(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両が走行する線路の前方向を撮影し、前記線路を含む線路周辺を示す画像を入力画像信号として出力する撮像部と、
前記撮像部からの入力画像信号を受信し、前記入力画像信号から前記線路の線路方向を検出して、前記線路方向を示す線路方向情報を出力する線路方向検出部と、
前記撮像部からの入力画像信号及び前記線路方向検出部からの線路方向情報を受信し、前記線路方向情報に基づき前記入力画像信号の一部を切り出して、前記切り出した画像を出力する水平方向切り出し部と、
前記水平方向切り出し部にて切り出した画像に所定の画像処理を施して、出力画像信号として出力する画像出力部と、具備し、
前記線路方向検出部は、
前記入力画像信号の水平方向の一部の映像ラインを用いて前記線路の線路方向を検出し、
前記水平方向切り出し部は、
前記入力画像信号から前記線路方向情報が示す方向の画像を切り出し、前記線路方向情報が示す水平方向の画像であって、前記車両の進行方向における線路の向きに追従した線路周辺を検知できる画像を出力する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
さらに、垂直方向切り出し部、を有し、
前記垂直方向切り出し部は、
前記車両の速度を示す速度情報を受け、前記速度情報に基づき前記撮像部にて撮影した入力画像信号から垂直方向の切り出し位置を算出し、前記切り出し位置にて前記入力画像信号を切り出して前記線路方向検出部及び前記水平方向切り出し部に出力し、
前記線路方向検出部は、
前記垂直方向切り出し部にて切り出された画像を受信し、前記画像から前記線路の線路方向を検出し、前記線路方向を示す線路方向情報を前記水平方向切り出し部に供給し、
前記水平方向切り出し部は、
前記線路方向検出部からの線路方向情報に基づき前記垂直方向切り出し部にて切り出された画像から前記線路方向情報が示す画像を切り出し、前記切り出した切り出し画像を前記画像出力部に出力する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記線路方向検出部は、前記線路方向検出部による線路方向検出結果を前記撮像部にフィードバックし、前記線路方向検出結果に応じて前記撮像部の露光を制御する機能を有する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
前記線路方向検出結果には、前記入力画像信号の露光条件を制御する検波枠を含む、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の撮像装置において、
さらに、外部入力制御部を有し、
前記外部入力制御部は、外部から入力される線路方向を示す前記線路方向情報を含む外部入力信号を前記線路方向検出部に供給して前記線路方向情報を補正し、又は外部から入力される線路方向を示す前記線路方向情報を含む外部入力信号を前記水平方向切り出し部に供給して前記入力画像信号の水平方向の切り出す位置を補正する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記入力画像信号の水平方向の一部の映像ラインは、前記入力画像信号の画像下端から数ライン分である
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の撮像装置を含み、
前記車両の前方周辺を監視することを特徴とする鉄道監視システム。
【請求項８】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記撮像部は、横長の高画素イメージセンサ、センサ駆動制御部、映像信号処理部、を含み、
前記映像信号処理部は、
前記横長の高画素イメージセンサにて撮影した画像の電気信号を受けて所定の映像信号処理を行って前記入力画像信号として出力し、
前記センサ駆動制御部は、前記横長の高画素イメージセンサにて撮影した画像の電気信号を受けて前記横長の高画素イメージセンサの露光制御を行い、
前記線路方向検出部は、映像ライン抽出部、線路水平位置検出部、線路方向決定部、を含み、
前記映像ライン抽出部は、前記映像信号処理部からの入力画像信号を受信して前記入力画像信号の２以上の映像ラインを抽出し、
前記線路水平位置検出部は、前記２以上の映像ラインについて、前記線路と交差する水平位置を検出し、線路水平位置を示す線路水平位置情報を出力し、
前記線路方向決定部は、前記線路水平位置検出部から出力される水平位置を示す線路水平位置情報に基づいて、前記線路の線路方向を決定し、線路方向を示す線路方向情報を出力する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像装置において、
前記センサ駆動制御部及び前記映像信号処理部は、さらに、
前記線路方向検出部により検出した線路方向、又は外部から入力される線路方向を示す前記線路方向情報を含む制御信号を受け、前記入力画像信号を所望の信号値に変更する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の撮像装置において、
前記線路方向検出部は、さらに、撮像部制御信号生成部、を含み、
前記撮像部制御信号生成部は、前記線路方向決定部から出力される線路方向情報を受信して、前記線路方向情報を含む制御信号を生成し出力する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の撮像装置において、
前記線路方向検出部は、さらに、分岐進行方向検出部、を含み、
前記分岐進行方向検出部は、前記入力画像信号から前記線路の分岐部の進行方向を検出し、前記検出した結果を前記線路水平位置検出部、あるいは前記線路方向決定部に供給し、
前記線路水平位置検出部は、前記線路水平位置検出部が出力する線路水平位置を前記線路の分岐部の進行方向を検出した結果を用いて選択し、前記線路方向決定部は、前記線路方向決定部が出力する線路方向情報を前記線路の分岐部の進行方向を検出した結果を用いて補正する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
撮像部、垂直方向切り出し部、線路方向検出部、水平方向切り出し部、画像出力部、を有し、
前記撮像部は、
線路を走行する車両の前方向を撮影し、線路周辺を示す画像を入力画像信号として出力するイメージセンサを含み、
前記垂直方向切り出し部は、
前記車両の速度を示す速度情報に基づき前記撮像部にて撮影した入力画像信号から垂直方向の切り出し位置を算出し、前記切り出し位置にて前記入力画像信号を切り出して、前記水平方向切り出し部及び前記線路方向検出部に出力し、
前記線路方向検出部は、
前記撮像部のイメージセンサの入力画像信号を受信し、前記入力画像信号から水平方向の一部の映像ラインを用いて前記線路の線路方向を検出し、前記線路方向を示す線路方向情報を出力し、
前記水平方向切り出し部は、
前記撮像部のイメージセンサからの入力画像信号及び前記線路方向検出部からの線路方向情報を受信し、前記入力画像信号の中から、前記線路方向情報が示す方向の画像を切り出して、前記画像出力部に出力し、
前記画像出力部は、
前記入力画像信号の水平方向の一部の映像ラインに基づく切り出し画像を受信し、前記切り出し画像を所定の画像処理を施して出力画像信号として出力し、
前記出力画像信号に基づく画像から、前記線路方向情報が示す水平方向の画像であって、前記車両の進行方向における線路の向きに追従した線路周辺を検知できるようにする
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載された撮像装置において、
前記撮像装置は、さらに、速度情報算出部、を含み、
前記速度情報算出部は、前記撮像部からの入力画像信号を受信し、前記入力画像信号から前記速度情報を生成して前記垂直方向切り出し部１７に供給し、前記速度情報が大きく、車両の速度が速い場合には、前記入力画像信号の中央部から上方を指定し、前記速度情報が小さく、前記車両の速度が遅い場合には、前記入力画像信号の中央部から下方を指定する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
車両が走行する線路の前方向を撮影し、前記線路を含む線路周辺を示す画像を出力する撮像装置において、
前記車両が走行する線路の前方向を撮影する撮像部の入力画像信号から、前記入力画像信号における水平方向の映像ラインの一部を用いて前記車両の進行方向における線路の線路方向を示す線路方向情報を検出し、
前記線路方向情報を用いて撮像部の入力画像信号の水平方向の切り出し位置を求め、前記切り出し位置に基づいて前記入力画像信号を切り出し、
前記線路方向情報が示す水平方向の画像であって、前記車両の進行方向における線路の向きに追従した線路周辺領域を切り出した画像を出力する
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、鉄道監視システムに関する。
更に詳しくは、移動体、例えば、鉄道車両に搭載され、当該鉄道車両が走行する方向の線路前方周辺を撮影する撮像装置及び当該撮像装置を利用して鉄道車両の走行路である線路周辺を監視する鉄道監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２０１５−５０６５１号公報（特許文献１）がある。
該公報には、「撮像方向の変化率に合わせて雲台の移動速度を変更すること」を目的とし、当該目的を達成するために、「鉄道車両の前方の画像を撮像する広角型カメラと望遠型カメラとを有し、前記広角型カメラの画像情報に従って、前記望遠型カメラの撮像方向を設定する鉄道用前方監視カメラ装置において、前記広角型カメラの画像情報上で、鉄道の２本のレールが重なり合って見えるかまたは途切れるレール消失点を前記広角型カメラの画像情報から検出し、検出した前記レール消失点の方向を前記望遠型カメラの撮像方向に決定して前記望遠型カメラを決定した撮像方向に移動させる制御手段を有し、前記制御手段は、現在の撮像方向から新たな撮像方向に前記望遠型カメラを移動させるときに、現在の撮像方向から新たな撮像方向への移動距離の視野制御を行う時間間隔Δｔで除算した移動速度で前記望遠型カメラを移動させる制御を実行する、ことを特徴とする鉄道用前方監視カメラ装置」が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−５０６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
撮像装置の用途の一つとして、例えば、鉄道車両の前頭部に撮像装置を搭載し、鉄道車両の前方に位置する信号機の鉄道信号や標識の識別、障害物検知等がある。
制動距離の長い鉄道車両において、車両から、遠方の線路周辺の被写体を撮影するためには、望遠レンズを含む望遠型カメラの利用が望ましい。しかし、望遠レンズでは画角が狭いためにカーブでは、特に遠方でカーブしている被写体の線路が画面から外れ、その結果として線路周辺障害対象（人や物）などの検知を見逃してしまう重要な課題があった。
【０００５】
係る課題に対して、特許文献１では、監視カメラ装置（撮像装置）による撮像方向の変化の速度に合せて望遠型カメラを載せた雲台の移動速度を変更し、当該望遠型カメラの撮影方向を移動させて車両の進行方向における線路の向き（線路方向）に追従させる機械的な駆動機構を用いている。しかし、斯様に雲台を制御する機械的な駆動機構を利用して望遠型カメラの撮影方向を線路方向に追従させ装置にあっては、車両搭載機器として要求される耐久性において課題があり、さらに改善の余地がある。
【０００６】
そこで、本発明は、係る点に鑑み、車両搭載機器として要求される耐久性に優れ、雲台を制御する機械的な駆動機構を使用することなく、メカレスで線路上を走行する車両の進行方向における線路方向に追従した画像を得ることができる撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を解決するために、代表的な本発明の撮像装置の一つは、撮像部で撮影した画像の映像ラインの一部を用いて、車両の進行方向における線路方向を検出し、当該線路方向に対応する画像を撮像部で撮影した画像から切り出して出力するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、車両搭載機器として要求される耐久性に優れた撮像装置を提供することができる。
【０００９】
例えば、雲台を含む機械的な駆動機構を持たない撮像装置によって、車両の進行方向における線路方向に追従した画像（線路周辺領域画像）を得ることができる撮像装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１を示し、本発明に係る撮像装置の構成例を示すブロック図。
【図２（ａ）】図１に示す撮像装置の動作を説明するものであって、線路周辺の撮影画像の様子（水平方向切り出し前）を示す模式図。
【図２（ｂ）】図１に示す撮像装置の動作を説明するものであって、線路周辺の撮影画像の様子（水平方向切り出し後）を示す模式図。
【図３】図１に示す撮像装置の応用例１を示すブロック図。
【図４】図１に示す撮像装置の応用例２を示すブロック図。
【図５】図１、図３、図４に示す撮像装置における撮像部の一構成例を示すブロック図。
【図６】図１、図３、図４に示す撮像装置における撮像部の他の構成例を示すブロック図。
【図７】図１、図３、図４に示す撮像装置における線路方向検出部の一構成例（第１の内部構成例）を示すブロック図。
【図８】図１、図３、図４に示す撮像装置における線路方向検出部の動作を説明するための模式図。
【図９】図１、図３、図４に示す撮像装置における線路水平位置検出部の動作を説明するための模式図。
【図１０】図１、図３、図４に示す撮像装置における線路方向検出部の他の構成例（第２の内部構成例）を示すブロック図。
【図１１】図１、図３、図４に示す撮像装置における線路方向検出部の他の構成例（第３のの内部構成例）を説明するブロック図。
【図１２】図１、図３、図４に示す撮像装置における水平方向切り出し部において、線路方向と水平方向切り出し位置の関係の一例を説明するための模式図。
【図１３】本発明の実施例２を示し、本発明に係る撮像装置の構成例を示すブロック図。
【図１４（ａ）】図１３に示す撮像装置の動作を説明するものであって、線路周辺の撮影画像の様子（車両の速度が大きい場合）を示す模式図。
【図１４（ｂ）】図１３に示す撮像装置の動作を説明するものであって、線路周辺の撮影画像の様子（車両の速度が小さい場合）を示す模式図。
【図１５】図１３に示す撮像装置に速度情報算出部を加えた撮像装置の応用例を示すブロック図。
【図１６】本発明の実施例３を示し、図１、図３、図４、図１３、図１５の何れか１つの撮像装置と他の装置とをもって前方監視システムを構築した例を示すブロック図。
【図１７（ａ）】図１６に示す前方監視システムにおける撮像装置の切り出し補正の動作を説明するための模式図（補正前）。
【図１７（ｂ）】図１６に示す前方監視システムにおける撮像装置の切り出し補正の動作を説明するための模式図（補正後）。
【図１８】図１に示す撮像装置の内部処理を説明するフローチャート。
【図１９】図１に示す本発明の撮像装置における線路方向検出ステップの内部処理を説明するためのフローチャート。
【図２０（ａ）】図１に示す本発明の撮像装置にて昼間に撮影したときにおける、線路の見え方を説明するための模式図。
【図２０（ｂ）】図１に示す本発明の撮像装置にて夜間に撮影したときにおける、線路の見え方の説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下の実施形態では、鉄道車両が走行する線路の前方周辺（車両進行方向周辺）を監視する鉄道監視システムに適用して好適な撮像部（イメージセンサを含む監視カメラ）を含む撮像装置を例に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１を示し、本発明に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。図２乃至図１２及び図１８乃至図２０は、撮像装置１を構成する各部の内部動作を説明する図である。
【００１３】
まず、撮像装置１の構成について説明する。
撮像装置１は、撮像部１２、線路方向検出部１３、水平方向切り出し部１４、画像出力部１５から構成されていて、カメラ装置を構成している。
【００１４】
撮像装置１は、線路方向検出部１３にて、撮像部１２の入力画像信号（入力画像）から一部の映像ラインを抽出し、当該映像ラインを用いて車両が走行する進行方向における線路の向き（直線、右カーブ、左カーブ）を示す線路方向を検出し、当該線路方向を示す線路方向情報を出力する。
【００１５】
また、撮像装置１は、水平方向切り出し部１４にて、撮像部１２の入力画像信号（入力画像）及び線路方向検出部１３の線路方向情報を受信し、当該線路方向情報を用いて、撮像部１２からの入力画像信号（入力画像）の水平方向切り出し位置を算出し、当該算出した切り出し位置にて、当該入力画像信号の切り出しを行う。
そして、画像出力部１５にて、切り出し画像のスケーリング等を行い、ＨＤＭＩ（High-Definition  Multimedia  Interface：高精細度マルチメディアインターフェースの略で、映像・音声をデジタル信号で伝送する通信インターフェースの標準規格）やイーサーネット等の出力インターフェースに合わせて出力画像信号（出力画像）を生成し、これを出力する。
【００１６】
次に、撮像装置１を構成する撮像部１２、線路方向検出部１３、水平方向切り出し部１４、画像出力部１５、各部の概略動作について説明する。
【００１７】
撮像部１２は、車両の前方にある線路（図２のＦ２３参照）を含む線路周辺を撮影し、当該線路及び線路周辺を含む入力画像信号を生成する。
撮像部１２の撮像素子（イメージセンサ）として、例えば、高画素センサ（イメージセンサ）を用いて横長の画面形状で撮影することで、遠方の線路を鮮明に、かつ、左右にカーブする線路を画角内（広角）に収めて撮影することが可能となる。撮像部１２にて生成された入力画像信号は、線路方向検出部１３と水平方向切り出し部１４に入力される。
撮像部１２の詳細構成例及び動作は後述する。
【００１８】
線路方向検出部１３は、撮像部１２の入力画像信号から、例えば、数本の映像ラインを抽出し、当該映像ラインを用いて車両が走行する進行方向における線路の向き、つまり、線路が直線、右カーブ、左カーブの何れかであるかを示す線路方向を検出し、線路方向情報を出力する。
線路方向検出部１３は、撮像部１２で撮影した画像（入力画像信号）について、例えば、線路の方向を低負荷なアルゴリズムで検出する。
線路方向検出部１３にて出力された線路方向情報は、水平方向切り出し部１４に入力される。
線路方向検出部１３の詳細構成例及び動作は後述する。
【００１９】
水平方向切り出し部１４は、撮像部１２の入力画像信号と共に線路方向検出部１３の線路方向情報を入力し、当該入力画像信号の水平方向の切り出し位置を求め、当該切り出し位置にて、当該線路方向情報の示す方向の画像を切り出し、水平方向切り出し画像信号を出力する。
水平方向切り出し部１４にて出力された水平方向切り出し画像信号は、画像出力部１５に入力される。
【００２０】
そして、水平方向切り出し画像信号は、画像出力部１５において出力画像信号に変換され、撮像装置１の外部に出力画像信号として出力される。
【００２１】
上述した撮像装置１における線路方向検出部１３、水平方向切り出し部１４は、例えば、別々の計算機（演算装置）で構成してもよく、両者を１つの計算機で構成してもよい。そして、計算機（演算装置／制御装置）は、撮像部１２からの入力画像信号を受けて線路方向検出部１３及び水平方向切り出し部１４の動作制御を司り、内部に格納されたプログラムに従って線路方向検出部１３及び水平方向切り出し部１４の動作を制御する機能を有する。
【００２２】
上述した構成を用いることで、車両の進行方向に対する線路の撮影方向の追従制御をメカレスに行い、これにより耐久性の高い装置を実現し、かつ、演算性能に対する要求を抑制し、撮像装置の内部に搭載可能な計算機で処理を実現することが可能となる。
【００２３】
さらには、本実施例の後段に他の処理装置（図１６参照）、例えば、後述するが、線路形状検出装置、障害物検知装置、などが続く場合、当該他の処理装置は所望の範囲のみが切り出された画像を入力して処理を行うため、不必要な処理を削減し、処理負荷の低減やフレームレートの向上が可能となる。
また、本実施例と前記他の処理装置の間の伝送負荷も低減させることが可能となる。
【００２４】
撮像部１２及び線路方向検出部１３の構成例及び動作については図５〜図７にて後述する。その前に撮像装置１の動作を図２に示す模式図を参照して説明する。
【００２５】
図２（ａ）は、図１に示す撮像装置１の動作を説明するものであって、線路周辺の撮影画像の様子（入力画像信号が示す画像を水平方向に切り出す前画像）を示す模式図、図２（ｂ）は、図１に示す撮像装置の動作を説明するものであって、線路周辺の撮影画像の様子（入力画像信号が示す画像を水平方向に切り出し後の画像）を示す模式図である。
【００２６】
同図において、Ｆ２１は水平方向切り出し前の画像を示し、Ｆ２２はヒト（検知対象物の一例）を示し、Ｆ２３は線路を示し、Ｆ２４は線路Ｆ２３の下に敷かれた砕石や砂利などのバラスト（Ballast）を示し、Ｆ２５は枕木を示し、Ｆ２６は水平方向切り出し位置を示し、Ｆ２７は水平方向切り出し後の画像を示す。
【００２７】
図２（ａ）に示す例では、線路Ｆ２３の付近にヒトＦ２２が立っており、撮像装置１の出力画像信号に基づく出力画像からヒトＦ２２を検知できるように撮影方向（切り出し）の制御を行うことを目的とする。
【００２８】
線路方向検出部１３は、撮像部１２に高画素センサを用いて横長の画面形状で撮影された水平方向切り出し前の画像Ｆ２１から、線路Ｆ２３を検出し、線路方向情報（図２（ａ）では左奥へカーブしていることを示す情報）を出力する。
【００２９】
水平方向切り出し部１４は、線路方向検出部１３から出力された線路方向情報を用い、線路Ｆ２３の進行方向が含まれるように水平方向切り出し位置Ｆ２６を指定し、切り出しを行う。
これにより、図２（ｂ）に示すような水平方向切り出し後の画像Ｆ２７を出力することができる。
【００３０】
水平方向切り出し後の画像Ｆ２７は、画像出力部１５によって撮像装置１の外部に出力される。
【００３１】
これらの構成を用いることで、水平方向切り出し後の画像Ｆ２７には、進行方向の線路Ｆ２３を含む線路周辺が常時写るため、ヒトＦ２２をはじめとして線路付近の様々な対象物を検知することが可能となる。
従って、係る画像Ｆ２７を、例えば、車両の運転台に設置した警告表示装置などに表示することにより、危険性をより適確に把握することができる。
【００３２】
図３は、図１に示す撮像装置１の応用例１を示すブロック図であって、線路方向検出部１３にて生成される撮像部制御信号により、撮像部１２の露光制御を行う構成を示す図である。
【００３３】
線路方向検出部１３は、線路方向の検出結果、つまり、撮像部１２の露光を制御する情報を含む撮像部制御信号を撮像部１２にフィードバックし、当該撮像部制御信号を用いて撮像部１２の露光を制御する。
【００３４】
例えば、線路方向検出部１３は、出力する線路方向情報を用いて露光制御のための検波枠を決定し、前記検波枠の情報を、前記撮像部制御信号として撮像部１２に入力する。すると、撮像部１２は前記検波枠の情報を用いて露光制御を行う。撮像部制御信号として、撮影時における周囲の明るさ（輝度）に応じてシャッター速度を変えて、撮像部１２の露光をダイナミックレンジ制御するようにしてもよい。
【００３５】
これにより、撮像装置１は、以降のフレームでは線路方向の検出に適した条件で撮像を行うとともに、後段にて鉄道信号や標識の識別、障害物検知等を行うにあたって車両進行方向の遠方を視認しやすい画像を出力することが可能となる。
【００３６】
図４は、図１に示す撮像装置１の応用例２を示すブロック図であって、撮像部１２、線路方向検出部１３、水平方向切り出し部１４、画像出力部１５、の各部を制御する外部入力制御部１６を加えた構成を示す図である。
【００３７】
外部入力制御部１６は、撮像装置１の外部から外部入力信号（含撮像条件や画像の出力条件を設定する情報、水平方向切り出し位置を補正する補正情報）を入力し、撮像部１２、線路方向検出部１３、水平方向切り出し部１４、画像出力部１５の各部へ所望の情報を伝達する。ここで、外部とは、例えば、図１６に示す「線路形状検出装置２」である。これはシステム管理者や運転者などがキーボードなどを介して露光を制御するための情報を手入力してもよい。
【００３８】
このような構成を用いることで、撮像装置１における撮像条件や画像の出力条件等の設定のみならず、例えば本実施例の後段に続く他の処理装置と連携して動作し、水平方向切り出し位置を補正するようなシステムを構築することが可能となる。
【００３９】
特に、水平方向切り出し位置を補正するためには、線路方向検出部１３において線路の方向を決定する線路方向決定部（図７の１３３参照）、または、水平方向切り出し部１４に補正信号を入力すればよい。
前述した水平方向切り出し位置を補正するようなシステムの構築例は、実施例３（図１６）にて後述する。
【００４０】
次いで、図１、図３、図４に示す、本発明の実施例１における撮像装置１について、各々の構成要素及びその詳細な動作を説明する。
【００４１】
先ず、鉄道の車両（図示せず）の前方を、左右にカーブする線路Ｆ２３（図２参照）が画角内に含まれるように撮影し、当該撮影した画像から入力画像信号を生成するための撮像部１２の構成例及び動作について説明する。
【００４２】
図５は、撮像装置１における撮像部１２の一構成例を示すブロック図である。
【００４３】
撮像部１２は、レンズ１２１、イメージセンサ（ＣＣＤなどの高画素センサ）１２２、センサ駆動制御部１２３、映像信号処理部１２４から構成されている。
【００４４】
レンズ１２１を通して撮像部１２に入力された光は、イメージセンサ１２２によって電気信号に変換され、出力される。
【００４５】
センサ駆動制御部１２３は、イメージセンサ１２２から出力される電気信号を入力し、当該電気信号が所望の露光条件となるようにイメージセンサ１２２の電子シャッター等を制御する。
【００４６】
映像信号処理部１２４は、イメージセンサ１２２から出力される電気信号を入力し、ＡＤ変換や、線路方向の検出性能を向上させるための高視認化等の処理を行った後に、入力画像信号を生成し、撮像部１２の外部に出力する。高視認化等の処理は、周知技術を利用する。
【００４７】
イメージセンサ１２２として、例えば、横長の形状の高画素センサを用いることで、図２（ａ）に示すように、遠方の線路を鮮明に、かつ、左右にカーブする線路を画角内に収めて撮影することが可能となる。
この場合、高画素センサとしては、もとより横長の形状のセンサを使用してもよい。使用するセンサが横長でない形状であれば、所定のライン数の映像ライン分の信号のみをセンサから読み出す方式とすることで、センサの全画素分の信号を読み出す場合と比較してフレームレートを向上させることが可能となる。
【００４８】
図６は、撮像装置における撮像部１２の他の構成例を示すブロック図であり、線路方向検出部１３又は外部から入力される撮像部制御信号によりセンサ駆動制御部１２３と映像信号処理部１２４を制御する内部構成を説明する図である。
【００４９】
撮像部制御信号によりセンサ駆動制御部１２３や映像信号処理部１２４を制御することで、撮像部１２からの入力画像信号を所望の信号値に変更することが可能となる。
【００５０】
例えば、撮像部制御信号が検波枠の情報を含む場合、センサ駆動制御部１２３は検波枠の情報用いて露光制御を行い、所望の露光条件の前記入力画像信号を生成することが可能となる。
【００５１】
撮像部１２に撮像部制御信号を入力するのは、図３に示すように線路方向検出部１３であってもよいし、図４に示すように外部入力制御部１６であってもよい。特に、線路方向検出部１３が撮像部制御信号を入力することで、前記入力画像信号を、線路方向の検出や遠方の線路周辺の視認に適した信号値に変更することが可能となる。
【００５２】
図６に示す例では、撮像部制御信号はセンサ駆動制御部１２３や映像信号処理部１２４を制御する信号であるが、撮像部１２の露光制御装置として絞り機構を搭載する場合には、当該撮像部制御信号により絞り機構を直接制御する構成としてもよい。
しかし、絞り機構は、一般に機械的な駆動機構を有するため、耐久性の高い装置を実現するためには、絞り機構に代えて電子式の可変ＮＤフィルター等を用い、絞り機構と同等の機能を実現するのが望ましい。
【００５３】
以上のような構成をとることにより、図１、図３、図４に示す撮像装置１において、鉄道の車両の前方を、左右にカーブする線路が画角内に含まれるように撮影し、入力画像信号を生成する撮像装置を実現することが可能である。
続いて、図１、図３、図４に示す撮像装置１に含まれる線路方向検出部１３の構成及びその動作について説明する。
線路方向検出部１３は、撮像部１２が生成した入力画像信号について、水平方向の一部の映像ラインを用い、線路の方向を低負荷なアルゴリズムで検出するものである。
【００５４】
図７は、撮像装置１における線路方向検出部１３の一構成例（第１の内部構成例）を示すブロック図である。
【００５５】
線路方向検出部１３は、映像ライン抽出部１３１、線路水平位置検出部１３２、線路方向決定部１３３から構成されている。
線路方向検出部１３に入力された入力画像信号は、映像ライン抽出部１３１に入力される。
【００５６】
映像ライン抽出部１３１は、前記入力画像信号から、線路Ｆ２３（図２参照）の方向の検出に使用する映像ラインを抽出し、これを出力する。
線路Ｆ２３は、例えば自動車道における白線や破線とは異なり、進行方向に連続であり、途切れることはない。
従って、全ての映像ラインを使用することなく、映像ラインの一部を間引いて使用しても線路の方向の検出は可能である。
【００５７】
このような方法を用いることで処理データ量を削減し、撮像装置１の各部を制御する計算機（演算装置）にとって低負荷なアルゴリズムとすることが可能となる。
【００５８】
さらに、図２（ａ）に示すように、線路Ｆ２３が左右にカーブするような場合においても、入力画像信号の下方、すなわち車両近傍側には必ず線路Ｆ２３が写る性質を利用し、映像ライン抽出部１３１において抽出する一部の映像ラインは、入力画像信号の下端から数ライン分（図８のＦ８１，Ｆ８２，Ｆ８３参照）とすることで、線路Ｆ２３が確実に写っている映像ラインのみを対象として処理を行うことが可能となる。また、処理データ量をさらに削減することが可能となる。
映像ライン抽出部１３１において一部の映像ラインを抽出する詳細は、図８にて後述する。
【００５９】
映像ライン抽出部１３１が出力した一部の映像ラインは、線路水平位置検出部１３２に入力され、当該一部の映像ラインの各々について、線路Ｆ２３と交差する水平位置を検出し、当該水平位置を示す情報を出力する。
【００６０】
水平位置の検出方法としては、例えば、線路Ｆ２３のエッジを検出する方法がある、さらに、前記線路水平位置検出部１３２において、線路水平位置を検出するにあたり、線路Ｆ２３の軌間の値が既知である性質を利用し、ある映像ラインにおいて、所定の軌間の値を空けた二カ所に同時に強いエッジ成分を検出した場合のみ前記線路水平位置を検出したと見なす。
線路水平位置を検出する詳細は、図９にて後述する
【００６１】
これにより、線路以外に強いエッジ成分を有する外乱要因による誤検出を大幅に抑制することが可能となる。
例えば、線路の内側に脱線防止ガードがある場合、前記脱線防止ガードは線路と同様の材質であり、かつ、進行方向に連続して延びるため、線路と誤検出しやすい。
【００６２】
そこで、軌間の値（線路間の幅）を用い、強いエッジ成分を有する箇所を絞りこむことで、線路のみを検出することが可能となる。
軌間の値は、本実施例を使用する地域や線区によって異なる場合があるが、車両への搭載時に所定の値を設定しておくことで、あらゆる地域や線区における線路に対処することが可能となる。
【００６３】
最後に、線路水平位置検出部１３２が出力した前記水平位置を示す情報は、線路方向決定部１３３に入力される。
すると、線路方向決定部１３３は、各映像ライン上の前記水平位置（水平位置を示す情報）に基づき、線路方向を決定し、線路方向情報を線路方向検出部１３の外部に出力する。
【００６４】
線路Ｆ２３はカーブにおいても曲率半径が大きいため、数ライン分の映像ライン上の水平位置に基づいて進行方向を決定することが可能である。
例えば、下方（車両近傍側）の映像ラインの左寄りに線路の水平位置があり、中央部（遠方）に向けて水平位置がさらに左に移動する場合、線路は左にカーブしていると判断することが可能である。
【００６５】
ここで、図２０を参照して、撮像装置１により撮影した線路の見え方について説明する。
図２０（ａ）は、昼間において、線路の見え方の説明するための模式図、図２０（ｂ）は、夜間において、線路の見え方の説明するための模式図である。
【００６６】
Ｆ２０１は線路（昼間）、Ｆ２０２はバラスト（昼間）、Ｆ２０３は線路（夜間）、Ｆ２０４はバラスト（夜間）を示す。
【００６７】
昼間においては、図２０（ａ）に示すように、線路Ｆ２０１に反射した空が撮像装置１に写りこむため、線路Ｆ２０１は白く輝くように見え、周辺のバラストＦ２０２等との間に輝度差が生じる。
【００６８】
反対に、夜間においては、図２０（ｂ）に示すように、車両は前照灯を照射しており、周辺のバラストＦ２０４等では前記前照灯が乱反射して撮像装置に写りこむため明るく見えるが、線路Ｆ２０３そのものでは反射した前照灯の光は撮像装置１に写りこまないため暗く見え、昼間と同様に線路Ｆ２０３とバラストＦ２０４等の間に輝度差が生じる。
【００６９】
この性質を利用し、線路の水平位置を検出するにあたり、線路とバラスト等との間の輝度差、すなわち線路のエッジを検出する方法が有効であり、このような方法を用いることで、昼夜の日照条件の違いに関わらず、前記水平位置を検出することが可能となる。
【００７０】
図８は、撮像装置１における線路方向検出部１３を構成する各部１３１、１３２、１３３のより詳細の動作を説明するための模式図である。
【００７１】
Ｆ２３は線路、Ｆ２４はバラスト、Ｆ２５は枕木、Ｆ８１は水平位置の検出に使用する第１の映像ライン、Ｆ８２は水平位置の検出に使用する第２の映像ライン、Ｆ８３は水平位置の検出に使用する第３の映像ライン、Ｆ８４は水平位置の検出に使用する第１の映像ラインにおける線路の水平位置（左）、Ｆ８５は水平位置の検出に使用する第１の映像ラインにおける線路の水平位置（右）、Ｆ８６は水平位置の検出に使用する第１の映像ラインにおける線路の水平位置（左）、Ｆ８７は水平位置の検出に使用する第２の映像ラインにおける線路の水平位置（右）、Ｆ８８は水平位置の検出に使用する第３の映像ラインにおける線路の水平位置（左）、Ｆ８９は水平位置の検出に使用する第３の映像ラインにおける線路の水平位置（右）を示す。
【００７２】
図８に示す例では、映像ライン抽出部１３１にて、入力画像信号から検出に使用する映像ラインＦ８１乃至Ｆ８３を抽出する。
【００７３】
線路水平位置検出部１３２にて、線路水平位置を検出に使用する第１、第２、第３の映像ラインＦ８１乃至Ｆ８３を入力し、
第１の映像ラインＦ８１からは線路水平位置の検出に使用する第１の映像ラインにおける線路の水平位置Ｆ８４乃至Ｆ８５を検出し、
第２の映像ラインＦ８２からは線路水平位置の検出に使用する第２の映像ラインにおける線路の水平位置Ｆ８６乃至Ｆ８７を検出し、
第３の映像ラインＦ８３からは線路水平位置の検出に使用する第３の映像ラインにおける線路の水平位置Ｆ８８乃至Ｆ８９を検出し、
これらの検出した水平位置を示す情報を出力する。
【００７４】
線路方向決定部１３３は、検出に使用する映像ラインにおける線路の水平位置Ｆ８４乃至Ｆ８９を入力し、下方（車両近傍側）の映像ラインの左寄りに線路の水平位置があり、中央部（遠方）に向けて水平位置がさらに左に移動するため、線路は左にカーブしていると判断し、左にカーブしていることを示す線路方向情報を出力する。
【００７５】
図８に示す例では、線路方向情報を出力するために三本の映像ラインＦ８１−Ｆ８３を使用しているが、本数はこれに限定されるものではなく、二本以上の映像ラインを使用すれば線路Ｆ２３の方向を決定することは可能である。
【００７６】
図９は、撮像装置１における線路水平位置検出部１３２の動作を説明するための模式図である。
【００７７】
Ｆ９１はエッジ強度分布、Ｆ９２は検出閾値、Ｆ９３は軌間の値、Ｆ９４は第一の強エッジ点（左側の線路）、Ｆ９５は第二の強エッジ点（脱線防止ガード）、Ｆ９６は第三の強エッジ点（右側の線路）を示す。
【００７８】
図９に示す例では、線路水平位置検出部１３２は、ある映像ラインにおいて、水平位置に対するエッジ強度分布Ｆ９１を算出する。
例えば、所定の検出閾値Ｆ９２を超える点を線路の候補点とする場合、第１の強エッジ点Ｆ９４乃至第３の強エッジ点Ｆ９６が線路の候補点に挙げられる。
【００７９】
ここで、軌間の値Ｆ９３を空けた二カ所に同時に存在する強エッジ点のみを線路Ｆ２３の候補点とすることで、第２の強エッジ点Ｆ９５は線路Ｆ２３の候補点から外れ、第１の強エッジ点Ｆ９４と第３の強エッジ点Ｆ９６を線路Ｆ２３の水平位置として検出することが可能となる。
【００８０】
図１０は、撮像装置１における線路方向検出部１３の他の構成例（内部構成例）を示すブロックする図であって、撮像装置１に撮像部制御信号生成部１３４を加えた例である。
【００８１】
線路水平位置検出部１３２は、前述したように、映像ライン抽出部１３１が抽出した映像ラインにおいて、線路の水平位置を検出するが、撮像条件によっては線路の水平位置を正しく検出できない場合がある。本例は、係る課題を是正するものである。
【００８２】
そのために、本実施例では、線路方向決定部１３３を設け、当該線路方向決定部１３３が出力する線路方向情報を撮像部制御信号生成部１３４に入力する。
【００８３】
撮像部制御信号生成部１３４は、例えば、前記線路方向情報を用いて露光制御のための検波枠を決定し、当該検波枠の情報を用いて、図６に示すように、撮像部１２においてセンサ駆動制御部１２３や映像信号処理部１２４を制御するための撮像部制御信号を生成し、これを出力する。
【００８４】
このような構成を用いることで、線路方向の検出結果を撮像部１２にフィードバックし、以降のフレームでは線路方向の検出に適した条件で撮像を行うとともに、鉄道信号や標識の識別、障害物検知等を行うにあたって進行方向の遠方を視認しやすい画像を出力することが可能となる。
【００８５】
図１１は、撮像装置における線路方向検出部１３の更に他の構成例（第３のの内部構成例）を説明するブロック図であって、撮像装置１に分岐進行方向検出部１３５を加えた例である。
【００８６】
車両の前方の線路Ｆ２３に分岐部が存在する場合、線路水平位置検出部１３２の出力は一意に定まらず、複数の線路が検出され得る。この場合、線路方向決定部１３３は、車両がどの線路に進むのかを判断することができない。本例は、係る課題を是正するものである。
【００８７】
そのために、本実施例では、分岐進行方向検出部１３５を設け、当該分岐進行方向検出部１３５は、所定のアルゴリズムを使用し、入力画像信号から分岐部の進行方向を検出し、当該検出結果を線路水平位置検出部１３２、あるいは、線路方向決定部１３３に伝達する。
前記検出結果を用いることにより、線路水平位置検出部１３２は、出力する線路水平位置の選択を行うことが可能となり、また、線路方向決定部１３３は、出力する線路方向情報を補正したりすることが可能となる。
【００８８】
図１１に示す例では、線路の分岐部の進行方向を検出する分岐進行方向検出部（手段）１３５を撮像装置１の内部に搭載しているが、撮像装置１の外部に線路の分岐部の進行方向を検出する手段を設け、図４に示す外部入力信号を介し、図１１に示す例と同等の機能を実現してもよい。
【００８９】
以上のような構成をとることにより、撮像部１２が生成した入力画像信号について、水平方向の一部の映像ラインを用い、線路の方向を低負荷なアルゴリズムで検出する撮像装置を実現することが可能である。
【００９０】
続いて、撮像装置１における水平方向切り出し部１４の動作について説明する。
水平方向切り出し部１４は、撮像部１２が生成した入力画像信号について、線路方向検出部１３が出力した線路方向情報を示す方向の画像を切り出すためのものである。
線路周辺の画像の切り出しは、撮像部１２、例えば、高画素センサで広角に撮影した画像（入力画像信号）から、映像ラインの一部を使用して低演算量で進行方向を検出して行う。
この画像の切り出しに際しては、車両の手前部分の方向から車両の進行方向を予測し、線路を含む画像領域を抽出する。その切り出しイメージについて図１２を参照して説明する。方向検出は、車両の進行方向の高い相関性を利用し、少ないデータ量から方向を決定する。
【００９１】
図１２は、撮像装置１における水平方向切り出し部１４において、線路方向と水平方向切り出し位置の関係の一例を説明するための模式図である。
【００９２】
Ｆ１２１は、水平方向切り出し位置の左端、Ｆ１２２は水平方向切り出し位置の右端を示す。
そして、Ｆ１２３は、Ｆ１２１とＦ１２２とで切り出した左カーブ時の切り出し画像を示し、Ｆ１２４は、Ｆ１２１とＦ１２２とで切り出した直線時の切り出し画像を示し、Ｆ１２５は、Ｆ１２１とＦ１２２とで切り出した右カーブ時の切り出し画像を示す。
つまり、Ｆ１２３は入力画像の下端部における線路の水平位置（左カーブ時）を示し、Ｐ１は、その時の左カーブ切り出し画像を示す。
Ｆ１２４は入力画像の下端部における線路の水平位置（直線時）を示し、Ｐ２は、その時の直線切り出し画像を示す。
Ｆ１２５は入力画像の下端部における線路の水平位置（右カーブ時）を示し、Ｐ３は、その時の右カーブ切り出し画像を示す。
【００９３】
例えば、線路方向検出部１３において線路が左カーブであると検出された場合、遠方の線路を画角内に収めるために、入力画像の下端部における線路の水平位置Ｆ１２３よりもさらに左寄りに水平方向切り出し位置を設定する。
線路が右カーブである場合は、入力画像の下端部における線路の水平位置Ｆ１２５よりもさらに右寄りに水平方向切り出し位置を設定する。
線路が直線の場合は、入力画像の下端部における線路の水平位置Ｆ１２４が中央となるように水平方向切り出し位置を設定する。
【００９４】
以上のように、水平方向切り出し位置の左端Ｆ１２１と水平方向切り出し位置の右端Ｆ１２２を図１２に示すような関係に基づいて決定することで、左右にカーブする線路の進行方向に追従するように水平方向切り出しを行い、水平方向切り出し画像の画角内に遠方の線路を収めることが可能となる。
【００９５】
線路Ｆ２３の形状と、入力画像における線路方向の関係は、本実施例を搭載する位置に依存する。
例えば、車両の前頭部の中央部に本実施例を搭載する場合、直線の線路は図１２に示すように、入力画像において遠方に向け垂直に延びるように見えるが、前頭部の右寄りに本実施例を搭載する場合は、入力画像において右奥方向に延びるように見える。このため、入力画像の下端部における線路の水平位置Ｆ１２４より右寄りに水平切り出し位置を設定するのが望ましい。
従って、図１２に示す水平方向切り出し位置の左端Ｆ１２１と水平方向切り出し位置の右端Ｆ１２２は、本実施例の搭載位置に合わせて調整することで、遠方の線路を画角内に収めることが可能となる。
具体的には、搭載位置が右寄りの場合は、水平方向切り出し位置の左端Ｆ１２１と水平方向切り出し位置の右端Ｆ１２２を右に移動させ、搭載位置が左寄りの場合は、水平方向切り出し位置の左端Ｆ１２１と水平方向切り出し位置の右端Ｆ１２２を左に移動させる。
【００９６】
以上のような構成をとることにより、撮像部１２が生成した入力画像信号について、線路方向検出部１３が出力した線路方向情報の示す方向の画像を切り出す撮像装置を実現することが可能である。
【００９７】
次に、図１８、図１９を参照して、図１に示す撮像装置１の内部処理を説明する。
図１８は、撮像装置１の内部処理を説明するフローチャートである。図１８のフローチャートに基づく動作は以下のとおりである。
【００９８】
ステップＳ１８１：撮像装置１は、先ず、処理の初期化を行い、処理ループに入る。
【００９９】
ステップＳ１８２：処理ループに入ると、撮像装置１は、パラメータの更新を行う。例えば、図４に示すように、本実施例の外部入力信号を用いる場合は、ステップＳ１８２において、外部入力信号を確認し、パラメータの設定値を更新する。
【０１００】
ステップＳ１８３：撮像装置１は、次いで、撮像部１２にて、線路方向の画像を撮影し、当該撮影画像から１枚分の画像を取得し、入力画像データを生成する。
【０１０１】
ステップＳ１８４：撮像装置１は、線路方向検出部１３にて、前記入力画像データを用い、線路方向を検出し、線路方向情報を生成する。
【０１０２】
ステップ１８５：撮像装置１は、水平方向切り出し部１４にて、前記線路方向情報及び前記入力画像データを受信し、当該入力画像データから、当該線路方向情報を示す方向の画像データを切り出し、水平方向切り出し画像データとして生成、出力する。
【０１０３】
ステップＳ１８６：撮像装置１は、画像出力部１５にて、前記水平方向切り出し画像データを出力画像データに変換し、出力画像信号を出力する。
【０１０４】
図１９は、撮像装置１における線路方向検出ステップＳ１８４の内部処理のフローチャートである。図１９のフローチャートに基づく動作は以下のとおりである。
【０１０５】
ステップＳ１９１：先ず、撮像装置１は、線路方向検出部１３にて、図１８に示すステップＳ１８３が生成した入力画像データから、線路方向の検出に使用する映像ラインデータを抽出する。
【０１０６】
ステップＳ１９２：次いで、撮像装置１は、線路方向検出部１３にて、線路水平位置を検出に使用する映像ラインデータから、処理の対象ラインを設定する。
【０１０７】
ステップＳ１９３：撮像装置１は、水平方向切り出し部１４にて、前記処理の対象ラインにおいて、線路Ｆ２３の水平位置を検出し、当該水平位置を示す線路水平位置データを生成する。
【０１０８】
以上のステップＳ１９２、ステップＳ１９３を、全対象ラインの処理が終了するまで、繰り返し行う。
【０１０９】
ステップＳ１９４：撮像装置１は、前記処理の全対象ラインについて処理が完了したと判定されたのちに、当該全対象ラインにおける線路水平位置データを用い、線路Ｆ２３の方向を検出し、線路方向情報として生成する。
【０１１０】
以上のような処理フローをとることにより、本実施例の内部処理を連続的に行う撮像方法を実現可能である。
【０１１１】
以上説明した実施例によれば、鉄道の車両の前方にある線路を撮影し、線路の進行方向に対する撮影方向の追従制御を低負荷なアルゴリズムでメカレスに行う、耐久性の高い撮像装置を実現可能である。
【実施例２】
【０１１２】
図１３は、本発明の実施例２を示し、本発明に係る撮像装置１の構成例を示すブロック図、図１４（ａ）、（ｂ）は、図１３に示す撮像装置１の動作を説明する図である。
【０１１３】
本実施例における撮像装置１は、撮像部１２と線路方向検出部１３、水平方向切り出し部１４、との間に垂直方向切り出し部１７、を有する。
【０１１４】
図１の実施例１における撮像装置１と相違する構成及び動作を主について説明する。
【０１１５】
垂直方向切り出し部１７は、車両の速度情報を用いて垂直方向の切り出し位置を算出し、入力画像信号の切り出しを行う。車両の速度情報は、例えば、鉄道システムから供給する。
【０１１６】
先ず、撮像部１２は、鉄道の車両の前方にある線路を撮影し、入力画像信号を生成する。この入力画像信号は、垂直方向切り出し部１７に入力される。
【０１１７】
垂直方向切り出し部１７は、撮像装置１の外部から入力される車両の速度情報を用い、前記入力画像信号を垂直方向に切り出し、垂直方向切り出し画像信号を生成する。この垂直方向切り出し画像信号は、線路方向検出部１３と水平方向切り出し部１４に入力される。
【０１１８】
線路方向検出部１３は、入力された前記垂直方向切り出し画像信号から線路の方向を検出し、線路方向情報を出力する。
【０１１９】
水平方向切り出し部１４は、前記垂直方向切り出し画像信号と共に前記線路方向情報を入力し、前記垂直方向切り出し画像信号のうち前記線路方向情報の示す方向の画像を切り出し、水平方向切り出し画像信号を出力する。
そして前記水平方向切り出し画像信号は、画像出力部１５において出力画像信号に変換され、撮像装置１の外部に出力される。各々の構成要素の詳細な動作は後述する。
【０１２０】
本実施例のように、実施例１に記載の撮像装置１に加えて、車両の速度情報を用いることで、撮影方向を線路に沿う方向にメカレスに変更する機能を具備する。
例えば、線路上の障害物を検知し、自動でブレーキをかけることを目的とする場合、車両の速度が大きい場合は車両の制動距離が長いため、遠方の線路を監視する必要がある。しかし、車両の速度が小さい場合は車両の制動距離は短いため、車両から近い範囲を重点的に監視する方が望ましい。
従って、車両の速度が大きくなるほど遠方の線路を撮影するような構成とすることで、障害物検知を行う上で優先度の高い範囲を選択して撮影することが可能となる。その様子について図１４を参照して説明する。
【０１２１】
図１４（ａ）は、図１３に示す撮像装置の動作を説明するものであって、線路周辺の撮影画像の様子（車両の速度が大きく速い場合）を示す模式図、図１４（ｂ）は、図１３に示す撮像装置の動作を説明するものであって、線路周辺の撮影画像の様子（車両の速度が小さく遅い場合）を示す模式図である。
【０１２２】
Ｆ１４１は撮像部１２が生成する入力画像、Ｆ１４２は車両の速度が大きく速い場合における垂直方向切り出し画像、Ｆ１４３は遠方のヒト（検知対象物の一例）、Ｆ１４４は車両の速度が大きく速い場合における水平方向切り出し画像、Ｆ１４５は車両の速度が小さく遅い場合における垂直方向切り出し画像、Ｆ１４６は車両付近の障害物（検知対象物の一例）、Ｆ１４７は車両の速度が小さく遅い場合における水平方向切り出し画像である。
【０１２３】
図１４（ａ）に示すように、車両の速度が大きい場合（車両の速度が速い場合）は、遠方のヒトＦ１４３も検知対象となる。このため、垂直方向切り出し部１７は、入力画像Ｆ１４１の中央から上方を指定、所謂車両から遠い遠方部分の画像切り出しを指定し、垂直方向切り出し画像Ｆ１４２を出力する。
このように垂直方向切り出し画像を入力し、線路方向検出部１３や水平方向切り出し部１４が動作することで、遠方のヒトＦ１４３が含まれるように水平方向切り出し画像Ｆ１４４を出力することが可能となる。
【０１２４】
一方で、図１４（ｂ）に示すように、車両の速度が小さい場合（車両の速度が遅い場合）は、遠方の線路の監視は優先度が低い。このため、車両付近の障害物Ｆ１４６を見落とさないように、垂直方向切り出し部１７は、入力画像Ｆ１４１の中央から下方を指定、所謂車両に近い部分の画像切り出しを指定し、垂直方向切り出し画像Ｆ１４５を出力する。
また、線路のアップダウンに応じて画像の切り出し領域を変えてもよい。例えば、アップ（上り）の場合には、車両の速度が小さい場合と同様に入力画像の切り出し箇所を中央から下方を指定し、ダウン（下り）の場合には、車両の速度が大きい場合と同様に入力切り出し箇所を中央から情報を指定し、入力画像の切り出しを行うとよい。
このように垂直方向切り出し画像を入力し、線路方向検出部１３や水平方向切り出し部１４が動作することで、車両付近の障害物Ｆ１４６が含まれるように水平方向切り出し画像Ｆ１４７を出力することが可能となる。
【０１２５】
図１５は、図１３に示す撮像装置１に速度情報算出部１８を加えた撮像装置の応用例を示すブロック図である。
【０１２６】
速度情報算出部１８は、撮像部１２が生成した入力画像信号を入力し、例えば、連続するフレーム間の画像信号の動きを用い、所定のアルゴリズムを用いて車両の速度情報を算出する。
【０１２７】
垂直方向切り出し部１７は、速度情報算出部１８にて算出した速度情報を用い、前記入力画像信号を垂直方向に切り出し、垂直方向切り出し画像信号を生成する。
【０１２８】
このような構成を用いることで、本実施例の外部から速度情報を入力することなく車両の速度情報を算出し、撮影方向を線路に沿う方向にメカレスに変更することが可能となる。
【０１２９】
以上説明したように、本実施例によれば、鉄道の車両の前方にある線路を撮影し、車両の速度情報を用いて撮影方向を線路に沿う方向にメカレスに変更し、線路の進行方向に対する撮影方向の追従制御を低負荷なアルゴリズムでメカレスに行う、耐久性の高い撮像装置を実現することが可能である。
【実施例３】
【０１３０】
図１６は、本発明の実施例３を示し、図１、図３、図４、図１３、図１５の何れか１つの撮像装置１と他の装置とをもって線路の前方を監視するシステムを構築した鉄道車両前方監視システムの構成例を示すブロック図である。
【０１３１】
本実施例は、撮像装置１、線路形状検出装置２、障害物検知装置３、警告表示装置４、車両制御装置５から構成されている。線路形状検出装置２、障害物検知装置３、例えば、パーソナルコンピュータにて構成する。警告表示装置４は、ディスプレイを含み、車両制御装置５は、車両に対して自動的にブレーキをかける装置である。そして、これらは、線路の前方を監視するシステムを構築している。
なお、本実施例において行う前方監視は、障害物を検知した場合に迅速に警告や自動ブレーキを行うために、フレームレートが高いことを特徴としている。
【０１３２】
鉄道車両の前頭部に撮像装置１を搭載する。そして、撮像装置１により、鉄道の車両の前方にある線路を撮影し、線路の進行方向に追従した切り出し画像を取得する。
【０１３３】
線路形状検出装置２は、前記切り出し画像を入力し、敷設されている線路の形状を所定のアルゴリズムを用いて詳細に検出し、障害物検知装置３に線路形状情報を出力するとともに、撮像装置１にフレーム補正信号を伝達する。
【０１３４】
フレーム補正信号は、図４に示すように、撮像装置１の外部入力信号として、外部入力制御部１６を介し、線路方向検出部１３または水平方向切り出し部１４に入力され、以降のフレームの切り出しに関して補正を行う。
【０１３５】
障害物検知装置３は、前記切り出し画像と前記線路形状情報を入力し、敷設されている線路上もしくは近傍の障害物の有無を所定のアルゴリズムを用いて判定し、障害物有無判定結果を出力する。
【０１３６】
警告表示装置４は、前記障害物有無判定結果を入力し、障害物が有る場合は運転手に警告をする。
【０１３７】
車両制御装置５は、前記障害物有無判定結果を入力し、障害物が有る場合は車両に自動ブレーキをかける。
【０１３８】
図１７（ａ）は、図１６に示す前方監視システムにおける撮像装置の切り出し補正の動作を説明するための模式図（補正前）、図１７（ｂ）は、図１６に示す前方監視システムにおける撮像装置の切り出し補正の動作を説明するための模式図（補正後）である。
【０１３９】
図１７（ａ）のような、急カーブするような線路に対して、撮像装置１の線路方向検出部１３が線路の方向を検出する場合、入力画像信号の下方、すなわち車両近傍側では線路は直進するように見える。
このため、線路方向検出部１３は、線路は遠方まで直進していることを示す線路方向情報を出力する。
この場合、前記線路方向情報に基づいて切り出した補正前の水平方向切り出し画像Ｆ１７１では、急カーブの先に立つヒトＦ１７３を画角内に収めることができない。
【０１４０】
そこで、線路形状検出装置２が、前記補正前の水平方向切り出し画像Ｆ１７１を用い、左方向に大きくカーブする線路形状を検出する。そして、水平方向切り出し位置をさらに左に移動させた方が遠方まで線路を撮影できると判断した場合、水平方向切り出し位置を左に移動させるためのフレーム補正信号を撮像装置１に伝達する。
【０１４１】
フレーム補正信号を入力した撮像装置１は、線路方向検出部１３において線路の方向を決定する線路方向決定部１３３（図３参照）、または、水平方向切り出し部１４において補正を行い、以降のフレームでは補正後の水平方向切り出し画像Ｆ１７２を出力し、急カーブの先に立つヒトＦ１７３を画角内に収めることが可能となる。
【０１４２】
以上説明したように、本実施例によれば、急カーブするような線路に対しても、撮像装置１の切り出し精度を担保し、線路形状検出装置２や障害物検知装置３は所望の範囲のみが切り出された画像を入力して処理を行うことで、処理負荷を低減させ、全体としてフレームレートを向上させ、障害物を検知した場合に迅速に警告や自動ブレーキを行うシステム、つまり、車両が走行する前方を監視する鉄道監視システムを構築することが可能となる。
【０１４３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記の各構成は、それらの一部又は全部が、ハードウェアで構成されても、プロセッサでプログラムが実行されることにより実現されるように構成されてもよい。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１４４】
１・・・・・撮像装置
２・・・・・線路形状検出装置
３・・・・・障害物検知装置
４・・・・・警告表示装置
５・・・・・車両制御装置
１２・・・・撮像部
１３・・・・線路方向検出部
１４・・・・水平方向切り出し部
１５・・・・画像出力部
１６・・・・外部入力制御部
１７・・・・垂直方向切り出し部
１８・・・・速度情報算出部
１２１・・・レンズ
１２２・・・イメージセンサ
１２３・・・センサ駆動制御部
１２４・・・映像信号処理部
１３１・・・映像ライン抽出部
１３２・・・線路水平位置検出部
１３３・・・線路方向決定部
１３４・・・撮像部制御信号生成部
１３５・・・分岐進行方向検出部
【図１】
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【図２（ａ）】
0006461025.tif 000003
【図２（ｂ）】
0006461025.tif 000004
【図３】
0006461025.tif 000005
【図４】
0006461025.tif 000006
【図５】
0006461025.tif 000007
【図６】
0006461025.tif 000008
【図７】
0006461025.tif 000009
【図８】
0006461025.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0006461025.tif 000012
【図１１】
0006461025.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４（ａ）】
0006461025.tif 000016
【図１４（ｂ）】
0006461025.tif 000017
【図１５】
0006461025.tif 000018
【図１６】
0006461025.tif 000019
【図１７（ａ）】
0006461025.tif 000020
【図１７（ｂ）】
0006461025.tif 000021
【図１８】
0006461025.tif 000022
【図１９】
0006461025.tif 000023
【図２０（ａ）】
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【図２０（ｂ）】
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