(57)【要約】      （修正有）【課題】焦点距離、高さ、仰角のＣＣＤカメラで撮影し、車両から信号機までの距離を測定する距離測定方法において、焦点距離、高さ、仰角のいずれかが未知数である場合であっても前記距離の測定ができるようにすること。【解決手段】線路２と信号機を含む場面を、線路２上を走行する車両に搭載された焦点距離ｆ、高さｈ、仰角θのＣＣＤカメラで撮影し、ワールド座標系で表される線路２と信号機を含む場面とイメージ座標系で表される前記場面の画像との間に座標系の変換手法により成立する関係式と、線路２の幅Ｗは一定という関係式とをコンピュータで演算処理し、前記車両から信号機までの距離Ｚ’を測定するようにした。【選択図】図３
2008070332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅Ｗの線路上を走行する車両に搭載された焦点距離ｆ、高さｈ、仰角θのＣＣＤカメラで進行方向前方の信号機を含む場面を撮影した画像をコンピュータで画像処理し、車両から信号機までの距離を測定する方法であって、パラメータｆ、ｈ、θのいずれかＮ個（Ｎは１から３の整数）が未知数である場合の車両から信号機までの距離測定方法において、
ワールド座標系における前記信号機とその近傍の線路上の対向するＮ対の点を含む場面を前記ＣＣＤカメラで撮影した画面上に前記Ｎ対の点に対応するＮ対の点を特定するステップと、
上記ワールド座標系のＮ対の点とイメージ座標系上の対応するＮ対の点との間に座標系の変換手法によって成立する関係式を利用して線路幅Ｗは一定という事実を表現した方程式を解いてＮ個の未知のパラメータの数値を特定するステップと、
上記ワールド座標系とイメージ座標系との間に座標系の変換手法によって成立する車両から信号機までの距離Ｚ’を表す関係式に上記の特定された数値と既知の数値を代入し、車両から信号機までの距離Ｚ’をコンピュータにより算出するステップとからなる車両から信号機までの距離測定方法。
【請求項２】
ワールド座標系における前記信号機とその近傍の幅Ｗの線路上の対向する一対の点Ｐ１（Ｘ１’，Ｙ１’，Ｚ’）と点Ｐ２（Ｘ２’，Ｙ２’，Ｚ’）を含む場面を前記ＣＣＤカメラで撮影した画像上に前記一対の点Ｐ１と点Ｐ２に対応する一対の点ｐ１（ｘ１，ｙ１）と点ｐ２（ｘ２，ｙ２）をイメージ座標系上に特定するステップと、
上記ワールド座標系の一対の点とイメージ座標系上の対応する一対の点との間に座標系の変換手法によって成立する関係式を利用して線路幅Ｗは一定という事実を表現した方程式Ｗ＝Ｘ１’−Ｘ２’を解いて1個の未知のパラメータの数値を特定するステップと、
上記ワールド座標系とイメージ座標系との間に座標系の変換手法によって成立する車両から信号機までの距離Ｚ’を表す関係式に上記の特定された数値と既知の数値を代入し、車両から信号機までの距離Ｚ’をコンピュータにより算出するステップとからなる請求項１に記載の車両から信号機までの距離測定方法。
【請求項３】
ワールド座標系における前記信号機とその近傍の幅Ｗの線路上の対向する一対の点Ｐ１（Ｘ１’，Ｙ１’，Ｚ’）と点Ｐ２（Ｘ２’，Ｙ２’，Ｚ’）及び対向する他の一対の点Ｐ３（Ｘ３’，Ｙ３’，Ｚ’）と点Ｐ４（Ｘ４’，Ｙ４’，Ｚ’）を含む場面を前記ＣＣＤカメラで撮影した画面上に前記一対の点Ｐ１と点Ｐ２に対応する一対の点ｐ１（ｘ１，ｙ１）と点ｐ２（ｘ２，ｙ２）及び前記一対の点Ｐ３と点Ｐ４に対応する一対の点ｐ３（ｘ３，ｙ３）と点ｐ４（ｘ４，ｙ４）をそれぞれ特定するステップと、
上記ワールド座標系の一対の点とイメージ座標系上の対応する一対の点との間に座標系の変換手法によって成立する関係式を利用して線路幅Ｗは一定という事実を表現した連立方程式Ｗ＝Ｘ１’−Ｘ２’とＷ＝Ｘ３’−Ｘ４’を解いて２個の未知のパラメータの数値を特定するステップと、
上記ワールド座標系とイメージ座標系との間に座標系の変換手法によって成立する車両から信号機までの距離Ｚ’を表す関係式に上記の特定された数値と既知の数値を代入し、車両から信号機までの距離Ｚ’をコンピュータにより算出するステップとからなる請求項１に記載の車両から信号機までの距離測定方法。
【請求項４】
ワールド座標系における前記信号機とその近傍の幅Ｗの線路上の対向する一対の点Ｐ１（Ｘ１’，Ｙ１’，Ｚ’）と点Ｐ２（Ｘ２’，Ｙ２’，Ｚ’）、対向する他の一対の点Ｐ３（Ｘ３’，Ｙ３’，Ｚ’）と点Ｐ４（Ｘ４’，Ｙ４’，Ｚ’）及び更に他の一対の点Ｐ５（Ｘ５’，Ｙ５’，Ｚ’）と点Ｐ６（Ｘ６’，Ｙ６’，Ｚ’）を含む場面を前記ＣＣＤカメラで撮影した画面上に前記一対の点Ｐ１と点Ｐ２に対応する一対の点ｐ１（ｘ１，ｙ１）と点ｐ２（ｘ２，ｙ２）と、前記一対の点Ｐ３と点Ｐ４に対応する一対の点ｐ３（ｘ３，ｙ３）と点ｐ４（ｘ４，ｙ４）と、及び前記一対の点Ｐ５と点Ｐ６に対応する一対の点ｐ５（ｘ３，ｙ３）と点ｐ６（ｘ４，ｙ４）をそれぞれ特定するステップと、
上記ワールド座標系の一対の点とイメージ座標系上の対応する一対の点との間に座標系の変換手法によって成立する関係式を利用して線路幅Ｗは一定という事実を表現した連立方程式Ｗ＝Ｘ１’−Ｘ２’、Ｗ＝Ｘ３’−Ｘ４’
、Ｗ＝Ｘ５’−Ｘ６’を解いて３個の未知のパラメータの数値を特定するステップと、
上記ワールド座標系とイメージ座標系との間に座標系の変換手法によって成立する車両から信号機までの距離Ｚ’を表す関係式に上記の特定された数値と既知の数値を代入し、車両から信号機までの距離Ｚ’をコンピュータにより算出するステップとからなる請求項１に記載の車両から信号機までの距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、幅Ｗの線路上を走行する車両上に搭載された焦点距離ｆ、高さｈ、仰角θのＣＣＤカメラで進行方向前方の信号機を含む場面を撮影した画像をコンピュータで画像処理し、車両と信号機との間の距離を測定する距離測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載の２台のＣＣＤカメラの撮影画像を画像処理して車両から信号機までの距離Ｒを測定するステレオカメラ方式の距離測定装置は、特開平７−２２５１２６号公報（特許文献１）、特開平１１−２８１３５０号公報（特許文献２）、特開２００４−１９９１４８号公報（特許文献３）、特開平１０−３４１４５８号公報（特許文献４）等に開示されている。ステレオカメラ方式の距離測定装置は、２台のカメラを必要とするので装置のコストが高いこと、及び２台のカメラの特性を整合させる補正等の付帯的な信号処理を要するという問題がある。
【０００３】
特開２００２−４２１４２号公報（特許文献５）には、例えば鉄道の線路の如き実空間で幅Ｗを持つ平行する線が指標として映されている画像から、各走査ラインごとに、この指標の平行する線の間の画素数ｗを計数し、Ｗとｗの比に基づいて、各走査ラインに対応する距離Ｌ、即ちカメラ画像のｙ座標値に対応する距離Ｌを算出する距離計測方法が開示されている。また、特開昭６３−７８２９９号公報（特許文献６）の図６には、1台のＣＣＤカメラの２枚の撮影画像を画像処理して車両から信号機までの距離を測定する方法が開示されている。これらはステレオカメラ方式の距離測定装置に比べて低コストである。しかしながら、距離測定の算出には、ＣＣＤカメラの焦点距離ｆ、高さｈ、仰角θの３つのパラメータが既知である必要がある。
【特許文献１】特開平７−２２５１２６号公報
【特許文献２】特開平１１−２８１３５０号公報
【特許文献３】特開２００４−１９９１４８号公報
【特許文献４】特開平１０−３４１４５８号公報
【特許文献５】特開２００２−４２１４２号公報
【特許文献６】特開昭６３−７８２９９号公報
【非特許文献１】徐剛、辻三郎著「３次元ビジョン」共立出版  １９９８年出版                ３章  画像の変換
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
線路上を走行する車両に搭載された焦点距離ｆ、高さｈ、仰角θのＣＣＤカメラで撮影し、前記車両から信号機までの距離を測定する距離測定方法において、パラメータｆ、ｈ、θのいずれかＮ個（Ｎは１から３の整数）が未知数である場合であっても前記距離の測定ができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、線路と信号機を含む場面を、線路上を走行する車両に搭載された焦点距離ｆ、高さｈ、仰角θのＣＣＤカメラで撮影し、ワールド座標系で表される前記線路と信号機を含む場面とイメージ座標系で表される前記場面の画像との間に座標系の変換手法により成立する関係式と、前記線路の幅Ｗは一定という関係式とをコンピュータで演算処理し、前記車両から信号機までの距離を測定するようにした。
【０００６】
即ち、上記課題を解決する車両から信号機までの距離測定方法は、幅Ｗの線路上を走行する車両に搭載された焦点距離ｆ、高さｈ、仰角θのＣＣＤカメラで進行方向前方の信号機を含む場面を撮影したイメージ座標系の画像をコンピュータで画像処理し、車両から信号機までの距離を測定する方法であって、次の３つのステップによって構成され、パラメータｆ、ｈ、θのいずれかＮ個（Ｎは１から３の整数）が未知数である場合の車両から信号機までの距離測定方法である。
【０００７】
第1のステップは、ワールド座標系における前記信号機とその近傍の線路上の対向するＮ対の点を含む場面を前記ＣＣＤカメラで撮影し、前記Ｎ対の点に対応するＮ対の点をイメージ座標系上に特定するステップである。
【０００８】
第２のステップは、線路幅Ｗは一定であるという事実及び上記ワールド座標とイメージ座標との間に座標系の変換手法によって成立する関係式を利用してコンピュータで処理しＮ個の未知のパラメータの数値を特定するステップである。
【０００９】
そして、第３のステップは、上記ワールド座標とイメージ座標との間に座標系の変換手法によって成立する関係式に上記の特定された数値と既知の数値を代入し、車両から信号機までの距離Ｚ’をコンピュータにより算出するステップである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、線路上を走行する車両に搭載された焦点距離ｆ、高さｈ、仰角θのＣＣＤカメラで撮影し、座標系の変換手法を利用して前記車両から信号機までの距離を測定する距離測定方法において、パラメータｆ、ｈ、θのいずれかＮ個（Ｎは１から３の整数）が未知数である場合であっても前記距離の測定ができるようなった。従って、地上子などのインフラを構築することがないので、設備投資とメンテナンス費用を大幅に削減することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、幅Ｗの線路上を走行する車両に搭載された焦点距離ｆ、高さｈ、仰角θのＣＣＤカメラで進行方向前方の信号機を含む場面を撮影したイメージ座標系の画像をコンピュータで画像処理し、車両から信号機までの距離を測定する方法であって、パラメータｆ、ｈ、θのいずれかＮ個（Ｎは１から３の整数）が未知数である場合の車両から信号機までの距離測定方法であり、下記の３つのステップで構成されている。
【００１２】
即ち、ワールド座標系における前記信号機とその近傍の線路上の対向するＮ対の点を含む場面を前記ＣＣＤカメラで撮影し、前記Ｎ対の点に対応するＮ対の点をイメージ座標系上に特定するステップと、線路幅Ｗは一定であるという事実及び上記ワールド座標とイメージ座標との間に座標系の変換手法によって成立する関係式を利用してコンピュータで処理しＮ個の未知のパラメータの数値を特定するステップと、上記ワールド座標とイメージ座標との間に座標系の変換手法によって成立する関係式に上記の特定された数値と既知の数値を代入し、車両から信号機までの距離Ｚ’をコンピュータにより算出するステップで構成された車両から信号機までの距離測定方法である。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施例１を、図１乃至図４を参照して説明する。なお、図１は本発明が適用される線路上を走行する車両と信号機との位置関係を示した図、図２は本発明が適用された自動列車停止装置のブロック構成図、図３は本発明の実施例１におけるカメラ座標系、イメージ座標系、及びワールド座標系の相互の関係を示した図である。そして、図４は本発明の実施例１における撮影画面を示した図である。更に、図７は、本発明の実施例１が適用された自動列車停止装置の信号処理の流れを示したフローチャートである。
【００１４】
本発明が適用された自動列車停止装置は、図２に示す如く、焦点距離ｆ、高さｈ、仰角θの３つのパラメータを有するＣＣＤカメラ１１と、ＣＣＤカメラ１１が撮影した画像を画像処理して車両から信号機までの距離を算出するコンピュータ、及び速度制御装置１８を含んで構成されている。
【００１５】
高さｈは、図１において架線３から給電されて線路２上を走行する車両１に搭載されているＣＣＤカメラ１１の地上からの高さであり、図３のワールド座標系原点Ｏ’とカメラ座標系原点Ｏ（ＣＣＤカメラ１１の設置位置）との距離である。また、仰角θは、図１において架線３から給電されて線路２上を走行する車両１に搭載されているＣＣＤカメラ１１と線路２上の点Ｐを結ぶ線と、高さｈの水平線との間の角度であり、図３のカメラ座標系のＺ軸とカメラ座標系原点Ｏからワールド座標系のＺ’軸上のＰ１  とＰ２とを含む面との間の角度である。なお、点Ｐは図1における信号機４の近傍の線路２上の点であり、図３における一対の点Ｐ１  とＰ２に対応する点である。
【００１６】
前記コンピュータは、ＣＣＤカメラ１１の出力信号であるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換部１２、前記デジタル画像データを記憶するイメージデータ記憶部１３、プログラムに従って構成要素を制御し又は演算処理を行う制御部１４、演算処理したデータその他のデータを記憶するデータ記憶部１５、制御や演算プログラムが格納されたプログラム記憶部１６、演算処理の途中や結果を表示する表示部１７を含んで構成されている。
【００１７】
次に、図７のフローチャートを用いて、本発明の実施例１が適用された自動列車停止装置の信号処理の流れを説明する。なお、このフローチャートによる処理の前に、線路２を走行中の車両１に搭載されているＣＣＤカメラ１１の出力信号であるアナログ画像データはＡ／Ｄ変換部１２によりデジタル画像に変換され、イメージデータ記憶部１３に記憶されていることは勿論である。
【００１８】
コンピュータは、テンプレートマッチング等により信号機を抽出する（１０１）。このステップにおいて、コンピュータはイメージデータ記憶部１３に記憶されている車両前方の場面の画像を読み出し、テンプレートマッチング等により当該画像の中に信号機４が写っているか否かを判断し、存在していると判断したときには信号機の位置を特定し、その位置データをデータ記憶部１５に記憶する。
【００１９】
続いて、コンピュータは信号機の現示を識別する（１０２）。このステップにおいて、コンピュータは信号機４が写っている画像の中の信号機の色を識別し、信号機が表している信号の現示を特定し、特定した現示データをデータ記憶部１５に記憶する。
【００２０】
直線抽出手法により線路２を抽出する（１０３）。即ち、このステップにおいて、コンピュータは信号機４が写っている画像の中に写っている線路２の位置を特定し、その位置データをデータ記憶部１５に記憶する。
【００２１】
続いて、コンピュータは信号機４が写っている画像の中に信号機の近傍の線路上の一対の点を抽出する（１０４）。抽出された一対の点の位置データはデータ記憶部１５に記憶される。
【００２２】
即ち、このステップにおいては、コンピュータは、ワールド座標系における信号機とその近傍の幅Ｗのレール上の対向する一対の点Ｐ１（Ｘ１’，Ｙ１’，Ｚ’）と点Ｐ２（Ｘ２’，Ｙ２’，Ｚ’）に対応するイメージ座標系上の一対の点ｐ１（ｘ１，ｙ１）と点ｐ２（ｘ２，ｙ２）を抽出し、抽出したｐ１（ｘ１，ｙ１）とｐ２（ｘ２，ｙ２）の位置データをデータ記憶部１５に記憶する。なお、イメージ座標系上の一対の点ｐ１と点ｐ２と線路２の位置関係は、図４に示す通りである。
【００２３】
次に、コンピュータは線路幅一定という事実を元にパラメータｆ，ｈ，θの中の未知の一つを以下の数式を用いて算出する（１０５）。
【００２４】
即ち、このステップにおいては、コンピュータは、ワールド座標系上の一対の点Ｐ１並びに点Ｐ２とイメージ座標系上の一対の点ｐ１並びに点ｐ２との間に座標系の変換手法によって成立する関係式を利用して、線路幅一定という事実を表した方程式を解いて未知のパラメータの数値を算出する。
【００２５】
ワールド座標系上の一対の点Ｐ１並びに点Ｐ２とイメージ座標系上の一対の点ｐ１並びに点ｐ２との間に座標系の変換手法によって成立する関係式は、三次元画像計測システムにおける座標変換方式を利用すれば、下記の数式１、数式２、数式３及び数式４が得られる。そして、線路幅一定という事実を表した方程式は、数式５で与えられる。これらの数式は、データ記憶部１５に予め記憶されている。
【００２６】
【数１】
2008070332.tif 000003
【００２７】
【数２】
2008070332.tif 000004
【００２８】
【数３】
2008070332.tif 000005
【００２９】
【数４】
2008070332.tif 000006
【００３０】
【数５】
2008070332.tif 000007
【００３１】
もし、ｆ、ｈの数値が既知であれば、上述のコンピュータ処理によってθの数値が算出される。また、カメラパラメータｆ、θの数値が既知であれば、上述のコンピュータ処理によってｈの数値が算出される。更に、ｈ、θの数値が既知であれば、上述のコンピュータ処理によってｆの数値が算出される。
【００３２】
続いて、座標系の変換手法により成立するワールド座標系とイメージ座標系の間の関係式に数値を代入し、車両から信号機までの距離を算出する（１０６）。
【００３３】
即ち、このステップにおいて、コンピュータは、ワールド座標系とイメージ座標系との間に座標系の変換手法によって成立する車両から信号機までの距離Ｚ’を表す関係式、即ち数式２又は数式４にカメラパラメータの数値、及びイメージ座標系上の一対の点ｐ１（ｘ１，ｙ１）と点ｐ２（ｘ２，ｙ２）の位置データの数値を代入し、車両から信号機までの距離Ｚ’をコンピュータにより算出する。算出した車両から信号機までの距離Ｚ’は、データ記憶部１５に記憶される。
【００３４】
ステップ１０６に続いて、コンピュータは、信号機の現示と車両から信号機までの距離Ｚ’に応じた速度照査パターンを作成する（１０７）。速度制御装置は、作成された速度照査パターンに従って車両１の速度を制御する。
【実施例２】
【００３５】
実施例２は、カメラパラメータｆ、ｈ、θのパラメータのいずれか２つが未知数である場合の車両から信号機までの距離測定方法であり、図７の実施例１が適用された自動列車停止装置の信号処理の流れを示したフローチャートのステップに対応して以下に説明する。
【００３６】
コンピュータはステップ１からステップ３までの処理を行った後に、信号機４が写っている画像の中に信号機の近傍の線路上の一対の点と他の一対の点をそれぞれ抽出する（１０４）。抽出された一対の点と他の一対の点の位置データは、データ記憶部１５に記憶される。
【００３７】
即ち、このステップにおいては、コンピュータは、ワールド座標系における信号機と当該信号機の近傍の幅Ｗのレール上の対向する一対の点Ｐ１（Ｘ１’，Ｙ１’，Ｚ’）と点Ｐ２（Ｘ２’，Ｙ２’，Ｚ’）並びに他の一対の点Ｐ３（Ｘ３’，Ｙ３’，Ｚ’）と点Ｐ４（Ｘ４’，Ｙ４’，Ｚ’）と対向するに対応するイメージ座標系上の一対の点ｐ１（ｘ１，ｙ１）と点ｐ２（ｘ２，ｙ２）並びに他の一対の点ｐ３（ｘ３，ｙ３）と点ｐ４（ｘ４，ｙ４）をそれぞれ抽出し、抽出した点ｐ１、ｐ２、点ｐ３及び点ｐ４の位置データをデータ記憶部１５に記憶する。なお、イメージ座標系上の一対のｐ１とｐ２と他の一対の点ｐ３と点ｐ４と線路２の位置関係は図５に示す通りである。
【００３８】
次に、コンピュータは線路幅一定という事実を元にパラメータｆ，ｈ，θの中の未知の二つを以下の数式を用いて算出する（１０５）。
【００３９】
即ち、このステップにおいては、コンピュータは、ワールド座標系上の一対の点Ｐ１と点Ｐ２並びに他の一対の点Ｐ３と点Ｐ４とこれらに対応するイメージ座標系上の一対の点ｐ１と点ｐ２並びに他の一対の点ｐ３と点ｐ４との間に座標系の変換手法によって成立する関係式を利用して、線路幅一定という事実を表した方程式を解いて未知の二つのパラメータの数値を算出する。
【００４０】
ワールド座標系上の一対の点Ｐ１と点Ｐ２と並びに他の一対の点Ｐ３と点Ｐ４とこれらに対応するイメージ座標系上の一対の点ｐ１と点ｐ２並びに他の一対の点ｐ３と点ｐ４との間に座標系の変換手法によって成立する関係式は、三次元画像計測システムにおける座標変換方式を利用すれば、上記の数式１、数式２、数式３及び数式４、並びに下記の数式６、数式７、数式８及び数式９が得られる。そして、線路幅一定という事実を表した方程式は、上記の数式５と下記の数式１０の連立方程式で与えられる。これらの数式は、データ記憶部１５に予め記憶されている。
【００４１】
【数６】
2008070332.tif 000008
【００４２】
【数７】
2008070332.tif 000009
【００４３】
【数８】
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【００４４】
【数９】
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【００４５】
【数１０】
2008070332.tif 000012
【００４６】
もし、ｆの数値が既知であれば、上述のコンピュータ処理によってｈ、θの数値が算出される。また、ｈの数値が既知であれば、上述のコンピュータ処理によってｆ、θの数値が算出される。更に、θの数値が既知であれば、上述のコンピュータ処理によってｆ、ｈの数値が算出される。
【００４７】
続いて、座標系の変換手法により成立するワールド座標系とイメージ座標系の間の関係式に数値を代入し、車両から信号機までの距離を算出する（１０６）。即ち、このステップにおいて、コンピュータは、ワールド座標系とイメージ座標系との間に座標系の変換手法によって成立する車両から信号機までの距離Ｚ’を表す関係式、即ち数式２、数式４、数式７、数式９のいずれかにカメラパラメータの数値、及びイメージ座標系上の一対の点ｐ１と点ｐ２又は他の一対の点点ｐ３と点ｐ４の位置データの数値を代入し、車両から信号機までの距離Ｚ’をコンピュータにより算出する。算出した車両から信号機までの距離Ｚ’は、データ記憶部１５に記憶される。
【実施例３】
【００４８】
実施例３は、カメラパラメータｆ、ｈ、θのパラメータの全てが未知数である場合の車両から信号機までの距離測定方法であり、図７の実施例１が適用された自動列車停止装置の信号処理の流れを示したフローチャートのステップに対応して以下に説明する。
【００４９】
コンピュータはステップ１からステップ３までの処理を行った後に、信号機４が写っている画像の中に信号機の近傍の線路上の一対の点と他の一対の点と更に他の一対の点をそれぞれ抽出する（１０４）。抽出された一対の点と他の一対の点と更に他の一対の点の位置データは、データ記憶部１５に記憶される。
【００５０】
即ち、このステップにおいては、コンピュータは、ワールド座標系における信号機と当該信号機の近傍の幅Ｗのレール上の対向する一対の点Ｐ１（Ｘ１’，Ｙ１’，Ｚ’）と点Ｐ２（Ｘ２’，Ｙ２’，Ｚ’）、他の一対の点Ｐ３（Ｘ３’，Ｙ３’，Ｚ’）と点Ｐ４（Ｘ４’，Ｙ４’，Ｚ’）並びに更に他の一対の点Ｐ５（Ｘ５’，Ｙ５’，Ｚ’）と点Ｐ６（Ｘ６’，Ｙ６’，Ｚ’）とこれに対応するイメージ座標系上の一対の点ｐ１（ｘ１，ｙ１）と点ｐ２（ｘ２，ｙ２）、他の一対の点ｐ３（ｘ３，ｙ３）と点ｐ４（ｘ４，ｙ４）並びを更に他の一対の点ｐ５（ｘ５，ｙ５）と点ｐ６（ｘ６，ｙ６）をそれぞれ抽出し、抽出した点ｐ１、点ｐ２、点ｐ３、点ｐ４、点ｐ５及び点ｐ６の位置データをデータ記憶部１５に記憶する。なお、イメージ座標系上の一対の点ｐ１と点ｐ２、他の一対の点ｐ３と点ｐ４並びに更に他の一対の点ｐ５と点ｐ６と線路２の位置関係は、図６に示す通りである。
【００５１】
次に、コンピュータは線路幅一定という事実を元にパラメータｆ，ｈ，θの全てを数式を用いて算出する（１０５）。
【００５２】
即ち、このステップにおいては、コンピュータは、ワールド座標系上の一対の点Ｐ１と点Ｐ２、他の一対の点Ｐ３と点Ｐ４並びに更に他の一対の点Ｐ５と点Ｐ６とこれらに対応するイメージ座標系上の一対の点ｐ１と点ｐ２、他の一対の点ｐ３と点ｐ４並び点ｐ５及び点ｐ６との間に座標系の変換手法によって成立する関係式を利用して、線路幅一定という事実を表した方程式を解いて全てのパラメータの数値を算出する。
【００５３】
ワールド座標系上の一対の点Ｐ１と点Ｐ２、他の一対の点Ｐ３と点Ｐ４並びに更に他の一対の点Ｐ５と点Ｐ６とこれらに対応するイメージ座標系上の一対の点ｐ１と点ｐ２、他の一対の点ｐ３と点ｐ４並び点ｐ５及び点ｐ６との間に座標系の変換手法によって成立する関係式は、三次元画像計測システムにおける座標変換方式を利用すれば、上記の数式１、数式２、数式３及び数式４、数式６、数式７、数式８、数式９、数式１１、数式１２、数式１３、数式１４が得られる。そして、線路幅一定という事実を表した方程式は、上記の数式５と数式１０及び下記の数式１５の連立方程式で与えられる。これらの数式は、データ記憶部１５に予め記憶されている。
【００５４】
【数１１】
2008070332.tif 000013
【００５５】
【数１２】
2008070332.tif 000014
【００５６】
【数１３】
2008070332.tif 000015
【００５７】
【数１４】
2008070332.tif 000016
【００５８】
【数１５】
2008070332.tif 000017
【００５９】
続いて、座標系の変換手法により成立するワールド座標系とイメージ座標系の間の関係式に数値を代入し、車両から信号機までの距離を算出する（１０６）。即ち、このステップにおいて、コンピュータは、ワールド座標系とイメージ座標系との間に座標系の変換手法によって成立する車両から信号機までの距離Ｚ’を表す関係式、即ち数式２、数式４、数式７、数式９、数式１２、数式１４のいずれかにカメラパラメータの数値、及びイメージ座標系上の一対の点ｐ１と点ｐ２、他の一対の点点ｐ３と点ｐ４、又は更に他の一対の点ｐ５と点ｐ６の位置データの数値を代入し、車両から信号機までの距離Ｚ’をコンピュータにより算出する。算出した車両から信号機までの距離Ｚ’は、データ記憶部１５に記憶される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明により、信号機などの地上設備までの距離を逐次算出することができるので、これを利用して、自列車の速度を非接触で計測する速度計、即ち速度発電機パルスなどによらない非接触速度計が可能である。また、本発明により、信号機などの地上設備までの距離を逐次算出することができるので、上述した自動列車停止装置に限らず、列車の速度制御も行う走行曲線（ランカーブ）自動生成装置を構成することも可能である。更に、本発明により、前方列車までの距離が分かるので、移動閉そく装置を構築することも可能である。更にまた、本発明により、電柱や信号機の位置を特定できるので、地上設備台帳の一データの作成システムなの構築に利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明が適用される線路上を走行する車両と信号機との位置関係を示した図である。
【図２】本発明が適用された自動列車停止装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の実施例１におけるカメラ座標系、イメージ座標系、及びワールド座標系の相互の関係を示した図である。
【図４】本発明の実施例１における撮影画面を示した図である。
【図５】本発明の実施例２における撮影画面を示した図である。
【図６】本発明の実施例３における撮影画面を示した図である。
【図７】本発明が適用された自動列車停止装置の信号処理の流れを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１  車両
２  線路
３  架線
４  信号機
１１  ＣＣＤカメラ
１２  Ａ／Ｄ変換部
１３  イメージデータ記憶部
１４  制御部
１５  データ記憶部
１６  プログラム記憶部
１７  表示部
１８  速度制御装置
Ｚ’車両から信号機までの距離
Ｏ  カメラ座標系原点
Ｏ’ワールド座標系原点
ｏ  イメージ座標系原点
Ｐ１，Ｐ２  信号機の近くの線路上の一対の点
Ｐ３，Ｐ４  信号機の近くの線路上の他の一対の点
Ｐ５，Ｐ６  信号機の近くの線路上の更に他の一対の点
【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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