(57)【要約】【課題】走行する車両から撮影対象の画像を適正な露光時間で撮影すること。  【解決手段】車両の走行方向前方側および後方側にそれぞれに第１および第２の画像入力手段（５，７）を配設し、まず、第１の画像入力装置（５）によって撮影対象（９）を撮影する。第１の画像入力装置（５）によって撮影された画像の明るさを算出し、その明るさに基づいて、第１の画像入力装置（５）の撮影位置での第２の画像入力装置（７）の最適露光時間を設定する。第２の画像入力装置（７）が第１の画像入力装置（５）の撮影位置に到達するタイミングで、第２の画像入力装置（７）の露光時間を上記算出され最適露光時間に設定する。    【選択図】    図１
2005311798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行中の車両から撮影対象を撮影する装置であって、
前記車両の走行方向前方側および後方側にそれぞれに配設した第１および第２の画像入力手段と、
前記第１の画像入力装置によって撮影された前記撮影対象の画像の明るさを検出する明るさ検出手段と、
前記画像の明るさに基づいて、その画像の撮影位置における第２の画像入力装置の最適露光時間を設定する最適露光時間設定手段と、
前記第２の画像入力装置が前記第１の画像入力装置の撮影位置に到達するタイミングで、前記最適露光時間を前記第２の画像入力装置に対する露光時間
として指示する露光時間指示手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮影対象が前記車両の走行方向に断続的に存在するリニアモータ用リアクションプレートの溶接部である場合において、
前記溶接部の明るさをその周辺の明るさよりも明るくするよう照明する照明手段を更に設け、
前記明るさ検出手段は、
前記第１の画像入力装置によって撮影された前記溶接部およびその周辺の画像の輝度に基づいて、前記溶接部の範囲を検出する溶接部範囲検出手段と、
前記溶接部の範囲の明るさを前記撮影対象の明るさとして算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする画像撮影装置。
【請求項３】
前記溶接部の範囲の明るさを下記式にしたがって算出することを特徴とする請求項２に記載の画像撮影装置。
【数１】
2005311798.tif 000005
ここで、ｘは前記溶接部範囲における画素の横方向の位置、ｙは該溶接部範囲における画素の縦方向の位置、Ｉ（ｘ、ｙ）は位置（ｘ、ｙ）の画素の輝度値、Ｂは溶接部範囲、Ｎは溶接部範囲に含まれる画素の数である。
【請求項４】
走行中の車両から撮影対象を撮影する方法であって、
前記車両の走行方向前方側および後方側にそれぞれに第１および第２の画像入力手段を配設するステップと、
前記第１の画像入力装置によって前記撮影対象を撮影するステップと、
前記第１の画像入力装置によって撮影された画像の明るさを算出するステップと、
前記画像の明るさに基づいて、その撮影位置での第２の画像入力装置の最適露光時間を設定するステップと、
前記第２の画像入力装置が前記第１の画像入力装置の撮影位置に到達するタイミングで、第２の画像入力装置の露光時間を前記最適露光時間に設定するステップと、
を含むことを特徴とする撮像方法。
【請求項５】
前記撮影対象が前記車両の走行方向に断続的に存在するリニアモータ用リアクションプレートの溶接部である場合において、
前記溶接部の明るさをその周辺の明るさよりも明るくするよう照明するステップが更に付加され、
前記画像の明るさを算出するステップは、
前記第１の画像入力装置によって撮影された前記溶接部およびその周辺の画像の輝度に基づいて、前記溶接部の範囲を検出するステップと、
前記溶接部の範囲の明るさを前記撮影対象の明るさとして算出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の撮像方法。
【請求項６】
前記溶接部の範囲の明るさを下記式にしたがって算出することを特徴とする請求項５に記載の撮像方法。
【数２】
2005311798.tif 000006
ここで、ｘは前記溶接部範囲における画素の横方向の位置、ｙは該溶接部範囲における画素の縦方向の位置、Ｉ（ｘ、ｙ）は位置（ｘ、ｙ）の画素の輝度値、Ｂは溶接部範囲、Ｎは溶接部範囲に含まれる画素の数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行中の車両から撮影対象を撮影する装置に関し、特に新交通システムなどにおける軌道周辺構造物の画像を撮影する場合に用いて好適な撮像装置および撮像方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子を用いたテレビカメラ等の画像入力装置においては、被写体の照度の変化に対応するために露光制御を実行している。すなわち、例えば、固体撮像素子の光入射面側に液晶フィルタを配設して、この液晶フィルタの光透過率を上記固体撮像素子の映像出力レベルに応じて変化させ、さらに、被写体の照度が上記液晶フィルタの光透過率可変範囲を超えて増大した場合に、上記固体撮像素子の電荷蓄積時間を短縮することが実施されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平１−１５９４７０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来技術は、フィードバック制御に基づく露光制御であるので、画像入力手段を走行中の車両に配設した場合、露光制御の遅れのために、被写体の照度変化に応じた適正な露光が実現できないという問題を有している。
【０００４】
本発明の目的は、このような状況に鑑み、撮影対象の明るさに対応する適切な露光時間を設定して、走行する車両からその撮影対象の画像を適正に撮影することができる撮像装置および撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る撮像装置は、走行中の車両から撮影対象を適切な露光時間で撮影するために、前記車両の走行方向前方側および後方側にそれぞれに配設した第１および第２の画像入力手段と、前記第１の画像入力装置によって撮影された前記撮影対象の画像の明るさを検出する明るさ検出手段と、前記画像の明るさに基づいて、その画像の撮影位置における第２の画像入力装置の最適露光時間を設定する最適露光時間設定手段と、前記第２の画像入力装置が前記第１の画像入力装置の撮影位置に到達するタイミングで、前記最適露光時間を前記第２の画像入力装置に対する露光時間として指示する露光時間指示手段と、を備えている。
【０００６】
前記撮影対象が前記車両の走行方向に断続的に存在するリニアモータ用リアクションプレートの溶接部である場合においては、前記溶接部の明るさをその周辺の明るさよりも明るくするよう照明する照明手段が更に設けられ、前記明るさ検出手段は、前記第１の画像入力装置によって撮影された前記溶接部およびその周辺の画像の輝度に基づいて、前記溶接部の範囲を検出する溶接部範囲検出手段と、前記溶接部の範囲の明るさを前記撮影対象の明るさとして算出する演算手段と、を備えることができる。
【０００７】
前記溶接部の範囲の明るさは、下記式にしたがって算出することできる。
【数３】
2005311798.tif 000003
ここで、ｘは前記溶接部範囲における画素の横方向の位置、ｙは該溶接部範囲における画素の縦方向の位置、Ｉ（ｘ、ｙ）は位置（ｘ、ｙ）の画素の輝度値、Ｂは溶接部範囲、Ｎは溶接部範囲に含まれる画素の数である。
【０００８】
本発明に係る撮像方法は、走行中の車両から撮影対象を適切な露光時間で撮影するために、前記車両の走行方向前方側および後方側にそれぞれに第１および第２の画像入力手段を配設するステップと、前記第１の画像入力装置によって前記撮影対象を撮影するステップと、前記第１の画像入力装置によって撮影された画像の明るさを算出するステップと、前記画像の明るさに基づいて、その撮影位置での第２の画像入力装置の最適露光時間を設定するステップと、前記第２の画像入力装置が前記第１の画像入力装置の撮影位置に到達するタイミングで、第２の画像入力装置の露光時間を前記最適露光時間に設定するステップと、を含んでいる。
【０００９】
前記撮影対象が前記車両の走行方向に断続的に存在するリニアモータ用リアクションプレートの溶接部である場合においては、前記溶接部の明るさをその周辺の明るさよりも明るくするよう照明するステップが更に付加され、前記画像の明るさを算出するステップは、前記第１の画像入力装置によって撮影された前記溶接部およびその周辺の画像の輝度に基づいて、前記溶接部の範囲を検出するステップと、前記溶接部の範囲の明るさを前記撮影対象の明るさとして算出するステップと、を含むこむことができる。この場合、前記溶接部の範囲の明るさは、上記の式にしたがって算出することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮影対象の明るさに対応する適切な露光時間を設定して、走行する車両からその撮影対象の画像を適正に撮影することができる。従って、本発明は、新交通システムなどの軌道周辺構造物、例えば、リニアモータ用リアクションプレートの溶接部や、トンネルの内壁表面部等の画像を撮影する手段として極めて有効なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下，図面を参照しながら、本発明の実施の形態ついて説明する。図1は、本発明に係る撮像装置を上方から見た模式図である。この模式図から明らかなように、この実施の形態の撮像装置は、レール１上を走行する車両３に搭載されている。
【００１２】
この撮像装置において、画像入力装置５および７は、撮影対象９を撮影するために車両３の走行方向前方側および後方側にそれぞれ配設されている。画像入力装置５には、例えばＣＣＤカメラが使用され、また画像入力装置７には、例えば露光時間の制御が可能なＣＣＤカメラが使用される。
明るさ算出装置１１は、画像入力装置５によって撮影された画像の明るさを算出するものであり、例えば画像入力ボードを搭載したパーソナルコンピュータで構成することができる。
車両位置検出装置１３は、車両３の走行位置を検出するために設けられている。この車両位置検出装置１３は、例えば車両３の車輪（図示せず）の回転に伴って作動するロータリエンコーダと、地上子（図示せず）からの情報を受信する機器などで構成される。
露光時間制御装置１５は、後述するように、明るさ算出装置１１および車両位置検出装置１３の各出力に基づいて、画像入力装置７の露光時間を最適に設定するものであり、シーケンサなどによって構成される。
【００１３】
画像入力装置５，７の配置間隔は、車両３の走行速度、該画像入力装置５，７のフレームレートなどを勘案して適宜設定することができる。例えば、車両３の走行速度が１０ｋｍ／ｈ、画像入力装置７，９のフレームレートが３０ｆｒａｍｅ／sである場合には、画像入力装置７，９の間隔が４０ｃｍ程度に設定される。
【００１４】
図２は、リニアモータのリアクションプレート１７を示している。アルミニウム等で形成されたこのリアクションプレート１７は、図１に示した各レール１間に該レール１の長手方向に沿う形態で設けられている。図２のＸ−Ｘ断面図である図３に示すように、リアクションプレート１７は、台座１９の上に配設され、その両サイドには台座１９に固定するための溶接部２１がその長手方向に沿って間欠的に形成されている。
【００１５】
図１に示す撮影対象９が上記リアクションプレート１７の溶接部２１である場合には、図３に示すような姿勢で画像入力装置５，７および照明用光源２３が配置される。すなわち、画像入力装置５，７は、上記溶接部２１を斜め上方から視野に入れるように配置され、また、照明用光源２３は、その光軸がリアクションプレート１７の上面および台座１９に直交するように配置される。
上記のように画像入力装置５および照明用光源２３を配置すれば、該画像入力装置５が図４に示すような画像、つまり、リアクションプレート１７の側面の明るさがその周辺に比して著しく低い画像を撮影する。
【００１６】
ここで、図４に示す画像から、溶接部の範囲を検出する方法について説明する。
車両３の機械的特性、画像入力装置５，７の光学的特性などに基づいて、リアクションプレートの上面と側面の境界Ｂ１が存在する範囲Ｒ１が決定される。そこで、範囲Ｒ１において、水平方向に輝度を投影した後、垂直方向に輝度差分を取って、その差分が最大となる位置を境界Ｂ１とする。リアクションプレートの厚さを一定と見做せば、境界Ｂ１から該リアクションプレートの側面と台座との境界Ｂ２に至る距離は一定であるので、境界Ｂ１の位置に基づいて境界Ｂ２の位置を決定する。
【００１７】
次に、境界B２の上部における水平方向（図４のＡ−Ａ方向）の輝度変化に基づいて、溶接部の水平方向の範囲ＲＨを決定する。上記水平方向の輝度は、図５に示すように、リアクションプレート１７の側面部では小さく、溶接部２１では大きくなる。そこで、輝度閾値αを定め、この閾値αよりも輝度が大きい個所を溶接部の水平方向の範囲ＲＨとして検出する。また、溶接部２１の垂直方向の幅を一定と見做せば、この溶接部２１の垂直方向の範囲ＲＶが決定される。上記範囲ＲＨと範囲ＲＶの論理積を溶接部２１の範囲とする。
【００１８】
以下、本発明に係る撮像装置の動作を説明する。図６（ａ）は、位置Ｐに画像入力装置５が位置した状態を示している。このとき、画像入力装置５により得られる画像は、例えば図９に示すように、０〜２５５の範囲内のある輝度を持った画素を縦横に配列した構成を持つ。
前記明るさ算出装置１１（図１参照）は、図９の画像における溶接部の範囲２１’を上記の手法で検出し、この範囲２１’の明るさを算出する。この溶接部範囲の明るさｉは、次式に基づいて算出される。
【数４】
2005311798.tif 000004
ここで、ｘは画素の横方向の位置、ｙは画素の縦方向の位置、Ｉ（ｘ、ｙ）は位置（ｘ、ｙ）の画素の輝度値、Ｂは溶接部範囲、Ｎは溶接部範囲に含まれる画素の数である。 
【００１９】
前記露光時間制御装置１５は、明るさ算出装置１１によって算出された上記溶接部範囲２１’の明るさと、前記車両位置検出装置１３によって検出される車両３の位置とに基づいて、位置Ｐにおける画像入力装置７の最適な露光時間を設定し、これを保持する。また、露光時間制御装置１５は、車両位置検出装置１３から送られてくる車両位置情報を常に監視し、画像入力装置７が位置Ｐの直前位置に到達するまで車両３の位置が変化したときに、上記保持していた露光時間、つまり、位置Ｐにおける画像入力装置７の最適な露光時間をこの画像入力装置７に指示する。
【００２０】
図７は、前記露光時間制御装置１５の構成の具体例を示している。同図において、明るさ−露光時間変換部１５１は、前記明るさ算出装置１１から送られてくる前記溶接部範囲２１’の明るさを示す情報に基づいて、該溶接部範囲２１’の明るさを画像入力装置７の最適な露光時間に変換する。
この明るさ−露光時間変換部１５１における上記変換処理は、図１０に示すような変換テーブル、つまり、上記溶接部範囲２１’の明るさが大きいときに短い露光時間を対応させ、この明るさが小さいときに長い露光時間を対応させる変換テーブルを用いて実行される。なお、図１０に示す関係は、実験またはシミュレーションによって予め得ることができる。
【００２１】
位置変換部１５２は、前記車両位置検出装置１３から送られてくる車両位置情報を画像入力装置５の位置の情報に変換するものである。この位置変換部１５２での変換に際しては、該画像入力装置５の撮影に要する時間や、明るさ算出装置１１が明るさの算出に要する時間が考慮される。位置変換部１５３は、上記車両位置情報を画像入力装置７の位置の情報に変換するものである。位置変換部１５２，１５３から出力される位置の情報は、露光時間送出部１５４に与えられる。
【００２２】
このように構成された露光時間制御部１５では、前記溶接部範囲２１’の明るさを示す情報が送られてきたときに、明るさ−露光時間変換部の出力である最適露光時間と、変換部１５２の出力である画像入力装置５の位置が位置−露光時間対応テーブル１５５に書き込まれる。そして、変換部１５３の出力である画像入力装置７の位置が位置−露光時間対応テーブル１５５上のいずれかの位置に近づいたタイミングで、その位置に対応する露光時間が位置−露光時間対応テーブル１５から読み出される。このテーブル１５から読み出された露光時間の情報は、前記画像入力装置７に対する露光時間情報として該画像入力装置７に指示され、これによって、この画像入力装置７の露光時間が前記リアクションプレート１７の溶接部２１を撮影するのに最適な露光時間となるように制御される。
【００２３】
上述するように、この実施の形態に係る撮像装置によれば、先行する画像入力装置５の画像出力に基づいて撮影対象である上記溶接部２１の明るさを算出し、この明るさに対する最適露光時間が後続の画像入力装置７に設定されるので、走行する車両において適切な露光時間で溶接部２１の画像を撮影することができる。
【００２４】
上記実施の形態は、リアクションプレート１７の溶接部２１の撮影に適用されているが、本発明は、他の撮影対象、例えばトンネルの内表面の撮影にも適用可能である。この場合、画像入力装置５で撮影される画像の明るさは、例えばその画像を構成する各画素の輝度値の平均を取ることによって得ることができる。
【００２５】
ここで、図８に示すように、錆、汚れ等による光反射阻害部９ａが撮影対象９に存在している場合の露光制御について考察する。
光反射阻害部９の画像を適正に撮影するためには、図８（ａ）に点線で示すように、光反射阻害部９の撮影時における露光時間を他の部位を撮影するときの露光時間より長くする必要がある。露光制御を行わない場合には、図８（ａ）に実線で示したように、上記他の部位を撮影するときに適合する露光時間に固定設定されるので、光反射阻害部９ａの適正な画像を得ることができない。
【００２６】
一方、前述した特許文献１に記載の従来の露光制御によれば、図８（ｂ）に示すように、露光制御の遅れのために光反射阻害部９ａの一部に対してのみ適正な露光時間が設定されることになるので、光反射阻害部９ａ全体の画像を適正に撮影することができない。
【００２７】
これに対して、本発明によれば、図８（ａ）に実線で示したように、光反射阻害部９ａの撮影期間中、この光反射阻害部９ａに適合する露光時間が設定されるので、この光反射阻害部９ａの適正な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】レール上を走行する車両に配設された本発明に係る撮像装置の模式図である。
【図２】リアクションプレートの配置形態を示す平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】図３に示形態で配設された画像入力装置による撮影画像を示したものである。
【図５】溶接部を含む画像の輝度変化を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、先行する画像入力装置がある位置に到達した状態を示す概念図である。（ｂ）は、後続する画像入力装置が上記ある位置に到達した状態を示す概念図である。
【図７】露光時間制御装置の構成を例示したブロック図である。
【図８】（ａ）は露光制御がない場合の露光時間の設定形態を、（ａ）は従来の露光時間の制御形態を、さらに、（ｃ）は本発明に係る露光時間の制御形態をそれぞれ示したグラフである。
【図９】画像入力装置によって得られる画像の画素配列を例示した模式図である。
【図１０】明るさ−露光時間変換に用いる変換テーブルの内容を例示したグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
３  車両
５，７  画像入力装置
９  撮影対象
１１  明るさ算出装置
１３  車両位置検出装置
１５  露光時間制御装置
１７  リアクションプレート
１９  台座
２１  溶接部
２３  光源
【図１】
2005311798.tif 000007
【図２】
2005311798.tif 000008
【図３】
2005311798.tif 000009
【図４】
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【図５】
2005311798.tif 000011
【図６】
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【図７】
2005311798.tif 000013
【図８】
2005311798.tif 000014
【図９】
2005311798.tif 000015
【図１０】
2005311798.tif 000016