(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンタグラフに向かって光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により光が照射された前記パンタグラフの近傍を撮像する１つの撮像手段と、
前記撮像手段に撮像された画像を記録すると共に当該画像の画像処理を行うことにより、前記パンタグラフに接触するトロリ線を検出する画像処理手段とを有するトロリ線検出装置において、
前記画像処理手段は、
前記画像のエッジ検出を行うことにより、複数の直線を検出し、
前記パンタグラフに投影されるトロリ線からの反射光を前記画像から検出し、
検出した前記複数の直線の中から、前記反射光がある直線を抽出することにより、パンタグラフに接触するトロリ線を検出することを特徴とするトロリ線検出装置。
【請求項２】
パンタグラフに向かって光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により光が照射された前記パンタグラフの近傍を撮像する１つの撮像手段と、
前記撮像手段に撮像された画像を記録すると共に当該画像の画像処理を行うことにより、前記パンタグラフに接触するトロリ線を検出する画像処理手段とを有するトロリ線検出装置において、
前記画像処理手段は、
前記画像のエッジ検出を行うことにより、複数の直線を検出し、
前記パンタグラフに投影されるトロリ線からの反射光を前記画像から検出し、
検出した前記反射光を生成する光の入射角度を算出すると共に、前記反射光の反射角度を算出して、前記入射角度と前記反射角度とを照合し、
検出した前記複数の直線の中から、前記反射光があり、かつ、前記入射角度と前記反射角度が同じとなる直線を抽出することにより、パンタグラフに接触するトロリ線を検出することを特徴とするトロリ線検出装置。
【請求項３】
パンタグラフに向かって光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により光が照射された前記パンタグラフの近傍を撮像する複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段に撮像された画像を各々記録すると共に当該画像の画像処理を行うことにより、前記パンタグラフに接触するトロリ線を検出する画像処理手段とを有するトロリ線検出装置において、
前記画像処理手段は、
異なる撮像手段に撮像された前記画像を、投影変換を行うことにより同じ座標軸の画像に変換し、
投影変換された前記画像のエッジ検出を各々行うことにより、複数の直線を検出し、
前記パンタグラフに投影されるトロリ線からの反射光を、投影変換された前記画像から各々検出し、
投影変換された前記画像各々において、検出した前記反射光を生成する光の入射角度を算出すると共に、前記反射光の反射角度を算出して、前記入射角度と前記反射角度とを照合し、検出した複数の直線の中から、前記反射光があり、かつ、前記入射角度と前記反射角度が同じとなる直線を抽出し、
投影変換された異なる撮像手段による前記画像同士において、抽出した前記直線と前記パンタグラフとの接触点の座標を互いに照合し、
抽出した前記直線の中から、前記接触点の座標が同じとなる直線を更に抽出することにより、パンタグラフに接触するトロリ線を検出することを特徴とするトロリ線検出装置。
【請求項４】
パンタグラフに向かって光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により光が照射された前記パンタグラフの近傍を撮像する複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段に撮像された画像を各々記録すると共に当該画像の画像処理を行うことにより、前記パンタグラフに接触するトロリ線を検出する画像処理手段とを有するトロリ線検出装置において、
前記画像処理手段は、
異なる撮像手段に撮像された前記画像を、投影変換を行うことにより同じ座標軸の画像に変換し、
投影変換された前記画像のエッジ検出を各々行うことにより、複数の直線を検出し、
前記パンタグラフに投影されるトロリ線からの反射光を、投影変換された前記画像から各々検出し、
投影変換された前記画像各々において、検出した前記反射光を生成する光の入射角度を算出すると共に、前記反射光の反射角度を算出して、前記入射角度と前記反射角度とを照合し、検出した複数の直線の中から、前記反射光があり、かつ、前記入射角度と前記反射角度が同じとなる直線を抽出し、
投影変換された異なる撮像手段による前記画像同士において、抽出した前記直線における前記反射角度同士を互いに照合し、
抽出した前記直線の中から、前記前記反射角度が同じとなる直線を更に抽出することにより、パンタグラフに接触するトロリ線を検出することを特徴とするトロリ線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電車線に接触するトロリ線を、画像処理により検出するトロリ線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トロリ線は、電気車へ電力を供給する設備線であり、検測車や車両限界計測車等と呼ばれる専用の計測車両が一定周期毎に電車線を走行することにより、この位置が計測される。計測項目には、トロリ線の高さやパンタグラフ上での偏位があり、これらの計測値が安全な管理値内かどうかを診断することにより、設備保全が実施される。
【０００３】
トロリ線の位置を計測する方式としては、レーザ計測方式や画像処理計測方式があり、画像処理計測方式の中にも各種の方式がある。
【０００４】
（１）レーザ計測方式は、車両の屋根上に取り付けたレーザ投光器をトロリ線に向け、その反射波によりトロリ線の位置を計測する方式である（非特許文献２）。
【０００５】
（２）画像処理計測方式は、車両の屋根上に取り付けた照明をトロリ線に向け、カメラで撮影した画像からトロリ線の位置を計測する方式である（非特許文献３、４）。
【０００６】
画像中に写る吊架線やき電線等は、設備保全管理上あまり重要視されるものではないが、パンタグラフと接触するトロリ線の位置は重要視されるものである。このトロリ線を検出する方式としては、以下の方式がある。
【０００７】
（２−１）パンタグラフの影を利用する方式（非特許文献３）
パンタグラフに向けて照明を投光し、パンタグラフ付近の画像を取得する。取得した画像から複数の架線を検出し、パンタグラフの影の無い架線をパンタグラフと接触するトロリ線とし、影の有る架線をそれ以外の吊架線とし、影の有る架線を排除することにより、トロリ線を検出している。
【０００８】
（２−２）２台のカメラを使用する方式（非特許文献４）
パンタグラフへ向けて照明を投光し、枕木方向に並べて設置された２台のカメラによって、パンタグラフ付近の画像を取得する。そして、この２台のカメラの画像を照合して、接触するトロリ線と非接触の架線とを見分ける。接触するトロリ線の見分け方について説明すると、パンタグラフとトロリ線の交点を２台のカメラ両方で検出し、接触するトロリ線の場合、交点は、パンタグラフ上の座標が２台のカメラ画像間で同じ座標になるが、接触しない場合、架線の交点は、パンタグラフ上の座標が２台のカメラ画像間で異なる座標になる。この交点の座標の違いによって、接触するトロリ線と接触しない架線を区別することができる。
【０００９】
【非特許文献１】電気学会編、電気鉄道における教育調査専門委員会編、“最新電気鉄道工学”、コロナ社、2000年9月、126-129頁
【非特許文献２】佐藤  裕樹  他、“新幹線電気軌道総合検測車電力測定装置の開発”、平成１４年電気学会産業応用部門大会、2002年、1407-1410頁
【非特許文献３】吉田  洋  他、“画像処理を利用した電車線の偏位測定法について”、近鉄技報  Vol.24、1993年、77-81頁
【特許文献１】特開２００３−３４１３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、トロリ線の位置を計測する方式としては、レーザ計測方式や画像処理計測方式があるが、これらの方式には、以下の問題がある。
【００１１】
（１）レーザ計測方式は、計測値の異常値を検知できるが、グラフ等に異常値が記録されているだけなので、異常値になった原因や、現象の解析が難しい。又、レーザ照射のための高周波電源装置等の装置が大きいため、車両の屋根上に設置することが難しい。
【００１２】
（２）パンタグラフの影を利用する画像処理計測方式は、パンタグラフと接触するトロリ線を誤検出する問題がある。例えば、図９に示すように、照明３５からパンタグラフ３４の方向へ光を照射し、カメラ３６により撮像する場合、補助吊架線３３は、パンタグラフ３４に近いため、パンタグラフ３４の影が補助吊架線３３にできる。しかしながら、吊架線３２は、パンタグラフ３４と離れているため、パンタグラフ３４の影が広がり薄い影しかできない。これにより、パンタグラフ３４から一定距離以上離れた架線は、パンタグラフ３４の影ができない問題がある。したがって、影の有無だけで架線がパンタグラフ３４と接触するか否か判断できない問題がある。
【００１３】
（３）２台のカメラを使用する画像処理計測方式は、枕木方向ヘカメラ２台を設置する必要があり、カメラの設置位置に制約がある。
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、カメラの設置位置の制約が小さく、確実にパンタグラフに接触するトロリ線を検出できるトロリ線検出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】
【００１５】
上記課題を解決する第１の発明に係るトロリ線検出装置は、
パンタグラフに向かって光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により光が照射された前記パンタグラフの近傍を撮像する１つの撮像手段と、
前記撮像手段に撮像された画像を記録すると共に当該画像の画像処理を行うことにより、前記パンタグラフに接触するトロリ線を検出する画像処理手段とを有するトロリ線検出装置において、
前記画像処理手段は、
前記画像のエッジ検出を行うことにより、複数の直線を検出し、
前記パンタグラフに投影されるトロリ線からの反射光を前記画像から検出し、
検出した前記複数の直線の中から、前記反射光がある直線を抽出することにより、パンタグラフに接触するトロリ線を検出することを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第２の発明に係るトロリ線検出装置は、
パンタグラフに向かって光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により光が照射された前記パンタグラフの近傍を撮像する１つの撮像手段と、
前記撮像手段に撮像された画像を記録すると共に当該画像の画像処理を行うことにより、前記パンタグラフに接触するトロリ線を検出する画像処理手段とを有するトロリ線検出装置において、
前記画像処理手段は、
前記画像のエッジ検出を行うことにより、複数の直線を検出し、
前記パンタグラフに投影されるトロリ線からの反射光を前記画像から検出し、
検出した前記反射光を生成する光の入射角度を算出すると共に、前記反射光の反射角度を算出して、前記入射角度と前記反射角度とを照合し、
検出した前記複数の直線の中から、前記反射光があり、かつ、前記入射角度と前記反射角度が同じとなる直線を抽出することにより、パンタグラフに接触するトロリ線を検出することを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第３の発明に係るトロリ線検出装置は、
パンタグラフに向かって光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により光が照射された前記パンタグラフの近傍を撮像する複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段に撮像された画像を各々記録すると共に当該画像の画像処理を行うことにより、前記パンタグラフに接触するトロリ線を検出する画像処理手段とを有するトロリ線検出装置において、
前記画像処理手段は、
異なる撮像手段に撮像された前記画像を、投影変換を行うことにより同じ座標軸の画像に変換し、
投影変換された前記画像のエッジ検出を各々行うことにより、複数の直線を検出し、
前記パンタグラフに投影されるトロリ線からの反射光を、投影変換された前記画像から各々検出し、
投影変換された前記画像各々において、検出した前記反射光を生成する光の入射角度を算出すると共に、前記反射光の反射角度を算出して、前記入射角度と前記反射角度とを照合し、検出した複数の直線の中から、前記反射光があり、かつ、前記入射角度と前記反射角度が同じとなる直線を抽出し、
投影変換された異なる撮像手段による前記画像同士において、抽出した前記直線と前記パンタグラフとの接触点の座標を互いに照合し、
抽出した前記直線の中から、前記接触点の座標が同じとなる直線を更に抽出することにより、パンタグラフに接触するトロリ線を検出することを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第４の発明に係るトロリ線検出装置は、
パンタグラフに向かって光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により光が照射された前記パンタグラフの近傍を撮像する複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段に撮像された画像を各々記録すると共に当該画像の画像処理を行うことにより、前記パンタグラフに接触するトロリ線を検出する画像処理手段とを有するトロリ線検出装置において、
前記画像処理手段は、
異なる撮像手段に撮像された前記画像を、投影変換を行うことにより同じ座標軸の画像に変換し、
投影変換された前記画像のエッジ検出を各々行うことにより、複数の直線を検出し、
前記パンタグラフに投影されるトロリ線からの反射光を、投影変換された前記画像から各々検出し、
投影変換された前記画像各々において、検出した前記反射光を生成する光の入射角度を算出すると共に、前記反射光の反射角度を算出して、前記入射角度と前記反射角度とを照合し、検出した複数の直線の中から、前記反射光があり、かつ、前記入射角度と前記反射角度が同じとなる直線を抽出し、
投影変換された異なる撮像手段による前記画像同士において、抽出した前記直線における前記反射角度同士を互いに照合し、
抽出した前記直線の中から、前記前記反射角度が同じとなる直線を更に抽出することにより、パンタグラフに接触するトロリ線を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、トロリ線検出の信頼性を高くすることができると共に、カメラ等の撮像手段の設置位置の制約を少なくすることができる。又、録画された画像により、異常状況を視認することができる。
【００２０】
第２の発明によれば、トロリ線検出の信頼性を、第１の発明より向上させることができる。
【００２１】
第３、第４の発明によれば、トロリ線検出の信頼性を、第２の発明より更に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図１〜図８を参照して、本発明に係るトロリ線検出装置の実施形態例を説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明に係るトロリ線検出装置の実施形態の一例を示す概略図であり、図２は、図１に示す本発明に係るトロリ線検出装置で得られた画像を示す図であり、図３は、図１に示す本発明に係るトロリ線検出装置において、その実施形態の一例となるトロリ線の検出方法を示すフローチャートである。
【００２４】
図１に示すように、車両（電車６）へ電力を供給するためのトロリ線１は、吊架線２に吊されると共に、電柱３に設けられた振止金具４（又は曲引金具）に支持されて、各電柱３間に架設されるものである。
【００２５】
そして、本実施例におけるトロリ線検出装置は、図１に示すように、レール５上を走行可能な電車６の上部（屋根上）に、パンタグラフ７に向かって下方側から光を照射する投光器８（光照射手段）と、パンタグラフ７の近傍を下方側から撮像する１つのカメラ９（撮像手段）とを有するものである。つまり、カメラ９は、投光器８により光が照射されたパンタグラフ７の近傍を視野９ａとしており、この視野９ａを撮像することになる。更に、電車６の車内には、カメラ９で撮像した画像信号を画像として記録する画像記録部と記録した画像の画像処理を行う画像処理部とを有する画像処理装置１０（画像処理手段）を設けている。
【００２６】
本実施例のトロリ線検出装置のカメラ９では、投光器８からの光が照射されたパンタグラフ７の近傍を撮像することにより、図２に示すような画像が撮像される。図２からわかるように、パンタグラフ７と接触しない架線（吊架線２）からは、その反射光がパンタグラフ７に投影されることはない。一方、パンタグラフ７と接触する架線（トロリ線１）からは、その反射光１ａがパンタグラフ７に投影されることになる。そして、図２に示すように、この反射光１ａは、カメラ９からは、パンタグラフ７と架線（トロリ線１）が交差する部分に見えることになる。このことから、パンタグラフ７に投影された反射光１ａがある架線を、パンタグラフ７と接触するトロリ線１として検出することができる。
【００２７】
ここで、図１、図２も参照しながら、図３に示すフローチャートを用いて、トロリ線の検出方法を説明する。
【００２８】
最初に、カメラ９により、投光器８からの光が照射されたパンタグラフ７の近傍を撮像し、その画像信号を画像処理装置１０へ送信する。つまり、図２に示すような画像をカメラ９で撮像して、画像処理装置１０へ画像入力することになる（ステップＳ１）。
【００２９】
次に、画像処理装置１０において、入力された画像を画像処理することにより、エッジ検出を行い、複数の直線を検出する。つまり、トロリ線の候補となる直線を、画像処理により検出することになる（ステップＳ２）。
【００３０】
次に、図２で説明したように、パンタグラフ７に投影されるトロリ線１からの反射光１ａを検出すると共に、ステップＳ２で検出した複数の直線の中から、この反射光１ａがある直線を抽出することにより、つまり、反射光１ａの投影位置に対応する直線を抽出することにより、パンタグラフ７に接触するトロリ線１を検出する（ステップＳ３）。
【００３１】
そして、測定対象区間の架線への測定が終了するまで、上記ステップＳ１〜Ｓ３の手順を複数繰り返して行う（ステップＳ４）。つまり、測定対象区間の架線に対して、画像を複数回撮像し、撮像した各々の画像おいて、パンタグラフ７に接触するトロリ線１を検出することになる。
【００３２】
なお、本実施例において、投光器８、カメラ９の配置位置は、特に大きな制約はないが、反射光１ａの検出のためには、パンタグラフ７の真下を避けて、上面視において、パンタグラフ７に正対する位置に投光器８、カメラ９を配置すればよい。本実施例では、一例として、図１に示すように、車両６上におけるパンタグラフ７と直交する直線６ａ上に、距離を置いて投光器８、カメラ９を配置している。一方、後述の図６に示すカメラ２１、２２のように、上面視において、パンタグラフ７に正対する位置ではなく、パンタグラフ７に対して斜めとなる位置にカメラ９を配置する場合には、後述の図７で説明するように、投影変換により正面画像に変換してから、上記ステップＳ１２以降の処理を行えばよい。
【００３３】
上述したように、本実施例のトロリ線検出装置は、車両６に設置した投光器８、カメラ９を用いて、パンタグラフ７付近の画像を撮影し、パンタグラフ７に投影されるトロリ線１からの反射光１ａを検出することにより、パンタグラフ７と接触するトロリ線１を検出することができるものである。そして、本実施例のトロリ線検出装置には、以下に示すような利点がある。
【００３４】
（１）レーザ計測方式では、計測値が記録されるだけであり、異常値以外の情報が乏しいが、本実施例のトロリ線検出装置は、画像が画像処理装置１０に録画されるため、録画された画像で異常状況を視認することができる。
（２）パンタグラフの影を利用する画像処理計測方式では、パンタグラフから離れたトロリ線を、誤ってトロリ線と誤検出することがあったが、本実施例のトロリ線検出装置では、パンタグラフ７に投影されるトロリ線１からの反射光１ａを用いており、パンタグラフ７から離れた架線からは反射光が無くなり、パンタグラフ７に接触する架線からは必ず反射光ができることから、トロリ線検出の信頼性を高くすることができる。
（３）２台のカメラを利用する画像処理計測方式に比べ、１台のカメラでトロリ線１を検出できるため、カメラの設置位置の制約を少なくすることができる。
【実施例２】
【００３５】
図４は、図１に示す本発明に係るトロリ線検出装置において、実施形態の他の一例となるトロリ線の検出方法を示すフローチャートであり、図５は、図４に示すトロリ線の検出方法を説明する模式図である。
【００３６】
本実施例のトロリ線検出装置は、装置構成としては、図１に示した実施例１のトロリ線検出装置と略同等の構成でよい。従って、ここでは、重複する装置構成の説明は省略する。
【００３７】
本実施例と上記実施例１とでは、その検出方法に相違点がある。具体的には、実施例１では、パンタグタフ７に投影されたトロリ線１の反射光１ａを検出することにより、パンタグラフ７に接触するトロリ線１を検出するのに対して、本実施例では、それに加えて、その反射光１ａの反射角度を照合することにより、パンタグラフ７に接触するトロリ線１を検出するようにしている。
【００３８】
ここで、本実施例におけるトロリ線の検出方法について、図４、図５に加えて、前述した図１、図２も参照して説明を行う。
【００３９】
最初に、カメラ９により、投光器８からの光が照射されたパンタグラフ７の近傍を撮像し、図２に示すような画像を画像処理装置１０へ画像入力する（ステップＳ１１）。
【００４０】
次に、画像処理装置１０において、入力された画像を画像処理することにより、エッジ検出を行い、トロリ線の候補となる複数の直線を検出する（ステップＳ１２）。
【００４１】
次に、図２で説明したように、パンタグラフ７に投影されるトロリ線１からの反射光１ａを検出する。そして、反射光１ａを生成する光の入射角度及び反射光１ａの反射角度を算出し、入射角度と反射角度とを照合し、反射光１ａがあり、かつ、入射角度と反射角度が同じとなる直線を抽出することにより、ステップＳ１２で検出した複数の直線の中から、パンタグラフ７に接触するトロリ線１を検出する（ステップＳ１３）。
【００４２】
ステップＳ１３における入射角度及び反射角度の算出及び照合について、図５を用いて詳細に説明する。なお、本実施例のトロリ線検出装置のカメラ９においても、投光器８からの光が照射されたパンタグラフ７の近傍を撮像することにより、図２に示すような画像が撮像される。図５は、この図２の画像を視野９ａとして模式的に表すと共に、投光器８との関係も模式的に表したものである。
【００４３】
通常、架線からの反射光は、パンタグラフ上に傾きを持って投影される。例えば、図５に示すように、パンタグラフ７と接触するトロリ線１からの反射光１ａも、パンタグラフ７上に傾きを持って投影される。そして、視野９ａにおけるトロリ線１とパンタグラフ７との接触点１１を起点として、視野９ａに垂線１２を設定すると共に、この垂線１２と反射光１ａの延長線８ｂとの角度を求めることにより、反射光１ａの反射角度θｒを算出することができる。反射角度θｒの算出は、視野９ａにおける画像を画像処理することにより行われる。
【００４４】
又、投光器８の位置は既知であることから、視野９ａにおいて、投光器８の位置を設定することができ、視野９ａにおける投光器８の位置から接触点１１への直線を設定することにより、投光器８から接触点１１への入射光８ａを設定することができる。そして、この入射光８ａと垂線１２との角度を求めることにより、入射光８ａの入射角度θｉを簡単に算出することができる。
【００４５】
トロリ線１がパンタグラフ７と接触する場合には、反射光１ａの基点（入射光８ａと反射光１ａの交点）が、視野９ａにおける接触点１１と一致するため、反射角度θｒと入射角度θｉは等しくなる。一方、架線がパンタグラフ７と接触しない場合には、その架線からの反射光１ａの基点（入射光８ａと反射光１ａの交点）が、視野９ａにおける接触点１１と一致しないため、反射角度θｒと入射角度θｉは等しくならない。従って、視野９ａ中に検出された全ての反射光１ａに対して、その反射角度θｒと入射角度θｉを算出し、その反射角度θｒと入射角度θｉと照合し、共に同じ角度であれば、パンタグラフ７に接触するトロリ線１であると判定することができ、異なる角度であれば、パンタグラフ７に接触するトロリ線１ではないと判定することができる。
【００４６】
そして、測定対象区間の架線への測定が終了するまで、上記ステップＳ１１〜Ｓ１３の手順を複数繰り返して行う（ステップＳ１４）。つまり、測定対象区間の架線に対して、画像を複数回撮像し、撮像した各々の画像おいて、パンタグラフ７に接触するトロリ線１を検出することになる。
【００４７】
なお、本実施例においても、投光器８、カメラ９の配置位置は、特に大きな制約はないが、反射光１ａの検出のためには、パンタグラフ７の真下を避けて、上面視において、パンタグラフ７に正対する位置に投光器８、カメラ９を配置すればよい。例えば、図１に示すように、直線６ａ上に、距離を置いて投光器８、カメラ９を配置している。一方、後述の図６に示すカメラ２１、２２のように、上面視において、パンタグラフ７に正対する位置ではなく、パンタグラフ７に対して斜めとなる位置にカメラ９を配置する場合には、後述の図７で説明するように、投影変換により正面画像に変換してから、上記ステップＳ１２以降の処理を行えばよい。
【００４８】
上述したように、本実施例のトロリ線検出装置は、車両６に設置した投光器８、カメラ９を用いて、パンタグラフ７付近の画像を撮影し、パンタグラフ７に投影されるトロリ線１からの反射光１ａの反射角度θｒとその入射角度θｉとを更に照合することにより、パンタグラフ７と接触するトロリ線１を検出することができるものである。そして、本実施例のトロリ線検出装置では、トロリ線１からの反射光１ａの反射角度θｒとその入射角度θｉとを更に照合するため、実施例１の利点に加え、トロリ線検出の信頼性を向上することができる。
【実施例３】
【００４９】
図６は、本発明に係るトロリ線検出装置の実施形態の他の一例を示す概略図であり、図７は、図６に示す本発明に係るトロリ線検出装置で得られた画像を投影変換する方法を説明する図であり、図８は、図６に示す本発明に係るトロリ線検出装置において、その実施形態の一例となるトロリ線の検出方法を示すフローチャートである。
【００５０】
本実施例のトロリ線検出装置は、複数のカメラ２１、２２の構成及び画像処理装置１０における検出方法を除いて、実施例１の図１に示したトロリ線検出装置と同等の構成である。従って、ここでは、重複する構成の説明は省略する。
【００５１】
具体的な相違点は、実施例１の図１に示したトロリ線検出装置では、カメラ９は、上面視において、パンタグラフ７に正対する位置に配置されているが、本実施例のトロリ線検出装置では、カメラ２１、２２は、上面視において、パンタグラフ７に対して斜めとなる位置（直線６ａ上ではない位置）に配置されており、図６に示すように、枕木方向（レール５に垂直な水平方向）に横に並べて配置している。つまり、このような配置構成により、カメラ２１、２２をステレオカメラとしている。
【００５２】
又、本実施例のトロリ線検出装置は、上記実施例２と同様に、トロリ線１からの反射光１ａの反射角度を照合することにより、パンタグラフ７と接触するトロリ線１を検出しようとするものであるが、実施例２のように１つカメラ９に撮像された画像中の反射角度と入射角度を照合するだけではなく、複数のカメラ２１、２２に撮像された画像同士において、反射角度等を互いに照合するようにもしている。従って、これらの相違点により、パンタグラフ７と接触するトロリ線１の検出が、図８に示すフローチャートにより実施されることになる。
【００５３】
ここで、本実施例におけるトロリ線の検出方法について、図６〜図８に加えて、前述した図５も参照して説明を行う。
【００５４】
最初に、カメラ２１、２２により、投光器８からの光が照射されたパンタグラフ７の近傍を撮像し、各々の画像を画像処理装置１０へ画像入力する（ステップＳ２１）。
【００５５】
次に、画像処理装置１０において、入力された各画像を投影変換する（ステップＳ２２）。この投影変換は、上面視においてパンタグラフ７に対して斜めとなる位置に配置されたカメラ２１、２２からの画像（図７（ａ））を、上面視においてパンタグラフ７に正対する位置に配置されたカメラからの画像（図７（ｂ））へ変換するものである。つまり、異なる座標軸（座標系）の画像同士を、同じ座標軸（座標系）へ変換しており、このことにより、異なるカメラ２１、２２で撮像された画像同士において、後述する比較が可能となる。
【００５６】
この投影変換について説明する。上面視においてパンタグラフに対して斜めとなる位置に配置されたカメラ２１、２２からの画像では、図７（ａ）に示すように、上昇時のパンタグラフ、下降時のパンタグラフが、画像中で傾いて表示される。一方、上面視においてパンタグラフに対して正対する位置に配置されたカメラからの画像では、図７（ｂ）に示すように、上昇時のパンタグラフ、下降時のパンタグラフが、画像中で水平に表示される。従って、図７（ａ）の画像から図７（ｂ）の画像へ変換するためには、例えば、同一対象物について、図７（ａ）の画像、図７（ｂ）の画像各々における座標を比較し、その座標を変換する行列式を求めればよい。
【００５７】
従って、図７（ａ）においては、上昇時のパンタグラフの任意の２点、Ａ点、Ｂ点と、下降時のパンタグラフにおける、Ａ点、Ｂ点に対応するＣ点、Ｄ点とにより、四角形「ＡＢＣＤ」を形成し、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点の座標を求め、又、図７（ｂ）においては、上昇時のパンタグラフにおける、Ａ点、Ｂ点に対応するＡ’点、Ｂ’点と、下降時のパンタグラフにおける、Ｃ点、Ｄ点に対応するＣ’点、Ｄ’点とにより、四角形「Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’」を形成し、Ａ’点、Ｂ’点、Ｃ’点、Ｄ’点の座標を求めておく。そして、四角形「ＡＢＣＤ」、四角形「Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’」の座標を比較することにより、四角形「ＡＢＣＤ」から四角形「Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’」へ変換する投影行列を予め求めることができる。この投影行列を用いることにより、図７（ａ）の画像から図７（ｂ）の画像へ変換することが可能となる。
【００５８】
次に、画像処理装置１０において、投影変換された各画像を画像処理することにより、エッジ検出を行い、トロリ線の候補となる複数の直線を検出する（ステップＳ２３）。
【００５９】
次に、各画像において検出した複数の直線において、図５に示すような反射光１ａを検出すると共に、その反射角度θｒ、入射角度θｉを算出し、反射角度θｒと入射角度θｉとを照合することにより、反射光１ａがあり、かつ、反射角度θｒ＝入射角度θｉとなる直線を抽出する（ステップＳ２４）。なお、このステップＳ２４における反射角度θｒ及び入射角度θｉの算出、照合は、前述した図５において説明した方法と全く同様の方法である。従って、その詳細な説明は省略する。
【００６０】
次に、ステップＳ２４で抽出された、反射光１ａがあり、かつ、反射角度θｒ＝入射角度θｉとなる直線に対して、各カメラ２１、２２の画像間で照合を行うことにより、パンタグラフ７に接触するトロリ線１を検出する（ステップＳ２５）。具体的には、投影変換された各カメラ２１、２２の画像において、ステップＳ２４で抽出された、反射光１ａがあり、かつ、反射角度θｒ＝入射角度θｉとなる直線における接触点１１の座標を互いに照合し、接触点１１の座標が共に同じであれば、パンタグラフ７に接触するトロリ線１と判定し、接触点１１の座標が互いに異なれば、パンタグラフ７に接触するトロリ線１ではないと判定することにより、パンタグラフ７に接触するトロリ線１を検出している。
【００６１】
そして、測定対象区間の架線への測定が終了するまで、上記ステップＳ２１〜Ｓ２５の手順を複数繰り返して行う（ステップＳ２６）。つまり、測定対象区間の架線に対して、画像を複数回撮像し、撮像した各々の画像おいて、パンタグラフ７に接触するトロリ線１を検出することになる。
【００６２】
本実施例においては、カメラ２１、２２をステレオカメラとして用いているが、各々投影変換を行っているので、投光器８の配置位置を含めて、カメラ２１、２２の配置位置も、特に大きな制約はない。望ましい配置位置としては、例えば、図６に示すように、反射光の検出のため、パンタグラフ７の真下を避けて、上面視において、パンタグラフ７に正対する位置に投光器８を配置すると共に、枕木方向にカメラ２１、２２を配置すればよい。
【００６３】
上述したように、本実施例のトロリ線検出装置は、車両６に設置した投光器８と複数のカメラ２１、２２を用いて、パンタグラフ７付近の画像を撮影し、パンタグラフ７に投影されるトロリ線１からの反射光１ａの有無及びその反射角度θｒ、入射角度θｉの照合をすると共に、カメラ２１、２２間で接触点１１同士を照合することにより、パンタグラフ７と接触するトロリ線１を検出することができるものである。そして、本実施例のトロリ線検出装置では、トロリ線１からの反射光１ａの有無及びその反射角度θｒ、入射角度θｉの照合をすると共に、カメラ２１、２２間で接触点１１同士を照合するため、トロリ線検出の信頼性を、実施例２より更に向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係るトロリ線検出装置は、パンタグラフと接触するトロリ線を画像処理によって検出する際に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係るトロリ線検出装置の実施形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す本発明に係るトロリ線検出装置で得られた画像を示す図である。
【図３】図１に示す本発明に係るトロリ線検出装置において、その実施形態の一例となるトロリ線の検出方法を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す本発明に係るトロリ線検出装置において、実施形態の他の一例となるトロリ線の検出方法を示すフローチャートでる。
【図５】図４に示すトロリ線の検出方法を説明する模式図である。
【図６】本発明に係るトロリ線検出装置の実施形態の他の一例を示す概略図である。
【図７】図６に示す本発明に係るトロリ線検出装置で得られた画像を投影変換する方法を説明する図である。
【図８】図６に示す本発明に係るトロリ線検出装置において、その実施形態の一例となるトロリ線の検出方法を示すフローチャートである。
【図９】パンタグラフの影を利用する従来の画像処理計測方式のトロリ線検出方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    トロリ線
２    吊架線
５    レール
６    電車
７    パンタグラフ
８    投光器
９、２１、２２  カメラ
１０  画像処理装置
【図１】
0005277585.tif 000002
【図２】
0005277585.tif 000003
【図３】
0005277585.tif 000004
【図４】
0005277585.tif 000005
【図５】
0005277585.tif 000006
【図６】
0005277585.tif 000007
【図７】
0005277585.tif 000008
【図８】
0005277585.tif 000009
【図９】
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