基于图像处理的滑接线磨损测定装置制造方法
【专利摘要】设置于车辆的内部的处理用计算机构成为具备：线传感器图像制作部（4a），制作按时间序列来排列从线传感器照相机（2）输入的图像信号而成的线传感器图像，该线传感器照相机（2）设置在车辆的顶棚上而对滑接线进行摄影；GSTH处理部（4b），对所输入的图像进行GSTH处理来制作GSTH图像；二值化处理部（4c），对所输入的图像进行二值化处理来制作二值化图像；滑接线磨损部边缘检测部（4d），对所输入的图像检测滑接线的磨损部分的两侧的边缘；以及滑接线磨损部宽度计算部（4e），从磨损部分的两侧的边缘的位置检测滑接线的磨损量。
【专利说明】基于图像处理的滑接线磨损测定装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于图像处理的滑接(trolley)线磨损测定装置，特别涉及即使在白天的各种背景下也可靠地进行磨损测量的基于图像处理的滑接线磨损测定装置。
【背景技术】
[0002]在以往的基于图像处理的滑接线磨损测定装置中有如下装置:对从线传感器取得的图像进行二值化处理，将比滑接线的粗细参数大的白区域设为天空的部分而反转为黑区域，从而仅抽出滑接线磨损面来进行滑接线磨损测定(例如，参照专利文献I)。
[0003]另外，还有如下装置:相对专利文献I记载的方法，通过对去除了天空的部分的残存图像进一步进行二值化处理，使滑接线的侧面和磨损面分离，即使在比较暗地映出滑接线磨损面的情况下，也仅抽出滑接线磨损面来进行滑接线磨损测定(例如，参照专利文献2)。
[0004]另外，还有如下装置:通过预先设定的浓淡阈值来设定不处理背景部分那样的掩模(例如，参照专利文献3 )。
[0005]专利文献1:日本特开2007-271445号公报
[0006]专利文献2:日本特开2008-089524号公报
[0007]专利文献3:日本特开2006-250775号公报
【发明内容】
[0008]但是，在专利文献I以及专利文献2记载的方案中，在进行了二值化处理的情况下，利用背景部分的大部分为白区域，来切分滑接线和背景，但在背景中存在滑接线以外的映入物(顶棚上或架线构造物等。以下，简称为“映入物”)、亮度的斑(例如由天气的变化、云等所致的阴影。以下简称为“亮度的斑”)的情况下，在进行了二值化时在背景部分中也产生黑像素，存在无法通过进行二值化处理来切分滑接线和背景的可能性。
[0009]另外，在专利文献3记载的发明中，通过以某个固定的浓淡阈值掩蔽背景而对背景附加掩模，但在背景中存在映入物、亮度的斑的情况下，无法以固定的浓淡阈值来正确地掩蔽为背景区域，存在无法切分滑接线和背景的可能性。
[0010]这样，在以往的方法中，在背景中存在滑接线以外的映入物、亮度的斑的情况下，无法对图像进行二值化而正确地切分滑接线和背景。
[0011]由此，本发明的目的在于提供一种基于图像处理的滑接线磨损测定装置，通过去除从线传感器照相机取得的图像的背景中映出的滑接线以外的映入物、亮度的斑的影响而切分滑接线和滑接线以外的物体，能够减少滑接线磨损面的误检测。
[0012]用于解决上述问题的第I发明提供一种基于图像处理的滑接线磨损测定装置，具备:线传感器照相机，在车辆的顶棚上使其扫描线方向相对车辆的前进方向垂直并且水平地设置，对滑接线进行摄影；照明单元，同样地设置在所述车辆的顶棚上，照射所述滑接线；以及图像处理单元，设置于所述车辆的内部，所述基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，所述图像处理单元具备:线传感器图像制作单元，制作按时间序列来排列从所述线传感器照相机输入的图像信号而成的线传感器图像；背景切分处理单元，对所输入的图像进行所述滑接线和背景的切分；二值化处理单元，对所输入的图像进行二值化处理来制作二值化图像；滑接线磨损部边缘检测单元，对所输入的图像检测所述滑接线的磨损部分的两侧的边缘；以及滑接线磨损部宽度计算单元，从所述磨损部分的两侧的边缘的位置检测所述滑接线的磨损量。
[0013]用于解决上述问题的第2发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，在第I发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置中，所述背景切分处理单元是GSTH处理单元，该GSTH处理单元对所输入的图像进行GSTH处理而制作强调了所述图像中的所述滑接线的磨损部分的GSTH图像。
[0014]用于解决上述课题的第3发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，在第2发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置中，所述GSTH处理单元对所述线传感器图像进行GSTH处理而制作强调了所述线传感器图像中的所述滑接线的磨损部分的所述GSTH图像，所述二值化处理单元对所述GSTH图像进行二值化处理而制作所述二值化图像，所述滑接线磨损部边缘检测单元对所述二值化图像检测所述边缘。
[0015]用于解决上述课题的第4发明提供基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，在第I发明的滑接线磨损测定装置中，所述背景切分处理单元是标准偏差背景去除处理单元，在该标准偏差背景去除处理单元中，将所输入的图像分割为任意的区间，针对各所述区间中的每一个区间进行标准偏差背景去除处理而针对各所述区间中的每一个区间判断在该区间中是否映出了对象物，进行在该区间中映出了对象物且在邻接的区间中未映出所述对象物的情况下将所述邻接的区间至所述对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出对象物且在邻接的区间中映出了所述对象物的情况下将所述邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像。
[0016]用于解决上述课题的第5发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，在第4发明的滑接线磨损测定装置中，所述标准偏差背景去除处理单元在进行了所述标准偏差背景去除处理的所述区间中存在未被视为背景的区域的情况下，将该区间细分化而再次针对各所述细分化了的每个区间进行标准偏差背景去除处理，针对各所述细分化了的每个区间判断在该区间中是否映出了所述对象物，进行在该区间中映出了所述对象物且在邻接的区间中未映出所述对象物的情况下将所述邻接的区间至所述对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出所述对象物且在邻接的区间中映出了所述对象物的情况下将所述邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像。
[0017]用于解决上述课题的第6发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，在第4发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置中，所述任意的区间的大小是存在所述对象物的区间不连续的大小。
[0018]用于解决上述课题的第7发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，在第4至第6的任意一个发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置中，所述标准偏差背景去除处理单元对所述线传感器图像进行标准偏差背景去除处理而制作抽出了所述线传感器图像中的所述滑接线的所述背景去除图像，所述二值化处理单元对所述背景去除图像进行二值化处理而制作所述二值化图像，所述滑接线磨损部边缘检测单元对所述二值化图像检测所述边缘。
[0019]用于解决上述课题的第8发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，在第2或者第3发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置中，在所述图像处理单元中，作为所述背景切分处理单元还具备标准偏差背景去除处理单元，在该标准偏差背景去除处理单元中，将所输入的图像分割为任意的区间，针对各所述区间中的每一个区间进行标准偏差背景去除处理而针对各所述区间中的每一个区间判断在该区间中是否映出了对象物，进行在该区间中映出了对象物且在邻接的区间中未映出所述对象物的情况下将所述邻接的区间至所述对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出对象物且在邻接的区间中映出了所述对象物的情况下将所述邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像。
[0020]用于解决上述课题的第9发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，在第8发明的滑接线磨损测定装置中，所述标准偏差背景去除处理单元在进行了所述标准偏差背景去除处理的所述区间中存在未被视为背景的区域的情况下，将该区间细分化而再次针对各所述细分化了的每个区间进行标准偏差背景去除处理，针对各所述细分化了的每个区间判断在该区间中是否映出了所述对象物，进行在该区间中映出了所述对象物且在邻接的区间中未映出所述对象物的情况下将所述邻接的区间至所述对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出所述对象物且在邻接的区间中映出了所述对象物的情况下将所述邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像。
[0021]用于解决上述课题的第10发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，在第8发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置中，所述任意的区间的大小是存在所述对象物的区间不连续的大小。
[0022]用于解决上述课题的第11发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于，在第8至第10的任意一个发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置中，所述GSTH处理单元对所述线传感器图像进行GSTH处理而制作强调了所述线传感器图像中的所述滑接线的磨损部分的所述GSTH图像，所述标准偏差背景去除处理单元对所述GSTH图像进行标准偏差背景去除处理而制作抽出了所述GSTH图像中的所述滑接线的所述背景去除图像，所述二值化处理单元对所述背景去除图像进行二值化处理来制作所述二值化图像，所述滑接线磨损部边缘检测单元对所述二值化图像检测所述边缘。
[0023]根据上述的第I发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，具备:线传感器照相机，在车辆的顶棚上使其扫描线方向相对车辆的前进方向垂直并且水平地设置，对滑接线进行摄影；照明单元，同样地设置在车辆的顶棚上，照射滑接线；以及图像处理单元，设置于车辆的内部，其中，图像处理单元具备:线传感器图像制作单元，制作按时间序列来排列从线传感器照相机输入的图像信号而成的线传感器图像；背景切分处理单元，对所输入的图像进行滑接线和背景的切分；二值化处理单元，对所输入的图像进行二值化处理来制作二值化图像；滑接线磨损部边缘检测单元，对所输入的图像检测滑接线的磨损部分的两侧的边缘；以及滑接线磨损部宽度计算单元，从磨损部分的两侧的边缘的位置检测滑接线的磨损量，所以能够切分滑接线磨损面和背景，能够减少滑接线磨损面的误检测。
[0024]根据上述第2发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，背景切分处理单元是GSTH处理单元，该GSTH处理单元对所输入的图像进行GSTH处理而制作强调了图像中的滑接线的磨损部分的GSTH图像，所以通过对输入图像进行GSTH处理而强调输入图像中的滑接线磨损面，另一方面，能够去除背景中映出的物体，能够减少滑接线磨损面的误检测。
[0025]另外，根据第3发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，GSTH处理单元对线传感器图像进行GSTH处理而制作强调了线传感器图像中的滑接线的磨损部分的GSTH图像，二值化处理单元对GSTH图像进行二值化处理而制作二值化图像，滑接线磨损部边缘检测单元对二值化图像检测边缘，所以通过在进行二值化处理之前进行GSTH处理，即使在输入图像中较暗地映出了滑接线磨损面，也能够强调滑接线磨损面而与背景切分。
[0026]根据第4发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，背景切分处理单元是标准偏差背景去除处理单元，在该标准偏差背景去除处理单元中，将所输入的图像分割为任意的区间，针对各区间中的每一个区间进行标准偏差背景去除处理而针对各区间中的每一个区间判断在该区间中是否映出了对象物，进行在该区间中映出了对象物且在邻接的区间中未映出对象物的情况下将邻接的区间至对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出对象物且在邻接的区间中映出了对象物的情况下将邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像，所以通过对输入图像进行标准偏差背景去除处理，即使在输入图像中的背景中存在亮度的斑的情况下，也能够判别滑接线，能够减少滑接线磨损面的误检测。
[0027]根据第5发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，标准偏差背景去除处理单元在进行了标准偏差背景去除处理的区间中存在未被视为背景的区域的情况下，将该区间细分化而再次针对各细分化了的每个区间进行标准偏差背景去除处理，针对各细分化了的每个区间判断在该区间中是否映出了对象物，进行在该区间中映出了对象物且在邻接的区间中未映出对象物的情况下将邻接的区间至对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出对象物且在邻接的区间中映出了对象物的情况下将邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像，所以能够可靠地进行对象物和背景的切分。
[0028]根据第6发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，任意的区间的大小是存在对象物的区间不连续的大小，所以能够通过一次处理切分对象物和背景。
[0029]根据第7发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，标准偏差背景去除处理单元对线传感器图像进行标准偏差背景去除处理而制作抽出了线传感器图像中的滑接线的背景去除图像，二值化处理单元对背景去除图像进行二值化处理而制作二值化图像，滑接线磨损部边缘检测单元对二值化图像检测边缘，所以通过在进行二值化处理之前进行标准偏差背景去除处理，即使在输入图像中的背景中存在亮度的斑的情况下，也能够明确地判别滑接线。
[0030]根据第8发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，在图像处理单元中，作为背景切分处理单元还具备标准偏差背景去除处理单元，在该标准偏差背景去除处理单元中，将所输入的图像分割为任意的区间，针对各区间中的每一个区间进行标准偏差背景去除处理而针对各区间中的每一个区间判断在该区间中是否映出了对象物，进行在该区间中映出了对象物且在邻接的区间中未映出对象物的情况下将邻接的区间至对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出对象物且在邻接的区间中映出了对象物的情况下将邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像，所以通过并用GSTH处理和标准偏差背景去除处理，能够进一步减少滑接线磨损面的误检测。
[0031]根据第9发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，标准偏差背景去除处理单元在进行了标准偏差背景去除处理的区间中存在未被视为背景的区域的情况下，将该区间细分化而再次针对各细分化了的每个区间进行标准偏差背景去除处理，针对各细分化了的每个区间判断在该区间中是否映出了对象物，进行在该区间中映出了对象物且在邻接的区间中未映出对象物的情况下将邻接的区间至对象物为止的区域视为背景，并且在该区间中未映出对象物且在邻接的区间中映出了对象物的情况下将邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像，所以能够可靠地进行对象物和背景的切分。
[0032]根据第10发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，任意的区间的大小是存在对象物的区间不连续的大小，所以能够通过一次处理切分对象物和背景。
[0033]根据第11发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，GSTH处理单元对线传感器图像进行GSTH处理而制作强调了线传感器图像中的滑接线的磨损部分的GSTH图像，标准偏差背景去除处理单元对GSTH图像进行标准偏差背景去除处理而制作抽出了 GSTH图像中的滑接线的背景去除图像，二值化处理单元对背景去除图像进行二值化处理来制作二值化图像，滑接线磨损部边缘检测单元对二值化图像检测边缘，所以通过在对线传感器图像进行了 GSTH处理之后进行标准偏差背景去除处理，能够进一步提高滑接线磨损测定的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是示出本发明的实施例1的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的设置例的概略图。
[0035]图2是示出本发明的实施例1的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的测量用计算机的概略结构的框图。
[0036]图3是示出本发明的实施例1中的收缩处理的一个例子的说明图。
[0037]图4是示出本发明的实施例1中的膨胀处理的一个例子的说明图。
[0038]图5是示出本发明的实施例1中的GSTH图像的一个例子的说明图。
[0039]图6是示出本发明的实施例1的滑接线磨损测定处理的流程的流程图。
[0040]图7是示出本发明的实施例1的线传感器图像的一个例子的说明图。
[0041]图8是示出本发明的实施例1的收缩处理图像的一个例子的说明图。
[0042]图9是示出本发明的实施例1的打开图像的一个例子的说明图。
[0043]图10是示出本发明的实施例1的GSTH图像的一个例子的说明图。
[0044]图11是示出本发明的实施例1的二值化图像的一个例子的说明图。
[0045]图12是示出本发明的实施例1的边缘抽出例的说明图。
[0046]图13是示出本发明的实施例2的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的测量用计算机的概略结构的框图。
[0047]图14是示出本发明的实施例2的标准偏差背景去除处理的一个例子的说明图。
[0048]图15是示出本发明的实施例2的标准偏差背景去除处理的其他例子的说明图。
[0049]图16是示出本发明的实施例2的滑接线磨损测定处理的流程的流程图。
[0050]图17是示出本发明的实施例3的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的测量用计算机的概略结构的框图。
[0051]图18是示出本发明的实施例3的滑接线磨损测定处理的流程的流程图。
[0052](符号说明)
[0053]1:车辆；2:线传感器照相机；3:照明装置；4:测量用计算机；4a:线传感器图像制作部；4b:GSTH处理部；4c:二值化处理部；4d:滑接线磨损部边缘检测部；4e:滑接线磨损部宽度计算部；5:记录装置；7:滑接线；7a:滑接线磨损部；7b:滑接线侧面；8:受电弓；10LU0R:边缘点;21、31:线传感器图像；22:收缩处理图像；23:打开图像；24 =GSTH图像；25:二值化图像；32:背景去除图像；M1、M2:存储器；S1:第一区间；S2:第二区间；S3:第三区间。
【具体实施方式】
[0054]以下，参照附图，说明本发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的详情。
[0055]实施例1
[0056]( GSTH 处理)
[0057]使用图1至图12来说明本发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的第I实施例。在本实施例中，通过进行灰度-顶帽处理(Gray Scale-Top Hat处理。以下称为“GSTH处理”)，去除背景上的滑接线以外的映入物。
[0058]如图1所示，在本实施例中，在车辆I的顶棚上设置有线传感器照相机2以及照明
3。另外，在车辆I的车内配设了测量用计算机4以及记录装置5。
[0059]以对铅直上方进行摄影、并且使其扫描线方向成为轨道6的枕木方向、换言之使其扫描线方向成为在车辆I的前进方向上直行的方向的方式，设定线传感器照相机2的朝向。由此，线传感器照相机2的扫描线横穿滑接线7。
[0060]照明3被设置为对通过线传感器照相机2摄影的滑接线7的磨损部(即与受电弓8接触的面)进行照射。
[0061]另外，如图2所示，测量用计算机4构成为具备作为线传感器图像制作单元的线传感器图像制作部4a、作为背景切分处理单元的GSTH处理部4b、作为二值化处理单元的二值化处理部4c、作为滑接线磨损部边缘检测单元的滑接线磨损部边缘检测部4d、以及作为滑接线磨损部宽度计算单元的滑接线磨损部宽度计算部4e。
[0062]线传感器图像制作部4a按时间序列来排列从线传感器输入的图像信号(扫描线的亮度信号)而制作线传感器图像(平面的图像)。将所制作的线传感器图像经由存储器Ml、M2输入给GSTH处理部4b。
[0063]GSTH处理部4b对所输入的线传感器图像进行GSTH处理。
[0064]将在GSTH处理部4b中被实施了 GSTH处理的线传感器图像(以下称为GSTH图像)经由存储器M2输入给二值化处理部4c。[0065]此处，GSTH处理如其名字那样，是指对灰度图像施加Top Hat处理。Top Hat处理是指对原图像减去打开(相同的次数收缩一膨胀处理)了的图像的处理。
[0066]以下，使用图3至图5，详细说明由GSTH处理部4b执行的GSTH处理。在GSTH处理部4b中，按照以下的流程进行处理。
[0067](I)如图3 (b)所示，相对图3 (a)所示的原图像11将在N像素(在图3中为三个像素)的范围(以下称为搜索范围)SD-1内最暗的像素的亮度值写入到另外的缓冲器(以下称为收缩处理缓冲器)12-1中。
[0068](2)挪动搜索范围(在图3中为搜索范围SD-2?SD-M)，在各个搜索范围SD-2?SD-M中将该搜索范围SD-2?SD-M内的最暗的像素的亮度值写入到收缩处理缓冲器
12-2?12-M 中。
[0069](3)由此，制作图4 (a)所示的收缩处理图像12。
[0070](4)接下来，如图4 (b)所示，相对收缩图像12将在N像素(在本实施例中为三个像素)的范围(以下称为搜索范围)SL-1中最明亮的像素的亮度值写入到另外的缓冲器(以下称为膨胀处理缓冲器)13-1中。
[0071](5)挪动搜索范围(在图4中为搜索范围13-2?13-M)，在各个搜索范围SL-2?SL-M中将在该搜索范围SL-2?SL-M内的最明亮的像素的亮度值写入到膨胀处理缓冲器
13-2?13-M 中。
[0072](6)由此，制作打开图像13。
[0073](7)接下来，从原图像11减去在(6)中制作的打开图像13。
[0074]通过进行以上的处理，如图5所示，得到强调了由图像内的暗的部分包围的明亮的像素的GSTH图像14。
[0075]在二值化处理部4c中对输入的GSTH图像14实施二值化处理，制作二值化图像。将所制作的二值化图像经由存储器M2输入到滑接线磨损部边缘检测部4d中。
[0076]滑接线磨损部边缘检测部4d针对所输入的二值化图像，进行如下处理:在关于某个线例如从左探索时，将从黑变化为白的点检测为左侧的边缘点，接着将从白变化为黑的点检测为右侧的边缘点。从图像的上至下针对每个线进行该处理。将所检测出的边缘点的信息(以下称为边缘数据)经由存储器M2输入到滑接线磨损部宽度计算部4e中。
[0077]滑接线磨损部分宽度计算部4e从所输入的边缘数据计算线传感器图像上的左右的边缘点之间的宽度，并将其换算为实际的滑接线7的磨损量。将所计算出的滑接线7的磨损量作为滑接线磨损宽度数据经由存储器M2输入到记录装置5中。
[0078]在记录装置5中，除了上述的滑接线磨损宽度数据以外，还经由存储器M1、M2而记录线传感器图像、GSTH图像、二值化图像、边缘数据等。
[0079]使用图6至图12，说明本实施例的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的测量用计算机4中的图像处理的流程。
[0080]如图6所示，在本实施例中，测量用计算机4首先在线传感器图像制作部4a中，进行通过按时间序列来排列从线传感器照相机2输入的图像信号而制作图7所示那样的线传感器图像21的处理(步骤P1)。
[0081]此时，如图7所示，在线传感器图像制作部4a中制作的线传感器图像21中，除了滑接线7以外，有时还映出滑接线7以外的顶棚上、架线构造物等物体9。[0082]接着步骤Pl，在GSTH处理部4b中，对线传感器图像21进行上述GSTH处理(步骤P2)。具体而言，进行如下处理:对线传感器图像21进行上述(I)以及(2)的处理而取得图8所示那样的收缩处理图像22，接着对收缩处理图像22进行上述(4)以及(5)的处理而取得图9所示那样的打开图像23，从线传感器图像21减去打开图像23。由此，得到图10所示那样的GSTH图像24。根据图10可知，在GSTH图像24中，相比于线传感器图像21，仅强调了滑接线7的磨损部(以下称为滑接线磨损部)7a，而去除了背景中映出的滑接线7以外的物体9。
[0083]接着步骤P2，在二值化处理部4c中，对GSTH图像24进行二值化处理(步骤P3)。由此，如图11所示，能够得到仅抽出了滑接线磨损面7a的二值化图像25。
[0084]接着步骤P3，在滑接线磨损部边缘检测部4d中，如图12所示，进行抽出表示二值化图像25的背景的黑色与表示滑接线磨损面7a的白色的边界而作为左右的边缘点10L、IOR的处理(步骤P4)。由此，能够得到边缘数据。
[0085]接着步骤P4，在滑接线磨损部宽度计算部4e中，进行如下处理:计算左右的边缘点10LU0R之间的距离而作为滑接线磨损面7a的图像上的宽度，并将其换算为实际的滑接线7的磨损量(步骤P5)。
[0086]通过进行上述处理，能够通过本实施例的测量用计算机4测定滑接线7的磨损量。
[0087]滑接线磨损面7a由于较强地反射照明而明亮地映出，滑接线7的侧面(以下称为滑接线侧面)7b由于锈、灰尘等而较黑地映出。即，滑接线磨损面7a具有是被暗的部分包围的明亮的像素这样的特征，所以通过GSTH处理而被强调。另一方面，背景部分中映出的物体9在线传感器图像21上较黑地映出，不成为被暗的部分包围的明亮的像素，所以通过GSH处理变得不醒目。
[0088]另外，由于在进行二值化处理之前进行GSTH处理，所以会对灰度图像进行收缩处理以及膨胀处理，即使在滑接线磨损面7a比较暗的图像中，也能够切分滑接线磨损面7a和背景。相对于此，如果在滑接线磨损面7a比较暗的图像中直接进行二值化处理，则存在滑接线磨损面7a被处理为黑色而被背景化的可能性。
[0089]根据上述的本实施例的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，即使在背景上存在所映入的滑接线7以外的物体9的情况下，也能够切分滑接线磨损面7a和背景，所以能够减少滑接线磨损面7a的误检测。
[0090]另外，由于并非是对实施了二值化处理的图像而是对灰度图像进行收缩处理以及膨胀处理，所以即使在滑接线磨损面7a比较暗的图像中也能够切分滑接线磨损面7a和背景。
[0091]实施例2
[0092](标准偏差背景去除)
[0093]使用图13至图16来说明本发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的第2实施例。在本实施例中，通过使用标准偏差来判定亮度均匀的区域，从而去除背景上的亮度的斑。
[0094]在本实施例中，代替上述的第I实施例的GSTH处理部4b而使用图13所示的标准偏差背景去除处理部4f。其他结构与图1以及图2所示的上述结构大致相同，以下，对类似的部件附加同一符号而省略重复的说明，以不同的点为中心而进行说明。[0095]如图13所示，测量用计算机4构成为具备线传感器图像制作部4a、作为背景切分处理单元的标准偏差背景去除处理部4f、二值化处理部4c、滑接线磨损部边缘检测部4d、以及滑接线磨损部宽度计算部4e。
[0096]标准偏差背景去除处理部4f对所输入的线传感器图像进行标准偏差背景去除处理。将由标准偏差背景去除处理部4f制作出的图像(以下称为背景去除图像)经由存储器M2输入给二值化处理部4c。
[0097]在二值化处理部4c中对所输入的背景去除图像实施二值化处理，制作二值化图像。将所制作出的二值化图像经由存储器M2输入到滑接线磨损部边缘检测部4d。
[0098]以下，使用图14，详细说明标准偏差背景去除处理部4f中的处理。在本实施例的基于图像处理的滑接线磨损测定装置中，如图14 (a)所示，标准偏差背景去除处理部4f将线传感器图像31分割为任意的区间(在本实施例中为第一区间S1、第二区间S2、第三区间S3)，并针对各个区间的每一个进行标准偏差背景去除处理。
[0099]首先，对第一区间SI实施标准偏差背景去除处理。在图14 (a)所示的例子中，在第一区间SI中未映出作为对象物的滑接线7，所以标准偏差值变低而判断为第一区间SI整体是背景。将这样地判断为是背景的第一区间SI涂黑为涂覆区间，以使得不对之后的处理造成影响(图14 (b))。
[0100]接下来，对第二区间S2实施标准偏差背景去除处理。在图14 (a)所示的例子中，在第二区间S2中映出了滑接线7，所以标准偏差值变高而判断为在第二区间S2中映出了某种构造物(此处为滑接线7。以下称为映入物)。在这样判断为映出了映入物的情况下，判断作为邻接的区间且结束了标准偏差背景去除处理的区间(此处为第一区间SI)是否为涂覆区间，在是涂覆区间的情况下，进行将直至映入物为止的区域设为背景部分而涂黑的处理(图14(c))。另一方面，在作为邻接的区间且结束了标准偏差背景去除处理的区间(此处为第一区间SI)并非是涂覆区间的情况下，不进行涂覆处理。
[0101]接下来，对第三区间S3实施标准偏差背景去除处理。在图14 (a)所示的例子中，在第三区间S3中未映出滑接线7，所以标准偏差值变低而判断为第三区间S3整体是背景，与第一区间SI同样地，涂黑而作为涂覆区间。进而，关于在第一区间SI以外的区间中被判断为是背景的区间，判断作为邻接的区间且结束了标准偏差去除处理的区间(此处为第二区间S2)是否为涂覆区间，在并非涂覆区间的情况下，进行将该邻接的区间的映入物至第三区间S3为止的区域视为背景部分而涂黑的处理(图14(d))。另一方面，在作为邻接的区间且结束了标准偏差去除处理的区间(此处为第二区间S2)是涂覆区间的情况下，进行仅将第三区间S3涂黑的处理。
[0102]此处，如图15 (a)所示，摄像了例如二个滑接线7-1、7_2等，在邻接的区间中都存在映入物、或者在一个区间中存在二个映入物，从而在线传感器图像31中存在二个以上的映入物的情况下，进行了上述处理的结果，有时如图15 (b)所示，成为二个滑接线7-1、7-2之间未被涂覆的状态。在这样的情况下，针对未进行涂覆的区域，如图15 (c)所示，使区间细分化而对该细分化了的区间再次进行同样的处理，进行涂覆二个映入物之间的背景的处理，从而如图15 (d)所示地切分映入物和背景。
[0103]另外，在能够预先预测在线传感器图像31中摄像有二个以上的映入物时的映入物之间的距离的情况下，只要在将线传感器图像分割为任意的区间时以在一个区间或者邻接的区间中不存在二个以上的映入物的方式设定区间的大小，就能够通过一次处理而切分映入物和背景，所以优选。具体而言，在将区间的分割尺寸设为B、将映入物之间的最小距离设为L时，以满足以下的(I)式的方式分割区间即可。
[0104]B〈L/2…(I)
[0105]通过以上的处理，得到去除了背景上的亮度的斑的背景去除图像32。
[0106]在二值化处理部4c中对所输入的背景去除图像32实施二值化处理，制作二值化图像。将所制作出的二值化图像经由存储器M2输入到滑接线磨损部边缘检测部4d。
[0107]使用图16，说明本实施例的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的测量用计算机4中的图像处理的流程。
[0108]如图16所示，在本实施例中，测量用计算机4首先在线传感器图像制作部4a中，进行通过按时间序列来排列从线传感器2输入的图像信号来制作线传感器图像31的处理(步骤PlI)。
[0109]接下来，在标准偏差背景去除处理部4f中对线传感器图像31进行上述标准偏差背景去除处理(步骤P12)，之后，在二值化处理部4c中对在步骤P12中得到的背景去除图像32进行二值化处理(步骤P13)。由此，得到二值化图像。
[0110]接着步骤P13，在滑接线磨损部边缘检测部4d中，进行抽出表示二值化图像的背景的黑色与表示滑接线磨损面7a的白色的边界而而作为左右的边缘点的处理(步骤P14)。由此，能够得到边缘数据。
[0111]接着步骤P14，在滑接线磨损部宽度计算部4e中，进行将左右的边缘点之间的距离计算为滑接线磨损面7a的图像上的宽度，并将其变换为实际的滑接线7的磨损量的处理(步骤P15)。
[0112]通过进行上述处理，能够`通过本实施例的测量用计算机4测定滑接线7的磨损量。
[0113]在线传感器图像中，作为背景的天空在映出云、蓝天时变为模糊的无弛张的空间，相对于此，作为测定对象的滑接线7也有时对焦而清楚地出现明暗。在本实施例中，利用该现象，将图像划分为任意的区间并取得该区间内的标准偏差，确认亮度的偏差状况。此时，在区间内的亮度的偏差大的情况下，判断为映出有滑接线，在亮度的偏差小的情况下，判断为是背景。而且，关于判断为背景的区间，进行涂黑处理以使得不会对之后的处理造成影响，通过明确该区间是背景而减少滑接线的误检测。
[0114]进而，在不进行涂覆的区间中，在对其相邻的区间进行了涂覆处理的情况下，对其相邻的区间至该区间内的映入物为止的区域也进行涂覆处理。由此，能够掩埋在涂覆区间至未涂覆的区间的映入物之间出现的空白区域(虽然是背景但未涂覆的像素)，能够进一步减少误检测。另外，在本实施例中，设为相比于涂覆区间的平均亮度值，将亮度差是一定值以上的像素检测为映入物部位。
[0115]根据上述本实施例的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，即使在背景上存在亮度的斑的情况下，也能够切分滑接线磨损面7a和背景，所以能够减少滑接线磨损面7a的误检测。
[0116]另外，即使是未进行涂覆的区间，由于设为在邻接的区间是涂覆区间时涂覆到映入物为止，所以能够可靠地切分滑接线磨损面和背景。
[0117]另外，在本实施例中，示出了在标准偏差背景去除处理部4f中涂黑视为背景的区域的例子，但不限于将视为背景的区域涂黑，例如，当然也能够预先将视为背景的区域设为掩模像素而存储到存储器空间中，并将该掩模像素设为不进行以后的处理的像素等，能够在不脱离本发明的要旨的范围内，进行各种变更。
[0118]实施例3
[0119](白天磨损测定)
[0120]使用图17以及图18，说明本发明的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的第3实施例。本实施例是对图2所示的第I实施例的测量用计算机4追加了图13所示的第2实施例的标准偏差背景去除处理部4f的例子。其他结构与上述第I实施例的结构大致相同，以下对类似的部件附加同一符号而省略了重复的说明，以不同的点为中心进行说明。
[0121]如图17所示，在本实施例中，测量用计算机4构成为具备线传感器图像制作部4a、GSTH处理部4b、标准偏差背景处理部4f、二值化处理部4c、滑接线磨损部边缘检测部4d、以及滑接线磨损部宽度计算部4e。
[0122]在本实施例中，GSTH处理部4b对所输入的线传感器图像进行GSTH处理。将由此制作出的GSTH图像经由存储器M2输入给标准偏差背景去除处理部4f。
[0123]标准偏差背景去除处理部f对所输入的GSTH图像进行标准偏差背景去除处理。将由此制作出的背景去除图像经由存储器M2输入给二值化处理部4c。
[0124]二值化处理部4c对所输入的背景去除图像实施二值化处理，制作二值化图像。将所制作出的二值化图像经由存储器M2输入给滑接线磨损部边缘检测部4d。
[0125]使用图18，说明本实施例的基于图像处理的滑接线磨损测定装置的测量用计算机4中的图像处理的流程。
[0126]如图18所示，在本实施例中，测量用计算机4首先在线传感器图像制作部4a中，进行通过按时间序列来排列从线传感器2输入的图像信号而制作线传感器图像31的处理(步骤P21)。
[0127]接下来，在GSTH处理部4b中对线传感器图像进行GSTH处理(步骤P22)。由此，得到GSTH图像。之后，在标准偏差背景去除处理部4f中对GSTH图像进行标准偏差背景去除处理(步骤P23)。由此，得到背景去除图像。
[0128]接下来，在二值化处理部4c中对在步骤P23中得到的背景去除图像进行二值化处理(步骤P24)。由此，得到二值化图像。
[0129]接着步骤P24，在滑接线磨损部边缘检测部4d中，进行抽出表示二值化图像的背景的黑色与表示滑接线磨损面7a的白色的边界而作为左右的边缘点的处理(步骤P25)。由此，能够得到边缘数据。
[0130]接着步骤P25，在滑接线磨损部宽度计算部4e中，进行计算左右的边缘点之间的距离而作为滑接线磨损面7a的图像上的宽度，并将其变换为实际的滑接线7的磨损量的处理(步骤P26)。
[0131]通过进行上述处理，能够通过本实施例的测量用计算机4测定滑接线7的磨损量。
[0132]根据本实施例的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，相比于第I实施例、第2实施例，能够去除滑接线以外的映入物和亮度的斑这两方，所以能够进一步提高精度。
[0133]另外，通过首先进行GSTH处理去除滑接线7以外的映入物，之后进行标准偏差背景去除处理，能够更高精度地进行滑接线的磨损测定。[0134]另外，在本实施例中，也可以使作业者能够根据摄影环境、摄影条件来选择是否需要GSTH处理、标准偏差背景去除处理(例如通过设定文件来设定处理的0N/0FF)等，当然也可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种变更。
[0135]产业上的可利用性
[0136]本发明适用于基于图像处理的滑接线磨损测定装置。
【权利要求】
1.一种基于图像处理的滑接线磨损测定装置，具备: 线传感器照相机，在车辆的顶棚上使其扫描线方向相对车辆的前进方向垂直并且水平地设置，对滑接线进行摄影； 照明单元，同样地设置在所述车辆的顶棚上，照射所述滑接线；以及 图像处理单元，设置于所述车辆的内部， 所述基于图像处理的滑接线磨损测定装置的特征在于， 所述图像处理单元具备: 线传感器图像制作单元，制作按时间序列来排列从所述线传感器照相机输入的图像信号而成的线传感器图像； 背景切分处理单元，对所输入的图像进行所述滑接线和背景的切分； 二值化处理单元，对所输入的图像进行二值化处理来制作二值化图像； 滑接线磨损部边缘检测单元，对所输入的图像检测所述滑接线的磨损部分的两侧的边缘；以及 滑接线磨损部宽度计算单元，从所述磨损部分的两侧的边缘的位置检测所述滑接线的磨损量。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，其特征在于， 所述背景切分处理单元是GSTH处理单元，该GSTH处理单元对所输入的图像进行GSTH处理而制作强调了所述图像中的所述滑接线的磨损部分的GSTH图像。
3.根据权利要求2所述的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，其特征在于， 所述GSTH处理单元对所述线传感器图像进行GSTH处理而制作强调了所述线传感器图像中的所述滑接线的磨损部分的所述GSTH图像， 所述二值化处理单元对所述GSTH图像进行二值化处理而制作所述二值化图像， 所述滑接线磨损部边缘检测单元对所述二值化图像检测所述边缘。
4.根据权利要求1所述的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，其特征在于， 所述背景切分处理单元是标准偏差背景去除处理单元，在该标准偏差背景去除处理单元中，将所输入的图像分割为任意的区间，针对各所述区间中的每一个区间进行标准偏差背景去除处理而针对各所述区间中的每一个区间判断在该区间中是否映出了对象物，进行在该区间中映出了对象物且在邻接的区间中未映出所述对象物的情况下将所述邻接的区间至所述对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出对象物且在邻接的区间中映出了所述对象物的情况下将所述邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像。
5.根据权利要求4所述的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，其特征在于， 所述标准偏差背景去除处理单元在进行了所述标准偏差背景去除处理的所述区间中存在未被视为背景的区域的情况下，将该区间细分化而再次针对各所述细分化了的每个区间进行标准偏差背景去除处理，针对各所述细分化了的每个区间判断在该区间中是否映出了所述对象物，进行在该区间中映出了所述对象物且在邻接的区间中未映出所述对象物的情况下将所述邻接的区间至所述对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出所述对象物且在邻接的区间中映出了所述对象物的情况下将所述邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像。
6.根据权利要求4所述的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，其特征在于， 所述任意的区间的大小是存在所述对象物的区间不连续的大小。
7.根据权利要求4至6中的任意一项所述的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，其特征在于， 所述标准偏差背景去除处理单元对所述线传感器图像进行标准偏差背景去除处理而制作抽出了所述线传感器图像中的所述滑接线的所述背景去除图像， 所述二值化处理单元对所述背景去除图像进行二值化处理而制作所述二值化图像， 所述滑接线磨损部边缘检测单元对所述二值化图像检测所述边缘。
8.根据权利要求2或者3所述的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，其特征在于， 在所述图像处理单元中，作为所述背景切分处理单元还具备标准偏差背景去除处理单元，在该标准偏差背景去除处理单元中，将所输入的图像分割为任意的区间，针对各所述区间中的每一个区间进行标准偏差背景去除处理而针对各所述区间中的每一个区间判断在该区间中是否映出了对象物，进行在该区间中映出了对象物且在邻接的区间中未映出所述对象物的情况下将所述邻接的区间至所述对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出对象物且在邻接的区间中映出了所述对象物的情况下将所述邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像。
9.根据权利要求8所述的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，其特征在于， 所述标准偏差背景去除处理单元在进行了所述标准偏差背景去除处理的所述区间中存在未被视为背景的区域的情况下，将该区间细分化而再次针对各所述细分化了的每个区间进行标准偏差背景去除处理，针对各所述细分化了的每个区间判断在该区间中是否映出了所述对象物，进行在该区间中映`出了所述对象物且在邻接的区间中未映出所述对象物的情况下将所述邻接的区间至所述对象物为止的区域视为背景、并且在该区间中未映出所述对象物且在邻接的区间中映出了所述对象物的情况下将所述邻接的区间的对象物至该区间为止的区域以及该区间视为背景的标准偏差背景去除处理来制作背景去除图像。
10.根据权利要求8所述的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，其特征在于， 所述任意的区间的大小是存在所述对象物的区间不连续的大小。
11.根据权利要求8所述的基于图像处理的滑接线磨损测定装置，其特征在于， 所述GSTH处理单元对所述线传感器图像进行GSTH处理而制作强调了所述线传感器图像中的所述滑接线的磨损部分的所述GSTH图像， 所述标准偏差背景去除处理单元对所述GSTH图像进行标准偏差背景去除处理而制作抽出了所述GSTH图像中的所述滑接线的所述背景去除图像， 所述二值化处理单元对所述背景去除图像进行二值化处理来制作所述二值化图像， 所述滑接线磨损部边缘检测单元对所述二值化图像检测所述边缘。
【文档编号】B60M1/28GK103620339SQ201280030346
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月18日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】松原一隆, 渡部勇介, 加藤健次 申请人:株式会社明电舍