JP4779770B2 - 画像処理によるトロリ線摩耗測定装置 - Google Patents
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Description
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両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。
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。
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り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、照明の反射光を用いてトロリ線摩耗部を強調させるために撮像条件としてラインセンサ上で背景となる空が暗く、トロリ線摩耗部が明るく撮像される夜間のみとなっている。
(i)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。
(ii)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無く、既存構造物が存在する場所にでも連続的に測定を行うことができる。
(iv)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及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。
(v)特別な照明を使用する必要が無い。
(vii)トロリ線摩耗部の反射光を正反射で受ける必要が無いため、光源と受光装置間で精密な位置あわせを行う煩わしさが無い。
(viii)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、その部分の画像を見ることで問題の確認を行うことが可能である。
本発明の目的は、画像処理によりトロリ線の摩耗を測定するための測定装置を提供することである。
本発明では、例えば、図1に示すように、画像の入力手段として、検査車輌4の屋根上に鉛直上向きを見上げるように設置したラインセンサ1を使用する。
検査車両4の屋根上にはラインセンサ1に近接して照明装置2が設置され、照明装置2はラインセンサ1で撮像されるトロリ線3を照明している。
ラインセンサ1より得られる走査線の輝度信号は、検査車両4の内部に設置した計測用パーソナルコンピュータ5に出力される。
計測用パーソナルコンピュータ5は、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(ア)〜(エ)により求める。
昼間にトロリ線3へ強力な照明をあてトロリ線3の撮像を行うと背景に空が写ってしまい、図2に示すように、通常、ラインセンサ画像では、トロリ線摩耗部3aはその側面3b,3cに比べ白く撮像されるのに対し、トロリ線側面3b,3cは錆、ススなどから黒く撮像される。
しかし、このままでは白領域がトロリ線摩耗部3aであるか、空Aであるのかの判断ができない。
まず、図3に示すように、ラインセンサ画像全体に対して2値化処理を行う。
次に、空Aの白領域はトロリ線摩耗部3aよりはるかに幅が大きく撮像されている点に注目し、外部から入力されてくるトロリ線太さパラメータと実際のトロリ線の太さのパラメータを用いて画面上のトロリ線の太さを計算し、この太さ以上となって現れている白領域を1ライン毎に反転させる。
図4では、トロリ線摩耗部3aは、トロリ線の太さに以下であるから、反転されず白領域として残る。
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値化処理の膨張、収縮処理を行いこれらのノイズを除去する(図示省略)。
引き続き、ノイズ、既存構造物を除去した2値化ラインセンサ画像上において白領域で表されているトロリ線摩耗部3aの両側のエッジ3d,3eを図5に示すように検出する。
そして、この処理を画像の上から下ヘライン毎に行うことで、それらのエッジ点が連続することとなり、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3aのエッジ3d,3eを検出することができる。
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(図5参照)を用いて、ラインセンサ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。
例えば、ラインセンサ1からトロリ線3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画索[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3aの画像上の幅と画像分解能の乗算を行うことでトロリ線摩耗部3aの幅を計算する。
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は記録しておく。
また、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1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。
さらに、昼間光計測処理を行うので、夜間に限らず、昼間でもトロリ線摩耗部を抽出・計測することができる。
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。
2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トロリ線の摩耗部以外が強調・抽出されたり、または摩耗部自身が抽出されないといった問題が発生する。
ここでは、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。
この処理により、いかなる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。
本実施例は、基本的な考え方において説明した計測用パーソナルコンピュータ5の具体的な構成に関するものである。
2値化ラインセンサ画像は、メモリ80を経てパラメータと共に空領域除去処理部30へ送られる。
空Aの部分は、トロリ線の太さ以上であるから、昼間光計測処理により、黒領域に反転される。従って、トロリ線摩耗部3aのみが白領域として抽出される。
昼間光計測処理された2値化ラインセンサ画像は、メモリ80を経てノイズ除去処理部40へ送られる。
ノイズ除去処理及び昼間光計測処理された2値化ラインセンサ画像は、メモリ80を経てパラメータと共にトロリ線摩耗部エッジ検出部50へ送られる。
トロリ線摩耗部幅計算部60は、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を用いて、ラインセンサ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S5)。
本実施例は、判別分析2値化法を追加した方法において説明した計測用パーソナルコンピュータ5の具体的な構成に関するものである。
ここで、判別分析2値化処理部21は、画像に応じて閾値を決定する判別分析2値化処理、つまり、2値化した時背景とパターン領域に閲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た上で、ラインセンサ画像全体に対して2値化処理を行って2値化ラインセンサ画像とする(ステップT2)。
尚、本実施例のその他の構成は、図6に示す装置構成と同様であり、また、図7に示すフローチャートに従って各処理を行い、本実施例においても実施例1と同様な効果を奏する。
2 照明装置
3 トロリ線
4 検査車両
10 ラインセンサ画像作成部
20 2値化処理部
21 判別分析2値化処理部
30 空領域除去処理部
40 ノイズ除去処理部
50 トロリ線摩耗部エッジ検出部
60 トロリ線摩耗部幅計算部
Claims (2)
- ラインセンサを用いてラインセンサ画像を作成して入力画像として保存する手段と、前記ラインセンサ画像全体に対して2値化処理を行う手段と、2値化処理された前記ラインセンサ画像に対して外部から入力されてくるトロリ線高さパラメータと実際のトロリ線の太さのパラメータを用いて画面上のトロリ線の太さを計算し、それ以上大きさの白の領域を黒の領域に反転する反転処理を行う手段と、2値化処理及び反転処理された前記ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を行う手段と、2値化処理、反転処理及びノイズ除去処理された前記ラインセンサ画像における白領域をトロリ線摩耗部として、該トロリ線摩耗部のエッジを検出する手段と、検出された前記エッジから前記トロリ線摩耗部の幅の計算を行う手段からなる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。
- ラインセンサを用いてラインセンサ画像を作成して入力画像として保存する手段と、前記ラインセンサ画像全体に対して判別分析2値化処理を行う手段と、判別分析2値化処理された前記ラインセンサ画像に対して外部から入力されてくるトロリ線高さパラメータと実際のトロリ線の太さのパラメータを用いて画面上のトロリ線の太さを計算し、それ以上大きさの白の領域を黒の領域に反転する反転処理を行う手段と、判別分析2値化処理及び反転処理された前記ラインセンサ画像に対してノイズ除去処理を行う手段と、判別分析2値化処理、反転処理及びノイズ除去処理された前記ラインセンサ画像における白領域をトロリ線摩耗部として、該トロリ線摩耗部のエッジを検出する手段と、検出された前記エッジから前記トロリ線摩耗部の幅の計算を行う手段からなることを特徴とするトロリ線摩耗測定装置。
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