特開 2023-38046 遮断桿の折損検出装置及び遮断桿の折損検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023038046

(43)【公開日】2023-03-16

(54)【発明の名称】遮断桿の折損検出装置及び遮断桿の折損検出方法

(51)【国際特許分類】

   B61L 29/04 20060101AFI20230309BHJP

【ＦＩ】

B61L29/04 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021144938

(22)【出願日】2021-09-06

(71)【出願人】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000121

【氏名又は名称】ＩＡＴ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】影山 椋

(72)【発明者】

【氏名】長峯 望

【テーマコード（参考）】

5H161

【Ｆターム（参考）】

5H161AA01

5H161RR03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】新たに検知手段を設けることなく、遮断桿の折損などの異常が発生しているか否かを適切に検知する技術を提供する。
【解決手段】本発明は、踏切内を通行可能な開き位置と、踏切内への進入を禁止する閉じ位置との間で移動するとともに、第１色及び第１色とは異なる第２色とが自身の軸方向に交互に配列された縞模様により装飾される遮断桿の折損を検出する遮断桿の折損検出装置において、遮断桿を含む画像から、遮断桿の軸方向における第１色の色成分の変化を示す第１波形と、第２色の色成分の変化を示す第２波形と、を取得する取得部と、第１波形及び第２波形のそれぞれの微分値を積算する演算部と、積算した結果から遮断桿の折損の有無を判定する判定部と、を有し、判定部は、遮断桿の軸方向における全長の範囲内で、第１波形及び第２波形の微分値を積算した積算値が０となる部位が一定の長さ連続するときに、遮断桿が折損していると判定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

踏切内を通行可能な開き位置と、前記踏切内への進入を禁止する閉じ位置との間で移動するとともに、第１色及び前記第１色とは異なる第２色とが自身の軸方向に交互に配列された縞模様により装飾される遮断桿の折損を検出する遮断桿の折損検出装置において、
前記遮断桿を含む画像から、前記遮断桿の軸方向における前記第１色の色成分の変化を示す第１波形と、前記第２色の色成分の変化を示す第２波形と、を取得する取得部と、
前記第１波形及び前記第２波形のそれぞれの微分値を積算する演算部と、
積算した結果から前記遮断桿の折損の有無を判定する判定部と、
を有し、
前記判定部は、前記遮断桿の軸方向における全長の範囲内で、前記第１波形及び前記第２波形の微分値を積算した積算値が０となる部位が一定の長さ連続するときに、前記遮断桿が折損していると判定する
ことを特徴とする遮断桿の折損検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の遮断桿の折損検出装置において、
前記画像から前記第１色の画素の領域を抽出した第１の二値画像と、前記画像から前記第２色の画素の領域を抽出した第２の二値画像とを生成する二値画像生成部を有し、
前記取得部は、前記二値画像生成部にて生成された前記第１及び前記第２の二値画像を用いて、前記第１波形及び前記第２波形を取得する
ことを特徴とする遮断桿の折損検出装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の遮断桿の折損検出装置において、
前記閉じ位置にある前記遮断桿を斜め上方から撮像する撮像装置と、
射影変換を行う画像補正部と、
を有し、
前記取得部は、前記射影変換をした後の画像を用いて前記第１波形及び前記第２波形を生成する
ことを特徴とする遮断桿の折損検出装置。

【請求項4】

請求項３に記載の遮断桿の折損検出装置において、
前記撮像装置により得られる画像から前記遮断桿の領域を切出した切出し画像を生成する生成部を有し、
前記画像補正部は、前記切出し画像に対して前記射影変換を行うことを特徴とする遮断桿の折損検出装置。

【請求項5】

踏切内を通行可能な開き位置と、前記踏切内への進入を禁止する閉じ位置との間で移動するとともに、第１色及び前記第１色とは異なる第２色とが自身の軸方向に交互に配列された縞模様により装飾される遮断桿の折損検出方法であって、
前記遮断桿を含む画像から、前記遮断桿の軸方向における前記第１色の色成分の変化を示す第１波形と、前記第２色の色成分の変化を示す第２波形と、を取得する波形取得ステップと、
前記第１波形及び前記第２波形のそれぞれの微分値を積算する積算ステップと、
積算した結果から遮断桿の折損の有無を判定する判定ステップと、
を有し、
前記判定ステップは、前記遮断桿の軸方向における全長の範囲内で、前記第１波形及び前記第２波形の微分値を積算した積算値が０となる部位が一定の長さ連続するときに、前記遮断桿が折損していると判定する
ことを特徴とする遮断桿の折損検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遮断桿の折損検出装置及び遮断桿の折損検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道線路と一般道路とが交差する踏切には踏切保安設備が設けられている場合がある。踏切保安設備は、列車の安全な運行を確保するもので、踏切内を通行する歩行者や自動車や自動二輪車などの車両が、走行する列車に衝突することを防護する。踏切保安設備としては、例えば、踏切遮断機が挙げられる。踏切遮断機は、列車が踏切に接近すると遮断桿を降下させて歩行者や自動車が踏切内に侵入することを一時的に防止し、また、列車が踏切を通過すると遮断桿を上昇させて、歩行者や自動車が踏切を通行することを許容するものである。

【0003】

上述した遮断桿は、踏切に侵入する自動車によって折損されることがある。遮断桿の折損は、列車の安全な運行を妨げるものであるから、遮断桿が折損した場合には、折損した遮断桿を迅速に交換する必要がある。遮断桿の折損は、例えば、列車を運転する運転手、踏切を通行又は踏切近傍を歩行する歩行者により発見されることが多い。また、近年では、遮断桿の折損を自動的に検知する方法も考案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、例えば、遮断桿を昇降させるモータが正常に動作しているときの電流データから求められる時系列データの線形統計量および非線形統計量に基づいて異常の有無の判定基準を決定し、遮断桿が動作する毎に、上記モータを動作させたときの電流データと、決定した判定基準と、を比較することで、遮断桿に異常が発生しているか否かを検知している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－２９０５４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、遮断桿の折損の検知は、遮断機や遮断桿に何らかの検知手段を設けることで実現するものである。現在、数多くの踏切が設けられており、各踏切に対して設置される遮断機に対して検知手段を設けることは、多額の費用や手間がかかるという問題がある。

【0006】

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、遮断機や遮断桿に新たに検知手段を設けることなく、遮断桿の折損などの異常が発生しているか否かを適切に検知することができる技術を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る遮断桿の折損検出装置は、踏切内を通行可能な開き位置と、前記踏切内への進入を禁止する閉じ位置との間で移動するとともに、第１色及び前記第１色とは異なる第２色とが自身の軸方向に交互に配列された縞模様により装飾される遮断桿の折損を検出する遮断桿の折損検出装置において、前記遮断桿を含む画像から、前記遮断桿の軸方向における前記第１色の色成分の変化を示す第１波形と、前記第２色の色成分の変化を示す第２波形と、を取得する取得部と、前記第１波形及び前記第２波形のそれぞれの微分値を積算する演算部と、積算した結果から前記遮断桿の折損の有無を判定する判定部と、を有し、前記判定部は、前記遮断桿の軸方向における全長の範囲内で、前記第１波形及び前記第２波形の微分値を積算した積算値が０となる部位が一定の長さ連続するときに、前記遮断桿が折損していると判定するものである。

【0008】

また、前記画像から前記第１色の画素の領域を抽出した第１の二値画像と、前記画像から前記第２色の画素の領域を抽出した第２の二値画像とを生成する二値画像生成部を有し、前記取得部は、前記マスク画像生成部にて生成された前記第１及び前記第２の二値画像を用いて、前記第１波形及び前記第２波形を取得するものである。

【0009】

また、前記閉じ位置にある前記遮断桿を斜め上方から撮像する撮像装置と、射影変換を行う画像補正部と、を有し、前記取得部は、前記射影変換をした後の画像を用いて前記第１波形及び前記第２波形を生成するものである。

【0010】

また、前記撮像装置により得られる画像から前記遮断桿の領域を切出した切出し画像を生成する生成部を有し、前記画像補正部は、前記切出し画像に対して前記射影変換を行うものである。

【0011】

また、本発明に係る遮断桿の折損検出方法は、踏切内を通行可能な開き位置と、前記踏切内への進入を禁止する閉じ位置との間で移動するとともに、第１色及び前記第１色とは異なる第２色とが自身の軸方向に交互に配列された縞模様により装飾される遮断桿の折損検出方法であって、前記遮断桿を含む画像から、前記遮断桿の軸方向における前記第１色の色成分の変化を示す第１波形と、前記第２色の色成分の変化を示す第２波形と、を取得する波形取得ステップと、前記第１波形及び前記第２波形のそれぞれの微分値を積算する積算ステップと、積算した結果から遮断桿の折損の有無を判定する判定ステップと、を有し、前記判定ステップは、前記遮断桿の軸方向における全長の範囲内で、前記第１波形及び前記第２波形の微分値を積算した積算値が０となる部位が一定の長さ連続するときに、前記遮断桿が折損していると判定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によると、遮断機や遮断桿に新たに検知手段を設けることなく、遮断桿の折損などの異常が発生しているか否かを検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態における踏切保安設備の一例を示す説明図である。

【図2】遮断桿の折損を検出する折損検出装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。

【図3】撮像された画像から遮断桿の領域を切り出した切出し画像を生成する際の説明図である。

【図4】図４（ａ）は破損していない遮断桿を撮像した画像から得られた切出し画像の一例を示す図、図４（ｂ）は破損していない遮断桿を撮像したときに得られる黄色二値画像の一例を示す図、図４（ｃ）は破損していない遮断桿を撮像したときに得られる黒色二値画像の一例を示す図である。

【図5】遮断桿が破損していないときに得られる黄色成分波形及び黒色成分波形の一例を示す図である。

【図6】遮断桿が破損していないときに得られる黄色成分の輝度値の微分値の変化を示す波形、及び黒色成分の輝度値の微分値の変化を示す波形の一例を示す図である。

【図7】遮断桿が破損していないときに得られる黄色成分の輝度値の微分値と、黒色成分の輝度値の微分値とを積算した積算値の変化を示す波形である。

【図8】図８（ａ）は破損した遮断桿を撮像した画像から得られた切出し画像の一例を示す図、図８（ｂ）は破損した遮断桿を撮像したときに得られる黄色二値画像の一例を示す図、図８（ｃ）は破損した遮断桿を撮像したときに得られる黒色二値画像の一例を示す図である。

【図9】遮断桿が折損しているときに得られる黄色成分波形及び黒色成分波形の一例を示す図である。

【図10】遮断桿が折損しているときに得られる黄色成分の輝度値の微分値の変化を示す波形、及び黒色成分の輝度値の微分値の変化を示す波形の一例を示す図である。

【図11】遮断桿が折損しているときに得られる黄色成分の輝度値の微分値と、黒色成分の輝度値の微分値とを積算した積算値の変化を示す波形である。

【図12】遮断桿の折損の有無を判定する処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施の形態に係る踏切保安設備の一例について説明する。図１に示すように、踏切保安設備１０は、例えば踏切遮断機１１や踏切警報機１２を含み、鉄道線路と一般道路とが交差する踏切において、列車の安全な運行を行い、また、踏切内を通行する歩行者や自動車やバイク等の車両の安全を確保するために、鉄道線路と一般道路とを分離する設備である。

【0015】

踏切遮断機１１は、例えば、遮断機本体２１及び遮断桿２２を有する。遮断機本体２１は、踏切警報機１２の警報柱３１、又は踏切遮断機１１用に設置した警報柱２３の上端部に取り付けられる。図１においては、遮断機本体２１は、踏切遮断機１１用に設置した警報柱２３に取り付けられる場合を例示している。図示は省略するが、遮断機本体２１は、駆動モータや開閉機構などを収納した筐体を有する。筐体は、内部に収納される開閉機構に接続された回転駆動軸を背面側で外部に露呈する。回転駆動軸は、遮断桿２２の一端を保持する。

【0016】

遮断桿２２は、例えばカーボンファイバーなどの合成樹脂材を用いた筒状の部材である。遮断桿２２の外周面は、遮断桿２２の軸方向に、例えば黄色及び黒色を交互に配置した縞模様に装飾される。縞模様において、遮断桿２２の軸方向における黄色の領域の長さ（縞幅）は１８０～３００ｍｍの範囲、黒色の縞幅は１２０～２００ｍｍの範囲であり、また、黄色の縞幅と黒色の縞幅との比は３：２である。ここで、黄色及び黒色は、例えば日本工業規格（ＪＩＳ Ｚ ９１０１）により規定されている。また、遮断桿２２における黄色の縞幅及び黒色の縞幅は、例えば日本工業規格（ＪＩＳ Ｅ３７０１ １９９５）により規定されている。なお、図１においては、遮断桿２２を縞模様とし、遮断機本体２１及び警報柱２３に対しては縞模様としていないが、実際には、遮断機本体２１及び警報柱２３の外周面に対しても、黄色及び黒色の縞模様の装飾が施されている。

【0017】

遮断桿２２は、鉄道線路と一般道路が交差する踏切内に、歩行者や車両の進入を防止する閉じ位置（図１中実線）と、歩行者や車両が踏切内を通行することが可能な開き位置（図１中二点鎖線）との間で回動する。なお、本実施の形態では、閉じ位置と開き位置との間で、遮断桿２２が回動する場合を説明するが、地面に対して水平に配置された遮断桿２２を地面に対して鉛直な方向に移動させる（昇降させる）遮断機であってもよい。

【0018】

踏切警報機１２は、例えば、警報柱３１に、踏切標識３２、警告灯３３、方向指示器３４、警報音発生器３５及び撮像装置３６などを備えている。踏切標識３２は、前方に踏切があることを標示するもので、警報柱３１の上端部に取り付けられる。警告灯３３は、左右又は上下に設けた閃光灯３３ａ，３３ｂを交互に点灯することで、踏切に列車が接近していることを歩行者や車両を運転する運転者に視覚的に警告する。図１においては、左右に２つの閃光灯３３ａ，３３ｂを設けた警告灯３３の場合を例示している。方向指示器３４は、踏切に接近する列車の進行方向を、歩行者や自動車などの車両を運転する運転者に視覚的に警告する。また、警報音発生器３５は、警報柱３１の上端部に設けられ、踏切に列車が接近しているときに警告音を発生することで、歩行者や、車両を運転する運転者に列車が接近していることを聴覚的に警告する。撮像装置３６は、警報柱３１の上端部に設けられ、例えば閉じ位置にある踏切遮断機１１の遮断桿２２を撮像する。

【0019】

本実施の形態では、撮像装置３６を警報柱３１の上端部に設けた場合を説明するが、遮断桿２２全体を撮像できればよいので、撮像装置３６は、踏切近傍に設けられる他の柱に設けることも可能である。また、この他に、近年、踏切内の状態を撮像する撮像装置が設置されている場合もあるので、警報柱３１に新たに撮像装置３６を設置するのではなく、すでに設置されている撮像装置を用いることも可能である。

【0020】

図２は、本発明の実施形態に示す折損検出装置４１の電気的構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、折損検出装置４１は、上述した撮像装置３６により得られる画像を用いて、踏切遮断機１１の遮断桿２２の折損の有無を検出する装置である。なお、上述した踏切遮断機１１、踏切警報機１２、撮像装置３６及び折損検出装置４１は、踏切制御装置６１により制御される。

【0021】

図２に示すように、折損検出装置４１は、領域抽出部５１、画像補正部５２、色空間変換部５３、二値画像生成部５４、演算部５５及び判定部５６を有する。なお、演算部５５は、請求項に記載の取得部及び演算部に相当する。

【0022】

領域抽出部５１は、撮像装置３６により撮像された画像Ｐ１を用いて、切出し画像ＣＰ１を生成する。図３に示すように、領域抽出部５１は、画像Ｐ１において、遮断桿２２が含まれる領域Ａ１を、切出し画像ＣＰ１として抽出（トリミング）する。

【0023】

撮像装置３６における撮像範囲（画角）は固定である。また、遮断桿２２が閉じ位置にあるとき、撮像範囲に対する遮断桿２２の位置は、ほぼ同一の位置である。したがって、閉じ位置にある遮断桿２２が含まれる領域を抽出領域として予め設定し、領域抽出部５１は、撮像装置３６により撮像された画像Ｐ１から、予め設定した抽出領域を抽出して、切出し画像ＣＰ１を生成する。

【0024】

また、上述したように、遮断桿２２の外周面は、黄色及び黒色の縞模様に装飾されている。したがって、画像Ｐ１を用いて、黄色の領域及び黒色の領域が一方向に交互に連続する矩形の範囲を、遮断桿２２が含まれる領域として抽出することで、切出し画像ＣＰ１を生成してもよい。

【0025】

画像補正部５２は、領域抽出部５１により生成された切出し画像ＣＰ１に対して、画像補正を行う。上述したように、撮像装置３６は、踏切警報機１２の上端部に配置されている。切出し画像ＣＰ１は、遮断桿２２の先端側に向けて幅狭となる台形状となる。そこで、画像補正部５２は、切出し画像ＣＰ１に含まれる遮断桿２２が長方形状となるように、切出し画像ＣＰ１に対して射影変換を行う。以下、射影変換を行った後の切出し画像ＣＰ１を切出し画像ＣＰ２と称する。

【0026】

射影変換は、例えば、切出し画像ＣＰ１における画素の画素値をｓｒｃ（ｉ、ｊ）、射影変換を行った切出し画像ＣＰ２における画素の画素値をｄｓｔ（ｘ，ｙ）、変換行列をＭとすると、射影変換を行った切出し画像ＣＰ２の画素の画素値ｄｓｔ（ｘ，ｙ）は、以下の（１）式で表わされる。

【0027】

【数1】

【0028】

また、変換行列Ｍは、以下の（２）式で表される。

【0029】

【数2】

【0030】

色空間変換部５３は、射影変換を行った切出し画像ＣＰ２の色空間を変換する。例えば撮像装置３６により撮像された画像Ｐ１や、切出し画像ＣＰ１，ＣＰ２における色空間は、赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色及び青（Ｂ）色で表されるＲＧＢ色空間である。したがって、色空間変換部５３は、切出し画像ＣＰ１，ＣＰ２の色空間をＲＧＢ色空間から、色相（Ｈ）、彩度（Ｓ）及び明度（Ｖ）で表されるＨＳＶ色空間に変換し、切出し画像ＣＰ３を生成する。なお、切出し画像ＣＰ１，ＣＰ２の色空間がＨＳＶ色空間であれば、色空間変換部５３による処理を行う必要はない。

【0031】

二値画像生成部５４は、色空間が変換された切出し画像ＣＰ３を用いて、画素値が黄色の色成分を示す画素の領域を抽出した黄色二値画像ＭＰ１を生成する。また、二値画像生成部５４は、色空間が変換された切出し画像ＣＰ３を用いて、画素値が黒色の色成分を示す画素の領域を抽出した黒色二値画像ＭＰ２を生成する。ここで、黄色二値画像ＭＰ１が請求項に記載の第１の二値画像に、黒色二値画像ＭＰ２が請求項に記載に第２の二値画像に各々相当する。

【0032】

図４（ａ）は、撮像装置３６により得られる画像Ｐ１から生成される切出し画像ＣＰ１の一例を示す。また、図４（ｂ）は、二値画像生成部５４により生成された黄色二値画像ＭＰ１の一例、図４（ｃ）は、二値画像生成部５４により生成された黒色二値画像ＭＰ２の一例を示す。

【0033】

図４（ｂ）に示すように、黄色二値画像ＭＰ１において、ハッチングされていない領域が、黄色の色成分を有する画素の領域（以下、黄色領域）Ｍａ１となり、ハッチングされた領域が黄色以外の色成分を有する画素の領域となる。また、黄色二値画像ＭＰ１において、黄色領域Ｍａ１に含まれる画素の輝度値は「２５５」となり、それ以外の領域に含まれる画素の輝度値は「０」となる。なお、図４（ｂ）においては、引出線を出す必要があることから、黄色領域Ｍａ１を除く領域に対してハッチングにて表しているが、実際には、黄色二値画像ＭＰ１において、黄色領域Ｍａ１は白色、それ以外の領域は黒色で示される。

【0034】

また、図４（ｃ）に示すように、黒色二値画像ＭＰ２において、ハッチングされていない領域が、黒色の色成分を有する画素の領域（以下、黒色領域）Ｍａ２となり、ハッチングされた領域が黒色以外の色成分を有する画素の領域となる。また、黒色二値画像ＭＰ２において、黒色領域Ｍａ２に含まれる画素の輝度値は「２５５」となり、それ以外の領域に含まれる画素の輝度値は「０」となる。なお、図４（ｃ）においては、引出線を出す必要があることから、黒色領域Ｍａ２を除く領域をハッチングにて表しているが、実際には、黒色二値画像ＭＰ２において、黒色領域Ｍａ２は白色、それ以外の領域は黒色で示される。

【0035】

演算部５５は、黄色二値画像ＭＰ１を用いて、黄色の色成分の変化を示す波形（以下、黄色成分波形）を求める。同時に、演算部５５は、黒色二値画像ＭＰ２から黒色の色成分の変化を示す波形（以下、黒色成分波形）を求める。ここで、遮断桿２２の軸方向をｘ方向、ｘ方向に直交する方向をｙ方向とする。また、ｘ方向を列方向、ｙ方向を行方向とする。ここで、黄色成分波形が請求項に記載の第１波形に、黒色成分波形が請求項に記載の第２波形に各々相当する。

【0036】

まず、演算部５５は、黄色二値画像ＭＰ１に含まれる画素のうち、同一列に位置する画素の輝度値の平均を輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）として算出する。そして、演算部５５は、輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）を行ごとにプロットすることで、図５に示すように、黄色の色成分の輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）の変化を示す黄色成分波形を求める。なお、同一列に位置する画素の輝度値の平均を輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）として算出しているが、同一列に位置する画素の輝度値の平均値ではなく、同一行となる画素の輝度値の最頻値や中央値を輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）として求めてもよい。

【0037】

同様にして、演算部５５は、黒色二値画像ＭＰ２に含まれる画素のうち、同一列に位置する画素の輝度値の平均を輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）として算出する。そして、演算部５５は、図５に示すように、輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）を行ごとにプロットすることで、黒色の色成分の輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）の変化を示す黒色成分波形を求める。なお、同一列に位置する画素の輝度値の平均を輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）として算出しているが、同一列に位置する画素の輝度値の平均値ではなく、同一行となる画素の輝度値の最頻値や中央値を輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）として求めてもよい。

【0038】

次に、演算部５５は、求めた黄色成分及び黒色成分の輝度値の微分値を求める。以下、黄色成分の輝度値の微分値をＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）、黒色成分の輝度値の微分値をＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）とする。図６は、黄色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘ及び黒色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘから得られる波形である。このように、演算部５５は、黄色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘの変化を示す波形、及び黒色成分の微分値ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘの変化を示す波形を求めることで、各色成分における輝度値の増減を識別することができる。

【0039】

最後に、演算部５５は、黄色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘと、黒色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘと、を積算する。積算値をＩｖとすると、積算値Ｉｖは、以下の（３）式となる。図７は、積算値Ｉｖの変化を示す波形の一例を示す。
Ｉｖ＝ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘ×ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘ・・・（３）

【0040】

判定部５６は、演算部５５により求められた積算値Ｉｖの波形を参照して、遮断桿２２に、折損などの異常が発生しているか否かを判定する。詳細には、判定部５６は、遮断桿２２の根元から遮断桿２２の先端に相当する範囲に、一定の長さを超える積算値Ｉｖ＝０となる範囲が含まれるか否かを判定する。同時に、判定部５６は、折損していない場合の遮断桿２２の先端に相当する位置に到達する前に積算値Ｉｖ＝０となるか否かを判定することで、遮断桿２２に、折損などの異常が発生しているか否かを判定する。

【0041】

図５は、黄色成分波形及び黒色成分波形の一例を示す。なお、図５において、黄色成分波形は実線、黒色成分波形は点線で示している。図５に示すように、黄色成分波形と黒色成分波形とにおいて、各々の成分波形の極大値は交互に入れ替わりながら推移する。すなわち、黄色成分波形において輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）が極大値をとるとき、黒色成分波形において輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）は極小値をとることが多い。また、黄色成分波形において輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）が極小値をとるとき、黒色成分波形において輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）は極大値をとることが多い。

【0042】

図６は、黄色成分の輝度値の微分値の変化及び黒色成分の輝度値の微分値の変化を示す波形である。図６において、黄色成分の輝度値の微分値の変化を示す波形を実線、黒色成分の輝度値の微分値の変化を示す波形を点線で示している。図６に示すように、各色成分の輝度値の微分値は、行毎の平均輝度値をｘで微分した値である。したがって、黄色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘにおいて、遮断桿２２の黄色の領域では正の値となり、遮断桿２２の黒色の領域では、負の値となる。同様にして、黒色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘにおいて、遮断桿２２の黒色の領域では正の値となり、遮断桿２２の黄色の領域では、負の値をとることが多い。また、黄色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘが正の値をとるとき、黒色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘが負の値をとることが多い。

【0043】

これは、遮断桿２２の軸方向をｘ軸としたときに、黄色成分波形における輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）と黒色成分波形における輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）とは極大値及び極小値を繰り返す状態となり、また、黄色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘが増加するとき、黒色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘが減少する状態を繰り返すことに相当する。同時に、黒色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘが増加するとき、黄色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘが減少する状態を繰り返すことに相当する。

【0044】

したがって、図７に示すように、遮断桿２２が折損していないときには、遮断桿２２の根本から先端までに相当する範囲において、上述した積算値Ｉｖは負の値となりやすい。なお、図示は省略しているが、遮断桿２２の先端を超えると、積算値Ｉｖは０となる。したがって、各色成分をｘで微分した値ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘ，ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘを求め、これら値を積算すると、遮断桿２２の背景の色や各処理の誤差により、積算値Ｉｖが正となる場合もあるが、ほとんどの領域で積算値Ｉｖは負の値となる。

【0045】

図４～図７は、遮断桿２２が破損していない場合の演算結果等を示す図である。図８～図１１は、遮断桿２２が破損している場合の演算結果を示す図である。図８（ａ）から図８（ｃ）は、遮断桿２２が破損している場合の切出し画像ＣＰ１、黄色二値画像ＭＰ１及び黒色二値画像ＭＰ２の一例である。図９は、図８（ｂ）に示す黄色二値画像ＭＰ１及び図８（ｃ）に示す黒色二値画像ＭＰ２から得られる黄色成分波形及び黒色成分波形である。図１０は、図９に示す黄色成分の輝度値の微分値及び黒色成分の輝度値の微分値の変化を示す波形であり、図１１は、黄色成分の輝度値の微分値及び黒色成分の輝度値の微分値を積算した積算値の変化を示す波形である。

【0046】

遮断桿２２が例えば黒色の縞の部分で折損している（図８に示す位置ｘ１で折損している）ときには、黄色領域Ｍａ１は抽出されやすいが、黒色領域Ｍａ２は遮断桿２２の折損部位から遮断桿２２の先端までの間で抽出されにくい。このとき、図９及び図１０に示すように、遮断桿２２の折損部位から遮断桿２２の先端までの範囲において、黄色成分の輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）の変化を示す黄色成分波形や黄色成分の輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）の微分値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘの変化を示す波形は得られる一方で、黒色成分の輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）の変化を示す黒色成分波形や黒色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘの変化を示す波形は得られにくい。なお、図９、図１０においても、黄色成分波形や、黄色成分の輝度値の微分値の変化を示す波形を実線で、黒色成分波形や、黒色成分の輝度値の微分値の変化を示す波形を点線で示している。

【0047】

その結果、図１１に示すように、遮断桿２２が位置ｘ１で折損しているとき、遮断桿２２が折損している部位における積算値Ｉｖ＝０となる長さＬ１が、例えば黒色の縞幅より長くなる。したがって、遮断桿２２が折損していると判定される。なお、遮断桿２２が折損している部位が遮断桿２２の黄色の縞の部分となる場合もあるので、例えば積算値Ｉｖ＝０となる長さが黒色の縞幅より長くなるか否かの他に、黄色の縞幅より長くなるか否かの判定も同時に行う。つまり、積算値Ｉｖ＝０となる長さＬ１が、黄色の縞幅又は黒色の縞幅よりも長くなるか否かによって、遮断桿２２が折損しているか否かが判定される。

【0048】

また、この他に、遮断桿２２が折れて遮断桿２２の先端側がなくなる場合には、遮断桿２２の折れた部分から遮断桿２２の先端側において、上述した黄色領域Ｍａ１や黒色領域Ｍａ２を得ることができない。すなわち、遮断桿２２の折れた部分から遮断桿２２の先端側において、黄色成分波形や黒色成分波形が得られず、上述した積算値Ｉｖも０となる。したがって、この場合も、遮断桿２２が折損していると判定される。

【0049】

さらに、遮断桿２２が地面に対して鉛直方向に折損している場合には、遮断桿２２全体が撮像される。この場合、図示は省略するが、遮断桿２２の先端に相当する位置に到達する前に、上述した積算値ＩｖがＩｖ＝０となる。したがって、この場合も遮断桿２２が折損していると判定される。

【0050】

なお、図９及び図１０において、部分的に色成分の輝度値の変化を示す波形や色成分の輝度値の微分値を得るようにしているが、これは、切出し画像ＣＰ１において、遮断桿２２の背景部分として黄色の領域や黒の領域が含まれるからである。

【0051】

次に、遮断桿２２の折損判定に係る処理の流れについて、図１２のフローチャートを用いて説明する。なお、図１２に示すフローチャートにおける処理の流れは、撮像装置３６による撮像が行われた後で実行される処理の流れである。

【0052】

撮像装置３６により撮像が行われると、踏切制御装置６１は、折損検出装置４１に対して、遮断桿２２が折損しているか否かの判定を指示する。ステップＳ１０１において、領域抽出部５１は、撮像装置３６から入力される画像Ｐ１から、遮断桿２２の領域Ａ１を抽出して切出し画像ＣＰ１を生成する。

【0053】

ステップＳ１０２において、画像補正部５２は、切出し画像ＣＰ１に対して射影変換を行って、切出し画像ＣＰ１に対する画像補正を行う。図３に示すように、切出し画像ＣＰ１が台形状となるとき、画像補正を行った切出し画像ＣＰ２は、図４（ｂ）に示す矩形状となる。

【0054】

ステップＳ１０３において、色空間変換部５３は、画像補正された切出し画像ＣＰ２の色空間をＲＧＢ色空間からＨＳＶ色空間に変換する。

【0055】

ステップＳ１０４において、二値画像生成部５４は、色空間が変換された切出し画像ＣＰ３を用いて、黄色二値画像ＭＰ１及び黒色二値画像ＭＰ２を生成する。上述したように、遮断桿２２は、黄色と黒色とが交互に配置される縞模様に装飾されている。したがって、二値画像生成部５４は、切出し画像ＣＰ３を用いて黄色二値画像ＭＰ１と、黒色二値画像ＭＰ２とを生成する。

【0056】

ステップＳ１０５において、演算部５５は、黄色二値画像ＭＰ１を用いて、遮断桿２２の軸方向における黄色成分の輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）の変化を示す黄色成分波形を生成する。ここで、遮断桿２２は、円筒状の部材であるから、ｘ方向に直交するｙ方向（図４（ｂ）参照）に所定量の幅を有する。したがって、演算部５５は、同一列の画素の各々の輝度値を平均した平均輝度値を行ごとの輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）として求める。そして、黄色成分の輝度値Ｉ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）の変化を示す黄色成分波形を生成する。また、演算部５５は、黒色二値画像ＭＰ２を用いて、同様の手順にて、黒色成分の輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）を列ごとに求め、黒色成分の輝度値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）の変化を示す黒色成分波形を生成する。

【0057】

演算部５５は、また、黄色成分波形及び黒色成分波形から、黄色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘ及び黒色成分の輝度値の微分値Ｉ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘを求める。最後に、演算部５５は、黄色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｙｅｌｌｏｗ}（ｘ）／ｄｘ及び黒色成分の輝度値の微分値ｄＩ_{ｂｌａｃｋ}（ｘ）／ｄｘを積算した積算値Ｉｖを求める。

【0058】

ステップＳ１０６において、判定部５６は、積算値Ｉｖを用いて、遮断桿２２が折損しているか否かの判定を行う。例えば遮断桿２２が折損していない場合、遮断桿２２の根本から先端に相当する範囲において、積算値Ｉｖは負の値となる。また、仮に積算値Ｉｖ＝０となる部位があっても連続することはない。

【0059】

一方、遮断桿２２が折損している場合には、遮断桿２２の折損部位から遮断桿２２の先端までの範囲において、積算値Ｉｖ＝０である範囲が一定長存在するか、遮断桿２２の全長に到達する前に積算値Ｉｖ＝０となる。したがって、判定部５６は、遮断桿２２の根元から遮断桿２２の先端までの範囲において、積算値Ｉｖ＝０である範囲が一定長を超えて発生する場合に、遮断桿２２が折損していると判定する。また、判定部５６は、遮断桿２２の先端に相当する位置に到達する前に積算値Ｉｖ＝０となる場合に、遮断桿２２が折損していると判定する。

【0060】

なお、折損検出装置４１により、遮断桿２２の折損の有無の判定結果は、例えば、図示を省略した外部装置に出力される。なお、外部装置としては、例えば踏切保安設備を管理する管理装置であってもよいし、上述した踏切制御装置１３であってもよい。

【0061】

上記に説明した実施の形態では、切出し画像ＣＰ１に対して射影変換などの画像補正を行った後、黄色二値画像ＭＰ１や黒色二値画像ＭＰ２を生成しているが、射影変換などの画像補正を行わずに、黄色二値画像ＭＰ１や黒色二値画像ＭＰ２を生成してもよい。

【0062】

例えば、撮像装置３６は、遮断桿２２を斜め上方から撮像することにより取得されるもので、画像Ｐ１に含まれる遮断桿２２は、遮断桿２２の先端に向けて、黄色の縞幅や黒色の縞幅は短くなる。したがって、切出し画像ＣＰ１に対して射影変換を行わずに、黄色二値画像ＭＰ１や黒色二値画像ＭＰ２を生成した場合には、黄色領域又は黒色領域に対して、遮断桿２２の長手方向における幅が一定幅となるように、黄色二値画像ＭＰ１や黒色二値画像ＭＰ２に対して画像補正を行う。

【0063】

上記に説明した実施の形態では、閉じ位置にある遮断桿２２を撮像装置３６にて撮像した画像Ｐ１を用いて、遮断桿２２が折損しているか否かを判定しているが、開き位置にある遮断桿２２を撮像装置３６にて撮像した画像を用いて、遮断桿２２が折損しているか否かを判定することも可能である。

【0064】

上記に説明した実施の形態では、黄色及び黒色の縞模様の遮断桿２２を例に取り上げているが、遮断桿２２の縞模様は、黄色及び黒色の縞模様に限定されるものではなく、例えば赤色及び白色の縞模様であってもよい。

【0065】

上記に説明した実施の形態では、撮像装置３６により撮像された画像Ｐ１を用いて遮断桿２２が折損しているか否かを判定する折損検出装置４１を設けた場合を説明しているが、折損検出装置４１の機能を、踏切制御装置６１に設けることも可能である。

【0066】

上記に説明した実施の形態では、折損検出装置４１を設ける場合を説明しているが、折損検出装置４１の構成や折損検出装置４１によって実行される処理をコンピュータにおいて実行可能なプログラムとしてもよい。なお、このようなプログラムは、コンピュータにより読み取り可能なメモリに記憶されていることが好ましい。

【0067】

＜効果など＞
本実施の形態に示す遮断桿の折損検出装置は、踏切内を通行可能な開き位置と、前記踏切内への進入を禁止する閉じ位置との間で移動するとともに、黄色及び黒色とが軸方向に交互に配列された縞模様により装飾される遮断桿２２の折損を検出する遮断桿２２の折損検出装置４１であって、遮断桿２２を含む画像Ｐ１から、遮断桿２２の軸方向（ｘ方向）における黄色の色成分の変化を示す黄色成分波形と、黒色の色成分の変化を示す黒色成分波形と、を取得して、取得した黄色成分波形及び黒色成分波形の微分を積算する演算部５５と、積算した結果から遮断桿２２の折損の有無を判定する判定部５６と、を有し、判定部５６は、遮断桿２２のｘ方向における全長の範囲内で、微分した黄色成分波形及び黒色成分波形を積算した積算値Ｉｖが０となる部位が一定の長さ連続するときに、前記遮断桿２２が折損していると判定するものである。

【0068】

遮断桿２２は黄色と黒色との縞模様で装飾されているため、その縞模様から取得した黄色成分波形の極大値（または極小値）と黒色成分波形の極大値（または極小値）が交互に合われる。このことは黄色成分を有する画素の輝度値（または黒色成分を有する画素の輝度値）が増加する時、黒色成分を有する画素の輝度値（または黄色成分を有する画素の輝度値）が減少する状態を繰り返すことに相当する。したがって、各色成分をｘで微分した微分値を求めて、その積をとると、ほとんどの領域で負の値となる。

【0069】

一方、遮断桿２２の破損し、黄色成分を有する画素の輝度値（または黒色成分を有する画素の輝度値）の増減がなくなる場合、その微分値は０となることから、その積算値は０となる。この特性を利用し、積算値が０となる部位が一定の長さ連続したときに、遮断桿２２が破損したと判定することができる。

【0070】

例えば、画像Ｐ１に含まれる背景部分に遮断桿と同一の画素値を有する画素が含まれる場合、黄色成分及び黒色成分の輝度値を抽出しただけでは、各色成分を有する画素が遮断桿２２の領域に含まれる画素であるか、背景の領域に含まれる画素であるかが識別できないため、遮断桿２２の破損の有無を正確に判定することはできない。しかしながら、上述したように、各色成分の輝度値の微分値を積算することで、積算された値が明確に異なる値となることから、遮断桿２２の破損の有無を正確に判定することができる。そして、遮断桿２２を含む画像を撮像（取得）する撮像装置があれば、踏切遮断機に遮断桿２２の折損を検出する手段を設けることなく、画像解析によって、遮断桿２２の折損を自動的に検出することができる。また、上記画像解析によって、遮断桿２２の折損の有無を判定するだけでなく、遮断桿２２における黄色の縞幅や黒色の縞幅が決定されていることを利用して、遮断桿２２の折損位置を特定することも可能となる。

【0071】

また、上述したように、遮断桿２２は、カーボンファイバーなどの筒状の部材であり、例えば強風などにおいて遮断桿２２が変形する場合もある。遮断桿２２が変形した場合は、遮断桿２２が変形していないときと同様に、遮断桿２２の全長において、黄色成分波形（または黒色成分波形）の増減は見られる。したがって、このような場合でも遮断桿２２の折損したとの誤判定を防止することができる。

【0072】

また、切出し画像ＣＰ３から黄色の画素の領域を抽出した黄色二値画像ＭＰ１と、切出し画像ＣＰ３から黒色の画素の領域を抽出した黒色二値画像ＭＰ２とを生成する二値画像生成部５４を有し、演算部５５は、二値画像生成部５４にて生成された二値画像ＭＰ１，ＭＰ２を用いて、黄色成分波形及び黒色成分波形を取得するものである。

【0073】

これによれば、二値画像ＭＰ１，ＭＰ２を用いることで、黄色成分の輝度値の変化を示す波形（黄色成分波形）と、黒色成分の輝度値の変化を示す波形（黒色成分波形）とを簡単に生成することができる。

【0074】

閉じ位置にある遮断桿２２を斜め上方から撮像する撮像装置３６と、射影変換を行う画像補正部５２と、を有し、演算部５５は、射影変換後の切出し画像ＣＰ３を用いて黄色成分波形及び黒色成分波形を生成するものである。

【0075】

これによれば、遮断桿２２の全体を撮像した画像Ｐ１を用いて、遮断桿２２の破損の有無の判定を行うことができる。

【0076】

また、撮像装置３６により得られる画像Ｐ１から遮断桿２２の領域Ａ１を切出した切出し画像ＣＰ１を生成する領域抽出部５１を有し、画像補正部５２は、切出し画像ＣＰ１に対して射影変換を行うものである。

【0077】

撮像装置３６は、遮断桿２２を斜め上方から撮像する場合、切出し画像ＣＰ１に含まれる遮断桿２２の形状は、先端に向けて先細となる台形状である。切出し画像ＣＰ１に対して射影変換を行った切出し画像ＣＰ２に含まれる遮断桿２２の形状は、長方形状となるので、遮断桿２２における黄色及び黒色の縞模様の領域が得られやすくなるので、上記判定における判定精度を向上させることができる。

【0078】

また、本発明の遮断桿の折損検出方法は、踏切内を通行可能な開き位置と、踏切内への進入を禁止する閉じ位置との間で移動するとともに、黄色及び黒色とが自身の軸方向に交互に配列された縞模様により装飾される遮断桿２２の折損検出方法であって、遮断桿２２を含む画像Ｐ１から、遮断桿２２のｘ方向における黄色の色成分の変化を示す黄色成分波形と、黒色の色成分の変化を示す黒色成分波形と、を取得する波形取得ステップと、黄色成分波形及び黒色成分波形を各々微分した後、微分した黄色成分波形及び黒色波形を積算する積算ステップと、積算した結果から遮断桿２２の折損の有無を判定する判定ステップと、を有することを特徴とする。

【0079】

例えば遮断桿２２が黄色と黒色との縞模様で装飾されていることで、黄色の色成分の輝度値の変化を示す波形が極大値をとるときには黒色の色成分の輝度値の変化を示す波形が極小値をとり、黄色の色成分の輝度値の変化を示す波形が極小値をとるときには黒色の色成分の輝度値の変化を示す波形が極大値をとる。つまり、これら色成分の輝度値の変化を示す波形においては、極大値と極小値とが交互に現れる。

【0080】

また、色成分の輝度値の微分値において、黄色成分の輝度値の微分値が増加するとき、黒色成分の輝度値の微分値が減少する状態を繰り返す。同時に、黒色成分の輝度値の微分値が増加するとき、黄色成分の輝度値の微分値が減少する状態を繰り返す。その結果、これら各色成分の輝度値の微分値の積算値Ｉｖは、ほとんど負の値となる。その結果、遮断桿２２が折損していなければ、遮断桿２２の全長においては、積算値Ｉｖがほぼ負の値をとるのに対して、遮断桿２２が折損している場合には、遮断桿２２の折損部位から先端側では、上記積算値Ｉｖは０となる。

【0081】

例えば、画像Ｐ１に含まれる背景部分に遮断桿と同一の画素値を有する画素が含まれる場合、黄色成分及び黒色成分の輝度値を抽出しただけでは、各色成分を有する画素が遮断桿２２の領域に含まれる画素であるか、背景の領域に含まれる画素であるかが識別できないため、遮断桿２２の破損の有無を正確に判定することはできない。しかしながら、上述したように、各色成分の輝度値の微分値を積算することで、積算された値が明確に異なる値となることから、遮断桿２２の破損の有無を正確に判定することができる。そして、遮断桿２２を含む画像を撮像（取得）する撮像装置があれば、踏切遮断機に遮断桿２２の折損を検出する手段を設けることなく、画像解析によって、遮断桿２２の折損を自動的に検出することができる。また、上記画像解析によって、遮断桿２２の折損の有無を判定するだけでなく、遮断桿２２における黄色の縞幅や黒色の縞幅が決定されていることを利用して、遮断桿２２の折損位置を特定することも可能となる。

【0082】

また、上述したように、遮断桿２２は、カーボンファイバーなどの筒状の部材であり、例えば強風などにおいて遮断桿２２が変形する場合もある。遮断桿２２が変形した場合は、遮断桿２２が変形していないときと同様に、遮断桿２２の全長において、上述した積算値は、常に負の値をとる。このように、遮断桿２２の折損した場合と、遮断桿２２が一時的に変形した場合との差別化を図ることができ、確実に遮断桿２２の折損を検出することができる。

【符号の説明】

【0083】

１１…踏切遮断機
１２…踏切警報機
２２…遮断桿
３６…撮像装置
４１…折損検出装置
５１…領域抽出部
５２…画像補正部
５３…色空間変換部
５４…二値画像生成部
５５…演算部
５６…判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】