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