(57)【要約】【課題】レールの検査を行う際に時刻等の条件の制約を受けることがなく、また、装置が複雑化することのないレール検査装置を得る。【解決手段】レール検査装置を、レール抽出手段８１と、比較手段８２と、異常検出手段８３とを備える構成とする。レール抽出手段８１は、画像データから左右のレールを抽出する。比較手段８２は、レール抽出手段８１で抽出された同一地点における左右のレールを所定の方法で比較する。異常検出手段８３は、比較手段８２による比較において左右のレールの差が所定の基準以上であるときに第１の所定の情報を出力する。上記のような構成とすることにより、画像の撮影条件等の影響を受けずにレールの異常を検出することが可能となる。また、画像の撮影条件等の影響を受けにくいので、装置の複雑化等を防ぐことができる。【選択図】      図１６
2015010456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データから左右のレールを抽出するレール抽出手段と、
前記レール抽出手段で抽出された同一地点における前記左右のレールを所定の方法で比較する比較手段と、
前記比較手段による比較において前記左右のレールの差が所定の基準以上であるときに第１の所定の情報を出力する異常検出手段とを備えることを特徴とするレール検査装置。
【請求項２】
画像データの画像内に影が存在するかを判断する影判別手段と、
前記影判別手段により影が存在すると判断された場合に、前記画像データの影の影響を抑制する補正を行う影補正手段とをさらに備え、
前記影補正手段により補正された前記画像データが前記レール抽出手段に入力されることを特徴とする請求項１に記載のレール検査装置。
【請求項３】
前記画像データはレールに照明光を照射して撮影した画像のデータであることを特徴とする請求項１に記載のレール検査装置。
【請求項４】
前記画像データは撮影された位置の情報を第１の位置情報として有し、
単数または複数の他の検査装置から前記他の検査装置がレールの異常を検出した位置の情報を第２の位置情報として取得する異常情報取得手段と、
前記第２の位置情報と、前記異常検出手段が前記左右のレールの差が前記所定の基準以上であると判断した画像データが有する前記第１の位置情報のうち位置が一致するものが所定の数以上であるときに第２の所定の情報を出力する異常判断手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載のレール検査装置。
【請求項５】
前記画像データは列車の前方付近で撮影した第１の画像と列車の後方付近で撮影した第２の画像からなり、
前記異常検出手段が前記第１の画像および前記第１の画像と同一地点を撮影した前記第２の画像の両方について異常を検出したときに、実際にレールに異常が発生していると判断する異常判断手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載のレール検査装置。
【請求項６】
列車の前方付近または列車の後方付近の少なくとも一方でレールの画像を撮影する画像撮影手段と、
請求項１から５いずれかに記載のレール検査装置とを備え、
前記画像撮影手段により撮影された画像の画像データが前記レール検査装置に入力されることを特徴とするレール検査システム。
【請求項７】
画像データから左右のレールを抽出し、
抽出した同一地点における前記左右のレールを所定の方法で比較し、
前記所定の方法による比較において前記左右のレールの差が所定の基準以上であるときに所定の情報を出力する特徴とするレール検査方法。
【請求項８】
画像データの画像内に影が存在するかを判断し、
前記画像内に影が存在すると判断した場合に、前記画像データの影の影響を抑制する補正を行い、
影の影響を抑制する補正を行った前記画像データから左右のレールの抽出を行うことを特徴とする請求項７に記載のレール検査方法。
【請求項９】
レールに照明光を照射して撮影することにより前記画像データを取得することを特徴とする請求項７に記載のレール検査方法。
【請求項１０】
同一地点における複数の前記画像データを取得し、
所定の数以上の前記画像データにおいて前記左右のレールの差が前記所定の基準以上であるときに第２の所定の情報を出力することを特徴とする請求項７から９いずれかに記載のレール検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールの検査技術に関するものであり、特に画像データからレールの異常の有無を判断する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
列車の走行時の安全性や安定性を確保する上でレールを正常な状態に保つことは重要である。そのため、レールの異常等を早期に検出して交換等の保守作業を行う必要がある。レールの検査は、作業員の目視による確認や検査用の専用車両による観測等により異常の有無の確認することにより行われてきた。作業員や専用車両による異常の有無の検査を行う場合は、列車の運行の合間や営業運転を行っていない夜間に検査を行う必要がある。しかし、鉄道の路線の全区間についてレールの検査を行うためには多くの時間を要するが、列車の運行の合間や夜間にしか検査を行えないという時間的な制約から各地点の検査の間隔が長くなってしまう恐れがある。検査の間隔が長期間化すると、レールの異常を早期に発見できない可能性が生じる。また、作業員の目視により列車の運行の合間や夜間に確認作業を行う場合には作業者の安全の確保が課題となる。そのため、日常的に運行されている営業車両等を用いてレールの異常の有無の確認を自動的に行えるような検査技術が期待されており、車両に備えてレールの検査を行うための検査装置等の技術開発が行われている。そのようなレールの検査装置に関する技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１は、レールの異常検出装置に関するものである。特許文献１のレールの異常検出装置は、レール上を走行する車両にラインセンサを設置してレールの画像を取得している。特許文献１の異常検査装置では、レールの間隔等の測定項目ごとに基準となるデータが記憶されており、ラインセンサにより取得された画像から抽出したデータと記憶されている基準となるデータとの比較が行われる。特許文献１の異常検出装置は、比較した際の差が所定の許容値を超えた場合に、許容値を超えた測定値の測定箇所で異常が発生していると判断する。異常が発生していると判断した場合には、異常の発生個所のリストの生成やブザーでの異常発生の伝達等が行われる。
【０００４】
また、特許文献２は、赤外線を用いたレール検査装置に関するものである。特許文献２の検査装置では、レールに対して赤外線を照射して反射した赤外光を赤外線カメラで検出している。特許文献２では赤外線カメラで検出した赤外光から生成した２次元画像を基に、画像内のレールの形状や赤外線の強度分布からレールの疲労度の進行度等の評価を行うことができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２４７９０３号公報
【特許文献２】特開平７−２００６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は次のような課題がある。特許文献１では取得した画像から抽出した測定データとあらかじめ記憶している基準データとの比較により、異常の有無の判断を行っている。そのため、基準データが前提としている条件で測定データの取得を行わないと正しい判断が出来ない。しかし、同一地点で撮影した画像データであっても、画像データ取得時の時刻や天候等によってレール付近の明るさやレールに映る影等の影響が変動する。そのため、画像を撮影した時刻等の違いによる条件の変化により、異常の有無の判断を正しく行えない可能性がある。そのため、営業車両等を用いて時刻等の制約を受けずにレールの異常を検出するための技術としては特許文献１の技術は適さない。
【０００７】
特許文献２の技術は赤外線をレールに照射してレールから反射した赤外光を測定し、その強度分布等から異常の有無を判断している。そのため、レールに赤外線を照射する際の角度や強度、反射した赤外線による画像を撮影するカメラのレールに対する角度や距離等の測定条件の変動が小さくなるように設定する必要がある。高速で走行する車両において、測定条件の変動を小さく抑えるためには、振動の低減等を行う必要があり装置の構成が複雑なものとなり得る。また、装置の構成が複雑なものとなった場合、検査装置を車両に設置する場合の設置位置の確保のために車両を設計する際の制約が大きくなる。そのため、営業車両に備えて使用するレールの検査装置に用いるための技術としては特許文献２の技術は十分ではない。
【０００８】
本発明は、レールの検査を行う際に時刻等の条件の制約を受けることがなく、また、装置が複雑化することのないレール検査装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のレール検査装置はレール抽出手段と、比較手段と、異常検出手段とを備えている。レール抽出手段は、画像データから左右のレールを抽出する。比較手段は、レール検出手段で抽出された同一地点における左右のレールを所定の方法で比較する。異常検出手段は、比較手段による比較において左右のレールの差が所定の基準以上であるときに第１の所定の情報を出力する。
【００１０】
また、本発明のレール検査方法は、画像データから左右のレールを抽出し、抽出した同一地点における左右のレールを所定の方法で比較し、所定の方法による比較において左右のレールの差が所定の基準以上であるときに所定の情報を出力する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、画像の撮影条件等の影響を受けずにレールの異常を検出することが可能となる。また、画像の撮影条件等の影響を受けにくいので、装置の複雑化等を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における装置の構成の概要を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるフローの概要を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるフローの概要を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるデータ処理の例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるデータ処理の例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の構成の概要を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における装置の構成の概要を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるフローの概要を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の構成の概要を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における装置の構成の概要を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態におけるフローの概要を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の構成の概要を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態における装置の構成の概要を示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態におけるフローの概要を示す図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態の構成の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態のレール検査システムの構成の概要を示している。本実施形態のレール検査システムは、車両１に設置される異常検出装置１０と、位置取得装置２０と、車両１の先頭に設置される画像撮影装置３０とを備えている。画像撮影装置３０はレール２の画像を撮影できるように設置されている。図１に示した車両１はレール２上を走行する鉄道の車両、すなわち、列車を模式的に表したものである。また、レール２は左右２本のレールにより構成されている。
【００１４】
図２は異常検出装置１０の構成の概要を示している。図２に示す通り、異常検出装置１０は、俯瞰画像生成部１１と、影補正部１２と、レール補正部１３と、レール抽出部１４および異常検出部１５を備えている。俯瞰画像生成部１１は画像撮影装置３０から入力されるレールを撮影した画像データから俯瞰画像を生成する機能を有する。俯瞰画像はレールに沿った水平面を斜め方向から撮影した画像を、レールを真上方向から見た際の画像へと補正した画像のことをいう。俯瞰画像生成部１１は、画像撮影装置３０がレールに沿った水平面を斜め方向から撮影した画像をレールを真上方向から見た際の画像へと変換する機能を有する。影補正部１２は、俯瞰画像生成部１１で生成された俯瞰画像について影の影響の有無を判断し、影の影響が有る場合には影を画像から除去して影の影響を抑制する補正を行う機能を有する。影補正部１２には、日時、場所、列車の進行方向ごとに影の影響の有無が保存されている。影補正部１２は、レールを撮影した画像の輝度の平均値および分散の値、フレーム間での輝度値の変動等に基づいて影の影響の有無を判断する。影補正部１２が影の影響の有無を判断する方法の詳細については後で説明する。レール補正部１３は、影補正部１２から入力された画像データがレールがカーブしている地点で撮影された画像である場合に、カーブしたレールを直線のレールに補正した画像データを生成する機能を有する。カーブが存在する位置の位置情報やカーブの曲率半径等のカーブの補正に必要なデータはあらかじめ保存されている。レール抽出部１４は、レール補正部１３で補正された俯瞰画像または補正が不要であった俯瞰画像から、直線部を検出することによりレールの抽出をする機能を有する。異常検出部１５は、レール抽出部１４で抽出された左右のレールの比較を行い、レールの異常の有無を判断する機能を有する。
【００１５】
位置取得装置２０はＧＰＳ（Global Positioning System）の情報を用いて現在位置の情報を取得する機能を有する。また、位置取得装置２０として、ある地点の位置情報とその地点からの走行距離により位置情報を取得する方法の装置を用いることもできる。ある地点の位置情報には、例えば、ＧＰＳの情報から取得する位置情報や、外部の無線装置から送信された位置に関する信号を受信して用いることができる。位置取得装置２０により取得された位置情報は、画像撮影装置３０で撮影された画像データに付加されて異常検出装置１０へと送られる。画像撮影装置３０はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等を用いたカメラによる画像取得機能を有している。画像撮影装置３０は進行方向の左右のレールを撮影できるように車両の前方に設置される。画像撮影装置３０は列車の最後尾の車両から列車の後方側の左右のレールを撮影できるように設置することもできる。画像撮影装置３０は撮影した画像を異常検出装置１０へと送る機能を有する。
【００１６】
本実施形態のレール検査システムにおいて、レールを撮影した画像の画像データから異常検出装置１０に入力され、異常検出装置１０がレールの異常の有無を判断する際の動作について説明する。図３は本実施形態において異常検出装置１０がレールの異常の有無を判断する際のフローの概要を示したものである。
【００１７】
画像撮影装置３０のカメラにおいてレールを撮影した画像が画像データとして出力される。画像撮影装置３０から出力された画像データには位置取得装置２０により取得された位置情報が付加される。位置情報が付加された画像データは異常検出装置１０に入力される（ステップ１０１）。異常検出装置１０に入力された画像データは俯瞰画像生成部１１へと送られる。俯瞰画像生成部１１は受け取った画像データの画像を、レールを真上方向から見た画像に変換して俯瞰画像を生成する（ステップ１０２）。俯瞰画像への変換は画像撮影装置３０のカメラの設置位置、設置角度等の情報に基づいて行われる。画像撮影装置３０のカメラの設置位置、設置角度等の情報はあらかじめ異常検出装置１０に保存されている。俯瞰画像生成部１１は俯瞰画像を生成すると、俯瞰画像の画像データを影補正部１２へと送る。影補正部１２は俯瞰画像を受け取ると、画像内のレールに車両等の影が映りこむことによる影の影響の有無を判断する（ステップ１０３）。
【００１８】
影補正部１２は車両等の影の影響があると判断すると（ステップ１０４でＹｅｓ）、影を画像から除去して影の影響を抑制するための補正を行う（ステップ１０５）。図４を用いて影の影響の補正について説明する。図４の上側の図の左側はあらかじめ保存されている影の影響のない場合の画像、すなわち基準画像とその画像にひかれた直線部の輝度のグラフを示している。図４に示した各グラフは縦軸が輝度、横軸は対応する画像に横方向にひかれた直線上での位置を示している。また、図４の上側の図の右側は、画像撮影装置３０により撮影された際に、レール付近に映っている車両等の影が画像に映りこむことによる影の影響のある画像と輝度のグラフである。図４の上側の図の右側は、影が映ることにより影の影響が生じ得る画像のため、影の影響の補正の対象となる画像である。
【００１９】
影補正部１２は次のように影の影響の補正を行う。影補正部１２は影の影響が生じている画像に対応する輝度のグラフにおいて、影の影響を受けている部分にベースラインを設定する。図４の上側の図の右側の例では、影の影響で輝度が低くなっているグラフの左側の部分にベースラインが設定される。ベースラインの設定の際、影補正部１２はレール幅より狭い区間での輝度の変動部分についてはベースラインを計算する際には除外して、輝度が低くなっている区間のうちそれ以外の区間で輝度を計算してベースラインの設定を行う。影補正部１２はベースラインを設定すると、ベースラインの輝度の値を計算する。影補正部１２は影の影響のある部分においてベースラインを設定すると、影の部分としてベースラインを設定した区間と同じ区間について基準画像の輝度を計算する。影補正部１２は基準画像の輝度を計算する場合も、ベースラインを設定してベースラインの輝度の値を計算する。基準画像の輝度を計算する場合は、グラフ上の一部の区間の輝度によりベースラインを設定するのではなく全区間の輝度によりベースラインを設定することもできる。影補正部１２は影の影響が生じている画像および基準画像のベースラインの輝度を計算すると、２つの画像間でベースラインの輝度の差を計算する。
【００２０】
影補正部１２は２つの画像間でのベースラインの輝度の差を計算すると、影の影響の補正を行っている画像のうちベースラインの設定を行った区間の各画素の輝度に輝度の差の絶対値を付加する補正を行う。図４の下側の図は影のあった部分の輝度に輝度差の絶対値を付加する補正を行った場合の例について示している。図４の下側の図の矢印の先が補正後の輝度、矢印の元側が補正前の輝度を示している。本実施形態では輝度差が無い場合や補正の対象となる画像データの方の輝度が高い場合は輝度の補正は行わない。影補正部１２は基準画像の輝度の平均と影の影響の補正の対象となる画像のうち影の影響のない部分の輝度の平均との差を補正した後に、影の影響の補正を行うこともできる。２つの画像の輝度の平均の差をあらかじめ補正する場合は、影補正部１２は、影の補正の対象となる画像での影のない部分と基準画像にベースラインをそれぞれ設定する。影補正部１２は２つの画像間のベースラインの輝度の差を計算し、２つの画像間の輝度の差を影の補正の対象となる画像の各画素の輝度に付加することにより平均の輝度の差を補正する。
【００２１】
影補正部１２は影の影響の補正を行うと、補正後の画像データをレール補正部１３へと送る。また、影補正部１２は車両の影の影響がないと判断すると（ステップ１０４でＮｏ）、画像を補正する処理を行わずに画像データをレール補正部１３へと送る。
【００２２】
レール補正部１３に画像データが入力されると、レール補正部１３は位置情報からレールがカーブしている地点の画像であるかを判断する。レール補正部１３はレールがカーブしている時点の位置情報をあらかじめ保存している。保存している位置情報と画像データに付加されている位置情報が一致しているときに、レール補正部１３はレールがカーブしていると判断する。レールがカーブしていない地点の画像である場合は、レール補正部１３は画像に対する補正等の処理を行わずに画像データをレール抽出部１４に送る。レールがカーブしている地点の画像である場合は、レール補正部１３はカーブを直線とするような画像の補正を行う（ステップ１０６）。カーブの補正はあらかじめ保存されているその地点のカーブの曲率半径、画像内のレールの長さを用いてレールが直線になるように各画素の水平方向の位置を調整して補正を行う。レール補正部１３は、レールの補正が終わると画像データをレール抽出部１４に送る。
【００２３】
レール抽出部１４は画像データを受信すると、画像に含まれる各画素の輝度の正規化を行う。レール抽出部１４は画像データに含まれる各画素のうち最も輝度が高い画素の輝度の値と最も輝度の低い輝度の値を抽出する。レール抽出部１４は最も輝度が高い値の画素を所定の階調のうち最も輝度が高い階調とし、最も輝度の低い画素を最も輝度が低い階調とした正規化を行う。レール抽出部１４は、輝度の正規化を行うと正規化後の画像からＳｏｂｅｌフィルタを用いて画像内の被写体の輪郭の抽出を行う。Ｓｏｂｅｌフィルタは空間１次微分の計算を行って輪郭の抽出を行うものである。輪郭の抽出を行うと、レール抽出部１４は画像の二値化処理を行う。画像の二値化処理を行うと、レール抽出部１４はハフ変換により直線部の抽出を行う。ハフ変換により直線部の抽出を行うと、レール抽出部１４は画像内に得られた複数の直線の中から、左右のレールの輪郭部に相当する直線を抽出する（ステップ１０７）。
【００２４】
レール抽出部１４はハフ変換により抽出した直線の中からＸ軸に垂直な直線以外の直線を除去する。Ｘ軸は画像の水平方向の軸、すなわち、レールに延伸方向に対して垂直な方向の軸である。レール抽出部１４はあらかじめ保存されているレール幅と画像撮影装置３０のカメラの設置位置からレールまでの距離を基に、レールの幅と等しい２本の直線の組み合わせを抽出する。レール抽出部１４は、あらかじめ保存されている左右のレールの間隔を基に、２本の直線の組み合わせのうち画像中央側の直線どうしの間隔が左右のレールの間隔に一致する組み合わせを抽出する。左右のレールの輪郭部に相当する直線の組み合わせが決定できなかった場合には、レール抽出部１４はレールの想定位置からもっとも近い直線の組み合わせをレールの輪郭部に相当する直線として判断する。レールの想定位置は画像撮影装置３０のカメラの設置位置と左右のレールの間隔を基に判断される。レール抽出部１４は左右のレールに相当する直線を決定すると、画像データと直線の位置に関するデータを異常検出部１５へと送る。
【００２５】
異常検出部１５は、画像データに付されたレールの位置を示す直線に関する情報を基に、左右のレールに相当する部分の輝度差を計算する。異常検出部１５は左右それぞれのレールに相当する部分、すなわち、レールの輪郭部を示す２本の直線に挟まれた部分において輝度を積算する。左右のレールに相当する部分について輝度を積算すると、異常検出部１５は左右のレールについてそれぞれ積算した輝度を比較して輝度差を計算する（ステップ１０８）。輝度差が所定の閾値以上であるとき（ステップ１０９でＹｅｓ）、異常検出部１５はレールで異常が発生していると判断する（ステップ１１０）。図５は左右のレールの輝度差を比較する際のレールの異常部と正常部を模式的に示した。図５の上側付近では右側のレールに破損があり異常が生じている状態のため、左右のレールの輝度を比較すると、輝度の値の差、すなわち、差分が大きくなる。また、図５の下側付近では左右のレールとも破損がなく異常は無い状態のため輝度の値の差は小さくなる。
【００２６】
異常検出装置１０は異常検出部１５でレールの異常を検出すると、表示装置に異常の発生を示す情報を表示することなどにより作業者等へ異常の発生を伝達する。表示装置に異常の発生を示す情報を表示するときは、異常の発生個所の情報とともにレールの画像を表示して作業者がレールの異常の状態を確認できるようにすることもできる。また、異常を検出した場合に警報音を発生させて作業者へ伝達する方法とすることもできる。
【００２７】
輝度差が所定の閾値未満であるとき（ステップ１０９でＮｏ）、異常検出部１５はレールに異常は発生していないと判断する（ステップ１１１）。レールの異常の有無の判断を終えると、異常検出装置１０は新たに入力される画像データがある場合はステップ１０１からの動作を繰り返し、入力される画像データが無い場合は動作を終了する。
【００２８】
本実施形態の影補正部１２が影の影響の有無を判断する際の動作について図６を参照して説明する。図６は影補正部１２が影の影響の有無を判断する際のフローの概要を示したものである。影補正部１２は、俯瞰画像の各画素の輝度の値からの輝度の分散値を計算する（ステップ２０１）。輝度の分散値を計算すると、影補正部１２は輝度の分散値が所定の閾値未満かを判断する。輝度の分散値が所定の閾値未満であると判断した場合は（ステップ２０２でＮｏ）、影補正部１２は輝度の平均の値の計算を行う（ステップ２０３）。輝度の分散値が所定の閾値以上である場合（ステップ２０２でＹｅｓ）、影補正部１２は各画素の輝度に分布がある傾向から影の影響を受けている可能性があると判断して影の影響の補正が必要であると判断する（ステップ２０９）。
【００２９】
ステップ２０３において、影補正部１２は輝度の平均値を計算すると、平均値を所定の閾値と比較する。輝度の平均値が所定の閾値以上である場合は（ステップ２０４でＹｅｓ）、影補正部１２は影の影響を受けていないと判断して補正は不要と判断する（ステップ２０８）。輝度の平均値が閾値未満である場合は（ステップ２０４でＮｏ）、影補正部１２は、影の判断を行っている画像から所定のフレーム数だけ遡ったフレームの画像での輝度の値と比較し輝度の変化量を計算する（ステップ２０５）。
【００３０】
前のフレームの画像と比較した際の輝度の変化量が所定の閾値以上の場合は（ステップ２０６でＮｏ）、影補正部１２は影の影響の補正が必要であると判断する（ステップ２０９）。輝度の変化量が所定の閾値未満の場合は（ステップ２０６でＹｅｓ）、車両の影の影響の有無の判断へと進む。影補正部１２は画像の撮影された日時、位置情報および進行方向から車両の影の影響の有無を判断する。日時、位置情報および進行方向による車両の影の影響の有無はあらかじめ保存されている。影補正部１２は車両の影の影響が有ると判断すると（ステップ２０７でＹｅｓ）、影の影響の補正が必要であると判断する（ステップ２０９）。影補正部１２は車両の影の影響はないと判断すると（ステップ２０７でＮｏ）、影の影響はなく補正は不要と判断する（ステップ２０８）。影補正部１２はステップ２０９で影の影響の補正が必要と判断すると画像データの影の補正を行い、補正後の画像データをレール補正部１３に出力する。また、影補正部１２はステップ２０８で影の補正は不要と判断すると、レール補正部１３に画像データを出力する。
【００３１】
本実施形態のレール検査システムでは、画像撮影装置が撮影した画像について、異常検出装置の影補正部が影の影響の有無を判断し、影響があると判断した場合は影を除去して影の影響を抑制する補正を行っている。そのため、車両等の影の存在がレールの異常の有無の判断に影響を与えない。また、異常検出装置の異常検出部は左右のレールの輝度を比較して輝度差からレールの異常の有無の判断を行っている。同じ画像データ内の同一地点における左右のレールの比較から異常の有無の判断を行うことにより、画像の撮影条件等によらず異常の有無の判断を行うことが可能となる。よって、画像を撮影する時刻等によらずレールの異常の有無の判断を行うことが可能となる。また、画像撮影装置でレールを撮影し、同じ画像データ内の同一地点における左右のレールの比較を行うため、撮影条件等が変動してもレールの異常の有無の判断への影響は小さい。よって、装置構成が複雑化することなくレールの異常の検出が可能となる。
【００３２】
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図７は本実施形態のレール検査システムの構成の概要を示したものである。第１の実施形態ではレールの画像を撮影するための専用の照明を用いてはいないが、本実施形態では列車に備えられた照明により照らされたレールの撮影を行い、レールの異常の有無を判断する。本実施形態のレール検査システムは、異常検出装置４０と、位置取得装置２０と、画像撮影装置３０と、照明装置５０とを備えている。画像撮影装置３０は第１の実施形態と同様に車両１の先頭にレール２を撮影できるように設置されている。画像撮影装置３０は、第１の実施形態と同様に列車の最後尾の車両から列車の後方側の左右のレールを撮影できるように設置することもできる。また、照明装置５０は画像撮影装置３０がレール２を撮影する箇所に照明光があたるように設置されている。
【００３３】
位置取得装置２０および画像撮影装置３０の構造および機能は第１の実施形態の同一名称の装置と同様である。図８は異常検出装置４０の構成の概要を示している。図８に示すように異常検出装置４０は、俯瞰画像生成部４１と、レール補正部４２と、レール抽出部４３および異常検出部４４を備えている。異常検出装置４０を構成する各部位の構成および機能は第１の実施形態の同名称の部位と同様である。照明装置５０は画像撮影装置３０がレールを撮影する地点に照明光を照射する機能を有する。照明光の光源としては、例えば、メタルハライドランプやＬＥＤ（Light Emitting Diode）ランプを用いることができる。
【００３４】
本実施形態のレール検査システムにおいて、レールの画像を撮影して、画像データからレールの異常の有無を判断する際の動作について説明する。図９は本実施形態においてレールの異常の有無を判断する際のフローの概要を示したものである。
【００３５】
画像撮影装置３０はレールを撮影してレールの画像の画像データを出力する。画像撮影装置から出力された画像データは、位置取得装置２０により取得された位置情報が付加されて異常検出装置４０に入力される（ステップ１２１）。異常検出装置４０に入力された画像データは俯瞰画像生成部４１へと送られる。俯瞰画像生成部４１は受け取った画像データをレールを真上から見た俯瞰画像に変換する（ステップ１２２）。俯瞰画像への変換は第１の実施形態と同様の方法で行うことができる。俯瞰画像生成部４１は画像撮影装置３０で撮影されたレールの画像データを変換して俯瞰画像を生成すると、俯瞰画像の画像データをレール補正部４２へと送る。
【００３６】
レール補正部４２に画像データが入力されると、レール補正部４２は位置情報からレールがカーブしている地点の画像であるかを判断する。カーブの有無の判断は第１の実施形態と同様に行う。レールがカーブしていない地点の画像である場合は、レール補正部４２は画像に対する補正等の処理を行わずに画像データをレール抽出部４３に送る。レールがカーブしている地点の画像である場合は、レール補正部４２は第１の実施形態と同様の方法でカーブを補正する（ステップ１２３）。レール補正部４２は、レールの補正が終わると補正後の画像データをレール抽出部４３に送る。
【００３７】
レール抽出部４３は画像データを受信すると、照明による影響が画像内で均一になるように画像の補正を行う。画像内の位置ごとの照度分布はあらかじめ照明の特性に応じて保存されている。レール抽出部４３は照度分布に基づいて各画素の輝度の補正を行う。レール抽出部４３は照度分布に基づいた輝度の補正を行うと、画像に含まれる各画素間で輝度の正規化を行う。輝度の正規化は第１の実施形態と同様の方法で行うことができる。レール抽出部４３は輝度の正規化を行うと、第１の実施形態と同様の方法でレールの輪郭部に相当する直線の抽出を行う（ステップ１２４）。レール抽出部４３は左右のレールの輪郭部に相当する２本の直線の組をそれぞれ決定すると、画像データと直線の位置に関するデータを異常検出部４４へと送る。
【００３８】
異常検出部４４は、第１の実施形態と同様に画像データに付された直線の位置に関するデータを基に、レールに相当する部分の輝度を左右のレールについて比較し輝度差を計算する（ステップ１２５）。輝度差が所定の閾値以上であるとき（ステップ１２６でＹｅｓ）、異常検出部４４はレールで異常が発生していると判断する（ステップ１２７）。輝度差が所定の閾値未満であるとき（ステップ１２６でＮｏ）、異常検出部４４はレールで異常が発生していると判断する（ステップ１２８）。異常検出装置４０はレールに異常があると判断すると、第１の実施形態と同様の方法で作業者等に伝達する。レールの異常の有無の判断を終えると、異常検出装置４０は新たに入力される画像データがある場合はステップ１２１からの動作を繰り返し、入力される画像データが無い場合は動作を終了する。
【００３９】
本実施形態では照明装置により照明光をレールに照射して、画像撮影装置でレールの画像を撮影し、異常検出装置がレールの画像からレールの異常の有無の判断を行っている。照明光を照射して画像を取得することにより、撮影した画像に車両等の影の影響は生じない。また、照明光を照射して撮影した画像を用いることにより、画像を撮影した時刻等が異なっても一定の範囲内の輝度の画像を得ることができる。その結果、異常検出装置の異常検出部において、異常の有無を判断する際の閾値を設定する際の値のマージン等を小さくすることができ、より正確に異常の有無の判断を行うことが可能となる。
【００４０】
本発明の第３の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１０は本実施形態のレール検査システムの構成の概要を示したものである。第１の実施形態では、個々の列車に備えられている異常検出装置がレールの異常の有無の判断を行ったが、本実施形態は複数の列車が撮影した画像を基に異常の有無の判断を行う。
【００４１】
本実施形態のレール検査システムは、異常検出装置６０と、位置取得装置２０と、画像撮影装置３０とを備えている。画像撮影装置３０は第１の実施形態と同様に車両１の先頭にレール２を撮影できるように設置されている。画像撮影装置３０は、第１の実施形態と同様に列車の最後尾の車両から列車の後方側の左右のレールを撮影できるように設置することもできる。位置取得装置２０および画像撮影装置３０の構成および機能は第１の実施形態の同一名称の装置と同様である。
【００４２】
図１１は本実施形態の異常検出装置６０の構成の概要を示している。図１１に示すように異常検出装置６０は、俯瞰画像生成部６１と、影補正部６２と、レール補正部６３と、レール抽出部６４と、異常検出部６５、異常判断部６６と、通信部６７とを備えている。俯瞰画像生成部６１と、影補正部６２と、レール補正部６３およびレール抽出部６４の構成および機能は第１の実施形態の同一名称の部位と同様である。異常検出部６５は第１の実施形態の異常判断部と同様にレールの異常の有無を判断する機能を有し、異常を検出すると位置情報等を異常判断部６６へと送る機能を有する。
【００４３】
異常判断部６６は通信部６７を介して他の列車から受信するレールの異常に関する情報を保存する機能を有する。レールの異常に関する情報は、レールの異常を検出した日時や異常を検出した位置情報が含まれている。また、レールの交換等の異常への対応作業が行われた場合に、レールの異常が解消された日時と異常が解消された位置情報等の情報を記憶する機能を有する。レールの異常が解消された日時や位置情報等の取得には、作業者が直接、入力を行う方法や通信部６７を介して情報を受信する方法を用いることができる。通信部６７は直接または無線基地局および通信回線を介して他の列車や安全管理を行う情報システムとの通信を行う機能を有する。
【００４４】
本実施形態のレール検査システムにおいて、レールの画像を撮影して画像からレールの異常の有無を判断する際の動作について説明する。図１２は本実施形態においてレールの異常の有無を判断する際のフローの概要を示したものである。
【００４５】
本実施形態において画像撮影装置３０で撮影された画像データが異常検出装置６０に入力されてから（ステップ１３１）、異常検出部６５が左右のレールの輝度の比較を行うまで（ステップ１３８）の動作は第１の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態のステップ１３１からステップ１３８は、第１の実施形態におけるステップ１０１からステップ１０８と同様である。
【００４６】
ステップ１３８で異常検出部６５において左右のレールの輝度から輝度差が計算されるところまで動作が進んだとする。左右のレールの輝度差が所定の閾値以上のである場合（ステップ１３９でＹｅｓ）、異常検出部６５は撮影した画像内のレールに異常が発生している可能性があると判断し、検出した異常に関する情報を異常判断部６６へと送る。異常検出部６５は検出した異常に関する情報として、レールの異常を検出した日時および検出した位置を示す位置情報を異常判断部６６へと送る。異常判断部６６は異常検出部６５からレールの異常を検出した日時および位置情報を受け取ると、他の列車等から同一地点の異常に関する情報を受信していないかを判断する。同一地点についてのレールの交換等による異常への対応作業が完了している情報を受け取って保存している場合は、対応作業が完了した日時以降に検出された異常に関する情報を判断の対象とする。異常判断部６６は同一地点についての異常の検出の情報を保存している場合は、自車両が新たに検出した異常を含めて所定の数以上の列車で同一地点の異常が検出されているかを判断する。所定の数以上の列車から同一地点での異常に関する情報を受け取っている場合は（ステップ１４０でＹｅｓ）、異常判断部６６はその地点で異常が発生していると判断する（ステップ１４１）。異常が発生していると判断した場合は、異常検出装置６０は第１の実施形態と同様の方法で作業者等に伝達する。同一地点での異常を検出しているとの情報が所定の数未満である場合は（ステップ１４０でＮｏ）、異常判断部６６はレールに異常は発生していないと判断する（ステップ１４２）。異常判断部６６はレールに異常が発生していないと判断すると、通信部６７を介して他の列車に自車両が異常を検出した日時と場所の情報を送信する。レールの異常の有無の判断を終えると、異常検出装置６０は新たに入力される画像データがある場合はステップ１３１からの動作を繰り返し、入力される画像データが無い場合は動作を終了する。
【００４７】
本実施形態では同一地点において複数の列車が異常を検出した際に、実際にレールの異常が発生していると判断している。複数の列車での検出結果に基づいて、レールの異常の有無の判断を行うことにより、レールの異常の有無の判断をより正確に行うことができる。また、複数の列車からの情報に基づいて異常の有無を判断する際に、個々の列車で異常を検出する条件を第１の実施形態等よりも異常の程度が軽い方向とした上で、複数の列車からの情報により異常の有無の判断を行うことも可能となる。個々の列車においてより軽い異常の場合も異常として検出して、複数の列車に情報に基づいて最終的な判断を行うことにより、疑似欠陥の検出による作業者による確認等が煩雑化することなく、異常を確実に検出することが可能となり得る。
【００４８】
本発明の第４の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１３は本実施形態のレール検査システムの構成の概要を示したものである。第１から第３の実施形態では、車両に設置された画像撮影装置で取得した画像を用いてレールの異常の有無の判断を行ったが、本実施形態では列車の前後に備えられた異常検出装置で撮影した画像の比較を基に異常の有無の判断を行う。
【００４９】
本実施形態のレール検査システムは、異常検出装置７０と、位置取得装置２０と、第１の画像撮影装置３１と、第２の画像撮影装置３２とを備えている。位置取得装置２０の構成および機能は第１の実施形態の同一名称の装置と同様である。第１の画像撮影装置３１および第２の撮影装置３２は第１の実施形態の画像撮影装置と同様の構成および機能のものを用いることができる。また、第１の画像撮影装置３１は車両１の先頭に第１の実施形態の画像撮影装置と同様に設置されている。第２の画像撮影装置３２は最後尾に進行方向と逆向きにレールが撮影できるように設置されている。第２の画像撮影装置３２の設置の形態は、撮影の方向が進行方向と逆向きになるように設置されていること以外は第１の画像撮影装置３１と同様である。
【００５０】
図１４は本実施形態の異常検出装置の構成の概要を示したものである。図１４に示す通り異常検出装置７０は、俯瞰画像生成部７１と、影補正部７２と、レール補正部７３と、レール抽出部７４と、異常検出部７５と、異常判断部７６とを備えている。
【００５１】
異常検出装置７０の俯瞰画像生成部７１、影補正部７２、レール補正部７３およびレール抽出部７４は第１の実施形態の同一名称の部位と画像処理に関する機能は同一である。また、俯瞰画像生成部７１、影補正部７２、レール補正部７３およびレール抽出部７４は、第１の画像撮影装置３１と第２の画像撮影装置３２で撮影された画像についてそれぞれ処理する機能を有する。俯瞰画像生成部７１、影補正部７２、レール補正部７３およびレール抽出部７４は第１の実施形態の同一名称の部位と画像データの補正やレールの抽出等の各処理に関する機能は同様である。異常検出部７５は第１の実施形態の異常検出部と同様にレールの異常の有無を判断する機能を有し、異常を検出すると位置情報等を異常判断部７６へと送る機能を有する。
【００５２】
本実施形態のレール検査システムでレールの異常の有無を判断する際の動作について説明する。図１５は本実施形態のレール検査システムでレールの異常の有無の判断を行う際のフローの概要を示したものである。
【００５３】
第１の画像撮影装置３１および第２の画像撮影装置３２においてレールが撮影され、画像データがそれぞれ異常検出装置７０に入力される（ステップ１５１）。第１の画像撮影装置３１および第２の画像撮影装置３２で撮影された画像データには、位置取得装置２０が取得した撮影地点における位置情報が付加されて異常検出装置７０に入力される。第２の画像撮影装置３２で取得した画像には、第１の画像撮影装置３１と第２の画像撮影装置３２との間の距離、すなわち、列車の長さ分の距離が補正されて位置情報が付加される。それぞれの画像データが異常検出装置７０に入力されてから（ステップ１５１）、異常検出部７５が左右のレールの輝度の比較を行うまで（ステップ１５８）の動作は第１の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態のステップ１５１からステップ１５８は、第１の実施形態におけるステップ１０１からステップ１０８と同様である。
【００５４】
ステップ１５８で異常検出部７５において左右のレールの輝度から輝度差が計算されるところまで動作が進んだとする。左右のレールの輝度差が所定の閾値以上のである場合（ステップ１５９でＹｅｓ）、異常検出部７５は撮影した画像内のレールに異常が発生している可能性があると判断する。レールに異常が発生している可能性があると判断すると、異常検出部７５は、もう一方の画像撮影装置での結果と比較するために、異常を検出した画像の位置情報と画像を撮影した画像撮影装置の情報を異常判断部７６へと送る。
【００５５】
異常判断部７６は異常検出部７５からレールの異常を検出した位置情報と画像撮影装置の情報を受け取ると、もう一方の画像撮影装置の画像での同一地点の異常に関する情報を保存していないかを判断する。異常判断部７６は同一地点について、もう一方の画像撮影装置の画像での異常の検出の情報を保存している場合は（ステップ１６０でＹｅｓ）、異常判断部７６は実際にレールに異常が発生していると判断する（ステップ１６１）。もう一方の画像撮影装置の画像での異常の検出の情報を保存していない場合は（ステップ１６０でＮｏ）、レールに実際に異常は発生していないと判断する（ステップ１６２）。レールに実際には異常が発生していないと判断したとき、異常判断部７６は異常検出部７５が異常を検出した地点の位置情報および画像撮影装置の情報を一時保存する。一時保存された情報は所定の時間の経過後または所定の距離を経過した後に消去される。所定の時間および所定の距離は同一地点を第１の画像撮影装置３１と第２の画像撮影装置３２で撮影する際の時間または距離の差と異常検出装置７０等での処理時間等を考慮して設定されている。
【００５６】
本実施形態のレール検査システムは、列車の前後に備えられた画像撮影装置が同一地点の画像を取得している。異常検出装置は同一地点について撮影した２つの画像の両方で異常を検出したときに、実際にレールで異常が発生したと判断している。２つの画像撮影装置での画像を基に異常の有無を判断することにより、列車の運行には影響を与えないような異物の付着などの疑似欠陥の検出を抑制することができる。その結果、１つの画像で判断する場合より正確にレールの異常の有無を判断することができる。また、列車の前後で撮影した画像を用いることにより、複数の画像から判断する場合でも他の列車から異常に関する情報を取得することが不要となりレール検査システムの構成の複雑化を抑制することができる。
【００５７】
本発明の第１から第４の実施形態では、左右のレールの輝度の差を用いてレールの異常の有無の判断を行ったが、左右のレールの色差を用いてレールの異常の判断を行うこともできる。色差としては、例えば、ＣＩＥ（Commission Internationale de l'Eclairage；国際照明委員会）が定める各表色系における色差を用いることができる。色差を用いてレールの異常の有無を判断する場合に、異常検査装置の各部位において画像データの２値化処理等が行われて色に関する情報が失われる処理が行われる際には、元の画像の画像データが保持される。元の画像の画像データは２値化処理等を行った画像データに添付されて、後の処理を行う部位へと送られる。異常の有無の判断は色に関する情報が保持されている画像データにおいて左右のレールの色差の計算を行い、所定の基準値以上の色差の場合に異常と判断することにより行うことができる。
【００５８】
本発明の第１から第４の実施形態では画像撮影装置を列車の先頭の車両のまたは最後尾の車両から列車の先頭部または後頭部から撮影したレールの画像を用いて異常の有無の判断を行ったが、画像撮影装置の位置は他の箇所でもよい。例えば、車両の中間部の車両の下部に設置してレールの画像を撮影してもよい。また、先頭車両や最後尾の車両だけでなく中間の車両の下部に設置してもよい。
【００５９】
第１、第３および第４の実施形態において影の有無の判断を行い、影がある可能性のあるときは影の影響を除去する処理を行ったが、影がある場合は異常の有無の判断を行わない方法とすることもできる。影がある場合は異常の有無の判断を行わない方法とする場合は、影がある地点での異常の有無の判断を行うことが出来ないが、異常検出装置での処理を簡略化することが可能となる。
【００６０】
影がある地点での異常の有無の判断を行わない場合も、俯瞰画像生成部において俯瞰画像を生成するまでは影の影響を除去する補正を行う場合と同様の動作が行われる。影補正部は、俯瞰画像生成部から画像データを受け取ると、影の影響の有無を判断する。影補正部により影があると判断されると、影があると判断された画像はレールの異常の有無の判断の対象から除外される。レールの異常の有無の判断の対象から除外されると、その画像についての処理は終了する。影の影響は無いと判断した場合は、影補正部は画像データをレール補正部へと出力する。レール補正部へと出力された後の動作は、影の影響の補正を行った場合と同様である。
【００６１】
第２の実施形態では照明を用いて撮影した画像を用いてレールの異常の有無の判断を行ったが、第３または第４の実施形態においても画像を撮影する際に照明を用いることもできる。第３または第４の実施形態において照明を用いて画像の撮影を行った場合は第２の実施形態と同様に影の影響の有無の判断は行われない。第３または第４の実施形態において照明を用いた場合、影の影響の有無の判断以外の動作は第３または第４の実施形態に記載したフローでの動作と同様である。第３または第４の実施形態においても照明を用いることで影の影響を受けないので、より正確に異常の有無の判断が可能となる。
【００６２】
第１から第４の実施形態において、レールの異常の有無の判断は基準を複数段階で設定して行ってもよい。基準を複数段階で設定することにより、異常と判断される前段階のレールの劣化を検出することや異常への対応の優先順位をつけるための情報を得ることができる。
【００６３】
第１から第４の実施形態において鉄道のレールの異常を検出したが、本発明は鉄道のレール以外の異常を検出する技術としても用いることができる。例えば、遊園地等における遊具の稼働用のレールや工場等での運搬用車両等のレールの異常の有無の検出に用いることができる。また、レールだけでなく車両等が通行する施設における左右対称の設備であれば本発明を適用することができる。
【００６４】
本発明の第５の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１６は本実施形態のレール検査装置の構成の概要を示したものである。本実施形態のレール検査装置は、レール抽出手段８１と、比較手段８２と、異常検出手段８３とを備えている。レール抽出手段８１は、画像データから左右のレールを抽出する。比較手段８２は、レール抽出手段８１で抽出された同一地点における左右のレールを所定の方法で比較する。異常検出手段８３は、比較手段８２による比較において左右のレールの差が所定の基準以上であるときに第１の所定の情報を出力する。
【００６５】
本実施形態のレール検査装置では画像データから左右のレールを抽出し、同一地点における左右のレールを所定の方法で比較してレールの異常の検出を行っている。１つの画像内の左右のレールの比較から異常の有無を判断することにより、画像の撮影条件等の影響を受けずにレールの異常を検出することが可能となる。また、画像の撮影条件等の影響を受けにくいので、装置の複雑化等を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、レールの検査技術として利用することができ、特に列車に設置した装置によりレールの検査を行う際に用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１    車両
２    レール
１０    異常検出装置
１１    俯瞰画像生成部
１２    影補正部
１３    レール補正部
１４    レール抽出部
１５    異常検出部
２０    位置取得装置
３０    画像撮影装置
３１    第１の画像撮影装置
３２    第２の画像撮影装置
４０    異常検出装置
４１    俯瞰画像生成部
４２    レール補正部
４３    レール抽出部
４４    異常検出部
５０    照明装置
６０    異常検出装置
６１    俯瞰画像生成部
６２    影補正部
６３    レール補正部
６４    レール抽出部
６５    異常検出部
６６    異常判断部
６７    通信部
７０    異常検出装置
７１    俯瞰画像生成部
７２    影補正部
７３    レール補正部
７４    レール抽出部
７５    異常検出部
７６    異常判断部
８１    レール抽出手段
８２    比較手段
８３    異常検出手段
１０１−１１１    レールの異常検出のステップ
１２１−１２８    レールの異常検出のステップ
１３１−１４２    レールの異常検出のステップ
１５１−１６２    レールの異常検出のステップ
２０１−２０９    影の影響の有無の判断のステップ
【図１】
2015010456.tif 000003
【図２】
2015010456.tif 000004
【図３】
2015010456.tif 000005
【図４】
2015010456.tif 000006
【図５】
2015010456.tif 000007
【図６】
2015010456.tif 000008
【図７】
2015010456.tif 000009
【図８】
2015010456.tif 000010
【図９】
2015010456.tif 000011
【図１０】
2015010456.tif 000012
【図１１】
2015010456.tif 000013
【図１２】
2015010456.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2015010456.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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