JP4216128B2

JP4216128B2 - 長尺物体移動量測定方法およびこの方法を実施する装置

Info

Publication number: JP4216128B2
Application number: JP2003165007A
Authority: JP
Inventors: 武片岡; 裕一山田; 淑夫金子
Original assignee: Kaneko Co Ltd; West Japan Railway Co
Current assignee: Kaneko Co Ltd; West Japan Railway Co
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: JP2005003428A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、長尺物体移動量測定方法およびこの方法を実施する装置に関し、特に、撮影画像表示部に表示された画像中のターゲットの位置を長方形カーソルにより指定し、指定されたターゲットに含まれる指標を演算処理部が自動認識して指標の位置座標を算出する長尺物体移動量測定方法およびこの方法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道線路のレールを移動変位する長尺物体の一例として説明する。
図４を参照するに、左右のレール１_L、１_Rとまくらぎ２の相互間は締結部材により強固に結合されているが、この締結力が小さく道床縦抵抗力も小さい場合、走行する列車の制動、始動荷重およびレール１_L、１_Rの温度変化に起因する伸縮その他に起因してレール１_L、１_Rが長手方向に移動することがある。このレール１_L、１_Rの長手方向の移動を、一般に、ふく進と呼んでいる。ふく進量が大きい場合、レール１_L、１_Rを適正位置に引き戻す作業を実施する必要があり、鉄道各社は、年に２回程、ふく進量の測定を実施している。
ふく進量を測定するには、図４に示される如く、左右のレール１_L、１_Rそれぞれの外側に基準器３を設置し、両基準器３の標点３２間に糸を張ってこれを基準線４とすると共に、左右のレール１_L、１_Rそれぞれの基準線４に対応するところに基準点５を設置しておく。ふく進量の測定に際して、レール１_L、１_Rに設置した基準点５と基準線４との間の距離を作業員が現場でスケールを使用して目視により測定する。ふく進する側であるレール１_L、１_Rの基準点５は、ロングレール軌道の場合、不動区間において１５０ｍ〜２００ｍ間隔で設置される。
【０００３】
以上のふく進量の測定は、作業員がが現場に立ち入って目視により実施するものであり、測定点も１５０ｍないし２００ｍ間隔で１箇所という膨大なものである。そして、測定作業は、日中の非常に短い列車走行時間間隔の合間に行われなければならないし、作業員には常に列車触車事故の危険が伴う。また、ふく進量の測定には、列車見張員を含めて、通常６人程度の多くの人員を必要としており、この必要作業員数の削減も要請されている。更に、測定の精度については、測定時の誤差は±５ｍｍ程度あると考えられている。また、糸を張ってこれを基準線４としてふく進量を測定するので、強風その他の測定環境条件に災いされる恐れがある。
以上の問題を解消するに、移動変位する長尺物体の移動量をコンピュータを含む演算処理装置のディスプレイに表示した写真画像に基づいて測定検査する当該特許出願人の出願に関わる測定方法およびこの方法を実施する装置が提案されている（特許文献１参照）。以下、これを先行例として簡単に説明する。
【０００４】
図５および図６を参照するに、ふく進量（移動量）を測定するに使用される基準器３は杭３１により不動点である設置場所に固定され、不動状態を維持する。３２は標点を示す。不動ターゲット３３には、間隔Ｄで円形の指標３５が３個付与されている。間隔Ｄは既知の等間隔に設定され、各指標３５の直径は撮影距離により調整される。例えば、不動ターゲット３３に到る撮影距離が１０００ｍｍ程度なら５ｍｍ、３０００ｍｍ程度なら８ｍｍと、撮影距離が大きくなるにつれて直径を大きくする。
１測定点について、基準器３を２個と、２枚の不動ターゲット３３と、２枚の物体側ターゲット３４を必要とする。遠側基準器３_REは、撮影位置から２０００ｍｍ以内において、遠側レール１_REの外側に１０００ｍｍだけ離隔して基準器３_REの面を遠側レール１_REに平行にして固定される。近側基準器３_NEは近側レール１_NEの外側に１０００ｍｍだけ離隔して近側基準器３_NEの面を近側レール１_REに平行にして固定される。遠側基準器３_REと近側基準器３_NEの間には糸張りにより基準器面に垂直な基準線４が形成される。そして、遠側レール１_REおよび近側レール１_NEのカメラ６に対向する側面、遠側基準器３_REおよび近側基準器３_NEのカメラ６に対向する側面にターゲット３３を貼り付け固定する。これに際して、ターゲット３３は横方向、高さ方向共に一直線状に配列する必要がある。この形成状態をふく進量０の状態とする。
【０００５】
図５（ｃ）を参照してターゲットの撮影の仕方を説明するに、ターゲット３３、３４が貼られた基準器面側から電子カメラ６で合計４枚のターゲット３３、３４が１枚の写真の中に明確に納める撮影をする。
図７、図８および図９を参照してふく進量解析の仕方を説明する。図７は演算処理装置のディスプレイに取り込まれた電子カメラ６による撮影画像を示す図であり、図８は図７の表示画面の座標を説明する図である。演算処理装置のディスプレイに表示した写真画像の縦横の長さをドットで表現するＸ−Ｙ座標系とし、縦横の中点を結んで交差した中心点を（０、０）とする。
写真画像中の４枚のターゲット３３（３４）中にある各３個の指標３５の合計１２指標の座標（イ〜ヲ）を写真上から探し、撮影されている各指標３５の内の最も中心に位置するドットを各指標３５の位置座標として登録する。
登録した指標３５の指標座標を基準にしてふく進量を計算する。ここで、遠側レール１_REのふく進量の計算の仕方を説明する。
【０００６】
各指標位置座標の内の、ふく進量０ｍｍに相当する基準線４となる遠側基準器３_REおよび近側基準器３_NE上の対応する指標座標イと指標座標ヌとを結んだ直線式Ｌa、指標座標ロと指標座標ルとを結んだ直線式Ｌb、指標座標ハと指標座標オとを結んだ直線式Ｌcを求める。
図９に示される如くレール１_RE上の指標座標ニ、ホ、ヘから最小自乗法により直線近似式Ｒaを求める。
直線Ｌa、Ｌb、Ｌcと直線Ｒaの交点の座標を求め、交点座標Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃とする。指標座標ニ、ホ、ヘに最も近い直線Ｒa上の座標をニ'、ホ'、ヘ'とする。
直線Ｒa上にある座標Ａ₁−座標ニ'間、座標Ａ₂−座標ホ'間、座標Ａ₃−座標ヘ'間の座標間距離を求め、それぞれｆ₁、ｆ₂、ｆ₃とする。
交点座標Ａ₁−交点座標Ａ₂間、交点座標Ａ₂−交点座標Ａ₃間の座標間距離をそれぞれｄa、ｄbとする。
【０００７】
実際の指標間距離をＤとし、ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃の実際の距離ｃ₁、ｃ₂、ｃ₃を次のように求める。
ｃ₁＝ｆ₁×（Ｄ／ｄa）
ｃ₂＝ｆ₂×（（Ｄ／ｄa）＋（Ｄ／ｄb））／２
ｃ₃＝ｆ₃×（Ｄ／ｄb）
更に、これらの平均値をふく進量Ｃとする。
Ｃ＝（ｃ₁＋ｃ₂＋ｃ₃）／３
同様に、近側レールのふく進量を求める。ここで、レール以外の移動物に対しても不動点を２箇所設置し、同様に移動物にターゲットを形成すれば、移動量を求めることができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００３−７５１１６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ふく進する側であるレール１_L、１_Rの基準点５は、上述した通り、ロングレール軌道の場合、不動区間において１５０ｍ〜２００ｍ間隔で設置されるところから、膨大な数の測定を実施する必要上、効率的な測定方法を開発することを常に要請されている。
先の先行例においては、長尺物体の移動量を演算処理装置のディスプレイに表示した写真画像に基づいて解析測定する作業において、作業者は、１測定点に対して、演算処理装置のマウスを操作することによりターゲットに含まれる指標の位置座標を一つづつ決定して行き、１ターゲット当たり３指標として全１２指標の座標を指定する。１測定点に対して全１２指標の座標を指定するということは膨大な数の測定点の解析測定作業に膨大な数の座標指定作業を実施する必要があることを意味する。そして、この座標指定作業は作業者自身による判断処理により実施されるものであり、得られる測定値の精度は作業者により多少左右されることになる。
【００１０】
この発明は、長尺物体の移動量をディスプレイに表示した写真画像に基づいて測定するに際して、撮影した画像を撮影画像表示部に表示し、この撮影画像表示部に表示された画像中のターゲットの位置を画像切り取り枠として設定された長方形カーソルにより指定し、指定されたターゲットに含まれる指標を演算処理部が自動認識して指標の位置座標を算出し、認識算出された指標の位置座標を参照して移動量を計算処理、表示する構成を採用することにより、移動量の解析計算処理を簡単化して得られる測定値の精度も高く一定な長尺物体移動量測定方法およびこの方法を実施する装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
円形状の複数の指標を一直線上に配列付与した物体側ターゲット３４を長尺物体に設置し、同様に円形状の複数の指標を一直線上に配列付与した不動ターゲット３５を長尺物体の近傍に１対設置してこれらを電子カメラにより正面から撮影し、撮影した画像を撮影画像表示部に表示し、撮影画像表示部に表示された画像中のターゲット部分を画像切り取り枠として設定された長方形カーソルにより指定し、指定されたターゲット部分に含まれる指標を演算処理部が自動認識して指標の位置座標を算出すると共に認識算出された指標の位置座標を参照して移動量を計算処理する長尺物体移動量測定方法を構成した。
そして、以上の長尺物体移動量測定方法において、指標が一直線上にあるか否かを判別し、指標間の間隔が所定間隔であるか否かを判別し、指標間の間隔と指標の大きさの比が正しいか否かを判別する長尺物体移動量測定方法を構成した。
【００１２】
また、長尺物体に設置される物体側ターゲット３４と長尺物体の近傍に固定される１対の基準器のそれぞれに設置される不動ターゲット３３を有し、不動ターゲット３３および物体側ターゲット３４には円形状の複数の指標を一直線上に配列付与し、１対の基準器の不動ターゲット３３および物体側ターゲット３４を横方向および高さ方向共に一直線状に配列位置決めし、１対の基準器の不動ターゲット３３および物体側ターゲット３４の画像を撮影する電子カメラ６を有し、画像における不動ターゲット間を結ぶ基準線を基準とする物体側ターゲット３４のずれ量を画像上において座標演算処理して求めるコンピュータを含む演算処理部を有する長尺物体移動量測定装置において、撮影画像を表示する撮影画像表示部７１を具備し、撮影画像表示部７１に表示された画像中のターゲット部分を画像切り取り枠として設定された長方形カーソルにより指定し、指定されたターゲット内に含まれる指標の中心座標を認識すると共に認識結果を参照して長尺物体移動量を解析計算する演算処理部を具備し、ターゲット位置座標および指標中心座標の認識結果を拡大して表示する画像拡大表示部７２を具備し、解析計算された移動量を表示する移動量表示部７３を具備する長尺物体移動量測定装置を構成した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
円形状の３指標を有するターゲットを設置した長尺の移動対象物と不動点に設置した同様に円形状の３指標を有するターゲットを正面から撮像した画像をディスプレイの撮影画像表示部に表示する。この撮影画像表示部に表示された画像中のターゲットの位置を画像切り取り枠として設定された長方形カーソルにより指定し、指定されたターゲットに含まれる指標を演算処理部が自動認識して指標の位置座標を算出する。演算処理部は、認識算出された指標の位置座標を参照して移動量を計算処理し、表示する。
【００１４】
【実施例】
この発明の長尺物体移動量測定装置の実施例を図１を参照して説明する。
この実施例は、電子カメラ６により撮影された画像を表示する撮影画像表示部７１と、画像切り取り枠として設定された長方形カーソルにより指定された画像中のターゲットが拡大して表示される画像拡大表示部７２と、指定されたターゲット内に含まれる指標の中心座標を自動認識すると共に認識結果を参照して長尺物体の移動量を解析計算する図示されない演算処理部と、解析計算された移動量を表示する移動量表示部７３とを有する。
実施例の動作について説明する。
第１．作業者は電子カメラ６により撮影された画像を撮影画像表示部７１に取り込み表示させる。
第２．作業者は撮影画像表示部７１に表示されている不動ターゲット３３、物体側ターゲット３４の位置を長方形カーソルの枠内に納めクリック操作して指定する。即ち、鎖線により示される長方形カーソルによりターゲット３３（３４）を包囲した状態で、マウスをクリック操作することによりターゲットの指定をすることができる。
【００１５】
第３．このターゲット３３（３４）の指定がなされると、指定されたターゲット位置付近の長方形カーソルにより包囲されるターゲット部分は解析計算処理に適したサイズに迄拡大され、画像拡大表示部７２に表示される。この時の処理範囲指定画像は、カメラの位置する撮影場所からターゲット３３（３４）迄の距離に応じて範囲と表示の拡大率を変化させて、画像拡大表示部７２内に適切に納められる。
【００１６】
第３−１．図２および図３を参照して指標の座標認識を説明するに、先ず、図２（ａ）に示される画像拡大表示部７２内のターゲット３３（３４）および指標３５の画像の２値化処理が実行される。この場合、後で説明される指標３５以外の汚点３５’をも含めて２値化処理がなされる。この２値化処理結果は、図２（ｂ）に鎖線により模式的に示されている。２値化処理された画像について、図２（ｃ）に示される如く、ターゲット内の指標３５の境界上のドット３５０が抽出される。この場合、指標とは明らかに異なる単独点のドット、一直線上の連続点のドットは除外される。抽出された各ドット３５０の座標値（Ｘ_i、Ｙ_i）の平均値は、指標３５の中心座標（Ｘ₀、Ｙ₀）とし、指標位置として登録される。汚点３５’についても、同様に、中心座標は指標位置として登録される。
ここで、Ｘ₀＝（Ｘ₁＋Ｘ₂＋・・・・・＋Ｘ_i）／ｉ
Ｙ₀＝（Ｙ₁＋Ｙ₂＋・・・・・＋Ｙ_i）／ｉ
【００１７】
第３−２．３指標の選択処理について説明する。
ところで、ターゲット３３（３４）は野外に設置されているので、その表面に上述した通り汚れ３５’が付着することは避けられない。指標３５以外の汚点３５’も指標として誤認識される恐れがある。そして、画像拡大表示部７２におけるターゲット３３（３４）の領域を限定する鎖線で示される境界も、指標として誤認識される場合がある。従って、指標３５以外の部分が認識された場合、実際に何れの点が真の指標３５であるかを判別する処理が移動量の計算がなされるに先立って実施される必要がある。この判別処理について説明する。
【００１８】
１）３指標が一直線上にあるか否かを判別（位置の特徴から判別）
図３（ａ）に示される如く、登録された指標３５、３５’の位置座標の内から３指標の組み合わせが選択されて、ターゲット候補として登録される。登録されたターゲット候補の内の３指標が一直線上にあるか否かを判別する操作が実施される。図３（ａ）における３本の実線の一直線上に配列されている３点は何れも一直線上にあるという要件を満足している。しかし、上下の２直線上の３点はターゲット３３（３４）の領域を限定する境界を指標として誤認識した結果と考えられる。一直線上に配列されていないと明らかに判断される３指標は候補から除外される。この操作はターゲット候補の全ての３指標の組み合わせについて実施される。
２）指標間の間隔が左右等しいか否かを判別（位置の特徴から判別）
図３（ｂ）に示される如く、１）で判別されたターゲット候補についてそれぞれの隣り合った指標３５、３５’間の距離が計算される。中間の直線上の３点の左右の指標間距離は等しい。下側の直線上の３点の左右の指標間距離は等しい。上側の直線上の３点の左右の指標間距離は異なるので、この３点の組み合わせはターゲット候補から除外される。
【００１９】
３）指標間の間隔と指標の大きさの比が正しいか否かを判別（形状から判別）
図３（ｃ）に示される如く、２）で判別したターゲット候補について、指標間距離と指標の直径が算出される。指標間距離と指標の直径の関係が所定値と大きく異なるターゲット候補は候補から除外される。指標間距離と指標の直径の関係が所定値を満足する図３（ｃ）に示されるこの３点は正しい指標であるものとされる。
第３−３．第３−１および第３−２の操作は全４箇所のターゲットについてなされる。
第４．全４箇所のターゲットの指標の位置座標が解析されたところで、これらの位置座標に基づいて長尺の移動対象物の移動量の算出がなされる。
【００２０】
以上の通りにしてターゲット３３（３４）の全４個について、移動対象物の移動量を算出するに必要な座標値が得られた。これらの座標値を参照して、先行例において図７、図８および図９を参照して説明された原理により移動対象物の移動量を算出することができる。
以上の実施例を実施するに際して、以下の処理プログラムを作成準備する。
電子カメラ６により撮影された画像を撮影画像表示部７１に取り込み表示し、
撮影画像表示部７１に表示されているターゲット指定し、
指定されたターゲット位置付近を拡大して画像拡大表示部７２に表示し、
画像拡大表示部７２内のターゲットおよび指標３５の画像の２値化処理をし、
２値化処理された画像について、ターゲット内の指標３５の境界上のドット３５０を抽出し、
抽出された各ドット３５０の座標値（Ｘ_i、Ｙ_i）の平均値を計算して登録し、
登録された指標３５の位置座標の内から３指標の組み合わせを選択登録し、
登録された３指標の組み合わせの内の一直線上にある３指標の組み合わせを判別し、
一直線上にある３指標の組み合わせについて隣り合った指標間の距離が等しい３指標の組み合わせを判別し、
隣り合った指標間の距離が等しい３指標の組み合わせについて指標間距離と指標の直径を算出し、
指標間距離と指標の直径の関係が所定値を満足する３指標の組み合わせを判別し、
全４箇所のターゲットの指標の位置座標を繰り返して解析計算し、
位置座標に基づいて長尺の移動対象物の移動量を算出する、指令をコンピュータに対してする処理プログラム。
【００２１】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明によれば、長尺物体の移動量をディスプレイに表示した写真画像に基づいて測定するに際して、撮影した画像を撮影画像表示部に表示し、この撮影画像表示部に表示された画像中のターゲットの位置を画像切り取り枠として設定された長方形カーソルにより指定し、指定されたターゲットに含まれる指標を演算処理部が自動認識して指標の位置座標を算出し、認識算出された指標の位置座標を参照して移動量を計算処理、表示する構成を採用することにより、移動量の解析計算処理を簡単化することができると共に、得られる測定値の精度も高く一定な長尺物体移動量測定方法およびこの方法を実施する装置を提供することができる。
【００２２】
即ち、上述した先行例においては、作業者は１測定点に対してマウスを操作することによりターゲットに含まれる指標の位置座標を一つづつ決定して行き、１ターゲット当たり３指標として４指標で全１２指標という多数の指標の座標を指定する必要があり、測定値の精度にもばらつきが存在した。これに対して、この発明は、指標の座標の指定を直接にはせずに、ターゲットの位置を画像切り取り枠として設定された長方形カーソルにより指定し、指定されたターゲットに含まれる指標の中心座標を自動解析計算する構成を採用することにより、１測定点に対してマウスを操作する回数は４指標のターゲットの位置を長方形カーソルにより指定する全４回であり、先行例と比較して１／３回に減少した。ターゲット指定以降は、ターゲットに含まれる指標の中心座標を自動解析計算し、計算された位置座標に基づいて長尺の移動対象物の移動量を算出することで、得られる測定値の精度も高く一定である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を説明する図
【図２】指標の座標認識を説明する図。
【図３】指標と汚れの判別処理を説明する図。
【図４】従来例を説明する図。
【図５】参考例来例を説明する図。
【図６】基準器を説明する図。
【図７】撮影画像表示部に表示した写真画像を示す図。
【図８】表示画面の座標を示す図。
【図９】直線近似式の求め方を説明する図。
【符号の説明】
３３不動ターゲット３４物体側ターゲット
３５指標７１撮影画像表示部
７２画像拡大表示部７３移動量表示部

Claims

円形状の複数の指標を一直線上に等間隔で配列付与した物体側ターゲットを長尺物体に設置し、同様に円形状の複数の指標を一直線上に等間隔で配列付与した不動ターゲットを長尺物体の近傍に１対設置してこれらを電子カメラにより正面から撮影し、
撮影した画像を撮影画像表示部に表示し、
撮影画像表示部に表示された画像中のターゲット部分を画像切り取り枠として設定された長方形カーソルにより指定し、
指定されたターゲット部分に含まれる指標を演算処理部が自動認識して指標の中心座標を位置座標として算出し、
指標の位置座標が一直線上にあるか否かを判別し、隣接する指標の位置座標の間隔がそれぞれ等しいか否かを判別し、指標間の位置座標の間隔と指標の直径の大きさの比が所定値を満足するか否かを判別し、
全ての判別が否でない指標の位置座標を参照して移動量を計算処理することを特徴とする長尺物体移動量測定方法。
長尺物体に設置される物体側ターゲットと長尺物体の近傍に固定される１対の基準器のそれぞれに設置される不動ターゲットを有し、
不動ターゲットおよび物体側ターゲットには円形状の複数の指標を一直線上に等間隔で配列付与し、
１対の基準器の不動ターゲットおよび物体側ターゲットを横方向および高さ方向共に一直線状に配列位置決めし、
１対の基準器の不動ターゲットおよび物体側ターゲットの画像を撮影する電子カメラを有し、
画像における不動ターゲット間を結ぶ基準線を基準とする物体側ターゲットのずれ量を画像上において座標演算処理して求めるコンピュータを含む演算処理部を有する長尺物体移動量測定装置において、
撮影画像を表示する撮影画像表示部を具備し、
撮影画像表示部に表示された画像中のターゲット部分を画像切り取り枠として設定された長方形カーソルにより指定し、指定されたターゲット内に含まれる指標の中心座標を位置座標として認識し、指標の位置座標が一直線上にあるか否かを判別し、隣接する指標の位置座標の間隔がそれぞれ等しいか否かを判別し、指標間の位置座標の間隔と指標の直径の大きさの比が所定値を満足するか否かを判別し、全ての判別が否でない指標の認識結果を参照して長尺物体移動量を解析計算する演算処理部を具備し、
ターゲット位置座標および指標中心座標の認識結果を拡大して表示する画像拡大表示部を具備し、
解析計算された移動量を表示する移動量表示部を具備することを特徴とする長尺物体移動量測定装置。