JP2008292336A - 画像処理によるトロリ線摩耗測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 剛体架線式において、トロリ線の摩耗部分と剛体部の反射部分とを区別し、トロリ線の摩耗部のみを白域とし、背景を黒域とすることにより、トロリ線の摩耗部分を抽出するにある。
【解決手段】トロリ線の種類を予め設定することにより、前記ラインセンサ画像中のトロリ線の最大幅に相当する画素数以上を持つ白域の部分を黒域に変換する手段６１を備え、剛体架線式のトロリ線を撮像した２値化処理後のデータにおいて剛体部を白域から黒域に変換し、カテナリ式のトロリ線を撮像した２値化処理後のデータと同じ画面構成とすることができる。
【選択図】図１

Description

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。

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。
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を換算する方法の２つの方法に大きく分けられる。
トロリ線の厚みを直接測定する方法としては、まず、ノギスなどの定規を用いてトロリ線の厚みを測定する方法がある。これは作業者が測定したいトロリ線部分の厚みをノギス等の定規を用いて手作業にて測定する方法で、測定したいトロリ線の厚みを確実に求めることができる。その反面、測定には手間がかかり自動化できないため、長い距離の区間を測定することは困難である。

トロリ線の厚みを直接測定するもう１つの方法としては、光学センサを用いるものがある。これは回転ローラをトロリ線に押し付け、ローラ台にトロリ線を挟むように取り付けたレーザ照射装置と受光装置により、装置に挟まれたトロリ線部分での受光量を測定し、その受光量からトロリ線の厚みを換算するものである。この方式は連続的にトロリ線の厚みを測定することが可能であるが、トロリ線との接触を伴うため低速での運用を行う必要があり、トロリ線をセンサが挟む構造であるため、ポイント、エアーセクション、アンカーといったセンサと衝突するような構造物が存在する部分での使用が不可能であり、また、それら既存構造物の存在する場所では衝突しないよう測定位置から装置を離す必要がある。
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（例えば、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を換算する。

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際のトロリ線摩耗部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摩耗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。
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。

これらに対して、ラインセンサ画像から画像処理によって摩耗幅を計測し、その摩耗幅の計測値からその箇所のトロリ線の厚みを換算する技術が開発されている（「画像処理によるトロリ線摩耗測定装置（特願２００６−２７３５２３）」、以下、先件提案と言う）。先件提案によれば、非接触に短時間で長い距離を測定することができる。
先件提案における画像処理の基本的な考え方は、図１３に示すように、画像の入力手段としてラインセンサ１０を用い、照明としては、ナトリウムランプやレーザ光ではなく、通常の照明器具２を利用するものである。

即ち、検査車輌３の屋根上に鉛直上向きを見上げるようにラインセンサ１０を設置し、ラインセンサ１０の走査線が検査車輌３の進行方向と垂直になるようにし、走査線がトロリ線４を横切るようにする。検査車輌３の屋根上には、トロリ線４に接触するパンタグラフ５か装備され、パンタグラフ５に接触して摩耗するトロリ線４の近傍が照明器具２により照明されると共にトロリ線４の様子がラインセンサ１０により撮影される。
ラインセンサ１０により撮影されたトロリ線４の画像信号は車内に設置された計測用パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと言う）６に入力される。計測用ＰＣ６は、ラインセンサ１より得られる走査線の輝度信号を時系列に並べラインセンサ画像（平面の画像）を作成し、入力画像として記録装置７へ保存する。

計測用ＰＣ６としては、例えば、図１７に示すように、ラインセンサ画像作成部２０、メモリ３０，４０、判別分析２値化処理部５０、ノイズ除去処理部６０、トロリ線摩耗部エッジ検出部７０、トロリ線摩耗部幅計算部８０より構成される。
計測用ＰＣ６は、図１６に示すフローチャートに従い、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、以下の手順により求める。

［ラインセンサ画像の取得］
先ず、ラインセンサ１０により取得された画像信号は、ラインセンサ画像作成部２０にて時系列に並べられラインセンサ画像としてメモリ３０へ保存される（ステップＳ１）。

［判別分析２値化処理によるトロリ線摩耗部分の強調］
次いで、ラインセンサ画像はメモリ４０を経てパラメータと共に判別分析２値化処理部５０ヘ送られ、判別分析２値化処理部５０により２値化処理が行われる（ステップＳ２）
ここで、トロリ線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ため、ラインセンサ画像上においてもトロリ線の摩耗部分は背景部分と比較して輝度値の異なる帯状の部分として撮影される。

判別分析２値化処理部５０は、トロリ線摩耗部分（パンタグラフ接触面）とそのほかの背景部分（既存構造物など）を切り分けるように閾値を設定し、その閾値を用いてラインセンサ画像に対して、２値化処理を行い、トロリ線の摩耗部を強調した２値化ラインセンサ画像を構成する。
２値化ラインセンサ画像は、図１４に示すように、トロリ線摩耗部分が白域、背景部分が黒域となる。
更に、判別分析２値化処理部５０では、トロリ線の変位やトロリ線からの反射光の強さの違いに対応するために、判別分析２値化法を用いる。

「判別分析２値化法」とは、画像に応じて閾値を決定する方式であり、各画像におけるヒストグラムにおいて、ある程度の範囲の輝度値で集合する画素数の塊（以下クラスと呼ぶ）があり、２値化した時背景とパターン領域に関するクラス内分散とクラス間分散の分散比が最大になるように、いかなる画像においても比較的良好な閾値を決定する。
そのため、閾値を固定値で決めた場合における、撮像時の環境によっては、トロリ線の摩耗部以外が強調、抽出、または摩耗部自身が抽出されないといった問題が解消される。

［２値化ラインセンサ画像のノイズ除去］
ラインセンサ画像から２値化処理により２値化ラインセンサ画像を構成した場合、そのままではトロリ線摩耗部の傷や背景部分の状態により細かな点々状のノイズが含まれる場合がある。
そこで、２値化ラインセンサ画像がメモリ４０を経てノイズ除去処理部６０へ送られると、ノイズ除去処理部６０は、２値化処理の膨張、収縮処理を行い、これらのノイズを除去する（ステップＳ４）。

［トロリ線摩耗部のエッジ検出］
引き続き、ノイズを除去した２値化ラインセンサ画像がパラメータと共にメモリ４０を経てトロリ線摩耗部エッジ検出部７０へ送られると、トロリ線摩耗部エッジ検出部７０は２値化ラインセンサ画像上において白域で表されているトロリ線摩耗部の両側のエッジを検出する（ステップＳ５）。

これらのエッジ点は、あるラインについて左から探索した場合、背景の黒域から摩耗部分の白域へ変化する点が摩耗部分左側のエッジ点として、また摩耗部分の白域から背景の黒域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ことができる。
この処理を画像の上から下ヘライン毎に行うことで、図１５に示すように、１枚の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。

［トロリ線摩耗部幅の計算］
更に、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は、メモリ４０を経てパラメータ及びトロリ線高さデータと共にトロリ線摩耗部幅計算部８０へ送られ、トロリ線摩耗部幅計算部８０はラインセンサ１０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Ｓ６）。

具体的には、この時のラインセンサ１０からトロリ線４までの高さ、レンズ焦点距離、センサ幅、センサ画素数から、１画素［ｐｉｘ］に対する実寸法［ｍｍ］の度合いである画像分解能［ｍｍ／ｐｉｘ］を計算し、トロリ線摩耗部分の画像上の幅と画像分解能との乗算を行うことでトロリ線摩耗部分の幅を計算する。
計算に用いるラインセンサ１０からトロリ線４までの高さについては、例えば、先件提案等の別の手段によって得られるデータを用いて求めるものとする。

こうして求めたエッジデータ、トロリ線摩耗部、計算に用いたラインセンサ画像や対応するライン番号を指し示すデータ等を記録しておく。
このように説明したように、先件提案の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、非接触の方式であるため高速な運用が可能であり、短期で長い距離の区間を測定することができる。

また、装置の構造上、ポイント、エアーセクション、アンカーといった既存構造物から離れた位置にセンサが設置されているため、回転ローラと光学センサを用いてトロリ線の厚みを直接計測する方法に比べて既存構造物との衝突を考慮する必要がなく、基本的に全ての区間においてラインセンサ画像の撮像が可能であり、測定区間でのトロリ線および近傍にある既存構造物の画像データを取得することができる。

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く、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。
さらにどのような撮像環境においても、自動的に比較的良好な閾値を算出することが可能になり、閾値を定数で決めていた場合に起こる輝度の低さによるトロリ線が抽出されない現象が改善され、またデータとしてラインセンサ画像が残っているため、トロリ線摩耗として問題があった部分については、その部分の画像を見ることで問題の確認を行うことが可能である。
特開平１０−１９４０１５号公報

トロリ線摩耗の測定方法としては、トロリ線の厚みをノギスなどの定規を用いて直接測定する方法、トロリ線の厚みを光学センサを用いて直接測定する方法、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、先件提案の画像処理によるトロリ線摩耗測定方法があるが、先件提案の画像処理によるトロリ線摩耗測定方法の課題についてのみ記述すれば以下の通りである。

（１）トロリ線摩耗の測定方法として、先件提案の画像処理によるトロリ線摩耗測定方法にはトロリ線と類似したノイズ（撮像物）を誤認識する問題がある。例えば、トロリ線の架線柱等からの吊架方式には数種類あり、代表的なものとしてパンタグラフが接触する部分であるトロリ線と、トロリ線をハンガと呼ばれる金属棒で吊るして支える為の吊架線とで成り立っているカテナリ吊架式がある。その他には、主に地下鉄路線に使用される方式として、図１８に示すように、トンネル壁面８に架設される剛体部（剛体吊架線とも言う）９に直接トロリ線４をつけた剛体架線式がある。剛体吊架線９は、トンネル壁面８に固定される剛体架台９ａと、トロリ線４を支持する剛体支持部（以下、トロリ線支持部と言う）９ｂを結合したものである。

先件提案の画像処理によるトロリ線の摩耗測定方法でカテナリ吊架式のトロリ線の撮像データを２値化処理によって加工すると、図１４に示すように、トロリ線摩耗部分が白域となり、背景部分（トロリ線の摩耗していない部分を含む）が黒域となる。
しかしながら、剛体架線式の場合には、トロリ線４と並行して剛体架台９ａ、トロリ線支持部９ｂがあり、それらが光を反射する金属物質で構成されるときには、図１９に示すように、トロリ線の摩耗部分が白域Ａとなる共にそれに並行して剛体架台９ａ、トロリ線支持部９ｂの反射する部分も白域Ｂ，Ｃとなり、そして背景部分（トロリ線の摩耗していない部分を含む）が黒域となる。その為、トロリ線摩耗部の抽出時に、トロリ線４の摩耗部分と剛体部の反射部分との区別がつかない。

（２）先件提案の画像処理によるトロリ線摩耗測定の画像処理では、夜間に撮像したデータの場合、トロリ線の撮像データを２値化処理によって加工すると背景は黒域となる。しかし、日中に撮像したデータの場合、図２０に示すように、トロリ線４の幅の内、摩耗していない部分のみ黒域となり、背景およびトロリ線摩耗部は白域となる。トロリ線４の摩耗部分を抽出するには、トロリ線４の摩耗部のみを白域とし、背景を黒域とする必要がある。

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し入力画像として保存する手段と、前記ラインセンサ画像に対して判別分析２値化処理によるトロリ線摩耗部分を強調した２値化ラインセンサ画像を形成する手段と、前記２値化ラインセンサ画像からノイズを除去する手段と、ノイズを除去された前記２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する手段と、前記トロリ線摩耗部のエッジ点間距離をトロリ線摩耗部幅として計算する手段からなる画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、トロリ線の種類を予め設定することにより、画像を解析するライン単位に、トロリ線の最大幅とこの時のラインセンサからトロリ線までの高さ、レンズ焦点距離、センサ幅、センサ画素数から１画素［ｐｉｘ］に対する実寸法［ｍｍ］の度合いである画像分解能［ｍｍ／ｐｉｘ］を計算し、前記ラインセンサ画像中のトロリ線の最大幅に相当する画素数以上を持つ白域の部分を黒域に変換する手段を備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、請求項１において、前記２値化ラインセンサ画像上において白域として抽出されるトロリ線摩耗部及び剛体部で構成されるパターンを１ユニットとして予め登録し、該ユニット単位に登録したトロリ線摩耗部の位置からトロリ線摩耗部を特定する手段を追加したことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、請求項２において、前記２値化ラインセンサ画像において抽出される白域の数が予め登録された前記ユニットの構成数の倍数でないときに、前記判別２値化処理の閾値を段階的に再調整する手段を追加したことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項４に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、請求項１，２又は３において、前記２値化ラインセンサ画像において抽出される白域を全て摩耗幅に変換し、変換後の摩耗幅を予め登録した剛体部検出幅と比較し、比較結果により、前記剛体検出幅とより多く該当する摩耗幅を有する白域を剛体部として認識し、該剛体部として認識した白域以外の白域の摩耗幅をトロリ線摩耗部の幅として選択する手段を追加したことを特徴とする。

（１）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。

（ａ）画像処理によるトロリ線摩耗測定装置に於いて、日中に撮像した２値化処理後のデータにおいて背景を白域から黒域に変換し、夜間に撮像した２値化処理後のデータと同じ画面構成（背景：黒域 摩耗部：白域）とすることができる。これにより日中に撮像したデータでも画像処理によるトロリ線測定装置にてトロリ線摩耗幅を測定することができる。

（ｂ）画像処理によるトロリ線摩耗測定装置に於いて、剛体架線式のトロリ線を撮像した２値化処理後のデータにおいて剛体部を白域から黒域に変換し、カテナリ式のトロリ線を撮像した２値化処理後のデータと同じ画面構成（背景：黒域摩耗部：白域）とすることができる。これにより剛体架線式のトロリ線を撮像したデータでも画像処理によるトロリ線測定装置にてトロリ線摩耗幅を測定することができる。

（２）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、 請求項１の処理後もトロリ線摩耗部と剛体部が混在する場合においても、剛体部とトロリ線のユニット構成とトロリ線摩耗部の位置を装置に登録し、２値化処理後の撮像データから抽出したトロリ線摩耗部と剛体部からトロリ線摩耗部のみを抽出し誤検出することなく画像処理によるトロリ線測定装置にてトロリ線摩耗幅を測定することができる。

（３）本発明の請求項３に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置によれば、請求項２の効果に加えて、経年後に剛体部に汚れ、腐食が発生し、剛体部を検出しなくなり剛体部とトロリ線のユニットとして予め登録した構成とならない場合においても、２値化処理後の撮像データの本来黒域となってしまう剛体部を白域になるように閾値を段階的に再調整し、剛体部とトロリ線のユニットとして予め登録した構成とする。これによりトロリ線摩耗部のみ抽出し、また閾値の調整により本来の幅より広くなってしまったトロリ線摩耗部の白域の幅を補正することにより本来の摩耗幅に戻す。これにより画像処理によるトロリ線測定装置にてトロリ線摩耗幅を測定することができる。

（４）本発明の請求項４に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置によれば、経年後に剛体部に汚れ、腐食が発生し剛体部を検出しなくなり、請求項３を実施しても剛体部とトロリ線のユニットとして予め登録した構成とならない場合に、剛体部は摩耗しているわけではないので幅は不変であることを利用し、抽出したトロリ線摩耗部候補（剛体部の連続する白域を含む）の連続する白域を全て摩耗幅に変換し、変換後の値を予め登録した剛体部検出幅と各連続する白域を同一ライン単位で比較する。比較結果により、剛体検出幅とより多く該当する連続する白域の摩耗幅を剛体部とし、剛体部として認識しなかった連続する白域の摩耗幅をトロリ線摩耗部の幅とする。これにより画像処理によるトロリ線測定装置にてトロリ線摩耗幅を測定することができる。

以下の実施例は、画像処理によるトロリ線摩耗測定装置のノイズ除去手段を改良したものであり、トロリ線摩耗部の検出精度を向上するものである。

（１）実施例１
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１及び図２に示す。図１は処理のフローチャートを示し、図２は装置の構成例を示すものである。
本実施例は、図２に示すように、背景技術の欄で述べたトロリ線摩耗測定装置のノイズ除去処理部６０に代えて、摩耗部以外のノイズ除去処理を追加したノイズ除去処理部６１を使用するものである。

即ち、図２に示すように、ノイズ除去処理部６１ヘ２値化ラインセンサ画像がメモリ４０を経て送られると、ノイズ除去処理部６１は、図１に示すように、ステップＳ４のノイズ除去を行うに先立って、摩耗部以外のノイズ除去処理を行う（ステップＳ３）。
ここで、「摩耗部以外のノイズ除去処理」とは、ライン中のトロリ線の最大幅に相当する画素数以上を持つ白域の部分を黒域に変換する処理のことを言う。

例えば、画像解析時にトロリ線種を装置に設定することにより画像を解析するライン単位に、トロリ線の最大幅とこの時のラインセンサからトロリ線までの高さ、レンズ焦点距離、センサ幅、センサ画素数から１画素［ｐｉｘ］に対する実寸法［ｍｍ］の度合いである画像分解能［ｍｍ／ｐｉｘ］を計算し、ライン中のトロリ線の最大幅に相当する画素数以上を持つ白域の部分を黒域に変換する。
従って、剛体架線式のトロリ線を撮像した場合においても、図３に示すように、２値化ラインセンサ画像から剛体部を白域から黒域に変換し、カテナリ式のトロリ線を撮像した２値化ラインセンサ画像と同じ画面構成（背景：黒域摩耗部：白域）とすることができる。

これにより、剛体架線式のトロリ線を撮像したデータでも画像処理によるトロリ線測定装置にてトロリ線摩耗幅を測定することができる。
更に、日中にトロリ線を撮像した場合においても、図３に示すように、２値化ラインセンサ画像から背景を白域から黒域に変換し、夜間に撮像した２値化処理後のデータと同じ画面構成（背景：黒域 摩耗部：白域）とすることができる。

これにより、日中に撮像したデータでも画像処理によるトロリ線測定装置にてトロリ線摩耗幅を測定することができる。
このように説明したように、本実施例によれば、ノイズ除去処理部６０において摩耗部以外のノイズ除去処理を含むノイズ処理を行うため、日中撮像データの背景、及び剛体部のノイズを除去することが可能となる。

なお、上記以外の構成及び処理については、図１６及び図１７に示す構成及び処理と同様であり、同様な作用を奏するものである。また、トロリ線の最大幅は、ＪＩＳ規格で定めるトロリ線の線種により特定できる。

（２）実施例２
本発明の第２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４及び図５に示す。図４は処理のフローチャートを示し、図５は装置の構成例を示すものである。
本実施例は、図５に示すように、前述したトロリ線摩耗部幅計算部８０に代えて、剛体パターン認識処理を追加したトロリ線摩耗部幅計算部８１を使用するものである。

即ち、図５に示すように、トロリ線摩耗部幅計算部８１へ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がパラメータ及びトロリ線高さデータと共にメモリ４０を経て送られると、トロリ線摩耗部幅計算部８１は、図４に示すように、ステップＳ６のトロリ線摩耗部分の幅を計算するに先立ち、剛体部パターン認識処理を行う（ステップＳ７）。
ここで、「剛体部パターン認識処理」とは、２値化ラインセンサ画像上におけるトロリ線摩耗部及び剛体部で構成されるパターンを１ユニットとして予め登録し、そのユニット単位に登録したトロリ線摩耗部の位置からトロリ線摩耗部を特定する処理を言う。

即ち、「剛体部パターン認識処理」では、剛体架線式のトロリ線の場合、２値化ラインセンサ画像上の全域に渡りトロリ線摩耗部と剛体部とが白域として検出されることを利用して、トロリ線摩耗部及び剛体部で構成されるパターンを予め登録する。
例えば、２値化ラインセンサ画像上において左から剛体部、トロリ線摩耗部、剛体部と撮像されるのであれば、１ユニット３本の連続する白域で構成されるパターンとして登録する。ここで、左から２番目の連続する白域を摩耗部として登録する。

尚、説明の都合上、剛体架線式の画像処理で認識する連続する白域を左から剛体部、トロリ線摩耗部、剛体部としているが、剛体架線式で使用している剛体架台によってはトロリ線摩耗部の位置、剛体部の数は異なってくる。
引き続き、剛体部パターン認識処理後、トロリ線摩耗幅計算部８１において、パターン登録に従い、上記の例では２番目の連続する白域のみを摩耗部として摩耗幅の計算を実施する（ステップＳ６）。

これにより、２値化処理後の画像からトロリ線摩耗部のみ抽出することにより摩耗幅を計算できる。
本実施例は、トロリ線支持部等に代表される部分がトロリ線最大サイズ幅に比べて小さい場合、剛体部の全域を除去できないときに有効である。
例えば、トロリ線と並行する剛体架台がトロリ線最大サイズ幅よりも幅広であるときは、図６に示すように、白域から黒域へ置き換わったが、トロリ線支持部がトロリ線最大幅よりも幅狭であるときは、トロリ線支持部が白域Ｂのままで黒域に変換されない。

本実施例では、予め摩耗部は左から２番目の連続する白域Ａと登録されているので、２番目の連続する白域Ａのみを摩耗部として摩耗幅の計算を実施することができる。
更に、本実施例では、図７に示すように、トロリ線の切替部の撮像データの場合においても、複数のトロリ線に対してもユニット単位でそれぞれのユニットの摩耗部の連続する白域を抽出することができる。

上記の例では、３本の連続する白域で構成される１ユニットとして登録するので、左から２番目（１ユニットの２番目：１ユニットは１〜３番）の白域と５番目（２ユニットの２番目：２ユニットは４〜６番）の白域を摩耗部として抽出する。連結する白域を数える方向は、画像処理時のラインの探索方向による。
なお、上記以外の構成及び処理については、実施例１に示す構成及び処理と同様であり、同様な作用を奏するものである。

（３）実施例３
本発明の第３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８及び図９に示す。図８は処理のフローチャートを示し、図９は装置の構成例を示すものである。
本実施例は、図９に示すように、前述したトロリ線摩耗部幅計算部８１に代えて、剛体パターン認識処理及びユニット構成判別処理を追加したトロリ線摩耗部幅計算部８２を使用するものである。

即ち、図９に示すように、トロリ線摩耗部幅計算部８２ヘ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がパラメータ及びトロリ線高さデータと共にメモリ４０を経てへ送られると、トロリ線摩耗部幅計算部８２は、図８に示すように、ステップＳ７の剛体部パターン認識処理を行った後、ステップＳ６のトロリ線摩耗部分の幅を計算するに先立ち、ユニット構成判別を行う（ステップＳ８）。
ここで、「ユニット構成判別」とは、２値化ラインセンサ画像において連続する白域の数が剛体部パターン認識処理におけるユニットの構成数の倍数でないときに、判別２値化処理の閾値を段階的に再調整して剛体部を強制的に認識させる処理を言う。

敷設して間もない剛体架線式の剛体部と敷設後年数の経過した剛体部では金属面の反射率が異なる。また、トロリ線のように常にパンタグラフにより摩耗しているわけではないので、剛体部は徐々に汚れ、金属面の腐食等で光を反射しなくなる。
これにより剛体部パターン認識において、２値化ラインセンサ画像における連続した白域の数が予め登録したユニットの構成数の倍数と一致しなくなるときには、ユニット構成判別＝ＮＧとし、判別分析２値化処理の閾値を調整する（ステップＳ９）。

ステップＳ９の閾値を調整した後、判別分析２値化処理（ステップＳ２）以降の処理を、２値化ラインセンサ画像における連続した白域の数が予め登録したユニットの構成数の倍数と一致するまで、つまり、ユニット構成判別＝ＯＫとなるまで繰り返す。
ここで、ステップＳ９の閾値調整は、判別分析２値化処理で求める適正な閾値を強制的に補正する処理であり、リトライ回数により補正幅を段階的に増やす。

その際、剛体部の強調処理により摩耗部の連続する白域の幅（＝摩耗幅）が適正値より大きくなってしまう可能性がある。そのため閾値を段階的に調整するに応じて、閾値の調整により本来の幅より広くなってしまったトロリ線摩耗部の白域の幅を補正することにより、本来の摩耗幅に戻す手段を追加しても良い。
なお、上記以外の構成及び処理については、実施例２に示す構成及び処理と同様であり、同様な作用を奏するものである。

（４）実施例４
本発明の第４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１１及び図１２に示す。図１１は処理のフローチャートを示し、図１２は装置の構成例を示すものである。
本実施例は、図１２に示すように、前述したトロリ線摩耗部幅計算部８０に代えて、トロリ線選択処理を追加したトロリ線摩耗部幅計算部８３を使用するものである。

即ち、図１２に示すように、トロリ線摩耗部幅計算部８３ヘ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がパラメータ及びトロリ線高さデータと共にメモリ４０を経てへ送られると、トロリ線摩耗部幅計算部８３は、図１１に示すように、ステップＳ６のトロリ線摩耗部分の幅を計算をした後、トロリ線選択処理を行う（ステップＳ１０）。
ここで、「トロリ線選択処理」とは、抽出したトロリ線摩耗部候補（剛体部の連続する白域を含む）の連続する白域を全て摩耗幅に変換し、変換後の摩耗幅を予め登録した剛体部検出幅と各連続する白域を同一ライン単位で比較し、比較結果により、剛体部検出幅とより多く該当する摩耗幅を有する連続する白域を剛体部として認識し、剛体部と認識しなかった連続する白域の摩耗幅をトロリ線摩耗部の幅とする処理である。

敷設後相当年数の経過した剛体架線式の剛体部は、図６に示すように、摩耗部の左右にトロリ線支持部として抽出されず、図１０に示すように、どちらか片方のトロリ線支持部として抽出されない場合がある。
その場合には、トロリ線摩耗部候補がユニットの構成数とあわなくなるので、抽出した全ての連続する白域（摩耗部及び剛体部）の摩耗幅を計算し、計算後の結果から妥当と思われる値となっている連続する白域の値を採用するのである。

また、図７に示すように、トロリ線の切替部の撮像データの場合を考慮して、同一ライン上のトロリ線の最大幅に相当する画素数以上離れている連続する白域は別ユニットと判定する。
ここで、剛体部及びトロリ線摩耗部を含めて検出した連続する白域からトロリ線摩耗部の連続する白域として認識する方法を以下に示す。尚、この処理はユニット単位に行う。

（ａ）予め剛体部検出幅を登録する。
（ｂ）剛体支持部、剛体架台は摩耗しているわけではないので幅は不変であることを利用し、同一ライン単位で（ａ）で登録された剛体検出幅のサイズに、どの連続する白域の幅が近いかを比較する。より多く（ａ）で登録された剛体検出幅サイズに近い値を持つ連続する白域の摩耗幅を剛体部とし、剛体部と認識しなかった連続する白域の摩耗幅をトロリ線摩耗部の幅とする。

なお、上記以外の構成及び処理については、実施例１に示す構成及び処理と同様であり、同様な作用を奏するものである。

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装置として広く産業上で利用可能なものである。

本発明の実施例１に係るトロリ線摩耗部測定装置のフローチャートである。 本発明の実施例１に係るトロリ線摩耗部測定装置の構成図である。 摩耗部以外のノイズ除去処理を実施した例を示す説明図である。 本発明の実施例２に係るトロリ線摩耗部測定装置のフローチャートである 本発明の実施例２に係るトロリ線摩耗部測定装置の構成図である。 トロリ線最大幅より幅の狭いトロリ線支持部が黒域に変換されず白域のままである様子を示す説明図である。 トロリ線切替部の撮像データを示す説明図である。 本発明の実施例３に係るトロリ線摩耗部測定装置のフローチャートである。 本発明の実施例３に係るトロリ線摩耗部測定装置の構成図である。 経年による剛体部の汚れ等で剛体部の一部が白域とはならない例を示す説明図である。 本発明の実施例４に係るトロリ線摩耗部測定装置のフローチャートである 本発明の実施例４に係るトロリ線摩耗部測定装置の構成図である。 トロリ線摩耗計測用ラインセンサの配置例を示す概略図である。 トロリ線摩耗部の２値化ラインセンサ画像の例を示す説明図である。 トロリ線摩耗部のエッジ検出例を示す説明図である。 背景技術に係るトロリ線摩耗測定のフローチャートである。 背景技術に係るトロリ線摩耗測定装置の構成図である。 剛体架線式の構造図である。 剛体架線式のトロリ線摩耗部の検出例を示す説明図である。 日中撮像データのトロリ線摩耗部の検出例を示す説明図である。

符号の説明

２ 照明器具
３ 検査車輌
４ トロリ線
５ パンタグラフ
６ 計測用ＰＣ
７ 記録装置
１０ ラインセンサ
２０ ラインセンサ画像作成部
３０，４０ メモリ
５０ 判別分析２値化処理部
６０，６１ ノイズ処理部
７０ トロリ線摩耗部エッジ検出部
８０，８１，８２，８３ トロリ線摩耗部幅計算部

Claims (4)

1. ラインセンサを用いてラインセンサ画像を作成し入力画像として保存する手段と、前記ラインセンサ画像に対して判別分析２値化処理によるトロリ線摩耗部分を強調した２値化ラインセンサ画像を形成する手段と、前記２値化ラインセンサ画像からノイズを除去する手段と、ノイズを除去された前記２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する手段と、前記トロリ線摩耗部のエッジ点間距離をトロリ線摩耗部幅として計算する手段からなる画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、トロリ線の種類を予め設定することにより、画像を解析するライン単位に、トロリ線の最大幅とこの時のラインセンサからトロリ線までの高さ、レンズ焦点距離、センサ幅、センサ画素数から１画素に対する実寸法の度合いである画像分解能を計算し、前記ラインセンサ画像中のトロリ線の最大幅に相当する画素数以上を持つ白域の部分を黒域に変換する手段を備えた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。
2. 請求項１において、前記２値化ラインセンサ画像上において白域として抽出されるトロリ線摩耗部及び剛体部で構成されるパターンを１ユニットとして予め登録し、該ユニット単位に登録したトロリ線摩耗部の位置からトロリ線摩耗部を特定する手段を追加した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。
3. 請求項２において、前記２値化ラインセンサ画像において抽出される白域の数が予め登録された前記ユニットの構成数の倍数でないときに、前記判別２値化処理の閾値を段階的に再調整する手段を追加した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。
4. 請求項１，２又は３において、前記２値化ラインセンサ画像において抽出される白域を全て摩耗幅に変換し、変換後の摩耗幅を予め登録した剛体部検出幅と比較し、比較結果により、前記剛体検出幅とより多く該当する摩耗幅を有する白域を剛体部として認識し、該剛体部として認識した白域以外の白域の摩耗幅をトロリ線摩耗部の幅として選択する手段を追加した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。

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