(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車の屋根上を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影された入力画像を画像処理することによりパンタグラフの状態を監視する画像処理手段とを備えたパンタグラフ監視装置において、
前記画像処理手段が、前記入力画像から前記パンタグラフのホーンの形状を検査直線として検出する検査直線検出手段、前記検査直線と前記検査直線の状態を検査するための比較対象である基準直線との間の検査角度を算出する検査角度計算手段、及び、前記検査角度が予め設定したホーン角度範囲に含まれるか否かに基づいて前記ホーンの状態を監視するホーン折れ判断手段を有するパンタグラフホーン形状検査処理手段を備え、
前記検査直線検出手段が、前記入力画像上の前記ホーンに対して設定される複数の検査点に基づいて前記検査直線を取得する検査直線設定部を有するとともに、
前記パンタグラフホーン形状検査処理手段が、前記入力画像を取り込む画像データ入力手段と、パンタグラフ検出情報を取得するパンタグラフ検出情報入力手段と、検査小領域の大きさ、探索領域の大きさ、ホーン角度範囲からなる検査設定情報を出力する検査設定手段と、前記ホーン折れ判断部における判断結果を出力する結果データ出力手段とを有し、
且つ、前記複数の検査点が、左右の前記ホーンそれぞれの根元、中央、先端に設定されたホーン根元検査点、ホーン中央検査点、ホーン先端検査点であり、
前記検査直線が、左右それぞれの前記ホーン根元検査点と前記ホーン中央検査点を通る第一検査直線、及び、前記ホーン中央検査点と前記ホーン先端検査点とを通る第二検査直線であり、
前記検査角度が、前記第一検査直線と前記基準直線とのなす角度である第一検査角度、及び、前記第二検査直線と前記基準直線とのなす角度である第二検査角度である
ことを特徴とするパンタグラフ監視装置。
【請求項２】
前記検査角度計算手段が、前記基準直線を前記入力画像上の前記パンタグラフの位置に応じて設定する基準直線計算部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のパンタグラフ監視装置。
【請求項３】
前記ホーン折れ判断手段が、前記検査直線の傾きが予め設定したホーン角度範囲に含まれるか否かに基づいて前記ホーンの折れの有無を判断するように構成された
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパンタグラフ監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車の屋根上を撮影した画像を解析してパンタグラフの状態を検査する装置に関し、特にパンタグラフのホーンの折れの有無を画像処理により検出するパンタグラフ監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、列車の屋根上を撮影した画像を解析してパンタグラフの状態を検査する装置として、すり板の厚さを計測する装置が提案されている。例えば、特許文献１では、フラッシュランプを照射して斜め上方からパンタグラフを撮影した画像を用い、すり板上面とすり板と舟体との結合面ラインを撮影画像の輝度差から検出し、すり板上面のエッジと結合面ラインのエッジの間の距離としてすり板の厚さを求める装置が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２では、ストロボ照射して水平よりもやや斜め下方からパンタグラフを撮影した画像を用い、画像中から濃淡エッジを検出し、そのエッジを繋ぐことによってすり板上面座標値とすり板下面座標値を求め、これらの座標値の差分からすり板の厚さを求める装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１２８３２号公報
【特許文献２】特開２００２−１５０２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２に記載されている装置は、パンタグラフを撮影した画像を解析することにより、パンタグラフの舟体に設置されているすり板の厚さを計測する装置である。このため、パンタグラフの状態としてすり板の摩耗具合を検査することができる。すり板の摩耗は、電気列車への電力供給のため架線とすり板が走行中に常時接触することによりすり板が徐々に削れることで発生するものである。
【０００６】
しかしながら、パンタグラフに発生する異常はすり板の摩耗だけではない。パンタグラフのより大きな異常としては、図１５に示すようなパンタグラフ１ａのホーン１ｂに発生する折れがある。ホーン１ｂに折れが発生した状態で列車が走行を続けると、パンタグラフ１ａと接触する架線及び架線を支える周辺構造物に大きな損傷を与える可能性がある。そのため、ホーン１ｂに折れが発生した場合には列車を止めて、架線及び周辺構造物の損傷を抑える必要がある。
【０００７】
このようなことから本発明は、列車の屋根上を撮影した画像を解析して、パンタグラフのホーンの折れの有無を検出することを可能としたパンタグラフ監視装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための第１の発明に係るパンタグラフ監視装置は、
列車の屋根上を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影された入力画像を画像処理することによりパンタグラフの状態を監視する画像処理手段とを備えたパンタグラフ監視装置において、
前記画像処理手段が、前記入力画像から前記パンタグラフのホーンの形状を検査直線として検出する検査直線検出手段、前記検査直線と前記検査直線の状態を検査するための比較対象である基準直線との間の検査角度を算出する検査角度計算手段、及び、前記検査角度が予め設定したホーン角度範囲に含まれるか否かに基づいて前記ホーンの状態を監視するホーン折れ判断手段を有するパンタグラフホーン形状検査処理手段を備え、
前記検査直線検出手段が、前記入力画像上の前記ホーンに対して設定される複数の検査点に基づいて前記検査直線を取得する検査直線設定部を有するとともに、
前記パンタグラフホーン形状検査処理手段が、前記入力画像を取り込む画像データ入力手段と、パンタグラフ検出情報を取得するパンタグラフ検出情報入力手段と、検査小領域の大きさ、探索領域の大きさ、ホーン角度範囲からなる検査設定情報を出力する検査設定手段と、前記ホーン折れ判断部における判断結果を出力する結果データ出力手段とを有し、
且つ、前記複数の検査点が、左右の前記ホーンそれぞれの根元、中央、先端に設定されたホーン根元検査点、ホーン中央検査点、ホーン先端検査点であり、
前記検査直線が、左右それぞれの前記ホーン根元検査点と前記ホーン中央検査点を通る第一検査直線、及び、前記ホーン中央検査点と前記ホーン先端検査点とを通る第二検査直線であり、
前記検査角度が、前記第一検査直線と前記基準直線とのなす角度である第一検査角度、及び、前記第二検査直線と前記基準直線とのなす角度である第二検査角度である
ことを特徴とする。
【００１３】
また、第２の発明に係るパンタグラフ監視装置は、第１の発明に係るパンタグラフ監視装置において、前記検査角度計算手段が、前記基準直線を前記入力画像上の前記パンタグラフの位置に応じて設定する基準直線計算部を有することを特徴とする。
【００１４】
また、第３の発明に係るパンタグラフ監視装置は、第１又は第２の発明に係るパンタグラフ監視装置において、前記ホーン折れ判断手段が、前記検査直線の傾きが予め設定したホーン角度範囲に含まれるか否かに基づいて前記ホーンの折れの有無を判断するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明に係るパンタグラフ監視装置によれば、列車の屋根上を撮影する撮影手段と、撮影手段によって撮影された入力画像を画像処理することによりパンタグラフの状態を監視する画像処理手段とを備えたパンタグラフ監視装置において、画像処理手段が、入力画像からパンタグラフのホーンの形状を検査直線として検出する検査直線検出手段、検査直線と検査直線の状態を検査するための比較対象である基準直線との間の検査角度を算出する検査角度計算手段、及び、検査角度が予め設定したホーン角度範囲に含まれるか否かに基づいてホーンの状態を監視するホーン折れ判断手段を有するパンタグラフホーン形状検査処理手段を備え、前記検査直線検出手段が、前記入力画像上の前記ホーンに対して設定される複数の検査点に基づいて前記検査直線を取得する検査直線設定部を有するとともに、前記パンタグラフホーン形状検査処理手段が、前記入力画像を取り込む画像データ入力手段と、パンタグラフ検出情報を取得するパンタグラフ検出情報入力手段と、検査小領域の大きさ、探索領域の大きさ、ホーン角度範囲からなる検査設定情報を出力する検査設定手段と、前記ホーン折れ判断部における判断結果を出力する結果データ出力手段とを有し、且つ、前記複数の検査点が、左右の前記ホーンそれぞれの根元、中央、先端に設定されたホーン根元検査点、ホーン中央検査点、ホーン先端検査点であり、前記検査直線が、左右それぞれの前記ホーン根元検査点と前記ホーン中央検査点を通る第一検査直線、及び、前記ホーン中央検査点と前記ホーン先端検査点とを通る第二検査直線であり、前記検査角度が、前記第一検査直線と前記基準直線とのなす角度である第一検査角度、及び、前記第二検査直線と前記基準直線とのなす角度である第二検査角度であるので、列車の屋根上を撮影した画像を解析してホーンの折れを高精度かつ確実に検出してホーンの折れの有無を検出することができ、架線および架線を支える周辺構造物の損傷を防止することができる。
【００２０】
また、第２の発明に係るパンタグラフ監視装置によれば、検査角度計算手段が、基準直線を入力画像上のパンタグラフの位置に応じて設定する基準直線計算部を有するので、比較的軽微なホーンの折れを検出することができる。
【００２１】
また、第３の発明に係るパンタグラフ監視装置によれば、ホーン折れ判断手段が、検査直線の傾きが予め設定したホーン角度範囲に含まれるか否かに基づいてホーンの折れの有無を判断するように構成されたので、ホーンの折れの有無からなるパンタグラフの損傷情報を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１に係るパンタグラフ監視装置の設置例を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例３における監視カメラの設置例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例１に係るパンタグラフホーン形状検査処理部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図４（ａ）は本実施例に係る基準パンタグラフ画像の一例を示す説明図、図４（ｂ）は本実施例に係る検査パンタグラフ画像の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例１における検査直線及び検査角度の例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例２に係るパンタグラフホーン形状検査処理部の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例２におけるホーン検査範囲の設定例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２における検査直線の抽出例を示す説明図である。
【図９】本発明の実施例３に係るパンタグラフホーン形状検査処理部の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施例３において検査点を設定する例を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施例３に係るパンタグラフホーン検査処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例３において基準直線を設定する例を示す説明図である。
【図１３】図１３（ａ）はパンタグラフの上面図、図１３（ｂ）はパンタグラフの正面図、図１３（ｃ）はパンタグラフの側面図である。
【図１４】画像上の位置によるパンタグラフの見え方の変化の一例を示す説明図である。
【図１５】パンタグラフのホーンの折れの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るパンタグラフ監視装置の詳細を説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１乃至図５に基づいて本発明に係るパンタグラフ監視装置の第１の実施例について説明する。図１は本実施例に係るパンタグラフ監視装置の設置例を示す説明図、図２は本実施例における監視カメラの設置例を示す説明図、図３は本実施例に係るパンタグラフホーン形状検査処理部の概略構成を示すブロック図、図４（ａ）は本実施例に係る基準パンタグラフ画像の一例を示す説明図、図４（ｂ）は本実施例に係る検査パンタグラフ画像の一例を示す説明図、図５は本実施例における検査直線及び検査角度の例を示す説明図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施例においてパンタグラフ監視装置は、列車１の接近を検知するためのセンサ２、列車１の屋根上を照らす照明装置３、列車１の屋根上の照明装置３によって照らされる領域を撮影する撮影手段としての監視カメラ４、及びこれらセンサ２、照明装置３及び監視カメラ４に接続された画像処理手段としての画像処理装置５から構成されている。
【００２６】
センサ２は、例えばレール６の振動等を測定するものであり、レール６に取り付けられるとともに列車接近警報手段としての列車接近警報部（図示せず）に接続されている。列車接近警報部は、センサ２の出力に応じて列車１の接近の有無を検知するものであり、列車１が接近していると判断した場合には警報として列車接近信号を画像処理装置５の後述する撮影処理部５Ａへ送信する。
【００２７】
照明装置３は、センサ２に対して列車１の進行方向前方に設置され、撮影処理部５Ａからの信号に基づいて点灯及び消灯を行うように構成されている。
【００２８】
監視カメラ４は、照明装置３と概ね同位置に、列車１の屋根上の照明装置３によって照らされた領域を撮影するように設置され、図２に示すように、監視カメラ４のレンズの焦点位置を基準座標系の原点Ｏ、線路６の枕木９方向をＸ軸方向、列車の進行方向をＹ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向とすると、カメラ光軸をＺ軸方向に、カメラの画像センサ横軸をＸ軸方向に、監視カメラ４の画像センサ縦軸をＹ軸方向に向けて設置される。ここで、図２中に示す符号Ｈはレンズ焦点位置からパンタグラフまでの鉛直距離である。さらに、本実施例において監視カメラ４は、撮影処理部５Ａからの信号に基づいて撮影の開始、終了を行うように構成されている。この監視カメラ４によって撮影した画像は画像処理装置５の後述するパンタグラフ検索処理部５Ｂへ送信される。
【００２９】
なお、照明装置３及び監視カメラ４が設置される位置は、センサ２から所定の距離だけ離間した位置、例えば、センサ２の出力に基づいて監視カメラ４を起動したときに、列車１がこの監視カメラ４の視野内に進入する直前にこの監視カメラ４による撮影を開始することができる位置とする。
【００３０】
画像処理装置５は、パンタグラフ１ａの撮影を制御する撮影処理部５Ａと、監視カメラ４によって撮影された画像中からパンタグラフ１ａを検出するパンタグラフ検索処理部５Ｂと、監視カメラ４によってパンタグラフ１ａの画像を解析してパンタグラフホーンの折れを検出するパンタグラフホーン形状検査処理部５Ｃとから構成されている。
【００３１】
撮影処理部５Ａは、センサ２、照明装置３、及び監視カメラ４を制御して通過する列車１の屋根上を撮影する処理を行う部分である。
【００３２】
パンタグラフ検出処理部５Ｂは、撮影処理部５Ａにより撮影した列車１の屋根上の画像からパンタグラフ１ａの画像を検出し、この画像上のパンタグラフ１ａの位置等をパンタグラフ検出情報として画像のデータとともに出力する処理を行う部分である。
【００３３】
パンタグラフホーン形状検査処理部５Ｃは、パンタグラフ検索処理部５Ｂにより検出されたパンタグラフ１ａが撮影されている画像のデータを解析して、パンタグラフホーンの折れの有無を検出する処理を行う部分である。
【００３４】
ここで、撮影処理部５Ａ及びパンタグラフ検索処理部５Ｂにおける処理は既知の手法（例えば、特願２００９−０１４８５０等参照）を用いるものとし、詳細な説明は省略する。
【００３５】
以下、パンタグラフホーン形状検査処理部５Ｃについて詳細に説明する。パンタグラフホーン形状検査処理部５Ｃは、図３に示すように、画像データ入力部５ａ、パンタグラフ検出情報入力部５ｂ、設定部５ｃ、記憶部５ｄ、検査小領域設定部５ｅ、検査点探索領域設定部５ｆ、検査点検出部５ｇ、検査直線設定部５ｈ、検査角度計算部５ｉ、ホーン折れ判断部５ｊ、及び、結果データ出力部５ｋを備えている。
【００３６】
画像データ入力部５ａは、データベース（図示せず）から取り出した図４（ａ）に示すような基準パンタグラフ画像７のデータと、監視カメラ４から取得した図４（ｂ）に示すような検査パンタグラフ画像８のデータとを、パンタグラフ検索処理部５Ｂから入力し、これらを画像データとして記憶部５ｄに保管する。ここで、基準パンタグラフ画像７はパンタグラフ１ａを撮影した画像の中から選択されたパンタグラフホーンに折れのない画像であり、予めデータベースに登録しておくものとする。また、検査パンタグラフ画像８は撮影処理部５Ａにより制御され監視カメラ４で撮影された画像のうち、パンタグラフ検索処理部５Ｂにおいて検査対象とするパンタグラフ１ａを検出した画像である。
【００３７】
パンタグラフ検出情報入力部５ｂは、パンタグラフ検索処理部５Ｂから、検査パンタグラフ画像８上のパンタグラフ１ａの位置等からなるパンタグラフ検出情報を入力し、これを記憶部５ｄに保管する。
【００３８】
設定部５ｃは、記憶部５ｄから基準パンタグラフ画像７のデータを入力し、この基準パンタグラフ画像７上のホーン１ｂに対して検査基準点Ｐ（図８では、ＰL1，ＰL2，ＰL3，ＰR1，ＰR2，ＰR3）を設定する。また、検査小領域サイズＷA1，ＷA2、探索領域サイズＷB1，ＷB2、ホーン角度範囲を設定し、各設定データを検査設定情報としてまとめ、検査設定情報として記憶部５ｄに保管する。ここで、検査基準点Ｐは、図４（ａ）に示すように、基準パンタグラフ画像７上の左右のホーン１ｂそれぞれの根元、中央、先端の三箇所に設定される。以下、これらをそれぞれホーン根元検査基準点ＰL1，ＰR1、ホーン中央検査基準点ＰL2，ＰR2、ホーン先端検査基準点ＰL3，ＰR3と呼称し、総称する場合に検査基準点Ｐと呼称する。また、検査小領域サイズＷA1，ＷA2は後述する検査小領域Ａの大きさを決定するパラメータ、探索領域サイズＷB1，ＷB2は後述する検査点探索領域Ｂの大きさを決定するパラメータである。また、ホーン角度範囲はホーン１ｂの折れの有無を判断するために設定されたものであり、検査パンタグラフ画像８でのパンタグラフ１ａの長手方向軸１４と後述する検査直線Ｌ1とのなす角である検査角度θの正常な範囲である。
【００３９】
記憶部５ｄは、各処理部から出力されるデータを入力し保管するとともに、各処理部からの要求に応じて必要なデータを所望の処理部へ出力する。
【００４０】
検査小領域設定部５ｅは、記憶部５ｄから検査基準点Ｐ及び検査小領域サイズＷA1，ＷA2の情報を入力し、検査基準点Ｐを中心とした矩形領域である検査小領域Ａを設定する。検査小領域Ａの情報は記憶部５ｄに保管される。ここで、検査小領域は、図４（ａ）に示すように、基準パンタグラフ画像７上に設定したホーン根元検査基準点ＰL1，ＰR1、ホーン中央検査基準点ＰL2，ＰR2、ホーン先端検査基準点ＰL3，ＰR3それぞれを中心とする領域であり、以下、それぞれホーン根元小領域ＡL1，ＡR1、ホーン中央小領域ＡL2，ＡR2、ホーン先端小領域ＡL3，ＡR3と呼称し、総称する場合に検査小領域Ａと呼称する。
【００４１】
検査点探索領域設定部５ｆは、記憶部５ｄから探索領域サイズＷB1，ＷB2の情報とパンタグラフ検出情報を入力し、検査パンタグラフ画像８上の適切な位置に検査点探索領域Ｂを設定する。検査点探索領域Ｂの情報は記憶部５ｄに保管される。ここで、図４（ｂ）に示すように、検査点探索領域Ｂは検査パンタグラフ画像８から上記ホーン根元検査基準点ＰL1，ＰR1、ホーン中央検査基準点ＰL2，ＰR2、ホーン先端検査基準点ＰL3，ＰR3に対応する点を抽出するために設定される領域である。より詳しくは、検査点探索領域Ｂは検査パンタグラフ画像８に対し、パンタグラフ検出情報から得られたパンタグラフ１ａの位置に基づいて推定される左右それぞれのホーン１ｂの根元、中央、先端の位置を含むように設定される。以下、ホーン１ｂの根元、中央、先端に対して設定される検査点探索領域を、それぞれホーン根元探索領域ＢL1，ＢR1、ホーン中央探索領域ＢL2，ＢR2、ホーン先端探索領域ＢL3，ＢR3と呼称し、総称する場合に検査点探索領域Ｂと呼称する。
【００４２】
検査点検出部５ｇは、記憶部５ｄから基準パンタグラフ画像７と検査パンタグラフ画像８の各画像データ、検査小領域Ａ、及び検査点探索領域Ｂの情報を入力し、領域相関法により検査パンタグラフ画像８上に検査点Ｑを検出する。検査点Ｑの情報は記憶部５ｄに保管される。ここで、図４（ｂ）に示すように、検査点Ｑは検査基準点Ｐに対応する検査パンタグラフ画像８上の点である。以下、ホーン根元検査基準点ＰL1，ＰR1、ホーン中央検査基準点ＰL2，ＰR2、ホーン先端検査基準点ＰL3，ＰR3に対応する点を、それぞれホーン根元検査点ＱL1，ＱR1、ホーン中央検査点ＱL2，ＱR2、ホーン先端検査点ＱL3，ＱR3と呼称し、これらを総称する場合に検査点Ｑと呼称する。
【００４３】
検査直線設定部５ｈは、記憶部５ｄから検査点Ｑの情報を入力し、検査直線Ｌ1を設定する。検査直線Ｌ1の情報は記憶部５ｄに保管される。ここで、検査直線Ｌ1は、図５に示すように、検査パンタグラフ画像８上の左右のホーン１ｂにおいて相互に隣接する検査点Ｑを通る直線である。以下、ホーン根元検査点ＱL1とホーン中央検査点ＱL2を通る直線、ホーン根元検査点ＱR1とホーン中央検査点ＱR2を通る直線をそれぞれ第一検査直線ＬL1，ＬR1、ホーン中央検査点ＱL2とホーン先端検査点ＱL3を通る直線、ホーン中央検査点ＱR2とホーン先端検査点ＱR3を通る直線をそれぞれ第二検査直線ＬL2，ＬR2と呼称し、総称する場合に検査直線Ｌ1と呼称する。
【００４４】
検査角度計算部５ｉは、記憶部５ｄから検査直線Ｌ1の情報とパンタグラフ検出情報を入力し、検査角度θを計算する。検査角度θの情報は記憶部５ｄに保管される。ここで、検査角度θは、図５に示すように各検査直線Ｌ1とパンタグラフの長手方向に平行なパンタグラフの長手方向軸Ｌ0とのなす角度である。以下、パンタグラフの長手方向軸Ｌ0と第一検査直線ＬL1，ＬR1とのなす角度を第一検査角度θL1，θR1、パンタグラフの長手方向軸Ｌ0と第二検査直線ＬL2，ＬR2とのなす角度を第二検査角度θL2，θR2と呼称し、総称する場合に検査角度θと呼称する。
【００４５】
ホーン折れ判断部５ｊは、記憶部５ｄから検査角度θとホーン角度範囲の情報を入力し、ホーン１ｂの折れの有無を検出して、得られたホーン１ｂの折れの有無の情報をホーン折れ検査結果データとしてまとめる。ホーン折れ検査結果データは記憶部５ｄに保管される。
【００４６】
結果データ出力部５ｋは、ホーン折れ検査結果データを記憶部５ｄから取り出し、これをパンタグラフホーン形状検査結果として出力する。
【００４７】
次に、本実施例に係るパンタグラフ監視装置における舟体検査処理の流れを簡単に説明する。本実施例に係るパンタグラフ監視装置においては、まず、画像データ入力部５ａ及びパンタグラフ検出情報入力部５ｂにおいて、画像データ及びパンタグラフ検出情報を入力し、設定部５ｃにおいて、検査基準点Ｐ、及び、検査小領域サイズＷA1，ＷA2、探索領域サイズＷB1，ＷB2、ホーン角度範囲を設定する。
【００４８】
続いて、検査小領域設定部５ｅ、検査点探索領域設定部５ｆ、検査点検出部５ｇにおいて、予め設定した検査基準点Ｐ、検査小領域サイズＷA1，ＷA2、探索領域サイズＷB1，ＷB2に基づき検査点Ｑの検出を行う。
【００４９】
以下に検査点Ｑの検出について詳しく説明する。まず、検査点Ｑの検出を行う場合は、検査小領域設定部５ｅにおいて検査基準点Ｐ、検査小領域サイズＷA1，ＷA2に基づいて基準パンタグラフ画像７に対して検査小領域Ａを設定し、検査点探索領域設定部５ｆにおいて探索領域サイズＷB1，ＷB2に基づき検査パンタグラフ画像８に対して検査点探索領域Ｂを設定する。なお、検査探索領域Ｂの設定位置については、それぞれの検査パンタグラフ画像８においてパンタグラフ１ａの適切な位置に設定されるように、パンタグラフ検出情報を基にパンタグラフ１ａの画像上の位置に応じて相対的に平行移動し設定するものとする。
【００５０】
その後、検査点検出部５ｇにより、基準パンタグラフ画像７に設定した検査小領域Ａの画像データと検査パンタグラフ画像８に設定した検査点探索領域Ｂの画像データとの比較を行い、検査点探索領域Ｂにおいて検査小領域Ａの画像データと最も似ている画像データが存在する位置を検出する。こうして取得した検査パンタグラフ画像８上の位置を検査点Ｑとして設定する。なお、領域相関法における画像データの比較については、絶対値差分、正規化相関、方向符号照合（例えば、F.ULLAH, S.KANEKO and S.IGARASHI, "Orientation Code Matching for Robust Object Search", IEICE Trans. Inf. & Syst., Vol.E84-D, No.8, pp.999-1006, 2001等参照）等の手法を用いることができる。
【００５１】
検査点Ｑを検出したら、続いて、検査直線設定部５ｈにより、図５に示すように左右それぞれのホーン１ｂに対して検出した検査点Ｑについて、相互に隣接する点を通る直線Ｌを設定する。詳しくは、検査パンタグラフ画像８において検出した検査点Ｑの情報を基に、図５に示すように左右のホーン１ｂについてそれぞれ検査直線ＬL1，ＬL2、検査直線ＬR1，ＬR2を設定する。このようにして設定した検査直線Ｌ1の状態を検査することで、ホーン１ｂの折れの有無を判断する。
【００５２】
続いて、検査角度計算部５ｉにより、図５に示すように左右それぞれのホーン１ｂについて検査角度θを計算する。詳しくは、検査直線Ｌ1の情報を基に、図５に示すように左右のホーン１ｂについてそれぞれ検査角度θを計算する。なお、パンタグラフ１ａの長手方向軸Ｌ0はパンタグラフ検出情報から得られるものとする。
【００５３】
続いて、ホーン折れ判断部５ｊにより、検査角度θがホーン角度範囲に入るか否かを求め、ホーン１ｂの折れの有無を判断する。ホーン角度範囲については設定部５ｃにより予め設定しておくものとする。
【００５４】
最後に、結果データ出力部５ｋによりホーン折れ検査結果データを出力する。
上記の処理をパンタグラフホーン形状検査が終了するまで繰り返す。
【００５５】
このように構成される本実施例に係るパンタグラフ監視装置によれば、監視カメラ４によって列車１の屋根上を撮影した画像を用いてパンタグラフ１ａのホーン１ｂの折れの有無を検出することができる。
【実施例２】
【００５６】
図６乃至図８に基づいて、本発明の第２の実施例を詳細に説明する。図６は本実施例に係るパンタグラフホーン形状検査処理部の概略構成を示すブロック図、図７は本実施例においてホーン検査範囲を設定する例を示す説明図、図８は本実施例において抽出された検査直線の例を示す説明図である。
【００５７】
図６に示すように、本実施例は、実施例１に比較してパンタグラフホーン形状検査処理部５Ｃの構成が異なるものである。その他の構成は実施例１において説明したものと概ね同様であり、以下、同一の処理を行う部分には同一の符合を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【００５８】
図６に示すように、本実施例においてパンタグラフホーン形状検査処理部５Ｃは、画像データ入力部５ａ、パンタグラフ検出情報入力部５ｂ、設定部５ｃ、記憶部５ｄ、ホーン検査範囲設定部５ｌ、鮮鋭化処理部５ｍ、直線抽出部５ｎ、検査角度計算部５ｉ、ホーン折れ判断部５ｊ、及び結果データ出力部５ｋを備えている。
【００５９】
設定部５ｃは、ホーン検査範囲サイズＷC1，ＷC2、直線最小長さ、ホーン角度範囲を設定する。これらの各設定データを検査設定情報としてまとめ、これを記憶部５ｄへ保管する。ここで、ホーン検査範囲サイズＷC1，ＷC2は図７に示すように後述するホーン検査範囲Ｃの大きさを決定するパラメータ、直線最小長さは予め設定される検査直線を検出するための最小の長さである。また、ホーン角度範囲はホーン１ｂの折れの有無を判断するために設定されたものであり、検査パンタグラフ画像８でのパンタグラフ１ａの長手方向軸１４と後述する検査直線Ｌ2とのなす角である検査角度θの正常な範囲である。
【００６０】
ホーン検査範囲設定部５ｌは、記憶部５ｄからパンタグラフ検出情報とホーン検査範囲サイズＷC1，ＷC2の情報を入力し、ホーン検査範囲Ｃを設定する。ホーン検査範囲Ｃの情報は記憶部５ｄに保管される。ここで、ホーン検査範囲Ｃは、パンタグラフ検出情報から得られる検査パンタグラフ画像８上におけるパンタグラフ１ａの位置に応じて設定される領域であり、図７に示すように、左右のホーン１ｂを囲むように設定される。以下、画像の左側に位置するホーン１ｂに対して設定される範囲、画像の右側に位置するホーン１ｂに対して設定される範囲をそれぞれホーン検査範囲ＣL，ＣRと呼称し、総称する場合にホーン検査範囲Ｃと呼称する。
【００６１】
鮮鋭化処理部５ｍは、記憶部５ｄからホーン検査範囲ＣL，ＣRの情報と検査パンタグラフ画像８のデータを入力し、ホーン検査範囲ＣL，ＣR内にあるエッジの抽出を行い、これをエッジデータとしてまとめる。エッジデータは記憶部５ｄに保管される。鮮鋭化処理の方法としては、ソーベルフィルタやＬＯＧ等の微分フィルタを使用するものとする。
【００６２】
直線抽出部５ｎは、記憶部５ｄからエッジデータと直線最小長さの情報を入力し、図８に示すようにホーン検査範囲ＣL，ＣR内から直線最小長さ以上の長さを持つ直線を抽出し、これを検査直線Ｌ2としてまとめる。検査直線Ｌ2の情報は記憶部５ｄに保管される。なお、直線最小長さよりも短い直線についてはこれを除外する。
【００６３】
検査角度計算部５ｉは、記憶部５ｄから検査直線Ｌ2の情報とパンタグラフ検出情報を入力し、各検査直線Ｌ2とパンタグラフの長手方向軸Ｌ0とのなす角度である検査角度θ（図８では第一検査角度θL1、及び、第二検査角度θL2）を計算する。検査角度θの情報は記憶部５ｄに保管される。
【００６４】
ホーン折れ判断部５ｊは、記憶部５ｄから検査角度θとホーン角度範囲の情報を入力し、ホーン１ｂの折れの有無を判断してホーン折れ検査結果データとしてまとめる。ホーン折れ検査結果データは記憶部５ｄに保管される。
【００６５】
結果データ出力部５ｋは、ホーン折れ検査結果データを記憶部５ｄから取り出し、これをパンタグラフホーン形状検査結果として出力する。
【００６６】
次に、本実施例に係るパンタグラフ監視装置における舟体検査処理の流れを簡単に説明する。本実施例に係るパンタグラフ監視装置においては、まず、設定部５ｃによりホーン検査範囲サイズＷC1，ＷC2、直線最小長さ、及びホーン角度範囲を設定する。
【００６７】
続いて、ホーン検査範囲設定部５ｌにより、パンタグラフ検出情報入力部５ｂにおいて入力したパンタグラフ検出情報、設定部５ｃにより設定したホーン検査範囲サイズＷC1，ＷC2を用いて、ホーン検査範囲Ｃを設定する。
【００６８】
続いて、図８に示すように、鮮鋭化処理部５ｍにより検査パンタグラフ画像８に対してパンタグラフ１ａの左右にそれぞれ設定したホーン検査範囲ＣL，ＣR内からエッジを抽出し、直線抽出部５ｎにより抽出したエッジのデータを基に検査直線ＬL，ＬRを検出する。その後、図８に示すように、検査角度計算部５ｉによりパンタグラフ１ａの長手方向軸Ｌ0と検査直線ＬL，ＬRとのなす角として検査角度θを算出する。
【００６９】
続いて、ホーン折れ判断部５ｊにより、検査角度θがホーン角度範囲に入るか否かに基づいてホーン１ｂの折れの有無を判断し、最後に、結果データ出力部５ｋによりホーン折れ検査結果データを出力する。上記の処理をパンタグラフホーン形状検査が終了するまで繰り返す。
【００７０】
このように構成される本実施例に係るパンタグラフ監視装置によれば、実施例１に示した装置の効果に加え、画像が暗くホーン１ｂ先端部分が見えにくいような環境条件においても、ホーン１ｂから画像処理により直線を抽出することができるため、パンタグラフ１ａのホーン１ｂの折れの有無を検出することができる。
【実施例３】
【００７１】
図９乃至図１３に基づいて本発明に係るパンタグラフ監視装置の第３の実施例を説明する。図９は本実施例に係るパンタグラフホーン形状検査処理部の概略構成を示すブロック図、図１０は本実施例における検査点の設定例を示す説明図、図１１は本実施例に係るパンタグラフホーン形状検査処理の流れを示すフローチャート、図１２は本実施例における基準直線の設定例を示す説明図、図１３はパンタグラフを示す説明図、図１４は画像上の位置に対するパンタグラフの形状の変化を示す説明図である。
【００７２】
本実施例は上述した実施例１に比較して、パンタグラフホーン形状検査処理部５Ｃの構成が異なるものである。以下、図３又は図６に示し上述したものと同様の処理を行うものについては同一符号を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【００７３】
図９に示すように、本実施例においてパンタグラフホーン形状検査処理部５Ｃは、画像データ入力部５ａ、パンタグラフ検出情報入力部５ｂ、パンタグラフ形状データ入力部５ｏ、設定部５ｃ、記憶部５ｄ、検査直線検出部５ｐ、基準直線計算部５ｑ、検査角度計算部５ｉ、ホーン折れ判断部５ｊ、及び、結果データ出力部５ｋを備えている。
【００７４】
パンタグラフ形状データ入力部５ｏは、パンタグラフ１ａの三次元的な形状データであるパンタグラフ形状データを入力し、記憶部５ｄへ保管する。
【００７５】
設定部５ｃは、実施例１又は実施例２における処理に加え、レンズ焦点距離ｆ、画像１ピクセルあたりの画像センサ上での大きさａ、レンズ焦点位置からパンタグラフまでの鉛直距離Ｈを設定する。そして、全ての設定情報を検査設定情報としてまとめ、記憶部５ｄへ保管する。ここで、レンズ焦点距離ｆは監視カメラ４のレンズの焦点距離である。
【００７６】
検査直線検出部５ｐは、検査設定情報、パンタグラフ検出情報、及び画像データを記憶部５ｄから入力し、検査直線Ｌ3（Ｌ1又はＬ2）を検出する。即ち、実施例１または実施例２において説明した検査パンタグラフ画像８を解析して検査直線Ｌ3を出力するまでの一連の処理を行う。
【００７７】
基準直線計算部５ｑは、記憶部５ｄから検査設定情報、パンタグラフ検出情報、パンタグラフ形状データを入力し、検査パンタグラフ画像８上のパンタグラフ１ａの位置に応じて、ホーン１ｂの画像中の位置における正常な形状に基づいて得られる直線（以下、「基準直線」と呼ぶ）ＬBを求める。基準直線ＬBは記憶部５ｄに保管される。
【００７８】
検査角度計算部５ｉは、記憶部５ｄから検査直線Ｌ3及び基準直線ＬBを入力し、検査直線Ｌ3と基準直線ＬBとのなす角度として検査角度θを計算する。検査角度θは記憶部５ｄに保管される。
【００７９】
ホーン折れ判断部５ｊは、記憶部５ｄから検査角度θとホーン角度範囲の情報を入力し、ホーン１ｂの折れの有無を判断して、得られたホーン１ｂの折れの有無の情報をホーン折れ検査結果データとしてまとめる。ホーン折れ検査結果データは記憶部５ｄに保管される。
【００８０】
結果データ出力部５ｋは、ホーン折れ検査結果データを記憶部５ｄから取り出し、これをパンタグラフホーン形状検査結果として出力する。
【００８１】
以下に、図１１を用いて本実施例に係るパンタグラフ監視装置における舟体検査処理の流れを簡単に説明する。図１１に示すように、本実施例に係るパンタグラフホーン形状検査装置においては、まず、設定部５ｃにより検査パンタグラフ画像８上のパンタグラフ中心位置Ｐｃを算出する（ステップＳ１）。
【００８２】
続いて、設定部５ｃにより検査パンタグラフ画像８上のパンタグラフ中心位置Ｐｃを基準座標系上のパンタグラフ中心位置ＰＣ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）へ変換する処理を行う（ステップＳ２）。
【００８３】
基準座標系上のパンタグラフ中心位置ＰＣ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）は、まず、パンタグラフ検出情報から得られる検査パンタグラフ画像８上のパンタグラフ１ａの位置に基づいて検査パンタグラフ画像８上におけるパンタグラフ１ａの中心位置Ｐｃを求め、この中心位置Ｐｃを座標変換することにより取得することができる。
【００８４】
ここで、検査パンタグラフ画像８上のパンタグラフ１ａの中心位置Ｐｃから基準座標系上のパンタグラフ１ａの中心位置ＰＣ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）への座標変換は、以下の処理により行う。
【００８５】
すなわち、基準座標系における位置をＱ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、カメラ画像センサ上の位置をｑ（ｘ，ｙ）、画像上の位置をｗ（ｕ，ｖ）、レンズ焦点距離をｆ、画像の中心位置をｗｐ（ｕｃ，ｖｃ）、画像１ピクセル辺りの画像センサ上での大きさをａとすると、画像上位置ｗ（ｕ，ｖ）とカメラ画像センサ上位置ｑ（ｘ，ｙ）との関係は次式（１），（２）で表せる。
ｘ＝ａ（ｕ−ｕｃ）    ・・・（１）
ｙ＝−ａ（ｖ−ｖｃ）    ・・・（２）
【００８６】
また、カメラ画像センサ上位置ｑ（ｘ，ｙ）と基準座標系上の位置Ｑ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）との関係は次式（３），（４）で表せる。
Ｘ＝−Ｚ（ｘ／ｆ）    ・・・（３）
Ｙ＝−Ｚ（ｙ／ｆ）    ・・・（４）
【００８７】
つまり、レンズ焦点位置Ｏから測定対象（ここでは、パンタグラフ１ａ）までの鉛直距離（高さ）Ｈが分かれば、測定対象の画像上位置から基準座標系における三次元位置を求めることができる。またその逆計算も可能である。ここで、本発明において監視カメラ４のレンズ焦点位置からパンタグラフ１ａまでの鉛直距離Ｈは、設計データもしくは装置設置時の計測により既知であるので、その値を予め求めて記憶部５ｄに保管しておくものとする。
【００８８】
このように、上記（１）〜（４）式を用いることにより、検査パンタグラフ画像８上のパンタグラフ１ａの中心位置Ｐｃを基準座標系上のパンタグラフ１ａの中心位置ＰＣ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）に座標変換することができる。
【００８９】
ステップＳ２に続いては、設定部５ｃにより基準座標系上の検査基準点Ｐの位置を計算する（ステップＳ３）。基準座標系上の検査基準点Ｐの位置の計算は以下のように行う。まず、図１０に示すように、パンタグラフ１ａの左右のホーン１ｂ上にそれぞれ複数の検査基準点Ｐ（本実施例では、左右それぞれのホーン１ｂに対して根元、中央、先端の三箇所にホーン根元検査基準点ＰL1，ＰR1、ホーン中央検査基準点ＰL2，ＰR2、ホーン先端検査基準点ＰL3，ＰR3）を設定する。
【００９０】
例えば、ホーン根元検査基準点ＰL1，ＰR1、ホーン中央検査基準点ＰL2，ＰR2、ホーン先端検査基準点ＰL3，ＰR3が、基準座標系においてパンタグラフ中心の位置ＰＣからそれぞれ次の位置オフセット（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）、（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）を持つ場合、ホーン根元検査基準点ＰL1，ＰR1、ホーン中央検査基準点ＰL2，ＰR2、ホーン先端検査基準点ＰL3，ＰR3の基準座標系上での位置はそれぞれ（Ｘｐ＋Ｘ１，Ｙｐ＋Ｙ１，Ｚｐ＋Ｚ１）、（Ｘｐ＋Ｘ２，Ｙｐ＋Ｙ２，Ｚｐ＋Ｚ２）、（Ｘｐ＋Ｘ３，Ｙｐ＋Ｙ３，Ｚｐ＋Ｚ３）となる。このようにして検査パンタグラフ画像８上におけるパンタグラフ１ａの位置に応じて、各検査基準点Ｐを設定する。なお、検査基準点Ｐのパンタグラフ中心位置ＰＣからの位置オフセットのデータについてはパンタグラフの三次元的な形状データであるパンタグラフ形状データから得られる。
【００９１】
続いて、このようにして得られた各検査基準点Ｐの基準座標系における位置を基に、前述した座標変換によって各検査基準点Ｐの検査パンタグラフ画像８上における位置を求める（ステップＳ４）。その後、ステップＳ４において求めた検査パンタグラフ画像８上の検査基準点Ｐの位置に基づき基準直線ＬBを求める。具体的には、図１２に示すように、検査基準点ＰL1とＰL2、ＰR1とＰR2を通る直線としてそれぞれ第一基準直線ＬBL1，ＬBR1、検査基準点ＰL2とＰL3、ＰR2とＰR3を通る直線としてそれぞれ第二基準直線ＬBL2，ＬBR2を求める（ステップＳ５）。なお、以下の説明において第一基準直線ＬBL1，ＬBR1、第二基準直線ＬBL2，ＬBR2を総称する場合は基準直線ＬBと呼称する。
【００９２】
続いて、検査直線検出部５ｐにより検査パンタグラフ画像８上のパンタグラフ１ａのホーン１ｂから上述した実施例１または実施例２において説明した処理により検査直線Ｌ3を検出し（ステップＳ６）、最後に、ステップＳ５において検出した基準直線ＬBと、ステップＳ６において検出した検査直線Ｌ3とのなす角度として検査角度θを求め、この検査角度θがホーン角度範囲に入るか否かを検査することで、ホーン１ｂの折れの有無を判断する（ステップＳ７）。
【００９３】
上記ステップＳ１〜ステップＳ７の処理をパンタグラフホーン形状検査が終了するまで繰り返す。
【００９４】
このように構成される本実施例に係るパンタグラフ監視装置によれば、実施例１、実施例２に係るパンタグラフ監視装置による効果に加えて、比較的軽微なホーンの折れを検出することができる。
【００９５】
すなわち、パンタグラフ１ａのホーン１ｂは図１３に示すように上下方向に折れ曲がった立体的な構造になっている。そのため、正常なパンタグラフ１ａを撮影した場合であっても、図１４に示すようにパンタグラフ１ａの上面を監視カメラ４で撮影した検査パンタグラフ画像８上ではホーン１ｂの形状が場所によって異なる。そのため、上述した実施例１、実施例２ではホーン１ｂから抽出した検査直線Ｌ3の角度によって異常の有無を判断する許容値であるホーン角度範囲を大きく設定する必要があった。
【００９６】
これに対し、本実施例では検査パンタグラフ画像８上のパンタグラフ１ａの位置に応じて基準直線ＬBを設定し、この形状と検査直線との検査角度θを求めてホーン１ｂの折れを検出する構成であるので、実施例１、実施例２に比較してより確実にホーン１ｂの折れを検出することができる。
【００９７】
なお、本実施例では、各処理部から出力されるデータを記憶部５ｄに保管するとともに、各処理部からの要求に応じて必要なデータを記憶部５ｄから所望の処理部へ出力する例を示したが、例えば、各処理部から出力されるデータを、直接所望の処理部へ入力するようにしてもよく、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ことはいうまでもない。
【００９８】
また、検査直線検出手段としては、入力画像からパンタグラフのホーンを検査直線として抽出することができればよく、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ことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、列車の屋根上を撮影した画像を解析してパンタグラフの状態を監視するパンタグラフ関し装置に適用可能であり、特にパンタグラフのホーンの形状を監視するパンタグラフ監視装置に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【０１００】
１…列車、２…センサ、３…照明装置、４…監視カメラ、５…画像処理装置、５Ａ…撮影処理部、５Ｂ…パンタグラフ検索処理部、５Ｃ…パンタグラフホーン検査処理部、５ａ…画像データ入力部、５ｂ…パンタグラフ検出情報入力部、５ｃ…設定部、５ｄ…記憶部、５ｅ…検査小領域設定部、５ｆ…検査点探索領域設定部、５ｇ…検査点検出部、５ｈ…検査直線設定部、５ｉ…検査角度計算部、５ｊ…ホーン折れ判断部、５ｋ…結果データ出力部、５ｌ…ホーン検査範囲設定部、５ｍ…鮮鋭化処理部、５ｎ…直線抽出部、５ｏ…パンタグラフ形状データ入力部、５ｐ…検査直線検出部、５ｑ…基準直線計算部、６…レール、７…基準パンタグラフ画像、８…検査パンタグラフ画像、９…枕木、Ａ…検査小領域、Ｂ…検査点探索領域、Ｃ…ホーン検査範囲、Ｈ…鉛直距離、Ｌ…検査直線、ＬB…基準直線、Ｐ…検査点、ＷA…検査小領域サイズ、ＷB…検査点探索領域サイズ、ＷC…ホーン検査範囲サイズ、θ…検査角度
【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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