特許 7013234 すり板形状算出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-21

(45)【発行日】2022-01-31

(54)【発明の名称】すり板形状算出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20220124BHJP

   G06T 7/00 20170101ALI20220124BHJP

【ＦＩ】

G01B11/24 K

G06T7/00 610

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2017251316

(22)【出願日】2017-12-27

(65)【公開番号】P2019117121

(43)【公開日】2019-07-18

【審査請求日】2020-07-02

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阿彦 雄一

(72)【発明者】

【氏名】野▲崎▼ 圭祐

(72)【発明者】

【氏名】中村 幸太郎

(72)【発明者】

【氏名】下山 拓紀

(72)【発明者】

【氏名】君山 健二

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】横井 謙太朗

(72)【発明者】

【氏名】保刈 誠

【審査官】信田 昌男

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２４９５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１１８９００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／２４

Ｇ０６Ｔ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の屋根に設けられ、前記車両の進行方向において当該車両が搭載するパンタグラフのすり板の前方または後方に位置し、かつ、前記すり板の下方から当該すり板を撮像可能に設けられる撮像部と、
前記撮像部により前記すり板を撮像して得られる撮像画像に対して、前記すり板を探索する探索範囲を設定する探索範囲設定部と、
前記探索範囲のエッジに基づいて、前記すり板の長手方向の異なる位置における、前記すり板の上面の高さを検出する高さ検出部と、
前記高さ検出部により検出した前記すり板の上面の高さの座標の集合を、前記すり板の上面の形状として算出する算出部と、
を備えるすり板形状算出装置。

【請求項2】

前記探索範囲設定部は、前記撮像画像に含まれる直線状のエッジを検出し、当該検出したエッジのうち最も高い位置のエッジを基準として、前記探索範囲を設定する請求項１に記載のすり板形状算出装置。

【請求項3】

前記すり板の上面の形状における長手方向の両端を結んだ基準線と、前記すり板の上面の形状のうち最も低い位置との差分を、前記すり板の摩耗量として検出する摩耗量検出部をさらに備える請求項１または２に記載のすり板形状算出装置。

【請求項4】

前記算出部は、前記すり板の上面の形状のうち長手方向の両端の高さが一致するように、前記すり板の上面の形状の傾きを補正し、複数の前記撮像画像を用いて算出される前記すり板の上面の形状を平均化した結果を、前記すり板の上面の形状として算出する請求項１から３のいずれか一に記載のすり板形状算出装置。

【請求項5】

前記探索範囲に含まれる前記すり板以外の物体の位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記算出部は、前記すり板の上面の形状のうち、前記物体の位置を除いて、前記すり板の上面の形状を平均化する請求項４に記載のすり板形状算出装置。

【請求項6】

前記算出部は、異なるアングルの前記撮像部の撮像により得られる前記撮像画像を用いて算出される前記すり板の上面の形状を平均化した結果を、前記すり板の上面の形状として算出する請求項４に記載のすり板形状算出装置。

【請求項7】

前記算出部は、複雑な背景を含む前記撮像画像に設定された前記探索範囲から検出した前記すり板の上面の高さを用いずに、前記すり板の上面の形状を算出するか、または複雑な背景を含む前記撮像画像に設定された前記探索範囲から検出した前記すり板の上面の高さを用いて算出される前記すり板の上面の形状を無効とする請求項１から６のいずれか一に記載のすり板形状算出装置。

【請求項8】

前記すり板の上面の形状の算出結果を記憶する記憶部をさらに備える請求項１から７のいずれか一に記載のすり板形状算出装置。

【請求項9】

前記すり板の上面の形状の算出結果を表示する表示部をさらに備える請求項１から８のいずれか一に記載のすり板形状算出装置。

【請求項10】

前記算出部は、前記高さ検出部により検出した前記すり板の上面の高さの座標の集合を結んだ線、または当該座標の集合の近似曲線を、前記すり板の上面の形状として算出する、請求項１から９のいずれか一に記載のすり板形状算出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、すり板形状算出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電車等の車両に搭載されるパンタグラフのすり板は、架線との摩擦やアーク放電の発生によって摩耗するため、定期的に交換する必要がある。そのため、車両が予め設定された日数を走行する毎に、すり板の摩耗量を測定し、当該摩耗量が基準値を超えたすり板を外して交換している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－１８０１２８号公報

【文献】特開２０１５－１７９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、すり板を定期的に交換する運用では、アーク放電の発生によってすり板の摩耗が急激に進行したとしても、車両が予め設定された日数だけ走行するまでは、すり板が交換されないため、すり板の割損が生じる場合がある。このため、すり板の摩耗量の基準値は、すり板の摩耗量の限界値から余裕を大きくとる必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態のすり板形状算出装置は、撮像部と、探索範囲設定部と、高さ検出部と、算出部と、を備える。撮像部は、車両の屋根に設けられ、車両の進行方向において当該車両が搭載するパンタグラフのすり板の前方または後方に位置し、かつ、すり板の下方から当該すり板を撮像可能に設けられる。探索範囲設定部は、撮像部によりすり板を撮像して得られる撮像画像に対して、すり板を探索する探索範囲を設定する。高さ検出部は、探索範囲のエッジに基づいて、すり板の長手方向の異なる位置における、すり板の上面の高さを検出する。算出部は、高さ検出部により検出したすり板の上面の高さの座標の集合を、すり板の上面の形状として算出する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１の実施形態にかかる車両に搭載されるすり板形状算出装置の構成の一例を示す図である。

【図2】図２は、第１の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、第１の実施形態にかかる画像処理装置における探索範囲の設定処理の一例を説明するための図である。

【図4】図４は、第１の実施形態にかかる画像処理装置によるすり板の上面の高さの検出処理の一例を説明するための図である。

【図5】図５は、第１の実施形態にかかる画像処理装置によりすり板の上面形状の算出処理およびすり板の摩耗量の検出処理の一例を説明するための図である。

【図6】図６は、変形例１にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。

【図7】図７は、第２の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。

【図8】図８は、第２の実施形態かかる画像処理装置におけるすり板の傾きの補正処理の一例を説明するための図である。

【図9】図９は、第２の実施形態かかる画像処理装置におけるすり板の傾きの補正処理の一例を説明するための図である。

【図10】図１０は、第２の実施形態にかかる画像処理装置におけるすり板の上面形状の平均化処理の一例を説明するための図である。

【図11】図１１は、第３の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。

【図12】図１２は、第４の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかるすり板形状算出装置を適用した電気車等の車両について説明する。

【0008】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる車両に搭載されるすり板形状算出装置の構成の一例を示す図である。まず、図１を用いて、本実施形態にかかる車両に搭載されるすり板形状算出装置の概略構成の一例について説明する。本実施形態では、すり板形状算出装置は、カメラ１０１と、画像処理装置１０２と、ログ記録装置１０３と、車内モニタ１０４と、を有する。本実施形態では、すり板形状算出装置は、ログ記録装置１０３および車内モニタ１０４を有しているが、少なくとも、カメラ１０１および画像処理装置１０２を有していれば良い。

【0009】

カメラ１０１（撮像部の一例）は、可視光を撮像可能なカメラ（所謂、可視光カメラ）等であり、車両に設けられ、車両に搭載されるパンタグラフ２が有するすり板２ａ（図２参照）を撮像可能である。具体的には、カメラ１０１は、すり板２ａで反射した可視光線を受光して、すり板２ａを撮像する。本実施形態では、カメラ１０１は、すり板２ａを下方から撮像可能に設けられている。また、本実施形態では、カメラ１０１は、車両の進行方向において、すり板２ａよりも前方に設けられているが、これに限定するものではなく、車両の進行方向において、すり板２ａの後方に設けられていても良い。また、すり板形状算出装置は、複数のカメラ１０１を有していても良い。例えば、すり板形状算出装置は、車両の車幅方向（すり板２ａの長手方向）に並んで複数のカメラ１０１を有していても良いし、車両の進行方向に並んで複数のカメラ１０１を有していても良い。

【0010】

画像処理装置１０２は、カメラ１０１によりすり板２ａを撮像して得られる撮像画像に基づいて、すり板２ａの形状を算出する。そして、画像処理装置１０２は、すり板２ａの形状の算出結果をログ記録装置１０３に保存する。ログ記録装置１０３は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等であり、画像処理装置１０２によるすり板２ａの形状の算出結果等の各種情報を記憶する。本実施形態では、画像処理装置１０２は、車両に搭載されるログ記録装置１０３に対して、すり板２ａの形状の算出結果を保存しているが、これに限定するものではなく、車両の外部の記憶装置（例えば、地上側のシステムが有する記憶装置）に対して、すり板２ａの形状の算出結果を保存しても良い。また、ログ記録装置１０３は、すり板２ａの形状の算出結果を、当該すり板２ａの形状を算出した時刻等、当該算出結果を識別可能な情報とともに記憶しても良い。

【0011】

車内モニタ１０４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等であり、画像処理装置１０２によるすり板２ａの形状の算出結果等の各種情報を表示する表示部である。本実施形態では、画像処理装置１０２は、車両に搭載される車内モニタ１０４に対して、すり板２ａの形状の算出結果を表示させているが、これに限定するものではなく、車両の外部の表示装置（例えば、地上側のシステムが有する表示部）に対して、すり板２ａの形状の算出結果を表示させても良い。

【0012】

図２は、第１の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。次に、図２を用いて、本実施形態にかかるすり板形状算出装置が有する画像処理装置１０２の機能構成の一例について説明する。本実施形態では、画像処理装置１０２は、エッジ検出部１０５、二値化処理部１０６、探索範囲設定部１０７、高さ検出部１０８、形状算出部１０９、および摩耗量検出部１１０を有する。

【0013】

エッジ検出部１０５は、カメラ１０１によりすり板２ａを撮像して得られる撮像画像のエッジを検出する。二値化処理部１０６は、カメラ１０１によりすり板２ａを撮像して得られる撮像画像を二値化する二値化処理を実行する。探索範囲設定部１０７は、二値化処理を実行した撮像画像（以下、二値化画像と言う）に対して、すり板２ａを探索する探索範囲を設定する。本実施形態では、探索範囲設定部１０７は、二値化画像に対して探索範囲を設定しているが、二値化処理を実行していない撮像画像に対して探索範囲を設定しても良い。

【0014】

高さ検出部１０８は、探索範囲のエッジに基づいて、すり板２ａの長手方向の異なる位置における、すり板２ａの上面の高さ（すり板２ａの上下方向の位置）を検出する。形状算出部１０９（算出部の一例）は、すり板２ａの上面の高さに基づいて、すり板２ａの上面の形状を算出する。本実施形態では、形状算出部１０９は、高さを検出したすり板２ａの上面の位置を結んだ線、または高さを検出したすり板２ａの上面の位置の近似曲線を、すり板２ａの上面の形状（以下、上面形状と言う）として算出する。摩耗量検出部１１０は、すり板２ａの上面形状の長手方向の両端を結んだ基準線と、すり板２ａの上面形状のうち最も低い位置との差分を、すり板２ａの摩耗量として検出する。

【0015】

以上の構成によれば、すり板２ａの上面形状を常時監視することが可能となるので、アーク放電の発生によるすり板２ａの急激な摩耗が検出可能となる。また、すり板２ａの摩耗が進むまですり板２ａの交換時期を遅らせることができる。また、車両に搭載されるカメラ１０１を用いて、すり板２ａの上面形状を算出するので、線路上に設けられるカメラや照明を用いて、すり板２ａの上面形状を算出する場合と比較して、高解像度で高価なカメラを用いる必要がなくなる。また、カメラ１０１によってパンタグラフ２を下方から撮像して得られる撮像画像を用いて、すり板２ａの上面形状を算出するので、撮像画像において車両の屋根がパンタグラフ２の背景となる等によって、すり板２ａの上面形状が算出し難く、すり板２ａの上面形状や摩耗量を誤検知することを防止できる。また、ステレオカメラを用いずにすり板２ａの形状を算出できるので、ステレオカメラの取り付け角度やレンズの調整に時間がかかったり、車両の運行中にそれらのずれの再調整が必要となったりして、カメラ１０１の据付や保守によるコストを削減できる。

【0016】

図３は、第１の実施形態にかかる画像処理装置における探索範囲の設定処理の一例を説明するための図である。次に、図３を用いて、画像処理装置１０２による探索範囲の設定処理の一例について説明する。

【0017】

探索範囲設定部１０７は、図３に示すように、二値化処理部１０６により二値化された二値化画像Ｇが得られると、当該二値化画像Ｇに含まれる直線状のエッジ画像を検出する。本実施形態では、図３に示すように、探索範囲設定部１０７は、二値化画像Ｇに対して、ハフ変換等の画像処理を実行することによって、パンタグラフ２が有するアーム２ｃの形状を表す直線状のエッジ画像Ｄ１、パンタグラフ２が有する舟体２ｂの下面を表すエッジ画像Ｄ２、すり板２ａの上面を表すエッジ画像Ｄ３、パンタグラフ２が有するホーン２ｄの形状を表すエッジ画像Ｄ５、および架線Ｌを表すエッジ画像Ｄ４を検出する。次いで、探索範囲設定部１０７は、検出したエッジ画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のうち、すり板２ａの上下方向Ｙにおける高さが最も高いエッジ画像Ｄ３を特定する。その際、探索範囲設定部１０７は、検出したエッジ画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のうち、略水平のエッジ画像Ｄ３を特定する。例えば、探索範囲設定部１０７は、検出したエッジ画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のうち、水平方向に対して予め設定された角度の範囲内の傾きのエッジ画像Ｄ３を特定する。

【0018】

そして、探索範囲設定部１０７は、特定したエッジ画像Ｄ３を基準として、探索範囲Ａを設定する。例えば、探索範囲設定部１０７は、特定したエッジ画像Ｄ３を基準として、上下方向Ｙおよび長手方向Ｘに対して、予め設定された画素数の高さおよび幅を有する矩形の領域を探索範囲Ａに設定する。または、探索範囲設定部１０７は、車両が走行した際に、すり板２ａが移動し得る範囲を探索範囲Ａに設定しても良い。また、探索範囲設定部１０７は、ＣｏＨＯＧ（Co-Occurrence Histograms of Oriented Gradients）やディープラーニング等の技術を用いて、撮像画像に含まれるすり板２ａらしい領域を検出し、当該検出した領域を探索範囲に設定しても良い。

【0019】

図４は、第１の実施形態にかかる画像処理装置によるすり板の上面の高さの検出処理の一例を説明するための図である。次に、図４を用いて、本実施形態にかかる画像処理装置１０２によるすり板２ａの上面の高さの検出処理について説明する。

【0020】

図４に示すように、高さ検出部１０８は、探索範囲設定部１０７により設定される探索範囲Ａ内において、すり板２ａの長手方向Ｘ（または、水平方向）に向かって検出位置を１画素ずつずらしながら、当該検出位置におけるすり板２ａの上面の高さ（すり板２ａの上下方向の位置）を検出する。本実施形態では、高さ検出部１０８は、図４に示すように、探索範囲Ａの上端からすり板２ａの上面までの画素数ｎを、すり板２ａの上面の高さとして検出する。本実施形態では、高さ検出部１０８は、すり板２ａの長手方向Ｘに向かって検出位置を１画素ずつずらしながら、すり板２ａの上面の高さを検出しているが、これに限定するものではなく、すり板２ａの長手方向Ｘに向かって検出位置を予め設定された画素数ずつずらしながら、すり板２ａの上面の高さを検出しても良い。

【0021】

図５は、第１の実施形態にかかる画像処理装置によりすり板の上面形状の算出処理およびすり板の摩耗量の検出処理の一例を説明するための図である。図５に示すように、形状算出部１０９は、探索範囲Ａ内において、高さを検出したすり板２ａの上面の位置を結んだ線を、すり板２ａの上面形状Ｚとして算出する。摩耗量検出部１１０は、図５に示すように、すり板２ａの上面形状Ｚの両端を結ぶ基準線Ｂを求める。そして、摩耗量検出部１１０は、すり板２ａの上下方向Ｙにおける、基準線Ｂとすり板２ａの上面形状Ｚのうち最も低い位置Ｃ（以下、摩耗位置と言う）との差分Ｅを、すり板２ａの摩耗量として検出する。本実施形態では、摩耗量検出部１１０は、すり板２ａの上下方向Ｙにおける、基準線Ｂと摩耗位置Ｃとの間の画素数を計数する。次いで、摩耗量検出部１１０は、画素数をミリ単位の長さに変換可能なテーブルを用いて、計数した画素数を、ミリ単位の長さに変換して、その長さを摩耗量として検出しても良い。または、摩耗量検出部１１０は、幾何的計算式を用いて、計数した画素数を、ミリ単位の長さに変換して、その長さを摩耗量として検出しても良い。

【0022】

このように、第１の実施形態にかかるすり板形状算出装置によれば、すり板２ａの上面形状を常時監視することが可能となるので、アーク放電の発生によるすり板２ａの急激な摩耗を検出可能とする。

【0023】

（変形例１）
本変形例は、撮像画像において予め設定された範囲を探索範囲に設定する例である。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

【0024】

図６は、変形例１にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。本実施形態にかかる画像処理装置６００は、図６に示すように、エッジ検出部１０５、二値化処理部１０６、高さ検出部１０８、形状算出部１０９、摩耗量検出部１１０、および探索範囲設定部６０１を有する。本実施形態では、探索範囲設定部６０１は、二値化画像において、予め設定された範囲を探索範囲Ａに設定する。これにより、カメラ１０１によってパンタグラフ２を撮像する度に、二値化画像において探索範囲Ａを設定する位置を求め直す必要が無くなるので、探索範囲Ａの設定処理による処理負荷を軽減できる。

【0025】

（第２の実施形態）
本実施形態は、すり板の上面形状における両端の高さが一致するように、すり板の上面形状の傾きを補正し、複数の撮像画像を用いて算出されるすり板の上面形状を平均化した結果を、すり板の上面形状として算出する例である。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

【0026】

図７は、第２の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。本実施形態にかかる画像処理装置７００は、図７に示すように、エッジ検出部１０５、二値化処理部１０６、探索範囲設定部１０７、高さ検出部１０８、形状算出部１０９、摩耗量検出部１１０、架線位置検出部７０１、水平化処理部７０２、形状メモリ７０３、および平均化処理部７０４を有する。本実施形態では、形状算出部１０９、水平化処理部７０２、および平均化処理部７０４が算出部の一例として機能する。

【0027】

架線位置検出部７０１（位置検出部の一例）は、二値化画像に含まれるすり板２ａ以外の物体（例えば、架線Ｌやパンタグラフ２の金具）の位置を検出する。本実施形態では、架線位置検出部７０１は、二値化画像からすり板２ａ以外の物体の位置を検出しているが、探索範囲のみからすり板２ａ以外の物体の位置を検出しても良い。

【0028】

水平化処理部７０２は、すり板２ａの長手方向における当該すり板２ａの上面形状の両端の高さが一致するように、すり板２ａの上面形状の傾きを補正する。形状メモリ７０３は、架線位置検出部７０１により検出される、すり板２ａ以外の物体の位置を記憶する。平均化処理部７０４は、複数の撮像画像を用いて算出されるすり板２ａの上面形状を平均化した結果を、すり板２ａの上面形状として算出する。これにより、すり板２ａの上面形状を画素以下の精度で算出することができるので、すり板２ａの上面形状をより高精度に算出することができる。

【0029】

また、平均化処理部７０４は、すり板２ａの上面形状のうち架線位置検出部７０１により検出される物体の位置を除いて、複数の撮像画像を用いて算出したすり板２ａの上面形状を平均化する。これにより、すり板２ａの上面形状のうち、探索範囲に含まれるすり板２ａ以外の物体と重なっている部分を用いずに、すり板２ａの上面形状を平均化することができるので、すり板２ａの上面形状をより高精度に算出することができる。

【0030】

図８および図９は、第２の実施形態かかる画像処理装置におけるすり板の傾きの補正処理の一例を説明するための図である。次に、図８および図９を用いて、本実施形態にかかる画像処理装置７００によるすり板２ａの上面形状の傾きの補正処理の一例について説明する。

【0031】

図８に示すように、水平化処理部７０２は、探索範囲Ａ内において、すり板２ａの上面形状の高さのうち、その両端から所定範囲Ｒ１，Ｒ２（すり板２ａの上面のうち摩耗量が少ない範囲）の高さを抽出する。次いで、水平化処理部７０２は、所定範囲Ｒ１から抽出した高さのうち外れ値を除いた高さの平均を、所定範囲Ｒ１側のすり板２ａの端の上面形状の高さとする。また、水平化処理部７０２は、所定範囲Ｒ２から抽出した高さのうち外れ値を除いた高さの平均を、所定範囲Ｒ２側のすり板２ａの端の上面形状の高さとする。そして、水平化処理部７０２は、図９に示すように、すり板２ａの上面形状の両端の高さの差が０になるように、すり板２ａの上面形状Ｚの傾きを補正する。

【0032】

図１０は、第２の実施形態にかかる画像処理装置におけるすり板の上面形状の平均化処理の一例を説明するための図である。次に、図１０を用いて、本実施形態にかかる画像処理装置７００におけるすり板２ａの上面形状の平均化処理の一例について説明する。

【0033】

探索範囲Ａ内に架線Ｌが含まれる場合、図１０に示すように、形状算出部１０９により算出されるすり板２ａの上面形状Ｚのうち、架線Ｌと重なる部分の形状が、すり板２ａの上方に突き出た上面形状Ｚとなる可能性がある。そのため、平均化処理部７０４は、形状算出部１０９により算出されるすり板２ａの上面形状Ｚのうち架線Ｌと重なる部分におけるすり板２ａの上面の高さを０として、複数の撮像画像を用いて算出されるすり板２ａの上面形状Ｚを平均化する。

【0034】

このように、第２の実施形態にかかるすり板形状算出装置によれば、すり板２ａの上面形状を画素以下の精度で算出することができるので、すり板２ａの上面形状をより高精度に算出することができる。

【0035】

（第３の実施形態）
本実施形態は、異なるアングルのカメラの撮像により得られる撮像画像を用いて算出されるすり板の上面形状を平均化した結果を、すり板の上面形状として算出する例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

【0036】

図１１は、第３の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。本実施形態にかかる画像処理装置１１００は、図１１に示すように、エッジ検出部１０５，１１０１、二値化処理部１０６，１１０２、探索範囲設定部１０７，１１０３、高さ検出部１０８，１１０４、形状算出部１０９，１１０５、位置合せ部１１０６、平均化処理部１１０７、および摩耗量検出部１１０を有する。本実施形態では、形状算出部１０９，１１０５、位置合せ部１１０６、および平均化処理部１１０７が算出部の一例として機能する。

【0037】

エッジ検出部１０５，１１０１は、異なるアングルのカメラ１０１の撮像により得られる撮像画像のエッジを検出する。二値化処理部１０６，１１０２は、異なるアングルのカメラ１０１（例えば、車両の進行方向において、パンタグラフ２の前方に設けられたカメラ１０１およびパンタグラフ２の後方に設けられたカメラ１０１、または、車両の車幅方向において異なる位置に設けられた複数のカメラ１０１）の撮像により得られる撮像画像を二値化する二値化処理を実行する。

【0038】

探索範囲設定部１１０３は、二値化処理部１１０２により二値化された二値化画像に対して探索範囲を設定する。高さ検出部１１０４は、探索範囲設定部１１０３により設定された探索範囲のエッジに基づいて、当該探索範囲におけるすり板２ａの上面の高さを検出する。形状算出部１１０５は、すり板２ａの長手方向の異なる検出位置おいて検出されるすり板２ａの上面の高さに基づいて、すり板２ａの上面形状を算出する。

【0039】

位置合せ部１１０６は、形状算出部１０９により算出されるすり板２ａの上面形状と、形状算出部１１０５により算出されるすり板２ａの上面形状と、が重なり合うように、形状算出部１０９，１１０５それぞれにより算出されるすり板２ａの上面形状の傾きを補正する。本実施形態では、位置合せ部１１０６は、形状算出部１０９，１１０５それぞれにより算出されるすり板２ａの上面形状の両端の高さが一致するように、すり板２ａの上面形状の傾きを補正する。

【0040】

平均化処理部１１０７は、位置合せ部１１０６により傾きが補正されたすり板２ａの上面形状を平均化した結果を、すり板２ａの上面形状として算出する。本実施形態では、平均化処理部１１０７は、異なるアングルのカメラ１０１の撮像により得られる撮像画像を用いて算出されるすり板２ａの上面形状の平均を、すり板２ａの上面形状として算出しているが、これに限定するものではなく、異なるアングルのカメラ１０１の撮像により得られる撮像画像を用いて算出されるすり板２ａの上面形状のうち、いずれか一方を、すり板２ａの上面形状として算出しても良い。例えば、平均化処理部１１０７は、複数の撮像画像を用いて算出されるすり板２ａの上面形状のうち、各上面形状に基づいて検出される摩耗量が多い上面形状を、すり板２ａの上面形状として算出しても良い。

【0041】

また、本実施形態では、平均化処理部１１０７は、位置合せ部１１０６により傾きが補正されたすり板２ａの上面形状を平均化した結果を、すり板２ａの上面形状として算出しているが、異なるアングルのカメラ１０１の撮像により得られる撮像画像を用いて算出されるすり板２ａの上面形状を平均化した結果を、すり板２ａの上面形状として算出すれば良い。

【0042】

このように、第３の実施形態にかかるすり板形状算出装置によれば、一方のカメラ１０１の撮像により得られる撮像画像を用いて算出できないすり板２ａの上面形状を、他方のカメラ１０１の撮像により得られる撮像画像を用いて算出されるすり板２ａの上面形状によって補完できるので、すり板２ａの上面形状をより正確に算出することができる。

【0043】

（第４の実施形態）
本実施形態は、複雑な背景を含む撮像画像に設定された探索範囲から検出したすり板の上面の高さを用いずに、すり板の形状を算出する例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

【0044】

図１２は、第４の実施形態にかかる画像処理装置の機能構成の一例を示す図である。本実施形態にかかる画像処理装置１２００は、図１２に示すように、エッジ検出部１０５、二値化処理部１０６、探索範囲設定部１０７、高さ検出部１０８、形状算出部１０９、摩耗量検出部１１０、および背景検出部１２０１を有する。背景検出部１２０１は、二値化画像が複雑な背景を含むか否かを判断する。本実施形態では、背景検出部１２０１は、二値化画像に含まれる白画素の数が予め設定された画素数よりも多い場合、または二値化画像のコントラストが予め設定されたコントラストより低い場合、二値化画像が複雑な背景を含むと判断する。

【0045】

そして、背景検出部１２０１は、二値化画像が複雑な背景を含むと判断した場合、複雑な背景が検出されたことを示す検出信号を出力して、二値化画像を用いて算出されるすり板２ａの上面形状を無効化する。若しくは、背景検出部１２０１は、二値化画像が複雑な背景を含むことを形状算出部１０９に通知する。この場合、形状算出部１０９は、複雑な背景を含むと判断された二値化画像を用いて、すり板２ａの上面形状の算出を行わない。これにより、二値化画像に含まれる背景によってすり板２ａの上面形状が正確に算出できない可能性が高い場合には、すり板２ａの上面形状の算出結果を無効化したり、すり板２ａの上面形状の算出を中止させることが可能となるので、すり板２ａの上面形状の算出結果の信頼性を向上させることができる。

【0046】

このように、第４の実施形態にかかるすり板形状算出装置によれば、すり板２ａの上面形状の算出結果の信頼性を向上させることができる。

【0047】

以上説明したとおり、第１から第４の実施形態によれば、すり板２ａの上面形状を常時監視することが可能となるので、アーク放電の発生によるすり板２ａの急激な摩耗を検出できる。

【0048】

なお、本実施形態の画像処理装置１０２，６００，７００，１１００，１２００で実行されるプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等に予め組み込まれて提供される。本実施形態の画像処理装置１０２，６００，７００，１１００，１２００で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

【0049】

さらに、本実施形態の画像処理装置１０２，６００，７００，１１００，１２００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の画像処理装置１０２，６００，７００，１１００，１２００で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

【0050】

本実施形態の画像処理装置１０２，６００，７００，１１００，１２００で実行されるプログラムは、上述した各部（エッジ検出部１０５，１１０１、二値化処理部１０６，１１０２、探索範囲設定部１０７，６０１，１１０３、高さ検出部１０８，１１０４、形状算出部１０９，１１０５、摩耗量検出部１１０、架線位置検出部７０１、水平化処理部７０２、平均化処理部７０４，１１０７、位置合せ部１１０６、背景検出部１２０１）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、エッジ検出部１０５，１１０１、二値化処理部１０６，１１０２、探索範囲設定部１０７，６０１，１１０３、高さ検出部１０８，１１０４、形状算出部１０９，１１０５、摩耗量検出部１１０、架線位置検出部７０１、水平化処理部７０２、平均化処理部７０４，１１０７、位置合せ部１１０６、背景検出部１２０１が主記憶装置上に生成されるようになっている。

【0051】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0052】

２…パンタグラフ、２ａ…すり板、１０１…カメラ、１０２，６００，７００，１１００，１２００…画像処理装置、１０３…ログ記録装置、１０４…車内モニタ、１０５，１１０１…エッジ検出部、１０６，１１０２…二値化処理部、１０７，６０１，１１０３…探索範囲設定部、１０８，１１０４…高さ検出部、１０９，１１０５…形状算出部、１１０…摩耗量検出部、７０１…架線位置検出部、７０２…水平化処理部、７０３…形状メモリ、７０４，１１０７…平均化処理部、１１０６…位置合せ部、１２０１…背景検出部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】