JP6034767B2 - レール検出装置、鉄道用前方監視カメラ装置、鉄道車両、およびレール検出方法ならびに制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レール検出装置、鉄道用前方監視カメラ装置、鉄道車両、およびレール検出方法ならびに制御方法に関する。

鉄道車両の最前部にカメラ装置を搭載し、列車前方の鉄道信号や標識を識別したり（たとえば特許文献１参照）、踏切の障害物等を検出することが行われている。

また、広角型カメラと望遠型カメラを併せて設置し、広角型カメラによって得られた広い視野の中から撮像すべき箇所を探し出し、その箇所に望遠型カメラを向けて撮像するという技術もある（たとえば特許文献２参照）。このような技術を鉄道車両の前方監視に利用することもできる。

特開２００８−２１５９３８号公報 特許第５１５２７５８号

上述のように、広角型カメラによって得られた広い視野の中から撮像すべき箇所を探し出し、その箇所に望遠型カメラを向けて撮像する際に、撮像すべき箇所が速やかに定まらない場合がある。

たとえば、撮像すべき箇所に他の目標物が存在したり、撮像すべき箇所に太陽光等が反射して視認困難な場合など、撮像すべき箇所の誤検出が発生する場合がある。このような誤検出が発生すると、誤った撮像方向を指示したり、あるいは、撮像すべき箇所が短時間に頻繁に変化するなどして撮像すべき箇所が速やかに定まらないことがある。これにより、鉄道車両の前方監視に支障を来たす場合がある。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、撮像すべき箇所の誤検出を無くすことができるレール検出装置、鉄道用前方監視カメラ装置、鉄道車両、およびレール検出方法ならびに制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の観点は、レール検出装置としての観点である。本発明は、鉄道車両の前方を撮像するカメラによる撮像の結果得られた画像情報からレールを検出するレール検出装置において、レールの曲率が異なる線路パターン群の中から、所定の線路パターンを選択する選択手段を有し、選択手段は、前回選択された線路パターンにおけるレールの曲率と今回選択予定の線路パターンにおけるレールの曲率とを比較し、両者の曲率の類似度に基づいて線路パターン群の中から選択を許可する線路パターンを絞り込み、絞り込んだ線路パターンから、所定の線路パターンを選択するものである。

本発明の第二の観点は、鉄道用前方監視カメラ装置である。本発明は、鉄道車両の前方の画像を撮像する広角型カメラと望遠型カメラとを有し、広角型カメラの画像情報にしたがって、望遠型カメラの撮像方向を設定する鉄道用前方監視カメラ装置において、広角型カメラの画像情報上で、鉄道の２本のレールが重なり合って見えるかまたは途切れるレール消失点を広角型カメラの画像情報から検出し、検出したレール消失点の方向を望遠型カメラの撮像方向に決定して望遠型カメラを決定した撮像方向に移動させる制御手段を有し、制御手段は、レールの画像情報である線路パターンを線路パターン群として複数種類備え、広角型カメラが撮像する実際のレールの画像情報に近似する線路パターンを線路パターン群の中から選択し、選択した線路パターンを実際のレールの画像情報に替えてレール消失点の検出に採用する際に、前回選択された線路パターンにおけるレールの曲率と今回選択予定の線路パターンにおけるレールの曲率とを比較し、両者の曲率の類似度に基づいて線路パターン群の中から選択を許可する線路パターンを絞り込む制御を実行するものである。

本発明の第三の観点は、鉄道車両としての観点である。本発明は、本発明の鉄道用前方監視カメラ装置を有することを特徴とする鉄道車両である。

本発明の第四の観点は、レール検出方法としての観点である。本発明は、鉄道車両の前方を撮像するカメラによる撮像の結果得られた画像情報からレールを検出するレール検出装置が実行するレール検出方法において、レールの曲率が異なる線路パターン群の中から、所定の線路パターンを選択する選択ステップを有し、選択ステップは、前回選択された線路パターンにおけるレールの曲率と今回選択予定の線路パターンにおけるレールの曲率とを比較し、両者の曲率の類似度に基づいて線路パターン群の中から選択を許可する線路パターンを絞り込み、絞り込んだ線路パターンから、所定の線路パターンを選択するものである。

本発明の第五の観点は、鉄道用前方監視カメラ装置の制御方法である。本発明は、鉄道車両の前方の画像を撮像する広角型カメラと望遠型カメラとを有し、広角型カメラの画像情報にしたがって、望遠型カメラの撮像方向を設定する鉄道用前方監視カメラ装置の制御方法において、制御手段が、広角型カメラの画像情報上で、鉄道の２本のレールが重なり合って見えるかまたは途切れるレール消失点を広角型カメラの画像情報から検出し、検出したレール消失点の方向を望遠型カメラの撮像方向に決定して望遠型カメラを決定した撮像方向に移動させる制御ステップを有し、制御ステップは、レールの画像情報である線路パターンを線路パターン群として複数種類備え、広角型カメラが撮像する実際のレールの画像情報に近似する線路パターンを線路パターン群の中から選択し、選択した線路パターンを実際のレールの画像情報に替えてレール消失点の検出に採用する際に、前回選択された線路パターンにおけるレールの曲率と今回選択予定の線路パターンにおけるレールの曲率とを比較し、両者の曲率の類似度に基づいて線路パターン群の中から選択を許可する線路パターンを絞り込むステップを有するものである。

本発明によれば、撮像する箇所の誤検出をなくすことができる。

本発明の実施の形態に係る鉄道用前方監視カメラ装置のブロック構成図である。 レール消失点を説明するための図であり、レールが直進状態を示す図である。 レール消失点を説明するための図であり、レールが左カーブしている状態を示す図である。 レール消失点を説明するための図であり、レールが右カーブしている状態を示す図である。 レール消失点を説明するための図であり、レールが前方で下り勾配になっている状態を示す図である。 レール消失点を説明するための図であり、レールが前方で上り勾配になっている状態を示す図である。 レール消失点の変化の過程を説明するための図であり、レールが直進状態を示す図である。 レール消失点の変化の過程を説明するための図であり、レールがやや左カーブの状態を示す図である。 レール消失点の変化の過程を説明するための図であり、レールが図８よりもさらに大きく左カーブしている状態を示す図である。 レール消失点の変化の過程を説明するための図であり、レールが図９よりもさらに大きく左カーブしている状態を示す図である。 レール消失点の変化の過程を説明するための図であり、レールが図１０よりもさらに大きく左カーブしている状態を示す図である。 図７〜図１１で説明したレール消失点の変化の状態をレール消失点を抜き出して示す図である。 図１２で示したレール消失点の変化の状態を時間軸上で示す図である。 線路パターンの種類と線路パターンの遷移の状態とを望ましい遷移と総当りの遷移とを比較して示す図である。 線路パターンのデータを示す図である。 図１５で示す線路パターンのデータの中心線に関するデータを示す図である。 図１６で示す中心線に関するデータと数式との関係を示す図である。 線路パターンの類似度行列と選択可能範囲とを示す図である。 線路パターンの類似度行列と類似度順位と選択可能範囲とを示す図である。 本実施の形態に係る線路パターンの種類と線路パターンの遷移の状態とを示す図である。 図１の撮像位置決定部の動作を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態に係る鉄道用前方監視カメラ装置１（以下では、カメラ装置１と略記する。）について、図１〜図１２を参照しながら説明する。

カメラ装置１は、図１に示すように、鉄道車両２（以下では、車両２と略記する。）の進行方向前部に搭載され、レールＲを含む車両２の前方の状況を撮像する。カメラ装置１が取得した車両２の前方の画像情報は、車両２の安全な運行を図るために、たとえば、線路上や踏切内の障害物の発見等に利用される。

カメラ装置１は、車両１の前方の画像を撮像する広角型カメラ３と望遠型カメラ４とを有し、広角型カメラ３の画像情報にしたがって、望遠型カメラ４の撮像方向を設定する。望遠型カメラ４は、電動式の雲台５に載置される。雲台５は、撮像位置決定部６によって駆動を制御され、撮像位置決定部６に指示された方向に移動することで、望遠型カメラ４の撮像方向を設定する。望遠型カメラ４の画像情報は、前方監視用画像処理部７に取り込まれて画像解析され、画像解析結果は、車両２の前方の監視に利用される。なお、本実施の形態では、撮像方向の移動とは、地面に対してほぼ平行な面上で旋回することである。

撮像位置決定部６は、広角型カメラ３の画像情報上で、鉄道の２本のレールＲが重なり合って見えるかまたは途切れるレール消失点を広角型カメラ３の画像情報から検出し、検出したレール消失点の方向を望遠型カメラ４の撮像方向に決定し、雲台５を駆動して望遠型カメラ４を決定した撮像方向に移動させる。

ここで、レール消失点について、図２〜図６を参照しながら詳細に説明する。図２は、真っ直ぐなレールＲ１，Ｒ２におけるレール消失点Ｄ１の例である。真っ直ぐなレールＲ１，Ｒ２の場合には、遠方で２本のレールＲ１，Ｒ２が分解能の限界を超えて画像情報上で重なり合って見える点がレール消失点Ｄ１になる。

図３は、左にカーブしているレールＲ３，Ｒ４におけるレール消失点Ｄ２の例である。左にカーブしているレールＲ３，Ｒ４では、レールＲ３，Ｒ４が画像情報上で重なり合って見える点がレール消失点Ｄ２になる。

図４は、右にカーブしているレールＲ５，Ｒ６におけるレール消失点Ｄ３の例である。右にカーブしているレールＲ５，Ｒ６では、レールＲ５，Ｒ６が画像情報上で重なり合って見える点がレール消失点Ｄ３になる。

図５は、前方で下り勾配になっているレールＲ７，Ｒ８におけるレール消失点Ｄ４の例である。前方で下り勾配になっているレールＲ７，Ｒ８では、２本のレールＲ７，Ｒ８が画像情報上で分解能の限界を超えて重なり合って見える以前に、レールＲ７，Ｒ８が共に画像情報上で途切れる。このような場合には、レールＲ７，Ｒ８が画像情報上から途切れたときのレールＲ７とレールＲ８との間の最遠方の中間点付近をレール消失点Ｄ４とする。

図６は、前方で上り勾配になっているレールＲ９，Ｒ１０におけるレール消失点Ｄ５の例である。前方で上り勾配になっているレールＲ９，Ｒ１０では、２本のレールＲ９，Ｒ１０が画像情報上で分解能の限界を超えて重なり合って見える以前に、レールＲ９，Ｒ１０が共に上り勾配の頂点に達する。このような場合には、レールＲ９，Ｒ１０が上り勾配の頂点に達したときのレールＲ９とレールＲ１０との間の中間点付近をレール消失点Ｄ５とする。

次に、レール消失点の位置の変化を図７〜図１１を参照しながら説明する。図７〜図１１は、鉄道のレールＲが直進状態から左方にカーブするまでの一連のレール消失点Ｄ１０〜Ｄ１４の変化の様子を一例として示している。

図７は、レールＲは、真っ直ぐの状態であり、レール消失点Ｄ１０は、ほぼ水平方向の中央部で垂直方向の上部に位置する。図８は、レールＲは、やや左に曲がり始めており、レール消失点Ｄ１１は、レール消失点Ｄ１０に比べると、水平方向の中央部からはやや左寄りで垂直方向の上部に位置する。図９は、レールＲは、図８の状態よりもさらに左に曲がっており、レール消失点Ｄ１２は、レール消失点Ｄ１１に比べると、水平方向の中央部よりもさらに左寄りで垂直方向のやや上部に位置する。図１０は、レールＲは、図９の状態よりもさらに左に曲がっており、レール消失点Ｄ１３は、レール消失点Ｄ１２に比べると、水平方向の左寄りで垂直方向のやや上部に位置する。図１１は、レールＲは、図１０の状態よりもさらに左に曲がっており、レール消失点Ｄ１４は、レール消失点Ｄ１３に比べると、水平方向の左寄りで垂直方向のやや下部に位置する。このような図７〜図１１のレール消失点Ｄ１０〜Ｄ１４を同じ空間軸上にプロットすると図１２に示すようになる。

図７に示すように、レールＲが真っ直ぐな状態であるときには、レール消失点Ｄ１０は、ほとんど動くことなく一点に留まっている。やがて、図８に示すように、左カーブに差し掛かると、新たなレール消失点Ｄ１１が検出され、望遠型カメラ４の新たな撮像方向が決定される。さらに、図９〜図１１に示すように、左カーブの中では、次々に新たなレール消失点Ｄ１２〜Ｄ１４が検出され、次々に望遠型カメラ４の新たな撮像方向が決定される。

このようなレール消失点Ｄ１０〜Ｄ１４の変化の様子を時間軸上でみると、図１３に示すようになる。すなわち、左カーブに差し掛かったときは、レールの曲率は緩く、レール消失点Ｄ１０からレール消失点Ｄ１１に切り替わる時間ｔ１は、比較的長い。やがて左カーブに突入すると、レール消失点Ｄ１１からレール消失点Ｄ１２に切り替わる時間ｔ２は、時間ｔ１よりも短くなる。続いて、レール消失点Ｄ１２からレール消失点Ｄ１３に切り替わる時間ｔ３は、時間ｔ２よりも短くなる。さらに、レール消失点Ｄ１３からレール消失点Ｄ１４に切り替わる時間ｔ４は、時間ｔ３よりも短くなる。

次に、レール消失点検出のためのレール検出について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、予め用意されている複数種類の線路パターンを示す図である。図１４の例では、５種類の線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を例示している。

撮像位置決定部６は、図１４に示すように、線路パターン群を不図示のメモリ内に記憶している。撮像位置決定部６は、広角型カメラ３が撮像する実際のレールの画像情報に近似する線路パターンを線路パターン群の中から選択する。さらに、撮像位置決定部６は、選択した線路パターンを実際のレールの画像情報に替えてレール消失点の検出に採用する。これにより、実際のレールの画像情報にノイズが含まれている場合、この画像情報を、ノイズを含まない予め用意された線路パターンの画像情報に替えることができる。これにより、レール消失点の検出を、ノイズを含まないレールの画像情報に基づいて行うことができるため、レール消失点の検出を高い精度で行うことができる。

図１４の線路パターンＳは、レールが直進状態の線路パターンである。図１４の線路パターンＬ１は、比較的緩い左カーブの線路パターンである。図１４の線路パターンＬ２は、比較的急な左カーブの線路パターンである。図１４の線路パターンＲ１は、比較的緩い右カーブの線路パターンである。図１４の線路パターンＲ２は、比較的急な右カーブの線路パターンである。

一般的に、鉄道のレールは、直進状態の区間を可能な限り多くし、カーブする箇所は、可能な限り緩いカーブとなるように敷設される。このようなレールの敷設状況に鑑みた場合、図１４の各線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２において、通常、線路パターンの遷移は、隣接する線路パターン間で行われる。すなわち、線路パターンの遷移が、たとえば、図１４の線路パターンＳから線路パターンＬ２または線路パターンＲ２に遷移するという状況は考えられない。仮に、このような線路パターンの遷移が行われたとすれば、それはレールの誤検出の結果であると判定することができる。

図１４の各線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の間の一点鎖線の矢印は、単純に、各線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の組み合わせを示す。ここで、仮に、各線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の全ての組み合わせについて、線路パターン間の遷移を許可することとすれば、撮像位置決定部６では、レールが誤検出された場合でも線路パターン間の遷移が行われる。その結果、撮像位置決定部６に無駄な処理時間が発生する。さらに、誤検出の結果がそのままレール消失点の検出に利用されるため、撮像位置決定部６のレール消失点の検出精度が劣化する。また、この場合、撮像位置決定部６の処理時間は、線路パターン群を構成する線路パターンの数が増えれば増えるほど長くなる。

これに対し、図１４の各線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の間の破線の矢印は、鉄道のレールを検出するのに際し、望ましい各線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の間の遷移の組み合わせを示す。すなわち、図１４の各線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の間の破線の矢印は、隣接する線路パターン間での遷移しか許可していない。これによれば、撮像位置決定部６におけるレールの誤検出を無くすことができると共に、撮像位置決定部６の無駄な処理時間を無くすことができる。さらに、これによれば、線路パターン群を構成する線路パターン数が増えた場合でも撮像位置決定部６の処理時間が増えることはない。このようなことから、撮像位置決定部６は、図１４の各線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の間の破線の矢印で示す遷移を実現するために、以下に説明するような構成を有する。

撮像位置決定部６は、図１５に示すように、左右のレールの上端と下端、および中央部分の位置を６つの数値データｘ_Ltop，ｘ_Rtopとｘ_Lbottom，ｘ_Rbottom、およびｘ_Lmid，ｘ_Rmidによって表現する。これらのデータから各線路パターンの曲率を読み取って類似関係を算出し、現在の線路パターンから次に選択できる線路パターンの制約条件を設定する。これにより、図１４の破線で示すような望ましい各線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の間の遷移の組み合わせを実現することができる。これによれば、撮像位置決定部６のレールの誤検出を無くすことができると共に、処理速度が向上する。また、これによれば、予め用意しておく線路パターン群を構成する線路パターンの数が増えても撮像位置決定部６の処理速度が増えることがなくなる。

次に、線路パターンの曲率を用いて線路パターン同士の類似度を定義する方法について説明する。レール中心線の上端、下端、および中間位置は、線路パターンデータのｘ_Ltop，ｘ_Rtopの平均、ｘ_Lmid，ｘ_Rmidの平均、およびｘ_Lbottom，ｘ_Rbottomの平均によって求めることができる。すなわち、
ｘ_Ctop＝（ｘ_Ltop＋ｘ_Rtop）／２
ｘ_Cmid＝（ｘ_Lmid＋ｘ_Rmid）／２
ｘ_Cbottom＝（ｘ_Lbottom＋ｘ_Rbottom）／２
として求められる。図１６は、レール中心線のデータを示す。

図１６に示すように、レール中心線のデータは３つであり、この点を２次方程式で近似する。垂直方向をｙ軸とするとき、下端のｙ＝０でのレールはほぼ垂直であることからｘ（０）′＝０である。この条件を考慮するとレール中心線は、
ｘ（ｙ）＝ａ＋ｃｙ² …（１）
と表現できる。図１７は、式（１）と線路パターンにおけるレール中心線との関係を示す図である。このときａの値は、画像情報上でのｘ軸上の位置を表し、ｃの値は、画像情報上でのレールの曲率を表す指標となる。そこで、ｃの値を用いて線路パターンの類似度を定義する。ｃの値が０の場合は直線である。ｃの値が正の場合は右カーブ、負の場合は左カーブである。また、ｃの値が大きいほどカーブは急である。

曲率の指標となるｃの値は、最小二乗法により、
ｃ＝（Σｘ_iΣｙ_i ²−ＮΣｘ_iｙ_i ²）／（（Σｙ_i ²）²−ＮΣｙ_i ⁴）
と求められる。線路パターンのデータは、ｙ方向の長さを１に基準化すると（ｘ_Cbottom，０），（ｘ_Cmid，０．５），（ｘ_Ctop，１）と表すことができる。これを上の式に代入して、
ｃ＝（１．７５ｘ_Ctop−０．５ｘ_Cmid−１．２５ｘ_Cbottom）／１．６２５
が求められる。

線路パターンｉ，ｊについて求めた類似度ｃ_i，ｃ_jの値の差を類似度ｄ_i,jとして、
ｄ_i,j＝｜ｃ_j―ｃ_i｜
と定義し、その値を成分とする類似度行列を作成する。類似度を近い順に順序付けを行い、対象線路パターン自身以外の上位Ｍ位までを選択できる線路パターンとして、
ｉから選択可能な線路パターン＝{ｊ｜ｉとｄ_i,jの値が小さい上位Ｍ位}
という制約条件を設ける方法が考えられる。もしくは、類似度ｄ_i,jの値に閾値ｄ_thを用いて、
ｉから選択可能な線路パターン＝{ｊ｜ｄ_i,j＜ｄ_th}
という方法も考えられる。各線路パターンで次の線路パターンを選択する際には、ここで定めた選択可能な線路パターンからのみ選択することで、線路パターン選択時の誤検出を無くすことができる。

選択可能な線路パターンの数Ｍと閾値ｄ_thについては、選択肢が少ないとカーブなどの状況変化への対応が緩慢になり過ぎるおそれがある。また、これによれば誤検出からの復帰にも時間がかかるおそれがある。反対に、選択肢が多過ぎると線路パターン間に遷移の制約を設けてもなお選択可能な線路パターン数が多くなり、誤検出を無くすことが難しくなる。このような点を考慮して適切な値への調整が必要である。以下では、類似度から選択可能な線路パターンを求める方法について図１８および図１９を参照しながら説明する。

図１８は、左図に類似度行列を示し、右図に線路パターンの選択可能範囲を示す。類似度行列は、図１８の左図に示すように、線路パターンＬ２，Ｌ１，Ｓ，Ｒ１，Ｒ２と同じ線路パターンＬ２，Ｌ１，Ｓ，Ｒ１，Ｒ２との間の類似度は当然ながら０．０である。その他は、類似度が低くなるほど数値が大きくなる。図１８の例では、線路パターンＬ２と線路パターンＬ１との類似度は、０．１である。線路パターンＬ２と線路パターンＳとの類似度は、０．２である。線路パターンＬ２と線路パターンＲ１との類似度は、０．４である。線路パターンＬ２と線路パターンＲ２との類似度は、０．６である。

図１８の右図に示すように、類似度が０．２未満である線路パターン間の遷移は選択可能（図中の○印）とすると、線路パターンＬ２と線路パターンＬ１との間、線路パターンＳと線路パターンＬ１または線路パターンＬ２との間、線路パターンＲ２と線路パターンＲ１との間、線路パターンＳと線路パターンＲ１または線路パターンＲ２との間は、遷移が選択可能となる。

あるいは、図１９の左図（図１８の左図と同じ）に基づいて、図１９の右図のように、類似度順位を決定する。すなわち、類似度が０である場合、類似度順位は０とし、類似度が０．１である場合、類似度順位は１とし、類似度が０．２である場合、類似度順位は２とし、類似度が０．４である場合、類似度順位は３とし、類似度が０．６である場合、類似度順位は４とする。

図１９の右図の類似度順位の中で類似度順位が０または１の線路パターン間の遷移を選択可能（図中の○印）とすると、図１９の下図に示すような選択可能範囲になる。なお、図１９の下図と図１８の右図とは同じになる。

以上のようにして線路パターン間の遷移の選択可能範囲を決定することにより、図２０に実線の矢印で示すように、選択可能な線路パターンが制限され、破線の矢印で示す望ましい各線路パターンＳ，Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の間の遷移の組み合わせと同じになる。なお、図２０の二点鎖線の矢印は、制限された選択可能な線路パターンの組み合わせを示す。

次に、撮像位置決定部６の動作を図２１のフローチャートを参照しながら説明する。図２１の「ＳＴＡＲＴ」の条件は、カメラ装置１が稼動中であり、撮像位置決定部６により既にいずれかの線路パターンが選択されているという条件である。なお、図２１の「ＳＴＡＲＴ」から「ＥＮＤ」までの処理は、１周期分の処理であり、図２１のフローが終了（ＥＮＤ）したときに、「ＳＴＡＲＴ」の条件が満たされているときには、フローは、再び開始される。「ＳＴＡＲＴ」の条件が満たされていると、処理は、ステップＳ１に進む。

ステップＳ１において、撮像位置決定部６は、広角型カメラ３の画像情報に基づいて、線路パターンに変化があるか否かを判定する。ステップＳ１において、線路パターンに変化があると判定されると、処理は、ステップＳ２に進む。一方、ステップＳ１において、線路パターンに変化が無いと判定されると、処理は、ステップＳ１を繰り返す。

ステップＳ２において、撮像位置決定部６は、ステップＳ１での線路パターンの変化に基づいて選択予定の新しい線路パターンが予め定められている選択可能な範囲内か否かを判定する。ステップＳ２において、選択予定の新しい線路パターンが予め定められている選択可能な範囲内であると判定されると、処理は、ステップＳ３に進む。一方、ステップＳ２において、選択予定の新しい線路パターンが予め定められている選択可能な範囲外であると判定されると、ステップＳ１における判定には誤りが有るとして、処理は、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ３において、撮像位置決定部６は、ステップＳ１に判定に基づき線路パターンの変更を行って１周期分の処理を終了する（ＥＮＤ）。

以上説明したように、撮像位置決定部６は、鉄道車両１の前方を撮像する広角型カメラ３による撮像の結果得られた画像情報からレールを検出する。このとき、撮像位置決定部６は、レールＲの曲率が異なる線路パターン群の中から、所定の線路パターンを選択し、前回選択された線路パターンにおけるレールの曲率と今回選択予定の線路パターンにおけるレールの曲率とを比較し、両者の曲率の類似度に基づいて線路パターン群の中から選択を許可する線路パターンを絞り込み、絞り込んだ線路パターンから、所定の線路パターンを選択する。これにより、撮像位置決定部６によれば、レールの誤検出を無くすことができる。また、これにより、レール消失点の誤検出を無くすことができる。また、撮像位置決定部６によれば、線路パターン群を構成する線路パターン数を増やしても選択可能な線路パターン数には変化が無く、撮像位置決定部６の処理時間が長くなることを無くすことができる。これにより、前方監視用画像処理部７は、誤検出の無い画像情報に基づき前方の監視を行うことができるので、信頼性が高い前方監視を行うことができる。さらに、レールの検出精度を高くするために線路パターン群を構成する線路パターンを増やしても撮像位置決定部６の処理時間が増加しないので、前方監視用画像処理部７は、監視の周期を変えることなく前方監視の信頼性を向上させることができる。

また、撮像位置決定部６は、情報処理装置が予めインストールされている所定のプログラムを実行することによって実現することができる。このような情報処理装置は、たとえば、メモリ、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、入出力ポートなどを有する。情報処理装置のＣＰＵは、メモリなどから所定のプログラムとして制御プログラムを読み込んで実行する。これにより、情報処理装置には、撮像位置決定部６の機能が実現される。なお、ＣＰＵの代わりにＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などを用いてもよい。また、前方監視用画像処理部７の機能についても同様である。

また、上述の所定のプログラムは、カメラ装置１の出荷前に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであっても、カメラ装置１の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。また、プログラムの一部が、カメラ装置１の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。カメラ装置１の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されるプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶されているものをインストールしたものであっても、インターネットなどの伝送媒体を介してダウンロードしたものをインストールしたものであってもよい。

また、上述の所定のプログラムは、情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。

このように、情報処理装置とプログラムによってカメラ装置１を実現することにより、大量生産や仕様変更（または設計変更）に対して柔軟に対応可能となる。

なお、情報処理装置が実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。

上述の実施の形態は、その要旨を逸脱しない限りにおいて、様々に変更が可能である。たとえば、上述の実施の形態では、雲台５は、左右方向への旋回のみの動作であるが上下方向への動作も併せて行うようにしてもよい。これによれば、望遠型カメラ４は、撮像方向を上下左右に動かすことができる。さらに、望遠型カメラ４は、ズーム機構を有してもよい。

１…鉄道用前方監視カメラ装置、２…鉄道車両、３…広角型カメラ、４…望遠型カメラ、５…雲台、６…撮像位置決定部（制御手段）、Ｄ１〜Ｄ５，Ｄ１０〜Ｄ１４…レール消失点、Ｒ，Ｒ１〜１０…レール

Claims (5)

1. 鉄道車両の前方を撮像するカメラによる撮像の結果得られた画像情報からレールを検出するレール検出装置において、
   レールの曲率が異なる線路パターン群の中から、所定の線路パターンを選択する選択手段を有し、
   前記選択手段は、前回選択された前記線路パターンにおける前記レールの曲率と今回選択予定の前記線路パターンにおける前記レールの曲率とを比較し、両者の曲率の類似度に基づいて前記線路パターン群の中から選択を許可する前記線路パターンを絞り込み、絞り込んだ線路パターンから、所定の線路パターンを選択する、
   ことを特徴とするレール検出装置。
2. 鉄道車両の前方の画像を撮像する広角型カメラと望遠型カメラとを有し、前記広角型カメラの画像情報にしたがって、前記望遠型カメラの撮像方向を設定する鉄道用前方監視カメラ装置において、
   前記広角型カメラの画像情報上で、鉄道の２本のレールが重なり合って見えるかまたは途切れるレール消失点を前記広角型カメラの画像情報から検出し、検出した前記レール消失点の方向を前記望遠型カメラの撮像方向に決定して前記望遠型カメラを決定した撮像方向に移動させる制御手段を有し、
   前記制御手段は、前記レールの画像情報である線路パターンを線路パターン群として複数種類備え、前記広角型カメラが撮像する実際の前記レールの画像情報に近似する前記線路パターンを前記線路パターン群の中から選択し、選択した前記線路パターンを実際の前記レールの画像情報に替えて前記レール消失点の検出に採用する際に、前回選択された前記線路パターンにおける前記レールの曲率と今回選択予定の前記線路パターンにおける前記レールの曲率とを比較し、両者の曲率の類似度に基づいて前記線路パターン群の中から選択を許可する前記線路パターンを絞り込む制御を実行する、
   ことを特徴とする鉄道用前方監視カメラ装置。
3. 請求項２記載の鉄道用前方監視カメラ装置を有することを特徴とする鉄道車両。
4. 鉄道車両の前方を撮像するカメラによる撮像の結果得られた画像情報からレールを検出するレール検出装置が実行するレール検出方法において、
   レールの曲率が異なる線路パターン群の中から、所定の線路パターンを選択する選択ステップを有し、
   前記選択ステップは、前回選択された前記線路パターンにおける前記レールの曲率と今回選択予定の前記線路パターンにおける前記レールの曲率とを比較し、両者の曲率の類似度に基づいて前記線路パターン群の中から選択を許可する前記線路パターンを絞り込み、絞り込んだ線路パターンから、所定の線路パターンを選択する、
   ことを特徴とするレール検出方法。
5. 鉄道車両の前方の画像を撮像する広角型カメラと望遠型カメラとを有し、前記広角型カメラの画像情報にしたがって、前記望遠型カメラの撮像方向を設定する鉄道用前方監視カメラ装置の制御方法において、
   制御手段が、前記広角型カメラの画像情報上で、鉄道の２本のレールが重なり合って見えるかまたは途切れるレール消失点を前記広角型カメラの画像情報から検出し、検出した前記レール消失点の方向を前記望遠型カメラの撮像方向に決定して前記望遠型カメラを決定した撮像方向に移動させる制御ステップを有し、
   前記制御ステップは、前記レールの画像情報である線路パターンを線路パターン群として複数種類備え、前記広角型カメラが撮像する実際の前記レールの画像情報に近似する前記線路パターンを前記線路パターン群の中から選択し、選択した前記線路パターンを実際の前記レールの画像情報に替えて前記レール消失点の検出に採用する際に、前回選択された前記線路パターンにおける前記レールの曲率と今回選択予定の前記線路パターンにおける前記レールの曲率とを比較し、両者の曲率の類似度に基づいて前記線路パターン群の中から選択を許可する前記線路パターンを絞り込むステップを有する、
   ことを特徴とする制御方法。

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