JPH06273124A

JPH06273124A - パンタグラフとトンネル壁面の最短距離算出方法

Info

Publication number: JPH06273124A
Application number: JP5088155A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Takenaka; 泰雄竹中; Tetsuro Hirai; 哲朗平井; Takanori Ninomiya; 隆典二宮; Seiichi Takahashi; 精一高橋; Kazufumi Matsuura; 和史松浦
Original assignee: Hitachi Ltd; East Japan Railway Co; Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; East Japan Railway Co; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】離隔距離測定装置の画像処理において、パン
タグラフのホーン部Ｈと、狭小トンネルの壁面または構
造物の最短距離ｄ_M を求める方法を提供する。【構成】離隔距離測定装置のＩＴＶカメラが受像した
画像データを画像処理し、各画素の受光強度を適当な閾
値によりそれぞれ２値化して、光ビームが照射されたト
ンネルの壁面または構造物と、ホーン部Ｈのそれぞれの
輪郭線を抽出し、両輪郭線の画素数をｘ個それぞれ増加
して幅が拡張された拡張輪郭線Ｒ_X,Ｒ'_Xとする。両拡張
輪郭線の一方を輪郭追跡してその周囲の長さＱ_X を計測
し、画素数の漸次の増加により長さが急増したとき、両
拡張輪郭線が互いに接触したと判定し、接触した両拡張
輪隔線の幅の和を、それぞれ曲面をなすホーン部Ｈと壁
面、またはホーン部と任意の形状の構造物との最短距離
ｄ_M とする。【効果】最短距離ｄ_M が的確に算出され、離隔距離測
定装置の信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パンタグラフとトン
ネル壁面の離隔距離測定装置において、最短の離隔距離
（最短距離）を算出する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば山形新幹線のような簡易型の新幹
線においては、トンネルは旧型の断面が狭小なトンネル
（狭小トンネル）がそのまま使用されている。これに対
して、簡易型新幹線の列車は在来線よりやや大型の車両
により編成されているので、車体とトンネルの壁面のス
ペースがかなり狭い。図５において、１は狭小トンネル
（以下単にトンネルという）を示し、その天井11の中央
にトロリー線２が架設され、またトンネル１の両側の壁
面12には、天井11より少し下がった位置に、ブラケット
31により吊架された電力、信号用などのケーブル32や、
照明具33などの種々の構造物３が連続または点在して設
置されている。これに対して４は簡易型新幹線の電車
を、５は電車の屋根上に設けられたパンタグラフをそれ
ぞれ示し、パンタグラフ５は上部にトロリー線２に接触
する舟体51を有し、その両側には垂れ下がった曲面の形
状のホーン部Ｈが形成されている。図示のように電車４
は乗客の位置や、軌道の曲線部に設けられたカント（傾
斜）により角度α傾斜し、これが走行すると、車体の横
方向の平行移動Ｗとローリングとが合成されて横揺れが
生じ、これにピッチングによる縦揺れが加わる。これら
の動揺は走行速度やカントなどにより大小さまざまに変
化するので、このような傾斜角αと動揺を考慮して車両
限界と建築限界が規定されている。しかし、簡易型新幹
線の列車は在来線に比較して速度が速いため動揺が大き
く、また、車体が大きいことや狭小トンネル１が狭いこ
とにより、ホーン部Ｈが壁面12や構造物３に接触するこ
とがありうる。接触により構造物３は損傷し、ホーン部
Ｈまたは舟体51が破損してパンタグラフ５は使用不能と
なり、列車運行に大きな影響を及ぼす。このような狭小
トンネル１内で簡易型新幹線の列車を安全に運行するた
めに、ホーン部Ｈに対する壁面12または構造物３の離隔
距離を測定して適当な措置を講ずることが必要である。
これに対して、この発明の発明者により離隔距離測定装
置が考案され、「パンタグラフとトンネル壁面の離隔距
離測定装置」が特許出願される。

【０００３】図６は上記の離隔距離測定装置の一実施例
を示し、図示の６はトロリー線２などの保守用に使用さ
れ、軌道上と道路上のいずれにも走行可能な軌陸車を示
す。軌陸車６に対して、図示の位置に舟体71を有する測
定用のパンタグラフ７が取り付けられ、昇降台61には、
第１の投光器81と第２の投光器82およびＩＴＶカメラ83
よりなる測定光学系８が、また下台62には画像処理部91
と表示器92よりなるデータ処理部９がそれぞれ搭載され
て、離隔距離測定装置が構成される。

【０００４】図７は上記の測定光学系８の各投光器81,8
2 の投射範囲と、ＩＴＶカメラ83の受像範囲を示すもの
で、第１の投光器81より舟体71の先端に形成されたホー
ン部Ｈの周辺の範囲Ｓ_H に対して、軌陸車６の進行方向
に光ビームＬ_H が投射され、第２の投光器82より、進行
方向に狭い角度δφを有し、上下方向に適当な角度θを
なす光ビームＬ_B が、狭小トンネルの壁面12の照射範囲
Ｓ_B に対して垂直に投射される。ＩＴＶカメラ83は第１
および第２光ビームＬ_H,Ｌ_B の中間の方向に設けられ、
受像範囲Ｓ_S 内のホーン部Ｈと、壁面12または構造物３
のそれぞれの映像が同一画面に受像される。図８はＩＴ
Ｖカメラ83の受像画面Ｇの例を示す。(a) は壁面12の暗
い部分を背景として、ホーン部Ｈと照射範囲Ｓ_B 内の壁
面12のそれぞれの明るい映像されており、この画像デー
タは画像処理部91により画像処理され、ホーン部Ｈに対
する、壁面12の離隔距離ｄが算出され、離隔距離データ
は表示器92に表示される。(b) では構造物３の明るい映
像が受像されており、上記と同様に離隔距離ｄが算出さ
れて表示される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】さて、上記の図８(a),
(b) に示すように、ホーン部Ｈと壁面12はそれぞれ曲面
をなし、構造物３はいわば任意の形状である。また、ホ
ーン部Ｈはトロリー線２に追従しては昇降し、壁面12の
曲面の高さはトンネルの断面の大きさにより変化するの
で、それぞれのどの部分が互いに接触するかは一概に決
まらない。ただし両者は両曲面の最短距離をなす部分が
接触する筈であるから、離隔距離ｄとしては最短距離を
とることが妥当である。さらに、壁面12や構造物３、ホ
ーン部Ｈには凹凸や反射ムラがあって、それぞれの映像
にボケを生ずるので、最短距離を求めるには、まずこれ
らの明確な輪隔線を抽出することが必要である。しか
し、上記の離隔距離測定装置には、このような最短距離
の算出方法は開示されていない。この発明は以上に鑑み
てなされたもので、画像処理部91の画像処理により、ホ
ーン部Ｈと、壁面12または構造物３の上記の最短距離を
求めることができる有効な方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明はパンタグラフ
とトンネル壁面の最短距離算出方法であって、前記の離
隔距離測定装置において、画像処理部の画像処理によ
り、ＩＴＶカメラが受像した画像データの各画素の受光
強度を適当な閾値によりそれぞれ２値化して、光ビーム
が照射された壁面または構造物と、ホーン部Ｈのそれぞ
れの輪郭線を抽出する。両輪郭線の画素数をそれぞれ増
加して幅が拡張された拡張輪郭線とし、両拡張輪郭線の
一方を輪郭追跡してその長さを計測する。画素数の漸次
の増加により計測された長さが急激に増大したとき、両
拡張輪郭線が互いに接触したと判定し、接触した両拡張
輪隔線の幅の和を、それぞれ曲面をなすホーン部Ｈと壁
面、またはホーン部と任意の形状の構造物の最短距離ｄ
_M とする。

【０００７】

【作用】上記の画像処理においては、ＩＴＶカメラの画
像データは各画素の受光強度が適当な閾値によりそれぞ
れ２値化され、光ビームが照射された壁面または構造物
と、ホーン部Ｈの明確な輪郭線がそれぞれ抽出される。
両輪郭線は画素数がそれぞれ増加されて拡張輪郭線とさ
れ、これらの幅は画素数の漸次の増加により拡張されて
互いに接触する。この接触は、輪郭追跡により計測され
た一方の拡張輪郭線の長さが、急激に増大したことによ
り判定され、接触した両拡張輪隔線の幅の和が、ホーン
部Ｈと、壁面または構造物の最短距離ｄ_M とされる。

【０００８】

【実施例】図１〜図３により、この発明による最短距離
算出方法の原理を説明する。図１(a) は前記した図８
(a) 受像画面Ｇを再記したもので、光ビームが照射され
ない暗い壁面12を背景として、照射範囲Ｓ_B 内の壁面12
とホーン部Ｈ（以下一括して反射物とする）のそれぞれ
の明るい映像が受像されている。画像処理により、まず
反射物の輪郭線を求める。ただし反射物には凹凸や反射
率のムラがあるので、それぞれの輪郭はかならずしも明
確でない。そこで輝度をＰとして、Ｐに対する画面Ｇの
画素数ｎの分布曲線Ｋを作成する。図１(b) は分布曲線
Ｋの一例を示し、画素数ｎは暗い背景の壁面12がＰ＝０
付近を最大として漸次下降し、ある輝度Ｐ_S を境界とし
て上昇して反射物の範囲となる。この輝度Ｐ_S を閾値と
して画像データの各画素の受光強度を２値化すると、反
射物の明確な輪郭線が抽出される。図２において、(a)
は抽出された照射範囲Ｓ_B とホーン部Ｈの輪郭線Ｒ_Sa，
Ｒ'_Ha を示す。つぎに(b) において、２本の輪郭線Ｒ_Sa
の中心線Ｒ_Scと、上下の輪郭線Ｒ'_Ha の上側線Ｒ'_HaUと
を抽出し、さらに(c) のように、これらの画素数をｘ個
づつ相手側に拡張した拡張輪隔線Ｒ_X,Ｒ'_Xを作成する。
図３(a) において、上記の拡張輪郭線Ｒ_X を輪郭追跡し
てその周囲の長さＱ_Xを計測し、拡張画素数をさらに増
加してある幅Ｎに拡張すると、(b) のように両拡張輪郭
線Ｒ_N ，Ｒ'_Nは互いに接触し、拡張輪郭線Ｒ_N に対する
輪郭追跡は相手方の拡張輪郭線Ｒ'_Nを迂回し、(c) のよ
うに長さＱ_X はＱ_N に急激に増大する。この原理を逆に
利用し、長さＱを計測しながら拡張画素数を漸次増加
し、長さＱがＱ_N に急増したことを検出して両者の接触
を判定する。接触した両輪隔線Ｒ_N,とＲ'_Nの幅の和、す
なわち拡張画素数Ｎの２倍の２Ｎが中心線Ｒ_Scと上側線
Ｒ'_HaUの最短距離ｄ_M となることは、(b) により了解さ
れる。なお、上記は壁面12の場合であるが、構造物３の
場合は中心線によらず、外縁線を抽出して上記と同様の
処理を行い、やはり最短距離ｄ_M が求められる。

【０００９】図４は上記の画像処理方法を整理した処理
手順のフローチャートを示し、図７を併用し、補足して
説明する。ＩＴＶカメラ83の画像データが画像処理部91
に入力して、輝度Ｐに対する画素数の分布曲線Ｋが作成
され、分布曲線Ｋより背景壁面と反射物の輝度Ｐの境
界点に対する輝度Ｐ_S が求められる。輝度Ｐ_S を閾値
として画像データの各画素の受光強度をそれぞれ２値化
して、照射範囲Ｓ_B 内の壁面12または構造物３と、ホー
ン部Ｈの明確な輪郭線Ｒ_Sa, Ｒ'_Ha をそれぞれ抽出し
、さらに２本の輪郭線Ｒ_Saに対する中心線Ｒ_Scと、上
下の輪郭線Ｒ'_Haの上側線Ｒ'_HaUとを抽出する。つい
で中心線Ｒ_Scと上側輪郭線Ｒ'_HaUを、それぞれ相手側に
画素数をｘ個増加して拡張輪郭線Ｒ_X とＲ'_Xを作成し
、拡張輪郭線Ｒ_X を輪郭追跡して周囲の長さＱ_X を計
測する。長さＱ_X を計測しながら画素数ｘを漸次増加
して長さＱ_X の増加をチェックし、長さＱ_X が急増し
たか否かを判断し、急増してない（ＮＯ）ときはステ
ップに戻ってさらに画素数を増加する。急増した（Ｙ
ＥＳ）ときは、両拡張線Ｒ_N ，Ｒ'_Nが互いに接触したと
判定し、拡張画素数Ｎの幅の２倍を、ホーン部Ｈと照射
範囲Ｓ_B 内の壁面12または構造物３の最短距離ｄ_M と
し、そのデータをデータ処理部９に出力する。以上に
より、当該画像データに対する画像処理が終了して、ル
ーチンはステップに戻って各画像データが順次に処理
される。

【００１０】

【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明による最
短距離算出方法においては、ＩＴＶカメラが逐次に受像
した各画像データは２値化され、光ビームが照射された
壁面または構造物と、パンタグラフのホーン部Ｈの明確
な輪郭線がそれぞれ抽出され、両輪郭線は画素数が増加
されてそれぞれ拡張輪郭線とされ、両拡張輪郭線の一方
の長さを輪郭追跡により計測しながら画素数を漸次増加
し、この長さが急激に増大したことにより両拡張輪郭線
が互いに接触したものと判定し、接触した両拡張輪隔線
の幅の和を、それぞれ曲面をなすホーン部Ｈと壁面、ま
たはホーン部と任意の形状の構造物の最短距離ｄ_M とす
るもので、最短距離ｄ_M が的確に算出され、離隔距離測
定装置の測定データの信頼性の向上に寄与するところに
は、大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例における、最短距離算出
方法の原理説明図を示す。

【図２】図１と同様の説明図である。

【図３】図１と同様の説明図である。

【図４】この発明の一実施例における処理手順のフロ
ーチャートを示す。

【図５】狭小トンネル１と簡易型新幹線電車４の断面
と、電車４の動揺による問題点の説明図を示す。

【図６】特許出願にかかる離隔距離測定装置の概略の
構成図を示す。

【図７】図６の測定光学系８の詳細構成図を示す。

【図８】図６のＩＴＶカメラ83の受像画面Ｇの例を示
す。

【符号の説明】

１…狭小トンネル、11…天井、12…トンネルの両側の壁
面、２…トロリー線、３…構造物、31…ブラケット、32
…ケーブル、33…照明具、４…簡易型新幹線電車、５…
パンタグラフ、51…舟体、６…軌陸車、61…昇降台、62
…下台、７…測定用パンタグラフ、71…舟体、８…測定
光学系、81…第１の投光器、82…第２の投光器、83…Ｉ
ＴＶカメラ、９…データ処理部、91…画像処理部、92…
表示器、Ｈ…パンタグラフのホーン部、Ｓ_B …トンネル
壁面の照射範囲、Ｒ_Sa…照射範囲Ｓ_B 内の壁面の輪郭
線、Ｒ'_Ha …ホーン部Ｈの輪郭線、ｘ，Ｎ…増加または
拡張画素数、ｄ_M …最短距離、Ｒ_X,Ｒ_N …範囲Ｓ_B の拡
張輪郭線、Ｒ'_X，Ｒ'_N…ホーン部Ｈの拡張輪郭線、〜
…フローチャートのステップ番号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平井哲朗東京都千代田区大手町二丁目６番２号日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者二宮隆典神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者高橋精一東京都千代田区丸の内一丁目６番５号東日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者松浦和史東京都千代田区丸の内一丁目６番５号東日本旅客鉄道株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軌陸車に取り付けら、舟体を有する測定
用のパンタグラフと、該軌陸車にそれぞれ搭載され、投
光器とＩＴＶカメラよりなる測定光学系、および画像処
理部を具備し、該投光器により光ビームを投射し、該Ｉ
ＴＶカメラにより、前記舟体の先端に形成されたホーン
部Ｈと、狭小トンネルの壁面または該壁面に設けられた
構造物のそれぞれの映像を受像し、該受像された画像デ
ータを前記画像処理部により画像処理して、前記ホーン
部Ｈに対する前記壁面または構造物の離隔距離を算出す
る離隔距離測定装置において、前記画像処理部の画像処
理により、前記画像データの各画素の受光強度を適当な
閾値によりそれぞれ２値化して、前記光ビームが照射さ
れた壁面または構造物と、前記ホーン部Ｈのそれぞれの
輪郭線を抽出し、該両輪郭線の画素数をそれぞれ増加し
て幅が拡張された拡張輪郭線とし、該両拡張輪郭線の一
方を輪郭追跡してその長さを計測し、前記画素数の漸次
の増加により該長さが急激に増大したとき、該両拡張輪
郭線が互いに接触したと判定し、該接触した両拡張輪隔
線の幅の和を、それぞれ曲面をなす前記ホーン部Ｈと前
記壁面、または該ホーン部と任意の形状の前記構造物と
の最短距離ｄ_M とすることを特徴とする、パンタグラフ
とトンネル壁面の最短距離算出方法。