JP6444753B2 - 障害物検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、障害物検知装置に関する。

鉄道線路と道路が同一平面上で交差する踏切道に列車が接近する際は、その踏切道の両端に設置されている電気踏切しゃ断機が遮断かんを下して踏切道を閉鎖するが、閉鎖された踏切道内に自動車、人などの障害物が存在するときは、列車に対して警報と警報信号を発し、列車の信号機や地上の信号機を動作させて、列車を停止させる措置を執るために、踏切道内における障害物の有無を検知する障害物検知装置が必要である。

従来、障害物検知方式には、（ａ）赤外線発光部と受光部との組み合わせからなるもの、レーザ発振部と受光部との組み合わせからなるものなどの光学的検知方式、（ｂ）地面にコイルまたはループアンテナを埋設して上方を通過する自動車等を電磁結合により検知する電磁式検知方式、および（ｃ）テレビカメラまたはＣＣＤカメラ等の撮影手段で障害物を監視する画像検知方式がある。これら３種類の障害物検知方式は、それぞれ下記のような問題点を有する（特許文献１参照）。

光学的検知方式においては、赤外線発光部とその受光部とを、または、レーザ発振部とその受光部とを、精度良く対向させて光軸を合わせる必要があるため、装置の設置及び保守が容易でない。たとえば、地震があった場合は、光軸合わせの保守が必要となる。また、赤外線やレーザ光の通過する位置しか検出できないので、死角が多いと共に小さいものは検出困難である。したがって、障害物検知領域をカバーするために、多くの光学的検知装置を設置する必要がある。さらに、降雪時において、雪の舞い上げにより障害物検知領域内に雪塊ができたときは、これにより赤外線またはレーザ光が反射されて、障害物があるかの如く誤検出することがある。さらに、特に赤外線発光部とその受光部とを組み合わせたものにおいては、自動車の前照灯の光を入射して誤検出することがある。

また、電磁式検知方式においては、コイルまたはループアンテナを地面に埋設する作業が容易でなく、障害物検知領域をカバーするためには、センサとしてのコイルまたはループアンテナを多数個設置する必要がある。さらに、電磁式検知方式においては、障害物検知領域内の人を検知することはできない。

画像検知方式においては、テレビカメラまたはＣＣＤカメラ等のレンズ部を適宜の期間毎に拭いたりしなければならず、保守が容易ではない。また、雨や雪、霧等で視界が悪いときは、障害物があっても検出できないことがある。

特許文献２には、障害物検知領域の背景にコントラストの高いコントラストパターンを光度の差、反射率の差またはスポット光により形成するとともに、カメラで障害物検知領域を撮影し、障害物が存在しないときに予め撮影した背景画像と、現在撮影した現在画像とを比較し、差異の有無および差異の継続時間から障害物の存否を判断する画像検知方式の障害物検知装置が開示されている。

特開２００３−２０７５６２号公報 特開平８−５５２８８号公報

特許文献２に記載の障害物検知装置は、背景画像と現在画像との比較において差異が検出され、その検出が一定時間継続したときに障害物あり、すなわち、危険と判断する危険検出型の障害物検知装置である。そして、特許文献２の障害物検知装置では、背景画像と現在画像の記憶および両画像の比較（照合処理）が必要であるが、背景画像と現在画像の比較は、両画像の全画素について照合処理を行うために演算処理部に多くの負担がかかる。また、カメラが故障し、または照合処理プログラムにバグが発生した場合の自己チェック機能がないので、たとえば、踏切道に障害物が存在するにもかかわらずカメラまたは演算処理部の故障により背景画像と現在画像との比較において差異が検出されず、障害物なし、すなわち、危険側に誤判断される可能性がある。

さらに、たとえば、踏切道のように、進入禁止パターンが時限的進入禁止である場合は、進入禁止が解除されている時間帯（非禁止時間帯）の交通流を計測したい場合があるが、従来は、障害物検知装置から独立した別個の計測装置が用いられている。

本発明は、画像検知方式の障害物検知装置において、障害物存否判定処理の負担軽減を図るとともに、フェイルセーフ機能を発揮して高度安全性を確保することができるようにすることを第１の目的とする。
本発明の第２の目的は、上記目的を達成する手段が自己健全性を発揮できるようにすることである。
本発明の第３の目的は、障害物検知領域が非禁止時間帯を有するものである場合に、同一装置を用いて障害物検知領域における非禁止時間帯の交通流を計測することを可能にすることにある。

本発明の障害物検知装置は、上記第１の目的を達成するため、障害物検知領域に所定のチェッカーパターンを照射する照射手段と、その照射手段により障害物検知領域に照射されたチェッカーパターンを撮影し、画像信号を出力する撮影手段と、その撮影手段から出力された画像信号を処理する演算処理装置とを有し、演算処理装置は画像信号よりチェッカーパターンの鞍点を検出してその鞍点を計数し、その計数値をあらかじめ記憶されている基準値と比較して、計数値と基準値の差の絶対値が所定の閾値以下のときは、障害物検知領域に障害物がないと判定し、計数値と基準値の差の絶対値が所定の閾値より大きいときは、障害物検知領域に障害物があると判定するものであることを特徴とする。

本発明の他の側面においては、障害物検知装置は、演算処理装置に、踏切道に設定された障害物検知領域の近傍に存する電気踏切しゃ断機または電気踏切しゃ断機の制御回路から遮断かん閉鎖信号または列車の接近を検知した信号が入力された時点から遮断かん開放信号が入力される時点までの間において、撮影手段から出力される画像信号を取り込む制御部を備えた、踏切障害物検知装置である。

本発明の障害物検知装置は、上記第２の目的を達成するため、演算処理装置に照射手段が照射するチェッカーパターンの明暗または色相を一時的または交互に反転する反転手段を付加したことを特徴とする。

本発明の障害物検知装置は、上記第３の目的を達成するため、障害物検知領域にチェッカーパターンを照射する照射手段と、その照射手段により障害物検知領域に照射されたチェッカーパターンを撮影し、画像信号を出力する撮影手段と、その撮影手段から出力された画像信号を処理する演算処理装置とを有し、演算処理装置は、撮影手段から入力する撮影画像から鞍点を検出・計数し、その計数値と記憶されている基準値を基に検出されない鞍点の計数を時系列的に行い、その時系列的な計数値から障害物検知領域の一定時間における交通流を推測するものであることを特徴とする。

本発明の他の側面においては、演算処理装置は、画像処理部により、検出されない鞍点の集合によって形成される形状もしくはその輪郭を認識し、その形状や輪郭の認識処理を時系列的に行い、認識された形状や輪郭から、検知対象物の種類を自動車、自転車、車椅子、人、比較的大きい愛玩動物と判定し、演算部により集計することにより、障害物検知領域の一定時間における交通流を計測するものである。

本発明のさらに他の側面においては、障害物検知装置は、踏切道の両端に設置されている電気踏切しゃ断機の遮断かんと、遮断位置に下降されている遮断かんの線路側の面を撮影する撮影手段と、その撮影手段から出力された画像信号を処理する演算処理装置とを有し、遮断かんは線路側の面にチェッカーパターンを印刷され、または照射手段によりチェッカーパターンを照射されるものであり、演算処理装置は画像信号よりチェッカーパターンの鞍点を検出してその鞍点を計数し、その計数値をあらかじめ記憶されている基準値と比較して、計数値と基準値の差の絶対値が所定の閾値以下のときは、障害物検知領域に障害物がないと判定し、計数値と基準値の差の絶対値が所定の閾値より大きいときは、障害物検知領域に障害物があると判定するものであることを特徴とする。

本発明によれば、障害物存否判定処理の負担軽減を図るとともに、フェイルセーフ機能を発揮して高度安全性を確保することができる。また、自己健全性を発揮できる。さらに、障害物検知領域が非禁止時間帯を有するものである場合に、同一装置を用いて障害物検知領域における非禁止時間帯の交通流を推測または計測することができる。

本発明の実施の形態において踏切道にチェッカーパターンが照射されている状態を模写的に示す踏切の平面図である。 本発明の実施の形態に係る障害物検知装置の構成を示すブロック図である。 踏切道に照射される３種類のチェッカーパターンの例を示す図である。 チェッカーパターンの鞍点を説明する図である。 図２の障害物検知装置の作用を説明するフローチャートである。 図２の障害物検知装置の各動作のタイミングの関係を示すタイムチャートである。 図２の障害物検知装置の自己診断機能を説明するフローチャートである。 チェッカーパターンを電気踏切しゃ断機の遮断かんに印刷する実施の形態を説明する踏切の平面図である。 一般的な遮断かんに適用する場合の遮断かんを示す図であり、（ａ）は道路側から見た正面図、（ｂ）は踏切内側から見た裏面図である。 大口径遮断かんに適用する場合の遮断かんを示す図であり、（ａ）は道路側から見た正面図、（ｂ）は踏切内側から見た裏面図である。 チェッカーパターンを電気踏切しゃ断機の遮断かんに照射する実施の形態を説明する踏切の平面図である。

〈第１の実施の形態〉
続いて、本発明の障害物検知装置を踏切障害物検知に適用した第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る踏切障害物検知装置は、図１の道路１と軌道線路（線路）２ａ，２ｂが同一平面上で交差する踏切道３内の自動車、自転車、車椅子、人などの障害物を検知するものである。図１には、道路１と２つの線路２ａ，２ｂが同一平面上で交差する踏切道３が示され、踏切道３の一端の一側方に電気踏切しゃ断機４ａが、踏切道３の他端の他側方に電気踏切しゃ断機４ｂが設置されている例が示されている。しかし、これは一例にすぎず、踏切道の長さおよび幅、線路の数、電気踏切しゃ断機の設置位置などは任意である。

図２に示すように、本実施の形態に係る踏切障害物検知装置Ａは、照射手段としてのプロジェクタ１０と、撮影手段としてのビデオカメラ（以下、カメラという。）２０と、演算処理装置３０とを有する。

プロジェクタ１０は、図１に示すように、踏切道３内の障害物検知領域ＣＡにチェッカーパターンＣＰを近赤外線光で照射するものである。チェッカーパターンＣＰを可視光で照射する場合は、後述されるカメラ２０でチェッカーパターンＣＰを撮影する場合に、太陽光の影響を受けたり、時間帯によりチェッカーパターンＣＰの輝度が変化したりしてカメラ２０の画像品質に問題が生じるので、近赤外線光を用いることがよい。しかし、たとえば、夜間の防犯目的などから、チェッカーパターンＣＰを可視光で照射する方が良い場合もある。

障害物検知領域ＣＡは、踏切道３の両側の辺３ａ，３ｂと踏切道３の両端に設置されている電気踏切しゃ断機４ａ，４ｂの遮断かん５ａ，５ｂに囲まれた矩形部分またはそれよりもやや内側に設定される。

チェッカーパターンＣＰは、正方形または長方形の多数のマスをマトリックス状に連続させ、互いに隣り合うマスの一方を明、他方を暗、もしくは一方と他方を反対色に着色させてなるものである。図１に例示されたチェッカーパターンＣＰは、踏切道３の長手方向および幅方向にそれぞれ８個、合計６４個のマスを有する。長手方向および幅方向のマスの数は、当然、障害物検知領域ＣＡの面積およびマス１個の面積により異なる。

プロジェクタ１０の設置位置は、障害物検知領域ＣＡの全域またはその内側に照射されたチェッカーパターンＣＰの全体形状にできるだけ歪みが生じない位置が望ましい。最適な設置位置は、障害物検知領域ＣＡの中央の上方位置であり、その位置から障害物検知領域ＣＡに向けて下方に照射するとよい。また、図１のように、線路が複数ある場合には、複数の線路２ａ，２ｂの間の踏切道３の側方の上方位置から障害物検知領域ＣＡの中央に向けて照射するのがよい。しかし、障害物検知領域ＣＡの中央の上方もしくは線路２ａ，２ｂの間に設置が困難な場合、または線路が単線である場合は、プロジェクタ１０は、踏切道３の一端側の建築限界線の外側、たとえば、電気踏切しゃ断機４ａまたは４ｂの内側の踏切道３の側方などに設置することができる。

カメラ２０は、プロジェクタ１０により障害物検知領域ＣＡに照射されたチェッカーパターンＣＰを撮影するものである。したがって、カメラ２０には近赤外線カメラが用いられる。しかし、上述したようにプロジェクタ１０が可視光で照射するものである場合は、可視光線カメラが用いられる。

カメラ２０の設置位置は、障害物検知領域ＣＡに照射されたチェッカーパターンＣＰの全体をできるだけ歪みのないように撮影できるならば、プロジェクタ１０と同じ位置でもよいし、図１に例示するように、踏切道３のプロジェクタ１０と反対側の側方など、別の位置でもよい。

プロジェクタ１０とカメラ２０は、図２に示すように、演算処理装置３０に電気的に接続されている。演算処理装置３０は、踏切の近傍に備えられてもよいし、信号機器室などに置かれてもよい。そして、後に詳述されるが、演算処理装置３０には、踏切道３の電気踏切しゃ断機４ａまたは４ｂが接続され、その電気踏切しゃ断機４ａ（または４ｂ。以下、同じ。）から遮断かん閉鎖信号ｓ１と遮断かん開放信号ｓ２が入力される。また、演算処理装置３０は、地上制御装置４０に接続されていて、後述されるように、障害物検知領域ＣＡに障害物を検知したときに列車に対して警報と警報信号を発し、列車の信号機や地上の信号機を動作させて列車を停止させるための駆動信号ｓ３を地上制御装置４０に与える。

遮断かん閉鎖信号ｓ１と遮断かん開放信号ｓ２は、電気踏切しゃ断機４ａではなく電気踏切しゃ断機４ａの外部に設けられた電気踏切しゃ断機の制御回路（図示せず）から入力してもよい。また、遮断かん閉鎖信号ｓ１の代わりに踏切道３への列車接近を検知した信号（たとえば警報機を鳴動開始させる信号）を用いてもよい。

演算処理装置３０は、制御部３１と、記憶部３２と、画像処理部３３と、演算部３４と、判定部３５と、出力部３６とを有している。そして、記憶部３２は、演算処理装置３０の各機能を実現するための各種プログラムが格納されているプログラム記憶部３２１と、プロジェクタ１０から照射するチェッカーパターンＣＰを記憶している照射画像記憶部３２２と、カメラ２０から入力する撮影画像を一時的に保存する撮影画像記憶部３２３と、チェッカーパターンＣＰの全鞍点数または障害物検知領域ＣＡに障害物がない状態で検出が期待される鞍点数を基準値として記憶している基準値記憶部３２４と、カメラ２０から取り込まれる撮影画像から検知される鞍点の計数値を一時保存する計数値記憶部３２５とを含む。

照射画像記憶部３２２には、図３に例示するように、第１チェッカーパターンＣＰ１と、第１チェッカーパターンＣＰ１の明暗を反転した第２チェッカーパターンＣＰ２とが記憶されている。さらに、全面が無チェッカーの第３チェッカーパターンＣＰ３が記憶される場合もある。

画像処理部３３は、障害物検知領域ＣＡを撮影したカメラ２０から取り込まれて撮影画像記憶部３２３に保存された撮影画像を解析して、鞍点を検出する機能を有する。さらに詳述すると、画像処理部３３は、撮影画像記憶部３２３から画像信号を１フレームずつ読み出し、その１フレームの画像信号のうち、チェッカーパターンＣＰの隣接する同一明度または同一色のマスの接続点、すなわち、鞍点を検出する。

チェッカーパターンＣＰの鞍点とは、図４に円で囲んで示すように、隣り合う明度の低いマスａ１の隅部（または明度の高いマスａ２の隅部）が近接する部分ｂである。この鞍点ｂの検出は、画像の中のエッジ検出またはコーナー検出のための既知のアルゴリズムを用いる特徴検出方法により可能である。ここでは、詳細な説明を割愛する。特に鞍点の位置が既知である場合の鞍点の検出は、処理負荷が小さいという特長を持つ。また、個々の鞍点間の依存関係は希薄のため、並列処理等の高速化技法との親和性が高い。

演算部３４は、障害物検知領域ＣＡの全体に照射されたチェッカーパターンＣＰの中から検出された鞍点ｂを計数するものである。その計数値は計数値記憶部３２５に記憶される。

プロジェクタ１０から障害物検知領域ＣＡへのチェッカーパターンＣＰの照射方向および／またはカメラ２０の障害物検知領域ＣＡへの撮影方向によっては、障害物検知領域ＣＡの照射されたチェッカーパターンＣＰに歪みが生じる場合がある。また、踏切道３は、全域が一つの平面あるとは限らず、複数の斜面が結合されたものや、凸面と凹面の一方または双方が存在するものがある。このような場合は、撮影画像から正確に鞍点を検出し計数することは困難であるので、画像処理部３３には、撮影画像記憶部３２３から読み出された歪みのある撮影画像を一つの平面画像に変換する補正処理を行う機能が備えられている。また、画像処理部３３は、照射されたチェッカーパターンＣＰの歪みが軽減されるよう、プロジェクタ１０に出力するチェッカーパターンＣＰを逆変換により歪ませる機能を備えてもよい。

判定部３５は、計数値記憶部３２５に記憶された計数値Ｎｃを基準値記憶部３２４に記憶されている基準値Ｎｓと比較して、計数値Ｎｃと基準値Ｎｓの差Ｄが所定の閾値Ｔ以下（Ｄ≦Ｔ）のときは、障害物検知領域ＣＡには障害物が存在しない、すなわち、安全であると判定する。

ここで、閾値Ｔは、障害物検知領域ＣＡに物体が存在しても、その物体の大きさが列車と衝突する可能性がない程度の大きさである場合に撮影画像中で検出される鞍点の数を参考として決定することができる。極端に言えば、いかなる物体も検知されないとき、すなわち、計数値Ｎｃが基準値Ｎｓと等しい場合（Ｄが０の場合）は確実に安全であり、この時を安全であると判断する障害物検知装置は、安全確認型の障害物検知装置である。

ただし、障害物検知領域ＣＡに物体が存在しても、その物体が列車と衝突する可能性がない程度の大きさの物である場合には、その物体は障害物であるとは言えない。列車の衝突を回避する必要のある最小物体の大きさ（換言すると、列車と衝突する可能性が十分低い最大物体の大きさ）によって検出されなくなる鞍点の数を安全確認のための閾値Ｔとする場合であっても、列車の衝突を回避する必要のある物体が存在しないことが確実に確認されるため、安全確認型である。安全確認型は特許文献２に記載の危険検出型と異なり、より高度な安全性の要求に応えることができる。列車の衝突を回避する必要のある物体には、たとえば、自動車、自転車、車椅子、人、家畜、比較的大きい愛玩動物などが含まれる。計数値が全鞍点数（基準値）の一定のパーセンテージ以下の場合に安全と確認することもできる。

上記の構成による踏切障害物検知装置Ａの作用を図５〜図７に基づいて説明する。まず、制御部３１は、電気踏切しゃ断機４ａから遮断かん閉鎖信号ｓ１が入力されたか否かを監視しており（ステップＳ１０１）、遮断かん閉鎖信号ｓ１が入力されたときは、照射画像記憶部３２２から第１チェッカーパターンＣＰ１を読み出してプロジェクタ１０に与え、その第１チェッカーパターンＣＰ１を図１に示されているように障害物検知領域ＣＡに照射させる（ステップＳ１０２）。これとほぼ同時に障害物検知領域ＣＡを撮影しているカメラ２０から画像信号を受信し、撮影画像記憶部３２３に一時保存する（ステップＳ１０３）。

この場合、プロジェクタ１０による第１チェッカーパターンＣＰ１の照射は、図６の（３）に示すように連続して行ってもよいし、図６の（３’）に示すように、たとえば数十ｍｓ〜１秒間隔ごとに間欠的に行ってもよい。また、カメラ２０による撮影は、連続して行ってもよいし、たとえば数十ｍｓ〜１秒間隔ごとに間欠的に行ってもよいが、カメラ２０からの画像信号の取り込みは、プロジェクタ１０による照射時間と重なる時間の中のたとえば数十ｍｓ〜１秒間隔ごとに間欠的に行うことが好ましい。このようにすれば、後述されるように、障害物の存在が検知可能であるばかりでなく、障害物の移動も検知可能になる。

次いで、画像処理部３３により撮影画像記憶部３２３から読み出した撮影画像の歪みを補正する処理を行い（ステップＳ１０４）、続いて、その補正された撮影画像の第１チェッカーパターンＣＰ１中の鞍点ｂを検出し、検出した鞍点ｂを演算部３４により計数し（ステップＳ１０５）、その計数値を計数値記憶部３２５に一時保存する（ステップＳ１０６）。

そして、判定部３５は、計数値記憶部３２５に一時保存した計数値Ｎｃを基準値記憶部３２４から読み出した第１チェッカーパターンＣＰ１の基準値Ｎｓと比較して（ステップＳ１０７）、計数値Ｎｃと基準値Ｎｓの差の絶対値|Ｄ|が所定の閾値Ｔ以下（|Ｄ|≦Ｔ）か否かを判断する（ステップＳ１０８）。

そして、|Ｄ|≦Ｔである場合は障害物検知領域ＣＡに障害物が無いと判定する（ステップＳ１０９）。したがって、この場合は、演算処理装置３０は、地上制御装置４０には駆動信号ｓ３を送信しない。

Ｓ１０２において、第１チェッカーパターンＣＰ１の照射を連続的に行うのではなく、たとえば数十ｍｓ〜１秒間隔ごとに間欠的に行う場合は、照射開始と同時に数十ｍｓ〜１秒間のタイマーｔ１をセットし、ステップＳ１１０においてそのタイマーｔ１がタイムアップしたかを調べる。タイムアップした場合は、遮断かん開放信号ｓ２が入力したか否かを調べ（ステップＳ１１１）、遮断かん開放信号ｓ２が入力しない場合は、ステップＳ１０１後に戻り、次のタイミングの第１チェッカーパターンＣＰ１の照射処理が行われる。

これに対して、ステップＳ１０８における判断結果が|Ｄ|≦Ｔでない場合は、同じ判断が一定時間以上継続したときに、判定部３５は障害物検知領域ＣＡに障害物があると判定する（ステップＳ１１２）。この判定を受けて、演算処理装置３０の出力部３６は、地上制御装置４０に駆動信号ｓ３を送信する（ステップＳ１１３）。したがって、地上制御装置４０は列車に対して警報と警報信号を発し、列車の信号機や地上の信号機を動作させて列車を停止させることとなる。

上の説明では、電気踏切しゃ断機４ａから遮断かん閉鎖信号ｓ１が入力された時点から遮断かん開放信号ｓ２が入力された時点までの間において、プロジェクタ１０とカメラ２０を駆動・制御して障害物の存否を判断したが、プロジェクタ１０とカメラ２０の駆動・制御は、踏切道３への列車接近を知らせる警報機が鳴動を開始した時点に開始してもよい。

ただし、遮断かん閉鎖信号入力時点または警報機鳴動開始時点から遮断かん開放信号入力時点までの間にプロジェクタ１０とカメラ２０を駆動・制御して障害物の存否を判断する場合は、その間に列車が踏切道３に到来したときに、その列車自体が障害物と判断されてしまう。これを回避するため、列車が踏切道３に到来したときには踏切障害物検知装置Ａの検知動作を中断させるとよい。検知動作を中断させる方法については、従来の踏切障害物検知装置で用いられている方法を適用することが可能である。たとえば、踏切の終止点に列車が接近した信号によって列車の到来を検出できる。

また、列車自体が障害物と判断されてしまうことを回避するため、通常の障害物により検出されない鞍点ｂの数に上限を設定し、計数値Ｎｃと基準値Ｎｓの差の絶対値|Ｄ|がその上限を超えた場合は、判定部３５は障害物ありの判定をしないようにプログラムを設計してもよい。

上記第１の実施の形態は、鞍点検出という処理負荷が小さい画像処理技術を用い、さらにチェッカーパターンＣＰの鞍点ｂの計数値Ｎｃと基準値Ｎｓのデジタル値の比較（|Ｄ|≦Ｔか）で、障害物の有無を判定するので、演算処理装置の判定処理の負担が軽減され、また、|Ｄ|≦Ｔのとき障害物なしと判定する安全確認型であるので、フェイルセーフが実現される。

〈第２の実施の形態〉
本発明の第２の実施の形態においては、踏切障害物検知装置Ａは、チェッカーパターンＣＰの照射と撮影画像の処理により得られた計数値Ｎｃと基準値Ｎｓとの比較を利用して、自己健全性をチェックする自己診断機能をも備えている。

すなわち、制御部３１は、電気踏切しゃ断機４ａから遮断かん閉鎖信号ｓ１が入力された時点から遮断かん開放信号ｓ２が入力される時点までの間、好ましくは、ステップＳ１１１においてＮのときに、図７に示すステップＳ１１４に移行する。そして、それまで照射していた第１チェッカーパターンＣＰ１に代えて、第２チェッカーパターンＣＰ２を照射する（ステップＳ１１４）。すなわち、チェッカーパターンＣＰの明暗を反転する。続いて、ステップＳ１１５において前述したステップＳ１０３〜Ｓ１０７の処理を行い、Ｓ１１６においてチェッカーパターンＣＰが反転したか否かを確認する。チェッカーパターンＣＰが反転したときは、その後に反転直前と反転直後の鞍点ｂの計数値Ｎｃ１，Ｎｃ２またはその差Ｄ１,Ｄ２が等しい（Ｎｃ１＝Ｎｃ２またはＤ１＝Ｄ２）か否かを判断する（ステップＳ１１７）。Ｓ１１６においてチェッカーパターンＣＰが反転していなかったときは、プロジェクタ１０およびカメラ２０を含む踏切障害物検知装置Ａのいずれかに異常があると判定し（ステップＳ１１９、保守区などに異常通知信号を出力（ステップＳ１２０）して、自己診断処理を終了する。

反転直前と反転直後の鞍点ｂの計数値の差Ｄ１，Ｄ２を比較することに代えて、反転直前と反転直後の鞍点ｂの計数値Ｎｃ１，Ｎｃ２同士が等しいか否かを判断してもよい。そして、判定部３５は、Ｄ１＝Ｄ２またはＮｃ１＝Ｎｃ２であるときは、プロジェクタ１０およびカメラ２０を含むシステム全体が正常（健全）であると判定し（ステップＳ１１８）、図５のＳ１０１後に移行する。これに対し、ステップＳ１１６において、Ｄ１＝Ｄ２またはＮｃ１＝Ｎｃ２でない場合は、プロジェクタ１０およびカメラ２０を含む踏切障害物検知装置Ａのいずれかに異常があると判定し（ステップＳ１１９）、保守区などに異常通知信号を出力（ステップＳ１２０）して、自己診断処理を終了する。

なお、チェッカーパターンＣＰを反転する微小時間の間に、障害物検知領域ＣＡの状態が変化し、踏切障害物検知装置Ａに異常がないにもかかわらず鞍点ｂの計数値Ｎｃ１，Ｎｃ２に差異が生じる可能性がある。このため、ステップＳ１１７において、Ｄ１とＤ２またはＮｃ１とＮｃ２の差が所定の閾値以下であるか否かを判断するようにしてもよい。

制御部３１による指令に基づきチェッカーパターンＣＰが反転していることを確認する方法には、次の方法がある。反転前の画像（ここではI画像とする。）と、反転後の画像（ここではＪ画像とする。）を取得し、I画像とＪ画像の差分の絶対値を用いて反転しているか否かをチェックする。差分の絶対値を求めた画像は、全領域が白（８ビットグレースケール画像の画素値としては２５５）になっている筈である（撮像の度合によっては、画素値が２００などの明るいがオーバーフローしていない場合もある）。そこで、全ての画素で閾値（例えば２００）以下の画素がないか否かをチェックする。閾値以下の画素がない場合は、反転を検知する。反転していない場合は、差分の絶対値を求めた画像に黒い領域が存在するので、検出可能である。チェッカーパターンＣＰに、明暗ではなく色相の反転を用いた場合も、同様に、差分の絶対値を求めた画像は、全領域が白（明るく、彩度が低い色）になる。反転していない場合は、差分の絶対値を求めた画像に暗く、彩度が高い色が存在するので、検出可能である。

上記の処理フローでは、自己健全性チェックを、第１チェッカーパターンＣＰ１と第２チェッカーパターンＣＰ２の２回の撮影画像取り込みに対し１回実行しているが、遮断かん閉鎖信号ｓ１が入力された時点から２回目以降の撮影画像取り込みに対し、自己健全性チェックを毎回実行してもよい。

上記の第２の実施の形態は、チェッカーパターンＣＰの鞍点数の計数値Ｎｃと基準値Ｎｓの比較により障害物の有無の判定を行う踏切障害物検知装置において、チェッカーパターンＣＰの明暗または色相を反転することにより、その差異の有無から健全性をチェックするので、簡単なプログラムを付加するだけで障害物検知に悪影響を与えずに自己診断機能を実現することができる。

〈第３の実施の形態〉
本発明のさらに他の実施の形態として、踏切障害物検知装置Ａは、プロジェクタ１０からのチェッカーパターンＣＰの照射と、カメラ２０からの画像信号の処理により障害物の有無を検知する点を利用して、踏切道３が開放されている間（非禁止時間帯）の交通流を計測する機能をも有している。

すなわち、踏切障害物検知装置Ａは、非禁止時間帯に上述された障害物検知領域ＣＡの障害物検知を行い、踏切道３の交通流計測を行う。

さらに詳しく説明すると、踏切障害物検知装置Ａは、電気踏切しゃ断機４ａから遮断かん開放信号ｓ２が入力された時、第１チェッカーパターンＣＰ１の照射を継続する。そして、カメラ２０から入力する撮影画像から鞍点ｂを検出・計数し、その計数値Ｎｃと基準値Ｎｓを基に検出されない鞍点ｂを計数する。このような検出されない鞍点ｂの計数を時系列的に、すなわち所定時間間隔、たとえば数十ｍｓ〜１秒間隔で行う。検出されない鞍点ｂの時系列的な計数値から踏切道３（障害物検知領域ＣＡ）の一定時間あるいは電気踏切しゃ断機４ａから次の遮断かん閉鎖信号ｓ１が入力されるまでの間（非禁止時間帯）における交通流を推測することができる。または、画像処理部３３により、検出されない鞍点ｂの集合によって形成される形状もしくはその輪郭を認識し、その形状や輪郭の認識処理を時系列的に、すなわち所定時間間隔、たとえば数十ｍｓ〜１秒間隔で行う。認識された形状や輪郭から、検知対象物の種類を自動車、自転車、車椅子、人、比較的大きい愛玩動物と判定し、演算部３４により集計することにより、踏切道３（障害物検知領域ＣＡ）の一定時間または非禁止時間帯における交通流を計測することができる。

交通流を計測するときは、第１チェッカーパターンＣＰ１を照射することに代えて、図３（ｃ）に示すような無チェッカーパターンＣＰ３を照射し、カメラ２０からの撮影画像を画像処理部３３により既知の形状認識処理を行い、自動車、自転車、人など種類別の交通流計測を行うこともできる。

上記第３の実施の形態は、障害物検知領域ＣＡに照射されたチェッカーパターンＣＰの撮影画像から時系列的に鞍点ｂを検出・計数し、その計数値Ｎｃの変化から、または撮影画像から形状認識により得られる物体の時系列的変化から、障害物検知領域ＣＡにおける交通流を推測または計測するので、踏切障害物検知装置の照射手段、撮影手段および演算処理装置の一部を共通に用いて、障害物検知領域ＣＡにおける障害物検知と交通流推測または計測を行うことができる。

〈第４の実施の形態〉
図８に、チェッカーパターンＣＰをカメラで撮影し、その撮影画像の中の鞍点ｂの計数値が基準値と等しいか否か、または計数値と基準値との差が閾値を超えていないか否かにより障害物の存否を判定する踏切障害物検知装置の他の例を示す。

この踏切障害物検知装置は、踏切道３の両端に設置されている電気踏切しゃ断機４ｃ，４ｄの遮断かん５ｃ，５ｄと、遮断位置に下降されている遮断かん５ｃ，５ｄの裏面、すなわち、線路２ｃ側の面を撮影するカメラ２０Ａ，２０Ｂと、演算処理装置３０Ａ（図示せず）とから構成されている。

遮断かん５ｃ，５ｄは、構成が同じであるので、一つの遮断かん５ｃについて詳述する。図９の（ａ）（ｂ）は、遮断かん５ｃが一般的な遮断かんである場合の道路側から見た正面図と、踏切内側から見た裏面図である。図１０の（ａ）（ｂ）は、遮断かん５ｃが大口径遮断かんである場合の道路側から見た正面図と、踏切内側から見た裏面図である。このように、遮断かん５ｃの裏面には、チェッカーパターンＣＰが印刷されている。このチェッカーパターンＣＰは、図３の第１チェッカーパターンＣＰ１の一部に相当する。

図８のカメラ２０Ａ，２０Ｂは、線路２ｃ，２ｄの、撮影対象である遮断かんを有する電気踏切しゃ断機と反対側の電気踏切しゃ断機またはその付近に設置されている。すなわち、カメラ２０Ａは、その撮影対象である遮断かん５ｄを有する電気踏切しゃ断機４ｄと反対側の電気踏切しゃ断機４ｃまたはその付近に設置されている。また、カメラ２０Ｂは、その撮影対象である遮断かん５ｃを有する電気踏切しゃ断機４ｃと反対側の電気踏切しゃ断機４ｄまたはその付近に設置されている。したがって、カメラ２０Ａと電気踏切しゃ断機４ｄの下降位置にある遮断かん５ｄの両端とを結んだ三角形Ｔ１の範囲が一つの障害物検知領域であり、カメラ２０Ｂと電気踏切しゃ断機４ｃの下降位置にある遮断かん５ｃの両端とを結んだ三角形Ｔ２の範囲がもう一つの障害物検知領域である。

カメラ２０Ａ，２０Ｂから出力される画像信号は、それぞれ演算処理装置３０Ａにおいて、先の実施の形態におけると同様に、鞍点検知・計数、計数値と基準値との比較が行われ、その比較結果に基づき、各障害物検知領域における障害物の存否の判定が行われる。

カメラ２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ撮影対象である遮断かんと対向する遮断かんの先端またはその付近に取り付けることもできる。図１１に示す例では、遮断かん５ｃの先端には遮断かん５ｄを撮影するカメラ２０Ａが、遮断かん５ｄの先端には遮断かん５ｃを撮影するカメラ２０Ｂが取り付けられている。

遮断かん５ｃの裏面のチェッカーパターンＣＰは、印刷することに代えて、プロジェクタからチェッカーパターンＣＰを照射してもよい。図１１に示す例では、プロジェクタ１０Ａ，１０Ｂが各遮断かん５ａ，５ｂの先端またはその付近に取り付けられている。

本実施の形態は、チェッカーパターンＣＰを遮断かんに印刷または照射するので、踏切道に照射する場合と異なり、積雪や強雨などの影響を受け難い長所があるので、降雪量または降雨量が多い地域に設置される踏切障害物検知装置として好適である。

上記第４の実施の形態は、遮断位置に降下している遮断かんを撮影するから、降雪、降雨、浸水などの影響を受けずに障害物の検知を行うことができる利点がある。

〈他の実施の形態〉
以上には、本発明が障害物検知領域ＣＡの両端に電気踏切しゃ断機が存在する踏切に適用された踏切障害物検知装置について説明したが、本発明は、非禁止時間帯の有無に関わらず、踏切以外の障害物検知領域における障害物を検知するために適用することができる。

１ 道路
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ 線路
３ 踏切道
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 電気踏切しゃ断機
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 遮断かん
１０，１０Ａ，１０Ｂ プロジェクタ（照射手段）
２０，２０Ａ，２０Ｂ カメラ（撮影手段）
３０ 演算処理装置
ＣＰ チェッカーパターン
ａ１ 明度の低いマス（黒マス）
ａ２ 明度の高いマス（白マス）
ｂ 鞍点
ＣＰ１ 第１チェッカーパターン
ＣＰ２ 第２チェッカーパターン
ＣＰ３ 第３チェッカーパターン

Claims (6)

1. 障害物検知領域に所定のチェッカーパターンを照射する照射手段と、その照射手段により障害物検知領域に照射されたチェッカーパターンを撮影し、画像信号を出力する撮影手段と、その撮影手段から出力された画像信号を処理する演算処理装置とを有し、
   前記演算処理装置は前記画像信号より前記チェッカーパターンの鞍点を検出してその鞍点を計数し、その計数値をあらかじめ記憶されている基準値と比較して、前記計数値と前記基準値の差の絶対値が所定の閾値以下のときは、前記障害物検知領域に障害物がないと判定し、前記計数値と前記基準値の差の絶対値が所定の閾値より大きいときは、前記障害物検知領域に障害物があると判定するものであることを特徴とする障害物検知装置。
2. 請求項１に記載の障害物検知装置において、前記演算処理装置に、踏切道に設定された障害物検知領域の近傍に存する電気踏切しゃ断機または電気踏切しゃ断機の制御回路から遮断かん閉鎖信号または列車の接近を検知した信号が入力された時点から遮断かん開放信号が入力される時点までの間において、前記撮影手段から出力される前記画像信号を取り込む制御部を備えたことを特徴とする障害物検知装置。
3. 請求項１または２に記載の障害物検知装置において、前記演算処理装置に、前記照射手段が照射するチェッカーパターンの明暗または色相を一時的または交互に反転する反転手段を付加したことを特徴とする障害物検知装置。
4. 障害物検知領域にチェッカーパターンを照射する照射手段と、その照射手段により障害物検知領域に照射されたチェッカーパターンを撮影し、画像信号を出力する撮影手段と、その撮影手段から出力された画像信号を処理する演算処理装置とを有し、前記演算処理装置は、前記撮影手段から入力する撮影画像から鞍点を検出・計数し、その計数値と記憶されている基準値を基に検出されない鞍点の計数を時系列的に行い、その時系列的な計数値から前記障害物検知領域の一定時間における交通流を推測するものであることを特徴とする障害物検知装置。
5. 請求項４に記載の障害物検知装置において、前記演算処理装置は、画像処理部により、検出されない鞍点の集合によって形成される形状もしくはその輪郭を認識し、その形状や輪郭の認識処理を時系列的に行い、認識された形状や輪郭から、検知対象物の種類を自動車、自転車、車椅子、人、比較的大きい愛玩動物と判定し、演算部により集計することにより、障害物検知領域の一定時間における交通流を計測することを特徴とする障害物検知装置。
6. 踏切道の両端に設置されている電気踏切しゃ断機の遮断かんと、遮断位置に下降されている前記遮断かんの裏面を撮影する撮影手段と、その撮影手段から出力された画像信号を処理する演算処理装置とを有し、前記遮断かんは踏切の内側の面にチェッカーパターンを印刷され、または照射手段により照射されるものであり、前記演算処理装置は前記画像信号より前記チェッカーパターンの鞍点を検出してその鞍点を計数し、その計数値をあらかじめ記憶されている基準値と比較して、前記計数値と前記基準値の差の絶対値が所定の閾値以下のときは、障害物検知領域に障害物がないと判定し、前記計数値と前記基準値の差の絶対値が前記閾値より大きいときは、前記踏切道に障害物があると判定するものであることを特徴とする障害物検知装置。

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