铁道线路信息取得装置以及铁道线路信息取得方法与流程

1.本发明的实施方式涉及铁道线路信息取得装置以及铁道线路信息取得方法。


背景技术：

2.一般，公知有通过利用由搭载于铁道车辆的照相机拍摄到的图像来监视前方障碍物的监视方法。在这样的监视方法中，对存在于前方的物体是否是有可能碰撞的障碍物进行判断。因此，需要对在图像中存在的预定行驶的线路进行检测的处理。由于铁道车辆直到停止为止的制动距离长，所以要求高精度并且高速地检测更远方的线路。
3.可是，也存在因天气、时间段、周围的状况(隧道等)而线路未被清晰拍摄的情况，可能导致难以高精度地将线路检测到远方。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特愿2016－172824号公报
7.专利文献2：日本特开2019－218022号公报
8.非专利文献
9.非专利文献1：conference：2016 12
th world congress on intelligent control and automation(wcica)、“geometry constraints-based visual rail track extraction”

技术实现要素：

10.发明要解决的课题
11.提供能够更高精度地检测线路的位置信息的铁道线路信息取得装置以及铁道线路信息取得方法。
12.用于解决课题的手段
13.本实施方式所涉及的铁道线路信息取得装置具备图像取得部、线路信息取得部、变换部以及对照部。图像取得部取得铁道车辆的行进方向的拍摄图像。线路信息取得部基于铁道车辆的位置来取得铁道车辆行进的方向的第1线路的位置信息。变换部将拍摄图像和第1线路变换为共同的坐标系。对照部在共同的坐标系中取得拍摄图像内的第2线路所对应的第1线路的位置信息。
附图说明
14.图1是表示铁道线路信息取得装置的构成例的框图。
15.图2是表示本实施方式所涉及的铁道线路信息取得装置的详细的构成例的框图。
16.图3是表示在水平面上显示的线路的图。
17.图4是表示线路间的中点处的纬度、经度与设定点的关系的图。
18.图5是示意性地表示设定点被设定于线路的位置的图。
19.图6是示意性地对设定点的单应性(homography)矩阵进行说明的图。
20.图7是表示使用了与设定点对应的单应性矩阵的坐标变换例的图。
21.图8是表示线路坐标变换部进行坐标变换而生成的模板例的图。
22.图9是表示线路输出部的处理例的图。
23.图10是表示当前位置检测部的处理例的图。
24.图11是表示包括尖轨(tongue rail)的设定点的图。
25.图12是表示将与设定点对应的线路信息变换为照相机坐标系的线路信息的图。
26.图13是表示由拍摄部拍摄的图像中拍摄有隧道的例子的图。
27.图14是表示铁道线路信息取得装置的整体的处理的流程的流程图。
28.图15是表示线路检测处理的详细的处理的流程的流程图。
29.图16是表示当前位置修正处理的详细的处理的流程的流程图。
30.图17是表示拍摄参数修正处理的详细的处理的流程的流程图。
31.图18是表示第2实施方式所涉及的铁道线路信息取得装置的构成的框图。
32.图19是表示与设定点对应的单应性矩阵的逆变换矩阵的图。
33.图20是表示图像投影部进行逆坐标变换而生成的逆模板的例子的图。
34.图21是表示线路输出部的处理例的图。
35.图22是表示第2实施方式所涉及的当前位置检测处理的详细的处理的流程的流程图。
36.图23是表示第3实施方式所涉及的线路检测处理的详细的处理的流程的流程图。
37.图24是示意性地表示铁道车辆正在水平面和倾斜面行驶的例子的图。
具体实施方式
38.以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。其中，在对本说明书附带的附图中，为了便于图示以及易于理解，适当地将比例尺以及纵横的尺寸比等与实物进行变更而进行夸张。
39.(第1实施方式)
40.首先，图1是表示本实施方式所涉及的铁道行驶线路取得系统1的构成例的框图。如图1所示，本实施方式所涉及的铁道行驶线路取得系统1是能够取得铁道行驶线路的位置信息的系统，具备搭载于铁道车辆5的拍摄装置10、铁道线路信息取得装置20、行驶位置信息收集装置30、障碍物检测装置40以及通知部50。铁道车辆5在被固定的轨道即线路上进行行驶。
41.拍摄装置10能够连续地拍摄r、g、b图像作为拍摄动态图像。该拍摄装置10例如被固定在铁道车辆5的前方。因此，对于构成铁道车辆5在线路上行驶过程中拍摄到的拍摄动态图像的各图像而言，例如当在相同的位置被拍摄的情况下，成为相同的角度且相同的拍摄倍率的图像。这些图像被存储于后述的存储部204。
42.铁道线路信息取得装置20基于线路的位置信息来核对由拍摄装置10拍摄到的拍摄图像，检测拍摄图像内的线路的位置信息并进行输出。其中，铁道线路信息取得装置20的详细情况将后述。
43.行驶位置信息收集装置30取得铁道车辆5的当前位置，相对于铁道车辆5的行进方
向上的当前位置输出规定的线路范围的信息。
44.障碍物检测装置40基于由拍摄装置10拍摄到的拍摄图像以及由铁道线路信息取得装置20检测到的线路来检测铁道车辆5行进时成为障碍的障碍物。
45.通知部50将各种信息与拍摄装置10拍摄到的拍摄图像一起显示。另外，通知部50将与由障碍物检测装置40检测到的障碍物有关的信息例如通知给中央管理室等。
46.图2是表示本实施方式所涉及的铁道行驶线路取得系统1的详细的构成例的框图。如图2所示，拍摄装置10具有拍摄部101和参数设定部102。铁道线路信息取得装置20具有图像取得部201、行进预定线路位置取得部202、线路坐标变换部203、存储部204、匹配部205、线路输出部206、当前位置检测部207、当前位置输出部208、尖轨状态监视部209以及拍摄参数修正部210。行驶位置信息收集装置30具有当前位置收集部301以及行进线路输出部302。障碍物检测装置40具有线路位置/图像取得部401以及行驶妨碍物检测部402。通知部50具有显示部501以及异常通知部502。
47.如图2所示，拍摄装置10的拍摄部101例如是照相机，能够进行曝光的控制。参数设定部102设定拍摄部101的拍摄参数。另外，也能够进行由拍摄部101拍摄到的图像的灰度处理。
48.铁道线路信息取得装置20的图像取得部201从拍摄部101按顺序取得铁道车辆5的行进方向的拍摄图像。行进预定线路位置取得部202从行驶位置信息收集装置30取得铁道车辆5行进的方向的线路的位置信息。其中，铁道线路信息取得装置20例如构成为包括cpu(central processing unit)。存储部204存储有用于执行监视动作的各种程序。由此，铁道线路信息取得装置20通过执行例如存储于存储部204的程序来构成各部。
49.线路坐标变换部203将图像取得部20所取得的拍摄图像和线路的位置信息变换为共同的坐标系。例如，线路坐标变换部203将由位置信息表示的线路的坐标变换为对拍摄图像进行了拍摄的拍摄部101的照相机坐标系。其中，线路坐标变换部203的详细情况将后述。另外，本实施方式所涉及的线路坐标变换部203对应于变换部。
50.存储部204例如由hdd(硬盘驱动器)、ssd(固态驱动器)等构成。存储部204将成为监视对象的线路的位置信息、成为监视对象的线路的坐标变换矩阵、拍摄部101的各种信息例如拍摄光学系统的光轴的朝向、拍摄倍率等存储为坐标变换信息。
51.匹配部205在共同的坐标系中取得拍摄图像内的线路所对应的线路的位置信息。其中，匹配部205的详细情况也将后述。另外，本实施方式所涉及的匹配部205对应于对照部。
52.线路输出部206输出由匹配部205对照了的与拍摄图像中的线路一致的线路的位置信息。
53.当前位置检测部207使用由匹配部205取得的线路的位置信息和拍摄部101的拍摄光学系统的信息来计算铁道车辆5的当前位置。其中，当前位置检测部207的详细情况也将后述。当前位置输出部208输出当前位置检测部207检测到的当前位置。
54.尖轨状态监视部209通过监视线路分岔部处的尖轨的状态并进行与行进线路位置信息的核对，来确认尖轨状态的匹配性。其中，尖轨状态监视部209的详细情况也将后述。
55.拍摄参数修正部210使用由匹配部205取得的线路的位置信息来修正铁道车辆5的行进方向的拍摄参数。其中，拍摄参数修正部210的详细情况也将后述。
56.行驶位置信息收集装置30的当前位置收集部301取得当前位置检测部207输出的铁道车辆5的当前位置。另外，当前位置收集部301通过gnss(全球定位卫星系统：global navigation satellite system)来取得铁道车辆5的当前位置的信息。由此，行驶位置信息收集装置30互补地使用当前位置检测部207输出的铁道车辆5的当前位置和基于gnss的铁道车辆5的当前位置来向行进线路输出部302输出包括铁道车辆5的当前位置的信息的信号。
57.行进线路输出部302基于当前位置收集部301所取得的铁道车辆5的当前位置，输出铁道车辆5的行进方向上的规定范围的线路位置的信息。规定范围是行进方向上的前方的例如50～200米的范围。其中，50～200米的范围是一个例子，并不限定于此。
58.障碍物检测装置40的线路位置
·
图像取得部401取得拍摄部101所拍摄到的拍摄图像和匹配部205对照后的该拍摄图像内的线路的位置信息。
59.行驶妨碍物检测部402基于拍摄图像内的线路的位置信息来检测成为铁道车辆5的行驶的障碍的障碍物。行驶妨碍物检测部402若检测到障碍物，则基于拍摄图像内的线路的位置信息来将障碍物的位置通知给通知部50。
60.通知部50的显示部501例如是监视器，显示拍摄部101所拍摄到的拍摄图像。另外，显示部501在行驶妨碍物检测部402检测到障碍物时，对表示障碍物的位置的标记等显示方式进行显示。
61.异常通知部502在行驶妨碍物检测部402检测到障碍物时将表示障碍物的位置的信息等通知给中央监视室等。
62.这里，基于图3至图8来对线路坐标变换部203的详细情况进行说明。图3是表示在水平面上例如鸟瞰图上显示的线路r0、r1的图。如图3所示，线路r1与线路r0分岔。在存储部204中，铁道车辆5行驶的全部范围的线路的位置信息例如被以地理坐标系(x，y)存储。
63.图4是表示线路间的中点处的纬度、经度与设定点(pnl，pnr)的关系的图。如图4所示，例如线路间的中点处的纬度、经度与设定点(pnl，pnr)被建立对应地存储于存储部204。这里，n为自然数，l相对于行进方向表示线路的左侧，r相对于行进方向表示线路的右侧。即，pnl表示线路的左侧的位置，pnr表示与pnl对应的线路的右侧的位置。如后所述，各设定点(pnl，pnr)被与单应性矩阵h
n，t
建立对应地存储。本实施方式的单应性矩阵h是将地理坐标系(x，y)与拍摄部101的照相机坐标系(x，y)建立对应的矩阵。
64.图5是示意性地表示设定点(pnl，pnr)被设定于线路r0、r1的位置的图。这样，针对铁道车辆5行驶的整个范围的线路，纬度、经度与设定点(pnl，pnr)建立了对应。
65.图6是示意性地对设定点(pnl，pnr)的单应性矩阵h
n，t
进行说明的图。能够通过例如非专利文献1的技术来针对各设定点(pnl，pnr)运算这些单应性矩阵h。h
n，t
的n表示设定点(pnl，pnr)。例如，如果n＝3，则表示设定点(p3l，p3r)。
66.图像500a是拍摄部101从在计算单应性矩阵h
n，t
时设想的铁道车辆5的位置拍摄到的拍摄图像。另外，图像500b表示了通过设定点(pnl，pnr)的单应性矩阵h
n，t
进行变换的线路信息的范围。另外，t表示从设定点(pnl，pnr)到铁道车辆5的拍摄部101为止的距离。例如，0是从设定点(pnl，pnr)到铁道车辆5的拍摄部101为止的基准距离，例如为100米。例如，对于t＝1而言，从设定点(pnl，pnr)到拍摄部101为止的距离是101米，例如对于t＝5而言，从设定点(pnl，pnr)到拍摄部101为止的距离是105米。另一方面，例如对于t＝－1而言，从
设定点(pnl，pnr)到拍摄部101为止的距离是99米，例如对于t＝－5而言，从设定点(pnl，pnr)到拍摄部101为止的距离是95米。这些是一个例子，t的数以及对应的距离并不限定于这些。
67.在如上述那样存储于存储部204的线路信息中设定有地理坐标系(x，y)。另外，拍摄部101如上述那样固定拍摄系统来进行拍摄。因此，通过单应性矩阵h变换为照相机坐标(x，y)的线路的地理坐标系(x，y)与由在计算单应性矩阵h
n，t
时所设想的从铁道车辆5的位置拍摄到的图像500a内的线路的照相机坐标系表示的位置一致。即，通过单应性矩阵hn，
t
进行了坐标变换后的线路的地理坐标系(x，y)被变换为从与t对应的距离拍摄到的图像500a内的线路的由照相机坐标系表示的位置坐标(x，y)。
68.图7是表示使用了与设定点(p0l，p0r)对应的单应性矩阵h
0，0
～h
0，t
的线路坐标变换部203涉及的坐标变换例的图。图像802是与设定点(p0l，p0r)对应的图像区域，表示由地理坐标系(x，y)表示的线路信息。图像804～808表示将图像802内的由地理坐标系(x，y)表示的线路信息通过单应性矩阵h
0，0
～h
0，t
变换为照相机坐标系(x，y)的线路信息。
69.更具体而言，h
0，0
表示从设定点(p0l，p0r)到铁道车辆5的拍摄部101为止的距离是基准位置的单应性矩阵，例如表示从设定点(p0l，p0r)起近前100米的位置处的单应性矩阵。图像804中的由照相机坐标(x，y)表示的线路信息对应于将与设定点(p0l，p0r)对应的图像802内的由地理坐标系(x，y)表示的线路信息通过单应性矩阵h
0，0
变换为照相机坐标的线路信息。即，图像804中的由照相机坐标(x，y)表示的线路信息和将通过基准位置处的拍摄部101拍摄了与图像802对应的区域而得到的图像内的线路的照相机坐标系的位置坐标一致。
70.同样，图像806中的由照相机坐标(x，y)表示的线路信息对应于通过单应性矩阵h
0，t－1
将与设定点(p0l，p0r)对应的图像802内的由地理坐标系(x，y)表示的线路信息变换为照相机坐标的线路信息。即，图像806中的由照相机坐标(x，y)表示的线路信息和通过由t－1表示的位置处的拍摄部101拍摄了与图像802对应的区域而得到的图像内的线路的照相机坐标系的位置坐标一致。同样，图像808中的由照相机坐标(x，y)表示的线路信息对应于通过单应性矩阵h
0，t
将与设定点(p0l，p0r)对应的图像802内的由地理坐标系(x，y)表示的线路信息变换为照相机坐标的线路信息。即，图像808中的由照相机坐标(x，y)表示的线路信息和通过由t表示的位置处的拍摄部101拍摄了与图像802对应的区域而得到的图像内的线路的照相机坐标系的位置坐标一致。这样，线路坐标变换部203通过各单应性矩阵h
0，t
对与设定点(p0l，p0r)对应的图像802内的由地理坐标系(x，y)表示的线路信息进行变换。这里，t表示根据拍摄状况而设定的－n≤t≤m的范围的整数。n、m是自然数。
71.由此，线路坐标变换部203能够将与图像802对应的区域变换为从多个拍摄位置t拍摄到的照相机坐标系的线路的位置坐标。其中，在本实施方式中，将与设定点(pnl，pnr)对应的地理坐标系(x，y)的线路信息通过单应性矩阵h
n，t
变换为照相机坐标系(x，y)，将变换后的照相机坐标系(x，y)的线路信息称为模板(n，t)。
72.图8是表示线路坐标变换部203进行坐标变换而生成的模板例的图。行驶位置信息收集装置30输出的铁道车辆5的位置存在产生误差的情况。鉴于此，行驶位置信息收集装置30考虑产生误差的范围，来生成相对于存在铁道车辆5的拍摄的可能性的范围中的设定点(p0l，p0r)～(pnl，pnr)的模板(0，0)～(n，t)。
73.这里，设对拍摄图像902进行拍摄时的铁道车辆5的当前位置是设定点(p0l，p0r)的基准位置。该情况下，线路坐标变换部203生成通过单应性矩阵h
0，t
分别将与设定点(p0l，p0r)对应的地理坐标系(x，y)的线路信息变换为照相机坐标系(x，y)的线路信息。同样，生成通过单应性矩阵h
1，0
～h
n，t
分别将与设定点(p1l，p1r)～(pnl，pnr)对应的地理坐标系(x，y)的线路信息变换为照相机坐标系(x，y)的线路信息。根据铁道车辆5的当前位置的测定精度预先设定n以及t的范围。
74.匹配部205使用例如通过图8所示的单应性矩阵h进行坐标变换而生成的模板(0，t)～(n，t)，从拍摄图像902内检测线路。匹配部205例如将拍摄图像902内的线路表现为将短直线与曲线线段(segment)连结了的线成分。而且，匹配部205选择线成分与模板(0，t)～(n，t)最匹配的模板。
75.线路输出部206输出最匹配的模板中的线路的位置信息作为拍摄图像902内的线路位置信息。
76.图9是表示线路输出部206的处理例的图。图像904b～908b分别表示了与在时间t1～t3拍摄到的拍摄图像最匹配的模板。例如，图像904b对应于通过单应性矩阵h
0，0
对与设定点(p0l，p0r)对应的线路信息904a进行变换而生成的模板。即，线路输出部206对于在时间t1拍摄到的拍摄图像，输出由变换为照相机坐标系(x，y)的图像904b表示的线路信息。同样，图像906b对应于通过单应性矩阵h
3，t－1
对与设定点(p3l，p3r)对应的线路信息906a进行变换而生成的模板。即，线路输出部206对于在时间t2拍摄到的拍摄图像，输出由变换为照相机坐标系(x，y)的图像906b表示的线路信息。同样，图像908b对应于通过单应性矩阵h
6，2
对与设定点(p6l，p6r)对应的线路信息908a进行变换而生成的模板。即，线路输出部206对于在时间t3拍摄到的拍摄图像，输出由变换为照相机坐标系(x，y)的图像908b表示的线路信息。
77.由于这些图像904b～908b是对实际的线路信息904a～908a进行变换而生成的图像，所以线路输出部206输出的照相机坐标系(x，y)的线路信息与实际的线路信息几乎一致。因此，线路输出部206能够从在时间t1～t3拍摄到的拍摄图像内输出与实际的线路对应的线路信息。
78.图10是表示当前位置检测部207的处理例的图。图像100a表示通过匹配部205中的处理而与拍摄图像最匹配的图像。另外，图像100a是通过单应性矩阵h
1，0－3
对图像100b进行变换而得到的图像。单应性矩阵h
0，t－3
是与根据图像100b的设定点(p0l，p0r)预先决定的距离对应的单应性矩阵。即，如果选择了通过匹配部205中的处理而最匹配的图像100a，则能够根据与图像100a的生成所使用的单应性矩阵h
0，t－3
对应的距离信息准确地生成拍摄到图像100a的当前位置。这样，当前位置检测部207将通过匹配部205中的处理而向最匹配的模板的变换所使用的单应性矩阵h
0，t－3
对应的位置检测为当前位置。
79.这里，基于图11以及图12对尖轨状态监视部209的详细情况进行说明。
80.图11是表示包括尖轨的设定点(ptl，ptr)的图。图像110a是与设定点(ptl，ptr)对应的图像范围。
81.图12是表示将与设定点(ptl，ptr)对应的图像110a(参照图11)内的线路信息变换为照相机坐标系的线路信息的图。即，图像110b与图像110a(参照图11)对应。即，图像110b与通过匹配部205而最匹配的模板对应。
82.在与通过匹配部205而最匹配的模板对应的设定点(ptl，ptr)包括尖轨的情况下，尖轨状态监视部209进行尖轨的状态判定。更详细而言，尖轨状态监视部209例如对包括与尖轨所对应的设定点(ptl，ptr)建立了关联的分岔的图像区域t1的拍摄图像中的图像信息进行解析(参照专利文献2)。即，尖轨状态监视部209通过基于包括分岔的图像区域t1在拍摄图像中判定尖轨中的2个部位的开闭部分中的至少任意一个开闭部分的开闭状态，来识别铁道车辆5行进的线路。另外，尖轨状态监视部209例如从中央监视室等取得包括与行进方向有关的信息的信号。而且，尖轨状态监视部209判定开闭状态的识别结果与行进方向是否一致。尖轨状态监视部209在不一致的情况下经由通知部50来通知尖轨状态的异常。
83.这里，基于图13对参数修正部210详细情况进行说明。图13是表示在由拍摄部101拍摄的图像中拍摄到隧道的例子的图。拍摄部101的曝光被调整为隧道外的明亮度。因此，隧道内的图像存在全黑的可能性。
84.参数修正部210基于当前位置检测部207输出的铁道车辆5的当前位置向参数设定部102输出包括参数的信息的信号。在存储部204中，与线路信息建立关联还存储有隧道的位置信息。参数修正部210判定相对于铁道车辆5的当前位置由拍摄部101拍摄的图像中是否拍摄到隧道。参数修正部210在判定为拍摄到隧道的情况下，向参数设定部102输出降低曝光的参数。更详细而言，参数修正部210将隧道内的调整区域a130的对比度作为评价值而修正为成为规定的对比度的参数。
85.另外，参数修正部210还取得尖轨状态监视部209的状态监视信息，在分岔线路的一方有隧道、另一方没有隧道的情况下，根据行进方向来判定是否需要针对隧道内的图像进行曝光控制。例如，在向隧道侧行进的情况下，将提高曝光的参数输出给参数设定部102。另一方面，参数修正部210在即便由拍摄部101拍摄到隧道也不向隧道侧行进的情况下，维持曝光参数。这样，在向隧道侧行进的情况下，能够使曝光符合隧道内的调整区域a130的照度，容易确认隧道内的调整区域a130中的障碍物。另一方面，在不向隧道侧行进的情况下，由于即使拍摄到隧道也维持曝光参数，所以容易确认行进方向侧的障碍物。
86.图14是表示铁道行驶线路取得系统1的整体的处理的流程的流程图。如图14所示，首先，铁道线路信息取得装置20基于线路的位置信息来核对由拍摄装置10拍摄到的拍摄图像，检测拍摄图像内的线路信息(步骤s11)。
87.接下来，障碍物检测装置40基于由铁道线路信息取得装置20检测到的线路以及由拍摄装置10拍摄到的拍摄图像，来检测铁道车辆5行进时成为障碍的障碍物(步骤s12)。
88.接下来，在与通过匹配部205而最匹配的模板对应的设定点包括尖轨的情况下，尖轨状态监视部209进行尖轨的状态判定(步骤s13)。
89.接下来，行驶位置信息收集装置30将当前位置检测部207检测到的铁道车辆5的当前位置作为准确的当前位置，来修正行驶位置信息收集装置30输出的当前位置(步骤s14)。
90.然后，参数修正部210基于当前位置检测部207输出的铁道车辆5的当前位置，向参数设定部102输出包括参数的信息的信号(步骤s15)，并结束处理。
91.图15是表示线路检测处理的详细的处理的流程的流程图。如图15所示，首先，图像取得部201从拍摄部101取得铁道车辆5的行进方向的拍摄图像。(步骤s110)。
92.接下来，行进预定线路位置取得部202从行驶位置信息收集装置30取得铁道车辆5行进的方向的线路的位置信息。(步骤s112)。
93.接下来，线路坐标变换部203将图像取得部20取得的拍摄图像与线路的位置信息变换为共同的坐标系。(步骤s113)。这里，变换为照相机坐标系。
94.接下来，匹配部205在共同的坐标系中取得拍摄图像内的线路所对应的线路的位置信息(步骤s114)。
95.然后，线路输出部206输出通过匹配部205对照了的与拍摄图像中的线路一致的线路的位置信息(步骤s115)，并结束处理。
96.图16是表示当前位置修正处理的详细的处理的流程的流程图。如图16所示，首先，当前位置收集部301取得当前位置检测部207输出的铁道车辆5的当前位置作为线路检测结果相关信息(步骤s140)。
97.接下来，当前位置收集部301通过gnss(全球定位卫星系统：global navigation satellite system)取得铁道车辆5的当前位置的信息(步骤s141)。
98.接下来，行驶位置信息收集装置30计算当前位置检测部207输出的铁道车辆5的当前位置与由gnss取得的铁道车辆5的当前位置的误差(步骤s142)。
99.然后，在误差超过规定值的情况下，行驶位置信息收集装置30基于当前位置检测部207输出的铁道车辆5的当前位置来修正输出值，经由通知部50通知修正信息(步骤s143)，并结束处理。
100.图17是表示拍摄参数修正处理的详细的处理的流程的流程图。这里，说明将拍摄图像内的对比度作为评价值来进行参数修正的例子。
101.如图17所示，首先，参数修正部210取得当前位置检测部207输出的铁道车辆5的当前位置和从当前位置起的处于拍摄范围的隧道的位置信息作为线路检测结果相关信息(步骤s150)。
102.接下来，参数修正部210取得与隧道的位置信息建立了关联的明亮度调整区域a130的信息(步骤s151)。
103.接下来，参数修正部210对拍摄图像中的调整区域a130的对比度进行评价(步骤s151)。
104.然后，参数修正部210将使对比度为规定值的曝光参数输出给参数设定部102(步骤s143)，并结束处理。
105.如以上说明那样，根据本实施方式，线路坐标变换部203将预先取得的规定范围中的地理坐标系的线路的位置信息和拍摄了规定范围的照相机坐标系的拍摄图像变换为共同的坐标系，匹配部205取得拍摄图像内的线路所对应的地理坐标系的线路的位置信息。由此，能够取得与预先取得的地理坐标系的线路的位置信息对应的拍摄图像内的线路的位置信息。这样，在照相机坐标系的拍摄图像内的线路未被清晰拍摄的情况下，通过变换为共同的坐标系，也能够取得作为拍摄图像中的线路整体而最匹配的地理坐标系中的线路的位置信息，能够更准确地取得拍摄图像中的线路的位置信息。
106.(第2实施方式)
107.第2实施方式所涉及的铁道行驶线路取得系统1与第1实施方式所涉及的铁道行驶线路取得系统1的不同点在于，图像投影部203b将照相机坐标系的拍摄图像变换为地理坐标系。以下，对与第1实施方式所涉及的铁道行驶线路取得系统1不同的点进行说明。
108.图18是表示第2实施方式所涉及的铁道行驶线路取得系统1的构成的框图。如图18
所示，图像投影部203b将照相机坐标系的拍摄图像变换为地理坐标系。其中，本实施方式所涉及的图像投影部203b对应于变换部。
109.图19是表示与设定点(p0l，p0r)对应的单应性矩阵h
0，0
～h
0，t
的逆变换矩阵rh
0，0
～rh
0，t
的图。照相机坐标系的图像192是在设定点(p0l，p0r)的基准位置拍摄到的图像。因此，图像投影部203b如果通过逆变换矩阵rh
0，0
对图像192进行逆变换，则与设定点(p0l，p0r)所对应的地理坐标系的图像194一致。另一方面，如果通过逆变换矩阵rh
0，1
～rh
0，t
对图像192逆变换，则生成实际不存在的地理坐标系的线路信息的图像196、198。换言之，如果在图像194、196、198之中存在与设定点(p0l，p0r)所对应的地理坐标系的线路信息的图像一致的图像，则表示为从与逆变换为一致的图像的逆变换矩阵rh
0，0
对应的距离拍摄了与图像194对应的区域。
110.图20是表示图像投影部203b进行逆坐标变换而生成的逆模板的例子的图。分别表示了通过单应性矩阵h
0，0
～h
n，t
的逆变换矩阵rh
0，0
～rh
n，t
对照相机坐标系的图像902的线路信息进行了逆变换的图像。其中，在本实施方式中，将通过单应性矩阵的逆变换矩阵rh
n，t
变换为地理坐标系(x，y)的线路信息称为逆模板r(n，t)。图像投影部203b考虑铁道车辆5的位置产生误差的范围，来生成针对存在铁道车辆5的拍摄的可能性的范围中的设定点(p0l，p0r)～(pnl，pnr)的逆模板r(0，t)～r(n，t)。
111.匹配部205使用例如通过图20所示的单应性矩阵的逆变换矩阵rh进行逆坐标变换而生成的逆模板r(0，t)～r(n，t)，来选择与设定点(p0l，p0r)～(pnl，pnr)所对应的地理坐标系的线路信息最匹配的逆模板。
112.线路输出部206将最匹配的逆模板中的地理坐标系的线路的位置信息作为拍摄图像902内的线路位置信息进行输出。
113.图21是表示线路输出部206的处理例的图。图像904b～908b分别是在时间t1～t3拍摄到的拍摄图像，图像904c～908c表示最匹配的逆模板。例如，图像904c对应于通过与设定点(p0l，p0r)对应的逆矩阵rh
0，0
进行变换而生成的逆模板。即，对于在时间t1拍摄到的拍摄图像904b，线路输出部206输出与设定点(p0l，p0r)对应的地理坐标系(x，y)的线路信息。
114.同样，图像906c对应于通过与设定点(p3l，p3r)对应的逆矩阵rh3，t－1进行变换而生成的逆模板。即，对于在时间t2拍摄到的拍摄图像906b，线路输出部206输出与设定点(p3l，p3r)对应的地理坐标系(x，y)的线路信息。
115.同样，图像908c对应于通过与设定点(p6l，p6r)对应的逆矩阵rh6，2进行变换而生成的逆模板。即，对于在时间t3拍摄到的图像908b，线路输出部206输出与设定点(p6l，p6r)对应的地理坐标系(x，y)的线路信息。
116.当前位置检测部207检测与向通过匹配部205中的处理而最匹配的逆模板的变换所使用的逆变换矩阵rh
n，t
对应的位置作为当前位置。例如，在通过逆矩阵rh2、t－1进行变换而生成的逆模板最匹配的情况下，对于设定点(p3l，p3r)将与t－1对应的距离检测为铁道车辆5的当前位置。
117.图22是表示第2实施方式所涉及的当前位置检测处理的详细的处理的流程的流程图。如图21所示，首先，图像取得部201从拍摄部101取得铁道车辆5的行进方向的拍摄图像。(步骤s220)。
118.接下来，行进预定线路位置取得部202从行驶位置信息收集装置30取得铁道车辆5
行进的方向的线路的位置信息。(步骤s221)。
119.接下来，图像投影部203b将图像取得部20所取得的拍摄图像和线路的位置信息变换为共同的坐标系。(步骤s222)。这里，通过单应性矩阵的逆变换矩阵rh逆变换为地理坐标系。
120.接下来，匹配部205在共同的坐标系中，取得拍摄图像内的线路所对应的线路的位置信息(步骤s223)。
121.然后，线路输出部206输出线路的位置信息(步骤s223)，并结束整体处理。
122.如以上说明那样，根据本实施方式，图像投影部203b对拍摄规定范围而得到的照相机坐标系的拍摄图像进行地理坐标系变换，匹配部205取得拍摄图像内的线路所对应且预先取得的地理坐标系中的线路的位置信息。由此，能够取得与预先取得的线路的位置信息对应的拍摄图像内的线路的位置信息。
123.(第3实施方式)
124.第3实施方式所涉及的铁道行驶线路取得系统1与第1实施方式所涉及的铁道行驶线路取得系统1的不同点在于，地理坐标系的线路信息被以(x，y，z)的3轴的坐标保存。以下，对与第1实施方式所涉及的铁道行驶线路取得系统1不同的点进行说明。
125.拍摄部101(参照图2)中使用的照相机是立体照相机，照相机坐标系的图像也由(x，y，z)的3轴的坐标生成。
126.图23是表示第3实施方式所涉及的线路检测处理的详细的处理的流程的流程图。如图23所示，首先，图像取得部201从拍摄部101取得铁道车辆5的行进方向的立体的拍摄图像。(步骤s230)。
127.接下来，行进预定线路位置取得部202从行驶位置信息收集装置30取得铁道车辆5行进的方向的线路的位置信息。(步骤s231)。
128.图24是示意性地表示铁道车辆5在水平面f1和倾斜θ的倾斜面f2行驶的例子的图。如图24所示，在从行驶于倾斜面f2的铁道车辆5拍摄到的立体图像中，对各像素分配有与倾斜对应的z坐标的值。由此，线路坐标变换部203能够根据立体的拍摄图像的坐标信息，从图像的近前侧的z坐标和纵深侧的z坐标的值运算倾斜(步骤s232)。
129.线路坐标变换部203限定于与运算出的倾斜具有规定范围的倾斜的线路的位置信息(步骤s234)，将图像取得部20所取得的摄图像和线路的位置信息变换为共同的坐标系。(步骤s113)。这里，使用z轴方向的值亦即标高信息来变换为水平面内的照相机坐标系。以该照相机坐标系变换后的图像成为所谓鸟瞰图。
130.接下来，匹配部205在共同的坐标系中取得拍摄图像内的线路所对应的线路的位置信息(步骤s114)。通过将倾斜不同的线路的位置信息变换为作为水平面的鸟瞰图，能够抑制倾斜的影响、更高精度地实现匹配部205中的匹配。
131.而且，线路输出部206输出与由匹配部205对照了的拍摄图像中的线路一致的线路的位置信息(步骤s115)，并结束处理。
132.如以上说明那样，3轴的地理坐标系的线路信息使用了(x，y，z)这3轴的照相机坐标系的立体拍摄图像。由此，线路坐标变换部203能够根据立体拍摄图像的倾斜信息来限制预先取得的规定范围中的线路的位置信息。因此，在匹配部205取得拍摄图像内的线路所对应的线路的位置信息时信息被限制，能够更高速且更高精度地取得与预先取得的线路的位
置信息对应的拍摄图像内的线路的位置信息。
133.这些新的实施方式能够通过其他各种方式加以实施，在不脱离发明主旨的范围能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围、主旨并且包含在技术方案所记载的发明及其等同的范围。

技术特征：
1.一种铁道线路信息取得装置，具备：图像取得部，获得铁道车辆的行进方向的拍摄图像；线路信息取得部，基于所述铁道车辆的位置来取得所述铁道车辆行进的方向的第1线路的位置信息；变换部，将所述拍摄图像与所述第1线路变换为共同的坐标系；以及对照部，在所述共同的坐标系中取得所述拍摄图像内的第2线路所对应的所述第1线路的位置信息。2.根据权利要求1所述的铁道线路信息取得装置，其中，所述变换部将由所述位置信息表示的所述第1线路的坐标变换为拍摄到所述拍摄图像的拍摄装置的坐标系。3.根据权利要求1所述的铁道线路信息取得装置，其中，所述变换部将所述拍摄图像的坐标系变换为所述第1线路的坐标系。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的铁道线路信息取得装置，其中，所述变换部将所述拍摄图像与所述第1线路的位置信息变换为与多个距离对应的多个坐标系。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的铁道线路信息取得装置，其中，所述拍摄图像是由立体照相机拍摄到的被分配了三维坐标的图像，基于所述拍摄图像的坐标系和所述第1线路的坐标系来变换为共同的坐标系。6.根据权利要求5所述的铁道线路信息取得装置，其中，使用被分配了三维坐标的图像来运算相对于行进方向的倾斜，基于所述倾斜来变换为所述共同的坐标系。7.根据权利要求1至4中任意一项所述的铁道线路信息取得装置，其中，所述第1线路的所述位置信息具有标高信息，所述变换部利用标高信息来将所述第1线路的位置和图像的坐标系变换为水平坐标系。8.根据权利要求1至7中任意一项所述的铁道线路信息取得装置，其中，还具备：尖轨状态监视部，通过监视线路分岔部处的尖轨的状态并进行与行进线路位置信息的核对，确认尖轨状态的匹配性。9.根据权利要求2所述的铁道线路信息取得装置，其中，还具备：设定部，基于通过所述对照部获得的所述第1线路的位置信息，设定所述拍摄装置的拍摄参数。10.根据权利要求9所述的铁道线路信息取得装置，其中，所述设定部基于隧道内的规定区域内的对比度来设定拍摄参数。11.根据权利要求1至10中任意一项所述的铁道线路信息取得装置，其中，还具备：位置检测部，基于通过所述对照部获得的所述线路位置来检测当前位置。12.一种铁道行驶线路取得方法，具备：图像取得工序，获得铁道车辆的行进方向的拍摄图像；线路信息取得工序，基于所述铁道车辆的位置来取得所述铁道车辆行进的方向的第1线路的位置信息；
变换工序，将所述拍摄图像与所述第1线路变换为共同的坐标系；以及对照工序，在所述共同的坐标系中，取得所述拍摄图像内的线路所对应的所述第1线路的位置信息。

技术总结
本实施方式所涉及的铁道线路信息取得装置具备图像取得部、线路信息取得部、变换部以及对照部。图像取得部获得铁道车辆的行进方向的拍摄图像。线路信息取得部基于铁道车辆的位置来取得铁道车辆行进的方向的第1线路的位置信息。变换部将拍摄图像与第1线路变换为共同的坐标系。对照部在共同的坐标系中取得拍摄图像内的第2线路所对应的第1线路的位置信息。像内的第2线路所对应的第1线路的位置信息。像内的第2线路所对应的第1线路的位置信息。


技术研发人员：二神拓也 高桥雄介 大岳达哉 小林广幸 山崎世支明 间岛义喜 濑川泰诚 加藤纪康 服部阳平
受保护的技术使用者：东芝基础设施系统株式会社
技术研发日：2021.04.20
技术公布日：2023/4/5