JP5776378B2 - 画像処理による渡り線測定装置 - Google Patents
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Description
このような構成として渡り線を撮影すると、背景が太陽光により明るく写り(二値化すると白領域)、渡り線は太陽光の遮蔽物として黒く映る(二値化すると黒領域)。したがって昼間であっても渡り線と背景とを切り分けることができ、昼間の渡り線三次元位置測定が可能となると考えられる。
(1)背景に明るさの斑(天候の変化や雲等による陰影。以下、単に「明るさの斑」という)が存在する場合、特許文献2に開示されているような太さパラメータを用いる方法では明るさの斑を渡り線と誤検出してしまうおそれがある。また、特許文献3に開示されているようなあらかじめ固定の濃淡しきい値を設定する方法では背景部分とそうでない部分とを区別することができないおそれがある。
(2)太陽光が渡り線に強く当たり太陽光反射が発生した場合、渡り線の一部分が極端に明るく撮影されるため、この画像を二値化すると、極端に明るく撮像された部分が背景の白領域となり、渡り線部分の黒領域幅が小さくなって、渡り線幅が実際よりも小さく算出されてしまう。渡り線高さなどの三次元位置は渡り線幅を基に算出されるので、太陽光反射が発生すると、正しい計測が行えない。
上記の課題を解決するための第5の発明に係る画像処理による渡り線測定装置は、第4の発明に係る画像処理による渡り線測定装置において、前記標準偏差背景除去処理手段が、前記標準偏差背景除去処理を行った前記区間において背景とみなされていない領域が存在する場合に、該区間を細分化して再度各前記細分化した区間ごとに標準偏差背景除去処理を行って各前記細分化した区間ごとに該区間に前記対象物が写っているか否かを判断し、該区間に前記対象物が写っている場合であって隣接する区間に前記対象物が写っていない場合は前記隣接する区間から前記対象物までの領域を背景とみなし、また、該区間に前記対象物が写っていない場合であって隣接する区間に前記対象物が写っている場合は前記隣接する区間の対象物から該区間までの領域および該区間を背景とみなす標準偏差背景除去処理を行って背景除去画像を作成することを特徴とする。
上記の課題を解決するための第6の発明に係る画像処理による渡り線測定装置は、第4の発明に係る画像処理による渡り線測定装置において、前記任意の区間の大きさが、前記対象物が存在する区間が連続しない大きさであることを特徴とする。
第5の発明に係る画像処理による渡り線測定装置によれば、標準偏差背景除去処理手段が、標準偏差背景除去処理を行った区間において背景とみなされていない領域が存在する場合に、該区間を細分化して再度各細分化した区間ごとに標準偏差背景除去処理を行って各細分化した区間ごとに該区間に対象物が写っているか否かを判断し、該区間に対象物が写っている場合であって隣接する区間に対象物が写っていない場合は隣接する区間から対象物までの領域を背景とみなし、また、該区間に対象物が写っていない場合であって隣接する区間に対象物が写っている場合は隣接する区間の対象物から該区間までの領域および該区間を背景とみなす標準偏差背景除去処理を行って背景除去画像を作成するので、確実に対象物と背景との切り分けを行うことができる。
第6の発明に係る画像処理による渡り線測定装置によれば、任意の区間の大きさが、対象物が存在する区間が連続しない大きさであるので、一度の処理で対象物と背景とを切り分けることができる。
図1ないし図5を用いて本発明に係る画像処理による渡り線測定装置の第1の実施例を説明する。本実施例はラインセンサカメラから取得した画像に対してそのまま二値化処理を行うのではなく、前処理として標準偏差を用いて輝度がおおむね一様な領域を判定することにより背景上の明るさの斑の影響を除去し、その後、二値化処理を行って背景と渡り線との切り分けを行うものである。
ラインセンサカメラ2は鉛直上方を撮影するように、且つその走査線方向がレール(図示省略)の枕木方向、換言すると車両1の進行方向に直行する方向となるようにその向きを設定されている。これにより、ラインセンサカメラ2の走査線が本線6と交差する渡り線7を横切るようになっている。
B<L/2 ・・・ (1)
上述した処理を行うことにより、渡り線の三次元位置を測定することができる。
また、写り込み物有りと判断された区間であっても隣接する区間が塗りつぶし区間であった場合は写り込み物まで塗りつぶすようにしたため、より精密に渡り線と背景の切り分けが行える。
さらに、照明を当てずに撮影し渡り線7が画面上において黒く表示されるようにすることにより、ナトリウムランプおよびバンドパスフィルタなどの装置を用いずに安価かつ単純な装置構成で渡り線7の昼間測定を行うことができる。
図6ないし図10を用いて本発明に係る画像処理による渡り線測定装置の第2の実施例を説明する。本実施例は太陽光反射した画像をエラーとして判定する「太陽光反射判定処理」により太陽光反射による渡り線の誤測定を防止するものである。
なお、欠損データとなった渡り線は、測定終了後に太陽光反射無しと判定された箇所の正常な渡り線幅データから補間する。
ステップP14に続いては、背景輝度平均値算出処理部3hにおいてエッジデータを基に背景輝度平均値を求める(ステップP15)。
例えば図8(a)に示すようにラインセンサ画像11に太陽光反射箇所が存在しない場合、背景輝度平均値算出処理部3hでは、図9(a)に示すように、渡り線部エッジ検出部3eにおいて検出されたエッジデータを基に、ラインセンサ画像11上のエッジ点9L,9Rに対応する位置から渡り線7の外側方向の一定範囲である背景輝度集計範囲W内の輝度値を集計してその平均値を求める。
一方、例えば図8(b)に示すようにラインセンサ画像11に太陽光反射箇所8が撮影されている場合、背景輝度平均値算出処理部3hでは、渡り線部エッジ検出部3eにおいて検出されたエッジデータを基に、図9(b)に示すようにラインセンサ画像11上のエッジ点9L,9Rに対応する位置から渡り線7外側方向の一定範囲である背景輝度集計範囲W内の輝度値を集計してその平均値を求める。
以上により背景輝度平均値Aが得られる。
一方、ステップP16において太陽光反射有りと判定された場合は、渡り線部高さ計算部3f、渡り線部編計算部3gにおける処理を行わず、欠損データとして記録装置4に記録し、測定終了後に太陽光反射無しと判定された個所の渡り線高さデータから渡り線三次元位置を補間する(ステップP19)。
図11および図12を用いて本発明に係る画像処理による渡り線測定装置の第3の実施例の詳細を説明する。本実施例は上述した第1の実施例に第2の実施例において説明した背景輝度平均値算出処理部および太陽光反射判定処理部を追加したものである。その他の構成は図1および図2に示し上述した構成とおおむね同様であり、以下、類似する部材には同一の符合を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
一方、ステップP27において太陽光反射有りと判定された場合は、渡り線部高さ計算部3f、渡り線部編計算部3gにおける処理を行わず、欠損データとして記録装置4に記録し、測定終了後に太陽光反射無しと判定された個所の渡り線高さデータから渡り線三次元位置を補間する(ステップP30)。
2 ラインセンサカメラ
3 計測用コンピュータ
3a ラインセンサ画像作成部
3b 標準偏差背景除去処理部
3c 判別分析二値化処理部
3d ノイズ除去処理部
3e 渡り線部エッジ検出部
3f 渡り線部高さ計算部
3g 渡り線部偏位計算部
3h 背景輝度平均値算出処理部
3i 太陽光反射判定処理部
4 記録装置
5 パンタグラフ
6 トロリ線
7 渡り線
8 太陽光反射箇所
11 ラインセンサ画像
12a 第一区間
12b 第二区間
12c 第三区間
13 背景除去画像
A 背景輝度平均値
M1,M2 メモリ
S しきい値
W 背景輝度集計範囲
Claims (8)
- 車両の屋根上にその走査線方向を車両の進行方向に対して垂直且つ水平に設置されて渡り線を撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置された画像処理手段とを備えた画像処理による渡り線測定装置において、
前記画像処理手段が、
前記ラインセンサカメラから入力される画像信号を時系列的に並べてなるラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、
入力された画像に対して判別分析二値化処理を行って二値化画像を作成する判別分析二値化処理手段と、
入力された画像に対してノイズ除去処理を行ってノイズ除去画像を作成するノイズ除去処理手段と、
入力された画像に対して前記渡り線の両側のエッジ点を検出する渡り線部エッジ検出手段と、
入力された画像に対して前記渡り線と背景との切り分けを行う背景切り分け処理手段と、
前記渡り線の両側のエッジ点の位置から前記渡り線の高さを算出する渡り線部高さ計算手段と、
前記渡り線の高さから前記渡り線の偏位を算出する渡り線部偏位計算手段と
を備え、
前記背景切り分け処理手段が、
前記渡り線の両側のエッジ点の位置に基づき、前記入力された画像に対してそれぞれ前記エッジ点を基準とする背景側の一定範囲の輝度値を集計して背景輝度平均値を求める背景輝度平均値算出処理手段と、
前記背景輝度平均値に基づいてしきい値を設定するとともに前記しきい値に基づいて前記入力された画像の前記渡り線の両側のエッジ点を中心とする所定範囲の輝度分布を比較して太陽光反射の有無を判定する太陽光反射判定処理手段と
からなることを特徴とする画像処理による渡り線測定装置。 - 前記判別分析二値化処理手段が前記ラインセンサ画像に対して判別分析二値化処理を行って前記二値化画像を作成し、
前記ノイズ除去手段が前記二値化画像に対してノイズ除去処理を行って前記ノイズ除去画像を作成し、
前記渡り線部エッジ検出処理手段が前記ノイズ除去画像に対して前記渡り線の両側のエッジ点を検出し、
前記背景輝度平均値算出処理手段が前記ラインセンサ画像を用いて前記背景輝度平均値を算出し、
前記太陽光反射判定処理手段が前記ラインセンサ画像を用いて前記太陽光反射の有無を判定する
ことを特徴とする請求項1記載の画像処理による渡り線測定装置。 - 前記太陽光反射判定処理手段において太陽光反射有りと判定された場合は測定終了後に前後のデータに基づいて測定結果を補間する
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の画像処理による渡り線測定装置。 - 車両の屋根上にその走査線方向を車両の進行方向に対して垂直且つ水平に設置されて渡り線を撮影するラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置された画像処理手段とを備えた画像処理による渡り線測定装置において、
前記画像処理手段が、
前記ラインセンサカメラから入力される画像信号を時系列的に並べてなるラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、
入力された画像に対して判別分析二値化処理を行って二値化画像を作成する判別分析二値化処理手段と、
入力された画像に対してノイズ除去処理を行ってノイズ除去画像を作成するノイズ除去処理手段と、
入力された画像に対して前記渡り線の両側のエッジ点を検出する渡り線部エッジ検出手段と、
入力された画像に対して前記渡り線と背景との切り分けを行う背景切り分け処理手段と、
前記渡り線の両側のエッジ点の位置から前記渡り線の高さを算出する渡り線部高さ計算手段と、
前記渡り線の高さから前記渡り線の偏位を算出する渡り線部偏位計算手段と
を備え、
前記背景切り分け処理手段が、
入力された画像を任意の区間に分割し、各前記区間ごとに標準偏差背景除去処理を行って各前記区間ごとに該区間に対象物が写っているか否かを判断し、該区間に前記対象物が写っている場合であって隣接する区間に前記対象物が写っていない場合は前記隣接する区間から前記対象物までの領域を背景とみなし、また、該区間に対象物が写っていない場合であって隣接する区間に前記対象物が写っている場合は前記隣接する区間の対象物から該区間までの領域および該区間を背景とみなす標準偏差背景除去処理を行って背景除去画像を作成する標準偏差背景除去処理手段と、
前記渡り線の両側のエッジ点の位置に基づき、前記入力された画像に対してそれぞれ前記エッジ点を基準とする背景側の一定範囲の輝度値を集計して背景輝度平均値を求める背景輝度平均値算出処理手段と、
前記背景輝度平均値に基づいてしきい値を設定するとともに前記しきい値に基づいて前記入力された画像の前記渡り線の両側のエッジ点を中心とする所定範囲の輝度分布を比較して太陽光反射の有無を判定する太陽光反射判定処理手段とを備え、
前記渡り線部高さ計算手段が、前記太陽光反射判定処理手段において太陽光反射無しと判定された場合に前記渡り線の両側のエッジ点の位置から前記渡り線の高さを算出する
ことを特徴とする画像処理による渡り線測定装置。 - 前記標準偏差背景除去処理手段が、前記標準偏差背景除去処理を行った前記区間において背景とみなされていない領域が存在する場合に、該区間を細分化して再度各前記細分化した区間ごとに標準偏差背景除去処理を行って各前記細分化した区間ごとに該区間に前記対象物が写っているか否かを判断し、該区間に前記対象物が写っている場合であって隣接する区間に前記対象物が写っていない場合は前記隣接する区間から前記対象物までの領域を背景とみなし、また、該区間に前記対象物が写っていない場合であって隣接する区間に前記対象物が写っている場合は前記隣接する区間の対象物から該区間までの領域および該区間を背景とみなす標準偏差背景除去処理を行って背景除去画像を作成する
ことを特徴とする請求項4記載の画像処理による渡り線測定装置。 - 前記任意の区間の大きさが、前記対象物が存在する区間が連続しない大きさである
ことを特徴とする請求項4記載の画像処理による渡り線測定装置。 - 前記太陽光反射判定処理手段において太陽光反射有りと判定された場合は測定終了後に前後のデータに基づいて測定結果を補間する
ことを特徴とする請求項4ないし請求項6のいずれか1項に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定。 - 前記標準偏差背景除去処理手段が前記ラインセンサ画像に対して標準偏差背景除去処理を行って前記ラインセンサ画像中の背景を除去した前記背景除去画像を作成し、
前記判別分析二値化処理手段が前記背景除去画像に対して判別分析二値化処理を行って前記二値化画像を作成し、
前記ノイズ除去手段が前記二値化画像に対してノイズ除去処理を行って前記ノイズ除去画像を作成し、
前記渡り線部エッジ検出処理手段が前記ノイズ除去画像に対して前記渡り線の両側のエッジ点を検出し、
前記背景輝度平均値算出処理手段が前記ラインセンサ画像を用いて前記背景輝度平均値を算出し、
前記太陽光反射判定処理手段が前記ラインセンサ画像を用いて前記太陽光反射の有無を判定する
ことを特徴とする請求項4ないし請求項7のいずれか1項に記載の画像処理による渡り線測定装置。
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