列車搭載用画像処理システム
【課題】安価で導入容易な画像処理システムにて沿線設置機器の稼働状態を監視する。
【解決手段】鉄道の軌道１０を走行する列車２０に搭載される列車搭載用画像処理システム３０において、前方軌道１１を撮る撮像装置３２と、後方軌道１２を撮る撮像装置３３と、ＧＰＳ受信機３５と、その測位結果から列車位置Ｑを得る列車位置検出部４１と、軌道１０に沿って設置された沿線設置機器に係る機器位置Ｎおよび機器画像Ｐをデータ保持する沿線設置機器データ記憶部４６と、撮像装置３２，３３で撮った画像Ｄ１，Ｄ２から機器画像Ｐを検出して検出結果を対比することにより沿線設置機器の動作を確認する沿線設置機器検出部４７とを備える。
【解決手段】鉄道の軌道１０を走行する列車２０に搭載される列車搭載用画像処理システム３０において、前方軌道１１を撮る撮像装置３２と、後方軌道１２を撮る撮像装置３３と、ＧＰＳ受信機３５と、その測位結果から列車位置Ｑを得る列車位置検出部４１と、軌道１０に沿って設置された沿線設置機器に係る機器位置Ｎおよび機器画像Ｐをデータ保持する沿線設置機器データ記憶部４６と、撮像装置３２，３３で撮った画像Ｄ１，Ｄ２から機器画像Ｐを検出して検出結果を対比することにより沿線設置機器の動作を確認する沿線設置機器検出部４７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軌道を走行する列車に搭載されて軌道を撮影する列車搭載用画像処理システムに関し、詳しくは、軌道に沿って設置された沿線設置機器の画像を検出する列車搭載用画像処理システムに関する。なお、列車には一両編成のものや路面電車も含まれる。
また、本発明は、保全・保安管理対象の沿線設置機器の稼働状態の監視にも関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道では、軌道を走行する列車に車上装置と共にＧＰＳ受信機が搭載されて、ＧＰＳ受信機が衛星航法システム(Global Positioning System）による測位を行うとともに、車上装置がＧＰＳ受信機の測位結果に基づき路線マップデータ等も利用して列車位置を得ることにより、停留所における路面電車の発着を判定したり（特許文献１参照）、信号冒進警報装置を安価に実現したり（特許文献２参照）、車両運転状況記録装置を少ない装備で実現したり（特許文献３参照）、運転管理センタでも列車位置を把握したり（特許文献４参照）、といったことができるようになっている。
【０００３】
なかでも、車両運転状況記録装置では（特許文献３参照）、列車の前方の軌道を第１撮像装置で撮って前方軌道映像を得るとともに、列車の運転席を第２撮像装置で撮って運転席映像を得て、ＧＰＳ利用で得た列車の位置情報と一緒に前方軌道映像と運転席映像を記録するようになっている。
そうして記録された映像は、列車走行後に行われる路線状況や運転状態の確認などに役立っている。
【０００４】
一方、沿線設置機器など保全・保安管理対象の信号保安設備に各種センサを取り付けて遠隔自動計測を行うことにより管理対象機器や設備の稼働状態を監視する定常状態監視システムが実用化されている（例えば非特許文献１参照）。
このシステムでは、測定データが各センサから情報ネットワーク経由でセンタに収集され、収集したデータや機器の稼働状態が、端末にオンライン表示されるとともに、記録もされるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４０４７８号公報
【特許文献２】特開２００７−１５９３０９号公報
【特許文献３】特開２００８−２２１９０２号公報
【特許文献４】特開２００９−２３４３４９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】黄程陽・長島高洋著「定常状態監視システム開発の変遷」ＤＡＩＤＯ１０１、ｐ．２−９、大同信号株式会社発行２００２年１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来の定常状態監視システムでは、鉄道の沿線に分散して設置された機器にセンサを取り付けなければならないので、総ての機器を監視しようとすると必然的にセンサの個数が多くなるため、費用が嵩む。また、センタへ情報を伝送するために、各機器を有線で接続するので、信号ケーブルの屋外敷設も長距離に及び、システムが大掛かりになるため、気軽に導入できるとは言えない。
これに対し、上述した車両運転状況記録装置は、車上の撮像装置で沿線を撮ることができるので設備導入費用が比較的安くてすむうえ、ＧＰＳを利用して位置情報を得ることから列車位置の誤差が累積しないので長距離の測定に向いている。
そこで、沿線設置機器の稼働状態の監視にＧＰＳや画像処理を上手く利用することにより、沿線設置機器稼働状態監視システムを安価で而も導入容易な列車搭載用画像処理システムとして実現することが技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の列車搭載用画像処理システムは（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、鉄道の軌道を走行する列車に搭載される列車搭載用画像処理システムにおいて、車外を撮る撮像装置と、衛星航法システムによる測位を行うＧＰＳ受信機と、前記ＧＰＳ受信機の測位結果に基づいて列車位置を得る列車位置検出部と、前記軌道に沿って設置された沿線設置機器に係る機器位置および機器画像をデータ保持する沿線設置機器データ記憶部と、前記列車位置の前記機器位置への接近を検知して異なる接近位置において前記撮像装置で撮った画像を取り込むとともにその複数の画像から前記機器画像を検出して検出結果を対比することにより前記沿線設置機器の動作を確認する沿線設置機器検出部とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の列車搭載用画像処理システムは（解決手段２）、上記解決手段１の列車搭載用画像処理システムであって、前記撮像装置が、前方軌道撮影用の第１撮像装置と後方軌道撮影用の第２撮像装置とを含んでおり、前記沿線設置機器検出部が、前記機器位置の列車通過前に前記第１撮像装置で撮った前方軌道の画像と前記機器位置の列車通過後に前記第２撮像装置で撮った後方軌道の画像とを対象にして画像処理を行うものであることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の列車搭載用画像処理システムは（解決手段３）、上記解決手段２の列車搭載用画像処理システムであって、前記沿線設置機器検出部が、前記第１撮像装置で撮った前方軌道の画像において前記機器画像を検出する際には前記列車位置と前記機器位置とに基づいて画像探索位置を決定するが、前記第２撮像装置で撮った後方軌道の画像において前記機器画像を検出する際には前記の前方軌道の画像について検出済みの画像位置に基づいて画像探索位置を決定するようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このような本発明の列車搭載用画像処理システムにあっては（解決手段１）、車上の撮像装置で沿線を撮ることができるので設備導入費用が比較的安くてすむし、ＧＰＳを利用して位置情報を得ることから列車位置の誤差が累積しないので長距離の測定に向いている、という車両運転状況記録装置の利点が引き継がれてる。そのうえ、沿線設置機器の機器位置と機器画像がデータ保持されており、それを参照して機器位置への接近検知と異なる接近位置での車外画像の取り込みと複数の車外画像からの機器画像検出と画像検出結果の対比による沿線設置機器の動作確認とが行われる。
【００１２】
これにより、列車の接近や通過に応じて動作する沿線設置機器の状態変化が画像により確認されることとなるので、従来の定常状態監視システムように多数の機器にセンサを取り付けたり各機器を有線接続したりする必要がなくなる。そのため、費用やシステム規模が削減されるので、従来の定常状態監視システムより、気軽に導入することができる。
したがって、この発明によれば、安価で而も導入容易な列車搭載用画像処理システムにて沿線設置機器の稼働状態を監視することができる。
【００１３】
また、本発明の列車搭載用画像処理システムにあっては（解決手段２）、前方軌道撮影用の第１撮像装置に加えて後方軌道撮影用の第２撮像装置も装備されていて、機器位置の列車通過前に第１撮像装置で撮った前方軌道の画像と機器位置の列車通過後に第２撮像装置で撮った後方軌道の画像とが沿線設置機器検出部の画像処理の対象にされる。そのため、沿線設置機器に係る列車通過の前後の画像からの検出結果が対比されるので、列車通過に応じて動作する踏切しゃ断機や転てつ機の稼働状態を的確に監視することができる。
【００１４】
さらに、本発明の列車搭載用画像処理システムにあっては（解決手段３）、対比のため画像探索が二度以上行われるが、第１撮像装置で撮った前方軌道の車外映像から全体画像を得て、その中から沿線設置機器検出部が機器画像を検出するときには、列車位置と機器位置とに基づいて画像探索位置が決定される。これらの列車位置と機器位置に撮像装置取付仕様など既知の撮像条件を加えれば、全体画像のうち何処に機器画像が位置しているのかが幾何的演算で判明するので、画像探索位置が容易かつ迅速に求まる。
【００１５】
しかも、第２撮像装置で撮った後方軌道の車外映像から全体画像を得て、その中から沿線設置機器検出部が機器画像を検出するときは、前方軌道の画像について既に探索も決定も済んでいる既知の位置に基づいて新たな画像探索位置が決定されるので、画像探索位置がより容易かつ迅速に求まる。そのため、画像探索を何度か行っても、画像処理を短時間で終えることができるので、沿線設置機器の稼働状態をリアルタイムで確認することが可能となる。そして、機器異常があれば早期発見がなされ、それに応じて早期修繕することで機器が速やかに正常復帰するので、事故発生の未然防止にも貢献することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の列車搭載用画像処理システムの実施例１である運転状況記録装置の構造等を示し、（ａ）が列車等の平面図、（ｂ）が運転状況記録装置の外観斜視図、（ｃ）がデータ処理装置（演算装置）のブロック図である。
【図２】列車搭載用画像処理システムの動作状態を示し、（ａ）が列車等の平面図、（ｂ）が列車等の側面図、（ｃ）が前方軌道映像の例、（ｄ）がその画像に探索位置を示した例、（ｅ）がマッチング対象のパターン例である。
【図３】列車搭載用画像処理システムの動作状態を示し、（ａ）が前方軌道映像で見つかった画像位置を示した例、（ｂ）が後方軌道映像用の画像探索位置を示した例、（ｃ）が後方軌道映像の例、（ｄ）がその画像に探索位置を示した例、（ｅ）がマッチング対象のパターン例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
このような本発明の列車搭載用画像処理システムについて、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１により説明する。
図１〜３に示した実施例１は、上述した解決手段１〜３（出願当初の請求項１〜３）を総て具現化したものであり、既述した特許文献３記載の運転状況記録装置３０に沿線設置機器データ４６と沿線設置機器検出部４７と撮像条件データ４８を追加するとともに、撮像装置３３を車外の後方軌道撮影用に転用することにより、列車搭載用画像処理システムを運転状況記録装置３０への組み込み態様で実現している。
【実施例１】
【００１８】
本発明の列車搭載用画像処理システムの一実施例である運転状況記録装置３０について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、運転状況記録装置３０の構造を示し、（ａ）が搭載先の列車２０の等の平面図、（ｂ）が運転状況記録装置３０の外観斜視図、（ｃ）がデータ処理装置４０（演算装置）のブロック図である。
【００１９】
運転状況記録装置３０は（図１（ａ）参照）、レール１０（軌道）上を走行する列車２０に搭載されるものである。
その列車２０の先頭車両の中の前側部分には運転席２１が設けられており（図１（ａ）参照）、そこには速度計２２や高度計２３が装備されている（図１（ｂ）参照）。
速度計２２は、例えば台車部に設置された速度発電機などからなるが、信号出力部に改造が施されて、信号ケーブル等で運転状況記録装置３０に接続され、速度情報Ｖを運転状況記録装置３０へ随時送出するようになっている。高度計２３も、随時、高度情報Ｈを取得して運転状況記録装置３０へ送出するものであり、市販の汎用品で足りる。
【００２０】
この運転状況記録装置３０（図１（ｂ）参照）には、列車２０の前方軌道１１を撮る撮像装置３２（第１撮像装置）と、列車２０の後方軌道１２を撮る撮像装置３３（第２撮像装置）と、衛星航法システムによる測位を行うＧＰＳアンテナ３４及びＧＰＳ受信機３５と、ハードディスク等からなり十分な記憶容量を具えた記録装置３６と、プログラマブルなマイクロプロセッサシステムやデジタルシグナルプロセッサ等からなり列車位置検出部４１や記録制御部４４として機能するデータ処理装置４０と、ＧＰＳ受信機３５と記録装置３６とデータ処理装置４０と図示しない電源ユニット等を納めた筐体３１とが、設けられている。筐体３１は、運転席２１の下や脇などで空いているところに設置される。
【００２１】
撮像装置３２は（図１（ａ），（ｂ）参照）、例えばＣＣＤカメラからなり、撮影方向を前方軌道１１に向けた状態で（図１（ａ）の一点鎖線を参照）、列車２０の前端部たとえば運転席２１上面の最前部位に設置され、撮った前方軌道映像Ｄ１を映像信号ケーブルでデータ処理装置４０へ随時送出するようになっている。
撮像装置３３は（図１（ａ），（ｂ）参照）、例えばＣＣＤカメラからなり、撮影方向を後方軌道１２に向けた状態で（図１（ａ）の二点鎖線を参照）、列車２０の後端部たとえば車掌室の最後尾部位に設置され、撮った運転席映像Ｄ２を映像信号ケーブルでデータ処理装置４０へ随時送出するようになっている。
【００２２】
ＧＰＳアンテナ３４は、列車２０の天井などに設置されて、ＧＰＳ(Global Positioning Satellite)衛星から電波を受信し、それを同軸ケーブル等でＧＰＳ受信機３５へ随時送信するようになっている。
ＧＰＳ受信機３５は、衛星航法システム(Global Positioning System）による測位を行って、例えば緯度対応値Ｘと経度対応値Ｙと高度対応値Ｚの組データである測位結果［Ｘ，Ｙ，Ｚ］をデータ処理装置４０へ随時送出するようになっている。
【００２３】
記録装置３６は（図１（ｃ）参照）、データを多数のファイルに分けて保持するようになっており、例えば、特異事象のイベント情報は、発生時刻や発生位置の情報と共に、テキスト形式のファイルで蓄積されるようになっている。また、前方軌道映像Ｄ１や後方軌道映像Ｄ２は、３０秒や１分といった時間単位で分割されて、デジタル動画規格のＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）形式でファイルに記録されるようになっている。さらに、そのファイルには、撮影日時が分かるように、映像Ｄ１，Ｄ２を取得した年月日と時刻とが埋め込まれるようにもなっている。
【００２４】
データ処理装置４０は（図１（ｃ）参照）、例えばマイクロプロセッサのプログラムで具現化された列車位置検出部４１と記録制御部４４と映像処理部４５と沿線設置機器検出部４７と、例えば不揮発性メモリからなるデータ記憶部に保持されたマップデータ４２と沿線設置機器データ４６と撮像条件データ４８と、電源供給停止時も電池等で動作可能な内蔵の時計４３とを具えている。
映像処理部４５は、前方軌道映像Ｄ１や後方軌道映像Ｄ２をそれぞれＭＰＥＧ形式のうちでも圧縮度の高い例えばＡＶＩ（Audio Video Interleave）形式に変換して記録制御部４４に引き渡すとともに、前方軌道映像Ｄ１も後方軌道映像Ｄ２も取り込み要求に応じて一コマずつ沿線設置機器検出部４７に引き渡すようになっている。
【００２５】
列車位置検出部４１は、ＧＰＳ受信機３５から測位結果［Ｘ，Ｙ，Ｚ］を取得し、それをマップデータ４２に照らして修正する等のことにより迷走を防止するとともに、速度計２２から速度情報Ｖを取得し、高度計２３から高度情報Ｈを取得して、速度情報Ｖと高度情報ＨをＧＰＳ受信機３５の測位結果［Ｘ，Ｙ，Ｚ］に反映させることで、より正確な列車位置Ｑ［Ｘ，Ｙ，Ｚ］を得るものである。
また、列車位置検出部４１は、列車位置Ｑ［Ｘ，Ｙ，Ｚ］に基づいて停車位置超過の特異事象を検出するとともに、速度情報Ｖに基づいて速度偏差過大の特異事象を検出して、それらの特異事象Ｅを記録制御部４４に引き渡すようにもなっている。
【００２６】
記録制御部４４は、映像処理部４５からＡＶＩ形式の前方軌道映像Ｄ１及び後方軌道映像Ｄ２を入力して、それぞれを上記の時間単位で分割し、さらに時計４３からの日時Ｔを埋め込んだファイル名を付けて、記録装置３６に記録するようになっている。
また、記録制御部４４は、上記の特異事象Ｅに加えて、映像Ｄ１，Ｄ２の分割単位を記録したことを示す定時記録情報も、イベント情報Ｅとして扱い、それらの情報を記録装置３６のファイルに追加で書き込むようにもなっている。
【００２７】
沿線設置機器データ４６には、レール１０（軌道）に沿って設置された沿線設置機器のうち列車走行接近時に画像検出したい物それぞれについて機器位置Ｎと機器画像Ｐとの組データが一組ずつ予め設定されている。
沿線設置機器の典型例は、信号機や，踏切しゃ断機，転てつ機などであり、それを撮っておいた画像が機器画像Ｐであるが、これは、映像Ｄ１，Ｄ２の一コマからなる全体画像よりも小さい。機器位置Ｎは列車位置Ｑと同じく［Ｘ，Ｙ，Ｚ］で規定される。
【００２８】
撮像条件データ４８は、列車２０への撮像装置３２，３３の装着状態に係る撮像条件Ｍであり、撮像装置３２に係る撮像条件Ｍには、列車位置Ｑと撮像装置３２との前後方向差ΔＸと左右方向差ΔＹと上下方向差ΔＺに加えて、撮像装置３２の視点方向の左右方向傾きθと上下方向傾きφも含まれている。撮像装置３３に係る撮像条件Ｍにも、列車位置Ｑと撮像装置３３との前後方向差ΔＸと左右方向差ΔＹと上下方向差ΔＺと、撮像装置３３の視点方向の左右方向傾きθと上下方向傾きφとが、含まれている。これらの撮像条件Ｍも初期設定の一環として撮像条件データ４８に予め設定されている。
【００２９】
沿線設置機器検出部４７は、列車位置検出部４１から列車位置Ｑを得るとともに、列車進行方向に在って最も近い沿線設置機器の機器位置Ｎを沿線設置機器データ４６から選出して、その沿線設置機器が前方軌道映像Ｄ１に映り込むところまで列車位置Ｑが進んだことを確認する。そして、列車位置Ｑの機器位置Ｎへの十分な接近を検知すると、前方軌道映像Ｄ１の一コマを全体画像（Ｄ１）として取り込むとともに、そのときの列車位置Ｑと組になっている機器画像Ｐを検出対象の部分画像として沿線設置機器データ４６から選出するようになっている。
【００３０】
また、沿線設置機器検出部４７は、選出した全体画像（Ｄ１）の中をパターンマッチングにて探索することで機器画像Ｐが含まれて存在しているのか否か更には何処に存在しているのかを調べる機器画像検出処理も行うが、それに先立ち、画像探索時間の短縮のため、全体画像（Ｄ１）において探索を開始する位置となる画像探索位置を、列車位置Ｑと機器位置Ｎと撮像条件Ｍとに基づいて決定するようになっている。その算出式は種々変形が可能なので具体的な提示は割愛するが、何れの式で演算しても端数誤差は別として、幾何学的関係によって、画像探索位置は一意に定まるようになっている。
【００３１】
そして、全体画像（Ｄ１）における画像探索位置が決まると、そこを中心にして探索範囲を広げながら全体画像（Ｄ１）の中でその部分画像と機器画像Ｐとのパターンマッチング処理を許容時間内で繰り返すようになっている。
さらに、沿線設置機器検出部４７は、全体画像（Ｄ１）の中に機器画像Ｐを見つけたときには、その機器画像Ｐの検出結果すなわち全体画像（Ｄ１）における機器画像Ｐの検出位置や拡縮度などを後の対比のために一時記憶しておくようになっている。
【００３２】
また、沿線設置機器検出部４７は、列車位置Ｑが機器位置Ｎに到達するまでは上述した列車位置Ｑの確認と画像Ｄ１の取り込みと画像探索位置の決定とパターンマッチングの処理と画像位置の一時記憶を繰り返し、列車位置Ｑが機器位置Ｎを通過してからは列車位置Ｑの確認と画像Ｄ２の取り込みと画像探索位置の決定とパターンマッチング処理を繰り返すようになっている。通過前と通過後で相違する主な点は、画像の取り込み元が前方軌道映像Ｄ１から後方軌道映像Ｄ２に切り替わることと、画像探索位置の決定手順が時間短縮と簡素化のため通過前後で異なっていることであり、他には大差がない。
【００３３】
さらに、沿線設置機器検出部４７は、画像探索位置を決定する際、列車位置Ｑが機器位置Ｎを通過する前は、上述のように撮像装置３２で撮った前方軌道１１の映像Ｄ１の一コマを全体画像（Ｄ１）としたうえで、列車位置Ｑと機器位置Ｎと撮像条件Ｍとに基づいて画像探索位置を決定するが、列車位置Ｑが機器位置Ｎを通過した後は、撮像装置３３で撮った後方軌道１２の映像Ｄ２の一コマを全体画像（Ｄ２）に採用するとともに、前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）について既に探索も検出も済んで一時記憶されていた画像位置を参照し、その決定済み画像位置に基づいて全体画像（Ｄ２）における新たな画像探索位置を決定する。例えば、決定済み画像位置の画像内左右対称位置を左右反転で得てから、それを撮像条件Ｍで修正する等のことで、画像探索位置を決定するようになっている。
【００３４】
また、沿線設置機器検出部４７は、列車位置Ｑが機器位置Ｎに接近したことを検知してから、上述したように異なる幾つかの接近位置において、撮像装置３２や撮像装置３３で撮った前方軌道映像Ｄ１や後方軌道映像Ｄ２から画像を取り込むとともに、その複数の全体画像（Ｄ１，Ｄ２）から機器画像Ｐを検出して、それらの検出結果を対比することにより該当箇所の沿線設置機器の動作を確認する。具体的には、沿線設置機器が信号機であれば、機器位置Ｎの列車通過前に異なる接近位置で撮像装置３２にて撮った前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）を対象として機器画像Ｐを検出し、更に灯器の部分を抽出して、色も含めた点灯状態の適否や変化が正常か否かを確認するようになっている。
【００３５】
沿線設置機器が踏切しゃ断機であれば、機器位置Ｎの列車通過前に撮像装置３２にて撮った前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）と、機器位置Ｎの列車通過後に撮像装置３３にて撮った後方軌道１２の全体画像（Ｄ２）とを対象として機器画像Ｐを検出し、更にしゃ断桿の部分を抽出して、踏切道を閉める状態から開ける状態へ適切に変化しているか否かを確認するようになっている。沿線設置機器が転てつ機の場合は切り替え状態を確認するようになっている。さらに、こうして得た機器動作確認結果Ｒを記録制御部４４に引き渡して記録装置３６に記録させるようにもなっている。
【００３６】
この実施例１の運転状況記録装置３０（列車搭載用画像処理システム）について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図２は、（ａ）が搭載先の列車２０等の平面図、（ｂ）が列車２０等の側面図、（ｃ）が前方軌道映像Ｄ１の画像例、（ｄ）がその画像Ｄ１に探索位置（Ｐ０）を示した例、（ｅ）がマッチング対象のパターン例Ｐ１，Ｐ２である。また、図３は、（ａ）が前方軌道映像で見つかった画像位置Ｐ４を示した例、（ｂ）が後方軌道映像Ｄ２用の画像探索位置Ｐ５を示した例、（ｃ）が後方軌道映像Ｄ２の例、（ｄ）がその画像Ｄ２に探索位置Ｐ５を示した例、（ｅ）がマッチング対象のパターン例Ｐ６，Ｐ７である。
【００３７】
列車２０に搭載された運転状況記録装置３０は、始発駅や折返し駅で列車２０の出発態勢を調える際に起動され、終着駅や折返し駅で列車２０を停めた後に停止される。そして、その間、走行状態や運転状況が記録装置３６にデジタルデータで記録される。
具体的には、イベント情報Ｅが年月日時Ｔと列車位置Ｑ［Ｘ，Ｙ，Ｚ］と速度情報Ｖなどと組にして記録装置３６に記録され、前方軌道映像Ｄ１や後方軌道映像Ｄ２の連続映像が上述の時間単位で分割されて記録装置３６に記録される。これらの記録情報にあっては、組データの一部や分割ファイルの名称などに事象発生時等の年月日時Ｔが含まれているので、それを利用して相互に対応させることができる。
【００３８】
また、列車２０の走行中には、上述した運転状況の記録と並行して、レール１０の沿線に設置されている機器の画像検出と動作確認も沿線設置機器検出部４７によって行われる。詳述すると、列車位置検出部４１から列車位置Ｑが取り込まれるとともに、最も近い沿線設置機器の機器位置Ｎが沿線設置機器データ４６から選出されて、その沿線設置機器が前方軌道映像Ｄ１に映り込むところまで列車位置Ｑが進んだことが確認されると、前方軌道映像Ｄ１の一コマが全体画像（Ｄ１）として取り込まれるとともに（図２（ｃ）参照）、そのときの列車位置Ｑと組になっている機器画像Ｐが、検出対象の部分画像として、沿線設置機器データ４６から選出される。
【００３９】
機器画像Ｐの具体例を挙げると、沿線設置機器が踏切しゃ断機なら閉状態の画像Ｐ１や開状態の画像Ｐ２が使用され（図２（ｅ）参照）、沿線設置機器が転てつ機なら本線側切替状態の画像や支線側切替状態の画像が使用され、沿線設置機器が信号機なら青色点灯状態の画像や赤色点灯状態の画像が使用される（図示せず）。
それから、全体画像（Ｄ１）において探索を開始する位置となる画像探索位置Ｐ０が決定されるが（図２（ｄ）参照）、その位置算出は、マップデータ４２と列車位置Ｑ［Ｘ，Ｙ，Ｚ］と機器位置Ｎ［Ｘ，Ｙ，Ｚ］と撮像条件Ｍ［ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ，θ，φ］とから、幾何学的関係に基づいて（図２（ａ），（ｂ）参照）、短時間で行われる。
【００４０】
さらに、画像探索位置Ｐ０を中心にして探索範囲を広げながら全体画像（Ｄ１）の中で機器画像Ｐ１，Ｐ２とマッチングする部分画像が探索され、それによって、機器画像Ｐすなわち機器画像Ｐ１か機器画像Ｐ２が全体画像（Ｄ１）の中から見つかると、その機器画像Ｐの検出結果である全体画像（Ｄ１）における機器画像Ｐの検出位置（Ｐ４）や拡縮度などが後の画像探索位置決定や検出結果対比のために一時記憶される。沿線設置機器が踏切しゃ断機であれば、機器画像Ｐが機器画像Ｐ１とマッチングして閉状態が検知されたのか、機器画像Ｐが機器画像Ｐ２とマッチングして開状態が検知されたのか、ということも検出結果として一時記憶される。転てつ機の場合は切り替え状態が検知され、信号機の場合は点灯色が検知され、それらが検出結果として一時記憶される。
【００４１】
このような処理は、列車２０が沿線設置機器の所を通過する前後に渡って繰り返されるが、通過後は、画像の取り込みが前方軌道映像Ｄ１でなく後方軌道映像Ｄ２から行われて機器画像Ｐの検索が全体画像（Ｄ２）について行われる（図３（ｃ）参照）。また、通過後の列車位置Ｑと組になる機器画像Ｐには、通過前とは逆向きに見た機器画像Ｐ６，Ｐ７が、検出対象の部分画像として、沿線設置機器データ４６から選出される。ここでは、沿線設置機器が踏切しゃ断機の場合の具体例を挙げると、開状態の画像Ｐ６や閉状態の画像Ｐ７が使用される（図３（ｅ）参照）。
【００４２】
通過後も、先ず全体画像（Ｄ２）において探索を開始する位置となる画像探索位置Ｐ５が決定されるが（図３（ｄ）参照）、その位置算出は通過前と異なっており、前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）について既に探索も検出も済んで一時記憶されていた画像位置Ｐ４が参照され（図３（ａ）参照）、その決定済み画像位置Ｐ４に基づいて短時間で全体画像（Ｄ２）における新たな画像探索位置Ｐ５が決定される（図３（ｂ）参照）。決定済み画像位置Ｐ４は一般に最初の画像探索位置Ｐ０より小さく絞り込まれているため（図３（ａ）参照）、その決定済み画像位置Ｐ４の画像内左右対称位置を撮像条件Ｍで修正して決定された画像探索位置Ｐ５も小さくなるので、画像探索の処理負荷が一段と軽減される。
【００４３】
それから、画像探索位置Ｐ５を中心にして探索範囲を広げながら全体画像（Ｄ２）の中で機器画像Ｐ６，Ｐ７とマッチングする部分画像が探索され、それによって、機器画像Ｐすなわち機器画像Ｐ６か機器画像Ｐ７が全体画像（Ｄ２）の中から見つかると、その機器画像Ｐの検出結果として、全体画像（Ｄ２）における機器画像Ｐの検出位置（Ｐ８）や拡縮度に加え、沿線設置機器が踏切しゃ断機であれば、機器画像Ｐが機器画像Ｐ６とマッチングして開状態が検知されたのか、機器画像Ｐが機器画像Ｐ７とマッチングして閉状態が検知されたのか、ということも判明する。転てつ機の場合は切り替え状態が検知され、信号機の場合は点灯色が検知される。
【００４４】
そして、画像検出対象の沿線設置機器が踏切しゃ断機の場合は、列車位置Ｑが機器位置Ｎを通過する前に撮られた前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）を一つ以上と、列車位置Ｑが機器位置Ｎを通過した後に撮られた後方軌道１２の全体画像（Ｄ２）を一つ以上とについて、検出した機器画像Ｐが閉状態から開状態に遷移しているか否かが調べられ、そのように状態遷移していれば沿線設置機器が正常に稼働していると判定され、そうでなければ異常があると判定される。
【００４５】
画像検出対象の沿線設置機器が転てつ機の場合も、前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）と後方軌道１２の全体画像（Ｄ２）について、正常に切り替えられているか否かが調べられて、稼働状態が判別される。信号機の場合は、二つ以上の前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）について、点灯や消灯さらには点灯色の変化が調べられ、稼働状態が判別される。
こうして、運転状況記録装置３０を搭載した列車２０がレール１０を走行すると、それに連れて沿線設置機器の稼働状態がリアルタイムで次々に確認される。また、そうして得られた機器動作確認結果Ｒが沿線設置機器検出部４７から記録制御部４４に引き渡されて記録装置３６に記録される。
【００４６】
［その他］
なお、上記実施例では総ての撮像装置３２，３３が車外撮影用であったが、社内撮影用の撮像装置を追加して例えば運転席を撮った映像まで記録するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１０…レール（軌道）、１１…前方軌道、１２…後方軌道、
２０…列車、２１…運転席、２２…速度計、２３…高度計、
３０…運転状況記録装置（列車搭載用画像処理システム）、
３１…筐体、３２…第１撮像装置（車外の前方軌道撮影用）、
３３…第２撮像装置（車外のうちの後方軌道を撮影する装置）、
３４…ＧＰＳアンテナ、３５…ＧＰＳ受信機、３６…記録装置、
４０…データ処理装置、４１…列車位置検出部、
４２…マップデータ、４３…時計、４４…記録制御部、
４５…映像処理部、４６…沿線設置機器データ記憶部、
４７…沿線設置機器検出部、４８…撮像条件データ記憶部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軌道を走行する列車に搭載されて軌道を撮影する列車搭載用画像処理システムに関し、詳しくは、軌道に沿って設置された沿線設置機器の画像を検出する列車搭載用画像処理システムに関する。なお、列車には一両編成のものや路面電車も含まれる。
また、本発明は、保全・保安管理対象の沿線設置機器の稼働状態の監視にも関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道では、軌道を走行する列車に車上装置と共にＧＰＳ受信機が搭載されて、ＧＰＳ受信機が衛星航法システム(Global Positioning System）による測位を行うとともに、車上装置がＧＰＳ受信機の測位結果に基づき路線マップデータ等も利用して列車位置を得ることにより、停留所における路面電車の発着を判定したり（特許文献１参照）、信号冒進警報装置を安価に実現したり（特許文献２参照）、車両運転状況記録装置を少ない装備で実現したり（特許文献３参照）、運転管理センタでも列車位置を把握したり（特許文献４参照）、といったことができるようになっている。
【０００３】
なかでも、車両運転状況記録装置では（特許文献３参照）、列車の前方の軌道を第１撮像装置で撮って前方軌道映像を得るとともに、列車の運転席を第２撮像装置で撮って運転席映像を得て、ＧＰＳ利用で得た列車の位置情報と一緒に前方軌道映像と運転席映像を記録するようになっている。
そうして記録された映像は、列車走行後に行われる路線状況や運転状態の確認などに役立っている。
【０００４】
一方、沿線設置機器など保全・保安管理対象の信号保安設備に各種センサを取り付けて遠隔自動計測を行うことにより管理対象機器や設備の稼働状態を監視する定常状態監視システムが実用化されている（例えば非特許文献１参照）。
このシステムでは、測定データが各センサから情報ネットワーク経由でセンタに収集され、収集したデータや機器の稼働状態が、端末にオンライン表示されるとともに、記録もされるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４０４７８号公報
【特許文献２】特開２００７−１５９３０９号公報
【特許文献３】特開２００８−２２１９０２号公報
【特許文献４】特開２００９−２３４３４９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】黄程陽・長島高洋著「定常状態監視システム開発の変遷」ＤＡＩＤＯ１０１、ｐ．２−９、大同信号株式会社発行２００２年１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来の定常状態監視システムでは、鉄道の沿線に分散して設置された機器にセンサを取り付けなければならないので、総ての機器を監視しようとすると必然的にセンサの個数が多くなるため、費用が嵩む。また、センタへ情報を伝送するために、各機器を有線で接続するので、信号ケーブルの屋外敷設も長距離に及び、システムが大掛かりになるため、気軽に導入できるとは言えない。
これに対し、上述した車両運転状況記録装置は、車上の撮像装置で沿線を撮ることができるので設備導入費用が比較的安くてすむうえ、ＧＰＳを利用して位置情報を得ることから列車位置の誤差が累積しないので長距離の測定に向いている。
そこで、沿線設置機器の稼働状態の監視にＧＰＳや画像処理を上手く利用することにより、沿線設置機器稼働状態監視システムを安価で而も導入容易な列車搭載用画像処理システムとして実現することが技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の列車搭載用画像処理システムは（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、鉄道の軌道を走行する列車に搭載される列車搭載用画像処理システムにおいて、車外を撮る撮像装置と、衛星航法システムによる測位を行うＧＰＳ受信機と、前記ＧＰＳ受信機の測位結果に基づいて列車位置を得る列車位置検出部と、前記軌道に沿って設置された沿線設置機器に係る機器位置および機器画像をデータ保持する沿線設置機器データ記憶部と、前記列車位置の前記機器位置への接近を検知して異なる接近位置において前記撮像装置で撮った画像を取り込むとともにその複数の画像から前記機器画像を検出して検出結果を対比することにより前記沿線設置機器の動作を確認する沿線設置機器検出部とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の列車搭載用画像処理システムは（解決手段２）、上記解決手段１の列車搭載用画像処理システムであって、前記撮像装置が、前方軌道撮影用の第１撮像装置と後方軌道撮影用の第２撮像装置とを含んでおり、前記沿線設置機器検出部が、前記機器位置の列車通過前に前記第１撮像装置で撮った前方軌道の画像と前記機器位置の列車通過後に前記第２撮像装置で撮った後方軌道の画像とを対象にして画像処理を行うものであることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の列車搭載用画像処理システムは（解決手段３）、上記解決手段２の列車搭載用画像処理システムであって、前記沿線設置機器検出部が、前記第１撮像装置で撮った前方軌道の画像において前記機器画像を検出する際には前記列車位置と前記機器位置とに基づいて画像探索位置を決定するが、前記第２撮像装置で撮った後方軌道の画像において前記機器画像を検出する際には前記の前方軌道の画像について検出済みの画像位置に基づいて画像探索位置を決定するようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このような本発明の列車搭載用画像処理システムにあっては（解決手段１）、車上の撮像装置で沿線を撮ることができるので設備導入費用が比較的安くてすむし、ＧＰＳを利用して位置情報を得ることから列車位置の誤差が累積しないので長距離の測定に向いている、という車両運転状況記録装置の利点が引き継がれてる。そのうえ、沿線設置機器の機器位置と機器画像がデータ保持されており、それを参照して機器位置への接近検知と異なる接近位置での車外画像の取り込みと複数の車外画像からの機器画像検出と画像検出結果の対比による沿線設置機器の動作確認とが行われる。
【００１２】
これにより、列車の接近や通過に応じて動作する沿線設置機器の状態変化が画像により確認されることとなるので、従来の定常状態監視システムように多数の機器にセンサを取り付けたり各機器を有線接続したりする必要がなくなる。そのため、費用やシステム規模が削減されるので、従来の定常状態監視システムより、気軽に導入することができる。
したがって、この発明によれば、安価で而も導入容易な列車搭載用画像処理システムにて沿線設置機器の稼働状態を監視することができる。
【００１３】
また、本発明の列車搭載用画像処理システムにあっては（解決手段２）、前方軌道撮影用の第１撮像装置に加えて後方軌道撮影用の第２撮像装置も装備されていて、機器位置の列車通過前に第１撮像装置で撮った前方軌道の画像と機器位置の列車通過後に第２撮像装置で撮った後方軌道の画像とが沿線設置機器検出部の画像処理の対象にされる。そのため、沿線設置機器に係る列車通過の前後の画像からの検出結果が対比されるので、列車通過に応じて動作する踏切しゃ断機や転てつ機の稼働状態を的確に監視することができる。
【００１４】
さらに、本発明の列車搭載用画像処理システムにあっては（解決手段３）、対比のため画像探索が二度以上行われるが、第１撮像装置で撮った前方軌道の車外映像から全体画像を得て、その中から沿線設置機器検出部が機器画像を検出するときには、列車位置と機器位置とに基づいて画像探索位置が決定される。これらの列車位置と機器位置に撮像装置取付仕様など既知の撮像条件を加えれば、全体画像のうち何処に機器画像が位置しているのかが幾何的演算で判明するので、画像探索位置が容易かつ迅速に求まる。
【００１５】
しかも、第２撮像装置で撮った後方軌道の車外映像から全体画像を得て、その中から沿線設置機器検出部が機器画像を検出するときは、前方軌道の画像について既に探索も決定も済んでいる既知の位置に基づいて新たな画像探索位置が決定されるので、画像探索位置がより容易かつ迅速に求まる。そのため、画像探索を何度か行っても、画像処理を短時間で終えることができるので、沿線設置機器の稼働状態をリアルタイムで確認することが可能となる。そして、機器異常があれば早期発見がなされ、それに応じて早期修繕することで機器が速やかに正常復帰するので、事故発生の未然防止にも貢献することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の列車搭載用画像処理システムの実施例１である運転状況記録装置の構造等を示し、（ａ）が列車等の平面図、（ｂ）が運転状況記録装置の外観斜視図、（ｃ）がデータ処理装置（演算装置）のブロック図である。
【図２】列車搭載用画像処理システムの動作状態を示し、（ａ）が列車等の平面図、（ｂ）が列車等の側面図、（ｃ）が前方軌道映像の例、（ｄ）がその画像に探索位置を示した例、（ｅ）がマッチング対象のパターン例である。
【図３】列車搭載用画像処理システムの動作状態を示し、（ａ）が前方軌道映像で見つかった画像位置を示した例、（ｂ）が後方軌道映像用の画像探索位置を示した例、（ｃ）が後方軌道映像の例、（ｄ）がその画像に探索位置を示した例、（ｅ）がマッチング対象のパターン例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
このような本発明の列車搭載用画像処理システムについて、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１により説明する。
図１〜３に示した実施例１は、上述した解決手段１〜３（出願当初の請求項１〜３）を総て具現化したものであり、既述した特許文献３記載の運転状況記録装置３０に沿線設置機器データ４６と沿線設置機器検出部４７と撮像条件データ４８を追加するとともに、撮像装置３３を車外の後方軌道撮影用に転用することにより、列車搭載用画像処理システムを運転状況記録装置３０への組み込み態様で実現している。
【実施例１】
【００１８】
本発明の列車搭載用画像処理システムの一実施例である運転状況記録装置３０について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、運転状況記録装置３０の構造を示し、（ａ）が搭載先の列車２０の等の平面図、（ｂ）が運転状況記録装置３０の外観斜視図、（ｃ）がデータ処理装置４０（演算装置）のブロック図である。
【００１９】
運転状況記録装置３０は（図１（ａ）参照）、レール１０（軌道）上を走行する列車２０に搭載されるものである。
その列車２０の先頭車両の中の前側部分には運転席２１が設けられており（図１（ａ）参照）、そこには速度計２２や高度計２３が装備されている（図１（ｂ）参照）。
速度計２２は、例えば台車部に設置された速度発電機などからなるが、信号出力部に改造が施されて、信号ケーブル等で運転状況記録装置３０に接続され、速度情報Ｖを運転状況記録装置３０へ随時送出するようになっている。高度計２３も、随時、高度情報Ｈを取得して運転状況記録装置３０へ送出するものであり、市販の汎用品で足りる。
【００２０】
この運転状況記録装置３０（図１（ｂ）参照）には、列車２０の前方軌道１１を撮る撮像装置３２（第１撮像装置）と、列車２０の後方軌道１２を撮る撮像装置３３（第２撮像装置）と、衛星航法システムによる測位を行うＧＰＳアンテナ３４及びＧＰＳ受信機３５と、ハードディスク等からなり十分な記憶容量を具えた記録装置３６と、プログラマブルなマイクロプロセッサシステムやデジタルシグナルプロセッサ等からなり列車位置検出部４１や記録制御部４４として機能するデータ処理装置４０と、ＧＰＳ受信機３５と記録装置３６とデータ処理装置４０と図示しない電源ユニット等を納めた筐体３１とが、設けられている。筐体３１は、運転席２１の下や脇などで空いているところに設置される。
【００２１】
撮像装置３２は（図１（ａ），（ｂ）参照）、例えばＣＣＤカメラからなり、撮影方向を前方軌道１１に向けた状態で（図１（ａ）の一点鎖線を参照）、列車２０の前端部たとえば運転席２１上面の最前部位に設置され、撮った前方軌道映像Ｄ１を映像信号ケーブルでデータ処理装置４０へ随時送出するようになっている。
撮像装置３３は（図１（ａ），（ｂ）参照）、例えばＣＣＤカメラからなり、撮影方向を後方軌道１２に向けた状態で（図１（ａ）の二点鎖線を参照）、列車２０の後端部たとえば車掌室の最後尾部位に設置され、撮った運転席映像Ｄ２を映像信号ケーブルでデータ処理装置４０へ随時送出するようになっている。
【００２２】
ＧＰＳアンテナ３４は、列車２０の天井などに設置されて、ＧＰＳ(Global Positioning Satellite)衛星から電波を受信し、それを同軸ケーブル等でＧＰＳ受信機３５へ随時送信するようになっている。
ＧＰＳ受信機３５は、衛星航法システム(Global Positioning System）による測位を行って、例えば緯度対応値Ｘと経度対応値Ｙと高度対応値Ｚの組データである測位結果［Ｘ，Ｙ，Ｚ］をデータ処理装置４０へ随時送出するようになっている。
【００２３】
記録装置３６は（図１（ｃ）参照）、データを多数のファイルに分けて保持するようになっており、例えば、特異事象のイベント情報は、発生時刻や発生位置の情報と共に、テキスト形式のファイルで蓄積されるようになっている。また、前方軌道映像Ｄ１や後方軌道映像Ｄ２は、３０秒や１分といった時間単位で分割されて、デジタル動画規格のＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）形式でファイルに記録されるようになっている。さらに、そのファイルには、撮影日時が分かるように、映像Ｄ１，Ｄ２を取得した年月日と時刻とが埋め込まれるようにもなっている。
【００２４】
データ処理装置４０は（図１（ｃ）参照）、例えばマイクロプロセッサのプログラムで具現化された列車位置検出部４１と記録制御部４４と映像処理部４５と沿線設置機器検出部４７と、例えば不揮発性メモリからなるデータ記憶部に保持されたマップデータ４２と沿線設置機器データ４６と撮像条件データ４８と、電源供給停止時も電池等で動作可能な内蔵の時計４３とを具えている。
映像処理部４５は、前方軌道映像Ｄ１や後方軌道映像Ｄ２をそれぞれＭＰＥＧ形式のうちでも圧縮度の高い例えばＡＶＩ（Audio Video Interleave）形式に変換して記録制御部４４に引き渡すとともに、前方軌道映像Ｄ１も後方軌道映像Ｄ２も取り込み要求に応じて一コマずつ沿線設置機器検出部４７に引き渡すようになっている。
【００２５】
列車位置検出部４１は、ＧＰＳ受信機３５から測位結果［Ｘ，Ｙ，Ｚ］を取得し、それをマップデータ４２に照らして修正する等のことにより迷走を防止するとともに、速度計２２から速度情報Ｖを取得し、高度計２３から高度情報Ｈを取得して、速度情報Ｖと高度情報ＨをＧＰＳ受信機３５の測位結果［Ｘ，Ｙ，Ｚ］に反映させることで、より正確な列車位置Ｑ［Ｘ，Ｙ，Ｚ］を得るものである。
また、列車位置検出部４１は、列車位置Ｑ［Ｘ，Ｙ，Ｚ］に基づいて停車位置超過の特異事象を検出するとともに、速度情報Ｖに基づいて速度偏差過大の特異事象を検出して、それらの特異事象Ｅを記録制御部４４に引き渡すようにもなっている。
【００２６】
記録制御部４４は、映像処理部４５からＡＶＩ形式の前方軌道映像Ｄ１及び後方軌道映像Ｄ２を入力して、それぞれを上記の時間単位で分割し、さらに時計４３からの日時Ｔを埋め込んだファイル名を付けて、記録装置３６に記録するようになっている。
また、記録制御部４４は、上記の特異事象Ｅに加えて、映像Ｄ１，Ｄ２の分割単位を記録したことを示す定時記録情報も、イベント情報Ｅとして扱い、それらの情報を記録装置３６のファイルに追加で書き込むようにもなっている。
【００２７】
沿線設置機器データ４６には、レール１０（軌道）に沿って設置された沿線設置機器のうち列車走行接近時に画像検出したい物それぞれについて機器位置Ｎと機器画像Ｐとの組データが一組ずつ予め設定されている。
沿線設置機器の典型例は、信号機や，踏切しゃ断機，転てつ機などであり、それを撮っておいた画像が機器画像Ｐであるが、これは、映像Ｄ１，Ｄ２の一コマからなる全体画像よりも小さい。機器位置Ｎは列車位置Ｑと同じく［Ｘ，Ｙ，Ｚ］で規定される。
【００２８】
撮像条件データ４８は、列車２０への撮像装置３２，３３の装着状態に係る撮像条件Ｍであり、撮像装置３２に係る撮像条件Ｍには、列車位置Ｑと撮像装置３２との前後方向差ΔＸと左右方向差ΔＹと上下方向差ΔＺに加えて、撮像装置３２の視点方向の左右方向傾きθと上下方向傾きφも含まれている。撮像装置３３に係る撮像条件Ｍにも、列車位置Ｑと撮像装置３３との前後方向差ΔＸと左右方向差ΔＹと上下方向差ΔＺと、撮像装置３３の視点方向の左右方向傾きθと上下方向傾きφとが、含まれている。これらの撮像条件Ｍも初期設定の一環として撮像条件データ４８に予め設定されている。
【００２９】
沿線設置機器検出部４７は、列車位置検出部４１から列車位置Ｑを得るとともに、列車進行方向に在って最も近い沿線設置機器の機器位置Ｎを沿線設置機器データ４６から選出して、その沿線設置機器が前方軌道映像Ｄ１に映り込むところまで列車位置Ｑが進んだことを確認する。そして、列車位置Ｑの機器位置Ｎへの十分な接近を検知すると、前方軌道映像Ｄ１の一コマを全体画像（Ｄ１）として取り込むとともに、そのときの列車位置Ｑと組になっている機器画像Ｐを検出対象の部分画像として沿線設置機器データ４６から選出するようになっている。
【００３０】
また、沿線設置機器検出部４７は、選出した全体画像（Ｄ１）の中をパターンマッチングにて探索することで機器画像Ｐが含まれて存在しているのか否か更には何処に存在しているのかを調べる機器画像検出処理も行うが、それに先立ち、画像探索時間の短縮のため、全体画像（Ｄ１）において探索を開始する位置となる画像探索位置を、列車位置Ｑと機器位置Ｎと撮像条件Ｍとに基づいて決定するようになっている。その算出式は種々変形が可能なので具体的な提示は割愛するが、何れの式で演算しても端数誤差は別として、幾何学的関係によって、画像探索位置は一意に定まるようになっている。
【００３１】
そして、全体画像（Ｄ１）における画像探索位置が決まると、そこを中心にして探索範囲を広げながら全体画像（Ｄ１）の中でその部分画像と機器画像Ｐとのパターンマッチング処理を許容時間内で繰り返すようになっている。
さらに、沿線設置機器検出部４７は、全体画像（Ｄ１）の中に機器画像Ｐを見つけたときには、その機器画像Ｐの検出結果すなわち全体画像（Ｄ１）における機器画像Ｐの検出位置や拡縮度などを後の対比のために一時記憶しておくようになっている。
【００３２】
また、沿線設置機器検出部４７は、列車位置Ｑが機器位置Ｎに到達するまでは上述した列車位置Ｑの確認と画像Ｄ１の取り込みと画像探索位置の決定とパターンマッチングの処理と画像位置の一時記憶を繰り返し、列車位置Ｑが機器位置Ｎを通過してからは列車位置Ｑの確認と画像Ｄ２の取り込みと画像探索位置の決定とパターンマッチング処理を繰り返すようになっている。通過前と通過後で相違する主な点は、画像の取り込み元が前方軌道映像Ｄ１から後方軌道映像Ｄ２に切り替わることと、画像探索位置の決定手順が時間短縮と簡素化のため通過前後で異なっていることであり、他には大差がない。
【００３３】
さらに、沿線設置機器検出部４７は、画像探索位置を決定する際、列車位置Ｑが機器位置Ｎを通過する前は、上述のように撮像装置３２で撮った前方軌道１１の映像Ｄ１の一コマを全体画像（Ｄ１）としたうえで、列車位置Ｑと機器位置Ｎと撮像条件Ｍとに基づいて画像探索位置を決定するが、列車位置Ｑが機器位置Ｎを通過した後は、撮像装置３３で撮った後方軌道１２の映像Ｄ２の一コマを全体画像（Ｄ２）に採用するとともに、前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）について既に探索も検出も済んで一時記憶されていた画像位置を参照し、その決定済み画像位置に基づいて全体画像（Ｄ２）における新たな画像探索位置を決定する。例えば、決定済み画像位置の画像内左右対称位置を左右反転で得てから、それを撮像条件Ｍで修正する等のことで、画像探索位置を決定するようになっている。
【００３４】
また、沿線設置機器検出部４７は、列車位置Ｑが機器位置Ｎに接近したことを検知してから、上述したように異なる幾つかの接近位置において、撮像装置３２や撮像装置３３で撮った前方軌道映像Ｄ１や後方軌道映像Ｄ２から画像を取り込むとともに、その複数の全体画像（Ｄ１，Ｄ２）から機器画像Ｐを検出して、それらの検出結果を対比することにより該当箇所の沿線設置機器の動作を確認する。具体的には、沿線設置機器が信号機であれば、機器位置Ｎの列車通過前に異なる接近位置で撮像装置３２にて撮った前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）を対象として機器画像Ｐを検出し、更に灯器の部分を抽出して、色も含めた点灯状態の適否や変化が正常か否かを確認するようになっている。
【００３５】
沿線設置機器が踏切しゃ断機であれば、機器位置Ｎの列車通過前に撮像装置３２にて撮った前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）と、機器位置Ｎの列車通過後に撮像装置３３にて撮った後方軌道１２の全体画像（Ｄ２）とを対象として機器画像Ｐを検出し、更にしゃ断桿の部分を抽出して、踏切道を閉める状態から開ける状態へ適切に変化しているか否かを確認するようになっている。沿線設置機器が転てつ機の場合は切り替え状態を確認するようになっている。さらに、こうして得た機器動作確認結果Ｒを記録制御部４４に引き渡して記録装置３６に記録させるようにもなっている。
【００３６】
この実施例１の運転状況記録装置３０（列車搭載用画像処理システム）について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図２は、（ａ）が搭載先の列車２０等の平面図、（ｂ）が列車２０等の側面図、（ｃ）が前方軌道映像Ｄ１の画像例、（ｄ）がその画像Ｄ１に探索位置（Ｐ０）を示した例、（ｅ）がマッチング対象のパターン例Ｐ１，Ｐ２である。また、図３は、（ａ）が前方軌道映像で見つかった画像位置Ｐ４を示した例、（ｂ）が後方軌道映像Ｄ２用の画像探索位置Ｐ５を示した例、（ｃ）が後方軌道映像Ｄ２の例、（ｄ）がその画像Ｄ２に探索位置Ｐ５を示した例、（ｅ）がマッチング対象のパターン例Ｐ６，Ｐ７である。
【００３７】
列車２０に搭載された運転状況記録装置３０は、始発駅や折返し駅で列車２０の出発態勢を調える際に起動され、終着駅や折返し駅で列車２０を停めた後に停止される。そして、その間、走行状態や運転状況が記録装置３６にデジタルデータで記録される。
具体的には、イベント情報Ｅが年月日時Ｔと列車位置Ｑ［Ｘ，Ｙ，Ｚ］と速度情報Ｖなどと組にして記録装置３６に記録され、前方軌道映像Ｄ１や後方軌道映像Ｄ２の連続映像が上述の時間単位で分割されて記録装置３６に記録される。これらの記録情報にあっては、組データの一部や分割ファイルの名称などに事象発生時等の年月日時Ｔが含まれているので、それを利用して相互に対応させることができる。
【００３８】
また、列車２０の走行中には、上述した運転状況の記録と並行して、レール１０の沿線に設置されている機器の画像検出と動作確認も沿線設置機器検出部４７によって行われる。詳述すると、列車位置検出部４１から列車位置Ｑが取り込まれるとともに、最も近い沿線設置機器の機器位置Ｎが沿線設置機器データ４６から選出されて、その沿線設置機器が前方軌道映像Ｄ１に映り込むところまで列車位置Ｑが進んだことが確認されると、前方軌道映像Ｄ１の一コマが全体画像（Ｄ１）として取り込まれるとともに（図２（ｃ）参照）、そのときの列車位置Ｑと組になっている機器画像Ｐが、検出対象の部分画像として、沿線設置機器データ４６から選出される。
【００３９】
機器画像Ｐの具体例を挙げると、沿線設置機器が踏切しゃ断機なら閉状態の画像Ｐ１や開状態の画像Ｐ２が使用され（図２（ｅ）参照）、沿線設置機器が転てつ機なら本線側切替状態の画像や支線側切替状態の画像が使用され、沿線設置機器が信号機なら青色点灯状態の画像や赤色点灯状態の画像が使用される（図示せず）。
それから、全体画像（Ｄ１）において探索を開始する位置となる画像探索位置Ｐ０が決定されるが（図２（ｄ）参照）、その位置算出は、マップデータ４２と列車位置Ｑ［Ｘ，Ｙ，Ｚ］と機器位置Ｎ［Ｘ，Ｙ，Ｚ］と撮像条件Ｍ［ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ，θ，φ］とから、幾何学的関係に基づいて（図２（ａ），（ｂ）参照）、短時間で行われる。
【００４０】
さらに、画像探索位置Ｐ０を中心にして探索範囲を広げながら全体画像（Ｄ１）の中で機器画像Ｐ１，Ｐ２とマッチングする部分画像が探索され、それによって、機器画像Ｐすなわち機器画像Ｐ１か機器画像Ｐ２が全体画像（Ｄ１）の中から見つかると、その機器画像Ｐの検出結果である全体画像（Ｄ１）における機器画像Ｐの検出位置（Ｐ４）や拡縮度などが後の画像探索位置決定や検出結果対比のために一時記憶される。沿線設置機器が踏切しゃ断機であれば、機器画像Ｐが機器画像Ｐ１とマッチングして閉状態が検知されたのか、機器画像Ｐが機器画像Ｐ２とマッチングして開状態が検知されたのか、ということも検出結果として一時記憶される。転てつ機の場合は切り替え状態が検知され、信号機の場合は点灯色が検知され、それらが検出結果として一時記憶される。
【００４１】
このような処理は、列車２０が沿線設置機器の所を通過する前後に渡って繰り返されるが、通過後は、画像の取り込みが前方軌道映像Ｄ１でなく後方軌道映像Ｄ２から行われて機器画像Ｐの検索が全体画像（Ｄ２）について行われる（図３（ｃ）参照）。また、通過後の列車位置Ｑと組になる機器画像Ｐには、通過前とは逆向きに見た機器画像Ｐ６，Ｐ７が、検出対象の部分画像として、沿線設置機器データ４６から選出される。ここでは、沿線設置機器が踏切しゃ断機の場合の具体例を挙げると、開状態の画像Ｐ６や閉状態の画像Ｐ７が使用される（図３（ｅ）参照）。
【００４２】
通過後も、先ず全体画像（Ｄ２）において探索を開始する位置となる画像探索位置Ｐ５が決定されるが（図３（ｄ）参照）、その位置算出は通過前と異なっており、前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）について既に探索も検出も済んで一時記憶されていた画像位置Ｐ４が参照され（図３（ａ）参照）、その決定済み画像位置Ｐ４に基づいて短時間で全体画像（Ｄ２）における新たな画像探索位置Ｐ５が決定される（図３（ｂ）参照）。決定済み画像位置Ｐ４は一般に最初の画像探索位置Ｐ０より小さく絞り込まれているため（図３（ａ）参照）、その決定済み画像位置Ｐ４の画像内左右対称位置を撮像条件Ｍで修正して決定された画像探索位置Ｐ５も小さくなるので、画像探索の処理負荷が一段と軽減される。
【００４３】
それから、画像探索位置Ｐ５を中心にして探索範囲を広げながら全体画像（Ｄ２）の中で機器画像Ｐ６，Ｐ７とマッチングする部分画像が探索され、それによって、機器画像Ｐすなわち機器画像Ｐ６か機器画像Ｐ７が全体画像（Ｄ２）の中から見つかると、その機器画像Ｐの検出結果として、全体画像（Ｄ２）における機器画像Ｐの検出位置（Ｐ８）や拡縮度に加え、沿線設置機器が踏切しゃ断機であれば、機器画像Ｐが機器画像Ｐ６とマッチングして開状態が検知されたのか、機器画像Ｐが機器画像Ｐ７とマッチングして閉状態が検知されたのか、ということも判明する。転てつ機の場合は切り替え状態が検知され、信号機の場合は点灯色が検知される。
【００４４】
そして、画像検出対象の沿線設置機器が踏切しゃ断機の場合は、列車位置Ｑが機器位置Ｎを通過する前に撮られた前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）を一つ以上と、列車位置Ｑが機器位置Ｎを通過した後に撮られた後方軌道１２の全体画像（Ｄ２）を一つ以上とについて、検出した機器画像Ｐが閉状態から開状態に遷移しているか否かが調べられ、そのように状態遷移していれば沿線設置機器が正常に稼働していると判定され、そうでなければ異常があると判定される。
【００４５】
画像検出対象の沿線設置機器が転てつ機の場合も、前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）と後方軌道１２の全体画像（Ｄ２）について、正常に切り替えられているか否かが調べられて、稼働状態が判別される。信号機の場合は、二つ以上の前方軌道１１の全体画像（Ｄ１）について、点灯や消灯さらには点灯色の変化が調べられ、稼働状態が判別される。
こうして、運転状況記録装置３０を搭載した列車２０がレール１０を走行すると、それに連れて沿線設置機器の稼働状態がリアルタイムで次々に確認される。また、そうして得られた機器動作確認結果Ｒが沿線設置機器検出部４７から記録制御部４４に引き渡されて記録装置３６に記録される。
【００４６】
［その他］
なお、上記実施例では総ての撮像装置３２，３３が車外撮影用であったが、社内撮影用の撮像装置を追加して例えば運転席を撮った映像まで記録するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１０…レール（軌道）、１１…前方軌道、１２…後方軌道、
２０…列車、２１…運転席、２２…速度計、２３…高度計、
３０…運転状況記録装置（列車搭載用画像処理システム）、
３１…筐体、３２…第１撮像装置（車外の前方軌道撮影用）、
３３…第２撮像装置（車外のうちの後方軌道を撮影する装置）、
３４…ＧＰＳアンテナ、３５…ＧＰＳ受信機、３６…記録装置、
４０…データ処理装置、４１…列車位置検出部、
４２…マップデータ、４３…時計、４４…記録制御部、
４５…映像処理部、４６…沿線設置機器データ記憶部、
４７…沿線設置機器検出部、４８…撮像条件データ記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道の軌道を走行する列車に搭載される列車搭載用画像処理システムにおいて、車外を撮る撮像装置と、衛星航法システムによる測位を行うＧＰＳ受信機と、前記ＧＰＳ受信機の測位結果に基づいて列車位置を得る列車位置検出部と、前記軌道に沿って設置された沿線設置機器に係る機器位置および機器画像をデータ保持する沿線設置機器データ記憶部と、前記列車位置の前記機器位置への接近を検知して異なる接近位置において前記撮像装置で撮った画像を取り込むとともにその複数の画像から前記機器画像を検出して検出結果を対比することにより前記沿線設置機器の動作を確認する沿線設置機器検出部とを備えていることを特徴とする列車搭載用画像処理システム。
【請求項２】
前記撮像装置が、前方軌道撮影用の第１撮像装置と後方軌道撮影用の第２撮像装置とを含んでおり、前記沿線設置機器検出部が、前記機器位置の列車通過前に前記第１撮像装置で撮った前方軌道の画像と前記機器位置の列車通過後に前記第２撮像装置で撮った後方軌道の画像とを対象にして画像処理を行うものであることを特徴とする請求項１記載の列車搭載用画像処理システム。
【請求項３】
前記沿線設置機器検出部が、前記第１撮像装置で撮った前方軌道の画像において前記機器画像を検出する際には前記列車位置と前記機器位置とに基づいて画像探索位置を決定するが、前記第２撮像装置で撮った後方軌道の画像において前記機器画像を検出する際には前記の前方軌道の画像について検出済みの画像位置に基づいて画像探索位置を決定するようになっていることを特徴とする請求項２記載の列車搭載用画像処理システム。
【請求項１】
鉄道の軌道を走行する列車に搭載される列車搭載用画像処理システムにおいて、車外を撮る撮像装置と、衛星航法システムによる測位を行うＧＰＳ受信機と、前記ＧＰＳ受信機の測位結果に基づいて列車位置を得る列車位置検出部と、前記軌道に沿って設置された沿線設置機器に係る機器位置および機器画像をデータ保持する沿線設置機器データ記憶部と、前記列車位置の前記機器位置への接近を検知して異なる接近位置において前記撮像装置で撮った画像を取り込むとともにその複数の画像から前記機器画像を検出して検出結果を対比することにより前記沿線設置機器の動作を確認する沿線設置機器検出部とを備えていることを特徴とする列車搭載用画像処理システム。
【請求項２】
前記撮像装置が、前方軌道撮影用の第１撮像装置と後方軌道撮影用の第２撮像装置とを含んでおり、前記沿線設置機器検出部が、前記機器位置の列車通過前に前記第１撮像装置で撮った前方軌道の画像と前記機器位置の列車通過後に前記第２撮像装置で撮った後方軌道の画像とを対象にして画像処理を行うものであることを特徴とする請求項１記載の列車搭載用画像処理システム。
【請求項３】
前記沿線設置機器検出部が、前記第１撮像装置で撮った前方軌道の画像において前記機器画像を検出する際には前記列車位置と前記機器位置とに基づいて画像探索位置を決定するが、前記第２撮像装置で撮った後方軌道の画像において前記機器画像を検出する際には前記の前方軌道の画像について検出済みの画像位置に基づいて画像探索位置を決定するようになっていることを特徴とする請求項２記載の列車搭載用画像処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２０１４２６（Ｐ２０１１−２０１４２６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７０６６２（Ｐ２０１０−７０６６２）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（３０１０２８７６１）独立行政法人交通安全環境研究所 (55)
【出願人】（０００２０７４７０）大同信号株式会社 (83)
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（３０１０２８７６１）独立行政法人交通安全環境研究所 (55)
【出願人】（０００２０７４７０）大同信号株式会社 (83)
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