定値以上となって差分領域として検出される可能性がある。また、異物としては、ほかに、例えば、傾いたり倒れたりした樹木等が考えられる。
【００２４】
図２に戻って、検知画像生成部２０８は、画像変換後の監視画像に、差分領域検出部２０７によって検出された差分領域を表示可能に埋め込んで検知画像を生成して検知画像記憶部２０２に記憶する。また、検知画像生成部２０８は、検知画像を検知画像記憶部２０２に記憶する際、位置情報や時間情報も関連付けて記憶する。なお、検知画像のフォーマットは任意である。
【００２５】
表示制御部２０９は、ユーザの操作等に基いて、検知画像記憶部２０２に記憶された検知画像を表示装置４０に表示させる。これにより、表示装置４０に、差分領域を明示した検知画像が表示され、ユーザは、当該差分領域を容易に認識できる。そして、ユーザは、例えば、鉄道設備に対して異物が付着していることや樹木が近付いたり倒れ込んだりしていること等を容易に認識できる。
【００２６】
図３は、第１実施形態の監視装置２０による処理を示すフローチャートである。ステップＳ１において、監視画像取得部２０４は、鉄道車両ＲＶの走行時にカメラ１０によって撮影された画像を監視画像として取得し、位置情報取得部２０３は位置計測装置３０から鉄道車両ＲＶの現在位置の位置情報と時間情報を取得する。
【００２７】
次に、ステップＳ２において、参照画像選択部２０６は、位置情報と時間情報に基いて参照画像を選択する。具体的には、参照画像選択部２０６は、参照画像記憶部２０１に記憶されている複数の参照画像から、ステップＳ１で取得された位置情報と時間情報に対応する参照画像を選択する。
【００２８】
次に、ステップＳ３において、画像変換部２０５は、監視画像を、参照画像と同じフォーマットに変換する。
【００２９】
次に、ステップＳ４において、差分領域検出部２０７は、監視画像と参照画像の格子単位（格子数Ｎ）での輝度平均値を算出する。
【００３０】
次に、差分領域検出部２０７は、全格子についてステップＳ５〜Ｓ７の処理を実行する。ステップＳ５において、差分領域検出部２０７は、１つの格子について、監視画像と参照画像の輝度平均値の差分を算出する。
【００３１】
次に、ステップＳ６において、その格子について、輝度平均値の差分が所定値以上か否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ７に進み、Ｎｏの場合はステップＳ５に戻る。
【００３２】
ステップＳ７において、差分領域検出部２０７は、その格子を差分領域として記憶部２２０に記憶する。
【００３３】
ステップＳ５〜Ｓ７が終了した後、ステップＳ８において、検知画像生成部２０８は、差分領域が存在するか否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ９に進み、Ｎｏの場合は処理を終了する。
【００３４】
ステップＳ９において、検知画像生成部２０８は、監視画像に差分領域を表示可能に埋め込んで検知画像を生成して検知画像記憶部２０２に記憶する。ステップＳ９の後、処理を終了する。
【００３５】
このように、第１実施形態の監視装置２０によれば、地上に設置してある鉄道設備の異常を検知することができる。つまり、検知画像記憶部２０２には、差分領域が表示可能に埋め込んである検知画像が記憶される。したがって、ユーザはその差分領域を明示した検知画像を見ることで差分領域に基いて鉄道設備の異常（例えば、鉄道設備に対する異物の付着や樹木の接近等）を容易に認識することができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の監視装置２０について説明する。図５は、第２実施形態の監視装置２０の機能構成を示すブロック図である。図５の監視装置２０は、図２の監視装置２０と比較して、参照画像候補選択部２１０を備えている点と、参照画像選択部２０６の動作内容が異なる点で相違する。
【００３７】
参照画像候補選択部２１０は、参照画像記憶部２０１に記憶されている複数の参照画像から、位置情報取得部によって取得された位置情報（あるいは時間情報も）に対応する複数の参照画像を選択する。また、参照画像選択部２０６は、監視画像と、参照画像候補選択部２１０によって選択された複数の参照画像それぞれとの正規化相互相関（ＮＣＣ（Normalized  Cross  Correlation）：−１．０〜１．０の間の値）を算出し、正規化相互相関が最大の参照画像を選択する。
【００３８】
ここで、図６は、第２実施形態における参照画像選択部２０６の動作説明図である。まず、図６（ａ）に示す複数の参照画像Ｃ１〜Ｃ３は、参照画像候補選択部２１０が、参照画像記憶部２０１に記憶されている複数の参照画像から、位置情報取得部によって取得された位置情報に対応して選択したものである。
【００３９】
そして、参照画像選択部２０６は、例えば、図６（ｂ）に示す監視画像Ｍ１について、図６（ａ）に示す複数の参照画像Ｃ１〜Ｃ３それぞれとの正規化相互相関を算出し、正規化相互相関が最大の参照画像を選択する。監視画像Ｍ２〜Ｍ５についても同様である。
【００４０】
このように、第２実施形態の監視装置２０によれば、参照画像選択部２０６が、参照画像候補選択部２１０によって選択された複数の参照画像のうち、監視画像との正規化相互相関が最大の参照画像を選択することにより、監視画像と参照画像のマッチングをより高精度にすることができる。また、正規化相互相関を算出する際、画像をベクトルとして計算するため、環境による輝度の誤差に対して強いという長所もある。
【００４１】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態の監視装置２０について説明する。図７は、第３実施形態の監視装置の機能構成を示すブロック図である。図７の監視装置２０は、図５の監視装置２０と比較して、キロ程情報記憶部２１１を備えている点と、参照画像候補選択部２１０の動作内容が異なる点で相違する。なお、キロ程とは、鉄道管理者等が所有する情報で、線路Ｒ（図１）のある位置を基準として駅や鉄道設備等の位置を示す情報である。
【００４２】
キロ程情報記憶部２１１は、キロ程情報を記憶している。そして、参照画像記憶部２０１は、参照画像を、鉄道車両ＲＶの位置情報、時間情報、および、キロ程情報と関連付けて記憶している。また、参照画像候補選択部２１０は、参照画像記憶部２０１に記憶されている複数の参照画像から、それぞれの参照画像の位置情報、時間情報、および、キロ程情報に基いて、位置情報取得部２０３によって取得された位置情報に対応する複数の参照画像を選択する。
【００４３】
このように、第３実施形態の監視装置２０によれば、参照画像候補選択部２１０は、位置情報や時間情報に加えてキロ程情報も用いることで、参照画像記憶部２０１に記憶されている複数の参照画像からより適切な複数の参照画像を選択することができる。
【００４４】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態の監視装置２０について説明する。図８は、第４実施形態の監視装置２０の機能構成を示すブロック図である。図８の監視装置２０は、図２の監視装置２０と比較して、動画データ生成部２１２を備えている点と、検知画像記憶部２０２が動画データ記憶部２１３に置き換えられている点で相違する。
【００４５】
動画データ記憶部２１３は、検知画像生成部２０８によって生成された複数の検知画像を符号化して動画データを生成する。画像の符号化には、例えば、Ｈ．２６４等の標準規格を使用すればよい。動画データ記憶部２１３は、動画データ記憶部２１３によって生成された動画データを記憶する。
【００４６】
図９は、第４実施形態の監視装置２０による処理を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ８は図３と同様である。ステップＳ８でＹｅｓの場合、ステップＳ１０において、検知画像生成部２０８は、監視画像に差分領域を表示可能に埋め込んで検知画像を生成する。以下、ステップＳ１１の時点では、複数の検知画像が蓄積されているものとする。
【００４７】
次に、ステップＳ１１において、動画データ記憶部２１３は、複数の検知画像を符号化して動画データを生成し、動画データ記憶部２１３に記憶する。ステップＳ１１の後、処理を終了する。
【００４８】
このように、第４実施形態の監視装置２０によれば、動画データ記憶部２１３は、差分領域が表示可能に埋め込んである複数の検知画像から生成された動画データを記憶する。したがって、ユーザは差分領域を明示したその動画データを見ることで差分領域に基いて鉄道設備の異常（例えば、鉄道設備に対する異物の付着や樹木の接近等）を容易に認識することができる。そして、動画データであるので、再生することで、ユーザは、差分領域の経時的変化の様子を確認することができる。なお、動画データの再生には、符号化に対応した復号化が可能な専用のプレイヤーを用いればよい。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５０】
例えば、カメラ１０によって撮影される画像がカラーの場合、撮影の時間帯や天候等によって画像の輝度や色味が変わることがあるため、画像にモノクロ化やγ補正等の処理を行って、輝度や色味の違いを減らすようにしてもよい。
【００５１】
また、位置計測装置３０として、ＧＮＳＳ装置の代わりにＧＰＳ（Global  Positioning  System）装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０…カメラ、２０…監視装置、３０…位置計測装置、４０…表示装置、２０１…参照画像記憶部、２０２…検知画像記憶部、２０３…位置情報取得部、２０４…監視画像取得部、２０５…画像変換部、２０６…参照画像選択部、２０７…差分領域検出部、２０８…検知画像生成部、２０９…表示制御部、２１０…参照画像候補選択部、２１１…キロ程情報記憶部、２１２…動画データ生成部、２１３…動画データ記憶部、Ｒ…線路、ＲＶ…鉄道車両
【図１】
2020023285.tif 000003
【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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