(57)【要約】      （修正有）【課題】列車前方にある電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する装置を提供する。【解決手段】建築限界と撮影される電柱６，７とが視野内に入るように列車１前方に搭載したカメラ２と、カメラ２で撮影された画像に基づいて、電柱６，７が建築限界の外にあるか否かを検査する検査用コントローラ３とからなり、検査用コントローラ３は、カメラ２により撮影された画像中から電柱６，７を検出する電柱検出部と、電柱検出部で検出された電柱６，７の上頭部の三次元位置を計測する電柱位置計測部と、電柱位置計測部により計測された電柱６，７の上頭部の三次元位置が建築限界に接触するか否かを判断する建築限界判断部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車前方にある電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する車両前方電柱位置検査装置において、
線路上に沿って基準距離だけ離れた視野内における、線路上のキロ程位置に基づき設計データにより既知である建築限界と、撮影される前記電柱とが、入るように列車前方に搭載したカメラを備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記カメラで撮影された画像に基づいて、前記電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する検査用コントローラを備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項３】
請求項２記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記検査用コントローラは、
前記カメラにより撮影された画像と前記キロ程位置を対応付ける前方画像撮影部とを備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項４】
請求項２記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記検査用コントローラは、
前記カメラにより撮影された画像中から前記電柱を検出する電柱検出部を備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項５】
請求項４記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記電柱検出部は、前記電柱の部分画像と前記電柱以外の部分画像を予め学習した電柱識別器を使用し、前記画像中に設定した電柱探索範囲内で予め設定した矩形状の照合範囲を移動させて、前記電柱位置を検出することを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項６】
請求項４記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記検査用コントローラは、
前記キロ程位置に基づきデータベース化されている前記電柱の高さに基づいて、前記線路上に設定された基準座標系と前記カメラに設定されたカメラ座標系との関係を示す透視変換式を使用することにより、前記電柱検出部で検出された前記電柱の上頭部の三次元位置を計測する電柱位置計測部を備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項７】
請求項６記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記検査用コントローラは、
前記電柱位置計測部により計測された前記電柱の上頭部の三次元位置が前記建築限界に接触するか否かを判断する建築限界判断部を備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項８】
請求項１記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記カメラで撮影された画像と前記建築限界とを画像上に重畳表示することによる作業員の目視検査を補助する検査用コントローラを備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項９】
請求項８記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記検査用コントローラは、
前記カメラにより撮影された画像と前記キロ程位置を対応付ける前方画像撮影部とを備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項１０】
請求項８記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記検査用コントローラは、
前記カメラから基準距離だけ離れた位置から前後２箇所に検査幅だけ離れた検査平面上に、前記建築限界を並行移動した２つの仮想建築限界を設定する仮想建築限界設定部を備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記検査用コントローラは、
前記線路上に設定された基準座標系と前記カメラに設定されたカメラ座標系との関係を示す透視変換式を使用することにより、前記二つの仮想建築限界から前記建築限界の画像上位置を計算する建築限界の画像上位置計算部を備えることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れかに記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記建築限界には、マージンを設けることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の車両前方電柱位置検査装置において、
前記マージンは、前記線路の曲線部では内側に設けられることを特徴とする車両前方電柱位置検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車前方にある電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する装置に関するものであり、特に車両前方に搭載したカメラの画像を基に電柱位置の検査を行う車両前方電柱位置検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電車のトロリ線を支える電柱は電車が走行する建築限界の外側に位置する必要がある。電柱がどの位置に存在するかを検査する方法としてはスケールや距離計を用いて手動にて計測を行うのが一般的である。
更に、列車に搭載したカメラを用いて自動的に沿線機器の状態を検査する方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開２０１１−２０１４２６号「列車搭載用画像処理システム」）では、列車に搭載したカメラの画像を処理することで沿線に設置した機器の状態を確認している。
また、自動車を対象に周囲物体や走行領域を検出する方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献２（特開２０１３−８２３７６号「駐車支援装置」）では、自動車に搭載した超音波ソナーにより周辺の物体と車両との距離を計測し駐車を支援している。
特許文献３（特開２０１２−１４６１３５号「境界検出装置、および境界検出プログラム」）では、自動車が走行する走行領域の境界を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２０１４２６号公報
【特許文献２】特開２０１３−８２３７６号公報
【特許文献３】特開２０１２−１４６１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した通り、手動にて電柱位置を検査する方法は確実に計測できる方法であるが、一箇所における計測時間を長く要するため短期間で長い区間の電柱位置を検査する用途には向かない。
【０００７】
特許文献１の方法では、画像を用いて沿線に設置した信号などの機器の動作を確認するが、位置計測は行わない。
特許文献２の方法では、超音波ソナーにより周囲の物体との距離を計測し運転支援を行うため、車両が低速で周囲物体に近接しないと距離測定は難しい。
【０００８】
特許文献３の方法では、画像上での走行車線の検出はできるが、電柱位置を検査することはできない。
本発明は、主に施行時の確認であり、電柱が建築限界の外に設計上あるべきところをその通りになっているか、また、補修時に適切な位置に電柱があるかを確認するものである。
【０００９】
なお、災害時に電柱が傾き、建築限界の内側に入っているかを確認するものではないが、建築限界にマージンを設けることで、そのような確認にも利用できる。
更に、データを複数回取得すれば、電柱が建築限界に近づいているといった傾向が分かり、前倒しで保守作業を行うことができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る車両前方電柱位置検査装置は、列車前方にある電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する車両前方電柱位置検査装置において、線路上に沿って基準距離だけ離れた視野内における、線路上のキロ程位置に基づき設計データにより既知である建築限界と、撮影される前記電柱とが、入るように列車前方に搭載したカメラを備え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２に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項１記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記カメラで撮影された画像に基づいて、前記電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する検査用コントローラ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３に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項２記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記カメラにより撮影された画像と前記キロ程位置を対応付ける前方画像撮影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４に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項２記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記カメラにより撮影された画像中から前記電柱を検出する電柱検出部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５に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項４記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記電柱検出部は、前記電柱の部分画像と前記電柱以外の部分画像を予め学習した電柱識別器を使用し、前記画像中に設定した電柱探索範囲内で予め設定した矩形状の照合範囲を移動させて、前記電柱位置を検出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６に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項４記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記キロ程位置に基づきデータベース化されている前記電柱の高さに基づいて、前記線路上に設定された基準座標系と前記カメラに設定されたカメラ座標系との関係を示す透視変換式を使用することにより、前記電柱検出部で検出された前記電柱の上頭部の三次元位置を計測する電柱位置計測部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７に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項６記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記電柱位置計測部により計測された前記電柱の上頭部の三次元位置が前記建築限界に接触するか否かを判断する建築限界判断部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８に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項１記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記カメラで撮影された画像と前記建築限界とを画像上に重畳表示することによる作業員の目視検査を補助する検査用コントローラを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する本発明の請求項９に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項８記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記カメラにより撮影された画像と前記キロ程位置を対応付ける前方画像撮影部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する本発明の請求項１０に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項８記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記カメラから基準距離だけ離れた位置から前後２箇所に検査幅だけ離れた検査平面上に、前記建築限界を並行移動した２つの仮想建築限界を設定する仮想建築限界設定部を備えることを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する本発明の請求項１１に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項１０記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記検査用コントローラは、前記線路上に設定された基準座標系と前記カメラに設定されたカメラ座標系との関係を示す透視変換式を使用することにより、前記二つの仮想建築限界から前記建築限界の画像上位置を計算する建築限界の画像上位置計算部を備えることを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する本発明の請求項１２に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項１から１１の何れかに記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記建築限界にはマージンを設けることを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する本発明の請求項１３に係る車両前方電柱位置検査装置は、請求項１２に記載の車両前方電柱位置検査装置において、前記マージンは、前記線路の曲線部では内側に設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
(1)列車の先頭に搭載したカメラで撮影した画像に基づいて、電車が走行する建築限界の外側に電柱があるか否かを検査することができる。
(2)手動にて電柱位置を検査する方法に比べて短期間で長い区間の電柱位置の検査を行うことができる。
(3)列車が営業時の速度で走行した場合であっても、車両前方のカメラによる画像が撮影できていれば、その画像を基に電柱位置の検査を行うことができる。
(4)車両前方のカメラによる画像上に建築限界を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１による車両前方電柱位置検査装置の機器構成を示す概略図である。
【図２】カメラで撮影した画像の例を示す模式図である。
【図３】実施例１による車両前方電柱位置検査の全体フローチャートである。
【図４】実施例１による前方画像の撮影のフローチャートである。
【図５】実施例１による電柱検出のフローチャートである。
【図６】カメラの視野における電柱設計上位置の例を示す模式図である。
【図７】電柱識別器の学習の模式図である。
【図８】電柱識別器を用いた電柱位置検出の模式図である。
【図９】テンプレートマッチングによる電柱上頭部検出の模式図である。
【図１０】テンプレートマッチングにより得られる照合値データの例を示す模式図である。
【図１１】実施例１による建築限界の判断のフローチャートである。
【図１２】基準座標系の原点の設定例を示す模式図である。
【図１３】基準座標系とカメラ座標系の設定例を示す模式図である。
【図１４】電柱座標系設定の模式図である。
【図１５】本発明による建築限界の判断のフローチャートである。
【図１６】建築限界の例を示す模式図である。
【図１７】建築限界座標系と電柱座標系の関係を示す模式図である。
【図１８】画像上における建築限界の各点の位置を求める処理の模式図である。
【図１９】出力結果をモニタ表示した例を示す模式図である。
【図２０】検査用コントローラの構成例を示すブロック図である。
【図２１】実施例２による車両前方電柱位置検査の全体フローチャートである。
【図２２】実施例２による仮想建築限界Ｊの設定のフローチャートである。
【図２３】建築限界と基準座標系の関係を示す模式図である。
【図２４】仮想建築限界Ｊの三次元位置を求める模式図である。
【図２５】実施例２による画像上における建築限界の各点の位置を求める処理の模式図である。
【図２６】実施例２による結果をモニタ表示した例を示す模式図である。
【図２７】実施例２による検査用コントローラの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
（実施例１）基本的な考え方
本発明の目的は、車両前方に搭載したカメラの画像を基に電柱位置の検査を行う車両前方電柱位置検査装置を提供することである。
本発明の車両前方電柱位置検査装置の機器構成を図１に示す。
【００２７】
本発明の車両前方電柱位置検査装置は、車両１の先頭に設置して前方を撮影するカメラ２と、画像の保存や処理を行う検査用コントローラ３から構成する。
前方を照らす照明（図示省略）は車載照明を流用する。
【００２８】
また、検査用コントローラ３は、車両１の各種センサを制御する車載センサコントローラ４から電車１の位置であるキロ程情報を受け取る。「キロ程情報」とは、駅から何キロかという線路９上の位置の事を指し、キロ程位置とも言う。
図１に示すように、トロリ線を支える電柱構造物５は線路９とトロリ線を跨ぐように沿線に設置されている。
【００２９】
電柱構造物５は、線路９の両側に立接された電柱６，７と、電柱６，７の上端に水平に渡された水平梁８とから構成される。
図２に示すように、車両１に設置したカメラ２から基準距離Ｌ（例えば５ｍ）だけ離れた位置においてカメラ２の視野Ｖ内に建築限界Ａと電柱構造物５の上部までが入るように、カメラ設置時にレンズを調整しておく。
【００３０】
カメラ２で前方を撮影した画像の例を図２に示す。図２の点線で示した部分が電柱構造物５と線路９上の同じ地点に相当する建築限界Ａである。建築限界Ａは、文字通り、車両１が存在し得る限界を示すものであり、画像中では、ほぼ四角形の領域である。
線路９上の電柱６，７の高さは設計データから得られているために既知であり、線路９上の位置（キロ程）に対する電柱高さはデータベース化されている。
【００３１】
本発明による検査用コントローラ３は、カメラ２で撮影された画像に基づいて、電柱６，７が建築限界Ａの外にあるか否かを検査するものであり、図２０に示すよう、処理設定部１０、記憶部２０、前方画像撮影部３０、電柱検出部４０、電柱位置計測部５０、建築限界判断部６０、結果出力部７０より構成する。
処理設定部１０では、電柱検査に必要な各種処理パラメータを設定する。
【００３２】
記憶部２０では、処理パラメータや各種データを保管する。
前方画像撮影部３０では、カメラ２で撮影した画像データを入力すると共に車載センサコントローラ４からのキロ程情報を入力し、撮影時の画像データとキロ程情報を対応付けて撮影時キロ程データとして保存する。
【００３３】
電柱検出部４０では、処理パラメータや画像データなどの各種データ（撮影時キロ程データ、線路情報を含む）を入力し、画像上における電柱６，７の上頭部位置と電柱６，７を囲む矩形範囲位置を検出して電柱データとして保存する。
電柱位置計測部５０では、処理パラメータや電柱データなどの各種データ（撮影時キロ程データ、線路情報を含む）を入力し、各種の座標系データや電柱上頭部の三次元位置（電柱三次元位置データと呼ぶ）を計算して保存する。
【００３４】
建築限界判断部６０では、処理パラメータや電柱三次元位置データなどの各種データ（撮影時キロ程データ、座標系データ、線路情報を含む）を入力し、電柱が建築限界Ａの外にあるか否かを判断すると共に建築限界Ａの各点の画像上における位置を計算して保存する。
【００３５】
結果出力部７０では、判断結果と画像上建築限界データを出力する。出力したデータは、例えば、図１９に示すようにモニタ（図示省略）に表示する。この例では撮影画像と共に判断結果である「ＯＫ」と建築限界Ａを重畳表示している。
【００３６】
本発明の車両前方電柱位置検査は、図３に示す全体フローチャートに従い、以下のように実施する。
先ず、前方画像の撮影を行い（ステップＳ１）、次に、電柱検出を行い（ステップＳ２）、引き続き、電柱位置の計測を行い（ステップＳ３）、更に、建築限界Ａの判断を行う（ステップＳ４）。そして、処理を終了すべきか否か判定し（ステップＳ５）、処理を終了すべき時は、処理を終了し、そうでないときは、ステップＳ１からステップＳ４を繰り返す。
次に各手順について詳細に説明する。
【００３７】
＜ステップＳ１＞
ステップＳ１の「前方画像の撮影」は、図４に示すフローチャートに従い、主として、前方画像撮影部３０により、次の手順で実施する。
ステップＳ１１：カメラ２により前方の画像を撮影する。
ステップＳ１２：車載センサコントローラ４からキロ程情報を受け取る。
ステップＳ１３：撮影した画像とキロ程情報を対応付けて保存する。
このような手順によれば、線路９の左右方向の傾き及び前後方向の傾きをデータベースからキロ程情報を基に参照し、撮影時のカメラ２の傾き（姿勢）情報を得ることができる。
【００３８】
＜ステップＳ２＞
ステップＳ２の「電柱検出」は、図５に示すフローチャートに従い、主として、電柱検出部４０により、次の手順で実施する。
ステップＳ２１：画像上における電柱６，７の探索範囲Ｂを設定する。
ステップＳ２２：探索範囲Ｂ内において電柱６，７を囲む矩形範囲を検出する。
ステップＳ２３：電柱６，７の上頭部の画像上位置を求める。
ステップＳ２４：画像上の電柱６，７の上頭部位置と電柱６，７を囲む矩形範囲を保存する。
【００３９】
＜ステップＳ２１＞
ステップＳ２１の「電柱６，７の探索範囲Ｂの設定」は次の方法を用いる。
即ち、線路９には電車１がカーブして進む区間があるが、撮影対象とする電柱６，７とカメラ２までの距離が数メートルに対して線路９の曲がり具合が非常に小さいため、カメラ２から電柱６，７までの区間はほぼ直線であると考えて良い。
また、撮影時キロ程情報から電柱６，７の設計上位置を得ることができる。
【００４０】
これらの条件より、カメラ位置姿勢と電柱６，７の設計上位置が既知であることを利用して、図６に示すようにカメラ２の視野Ｖにおける電柱設計上位置Ｃを求める。電柱設計上位置Ｃは、電柱６，７の形状に似せて、鉛直方向に延びる棒状の線分とする。
更に、図６に示すようにカメラ視野Ｖにおける電柱設計上位置Ｃに予め設定しておいた横方向のオフセット幅を持たせて電柱６，７の探索範囲Ｂ（図中破線で示す）を設定する。
若しくは、電柱設計上位置Ｃが得られない場合は、装置運用による経験から電柱６，７の探索範囲Ｂを画像上に手動で設定しても良い。
【００４１】
＜ステップＳ２２＞
ステップＳ２２の「電柱６，７を囲む矩形範囲を検出」は次の方法を用いる。
即ち、本発明による電柱位置の検出は、特開２０１２−２８４６０号と同様に識別器による対象物検出により実施する。
【００４２】
まず、図７に示すように、電柱６，７の部分画像Ｑ１と電柱以外の部分画像Ｑ２を多数用意し、これらの画像Ｑ１，Ｑ２により学習器４１を通じて電柱識別器４２を予め学習しておく。この電柱識別器４２の学習はオフラインで別途実施しておけば良い。
学習の結果得られる学習データは処理パラメータの一部として処理設定器１０に入力する。
【００４３】
次に、図８に示すように、電柱６，７の探索範囲Ｂ内でラスタースキャンにより、図中矢印で示すように、矩形状をなす電柱識別器の照合範囲Ｄを上下左右に動かし、学習した電柱識別器４２を用いて電柱位置Ｅを検出する。検出された電柱位置Ｅにおける電柱識別器の照合範囲Ｄが、図中破線で示すように、「電柱６，７を囲む矩形範囲」である。
【００４４】
なお、特願２０１２−２８０５３６号の［０００５］には「特許文献２（注、特開２０１２−２８４６０号のこと）では、基板に実装する部品の有無を検査するため、基板実装後の部品周辺の画像の輝度情報を学習することで、サポートベクタマシンによる識別器を予め構築し、識別器を構築後は画像の輝度情報から識別器により部品の有無を判断する技術が開示されている。」と記載されている。
【００４５】
特開２０１２−２８４６０号の［０００８］には、「ここで、サポートベクタマシンとは、２クラスのパターン識別器を構成する公知の手法である。サポートベクタマシンは、一方のクラスに属するサンプルデータと、他方のクラスに属するサンプルデータとによって、それらを分離するための分離面を決定する。そして、その分離面によって、与えられたデータがいずれのクラスに属するかを識別する。」と記載されている。
【００４６】
＜ステップＳ２３＞
ステップＳ２３の「電柱６，７の上頭部の画像上位置」は次の方法により求める。
先ず、図９に示すように、電柱上頭部の基準テンプレート画像Ｆを予め用意しておく。
【００４７】
次に、図９に示すように、検出した電柱位置Ｅから得られる電柱上頭部位置付近に電柱上頭部位置探索範囲Ｇ（図中破線で示す）を設け、電柱上頭部位置探索範囲Ｇにおいて基準テンプレート画像Ｆを図中上下左右に移動させることで、ラスタースキャンによりテンプレートマッチングを行い、電柱上頭部位置探索範囲Ｇにおける電柱上頭部の基準テンプレート画像Ｆとの照合値データを得る。
【００４８】
また、照合値データの例を図１０に示す。照合値データの中でから最も良い照合値を得られる位置を探索し、さらに最も良い照合値が得られた位置の周辺の照合値を用いて画像の縦方向および横方向におけるサブピクセル位置推定を行う。
サブピクセル位置推定はパラボラフィッティングにより行う。図１０に示すように、パラボラフィッティングによって得られる二次曲線の頂点位置を電柱６，７の上頭部の位置Ｈとして求める。
【００４９】
＜ステップＳ３＞
ステップＳ３の「電柱位置の計測」は、図１１に示すフローチャートに従い、主として、電柱位置計測部５０により、次の手順で実施する。
ステップＳ３１：基準座標系１００を設定する。
ステップＳ３２：基準座標系１００におけるカメラ位置姿勢を求める。
ステップＳ３３：基準座標系１００における電柱６，７の上頭部三次元位置を求める。
ステップＳ３４：電柱座標系２００を設定する。
ステップＳ３５：カメラ位置姿勢を含む座標系データおよび電柱上頭部の三次元位置のデータを保存する。
【００５０】
＜ステップＳ３１＞
ステップＳ３１の「基準座標系１００の設定」は次の方法を用いる。
即ち、基準座標系１００の設定例を図１２、図１３に示す。図１２に示すように、左右のレールの中央位置を原点０とし、鉛直方向をＹ軸とし、水平方向をＸ軸とする。つまり、水平面において電車１の進行方向に対して垂直な方向へＸ軸を取る。図１２（ａ）は、左右の線路（レール）９に高低差がないため、レール上面の位置がＹ軸方向原点０である。図１２（ｂ）は、左右のレール上面に高低差がある場合であり、レール上面が水平方向のＸ軸に対して傾いている。図１３に示すように、水平面において電車１の進行方向とは逆方向をＺ軸に取る。
【００５１】
＜ステップＳ３２＞
ステップＳ３２の「基準座標系１００におけるカメラ位置姿勢」は次の方法で求める。
即ち、図１３に示すように、カメラ２のＺ軸上の位置はカメラ２から電柱構造物５までの基準距離Ｌとして設定しておく。つまり、基準座標系１００とカメラ座標系３００とのＺ軸上の距離が基準距離Ｌである。
【００５２】
また、車両１内におけるカメラ設置位置は設計データから得られているため、この設計データに対して撮影地点における電車１の傾きを考慮することでカメラ２のＸ軸上位置とＹ軸上位置を設定する。
また、カメラ２の姿勢については、キロ程情報を基に参照し、撮影時のカメラ２の傾き（姿勢）情報を得る。カメラ位置姿勢から設定したカメラ座標系３００の例を同じく図１３に示す。
【００５３】
＜ステップＳ３３＞
ステップＳ３３の「基準座標系１００における電柱６，７の上頭部三次元位置」は次の方法で求める。
【００５４】
即ち、基準座標系１００における電柱６，７の上頭部三次元位置（X, Y, Z）と電柱６，７の上頭部の画像上位置から換算できるカメラ座標系３００における画像センサ上に投影された電柱６，７の上頭部の位置( x, y, f ) は式（１）（２）に示す透視変換式で表現することができる。ここで a はカメラ姿勢により求められる係数、f はレンズ焦点距離、（X0, Y0, Z0）は基準座標系１００におけるカメラ位置である。
【００５５】
【数１】
2015116916.tif 000003
【００５６】
撮影地点に対応する電柱６，７の高さは予め分かっているため、式（２）の Y が既知である。そこで、式（２）を用いて基準座標系１００における電柱６，７のＺ軸上位置を求め、次に式（１）に Z を代入して電柱６，７のＸ軸上位置を求める。
【００５７】
＜ステップＳ３４＞
ステップＳ３４の「電柱座標系２００」の設定は次の方法を用いる。
即ち、図１４に示すように、電柱６，７の上頭部三次元位置分だけ基準座標系１００のＺ−Ｘ平面において並行移動した座標系を電柱座標系２００に設定する。
【００５８】
＜ステップＳ４＞
ステップＳ４の「建築限界Ａの判断」は、図１５に示すフローチャートに従い、主として、建築限界判断部６０により、次の手順で実施する。
ステップＳ４１：撮影時の電柱キロ程位置を求める。
ステップＳ４２：電柱座標系２００における建築限界Ａの各点の位置を求める。
ステップＳ４３：建築限界Ａの判断を行う。
ステップＳ４４：画像上における建築限界Ａの各点の位置を求める。
ステップＳ４５：判断結果と建築限界Ａの各点の位置を保存する。
【００５９】
＜ステップＳ４１＞
ステップＳ４１の「撮影時の電柱キロ程位置」は次の方法により求める。
即ち、画像に対応したキロ程情報にカメラ２から電柱構造物５までの基準距離Ｌと基準座標系１００における電柱６，７の上頭部Ｚ軸上位置を加算する。これが撮影時の電柱キロ程位置である。
【００６０】
＜ステップＳ４２＞
ステップＳ４２の「電柱座標系２００における建築限界Ａの各点の位置」は次の方法により求める。
線路９上の各キロ程位置における建築限界Ａは設計データにより既知である。
この建築限界Ａは、図１６に示すように枕木方向を横軸とし、線路９面に対して垂直方向を縦軸として、二次元平面上に設定されている。
【００６１】
この横軸をＸ軸とし、縦軸をＹ軸として建築限界座標系４００を設定した場合、図１７に示すように、電柱座標系２００のＸ−Ｙ平面上で建築限界Ａを表現することができる。
これは基準座標系１００における電柱６，７のＸ軸上位置分だけシフトした位置に建築限界座標系４００の原点を並行移動し、さらに、電柱キロ程位置における線路９の左右方向の傾き分だけ回転した座標変換を行うことで実現できる。
【００６２】
＜ステップＳ４３＞
ステップＳ４３の「建築限界Ａの判断」を次の方法により実施する。
即ち、電柱座標系２００における建築限界Ａの各点の位置を求めた場合、電柱座標系２００のＸ軸成分において０以上の値を持つ建築限界Ａの点が存在すると電柱と接触することになる。
そこで、電柱座標系２００における建築限界Ａの各点のＸ軸成分を調べ、全てが負の値であった場合は、電柱が建築限界Ａの外にあると判断する。
【００６３】
より安全性を考慮する場合は予め安全幅を設け、安全幅分を各点のＸ軸成分の値から差し引いた値が負の値であるか否かを調査する。
特に線路９の曲線部では内側にマージンを設けた建築限界Ａを設定した方が安全性が高い。
【００６４】
＜ステップＳ４４＞
ステップＳ４４の「画像上における建築限界Ａの各点の位置」は次の方法により求める。
即ち、基準座標系１００におけるカメラ位置姿勢と基準座標系１００と電柱座標系２００との位置関係から電柱座標系２００におけるカメラ位置姿勢を計算する。
これにより電柱座標系２００における点の三次元位置からカメラ座標系３００における画像センサ上位置への透視変換式を求める。
【００６５】
次に、図１８に示すように、電柱座標系２００における建築限界Ａの各点を画像上Ｎの位置へ透視変換式により変換することで画像上Ｎにおける建築限界Ａの各点の位置を求める。図１８において、Ｐはレンズ焦点である。
【００６６】
本装置の効果としては、発明の効果の欄に記載した通りであり、特に、列車の先頭に搭載したカメラ２で撮影した画像を基に電車が走行する建築限界Ａの外側に電柱６，７があるか否かを検査することができる。
【実施例２】
【００６７】
実施例２（建築限界Ａの目視検査を補助する装置）
本発明の目的は、実施例１と同じく、車両前方に搭載したカメラの画像を基に電柱位置の検査を行う車両前方電柱位置検査装置を提供することである。
【００６８】
ただし、実施例１とは異なり、車両前方の電柱位置を計測せず、車両１に設置したカメラ２から基準距離Ｌだけ離れた位置の建築限界Ａを、車両傾きを考慮して画像（モニタ）上に表示する。
列車前方にある電柱が建築限界Ａの外にあるか否かの判断については、カメラ２で撮影された画像と建築限界Ａとを画像（モニタ）上に重畳表示することによる作業員の目視検査により行う。
【００６９】
本発明の車両前方電柱位置検査装置は基本的には実施例１と同様に図１の機器構成を用いる。
但し、本発明による検査用コントローラ３は、カメラ２で撮影された画像と建築限界Ａとを画像上に重畳表示することによる作業員の目視検査を補助するものであり、図２７に示すように、処理設定部１０、記憶部２０、前方画像撮影部３０、仮想建築限界設定部８０、建築限界の画像上位置計算部９０、結果出力部７０より構成する。
【００７０】
処理設定部１０、記憶部２０、前方画像撮影部３０は実施例１と同様のものを用いる。
仮想建築限界設定部８０では、処理パラメータや撮影時キロ程データなどの各種データを入力し、検査平面Ｍを設定して仮想建築限界Ｊの三次元位置を計算し、各種の座標系データや仮想建築限界データを保存する。
【００７１】
建築限界の画像上位置計算部９０では、処理パラメータや撮影時キロ程データなどの各種データを入力し、透視変換により仮想建築限界Ｊの各点の画像上位置を計算し、画像上建築限界データを保存する。
結果出力部７０では、画像上建築限界データを出力する。出力したデータは、例えば、図２６に示すようにモニタ（図示省略）に表示する。この例では、モニタ上において撮影画像と建築限界とを重畳表示している。
【００７２】
本発明の車両前方電柱位置検査は、図２１に示す全体フローチャートに従い、以下のように実施する。
先ず、前方画像の撮影を行い（ステップＴ１）、次に、仮想建築限界Ｊの設定を行い（ステップＴ２）、引き続き、建築限界Ａの画像上位置の計算を行う（ステップＴ３）。そして、処理を終了すべきか否か判定し（ステップＳ４）、処理を終了すべき時は、処理を終了し、そうでないときは、ステップＴ１からステップＴ３を繰り返す。
次に各手順について詳細に説明する。
【００７３】
＜ステップＴ１＞
ステップＴ１の「前方画像の撮影」は実施例１と同様の方法で行う。
【００７４】
＜ステップＴ２＞
ステップＴ２の「仮想建築限界Ｊの設定」は、図２２に示すフローチャートに従い、次の手順で実施する。
ステップＴ２１：基準座標系１００を設定する。
ステップＴ２２：基準座標系１００におけるカメラ位置姿勢を求める。
ステップＴ２３：基準座標系１００における仮想建築限界Ｊの三次元位置を求める。
ステップＴ２４：カメラ位置姿勢を含む座標系データおよび仮想建築限界Ｊデータを保存する。
【００７５】
＜ステップＴ２１＞
ステップＴ２１の「基準座標系１００の設定」は実施例１と同様の方法を用いる。
【００７６】
＜ステップＴ２２＞
ステップＴ２２の「基準座標系１００におけるカメラ位置姿勢」についても実施例１と同様の方法で求める。
【００７７】
＜ステップＴ２３＞
ステップＴ２３の「基準座標系１００における仮想建築限界Ｊの三次元位置」は、主として、仮想建築限界設定部８０により、次の方法で求める。
即ち、線路９上の各キロ程位置における建築限界は実施例１で説明したように設計データにより既知である（図１６）。
【００７８】
この横軸をＸ軸とし、縦軸をＹ軸として建築限界座標系４００を設定した場合、図２３に示すように、基準座標系１００のＸ−Ｙ平面上で建築限界Ａを表現することができる。
画像撮影時に得たキロ程情報と車両１の線路９上での実際の位置に若干のズレが生じることを考慮して、図２４に示すように、基準座標系１００のＺ軸正負両方向に検査幅Ｋだけ離れた二つ検査平面Ｍを考える。
【００７９】
基準座標系１００の原点のキロ程位置における建築限界Ａを、図２４に示すように、二つの検査平面Ｍ上に各々並行移動することで、仮想建築限界Ｊの三次元位置を求める。
【００８０】
＜ステップＴ３＞
ステップＴ３の「建築限界の画像上位置の計算」は、主として、建築限界の画像上位置計算部９０により、次の方法で行う。
先ず、基準座標系１００における点の三次元位置からカメラ座標系３００における画像センサ上位置への透視変換式を求める。
【００８１】
次に、図２５に示すように、基準座標系１００における仮想建築限界Ｊの各点を画像上Ｎの位置へ透視変換式により変換することで画像上Ｎにおける建築限界Ａの各点の位置を求める。図２５中において、Ｐはレンズ焦点である。
【００８２】
本発明の効果としては、発明の効果の欄に記載した通りであり、特に、列列車の先頭に搭載したカメラ２で撮影した画像を基に電車１が走行する建築限界Ａの外側に電柱６，７があるか否かを目視検査することができる。実施例１のように自動的な判断は出来ないが、逆光や悪天候などにより、電柱６，７の検出が難しい場合でも、画像上に建築限界Ａを表示することで、目視による判断が可能となり、作業者の負担を軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、列車前方にある電柱が建築限界の外にあるか否かを検査する装置として産業上広く利用可能なものである。
【符号の説明】
【００８４】
１  列車
２  カメラ
３  検査用コントローラ
４  車載センサコントローラ
５  電柱構造物
６，７  電柱
８  水平梁
９  線路
１０  処理設定部
２０  記憶部
３０  前方画像撮影部
４０  電柱検出部
５０  電柱位置計測部
６０  建築限界判断部
７０  結果出力部
８０  仮想建築限界設定部
９０  建築限界の画像上位置計算部
１００  基準座標系
２００  電柱座標系
３００  カメラ座標系
４００  建築限界座標系
Ａ  建築限界
Ｂ  電柱の探索範囲
Ｃ  電柱設計上位置
Ｄ  電柱識別器の照合範囲
Ｅ  電柱位置
Ｆ  電柱上頭部の基準テンプレート画像
Ｇ  電柱上頭部位置探索範囲
Ｈ  電柱上頭部の位置
Ｊ  仮想建築限界
Ｋ  検査幅
Ｌ  基準距離
Ｍ  検査平面
Ｎ  画像上
Ｖ  カメラ視野
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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