(57)【要約】【課題】画像処理に適した輝度を持つ画像を容易に得ることのできるようにしたい。【解決手段】パンタグラフ４およびその摺板に対する照明器具１０とパンタグラフ４およびその摺板を撮像するカメラ２との間に、光量を摺板の長手方向において２次元的に調整できるフィルタ７１を設ける。【選択図】図４
2007292472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車の屋根上に取り付けられたパンタグラフにおける摺板の厚さを画像処理により計測するパンタグラフ摺板計測装置において、  
パンタグラフおよびその摺板に対する照明器具とパンタグラフおよびその摺板を撮像するカメラとの間に、光量を摺板の長手方向において２次元的に調整できるフィルタを設けることにより、カメラにおいて適切な輝度を持ったパンタグラフおよびその摺板の画像を得ることを特徴とするパンタグラフ摺板計測装置。  
【請求項２】
請求項１記載のパンタグラフ摺板計測装置において、  前記フィルタを昼用のフィルタと、夜用のフィルタを切り替えられるようにしたこと特徴とするパンタグラフ摺板計測装置。  
【請求項３】
請求項１記載のパンタグラフ摺板計測装置において、フィルタは光透過率が変化する２次元模様を持つ複数のフィルタをフィルタシートとして帯状となし、帯状フィルタシートの移動により各フィルタが選択できるようになされていることを特徴とするパンタグラフ摺板計測装置。  
【請求項４】
請求項１記載のパンタグラフ摺り板摩耗の画像処理検査装置において、上記フィルタは照明器具とパンタグラフの間かパンタグラフとカメラレンズの間に設置してあることを特徴とするパンタグラフ摺板計測装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車の屋根上に取り付けられたパンタグラフにおける摺板の厚さを画像処理により計測するパンタグラフ摺板計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のカメラを用いて得た撮像を画像処理することにより摺板の厚さを計測するパンタグラフの摺板計測装置は、下記の特許文献１のように、被写体のパンタグラフと照明との距離を調整して撮像時の画像輝度調整を行っている。
【０００３】
特許文献１の従来技術では、照明はパンタグラフのエッジ検出ができる照度になるように照明の配置および発光エネルギーの調整を行っている。なお、本特許文献１では、周囲の照度に応じて昼、夜に対応したシステムを併設している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４９５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来技術においては、摺板は細長いものであるうえに黒鉛を主成分とした材料で形成され黒色をしているために、撮像したいパンタグラフの面全体にわたり画像処理に適した輝度の画像を得るための照明，撮像系の配置，照明の照度，カメラの露出の設定を行うのに長時間の現地調整をする必要があるという問題があった。
【０００６】
特に、地下鉄においては、トンネルの領域制約と車両に対する建築限界の制約により、照明装置や撮像装置の配置における余裕が僅かであり、現地調整が大変であった。
【０００７】
それゆえ、本発明の目的は、画像処理に適した輝度を持つ画像を容易に得ることのできるパンタグラフ摺板計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、パンタグラフおよびその摺板に対する照明器具とパンタグラフおよびその摺板を撮像するカメラとの間に、光量を摺板の長手方向において２次元的に調整できるフィルタを設けることにより、カメラにおいて適切な輝度を持ったパンタグラフおよびその摺板の画像を得ることができるようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、カメラにおける画像の輝度に鑑みてフィルタの光量調整度合いを２次元的に変更し、それによって、パンタグラフの全摺板面に対し画像処理に適した光量の照明を投射して撮像する画像処理対象物の輝度を最適化することにより、画像処理において摺板のエッジを確実に抽出することができ、摺板の摩耗量を正確に把握できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図に示す本発明になる実施形態について、説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１に、線路上を走行する電気車（以下、電車と略記）におけるパンタグラフ及び屋上機器等を撮像するためのカメラと照明の配置を示す。なお、図１（ａ）は線路を横から見た図であり、図１（ｂ）は電車が走行する線路を上方から見た図で、電車はパンタグラフのみを示している。
【００１２】
図１において、１５は線路であり、１６は線路１５に並行して設けた支柱で、線路１５の両側における支柱１６間に線路１５を跨ぐように梁１７を設け、線路１５と平行な支柱１６間には梁１８を設けてある。
【００１３】
線路１５上を走行する電車２５の進行方向は、図１の右側から左側に向う方向であり、以下の説明において、電車２５が近づいてくる側の方向を進入方向、電車２５が遠ざかって行く側の方向を退出方向と記す。進入してくる電車２５について作動するものは引用符号に添字ａ、退出する電車２５について作動するものは引用符号に添字ｂを付けている。
【００１４】
電車２５のパンタグラフ４を撮像するために、梁１７には複数のカメラ２ａ，２ｂとストロボ照明器１０ａ，１０ｂを設けてある。支柱１６又は梁１７から電車２５の進入方向と退出方向とにそれぞれ腕１９を伸ばして、その腕１９にパンタグラフ４の検出センサ
５ａ，５ｂとパンタグラフ４の上部に取り付けてある摺板を照らすためのストロボ照明器２０ａ，２０ｂを設けてある。
【００１５】
ストロボ照明器２０ａ，２０ｂはパンタグラフ４とその摺板の水平な上面を主として照明するものであるのに対し、ストロボ照明器１０ａ，１０ｂはパンタグラフ４とその摺板の水平な上面に直交する垂直な側面を主として照明するものである。
【００１６】
ストロボ照明器１０ａ，１０ｂとストロボ照明器２０ａ，２０ｂの光量を調節してあり、ストロボ照明器１０ａ，１０ｂとストロボ照明器２０ａ，２０ｂは、後述するフィルタを備えており、パンタグラフ４に対する照明がカメラ２ａ，２ｂでの撮像に適切な輝度を持たせ、輝度差を大きくすることによりパンタグラフ４とその摺板の水平な上面と直交する垂直な側面が交差するエッジ位置および垂直な側面におけるパンタグラフ４と摺板の境界位置がパンタグラフ４における摺板の長手方向の全てにおいて鮮明になるようにして、パンタグラフ４における摺板の長手方向の全てにおいて摺板の厚さを画像処理により計測できるようにしている。
【００１７】
電車２５における屋上機器を撮像するために、梁１７にカメラ３ａ，３ｂを設け、梁
１８には複数のハロゲンランプ１１が線路を挟むように設置してある。
【００１８】
６は電車２５の進入を検知する検知センサで、検知センサ６が動作すると、後述する計測部の電源が入り、その後検出センサ５ａがパンタグラフ４を検出すると、梁１７上の車両進入方向のストロボ照明器１０ａとストロボ照明器２０ａが点灯され、カメラ２ａがパンタグラフ４の摺板付近を前側から撮像する。
【００１９】
その後、退出方向の検出センサ５ｂがパンタグラフ４を検知すると、退出方向のストロボ照明器１０ｂ及びストロボ照明器２０ｂが点灯され、同時にカメラ２ｂがパンタグラフ４の摺板付近を後側から撮像する。
【００２０】
５ｃはパンタグラフ４を検知する検出センサで、この検出センサ５ｃがパンタグラフ４を検知すると、梁１８における複数のハロゲンランプ１１を点灯させ、梁１７におけるカメラ３ａ，３ｂで屋上機器を撮像する。
【００２１】
ハロゲンランプ１１は常時点灯させておいて、検出センサ５ｃによるパンタグラフ４の検知で、カメラ３ａ，３ｂを作動させるだけとしてもよい。
【００２２】
電車２５の先頭位置に編成番号等の車両情報を発信する発信機８を設けてあり、地上側には発信機８が発信する編成番号等の車両情報を受信するための受信機９を設けてあり、後述する画像処理装置において、カメラ２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂにおける各撮像は受信機９による車両情報と各検出センサ５ａ〜５ｃのパンタグラフ４の検知信号を付帯情報として管理する。
【００２３】
電車２５の進入側と退出側の２ヶ所でパンタグラフ４を撮像する理由は、架線の陰になって撮像できなかった摺板部分を補正するためである。一般に架線が線路１５と平行に張られているものではなく、摺板にまんべんなく接触摺動するように所定の角度で蛇行するように張られているため、位置をずらして撮像すれば、撮影できなかった箇所がずれることを利用したものである。
【００２４】
また、電車２５の進入時と退出時の２度の撮像を行いそれぞれに対して画像処理することで、検出精度を向上できる効果もある。例えば、進入時と退出時とでパンタグラフ摺板と架線との接触摺動状態が異なるため、摺板エッジでは偏摩耗が生じる場合があるが、両側エッジを測定することにより摺板の摩耗状況をより正しく撮像することができる。
【００２５】
７は、電車２５の退出を検知する検知センサで、検知センサ７が動作すると、後述する計測装置は所望の画像処理を行なった後に電源が遮断され、次の電車の進入に備える。
【００２６】
図２は、パンタグラフ摺板計測装置１００の電気系統を示すブロック図である。なお、図２では図１に示した部品の引用符号に付けた添え字は省略した。
【００２７】
パンタグラフ摺板計測装置１００は、大きく区分するとパンタグラフ摺板計測部３５と屋上機器計測部４５とこれら２つの部分３５，４５からの情報を受け取り摺板の厚みを求めたり屋上機器の状態を監視したりする情報処理部５０から構成されている。
【００２８】
パンタグラフ摺板計測部３５は、先に述べたパンタグラフ４における摺板部分を撮像するための複数台のカメラ２ａ，２ｂとパンタグラフ４に所望のタイミングで光を照射する複数台のストロボ照明器１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂとパンタグラフ４の検知センサ５ａ〜５ｃと各カメラ２ａ，２ｂやストロボ照明器１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂを制御するための制御装置３０からなる。制御装置３０には、検知センサ６，７の検知信号及び車両情報の受信機９における受信情報が送信される。
【００２９】
屋上機器計測部４５は、屋上機器を撮像するための複数台のカメラ３と屋根上を照らすための複数のハロゲンランプ１１と制御装置４０とからなる。制御装置４０は制御装置
３０と検知センサ５ａ〜５ｃと検知センサ６，７及び受信機９を共用しており、それら発する信号や情報が電線ケーブル等で制御装置４０で受信されている。また、パンタグラフ摺板計測部３５と屋上機器計測部４５とは情報処理部５０に光ケーブル等で接続されている。
【００３０】
この情報処理部５０ではパンタグラフ摺板計測部３５から画像情報に基づいて、摩耗量を求め、異常摩耗を起こした摺板を検出すると警報を発して摺板交換を促すと共に、摩耗状態から摺板の交換時期を予測し、監視者に報知する機能を備えている。
【００３１】
また、情報処理部５０は、屋上機器計測部４５からの画像情報に車両編成番号に合わせて、撮像日時を加えて保存する機能を有している。なお、監視者は動画の状態で屋根上機器の状態を監視もできる機能を備えている。
【００３２】
次に、パンタグラフ摺板計測装置１００における各部の動作について詳細を説明する。
【００３３】
パンタグラフ摺板計測部３５では、車両２５の進入を検知センサ６が検知すると、電源が入り、検知センサ５ａ，５ｂが摺板４の有無の検出を開始し、摺板撮像用のカメラ２ａ，２ｂも同時に撮像可能状態になる。
【００３４】
そして、進入側の検知センサ５ａが摺板４を検出すると、ストロボ照明器１０ａ，20ａを発光させ、同時に複数のカメラ２ａが前方側から摺板部の撮像を行い、撮影した画像を制御装置３０のメモリに取り込む。取り込まれた画像データは、制御装置３０で画像処理される。
【００３５】
その後、退出側の検知センサ５ｂが摺板４を検出すると、ストロボ照明器１０ｂ，20ｂが発光し、同時にカメラ２ｂが後方側から摺板部の撮影を行い、撮影した画像を制御装置３０のメモリに取り込む。そして、前方側と同じく制御装置３０で画像処理される。
【００３６】
このように、同じパンタグラフの摺板部を前後２回撮像して画像処理することで、パンタグラフ撮像時における架線が摺板４に接触している位置が異なるために、架線の影響を除去することができる。
【００３７】
検知センサ５ａ，５ｂの間に位置する検知センサ５ｃが摺板４を検出すると、ハロゲンランプ１１が点灯され、カメラ３ａ，３ｂが前方側及び後方側から屋上部の撮影を行い、撮影した画像を制御装置４０のメモリに取り込み、制御装置４０で画像処理をする。
【００３８】
次に、図３により、カメラや照明器具を地下鉄のトンネル内に設置した場合の配置について説明する。
【００３９】
地下鉄のトンネル内にパンタグラフ摺板の撮像用カメラおよび照明器具を設置する場合には、図３に示すように、トンネル６０の壁面６１と電車通行に障害となる範囲を示す建築限界６２との間にカメラ等を設置することが必要となる。
【００４０】
地下鉄のトンネル６０内においてはスペースの関係から必ずしも、図１に示したようなゆとりのあるカメラ等の配置を取ることができない。
【００４１】
地下鉄のトンネル６０内においては、カメラ２やストロボ照明器１０やとパンタグラフ４の距離が近く、パンタグラフ４、特に摺板の長手方向における中心部と両末端部での照度が異なり、カメラ２で撮像された画像の輝度が摺板の長手方向における全体にわたって不均一になることがある。
【００４２】
従来このような不都合が生じたときには、照明器具の配置を変更することで、撮像された画像が画像処理に適した輝度分布となるように調整されることが多い。しかし、トンネル内の場合そのような配置を実現できる位置に照明の移動ができないことが多い。
【００４３】
そこで、パンタグラフにおける摺板の摩耗を画像処理により検出するのに適した輝度分布の画像を得るため図４に示すフィルタ７１をストロボ照明器１０ａ，２０ａやハロゲンランプ１１などの照明器具と被写体であるパンタグラフ４の間に設置し、パンタグラフ４に対しフィルタ７０により光量を摺板の長手方向において２次元的に調整した照明光を投射し、カメラにおいて適切な輝度を持ったパンタグラフの画像を得ることができるようにした。
【００４４】
図４において、７０は後述するようにグラデーション状に光透過率の異なる各種の２次元模様フィルタ７１を備えた巻き取り可能な帯状のフィルタシートで、フィルタシート
７０はストロボ照明器１０ａ，２０ａやハロゲンランプ１１などの照明器具８０の前にパンタグラフ４における摺板の長手方向に一致するように横に設置している。
【００４５】
このフィルターシート７０をシートロール７３，７４、モータ７５，７６により巻き出したり、巻き取ったりする。
【００４６】
両モータ７５，７６のうち、一方は巻き取りモータとし、他方は巻き出しモータとして、巻き出しモータによりフィルターシート７０に一定の張力が掛かるようになし、巻き取りモータの正転でフィルターシート７０を繰り出し、巻き取りモータの逆転でフィルターシート７０を巻き戻して選択したフィルタ７１が照明器具８０の前面に位置決めされるようにする。巻き出しモータはコイルバネに代えてもよい。
【００４７】
巻き取りモータは、照明器具８０に対するフィルターシート７０の位置決めが可能なように内部にエンコーダをもち、外部の制御装置により位置決め制御される。この巻き取り可能なフィルタシート７０を使うことにより、時間帯、天気に合わせて、最適なフィルタ７１を用い、画像処理に適した輝度分布の画像を得ることで、測定精度，失敗率の軽減を図ることができる。
【００４８】
図５に，照明器具だけによる画像の輝度と照明器具の前にフィルタを設置した場合における画像の輝度の一例を示す。
【００４９】
照明器具８０の発光バルブから発生した光は、照明器具内部の反射板から反射した光と直接被写体に向かう光が合成されて照明器具８０の窓を通って外に発せられる。
【００５０】
この窓に透明なフィルムにグラデーション状に光透過率の異なる２次元模様を印刷したフィルム、即ちフィルタを張った例を示している。
【００５１】
図５の横軸では、左側の位置がパンタグラフおよび摺板の中央部で、右側の位置がパンタグラフおよび摺板の端部側である。この場合、照明器具はパンタグラフや摺板の端部側に設置してあり、パンタグラフや摺板の端部側に光が集中し、曲線Ａで示す撮像された画像の輝度はパンタグラフ端部では値が大きく、中央部では輝度の値が小さくなっている。
【００５２】
中央部における輝度を画像処理に適した明るさに調整した場合、端部側では輝度が高すぎる状態となり、場合によっては、輝度の最大値を超えてしまうことがある。輝度の最大値を超えてしまうような場合には、その領域での画像処理による領域分割や線分抽出が不可能になり、摺板の摩耗検出に必要な情報が欠落する可能性がある。
【００５３】
そこで中央部で画像処理に適した明るさとなる照明器具を用い、中央部側では光透過率が高く端部側で光透過率を低くするようなグラデーション模様をつけたフィルタを用いることで、端部側の光量を押え、曲線Ｂで示すように中央部と端部側がともに画像処理に適した明るさで輝度分布が画像処理に適した画像を得ることができる。
【００５４】
この場合のフィルタは、図６の曲線ａのように段階的に透過率の低い部分を持ったものであり、照明器具内における反射板の影響および光の拡散作用により、対象物へ照射される照度は滑らかな分布となっている。
【００５５】
パンタグラフ４の残り半分側については、図５と対称的な配置の輝度分布となる透過率を持つグラデーション模様をつけたフィルタを用いる。
【００５６】
フィルタに用いるフィルタのグラデーション模様、即ち、光透過率が変化する２次元模様に関しては、得たい対象物の画像の輝度分布に応じて各種のフィルタを用意しておくと良い。
【００５７】
図６に、得たい対象物の画像の輝度分布に応じ得る各種のフィルタの例を示す。
【００５８】
図６において、曲線ｂのフィルタは透過率を直線状に変化させたグラデーション模様のもの、曲線ｃのフィルタは透過率を端部側で多くし、中央部側で少なくなるように変化させたグラデーション模様のもの、曲線ｄのフィルタは透過率を端部側で減衰度を小さくし中央部で減衰度が大きくなるように変化させたグラデーション模様のもの、曲線ｅのフィルタは透過率を端部側で減衰度を大きくし中央部で減衰度が小さいように変化させたグラデーション模様のもの、である。
【００５９】
そして、透過率の変化の度合いや変化の位置やグラデーション模様の変化を端部側と中央部側で反転させたものなどのような多数のフィルタをフィルタシート７０に用意しておくと良い。
【００６０】
次に図７に基づいて、実際にどのようなフィルタを使用すればよいかの設定について説明する。図７は同じパンタグラフに対しカメラにおける絞り値を変更して撮影した場合の注目ピクセルを含むラインの輝度値を示している。横軸の位置はカメラで撮像した画像の位置を画像のピクセル番号で示し、縦軸はそのピクセル番号における輝度を示している。
【００６１】
図７において、曲線Ｉはカメラにおけるレンズ絞り１.４ による撮影時の輝度分布曲線、曲線IIはレンズ絞り４の時の輝度分布曲線、曲線III はレンズ絞り８の時の輝度分布曲線、曲線IVはレンズ絞り１６のときの輝度分布曲線である。
【００６２】
画像処理の対象とする領域が１ピクセル目から１５００ピクセル目までである場合、を考える。
【００６３】
レンズ絞り８における輝度分布は、曲線III で示すように、この領域内で輝度の上限値に達しないで、０から２５５の輝度分布を持っている。しかし、レンズ絞り８にした場合には、０ピクセル目から５００ピクセル目までの領域は、閾値を設定すると、輝度が小さいことにより、画像が黒く潰れてしまい、画像処理をすることができず、この領域での認識ができない。
【００６４】
レンズ絞りを４に設定した場合には、曲線IIで示すように、０ピクセル目から５００ピクセル目までの領域で、輝度は４０から２５５の範囲で変化があるため、画像処理による認識が可能である。しかし、６００ピクセル目から１２５０ピクセル目までの領域において、２５５の輝度を超えており、この範囲の画像処理ができない。
【００６５】
よって、０ピクセル目から１５００ピクセル目までの領域に対して画像処理を実行するためには、５００ピクセル目から１３００ピクセル目までをレンズ絞り８と同程度の明るさに制限するようなフィルタを用い、カメラにおけるレンズの絞りは４に設定して、局所的にレンズ絞り８の効果が得られるようにすることにより、０ピクセル目から１５００ピクセル目までの輝度が飽和することなく、画像認識に適した輝度分布の画像を得ることができる。
【００６６】
従って、電車を走行させて、フィルタを介さずにレンズ絞りを変えた画像を複数枚試写により入手して、図４のモータ７５，７６における一方の巻き取りモータを駆動してフィルターシート７０の移動をさせて、画像処理に適したフィルタを用いるようにする。
【実施例２】
【００６７】
上記実施例１の場合には、照明器具と対象物（パンタグラフ）の間にフィルタを設置したが、カメラレンズと対象物（パンタグラフ）との間にフィルタを設置しても良い。
【実施例３】
【００６８】
上記実施例１の場合には、太陽光などの影響を受けない位置に配置した場合であるが、太陽光の影響を受ける位置に配置した場合は、太陽光の有無によって照度やカメラの絞り等を切り替えてなければならない。
【００６９】
そこで、昼と夜とで最適なフィルタを備えたフィルタシート７０を設置するようにしても良い。また、太陽光の影響を受ける日中と夜間で撮像するカメラを切り替えるようにしても良い。
【実施例４】
【００７０】
上記実施例１の場合には、巻き取り可能な帯状のフィルタシート７０をカメラレンズ前に横に設置しているが、独立したフィルタを作業者が手作業で交換する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】線路上を走行する電車のパンタグラフ及び屋上機器を撮像するカメラと照明の配置を示す図である。
【図２】パンタグラフ摺板計測装置の電気系統を示すブロック図である。
【図３】パンタグラフを撮像するカメラと照明器具を地下鉄のトンネル内に設置する状況を説明する図である。
【図４】ストロボ装置とフィルタシートを示す図である。
【図５】フィルタによる効果を画像の輝度分布で示す図である。
【図６】フィルタにおける光透過率の変えるグラデーションの例を示す図である。
【図７】同じパンタグラフに対し絞り値を変更して撮影した場合の輝度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
７０…フィルタシート、７１…フィルタ、７３，７４…シートロール、７５，７６…モータ。
【図１】
2007292472.tif 000003
【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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