JPH0710003A - 鉄道車両用支障物検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制動距離以遠における支障物の検出及び支障
物までの距離の計測を可能とし、高い安全性を得ると共
にシステムの複雑化を防止する。 【構成】 走行する鉄道車両の前方を撮影する赤外線カ
メラ１１及び進路上に存在する支障物までの距離を計測
するレーザ測距センサ１９を設置する。赤外線カメラ１
１の撮影画像をＡ／Ｄ変換器１２を介して画像メモリ１
３に記憶する。また、走行する車両の速度を検出する車
速センサ１、現在位置を検出するキロ程センサ１５及び
予め路線データを記憶させた路線データメモリ１６を設
ける。上記車速センサ１、キロ程センサ１５からの検出
信号及びメモリ１６に記憶された路線データに基づいて
画像メモリ１３に記憶された画像内に支障物があるかど
うかを演算装置１４により判定し、この判定結果及び上
記レーザ測距センサ１９により計測した支障物までの距
離を出力装置１７に出力して運転者に報知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走行中の鉄道車両の進
路上に存在する支障物を検知する鉄道車両用支障物検知
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】列車、電車等の鉄道車両の運行に際し、
車両の安全を確保するために走行する車両から前方を撮
影し、この撮影画像から進路上の支障物の有無を判定す
ることが考えられる。この場合、問題となるのは支障物
までの距離Ｌａである。車両の制動距離をＬとした場
合、もしもＬ＜Ｌａであれば衝突は回避可能である。し
かし、Ｌ＞Ｌａであれば折角支障物を検知できたとして
も衝突してしまう。従って、支障物は車両の前方Ｌ（制
動距離）以遠で検知されなければ意味がない。更に、運
転者が判断するための余裕ΔＬを考慮すると、（Ｌ＋Δ
Ｌ）以遠で障害物を検知する必要がある。

【０００３】上記撮影画像の画面内での（Ｌ＋ΔＬ）前
方のレールの位置を判断する方法としては、以下の２通
りの方法が考えられる。 （１）２本のレール間距離は一定である。この特徴を利
用して、予め（Ｌ＋ΔＬ）前方でレール間が何画素にな
るかをカメラの画角から計算しておいて、画面内での
（Ｌ＋ΔＬ）前方のレールの位置を求める。

【０００４】しかしながら、この方法は線路が直進して
いる場合のみ有効であり、カーブしている場合には正確
な位置を計算できない。そこで、次の方法が考えられ
る。 （２）カメラを２台用いて、三角測量により距離を計算
し、（Ｌ＋ΔＬ）前方のレールの位置を決定する。

【０００５】画面内で（Ｌ＋ΔＬ）前方のレールの位置
が分かれば、その位置を中心にして支障物有無の検査を
行う領域（支障物探索エリア）を設定し、同領域内で画
像処理を行う事により支障物の有無を判定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記（１）、（２）の
方法は、共に画像処理等を行うことにより画面内でのレ
ールの位置を識別・認識する必要がある。その上で、
（１）、（２）の方法により（Ｌ＋ΔＬ）前方の位置を
求める。しかし、（１）では線路がカーブしている場合
に位置を決定することが不可能であり、（２）ではカメ
ラ間の距離を車体の横幅以上にすることはできない。カ
メラ間距離が十分にとれないため精度的に問題がある。
更に、カメラを２台用いるためシステム全体が複雑化
し、計算所用時間も長くなり、その上コスト高になると
いう問題がある。

【０００７】また、上記支障物探索エリア内で画像処理
を行うことにより検知された支障物は、車両の前方（Ｌ
＋ΔＬ）から無限遠点（理論上）の間に存在する支障物
である。支障物までの距離Ｌａに応じて運転者の対応は
変化する。Ｌａが（Ｌ＋ΔＬ）よりも少し大きければ急
ブレーキをかける必要がある。Ｌａが（Ｌ＋ΔＬ）より
もかなり大きければ汽笛を鳴らして様子を見ればよい。
支障物までの距離を知る方法としての画面内での支障物
の大きさとカメラの画角から計算する方法が考えられる
が、支障物の大きさは千差万別であり、この方法は不可
能である。

【０００８】他方、距離（Ｌ＋ΔＬ）は、列車の速度に
よって決まるものであり、車速により（Ｌ＋ΔＬ）の距
離を変更することはより有効である。本発明は上記の点
を考慮してなされたもので、車両速度から（Ｌ＋ΔＬ）
の距離を計算し、画面内での（Ｌ＋ΔＬ）前方のレール
の位置を正確にしかも短時間で計算して支障物探索エリ
アを設定し、同エリア内での支障物の有無を正確に判定
できると共に、支障物までの距離を計測して運転者に報
知できる鉄道車両用支障物検知装置を提供することを目
的とする。

【０００９】また、本発明は、先行列車有無の検査を行
うべき領域を正確に、しかも短時間で決定でき、制動距
離以遠の領域における先行車両の有無を確実に判定でき
ると共に、制限速度を算出して車両速度を制御できる安
全性の高い鉄道車両用支障物検知装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（第１の発明）第１の発明に係る鉄道車両用支障物検知
装置は、走行する鉄道車両の前方を撮影するように設置
された画像入力装置と、この画像入力装置により撮影さ
れた画像を記憶する画像メモリと、上記走行する車両の
現在位置を検出する位置検出手段と、上記走行する車両
の速度を検出する速度検出手段と、上記画像入力装置で
撮影された画像内でレールがどの様に見えるかを上記位
置検出手段で検出される車両位置に対応した路線データ
として予め記憶しておく路線データメモリと、上記速度
検出手段で検出される速度信号により支障物に対する衝
突回避可能な距離を求め、更に上記位置検出手段で検出
される位置検出信号及び上記路線データメモリに記憶さ
れた路線データから上記画像入力装置で得られた画面内
に支障物探索エリアを設定する支障物探索エリア設定手
段と、上記画像メモリに記憶された画像に対し、上記支
障物探索エリア内に支障物があるかどうかを判定する判
定手段と、上記車両の振動を検知する振動角検知手段
と、上記車両から支障物までの距離を計測する測距手段
と、上記画像入力装置で得られた画面内での支障物の位
置及び上記振動角検知手段で得られる振動角度から支障
物の方向を計算する演算手段と、この演算手段で得られ
た方向情報に基づいて上記測距手段の測距方向を制御駆
動する測距方向制御手段と、上記判定手段により判定し
た支障物の有無及び上記測距手段で計測した支障物まで
の距離を運転者に知らせる報知手段とを備えたことを特
徴とするものである。

【００１１】（第２の発明）第２の発明に係る鉄道車両
用支障物検知装置は、走行する鉄道車両の前方を撮影す
るように設置された画像入力装置と、この画像入力装置
により撮影された画像を記憶する画像メモリと、上記走
行する車両の現在位置を検出する位置検出手段と、上記
走行する車両の速度を検出する速度検出手段と、上記画
像入力装置で撮影された画像内でレールがどの様に見え
るかを上記位置検出手段で検出される車両位置に対応し
た路線データとして予め記憶しておく路線データメモリ
と、上記速度検出手段で検出される速度信号により先行
列車に対する衝突回避可能な距離を求め、更に上記位置
検出手段で検出される位置検出信号及び上記路線データ
メモリに記憶された路線データから上記画像入力装置で
得られた画面内に先行列車探索エリアを設定する先行列
車探索エリア設定手段と、上記画像メモリに記憶された
画像に対し、上記先行列車探索エリア内に先行列車がい
るかどうかを判定する判定手段と、上記車両から先行列
車までの距離を計測する距離計測手段と、この距離計測
手段により計測した先行列車までの距離に基づいて制限
速度を算出し、車両速度を制限する手段とを具備したこ
とを特徴とする。

【００１２】

【作用】

（第１の発明）鉄道の敷設状況をデータ化した路線デー
タを予め路線データメモリに記憶しておき、位置検出手
段により走行中の車両の現在位置（例えば基準点からの
距離）を検出して路線データメモリの記憶内容を読出す
ことにより、車両前方の線路の敷設状況を確認すること
ができる。すなわち、現在位置を原点とする３次元座標
を設定した場合に、任意の距離Ｒ前方のレールの位置ｐ
の座標を一意に定めることができる。走行する車両の前
方を撮影するように設置された画像入力装置、例えば赤
外線カメラでこの点ｐを撮影した場合に画面内でどこに
見えるかは、数学的な座標変換計算で求めることができ
る。従って、任意の距離Ｒ前方のレールが画面内でどこ
に見えるかが分かる。そこで、Ｒ＝（Ｌ＋ΔＬ）とした
場合のレールの画面内での位置を中心にして有限の大き
さの支障物探索エリアを設定し、同エリア内において画
像処理を行うことにより支障物の有無を判定する。更
に、画面内での支障物の位置及び振動角検知センサの出
力から支障物の方向を計算し、測距手段の測距方向を制
御駆動して支障物までの距離を計測する。そして、上記
判定結果に基づく支障物の有無、及び計測した支障物ま
での距離を運転者に報知する。

【００１３】上記のように路線データを用いることによ
り、前方の線路が直線であっても曲がっていても、（Ｌ
＋ΔＬ）前方のレールの画面内での位置を正確に計算す
ることができる。また、速度検出手段により得られる車
両の速度から制動距離Ｌを計算でき、余裕ΔＬは上記制
動距離Ｌから求めることができる。例えば余裕ΔＬは制
動距離Ｌの３０％程度の値に設定する。これにより車速
に応じた（Ｌ＋ΔＬ）を設定でき、より効率的に支障物
検知を行うことができる。また、画像処理等を行うこと
により、画面内でのレールの位置を識別・認識する必要
が無く、大幅に計算時間を短縮できる。更に、測距を行
うことにより支障物までの距離が分かるので、運転者は
支障物までの距離に応じた対応をとることができる。

【００１４】（第２の発明）画像入力装置により撮影し
た車両前方の画像をディジタル化して画像メモリに記憶
する。この画像メモリに記憶された画像データを周知の
各種画像処理アルゴリズムにより２値化しレール部分を
２値画像として抽出し、その２値画像を画像メモリに記
録する。また、位置検出手段から車両の現在位置を読取
り、この現在位置に対応する路線データを路線データメ
モリから読み出す。そして、上記２値画像及び路線デー
タを用いて画面内に先行列車探索エリアを設定し、この
設定エリア内で各種画像処理を行うことにより先行列車
の有無を判定する。

【００１５】先行列車が検出された場合には、距離計測
手段により先行列車までの距離を演算により求める。す
なわち、距離計測手段は、路線データメモリから読出し
た路線データを用いて画像処理により先行列車までの距
離を計測する。この計測処理により求めた先行列車まで
の距離に応じて車両の制限速度を演算処理により求め、
適性速度になるように車両速度を制限する。これにより
先行列車との距離を安全距離に保つことができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
を説明する。 （第１実施例）図１は本発明の第１実施例に係る鉄道車
両用支障物検知装置の構成を示すもので、撮像手段とし
ての赤外線カメラ１１を備えている。この赤外線カメラ
１１は図２で示すように列車車両１０の先頭位置に取り
付けられ、車両の前方を撮影する。このカメラで撮影さ
れた映像信号は、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換
器１２でディジタルデータに変換される。そして、この
Ａ／Ｄ変換器１２からの出力信号は、演算装置１４から
の命令に基づいて画像メモリ１３に書き込まれる。

【００１７】上記演算装置１４には、車両１０の速度を
検出する車速センサ１からの車速信号、車両１０の現在
位置を検出するキロ程センサ１５からのキロ程（基準点
からの距離）信号、及び予め路線データメモリ１６に記
憶されている路線データ、ジャイロセンサ１８からの車
両１０の振動角度、レーザ測距センサ１９からの支障物
までの距離が供給される。

【００１８】上記車速センサ１及びキロ程センサ１５
は、図２で示すように車両１０の車輪に取り付けられて
おり、例えばその回転数に対応した速度データ及び距離
データを出力する。

【００１９】また、路線データメモリ１６には、その一
例を図３（ａ），（ｂ）に示すようにキロ程に対応する
線路形状を示す路線データが記憶される。この図３に示
す例では、キロ程０から１００までは半径５０ｍ，交角
９０°の右（Ｒ）カーブであり、その次に４００ｍの直
線が続き、キロ程５００から７００までが半径１００
ｍ，交角６０°の左（Ｌ）カーブであり、その後１００
ｍの直線が続いている。上記図３において、ＢＴＣ（Bi
ginning of Transition Curve ）は緩和曲線起点、ＢＣ
Ｃ（Biginning of Circular Curve ）は円曲線起点、Ｅ
ＣＣ（END of Circular Curve ）は円曲線終点、ＥＴＣ
（END of Transition Curve ）は緩和曲線終点を示して
いる。上記図３に示した路線データは水平方向のもので
あるが、垂直方向の路線データも同様に例えばキロ程に
対応した線路の勾配が路線データメモリ１６に記録され
る。

【００２０】上記ジャイロセンサ１８及びレーザ測距セ
ンサ１９は、図２に示すように赤外線カメラ１１の近く
に設置されており、ジャイロセンサ１８はカメラ取付位
置における車両１０のヨーイング角度及びピッチング角
度を出力する。

【００２１】上記図１における演算装置１４は、大きく
分けて４つの部分、つまり、２値化手段１４ａ、支障物
探索エリア設定手段１４ｂ、支障物有無判定手段１４ｃ
及びレーザビーム方向設定手段１４ｄから成っている。
２値化手段１４ａは、画像メモリ１３から画像データを
得た後、各種画像処理アルゴリズムにより２値化を行
い、この２値画像を画像メモリ１３に記録する。支障物
探索エリア設定手段１４ｂは、車速センサ１からの車速
信号、キロ程センサ１５からのキロ程信号、路線データ
メモリ１６からの路線データ及び画像メモリ１３からの
２値画像を用いて支障物有無の検査を行う領域（支障物
探索エリア）を画面内に設定する。支障物有無判定手段
１４ｃは、上記領域（支障物探索エリア）内で各種画像
処理を行うことにより支障物の有無を判定する。レーザ
ビーム方向設定手段１４ｄは、画面内での支障物の位置
及びジャイロセンサ１８の出力から支障物の方向を計算
し、レーザ測距センサ１９に出力する。

【００２２】レーザ測距センサ１９は、レーザビーム方
向設定手段１９ａ及びレーザ測距手段１９ｂから成って
いる。レーザビーム方向設定手段１９ａは、レーザビー
ム方向設定手段１４ｄにより出力された支障物の方向に
基づいてレーザビームの方向を制動駆動する。レーザ測
距手段１９ｂは、上記レーザビーム方向制御駆動手段１
９ａによって定められた方向にレーザ測距を行い、支障
物までの距離を演算装置１４に出力する。

【００２３】そして、上記演算装置１４により求めた支
障物の有無及び支障物までの距離が出力装置１７に送ら
れて運転者に報知される。図４は上記演算装置１４にお
ける動作の流れを示すものである。ステップ１０１で、
車両の現在位置に対応するキロ程を設定する。次のステ
ップ１０２で、赤外線カメラ１１の出力をＡ／Ｄ変換器
１２でディジタル化し、画像メモリ１３に記憶する。ス
テップ１０３では、上記画像メモリ１３に記憶された画
像データを周知の各種画像処理アルゴリズムにより２値
化しレール部分を２値画像として抽出し、その２値画像
を画像メモリ１３に記録する。

【００２４】ステップ１０４で、キロ程センサ１５から
車両の現在位置に対応するキロ程を読み取る。ステップ
１０５では、このキロ程に対応する路線データを路線デ
ータメモリ１６から読み出す。次にステップ１２０で、
車速センサ１により検出した車速信号（車両速度）を読
み取る。ステップ１０６では、上記２値画像及び路線デ
ータを用いて後述する方法に従って画面内に支障物探索
エリアを設定する。ステップ１０７で、上記支障物探索
エリア内で後述する各種画像処理を行うことにより支障
物の有無を判定する。

【００２５】そして、次のステップ１０８で上記ステッ
プ１０７で支障物が検出されたかどうかを判断し、支障
物が検出された場合にはステップ１０９に進み、後述す
る方法によりレーザビームの方向を設定し、ステップ１
１０でレーザ測距を行って支障物までの距離を計測す
る。ステップ１１１で支障物の存在及び支障物までの距
離を運転者に報知するような出力表示を実行させる。ス
テップ１１２で運転終了かどうかを判断し、終了ならば
本処理は終了し、運転終了でなければステップ１０２に
戻って上記動作を繰り返す。

【００２６】次に、上記ステップ１０６における支障物
探索エリアを設定する方法について説明する。図５は上
記方法の処理の流れの一例を示すものである。ステップ
２０１は、前記ステップ１０４，１０５に相当してい
る。この操作により、進行方向前方の線路の敷設状況が
分かる。ステップ２０５は、車速に対応した制動距離Ｌ
と運転者が判断するための余裕ΔＬの和を計算する。制
動距離Ｌは、車速、車体重量、ブレーキ特性等から計算
可能であり、余裕ΔＬは例えば制動距離Ｌの３０％程度
に設定すれば良い。

【００２７】次にステップ２０２で、図６に示すような
３次元座標系２０を設定し、（Ｌ＋ΔＬ）ｍ前方の左右
のレールの中央の点ｐ２１の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を計算
する。ステップ２０３では、赤外線カメラ１１で点ｐ２
１を撮影した場合、図７に示すように点ｐが画像２３内
で見える位置（ｍ，ｎ）２４を計算する。

【００２８】図７は赤外線カメラ１１により撮影後、画
像メモリ１３に記憶されているディジタル画像である。
座標（ｍ，ｎ）２４は、前記３次元座表系２０で一意に
定めることのできるカメラ取付位置、角度及びカメラの
画角をパラメータとする数学的な座標変換計算で与えら
れる。ステップ２０４では、画面内で点ｐが見える位置
（ｍ，ｎ）２４を中心にして支障物探索エリア２５を設
定する。支障物探索エリアの大きさは任意であるが、大
きすぎると無意味であり、小さ過ぎると検査すべき領域
を含まなくなり問題である。

【００２９】以下に支障物探索エリアの大きさを設定す
る方法の一例を示す。車両の建築限界を考慮すると、線
路上３．８ｍ×３．８ｍの領域に支障物がなければ問題
はないと考えられる。そこで、（Ｌ＋ΔＬ）ｍ前方の
３．８ｍ×３．８ｍの領域が画面内でどの程度の大きさ
になるのかを計算する。例えば（Ｌ＋ΔＬ）が１５００
ｍの場合について考える。これは、水平及び垂直方向の
画素数、カメラの水平及び垂直方向の画角によって決ま
る。画素数を６４０×４８６、画角を３．５°×２．７
°とすれば、１５００ｍ前方の３．８ｍ×３．８ｍの領
域は画面内で２７×２７（画素）の大きさになる。そこ
で、上記座標（ｍ，ｎ）２４を中心に図７に示すように
２７×２７（画素）の大きさの支障物探索エリア２５を
設定する。上記（Ｌ＋ΔＬ）の距離が１５００ｍ以外の
場合も同様にして画面内での支障探索エリアの大きさを
決定することができる。

【００３０】本実施例では、路線データとして図３に示
すような線路の敷設状況を表すデータを用いて上記座標
（ｍ，ｎ）２４を毎回計算しているが、上記ステップ２
０３で求めた座標（ｍ，ｎ）２４をキロ程と対応させて
記憶しておき、路線データとして用いることも考えられ
る。即ち、キロ程に対応する上記座標（ｍ，ｎ）２４が
分かりさえすれば路線データは何れの形で記憶しても良
い。

【００３１】上記図５に示した方法は、車両の振動の影
響が無視できる様な場合に可能である。実際には振動の
ため車両に対するカメラ取付位置及び角度が変化し、画
像に位置ズレが生じる。即ち、車両が静止していた場合
の画像とは異なった画像が撮像される。上記ステップ２
０３で求めた点ｐが画像２３内で見える位置（ｍ，ｎ）
２４は車両が静止していた場合の画面内での位置であ
る。振動のためカメラ取付位置及び角度が大きく変化し
た場合に、上記位置（ｍ，ｎ）２４が画面内でずれてし
まい問題となる。そこで、振動の影響を排除する方法の
処理流れを図８に示す。

【００３２】図８のステップ２０１は、図５のステップ
２０１と同じ内容である。ステップ３０１では、路線デ
ータメモリ１６に記憶された路線データを用いて左右の
レールを描画した図９に示すレール画像３０を画像メモ
リ１３上に生成する。レール画像３０は、例えば、ビッ
ト“０”の背景にビット“１”でレールを描いたような
２値画像である。

【００３３】レール画像３０の生成方法の一例を以下に
示す。図５のステップ２０２において（Ｌ＋ΔＬ）ｍ前
方の点だけではなく、例えば２００〜１５００ｍ前方の
点を１００ｍおきに計算し、ステップ２０３でその画面
内での座標を求める。それらは、レール中央部の座標で
あるため、距離に応じたレール間画素数を加えることに
より左右のレールの座標を求める。その座標を直線で結
び２００〜１５００ｍ前方の左右のレール画像を生成す
る。必ずしも２００〜１５００ｍを１００ｍおきに計算
する必要は全くなく、臨機応変に変更して良いことは言
うまでもない。また、前述したように、上記ステップ３
０１で計算した２００〜１５００ｍ前方１００ｍ毎の左
右のレールの画面内での座標をキロ程と対応させて記憶
しておき、路線データとして用いることも考えられる。
その他、路線データの記憶方法としては、キロ程に対応
するレール画像３０が生成できさえすれば何れの方法で
も問題はない。

【００３４】ステップ３０２では、ステップ１０３によ
り生成された図１０に示すレール部分を抽出した２値画
像３１と上記レール画像３０との相関を取ることにより
ズレ量ρｍ，ρｎを求める。上記２値画像３１は図１０
に示すように、例えばレール３４ａ部分がビット“１”
で表されている様な２値画像である。上記ズレ量ρｍ３
５ｍは図１１に示すように、実際のレール３４と描画し
たレール３３の水平方向（ｍ軸方向）にずれている画素
数であり、ズレ量ρｎ３５ｎは垂直方向（ｎ軸方向）に
ずれている画素数である。

【００３５】図９に示すようにレール画像３０に、描画
したレール３３を囲むようなウィンドウ３２を設定す
る。２枚の画像が全く重なった状態から一方の画像を上
下左右にずらしてウィンドウ３２内での相関値を求め
る。具体的には、レール画像３０と２値画像３１の論理
積画像を求めてウィンドウ３２内でのビット“１”の総
和を相関値とする。相関値が最大となるときの水平方向
のずらし量をズレ量ρｍ、垂直方向のずらし量をズレ量
ρｎと見なす。相関を取るウィンドウの設定の仕方は必
ずしも上記の方法である必要はなく、ズレ量ρｍ，ρｎ
を正確に求めることができさえすれば何れのウィンドウ
でも良い。

【００３６】次にステップ３０３で上記ズレ量ρｍ３５
ｍ，ρｎ３５ｎを補正して支障物探索エリア２５を設定
する。図１２に示すように、（Ｌ＋ΔＬ）ｍ前方のレー
ルの中央の点ｐ２１が画像２３内で見える位置（ｍ，
ｎ）２４をズレ量ρｍ３５ｍ，ρｎ３５ｎだけ補正した
点（ｍ＋ρｍ，ｎ＋ρｎ）３６を中心にして（Ｌ＋Δ
Ｌ）に対応した大きさの支障物探索エリア２５を設定す
る。すなわち、画面内でのズレ量を求め、そのズレ量だ
け補正することにより正確な支障物探索エリア２５を設
定することができる。

【００３７】図４のステップ１０７における支障物有無
判定処理の一例を図１３に示す。本装置は撮像手段とし
て赤外線カメラ１１を使用している。赤外線カメラ１１
で自動車等の支障物を撮影すると、エンジン等の高温部
分が明るく映るという特徴がある。この特徴を利用し
て、支障物探索エリア２５内に高輝度部分が存在すれば
支障物有りと判断する。ステップ４０１では、画像メモ
リ１３に記憶されているディジタル画像２３から、支障
物探索エリア２５内の画像データを取り出す。ステップ
４０２では例えば適当な閾値でもって上記画像データを
２値化し、高輝度部分（背景に比べて輝度が高い部分）
を抽出する。この場合、例えば高輝度部分はビット
“１”で、その他の部分は“０”とする。

【００３８】ステップ４０３では、上記ステップ４０２
により生成された２値画像に高輝度部分が抽出されてい
るかどうかを判定する。判定方法の一例とし、ビット
“１”の部分が存在すれば支障物ありと判断し、ステッ
プ４０４Ｙに進む。支障物無しの場合はステップ４０４
Ｎに進む。本方法は、支障物探索エリア２５内の高輝度
部分の存在有無により支障物の有無を判定するものであ
り、ステップ４０２における２値化の方法は高輝度部分
を抽出できる方法であれば何れの方法であっても良く、
またステップ４０３の高輝度部分有無の判定方法も必ず
しも上記方法でなければならないという理由は全く無
い。

【００３９】以上の処理により得られた支障物有無判定
結果４０４Ｙ或いは４０４Ｎが図４のステップ１０８に
出力され、支障物が存在すればステップ１０９に進んで
支障物までの距離を計測する。ここではレーザビームを
用いて測距を行う方法を示す。なお、測距手段として必
ずレーザビームを用いなくてはならないという理由は全
くなく、支障物までの距離が計測できさえすれば何れの
手段であってもよい。

【００４０】図４におけるステップ１０９のレーザビー
ム方向設定処理の一例を以下に示す。図１４は支障物が
存在する画像である。画面の大きさを２Ｍ×２Ｎ（画
素）とし、カメラ画角を水平方向２θｈ（°）、垂直方
向２θｖ（°）とする。画面内での支障物の座標４１を
（ｍ0 ，ｎ0 ）とし、画面中心４０を（Ｍ，Ｎ）とす
る。このときカメラの光軸から見た支障物の方向角度
（水平方向をΘｈ、垂直方向をΘｖとする）は次式で与
えられる。ただし、水平方向は中心より右側を正とし、
垂直方向は中心より上側を正とする。

【００４１】Θｈ＝（ｍ0 −Ｍ）・θｈ／Ｍ Θｖ＝−（ｎ0 −Ｎ）・θｖ／Ｎ 図１５は車両を正面から見た図である。赤外線カメラ１
１、レーザ測距センサ１９は同軸上に設置してあり、そ
の光軸上に設置してあり、その光軸は同じ方向である。
ゆえにレーザ測距センサ１９から見た支障物の方向角度
Θｈ′，Θｖ′は、レーザ測距センサ１９と赤外線カメ
ラ１１の取付け位置高さの差Δｈ４２を補正したものと
なる。この計算は数学的な座標変換で与えられる。他
方、画像を赤外線カメラ１１から取込んで上記処理を行
っている間に車両は進行している。このためレーザ測距
を行う時の支障物方向角度が画像を取込んだ時点での支
障物方向角度とは異なってしまう。上記のような事態を
回避するため、図１５に示すようにジャイロセンサ１８
を赤外線カメラ１１の近くに取付ける。ジャイロセンサ
１８はカメラ取付位置における車両のヨーイング角度α
及びピッチング角度βを出力する。画像取込み時のヨー
イング角度をα0 、ピッチング角度をβ0 とする。レー
ザ測距を行う直前のヨーイング角度をα1 、ピッチング
角度をβ1 とする。レーザ測距センサ１９から見た支障
物方向角度Θｈ′，Θｖ′は、最終的に次式で与えられ
る。

【００４２】Θｈ′＝Θｈ′＋（α1 −α0 ） Θｖ′＝Θｖ′＋（β１−β0 ） 次に図４におけるステップ１１０のレーザ測距の一例を
以下に示す。上記のΘｈ′，Θｖ′が図１のレーザビー
ム方向設定手段１４ｄからレーザビーム方向制御駆動手
段１９ａに渡されてレーザ測距が行われる。

【００４３】図１６にレーザビーム方向制御駆動手段１
９ａの原理の一例を示す。これは、ウエッジプリズム回
転方式と呼ばれるものである。くさび状のプリズム４
４，４５を回転することによりレーザビームを任意の方
向に振らせる。図１７はプリズム４４，４５を横方向か
ら見た図である。同図に示すようにウエッジでのレーザ
ビームの屈折する角度４８をθとすると、図１６に示す
ようにビームの走査できる範囲４６は４θの円錐形の範
囲になる。２個のプリズム４４，４５のうち１個のプリ
ズムで周方向の位置を、もう１個のプリズムで半径方向
の位置を変化させることができる。即ち、プリズム４
４，４５の回転角度を制御することにより、所定の方向
にレーザビームを振らせることができる。

【００４４】図１８にレーザビーム方向制御駆動手段１
９ａの一例を示す。レーザビームの方向角度Θｈ′，Θ
ｖ′がレーザビーム方向設定手段１４ｄからレーザビー
ム方向制御駆動手段１９ａ内のサーボドライバ５０に渡
される。このサーボドライバ５０は角度Θｈ′に対応し
た量だけモータ５１ａを回転させてウエッジプリズム４
４を回転させる。モータ５１ａにはエンコーダ５２ａが
取付けてあり、その回転角度がサーボドライバ５０にフ
ィードバックされて制御される。同様にΘｖ′に対応し
た量だけモータ５１ｂを回転させてウエッジプリズム４
５を回転させる。モータ５１ｂにはエンコーダ５２ｂが
取付けてあり、その回転角度がサーボドライバ５０にフ
ィードバックされて制御される。一方、レーザ測距手段
１９ｂから出力されたレーザビーム４７はウエッジプリ
ズム４４，４５を通過することにより支障物の方向に向
かう。これにより例えばパルス時間差計数法により支障
物までの距離が計測され、演算装置１４にその値が渡さ
れる。この結果、図４のステップ１１１で演算装置１４
により出力装置１７を介して運転者に支障物の存在及び
支障物までの距離が報知される。

【００４５】なお、上記実施例では、例えば踏切に停止
している自動車等を支障物として検出する場合について
示したが、その他、先行列車との距離が近付いた場合に
は、上記実施例と同様にして先行列車を支障物として対
処することができる。すなわち、上記実施例と同様の処
理により先行列車の有無を判定し、先行列車がいる場合
は、先行列車までの距離を計測し、その距離に応じて車
両の制限速度を演算処理により求め、適性速度になるよ
うに車両速度を制限する。これにより先行列車との距離
を安全距離に保つことができる。

【００４６】（第２実施例）次に本発明の第２実施例に
ついて説明する。この第２実施例は、先行列車を支障物
として検知する場合の他の例を示したものである。

【００４７】図１９は本発明の第２実施例に係る鉄道車
両用支障物検知装置の構成を示すブロック図である。同
図において、１１ａは車両の前方を撮影するＣＣＤカメ
ラであり、このＣＣＤカメラ１１ａで撮影された映像信
号は、Ａ／Ｄ変換器１２でディジタルデータに変換さ
れ、演算装置１４からの命令に基づいて画像メモリ１３
に書き込まれる。

【００４８】上記演算装置１４には、車両の速度を検出
する車速センサ１からの車速信号、車両の現在位置を検
出するキロ程センサ１５からのキロ程信号、及び予め路
線データメモリ１６に記憶されている路線データが供給
される。

【００４９】上記演算装置１４は、２値化手段１４Ａ、
先行列車探索エリア設定手段１４Ｂ、先行列車有無判定
手段１４Ｃ及び先行列車までの距離計測手段１４Ｄから
成っている。２値化手段１４Ａは、画像メモリ１３から
画像データを得た後、各種画像処理アルゴリズムにより
２値化を行い、この２値画像を画像メモリ１３に記録す
る。先行列車探索エリア設定手段１４Ｂは、車速センサ
１からの車速信号、キロ程センサ１５からのキロ程信
号、路線データメモリ１６からの路線データ及び画像メ
モリ１３からの２値画像を用いて先行列車有無の検査を
行う領域（先行列車探索エリア）を画面内に設定する。
先行列車有無判定手段１４Ｃは、上記領域（先行列車探
索エリア）内で各種画像処理を行うことにより先行列車
の有無を判定する。先行列車までの距離計測手段１４Ｄ
は、画面内での先行列車の位置、キロ程センサ１５から
のキロ程信号及び路線データメモリ１６からの路線デー
タにより先行列車までの距離を計算し、制限速度演算制
御装置２に出力する。

【００５０】そして、上記制限速度演算制御装置２によ
り求めた速度情報に基づいて車両の速度が制限される。
次に上記実施例の動作を説明する。

【００５１】図２０は上記演算装置１４における動作の
流れを示すものである。まず、ステップ１０１で、車両
の現在位置に対応するキロ程を設定する。次のステップ
１０２で、ＣＣＤカメラ１１ａの出力をＡ／Ｄ変換器１
２でディジタル化し、画像メモリ１３に記憶する。ステ
ップ１０３では、上記画像メモリ１３に記憶された画像
データを周知の各種画像処理アルゴリズムにより２値化
しレール部分を２値画像として抽出し、その２値画像を
画像メモリ１３に記録する。

【００５２】ステップ１０４で、キロ程センサ１５から
車両の現在位置に対応するキロ程を読み取る。ステップ
１０５では、このキロ程に対応する路線データを路線デ
ータメモリ１６から読み出す。次にステップ１２０で、
車速センサ１により検出した車速信号を読み取る。ステ
ップ１２１では、上記２値画像及び路線データを用いて
上記第１実施例の場合と同様にして画面内に先行列車探
索エリアを設定する。ステップ１２２で、上記先行列車
探索エリア内で後述する各種画像処理を行うことにより
先行列車の有無を判定する。

【００５３】そして、次のステップ１２３で上記ステッ
プ１２２で先行列車が検出されたかどうかを判断し、先
行列車が検出された場合にはステップ１２４に進み、距
離計測手段１４Ｄにより先行列車までの距離を演算によ
り求める。すなわち、距離計測手段１４Ｄは、キロ程セ
ンサ１５により検出したキロ程に従って路線データメモ
リ１６から路線データを読出し、この路線データを用い
て画像処理により先行列車までの距離を計測する。この
計測処理により求めた先行列車までの距離に応じて車両
の制限速度を演算処理により求め、適性速度になるよう
に車両速度を制限する（ステップ１２５）。これにより
先行列車との距離を安全距離に保つことができる。

【００５４】上記ステップ１２５の処理を終了した場
合、あるいはステップ１２３で先行列車がいないと判断
された場合は、ステップ１１２で運転終了かどうかを判
断し、終了ならば本処理は終了し、運転終了でなければ
ステップ１０２に戻り、上記動作を繰り返して行う。

【００５５】上記図２０のステップ１２２における先行
列車有無判定処理の一例を図２１に示す。まず、ステッ
プ５０１で、レールの追跡処理を行う。このレール追跡
方法の一例を図２２に示す。図２０のステップ１２１に
示す先行列車探索エリア設定処理でレールの位置が分か
っているので、図２２に矢印ａ1 ，ａ2 ，…で示すよう
に原画像を水平に走査する。このとき先行列車がなけれ
ばレール３４の位置とレール間では輝度差を生じてい
る。

【００５６】しかし、先行列車６０がいる場合には、こ
のレール３４の位置とレール間の輝度差がなくなるの
で、レールが塞がれたことになる。従って、図２１のス
テップ５０２において、レール３４の位置とレール間の
輝度差をチェックすることにより、先行列車の有無を判
定することができる。先行列車がなければステップ５０
３でレールの追跡位置が探索エリアに到達したか否かを
判断し、到達していなければステップ５０１に戻って更
にレールの追跡を行う。上記ステップ５０３において探
索エリアに到達していれば、ステップ５０４Ｎで先行列
車なしと判断する。また、ステップ５０２においてレー
ルが塞がれた場合には、ステップ５０４Ｙで先行列車有
りと判断する。

【００５７】ステップ５０４Ｙで先行列車ありと判断さ
れた場合は、上記図２０のステップ１２４に示す先行列
車までの距離演算に進む。レールが塞がれた地点は、路
線データメモリ１６に記憶された路線データから何メー
トル前方か計算できるので、先行列車までの距離を計算
することができる。また、この操作を繰り返し行うこと
により、先行列車の速度も計算できる。そして、ステッ
プ１２５で、先行列車までの距離と先行列車の速度から
制限速度を演算し、車両の速度を制御する。この第２実
施例によれば、任意の距離前方のレールが画面内でどこ
に見えるかを計算で求めることができると共に、先行列
車の速度を求めて車両の制動距離を計算できるので、先
行列車有無の検査を行うべき領域を正確に、しかも短時
間で決定でき、制動距離以遠の領域における先行車両の
有無を確実に判定できると共に、制限速度を算出して車
両速度を制御することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る鉄道車
両用支障物検知装置によれば、路線データを用いること
により車両前方の線路敷設状況にかかわらず、任意の距
離前方のレールが画面内でどこに見えるかを計算で求め
ることができ、また、車速センサにより検出した車両の
速度から制動距離を計算できる。従って、支障物有無の
検査を行うべき支障物探索エリアを正確にしかも短時間
で決定できる。このため制動距離以遠の領域における支
障物の有無を正確に判定して運転者に報知することがで
き、高い安全性が保証される。しかも、支障物までの距
離が計測されて運転者に報知されるため、運転者は距離
に応じて支障物への対応が可能となる。また、カメラを
２台設置する必要がなくなり、システムの複雑化、所要
計算時間延長、コスト高等の問題も生じない。

【００５９】また、本発明によれば、任意の距離前方の
レールが画面内でどこに見えるかを計算で求めることが
できると共に、先行列車の速度を求めて車両の制動距離
を計算できるので、先行列車有無の検査を行うべき領域
を正確に、しかも短時間で決定でき、制動距離以遠の領
域を常に検査することにより安全性が保証される。すな
わち、先行列車を検知した時点での先行列車までの距離
が制動距離よりも短いという事態の発生を確実に防止で
き、しかも、先行列車までの距離が分かるので、制限速
度を演算により求めて車両速度を制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る鉄道車両用支障物検
知装置の構成図。

【図２】上記支障物検知装置が搭載される車両の説明
図。

【図３】路線データの一例を示す図。

【図４】上記支障物検知装置の処理の流れを説明するフ
ローチャート。

【図５】図４におけるステップ１０６の支障物探索エリ
ア設定処理の動作を説明するフローチャート。

【図６】図５における動作説明図。

【図７】図５における支障物探索エリアの設定方法を説
明する図。

【図８】支障物探索エリア設定における振動の影響を排
除する処理例を説明するフローチャート。

【図９】相関値を求める際にレール画像にウィンドウを
設定する方法を説明する図。

【図１０】レール部分を抽出した２値画像を示す図。

【図１１】ズレ量ρｍ，ρｎを説明する図。

【図１２】図８における支障物探索エリアの設定方法を
説明する図。

【図１３】図４におけるステップ１０７の支障物有無判
定処理を説明するフローチャート。

【図１４】支障物が存在する場合の画像例を示す図。

【図１５】車両を正面から見た場合の機器の配置例を示
す図。

【図１６】図１におけるレーザビーム方向制御駆動手段
の原理の一例を説明する図。

【図１７】図１６におけるウエッジプリズムを横方向か
ら見た図。

【図１８】図１におけるレーザビーム方向制御駆動手段
の構成例を示す図。

【図１９】本発明の第２実施例に係る鉄道車両用支障物
検知装置の構成図。

【図２０】同実施例における先行列車の検出及び制御動
作を説明するフローチャート。

【図２１】図２０におけるステップ１２２の先行列車有
無判定処理を説明するフローチャート。

【図２２】図２１におけるステップ５０１のレール追跡
方法の説明するフローチャート。

【符号の説明】

１…車速センサ、２…制限速度演算制御装置、１０…車
両、１１…赤外線カメラ、１１ａ…ＣＣＤカメラ、１２
…Ａ／Ｄ変換器、１３…画像メモリ、１４…演算装置、
１４ａ…２値化手段、１４ｂ…支障物探索エリア設定手
段、１４ｃ…支障物有無判定手段、１４ｄ…レーザビー
ム方向設定手段、１４Ａ…２値化手段、１４Ｂ…先行列
車探索エリア設定手段、１４Ｃ…先行列車有無判定手
段、１４Ｄ…先行列車までの距離計測手段、１５…キロ
程センサ、１６…路線データメモリ、１７…出力装置、
１８…ジャイロセンサ、１９…レーザ測距センサ、１９
ａ…レーザビーム方向制御駆動手段、１９ｂ…レーザ測
距手段、２０…３次元座標、２１…（Ｌ＋ΔＬ）ｍ前方
のレール中央点ｐ、２２…レール、２３…画像メモリに
記憶されているディジタル画像、２４…ディジタル画像
内で点ｐが見える位置、２５…支障物探索エリア、３０
…レール画像、３１…２値画像、３２…相関値を求める
ウィンドウ、３３…路線データを用いて描画したレー
ル、３４…実際のレール、３４ａ…２値化された実際の
レール、３５ｍ…ズレ量ρｍ、３５ｎ…ズレ量ρｎ、３
６…ズレ量ρｍ，ρｎだけ補正した点、４０…画面の中
心（ｍ，ｎ）、４１…支障物の座標、４２…レーザ測距
センサと赤外線カメラの取付位置高さの差Δｈ、４３…
レーザ光源、４４，４５…ウエッジプリズム、４６…レ
ーザビームを走査できる範囲、４７…レーザビーム、４
８…ウエッジでの光の屈折する角度θ、５０…サーボド
ライバ、５１ａ，５１ｂ…モータ、５２ａ，５２ｂ…エ
ンコーダ、６０…先行列車。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 博 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 涌沢 邦章 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行する鉄道車両の前方を撮影するよう
   に設置された画像入力装置と、 この画像入力装置により撮影された画像を記憶する画像
   メモリと、 上記走行する車両の現在位置を検出する位置検出手段
   と、 上記走行する車両の速度を検出する速度検出手段と、 上記画像入力装置で撮影された画像内でレールがどの様
   に見えるかを上記位置検出手段で検出される車両位置に
   対応した路線データとして予め記憶しておく路線データ
   メモリと、 上記速度検出手段で検出される速度信号により支障物に
   対する衝突回避可能な距離を求め、更に上記位置検出手
   段で検出される位置検出信号及び上記路線データメモリ
   に記憶された路線データから上記画像入力装置で得られ
   た画面内に支障物探索エリアを設定する支障物探索エリ
   ア設定手段と、 上記画像メモリに記憶された画像に対し、上記支障物探
   索エリア内に支障物があるかどうかを判定する判定手段
   と、 上記車両の振動を検知する振動角検知手段と、 上記車両から支障物までの距離を計測する測距手段と、 上記画像入力装置で得られた画面内での支障物の位置及
   び上記振動角検知手段で得られる振動角度から支障物の
   方向を計算する演算手段と、 この演算手段で得られた方向情報に基づいて上記測距手
   段の測距方向を制御駆動する測距方向制御手段と、 上記判定手段により判定した支障物の有無及び上記測距
   手段で計測した支障物までの距離を運転者に知らせる報
   知手段とを具備したことを特徴とする鉄道車両用支障物
   検知装置。
2. 【請求項２】 走行する鉄道車両の前方を撮影するよう
   に設置された画像入力装置と、 この画像入力装置により撮影された画像を記憶する画像
   メモリと、 上記走行する車両の現在位置を検出する位置検出手段
   と、 上記走行する車両の速度を検出する速度検出手段と、 上記画像入力装置で撮影された画像内でレールがどの様
   に見えるかを上記位置検出手段で検出される車両位置に
   対応した路線データとして予め記憶しておく路線データ
   メモリと、 上記速度検出手段で検出される速度信号により先行列車
   に対する衝突回避可能な距離を求め、更に上記位置検出
   手段で検出される位置検出信号及び上記路線データメモ
   リに記憶された路線データから上記画像入力装置で得ら
   れた画面内に先行列車探索エリアを設定する先行列車探
   索エリア設定手段と、 上記画像メモリに記憶された画像に対し、上記先行列車
   探索エリア内に先行列車がいるかどうかを判定する判定
   手段と、 上記車両から先行列車までの距離を計測する距離計測手
   段と、 この距離計測手段により計測した先行列車までの距離に
   基づいて制限速度を算出し、車両速度を制限する手段と
   を具備したことを特徴とする鉄道車両用支障物検知装
   置。