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JP7020322B2 - Building limit judgment device - Google Patents
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Description

本発明は、鉄道分野及び画像処理分野において、レールを走行する車両の前方又は後方の複数のカメラ画像から画像処理により建築限界領域と障害物との離隔判定を行う建築限界判定装置に関する。 The present invention relates to a building limit determination device that determines the separation between a building limit area and an obstacle by image processing from a plurality of camera images in front of or behind a vehicle traveling on a rail in the railway field and the image processing field.

鉄道設備には検査・保守が必要であり、特許文献1、2には、建築限界領域と障害物との離隔判定を行う建築限界判定装置が提案されている。 Railway equipment requires inspection and maintenance, and Patent Documents 1 and 2 propose a building limit determination device that determines the separation between a building limit area and an obstacle.

特許文献1は、ステレオ計測により建築限界判定を行う装置である。ステレオ計測には単眼ステレオと呼ばれる1台のカメラと車速を使って計測する方法を用いている。 Patent Document 1 is a device for determining a building limit by stereo measurement. For stereo measurement, a method called monocular stereo is used to measure using one camera and vehicle speed.

特許文献2も、ステレオ計測により建築限界判定を行う装置である。ステレオ計測には固定された2台以上のカメラで同期撮影した映像を用い、画像中からレール領域を認識することで建築限界領域と障害物との離隔を計測している。 Patent Document 2 is also a device for determining a building limit by stereo measurement. For stereo measurement, images taken synchronously by two or more fixed cameras are used, and the distance between the building limit area and obstacles is measured by recognizing the rail area from the image.

なお、非特許文献1は、Semantic Segmentationという手法の調査論文であり、Semantic Segmentationに用いられる技術が記載されている。Semantic Segmentationは、画像の画素単位で、その画素が何の種類(ラベル)なのかを推定する手法であり、ラベルは予め人が決めておく必要がある。また、非特許文献2には、Semantic SegmentationのためのFully Convolutional Networksと呼ばれる深層学習法が記載されている。 In addition, Non-Patent Document 1 is a research paper of a method called Semantic Segmentation, and describes a technique used for Semantic Segmentation. Semantic Segmentation is a method of estimating what kind (label) the pixel is for each pixel of an image, and the label needs to be decided in advance by a person. Further, Non-Patent Document 2 describes a deep learning method called Fully Convolutional Networks for Semantic Segmentation.

特開2016-598号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-598 特開2017-83245号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-83245

M. Thoma、"A Survey of Semantic Segmentation"、[online]、2016年(平成28年)5月11日、[平成30年2月21日検索]、インターネット<URL: https://arxiv.org/pdf/1602.06541v2.pdf>M. Thoma, "A Survey of Semantic Segmentation", [online], May 11, 2016 (2016), [Search February 21, 2018], Internet <URL: https://arxiv.org /pdf/1602.06541v2.pdf> J. Long et al.、"Fully Convolutional Networks for Semantic Segmentation"、[online]、2015年(平成27年)3月8日、[平成30年2月21日検索]、インターネット<URL: https://arxiv.org/pdf/1411.4038v2.pdf>J. Long et al., "Fully Convolutional Networks for Semantic Segmentation", [online], March 8, 2015, [Search February 21, 2018], Internet <URL: https: / /arxiv.org/pdf/1411.4038v2.pdf> V. Kolmogorov et al., "Multi-camera Scene Reconstruction via Graph Cuts", ECCV, VOL. 3, 2002, pp. 82-96V. Kolmogorov et al., "Multi-camera Scene Reconstruction via Graph Cuts", ECCV, VOL. 3, 2002, pp. 82-96 P. J. Besl et al., "A Method for Registration of 3-D Shapes", IEEE TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE, VOL. 14, NO.2, FEBRUARY 1992, pp. 239-256P. J. Besl et al., "A Method for Registration of 3-D Shapes", IEEE TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE, VOL. 14, NO.2, FEBRUARY 1992, pp. 239-256

特許文献1では単眼ステレオ計測を用いている。この手法は装置構成がシンプルで済むが、複数のカメラでステレオ計測を行う手法に比べ、結果が不安定になりやすい。よって、ステレオ計測による誤対応(2つの画像間で同一の箇所を対応付けすることで三角測量するのがステレオ計測だが、その対応付けを異なる箇所にしてしまうこと)が起こりやすいのが問題として挙げられる。また、その誤対応の解決策としてノイズ除去があるが、対応付けに用いない領域を対応付けする領域と定めてしまったり、逆に、対応付けする領域同士を限定する処理をしていなかったりすることも問題として挙げられる。 Patent Document 1 uses monocular stereo measurement. Although this method requires a simple device configuration, the results tend to be unstable compared to the method of performing stereo measurement with multiple cameras. Therefore, the problem is that erroneous correspondence due to stereo measurement (stereo measurement is triangulation by associating the same part between two images, but the correspondence is made different) is likely to occur. Be done. In addition, there is noise removal as a solution to the mishandling, but the area not used for mapping is defined as the area to be associated, or conversely, the processing to limit the areas to be associated is not performed. That is also a problem.

特許文献2は複数のカメラでステレオ計測を行う手法のため、特許文献1の単眼ステレオ法に比べて誤対応は起こりにくい。また、隣接画素の視差(対応付けを行い、どの程度画素位置に差があるかを求めた結果)は大きく変動しないという制約を加えた大域最適化を行うことで誤対応対策も行っている。しかしながら、特許文献1と同様に、ノイズ除去において、対応付けに用いない領域を対応付けする領域と定めてしまったり、逆に、対応付けする領域同士を限定する処理をしていなかったりすることが問題として挙げられる。 Since Patent Document 2 is a method of performing stereo measurement with a plurality of cameras, erroneous correspondence is less likely to occur as compared with the monocular stereo method of Patent Document 1. In addition, countermeasures against erroneous measures are taken by performing global optimization with the constraint that the parallax of adjacent pixels (the result of associating and determining how much the pixel position is different) does not fluctuate significantly. However, as in Patent Document 1, in noise removal, an area not used for association may be defined as an area to be associated, or conversely, a process of limiting the areas to be associated may not be performed. It is mentioned as a problem.

非特許文献1、2は、あくまでも、Semantic Segmentationに関わる手法を紹介した論文であり、鉄道分野における建築限界判定を行うものではない。 Non-Patent Documents 1 and 2 are papers that introduce methods related to Semantic Segmentation, and do not determine building limits in the railway field.

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、ノイズに頑健で高精度な判定を行うことができる建築限界判定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a building limit determination device capable of making a robust and highly accurate determination against noise.

上記課題を解決する第1の発明に係る建築限界判定装置は、
レールを走行する車両に設けられ、前記車両の前方又は後方を撮像する複数のカメラと、
前記複数のカメラで撮像された画像データの画像処理を行う処理部とを有し、
前記処理部は、
前記画像データと類似した複数の画像からなる教師画像データと、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素にラベルを予め与えた教師ラベルデータとを保管するラベル教師データ部と、
機械学習による学習により、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素と前記教師ラベルデータの前記ラベルとを対応付ける学習モデルを予め作成するラベル学習部と、
同時に撮像された複数の前記画像データを用い、当該複数の画像データの各画素の画素値の情報から当該複数の画像データ間で対応する画素を計測点として探索し、各々の前記計測点までの距離を第1の距離データとしてステレオ計測により算出する距離データ算出部と、
予め用意された前記レールのマッチングデータにより前記画像データから前記レールの位置を認識し、当該位置をレール位置として算出するレール認識部と、
前記画像データの各画素に対する前記ラベルの推定を前記学習モデルにより行い、推定した前記ラベルをラベルデータとして求めるラベル推定部と、
前記画像データの各画素に対する前記ラベルデータに基づいて、前記第1の距離データのノイズ除去を行い、ノイズ除去した前記第1の距離データを第2の距離データとして求めるノイズ除去部と、
複数の地点で撮像された前記画像データについての前記第2の距離データを統合して3次元環境地図を求めると共に車両傾きを求める距離データ統合部と、
複数の地点での前記レール位置と複数の地点での前記車両傾きと固定値として与えられた静的な建築限界領域とに基づいて、前記車両に対する動的な建築限界領域を算出する建築限界領域算出部と、
前記動的な建築限界領域と前記3次元環境地図とに基づいて、前記動的な建築限界領域から最寄りの対象物までの離隔距離を算出し、離隔判定を行う離隔算出部と
を有する
ことを特徴とする。
The building limit determination device according to the first invention that solves the above problems is
A plurality of cameras provided on a vehicle traveling on rails to capture the front or rear of the vehicle, and
It has a processing unit that performs image processing of image data captured by the plurality of cameras.
The processing unit
A label teacher data unit that stores teacher image data composed of a plurality of images similar to the image data and teacher label data in which labels are given in advance to each pixel of the plurality of images of the teacher image data.
A label learning unit that preliminarily creates a learning model that associates each pixel of the plurality of images of the teacher image data with the label of the teacher label data by learning by machine learning.
Using the plurality of image data captured at the same time, the corresponding pixel among the plurality of image data is searched as a measurement point from the information of the pixel value of each pixel of the plurality of image data, and the measurement point is reached. A distance data calculation unit that calculates the distance by stereo measurement with the distance as the first distance data,
A rail recognition unit that recognizes the position of the rail from the image data based on the matching data of the rail prepared in advance and calculates the position as the rail position.
A label estimation unit that estimates the label for each pixel of the image data by the learning model and obtains the estimated label as label data.
A noise removing unit that performs noise removal of the first distance data based on the label data for each pixel of the image data and obtains the noise-removed first distance data as the second distance data.
A distance data integration unit that integrates the second distance data of the image data captured at a plurality of points to obtain a three-dimensional environment map and obtains a vehicle inclination, and a distance data integration unit.
A building limit area that calculates a dynamic building limit area for the vehicle based on the rail position at multiple points, the vehicle tilt at multiple points, and the static building limit area given as a fixed value. Calculation unit and
It has a separation calculation unit that calculates the separation distance from the dynamic building limit area to the nearest object based on the dynamic building limit area and the three-dimensional environment map, and determines the separation. It is a feature.

上記課題を解決する第2の発明に係る建築限界判定装置は、
上記第1の発明に記載の建築限界判定装置において、
前記ノイズ除去部は、前記第1の距離データのノイズ除去の際に、更に、メディアンフィルタ、ノンローカルミーンフィルタ又はジオメトリックフィルタのいずれかを用いて、ノイズ除去を行って、前記第2の距離データを求める
ことを特徴とする。
The building limit determination device according to the second invention for solving the above problems is
In the building limit determination device according to the first invention,
When removing noise from the first distance data, the noise removing unit further removes noise by using any of a median filter, a non-local mean filter, and a geometric filter, and the second distance. It is characterized by obtaining data.

上記課題を解決する第3の発明に係る建築限界判定装置は、
レールを走行する車両に設けられ、前記車両の前方又は後方を撮像する複数のカメラと、
前記複数のカメラで撮像された画像データの画像処理を行う処理部とを有し、
前記処理部は、
前記画像データと類似した複数の画像からなる教師画像データと、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素にラベルを予め与えた教師ラベルデータとを保管するラベル教師データ部と、
機械学習による学習により、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素と前記教師ラベルデータの前記ラベルとを対応付ける学習モデルを予め作成するラベル学習部と、
前記画像データの各画素に対する前記ラベルの推定を前記学習モデルにより行い、推定した前記ラベルをラベルデータとして求めるラベル推定部と、
同時に撮像された複数の前記画像データと当該複数の画像データの各画素に対する前記ラベルデータとを用い、当該複数の画像データの各画素の画素値の情報と前記ラベルデータから当該複数の画像データ間で対応する画素を計測点として探索し、各々の前記計測点までの距離を第1の距離データとしてステレオ計測により算出する距離データ算出部と、
前記画像データと当該画像データの各画素に対する前記ラベルデータとを用い、予め用意された前記レールのマッチングデータと前記ラベルデータにより前記画像データから前記レールの位置を認識し、当該位置をレール位置として算出するレール認識部と、
複数の地点で撮像された前記画像データについての前記第1の距離データを統合して3次元環境地図を求めると共に車両傾きを求める距離データ統合部と、
複数の地点での前記レール位置と複数の地点での前記車両傾きと固定値として与えられた静的な建築限界領域とに基づいて、前記車両に対する動的な建築限界領域を算出する建築限界領域算出部と、
前記動的な建築限界領域と前記3次元環境地図とに基づいて、前記動的な建築限界領域から最寄りの対象物までの離隔距離を算出し、離隔判定を行う離隔算出部と
を有する
ことを特徴とする。
The building limit determination device according to the third invention that solves the above problems is
A plurality of cameras provided on a vehicle traveling on rails to capture the front or rear of the vehicle, and
It has a processing unit that performs image processing of image data captured by the plurality of cameras.
The processing unit
A label teacher data unit that stores teacher image data composed of a plurality of images similar to the image data and teacher label data in which labels are given in advance to each pixel of the plurality of images of the teacher image data.
A label learning unit that preliminarily creates a learning model that associates each pixel of the plurality of images of the teacher image data with the label of the teacher label data by learning by machine learning.
A label estimation unit that estimates the label for each pixel of the image data by the learning model and obtains the estimated label as label data.
Using the plurality of image data captured at the same time and the label data for each pixel of the plurality of image data, the information of the pixel value of each pixel of the plurality of image data and the space between the plurality of image data from the label data. A distance data calculation unit that searches for the corresponding pixel as a measurement point and calculates the distance to each measurement point as the first distance data by stereo measurement.
Using the image data and the label data for each pixel of the image data, the position of the rail is recognized from the image data by the matching data of the rail and the label data prepared in advance, and the position is set as the rail position. The rail recognition unit to calculate and
A distance data integration unit that integrates the first distance data of the image data captured at a plurality of points to obtain a three-dimensional environment map and obtains a vehicle inclination, and a distance data integration unit.
A building limit area that calculates a dynamic building limit area for the vehicle based on the rail position at multiple points, the vehicle tilt at multiple points, and the static building limit area given as a fixed value. Calculation unit and
It has a separation calculation unit that calculates the separation distance from the dynamic building limit area to the nearest object based on the dynamic building limit area and the three-dimensional environment map, and determines the separation. It is a feature.

上記課題を解決する第4の発明に係る建築限界判定装置は、
上記第3の発明に記載の建築限界判定装置において、
前記処理部は、メディアンフィルタ、ノンローカルミーンフィルタ又はジオメトリックフィルタのいずれかを用いて、前記第1の距離データのノイズ除去を行い、ノイズ除去した前記第1の距離データを第2の距離データとして求めるノイズ除去部を更に有し、
前記距離データ統合部は、複数の地点で撮像された前記画像データについての前記第2の距離データを統合して前記3次元環境地図を求めると共に前記車両傾きを求める
ことを特徴とする。
The building limit determination device according to the fourth invention that solves the above problems is
In the building limit determination device according to the third invention,
The processing unit uses any of a median filter, a non-local mean filter, and a geometric filter to remove noise from the first distance data, and the noise-removed first distance data is used as second distance data. Further has a noise removing part to be obtained as
The distance data integration unit is characterized in that the second distance data of the image data captured at a plurality of points is integrated to obtain the three-dimensional environment map and the vehicle inclination.

上記課題を解決する第5の発明に係る建築限界判定装置は、
上記第1から第4のいずれか1つの発明に記載の建築限界判定装置において、
前記ラベル学習部は、SVM(Support Vector Machine)、Random Forest又は深層学習のいずれかを用いた前記機械学習とSemantic Segmentationとにより、前記教師画像データの前記複数の画像から各画素を中心とした局所範囲の画像を切り出し、当該局所範囲の画像から特徴量を抽出し、当該特徴量に基づいて、当該局所範囲の画像の中心の画素と前記教師ラベルデータの前記ラベルとの対応を学習して前記学習モデルを作成し、
前記ラベル推定部は、前記Semantic Segmentationと前記学習モデルとにより、前記画像データから各画素を中心とした局所範囲の画像を切り出し、当該局所範囲の画像から特徴量を抽出し、当該特徴量に基づいて、当該局所範囲の画像の中心の画素に対する前記ラベルの推定を行って、前記画像データの各画素に対する前記ラベルの推定を行う
ことを特徴とする。
The building limit determination device according to the fifth invention for solving the above problems is
In the building limit determination device according to any one of the first to fourth inventions.
The label learning unit is a local area centered on each pixel from the plurality of images of the teacher image data by the machine learning using any of SVM (Support Vector Machine), Random Forest, or deep learning and Semantic Segmentation. The image of the range is cut out, the feature amount is extracted from the image of the local range, and the correspondence between the central pixel of the image of the local range and the label of the teacher label data is learned based on the feature amount. Create a learning model and
The label estimation unit cuts out an image of a local range centered on each pixel from the image data by the Semantic Segmentation and the learning model, extracts a feature amount from the image of the local range, and bases the feature amount on the feature amount. The label is estimated for each pixel of the image data by estimating the label for the central pixel of the image in the local range.

上記課題を解決する第6の発明に係る建築限界判定装置は、
上記第5の発明に記載の建築限界判定装置において、
前記ラベル学習部及び前記ラベル推定部は、前記特徴量の抽出の際に、色特徴量、HOG(Histograms of Oriented Gradients)特徴量、SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)特徴量、BoVW(Bag of Visual Words)特徴量又はTexton特徴量のいずれか、もしくは、これらの組合せを用いる
ことを特徴とする。
The building limit determination device according to the sixth invention for solving the above problems is
In the building limit determination device according to the fifth invention,
When extracting the feature amount, the label learning unit and the label estimation unit perform a color feature amount, a HOG (Histograms of Oriented Gradients) feature amount, a SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) feature amount, and a BoVW (Bag of Visual). Words) It is characterized by using either a feature amount or a Texton feature amount, or a combination thereof.

上記課題を解決する第7の発明に係る建築限界判定装置は、
上記第1から第4のいずれか1つの発明に記載の建築限界判定装置において、
前記ラベル学習部は、FCN(Fully Convolutional Networks)を用いた前記機械学習とSemantic Segmentationとにより、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素から特徴量を抽出し、当該特徴量に基づいて、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素と前記教師ラベルデータの前記ラベルとの対応を学習して前記学習モデルを作成し、
前記ラベル推定部は、前記Semantic Segmentationと前記学習モデルとにより、前記画像データの各画素から特徴量を抽出し、当該特徴量に基づいて、前記画像データの各画素に対する前記ラベルの推定を行う
ことを特徴とする。
The building limit determination device according to the seventh invention that solves the above problems is
In the building limit determination device according to any one of the first to fourth inventions.
The label learning unit extracts a feature amount from each pixel of the plurality of images of the teacher image data by the machine learning using FCN (Fully Convolutional Networks) and Semantic Segmentation, and based on the feature amount, The learning model is created by learning the correspondence between each pixel of the plurality of images of the teacher image data and the label of the teacher label data.
The label estimation unit extracts a feature amount from each pixel of the image data by the Semantic Segmentation and the learning model, and estimates the label for each pixel of the image data based on the feature amount. It is characterized by.

上記課題を解決する第8の発明に係る建築限界判定装置は、
上記第1から第7のいずれか1つの発明に記載の建築限界判定装置において、
前記ラベル推定部は、前記ラベルの推定を行う際に、MRF(Markov Random Field)又はCRF(Conditional Random Field)を用いる
ことを特徴とする。
The building limit determination device according to the eighth invention for solving the above problems is
In the building limit determination device according to any one of the first to seventh inventions.
The label estimation unit is characterized in that an MRF (Markov Random Field) or a CRF (Conditional Random Field) is used when estimating the label.

本発明によれば、各画素に対するラベル推定により、高精度のノイズ除去を行うことができ、その結果、建築限界領域と障害物との離隔判定において、ノイズに頑健で高精度な判定を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to perform highly accurate noise removal by estimating the label for each pixel, and as a result, in determining the separation between the building limit region and the obstacle, it is possible to perform a robust and highly accurate determination on noise. Can be done.

本発明に係る建築限界判定装置の実施形態の一例を示す概略構成の上面図である。It is a top view of the schematic structure which shows an example of embodiment of the building limit determination apparatus which concerns on this invention. 図1に示した建築限界判定装置を構成する処理部の一例(実施例1)を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining an example (Embodiment 1) of the processing unit which constitutes the building limit determination apparatus shown in FIG. (a)は、ある画素を中心とした局所パッチ画像単位のラベル推定を説明する説明図、(b)は、(a)でのラベル推定の結果を説明する説明図、(c)は、(a)での画素の次の画素を中心とした局所パッチ画像単位のラベル推定を説明する説明図、(d)は、(c)でのラベル推定の結果を説明する説明図、(e)は、(c)での画素の次の画素を中心とした局所パッチ画像単位のラベル推定を説明する説明図、(f)は、(e)でのラベル推定の結果を説明する説明図である。(A) is an explanatory diagram for explaining label estimation for a local patch image unit centered on a certain pixel, (b) is an explanatory diagram for explaining the result of label estimation in (a), and (c) is (c). An explanatory diagram for explaining the label estimation of the local patch image unit centering on the pixel next to the pixel in (a), (d) is an explanatory diagram for explaining the result of label estimation in (c), and (e) is. , (C) is an explanatory diagram for explaining the label estimation of the local patch image unit centering on the pixel next to the pixel in (c), and (f) is an explanatory diagram for explaining the result of the label estimation in (e). (a)は、図1に示した建築限界判定装置で撮像された監視画像を示す図、(b)は、(a)に示した監視画像に対するラベルの一例を説明する説明図である。(A) is a diagram showing a surveillance image captured by the building limit determination device shown in FIG. 1, and (b) is an explanatory diagram illustrating an example of a label for the surveillance image shown in (a). 図2に示した処理部における建築限界判定方法の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of the building limit determination method in the processing part shown in FIG. 図1に示した建築限界判定装置を構成する処理部の他の一例(実施例2)を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining another example (Embodiment 2) of the processing part which constitutes the building limit determination apparatus shown in FIG. 図6に示した処理部における建築限界判定方法の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of the building limit determination method in the processing part shown in FIG. 図1に示した建築限界判定装置を構成する処理部の他の一例(実施例3)を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining another example (Embodiment 3) of the processing part which constitutes the building limit determination apparatus shown in FIG. 図8に示した処理部における建築限界判定方法の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of the building limit determination method in the processing part shown in FIG. 図1に示した建築限界判定装置を構成する処理部の他の一例(実施例4)を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining another example (Embodiment 4) of the processing part which constitutes the building limit determination apparatus shown in FIG. 図10に示した処理部における建築限界判定方法の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of the building limit determination method in the processing part shown in FIG.

本発明に係る建築限界判定装置について、その実施形態のいくつかを、図1~図11を参照して説明する。 Some of the embodiments of the building limit determination device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11.

[実施例1]
図1は、本実施例の建築限界判定装置の一例を示す概略構成の上面図である。また、図2は、図1に示した建築限界判定装置を構成する処理部の一例を説明するブロック図である。また、図3(a)は、ある画素を中心とした局所パッチ画像単位のラベル推定を説明する説明図、図3(b)は、図3(a)でのラベル推定の結果を説明する説明図、図3(c)は、図3(a)での画素の次の画素を中心とした局所パッチ画像単位のラベル推定を説明する説明図、図3(d)は、図3(c)でのラベル推定の結果を説明する説明図、図3(e)は、図3(c)での画素の次の画素を中心とした局所パッチ画像単位のラベル推定を説明する説明図、図3(f)は、図3(e)でのラベル推定の結果を説明する説明図である。また、図4(a)は、図1に示した建築限界判定装置で撮像された監視画像を示す図、図4(b)は、図4(a)に示した監視画像に対するラベルの一例を説明する説明図である。
[Example 1]
FIG. 1 is a top view of a schematic configuration showing an example of a building limit determination device of this embodiment. Further, FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a processing unit constituting the building limit determination device shown in FIG. 1. Further, FIG. 3A is an explanatory diagram for explaining label estimation for a local patch image unit centered on a certain pixel, and FIG. 3B is an explanatory diagram for explaining the result of label estimation in FIG. 3A. FIG. 3 (c) is an explanatory diagram illustrating label estimation for a local patch image unit centered on the pixel next to the pixel in FIG. 3 (a), and FIG. 3 (d) is FIG. 3 (c). 3 (e) is an explanatory diagram for explaining the result of label estimation in FIG. 3, and FIG. 3 (e) is an explanatory diagram for explaining label estimation for a local patch image unit centered on the pixel next to the pixel in FIG. 3 (c). (F) is an explanatory diagram illustrating the result of label estimation in FIG. 3 (e). Further, FIG. 4A is a diagram showing a surveillance image captured by the building limit determination device shown in FIG. 1, and FIG. 4B is an example of a label for the surveillance image shown in FIG. 4A. It is explanatory drawing to explain.

本実施例の建築限界判定装置は、複数のカメラによる撮像と画像処理を用いたものである。具体的には、図1に示すように、レール11を矢印Eの方向に走行する列車21(車両)に設けられた2台のカメラ22a、22bと、カメラ22a、22bで撮像された監視画像(図4(a)参照)を用い、画像処理を行って、建築限界領域と障害物との離隔判定を行う処理部30Aとを有している。なお、符号12は、電柱を表している。 The building limit determination device of this embodiment uses image pickup and image processing by a plurality of cameras. Specifically, as shown in FIG. 1, two cameras 22a and 22b provided on a train 21 (vehicle) traveling on a rail 11 in the direction of arrow E, and surveillance images captured by the cameras 22a and 22b. It has a processing unit 30A that performs image processing using (see FIG. 4A) and determines the separation between the building limit area and an obstacle. Reference numeral 12 represents a utility pole.

カメラ22a、22bは、列車21の先頭に設けられ、レール11の長手方向前方(矢印Eの方向)に向かって配置されており、この場合、カメラ22a、22bで撮像された前方の監視画像が画像処理に用いられる。カメラ22a、22bに代えて、列車21の末尾に設けられ、レール11の長手方向後方に向かって配置されたカメラ23a、23bを用いても良く、この場合、カメラ23a、23bで撮像された後方の監視画像が画像処理に用いられる。カメラ22a、22b又はカメラ23a、23bは、列車21に固定されており、列車21の移動や動揺・傾きに依存して、周囲の撮像が可能である。なお、カメラ22a、22b又はカメラ23a、23bは、複数台(2台以上)であれば良い。 The cameras 22a and 22b are provided at the head of the train 21 and are arranged toward the front in the longitudinal direction of the rail 11 (in the direction of the arrow E). In this case, the front monitoring images captured by the cameras 22a and 22b are displayed. Used for image processing. Instead of the cameras 22a and 22b, the cameras 23a and 23b provided at the end of the train 21 and arranged toward the rear in the longitudinal direction of the rail 11 may be used. In this case, the rear images captured by the cameras 23a and 23b may be used. The surveillance image of is used for image processing. The cameras 22a, 22b or the cameras 23a, 23b are fixed to the train 21, and can take an image of the surroundings depending on the movement, shaking, and tilt of the train 21. The number of cameras 22a, 22b or the cameras 23a, 23b may be a plurality (two or more).

このように、複数のカメラ22a、22b(又はカメラ23a、23b)を用いる場合、それらの相対的な位置姿勢関係は既知であるので、三角測量の原理によるステレオ計測により、対象物までの距離を直接求めることができ、設計値が有る対象物(例えば、鉄道設備など)に限らず、設計値が無い対象物(例えば、自然物など)に対しても建築限界判定を行うことができる。また、画像処理を用いる場合、計測した鉄道設備(例えば、レールなど)の認識や判別を行う面で有利であること、機器が比較的小型で安価であること、分解能や撮像速度の面で優れており、今後も発展の可能性を残していること、撮像した画像を人間が目視検査することも可能であることなどの利点がある。 As described above, when a plurality of cameras 22a and 22b (or cameras 23a and 23b) are used, their relative position-posture relationships are known. Therefore, the distance to the object can be determined by stereo measurement based on the principle of triangulation. It can be obtained directly, and the building limit can be determined not only for an object having a design value (for example, railway equipment) but also for an object without a design value (for example, a natural object). In addition, when image processing is used, it is advantageous in terms of recognizing and discriminating measured railway equipment (for example, rails), the equipment is relatively small and inexpensive, and it is excellent in terms of resolution and imaging speed. It has the advantages that it has the potential for future development and that it is possible for humans to visually inspect the captured images.

更に、本実施例の建築限界判定装置では、画像中の各画素の種類(ラベル)の推定をSemantic Segmentationにより行っている。本実施例におけるSemantic Segmentationでは、非特許文献1で述べられているように、各画素を中心とした小さな矩形の局所範囲の画像(局所パッチ画像)を抽出し、その局所パッチ画像のラベル推定を行うことで、各画素のラベルの取得を実現している。 Further, in the building limit determination device of this embodiment, the type (label) of each pixel in the image is estimated by Semantic Segmentation. In Semantic Segmentation in this embodiment, as described in Non-Patent Document 1, an image (local patch image) of a small rectangular local range centered on each pixel is extracted, and the label estimation of the local patch image is performed. By doing so, it is possible to acquire the label of each pixel.

そのため、上述した処理部30Aは、図2に示すように、ラベル教師データ部31と、ラベル学習部32Aと、監視画像入力部41と、距離データ算出部42Aと、レール認識部43Aと、ラベル推定部44Aと、ノイズ除去部45Aと、距離データ統合部46と、建築限界領域算出部47と、離隔算出部48と、記憶部49とを有している。 Therefore, as shown in FIG. 2, the above-mentioned processing unit 30A includes a label teacher data unit 31, a label learning unit 32A, a monitoring image input unit 41, a distance data calculation unit 42A, a rail recognition unit 43A, and a label. It has an estimation unit 44A, a noise removal unit 45A, a distance data integration unit 46, a building limit area calculation unit 47, a separation calculation unit 48, and a storage unit 49.

ラベル教師データ部31では、想定される撮像画像と類似した特徴を持つ十分な数の画像群からなる教師画像データD1と、教師画像データD1の画像群の各画素に手動もしくは何かしらの方法でラベルを与えた教師ラベルデータD2とを保管している。 In the label teacher data unit 31, the teacher image data D1 composed of a sufficient number of image groups having characteristics similar to the assumed captured image and each pixel of the image group of the teacher image data D1 are manually or somehow labeled. The teacher label data D2 given the above is stored.

上述したラベルは予め決めておく必要があり、鉄道設備においては、標識やレールなど、下記の表1に例示されたものがラベルとして使用される。 The above-mentioned labels need to be determined in advance, and in railway equipment, signs, rails, and the like exemplified in Table 1 below are used as labels.

Figure 0007020322000001
Figure 0007020322000001

ラベル学習部32Aでは、ラベル教師データ部31にある教師画像データD1と教師ラベルデータD2とを使用し、機械学習アルゴリズムの教師あり学習により学習して、教師画像データD1の画像群の各画素と教師ラベルデータD2のラベルとを対応付ける学習モデルD3Aを予め作成しており、作成した学習モデルD3Aを記憶部49へ保管している。 In the label learning unit 32A, the teacher image data D1 and the teacher label data D2 in the label teacher data unit 31 are used, and learning is performed by supervised learning of a machine learning algorithm, and each pixel of the image group of the teacher image data D1 is used. A learning model D3A associated with the label of the teacher label data D2 is created in advance, and the created learning model D3A is stored in the storage unit 49.

具体的には、後述する機械学習と上述したSemantic Segmentationとにより、教師画像データD1の画像群の各画素を中心とした局所パッチ画像を切り出し、切り出した局所パッチ画像から特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて、局所パッチ画像の中心の画素と各画素に予めつけた教師ラベルデータD2のラベルとの対応を学習して、特徴量の入力に対してラベルを出力する関数を定義することにより、教師画像データD1の画像群の各画素と教師ラベルデータD2のラベルとを対応付ける学習モデルD3Aを作成している。 Specifically, by machine learning described later and Semantic Segmentation described above, a local patch image centered on each pixel of the image group of the teacher image data D1 is cut out, and a feature amount is extracted from the cut out local patch image and extracted. Based on the feature amount, learn the correspondence between the central pixel of the local patch image and the label of the teacher label data D2 attached to each pixel in advance, and define a function to output the label for the input of the feature amount. As a result, a learning model D3A that associates each pixel of the image group of the teacher image data D1 with the label of the teacher label data D2 is created.

ラベル学習部32Aにおいて、特徴量の抽出には、各画素の色をそのまま用いる色特徴量、画素値の勾配のヒストグラムを用いるHOG(Histograms of Oriented Gradients)特徴量、画像に写る対象のスケールや向きに頑健な特徴であるSIFT(Scale-Invariant Feature Transform)特徴量、HOG特徴量やSIFT特徴量がどの程度含まれているかをベクトル量子化し、ヒストグラムで特徴を表現するBoVW(Bag of Visual Words)特徴量、畳み込みニューラルネットワークと呼ばれるCNNs(Convolutional Neural Networks)で抽出するTexton特徴量のいずれか、もしくは、これらの組合せを用いる。 In the label learning unit 32A, the feature amount is extracted by using the color of each pixel as it is, the HOG (Histograms of Oriented Gradients) feature amount using the histogram of the gradient of the pixel value, and the scale and orientation of the object to be reflected in the image. BoVW (Bag of Visual Words) features that vector-quantify the extent to which SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) features, HOG features, and SIFT features are included, and express the features in a histogram. Either the amount, the Specton features extracted by CNNs (Convolutional Neural Networks) called convolutional neural networks, or a combination of these is used.

また、機械学習アルゴリズムには、教師あり学習を用いた識別器であり、カーネル法による非線形判別が可能なSVM(Support Vector Machine)、複数の決定木を用いて汎化性の高い分類を行えるRandom Forest、高い表現能力と汎化能力を持つ深層学習のいずれかを用いる。 In addition, the machine learning algorithm is a classifier using supervised learning, SVM (Support Vector Machine) capable of non-linear discrimination by the kernel method, and Random that can perform highly generalized classification using multiple decision trees. Use either Forest, deep learning with high expressiveness and generalization ability.

監視画像入力部41では、前方の複数のカメラ22a、22b(又は後方の複数のカメラ23a、23b)で撮像された前方の(又は後方の)監視画像データD11を記憶部49へ入力している。このとき、列車21のレール11上での位置を示すキロ程情報(又はキロ程位置)と対応付けて、監視画像データD11を入力しても良い。 The surveillance image input unit 41 inputs the front (or rear) surveillance image data D11 captured by the front plurality of cameras 22a, 22b (or the rear rear plurality of cameras 23a, 23b) to the storage unit 49. .. At this time, the monitoring image data D11 may be input in association with the kilometer information (or the kilometer position) indicating the position of the train 21 on the rail 11.

距離データ算出部42Aでは、同時に撮像された複数(2枚もしくはそれ以上)の監視画像データD11を使用して、ステレオ対応(複数の画像間で対応する画素を計測点として探索すること)を行い、このステレオ対応により探索した計測点の三角測量を行うことにより、ステレオ計測を行っており、これにより、障害物を含む対象物までの距離データD12A(第1の距離データ)を算出し、算出した距離データD12Aを記憶部49へ保管している。 The distance data calculation unit 42A performs stereo support (searching for corresponding pixels among a plurality of images as measurement points) using a plurality of (two or more) monitoring image data D11 captured at the same time. , Stereo measurement is performed by performing triangular measurement of the measurement points searched by this stereo correspondence, and by this, the distance data D12A (first distance data) to the object including the obstacle is calculated and calculated. The distance data D12A is stored in the storage unit 49.

つまり、この距離データ算出部42Aでは、同時に撮像された複数の監視画像データD11の各画素の画素値の情報(例えば、色情報や輝度情報など)を用いて、これらの監視画像データD11間で対応する画素を計測点として探索し、探索した各々の計測点までの距離に対する三角測量を行っており、これらの処理の際には、ブロックマッチングと呼ばれる手法とグラフカットと呼ばれる手法(非特許文献3)を用いている。 That is, in the distance data calculation unit 42A, the information of the pixel value of each pixel of the plurality of surveillance image data D11 captured at the same time (for example, color information, brightness information, etc.) is used between the surveillance image data D11. The corresponding pixel is searched as a measurement point, and triangular measurement is performed for the distance to each searched measurement point. In these processes, a method called block matching and a method called graph cut (non-patent documents). 3) is used.

具体的には、ブロックマッチングを用いて、カメラ22a、22b(又はカメラ23a、23b)の一方のカメラの監視画像データD11のある注目画素の周辺の画素と類似する領域を、他方のカメラの監視画像データD11から探索し、この注目画素を計測点とした三角測量の原理を用いたステレオ計測により、距離データD12Aを算出する。監視画像データD11上の注目画素周辺に特徴的なテクスチャが無い場合には、グラフカットを用いて、注目画素の推定距離データが周辺の推定距離データと比較して大きく異ならないように、ペナルティ項により距離データD12Aを最適化する。このブロックマッチングとグラフカットを用いることにより、エッジ検出や2値化処理、塊検出に依らず、監視画像データD11から平滑性を考慮した距離データD12Aの算出が可能となる。 Specifically, using block matching, the area similar to the pixels around the pixel of interest of the surveillance image data D11 of one of the cameras 22a, 22b (or the cameras 23a, 23b) is monitored by the other camera. The distance data D12A is calculated by searching from the image data D11 and performing stereo measurement using the principle of triangular measurement with the pixel of interest as the measurement point. When there is no characteristic texture around the pixel of interest on the surveillance image data D11, a penalty term is used so that the estimated distance data of the pixel of interest does not differ significantly from the estimated distance data of the periphery. Optimizes the distance data D12A. By using this block matching and graph cut, it is possible to calculate the distance data D12A in consideration of smoothness from the monitoring image data D11 regardless of edge detection, binarization processing, and block detection.

レール認識部43Aでは、監視画像データD11を使用して、予め用意されたレール11のマッチングデータにより監視画像データD11からレール11の位置を認識し、当該位置をレール位置D13として算出し、そのレール位置D13を記憶部49へ保管している。 The rail recognition unit 43A recognizes the position of the rail 11 from the monitoring image data D11 by using the monitoring image data D11 and the matching data of the rail 11 prepared in advance, calculates the position as the rail position D13, and calculates the position as the rail position D13. The position D13 is stored in the storage unit 49.

具体的には、マッチングデータとして、レール11のテンプレート画像データやレール11の輝度値の基準分布データ(基準レール輝度分布データ)を予め用意しておく。そして、監視画像データD11において、その任意の横ライン(枕木方向のライン)の領域について、レール11のテンプレート画像データや基準レール輝度分布データを用いて、ラスタスキャンによるマッチングを行い、最もマッチングする位置をレール位置D13として算出する。このようにして、監視画像データD11におけるレール11の位置を認識しており、監視画像データD11からレール位置D13を正確に検出することが可能となる。 Specifically, as matching data, template image data of the rail 11 and reference distribution data (reference rail brightness distribution data) of the brightness value of the rail 11 are prepared in advance. Then, in the monitoring image data D11, the area of the arbitrary horizontal line (line in the sleeper direction) is matched by raster scanning using the template image data of the rail 11 and the reference rail brightness distribution data, and the most matching position is performed. Is calculated as the rail position D13. In this way, the position of the rail 11 in the monitoring image data D11 is recognized, and the rail position D13 can be accurately detected from the monitoring image data D11.

ラベル推定部44Aでは、監視画像データD11の各画素に対するラベルの推定を学習モデルD3Aにより行い、推定したラベルをラベルデータD14として求め、求めたラベルデータD14を記憶部49へ保管している。 The label estimation unit 44A estimates the label for each pixel of the monitoring image data D11 by the learning model D3A, obtains the estimated label as the label data D14, and stores the obtained label data D14 in the storage unit 49.

具体的には、上述したSemantic Segmentationと記憶部49にある学習モデルD3Aとにより、監視画像データD11から各画素を中心とした局所パッチ画像を切り出し、切り出した局所パッチ画像から特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて、局所パッチ画像の中心の画素に対するラベルの推定を行い、当該画素に対する各ラベルの確率(尤度)を求め、各画素において確率が高いラベルを各画素に対するラベルとしてラベルデータD14を求めている。 Specifically, the above-mentioned Semantic Segmentation and the learning model D3A in the storage unit 49 are used to cut out a local patch image centered on each pixel from the monitoring image data D11, and extract a feature amount from the cut out local patch image. Based on the extracted feature amount, the label for the central pixel of the local patch image is estimated, the probability (probability) of each label for the pixel is obtained, and the label with high probability in each pixel is labeled as the label for each pixel. We are looking for data D14.

ここで、図3(a)~(f)を参照して、Semantic Segmentationを用いた局所パッチ画像単位でのラベル推定の一例を説明する。 Here, an example of label estimation for each local patch image using Semantic Segmentation will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (f).

ラベル推定部44Aでは、図3(a)に示すように、画像中のある画素PX1を中心とした3×3画素の領域を局所パッチ画像として切り出し、この局所パッチ画像のラベル推定を行い、画素PX1の各ラベルの確率を求め、図3(b)に示すように、確率が高いラベルを画素PX1のラベル推定結果として取得する。そして、図3(c)~(f)に示すように、画素PX1の次の画素PX2、画素PX2の次の画素PX3などと、順次、各画素を中心とした局所パッチ画像毎にラベル推定を行い、各画素に対する各ラベルの確率を求め、確率が高いラベルを各画素のラベル推定結果として取得していくことで、画像全体のラベル推定が可能になる。なお、ここでは、説明のため、局所パッチのサイズを3×3画素の領域としたが、局所パッチのサイズは状況に合わせて変えても良い。 As shown in FIG. 3A, the label estimation unit 44A cuts out a 3 × 3 pixel region centered on a certain pixel PX1 in the image as a local patch image, performs label estimation of this local patch image, and performs pixel estimation. The probability of each label of PX1 is obtained, and as shown in FIG. 3B, a label having a high probability is acquired as a label estimation result of pixel PX1. Then, as shown in FIGS. 3 (c) to 3 (f), label estimation is sequentially performed for each local patch image centered on each pixel, such as pixel PX2 next to pixel PX1 and pixel PX3 next to pixel PX2. By performing this, the probability of each label for each pixel is obtained, and the label having a high probability is acquired as the label estimation result of each pixel, the label of the entire image can be estimated. Here, for the sake of explanation, the size of the local patch is set to the area of 3 × 3 pixels, but the size of the local patch may be changed according to the situation.

更に、図4(a)、(b)を参照して、監視画像に対するラベル推定の具体例を説明する。 Further, a specific example of label estimation for the monitored image will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b).

図1で示したように、2台のカメラ22a、22bを用いて、レール11の長手方向前方(矢印Eの方向)を撮像すると、図4(a)に示すように、前方の監視画像が撮像される。この監視画像では、一例として、前方のレール11、電柱12、地面13、空14が撮像されている。このような監視画像について、表1に例示したラベルを用いて、ラベル推定部44Aでラベル推定を行うと、図4(b)に示すように、レール11には「レール」、電柱12には「電柱」、地面13には「地面」、空14には「空」のラベルが各々取得されることになる。 As shown in FIG. 1, when two cameras 22a and 22b are used to take an image of the front of the rail 11 in the longitudinal direction (direction of arrow E), as shown in FIG. 4A, the front monitoring image is displayed. It is imaged. In this surveillance image, as an example, the front rail 11, the utility pole 12, the ground 13, and the sky 14 are imaged. When label estimation is performed by the label estimation unit 44A using the labels exemplified in Table 1 for such a monitoring image, as shown in FIG. 4B, the rail 11 is a “rail” and the utility pole 12 is a “rail”. Labels of "telephone pole", "ground" on the ground 13, and "sky" on the sky 14 will be obtained.

このようなラベル推定部44Aにおいて、特徴量の抽出には、ラベル学習部32Aと同様に、色特徴量、HOG特徴量、SIFT特徴量、BoVW特徴量、Texton特徴量のいずれか、もしくは、これらの組合せを用いる。更には、ラベル推定を高精度化する後処理として、非特許文献1で述べられているように、付近の画素との整合性を見るMRF(Markov Random Field)やCRF(Conditional Random Field)といった手法を用いても良い。 In such a label estimation unit 44A, for extracting the feature amount, any one of the color feature amount, the HOG feature amount, the SIFT feature amount, the BoVW feature amount, and the Texton feature amount, or these, as in the label learning unit 32A. Use the combination of. Furthermore, as post-processing to improve the accuracy of label estimation, as described in Non-Patent Document 1, methods such as MRF (Markov Random Field) and CRF (Conditional Random Field) for checking the consistency with nearby pixels. May be used.

つまり、ラベル推定部44Aでは、局所パッチ画像単位の特徴量の抽出、学習モデルによるラベル推定及び後処理を行っており、これらの処理により、各画素のラベル推定を高精度で行うことができる。 That is, the label estimation unit 44A performs extraction of the feature amount of the local patch image unit, label estimation by the learning model, and post-processing, and the label estimation of each pixel can be performed with high accuracy by these processes.

ノイズ除去部45Aでは、監視画像データD11の各画素のラベルデータD14に基づいて、距離データD12Aのノイズ除去を行い、ノイズ除去した距離データD12Aを距離データD15(第2の距離データ)として記憶部49へ保管している。 The noise removing unit 45A removes noise from the distance data D12A based on the label data D14 of each pixel of the monitoring image data D11, and stores the noise-removed distance data D12A as the distance data D15 (second distance data). Stored at 49.

具体的には、同時に撮像した複数の監視画像データD11の各画素のラベルデータD14を用いて、各画素の距離データD12Aについて、ノイズ除去を行っている。例えば、ある画素にラベルデータD14として「空」というラベルがついた場合、空が障害物となることはないため、その距離データD12Aをノイズとして除去することになる。そして、ノイズ除去後の距離データD15が建築限界判定に用いられることになる。 Specifically, noise is removed from the distance data D12A of each pixel by using the label data D14 of each pixel of the plurality of monitoring image data D11 captured at the same time. For example, when a certain pixel is labeled as "sky" as the label data D14, the distance data D12A is removed as noise because the sky does not become an obstacle. Then, the distance data D15 after noise removal will be used for the building limit determination.

なお、ここでは、表1に示した静的な障害物以外はノイズとして除去することを想定しているが、動的な障害物は除去しないなど、ラベル単位で計測対象物とするか又はノイズとするかを決めることもできる。また、ノイズ除去の際には、上述したラベルデータD14に基づくノイズ除去に加えて、画像処理における一般的なノイズ除去手法であるメディアンフィルタ、ノンローカルミーンフィルタ、距離データの塊具合を評価し、孤立する点を除去するジオメトリックフィルタのいずれかによるノイズ除去も行っても良い。また、ノイズ除去を高精度化する後処理として、上述したMRFやCRFといった手法を用いても良い。 Here, it is assumed that noise other than the static obstacles shown in Table 1 is removed, but dynamic obstacles are not removed, and the measurement target is made in label units or noise. You can also decide whether to do it. Further, in the case of noise removal, in addition to the noise removal based on the label data D14 described above, the median filter, the non-local mean filter, and the lumpiness of the distance data, which are general noise removal methods in image processing, are evaluated. Noise removal may also be performed by any of the geometric filters that remove the isolated points. Further, as the post-processing for improving the accuracy of noise removal, the above-mentioned methods such as MRF and CRF may be used.

距離データ統合部46では、各々異なる地点で撮像した監視画像データD11から算出した距離データD15の全て(全距離データD15)を使用し、ICP(Iterative Closest Point)アルゴリズムと呼ばれる手法(非特許文献4)を用いて距離統合を行い、3次元環境地図データD16と各撮像地点での車両位置姿勢データD17を求め、その3次元環境地図データD16と車両位置姿勢データD17を記憶部49へ保管している。 The distance data integration unit 46 uses all of the distance data D15 (total distance data D15) calculated from the surveillance image data D11 captured at different points, and uses a method called an ICP (Iterative Closest Point) algorithm (Non-Patent Document 4). ) Is used to integrate the distance, obtain the three-dimensional environment map data D16 and the vehicle position / attitude data D17 at each imaging point, and store the three-dimensional environment map data D16 and the vehicle position / attitude data D17 in the storage unit 49. There is.

具体的には、ある地点で撮像された監視画像データD11を基準とし、基準となる監視画像データD11の複数の点を抽出して、複数の点の3次元座標を初期値とし、次に、異なる地点で撮像された統合対象の監視画像データD11において、上記複数の点に対応する点を求め、ICPアルゴリズムを用いて、2つの監視画像データD11において、対応する点同士の位置合わせを行って、2つの監視画像データD11を統合する。これを、全ての監視画像データD11に対して行うことにより、全距離データD15が統合されることになり、3次元環境地図データD16を求めることになる。 Specifically, the surveillance image data D11 captured at a certain point is used as a reference, a plurality of points of the reference surveillance image data D11 are extracted, the three-dimensional coordinates of the plurality of points are used as initial values, and then the three-dimensional coordinates of the plurality of points are used as initial values. In the monitored image data D11 of the integrated target captured at different points, the points corresponding to the above-mentioned plurality of points are obtained, and the corresponding points are aligned in the two monitored image data D11 using the ICP algorithm. The two surveillance image data D11 are integrated. By doing this for all the surveillance image data D11, the all-distance data D15 will be integrated, and the three-dimensional environment map data D16 will be obtained.

つまり、距離データ統合部46では、判定対象区間全域で建築限界判定を行うために、各々異なる地点で撮像した監視画像データD11から算出した全距離データD15を統合しており、これにより、3次元の地図である3次元環境地図データD16を求めている。このようにして求めた3次元環境地図データD16では、設計値が無い対象物(例えば、自然物)についても把握可能となる。 That is, in the distance data integration unit 46, in order to determine the building limit in the entire determination target section, the total distance data D15 calculated from the monitoring image data D11 captured at different points is integrated, thereby three-dimensionally. The three-dimensional environment map data D16, which is a map of the above, is obtained. With the three-dimensional environment map data D16 obtained in this way, it is possible to grasp an object (for example, a natural object) having no design value.

また、ICPアルゴリズムを用いて、距離データD15の統合(位置合わせ)を行うと、距離データD15同士の相対的な位置姿勢を求めることになるので、この位置姿勢が分かることにより、撮像毎の列車21の車両位置姿勢データD17(進行量や速度、車両傾き)も求めることになる。この車両傾きは建築限界領域を定める上で非常に重要な要素となる。 Further, when the distance data D15 is integrated (aligned) using the ICP algorithm, the relative position / orientation of the distance data D15 is obtained. Therefore, by knowing this position / orientation, the train for each imaging is performed. The vehicle position / attitude data D17 (traveling amount, speed, vehicle tilt) of 21 is also obtained. This vehicle inclination is a very important factor in determining the building limit area.

なお、ICPアルゴリズムは反復計算により解を求める手法であり、結果が初期値に依存する。そのため、正しい初期値を設定することが必要であるが、ここでは、車両21がレール11上しか移動しないことを利用することで、良い初期値を設定することが容易になる。 The ICP algorithm is a method of finding a solution by iterative calculation, and the result depends on the initial value. Therefore, it is necessary to set a correct initial value, but here, by utilizing the fact that the vehicle 21 moves only on the rail 11, it becomes easy to set a good initial value.

建築限界領域算出部47では、複数の撮像地点でのレール位置D13と、複数の撮像地点での車両位置姿勢データD17(複数の撮像地点での車両傾き)と、予め固定値として与えられた静的な建築限界領域とを用いて、建築限界領域データD18を算出し、その建築限界領域データD18を記憶部49へ保管している。つまり、列車21に対する動的な建築限界領域データD18の算出が可能となる。 In the building limit area calculation unit 47, the rail position D13 at a plurality of imaging points, the vehicle position / attitude data D17 at a plurality of imaging points (vehicle tilt at a plurality of imaging points), and static values given in advance as fixed values are set. Building limit area data D18 is calculated using a specific building limit area, and the building limit area data D18 is stored in the storage unit 49. That is, it is possible to calculate the dynamic building limit area data D18 for the train 21.

離隔算出部48では、3次元環境地図データD16と建築限界領域データD18を用いて、これらのデータ間の離隔距離を算出し、その離隔距離を離隔データD19として記憶部49へ保管している。例えば、3次元環境地図データD16内に障害物がある場合には、車両傾きを考慮した建築限界領域データD18から該当する障害物までの離隔距離を算出することになる。このようにして、障害物への離隔データD19を算出することにより、建築限界領域と障害物との離隔判定を行うことができ、ノイズに頑健な離隔判定が可能となる。 The separation calculation unit 48 calculates the separation distance between these data using the three-dimensional environment map data D16 and the building limit area data D18, and stores the separation distance as the separation data D19 in the storage unit 49. For example, when there is an obstacle in the three-dimensional environment map data D16, the separation distance from the building limit area data D18 considering the vehicle inclination to the corresponding obstacle is calculated. By calculating the separation data D19 to the obstacle in this way, the separation determination between the building limit region and the obstacle can be performed, and the separation determination robust to noise becomes possible.

記憶部49では、上述した学習モデルD3A、監視画像データD11、距離データD12A、レール位置D13、ラベルデータD14、距離データD15、3次元環境地図データD16、車両位置姿勢データD17、建築限界領域データD18、離隔データD19を保管している。 In the storage unit 49, the above-mentioned learning model D3A, monitoring image data D11, distance data D12A, rail position D13, label data D14, distance data D15, three-dimensional environment map data D16, vehicle position / attitude data D17, building limit area data D18. , The separation data D19 is stored.

次に、上述した構成を有する本実施例の建築限界判定装置について、その建築限界判定方法の手順を、図5を参照して説明をする。ここで、図5は、図2に示した処理部における建築限界判定方法の一例を説明するフローチャートである。なお、ラベル推定には学習モデルD3Aが必要であるので、事前に学習モデルD3Aは用意されているものとする。 Next, regarding the building limit determination device of the present embodiment having the above-described configuration, the procedure of the building limit determination method will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a building limit determination method in the processing unit shown in FIG. 2. Since the learning model D3A is required for label estimation, it is assumed that the learning model D3A is prepared in advance.

(ステップS1)
監視画像入力部41は、前方の複数のカメラ22a、22b(又は後方の複数のカメラ23a、23b)で撮像された前方の(又は後方の)監視画像データD11を入力する。
(Step S1)
The surveillance image input unit 41 inputs front (or rear) surveillance image data D11 captured by a plurality of front cameras 22a and 22b (or a plurality of rear cameras 23a and 23b).

(ステップS2)
距離データ算出部42Aは、入力された監視画像データD11を使用し、ステレオ計測と共に上述したブロックマッチングとグラフカットの手法により、対象物の距離データD12Aを算出する。
(Step S2)
The distance data calculation unit 42A uses the input monitoring image data D11 to calculate the distance data D12A of the object by the block matching and graph cut methods described above together with the stereo measurement.

(ステップS3)
レール認識部43Aは、入力された監視画像データD11を使用し、上述したマッチングデータを用いたマッチングにより、レール認識を行って、レール位置D13を算出する。
(Step S3)
The rail recognition unit 43A uses the input monitoring image data D11, performs rail recognition by matching using the matching data described above, and calculates the rail position D13.

(ステップS4A)
ラベル推定部44Aは、入力された監視画像データD11と学習モデルD3Aを使用し、上述したSemantic Segmentationによるラベル推定により、各画素のラベルデータD14を取得する。
(Step S4A)
The label estimation unit 44A uses the input monitoring image data D11 and the learning model D3A, and acquires the label data D14 of each pixel by the label estimation by the Semantic Segmentation described above.

(ステップS5)
ノイズ除去部45Aは、監視画像データD11の各画素のラベルデータD14に基づいて、距離データD12Aのノイズ除去を行い、距離データD15として取得する。
(Step S5)
The noise removing unit 45A removes noise from the distance data D12A based on the label data D14 of each pixel of the monitoring image data D11, and acquires it as the distance data D15.

(ステップS6)
処理部30Aは、前方の複数のカメラ22a、22b(又は後方の複数のカメラ23a、23b)による撮像が終了した場合にはステップS8へ進み、撮像が終了していない場合には、ステップS7へ進む。
(Step S6)
The processing unit 30A proceeds to step S8 when the imaging by the front plurality of cameras 22a and 22b (or the rearward plurality of cameras 23a and 23b) is completed, and proceeds to step S7 when the imaging is not completed. move on.

(ステップS7)
撮像が終了していない場合には、前方の複数のカメラ22a、22b(又は後方の複数のカメラ23a、23b)で新しく撮像された前方の(又は後方の)監視画像データD11を入力し(監視画像入力部41)、ステップS2へ戻る。つまり、撮像が終了するまで、ステップS2~S7が繰り返し実施され、各々異なる地点から撮像された監視画像データD11について、距離データD12A、レール位置D13、ラベルデータD14、距離データD15が求められる。
(Step S7)
If the imaging is not completed, the front (or rear) surveillance image data D11 newly captured by the front multiple cameras 22a, 22b (or the rear multiple cameras 23a, 23b) is input (monitoring). Image input unit 41) returns to step S2. That is, steps S2 to S7 are repeatedly executed until the imaging is completed, and the distance data D12A, the rail position D13, the label data D14, and the distance data D15 are obtained for the monitoring image data D11 imaged from different points.

(ステップS8)
距離データ統合部46は、各々の監視画像データD11から算出した全距離データD15を、上述したICPアルゴリズムを用いて統合して、3次元環境地図データD16を求めると共に、車両位置姿勢データD17を求める。
(Step S8)
The distance data integration unit 46 integrates the total distance data D15 calculated from each monitoring image data D11 using the ICP algorithm described above to obtain the three-dimensional environment map data D16 and the vehicle position / attitude data D17. ..

(ステップS9)
建築限界領域算出部47は、レール位置D13と車両位置姿勢データD17(車両傾き)と静的な建築限界領域とに基づき、建築限界領域データD18を算出する。
(Step S9)
The building limit area calculation unit 47 calculates the building limit area data D18 based on the rail position D13, the vehicle position / attitude data D17 (vehicle inclination), and the static building limit area.

(ステップS10)
離隔算出部48は、各地点における建築限界領域データD18から最寄りの障害物(例えば、電柱12)までの離隔距離を離隔データD19として算出する。そして、算出した離隔データD19に基づいて、建築限界領域と障害物との離隔判定を行う。
(Step S10)
The separation calculation unit 48 calculates the separation distance from the building limit area data D18 at each point to the nearest obstacle (for example, the utility pole 12) as the separation data D19. Then, based on the calculated separation data D19, the separation determination between the building limit area and the obstacle is performed.

以上説明したように、本実施例の建築限界判定装置は、当初算出した各画素の距離データD12Aに対して、当該画素のラベルデータD14のラベルに基づいたノイズ除去ができるので、単純な外れ値を除去するといったノイズ除去手法よりも高精度なノイズ除去が可能である。その結果、建築限界領域と障害物との離隔判定において、ノイズに頑健で高精度な判定を行うことができる。 As described above, the building limit determination device of the present embodiment can remove noise based on the label of the label data D14 of the pixel for the distance data D12A of each pixel initially calculated, so that it is a simple outlier. It is possible to remove noise with higher accuracy than the noise removal method such as removing noise. As a result, in the determination of the separation between the building limit area and the obstacle, it is possible to make a robust and highly accurate determination against noise.

また、画像に合わせて、ラベル推定に用いる局所パッチ画像のサイズ、特徴量、識別器を選ぶことで、その画像に特化した処理を行うことができ、全て学習するよりも頑健にラベル推定を行うことができる。 In addition, by selecting the size, feature amount, and classifier of the local patch image used for label estimation according to the image, it is possible to perform processing specialized for that image, and label estimation is more robust than learning all. It can be carried out.

[実施例2]
本実施例の建築限界判定装置について、図6及び図7を参照して説明を行う。ここで、図6は、図1に示した建築限界判定装置を構成する処理部の他の一例を説明するブロック図である。また、図7は、図6に示した処理部における建築限界判定方法の一例を説明するフローチャートである。
[Example 2]
The building limit determination device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. Here, FIG. 6 is a block diagram illustrating another example of the processing unit constituting the building limit determination device shown in FIG. 1. Further, FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a building limit determination method in the processing unit shown in FIG.

本実施例の建築限界判定装置は、基本的には、実施例1で説明した建築限界判定装置と同等の構成であるが、本実施例の建築限界判定装置の処理部30Bの一部の構成が、実施例1の建築限界判定装置の処理部30Aと相違している。そのため、本実施例において、実施例1に示した構成と同等のものには同じ符号を付し、実施例1と重複する説明は省略する。 The building limit determination device of this embodiment basically has the same configuration as the building limit determination device described in the first embodiment, but has a partial configuration of the processing unit 30B of the building limit determination device of this embodiment. However, it is different from the processing unit 30A of the building limit determination device of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, the same reference numerals are given to the configurations equivalent to those shown in the first embodiment, and the description overlapping with the first embodiment will be omitted.

本実施例の建築限界判定装置は、図1及び図2に示した処理部30Aに代えて、図6に示す処理部30Bを用いている。この処理部30Bは、図6に示すように、ラベル教師データ部31と、ラベル学習部32Bと、監視画像入力部41と、距離データ算出部42Aと、レール認識部43Aと、ラベル推定部44Bと、ノイズ除去部45Aと、距離データ統合部46と、建築限界領域算出部47と、離隔算出部48と、記憶部49とを有している。 The building limit determination device of this embodiment uses the processing unit 30B shown in FIG. 6 instead of the processing unit 30A shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 6, the processing unit 30B includes a label teacher data unit 31, a label learning unit 32B, a monitoring image input unit 41, a distance data calculation unit 42A, a rail recognition unit 43A, and a label estimation unit 44B. It has a noise removing unit 45A, a distance data integration unit 46, a building limit area calculation unit 47, a separation calculation unit 48, and a storage unit 49.

つまり、本実施例における処理部30Bは、実施例1における処理部30Aとは、ラベル学習部32B及びラベル推定部44Bに相違がある。一方、本実施例におけるラベル教師データ部31、監視画像入力部41、距離データ算出部42A、レール認識部43A、ノイズ除去部45A、距離データ統合部46、建築限界領域算出部47、離隔算出部48及び記憶部49については、実施例1における構成と同等である。 That is, the processing unit 30B in the present embodiment is different from the processing unit 30A in the first embodiment in the label learning unit 32B and the label estimation unit 44B. On the other hand, in this embodiment, the label teacher data unit 31, the monitoring image input unit 41, the distance data calculation unit 42A, the rail recognition unit 43A, the noise removal unit 45A, the distance data integration unit 46, the building limit area calculation unit 47, and the separation calculation unit. The structure of the 48 and the storage unit 49 is the same as that of the first embodiment.

処理部30Bにおいて、ラベル学習部32Bでは、ラベル教師データ部31にある教師画像データD1と教師ラベルデータD2とを使用し、機械学習アルゴリズムの教師あり学習により学習して、教師画像データD1の画像群の各画素と教師ラベルデータD2のラベルとを対応付ける学習モデルD3Bを作成しており、作成した学習モデルD3Bを記憶部49へ保管している。 In the processing unit 30B, the label learning unit 32B uses the teacher image data D1 and the teacher label data D2 in the label teacher data unit 31 and learns by the supervised learning of the machine learning algorithm, and the image of the teacher image data D1. A learning model D3B that associates each pixel of the group with the label of the teacher label data D2 is created, and the created learning model D3B is stored in the storage unit 49.

ラベル学習部32Bにおいて、機械学習アルゴリズムには、非特許文献1、2にあるように、画像の各画素の情報(例えば、色情報)を直接入力し、各画素に対して直接ラベルを推定することができるFCN(Fully Convolutional Networks)と呼ばれる深層学習の手法を用いている。 In the label learning unit 32B, as described in Non-Patent Documents 1 and 2, information (for example, color information) of each pixel of the image is directly input to the machine learning algorithm, and the label is directly estimated for each pixel. A deep learning method called FCN (Fully Convolutional Networks) is used.

具体的には、上述したFCNとSemantic Segmentationとにより、教師画像データD1の画像群の各画素から特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて、教師画像データD1の画像群の各画素と各画素に予めつけた教師ラベルデータD2のラベルとの対応を学習して、特徴量の入力に対してラベルを出力する関数を定義することにより、教師画像データD1の画像群の各画素と教師ラベルデータD2のラベルとを対応付ける学習モデルD3Bを作成している。つまり、実施例1におけるラベル学習部32Aとは異なり、局所パッチ画像の切り出しは行っておらず、また、特徴量の抽出も上記FCNが行っており、これはend-to-end学習と呼ばれている。 Specifically, the feature amount is extracted from each pixel of the image group of the teacher image data D1 by the above-mentioned FCN and Semantic Segmentation, and based on the extracted feature amount, each pixel of the image group of the teacher image data D1 is used. By learning the correspondence with the label of the teacher label data D2 attached to each pixel in advance and defining a function to output the label in response to the input of the feature amount, each pixel of the image group of the teacher image data D1 and the teacher A learning model D3B that associates with the label of the label data D2 is created. That is, unlike the label learning unit 32A in the first embodiment, the local patch image is not cut out, and the feature amount is also extracted by the FCN, which is called end-to-end learning. ing.

また、ラベル推定部44Bでは、監視画像データD11の各画素に対するラベルの推定を学習モデルD3Bにより行い、推定したラベルをラベルデータD14として求め、求めたラベルデータD14を記憶部49へ保管している。 Further, the label estimation unit 44B estimates the label for each pixel of the monitoring image data D11 by the learning model D3B, obtains the estimated label as the label data D14, and stores the obtained label data D14 in the storage unit 49. ..

具体的には、上述したSemantic Segmentationと記憶部49にある学習モデルD3Bにより、監視画像データD11の各画素から特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて、各画素に対するラベルの推定を行い、各画素に対する各ラベルの確率(尤度)を求め、確率が高いラベルを各画素に対するラベルとしてラベルデータD14を求めている。更に、ラベル推定を高精度化する後処理として、実施例1におけるラベル推定部44Aと同様に、MRFやCRFを用いても良い。 Specifically, the feature amount is extracted from each pixel of the monitoring image data D11 by the above-mentioned Semantic Segmentation and the learning model D3B in the storage unit 49, and the label is estimated for each pixel based on the extracted feature amount. , The probability (probability) of each label for each pixel is obtained, and the label data D14 is obtained with the label having a high probability as the label for each pixel. Further, as the post-processing for improving the accuracy of the label estimation, MRF or CRF may be used as in the label estimation unit 44A in the first embodiment.

このように、ラベル推定部44Bは、実施例1におけるラベル推定部44Aと同様に、各画素のラベル推定を行っているが、上記FCNとSemantic Segmentationとにより作成された学習モデルD3Bを用いているため、実施例1におけるラベル推定部44Aとは異なり、局所パッチ画像の切り出しは行っておらず、また、特徴量の抽出も上記FCNが行っている。そのため、実施例1のような多段処理のSemantic Segmentationの途中で正しい処理が行えない(局所パッチ画像の切り出しのサイズが適切でない、特徴量の抽出が適切でないなど)という事態を防ぐことができる。 As described above, the label estimation unit 44B estimates the label of each pixel in the same manner as the label estimation unit 44A in the first embodiment, but uses the learning model D3B created by the FCN and Semantic Segmentation. Therefore, unlike the label estimation unit 44A in the first embodiment, the local patch image is not cut out, and the feature amount is also extracted by the FCN. Therefore, it is possible to prevent a situation in which correct processing cannot be performed in the middle of the Semantic Segmentation of the multi-stage processing as in the first embodiment (the size of the cutout of the local patch image is not appropriate, the extraction of the feature amount is not appropriate, etc.).

なお、記憶部49では、実施例1と同様に、監視画像データD11、距離データD12A、レール位置D13、ラベルデータD14、距離データD15、3次元環境地図データD16、車両位置姿勢データD17、建築限界領域データD18、離隔データD19を保管しているが、実施例1における学習モデルD3Aに代えて、学習モデルD3Bを保管している。 In the storage unit 49, as in the first embodiment, the monitoring image data D11, the distance data D12A, the rail position D13, the label data D14, the distance data D15, the three-dimensional environment map data D16, the vehicle position / attitude data D17, and the building limit. The area data D18 and the separation data D19 are stored, but the learning model D3B is stored instead of the learning model D3A in the first embodiment.

次に、上述した構成を有する本実施例の建築限界判定装置について、その建築限界判定方法の手順を、図7を参照して説明をする。なお、ここでも、ラベル推定には学習モデルD3Bが必要であるので、事前に学習モデルD3Bは用意されているものとする。 Next, regarding the building limit determination device of the present embodiment having the above-described configuration, the procedure of the building limit determination method will be described with reference to FIG. 7. Also here, since the learning model D3B is required for label estimation, it is assumed that the learning model D3B is prepared in advance.

(ステップS1~S3)
本実施例における建築限界判定方法において、ステップS1~S3は、実施例1におけるステップS1~S3と同じである。
(Steps S1 to S3)
In the building limit determination method in the present embodiment, steps S1 to S3 are the same as steps S1 to S3 in the first embodiment.

(ステップS4B)
ラベル推定部44Bは、入力された監視画像データD11と学習モデルD3Bを使用し、上述したSemantic Segmentationによるラベル推定により、各画素のラベルデータD14を取得する。
(Step S4B)
The label estimation unit 44B uses the input monitoring image data D11 and the learning model D3B, and acquires the label data D14 of each pixel by the label estimation by the Semantic Segmentation described above.

(ステップS5~S10)
本実施例における建築限界判定方法において、ステップS5~S10は、実施例1におけるステップS5~S10と同じである。
(Steps S5 to S10)
In the building limit determination method in the present embodiment, steps S5 to S10 are the same as steps S5 to S10 in the first embodiment.

つまり、本実施例の建築限界判定装置も、実施例1と同様に、当初算出した各画素の距離データD12Aに対して、当該画素のラベルデータD14のラベルに基づいたノイズ除去ができるので、単純な外れ値を除去するといったノイズ除去手法よりも高精度なノイズ除去が可能である。その結果、建築限界領域と障害物との離隔判定において、ノイズに頑健で高精度な判定を行うことができる。 That is, the building limit determination device of this embodiment is also simple because noise can be removed from the initially calculated distance data D12A of each pixel based on the label of the label data D14 of the pixel, as in the first embodiment. It is possible to remove noise with higher accuracy than the noise removal method such as removing outliers. As a result, in the determination of the separation between the building limit area and the obstacle, it is possible to make a robust and highly accurate determination against noise.

また、本実施例では、ラベル推定において、局所パッチ画像のサイズ、特徴量、識別器を明示的に選択する必要は無く、上記FCNによりend-to-end学習することで、高精度なラベル推定を行うことができる。 Further, in this embodiment, it is not necessary to explicitly select the size, feature amount, and classifier of the local patch image in the label estimation, and high-precision label estimation is performed by end-to-end learning by the above FCN. It can be performed.

[実施例3]
本実施例の建築限界判定装置について、図8及び図9を参照して説明を行う。ここで、図8は、図1に示した建築限界判定装置を構成する処理部の他の一例を説明するブロック図である。また、図9は、図8に示した処理部における建築限界判定方法の一例を説明するフローチャートである。
[Example 3]
The building limit determination device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. Here, FIG. 8 is a block diagram illustrating another example of the processing unit constituting the building limit determination device shown in FIG. 1. Further, FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a building limit determination method in the processing unit shown in FIG.

本実施例の建築限界判定装置も、基本的には、実施例1で説明した建築限界判定装置と同等の構成であるが、本実施例の建築限界判定装置の処理部30Cの一部の構成が、実施例1の建築限界判定装置の処理部30Aと相違している。そのため、本実施例においても、実施例1に示した構成と同等のものには同じ符号を付し、実施例1と重複する説明は省略する。 The building limit determination device of this embodiment has basically the same configuration as the building limit determination device described in the first embodiment, but has a partial configuration of the processing unit 30C of the building limit determination device of this embodiment. However, it is different from the processing unit 30A of the building limit determination device of the first embodiment. Therefore, also in this embodiment, the same reference numerals are given to the configurations equivalent to those shown in the first embodiment, and the description overlapping with the first embodiment is omitted.

本実施例の建築限界判定装置は、図1及び図2に示した処理部30Aに代えて、図8に示す処理部30Cを用いている。この処理部30Cは、図8に示すように、ラベル教師データ部31と、ラベル学習部32Aと、監視画像入力部41と、距離データ算出部42Bと、レール認識部43Bと、ラベル推定部44Aと、ノイズ除去部45Bと、距離データ統合部46と、建築限界領域算出部47と、離隔算出部48と、記憶部49とを有している。 The building limit determination device of this embodiment uses the processing unit 30C shown in FIG. 8 instead of the processing unit 30A shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 8, the processing unit 30C includes a label teacher data unit 31, a label learning unit 32A, a monitoring image input unit 41, a distance data calculation unit 42B, a rail recognition unit 43B, and a label estimation unit 44A. It has a noise removing unit 45B, a distance data integration unit 46, a building limit area calculation unit 47, a separation calculation unit 48, and a storage unit 49.

つまり、本実施例における処理部30Cは、実施例1における処理部30Aとは、距離データ算出部42B、レール認識部43B及びノイズ除去部45Bに相違がある。これは、実施例1では、各画素のラベルデータD14のラベルに基づいて、当該画素の距離データD12Aに対するノイズ除去を行っているのに対して、本実施例では、各画素のラベルデータD14のラベルに基づいて、当該画素の距離データD12Bの算出を行うと共にレール位置D13の算出を行うようにしているからである。 That is, the processing unit 30C in this embodiment is different from the processing unit 30A in the first embodiment in the distance data calculation unit 42B, the rail recognition unit 43B, and the noise removal unit 45B. In the first embodiment, noise is removed from the distance data D12A of the pixel based on the label of the label data D14 of each pixel, whereas in this embodiment, the label data D14 of each pixel is removed. This is because the distance data D12B of the pixel is calculated and the rail position D13 is calculated based on the label.

また、前述した図5と後述する図9との比較からも分かるように、実施例1では、距離データ算出(ステップS2)及びレール認識(ステップS3)の後であって、ノイズ除去(ステップS5)の前にラベル推定(ステップS4A)を行っているのに対し、本実施例では、距離データ算出(ステップS13)及びレール認識(ステップS14)の前にラベル推定(ステップS12A)を行っており、本実施例は、実施例1とは、処理手順にも相違がある。 Further, as can be seen from the comparison between FIG. 5 described above and FIG. 9 described later, in the first embodiment, noise removal (step S5) is performed after the distance data calculation (step S2) and the rail recognition (step S3). ), The label estimation (step S4A) is performed, whereas in this embodiment, the label estimation (step S12A) is performed before the distance data calculation (step S13) and the rail recognition (step S14). The processing procedure of this embodiment is also different from that of the first embodiment.

一方、本実施例におけるラベル教師データ部31、ラベル学習部32A、監視画像入力部41、ラベル推定部44A、距離データ統合部46、建築限界領域算出部47、離隔算出部48及び記憶部49については、実施例1における構成と同等である。 On the other hand, regarding the label teacher data unit 31, the label learning unit 32A, the monitoring image input unit 41, the label estimation unit 44A, the distance data integration unit 46, the building limit area calculation unit 47, the separation calculation unit 48, and the storage unit 49 in this embodiment. Is equivalent to the configuration in Example 1.

処理部30Cにおいて、距離データ算出部42Bでは、同時に撮像された複数の監視画像データD11に加えて、それらのラベルデータD14も使用して、ステレオ対応を行い、このステレオ対応により探索した計測点の三角測量を行うことにより、ステレオ計測を行っており、これにより、障害物を含む対象物までの距離データD12B(第1の距離データ)を算出し、算出した距離データD12Bを記憶部49へ保管している。 In the processing unit 30C, the distance data calculation unit 42B uses the label data D14 in addition to the plurality of surveillance image data D11 captured at the same time to perform stereo correspondence, and the measurement points searched by this stereo correspondence are performed. Stereo measurement is performed by performing triangular measurement, thereby calculating distance data D12B (first distance data) to an object including an obstacle, and storing the calculated distance data D12B in the storage unit 49. is doing.

つまり、この距離データ算出部42Bでは、複数の監視画像データD11の各画素の画素値の情報に加えて、ラベルデータD14のラベル情報も用いて、これらの監視画像データD11間で対応する画素を計測点として探索し、探索した各々の計測点までの距離に対する三角測量を行っている。 That is, in the distance data calculation unit 42B, in addition to the pixel value information of each pixel of the plurality of monitoring image data D11, the label information of the label data D14 is also used to generate the corresponding pixels among the monitoring image data D11. It is searched as a measurement point, and triangular survey is performed for the distance to each searched measurement point.

具体的には、ステレオ対応の際に、各画素に対して、画素値の情報(例えば、色情報や輝度情報など)だけではなく、ラベル情報(ラベルの種類の決定値もしくは各ラベルの尤度)も持たせている。例えば、色情報だけの場合には、RGBの3次元の情報となるが、ラベル情報を持たせることにより、より高次元の情報となる。表1に例示したラベルを用いて具体的に説明すると、RGBの3次元+ラベル情報27種類の27次元の合計30次元の情報とすることができる。このような高次元の情報とすることにより、ステレオ対応の際における誤対応を低減することができる。 Specifically, when supporting stereo, not only the pixel value information (for example, color information, brightness information, etc.) but also the label information (decision value of label type or likelihood of each label) is applied to each pixel. ) Is also given. For example, in the case of only color information, it becomes RGB three-dimensional information, but by having label information, it becomes higher dimensional information. More specifically, using the labels illustrated in Table 1, it is possible to obtain a total of 30 dimensions of RGB 3 dimensions + 27 types of label information and 27 dimensions. By providing such high-dimensional information, it is possible to reduce erroneous correspondence in the case of stereo correspondence.

また、ある画素において、ノイズとしたい種類のラベルの尤度が他のラベルの尤度より高かった場合には、当該画素の距離データD12Bの算出の時点で当該距離データD12Bを欠損とすることで、距離データ算出部42Bの段階で低ノイズの距離データD12Bを算出することができる。 Further, in a certain pixel, when the likelihood of a label of the type to be noise is higher than the likelihood of another label, the distance data D12B is deleted at the time of calculation of the distance data D12B of the pixel. The low noise distance data D12B can be calculated at the stage of the distance data calculation unit 42B.

このように、距離データ算出部42Bは、ステレオ計測に画素値の情報だけでなくラベル情報も用いていること、そして、ノイズ除去にラベル情報を用いていることに特徴がある。 As described above, the distance data calculation unit 42B is characterized in that not only the pixel value information but also the label information is used for stereo measurement, and the label information is used for noise removal.

また、レール認識部43Bでも、距離データ算出部42Bと同様に、監視画像データD11とラベルデータD14を使用しており、予め用意されたレール11のマッチングデータとラベルデータD14とにより監視画像データD11からレール11の位置を認識し、当該位置をレール位置D13として算出し、そのレール位置D13を記憶部49へ保管している。 Further, the rail recognition unit 43B also uses the monitoring image data D11 and the label data D14 in the same manner as the distance data calculation unit 42B, and the monitoring image data D11 is based on the matching data and the label data D14 of the rail 11 prepared in advance. The position of the rail 11 is recognized from the above, the position is calculated as the rail position D13, and the rail position D13 is stored in the storage unit 49.

具体的には、監視画像データD11において、その任意の横ラインの領域について、マッチングデータ(レールのテンプレート画像データや基準レール輝度分布データ)を用いて、ラスタスキャンによるマッチングを行っているが、そのマッチングの際に、任意の横ラインの領域の各画素に対して、ラベル情報を持たせている。そして、マッチングデータに最もマッチングする位置であって、ラベル情報として「レール」の尤度が高い位置をレール位置D13として算出する。このようにして、監視画像データD11におけるレール11の位置を認識しており、監視画像データD11からレール位置D13を正確に検出することが可能となる。 Specifically, in the monitoring image data D11, matching is performed by raster scanning using matching data (rail template image data and reference rail luminance distribution data) for an arbitrary horizontal line area. At the time of matching, label information is given to each pixel in the area of an arbitrary horizontal line. Then, the position that most matches the matching data and has a high likelihood of the "rail" as the label information is calculated as the rail position D13. In this way, the position of the rail 11 in the monitoring image data D11 is recognized, and the rail position D13 can be accurately detected from the monitoring image data D11.

また、ノイズ除去部45Bでは、距離データD12Bのノイズ除去を、メディアンフィルタ、ノンローカルミーンフィルタ、ジオメトリックフィルタのいずれかにより行い、ノイズ除去した距離データD12Bを距離データD15(第2の距離データ)として記憶部49へ保管している。このように、ノイズ除去部45Bでは、画像処理における一般的なノイズ除去手法を用いている。但し、ラベル情報を用いたノイズ除去を上述した距離データ算出部42Bで行っているので、このノイズ除去部45Bは必須な構成ではなく、この構成が無い場合には、距離データ統合部46は、距離データD15に代えて、距離データD12Bを用いて、3次元環境地図データD16、車両位置姿勢データD17を算出すれば良い。 Further, in the noise removing unit 45B, the noise of the distance data D12B is removed by any of a median filter, a non-local mean filter, and a geometric filter, and the noise-removed distance data D12B is used as the distance data D15 (second distance data). It is stored in the storage unit 49. As described above, the noise removing unit 45B uses a general noise removing method in image processing. However, since the noise removal using the label information is performed by the distance data calculation unit 42B described above, the noise removal unit 45B is not an indispensable configuration, and if this configuration is not provided, the distance data integration unit 46 will perform the noise removal. Instead of the distance data D15, the distance data D12B may be used to calculate the three-dimensional environment map data D16 and the vehicle position / attitude data D17.

なお、記憶部49では、実施例1と同様に、学習モデルD3A、監視画像データD11、レール位置D13、ラベルデータD14、距離データD15、3次元環境地図データD16、車両位置姿勢データD17、建築限界領域データD18、離隔データD19を保管しているが、実施例1における距離データD12Aに代えて、距離データD12Bを保管している。 In the storage unit 49, as in the first embodiment, the learning model D3A, the monitoring image data D11, the rail position D13, the label data D14, the distance data D15, the three-dimensional environment map data D16, the vehicle position / attitude data D17, and the building limit. The area data D18 and the separation data D19 are stored, but the distance data D12B is stored instead of the distance data D12A in the first embodiment.

次に、上述した構成を有する本実施例の建築限界判定装置について、その建築限界判定方法の手順を、図9を参照して説明をする。なお、ここでも、ラベル推定には学習モデルD3Aが必要であるので、事前に学習モデルD3Aは用意されているものとする。 Next, the building limit determination device of the present embodiment having the above-described configuration will be described with reference to FIG. 9 for the procedure of the building limit determination method. Also here, since the learning model D3A is required for label estimation, it is assumed that the learning model D3A is prepared in advance.

(ステップS11)
本実施例における建築限界判定方法において、ステップS11は、実施例1におけるステップS1と同じである。
(Step S11)
In the building limit determination method in the present embodiment, step S11 is the same as step S1 in the first embodiment.

(ステップS12A)
ラベル推定部44Aは、入力された監視画像データD11と学習モデルD3Aを使用し、上述したSemantic Segmentationによるラベル推定により、各画素のラベルデータD14を取得する。
(Step S12A)
The label estimation unit 44A uses the input monitoring image data D11 and the learning model D3A, and acquires the label data D14 of each pixel by the label estimation by the Semantic Segmentation described above.

(ステップS13)
距離データ算出部42Bは、入力された監視画像データD11と当該監視画像データD11の各画素のラベルデータD14を使用し、ステレオ計測と共にラベル情報を用いて、対象物の距離データD12Bを算出する。
(Step S13)
The distance data calculation unit 42B uses the input monitoring image data D11 and the label data D14 of each pixel of the monitoring image data D11, and calculates the distance data D12B of the object by using the label information together with the stereo measurement.

(ステップS14)
レール認識部43Bは、入力された監視画像データD11と当該監視画像データD11の各画素のラベルデータD14を使用し、上述したマッチングデータを用いたマッチングとラベル情報とにより、レール認識を行って、レール位置D13を算出する。
(Step S14)
The rail recognition unit 43B uses the input monitoring image data D11 and the label data D14 of each pixel of the monitoring image data D11, and performs rail recognition by matching and label information using the matching data described above. The rail position D13 is calculated.

(ステップS15)
ノイズ除去部45Bは、画像処理における一般的なノイズ除去手法により、距離データD12Bのノイズ除去を行い、距離データD15として取得する。但し、上述したように、ノイズ除去部45BによるステップS15の手順は無くても良い。
(Step S15)
The noise removing unit 45B removes noise from the distance data D12B by a general noise removing method in image processing, and acquires it as the distance data D15. However, as described above, the procedure of step S15 by the noise removing unit 45B may not be necessary.

(ステップS16)
処理部30Cは、前方の複数のカメラ22a、22b(又は後方の複数のカメラ23a、23b)による撮像が終了した場合にはステップS18へ進み、撮像が終了していない場合には、ステップS17へ進む。
(Step S16)
The processing unit 30C proceeds to step S18 when the imaging by the front plurality of cameras 22a and 22b (or the rearward plurality of cameras 23a and 23b) is completed, and proceeds to step S17 when the imaging is not completed. move on.

(ステップS17)
撮像が終了していない場合には、前方の複数のカメラ22a、22b(又は後方の複数のカメラ23a、23b)で新しく撮像された前方の(又は後方の)監視画像データD11を入力し(監視画像入力部41)、ステップS12Aへ戻る。つまり、撮像が終了するまで、ステップS12A~S17が繰り返し実施され、各々異なる地点から撮像された監視画像データD11について、距離データD12B、レール位置D13、ラベルデータD14、距離データD15が求められる。
(Step S17)
If the imaging is not completed, the front (or rear) surveillance image data D11 newly captured by the front multiple cameras 22a, 22b (or the rear multiple cameras 23a, 23b) is input (monitoring). Image input unit 41) returns to step S12A. That is, steps S12A to S17 are repeatedly executed until the imaging is completed, and the distance data D12B, the rail position D13, the label data D14, and the distance data D15 are obtained for the monitoring image data D11 imaged from different points.

(ステップS18~S20)
本実施例における建築限界判定方法において、ステップS18~S20は、実施例1におけるステップS8~S10と同じである。
(Steps S18 to S20)
In the building limit determination method in the present embodiment, steps S18 to S20 are the same as steps S8 to S10 in the first embodiment.

以上説明したように、本実施例の建築限界判定装置は、ステレオ計測の際に、画素値の情報だけでなく、その画素のラベル情報も加味して、ステレオ対応を行っているので、ノイズに頑健な距離データD12Bの算出が可能となる。その結果、建築限界領域と障害物との離隔判定において、ノイズに頑健で高精度な判定を行うことができる。 As described above, the building limit determination device of this embodiment takes into account not only the pixel value information but also the label information of the pixel when measuring the stereo, and thus supports stereo, so that noise is reduced. Robust distance data D12B can be calculated. As a result, in the determination of the separation between the building limit area and the obstacle, it is possible to make a robust and highly accurate determination against noise.

また、画像に合わせて、ラベル推定に用いる局所パッチ画像のサイズ、特徴量、識別器を選ぶことで、その画像に特化した処理を行うことができ、全て学習するよりも頑健にラベル推定を行うことができる。 In addition, by selecting the size, feature amount, and classifier of the local patch image used for label estimation according to the image, it is possible to perform processing specialized for that image, and label estimation is more robust than learning all. It can be carried out.

[実施例4]
本実施例の建築限界判定装置について、図10及び図11を参照して説明を行う。ここで、図10は、図1に示した建築限界判定装置を構成する処理部の他の一例を説明するブロック図である。また、図11は、図10に示した処理部における建築限界判定方法の一例を説明するフローチャートである。
[Example 4]
The building limit determination device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. Here, FIG. 10 is a block diagram illustrating another example of the processing unit constituting the building limit determination device shown in FIG. 1. Further, FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a building limit determination method in the processing unit shown in FIG.

本実施例の建築限界判定装置は、基本的には、実施例3で説明した建築限界判定装置と同等の構成であるが、本実施例の建築限界判定装置の処理部30Dの一部の構成が、実施例3の建築限界判定装置の処理部30Cと相違しており、その相違している構成が実施例2の建築限界判定装置の処理部30Bの一部の構成と同じ構成となっている。そのため、本実施例において、実施例1~3に示した構成と同等のものには同じ符号を付し、実施例1~3と重複する説明は省略する。 The building limit determination device of this embodiment basically has the same configuration as the building limit determination device described in the third embodiment, but has a partial configuration of the processing unit 30D of the building limit determination device of this embodiment. However, it is different from the processing unit 30C of the building limit determination device of the third embodiment, and the different configuration is the same as the partial configuration of the processing unit 30B of the building limit determination device of the second embodiment. There is. Therefore, in this embodiment, the same reference numerals are given to those having the same configurations as those shown in Examples 1 to 3, and the description overlapping with Examples 1 to 3 will be omitted.

本実施例の建築限界判定装置は、図1及び図2に示した処理部30Aに代えて、図10に示す処理部30Dを用いている。この処理部30Dは、図10に示すように、ラベル教師データ部31と、ラベル学習部32Bと、監視画像入力部41と、距離データ算出部42Bと、レール認識部43Bと、ラベル推定部44Bと、ノイズ除去部45Bと、距離データ統合部46と、建築限界領域算出部47と、離隔算出部48と、記憶部49とを有している。 The building limit determination device of this embodiment uses the processing unit 30D shown in FIG. 10 instead of the processing unit 30A shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 10, the processing unit 30D includes a label teacher data unit 31, a label learning unit 32B, a monitoring image input unit 41, a distance data calculation unit 42B, a rail recognition unit 43B, and a label estimation unit 44B. It has a noise removing unit 45B, a distance data integration unit 46, a building limit area calculation unit 47, a separation calculation unit 48, and a storage unit 49.

つまり、本実施例における処理部30Dは、実施例3における処理部30Cとは、ラベル学習部32B及びラベル推定部44Bに相違があるが、これらは、実施例2における処理部30Bでのラベル学習部32B及びラベル推定部44Bと同等の構成である。また、本実施例におけるラベル教師データ部31、監視画像入力部41、距離データ算出部42B、レール認識部43B、ノイズ除去部45B、距離データ統合部46、建築限界領域算出部47、離隔算出部48及び記憶部49については、実施例3における構成と同等である。 That is, the processing unit 30D in the present embodiment is different from the processing unit 30C in the third embodiment in the label learning unit 32B and the label estimation unit 44B, but these are the label learning in the processing unit 30B in the second embodiment. It has the same configuration as the unit 32B and the label estimation unit 44B. Further, in this embodiment, the label teacher data unit 31, the monitoring image input unit 41, the distance data calculation unit 42B, the rail recognition unit 43B, the noise removal unit 45B, the distance data integration unit 46, the building limit area calculation unit 47, and the separation calculation unit The structure of the 48 and the storage unit 49 is the same as that of the third embodiment.

なお、記憶部49については、実施例3と同様に、監視画像データD11、距離データD12B、レール位置D13、ラベルデータD14、距離データD15、3次元環境地図データD16、車両位置姿勢データD17、建築限界領域データD18、離隔データD19を保管しているが、実施例3における学習モデルD3Aに代えて、学習モデルD3Bを保管している。 As for the storage unit 49, as in the third embodiment, the monitoring image data D11, the distance data D12B, the rail position D13, the label data D14, the distance data D15, the three-dimensional environment map data D16, the vehicle position / attitude data D17, and the building. The limit area data D18 and the separation data D19 are stored, but the learning model D3B is stored instead of the learning model D3A in the third embodiment.

本実施例では、以上のような構成とすることにより、実施例1や実施例3におけるラベル学習部32Aやラベル推定部44Aとは異なり、局所パッチ画像の切り出しは行わず、また、実施例2におけるラベル学習部32Bやラベル推定部44Bと同様に、特徴量の抽出を上述したFCNが行うようになっている。 In this embodiment, unlike the label learning unit 32A and the label estimation unit 44A in the first and third embodiments, the local patch image is not cut out and the second embodiment is configured as described above. Similar to the label learning unit 32B and the label estimation unit 44B in the above, the FCN described above extracts the feature amount.

次に、上述した構成を有する本実施例の建築限界判定装置について、その建築限界判定方法の手順を、図11を参照して説明をする。なお、ここでも、ラベル推定には学習モデルD3Bが必要であるので、事前に学習モデルD3Bは用意されているものとする。 Next, the building limit determination device of the present embodiment having the above-described configuration will be described with reference to FIG. 11 for the procedure of the building limit determination method. Also here, since the learning model D3B is required for label estimation, it is assumed that the learning model D3B is prepared in advance.

(ステップS11)
本実施例における建築限界判定方法において、ステップS11は、実施例3におけるステップS11と同じである。
(Step S11)
In the building limit determination method in the present embodiment, step S11 is the same as step S11 in the third embodiment.

(ステップS12B)
ラベル推定部44Bは、入力された監視画像データD11と学習モデルD3Bを使用し、上述したSemantic Segmentationによるラベル推定により、各画素のラベルデータD14を取得する。
(Step S12B)
The label estimation unit 44B uses the input monitoring image data D11 and the learning model D3B, and acquires the label data D14 of each pixel by the label estimation by the Semantic Segmentation described above.

(ステップS13~S20)
本実施例における建築限界判定方法において、ステップS13~S20は、実施例3におけるステップS13~S20と同じである。
(Steps S13 to S20)
In the building limit determination method in the present embodiment, steps S13 to S20 are the same as steps S13 to S20 in the third embodiment.

つまり、本実施例の建築限界判定装置も、実施例3と同様に、ステレオ計測の際に、画素値の情報だけでなく、その画素のラベル情報も加味して、ステレオ対応を行っているので、ノイズに頑健な距離データD12Bの算出が可能となる。その結果、建築限界領域と障害物との離隔判定において、ノイズに頑健で高精度な判定を行うことができる。 That is, the building limit determination device of this embodiment also supports stereo by taking into account not only the pixel value information but also the label information of the pixel at the time of stereo measurement, as in the third embodiment. , It is possible to calculate the distance data D12B that is robust against noise. As a result, in the determination of the separation between the building limit area and the obstacle, it is possible to make a robust and highly accurate determination against noise.

また、本実施例では、ラベル推定において、局所パッチ画像のサイズ、特徴量、識別器を明示的に選択する必要は無く、上記FCNによりend-to-end学習することで、高精度なラベル推定を行うことができる。 Further, in this embodiment, it is not necessary to explicitly select the size, feature amount, and classifier of the local patch image in the label estimation, and high-precision label estimation is performed by end-to-end learning by the above FCN. It can be performed.

本発明は、レールを走行する車両に対する建築限界領域と障害物との離隔判定を行う際に好適なものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for determining the distance between a building limit area and an obstacle for a vehicle traveling on a rail.

11 レール
12 電柱
13 地面
14 空
21 列車
22a、22b、23a、23b カメラ
30A、30B、30C、30D 処理部
31 ラベル教師データ部
32A、32B ラベル学習部
41 監視画像入力部
42A、42B 距離データ算出部
43A、43B レール認識部
44A、44B ラベル推定部
45A、45B ノイズ除去部
46 距離データ統合部
47 建築限界領域算出部
48 離隔算出部
49 記憶部
11 Rail 12 Electric pole 13 Ground 14 Sky 21 Train 22a, 22b, 23a, 23b Cameras 30A, 30B, 30C, 30D Processing unit 31 Label teacher data unit 32A, 32B Label learning unit 41 Monitoring image input unit 42A, 42B Distance data calculation unit 43A, 43B Rail recognition unit 44A, 44B Label estimation unit 45A, 45B Noise removal unit 46 Distance data integration unit 47 Building limit area calculation unit 48 Separation calculation unit 49 Storage unit

Claims (8)

レールを走行する車両に設けられ、前記車両の前方又は後方を撮像する複数のカメラと、
前記複数のカメラで撮像された画像データの画像処理を行う処理部とを有し、
前記処理部は、
前記画像データと類似した複数の画像からなる教師画像データと、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素にラベルを予め与えた教師ラベルデータとを保管するラベル教師データ部と、
機械学習による学習により、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素と前記教師ラベルデータの前記ラベルとを対応付ける学習モデルを予め作成するラベル学習部と、
同時に撮像された複数の前記画像データを用い、当該複数の画像データの各画素の画素値の情報から当該複数の画像データ間で対応する画素を計測点として探索し、各々の前記計測点までの距離を第1の距離データとしてステレオ計測により算出する距離データ算出部と、
予め用意された前記レールのマッチングデータにより前記画像データから前記レールの位置を認識し、当該位置をレール位置として算出するレール認識部と、
前記画像データの各画素に対する前記ラベルの推定を前記学習モデルにより行い、推定した前記ラベルをラベルデータとして求めるラベル推定部と、
前記画像データの各画素に対する前記ラベルデータに基づいて、前記第1の距離データのノイズ除去を行い、ノイズ除去した前記第1の距離データを第2の距離データとして求めるノイズ除去部と、
複数の地点で撮像された前記画像データについての前記第2の距離データを統合して3次元環境地図を求めると共に車両傾きを求める距離データ統合部と、
複数の地点での前記レール位置と複数の地点での前記車両傾きと固定値として与えられた静的な建築限界領域とに基づいて、前記車両に対する動的な建築限界領域を算出する建築限界領域算出部と、
前記動的な建築限界領域と前記3次元環境地図とに基づいて、前記動的な建築限界領域から最寄りの対象物までの離隔距離を算出し、離隔判定を行う離隔算出部と
を有する
ことを特徴とする建築限界判定装置。
A plurality of cameras provided on a vehicle traveling on rails to capture the front or rear of the vehicle, and
It has a processing unit that performs image processing of image data captured by the plurality of cameras.
The processing unit
A label teacher data unit that stores teacher image data composed of a plurality of images similar to the image data and teacher label data in which labels are given in advance to each pixel of the plurality of images of the teacher image data.
A label learning unit that preliminarily creates a learning model that associates each pixel of the plurality of images of the teacher image data with the label of the teacher label data by learning by machine learning.
Using the plurality of image data captured at the same time, the corresponding pixel among the plurality of image data is searched as a measurement point from the information of the pixel value of each pixel of the plurality of image data, and the measurement point is reached. A distance data calculation unit that calculates the distance by stereo measurement with the distance as the first distance data,
A rail recognition unit that recognizes the position of the rail from the image data based on the matching data of the rail prepared in advance and calculates the position as the rail position.
A label estimation unit that estimates the label for each pixel of the image data by the learning model and obtains the estimated label as label data.
A noise removing unit that performs noise removal of the first distance data based on the label data for each pixel of the image data and obtains the noise-removed first distance data as the second distance data.
A distance data integration unit that integrates the second distance data of the image data captured at a plurality of points to obtain a three-dimensional environment map and obtains a vehicle inclination, and a distance data integration unit.
A building limit area that calculates a dynamic building limit area for the vehicle based on the rail position at multiple points, the vehicle tilt at multiple points, and the static building limit area given as a fixed value. Calculation unit and
It has a separation calculation unit that calculates the separation distance from the dynamic building limit area to the nearest object based on the dynamic building limit area and the three-dimensional environment map, and determines the separation. A characteristic building limit judgment device.
請求項1に記載の建築限界判定装置において、
前記ノイズ除去部は、前記第1の距離データのノイズ除去の際に、更に、メディアンフィルタ、ノンローカルミーンフィルタ又はジオメトリックフィルタのいずれかを用いて、ノイズ除去を行って、前記第2の距離データを求める
ことを特徴とする建築限界判定装置。
In the building limit determination device according to claim 1,
When removing noise from the first distance data, the noise removing unit further removes noise by using any of a median filter, a non-local mean filter, and a geometric filter, and the second distance. A building limit determination device characterized by obtaining data.
レールを走行する車両に設けられ、前記車両の前方又は後方を撮像する複数のカメラと、
前記複数のカメラで撮像された画像データの画像処理を行う処理部とを有し、
前記処理部は、
前記画像データと類似した複数の画像からなる教師画像データと、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素にラベルを予め与えた教師ラベルデータとを保管するラベル教師データ部と、
機械学習による学習により、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素と前記教師ラベルデータの前記ラベルとを対応付ける学習モデルを予め作成するラベル学習部と、
前記画像データの各画素に対する前記ラベルの推定を前記学習モデルにより行い、推定した前記ラベルをラベルデータとして求めるラベル推定部と、
同時に撮像された複数の前記画像データと当該複数の画像データの各画素に対する前記ラベルデータとを用い、当該複数の画像データの各画素の画素値の情報と前記ラベルデータから当該複数の画像データ間で対応する画素を計測点として探索し、各々の前記計測点までの距離を第1の距離データとしてステレオ計測により算出する距離データ算出部と、
前記画像データと当該画像データの各画素に対する前記ラベルデータとを用い、予め用意された前記レールのマッチングデータと前記ラベルデータにより前記画像データから前記レールの位置を認識し、当該位置をレール位置として算出するレール認識部と、
複数の地点で撮像された前記画像データについての前記第1の距離データを統合して3次元環境地図を求めると共に車両傾きを求める距離データ統合部と、
複数の地点での前記レール位置と複数の地点での前記車両傾きと固定値として与えられた静的な建築限界領域とに基づいて、前記車両に対する動的な建築限界領域を算出する建築限界領域算出部と、
前記動的な建築限界領域と前記3次元環境地図とに基づいて、前記動的な建築限界領域から最寄りの対象物までの離隔距離を算出し、離隔判定を行う離隔算出部と
を有する
ことを特徴とする建築限界判定装置。
A plurality of cameras provided on a vehicle traveling on rails to capture the front or rear of the vehicle, and
It has a processing unit that performs image processing of image data captured by the plurality of cameras.
The processing unit
A label teacher data unit that stores teacher image data composed of a plurality of images similar to the image data and teacher label data in which labels are given in advance to each pixel of the plurality of images of the teacher image data.
A label learning unit that preliminarily creates a learning model that associates each pixel of the plurality of images of the teacher image data with the label of the teacher label data by learning by machine learning.
A label estimation unit that estimates the label for each pixel of the image data by the learning model and obtains the estimated label as label data.
Using the plurality of image data captured at the same time and the label data for each pixel of the plurality of image data, the information of the pixel value of each pixel of the plurality of image data and the space between the plurality of image data from the label data. A distance data calculation unit that searches for the corresponding pixel as a measurement point and calculates the distance to each measurement point as the first distance data by stereo measurement.
Using the image data and the label data for each pixel of the image data, the position of the rail is recognized from the image data by the matching data of the rail and the label data prepared in advance, and the position is set as the rail position. The rail recognition unit to calculate and
A distance data integration unit that integrates the first distance data of the image data captured at a plurality of points to obtain a three-dimensional environment map and obtains a vehicle inclination, and a distance data integration unit.
A building limit area that calculates a dynamic building limit area for the vehicle based on the rail position at multiple points, the vehicle tilt at multiple points, and the static building limit area given as a fixed value. Calculation unit and
It has a separation calculation unit that calculates the separation distance from the dynamic building limit area to the nearest object based on the dynamic building limit area and the three-dimensional environment map, and determines the separation. A characteristic building limit judgment device.
請求項3に記載の建築限界判定装置において、
前記処理部は、メディアンフィルタ、ノンローカルミーンフィルタ又はジオメトリックフィルタのいずれかを用いて、前記第1の距離データのノイズ除去を行い、ノイズ除去した前記第1の距離データを第2の距離データとして求めるノイズ除去部を更に有し、
前記距離データ統合部は、複数の地点で撮像された前記画像データについての前記第2の距離データを統合して前記3次元環境地図を求めると共に前記車両傾きを求める
ことを特徴とする建築限界判定装置。
In the building limit determination device according to claim 3,
The processing unit uses any of a median filter, a non-local mean filter, and a geometric filter to remove noise from the first distance data, and the noise-removed first distance data is used as second distance data. Further has a noise removing part to be obtained as
The distance data integration unit integrates the second distance data of the image data captured at a plurality of points to obtain the three-dimensional environment map and the vehicle inclination. Device.
請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の建築限界判定装置において、
前記ラベル学習部は、SVM(Support Vector Machine)、Random Forest又は深層学習のいずれかを用いた前記機械学習とSemantic Segmentationとにより、前記教師画像データの前記複数の画像から各画素を中心とした局所範囲の画像を切り出し、当該局所範囲の画像から特徴量を抽出し、当該特徴量に基づいて、当該局所範囲の画像の中心の画素と前記教師ラベルデータの前記ラベルとの対応を学習して前記学習モデルを作成し、
前記ラベル推定部は、前記Semantic Segmentationと前記学習モデルとにより、前記画像データから各画素を中心とした局所範囲の画像を切り出し、当該局所範囲の画像から特徴量を抽出し、当該特徴量に基づいて、当該局所範囲の画像の中心の画素に対する前記ラベルの推定を行って、前記画像データの各画素に対する前記ラベルの推定を行う
ことを特徴とする建築限界判定装置。
In the building limit determination device according to any one of claims 1 to 4.
The label learning unit is a local area centered on each pixel from the plurality of images of the teacher image data by the machine learning using any of SVM (Support Vector Machine), Random Forest, or deep learning and Semantic Segmentation. The image of the range is cut out, the feature amount is extracted from the image of the local range, and the correspondence between the central pixel of the image of the local range and the label of the teacher label data is learned based on the feature amount. Create a learning model and
The label estimation unit cuts out an image of a local range centered on each pixel from the image data by the Semantic Segmentation and the learning model, extracts a feature amount from the image of the local range, and bases the feature amount on the feature amount. The building limit determination device is characterized in that the label is estimated for the pixel at the center of the image in the local range, and the label is estimated for each pixel of the image data.
請求項5に記載の建築限界判定装置において、
前記ラベル学習部及び前記ラベル推定部は、前記特徴量の抽出の際に、色特徴量、HOG(Histograms of Oriented Gradients)特徴量、SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)特徴量、BoVW(Bag of Visual Words)特徴量又はTexton特徴量のいずれか、もしくは、これらの組合せを用いる
ことを特徴とする建築限界判定装置。
In the building limit determination device according to claim 5.
When extracting the feature amount, the label learning unit and the label estimation unit perform a color feature amount, a HOG (Histograms of Oriented Gradients) feature amount, a SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) feature amount, and a BoVW (Bag of Visual). Words) A building limit determination device characterized by using either a feature amount or a Texton feature amount, or a combination thereof.
請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の建築限界判定装置において、
前記ラベル学習部は、FCN(Fully Convolutional Networks)を用いた前記機械学習とSemantic Segmentationとにより、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素から特徴量を抽出し、当該特徴量に基づいて、前記教師画像データの前記複数の画像の各画素と前記教師ラベルデータの前記ラベルとの対応を学習して前記学習モデルを作成し、
前記ラベル推定部は、前記Semantic Segmentationと前記学習モデルとにより、前記画像データの各画素から特徴量を抽出し、当該特徴量に基づいて、前記画像データの各画素に対する前記ラベルの推定を行う
ことを特徴とする建築限界判定装置。
In the building limit determination device according to any one of claims 1 to 4.
The label learning unit extracts a feature amount from each pixel of the plurality of images of the teacher image data by the machine learning using FCN (Fully Convolutional Networks) and Semantic Segmentation, and based on the feature amount, The learning model is created by learning the correspondence between each pixel of the plurality of images of the teacher image data and the label of the teacher label data.
The label estimation unit extracts a feature amount from each pixel of the image data by the Semantic Segmentation and the learning model, and estimates the label for each pixel of the image data based on the feature amount. A building limit judgment device characterized by.
請求項1から請求項7のいずれか1つに記載の建築限界判定装置において、
前記ラベル推定部は、前記ラベルの推定を行う際に、MRF(Markov Random Field)又はCRF(Conditional Random Field)を用いる
ことを特徴とする建築限界判定装置。
In the building limit determination device according to any one of claims 1 to 7.
The label estimation unit is a building limit determination device characterized in that an MRF (Markov Random Field) or a CRF (Conditional Random Field) is used when estimating the label.
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