(57)【要約】【課題】特に精度を保ったまま検出計算を高速に行えるようにすることにある。【解決手段】  列車１が通過する線路２の上方に、パンタグラフ検出センサ４０及び監視カメラ３０を設置し、パンタグラフ検出センサ４０がパンタグラフ１ａを検出した際に監視カメラ３０によりパンタグラフ１ａの撮影を行い、画像処理装置５０が入力画像に対して、粗くサンプリングされた候補点探索画素を大まかに探索し、パンタグラフの大体の位置を特定した後、特定された位置の近傍領域をわずかに再探索することにより正確な位置を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車が通過する線路上方に監視カメラを設置し、前記監視カメラにより下方を撮影し、撮影された入力画像を画像処理することでパンタグラフが映っている画像のみを保管するパンタグラフ検出装置において、前記入力画像に対して、粗くサンプリングされた候補点探索画素を大まかに探索する画像処理装置を備えることを特徴とするパンタグラフ検出装置。
【請求項２】
請求項１記載のパンタグラフ検出装置において、前記画像処理装置は、前記入力画像に対して、前記パンタグラフの大体の位置を特定した後、特定された位置の近傍領域をわずかに再探索することにより正確な位置を求めることを特徴とするパンタグラフ検出装置。
【請求項３】
請求項１記載のパンタグラフ検出装置において、前記線路上方にパンタグラフ検出センサをも設置し、該パンタグラフ検出センサが前記列車上のパンタグラフを検出した際に前記監視カメラにより前記パンタグラフを撮影することを特徴とするパンタグラフ検出装置。
【請求項４】
列車が通過する線路上方に監視カメラを設置し、前記監視カメラにより下方を撮影し、撮影された入力画像を画像処理することでパンタグラフが映っている画像のみを保管するパンタグラフ検出方法において、前記画像処理は、前記入力画像に対して、粗くサンプリングされた候補点探索画素を大まかに探索することを特徴とするパンタグラフ検出方法。
【請求項５】
請求項４記載のパンタグラフ検出方法において、前記画像処理は、前記入力画像に対して、前記パンタグラフの大体の位置を特定した後、特定された位置の近傍領域をわずかに再探索することにより正確な位置を求めることを特徴とするパンタグラフ検出方法。
【請求項６】
請求項４記載のパンタグラフ検出方法において、前記線路上方にパンタグラフ検出センサをも設置し、該パンタグラフ検出センサが前記列車上のパンタグラフを検出した際に前記監視カメラにより前記パンタグラフを撮影することを特徴とするパンタグラフ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パンタグラフ検出装置及びその方法に関する。詳しくは、線路上方に設置された監視カメラ３０により撮影された通過列車のパンタグラフを検出する装置及びその方法において、特に、精度を保ったまま検出計算を高速に行えるようにするものである。
【背景技術】
【０００２】
通過列車の屋根上状態を撮影する装置としては、線路上方にカメラと照明を設置し、録画装置を屋内に設置し、車輌接近警報装置と連動して録画を実施する装置が一般的に用いられている（非特許文献１）。
この装置は、列車が接近した際に車輌接近警報装置が発生する列車接近信号を基に、照明点灯と録画開始を行い、列車接近信号が発生している期間の画像を録画することで、その間に通過する列車の屋根上を撮影するものである。
【０００３】
撮影の開始と終了の基準となる列車接近信号を発生する車輌接近警報装置には幾つかの提案が行われている。
特許文献１は、振動センサをレールに直接磁石を利用して取り付け、鉄道車輌が接近する際の振動を検出して列車接近信号を発生した。
【０００４】
特許文献２は、電車電流検出センサをレールにマグネットを介して取り付け、センサの出力を演算処理装置に内蔵されたアンプに接続し、演算処理部で処理された結果により警報機を鳴らした。
特許文献３は、送信手段と受信手段とを備え、送信手段で探査信号をレールに送信し、近付いた軌道車両に反射された反射信号を受信手段で受信することで、列車の接近を検出した。
【０００５】
また、通過列車の屋根上状態を撮影する装置として次の提案を行った（特許文献４）。
先ず、画像処理により監視カメラの画像中に進入した列車を検知し、画像中に列車が存在している期間の画像を録画することで、通過列車の屋根上状態の画像を効率よく撮影し保管した。
【０００６】
次に、画像処理を応用した物体形状検査により監視カメラの画像中に進入した列車を検知し、画像中に列車が存在している期間の画像を録画することで、通過列車の屋根上状態の画像を効率よく撮影し保管した。
更に、侵入者検知装置の技術を適用した進入検知処理により列車を検知し、画像中に列車が存在している期間の画像を録画することで、通過列車の屋根上状態の画像を効率よく撮影し保管した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2001-39304「鉄道車両が走行時発生する振動データ収集装置と同装置が出力するデータを利用する車両接近警報装置及び車両故障診断装置」
【特許文献２】特開2002-337687「車両接近警報装置」
【特許文献３】特開平9-132141「軌道車両接近警報装置」
【特許文献４】特開2010-12084「画像処理による通過列車撮影装置」
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】F.ULLAH，S.KANEKO and S. IGARASHI，″Orientation Code Matching for Robust Object Search″，IEICE Trans. lnf.&Syst.，vol.E84-D，No.＆pp.999-1006，2001
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１〜３の車輌接近警報装置は、接近する列車を早期に検出するものである。このため、車輌接近警報装置の発生する列車接近信号を基に、録画の開始と終了を行う通過列車撮影装置では、実際にカメラの視野内を列車が通過している時間以外の撮影時間が多く存在する。
この場合、列車の撮影されていない不必要な画像データのために、録画装置の多くの画像保管領域が使用されると共に、屋根上装置として重要な監視対象であるパンタグラフが映っている画像を検索するために、時間と労力を要する。
【００１０】
特許文献４は、画像処理により列車の進入を検知し、通過列車屋根上の画像を撮影する装置である。
これらの装置は、画像中に列車が存在している期間の画像を録画するため、特許文献１〜３の車輌接近警報装置を基にした通過列車撮影装置に比べて、録画装置の多くの画像保管領域を大幅に節約できる。
【００１１】
しかしながら、屋根上装置として重要な監視対象であるパンタグラフが映っている画像を検索するためには、特許文献１〜３と同様に時間と労力を要する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係るパンタグラフ検出装置は、列車が通過する線路上方に監視カメラを設置し、前記監視カメラにより下方を撮影し、撮影された入力画像を画像処理することでパンタグラフが映っている画像のみを保管するパンタグラフ検出装置において、前記入力画像に対して、粗くサンプリングされた候補点探索画素を大まかに探索する画像処理装置を備えることを特徴とする。
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るパンタグラフ検出装置は、請求項１記載のパンタグラフ検出装置において、前記画像処理装置は、前記入力画像に対して、前記パンタグラフの大体の位置を特定した後、特定された位置の近傍領域をわずかに再探索することにより正確な位置を求めることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係るパンタグラフ検出装置は、請求項１記載のパンタグラフ検出装置において、前記線路上方にパンタグラフ検出センサをも設置し、該パンタグラフ検出センサが前記列車上のパンタグラフを検出した際に前記監視カメラにより前記パンタグラフを撮影することを特徴とする。
上記課題を解決する本発明の請求項４に係るパンタグラフ検出方法は、列車が通過する線路上方に監視カメラを設置し、前記監視カメラにより下方を撮影し、撮影された入力画像を画像処理することでパンタグラフが映っている画像のみを保管するパンタグラフ検出方法において、前記画像処理は、前記入力画像に対して、粗くサンプリングされた候補点探索画素を大まかに探索することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係るパンタグラフ検出方法は、請求項４記載のパンタグラフ検出方法において、前記画像処理は、前記入力画像に対して、前記パンタグラフの大体の位置を特定した後、特定された位置の近傍領域をわずかに再探索することにより正確な位置を求めることを特徴とする。
上記課題を解決する本発明の請求項６に係るパンタグラフ検出方法は、請求項４記載のパンタグラフ検出方法において、前記線路上方にパンタグラフ検出センサをも設置し、該パンタグラフ検出センサが前記列車上のパンタグラフを検出した際に前記監視カメラにより前記パンタグラフを撮影することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１、４に係る発明によれば、入力画像に対して、粗くサンプリングされた候補点探索画素を大まかに探索、言い換えると、メッシュ状に粗く探索し候補点を見つけるため、パンタグラフの検出を高速に行うことができる。
【００１６】
請求項２、５に係る発明によれば、パンタグラフの大体の位置を特定した後、更に、特定された位置の近傍領域をわずかに再探索する、つまり、候補点の近傍を走査する方式で照合処理を行うため、精度を保ったまま高速にパンタグラフの検出を行うことができる。
【００１７】
請求項３、６に係る発明によれば、パンタグラフ検出センサを用いてカメラ撮影するため、パンタグラフが映っている画像が大半であり、全ての画像を処理し終えるまでの時間が早い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係る装置構成を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）は入力画像、図２（ｂ）はテンプレート画像の説明図である。
【図３】入力画像中における候補点探索画素及び第１候補点の説明図である。
【図４】入力画像中における候補点探索画素及び第１，第２候補点の説明図である。
【図５】パンタグラフ検出位置、位置探索領域及び第１，第２候補点の説明図である。
【図６】候補点探索画素、パンタグラフ検出位置、位置探索領域及び第１，第２候補点の説明図である。
【図７】パンタグラフ処理検出の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例２に係る装置構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の前提となる基本的な考え方は、以下の通りである。
先ず、パンタグラフ検出センサがパンタグラフの通過を検出した際に監視カメラによりパンタグラフの撮影を行い、その画像を録画する。
【００２０】
ただし、パンタグラフ検出センサがパンタグラフ以外の車輌屋根上構造物や何らかの飛翔物に過敏反応し、パンタグラフが存在しない画像を誤って撮影する場合もある。
そこで、録画した画像に対してパンタグラフが存在するか否かを画像処理により判断し、パンタグラフが映っている画像のみを保管した。
【００２１】
パンタグラフが存在するか否かの判断は、非特許文献１の方向符号照合(ＯＣＭ:Orientation Code Matching)により画像中からパンタグラフを検出することで、明るさ変化や隠れに頑健な照合を行うことができる。
【００２２】
方向符号照合とは、画像各部分の濃淡の強さ方向を符号化し、基準画像と入力画像との符号同士を照合することで、画像データ同士の適合度合いを検査する方法である。
そのため、パンタグラフが映っている画像のみを保管するごとができるため、特許文献４よりも記憶装置の画像保管領域を効率よく使用することができ、パンタグラフが映っている画像を検索する時間と労力を省くことができる。
【００２３】
このようにパンタグラフが映っている画像のみを保管することができるため、特許文献４よりも記憶装置の画像保管領域を効率よく使用することができ、パンタグラフが映っている画像を検索する時間と労力を省くことができる。
パンタグラフ検出の際の照合処理は、図２（ａ）に示す入力画像において予め設定しておいた一定探索領域（以下、「パンタグラフ探索領域」と呼ぶ）Ａに対して、図２（ｂ）に示すテンプレート画像を重ね合わせることにより画像データ同士の比較を行い、最も適合する位置（以下、「パンタグラフ検出位置」と呼ぶ）ｂを求める。
【００２４】
しかし、パンタグラフ探索領域Ａ内の全ピクセルに対してテンプレート画像との適合度を計算するため照合回数が多くなってしまい、パンタグラフの有無を判定するのに多くの時間を要してしまうという問題があった。
以下に、このような問題を解決する実施例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２５】
（パンタグラ検出センサを用いる方法）
本実施例では、図１に示すように、列車１が通過する線路２の上方に距離センサ等で構成されるパンタグラフ検出センサ４０、監視カメラ３０、照明装置２０を設置し、照明装置２０により下方を照明しつつ、パンタグラフ検出センサ４０が列車１上のパンタグラフ１ａを検出した際に監視カメラ３０により下方を撮影し、パンタグラフ１ａの画像を録画する。入力画像は、記憶装置（図示省略）の画像保管領域に保管される。
【００２６】
ただし、パンタグラフ検出センサ４０がパンタグラフ１ａ以外の車輌屋根上構造物や何らかの飛翔物に過敏反応し、パンタグラフ１ａが存在しない画像を撮影する場合もある。
そこで、録画した画像に対してパンタグラフ１ａが存在するか否かを画像処理装置５０により判断し、パンタグラフ１ａが映っている画像のみを保管する。
【００２７】
画像処理装置５０は、パンタグラフ検出の際の照合処理を、(1)候補点探索処理、(2)位置探索処理、(3)適合度判定処理の３つに分け、効率的に照合処理を行うことで照合回数を減らし、高速に照合処理が行えるようにする。
(1)候補点探索処理
パンタグラフ検出の際の照合処理は、前述した基本的な考え方と同様に、図２（ａ）に示す入力画像において予め設定しておいた一定探索領域であるパンタグラフ探索領域Ａに対して、図２（ｂ）に示すテンプレート画像を重ね合わせることにより画像データ同士の比較を行い、最も適合するパンタグラフ検出位置ｂを求める。
【００２８】
しかし、基本的な考え方では、パンタグラフ探索領域Ａ内の全ピクセルに対してテンプレート画像との適合度を計算するため照合回数が多くなってしまい、パンタグラフの有無を判定するのに多くの時間を要してしまうという問題があった。
そこで、本発明では、パンタグラフ探索領域Ａを走査する際、全ピクセルを走査するのでは無く、図３に示すように、メッシュ状に粗くサンプリングした画素を大まか走査する、即ち、縦横に一定間隔に存在する座標点（以下、「メッシュ座標点」と言う）を走査することで照合回数を削減する。
【００２９】
これにより、パンタグラフ探索領域Ａ内の全ピクセルに対して適合度を計算するよりも高速に、パンタグラフ１ａの大体の位置を求めることができる。
このときのパンタグラフ探索領域Ａ内におけるメッシュ座標点を、候補点探索画素ａと呼ぶ。
【００３０】
そして、図２（ｂ）に示すテンプレート画像と最も適合度が高い候補点探索画素を第１候補点ａ1とする。
このとき、パンタグラフ１ａは集電舟が上下に一定間隔で２個並んでいるという特徴があるため、図４に示すように、第１候補点ａ1の上下一定範囲にある候補点探索画素のうち最もテンプレート画像との適合度が高い座標点を第２候補点ａ2とする。
【００３１】
(2)位置探索処理
(1)で求めた第１、第２候補点ａ1，ａ2は、粗くサンプリングした候補点探索画素ａであるため、パンタグラフ１ａの大体の位置は求まっているが正確な位置を求めることができていない。
正確なパンタグラフ検出位置ｂが求まっていないと、パンタグラフ検出位置ｂにおける適合度が低くなってしまい、パンタグラフ１ａの検出に失敗する可能性がある。
【００３２】
そこで、図５に示すように各候補点ａ1，ａ2を中心とした近傍領域（「位置探索領域」と呼ぶ）Ｂにおいて再び照合処理を行うことで、パンタグラフ１ａの正確な位置を求める。
位置探索領域Ｂのサイズは、図６に示すように候補点探索画素ａの間隔をｍピクセルとすると、候補点ａ1，ａ2を中心として幅、高さともに２ｍ＋１ピクセルとすることで、候補点探索画素ａの隙間のピクセルを探索するようにしている。
位置探索領域Ｂにおいて、最も適合度が高い座標点をパンタグラフ検出位置ｂとする。
【００３３】
(3)適合度判定処理
(2)で求めたパンタグラフ検出位置ｂでの適合度と予め設定しておいた閾値(「方向符号探索閾値」と呼ぶ)を比較し、適合度が高い場合は検査した画像中にパンタグラフ１ａが存在したと判断する。
以上のように、粗くサンプリングされた候補点探索画素を大まかに探索することによりパンタグラフ１ａの大体の位置を高速に特定し、特定された位置の近傍領域をわずかに再探索することにより正確な位置を求めるようにしている。
【００３４】
この組み合わせにより、パンタグラフ探索領域Ａ内の全ピクセルを探索するのと同程度の位置検出精度を保ったままパンタグラフ検出を行え、パンタグラフ探索領域Ａ内の全ピクセルを探索するよりも高速にパンタグラフ検出を行うことができる。
以上のパンタグラフ照合処理について、画像処理装置５０は、図７のフローチャートに従い、以下の通りに行う。
【００３５】
（１）  入力画像のパンタグラフ探索領域Ａにおいて、ｍピクセル間隔のメッシュ状に走査し、最もテンプレート画像との適合度が高い座標を第１候補点ａ1として求める（ステップＳ１）。
（２）  （１）で求めた第１候補点ａ1の上下一定範囲にある候補点探索画素のうち、最もテンプレート画像との適合度が高い座標点を第２候補点ａ2とする（ステップＳ２）。
【００３６】
（３）  （１）、（２）で求めた各候補点ａ1，ａ2を中心とした２ｍ＋１×２ｍ＋１の位置探索領域Ｂ内を再度探索し、最も適応度カ塙い座標点をパンタグラフ検出位置ｂとする（ステップＳ３）。
（４）  パンタグラフ検出位置ｂにおける適合度と予め設定しておいた閾値とを比較し、パンタグラフ１ａの有無を判定する（ステップＳ４）。
【実施例２】
【００３７】
（パンタグラフ検出センサを用いない方法）
本実施例の構成を図８に示す。
本実施例は、入力画像の取得方法が実施例１とは異なる。
実施例１では、列車１が通過する線路２の上方にパンタグラフ検出センサ４０を設置し、センサ４０が反応した場合に入力画像を取得していたが、本実施例はパンタグラフ検出センサ４０を用いずに、特許文献４と同様に、監視カメラ３０によって撮影される列車１の画像を入力画像とする。
【００３８】
即ち、本実施例では、図８に示すように、列車１が通過する線路２の上方に、監視カメラ３０、照明装置２０を設置し、監視カメラ３０によりパンタグラフ１ａの撮影を行い、その画像を録画する。
監視カメラ３０により撮影された入力画像に対しては、実施例１と同様に、画像中からパンタグラフ１ａを検出する。その具体的な内容は、図７に示す通りである。
本実施例では、パンタグラフ検出センサ４０を省くため、実施例１よりも低コストで、簡単な装置構成にできる。
【００３９】
本実施例では、監視カメラ３０で常に下方を撮影するため、パンタグラフ１ａ以外が映っている列車１の画像も多く撮影される。
しかし、撮影した画像全てに対して実施例１で述べたパンタグラフ検出方法を用いることによりパンタグラフ検出を行うことができるので、パンタグラフ１ａが映っている画像のみを最終的に保管することができる。
【００４０】
また、パンタグラフ１ａの検出を行うタイミングは以下の２パターンが考えられるが、いずれの場合でもパンタグラフ１ａが映っている画像のみを最終的に保管することができるので、パングラフが映っている画像を手動で探す労力を省くことができる。
・  撮影直後の画像に対してパンタグラフ検出を行う。パンタグラフ１ａが映っている画像の場合は、録画装置の画像保管領域に保管する。
・  撮影した画像を一通り録画装置の画像保管領域に保管しておいてからパンタグラフ検出を行う。
【００４１】
パンタグラフ１ａが映っていない画像の場合は、その画像を画像保管領域から削除する。
ただし、実施例１と比べて本実施例の方が検出対象となる画像が多くなる(実施例１ではパンタグラフ１ａが映っている列車１の画像が大半だが、本実施例は通過する列車１の画像全てを処理する)ので、全ての画像を処理し終えるまでの時間は実施例１よりも増える。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、線路上方に設置された監視カメラにより撮影した画像から通過列車のパンタグラフを検出する技術として産業上広く利用可能なものである。
【符号の説明】
【００４３】
１  列車
１ａ  パンタグラフ
２  線路
２０  照明装置
３０  監視カメラ
４０  パンタグラフ検出センサ
５０  画像処理装置
Ａ  パンタグラフ探索範囲
Ｂ  位置探索領域
ａ1  第１候補点
ａ2  第２候補点
ｂ  パンタグラフ検出位置
【図１】
2012015698.tif 000003
【図２】
2012015698.tif 000004
【図３】
2012015698.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2012015698.tif 000008
【図７】
2012015698.tif 000009
【図８】
2012015698.tif 000010