(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロリー線に下方側から可視光を照射する光源と、
隣り合う焦点範囲を撮像可能に設定され、前記可視光が照射された前記トロリー線を下方側から鉛直上方に向かって同時に撮像を行う複数の撮像手段と、
前記トロリー線の高さを、前記撮像手段と同期して計測する高さ計測手段と、
計測した前記高さを焦点範囲とする画像を、前記複数の撮像手段により撮像されたフレーム単位の画像から選択する画像選択手段と、
選択された画像をフレーム単位で時系列に蓄積していき、蓄積した複数の画像を１本の画像データとして記録する記録手段と、
記録された画像データの画像をフレーム単位で画像処理することにより、前記トロリー線の摺面の幅を算出すると共に前記トロリー線の残存直径を算出し、該残存直径に基づいて、前記トロリー線の摩耗量を求める摩耗量算出手段とを有し、
前記複数の撮像手段を前記トロリー線に垂直な水平方向に並列配置する一方、前記複数の撮像手段において、各々の光軸中心に対して各々の撮像範囲を前記水平方向にシフトして、前記撮像範囲の前記水平方向の位置を同じ位置とし、
少なくとも、前記光源、前記撮像手段、前記高さ計測手段、前記画像選択手段及び前記記録手段を車両上に設けて、測定区間のトロリー線の前記画像データを一括して記録すると共に、一括して記録した前記画像データを、車両上又は地上に設けた前記摩耗量算出手段により処理することを特徴とするトロリー線の摩耗量計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトロリー線の摩耗量計測装置において、
前記複数の撮像手段は、各々鉛直上方方向を向いて配置されていることを特徴とするトロリー線の摩耗量計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載のトロリー線の摩耗量計測装置において、
前記複数の撮像手段は、各々同じ水平方向を向いて配置されると共に、当該撮像手段の前方に配置したミラーを用いて、鉛直上方方向を撮像するようにしたことを特徴とするトロリー線の摩耗量計測装置。
【請求項４】
請求項１に記載のトロリー線の摩耗量計測装置において、
前記複数の撮像手段は４以上の偶数個であり、対となる前記撮像手段は前記トロリー線に沿う水平方向を向いて互いに対向して配置されると共に、異なる対の前記撮像手段同士は前記トロリー線に垂直な水平方向に並列配置されて、対向する前記撮像手段の間に配置したミラーを用いて、鉛直上方方向を撮像するようにしたことを特徴とするトロリー線の摩耗量計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載のトロリー線の摩耗量計測装置において、
前記撮像手段の光軸は前記ミラーの頂点位置に向けられていることを特徴とするトロリー線の摩耗量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道のトロリー線の摩耗量を、画像処理を用いて計測するトロリー線の摩耗量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トロリー線は、電車へ電力を供給する電線であり、電車が通過するたびに、パンタグラフとの摩擦により摩耗する。一般的な区間のトロリー線は、電車の通過回数に比例して摩耗するが、必ずしも通過回数に比例するとは限らず、局部的かつ加速度的に摩耗が進んでしまい、その摩耗量が予想不可能な区間もある。従って、トロリー線の摩耗限界を超えてトロリー線が切れてしまう事故を防止するため、定期的にトロリー線の摩耗量が計測されている。
【０００３】
トロリー線の摩耗量計測装置の条件について説明すると、摩耗量計測装置は電車の屋根上に設置されることが多いため、特に寸法において、摩耗量計測装置の高さが低いことが求められる。これは、電車の屋根上に背の高いものがあると、風切り騒音が発生したり、空気抵抗が大きくなったり、飛来物との衝突により破損、脱落事故が発生したりするおそれがあるからである。従って、小型の摩耗量計測装置が必要とされるが、特に、高さが低いことが求められる。
【０００４】
トロリー線の摩耗量を測定する方法について説明すると、トロリー線の厚みを直接計測することにより摩耗量を測定する方法やトロリー線の摺面（パンタグラフとの摩擦により形成された面）の幅を光学的に計測することにより摩耗量を測定する方法等がある。
【０００５】
前者の方法では、トロリー線の厚みを、ノギス等を用いて人手により直接計測することにより、摩耗量を測定している。
【０００６】
後者の方法では、トロリー線の摺面へ光を照射し、摺面の反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device；電荷結合素子）カメラ等で取得し、取得した反射光の画像の画像処理を行ってトロリー線の摺面の幅を求めることにより、トロリー線の摩耗量を測定している。これは、パンタグラフとの摩擦により、ひょうたん形状断面のトロリー線の下部が平坦に削れていき、摩耗が進むほど平坦な部分（摺面）の幅が広くなっていくが、照射した光は、この平坦な部分（摺面）の幅の範囲で反射するため、反射光の幅を計測することにより、トロリー線の摺面の幅を求めることができ、その結果、トロリー線の摩耗量を求めることができるからである。なお、トロリー線に照射する光としては、ナトリウム光（非特許文献１）やレーザ光（特許文献１、２）等が使用されている。
【０００７】
【非特許文献１】久須美  俊一、“軌陸車を用いた電車線検測装置の開発”、鉄道総研報告書  1998年7月号、第114回鉄道総研月例発表会要旨、財団法人研友社、1998年9月22日
【特許文献１】特開２００１−５９７１０号公報
【特許文献２】特開平６−３０７８３２号公報
【特許文献３】特開２００２−１３９３０５号公報
【特許文献４】特開２００２−２７９４０９号公報
【特許文献５】特開２００３−３４１３８９号公報
【特許文献６】特開２００６−２４８４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前者の方法は、人手による計測であるため、トロリー線に対して、連続的な測定をすることはできず、点測定となってしまい、測定効率が悪いという問題がある。
後者の方法は、計測したトロリー線の高さを用いて、レンズのピントを機械的に調節する必要がある。機械式のレンズ調整機構は装置が大型になる欠点がある。又、これに関連して、機械式のレンズ調整機構には追従速度に限界がある。従って、トロリー線の高さが急激に変動する区間や高速走行の場合には、レンズ調整が追従できず、計測できないという欠点もある。又、レーザ光を使用する場合には（特許文献１、２）、トロリー線までの距離が長くなるほどレーザ光が減衰するため、Class2を超える高出力のレーザ光を上向きで設置する必要がある。この場合には、レーザが人の目に入らないようにする安全対策が必要となり、使いにくくなってしまう。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、小型化、高効率化、高追従性を図ることができ、安全性の高いトロリー線の摩耗量計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する第１の発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置は、
トロリー線に下方側から可視光を照射する光源と、
隣り合う焦点範囲を撮像可能に設定され、前記可視光が照射された前記トロリー線を下方側から鉛直上方に向かって同時に撮像を行う複数の撮像手段と、
前記トロリー線の高さを、前記撮像手段と同期して計測する高さ計測手段と、
計測した前記高さを焦点範囲とする画像を、前記複数の撮像手段により撮像されたフレーム単位の画像から選択する画像選択手段と、
選択された画像をフレーム単位で時系列に蓄積していき、蓄積した複数の画像を１本の画像データとして記録する記録手段と、
記録された画像データの画像をフレーム単位で画像処理することにより、前記トロリー線の摺面の幅を算出すると共に前記トロリー線の残存直径を算出し、該残存直径に基づいて、前記トロリー線の摩耗量を求める摩耗量算出手段とを有し、
前記複数の撮像手段を前記トロリー線に垂直な水平方向に並列配置する一方、前記複数の撮像手段において、各々の光軸中心に対して各々の撮像範囲を前記水平方向にシフトして、前記撮像範囲の前記水平方向の位置を同じ位置とし、
少なくとも、前記光源、前記撮像手段、前記高さ計測手段、前記画像選択手段及び前記記録手段を車両上に設けて、測定区間のトロリー線の前記画像データを一括して記録すると共に、一括して記録した前記画像データを、車両上又は地上に設けた前記摩耗量算出手段により処理することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第２の発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置は、
上記第１の発明に記載のトロリー線の摩耗量計測装置において、
前記複数の撮像手段は、各々鉛直上方方向を向いて配置されていることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第３の発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置は、
上記第１の発明に記載のトロリー線の摩耗量計測装置において、
前記複数の撮像手段は、各々同じ水平方向を向いて配置されると共に、当該撮像手段の前方に配置したミラーを用いて、鉛直上方方向を撮像するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第４の発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置は、
上記第１の発明に記載のトロリー線の摩耗量計測装置において、
前記複数の撮像手段は４以上の偶数個であり、対となる前記撮像手段は前記トロリー線に沿う水平方向を向いて互いに対向して配置されると共に、異なる対の前記撮像手段同士は前記トロリー線に垂直な水平方向に並列配置されて、対向する前記撮像手段の間に配置したミラーを用いて、鉛直上方方向を撮像するようにしたことを特徴とする。
上記課題を解決する第５の発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置は、
上記第４の発明に記載のトロリー線の摩耗量計測装置において、
前記撮像手段の光軸は前記ミラーの頂点位置に向けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１、第２の発明によれば、車両で走行しながら摩耗量が計測できるため、計測が効率的である。又、レンズ焦点を調節する機械式のレンズ調整機構が不要であるため、装置の小型化を図ることができると共に、高さ変動の激しい区間や高速走行でも追従することができる。加えて、可視光の照明を用いるため、安全である。更に、摩耗量の計測に用いた画像が記録されるので、記録されている画像を閲覧して、異常状態を視認することができる。
【００１７】
又、記録される画像データの容量を低減することができる。又、撮像範囲の水平方向のずれを小さくすることができる。
【００１８】
第３の発明によれば、上記第１の発明の効果に加えて、装置高さを低くすることができる。
【００１９】
第４の発明によれば、上記第１の発明の効果に加えて、撮像範囲の水平方向のずれを更に小さくすることができ、偏位方向の視野が広くなる。
第５の発明によれば、上記第４の発明の効果に加えて、撮像されるトロリー線の前後方向のずれを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置の実施形態例を図１〜図８を参照して説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置の実施形態の一例を示す概略図である。
【００２２】
図１に示すように、車両（電車５）へ電力を供給するためのトロリー線１は、電柱２に設けられた振止金具３（又は曲引金具）に支持されて、各電柱２間に架設されるものである。
【００２３】
そして、本実施例におけるトロリー線の摩耗量計測装置は、図１に示すように、レール４上を走行可能な電車５の上部（屋根上）に、トロリー線１の下面（摺面）に向けて下方側から上向きに可視光を照射する投光器６（光源）と、焦点範囲が隣り合うように設定され、可視光が照射されたトロリー線１を下方側から鉛直上方に向かって同時に撮像を行う複数のカメラ７、８（撮像手段）とを有するものである。第１カメラ７、第２カメラ８は、トロリー線１の下面（摺面）で反射した光を含めて、トロリー線１を下方側から連続的に撮像することになる。なお、第１カメラ７、第２カメラ８としては、エリアセンサ型やラインセンサ型の撮像素子を用いたものが使用される。又、図示していないが、第１カメラ７、第２カメラ８と同期して、トロリー線１の高さを計測する高さ計測装置（高さ計測手段）も、電車５上に独立して設けられている。高さ計測装置としては、例えば、レーザセンサ等が用いられる。
【００２４】
更に、電車５の車内には、第１カメラ７、第２カメラ８で撮像した画像データ（フレーム単位の画像を時系列に複数蓄積したデータ）や高さ計測装置で測定した高さデータを記録する記録装置９と、記録した画像データの画像処理を行う画像処理装置１０を設けている。画像データは、記録装置９に一括して記録した後、車上の画像処理装置１０により画像処理が行われる。
【００２５】
なお、本実施例では、第１カメラ７、第２カメラ８をレール４に垂直な水平方向（以降、レール４に垂直な水平方向を枕木方向と呼ぶ。）に配置しているが、後述の図２で説明するように、所定の撮像範囲（トロリー線１の位置が変動する範囲）を撮像できるのであれば、レール４の長さ方向に配置しても良い。又、本実施例では、カメラを２台としているが、所定の撮像範囲を撮像可能であると共に、焦点範囲を隣り合うようにすれば、３台以上のカメラを使用するようにしてもよい。
【００２６】
ここで、第１カメラ７、第２カメラ８の焦点範囲について、図２を用いて説明する。なお、図２は、トロリー線１の偏位及び高さの変動の範囲を、第１カメラ７、第２カメラ８の撮像範囲７ａ、８ａで互いに補い合う方法を説明する模式図である。
【００２７】
第１カメラ７、第２カメラ８の撮像範囲７ａ、８ａは、その枕木方向の幅については、トロリー線１の枕木方向の偏位の最大の範囲を各々カバーできる。一方、撮像範囲７ａ又は撮像範囲８ａの単独での鉛直方向の幅（焦点範囲）については、レンズの焦点距離、ピントを固定していると、トロリー線１の鉛直方向の高さ変動の最大の範囲をカバーすることはできない。そこで、本発明においては、図２に示すように、レンズの焦点距離、ピントを固定する際、撮像範囲７ａ、８ａの焦点範囲を互いに隣り合う異なる位置として、撮像範囲７ａ、８ａを２つ合わせることで、トロリー線１の鉛直方向の高さ変動の最大の範囲をカバーできるようにしている。従って、図２に示すように、撮像範囲７ａ、８ａおいて、その枕木方向の位置は、撮像範囲７ａ、８ａ両方とも同じ位置としているが、その鉛直方向位置は、隣り合う高さ位置としている。つまり、撮像範囲７ａ、８ａでは、各々の焦点範囲が異なるように設定されて、撮像可能となっている。
【００２８】
このような設定とすることにより、トロリー線１の偏位及び高さ変動の範囲を、第１カメラ７、第２カメラ８の撮像範囲７ａ、８ａで互いに補い合うことが可能となり、特に、トロリー線１の高さ変動の範囲を、第１カメラ７、第２カメラ８の異なる焦点範囲で互いに補い合うことが可能となる。なお、第１カメラ７、第２カメラ８は、撮像範囲７ａ、８ａの枕木方向の位置を同じ位置とするため、各々の光軸中心７ｂ、８ｂに対して、撮像範囲７ａ、８ａを枕木方向にシフトしている。
【００２９】
又、図１に示す記録装置９及び画像処理装置１０は、例えば、図３に示すブロック図のような構成となっている。
【００３０】
具体的には、記録装置９は、第１カメラ７、第２カメラ８により撮像されたフレーム単位の画像を、第１カメラ画像データ１５ａ、第２カメラ画像データ１５ｂとして蓄積し、記録すると共に、フレーム単位の画像に同期して、高さ計測装置により計測された高さを高さデータ１５ｃとして蓄積し、記録する記録部１１Ａ（記録手段）を有する。記録部１１Ａとしては、例えば、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）等が使用される。
【００３１】
又、画像処理装置１０は、記録されたフレーム単位のトロリー線１の高さデータ１５ｃに基づいて、その高さを焦点範囲とする画像を、記録された画像データ１５ａ、１５ｂからフレーム単位で選択する画像選択部１３Ａ（画像選択手段）と、選択された画像を画像処理することにより、トロリー線１の反射面（摺面）の幅を算出すると共に、その残存直径を算出し、該残存直径に基づいて、トロリー線１の摩耗量を求める摩耗量算出部１４Ａ（摩耗量算出手段）とを有している。なお、フレームとは、画像データ（動画）を構成する最小単位の静止画像であり、本発明においては、フレーム単位毎に、つまり、最小単位の静止画像毎に画像処理を行っている。
【００３２】
このように、本実施例では、投光器６、カメラ７、８、高さ計測装置、記録装置９（記録部１１Ａ）、画像処理装置１０（画像選択部１３Ａ、摩耗量算出部１４Ａ）を電車５上に設けており、記録装置９と画像処理装置１０とは、互いに直接接続された状態であり、画像データを記録装置９に一括して記録した後、車上の画像処理装置１０により画像処理されることになる。
【００３３】
ここで、図１〜図３を参照しながら、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置における計測方法を説明する。
【００３４】
予め、第１カメラ７、第２カメラ８をトロリー線１に向けて上向き（鉛直上方）に設置すると共に、図２に示すように、それらの焦点範囲を隣り合うように設定し、それぞれの焦点範囲においてレンズのピントが合うように、レンズの焦点距離とピントを設定しておく。これにより、トロリー線１の高さ変動の範囲は、第１カメラ７、第２カメラ８の焦点範囲が互いに補うことになり、トロリー線１の高さが変動しても、いずれか１台のカメラでトロリー線１にピントが合った画像が取得できることになる。又、高さ計測装置も、トロリー線１の高さを計測できるように、配置、設定される。
【００３５】
次に、測定区間のトロリー線１を各カメラ７、８で同時に撮像すると共に、この撮像と同期して、高さ計測装置で高さを測定し、フレーム単位の画像及び高さを記録装置９の記録部１１Ａに各々画像データ１５ａ、１５ｂ、高さデータ１５ｃとして蓄積し、記録する。
【００３６】
次に、画像処理装置１０の画像選択部１３Ａにおいて、記録されたトロリー線１の高さを用いて、トロリー線１にピントの合う画像を画像データ１５ａ、１５ｂからフレーム単位で選択する。つまり、図２に示した焦点範囲７ａ、８ａから、トロリー線１の高さに対応する画像を選択することにより、画像選択部１３Ａは、トロリー線１の磨耗量を計測する際に用いる画像を選択することになる。
【００３７】
次に、画像処理装置１０の摩耗量算出部１４Ａにおいて、選択した画像に映るトロリー線１の反射面（摺面）をフレーム単位で２値化処理により検出し、反射面の幅を計測する。そして、最後に、トロリー線１の断面を真円として扱うと共に、反射面が平坦な面であることから、計測した反射面の幅を用いて、トロリー線１の残存直径を求めて、トロリー線１の摩耗量を求める。
【００３８】
画像からトロリー線１の反射面の幅を計測する際には、例えば、特許文献６に示すように、画像に対して二値化処理を行うことにより、トロリー線１の摩耗部分（摺面）を強調すると共に、ノイズ除去を行い、トロリー線１の摩耗部分（摺面）のエッジ検出を行い、この検出したエッジにより、トロリー線１の摩耗部分（摺面）の幅を計算すればよい。
【００３９】
本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置は、上述した手順により、トロリー線１の摩耗量を計測することが可能となる。そして、上記構成の本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置には、以下に示すような利点がある。
（１）本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置は、営業車両に設置可能である。そのため、走行しながら連続的に測定区間のトロリー線の画像データ等を取り込み、車上側又は地上側に設置した画像処理装置を用いて、トロリー線の摩耗量を計測できるので、従来と比較して、効率的となる。
（２）ナトリウムランプ光やレーザ光を使用する方式は、トロリー線の高さ計測値からリアルタイムにレンズ焦点を調節する機械式のレンズ調整機構が必要であり、装置が大型になる問題があったが、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置では、焦点範囲の異なるカメラを複数配置し、レンズ調整機構を用いる替わりに、焦点範囲の異なるカメラで撮像された複数の画像を電気的に選択するため、レンズ調整機構が不要となり、装置を小型化することができる。
（３）上記レンズ調整機構は追従速度に限界があるが、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置は、そのような調整機構が無いため、高さ変動の激しい区間や高速走行でも追従することができる。
（４）レーザ光を使用する方式は、使用する高出力レーザが直接目に入らないように、安全対策が必要であるが、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置では、可視光照明とカメラで構成するため安全である。
（５）従来の方式では、トロリー線の摩耗量に異常がある場合、計測値しかわからない問題があったが、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置では、トロリー線の画像が録画されるので、録画された画像を閲覧して、異常状態を視認することができる。
【００４０】
なお、図１に示す実施例１のトロリー線の摩耗量計測装置おいては、記録装置９と画像処理装置１０の両方を電車５上に設置しているが、記録装置９だけを電車５上に設置し、画像処理装置１０を地上に設置し、記録装置９に一括して記録した画像データを、地上の画像処理装置１０を用いて画像処理を行って、トロリー線１の摩耗量を計測するようにしても良い。以下、図４、図５に実施例１の変形例を示し、その構成について説明を行う。
【００４１】
＜第１変形例＞
本第１変形例は、図１に示したトロリー線の摩耗量計測装置の構成において、記録装置９だけを電車５上に設置し、画像処理装置１０を地上に設置した構成である。又、図示していないが、第１カメラ７、第２カメラ８とは別に、可視光が照射されたトロリー線１を下方側から撮像して、トロリー線１の高さを算出するための画像を取得する第３カメラ（他の撮像手段）を電車５上に設けている。
【００４２】
図４に示すように、本第１変形例のトロリー線の摩耗量計測装置において、記録装置９は、第１カメラ７、第２カメラ８により撮像されたフレーム単位の画像を、第１カメラ画像データ１５ａ、第２カメラ画像データ１５ｂとして蓄積し、記録すると共に、第３カメラにより撮像され、トロリー線１の高さを算出するためのフレーム単位の画像を、第３カメラ画像データ１５ｄとして蓄積し、記録する記録部１１Ｂを有している。
【００４３】
又、本第１変形例のトロリー線の摩耗量計測装置において、画像処理装置１０は、記録した画像データ１５ｄの画像を画像処理することにより、フレーム単位でトロリー線１の高さを求める高さ算出部１２Ｂと、求めたフレーム単位の高さから、摩耗量計測に用いる画像を画像データ１５ａ、１５ｂから選択する画像選択部１３Ｂと、選択された画像から、画像処理を用いて、トロリー線１の反射面の幅を求めると共に、その残存直径、摩耗量を求める摩耗量算出部１４Ｂとを有している。
【００４４】
本第１変形例では、投光器６、カメラ７、８、第３カメラ、記録装置９（記録部１１Ｂ）を電車５上に設け、画像処理装置１０（高さ算出部１２Ｂ、画像選択部１３Ｂ、摩耗量算出部１４Ｂ）を地上に設けており、記録装置９と画像処理装置１０とは、互いに直接接続された状態ではない。従って、記録装置９に一括して記録された画像データは、記録メディア等を介して、画像処理装置１０へ入力されて、画像処理されることになる。なお、実施例１と同様に、画像処理装置１０も電車５上に設けて、画像データを記録装置９に一括して記録した後、車上の画像処理装置１０により画像処理を行うようにしてもよい。
【００４５】
本第１変形例における計測方法は、以下のような手順となる。
【００４６】
予め、実施例１と同様に、第１カメラ７、第２カメラ８をトロリー線１に向けて上向きに設置すると共に、それらの焦点範囲を隣り合うように設定し、それぞれの焦点範囲においてレンズのピントが合うように、レンズの焦点距離とピントを設定しておく。又、第３カメラも、トロリー線１の高さを算出するための画像データが取得できるように、配置、設定される。
【００４７】
次に、測定区間のトロリー線１を各カメラ７、８で同時に撮像し、フレーム単位の画像を記録装置９の記録部１１Ｂに画像データ１５ａ、１５ｂとして蓄積し、記録する。この際、カメラ７、８に同期して、第３カメラでも測定区間のトロリー線１を撮像して、フレーム単位の画像を記録装置９の記録部１１Ｂに画像データ１５ｄとして蓄積し、記録する。これらの画像データ１５ａ、１５ｂ、１５ｄは、記録メディア（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ等）に一括して出力可能であり、地上に設置した画像処理装置１０へは、記録メディアを介して、一括して入力されて、次の画像処理が行われる。
【００４８】
次に、画像データ１５ａ、１５ｂ、１５ｄが入力された画像処理装置１０では、高さ算出部１２Ｂにおいて、記録した画像データ１５ｄの画像を画像処理することにより、フレーム単位でトロリー線１の高さを求め、画像選択部１３Ｂにおいて、求めたフレーム単位の高さから、摩耗量計測に用いる画像を画像データ１５ａ、１５ｂから選択している。つまり、トロリー線１にピントの合う画像を選択している。
【００４９】
次に、画像処理装置１０の摩耗量算出部１４Ｂにおいて、選択した画像に映るトロリー線１の反射面（摺面）をフレーム単位で２値化処理により検出し、反射面の幅を計測する。そして、最後に、トロリー線１の断面を真円として扱うと共に、反射面が平坦な面であることから、計測した反射面の幅を用いて、トロリー線１の残存直径を求めて、トロリー線１の摩耗量を求める。
【００５０】
なお、画像処理装置１０においては、フレーム単位の高さ情報に基づいて、摩耗量計測に用いる画像を選択する際、選択した画像を時系列に蓄積して、１本の画像データと記録するようにしてもよい。このように、１本の画像データとすることで、摩耗量に異常がある場合、1本に編集した画像データを閲覧することにより、異常状態を容易に視認することができる。
【００５１】
＜第２変形例＞
本第２変形例も、図１に示したトロリー線の摩耗量計測装置の構成において、記録装置９だけを電車５上に設置し、画像処理装置１０を地上に設置した構成である。又、カメラ７、８と同期して、トロリー線１の高さを計測する高さ計測装置（高さ計測手段）を電車５上に設けている。
【００５２】
本第２変形例のトロリー線の摩耗量計測装置は、図５に示すように、トロリー線１の高さを計測する高さ計測装置１８（例えば、レーザセンサ等）を独立して有している。又、本第２変形例のトロリー線の摩耗量計測装置において、記録装置９は、第１カメラ７、第２カメラ８により撮像されたフレーム単位の画像を一時的に記録する第１フレームバッファ１６、第２フレームバッファ１７と、高さ計測装置１８により計測された高さを焦点範囲とする画像を、第１フレームバッファ１６、第２フレームバッファ１７に記録されたフレーム単位の画像から選択する画像選択部１３Ｃと、選択された画像をフレーム単位で時系列に蓄積していき、１本の画像データとして記録する記録部１１Ｃを有している。つまり、本第２変形例では、記録装置９側に画像選択部１３Ｃを有しており、そのため、記録装置９の記録部１１ｃには、フレーム単位で選択された画像が複数蓄積された１本の画像データが記録されることになる。
【００５３】
又、本第２変形例のトロリー線の摩耗量計測装置において、画像処理装置１０は、記録された画像データの画像から、画像処理を用いて、トロリー線１の反射面の幅を求めると共に、その残存直径、摩耗量を求める摩耗量算出部１４Ｃを有している。
【００５４】
本第２変形例では、投光器６、カメラ７、８、高さ計測装置１８、記録装置９（記録部１１Ｃ、画像選択部１３Ｃ）を電車５上に設け、画像処理装置１０（摩耗量算出部１４Ｃ）を地上に設けており、記録装置９と画像処理装置１０とは、互いに直接接続された状態ではない。従って、記録装置９に記録された画像データは、記録メディア等を介して、画像処理装置１０へ入力されて、画像処理されることになる。なお、実施例１と同様に、画像処理装置１０も電車５上に設けて、画像データを記録装置９に一括して記録した後、車上の画像処理装置１０により画像処理を行うようにしてもよい。
【００５５】
本第２変形例における計測方法は、以下のような手順となる。
【００５６】
予め、実施例１の場合と同様に、第１カメラ７、第２カメラ８をトロリー線１に向けて上向きに設置すると共に、それらの焦点範囲を隣り合うように設定し、それぞれの焦点範囲においてレンズのピントが合うように、レンズの焦点距離とピントを設定しておく。又、高さ計測装置１８も、トロリー線１の高さを計測できるように、配置、設定される。
【００５７】
次に、測定区間のトロリー線１を各カメラ７、８で同時に撮像し、第１フレームバッファ１６、第２フレームバッファ１７に画像をフレーム単位で一時的に記録する。この際、カメラ７、８に同期して、測定区間のトロリー線１の高さを高さ計測装置１８で計測しており、画像選択部１３Ｃでは、フレーム単位毎の高さに基づいて、トロリー線１にピントの合う画像を第１フレームバッファ１６、第２フレームバッファ１７に記録した画像から選択する。そして、選択した画像をフレーム単位で時系列に蓄積していき、１本の画像データとして記録部１１Ｃに記録する。記録された画像データは、記録メディア（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ等）に出力可能であり、地上に設置した画像処理装置１０へは、記録メディアを介して、入力されて、次の画像処理が行われる。
【００５８】
次に、画像処理装置１０の摩耗量算出部１４Ｃにおいて、入力された画像データの画像に映るトロリー線１の反射面（摺面）をフレーム単位で２値化処理により検出し、反射面の幅を計測する。そして、最後に、トロリー線１の断面を真円として扱うと共に、反射面が平坦な面であることから、計測した反射面の幅を用いて、トロリー線１の残存直径を求めて、トロリー線１の摩耗量を求める。
【００５９】
このように、本第２変形例では、記録装置９の記録部１１Ｃに記録する前に、摩耗量計測に用いる画像をフレーム単位で選択し、選択されたフレーム単位の画像を蓄積し、１本の画像データとして記録するので、実施例１、第２変形例と比較して、必要な記録容量を低減することができる。加えて、１本の画像データとなっているので、摩耗量に異常がある場合、この画像データを閲覧することにより、異常状態を容易に視認することができる。
【実施例２】
【００６０】
図６は、本発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置の実施形態の他の一例を示す概略図である。
【００６１】
本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置は、カメラ２１、２２等の構成を除いて、実施例１の図１に示したトロリー線の摩耗量計測装置と同等の構成であり、例えば、記録装置９、画像処理装置１０も、上述した図３に示すような構成である。
【００６２】
具体的な相違点は、実施例１の図１に示したトロリー線の摩耗量計測装置においては、複数のカメラ７、８は、いずれもトロリー線１に向かって上向きに設置しているが、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置においては、図６に示すように、複数のカメラ２１、２２をレンズが同じ水平方向に向く横置きに並列に配置すると共に、カメラ２１、２２のレンズの前面に、ミラー面を備えた三角柱状のミラー２３を配置した点である。このミラー２３のミラー面は、レール４の長さ方向に対して傾きを有している。本実施例では、ミラー２３を介して、トロリー線１を下方側から鉛直上方に向かって撮像することになるが、カメラ２１、２２が撮像する焦点範囲については、上述した図２に示すように、それらの焦点範囲が隣り合うように設定される。
【００６３】
通常、トロリー線の摩耗量計測装置では、カメラ２１、２２は、枕木方向に対しては、トロリー線１の偏位相当の視野が必要であるが、トロリー線１の長さ方向（レール４の長さ方向）は狭い視野でも良い。従って、ミラー２３のミラー面は、枕木方向に長く、高さ方向には短いものでよい。
【００６４】
なお、本実施例でも、第１カメラ２１、第２カメラ２２を枕木方向に配置しているが、前述の図２で説明したように、所定の撮像範囲を撮像できるのであれば、レール４の長さ方向に配置しても良い。又、本実施例では、カメラを２台としているが、所定の撮像範囲を撮像可能であると共に、焦点範囲を隣り合うようにすれば、３台以上のカメラを使用するようにしてもよい。
【００６５】
ここで、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置における計測方法を説明する。なお、ここでは、図６に加えて、前述した図２、図３も参照して説明を行う。
【００６６】
予め、第１カメラ２１、第２カメラ２２をミラー２３に向けて横置きに設置すると共に、図２に示したように、それらの焦点範囲を隣り合うように設定し、それぞれの焦点範囲においてレンズのピントが合うように、レンズの焦点距離とピントを設定しておく。これにより、トロリー線１の高さ変動の範囲は、第１カメラ２１、第２カメラ２２の焦点範囲が互いに補うことになり、トロリー線１の高さが変動しても、いずれか１台のカメラでトロリー線１にピントが合った画像が取得できることになる。又、高さ計測装置も、トロリー線１の高さを計測できるように、配置、設定される。
【００６７】
次に、測定区間のトロリー線１を各カメラ２１、２２で同時に撮像すると共に、この撮像と同期して、高さ計測装置で高さを測定し、フレーム単位の画像及び高さを記録装置９の記録部１１Ａに各々画像データ１５ａ、１５ｂ、高さデータ１５ｃとして蓄積し、記録する。
【００６８】
次に、画像処理装置１０の画像選択部１３Ａにおいて、記録されたトロリー線１の高さを用いて、トロリー線１にピントの合う画像を画像データ１５ａ、１５ｂからフレーム単位で選択する。つまり、図２に示すような焦点範囲から、トロリー線１の高さに対応する画像を選択することにより、画像選択部１３Ａは、トロリー線１の磨耗量を計測する際に用いる画像を選択することになる。
【００６９】
次に、画像処理装置１０の摩耗量算出部１４Ａにおいて、選択した画像に映るトロリー線１の反射面（摺面）をフレーム単位で２値化処理により検出し、反射面の幅を計測する。そして、最後に、トロリー線１の断面を真円として扱うと共に、反射面が平坦な面であることから、計測した反射面の幅を用いて、トロリー線１の残存直径を求めて、トロリー線１の摩耗量を求める。なお、画像からトロリー線１の反射面の幅を計測する手段としては、例えば、特許文献６に示された手段を使用しても良い。
【００７０】
本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置は、上述した手順により、トロリー線１の摩耗量を計測することが可能となる。そして、上記構成の本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置には、実施例１に記載した利点に加えて、装置高さを低くできるという利点がある。
【００７１】
通常、トロリー線の摩耗量計測装置を、電車の屋根上に設置する際には、その幅と長さには制約が少ないのに対して、その高さには制約が多い。これは、電車の屋根上に背の高いものがあると、風切り騒音、空気抵抗、飛来物との衝突による破損、脱落の問題が発生するためである。これに対して、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置では、カメラ２１、２２を横置きにすると共に、高さの低いミラー２３を配置しているので、装置高さを低くすることができ、電車の屋根上に設置する上では大きな利点になる。
【００７２】
なお、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置も、実施例１のトロリー線の摩耗量計測装置と同様に、記録装置９と画像処理装置１０の両方を電車５上に設置しているが、実施例１における第１変形例、第２変形例のように、記録装置９だけを電車５上に設置し、画像処理装置１０を地上に設置し、記録装置９に一括して記録した画像データを、地上の画像処理装置１０を用いて画像処理を行って、トロリー線１の摩耗量を計測するようにしても良い。
【実施例３】
【００７３】
図７は、本発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置の実施形態の更なる他の一例を示す概略図である。
【００７４】
本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置も、カメラ３１、３２等の構成を除いて、実施例１の図１に示したトロリー線の摩耗量計測装置と同等の構成であり、例えば、記録装置９、画像処理装置１０も、上述した図３に示すような構成である。
【００７５】
具体的な相違点は、実施例１の図１に示したトロリー線の摩耗量計測装置においては、複数のカメラ７、８は、いずれもトロリー線１に向かって上向きに設置しているが、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置においては、図７に示すように、レンズが互いに対向して水平方向に向くように、複数のカメラ３１、３２を横置きに配置すると共に、カメラ３１、３２の各々のレンズの前面に枕木方向に長い長方形状のミラー面が配置されるように、三角柱状のミラー３３をカメラ３１、３２の間に配置した点である。カメラ３１、３２は、ミラー３３を介して、トロリー線１を下方側から鉛直上方方向に撮像することにはなるが、撮像可能な焦点範囲については、上述した図２に示すように、それらの焦点範囲が隣り合うように設定される。
【００７６】
通常、トロリー線の摩耗量計測装置では、カメラ３１、３２は、枕木方向に対しては、トロリー線１の偏位相当の視野が必要であるが、トロリー線１の長さ方向（レール４の長さ方向）は狭い視野でも良い。従って、ミラー３３のミラー面は、枕木方向に長く、高さ方向には短いものでよい。
【００７７】
又、上述した実施例１のトロリー線の摩耗量計測装置におけるカメラ７、８の配置構成、そして、上述した実施例２のトロリー線の摩耗量計測装置におけるカメラ２１、２２及びミラー２３の配置構成では、カメラ２１、２２を枕木方向に並列配置するため、現実的には、図８に示すように、トロリー線１の偏位方向において、それらの撮像範囲７ａ、８ａ（又は、２１ａ、２２ａ）の間に、撮像範囲のずれｄが生じてしまう。このずれｄは、各々の撮像範囲をシフトすることにより、できるだけ小さくすることはできるが、現実的には、そのずれｄをゼロにすることは容易でなく、撮像範囲を全くシフトしない場合には、設置するカメラの台数に比例して大きくなってしまう。そして、このずれｄは、実質的な視野（計測に有効な撮像範囲）を狭くしてしまうおそれがある。
【００７８】
そこで、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置においては、図７に示すように、三角柱状のミラー３３を間にして、レンズ面が互いに対向するように、カメラ３１、３２を配置しており、このような配置構成において、例えば、カメラ３１、３２の光軸を一致させることにより、図８に示すような焦点範囲のずれｄを無くすようにしている。
【００７９】
なお、本実施例では、カメラを２台としているが、所定の撮像範囲を撮像可能であると共に、焦点範囲を隣り合うようにすれば、４以上の偶数台のカメラ、つまり、２台を一対とすると、２対以上のカメラを使用するようにしてもよい。この場合、対同士のカメラは、互いに対向して配置され、異なる対のカメラ同士は、枕木方向に並列に配置されることになる。
【００８０】
ここで、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置における計測方法を説明する。なお、ここでも、図７に加えて、前述した図２、図３も参照して説明を行う。
【００８１】
予め、第１カメラ３１、第２カメラ３２を、ミラー３３を間にして、レンズ面が互いに対向するように横置きに設置する。又、図２に示したように、それらの焦点範囲を隣り合うように設定し、それぞれの焦点範囲においてレンズのピントが合うように、レンズの焦点距離とピントを設定しておく。これにより、トロリー線１の高さ変動の範囲は、第１カメラ３１、第２カメラ３２の焦点範囲が互いに補うことになり、トロリー線１の高さが変動しても、いずれか１台のカメラでトロリー線１にピントが合った画像が取得できることになる。又、高さ計測装置も、トロリー線１の高さを計測できるように、配置、設定される。
【００８２】
なお、各カメラ３１、３２の光軸は、三角柱状のミラー３３の頂点位置（ミラー３３において一番高い位置）に向くように設定されており、これにより、撮像されるトロリー線１の前後方向のずれが小さくなるようになっている。
【００８３】
次に、測定区間のトロリー線１を各カメラ３１、３２で同時に撮像すると共に、この撮像と同期して、高さ計測装置で高さを測定し、フレーム単位の画像及び高さを記録装置９の記録部１１Ａに各々画像データ１５ａ、１５ｂ、高さデータ１５ｃとして蓄積し、記録する。
【００８４】
次に、画像処理装置１０の画像選択部１３Ａにおいて、記録されたトロリー線１の高さを用いて、トロリー線１にピントの合う画像を画像データ１５ａ、１５ｂからフレーム単位で選択する。つまり、図２に示すような焦点範囲から、トロリー線１の高さに対応する画像を選択することにより、画像選択部１３Ａは、トロリー線１の磨耗量を計測する際に用いる画像を選択することになる。
【００８５】
次に、画像処理装置１０の摩耗量算出部１４Ａにおいて、選択した画像に映るトロリー線１の反射面（摺面）をフレーム単位で２値化処理により検出し、反射面の幅を計測する。そして、最後に、トロリー線１の断面を真円として扱うと共に、反射面が平坦な面であることから、計測した反射面の幅を用いて、トロリー線１の残存直径を求めて、トロリー線１の摩耗量を求める。なお、画像からトロリー線１の反射面の幅を計測する手段としては、例えば、特許文献６に示された手段を使用しても良い。
【００８６】
本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置は、上述した手順により、トロリー線１の摩耗量を計測することが可能となる。そして、上記構成の本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置では、ミラー３３を間にして、第１カメラ３１、第２カメラ３２を対向するように配置したので、実施例１、２に記載した利点に加えて、撮像範囲の水平方向のずれが小さくなり、偏位方向の視野が広くなるという利点がある。
【００８７】
なお、本実施例のトロリー線の摩耗量計測装置も、実施例１のトロリー線の摩耗量計測装置と同様に、記録装置９と画像処理装置１０の両方を電車５上に設置しているが、実施例１における第１変形例、第２変形例のように、記録装置９だけを電車５上に設置し、画像処理装置１０を地上に設置し、記録装置９に一括して記録した画像データを、地上の画像処理装置１０を用いて画像処理を行って、トロリー線１の摩耗量を計測するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置は、電気鉄道のトロリー線の摩耗量を計測する際に、電車の屋根上に設置して、連続的に測定する場合に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置の実施形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示すトロリー線の摩耗量計測装置において、トロリー線の偏位及び高さの変動の範囲を、第１カメラ、第２カメラの撮像範囲で互いに補い合う方法を説明する模式図である。
【図３】図１に示すトロリー線の摩耗量計測装置における記録装置、画像処理装置の構成を説明するブロック図である。
【図４】図１に示すトロリー線の摩耗量計測装置における記録装置、画像処理装置の構成の変形例を説明するブロック図である。
【図５】図１に示すトロリー線の摩耗量計測装置における記録装置、画像処理装置の構成の他の変形例を説明するブロック図である。
【図６】本発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置の実施形態の他の一例を示す概略図である。
【図７】本発明に係るトロリー線の摩耗量計測装置の実施形態の更なる他の一例を示す概略図である。
【図８】第１カメラ、第２カメラの撮像範囲の間に生ずるずれを説明する模式図である。
【符号の説明】
【００９０】
１    トロリー線
４    レール
５    電車
６    投光器
７、２１、３１  第１カメラ
８、２２、３２  第２カメラ
９    記録装置
１０  画像処理装置
２３、３３  ミラー
【図１】
0005228438.tif 000002
【図２】
0005228438.tif 000003
【図３】
0005228438.tif 000004
【図４】
0005228438.tif 000005
【図５】
0005228438.tif 000006
【図６】
0005228438.tif 000007
【図７】
0005228438.tif 000008
【図８】
0005228438.tif 000009