JP2009292351A - 摩耗測定装置及び摩耗測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像処理によりトロリ線の摩耗を測定するための摩耗測定装置及び摩耗測定方法を提供する。
【解決手段】トロリ線４２を撮像するラインセンサ１０からの輝度信号を基にラインセンサ画像を作成する手段と、前記ラインセンサ画像の各画素について輝度値が所定の閾値未満の画素を黒部３１とし所定の閾値以上の画素を白部３０とする二値化処理を施して二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、点在する縞状白部３２を連結して補間後二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、前記補間後二値化ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を施しノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、前記ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像において前記トロリ線４２の線摩耗部のエッジ検出を行いエッジデータ３４を作成する手段と、前記エッジデータ３４を用いトロリ線摩耗部幅の計算を行う手段とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩耗測定装置及び摩耗測定方法に関する。

電気鉄道車両へ電力を供給するトロリ線は、車両が通過するたびに集電装置と接触が生じる。このため、電気鉄道車両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。そのため、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両の安全性を確保している。

従来の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部の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、ノギス等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。

トロリ線の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の摩耗部を測定する方法がある。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、摩耗部の幅からその箇所のトロリ線の厚みを換算する。

トロリ線の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の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の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の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なく、トロリ線の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、画像処理によるトロリ線摩耗測定方法（下記特許文献１参照）は、ラインセンサ画像から画像処理によって非接触に短時間で長い距離を測定することができるものである。そして、トロリ線の摩耗状態のひとつとして、摩耗部が波を打ったような摩耗（以下、波状摩耗という）がある。この波状摩耗の場合、二値化画像も縞状に転々と摩耗部が表示されるため、うまく摩耗部の幅を計測することができないといった問題点が挙げられる。

特開２００６−２４８４１１号公報 特開２００６−２５０７７４号公報

上述したように、従来のトロリ線の摩耗の測定方法としては、（１）『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』、（２）『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』、（３）『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』、（４）『画像処理によるトロリ線摩耗測定方法（下記特許文献１参照）』等があり、これらには以下の問題点がある。

（１）『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の問題点』
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の場合、作業者が手作業にて測定を行うため、測定には手間がかかり自動化できないため、長い距離の区間を短期間で測定することは困難である。

（２）『トロリ線の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の問題点』
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の場合、回転ローラと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る。また、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、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。

（３）『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の問題点』
トロリ線の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の幅からトロリ線の厚みを換算する方法の場合、まず、ナトリウムランプやレーザ光といった特殊な照明光を用意する必要があり、特にレーザ光を使用する場合は人体への影響を考慮する必要があるため取り扱いに注意が必要である。

そして、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ないため、トロリ線の摩耗として問題があった部分についてもその原因を確認する手段がなく、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手間がかかる。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。

（４）『画像処理によるトロリ線摩耗測定方法（上記特許文献１参照）の問題点』
トロリ線には波状摩耗と呼ばれる摩耗が存在する。波状摩耗とはトロリ線の摩耗部の表面が波を打ったように摩耗される現象で、この箇所をカメラ等で撮像すると照明の当たり具合で明るい箇所と暗い箇所が交互に撮像されることとなり、良好な計測結果が得られない。

以上のことから、本発明は、画像処理によりトロリ線の摩耗を測定するための摩耗測定装置及び摩耗測定方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係る摩耗測定装置は、
トロリ線を撮像するラインセンサからの輝度信号を基にラインセンサ画像を作成する手段と、
前記ラインセンサ画像の各画素について輝度値が所定の閾値未満の画素を黒部とし所定の閾値以上の画素を白部とする二値化処理を施して二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
前記二値化ラインセンサ画像の左上から右下まで白部を探索して発見した白部を始点とし、該始点から一番近い白部を任意の半径と角度で探索して発見した最も近い白部と前記始点とを直線で結び点在する縞状白部を連結して補間後二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
前記補間後二値化ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を施しノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
前記ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像において前記トロリ線の線摩耗部のエッジ検出を行いエッジデータを作成する手段と、
前記エッジデータを用いトロリ線摩耗部幅の計算を行う手段と
を備える
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第２の発明に係る摩耗測定装置は、
トロリ線を撮像するラインセンサからの輝度信号を基にラインセンサ画像を作成する手段と、
前記ラインセンサ画像における所定の範囲の輝度値を有する画素が集合する画素の塊（以下、クラスという）が、前記ラインセンサ画像が二値化した時に背景部及び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閾値を決定し、前記ラインセンサ画像の各画素について前記閾値未満の画素を黒部とし前記閾値以上の画素を白部とする二値化処理を施して判別分析二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
前記判別分析二値化ラインセンサ画像の左上から右下まで白部を探索して発見した白部を始点とし、該始点から一番近い白部を任意の半径と角度で探索して発見した最も近い白部と前記始点とを直線で結び点在する縞状白部を連結して補間後二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
前記補間後二値化ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を施しノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
前記ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像において前記トロリの線摩耗部のエッジ検出を行いエッジデータを作成する手段と、
前記エッジデータを用いトロリ線摩耗部幅の計算を行う手段と
を備える
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第３の発明に係る摩耗測定方法は、
トロリ線を撮像するラインセンサからの輝度信号を基にラインセンサ画像を作成し、
前記ラインセンサ画像の各画素について輝度値が所定の閾値未満の画素を黒部とし所定の閾値以上の画素を白部とする二値化処理を施して二値化ラインセンサ画像を作成し、
前記二値化ラインセンサ画像の左上から右下まで白部を探索して発見した白部を始点とし、該始点から一番近い白部を任意の半径と角度で探索して発見した最も近い白部と前記始点とを直線で結び点在する縞状白部を連結して補間後二値化ラインセンサ画像を作成し、
前記補間後二値化ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を施しノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成し、
前記ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像において前記トロリ線の線摩耗部のエッジ検出を行いエッジデータを作成し、
前記エッジデータを用いトロリ線摩耗部幅の計算を行う
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第４の発明に係る摩耗測定方法は、
トロリ線を撮像するラインセンサからの輝度信号を基にラインセンサ画像を作成し、
前記ラインセンサ画像における所定の範囲の輝度値を有する画素が集合する画素の塊（以下、クラスという）が、前記ラインセンサ画像が二値化した時に背景部及び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閾値を決定し、前記ラインセンサ画像の各画素について前記閾値未満の画素を黒部とし前記閾値以上の画素を白部とする二値化処理を施して判別分析二値化ラインセンサ画像を作成し、
前記判別分析二値化ラインセンサ画像の左上から右下まで白部を探索して発見した白部を始点とし、該始点から一番近い白部を任意の半径と角度で探索して発見した最も近い白部と前記始点とを直線で結び点在する縞状白部を連結して補間後二値化ラインセンサ画像を作成し、
前記補間後二値化ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を施しノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成し、
前記ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像において前記トロリの線摩耗部のエッジ検出を行いエッジデータを作成し、
前記エッジデータを用いトロリ線摩耗部幅の計算を行う
ことを特徴とする。

本発明によれば、画像処理によりトロリ線の摩耗を測定するための摩耗測定装置及び摩耗測定方法を実現することが可能である。

以下、本発明に係る摩耗測定装置及び摩耗測定方法の実施例について図を用いて説明する。なお、図１は本発明の第１の実施例に係る摩耗測定装置の装置構成を示した図、図２は本発明の第１の実施例に係る摩耗測定方法における摩耗部の幅を求める手順を示した図、図３は本発明の第１の実施例に係る摩耗測定方法における摩耗部の二値化ラインセンサ画像を示した図、図４は本発明の第１の実施例に係る摩耗測定方法における縞状摩耗部の二値化ラインセンサ画像を示した図、図５は本発明の第１の実施例に係る摩耗測定方法の波状摩耗補間処理における扇状フィルタを示した図、図６は本発明の第１の実施例に係る摩耗測定方法におけるエッジデータを示した図、図７は本発明の第２の実施例に係る摩耗測定装置の装置構成を示した図、図８は本発明の第２の実施例に係る摩耗測定方法における摩耗部の幅を求める手順を示した図、図９は本発明の第２の実施例に係る摩耗測定方法におけるヒストグラムの例を示した図、図１０は本発明に係る摩耗測定装置とその周辺を示した図である。

はじめに、本発明に係る摩耗測定装置とその周辺について説明する。
図１０に示すように、電気鉄道車両（以下、車両という）４０は、車両４０の屋根上に設置されたパンタグラフ４１によりトロリ線４２から電力を集電しながら軌道４３上を走行している。本発明に係る摩耗測定装置では、撮像手段としてラインセンサ１０を用い、照明４３には通常の照明を利用する。

ラインセンサ１０は車両の屋根上に鉛直上向きを見上げるように設置し、ラインセンサ１０の走査線は車両４０の進行方向と直交する向きになるようにラインセンサ１０を設置して、ラインセンサ１０の走査線がトロリ線４２を横切るようにする。

そして、ラインセンサ１０より得られるラインセンサ１０の走査線の輝度信号を計測用ＰＣ４４において時系列に並べてラインセンサ画像（平面の画像）を作成し、このラインセンサ画像を記憶装置４５に保存する。なお、図１０中に破線で示す部分は車両４０内部に設置されることを意味している。

以下、本発明の第１の実施例に係る摩耗測定装置及び摩耗測定方法について説明する。
はじめに、本実施例に係る摩耗測定装置の構成について説明する。
図１に示すように、本実施例に係る摩耗測定装置は、ラインセンサ１０、ラインセンサ画像作成部１１、第１メモリ１２、第２メモリ１３、二値化処理部１４、波状摩耗補間処理部１５、ノイズ除去処理部１６、トロリ線摩耗部エッジ検出部１７及びトロリ線摩耗部幅計算部１８等により構成されている。

なお、ラインセンサ画像作成部１１、二値化処理部１４、波状摩耗補間処理部１５、ノイズ除去処理部１６、トロリ線摩耗部エッジ検出部１７及びトロリ線摩耗部幅計算部１８における処理の内容については、後述する本実施例に係る摩耗測定方法における、入力したラインセンサ画像を画像処理してパンタグラフ４１（図１０参照）によるトロリ線４２の摩耗部の幅を求める手順について説明する箇所において詳細に説明する。

ラインセンサ１０は、ラインセンサ１０の走査線の輝度信号をラインセンサ画像作成部１１に送信する。ラインセンサ画像作成部１１は、輝度信号を基にラインセンサ画像を作成して第１メモリ１２に送信する。第１メモリ１２は、ラインセンサ画像を記憶しラインセンサ画像を第２メモリ１３へ送信する。

第２メモリ１３は、パラメータ及びラインセンサ画像を二値化処理部１４へ送信する。二値化処理部１４は、ラインセンサ画像に二値化処理を施し二値化ラインセンサ画像を作成して第２メモリ１３へ送信する。

また、第２メモリ１３は、二値化ラインセンサ画像を波状摩耗補間処理部１５へ送信する。波状摩耗補間処理部１５は、二値化ラインセンサ画像に波状摩耗補間処理を施して補間後二値化ラインセンサ画像を作成して第２メモリ１３へ送信する。

また、第２メモリ１３は、補間後二値化ラインセンサ画像をノイズ除去処理部１６へ送信する。ノイズ除去処理部１６は、補間後二値化ラインセンサ画像にノイズ除去処理を施してノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成して第２メモリ１３へ送信する。

また、第２メモリ１３は、パラメータ及びノイズ除去後二値化ラインセンサ画像をトロリ線摩耗部エッジ検出部１７へ送信する。トロリ線摩耗部エッジ検出部１７は、ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像にトロリ線摩耗部エッジ検出処理を施しエッジデータを取得して第２メモリ１３へ送信する。

また、第２メモリ１３は、パラメータ、トロリ線高さデータ及びエッジデータをトロリ線摩耗部幅計算部１８へ送信する。トロリ線摩耗部幅計算部１８は、トロリ線高さデータ及びエッジデータよりトロリ線摩耗部幅計算を行いトロリ線摩耗部幅データを取得して第２メモリ１３へ送信する。

なお、ラインセンサ画像作成部１１、第１メモリ１２、第２メモリ１３、二値化処理部１４、波状摩耗補間処理部１５、ノイズ除去処理部１６、トロリ線摩耗部エッジ検出部１７及びトロリ線摩耗部幅計算部１８の機能は計測用ＰＣ４４（図１０参照）に担わせるようにしてもよいし、例えば、ラインセンサ画像作成部１１及び第１メモリ１２等の一部の機能をラインセンサ１０に担わせるようにしてもよいし、これら以外の構成としてもよい。

次に、本実施例に係る摩耗測定方法における、入力したラインセンサ画像を画像処理してパンタグラフ４１（図１０参照）によるトロリ線４２の摩耗部（以下、摩耗部という）の幅を求める手順について説明する。
図２に示すように、ステップＳ１において、ラインセンサ１０の走査線の輝度信号を基にラインセンサ画像作成部１１においてラインセンサ画像を作成し取得する。

ステップＳ２において、二値化処理により摩耗部を強調する。トロリ線摩耗部はトロリ線４２がパンタグラフ４１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、このためラインセンサ画像上においても摩耗部は背景部と比較して輝度値の異なる帯状の部分として撮影されている。

そこで、帯状に撮影された摩耗部とそのほかの背景部とを切り分けるために所定の閾値を設定し、その閾値を用いて二値化処理部１４においてラインセンサ画像に対して二値化処理を施して二値化ラインセンサ画像を作成する。なお、閾値は、第２メモリ１３に予め記憶させておき、二値化処理部１４は閾値を第２メモリ１３からパラメータとして取得するようにしてもよい。

本実施例においては、ラインセンサ画像の各画素について、輝度値が所定の閾値未満の画素を黒とし、所定の閾値以上の画素を白とする二値化処理を施して二値化ラインセンサ画像を作成するものとする。この二値化処理により、二値化ラインセンサ画像において、図３に示すように摩耗部が白部３０、背景部が黒部３１となるような二値化ラインセンサ画像が構成される。

ステップＳ３において、二値化ラインセンサ画像に対して波状摩耗補間処理を施す。一般的な摩耗状態のトロリ線４２の二値化ラインセンサ画像は図３に示すように光沢のある摩耗部が連続的に作成されるが、波状摩耗状態のトロリ線４２の二値化ラインセンサ画像は図４に示すように光沢のある摩耗部が縞状に点在する縞状摩耗部の縞状白部３２として作成される。

そこで、波状摩耗補間処理部１５において、光沢のある摩耗部が縞状に点在する縞状摩耗部の縞状白部３２をつないで１本の白部３０（図３参照）となるように波状摩耗補間処理を施して補間後二値化ラインセンサ画像を作成する。

ここで、本実施例に係る摩耗測定方法における波状摩耗補間処理について説明する。
トロリ線４２は基本的に直線で構成されているため、縦方向に補間すればいいのだが、車両４０自体の振動や軌道４３がカーブしている場所などにおいてラインセンサ１０でトロリ線４２を撮像すると本来直線であるトロリ線４２の画像が曲がっていたり、ゆがんで撮像される場合がある。そこで、単純にラインセンサ画像を上から下へ垂直に補間するのではなく、図５に示すような扇状の扇状フィルタを用いた上で補間を行う。

この扇状フィルタは、図５中に示す始点（ｘ１，ｙ１）から半径Ｒ及び角度θ（Ｒ、θは任意に設定可能）の範囲で、始点（ｘ１，ｙ１）から最も近い白の部分（ｘ２、ｙ２）を探索し、発見された白の部分（ｘ２、ｙ２）と始点（ｘ１，ｙ１）を直線でつなぐ。そして、これを繰り返すことで二値化ラインセンサ画像上に縞状に分布する縞状摩耗部の縞状白部３２（図４参照）が１本の白部３０（図３参照）として補間される。

なお、図５中の半径ｒは、始点（ｘ１，ｙ１）から白の部分（ｘ２、ｙ２）までの距離であり、図５中の角度φは、扇状のフィルタの中心線からと始点（ｘ１，ｙ１）から白の部分（ｘ２、ｙ２）とを結ぶ線とのなす角の角度を意味している。

ステップＳ４において、補間後二値化ラインセンサ画像にノイズ除去処理を施す。ラインセンサ画像から二値化処理により二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、ノイズ除去処理部１６において、二値化処理の膨張処理及び収縮処理を行いこれらのノイズを除去してノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成する。

ステップＳ５において、トロリ線摩耗部のエッジ検出を行う。トロリ線摩耗部エッジ検出部１７において、ノイズや既存構造物を除去したノイズ除去後二値化ラインセンサ画像上に白部３０（図３参照）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。このエッジ検出は、ある走査線について左から探索した場合、背景部の黒部３１から摩耗部の白部３０へ変化する点が摩耗部左側のエッジ点とし、摩耗部の白部３０から背景の黒部３１へ変化する点を摩耗部右側のエッジ点として行う。このようなエッジ検出をノイズ除去後二値化ラインセンサ画像の上から下ヘ走査線毎に行うことで図６に示すような１枚の二値化ラインセンサ画像に関するトロリ線摩耗部のエッジデータ３３を作成する。

ステップＳ６において、摩耗部の幅の計算を行う。ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像から検出した摩耗部の両側のエッジデータ３３を用いて、トロリ線摩耗部幅計算部１８においてラインセンサの１つの走査線上にある両側のエッジ点間距離を摩耗部の幅として計算する。

ここで、本実施例に係る摩耗測定方法におけるトロリ線摩耗部幅計算の方法ついて説明する。
はじめに、ラインセンサ１０からトロリ線４２までの高さデータ、レンズ焦点距離、センサ幅及びセンサ画素数から、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］を計算する。そして、エッジ点間距離と画像分解能とを乗算することによりトロリ線摩耗部の幅を計算する。

なお、トロリ線摩耗部の幅の計算に用いるラインセンサ１０からトロリ線４２までの高さデータについては、例えば、上記特許文献２に開示される画像処理によるパンタグラフ動作測定装置等の手段や、それ以外の手段によって得られる高さデータを用いるものとする。また、レンズ焦点距離、センサ幅及びセンサ画素数は、第２メモリ１３に予め記憶させておき、トロリ線摩耗部幅計算部１８はレンズ焦点距離、センサ幅及びセンサ画素数を第２メモリ１３からパラメータとして取得するようにしてもよい。

そして、求めたエッジデータ、トロリ線摩耗部、トロリ線摩耗部の幅の計算に用いたラインセンサ画像及び対応するライン番号を指し示すデータ等を第２メモリ１３に送信する。
また、第２メモリ１３はこれらのデータを記憶装置４５（図１０参照）に送信し、記憶装置４５はこれらのデータを記憶する。

以上のように、本実施例に係る摩耗測定装置及び摩耗測定方法によれば、非接触の方式であるため高速な運用が可能であり、短期間で長い距離の区間を測定することができる。
また、波状摩耗の存在するトロリ線４２においても、正確なトロリ線摩耗幅を求めることができる。

また、装置の構成上、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ラインセンサ１０（図１参照）が設置されているため、従来の回転ローラと光学センサを用いてトロリ線４２（図１０参照）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、既存構造物が存在する場所であっても連続的に測定を行うことができる。

また、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るため、測定区間でのトロリ線４２及びその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、照明４３に特別な照明を使用する必要がなく従来の特別な光源を用いるものに比べコスト的に有利である。

また、従来の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に困難さがなく、取り扱いが容易である。
また、従来のように摩耗部の反射光を正反射で受ける必要がないため、光源と受光装置間で精密な位置合わせを行う煩わしさがない。

また、波状摩耗の箇所においても二値化ラインセンサ画像に波状摩耗補間処理を施すことによりトロリ線４２が抽出されない現象が改善される。
また、記憶装置４５にデータとして測定区間の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、その部分のラインセンサ画像を見ることで問題の確認を容易に行うことができる。

以下、本発明の第２の実施例に係る摩耗測定装置及び摩耗測定方法について説明する。
図２にステップＳ１１で示す第１の実施例における二値化処理において、閾値を固定値で決めた場合、撮像時の環境によっては、摩耗部以外が強調されてしまったり、抽出されてしまったり、又は、摩耗部自体が抽出されないといった問題が発生する可能性がある。そこで、本実施例においては、トロリ線４２の変位やトロリ線４２からの反射光の強さの違いに対応するために判別分析二値化処理を行うこととした。

本実施例に係る摩耗測定装置では、第１の実施例における図１に示す二値化処理部１４に替えて、図７に示す判断分析二値化処理部２０を用いるものとし、それ以外の構成については第１の実施例に係る摩耗測定装置と同様とする。

また、本実施例に係る摩耗測定方法における摩耗部の幅を求める手順においては、第１の実施例における図２にステップＳ１１で示す二値化処理に替えて、図８にステップＳ２０で示す判断分析二値化処理を行うものとし、それ以外の手順については第１の実施例に係る摩耗測定方法と同様とする。

ここで、本実施例に係る摩耗測定方法における判別分析二値化処理について説明する。
判別分析二値化処理とは、各ラインセンサ画像に応じて閾値を適宜決定する二値化処理方法である。
具体的には、図９に示すように、はじめに、各ラインセンサ画像において横軸に輝度値、縦軸に各画素の個数Ｎを取ったグラフ（以下、ヒストグラムという）を作成する。次に、このヒストグラムにおいて、２つの所定の範囲の輝度値を有する画素が集合するヒストグラム上の塊（以下、クラスという）を見出す。

図９においては、２つのクラスはそれぞれＡ，Ｂで示す範囲の塊である。最後に、ヒストグラム上の２つのクラスを輝度値におけるある閾値で分けたとき、各クラスの分散の平均であるクラス内分散と各クラスの平均の分散であるクラス間分散との比が最大になるように閾値を決定する。

そして、ラインセンサ画像の各画素について決定した閾値未満の画素を黒部３１（図３参照）とし決定した閾値以上の画素を白部３０とする二値化処理を施して判別分析二値化ラインセンサ画像を作成する。

以上のように、本実施例に係る摩耗測定装置及び摩耗測定方法によれば、第１の実施例に係る摩耗測定装置及び摩耗測定方法による効果に加え、判別分析二値化法を用いることにより、いかなるラインセンサ画像においても比較的良好な閾値を決定して、摩耗部を抽出することができる。

本発明は、例えば、画像処理によるトロリ線の摩耗測定、特に、トロリ線の摩耗部の幅を測定する摩耗測定装置及び摩耗測定方法に利用することが可能である。

本発明の第１の実施例に係る摩耗測定装置の装置構成を示した図である。 本発明の第１の実施例に係る摩耗測定方法における摩耗部の幅を求める手順を示した図である。 本発明の第１の実施例に係る摩耗測定方法における摩耗部の二値化ラインセンサ画像を示した図である。 本発明の第１の実施例に係る摩耗測定方法における縞状摩耗部の二値化ラインセンサ画像を示した図である。 本発明の第１の実施例に係る摩耗測定方法の波状摩耗補間処理における扇状フィルタを示した図である。 本発明の第１の実施例に係る摩耗測定方法におけるエッジデータを示した図である。 本発明の第２の実施例に係る摩耗測定装置の装置構成を示した図である。 本発明の第２の実施例に係る摩耗測定方法における摩耗部の幅を求める手順を示した図である。 本発明の第２の実施例に係る摩耗測定方法におけるヒストグラムの例を示した図である。 本発明に係る摩耗測定装置とその周辺を示した図である。

符号の説明

１０ ラインセンサ
１１ ラインセンサ画像作成部
１２ 第１メモリ
１３ 第２メモリ
１４ 二値化処理部
１５ 波状摩耗補間処理部
１６ ノイズ除去処理部
１７ トロリ線摩耗部エッジ検出部
１８ トロリ線摩耗部幅計算部
２０ 判断分析二値化処理部
３０ 白部
３１ 黒部
３２ 縞状白部
３４ エッジデータ
４０ 車両
４１ パンタグラフ
４２ トロリ線
４３ 軌道
４４ 計測用ＰＣ
４５ 記憶装置

Claims (4)

1. トロリ線を撮像するラインセンサからの輝度信号を基にラインセンサ画像を作成する手段と、
   前記ラインセンサ画像の各画素について輝度値が所定の閾値未満の画素を黒部とし所定の閾値以上の画素を白部とする二値化処理を施して二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
   前記二値化ラインセンサ画像の左上から右下まで白部を探索して発見した白部を始点とし、該始点から一番近い白部を任意の半径と角度で探索して発見した最も近い白部と前記始点とを直線で結び点在する縞状白部を連結して補間後二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
   前記補間後二値化ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を施しノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
   前記ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像において前記トロリ線の線摩耗部のエッジ検出を行いエッジデータを作成する手段と、
   前記エッジデータを用いトロリ線摩耗部幅の計算を行う手段と
   を備える
   ことを特徴とする摩耗測定装置。
2. トロリ線を撮像するラインセンサからの輝度信号を基にラインセンサ画像を作成する手段と、
   前記ラインセンサ画像における所定の範囲の輝度値を有する画素が集合する画素の塊（以下、クラスという）が、前記ラインセンサ画像が二値化した時に背景部及び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閾値を決定し、前記ラインセンサ画像の各画素について前記閾値未満の画素を黒部とし前記閾値以上の画素を白部とする二値化処理を施して判別分析二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
   前記判別分析二値化ラインセンサ画像の左上から右下まで白部を探索して発見した白部を始点とし、該始点から一番近い白部を任意の半径と角度で探索して発見した最も近い白部と前記始点とを直線で結び点在する縞状白部を連結して補間後二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
   前記補間後二値化ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を施しノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成する手段と、
   前記ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像において前記トロリの線摩耗部のエッジ検出を行いエッジデータを作成する手段と、
   前記エッジデータを用いトロリ線摩耗部幅の計算を行う手段と
   を備える
   ことを特徴とする摩耗測定装置。
3. トロリ線を撮像するラインセンサからの輝度信号を基にラインセンサ画像を作成し、
   前記ラインセンサ画像の各画素について輝度値が所定の閾値未満の画素を黒部とし所定の閾値以上の画素を白部とする二値化処理を施して二値化ラインセンサ画像を作成し、
   前記二値化ラインセンサ画像の左上から右下まで白部を探索して発見した白部を始点とし、該始点から一番近い白部を任意の半径と角度で探索して発見した最も近い白部と前記始点とを直線で結び点在する縞状白部を連結して補間後二値化ラインセンサ画像を作成し、
   前記補間後二値化ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を施しノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成し、
   前記ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像において前記トロリ線の線摩耗部のエッジ検出を行いエッジデータを作成し、
   前記エッジデータを用いトロリ線摩耗部幅の計算を行う
   ことを特徴とする摩耗測定方法。
4. トロリ線を撮像するラインセンサからの輝度信号を基にラインセンサ画像を作成し、
   前記ラインセンサ画像における所定の範囲の輝度値を有する画素が集合する画素の塊（以下、クラスという）が、前記ラインセンサ画像が二値化した時に背景部及び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閾値を決定し、前記ラインセンサ画像の各画素について前記閾値未満の画素を黒部とし前記閾値以上の画素を白部とする二値化処理を施して判別分析二値化ラインセンサ画像を作成し、
   前記判別分析二値化ラインセンサ画像の左上から右下まで白部を探索して発見した白部を始点とし、該始点から一番近い白部を任意の半径と角度で探索して発見した最も近い白部と前記始点とを直線で結び点在する縞状白部を連結して補間後二値化ラインセンサ画像を作成し、
   前記補間後二値化ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を施しノイズ除去後二値化ラインセンサ画像を作成し、
   前記ノイズ除去後二値化ラインセンサ画像において前記トロリの線摩耗部のエッジ検出を行いエッジデータを作成し、
   前記エッジデータを用いトロリ線摩耗部幅の計算を行う
   ことを特徴とする摩耗測定方法。

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