(57)【要約】【課題】トロリ線からの反射光にムラができず、均一な照明条件を作ることを目的とする。【解決手段】ラインセンサ１１を用いてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段５０と、ラインセンサ画像に対して二値化処理を行うことにより二値化ラインセンサ画像とする二値化処理手段５３と、前記二値化ラインセンサ画像のノイズを除去するノイズ除去処理手段５４と、ノイズ除去後の前記二値化ラインセンサ画像からトロリ線摩耗部のエッジを検出しエッジデータとするエッジ検出処理手段５５と、前記エッジデータとトロリ線高さデータに基づいてトロリ線摩耗部幅の計算を行うトロリ線摩耗部幅計算処理手段５６とを有する画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、前記ラインセンサ１は、検査車両４の屋根上にトロリ線３を見上げるよう鉛直上向きに設置され、且つ、前記トロリ線３を照明する照明手段は前記検査車両４上で前記検査車両の進行方向に対して垂直をなす方向に複数の点光源２を直線状に設置してなることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインセンサを用いてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、ラインセンサ画像に対して二値化処理を行うことにより二値化ラインセンサ画像とする二値化処理手段と、前記二値化ラインセンサ画像のノイズを除去するノイズ除去処理手段と、ノイズ除去後の前記二値化ラインセンサ画像からトロリ線摩耗部のエッジを検出しエッジデータとするエッジ検出処理手段と、前記エッジデータとトロリ線高さデータに基づいてトロリ線摩耗部幅の計算を行うトロリ線摩耗部幅計算処理手段とを有する画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、前記ラインセンサは、検査車両の屋根上にトロリ線を見上げるよう鉛直上向きに設置され、且つ、前記トロリ線を照明する照明手段は前記検査車両上で前記検査車両の進行方向に対して垂直をなす方向に直線状に複数の点光源を設置してなることを特徴とする画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。
【請求項２】
請求項１記載のトロリ線摩耗測定装置において、前記ラインセンサと前記トロリ線との間にハーフミラーを配置し、前記照明手段から照射される照明光を該ハーフミラーで上向きに折り曲げて前記トロリ線を照明する一方、前記トロリ線を含む画像を反射光として前記ラインセンサで撮像することを特徴とする画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理によるトロリ線摩耗測定装置に関する。詳しくは、画像処理によるトロリ線の摩耗測定に関するもので、特にトロリ線の摩耗部分の幅を測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道車輌へ電力を供給するトロリ線は車輌が通過するたびに集電装置と接触が生じる。
このため、電気鉄道車輌を運用していく中でトロリ線は徐々に摩耗して行き、交換をしない場合は最終的には破断して事故を招くことになる。
【０００３】
そこでトロリ線には摩耗限界が設けられており、その摩耗限界を目安にトロリ線を交換し電気鉄道車輌の安全性を確保している。
トロリ線の摩耗を測定する方法としては、トロリ線の厚みを直接測定する方法、トロリ線摩耗部の幅を計算して摩耗幅からトロリ線の厚みへ換算する方法の２つの方法に大きく分けられる。
【０００４】
そのうち、トロリ線摩耗部の幅を計測する方法としてナトリウムランプやレーザ光を照射してトロリ線摩耗部を測定する方法がある（非特許文献１参照）。
これはトロリ線下部が丸いひょうたん形状になっていて、摩耗によりトロリ線が平たく削れて行くほど削れた部分の幅が広くなることを利用したもので、摩耗幅からその箇所のトロリ線の厚みヘ換算する。
【０００５】
トロリ線摩耗部の測定方法としては、ナトリウムランプやレーザ光といった光源から照射した隙のトロリ線摩耗都からの反射光を正反射で受光するように受光部のラインセンサとの位置を精密に調整し、正反射による強い光を撮像することでトロリ線摩耗部をホワイトアウト状態にし、その強い光を受けたホワイトアウト部分の幅からトロリ線磨粍部の幅を求めるものである。この方式は非接触であるため高速な運用が可能である。
【０００６】
しかしながら、トロリ線を挟んでいるクランプや背景に映る構造物などのノイズの影響を受け易く、何らかのノイズにより間違った計測結果を得た場合はそれを確認する方法が無く、トロリ線摩耗として問題があった部分については、結局は直接トロリ線の厚みを測定する方法を使用して確認する。また、光源と受光装置の位置を精密に調整して正反射光を受けるようにする必要がある。
【０００７】
これらに対して、「画像処理によるトロリ線摩耗測定装置（特願２００５−０６８７９６）」（以後、これを「先願発明」と呼ぶ）では、ナトリウムランプやレーザ光といった特殊な照明光を用意する必要がなく、通常の照明を使うことができ、なおかつ光源の位画を精密に調整する必要なく測定を行うことができる。
しかし、ラインセンサに入射する反射光のムラができてしまい、均一な照明条件を作ることが難しいといった問題点が挙げられる。
【非特許文献１】トロリ線摩耗・高さ測定装置、ナトリウムランプ式トロリ線摩耗測定装置、第114回鉄道総研月例発表会要旨鉄道総合研究所＜ホームページ＞http://www.rtri.or.jp/infoce/getsurei/ 1998/Getsu09/g114_5.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
トロリ線摩耗の測定方法としては、トロリ線摩耗部の幅をナトリウムランプやレーザ光を照射して測定し摩耗部からトロリ線の厚みを換算する方法、先願発明のように通常照明を照射して画像処理によるトロリ線摩耗測定方法があり、次の問題がある。
【０００９】
（１）トロリ線摩耗部の幅をナトリウムランプやレーザ光を照射して測定し摩耗幅からトロリ線の厚みヘ換算する方法の場合、まず、ナトリウムランプやレーザ光といった特殊な照明光を用意する必要があり、特にレーザ光を使用する場合は人体への影響を考慮する必要があるため取り扱いに注意が必要である。また、光源と受光装置の位置を精密に調整して正反射光を受けるようにする必要がある。
【００１０】
（２）先願発明のように画像処理によるトロリ線の摩耗測定方法の場合、通常の白色照明を用いるため位置調整等は簡単であるが、点光源であるので中心が最も光が強く、中心から離れていくにつれ光が弱くなっていく。それにより、トロリ線からの反射光にムラができてしまうといった問題があり、均一な照明条件を作ることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、ラインセンサを用いてラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、ラインセンサ画像に対して二値化処理を行うことにより二値化ラインセンサ画像とする二値化処理手段と、前記二値化ラインセンサ画像のノイズを除去するノイズ除去処理手段と、ノイズ除去後の前記二値化ラインセンサ画像からトロリ線摩耗部のエッジを検出しエッジデータとするエッジ検出処理手段と、前記エッジデータとトロリ線高さデータに基づいてトロリ線摩耗部幅の計算を行うトロリ線摩耗部幅計算処理手段とを有する画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、前記ラインセンサは、検査車両の屋根上にトロリ線を見上げるよう鉛直上向きに設置され、且つ、前記トロリ線を照明する照明手段は前記検査車両上で前記検査車両の進行方向に対して垂直をなす方向に直線状に複数の点光源を設置してなることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、前記ラインセンサと前記トロリ線との間にハーフミラーを配置し、前記照明手段から照射される照明光を該ハーフミラーで上向きに折り曲げて前記トロリ線を照明する一方、前記トロリ線を含む画像を反射光として前記ラインセンサで撮像することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置によれば、以下の効果を奏する。
(i)線光源を使用する方法に比べ、強力な照明を安価に作ることができ、反射光のムラがなく均一な照明条件を作ることが可能となる。
(ii)特別な照明を便用する必要が無い。
(iii)レーザ光を使用する方法に比べて人体への影響を考慮する必要が無く、取り扱いが簡単である。
(iv)光源と受光装置間で精密な位置あわせを行う煩わしさが無い。
(v)トロリ線の急激な偏位にも対応し、均一な反射光を得ることができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置によれば、本発明の請求項1の効果に加えて、カメラと同軸上にトロリ線が偏位した場合においても直接反射光を得ることができるため、より均一な照明条件を作ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（１）基本的な考え方
本発明の目的は、画像処理によりトロリ線の摩耗を測定するための測定装置を提供することである。
本発明では、例えば、図１に示すように、画像の入力手段として、トロリ線３をを見上げるよう検査車輌４の屋根上に鉛直上向きに設置したラインセンサ１を使用する。
【００１６】
ラインセンサ１は、その走査線が検査車輌４の進行方向と垂直で且つ水平になるように設置され、その走査線がトロリ線３を横切る。
検査車両４の屋根上にはラインセンサ１の左右両側に、照明手段として点光源である小型の投光器２が複数設置されている。
【００１７】
投光器２はラインセンサ1を挟んで、トロリ線偏位方向に一直線に配置され、投光器２によりトロリ線３を必要且つ十分に照明するため、その配置幅はトロリ線の偏位幅の２倍程度とすることが望ましい。
ここで、トロリ線３の摩耗部分はトロリ線がパンタグラフにより削られた部分であるため、摩耗していない部分に比べて強い光沢がある。
【００１８】
このため照明を当てることで摺面からの反射光によりラインセンサ画像上においてもトロリ線の摩耗部分に背景部分とその他の背景部分を切り分けことができる。
しかし、点光源では摩耗部からの反射光にムラがあると、２値化した際に切り分けがうまくできない可能性がある。
例えば、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、反射光が不均一であると、２値化した場合に、トロリ線の摩耗部分が一部背景と同化してしまう。
また、線光源である蛍光灯では光が弱すぎてラインセンサに映らない。
【００１９】
そこで、本発明では、点光源を直線状に複数並べることで線光源に見立てた強力な照明を安価に作ることができる。これにより反射光のムラがなく均一な照明条件を作ることが可能となる。
例えば、図２（ａ）（ｂ）に示すように、反射光が均一なため、２値化した場合に、背景と摩耗面との切り分けが良好となる。
【００２０】
ラインセンサ１より得られる走査線の輝度信号は、検査車両４の内部に設置した計測用パーソナルコンピュータ５に出力される。
計測用パーソナルコンピュータ５は、これらの輝度信号を時系列に並べて、ラインセンサ画像（平面の画像）を作成し、記録装置６へ入力画像として保存する。
【００２１】
計測用パーソナルコンピュータ５は、入力したラインセンサ画像を画像処理してトロリ線の摩耗部の幅を求めるものであり、画像取得から処理、結果出力については、例えば、先願発明と同様な構成を用いることができる。
【００２２】
本発明は、非接触の方式であるため高速走行が可能であり、短期で長い距離の区間を測定することができる。
また、特別な照明を使用する必要がなく、レーザ光を使用するような人体への影響を考慮するような取り扱いへの難しさがない。レーザ光やナトリウムランプのように光源と受光装置間での精密な位置合わせを行う煩わしさがない。
また、トロリ線が上下左右に激しく偏位したとしても一様な照明を照射することが可能である。
【００２３】
（２）ハーフミラーの追加
基本的な考え方においては、図１に示すように、ラインセンサ１の左右両側に照明手段である投光器２を複数配置しているため、ラインセンサ１真上付近は他と比べ輝度が低くなる可能性がある。
【００２４】
それを解消するために、図３に示すように、トロリ線３とラインセンサ１との間にハーフミラー７を設置し、照明手段２０から照射される照明光をハーフミラー７で上向きに折り曲げてトロリ線３を照明する一方、トロリ線３を含む画像を反射光としてラインセンサ１で撮像するのである。
これにより、ラインセンサ１と同軸上にも十分な照明が当たるので、反射光をより均一にすることができる利点がある。
【実施例１】
【００２５】
本発明の第１の実施例に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置を図５に示す。
本実施例は、基本的な考え方において説明した計測用パーソナルコンピュータ５の具体的な構成に関するものである。
【００２６】
即ち、計測用パーソナルコンピュータ５は、図５に示す通り、ラインセンサ画像作成部５０、２値化処理部５３、ノイズ除去処理部５４、トロリ線摩耗部エッジ検出部５５、トロリ線摩耗部幅計算部５６等から構成され、ラインセンサ画像を画像処理してトロリ線の摩耗部の幅を図４に示すフローチャートに従って求めるものである。
【００２７】
先ず、ラインセンサ画像作成部５０は、ラインセンサ１1より得られる走査線の輝度信号を時系列に並べてラインセンサ画像を取得する（ステップＳ１１）。作成されたラインセンサ画像はメモリ５１を経て記録装置６へ保存される他、メモリ５２を経て２値化処理部５３へ送られる。
【００２８】
次に、２値化処理部５３は、ラインセンサ画像全体に対して２値化処理を行って２値化ラインセンサ画像とする（ステップＳ１２）。
２値化ラインセンサ画像は、メモリ５２を経てノイズ除去処理部５４へ送られる。
【００２９】
ノイズ除去処理部５４は、トロリ線摩耗部の傷や背景部分の状態により含まれる細かな点々状のノイズを、２値化処理の膨張、収縮処理により除去する（ステップＳ１３）。
ノイズ除去処理された２値化ラインセンサ画像は、メモリ５２を経てトロリ線摩耗部エッジ検出部５５へ送られる。
【００３０】
トロリ線摩耗部エッジ検出部５５は、あるラインについて左から探索した場合、背景の黒から摩耗部分の白へ変化する点が摩耗部分左側のエッジ点として、また摩耗部分の白から背景の黒へ変化する点を摩耗部分右側のエッジ点として検出する処理を画像の上から下へライン毎に行うことで２値化ラインセンサ画像に関するトロリ線摩耗部分のエッジを検出する（ステップＳ１４）。
【００３１】
検出されたトロリ線摩耗部分の両側のエッジはエッジデータとしてメモリ５２を経てトロリ線高さデータと共にトロリ線摩耗部幅計算部５６へ送られる。
トロリ線摩耗部幅計算部５６は、ラインセンサ１からトロリ線３までの高さと共に、２値化ラインセンサ画像から検出したトロリ線摩耗部分の両側のエッジデータを用いて、ラインセンサの一つの走査ライン上にある両側のエッジ点間距離をトロリ線摩耗部分の画像上の幅として計算する（ステップＳ１５）。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、画像処理によるトロリ線の摩耗測定、特にトロリ線の摩耗部分の幅を測定する分野に利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】トロリ線摩耗計測用ラインセンサと照明手段との配置を示す斜視図である。
【図２】反射光が均一、不均一の場合の２値化例を示す説明図である。
【図３】ラインセンサとトロリ線との間にハーフミラーを設置した例を示す側面図である。
【図４】基本的な考え方によるトロリ線摩耗測定のフローチャートである。
【図５】基本的な考え方によるトロリ線摩耗測定装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ラインセンサ
２  投光器
３  トロリ線
４  検査車両
５  処理用パーソナルコンピュータ
６  記録装置
７  ハーフミラー
２０  照明手段
【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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