JP5481862B2

JP5481862B2 - パンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法

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Publication number: JP5481862B2
Application number: JP2009011649A
Authority: JP
Inventors: 貴雅藤澤; 誠庭川; 勇介渡部
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: JP2010169505A

Description

本発明は、画像処理を用いてパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法に関する。

電気鉄道設備においては、架線の高さの変動幅を規定値内に収める必要があり、検査項目のひとつとして架線の高さの測定が挙げられる。この架線の高さは、車両の屋根上に設置されている集電装置であるパンタグラフの高さと同値であることから、従来、パンタグラフの高さを測定することによって架線の高さを取得する方法が公知となっている。例えば、このようなパンタグラフの高さを測定する方法として以下のものが挙げられる。

（イ）レーザセンサ方式
この方式は、パンタグラフをミラー等によりレーザで走査し、反射波の位相差や反射したレーザの形状の変形などにより、パンタグラフの高さを測定する方式である。
（ロ）光切断センサ方式
この方式は、パンタグラフに縞状の光を投光し、パンタグラフの形状に応じて凹凸になった縞を受光し、パンタグラフの高さを測定する方式である。
（ハ）画像処理方式
この方式は、図１４に示すように、車両１０の屋根上に設置したラインセンサカメラ（以下、ラインセンサ）２０でパンタグラフ１０ａを撮影し、撮影した画像に対して処理用コンピュータ３０においてモデルマッチングやパタンマッチング等の処理を行い、パンタグラフ１０ａの高さを測定する方式である（例えば、特許文献１，２参照）。

上記の方式のうち、画像処理方式は、ラインセンサ２０により撮影したパンタグラフ１０ａの画像の中から、予め用意しておいたパンタグラフ１０ａのモデルとマッチングする画像上のピクセル位置を抽出し、ラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離や撮影器具のレンズの焦点距離などに基づき、画像上のピクセル位置からパンタグラフ１０ａの実際の高さを算出するものである。

この画像処理方式は、撮影器具としてラインセンサ２０を用いることで空間分解能を上げ、精度を向上させている。この方式は、レーザセンサ方式や光切断方式に比べて装置が小型になるので、測定専用に製造された検測車だけでなく、営業車にも搭載できるという利点がある。

特開２００６−２５０７７４号公報特開２００８−１０４３１２号公報

ラインセンサ２０を用いた方式においては、図１４に破線で示すように、ラインセンサ２０をパンタグラフ１０ａの正面に設置すれば、架線の高さの変動幅において画像の分解能はほぼ一定であるので、精度よくパンタグラフ１０ａの高さを測定することができるが、ラインセンサ２０をパンタグラフ１０ａと同じ高さに設置すると、ラインセンサ２０が架線５と接触し、重大な事故に繋がるおそれがある。

そのため、実際には図１４に実線で示すようにパンタグラフ１０ａに対して斜め下方にラインセンサ２０が設置される。ところが、図１４に実線で示すようにラインセンサ２０を設置すると、ラインセンサ２０の光軸がパンタグラフ１０ａの変位方向（鉛直方向）に対して直交せず、斜めに交差することとなり、パンタグラフ１０ａの位置が低い場合と高い場合とでラインセンサ２０によって撮影される画像の分解能が異なる状態となる。具体的にはパンタグラフ１０ａが低い位置にあるほうが、パンタグラフ１０ａとラインセンサ２０との距離が近くなるため、パンタグラフ１０ａの位置が高い場合に比較して分解能が高くなる。

例えば、特許文献２ではパンタグラフ１０ａの高さをラインセンサ２０のカメラレンズの焦点距離やラインセンサ２０によって撮影した画像上のパンタグラフ１０ａの位置（ピクセル位置）と実際のパンタグラフ１０ａの高さとの関係を表す比を用いて演算を行っている。

つまり、実際のパンタグラフ１０ａの高さをＨ、ラインセンサ２０によって撮影した画像上のパンタグラフ１０ａの位置をＰ、画素サイズをｎ、ラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離をｌ、ラインセンサ２０のレンズの焦点距離をｆとすると、それぞれの関係は下記（１）式で表される。
Ｈ：Ｐ×ｎ＝ｌ：ｆ・・・（１）

これを展開すると下記（２）式となる。
Ｈ＝（ｌ×Ｐ×ｎ）／ｆ・・・（２）

この（２）式を用いてパンタグラフ１０ａの実際の高さを求めている。しかし、このような計算を行うためには、レンズの焦点距離ｆやラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離ｌなどを予め測定する必要があり、作業性が悪いという問題があった。

さらに、ラインセンサ２０を図１４に破線で示す位置に設置すればラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離ｌは一定でよいが、ラインセンサ２０を図１４に実線で示す位置に設置した場合は画像上のピクセルの位置毎に距離ｌの値が異なるので、距離ｌを一定として演算を行うと演算結果に誤差が生じる。そのため、ラインセンサ２０をパンタグラフ１０ａに対して斜め下方に設置した場合は、射影変換などを用いて高さの補正計算を行う必要があった。この計算を行うためには、ラインセンサ２０の仰角が必要であり、複雑な演算を行う必要があった。

このようなことから本発明は、パンタグラフの高さ測定におけるキャリブレーションを簡易に行うことを可能としたパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション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ための第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されるラインセンサと、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析する画像処理手段とを備え、走行中の車両の前記パンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、前記パンタグラフの前記ラインセンサによって撮影される端面にマーカが設けられ、前記ラインセンサが複数段階で高さを変更される前記パンタグラフのそれぞれの高さ毎に前記マーカを撮影し、前記画像処理手段が、前記ラインセンサによって撮影した画像から得られる前記マーカの画像上の位置と前記マーカの実際の高さとの関係を二次曲線として示す関係式を求め、この関係式を用いて前記ラインセンサによって撮影した前記パンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さを算出するように構成されたことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、一つの前記マーカが前記パンタグラフに固定されたことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、複数の前記マーカが前記パンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定されたことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第１乃至第３のいずれかの発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、前記演算処理手段が、前記ラインセンサによって撮影された画像を時系列的に並べてなるキャリブレーション用画像を作成する入力画像作成部と、前記キャリブレーション用画像に対して二値化処理を施してなる二値化画像を作成する二値化処理部と、前記二値化画像から前記マーカのピクセル位置を検出するピクセル位置検出部と、前記マーカの前記二値化画像上の位置と実際の高さとに基づいて前記関係式を算出する関係式演算部とを備えることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第５の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されたラインセンサによって、走行中の前記車両の前記パンタグラフを撮影し、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析して前記パンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法であって、マーカを前記パンタグラフの前記ラインセンサによって撮影される端面に設置する第一の工程と、前記ラインセンサによって前記マーカを撮影する第二の工程と、前記画像処理手段において前記ラインセンサによって撮影された画像上の前記マーカの位置を検出するとともに、検出された前記マーカの画像上の位置と前記マーカの実際の位置との関係を二次曲線として示す関係式を算出する第三の工程とからなることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第６の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、前記ラインセンサが、前記パンタグラフに固定された一つのマーカを撮影することを特徴とする。

上記の課題を解決するための第７の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、前記ラインセンサが、前記パンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定された複数の前記マーカを撮影することを特徴とする。

上記の課題を解決するための第８の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、前記画像処理手段が、前記ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成し、前記入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成し、前記二値化画像上の前記マーカの位置を検出し、前記二値化画像上の前記マーカの位置及び前記マーカの実際の位置に基づいて前記関係式を算出することを特徴とする。

上述した第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されるラインセンサと、ラインセンサによって撮影した画像を解析する画像処理手段とを備え、走行中の車両のパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、パンタグラフのラインセンサによって撮影される端面にマーカが設けられ、ラインセンサが複数段階で高さを変更されるパンタグラフのそれぞれの高さ毎にマーカを撮影し、画像処理手段が、ラインセンサによって撮影した画像から得られるマーカの画像上の位置とマーカの実際の高さとの関係を二次曲線として示す関係式を求め、この関係式を用いてラインセンサによって撮影したパンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さを算出するように構成されたので、ラインセンサのカメラレンズの焦点距離やラインセンサからパンタグラフまでの距離、画像の分解能、ラインセンサの仰角などを考慮しなくてもパンタグラフの高さを複数段階で変更したときのマーカを撮影した画像を解析することにより、作業者によらずラインセンサによって撮影したパンタグラフの画像上の位置から実際の位置を導出するための関数を容易に演算することができ、ラインセンサが斜め上方を見上げるような状態で撮影を行う場合であっても複雑な計算をすることなく、パンタグラフの高さ測定の精度を向上させることができる。

第２の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、一つのマーカがパンタグラフに固定されたので、簡素な構成でキャリブレーションを実施することができる。

第３の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、複数のマーカがパンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定されたので、パンタグラフの高さを調整する回数及びラインセンサによってマーカを撮影する回数を削減することができる。

第４の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、演算処理手段が、ラインセンサによって撮影された画像を時系列的に並べてなるキャリブレーション用画像を作成する入力画像作成部と、キャリブレーション用画像に対して二値化処理を施してなる二値化画像を作成する二値化処理部と、二値化画像からマーカのピクセル位置を検出するピクセル位置検出部と、マーカの二値化画像上の位置と実際の高さとに基づいて関係式を算出する関係式演算部とを備えるので、ラインセンサによって撮影した画像上の位置から実際の位置を導出するための関数を算出する処理を円滑に行うことができる。

第５の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されたラインセンサによって、走行中の車両のパンタグラフを撮影し、ラインセンサによって撮影した画像を解析してパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法であって、マーカをパンタグラフのラインセンサによって撮影される端面に設置する第一の工程と、ラインセンサによってマーカを撮影する第二の工程と、画像処理手段においてラインセンサによって撮影された画像上のマーカの位置を検出するとともに、検出されたマーカの画像上の位置とマーカの実際の位置との関係を二次曲線として示す関係式を算出する第三の工程とからなるので、ラインセンサのカメラレンズの焦点距離やラインセンサからパンタグラフまでの距離、画像の分解能、ラインセンサの仰角などを考慮しなくてもパンタグラフの高さを複数段階で変更したときのマーカを撮影した画像を解析することにより、作業者によらずラインセンサによって撮影したパンタグラフの画像上の位置から実際の位置を導出するための関数を容易に演算することができ、ラインセンサが斜め上方を見上げるような状態で撮影を行う場合であっても複雑な計算をすることなく、パンタグラフの高さ測定の精度を向上させることができる。

第６の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、ラインセンサが、パンタグラフに固定された一つのマーカを撮影するので、簡素な構成でキャリブレーションを実施することができる。

第７の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、ラインセンサが、パンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定された複数のマーカを撮影するので、パンタグラフの高さを調整する回数及びラインセンサによってマーカを撮影する回数を削減することができる。

第８の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、画像処理手段が、ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成し、入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成し、二値化画像上のマーカの位置を検出し、二値化画像上のマーカの位置及びマーカの実際の位置に基づいて関係式を算出するので、ラインセンサによって撮影した画像上の位置から実際の位置を導出するための関数を算出する処理を円滑に行うことができる。

本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置の設置例を示す説明図である。本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置の処理用コンピュータの概略構成を示すブロック図である。本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置のマーカの設置例を示す説明図である。本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置におけるキャリブレーションの流れを示すフローチャートである。本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置によって取得されるキャリブレーション用画像の例を示す説明図である。本発明の実施例１において得られるパンタグラフの実際の高さと画像中のピクセル位置との関係を示すグラフである。本発明の実施例２に係るマーカの固定例を示す説明図である。本発明の実施例２における処理用コンピュータにおける処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施例２において得られるキャリブレーション用画像の例を示す説明図である。ラインセンサの設置例を示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明に係るパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法の詳細を説明する。

図１乃至図６を用いて本発明に係るパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法の第１の実施例を説明する。図１は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置の設置例を示す説明図、図２は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置の処理用コンピュータの概略構成を示すブロック図、図３は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置のマーカの設置例を示す説明図、図４は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置におけるキャリブレーションの流れを示すフローチャート、図５は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によって取得されるキャリブレーション用画像の例を示す説明図、図６は本実施例において得られるパンタグラフの実際の高さと画像中のピクセル位置との関係を示すグラフである。

図１に示すように、本実施例においてパンタグラフ高さ測定装置は、車両１０の屋根上に固定されるラインセンサ２０と、車両１０の内部に設置される演算処理手段としての処理用コンピュータ３０と、パンタグラフ１０ａに固定されたマーカ４０と、モニタ５０と、マーカ４０に照明を照射する照明装置６０とを備えて構成されている。

ラインセンサ２０は、車両１０の屋根上にパンタグラフ１０ａを撮影するように設置されている。即ち、ラインセンサ２０は、その光軸が斜め上方に向くように、且つその走査線方向がパンタグラフ１０ａと直交するようにその向きを設定されている。このラインセンサ２０によって取得した画像信号は処理用コンピュータ３０に入力される。

処理用コンピュータ３０は、マーカ４０の画像上の位置と実際の位置との関係式である架線高さ計算用近似式を算出する機能を有し、図２に示すように、入力画像作成部３１、二値化処理部３２、ピクセル位置検出部３３、関係式演算部としての近似式演算部３４、及びメモリ３５Ａ，３５Ｂを備えている。また、この処理用コンピュータ３０には後述するキャリブレーション用画像や二値化画像を表示可能に構成されたモニタ５０が接続されている。

架線高さ計算用近似式を算出するための構成において、入力画像作成部３１は、ラインセンサ２０から入力されるマーカ４０を撮影して得られた画像信号を時系列的に並べてなるキャリブレーション用画像１（図５参照）を作成する。このキャリブレーション用画像１は、メモリ３５Ａ，３５Ｂを経て、二値化処理部３２へ送られる。

二値化処理部３２は、入力画像作成部３１から入力されるキャリブレーション用画像１に対して二値化処理を行い、二値化画像を作成する。この二値化処理により、キャリブレーション用画像１からラインセンサ２０によって撮影されたマーカ４０以外のものをノイズとして除去する。二値化処理部３２において作成された二値化画像は、メモリ３５Ｂを経てピクセル位置検出部３３へ送られる。

ピクセル位置検出部３３は、二値化処理部３２から入力される二値化画像に対してパタンマッチング処理を行い、マーカ４０のピクセル位置として画像上のマーカ４０の位置（例えば、ラインセンサ２０の撮影ラインの下端からマーカ４０までの距離）を検出する。このピクセル位置検出部３３において検出されたマーカ４０のピクセル位置はメモリ３５Ｂを経て近似式演算部３４へ送られる。

近似式演算部３４は、ピクセル位置検出部３３から入力されるマーカ４０のピクセル位置と実際に測定したマーカ４０の高さとから、最小二乗法を用いてラインセンサ２０によって撮影したパンタグラフ１０ａの画像上の位置を実際の架線の高さに変換するための関数である架線高さ計算用近似式を求める。この近似式演算部３４において算出された架線高さ計算用近似式は、メモリ３５Ｂに保存される。

ここで、最小二乗法とは、測定で得られた数値の組を適当なモデルから想定される一次関数、対数曲線など特定の関数を用いて近似するときに、想定する関数が測定値に対してよい近似となるように、残差の二乗和を最小とするような係数を決定する方法である。

このように構成されることにより、処理用コンピュータ３０はラインセンサ２０から入力される画像信号を解析して架線高さ計算用近似式を算出することができる。

マーカ４０は、光を反射する部材から構成され、図１及び図３に示すようにパンタグラフ１０ａのラインセンサ２０側の端面にラインセンサ２０によって撮影可能な範囲で任意の位置に設置される。なお、マーカ４０の大きさは任意に決定する。

以下、図４に示すフローチャートに基づいて本実施例の処理用コンピュータ３０におけるラインセンサ２０のキャリブレーションを行う際の手順について説明する。

マーカ４０をパンタグラフ１０ａに固定し、ラインセンサ２０によってマーカ４０の撮影を開始したら、処理用コンピュータ３０において、図４に示すように、ラインセンサ２０から入力されるマーカ４０の画像を時系列的に並べ、図５に示すようなキャリブレーション用画像１を作成する（ステップＰＡ１）。図５に示すように、マーカ４０は照明装置６０の光を反射するため、キャリブレーション用画像１においてマーカ４０の軌跡１ａは背景１ｂの中に白い帯状の領域として表示される。

続いて、実際のマーカ４０の高さを測定する（ステップＰＡ２）。測定した実際のマーカ４０の高さは、メモリ３５Ｂに保存する。その後、二値化処理部３２においてキャリブレーション用画像１に対して二値化処理を行い、二値化画像を作成する（ステップＰＡ３）。これにより、キャリブレーション用画像１からラインセンサ２０によって撮影されたマーカ４０以外のものがノイズとして除去される。

続いて、ピクセル位置検出部３３において二値化画像からマーカ４０の位置を検出する（ステップＰＡ４）。即ち、パタンマッチングにより二値化画像上からマーカ４０の幅に対応する幅の部分をマーカ４０の軌跡として抽出し、この位置をマーカ４０の画像上の位置（ピクセル位置）として検出する。

続いて、ピクセル位置検出部３３において検出したマーカ４０のピクセル位置とステップＰＡ２で測定したマーカ４０の実際の高さとを対応させてメモリ３５Ｂに保存する（ステップＰＡ５）。

続いて、マーカ４０の高さの測定を行った回数、より詳しくは、パンタグラフの高さを変更してマーカ４０の高さを測定した回数が設定回数であるＮ回に達したか否かを判定する（ステップＰＡ６）。ここで、マーカ４０の高さ測定の設定回数Ｎは、マーカ４０の実際の高さと画像上の位置との対応点が精度よく架線高さ計算用近似式を算出できる程度の回数に設定すればよい。

判定の結果、マーカ４０の高さ測定を行った回数がＮ回に満たない場合はステップＰＡ１に戻る。このとき、続いて行うステップＰＡ１〜ステップＰＡ６の処理はパンタグラフ１０ａの高さを架線の変動幅の範囲内で変更してから行う。

一方、マーカ４０の高さ測定を行った回数がＮ回に達した場合はメモリ３５Ｂに保存しておいたマーカ４０のピクセル位置と実際の高さとの対応関係を近似式演算部３４に入力し、近似式演算部３４においてラインセンサ２０によって撮影したパンタグラフ１０ａの画像から、パンタグラフ１０ａの高さ、換言すると、架線の高さを算出するための関係式である架線高さ計算用近似式を最小二乗法により求める（ステップＰＡ７）。

架線高さ計算用近似式の算出方法についてより詳しく説明する。本実施例において、マーカ４０の高さ計測をＮ回行い、マーカ４０の実際の高さｉＬ（Ｌ，２Ｌ，３Ｌ，…，（Ｎ−２）Ｌ，（Ｎ−１）Ｌ，ＮＬ）と、二値化画像上のマーカ４０のピクセル位置ｐｉ（ｐ１，ｐ２，ｐ３，…，ｐＮ−２，ｐＮ−１，ｐＮ）とを対応させると、図６に示すような曲線が得られる。近似式演算部３４では、この曲線を基に最小二乗法により架線高さ計算用近似式として二次曲線の近似式を求める。

このような処理を行うことにより、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置では、パンタグラフの高さ測定を行う前に、マーカ４０の実際の高さｉＬ（Ｌ，２Ｌ，３Ｌ，…，（Ｎ−２）Ｌ，（Ｎ−１）Ｌ，ＮＬ）と、二値化画像上のマーカ４０のピクセル位置ｐｉ（ｐ１，ｐ２，ｐ３，…，ｐＮ−２，ｐＮ−１，ｐＮ）とのＮ個の対応関係（比率）を用いて二値化画像上のすべての点と実際の高さとの対応関係（比率）を架線高さ計算用近似式として推測することができ、この架線高さ計算用近似式を用いることにより装置のキャリブレーションを高精度に行うことができる。

ここで、この近似式を用いて架線の高さを求めるには、まず、特許文献２のようにパタンマッチングなどの画像処理によって撮影画像中のパンタグラフ１０ａのピクセル位置を計算する。計算したピクセル位置をステップＰＡ４で求めた近似式に代入することで、ラインセンサ２０の光軸が斜めを向いた状態でも精度よくパンタグラフ１０ａの高さを求めることができる。なお、実際の架線の高さを求める場合は、地面からマーカ４０までの高さなどをオフセットとして加算する必要がある。

このように構成された本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、ラインセンサのカメラレンズの焦点距離やラインセンサからパンタグラフまでの距離、画像の分解能などを考慮しなくても、マーカ４０を撮影した画像を解析することで下線高さ計算用近似式を求めることができるので、作業者によらず簡単にキャリブレーションを行うことができる。

これにより、ラインセンサ２０の光軸が斜め上方を向いた状態で撮影した場合であっても、ラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離やカメラ仰角などを考慮した複雑な計算をすることなく、パンタグラフ１０ａの高さの測定を高精度に行うことができる。

図７乃至図９を用いて本発明に係るパンタグラフ高さ測定装置の第２の実施例を説明する。図７は本実施例に係るマーカの固定例を示す説明図、図８は本実施例における処理用コンピュータにおける処理の流れを示すフローチャート、図９は本実施例において得られるキャリブレーション用画像の例を示す説明図である。

本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置は、実施例１のマーカ４０に対し、図７に示す二つのマーカ４１，４２を用いる。その他の構成は図１乃至図６に示し上述した実施例１のものと同様であり、以下、実施例１と同様の作用を奏する部材には同一の符合を付して重複する説明は省略する。

図７に示すように、マーカ４１，４２は光を反射する部材からなり、パンタグラフ１０ａのラインセンサ２０側の端面に鉛直方向に沿って一直線上に固定されている。

以下、図８に示すフローチャートに基づいて本実施例の処理用コンピュータ３０におけるパンタグラフ高さ測定のキャリブレーションの手順を説明する。

図８に示すように、本実施例の処理用コンピュータ３０では、まず、入力画像作成部３１においてラインセンサ２０から入力される画像信号を時系列的に並べ、図９に示すような画像（以下、キャリブレーション用画像という）２を作成する（ステップＰＢ１）。本実施例においてマーカ４１，４２は照明装置６０の光を反射するため、図９に示すようにキャリブレーション用画像２には、マーカ４１，４２の軌跡２ａ，２ｂが背景２ｃの中に白色の帯状の領域として表示される。

続いて、実際のマーカ４１，４２の高さを測定する（ステップＰＡ２）。得られた実際のマーカ４０の高さは、メモリ３５Ｂに保存される。その後、二値化処理部３２においてキャリブレーション用画像２に対して二値化処理を行い、二値化画像を作成する（ステップＰＢ３）。これによりラインセンサ２０によって撮影されたマーカ４１，４２以外の部分がノイズとして除去される。

続いて、ピクセル位置検出部３３において二値化画像上のマーカ４１，４２の部分を抽出し、これからピクセル位置としてマーカ４１，４２の画像上の位置を検出する（ステップＰＢ４）。例えば、本実施例ではマーカ４１，４２の画像上の位置として図９に示すように領域２ａ，２ｂと背景２ｃとの境界線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの位置（本実施例ではラインセンサ２０の撮影ラインの下端から境界線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄまでの距離ｐ_i，ｐ_j，ｐ_k，ｐ_l）を検出する。

続いて、検出した複数のピクセル位置ｐ_i，ｐ_j，ｐ_k，ｐ_lを実際のパンタグラフ１０ａの高さｉＬ，ｊＬ，ｋＬ，ｌＬと対応させてメモリ３５Ｂに保存する（ステップＰＢ５）。

続いて、ピクセル位置検出部３３において検出されたピクセル位置の数がＮ個に達したか否かを判定する（ステップＰＢ６）。ここで、マーカ４０のピクセル位置の点数Ｎは、マーカ４０の実際の高さと画像上の位置との対応点が精度よく架線高さ計算用近似式を算出できる程度の回数に設定すればよい。

判定の結果、検出されたマーカ４０のピクセル位置の数がＮ個に満たない場合はステップＰＢ１に戻る。このとき、続いて行うステップＰＢ１〜ステップＰＢ６の処理はパンタグラフ１０ａの高さを架線の変動幅の範囲内で変更してから行う。

一方、検出されたピクセル位置がＮ点に達した場合はメモリ３５Ｂに保存しておいたマーカ４０のピクセル位置と実際の高さとの対応関係を近似式演算部３４に入力し、この近似式演算部３４においてラインセンサ２０によって撮影したパンタグラフ１０ａの画像から、パンタグラフ１０ａの高さ、換言すると、架線の高さを算出するための関係式である架線高さ計算用近似式を最小二乗法により求める（ステップＰＢ７）。

ここで、近似式演算部３４において架線高さ計算用近似式を算出する方法は、上述した実施例１と同様であるので説明は省略する。

このような処理を行うことにより、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置では、パンタグラフの高さ測定を行う前に、装置のキャリブレーションを高精度に行うことができる。

このように構成される本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、実施例１に比較して、パンタグラフの高さを変更する回数とキャリブレーション用画像を撮影する回数とを低減することができ、作業効率が向上する。パンタグラフの高さを変更する回数が低減しても、一枚の画像から得られる画像上のピクセル位置と実際の高さとの対応点を多く取得することができ、それによって精度を落とさずにキャリブレーションを行うことができる。

なお、本発明は上述した実施例１，２に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上述した実施例２ではパンタグラフ１０ａに二つのマーカ４１，４２を固定する例を示したが、パンタグラフ１０ａに固定するマーカの数はこれに限定されるものではなく、三つ以上のマーカを固定してもよい。また、マーカ４１，４２の位置として、二値化画像上のマーカの軌跡２ａ，２ｂと背景２ｃとの境界の位置を検出する例を示したが、マーカ４１，４２の位置はこれに限定されず、マーカの中心の位置を検出するようにしてもよい。

本発明は、パンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法に適用して好適なものである。

１，２キャリブレーション用画像
１０車両
２０ラインセンサカメラ
３０処理用コンピュータ
３１入力画像作成部
３２二値化処理部
３３ピクセル位置検出部
３４近似式演算部
３５Ａ，３５Ｂメモリ
４０，４１，４２マーカ
５０モニタ

Claims

車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されるラインセンサと、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析する画像処理手段とを備え、走行中の車両の前記パンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、
前記パンタグラフの前記ラインセンサによって撮影される端面にマーカが設けられ、
前記ラインセンサが複数段階で高さを変更される前記パンタグラフのそれぞれの高さ毎に前記マーカを撮影し、
前記画像処理手段が、前記ラインセンサによって撮影した画像から得られる前記マーカの画像上の位置と前記マーカの実際の高さとの関係を二次曲線として示す関係式を求め、この関係式を用いて前記ラインセンサによって撮影した前記パンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さを算出するように構成された
ことを特徴とするパンタグラフ高さ測定装置。
一つの前記マーカが前記パンタグラフに固定された
ことを特徴とする請求項１記載のパンタグラフ高さ測定装置。
複数の前記マーカが前記パンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定された
ことを特徴とする請求項１記載のパンタグラフ高さ測定装置。
前記演算処理手段が、前記ラインセンサによって撮影された画像を時系列的に並べてなるキャリブレーション用画像を作成する入力画像作成部と、
前記キャリブレーション用画像に対して二値化処理を施してなる二値化画像を作成する二値化処理部と、
前記二値化画像から前記マーカのピクセル位置を検出するピクセル位置検出部と、
前記マーカの前記二値化画像上の位置と実際の高さとに基づいて前記関係式を算出する関係式演算部と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパンタグラフ高さ測定装置。
車両の屋根上に、光軸がパンタグラフの変位方向に対して斜めに交差するように設置されたラインセンサによって、走行中の前記車両の前記パンタグラフを撮影し、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析して前記パンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法であって、
マーカを前記パンタグラフの前記ラインセンサによって撮影される端面に設置する第一の工程と、
前記ラインセンサによって前記マーカを撮影する第二の工程と、
前記画像処理手段において前記ラインセンサによって撮影された画像上の前記マーカの位置を検出するとともに、検出された前記マーカの画像上の位置と前記マーカの実際の位置との関係を二次曲線として示す関係式を算出する第三の工程と
からなることを特徴とするパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。
前記ラインセンサが、前記パンタグラフに固定された一つのマーカを撮影する
ことを特徴とする請求項５記載のパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。
前記ラインセンサが、前記パンタグラフに鉛直方向に沿って一直線上に固定された複数の前記マーカを撮影する
ことを特徴とする請求項５記載のパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。
前記画像処理手段が、
前記ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成し、
前記入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成し、
前記二値化画像上の前記マーカの位置を検出し、
前記二値化画像上の前記マーカの位置及び前記マーカの実際の位置に基づいて前記関係式を算出する
ことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。