(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道信号機に取り付けられた赤外線発光器に視認地点の方向に向けて確認用ビットパターンの赤外線発光を行わせ、前記視認地点で前記赤外線発光を赤外線ビデオカメラで撮影し、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像を画像処理して得られた発光パターンと前記確認用ビットパターンとの同一性を判定して鉄道信号機の視認可否を確認する方法。
【請求項２】
視認地点の方向に向けて鉄道信号機に取り付けられ且つ確認用ビットパターンの赤外線発光を行う赤外線発光器、前記視認地点で前記赤外線発光を撮影する赤外線ビデオカメラ、及び、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像を画像処理し、撮影された発光パターンと前記確認用ビットパターンとの同一性を判定する画像処理装置とで構成された鉄道信号機の視認可否を確認する装置。
【請求項３】
前記確認用ビットパターンは太陽光による外乱光を取り除くための第１確認用ビットパターンと、周辺の類似光源と識別するための第２確認用ビットパターンからなるものであることを特徴とする請求項２に記載の鉄道信号機の視認可否を確認する装置。
【請求項４】
前記第１確認用ビットパターンの赤外線発光は、二値のＮビットパターンをナイキストのサンプリング定理に基き前記赤外線ビデオカメラのサンプリング周波数の半分以下の周期で行うものであること、及び、前記第２確認用ビットパターンの赤外線発光は、前記第１確認用ビットパターンと異なるパターンであって且つ特定のビット列に従って前記赤外線ビデオカメラのサンプリング周波数の半分以下の周期で行うものであることを特徴とする請求項３に記載の鉄道信号機の視認可否を確認する装置。
【請求項５】
前記Ｎビットは８ビットであることを特徴とする請求項４に記載の鉄道信号機の視認可否を確認する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、規定された距離で建植された鉄道信号機の点灯、消灯を確認できるか否かを確認する方法及び装置、即ち、鉄道信号機の視認可否を確認する方法及び装置である。前記規定された距離は、視認距離とも呼ばれるもので、例えば６００ｍや８００ｍと定められている。なお、本明細書で鉄道信号機とは、鉄道用色灯式信号機、標識又は特殊信号発光機である。
【背景技術】
【０００２】
近年の鉄道用色灯式信号機の色灯の光源には、特開２０００−０５２９８８号公報（特許文献１）や特開２００１−２１３３２２号公報（特許文献２）に記載されている如く、信号電球でなくＬＥＤが用いられている。これは省電力化と、定期的な電球交換作業が不要になるなどの省力化が同時に実現できるからである。
【０００３】
鉄道信号機は色灯の点灯又は消灯により、列車の運転士に列車運行情報を伝達する装置である。上記の列車運行情報は、列車の運転士が鉄道信号機の色灯の点灯又は消灯を目視確認することで伝達されるので、運転士が信号を見落とした場合には上記列車運行情報が正しく伝達されない危険性がある。また、鉄道信号機は線路脇に建植されるものであるため、設置場所に制約があるという問題もある。そこで、特開平１１−３４８７８４号公報（特許文献３）に記載されている如く、標識情報を記憶させた無線式電子タグを、標識と共に線路脇に設置し、車上に搭載した無線式インタロケータにより、列車通過時に読み取った前記標識情報を車内に表示する無線式鉄道標識が提案されているが、未だ実施に至っていない。従って、鉄道信号機の色灯の点灯又は消灯による標識情報を列車の運転士が目視確認することは、現行の列車運行に必要不可欠な情報伝達方法である。
【０００４】
それだけに、列車の運転士に列車運行情報を伝達する鉄道信号機は、その色灯の点灯又は消灯が視認地点から列車の運転士が確実に視認できるように、その色灯は送光方向が適切な向きになるよう建植されていなければならない。また、鉄道信号機と視認地点とを結ぶ光路上に光を遮断する樹木等の障害物が存在しないようにしなければならない。そのために、建植時の鉄道用信号機の視認可否が可として正しく確保されていることの確認が重要であるが、現状は鉄道信号機の建植地点と視認地点のそれぞれに作業員を配置して手作業で行われている。
【０００５】
建植地点の作業員は鉄道信号機に付けられている視認可否確認用覗き穴から視認地点の方向を見ることで、凡その送光方向を調節する。その後、目視地点の作業員が鉄道信号機の色灯の点灯又は消灯を目視できた場合には鉄道信号機の視認可否が可であると確認する。目視できなかった場合には鉄道信号機の視認可否は否であると言えるので、光路上に障害物がないかを調べ、あればそれを除去する。障害物がなければ、建植地点の作業員と携帯電話機叉は無線機で連絡し合って、鉄道信号機の送光方向を調節する。この送光方向の調節は、建植地点の作業員が上記覗き穴から視認地点の方向を覗きながら微調整することで行われる。このような手作業と作業員の目視による確認作業を伴うものであるため、これまでの鉄道信号機の視認可否の確認は作業効率が悪いという問題がある。しかも、視認可否確認作業のために日中の営業時間に、実際に鉄道信号機を点灯又は消灯することは、列車の運転士に誤った列車運行情報を与えることになるので現実には難しい問題がある。
【特許文献１】特開２０００−０５２９８８号公報
【特許文献２】特開２００１−２１３３２２号公報
【特許文献３】特開平１１−３４８７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする第１の課題は、列車の運転士に影響を及ぼさないように、実際に信号機の点灯又は消灯することなく、鉄道信号機の視認可否を確認する方法と装置を提供することである。本発明が解決しようとする第２の課題は、赤外線を利用して鉄道信号機の視認可否を確認する装置において、太陽光による外乱光ならびに周辺の光源による外乱光の影響を確実に除去することである。なお、本明細書で赤外線とは、近赤外線、中赤外線及び遠赤外線を含む波長０．７μｍ〜１０００μｍの電磁波である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する鉄道信号機の視認可否を確認する方法は、鉄道信号機に取り付けられた赤外線発光器に視認地点の方向に向けて確認用ビットパターンの赤外線発光を行わせ、前記視認地点で前記赤外線発光を赤外線ビデオカメラで撮影し、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像を画像処理して得られたパターンと前記確認用ビットパターンとの同一性を判定し、これによって鉄道信号機の視認可否を確認する方法である。
【０００８】
また、上記課題を解決する鉄道信号機の視認可否を確認する装置は、視認地点の方向に向けて鉄道信号機に取り付けられ且つ確認用ビットパターンの赤外線発光を行う赤外線発光器、視認地点で前記赤外線発光を撮影する赤外線ビデオカメラ、及び、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像を画像処理して得られた発光パターンと前記確認用ビットパターンとの同一性を判定する画像処理装置とで構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、列車の運転士に影響を及ぼさないように、実際に信号機の点灯又は消灯することなく、鉄道信号機の視認可否を確認する方法と装置が提供された。また、本発明により、鉄道信号機の視認可否の確認作業中に、列車の運転士に誤った列車運行情報を与えることは全くなくなった。また、鉄道信号機の視認可否の確認が作業員の主観によるものでなはなく、定量的な判断に基いて行うことが可能になった。更に、本発明に係る鉄道信号機の視認可否を確認する装置は、その３つの構成装置のうちの赤外線ビデオカメラと画像処理装置は市販の装置を利用できるものであり、且つ赤外線発光器は簡単な構成のものであるから、製造コストは安く、且つ作業性が高いという特長を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施する最良の形態は、視認地点の方向に向けて鉄道信号機に取り付けられ且つ確認用ビットパターンの赤外線発光を行う赤外線発光器、視認地点で前記赤外線発光を撮影する赤外線ビデオカメラ、及び、前記赤外線ビデオカメラの撮影画像を画像処理して得られた発光パターンと前記確認用ビットパターンとの同一性を判定する画像処理装置とで構成された鉄道信号機の視認可否を確認する装置である。
【実施例】
【００１１】
本発明の実施例の鉄道信号機の視認可否を確認する装置は、図１に示す如く、軌道５の近傍に設置されている鉄道信号機４の視認距離を、視認地点Ａにおいて確認装置１で自動的に確認する装置である。視認地点Ａは鉄道信号機４の建植地点Ｂからの所定の視認距離、即ち６００ｍ又は８００ｍ離れた軌道５上の地点である。確認装置１は、鉄道信号機４に取り付けられた赤外線発光器２の所定パターンで点滅する赤外線３を検出し、視認可否の確認を行うものである。確認装置１は携帯型であって、作業員は視認地点Ａにおいて確認装置１を保持し確認作業を行う。或いは、確認装置１は試験列車に搭載されるものであって、視認地点Ａに前記試験列車を一次停車させて作業員が確認装置１を操作して確認作業を行う。
【００１２】
確認装置１は、図２に示す如く、赤外線ビデオカメラ１１、Ａ／Ｄ変換部１２、画像データ蓄積部１３を備える。確認装置１は、更に、画像データ蓄積部１３に蓄積された画像データを画像処理し、鉄道信号機の視認可否を判定する画像処理部を備える。前記画像処理部は、プログラムに従って演算制御を行う制御部１４、各種データなどを入力する入力部１５、演算制御のための各種の設定を行う設定部１６、演算制御プログラムが格納されたプログラム記憶部１７、各種データが記憶されるデータ記憶部１８、液晶表示パネルの如き表示部１９とで構成されている。
【００１３】
赤外線発光器２は、所定の確認用ビットパターンの赤外線発光３を発生する装置であって、指向性の高い赤外線ＬＥＤなどの赤外線発光素子２１、及び所定の確認用ビットパターン信号を発生し、前記信号に従って赤外線発光素子２１を点滅発光させるパターン信号発生回路２２とで構成されている。前記確認用ビットパターンは、太陽光による外乱光を取り除くための第１確認用ビットパターンと、周辺の類似光源と識別するための第２確認用ビットパターンからなるものである。太陽光にも周辺の光源にも赤外線発光素子２１の赤外線と同じ成分が含まれており、これらの成分の赤外線は視認可否確認の際の外乱になるからである。
【００１４】
前記第１確認用ビットパターンの赤外線発光は、二値のＮビットパターンをナイキストのサンプリング定理に基き赤外線ビデオカメラ１１のサンプリング周波数の半分以下の周波数で行うものであり、前記第２確認用ビットパターンの赤外線発光は、前記第１確認用ビットパターンと異なるパターンであって且つ特定のビット列に従って赤外線ビデオカメラ１１のサンプリング周波数の半分以下の周波数で行うものである。本実施例において、前記Ｎビットは８ビット、赤外線ビデオカメラ１１のサンプリング周波数は３０Ｈｚである。そして、前記第１確認用ビットパターンは「０１０１０１０１」、前記第２確認用ビットパターンは「０００１０００１」とした。
【００１５】
また、本実施例において、確認装置１の画像処理の周期は赤外線発光素子２１の点滅の周波数、即ち赤外線ビデオカメラ１１のサンプリング周波数３０Ｈｚの半分の１５Ｈｚに合わせてある。そして、赤外線発光素子２１の点灯の立ち上がりや立下りは必ずしも急峻でないという事実を勘案し、赤外線発光素子２１の点滅と同期させるものと、赤外線発光素子２１の点滅の周期の４分の１周期ずらしたものの２つを用いて確認装置１の画像処理のタイミングを取るようにしてある。これによって確認装置１の画像処理の信頼性が確保されている。
【００１６】
以下、本発明の実施例の列車前方鉄道信号・標識認識装置の動作を、図３と図４に示すフローチャートに従って詳細に説明する。
【００１７】
図３は、本発明の実施例の鉄道信号機の視認可否を確認する装置を構成する赤外線発光器２の動作を示すフローチャートである。即ち、赤外線発光器２のパターン信号発生回路２２は第１のＮビットパターン信号を発生し（１０１）、赤外線発光素子２１は第１のＮビットパターン信号に従って発光する（１０２）。続いて、パターン信号発生回路２２は第２のＮビットパターン信号を発生し（１０３）、赤外線発光素子２１は第２のＮビットパターン信号に従って発光し（１０４）、最初のステップ１０１に戻る。
【００１８】
上述した通り、前記第１確認用ビットパターンは「０１０１０１０１」、前記第２確認用ビットパターンは「０００１０００１」である。要するに、赤外線発光器２は電源スイッチが投入されると、先ず第１確認用ビットパターン「０１０１０１０１」に従った点滅、即ち「滅」「点灯」「滅」「点灯」「滅」「点灯」「滅」「点灯」の赤外線発光を行い、続いて第２確認用ビットパターン「０００１０００１」に従った点滅、即ち「滅」「滅」「滅」「点灯」「滅」「滅」「滅」「点灯」の赤外線発光を行い、以下同様に、第１確認用ビットパターンの赤外線発光と第２確認用ビットパターンの赤外線発光を繰り返す。
【００１９】
次に、本発明の実施例の鉄道信号機の視認可否を確認する装置を構成する確認装置１は、図４に示すフローチャートに従って、先ず第１確認用ビットパターンに対応した撮影と画像処理を行い、その後に第２確認用ビットパターンに対応した撮影と画像処理を行い、最後に確認用発光器の視認可否の確認を行う。
【００２０】
先ず、第１確認用ビットパターンに対応した撮影と画像処理において、視認地点Ａに配置された確認装置１の赤外線カメラ１１は、３０Ｈｚのサンプリング周波数で鉄道信号機４を含む前方を撮影し、撮影画像をＡ／Ｄ変換部１２でデジタルデータに変換して、画像データ蓄積部１３に蓄積する（２０１）。
【００２１】
続いて制御部１４は、赤外線ビデオカメラ１１のサンプリング周波数３０Ｈｚの半分の１５Ｈｚの周期で、且つ赤外線発光素子２１の点滅の周期と同期したものと４分の１周期ずらしたもののタイミングで画像処理を行う。
【００２２】
ステップ２０１に続いて、制御部１４は画像データ蓄積部１３から１フレームの画像データを読み出し、第１の８ビットパターン「０１０１０１０１」に合わせて画像をビットが０のときは黒を抽出する２値化処理を、ビットが１のときは白を抽出する画像を２値化処理をそれぞれ施し、処理結果をデータ記憶部１８に記憶させる（２０２）。
【００２３】
続いて制御部１４は、８ビット分のデータが溜まったか否かを判定し（２０３）、Ｎｏならば処理の流れはステップ２０１に戻り、Ｙｅｓならば処理の流れはステップ２０５に進む。要するに、ステップ２０１からステップ２０２の処理は、データ記憶部１８に８ビット分の２値画像データが溜まるまで継続して行われるものである。
【００２４】
ステップ２０３に続いて、制御部１４はデータ記憶部１８に記憶されている８ビット分の２値画像データの論理積を取り、結果である論理積Ｐをデータ記憶部１８に記憶する（２０４）。即ち、ステップ２０４において、２値画像データ中に第１の８ビットパターン「０１０１０１０１」に対応した領域が「１」として残り、他の領域が「０」となったデータがデータ記憶部１８に記憶される。
【００２５】
上述の第１確認用ビットパターンに対応した撮影と画像処理が終了すると、第２確認用ビットパターンに対応した撮影と画像処理が行われる。即ち、ステップ２０４に続いて、視認地点Ａに配置された確認装置１の赤外線カメラ１１は、３０Ｈｚのサンプリング周波数で鉄道信号機４を含む前方を撮影し、撮影画像をＡ／Ｄ変換部１２でデジタルデータに変換して、画像データ蓄積部１３に蓄積する（２０５）。
【００２６】
次に、制御部１４は画像データ蓄積部１３から１フレームの画像データを読み出し、第２のビットパターン「００１０００１」に合わせて画像が０のときは黒を抽出する２値化処理を、ビットが１のときは白を抽出する２値化処理をそれぞれ施し、処理結果をデータ記憶部１８に記憶させる（２０６）。
【００２７】
続いて制御部１４は、８ビット分のデータが溜まったか否かを判定し（２０７）、Ｎｏならば処理の流れはステップ２０５に戻り、Ｙｅｓならば処理の流れはステップ２０８に進む。要するに、ステップ２０５からステップ２０６の処理は、データ記憶部１８に８ビット分のデータが溜まるまで継続して行われるものである。
【００２８】
ステップ２０７に続いて、制御部１４はデータ記憶部１８に記憶されている８ビット分の２値画像データの論理積を取り、結果である論理積Ｑをデータ記憶部１８に記憶する（２０４）。即ち、ステップ２０７において、２値画像データ中に第２の８ビットパターン「０００１０００１」に対応した領域が「１」として残り、他の領域が「０」となったデータがデータ記憶部１８に記憶される。
【００２９】
上述の第２確認用ビットパターンに対応した撮影と画像処理が終了すると、確認装置１は確認用発光器の視認可否の確認の処理を行う。即ち、ステップ２０８に続いて、制御部１４はデータ記憶部１８に記憶されている論理積Ｐと論理積Ｑの論理積Ｒの算出と記憶を行う（２０９）。
【００３０】
ステップ２０９に続いて制御部１４は論理積Ｒの評価を行う（２１０）。即ち、論理積Ｒの中に「１」の領域があれば、この場合は赤外線発光器２の赤外線発光素子２１の点滅が確認装置１において確認できたことを表す。換言すれば、鉄道信号機の視認可否の判定結果はＹｅｓである。また、論理積Ｒの中に「１」の領域がない、即ちすべての領域が「０」であったなら、この場合は赤外線発光器２の赤外線発光素子２１の点滅が確認装置１において確認できなかったことを表す。換言すれば、鉄道信号機の視認可否の判定結果はＮｏである。
【００３１】
ステップ２１０の判定結果がＹｅｓならば、鉄道信号機の視認可否が可と確認されたので、鉄道信号機の視認可否を確認する装置は処理を終了する。もし、ステップ２１０の判定結果がＮｏならば、鉄道信号機の視認可否が否と判定されたのであるから、処理の流れはステップ２１１に進む。即ち、ステップ２１１において、作業員は光路上の障害物の有無を調べ、有ればそれを除去する。障害物が無ければ、建植地点Ｂの作業員と携帯電話機で連絡し合って、鉄道信号機の送光方向を調節する。そして、処理の流れは最初のステップ２０１に戻る。なお、制御部１４は、ステップ２１０の判定結果を表示部１９に行わせ、確認装置１の作業員に報知する。判定結果の表示は、例えば「確認」や「未確認」などの表示である。
【００３２】
以上、確認装置１の動作、特に赤外線ビデオカメラ１１の撮影画像を画像処理して得られた発光パターンと確認用ビットパターンとの同一性を判定する確認装置１の画像処理部の処理の流れを図４のフローチャートを参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例の処理に限られるものではないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る鉄道信号機の視認可否を確認する装置の概要説明図である。
【図２】本発明に係る鉄道信号機の視認可否を確認する装置のブロック構成図である。
【図３】赤外線発光器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】確認装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１  確認装置
２  赤外線発光器
３  赤外線発光
４  鉄道信号機
５  軌道
１１  赤外線ビデオカメラ
１２  Ａ／Ｄ変換部
１３  画像データ蓄積部
１４  制御部
１５  入力部
１６  設定部
１７  プログラム記憶部
１８  データ記憶部
１９  表示部
２１  パターン信号発生回路
２２  赤外線発光素子
Ａ  視認地点
Ｂ  建植地点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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