(57)【要約】【課題】パンタグラフの高さ測定におけるキャリブレーションを簡易に行うことを可能としたパンタグラフ高さ測定装置を提供する。【解決手段】車両の屋根上に設置されて車両のパンタグラフを撮影するラインセンサカメラ２と、ラインセンサカメラから入力される画像信号を時系列的に並べて入力画像を作成する入力画像作成部３ａ、テンプレートを予め登録するテンプレート設定部３ｂ、パンタグラフの実際の位置を入力するパンタグラフ高さ入力部３ｃ、入力画像に対して二値化処理を行う二値化処理部３ｄ、及び入力画像上のマーカの位置を抽出するピクセル位置抽出部３ｅとを備えるキャリブレーション手段と、前述の対応関係を用いてラインセンサカメラ２によって撮影したパンタグラフの入力画像上の位置から実際のパンタグラフの高さを算出するパンタグラフ変位測定手段とからなる処理用コンピュータ３とを備える構成とした。【選択図】図２
2011033428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の屋根上に設置されて前記車両のパンタグラフを撮影するラインセンサカメラと、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像を解析する画像処理手段とを備えて走行中の車両のパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、
前記ラインセンサカメラが前記パンタグラフの端面に貼付されたマーカを撮影し、
前記画像処理手段が、前記ラインセンサカメラによって撮影した画像から得られる前記マーカの画像上の位置と該マーカの実際の高さとの対応関係を一組取得するキャリブレーション手段と、前記対応関係に基づき投影変換を用いて前記ラインセンサカメラによって撮影した前記パンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さの変位を算出するパンタグラフ変位測定手段とを有する
ことを特徴とするパンタグラフ高さ測定装置。
【請求項２】
前記キャリブレーション手段は、前記車両が停止した状態で前記ラインセンサカメラによって撮影した画像からなるキャリブレーション用画像を作成する入力画像作成手段と、前記キャリブレーション用画像中から前記マーカを抽出するためのテンプレートを予め登録するテンプレート設定手段と、前記車両が停止した状態で予め測定した前記パンタグラフの高さを入力するパンタグラフ高さ入力手段と、前記テンプレートに基づいて前記キャリブレーション用画像から抽出した前記マーカの位置を検出するピクセル位置抽出手段とを備える
ことを特徴とする請求項１記載のパンタグラフ高さ測定装置。
【請求項３】
前記キャリブレーション手段は、前記キャリブレーション用画像に対して二値化処理を施す二値化処理手段を備える
ことを特徴とする請求項２記載のパンタグラフ高さ測定装置。
【請求項４】
前記パンタグラフ変位測定手段は、前記車両が走行している状態で前記ラインセンサカメラによって撮影した画像からなるパンタグラフ変位検出用画像を作成する入力画像作成手段と、前記テンプレートに基づいて前記パンタグラフ変位検出用画像上のマーカのピクセル位置を検出するパタンマッチング処理手段と、前記パタンマッチング処理手段によって検出した前記ピクセル位置を実際の高さに変換するパンタグラフ変位計算手段と、前記パンタグラフ計算手段によって算出した前記マーカの実際の位置の変位を前記パンタグラフの変位として出力する変位出力手段とを備える
ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のパンタグラフ高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理を用いてパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置に関し、特に、カメラの設置状態による撮影画像の違いを補正する方法を備えたパンタグラフ高さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道設備においては、架線の高さの変動幅を規定値内に収める必要があり、検査項目のひとつとして架線の高さの測定が挙げられる。この架線の高さは、車両の屋根上に設置されている集電装置であるパンタグラフの高さと同値であることから、従来、パンタグラフの高さを測定することによって架線の高さを取得する方法が公知となっている。例えば、このようなパンタグラフの高さを測定する方法として以下のものが挙げられる。
【０００３】
（イ）レーザセンサ方式
この方式は、パンタグラフをミラー等によりレーザで走査し、反射波の位相差や反射したレーザの形状の変形などにより、パンタグラフの高さを測定する方式である。
（ロ）光切断センサ方式
この方式は、パンタグラフに縞状の光を投光し、パンタグラフの形状に応じて凹凸になった縞を受光し、パンタグラフの高さを測定する方式である。
（ハ）画像処理方式
この方式は、車両の屋根上に設置したラインセンサカメラでパンタグラフを撮影し、撮影した画像に対して処理用コンピュータにおいてモデルマッチングやパタンマッチング等の処理を行い、パンタグラフの高さを測定する方式である（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
上記の方式のうち、画像処理方式は、ラインセンサカメラにより撮影したパンタグラフの画像の中から、予め用意しておいたパンタグラフのモデルとマッチングする画像上のピクセル位置を抽出し、ラインセンサカメラからパンタグラフまでの距離や撮影器具のレンズの焦点距離などに基づき、画像上のピクセル位置からパンタグラフの実際の高さを算出するものである。
【０００５】
この画像処理方式は、撮影器具としてラインセンサカメラを用いることで空間分解能を上げ、精度を向上させている。この方式は、レーザセンサ方式や光切断方式に比べて装置が小型になるので、測定専用に製造された検測車だけでなく、営業車にも搭載できるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２５０７７４号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ラインセンサカメラを用いた方式においては、図１１に破線で示すように、ラインセンサカメラ２をパンタグラフ１ａの正面に設置すれば、架線の高さの変動幅において画像の分解能はほぼ一定であるので、精度よくパンタグラフ１ａの高さを測定することができるが、ラインセンサカメラ２をパンタグラフ１ａと同じ高さに設置することは様々な観点から困難であった。
【０００８】
そのため、実際にはラインセンサカメラ２は図１１に実線で示すように車両１の屋根上に設置される。ところが、このようにラインセンサカメラ２を車両１の屋根上に設置すると、ラインセンサカメラ２の光軸（図１１中の二点鎖線で示す方向）がパンタグラフ１ａの変位方向（鉛直方向）に対して直交せず、斜めに交差することとなり、パンタグラフ１ａの位置が低い場合と高い場合とでラインセンサカメラ２によって撮影される画像の分解能が異なる状態となる。具体的にはパンタグラフ１ａが低い位置にあるほうが、パンタグラフ１ａとラインセンサカメラ２との距離が近くなるため、パンタグラフ１ａの位置が高い場合に比較して分解能が高くなる。
【０００９】
そのため、例えば、特許文献２ではラインセンサカメラ２によって撮影した画像上のパンタグラフ１ａの位置（ピクセル位置）と実際のパンタグラフ１ａの高さとの関係を正確に求めておく必要がある。
【００１０】
つまり、パンタグラフの高さによって分解能が変化するので、分解能とパンタグラフの高さとの対応を正確に求めておく必要がある。
【００１１】
これに対し、キャリブレーション機材を用いて簡便にラインセンサカメラ２によって撮影した画像上のパンタグラフ１ａの位置（ピクセル位置）と実際のパンタグラフ１ａの高さとの関係を求めること（例えば、特願２００９−０１１６４８参照）も考えられるが、キャリブレーション用の機材を新たに用意する必要があった。
【００１２】
このようなことから本発明は、パンタグラフの高さ測定におけるキャリブレーションを簡易に行うことを可能としたパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法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】
【００１３】
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高さ測定装置は、車両の屋根上に設置されて前記車両のパンタグラフを撮影するラインセンサカメラと、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像を解析する画像処理手段とを備えて走行中の車両のパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、前記ラインセンサカメラが前記パンタグラフの端面に貼付されたマーカを撮影し、前記画像処理手段が、前記ラインセンサカメラによって撮影した画像から得られる前記マーカの画像上の位置と該マーカの実際の高さとの対応関係を一組取得するキャリブレーション手段と、前記対応関係に基づき投影変換を用いて前記ラインセンサカメラによって撮影した前記パンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さの変位を算出するパンタグラフ変位測定手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
また、第２の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、前記キャリブレーション手段は、前記車両が停止した状態で前記ラインセンサカメラによって撮影した画像からなるキャリブレーション用画像を作成する入力画像作成手段と、前記キャリブレーション用画像中から前記マーカを抽出するためのテンプレートを予め登録するテンプレート設定手段と、前記車両が停止した状態で予め測定した前記パンタグラフの高さを入力するパンタグラフ高さ入力手段と、前記テンプレートに基づいて前記キャリブレーション用画像から抽出した前記マーカの位置を検出するピクセル位置抽出手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第３の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第２の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、前記キャリブレーション手段は、前記キャリブレーション用画像に対して二値化処理を施す二値化処理手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第４の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第２又は第３の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、前記パンタグラフ変位測定手段は、前記車両が走行している状態で前記ラインセンサカメラによって撮影した画像からなるパンタグラフ変位検出用画像を作成する入力画像作成手段と、前記テンプレートに基づいて前記パンタグラフ変位検出用画像上のマーカのピクセル位置を検出するパタンマッチング処理手段と、前記パタンマッチング処理手段によって検出した前記ピクセル位置を実際の高さに変換するパンタグラフ変位計算手段と、前記パンタグラフ計算手段によって算出した前記マーカの実際の位置の変位を前記パンタグラフの変位として出力する変位出力手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
上述した第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、車両の屋根上に設置されて車両のパンタグラフを撮影するラインセンサカメラと、ラインセンサカメラによって撮影された画像を解析する画像処理手段とを備えて走行中の車両のパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、ラインセンサカメラがパンタグラフの端面に貼付されたマーカを撮影し、画像処理手段が、ラインセンサカメラによって撮影した画像から得られるマーカの画像上の位置と該マーカの実際の高さとの対応関係を一組取得するキャリブレーション手段と、対応関係に基づき投影変換を用いてラインセンサカメラによって撮影したパンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さの変位を算出するパンタグラフ変位測定手段とを有するので、ラインセンサカメラによって撮影した画像から得られるマーカの画像上の位置とこのマーカの実際の位置との対応関係を一組求めておくだけでラインセンサカメラを水平面に対して仰角を持つように設置した際にも、パンタグラフの実際の高さを高精度に求めることができる。また、キャリブレーションのために特別な機材を必要としない。さらに、投影変換を用いることで、キャリブレーション時の測定点を一点のみ測定すればいいため複数の測定点に基づいてキャリブレーションを行う場合に比較してキャリブレーション時間を短縮することができる。さらに加えて、投影変換を用いることで、画像上のピクセル数と実際の高さのみからキャリブレーションを行うことができるため、キャリブレーションを行う作業者は複雑な作業を行う必要がなく、ラインセンサカメラの角度や測定対象物までの距離が変わったときにも再度のキャリブレーションを行いやすい。
【００１８】
上述した第２の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、キャリブレーション手段は、車両が停止した状態でラインセンサカメラによって撮影した画像からなるキャリブレーション用画像を作成する入力画像作成手段と、キャリブレーション用画像中からマーカを抽出するためのテンプレートを予め登録するテンプレート設定手段と、車両が停止した状態で予め測定したパンタグラフの高さを入力するパンタグラフ高さ入力手段と、テンプレートに基づいてキャリブレーション用画像から抽出したマーカの位置を検出するピクセル位置抽出手段とを備えるので、キャリブレーション画像上のマーカの位置とパンタグラフの実際の位置との関係を簡便に求めることができる。
【００１９】
上述した第３の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、キャリブレーション手段は、キャリブレーション用画像に対して二値化処理を施す二値化処理手段を備えるので、キャリブレーション用画像からラインセンサカメラによって撮影されたマーカ以外のものをノイズとして除去することができ、マーカ位置の検出の精度を向上させることができる。
【００２０】
上述した第４の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、パンタグラフ変位測定手段は、車両が走行している状態でラインセンサカメラによって撮影した画像からなるパンタグラフ変位検出用画像を作成する入力画像作成手段と、テンプレートに基づいてパンタグラフ変位検出用画像上のマーカのピクセル位置を検出するパタンマッチング処理手段と、パタンマッチング処理手段によって検出したピクセル位置を実際の高さに変換するパンタグラフ変位計算手段と、パンタグラフ計算手段によって算出したマーカの実際の位置の変位をパンタグラフの変位として出力する変位出力手段とを備えるので、パンタグラフ変位検出用画像上のマーカの位置からパンタグラフの実際の位置を簡便に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の設置例を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置のキャリブレーション手段の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例におけるキャリブレーション用画像の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例におけるテンプレートの一例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例におけるパンタグラフ変位検出用画像の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置のパンタグラフ変位測定手段の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例における実座標系とカメラ座標系との対応関係を表す説明図である。
【図８】一般的な校正値を求める際における実際の位置とピクセル位置との関係を表す説明図である。
【図９】本発明の実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置のキャリブレーション手段による処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置のパンタグラフ変位測定手段による処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】ラインセンサカメラの設置位置の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るパンタグラフ高さ測定装置の詳細について説明する。
【実施例】
【００２３】
図１乃至図１０を用いて本発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の一実施例について説明する。
【００２４】
図１は本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の設置例を示す説明図、図２は本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置のキャリブレーション手段の概略構成を示すブロック図、図３は本実施例におけるキャリブレーション用画像の一例を示す説明図、図４は本実施例におけるテンプレートの一例を示す説明図、図５は本実施例におけるパンタグラフ変位検出用画像の一例を示す説明図、図６は本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置のパンタグラフ変位測定手段の概略構成を示すブロック図、図７は本実施例における実座標系とカメラ座標系との対応関係を表す説明図、図８は一般的な校正値を求める際における実際の位置とピクセル位置との関係を表す説明図、図９は本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置のキャリブレーション手段による処理の流れを示すフローチャート、図１０は本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置のパンタグラフ変位測定手段による処理の流れを示すフローチャートである。
【００２５】
図１に示すように、本実施例においてパンタグラフ高さ測定装置は、車両１の屋根上に固定されるラインセンサカメラ２と、車両１の内部に設置される演算処理手段としての処理用コンピュータ３と、パンタグラフ１ａに固定されたマーカ４と、処理用コンピュータ３に接続されたモニタ５と、マーカ４に照明を照射する照明装置６とを備えて構成されている。
【００２６】
ラインセンサカメラ２は、車両１の屋根上にパンタグラフ１ａを撮影するように設置されている。即ち、ラインセンサカメラ２は、図中一点差線で示す光軸が斜め上方に向くように、且つその走査線方向がパンタグラフ１ａの長手方向と直交するようにその向きを設定されている。このラインセンサカメラ２から出力される画像信号は処理用コンピュータ３に入力される。
【００２７】
処理用コンピュータ３は、マーカ４の画像上の位置とパンタグラフ１ａの実際の位置との対応関係を取得するキャリブレーション手段と、マーカ４の画像上の位置に基づいてパンタグラフ１ａの実際の位置を求めるパンタグラフ変位測定を行う測定手段とを備えている。
【００２８】
マーカ４は、光を反射する部材から構成され、図１に示すようにパンタグラフ１ａのラインセンサカメラ２側の端面にラインセンサカメラ２によって撮影可能な範囲で任意の位置に設置され、モニタ５はパンタグラフ変位検出用画像９、パンタグラフ１ａの実際の変位を表示する。なお、マーカ４の大きさは任意に決定する。
【００２９】
以下、処理用コンピュータ３についてより詳しく説明する。キャリブレーション手段は、図２に示すように、入力画像作成手段としての入力画像作成部３ａ、テンプレート設定手段としてのテンプレート設定部３ｂ、パンタグラフ高さ入力手段としてのパンタグラフ高さ入力部３ｃ、二値化処理手段としての二値化処理部３ｄ、ピクセル位置抽出手段としてのピクセル位置抽出部３ｄ、メモリＭ１，Ｍ２、及びログＬを備えている。
【００３０】
キャリブレーション手段において、入力画像作成部３ａは、車両１が停止した状態でラインセンサカメラ２によって撮影したマーカ４の画像信号を時系列的に並べて図３に示すような入力画像（以下、キャリブレーション用画像という）７を作成する。マーカ４は照明装置６の光を反射するため、図３に示すようにキャリブレーション用画像７上においてマーカ４の軌跡Ｍは背景Ｂの中に白い帯状の領域として表示される。このキャリブレーション用画像７は、メモリＭ１，Ｍ２を経て二値化処理部３ｄへ送られる。
【００３１】
テンプレート設定部３ｂは、予め取得したマーカ４の画像から図４に示すようなマーカパタンをテンプレート８として取得する。テンプレート８のデータはメモリＭ２を経てピクセル位置抽出部３ｅに入力される。テンプレート８はピクセル位置抽出部３ｅによる処理を行う際にキャリブレーション用画像７中からマーカ４の軌跡Ｍを抽出するために用いられる。
【００３２】
パンタグラフ高さ入力部３ｃは、車両１が停止した状態で予め測定したパンタグラフ１ａの実際の高さ、具体的にはマーカ４の実際の高さ（以下、キャリブレーション用マーカ高さという）ｘr1を入力する。キャリブレーション用マーカ高さｘr1はメモリＭ２を経てログＬへ送られる。
【００３３】
二値化処理部３ｄは、入力画像作成部３ａから入力されるキャリブレーション用画像７に対して二値化処理を行う。これにより、キャリブレーション用画像７からラインセンサカメラ２によって撮影されたマーカ４以外のものをノイズとして除去する。二値化処理部３ｄにおいて作成された二値化画像は、メモリＭ２を経てピクセル位置抽出部３ｅへ送られる。
【００３４】
ピクセル位置抽出部３ｅは、テンプレート設定部３ｂから入力されるテンプレート８を用いて、二値化処理部３ｄから入力される二値化画像に対してパタンマッチング処理を行い、キャリブレーション用画像７上のマーカ４のピクセル位置（以下、キャリブレーション用マーカピクセル位置という）ｘc1を検出する。このピクセル位置抽出部３ｅにおいて検出されたキャリブレーション用マーカピクセル位置ｘc1はメモリＭ２を経てログＬとして蓄積される。
【００３５】
このように構成されることにより、処理用コンピュータ３のキャリブレーション手段はラインセンサカメラ２から入力される画像信号を解析してキャリブレーション用マーカ高さｘr1とキャリブレーション用マーカピクセル位置ｘc1との対応関係を取得する。
【００３６】
上述したキャリブレーション手段に対し、パンタグラフ変位測定手段は、図６に示すように、入力画像作成部３ａ、テンプレート設定部３ｂ、パタンマッチング処理手段としてのパタンマッチング処理部３ｆ、パンタグラフ変位計算手段としてのパンタグラフ変位計算部３ｇ、変位出力手段としての変位出力部３ｈ、メモリＭ１，Ｍ２、及びログＬを備えている。以下、図２に示し上述した処理部と同一の処理部には同一の符合を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
パンタグラフ変位測定手段において、入力画像作成部３ａは、車両１が走行している状態でラインセンサカメラ２によって撮影したマーカ４の画像信号を時系列的に並べて図５に示すような入力画像（以下、パンタグラフ変位検出用画像という）９を作成する。マーカ４は照明装置６の光を反射するため、図５に示すようにパンタグラフ偏位検出用画像９上においてマーカ４の軌跡Ｍは背景Ｂの中に白い帯状の領域として表示される。このパンタグラフ変位検出用画像９は、メモリＭ１，Ｍ２を経てパタンマッチング処理部３ｆへ送られる。
【００３８】
パタンマッチング処理部３ｆは、テンプレート設定部３ｂから入力されたテンプレート８を用いて入力画像作成部３ａから入力されたパンタグラフ変位検出用画像９に対するパタンマッチング処理を行い、パンタグラフ変位検出用画像９上のマーカ４のピクセル位置（以下、測定マーカピクセル位置という）ｘc2を検出する。パタンマッチング処理部３ｆによって得られた測定マーカピクセル位置ｘc2はメモリＭ２を経て順次パンタグラフ変位計算部３ｇへ送られる。
【００３９】
パンタグラフ変位計算部３ｇは、ログＬに蓄積されたキャリブレーション用マーカピクセル位置ｘc1及びキャリブレーション用マーカ高さｘr1と、パタンマッチング処理部３ｆから入力された測定マーカピクセル位置ｘc2とを用いて、マーカ４の実際の高さの変位をパンタグラフ１ａの変位（以下、パンタグラフ変位という）ｘr2として求める。パンタグラフ変位計算部３ｇによって得られたパンタグラフ変位ｘr2はメモリＭ２を経て変位出力部３ｈへ送られる。
【００４０】
より詳しくは、パンタグラフ変位計算部３ｇでは、投影変換を用いて測定マーカピクセル位置ｘc2からパンタグラフ変位ｘr2を求める。
【００４１】
まず、図７に示すようにそれぞれ中心位置Ｏr，Ｏcの実座標系ｘR、カメラ座標系ｘCを設定する。このとき、実座標系ｘR上の任意の点ｘrとカメラ座標系ｘC上の投影後の点ｘcとの間には下式（１）の関係が成立する（例えば、「解析写真測量 改訂版」、社団法人に本写真測量学会・解析写真測量委員会、平成9年4月10日、p.28−p.33等参照）。
【００４２】
【数１】
2011033428.tif 000003
【００４３】
ただし、ｆ[mm]はラインセンサカメラ２のレンズの焦点距離、θ[deg]は水平方向に対するラインセンサカメラ２の仰角である。また、α[mm/pix]はカメラ座標系ｘC上の長さ[pix]を実座標系ｘR上の長さ[mm]に修正するための校正値である。
【００４４】
ここで、図８に示すように、撮影対象物の長さをｌ[mm]、結像面上のピクセル数をｌp[pix]、ラインセンサカメラ２から撮影対象物までの長さをＤ[mm]とした場合、カメラ座標系上の長さを実座標系上の長さに修正するための校正値αgは、ラインセンサカメラ２の焦点距離ｆ[mm]とピクセル分解能Ｓp[mm]を用いて下式（２）により表される。
【００４５】
【数２】
2011033428.tif 000004
【００４６】
これに対し、本実施例において用いる校正値αは、図７に示すカメラ座標系ｘC上の長さ[pix]を実座標系ｘR上の長さ[mm]に修正することを考慮して、図８に示すラインセンサカメラ２から撮影対象物までの距離Ｄに代えて、図７に示す距離ｄを用い、下式（３）で表すことができる。
【００４７】
【数３】
2011033428.tif 000005
【００４８】
なお、ｄ[mm]はラインセンサカメラ２から測定対象物投影面（実座標系ｘR）までの距離である。
【００４９】
したがって、実座標系ｘR上の任意の二点間の距離ｘr2−ｘr1[mm]とカメラ座標系ｘC上の対応する二点間の幅ｘc2−ｘc1[pix]には下式（４）の関係が成立する。
【００５０】
【数４】
2011033428.tif 000006
【００５１】
（４）式から、パンタグラフ変位ｘr2は下式（５）で表すことができる。
【００５２】
【数５】
2011033428.tif 000007
【００５３】
（５）式から、カメラ座標系ｘC上の位置と実座標系ｘR上の位置との一組の対応関係（ｘc1，ｘr1）を得ていれば、測定マーカピクセル位置ｘc2から直ちにパンタグラフ変位ｘr2が得られることが分かる。
【００５４】
変位出力部３ｈはパンタグラフ変位計算部３ｇから入力されたパンタグラフ変位ｘr2をモニタ５に出力する。
【００５５】
以下、図９に示すフローチャートに基づいて本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置におけるキャリブレーション処理の流れを簡単に説明する。
【００５６】
図９に示すように、本実施例の処理用コンピュータ３においてキャリブレーションを行う場合は、まず、テンプレート設定部３ｂにおいて予め取得した画像からマーカ４の軌跡Ｍのパタンを抽出し、これをテンプレート８として登録する（ステップＰＡ１）。
【００５７】
続いて、車両１が停止した状態でラインセンサカメラ２によってマーカ４を撮影し、入力画像作成部３ａにおいてラインセンサカメラ２から入力される画像信号を時系列的に並べてなるキャリブレーション用画像７を作成する（ステップＰＡ２）。その後、パンタグラフ１ａの高さとしてキャリブレーション用マーカ高さｘr1を測定する（ステップＰＡ３）。キャリブレーション用マーカ高さｘr1は、メモリ３５Ｂに保存される。その後、二値化処理部３ｄにおいて入力画像７に対する二値化処理を行う（ステップＰＡ４）。
【００５８】
続いて、ピクセル位置抽出部３ｅにおいて二値化画像からキャリブレーション用マーカピクセル位置ｘc1を検出する（ステップＰＡ５）。即ち、テンプレート８を用いたパタンマッチングにより、二値化画像上からマーカ４の幅に対応する幅の部分をマーカ４の軌跡Ｍとして抽出し、この軌跡Ｍの位置をキャリブレーション用マーカピクセル位置ｘc1として検出する。
【００５９】
続いて、ピクセル位置抽出部３ｅにおいて検出したキャリブレーション用マーカピクセル位置ｘc1とステップＰＡ３で測定したキャリブレーション用マーカ高さｘr1とをログＬとして保存する（ステップＰＡ６）。
【００６０】
続いて、図１０に示すフローチャートに基づいて本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置におけるパンタグラフ変位測定処理の流れを簡単に説明する。
【００６１】
図１０に示すように、本実施例において処理用コンピュータ３においてパンタグラフ１ａの変位を測定する場合は、まず、テンプレート設定部３ｂにおいて予めテンプレート８を登録し（ステップＰＢ１）、続いて、入力画像作成部５ａにおいてラインセンサカメラ２から入力される画像信号を時系列的に並べてなるパンタグラフ変位検出用画像９を作成する（ステップＰＢ２）。
【００６２】
その後、パタンマッチング処理部３ｆにおいてテンプレート８を用いてパンタグラフ変位検出用画像９に対するパタンマッチング処理を行い、測定マーカピクセル位置ｘc2を求める（ステップＰＢ３）。続いて、ログＬに保存されたキャリブレーション用マーカピクセル位置ｘc1とキャリブレーション用マーカ高さｘr1との対応関係、及び測定マーカピクセル位置ｘc2の変位からパンタグラフ変位ｘr2を求める（ステップＰＢ４）。
【００６３】
このように構成される本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、パンタグラフ１ａの高さ測定を行う前に、キャリブレーション用マーカ高さｘr1と、キャリブレーション用画像７上のキャリブレーション用マーカピクセル位置ｘc1との一組の対応関係を取得し、この対応関係を用いることにより、パンタグラフ変位検出用画像９上の測定マーカピクセル位置ｘc2から実際のパンタグラフ１ａの高さの変位ｘr2を求めることができる。
【００６４】
これにより、ラインセンサカメラ２がその光軸を水平面に対して仰角を有するように設置された場合であっても、このラインセンサカメラ２によって撮影した画像に基づいてパンタグラフ１ａの高さの変位を高精度に求めることができる。また、キャリブレーションのために特別な機材を用いる必要がなく、作業性が向上する。さらに、投影変換を用いることで、マーカ４のピクセル位置とマーカ４の実際の高さとの対応関係を一つ取得するだけでラインセンサカメラ２によって撮影した画像からパンタグラフ１ａの実際の高さを求めることができるため、複数の測定点に基づいてキャリブレーションを行う場合に比較してキャリブレーションに掛かる時間を低減することができる。さらに加えて、投影変換を用いることで、一組の画像上のピクセル数と実際の高さとを測定するだけでキャリブレーションを行うことができるため、キャリブレーションを行う作業者は複雑な作業を行う必要がなく、ラインセンサカメラの角度や測定対象物までの距離が変わった場合であっても再度のキャリブレーションを行いやすい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、画像処理を用いてパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置に適用可能であり、特に、カメラの設置状態による撮影画像の違いを補正する方法を備えたパンタグラフ高さ測定装置に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００６６】
１  車両、１ａ  パンタグラフ、２  ラインセンサカメラ、３  処理用コンピュータ、３ａ  入力画像作成部、３ｂ  テンプレート設定部、３ｃ  パンタグラフ高さ入力部、３ｄ  二値化処理部、３ｅ  マーカピクセル位置抽出部、３ｅ  パタンマッチング処理部、３ｆ  パンタグラフ変位計算部、３ｇ  変位出力部、４  マーカ、５  モニタ、６  照明装置、７  入力画像（キャリブレーション用画像）、８  テンプレート、９  入力画像（パンタグラフ変位検出用画像）、Ｍ１，Ｍ２  メモリ、Ｌ  ログ、Ｍ  マーカの軌跡
【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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