(57)【要約】      （修正有）【課題】軌道の高精細画像を作成することができる方法を提供する。【解決手段】撮像装置をレールに沿って移動させながらレールと直交する方向の距離画像を集積するモニタリングを複数回行う。ついで、モニタリングごとに、特定地点における距離画像が連なった軌道画像８１〜８３を生成する。その後、軌道画像８１〜８３のうちの１つを基準画像、残りを参照画像とし、基準画像に対する参照画像の位置ズレおよび姿勢ズレを算出する。最後に、位置ズレおよび姿勢ズレを補正した参照画像を基準画像と合成して、高精細画像を生成する。【選択図】図３
2014228456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールを含む軌道の高精細画像を作成する方法であって、
撮像装置をレールに沿って移動させながらレールと直交する方向の距離画像を集積するモニタリングを複数回行うステップと、
前記モニタリングごとに、特定地点における前記距離画像が連なった軌道画像を生成するステップと、
複数の前記軌道画像のうちの１つを基準画像、残りを参照画像とし、前記基準画像に対する前記参照画像の位置ズレおよび姿勢ズレを算出するステップと、
前記位置ズレおよび姿勢ズレを補正した参照画像を前記基準画像と合成して、高精細画像を生成するステップと、
を含む、軌道の高精細画像作成方法。
【請求項２】
前記位置ズレおよび姿勢ズレを算出するステップでは、まず、前記基準画像および前記参照画像のそれぞれから把握されるレールの幅方向位置、高さ位置および姿勢に基づいて、前記基準画像に対する前記参照画像の前記姿勢ズレならびにレールの幅方向および高さ方向の位置ズレ量を算出し、ついで、前記参照画像に対して前記姿勢ズレおよび二方向の前記位置ズレ量を補正し、補正された参照画像の前記基準画像に対するレールの延在方向の位置ズレ量を相関マッチングによって算出する、請求項１に記載の軌道の高精細画像作成方法。
【請求項３】
前記姿勢ズレおよび前記二方向の位置ズレ量を算出する際に、前記基準画像および前記参照画像のそれぞれにおけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線を求め、前記基準画像におけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線と前記参照画像におけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線との差異から、前記姿勢ズレおよび前記二方向の位置ズレ量を算出する、請求項２に記載の軌道の高精細画像作成方法。
【請求項４】
前記高精細画像を生成するステップでは、前記基準画像の各画素の輝度値ならびに前記位置ズレおよび姿勢ズレが補正された前記参照画像の各画素の輝度値を、前記軌道画像よりも画素数を増加させた高解像度領域にマッピングし、そのマッピング結果に基づいて前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の軌道の高精細画像作成方法。
【請求項５】
前記高解像度領域において輝度値がマッピングされなかった画素に対しては、当該画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされている場合は、それらの輝度値から双線形補間にて当該画素の輝度値を算出する、請求項４に記載の軌道の高精細画像作成方法。
【請求項６】
前記高解像度領域において輝度値がマッピングされなかった画素に対しては、当該画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされていない場合は、当該画素に最も近い２点にマッピングされた輝度値から線形補間にて当該画素の輝度値を算出する、請求項５に記載の軌道の高精細画像作成方法。
【請求項７】
前記基準画像および前記参照画像の各画素の輝度値を前記高解像度領域にマッピングする際には、輝度値に関する量子化ビット数を上げる、請求項４〜６のいずれか一項に記載の軌道の高精細画像作成方法。
【請求項８】
前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定する際には、マッピングされた輝度値のうち近隣の輝度値に対して統計分布上不適切な輝度値は無視し、適切な輝度値のみを用いて前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定する、請求項４〜７のいずれか一項に記載の軌道の高精細画像作成方法。
【請求項９】
レールを含む軌道の高精細画像を作成する装置であって、
特定地点におけるレールと直交する方向の距離画像が連なった複数の軌道画像を生成する軌道画像生成手段と、
前記複数の軌道画像のうちの１つを基準画像、残りを参照画像とし、前記基準画像に対する前記参照画像の位置ズレおよび姿勢ズレを算出するズレ算出手段と、
前記位置ズレおよび姿勢ズレを補正した参照画像を前記基準画像と合成して、高精細画像を生成する高精細画像生成手段と、
を備える、軌道の高精細画像作成装置。
【請求項１０】
前記ズレ算出手段は、
前記基準画像および前記参照画像のそれぞれから把握されるレールの幅方向位置、高さ位置および姿勢に基づいて、前記基準画像に対する前記参照画像の前記姿勢ズレならびにレールの幅方向および高さ方向の位置ズレ量を算出する第１ズレ量算出手段と、
前記参照画像に対して前記姿勢ズレおよび二方向の前記位置ズレ量を補正し、補正された参照画像の前記基準画像に対するレールの延在方向の位置ズレ量を相関マッチングによって算出する第２ズレ量算出手段と、
を含む、請求項９に記載の軌道の高精細画像作成装置。
【請求項１１】
前記第１ズレ量算出手段は、前記基準画像および前記参照画像のそれぞれにおけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線を求め、前記基準画像におけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線と前記参照画像におけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線との差異から、前記姿勢ズレおよび前記二方向の位置ズレ量を算出する、請求項１０に記載の軌道の高精細画像作成装置。
【請求項１２】
前記高精細画像生成手段は、前記基準画像の各画素の輝度値ならびに前記位置ズレおよび姿勢ズレが補正された前記参照画像の各画素の輝度値を、前記軌道画像よりも画素数を増加させた高解像度領域にマッピングし、そのマッピング結果に基づいて前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の軌道の高精細画像作成装置。
【請求項１３】
前記高精細画像生成手段は、前記高解像度領域において輝度値がマッピングされなかった画素に対しては、当該画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされている場合は、それらの輝度値から双線形補間にて当該画素の輝度値を算出する、請求項１２に記載の軌道の高精細画像作成装置。
【請求項１４】
前記高精細画像生成手段は、前記高解像度領域において輝度値がマッピングされなかった画素に対しては、当該画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされていない場合は、当該画素に最も近い２点にマッピングされた輝度値から線形補間にて当該画素の輝度値を算出する、請求項１３に記載の軌道の高精細画像作成装置。
【請求項１５】
前記高精細画像生成手段は、前記基準画像および前記参照画像の各画素の輝度値を前記高解像度領域にマッピングする際には、輝度値に関する量子化ビット数を上げる、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の軌道の高精細画像作成装置。
【請求項１６】
前記高精細画像生成手段は、前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定する際に、マッピングされた輝度値のうち近隣の輝度値に対して統計分布上不適切な輝度値は無視し、適切な輝度値のみを用いて前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定する、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の軌道の高精細画像作成装置。
【請求項１７】
請求項９〜１６のいずれか一項に記載の軌道の高精細画像作成装置と、
レールに沿って移動する車両に搭載される計測装置であって、レールと直交する方向の距離画像を撮像する撮像装置、前記距離画像を記憶する記憶装置、および前記車両が一定距離進むごとに前記距離画像を稼動させる制御装置、を含む計測装置と、
を備える、高精細画像作成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールを含む軌道の高精細画像を作成する方法に関する。また、本発明は、その高精細画像作成方法の実行に用いられる装置およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道では、レールが締結装置によって枕木やコンクリートスラブなどのベースに締結されている。また、レールの継ぎ目では、レールのウエブ同士が一対の継目板によって連結されている。これらの締結装置や継目板に対しては、ボルトの緩みなどを定期的に検査する必要がある。
【０００３】
従来、締結装置や継目板の検査は、列車の運行が少ない夜間などに作業員が巡回して行っていた。近年では、その検査を自動的に行うために、レールを含む軌道をモニタリングする装置が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、車両に搭載される計測装置であって、レールと直交する方向の距離画像を、車両が所定距離（例えば、３ｍｍ）進むごとに撮像する計測装置が開示されている。このように撮像された距離画像を並べると軌道画像を得ることができる。距離画像は、計測装置に含まれる撮像装置から軌道までの距離を輝度値で表すものである。このため、軌道画像を解析すれば、締結装置や継目板の検査を行うことができる。また、レールの状態を把握することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２１４９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した距離画像の撮像間隔である３ｍｍとは、１秒間に１１０００回以上撮影できるカメラを用い、車両が時速１２０ｋｍで走行するときを想定したものである。すなわち、距離画像の撮像間隔は、車両の進行方向における計測装置の分解能を意味する。しかしながら、３ｍｍ程度の分解能では、１ｍｍ程度のクラックなどの微小な異常を検出することは困難である。また、車両の速度は、ますます速くなることが想定される。
【０００７】
ところで、景色を１枚のフレームとして撮像した通常の濃淡画像では、同一地点を異なる時刻に撮像した複数の濃淡画像を合成して高解像度化する技術が開発されている。しかし、この技術は撮像装置の位置が大きく動かないことを前提としている。
【０００８】
これに対し、レールと直交する方向の距離画像を撮像する撮像装置は、鉄道車両では台枠に取り付けられるため、台枠と台車との間の空気バネ等の影響により撮像装置の位置は常に変化する。例えば、特定地点における距離画像が連なった軌道画像を作成しても、レールの延在方向の両端部では撮像装置からレールまでの距離が異なっていることがある。このため、同一地点における複数の軌道画像を単純に合成することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、軌道の高精細画像を作成することができる方法を提供することを目的とする。また、本発明は、その方法の実行に用いられる装置およびシステム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】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の軌道の高精細画像作成方法は、レールを含む軌道の高精細画像を作成する方法であって、撮像装置をレールに沿って移動させながらレールと直交する方向の距離画像を集積するモニタリングを複数回行うステップと、前記モニタリングごとに、特定地点における前記距離画像が連なった軌道画像を生成するステップと、複数の前記軌道画像のうちの１つを基準画像、残りを参照画像とし、前記基準画像に対する前記参照画像の位置ズレおよび姿勢ズレを算出するステップと、前記位置ズレおよび姿勢ズレを補正した参照画像を前記基準画像と合成して、高精細画像を生成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、基準画像に対する参照画像の位置ズレおよび姿勢ズレを補正することにより、全ての軌道画像を合成することが可能になる。そして、そのように合成することによって、軌道の高精細画像を作成することができる。これにより、微小な異常を検出することが可能になる。
【００１２】
前記位置ズレおよび姿勢ズレを算出するステップでは、まず、前記基準画像および前記参照画像のそれぞれから把握されるレールの幅方向位置、高さ位置および姿勢に基づいて、前記基準画像に対する前記参照画像の前記姿勢ズレならびにレールの幅方向および高さ方向の位置ズレ量を算出し、ついで、前記参照画像に対して前記姿勢ズレおよび二方向の前記位置ズレ量を補正し、補正された参照画像の前記基準画像に対するレールの延在方向の位置ズレ量を相関マッチングによって算出してもよい。この構成によれば、軌道画像中に写っているレールを基準とすることにより、位置ズレおよび姿勢ズレを簡単に算出することができる。しかも、大きな位置ズレ量が想定されるレール延在方向の位置ズレ量以外を先に求め、レール延在方向の位置ズレ量は相関マッチングによって求めることで、演算処理量を少なくすることができる。
【００１３】
例えば、前記姿勢ズレおよび前記二方向の位置ズレ量を算出する際に、前記基準画像および前記参照画像のそれぞれにおけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線を求め、前記基準画像におけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線と前記参照画像におけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線との差異から、前記姿勢ズレおよび前記二方向の位置ズレ量を算出してもよい。
【００１４】
前記高精細画像を生成するステップでは、前記基準画像の各画素の輝度値ならびに前記位置ズレおよび姿勢ズレが補正された前記参照画像の各画素の輝度値を、前記軌道画像よりも画素数を増加させた高解像度領域にマッピングし、そのマッピング結果に基づいて前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定してもよい。この構成によれば、軌道画像と画素数が同じ領域にマッピングする場合よりも、軌道をより鮮明に再現することができる。
【００１５】
前記高解像度領域において輝度値がマッピングされなかった画素に対しては、当該画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされている場合は、それらの輝度値から双線形補間にて当該画素の輝度値を算出してもよい。この構成によれば、輝度値がマッピングされなかった画素の輝度値を正確に復元することができる。
【００１６】
前記高解像度領域において輝度値がマッピングされなかった画素に対しては、当該画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされていない場合は、当該画素に最も近い２点にマッピングされた輝度値から線形補間にて当該画素の輝度値を算出してもよい。この構成によれば、例えば高解像度領域の端の部分でも、輝度値を正確に復元することができる。
【００１７】
前記基準画像および前記参照画像の各画素の輝度値を前記高解像度領域にマッピングする際には、輝度値に関する量子化ビット数を上げてもよい。この構成によれば、位置ズレおよび姿勢ズレが補正された参照画像では輝度値が小数点単位で保持されているので、その補正の結果を正確に反映することができる。
【００１８】
前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定する際には、マッピングされた輝度値のうち近隣の輝度値に対して統計分布上不適切な輝度値は無視し、適切な輝度値のみを用いて前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定してもよい。この構成によれば、距離画像における輝度値の欠落画素が除外されるため、軌道を正確に再現することができる。
【００１９】
また、本発明の軌道の高精細画像作成装置は、レールを含む軌道の高精細画像を作成する装置であって、特定地点におけるレールと直交する方向の距離画像が連なった複数の軌道画像を生成する軌道画像生成手段と、前記複数の軌道画像のうちの１つを基準画像、残りを参照画像とし、前記基準画像に対する前記参照画像の位置ズレおよび姿勢ズレを算出するズレ算出手段と、前記位置ズレおよび姿勢ズレを補正した参照画像を前記基準画像と合成して、高精細画像を生成する高精細画像生成手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
上記の構成によれば、基準画像に対する参照画像の位置ズレおよび姿勢ズレを補正することにより、全ての軌道画像を合成することが可能になる。そして、そのように合成することによって、軌道の高精細画像を作成することができる。これにより、微小な異常を検出することが可能になる。
【００２１】
前記ズレ算出手段は、前記基準画像および前記参照画像のそれぞれから把握されるレールの幅方向位置、高さ位置および姿勢に基づいて、前記基準画像に対する前記参照画像の前記姿勢ズレならびにレールの幅方向および高さ方向の位置ズレ量を算出する第１ズレ量算出手段と、前記参照画像に対して前記姿勢ズレおよび二方向の前記位置ズレ量を補正し、補正された参照画像の前記基準画像に対するレールの延在方向の位置ズレ量を相関マッチングによって算出する第２ズレ量算出手段と、を含んでもよい。この構成によれば、軌道画像中に写っているレールを基準とすることにより、位置ズレおよび姿勢ズレを簡単に算出することができる。しかも、大きな位置ズレ量が想定されるレール延在方向の位置ズレ量以外を先に求め、レール延在方向の位置ズレ量は相関マッチングによって求めることで、演算処理量を少なくすることができる。
【００２２】
例えば、前記第１ズレ量算出手段は、前記基準画像および前記参照画像のそれぞれにおけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線を求め、前記基準画像におけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線と前記参照画像におけるレール踏面の中心位置、平均輝度および法線との差異から、前記姿勢ズレおよび前記二方向の位置ズレ量を算出してもよい。
【００２３】
前記高精細画像生成手段は、前記基準画像の各画素の輝度値ならびに前記位置ズレおよび姿勢ズレが補正された前記参照画像の各画素の輝度値を、前記軌道画像よりも画素数を増加させた高解像度領域にマッピングし、そのマッピング結果に基づいて前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定してもよい。この構成によれば、軌道画像と画素数が同じ領域にマッピングする場合よりも、軌道をより鮮明に再現することができる。
【００２４】
前記高精細画像生成手段は、前記高解像度領域において輝度値がマッピングされなかった画素に対しては、当該画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされている場合は、それらの輝度値から双線形補間にて当該画素の輝度値を算出してもよい。この構成によれば、輝度値がマッピングされなかった画素の輝度値を正確に復元することができる。
【００２５】
前記高精細画像生成手段は、前記高解像度領域において輝度値がマッピングされなかった画素に対しては、当該画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされていない場合は、当該画素に最も近い２点にマッピングされた輝度値から線形補間にて当該画素の輝度値を算出してもよい。この構成によれば、例えば高解像度領域の端の部分でも、輝度値を正確に復元することができる。
【００２６】
前記高精細画像生成手段は、前記基準画像および前記参照画像の各画素の輝度値を前記高解像度領域にマッピングする際には、輝度値に関する量子化ビット数を上げてもよい。この構成によれば、位置ズレおよび姿勢ズレが補正された参照画像では輝度値が小数点単位で保持されているので、その補正の結果を正確に反映することができる。
【００２７】
前記高精細画像生成手段は、前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定する際に、マッピングされた輝度値のうち近隣の輝度値に対して統計分布上不適切な輝度値は無視し、適切な輝度値のみを用いて前記高解像度領域の各画素の輝度値を決定してもよい。この構成によれば、距離画像における輝度値の欠落画素が除外されるため、軌道を正確に再現することができる。
【００２８】
また、本発明の軌道の高精細画像作成システムは、上記の軌道の高精細画像作成装置と、レールに沿って移動する車両に搭載される計測装置であって、レールと直交する方向の距離画像を撮像する撮像装置、前記距離画像を記憶する記憶装置、および前記車両が一定距離進むごとに前記距離画像を稼動させる制御装置、を含む計測装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、軌道の高精細画像を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る軌道の高精細画像作成方法を実行するシステムの構成図である。
【図２】計測装置の構成図である。
【図３】特定位置のモニタリングごとの軌道画像である。
【図４】軌道画像におけるレール踏面の法線を示す図である。
【図５】基準画像および参照画像の各画素の輝度値を高解像度領域にマッピングする方法を説明するための説明図である。
【図６】マッピングされた高解像度領域の一部拡大図である。
【図７】軌道の高精細画像作成の流れを示すフローチャートである。
【図８】位置ズレおよび補正ズレを算出するサブルーチンのフローチャートである。
【図９】高精細画像を生成するサブルーチンのフローチャートである。
【図１０】高解像度領域の各画素の輝度値を決定するサブルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１に、本発明の一実施形態に係る軌道の高精細画像作成方法を実行するシステム（軌道の高精細画像作成システム）１を示す。このシステム１は、軌道２上を走行する車両３に搭載される計測装置４と、高精細画像作成装置６を備える。なお、高精細画像作成装置６は、車両３とは別の場所に設置されてもよいし、車両３に搭載されてもよい。
【００３２】
本実施形態では、車両３は鉄道車両である。鉄道車両は、営業運転される車両であってもよいし、検査専用の車両であってもよい。ただし、車両３は、鉄道車両に限定されるものではなく、レール２１（図２参照）に沿って移動する車両であればどのような車両であってもよい。
【００３３】
軌道２は、図２に示すように、レール２１と、枕木やコンクリートスラブなどのベース２２を含む。レール２１は締結装置２３によってベース２２に締結され、レール２１の継ぎ目では、レール２１のウエブ同士が一対の継目板２４によって連結されている。
【００３４】
計測装置４は、車両３が軌道２上を走行する度に、レール２１と直交する方向の距離画像を集積するモニタリングを行う。すなわち、モニタリングは複数回行われる。具体的に、計測装置４は、撮像装置５、制御装置４１、記憶装置４２および速度発電機４３を含む。
【００３５】
撮像装置５は、台枠３１に取り付けられており、車両３の走行によってレール２１に沿って移動させられる。また、撮像装置５は保護筐体３２によって覆われており、後述する光源５１からのスリット光はガラス３３を通して測定対象に照射され、反射光が再度ガラス３３を通り筐体内の距離画像カメラ５２で受光される。
【００３６】
撮像装置５は、レール２１の内側（図２で右側）および外側（図２で左側）の双方から距離画像を撮像できるように、レール２１ごとに一対設けられている。本実施形態では、撮像装置５として、三角測量の原理で距離画像を撮像する撮像装置が採用されている。具体的に、撮像装置５は、レール２１と直交する方向のスリット光を軌道２に照射する光源５１と、軌道２からの反射光を受光するカメラ５２を含む。
【００３７】
撮像装置５は制御装置４１に接続されており、制御装置４１には速度発電機４３および記憶装置４２が接続されている。速度発電機４３は、車輪の回転に同期したパルスを制御装置４１に出力する。すなわち、１つのパルス間に車両３は一定距離進む。制御装置４１は、速度発電機４３からのパルスを受けるごとに撮像装置５を稼動させ、これにより距離画像を撮像する。また、制御装置４１は、撮像された距離画像をその位置情報と共に記憶装置４２に記憶させる。ここで、「位置情報」とは、基準位置からのキロ程のことである。このようにして、距離画像の集積が行われる。
【００３８】
なお、距離画像を撮像する撮像装置５としては、投光から受光までの時間差により対象物までの距離を測定する距離画像センサを用いることも可能である。この場合、距離画像は、輝度値に変換される前の画素ごとの時間差というデータ形式で記憶装置４２に記憶および格納されてもよい。
【００３９】
次に、高精細画像作成装置６について説明する。高精細画像作成装置６は、処理装置７および記憶装置６１を含むコンピュータと、処理装置７上で実行されるプログラムとによって実現される。プログラムは、記憶装置６１あるいはコンピュータ読み取り可能な他の記録媒体から読み出されて実行されてもよいし、インターネット等の通信回線を介して外部のサーバ装置からコンピュータへ送信されて実行されてもよい。また、高精細画像作成装置６は、前記コンピュータの他に、高精細画像を表示するための表示装置６２を含む。
【００４０】
計測装置４の記憶装置４２に格納された距離画像は、例えば鉄道車両の一日の営業運転終了後に、有線または無線通信により、あるいは記録媒体を介して高精細画像６の記憶装置６１に転送される。なお、記録媒体を用いる場合は、距離画像は必ずしも記憶装置６１に転送される必要はなく、距離画像が記録媒体から直接的に処理装置７に読み出されてもよい。
【００４１】
処理装置７は、軌道画像生成手段７１、ズレ算出手段７２および高精細画像作成手段７５を含む。また、ズレ算出手段７２は、第１ズレ量算出手段７３と第２ズレ量算出手段７４を有する。
【００４２】
以下、図７〜図１０のフローチャートも参照して、各手段により行われる処理を説明する。なお、以下では、一例として、計測装置４によりモニタリングが三回行われた場合を説明するが、モニタリングの回数は２回であってもよいし、４回以上であってもよい。
【００４３】
軌道画像生成手段７１は、モニタリングごとに、特定地点における距離画像が連なった軌道画像８１〜８３（図３参照）を生成する（ステップＳ１）。特定地点は、距離画像に付随する位置情報から把握することができる。なお、位置情報である基準位置からのキロ程は、それほど精度の高いものではないため、特定地点の軌道画像を作成しても、図３中の軌道画像８１，８２のようにレールの延在方向にずれることがある。また、図３中の軌道画像８３のように、車両３の揺れなどによってレール２１が傾いて写ることがある。
【００４４】
ズレ算出手段７２は、３つの軌道画像８１〜８３のうちの１つを基準画像、残りを参照画像とし、基準画像に対する参照画像の位置ズレおよび姿勢ズレを算出する（ステップＳ２）。例えば、ズレ算出手段７２は、図３中の最も左の距離画像８１を基準画像８１、残りを参照画像８２，８３として選択する。以下では、説明の便宜のために、基準画像８１におけるレール２１の延在方向をＸ方向、幅方向をＹ方向、高さ方向（輝度方向）をＺ方向という。
【００４５】
位置ズレは、Ｘ方向の位置ズレ量Δｘと、Ｙ方向の位置ズレ量Δｙと、Ｚ方向の位置ズレ量Δｚとで表される。姿勢ズレは、Ｘ方向回りの回転量ΔＲｘと、Ｙ方向回りの回転量ΔＲｙと、Ｚ方向回りの回転量ΔＲｚとで表される。
【００４６】
具体的には、まず、第１ズレ量算出手段７３が、基準画像８１および参照画像８２，８３のそれぞれから把握されるレール２１の幅方向位置、高さ位置および姿勢に基づいて、基準画像８１に対する参照画像８２，８３の姿勢ズレ（ΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚ）ならびにＹ方向およびＺ方向の位置ズレ量Δｙ，Δｚを算出する。
【００４７】
本実施形態では、図８に示すように、第１ズレ量算出手段７３は、まず、各軌道画像８１〜８３におけるレール領域を特定する（ステップＳ２１）。ついで、第１ズレ量算出手段７３は、各軌道画像８１〜８３におけるレール踏面２１ａ（図３参照）の中心位置（より正確には中心線）、平均輝度および法線（図４参照）を求める（ステップＳ２２）。レール踏面２１ａの法線は、レール踏面２１ａの中心線上の法線である。そして、第１ズレ量算出手段７３は、基準画像８１におけるレール踏面２１ａの中心位置、平均輝度および法線と参照画像８２，８３におけるレール踏面２１ａの中心位置、平均輝度および法線との差異から、基準画像８１に対する参照画像８２，８３の姿勢ズレ（ΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚ）および二方向の位置ズレ量Δｙ，Δｚを算出する（ステップＳ２３）。
【００４８】
第１ズレ量算出手段７３によりΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚ，Δｙ，Δｚが算出された後は、第２ズレ量算出手段７４が、参照画像８２，８３に対して算出した姿勢ズレ（ΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚ）および二方向の位置ズレ量Δｙ，Δｚを補正する（ステップＳ２４）。Ｚ方向に関するΔｚ，ΔＲｘ，ΔＲｙは参照画像８２，８３の各画素の輝度値の補正に使用され、ＸＹ平面に関するΔｙ，ΔＲｚは参照画像８２，８３の各画素の座標の補正に使用される。なお、ΔＲｘ，ΔＲｙが大きなときは、これらも各画素の座標の補正に使用してもよい。輝度値の補正はサブ輝度精度で行われ、座標の補正はサブピクセル精度で行われる。こことで、サブ輝度精度およびサブピクセル精度とは、小数点単位のことである。
【００４９】
ついで、第２ズレ量算出手段７４は、姿勢ズレ（ΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚ）および二方向の位置ズレ量Δｙ，Δｚが補正された参照画像８２，８３の基準画像８１に対するＸ方向の位置ズレ量Δｘを、相関マッチングによって算出する（ステップＳ２５）。相関マッチングでは、参照画像８２，８３をＸ方向に徐々にシフトさせながら基準画像８１と合致するか否かが判定される。これにより、Ｘ方向の位置ズレ量Δｘが算出される。
【００５０】
ズレ算出手段７２により位置ズレ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）および姿勢ズレ（ΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚ）が算出されると、高精細画像生成手段７５が、位置ズレおよび姿勢ズレが補正された参照画像８２，８３を基準画像８１と合成して、高精細画像を生成する（ステップＳ３）。
【００５１】
参照画像８２，８３に対してはステップＳ２４においてΔｘ以外が補正されているので、高精細画像生成手段７５は、図９に示すように、まず参照画像８２，８３に対してＸ方向の位置ズレ量Δｘを補正する（ステップＳ３１）。Δｘは、参照画像８２，８３の各画素の座標の補正に使用され、座標の補正はステップＳ２４と同様に小数点単位で行われる。
【００５２】
上述したように、輝度値の補正および座標の補正は小数点単位で行われるので、位置ズレ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）および姿勢ズレ（ΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚ）が補正された参照画像８２，８３は、各画素ごとに小数点単位の座標および小数点単位の輝度値を保持する。
【００５３】
その後、高精細画像生成手段７５は、基準画像８１の各画素の輝度値ならびに位置ズレおよび姿勢ズレが補正された参照画像８２，８３の各画素の輝度値を、軌道画像８１〜８３よりも画素数を増加させた高解像度領域にマッピングし（ステップＳ３２）、そのマッピング結果に基づいて高解像度領域の各画素の輝度値を決定する（ステップＳ３３）。
【００５４】
一例として、図５に、軌道画像８１〜８３に対して画素数が行方向および列方向の双方で２倍の高解像度領域９にマッピングを行う場合を示す。この場合、基準画像８１の各画素は、高解像度領域９における行方向および列方向に１つおきの画素にマッピングされる。一方、参照画像８２，８３の各画素は、当該画素が持つ小数点単位の座標に対応する位置にマッピングされる。図６は、図５の一部を拡大した図であり、符号８１ａ〜８３ａは、それぞれ、マッピングされた軌道画像８１〜８３の輝度値を示す。
【００５５】
なお、高精細画像生成手段７５は、基準画像８１および参照画像８２，８３の各画素の輝度値を高解像度領域にマッピングする際には、輝度値に関する量子化ビット数を上げることが望ましい（例えば、８ビット（輝度値：０〜２５５段階）→１０ビット（輝度値：０〜１０２３段階））。上述したように位置ズレおよび姿勢ズレが補正された参照画像８２，８３では輝度値が小数点単位で保持されているので、このようにマッピングの際に量子化ビット数を上げればその補正の結果を正確に反映することができる。
【００５６】
次に、高解像度領域における各画素の輝度値の決定の仕方を図１０を参照して詳しく説明する。以下では、これから輝度値を決定しようとする画素を「対象画素」と呼ぶ。
【００５７】
ステップＳ３２におけるマッピングの結果、対象画素内に輝度値がマッピングされていれば（ステップＳ４１でＹＥＳ）、高精細画像生成手段７５は、そのマッピングされた輝度値から対象画素の輝度値を決定する（ステップＳ４５）。対象画素内に複数の輝度値がマッピングされている場合は、それらの輝度値を平均化すればよい。
【００５８】
対象画素内に輝度値がマッピングされていなかった場合には（ステップＳ４１でＮＯ）、高精細画像生成手段７５は、対象画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされているか否かを判定する（ステップＳ４２）。対象画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされている場合は（ステップＳ４２でＹＥＳ）、高精細画像生成手段７５は、それらの輝度値から双線形補間にて対象画素の輝度値を算出する（ステップＳ４３）。例えば、図６に示すようなマッピング結果の場合は、画素９１の輝度値は、２つの輝度値８２ａおよび２つの輝度値８３ａから双線形補間にて算出される。
【００５９】
なお、「対象画素を取り囲む」とは、対象画素の周囲にマッピングされた４点の輝度値を結ぶことにより描かれる四角形内に対象画素の中心が位置することを意味する。対象画像の周囲に５点以上の輝度値がマッピングされている場合には、対象画素に最も近い４点を選定すればよい。
【００６０】
一方、対象画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされていいない場合は（ステップＳ４２でＮＯ）、高精細画像生成手段７５は、対象画素に最も近い２点にマッピングされた輝度値から線形補間にて対象画素の輝度値を算出する（ステップＳ４４）。
【００６１】
なお、ステップＳ４１〜Ｓ４５においては、マッピングされた輝度値のうち近隣の輝度値に対して統計分布上不適切な輝度値は無視し、適切な輝度値のみを用いて高解像度領域の各画素の輝度値を決定することが望ましい。このようによれば、距離画像における輝度値の欠落画素が除外されるため、軌道を正確に再現することができる。
【００６２】
ステップＳ４３，Ｓ４４，Ｓ４５の結果、高解像度領域における全ての画素の輝度値が決定されれば（ステップＳ４６でＹＥＳ）、軌道の高精細画像が生成され、この高精細画像が高精細画像生成手段７５により表示装置６２に表示される。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態では、基準画像８１に対する参照画像８２，８３の位置ズレおよび姿勢ズレが補正される。これにより、全ての軌道画像８１〜８３を合成することが可能になる。そして、そのように合成することによって、軌道の高精細画像を作成することができる。これにより、微小な異常を検出することが可能になる。
【００６４】
また、軌道画像８１〜８３中に写っているレール２１を基準とすることにより、位置ズレおよび姿勢ズレを簡単に算出することができる。
【００６５】
さらに、本実施形態では、軌道画像８１〜８３よりも画素数を増加させた高解像度領域に基準画像８１および参照画像８２，８３の各画素の輝度値をマッピングしているので、軌道画像８１〜８３と画素数が同じ領域にマッピングする場合よりも、軌道をより鮮明に再現することができる。
【００６６】
高解像度領域の各画素の輝度値を決定する際には、対象画素内に輝度値がマッピングされておらず、かつ、対象画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされている場合には、４点の輝度値から双線形補間にて対象画素の輝度値が算出される。これにより、輝度値がマッピングされなかった画素の輝度値を正確に復元することができる。
【００６７】
一方、対象画素を取り囲むように４点の輝度値がマッピングされていなくても、対象画素に最も近い２点にマッピングされた輝度値から線形補間にて対象画素の輝度値が算出される。このため、例えば高解像度領域の端の部分でも、輝度値を正確に復元することができる。
【００６８】
（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００６９】
例えば、高精細画像を生成する際には、基準画像８１および参照画像８２，８３の各画素の輝度値を必ずしも高解像度領域にマッピングする必要はない。例えば、参照画像８２，８３の各画素の輝度値を基準画像８１上にマッピングすることによって高精細画像を生成することも可能である。
【００７０】
前記実施形態では、まず姿勢ズレ（ΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚ）および二方向の位置ズレ量Δｙ，Δｚを算出し、その後に相関マッチングによって残りの位置ズレ量Δｘを算出している。しかし、まずレール踏面２１ａの平均輝度および法線に基づいて輝度値の補正に必要なΔｚ，ΔＲｘ，ΔＲｙを算出し、その後に座標の補正に必要なΔｘ，Δｙ，ΔＲｚを相関マッチングによって算出してもよい。あるいは、一度にΔｘ，Δｙ，Δｚ，ΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚの全てを算出することも可能である。ただし、前記実施形態のように大きな位置ズレ量が想定されるＸ方向の位置ズレ量Δｘ以外を先に求め、Δｘは相関マッチングによって求めることで、演算処理量を少なくすることができる。
【００７１】
高解像度領域は、軌道画像８１〜８３に対して必ずしも列方向および行方向の双方で画素数が増加している必要はない。例えば、車両３の走行速度が上昇した場合には、軌道画像の列方向の分解能が粗くなることが想定される。この場合には、列方向のみの画素数を増加させた高解像度領域を準備し、１つの軌道画像に写っていない部分を他の軌道画像で補うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、鉄道用の軌道だけでなく種々の用途の軌道の検査に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１    高精細画像作成システム
２    軌道
２１  レール
２１ａ  踏面
３    車両
４    計測装置
４１  制御装置
５    撮像装置
６    高精細画像作成
７１  軌道画像生成手段
７２  ズレ算出手段
７３  第１ズレ量算出手段
７４  第２ズレ量算出手段
７５  高精細画像生成手段
８１〜８３  軌道画像
９    高解像度領域
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図５】
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【図６】
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