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JP6236687B2 - Overhead inspection system using time series filter processing - Google Patents

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Description

本発明は、時系列フィルタを用いて架線類の偏位などを検査・測定するための架線類検測装置に関するものである。   The present invention relates to an overhead wire inspection device for inspecting and measuring the displacement of overhead wires using a time series filter.

非特許文献1(北川源四郎,"モンテカルロ・フィルタおよび平滑化について," 数理統計,第44巻,第1号,pp. 31-48,1996)では、時系列フィルタであるモンテカルロ・フィルタ(パーティクルフィルタと呼ばれる手法と同様の手法である。以後パーティクルフィルタという。)の提案を行っている。   In Non-Patent Document 1 (Genshiro Kitagawa, “Monte Carlo Filter and Smoothing,” Mathematical Statistics, Vol. 44, No. 1, pp. 31-48, 1996), the Monte Carlo filter (particle filter) is a time series filter. This is a method similar to the method called “.” (Hereinafter referred to as “particle filter”).

ここで、パーティクルフィルタについて、図1に基づき説明する。
先ず、図1上段は横軸が状態、縦軸が確率を示す確率密度分布である。本手法では状態は場合によって変わるが(架線の偏位・摩耗の開始位置・摩耗の幅×架線の本数)、どれも多次元になるため、ここでは簡単のため1次元の概念図にして説明している(例えば架線偏位における確率を表す関数とみなせる)。図1上段左は、状態(架線位置、摩耗幅など)の確率密度分布が一様分布であり、図1上段中央は、事後分布に状態遷移モデルをかけて状態の分布を算出している。
Here, the particle filter will be described with reference to FIG.
First, the upper part of FIG. 1 is a probability density distribution in which the horizontal axis indicates the state and the vertical axis indicates the probability. In this method, the state changes depending on the situation (overlapping line deflection, wear start position, wear width x number of overhead lines), but all of them are multi-dimensional. (For example, it can be regarded as a function representing the probability of overhead line deviation). The upper left of FIG. 1 shows a uniform probability density distribution of states (overhead position, wear width, etc.), and the upper center of FIG. 1 calculates the state distribution by applying a state transition model to the posterior distribution.

次に、図1中段は、確率密度分布を離散化して表示したものになる。確率密度分布のような連続関数は数式で表せない場合は計算が不可能であるが、離散化・近似を行うことで元の確率密度分布に近しい値を算出することが出来る。これを図中では、「確率密度分布の近似」と示している。
ここではモンテカルロ法(連続関数の積分値を求める代わりに離散化した値の積和で近似する手法)を用いて離散化している。要は確率密度分布において高い値を示す箇所では密に離散化を、低い箇所では疎に離散化を行う。
Next, the middle part of FIG. 1 shows the probability density distribution displayed in a discrete manner. A continuous function such as a probability density distribution cannot be calculated when it cannot be expressed by a mathematical expression, but a value close to the original probability density distribution can be calculated by discretization and approximation. This is shown as “approximation of probability density distribution” in the figure.
Here, it is discretized using the Monte Carlo method (a method of approximating with a product sum of discretized values instead of obtaining an integral value of a continuous function). In short, the discretization is performed densely at locations showing a high value in the probability density distribution and sparsely discretized at low locations.

図1中段左では確率密度分布が一様分布だったため等間隔に離散化を行っている。またこの離散化した際に表現した点の事を粒子(パーティクル)と呼ぶ。
図1下段では、図1中段で得られた離散化した粒子に対して、尤もらしいどうかの評価を行う。これには観測データ(例えば架線偏位の情報が観測されたデータ)を用いる。ここで粒子が尤もらしければ高い値を、尤もらしくなければ低い値を与える。これを尤度という。観測データにより尤度が算出される(事後分布)。
In the middle left of Fig. 1, the probability density distribution is uniform, so discretization is performed at regular intervals. Further, the points expressed when discretized are called particles.
In the lower part of FIG. 1, whether or not the discretized particles obtained in the middle part of FIG. 1 are likely is evaluated. For this, observation data (for example, data in which information on overhead line deviation is observed) is used. Here, a high value is given if the particle is plausible, and a low value is given if it is not plausible. This is called likelihood. Likelihood is calculated from the observed data (posterior distribution).

全粒子に対して尤度評価を行うことで事後確率(事後分布)が得られる。これは最初に与えられた確率密度分布を事前確率とすると、尤度を用いてベイズの定理で事後確率が求められるためである。よって図1下段は事後確率を表す。
これが左→中→右と矢印で示すように、時刻とともに変わる観測データに合わせて変わっていく様子を示したのが図1である。実際には右で終わるのではなく、時刻分この処理が行われる。これを図中で「繰り返し」と説明している。
A posteriori probability (posterior distribution) is obtained by performing likelihood evaluation on all particles. This is because if the probability density distribution given first is the prior probability, the posterior probability is obtained by Bayes' theorem using likelihood. Therefore, the lower part of FIG. 1 represents the posterior probability.
FIG. 1 shows how this changes according to the observation data that changes with time, as indicated by arrows from left to middle to right. Actually, it does not end on the right, but this process is performed for the time. This is described as “repeat” in the figure.

なお、「図1上段中央は、事後分布に状態遷移モデルをかけて状態の分布を算出している。」と説明したが、ここで、「状態遷移モデル」とは、例えば、架線偏位がx1という位置であったら次の時刻にはx2という位置になる確率、の事であり、前時刻の事後分布に対して状態遷移モデル(状態遷移確率、状態遷移方程式とも言う)を用いる事で、新しい(現時刻の)事前分布を得ることが出来る。   In addition, “the state distribution model is calculated by applying the state transition model to the posterior distribution in the upper center of FIG. 1”. Here, the “state transition model” means, for example, an overhead line displacement is If it is the position of x1, it is the probability of becoming the position of x2 at the next time, and by using a state transition model (also referred to as state transition probability, state transition equation) for the posterior distribution of the previous time, A new (current time) prior distribution can be obtained.

ちなみに実際に得られる事前分布は離散化されたものであり、図1で言うと処理的には左下段の事後分布を使用し、中の中段の事前分布を得るという事になる。図1上段はもしこの事前分布を連続関数(確率密度分布)で表すとどうなるかというイメージ図になる。   Incidentally, the prior distribution actually obtained is discretized. In FIG. 1, the lower left posterior distribution is used in terms of processing, and the middle middle prior distribution is obtained. The upper part of FIG. 1 is an image diagram showing what happens if this prior distribution is represented by a continuous function (probability density distribution).

特許文献1(特開2012−208095,「トロリ線測定方法及び装置」)では、光を投光し、その反射光を受光することによってトロリ線(架線のこと)の外形を測定するトロリ線測定方法において、剛体電車線区間でトロリ線及びその近傍の電車線設備の画像を撮影し、撮影画像に基づいて前記電車線設備の偏位を測定し、その測定結果をトロリ線の外形の測定に反映させる手法である。   In Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-208095, “Trolley Wire Measuring Method and Device”), a trolley wire measurement is performed in which light is projected and the reflected light is received to measure the outer shape of the trolley wire (overhead wire). In the method, an image of the trolley line and the nearby train line equipment is taken in the rigid train line section, the deviation of the train line equipment is measured based on the photographed image, and the measurement result is used to measure the outer shape of the trolley line. It is a technique to reflect.

特許文献2(特開2008−298733,「画像処理によるトロリ線摩耗測定装置」)では、ラインセンサにより得られた数ライン分の画像をまとめて処理し、時間的に連続な架線の摩耗の測定を行う事ができる。   In Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-298733, “Trolley Wire Wear Measuring Device by Image Processing”), images of several lines obtained by a line sensor are processed together to measure temporal wear of overhead wires. Can be done.

特許文献3(特開2009−274508,「トロリ線摩耗量測定方法および測定システム」)では、ラインセンサにより得られた画像から架線以外の背景部分の平均値を用いることでノイズを除去し、他にもキロ程情報を用いることで架線の摩耗の測定を行う。   In Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-274508, “Trolley Wire Wear Measurement Method and Measurement System”), noise is removed from an image obtained by a line sensor by using an average value of a background portion other than an overhead line. In addition, the wear of the overhead wire is measured by using the kilometer information.

特開2012―208095JP2012-208095 特開2008―298733JP2008-298733 特開2009―274508JP2009-274508

北川源四郎,"モンテカルロ・フィルタおよび平滑化について," 数理統計,第44巻,第1号,pp. 31-48,1996Genshiro Kitagawa, "Monte Carlo Filter and Smoothing," Mathematical Statistics, Vol. 44, No. 1, pp. 31-48, 1996

非特許文献1の方法は、本発明と関連があるパーティクルフィルタの論文である。本発明ではこのパーティクルフィルタを応用して架線検測を行う。   The method of Non-Patent Document 1 is a paper on particle filters related to the present invention. In the present invention, this particle filter is applied to perform overhead wire inspection.

特許文献1の方法では、既に計測された電車線設備や架線の偏位を利用して、新たな架線を測定する手法であるが、決定論的な手法であり、結果が既存の計測データに大きく依存してしまう可能性がある。   The method of Patent Document 1 is a method of measuring a new overhead line using the already-measured deviation of the train line equipment and overhead line, but it is a deterministic method, and the result is added to the existing measurement data. There is a possibility to be heavily dependent.

特許文献2の方法では、ラインセンサにより得られた架線を数ライン分まとめて処理し、その接続性を見ることで高精度に架線の摩耗計測ができるが、特許文献1同様決定論的な手法であること、数ラインまとめる場合の区切り方によっても結果が変わってしまう事が問題である。   In the method of Patent Document 2, the overhead wires obtained by the line sensor are processed together for several lines, and the wear of the overhead wire can be measured with high accuracy by checking the connectivity. It is a problem that the result changes depending on how to separate several lines.

特許文献3の方法では画像処理的な背景除去だけでなくキロ程情報も活用することで高精度な架線摩耗を計測しているが、特許文献1,2同様決定論的な手法であること、キロ程情報の誤差によって結果が変わることが問題である。   In the method of Patent Document 3, high-precision overhead wire wear is measured by utilizing not only image processing background removal but also kilometer information, but it is a deterministic technique similar to Patent Documents 1 and 2, The problem is that the result changes depending on the error in kilometer information.

上記課題を解決する本発明の請求項1に係る架線類検測装置は、確率論的時系列フィルタを用いた画像データ処理により電車上の架線類を高精度に計測する架線類検測装置において、前記電車上面に配置されたラインセンサにより時系列に撮影された前記架線類の偏位・幅・摩耗幅を含む画像データを入力する画像入力部と、前記架線類の偏位・幅・摩耗幅のランダムなパラメータを持つパーティクルを用意するパーティクル初期化部と、前記パーティクル初期化部により用意された前記パーティクル及び前記画像入力部で入力された前時刻の前記画像データを使用して尤度関数に基づき尤度値を計算する尤度計算部と、前記尤度計算部で計算された尤度値に基づき、尤度値の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行うリサンプリング部と、前記リサンプリング部でリサンプリングした前記パーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させて新たなパーティクルを作成する状態遷移部と、から構成することを特徴とする。   The overhead line inspection device according to claim 1 of the present invention that solves the above-described problem is an overhead wire inspection device that accurately measures overhead lines on a train by image data processing using a stochastic time series filter. An image input unit for inputting image data including deviation, width, and wear width of the overhead wires taken in time series by a line sensor disposed on the upper surface of the train; and deviation, width, and wear of the overhead wires A likelihood initialization function using a particle initialization unit that prepares particles having random parameters of width, the particles prepared by the particle initialization unit, and the image data of the previous time input by the image input unit A likelihood calculation unit for calculating a likelihood value based on the likelihood, and a resampler for selecting a particle having a high likelihood value with a high probability based on the likelihood value calculated by the likelihood calculation unit A resampler for performing, characterized in that it consists of a state transition unit for creating a new particle is varied based on the parameters of the particles resampled to the state transition model by the resampler.

上記課題を解決する本発明の請求項2に係る架線類検測装置は、請求項1において、前記架線類は、単一又は複数の架線であることを特徴とする。   The overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 2 of the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that, in claim 1, the overhead lines are single or a plurality of overhead lines.

上記課題を解決する本発明の請求項3に係る架線類検測装置は、請求項2において、前記架線類は、吊架線を含むことを特徴とする。
上記課題を解決する本発明の請求項4に係る架線類検測装置は、請求項2又は3において、前記架線類は、渡り線を含むことを特徴とする。
The overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 3 of the present invention that solves the above-described problems is characterized in that, in claim 2, the overhead lines include a suspension line.
The overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 4 of the present invention for solving the above-described problems is characterized in that, in claim 2 or 3, the overhead lines include a crossover.

上記課題を解決する本発明の請求項5に係る架線類検測装置は、請求項1において、前記ラインセンサは、複数であり、前記架線類の高さをも計測し、また、前記パーティクル初期化部は、前記架線類の高さもパラメータに含むことを特徴とする。   The overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 5 of the present invention for solving the above-mentioned problem is the overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 1, wherein the line sensor includes a plurality of line sensors, and also measures the height of the overhead lines, and the initial particle The conversion unit includes the height of the overhead lines in the parameter.

上記課題を解決する本発明の請求項6に係る架線類検測装置は、請求項1において、前記尤度関数は、前記架線類の摩耗領域前後の画素値の差分の絶対値と、前記架線類の摩耗領域の平均画素値から前記架線類領域の平均画素値を減算した場合の差分値と、前時刻の前記架線類の偏位・幅・摩耗幅と現時刻の前記架線類の偏位・幅・摩耗幅の差とに基づくことを特徴とする。   The overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 6 of the present invention for solving the above-described problem is the overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 1, wherein the likelihood function includes an absolute value of a difference between pixel values before and after a wear region of the overhead line, and the overhead line The difference value when the average pixel value of the overhead line area is subtracted from the average pixel value of the wear area of the kind, the deviation / width / wear width of the overhead line at the previous time, and the deviation of the overhead line at the current time -Based on the difference between width and wear width.

(1) 前時刻の画像情報を使用した予測による架線類、即ち、単一の架線、複数架線、架線・吊架線、架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(2) 過去に計測した架線類、即ち、単一の架線、複数架線、架線・吊架線、架線・吊架線・渡り線情報を状態遷移方程式として利用した単一の架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(3) 確率論にもとづく予測を用いた架線類、即ち、単一の架線、複数架線、架線・吊架線、架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(4) 複数のカメラを用いた架線・吊架線・渡り線検測の高精度化と架線・吊架線・渡り線の高さ計測が可能である。
(1) Overhead lines based on prediction using image information of the previous time, that is, single overhead lines, multiple overhead lines, overhead lines / suspended lines, overhead lines / suspended lines / crossover lines, can be measured.
(2) Previously measured overhead lines, that is, single overhead lines, multiple overhead lines, overhead lines / suspension lines, single overhead lines / suspension lines / transition lines using information on overhead lines / suspension lines / crossover lines as state transition equations Inspection is possible.
(3) Overhead lines using prediction based on probability theory, that is, single overhead lines, multiple overhead lines, overhead lines / suspension lines, overhead lines / suspension lines / crossovers can be measured.
(4) It is possible to increase the accuracy of overhead / suspended / crossover line inspection using multiple cameras and to measure the height of overhead / suspended / crossover lines.

パーティクルフィルタの概要図である。It is a schematic diagram of a particle filter. 本発明の第1〜4の実施例に係る架線類検測装置のフローチャートである。It is a flowchart of the overhead wire inspection apparatus which concerns on the 1st-4th Example of this invention. 本発明の第1〜5の実施例に係る架線類検測装置のブロック図である。It is a block diagram of an overhead wire inspection apparatus according to first to fifth embodiments of the present invention. 本発明の第5の実施例に係るフローチャートである。It is a flowchart which concerns on the 5th Example of this invention. 前ラインと次ラインとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the previous line and the next line. ラインセンサにより時系列的に撮影される画像データのイメージ図である。It is an image figure of the image data imaged by a line sensor in time series.

電車上面からラインセンサカメラを用いて撮影した架線類の軌跡を正確に計測したいという要望がある。ここで、架線類とは、本発明においては、単一又は複数の架線を意味する他、更に、吊架線、渡り線を含めた意味で使用する。   There is a desire to accurately measure the trajectory of overhead lines taken from the upper surface of a train using a line sensor camera. Here, in the present invention, the overhead line means a single or a plurality of overhead lines, and further includes a suspended overhead line and a crossover line.

しかしながら、画像上には様々なものが計測されることや、屋外環境で太陽光など様々な計測困難な要因があるため単純な画像処理で架線のみを検出することは困難である。
そこで、まず、本発明では特許文献1,2,3同様、電車上面よりカメラで架線を撮影する際に光を投光することを考える。
光を投光することにより、架線の摩耗面が光を反射し、それを計測することで高精度な架線検測の実現を目指す。
However, it is difficult to detect only the overhead line by simple image processing because various things are measured on the image and there are various factors such as sunlight in the outdoor environment that are difficult to measure.
Therefore, in the present invention, as in Patent Documents 1, 2, and 3, it is considered that light is projected when an overhead line is photographed from the upper surface of the train with a camera.
By projecting light, the wear surface of the overhead line reflects the light, and by measuring it, we aim to realize highly accurate overhead line inspection.

さらに、本発明では架線の特徴である「摩耗領域の前後で画素値が大きく変わる」、「摩耗領域の平均画素値の方が摩耗領域を除いた架線領域の平均画素値よりも大きい」、「架線領域および摩耗領域は前ラインの偏位や高さから大幅に変化しない」といった情報を用いて、架線偏位およびその摩耗幅の画像処理を用いた計測を行う。
まず、「架線領域および摩耗領域は前ラインの偏位から大幅に変化しない」という特徴があることから、非特許文献1の追跡に有効な時系列フィルタであるパーティクルフィルタを用いて架線の偏位・摩耗を推定する。
Further, according to the present invention, the characteristics of the overhead line are “the pixel value changes greatly before and after the wear area”, “the average pixel value of the wear area is larger than the average pixel value of the overhead line area excluding the wear area”, “ Using information such as “the overhead wire region and the wear region do not change significantly from the deviation or height of the previous line”, measurement using the image processing of the overhead wire displacement and its wear width is performed.
First, since there is a feature that “the overhead wire region and the wear region do not change significantly from the deviation of the previous line”, the deflection of the overhead wire using a particle filter that is a time series filter effective for the tracking of Non-Patent Document 1 • Estimate wear.

パーティクルフィルタの特徴として時系列情報を用いた予測が行えること、決定論ではなく確率論を扱えることが挙げられる。
時系列情報を用いた予測には状態遷移確率が導入できるため、上記の特徴に加えて過去の計測によって既知となっている情報を確率モデルとして使用できる(図1)。
As a feature of the particle filter, prediction using time series information can be performed, and probability theory can be handled instead of determinism.
Since the state transition probability can be introduced into the prediction using the time series information, in addition to the above features, information known by past measurement can be used as a probability model (FIG. 1).

パーティクルフィルタでは確率密度分布をサンプリングにより離散化して扱うことにより計算困難性を解消している。
このサンプリング点をパーティクルと呼ぶ。各パーティクルがどれだけ最適解として尤もらしいかを尤度計算によって求めている。
この際尤度関数をどのように設定するかが非常に重要となる。
In the particle filter, calculation difficulty is eliminated by discretizing the probability density distribution by sampling.
This sampling point is called a particle. How likely each particle is as an optimal solution is obtained by likelihood calculation.
At this time, how to set the likelihood function is very important.

本発明では複数の要素を考慮した尤度関数を用いることで尤もらしさを計算する。まずパーティクルフィルタの状態ベクトルはラインセンサで撮像された1ライン中の架線の偏位、架線の端から端までの架線幅、摩耗領域の幅の3次元ベクトルとする。   In the present invention, the likelihood is calculated by using a likelihood function considering a plurality of elements. First, the state vector of the particle filter is a three-dimensional vector of the displacement of the overhead line in one line imaged by the line sensor, the overhead line width from end to end of the overhead line, and the width of the wear area.

次に、尤度関数として、摩耗領域の前後で画素値が大きく変わること、摩耗領域の平均画素値の方が摩耗領域を除いた架線領域の平均画素値よりも大きくなること、架線領域および摩耗領域は前ラインの偏位から大幅に変化しないことを考慮した尤度関数を設定した。   Next, as a likelihood function, the pixel value greatly changes before and after the wear area, the average pixel value of the wear area becomes larger than the average pixel value of the overhead line area excluding the wear area, the overhead line area and the wear area. A likelihood function that takes into account that the region does not change significantly from the deviation of the previous line is set.

つまり、尤度関数は、摩耗領域前後の画素値の差分の絶対値と、摩耗領域の平均画素値から架線領域の平均画素値を減算した場合の差分値と、前時刻(前ライン)の偏位と現時刻(現ライン)の偏位の差(架線幅以内であればあるほど高い値にする。それより離れた場合は0)とに基づく。   In other words, the likelihood function includes the absolute value of the difference between the pixel values before and after the wear region, the difference value obtained by subtracting the average pixel value of the overhead wire region from the average pixel value of the wear region, and the deviation of the previous time (previous line). The difference between the current position and the current time (current line) is based on the difference (the higher the distance is within the overhead line width, the higher the value is 0).

具体的には、この3つを組み合わせて尤度関数としている。現状ではそれぞれの値を全て和算したものを用いているが、場合によって各項目の重みを大きくするといった処理(重み付け和)をしている。尤度値は尤度と同じである。
また、架線の形状は大幅には変化が無いことが分かっていることから、偏位情報は前ライン情報を用いて次ラインのおおまかな偏位が推測できる。
Specifically, these three are combined into a likelihood function. At present, the sum of all the values is used, but depending on the case, processing (weighted sum) is performed to increase the weight of each item. The likelihood value is the same as the likelihood.
In addition, since it is known that the shape of the overhead wire does not change significantly, it is possible to estimate a rough displacement of the next line using the previous line information as the displacement information.

この情報を用いて状態遷移モデルを定義することで高精度な推定が可能になると考えられる。
具体的には現状では2つのケースと手法を考えている。
By using this information to define a state transition model, high-precision estimation is possible.
Specifically, we currently consider two cases and methods.

1つは架線の推移が全く分からない場合の「ランダムウォーク」という手法である。これはランダムに状態遷移させようという手法である。パーティクルフィルタはよくこの方法が用いられる。架線検測では架線偏位は大幅には変化しない事が分かっているので、変化可能な範囲内でランダムウォークをさせる。   One is a method called “random walk” in which the transition of the overhead line is not known at all. This is a technique for randomly changing the state. This method is often used for particle filters. It is known that the overhead line deviation does not change significantly in the overhead line inspection, so a random walk is performed within the changeable range.

もう1つは、事前に架線の形状と自己位置が既知の場合である。この場合、架線の偏位が次の時刻でどこに来るかがほぼ分かっているため、その情報を状態遷移モデルとして使用する。   The other is a case where the shape and self-position of the overhead line are known in advance. In this case, since it is almost known where the deviation of the overhead line will come at the next time, the information is used as a state transition model.

本発明では、図1にあるような確率密度分布を利用することで、前ラインでの推定(もっとも確率が高かった事例)に誤差が存在した場合でも、次ラインの推定には誤差の生じた結果以外の情報も用いる事ができるため、特許文献1,2,3のような決定論的なアプローチと比べ毎ラインのロバストな推定が可能になる。   In the present invention, by using the probability density distribution as shown in FIG. 1, even if there is an error in the estimation on the previous line (the case with the highest probability), an error has occurred in the estimation of the next line. Since information other than the result can also be used, robust estimation of each line is possible as compared with deterministic approaches such as Patent Documents 1, 2, and 3.

ここで、前ライン、次ラインとは、図5に示すように、前時刻のデータ、次時刻のデータと意味である。即ち、図5は、ラインセンサカメラで得られたラインデータを時刻順に並べたグラフであり、本発明の説明において前ライン、次ラインとは例えば時刻tで得られたラインデータに対して、時刻t−1で得られたデータ、時刻t+1で得られたデータの事を指す。   Here, the previous line and the next line mean the data of the previous time and the data of the next time, as shown in FIG. That is, FIG. 5 is a graph in which line data obtained by the line sensor camera is arranged in order of time. In the description of the present invention, the previous line and the next line are, for example, the time for the line data obtained at time t. Data obtained at t−1, data obtained at time t + 1.

また、本発明では、特許文献2のように「架線の検出」→「連続性の確認」というアプローチではなく、「連続性のある領域で架線を抽出」ということを行うため、誤検出の低減、検出精度の向上が可能である。
前述した図1の説明では、「モンテカルロ法」、「パーティクル」という単語を使用した。これらの方法を用いて時系列データを処理する時系列フィルタの事を「パーティクルフィルタ」もしくは「モンテカルロフィルタ」と言う。
In addition, in the present invention, the “detection of overhead lines” → “confirmation of continuity” approach is not used as in Patent Document 2, but “extraction of overhead lines in a continuous area” is performed. The detection accuracy can be improved.
In the description of FIG. 1 described above, the words “Monte Carlo method” and “particle” are used. A time-series filter that processes time-series data using these methods is called a “particle filter” or a “Monte Carlo filter”.

事後分布から事前分布を求める方法に「重点サンプリング法」「マルコフ連鎖モンテカルロ法」など様々な派生があるが、基本的に図1の流れで処理をする手法は全て「パーティクルフィルタ」「モンテカルロフィルタ」と言う。
全く同じ概念のものであるが、近年ではパーティクルフィルタと呼ばれる事が多い手法である。そのため本発明でもパーティクルフィルタと呼んでいる。参考文献ではモンテカルロフィルタと呼んでいたため、同様のものであると説明を加えたが、全く同一の概念である。ちなみに本発明では「重点サンプリング」という方法を事前分布を得るために用いる。
There are various derivation methods such as “important sampling method” and “Markov chain Monte Carlo method” for obtaining the prior distribution from the posterior distribution, but basically all the methods of processing in the flow of FIG. 1 are “particle filter” and “Monte Carlo filter”. Say.
Although the concept is exactly the same, it is a technique often called a particle filter in recent years. Therefore, it is also called a particle filter in the present invention. Since it was called a Monte Carlo filter in the reference, it was explained that it was the same, but it is the same concept. Incidentally, in the present invention, a method called “weighted sampling” is used to obtain a prior distribution.

また時系列フィルタにも様々な物があるが、ここで使用している「パーティクルフィルタ」はその中の1つである。また「パーティクルフィルタ」は確率論的アプローチを取る手法のため、確率論的時系列フィルタという呼び方もできる。そこで請求の範囲でそのような名前を使用した。ちなみに確率論的時系列フィルタには他にも「カルマンフィルタ」などがあるが、本発明ではパーティクルフィルタのみを使用している。   There are various types of time series filters, and the “particle filter” used here is one of them. In addition, the “particle filter” is a probabilistic approach, so it can be called a probabilistic time series filter. So we used such names in the claims. Incidentally, other probabilistic time series filters include a “Kalman filter”, but the present invention uses only a particle filter.

ここで、「決定論」と「確率論」について、簡単に対比すると以下の通りである。
雲が上空に30%ある状態を「晴れ」と説明するのが決定論、「30%の雲がある晴れ」と説明するのが確率論である。○×だけでなくその程度も考慮する事ができるのが確率論的アプローチの優位性である。
Here, “determinism” and “probability theory” can be briefly compared as follows.
Deterministic is to explain the state where the clouds are 30% in the sky as “clear”, and probability theory is to explain that it is “clear with 30% clouds”. The advantage of the probabilistic approach is that not only XX but also the degree can be considered.

「決定論では、「架線の抽出」→「連続性の確認」」となる。これが問題なのは、本当に正しいかどうか分からなくても「この箇所は架線だ」という決定論を毎時刻行い、後からそれが連続していたから正しいという判断をしている事である。
どこか1時刻でも間違っていた場合や何かしらの理由で架線が撮像できなかった場合、連続性が途切れてしまい、誤認識する事になる。
“In determinism,“ extract overhead lines ”→“ confirm continuity ”. The problem is that even if you don't know if it's really correct, you run a determinism that says "This part is an overhead line" every time, and later decide that it is correct because it was continuous.
If it is wrong somewhere at one time, or if the overhead line cannot be imaged for some reason, the continuity is interrupted, resulting in erroneous recognition.

それに対して確率論では各時刻で架線らしい領域とその尤もらしさを評価している。
前述の決定論的手法だとある1箇所を架線として判定するが、確率論的手法だと複数箇所の(本発明で言えば各パーティクルの)尤もらしさを用いるので、ある1点の結果に左右されない判定を行うことができる。
On the other hand, the probability theory evaluates the area that seems to be an overhead line at each time and its likelihood.
In the case of the deterministic method described above, a certain point is determined as an overhead line, but in the case of the probabilistic method, the likelihood (of each particle in the present invention) of multiple points is used. Judgment that is not performed can be made.

(1) 基本的な考え方(実施例1)
本発明の目的は、時系列フィルタを用いた画像処理により架線の偏位・架線幅・摩耗幅を高精度に計測する架線類検測装置を提供することである。
(1) Basic concept (Example 1)
An object of the present invention is to provide an overhead wire inspection device that accurately measures the displacement, overhead wire width, and wear width of overhead wires by image processing using a time series filter.

以下の実施例では、一例として、特許文献1,2,3などで述べられているように、ラインセンサ(図示省略)を電車上面に鉛直上方を見上げるように設置し、光を投光して、架線を横切るように枕木方向に沿って走査することにより1ライン分の輝度信号を撮影し、撮影された1ライン分の輝度信号を時系列に並べた画像中の背景と架線との濃淡の差から、画像処理により、図6に示すように、架線偏位・架線幅・摩耗幅を時系列的に取得する。   In the following embodiments, as described in Patent Documents 1, 2, 3, etc., as an example, a line sensor (not shown) is installed on the upper surface of the train so as to look up vertically, and light is projected. The luminance signal for one line is photographed by scanning along the direction of the sleeper so as to cross the overhead line, and the contrast between the background and the overhead line in the image in which the luminance signal for the photographed one line is arranged in time series From the difference, as shown in FIG. 6, overhead line displacement, overhead line width, and wear width are acquired in time series by image processing.

図6は、時刻(t−1),t,(t+1)において、ラインセンサで時系列的に撮影した画像データを示すものである。架線1の摩耗幅Aは、投光されているため、輝度値が高く白色領域となり、架線1の摩耗幅A以外の架線幅Bは輝度値が低く黒色領域となる。背景領域は、昼間に計測する場合は、白と黒の中間のグレーとなる。基準点Cからの架線の磨耗幅A又は架線幅Bの中心Eまでの距離が架線の偏位(枕木方向)Dとなる。   FIG. 6 shows image data photographed in time series by the line sensor at times (t−1), t, and (t + 1). Since the wear width A of the overhead wire 1 is projected, the luminance value is high and becomes a white region, and the overhead wire width B other than the wear width A of the overhead wire 1 has a low luminance value and becomes a black region. The background area is gray between white and black when measured in the daytime. The distance from the reference point C to the wear width A of the overhead wire or the center E of the overhead wire width B is the displacement (direction of sleepers) D of the overhead wire.

本実施例に係る装置構成例を図3に示す。
本実施例に係る架線類検測装置は、図3に示すように、画像入力部10、記憶部20、パーティクル初期化部30、尤度計算部40、リサンプリング部50、状態遷移部60、より構成する。
FIG. 3 shows an apparatus configuration example according to this embodiment.
As shown in FIG. 3, the overhead line inspection apparatus according to the present embodiment includes an image input unit 10, a storage unit 20, a particle initialization unit 30, a likelihood calculation unit 40, a resampling unit 50, a state transition unit 60, Consists of.

画像入力部10では、ラインセンサで時系列的に撮影した1ライン分の画像データを入力し、記憶部20へ保管する。画像データには、図6に示すような、時系列的な架線偏位・架線幅・摩耗幅が含まれる。
記憶部20では、画像データ、パーティクルデータ、状態遷移確率などの種々のパラメータデータを保管する。
In the image input unit 10, image data for one line captured in time series by the line sensor is input and stored in the storage unit 20. The image data includes time-series overhead wire displacement, overhead wire width, and wear width as shown in FIG.
The storage unit 20 stores various parameter data such as image data, particle data, and state transition probabilities.

パーティクル初期化部30では、一定数のパーティクルに設定した範囲・密度でランダムなパラメータ(架線偏位・架線幅・摩耗幅)を設定し、範囲・密度・各パーティクルのパラメータを記憶部20に保管する。
尤度計算部40では、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと画像データを用いて尤度を計算し、各パーティクルに与えられた尤度を記憶部20に保管する。
In the particle initialization unit 30, random parameters (overhead deflection, overhead line width, wear width) are set in a range and density set for a certain number of particles, and the range, density, and parameters of each particle are stored in the storage unit 20. To do.
The likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood using the parameter and image data of each particle based on the likelihood function, and stores the likelihood given to each particle in the storage unit 20.

リサンプリング部50では、尤度に基づき、尤度の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行う。リサンプリングしたパーティクルは記憶部20で保管し、リサンプリングに使用したパーティクルは消去する。
状態遷移部60は、リサンプリングしたパーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させ新たなパーティクルを作成し、記憶部20で保管する。作成した新たなパーティクルによれば、確率論として、架線偏位・架線幅・摩耗幅を高精度に計測したことになる。
The resampling unit 50 performs resampling so that particles having a high likelihood are selected with a high probability based on the likelihood. The resampled particles are stored in the storage unit 20, and the particles used for the resampling are deleted.
The state transition unit 60 changes the parameters of the resampled particles based on the state transition model, creates new particles, and stores them in the storage unit 20. According to the new particles that were created, as a probability theory, the overhead wire displacement, overhead wire width, and wear width were measured with high accuracy.

ここで、初期状態での事前分布は通常未知である。そのため図1の左のように、確率密度分布は一様分布と仮定するのが一般的である。
この一様分布をパーティクル初期化部30によりランダムな値をもつパーティクルで表現し、各パーティクルに対して画像データを用いて尤度計算部40により尤度を計算し、リサンプリング部50により事後分布を作成するというのが本実施例の手順である。
Here, the prior distribution in the initial state is usually unknown. Therefore, as shown on the left of FIG. 1, it is common to assume that the probability density distribution is a uniform distribution.
This uniform distribution is expressed by particles having a random value by the particle initialization unit 30, the likelihood is calculated by the likelihood calculation unit 40 using image data for each particle, and the posterior distribution by the resampling unit 50 Is the procedure of this embodiment.

なお、「パーティクルフィルタ」とは、図1により説明した通り、モンテカルロ法とパーティクルを使い、時系列データを時刻毎に処理することである。よって図2のフローチャートで示す流れはパーティクルフィルタの流れそのものになる。
また、「時系列フィルタを用いた画像処理」は、尤度計算を行う際に観測データ(画像データ)を用いる部分にある。
The “particle filter” is to process time-series data for each time using the Monte Carlo method and particles as described with reference to FIG. Therefore, the flow shown in the flowchart of FIG. 2 becomes the flow of the particle filter itself.
“Image processing using a time-series filter” is a portion in which observation data (image data) is used when likelihood calculation is performed.

本実施例によるフローチャートを図2に示す。
先ず、ラインセンサにより時系列的に撮像された1ラインの画像データを画像入力部10により入力する(ステップS1)。
次に、各パラメータ(架線偏位、架線幅、摩耗幅)に設定した範囲・密度でランダムな値をもつパーティクルをパーティクル初期化部30で用意する(ステップS2)。
引き続き、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと前ラインの画像データを用いて、各パーティクルの尤度を尤度計算部40により計算する(ステップS3)。
A flowchart according to this embodiment is shown in FIG.
First, one line of image data captured in time series by the line sensor is input by the image input unit 10 (step S1).
Next, particles having a random value in the range and density set for each parameter (overhead deflection, overhead line width, wear width) are prepared by the particle initialization unit 30 (step S2).
Subsequently, the likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood of each particle using the parameter of each particle and the image data of the previous line based on the likelihood function (step S3).

そして、尤度に基づいてリサンプリング処理をリサンプリング部50により行い、リサンプリング後のパーティクルに状態遷移モデルを用いることで状態遷移部60により新たなパーティクルを作成する(ステップS4)。   Then, a resampling process is performed by the resampling unit 50 based on the likelihood, and a new particle is created by the state transition unit 60 by using the state transition model for the resampled particles (step S4).

その後、ラインセンサによる時系列的な撮像が終了するまで(ステップS5)、次の新たに撮像された1ラインの画像データを入力し(ステップS6)、ステップS3に戻る。   Thereafter, until the time-series imaging by the line sensor is completed (step S5), the next newly captured one-line image data is input (step S6), and the process returns to step S3.

このように説明したように、実施例1によれば、以下の効果を奏する。
(1) 前時刻の画像情報を使用した予測による架線検測が可能である。
(2) 過去に計測した架線情報を状態遷移方程式として利用した架線検測が可能である。
(3) 確率論に基づく予測を用いた架線検測が可能である。
As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Overhead inspection by prediction using image information of the previous time is possible.
(2) Overhead inspection using the overhead line information measured in the past as a state transition equation is possible.
(3) Overhead inspection using prediction based on probability theory is possible.

(2) 基本的な考え方(実施例2)
本発明の目的は、時系列フィルタを用いた画像処理により複数架線の偏位・架線幅・摩耗幅を高精度に計測する架線類検測装置を提供することである。
(2) Basic concept (Example 2)
An object of the present invention is to provide an overhead line inspection device that measures the displacement, overhead line width, and wear width of a plurality of overhead lines with high accuracy by image processing using a time series filter.

実施例1との違いは、単一の架線ではなく複数架線にも対応できる点である。
実施例1では架線偏位、架線幅、摩耗幅を同時に求めるため、各パーティクルは3次元のパラメータを保持していたが、架線が複数になる事でこのパラメータを変更する必要がある。
The difference from the first embodiment is that a plurality of overhead lines can be handled instead of a single overhead line.
In Example 1, since the overhead wire displacement, the overhead wire width, and the wear width are simultaneously obtained, each particle holds a three-dimensional parameter. However, when there are a plurality of overhead wires, it is necessary to change this parameter.

具体的には架線が架線1a、架線1bの2本の場合、架線1aの偏位、架線1aの幅、架線1aの摩耗幅、架線1aと架線1bの距離(架線1aの偏位と架線1bの偏位の偏差)、架線1bの幅、架線1bの摩耗幅の6次元パラメータになる。   Specifically, when there are two overhead wires 1a and 1b, the displacement of the overhead wire 1a, the width of the overhead wire 1a, the wear width of the overhead wire 1a, the distance between the overhead wire 1a and the overhead wire 1b (the displacement of the overhead wire 1a and the overhead wire 1b). Deviation), the width of the overhead wire 1b, and the wear width of the overhead wire 1b.

事前にある程度分かっている2本の架線の幅の情報を用いることで、架線が1本しか無かった場合よりも高精度な認識が可能になるだけでなく、架線の本数が変化する場合にもパーティクルの次元を変更することで柔軟に対応できるようになる。
尤度は、実施例1で用いたものを全架線の本数分に対応をさせることで尤度計算を実現する。
Using information on the widths of two overhead lines, which are known to some extent in advance, not only enables more accurate recognition than if there was only one overhead line, but also when the number of overhead lines changes It becomes possible to respond flexibly by changing the dimension of the particles.
Likelihood calculation is realized by associating the one used in Example 1 with the number of all overhead lines.

本実施例に係る装置構成例は図3に示すように実施例1と同様である。
そのため、本実施例に係る架線類検測装置は、図3に示すように、画像入力部10、記憶部20、パーティクル初期化部30、尤度計算部40、リサンプリング部50、状態遷移部60、より構成する。
An apparatus configuration example according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment as shown in FIG.
Therefore, as shown in FIG. 3, the overhead line inspection device according to the present embodiment includes an image input unit 10, a storage unit 20, a particle initialization unit 30, a likelihood calculation unit 40, a resampling unit 50, and a state transition unit. 60.

画像入力部10では、ラインセンサで時系列的に撮影した1ライン分の画像データを入力し、記憶部20へ保管する。画像データには、図6に示すような、時系列的な架線偏位・架線幅・摩耗幅が含まれる。
記憶部20では、画像データ、パーティクルデータ、状態遷移確率などの種々のパラメータデータを保管する。
In the image input unit 10, image data for one line captured in time series by the line sensor is input and stored in the storage unit 20. The image data includes time-series overhead wire displacement, overhead wire width, and wear width as shown in FIG.
The storage unit 20 stores various parameter data such as image data, particle data, and state transition probabilities.

パーティクル初期化部30では、一定数のパーティクルに設定した範囲・密度でランダムなパラメータ(架線偏位や複数本ある架線の距離、架線本数分の架線幅、架線本数分の摩耗幅)を設定し、範囲・密度・各パーティクルのパラメータを記憶部20に保管する。
尤度計算部40では、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと画像データを用いて尤度を計算し、各パーティクルに与えられた尤度を記憶部20に保管する。
The particle initialization unit 30 sets random parameters (overhead deflection, distance of multiple overhead lines, overhead line width for the number of overhead lines, wear width for the number of overhead lines) in the range and density set for a certain number of particles. The range, density, and parameters of each particle are stored in the storage unit 20.
The likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood using the parameter and image data of each particle based on the likelihood function, and stores the likelihood given to each particle in the storage unit 20.

リサンプリング部50では、尤度に基づき、尤度の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行う。
リサンプリングしたパーティクルは記憶部20で保管し、リサンプリングに使用したパーティクルは消去する。
The resampling unit 50 performs resampling so that particles having a high likelihood are selected with a high probability based on the likelihood.
The resampled particles are stored in the storage unit 20, and the particles used for the resampling are deleted.

状態遷移部60は、リサンプリングしたパーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させ新たなパーティクルを作成し、記憶部20で保管する。作成した新たなパーティクルによれば、確率論として、複数架線の偏位・架線幅・摩耗幅を高精度に計測したことになる。   The state transition unit 60 changes the parameters of the resampled particles based on the state transition model, creates new particles, and stores them in the storage unit 20. According to the newly created particles, the deviation, overhead wire width, and wear width of a plurality of overhead wires are measured with high accuracy as the probability theory.

本実施例によるフローチャートを図2に示す。
先ず、ラインセンサにより時系列的に撮像された1ラインの画像データを画像入力部10により入力する(ステップS1)。
次に、各パラメータ(複数架線の偏位・架線幅・摩耗幅)に設定した範囲・密度でランダムな値をもつパーティクルをパーティクル初期化部30で用意する(ステップS2)。
A flowchart according to this embodiment is shown in FIG.
First, one line of image data captured in time series by the line sensor is input by the image input unit 10 (step S1).
Next, particles having a random value within the range and density set for each parameter (deviation of a plurality of overhead lines, overhead line width, wear width) are prepared by the particle initialization unit 30 (step S2).

引き続き、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと前ラインの画像データを用いて、各パーティクルの尤度を尤度計算部40により計算する(ステップS3)。
そして、尤度に基づいてリサンプリング処理をリサンプリング部50により行い、リサンプリング後のパーティクルに状態遷移モデルを用いることで状態遷移部60により新たなパーティクルを作成する(ステップS4)。
Subsequently, the likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood of each particle using the parameter of each particle and the image data of the previous line based on the likelihood function (step S3).
Then, a resampling process is performed by the resampling unit 50 based on the likelihood, and a new particle is created by the state transition unit 60 by using the state transition model for the resampled particles (step S4).

その後、ラインセンサによる時系列的な撮像が終了するまで(ステップS5)、次の新たに撮像された1ラインの画像データを入力し(ステップS6)、ステップS3に戻る。   Thereafter, until the time-series imaging by the line sensor is completed (step S5), the next newly captured one-line image data is input (step S6), and the process returns to step S3.

このように説明したように、実施例2によれば、以下の効果を奏する。
(1) 前時刻の画像情報を使用した予測による複数架線検測が可能である。
(2) 過去に計測した複数架線情報を状態遷移方程式として利用した複数架線検測が可能である。
(3) 確率論にもとづく予測を用いた複数架線検測が可能である。
As described above, according to the second embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Multiple overhead inspection by prediction using image information of previous time is possible.
(2) Multi-line inspection using multi-line information measured in the past as a state transition equation is possible.
(3) Multiple overhead inspection using prediction based on probability theory is possible.

(3) 基本的な考え方(実施例3)
本発明の目的は、時系列フィルタを用いた画像処理により複数架線の偏位・摩耗幅及び吊架線の偏位を高精度に計測する架線・吊架線類検測装置を提供することである。
(3) Basic concept (Example 3)
An object of the present invention is to provide an overhead wire / suspended wire type inspection device that measures the displacement / wear width of a plurality of overhead wires and the displacement of a suspended wire with high accuracy by image processing using a time series filter.

実施例1,2との違いは、架線だけではなく吊架線にも対応できる点である。パーティクルのパラメータは実施例1,2同様、架線1本につき3パラメータと、吊架線1本につき吊架線偏位(架線からの相対距離)、吊架線幅の2パラメータを加えたものとなる。なお、吊架線は、パンタグラフと非接触の為、摩耗しない。そのため、吊架線には、摩耗幅は存在しない。
尤度は、実施例2で用いたものに、背景よりも吊架線の画素値が低い傾向があることを考慮した尤度関数を加えて、尤度計算を実現する。つまり、尤度関数は、背景と吊架線の画素値の差にも基づく。
The difference from the first and second embodiments is that it can be applied not only to the overhead line but also to the suspended overhead line. As in the first and second embodiments, the particle parameters are obtained by adding three parameters for one overhead line, two parameters for the suspension line displacement (relative distance from the overhead line), and the suspension line width for each suspension line. In addition, the suspension wire does not wear because it is not in contact with the pantograph. Therefore, there is no wear width on the suspension line.
Likelihood calculation is performed by adding a likelihood function to the likelihood used in Example 2 in consideration of the tendency that the pixel value of the suspension line tends to be lower than the background. That is, the likelihood function is also based on the difference between the pixel values of the background and the suspension line.

本実施例に係る装置構成例は図3に示すように実施例1と同様である。
そのため、本実施例に係る架線類検測装置は、図3に示すように、画像入力部10、記憶部20、パーティクル初期化部30、尤度計算部40、リサンプリング部50、状態遷移部60、より構成する。
An apparatus configuration example according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment as shown in FIG.
Therefore, as shown in FIG. 3, the overhead line inspection device according to the present embodiment includes an image input unit 10, a storage unit 20, a particle initialization unit 30, a likelihood calculation unit 40, a resampling unit 50, and a state transition unit. 60.

画像入力部10では、ラインセンサで時系列的に撮影した1ライン分の画像データを入力し、記憶部20へ保管する。画像データには、図6に示すような、時系列的な架線偏位・架線幅・摩耗幅が含まれる。
記憶部20では、画像データ、パーティクルデータ、状態遷移確率などの種々のパラメータデータを保管する。
In the image input unit 10, image data for one line captured in time series by the line sensor is input and stored in the storage unit 20. The image data includes time-series overhead wire displacement, overhead wire width, and wear width as shown in FIG.
The storage unit 20 stores various parameter data such as image data, particle data, and state transition probabilities.

パーティクル初期化部30では、一定数のパーティクルに設定した範囲・密度でランダムなパラメータ(架線偏位や複数本ある架線の距離、架線本数分の架線幅、架線本数分の摩耗幅、本数分の吊架線の偏位、本数分の吊架線の幅)を設定し、範囲・密度・各パーティクルのパラメータを記憶部20に保管する。   In the particle initialization unit 30, random parameters (range of the overhead wire, distance of the plurality of overhead wires, overhead wire width for the number of overhead wires, wear width for the number of overhead wires, and the number of wires are set in a range / density set for a certain number of particles. The deviation of the suspension line and the width of the suspension line for the number of the suspension lines are set, and the range, density, and parameters of each particle are stored in the storage unit 20.

尤度計算部40では、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと画像データを用いて尤度を計算し、各パーティクルに与えられた尤度を記憶部20に保管する。
リサンプリング部50では、尤度に基づき、尤度の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行う。
The likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood using the parameter and image data of each particle based on the likelihood function, and stores the likelihood given to each particle in the storage unit 20.
The resampling unit 50 performs resampling so that particles having a high likelihood are selected with a high probability based on the likelihood.

リサンプリングしたパーティクルは記憶部20で保管し、リサンプリングに使用したパーティクルは消去する。
状態遷移部60は、リサンプリングしたパーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させ新たなパーティクルを作成し、記憶部20で保管する。作成した新たなパーティクルによれば、確率論として、複数架線の偏位・架線幅・摩耗幅及び吊架線の幅・偏位を高精度に計測したことになる。
The resampled particles are stored in the storage unit 20, and the particles used for the resampling are deleted.
The state transition unit 60 changes the parameters of the resampled particles based on the state transition model, creates new particles, and stores them in the storage unit 20. According to the created new particles, the deviation, overhead line width, wear width of the plurality of overhead wires and the width and deviation of the suspension wires are measured with high accuracy as the probability theory.

本実施例によるフローチャートを図2に示す。
先ず、ラインセンサにより時系列的に撮像された1ラインの画像データを画像入力部10により入力する(ステップS1)。
次に、各パラメータ(架線偏位や複数本ある架線の距離、架線本数分の架線幅、架線本数分の摩耗幅、本数分の吊架線の偏位、本数分の吊架線の幅)に設定した範囲・密度でランダムな値をもつパーティクルをパーティクル初期化部30で用意する(ステップS2)。
A flowchart according to this embodiment is shown in FIG.
First, one line of image data captured in time series by the line sensor is input by the image input unit 10 (step S1).
Next, set each parameter (overlapping wire displacement, distance of multiple overhead wires, overhead wire width for the number of overhead wires, wear width for the number of overhead wires, deflection of the suspension wire for the number of wires, suspension wire width for the number of wires) Particles having random values within the range and density are prepared by the particle initialization unit 30 (step S2).

引き続き、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと前ラインの画像データを用いて、各パーティクルの尤度を尤度計算部40により計算する(ステップS3)。
そして、尤度に基づいてリサンプリング処理をリサンプリング部50により行い、リサンプリング後のパーティクルに状態遷移モデルを用いることで状態遷移部60により新たなパーティクルを作成する(ステップS4)。
Subsequently, the likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood of each particle using the parameter of each particle and the image data of the previous line based on the likelihood function (step S3).
Then, a resampling process is performed by the resampling unit 50 based on the likelihood, and a new particle is created by the state transition unit 60 by using the state transition model for the resampled particles (step S4).

その後、ラインセンサによる時系列的な撮像が終了するまで(ステップS5)、次の新たに撮像された1ラインの画像データを入力し(ステップS6)、ステップS3に戻る。   Thereafter, until the time-series imaging by the line sensor is completed (step S5), the next newly captured one-line image data is input (step S6), and the process returns to step S3.

このように説明したように、実施例3によれば、以下の効果を奏する。
(1) 前時刻の画像情報を使用した予測による架線・吊架線検測が可能。
(2) 過去に計測した架線・吊架線情報を状態遷移方程式として利用した架線・吊架線検測が可能。
(3) 確率論にもとづく予測を用いた架線・吊架線検測が可能。
As described above, according to the third embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Overhead / suspended line inspection by prediction using image information of previous time is possible.
(2) Overhead line / suspended line inspection using the information of the overhead line / suspended line measured in the past as a state transition equation is possible.
(3) Overhead / suspended line inspection using prediction based on probability theory is possible.

(4) 基本的な考え方(実施例4)
本発明の目的は、時系列フィルタを用いた画像処理により複数架線の偏位・摩耗幅・吊架線及び渡り線の偏位を高精度に計測する架線・吊架線・渡り線検測装置を提供することである。
(4) Basic concept (Example 4)
An object of the present invention is to provide an overhead wire / suspension wire / crossover wire inspection device that accurately measures the displacement / wear width / suspension wire / shift wire displacement of a plurality of overhead wires by image processing using a time series filter. It is to be.

実施例3との違いは、架線・吊架線だけでなく渡り線にも対応できる点である。
パーティクルのパラメータは実施例3同様、架線1本につき3パラメータと、吊架線1本につき吊架線偏位(架線からの相対距離)、吊架線幅の2パラメータ、さらに渡り線偏位、渡り線幅の2パラメータを加えたものとなる。なお、吊架線及び渡り線は、パンタグラフと非接触の為、摩耗しない。そのため、吊架線及び渡り線には、摩耗幅は存在しない。
尤度は、実施例3で用いたものに、背景よりも渡り線の画素値が低い傾向があることを考慮した尤度関数を加えて、尤度計算を実現する。つまり、尤度関数は、背景と渡り線の画素値の差にも基づく。
The difference from the third embodiment is that it can cope with not only an overhead line and a suspended overhead line but also a crossover line.
The particle parameters are the same as in Example 3. Three parameters for each overhead wire, two parameters for the suspension wire displacement (relative distance from the overhead wire) and the suspension wire width for each suspension wire, crossover wire displacement, and jumper wire width These two parameters are added. Note that the suspension and connecting wires do not wear because they are not in contact with the pantograph. Therefore, there is no wear width in the suspension wire and the crossover wire.
Likelihood calculation is performed by adding a likelihood function that takes into account that the pixel value of the crossover line tends to be lower than the background to the one used in the third embodiment. That is, the likelihood function is also based on the difference between the pixel values of the background and the crossover.

本実施例に係る装置構成例は図3に示すように実施例1と同様である。
そのため、本実施例に係る架線類検測装置は、図3に示すように、画像入力部10、記憶部20、パーティクル初期化部30、尤度計算部40、リサンプリング部50、状態遷移部60、より構成する。
An apparatus configuration example according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment as shown in FIG.
Therefore, as shown in FIG. 3, the overhead line inspection device according to the present embodiment includes an image input unit 10, a storage unit 20, a particle initialization unit 30, a likelihood calculation unit 40, a resampling unit 50, and a state transition unit. 60.

画像入力部10では、ラインセンサで時系列的に撮影した1ライン分の画像データを入力し、記憶部20へ保管する。画像データには、図6に示すような、時系列的な架線偏位・架線幅・摩耗幅が含まれる。
記憶部20では、画像データ、パーティクルデータ、状態遷移確率などの種々のパラメータデータを保管する。
In the image input unit 10, image data for one line captured in time series by the line sensor is input and stored in the storage unit 20. The image data includes time-series overhead wire displacement, overhead wire width, and wear width as shown in FIG.
The storage unit 20 stores various parameter data such as image data, particle data, and state transition probabilities.

パーティクル初期化部30では、一定数のパーティクルに設定した範囲・密度でランダムなパラメータ(架線偏位や複数本ある架線の距離、架線本数分の架線幅、架線本数分の摩耗幅、本数分の吊架線の偏位、本数分の吊架線の幅、渡り線の偏位、渡り線の幅)を設定し、範囲・密度・各パーティクルのパラメータを記憶部20に保管する。
尤度計算部40では、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと画像データを用いて尤度を計算し、各パーティクルに与えられた尤度を記憶部20に保管する。
In the particle initialization unit 30, random parameters (range of the overhead wire, distance of the plurality of overhead wires, overhead wire width for the number of overhead wires, wear width for the number of overhead wires, and the number of wires are set in a range / density set for a certain number of particles. The displacement of the suspension line, the width of the suspension line, the displacement of the connection line, and the width of the connection line) are set, and the parameters of the range, density, and each particle are stored in the storage unit 20.
The likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood using the parameter and image data of each particle based on the likelihood function, and stores the likelihood given to each particle in the storage unit 20.

リサンプリング部50では、尤度に基づき、尤度の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行う。
リサンプリングしたパーティクルは記憶部20で保管し、リサンプリングに使用したパーティクルは消去する。
状態遷移部60は、リサンプリングしたパーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させ新たなパーティクルを作成し、記憶部20で保管する。作成した新たなパーティクルによれば、確率論として、複数架線の偏位・架線幅・摩耗幅、吊架線の幅・偏位架線偏位及び渡り線の偏位・幅を高精度に計測したことになる。
The resampling unit 50 performs resampling so that particles having a high likelihood are selected with a high probability based on the likelihood.
The resampled particles are stored in the storage unit 20, and the particles used for the resampling are deleted.
The state transition unit 60 changes the parameters of the resampled particles based on the state transition model, creates new particles, and stores them in the storage unit 20. According to the newly created particles, the deviation, overhead wire width, wear width of multiple overhead wires, suspension wire width, deflection overhead wire displacement, and crossover deflection / width were measured with high accuracy as the probability theory. become.

本実施例によるフローチャートを図2に示す。
先ず、ラインセンサにより時系列的に撮像された1ラインの画像データを画像入力部10により入力する(ステップS1)。
次に、各パラメータ(架線偏位や複数本ある架線の距離、架線本数分の架線幅、架線本数分の摩耗幅、本数分の吊架線の偏位、本数分の吊架線の幅、渡り線の偏位、渡り線の幅)に設定した範囲・密度でランダムな値をもつパーティクルをパーティクル初期化部30で用意する(ステップS2)。
A flowchart according to this embodiment is shown in FIG.
First, one line of image data captured in time series by the line sensor is input by the image input unit 10 (step S1).
Next, parameters (overlapping wire displacement, distance of multiple overhead wires, overhead wire width for the number of overhead wires, wear width for the number of overhead wires, deflection of the suspension wire for the number of wires, suspension wire width for the number of wires, crossover wire Particles having a random value in the range and density set in (deviation of the line, width of the connecting line) are prepared by the particle initialization unit 30 (step S2).

引き続き、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと前ラインの画像データを用いて、各パーティクルの尤度を尤度計算部40により計算する(ステップS3)。
そして、尤度に基づいてリサンプリング処理をリサンプリング部50により行い、リサンプリング後のパーティクルに状態遷移モデルを用いることで状態遷移部60により新たなパーティクルを作成する(ステップS4)。
Subsequently, the likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood of each particle using the parameter of each particle and the image data of the previous line based on the likelihood function (step S3).
Then, a resampling process is performed by the resampling unit 50 based on the likelihood, and a new particle is created by the state transition unit 60 by using the state transition model for the resampled particles (step S4).

その後、ラインセンサによる時系列的な撮像が終了するまで(ステップS5)、次の新たに撮像された1ラインの画像データを入力し(ステップS6)、ステップS3に戻る。   Thereafter, until the time-series imaging by the line sensor is completed (step S5), the next newly captured one-line image data is input (step S6), and the process returns to step S3.

このように説明したように、実施例4によれば、以下の効果を奏する。
(1) 前時刻の画像情報を使用した予測による架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(2) 過去に計測した架線・吊架線・渡り線情報を状態遷移方程式として利用した架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(3) 確率論にもとづく予測を用いた架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
As described above, according to the fourth embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Overhead / suspended / crossover lines can be inspected by prediction using image information of the previous time.
(2) Overhead line, suspension line, and crossover line measurement using the information of overhead lines, suspension lines, and crossover lines measured in the past as state transition equations is possible.
(3) Overhead, suspended and crossover inspections using prediction based on probability theory are possible.

(5) 基本的な考え方(実施例5)
本発明の目的は、複数(2つ若しくはそれ以上)のラインセンサカメラと時系列フィルタを用いた画像処理により複数架線の偏位・摩耗幅・吊架線・渡り線およびそれぞれの高さを高精度に計測する架線・吊架線・渡り線検測装置を提供することである。
(5) Basic concept (Example 5)
It is an object of the present invention to accurately detect the deviation, wear width, suspension line, crossover line, and height of each overhead line by image processing using a plurality of (two or more) line sensor cameras and a time series filter. It is to provide an overhead line / suspended line / crossover line inspection device for measuring.

実施例4との違いは、カメラを複数用意することで架線・吊架線・渡り線の高さにも対応できる点(高さは三角測量法による)、2視点から評価することで高精度化が図れる点である。
パーティクルのパラメータは実施例4のパラメータのカメラ台数分となる。
尤度は、実施例4で用いたものをカメラ台数分用いる。
The difference from Example 4 is that it is possible to cope with the height of overhead lines, suspension lines, and crossovers by preparing multiple cameras (the height is determined by triangulation method). This is the point that can be achieved.
The parameter of the particle is the number of cameras of the parameter of the fourth embodiment.
Likelihoods used in the fourth embodiment are used for the number of cameras.

本実施例に係る装置構成例は図3に示すように実施例1と同様である。
そのため、本実施例に係る架線類検測装置は、図3に示すように、画像入力部10、記憶部20、パーティクル初期化部30、尤度計算部40、リサンプリング部50、状態遷移部60、より構成する。
An apparatus configuration example according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment as shown in FIG.
Therefore, as shown in FIG. 3, the overhead line inspection device according to the present embodiment includes an image input unit 10, a storage unit 20, a particle initialization unit 30, a likelihood calculation unit 40, a resampling unit 50, and a state transition unit. 60.

画像入力部10では、ラインセンサで時系列的に撮影した1ライン分の画像データを入力し、記憶部20へ保管する。画像データには、図6に示すような、時系列的な架線偏位・架線幅・摩耗幅が含まれる。
記憶部20では、画像データ、パーティクルデータ、状態遷移確率などの種々のパラメータデータを保管する。
In the image input unit 10, image data for one line captured in time series by the line sensor is input and stored in the storage unit 20. The image data includes time-series overhead wire displacement, overhead wire width, and wear width as shown in FIG.
The storage unit 20 stores various parameter data such as image data, particle data, and state transition probabilities.

パーティクル初期化部30では、一定数のパーティクルに設定した範囲・密度でランダムなカメラ台数分のパラメータ(架線偏位や複数本ある架線の距離、架線本数分の架線幅、架線本数分の摩耗幅、本数分の吊架線の偏位、本数分の吊架線の幅、渡り線の偏位、渡り線の幅)を設定し、範囲・密度・各パーティクルのパラメータを記憶部20に保管する。   In the particle initialization unit 30, the parameters for the number of random cameras in the range and density set for a certain number of particles (overhead wire displacement, distance of multiple overhead wires, overhead wire width for the number of overhead wires, wear width for the number of overhead wires) , The number of suspension lines as many as the number of suspension lines, the width of the suspension lines as many as the number, the displacement of the connection lines, and the width of the connection lines) are set, and the parameters of the range, density, and each particle are stored in the storage unit 20.

尤度計算部40では、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと画像データを用いて尤度を計算し、各パーティクルに与えられた尤度を記憶部20に保管する。
リサンプリング部50では、尤度に基づき、尤度の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行う。
リサンプリングしたパーティクルは記憶部20で保管し、リサンプリングに使用したパーティクルは消去する。
The likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood using the parameter and image data of each particle based on the likelihood function, and stores the likelihood given to each particle in the storage unit 20.
The resampling unit 50 performs resampling so that particles having a high likelihood are selected with a high probability based on the likelihood.
The resampled particles are stored in the storage unit 20, and the particles used for the resampling are deleted.

状態遷移部60は、リサンプリングしたパーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させ新たなパーティクルを作成し、記憶部20で保管する。作成した新たなパーティクルによれば、確率論として、複数架線の偏位・摩耗幅・吊架線・渡り線およびそれぞれの高さを高精度に計測したことになる。   The state transition unit 60 changes the parameters of the resampled particles based on the state transition model, creates new particles, and stores them in the storage unit 20. According to the created new particles, as a probability theory, the displacement, wear width, suspension line, crossover line, and height of each of the plurality of overhead lines are measured with high accuracy.

本実施例によるフローチャートを図4に示す。
先ず、複数のラインセンサカメラにより時系列的に撮像された1ラインの画像データ×カメラの台数分を画像入力部10により入力する(ステップT1)。
次に、カメラの台数分の各パラメータ(複数架線の偏位・摩耗幅・吊架線・渡り線およびそれぞれの高さ)に設定した範囲・密度でランダムな値をもつパーティクルをパーティクル初期化部30で用意する(ステップT2)。
A flowchart according to this embodiment is shown in FIG.
First, one line of image data captured by a plurality of line sensor cameras in time series × the number of cameras is input by the image input unit 10 (step T1).
Next, particles having a random value in a range and density set for each parameter (deviation, wear width, suspension line, crossover line, and height of a plurality of overhead lines) corresponding to the number of cameras are set to a particle initialization unit 30. (Step T2).

引き続き、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと前ラインの画像データを用いて、各パーティクルの尤度を尤度計算部40により計算する(ステップT3)。
そして、尤度に基づいてリサンプリング処理をリサンプリング部50により行い、リサンプリング後のパーティクルに状態遷移モデルを用いることで状態遷移部60により新たなパーティクルを作成する(ステップT4)。
Subsequently, the likelihood calculation unit 40 calculates the likelihood of each particle using the parameter of each particle and the image data of the previous line based on the likelihood function (step T3).
Then, a resampling process is performed by the resampling unit 50 based on the likelihood, and a new particle is created by the state transition unit 60 by using the state transition model for the resampled particles (step T4).

その後、複数のラインセンサによる時系列的な撮像が終了するまで(ステップT5)、次の新たに撮像された1ラインの画像データ×カメラの台数分を入力し(ステップT6)、ステップT3に戻る。   Thereafter, until the time-series imaging by a plurality of line sensors is completed (step T5), the next newly captured image data of one line × the number of cameras is input (step T6), and the process returns to step T3. .

このように説明したように、実施例5によれば、以下の効果を奏する。
(1) 前時刻の画像情報を使用した予測による架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(2) 過去に計測した架線・吊架線・渡り線情報を状態遷移方程式として利用した架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(3) 確率論にもとづく予測を用いた架線・吊架線・渡り線検測が可能。
(4) 複数のカメラを用いた架線・吊架線・渡り線検測の高精度化と架線・吊架線・渡り線の高さ計測が可能である。
As described above, according to the fifth embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Overhead / suspended / crossover lines can be inspected by prediction using image information of the previous time.
(2) Overhead line, suspension line, and crossover line measurement using the information of overhead lines, suspension lines, and crossover lines measured in the past as state transition equations is possible.
(3) Overhead / suspended / crossover lines can be detected using prediction based on probability theory.
(4) It is possible to increase the accuracy of overhead / suspended / crossover line inspection using multiple cameras and to measure the height of overhead / suspended / crossover lines.

本発明は、時系列フィルタを用いて架線類の偏位などを検査・測定するための架線類検測装置として広く産業上利用可能なものである。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used industrially as an overhead wire inspection device for inspecting and measuring overhead wire displacement using a time series filter.

10 画像入力部
20 記憶部
30 パーティクル初期化部
40 尤度計算部
50 リサンプリング部
60 状態遷移部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Image input part 20 Memory | storage part 30 Particle initialization part 40 Likelihood calculation part 50 Resampling part 60 State transition part

Claims (6)

確率論的時系列フィルタを用いた画像データ処理により電車上の架線類を高精度に計測する架線類検測装置において、
前記電車上面に配置されたラインセンサにより時系列に撮影された前記架線類の偏位・幅・摩耗幅を含む画像データを入力する画像入力部と、
前記架線類の偏位・幅・摩耗幅のランダムなパラメータを持つパーティクルを用意するパーティクル初期化部と、
前記パーティクル初期化部により用意された前記パーティクル及び前記画像入力部で入力された前時刻の前記画像データを使用して尤度関数に基づき尤度値を計算する尤度計算部と、
前記尤度計算部で計算された尤度値に基づき、尤度値の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行うリサンプリング部と、
前記リサンプリング部でリサンプリングした前記パーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させて新たなパーティクルを作成する状態遷移部と、から構成することを特徴とする架線類検測装置。
In an overhead line inspection device that accurately measures overhead lines on a train by image data processing using a probabilistic time series filter,
An image input unit for inputting image data including a deviation, a width, and a wear width of the overhead wires taken in time series by a line sensor disposed on the upper surface of the train;
A particle initialization unit for preparing particles having random parameters of deviation, width and wear width of the overhead wires,
A likelihood calculating unit that calculates a likelihood value based on a likelihood function using the image data of the previous time input by the particle prepared by the particle initialization unit and the image input unit;
Based on the likelihood value calculated by the likelihood calculation unit, a resampling unit that performs resampling so that particles with a high likelihood value are selected with a high probability;
An overhead line inspection and measurement apparatus comprising: a state transition unit configured to change a parameter of the particles resampled by the resampler based on a state transition model to create a new particle.
前記架線類は、単一又は複数の架線であることを特徴とする請求項1記載の架線類検測装置。   The overhead line inspection device according to claim 1, wherein the overhead lines are single or a plurality of overhead lines. 前記架線類は、吊架線を含むことを特徴とする請求項2記載の架線類検測装置。   The overhead line inspection device according to claim 2, wherein the overhead lines include a suspended overhead line. 前記架線類は、渡り線を含むことを特徴とする請求項2又は3記載の架線類検測装置。   The overhead line inspection device according to claim 2 or 3, wherein the overhead lines include crossovers. 前記ラインセンサは、複数であり、前記架線類の高さをも計測し、また、前記パーティクル初期化部は、前記架線類の高さもパラメータに含むことを特徴とする請求項1記載の架線類検測装置。   2. The overhead lines according to claim 1, wherein the number of the line sensors is plural, the height of the overhead lines is also measured, and the particle initialization unit includes the height of the overhead lines as a parameter. Inspection equipment. 前記尤度関数は、前記架線類の摩耗領域前後の画素値の差分の絶対値と、前記架線類の摩耗領域の平均画素値から前記架線類領域の平均画素値を減算した場合の差分値と、前時刻の前記架線類の偏位・幅・摩耗幅と現時刻の前記架線類の偏位・幅・摩耗幅の差とに基づくことを特徴とする請求項1記載の架線類検測装置。   The likelihood function is an absolute value of a difference between pixel values before and after the wear area of the overhead line, and a difference value when the average pixel value of the overhead line area is subtracted from an average pixel value of the wear area of the overhead line. The overhead wire inspection device according to claim 1, wherein the overhead wire inspection device is based on a deviation, width, and wear width of the overhead wire at a previous time and a difference between the displacement, width, and wear width of the overhead wire at a current time. .
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