(57)【要約】【課題】検出対象エリア内に物体が侵入しているか否かを物体形状復元手段の出力結果と、物体領域抽出手段の出力結果とを統合することで確実に検出するようにする。【解決手段】本発明の物体検出装置は、複数のカメラによって撮影された複数の画像から視体積交差法に基づいて物体の３次元形状を復元する物体形状復元手段と、２つの画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変改を行って高さのある物体領域を抽出する物体領域抽出手段と、これらの二つの画像処理手段の出力結果を統合して物体の検出を行う統合検出部と、制御警報装置とで構成している。物体復元手段と物体領域抽出手段との出力結果を統合的に判断することで両手段の長所を活かして欠点を補い、屋外の気象条件や日照条件に影響されることなく、確実に物体を検出することができるようにしている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象エリアに進入した物体を検出する装置であり、共通の検出対象エリアを撮影する複数のカメラと、それらによって撮影された複数の画像から視体積交差法に基づいて物体の３次元形状を復元する物体形状復元手段と、２つの画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行って高さのある物体領域を抽出する物体領域抽出手段と、前記物体形状復元手段と物体領域抽出手段の出力結果を統合して対象エリアにおける物体を検出する検出手段とで構成したことを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
検出対象エリアに進入した物体を検出する装置であり、共通の検出対象エリアを撮影する複数のカメラと、それらによって撮影された複数の画像から視体積交差法に基づいて物体の３次元形状を復元する物体形状復元手段と、２つの画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行って高さのある物体領域を抽出する物体領域抽出手段と、前記物体形状復元手段と物体領域抽出手段の出力結果を統合して対象エリアにおける物体を検出する検出手段と、物体が検出された場合に、音声、映像、発光信号等により異常を伝達する警報手段とで構成したことを特徴とする物体検出装置。
【請求項３】
検出対象エリアに進入した物体を検出する装置であり、共通の検出対象エリアを撮影する複数のカメラと、それらによって撮影された複数の画像から視体積交差法に基づいて物体の３次元形状を復元する物体形状復元手段と、２つの画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行って高さのある物体領域を抽出する物体領域抽出手段と、前記物体形状復元手段と物体領域抽出手段の出力結果を統合して対象エリアにおける物体を検出する検出手段と、物体が検出された場合に、その物体が人物か否かを判定する判定手段と、物体が人物である場合に音声、映像、発光信号等により異常を伝達する警報手段とで構成したことを特徴とする物体検出装置。
【請求項４】
前記複数のカメラは、光源が複数存在する場合に、任意の光源から発せられた直接光の検知対象エリア平面での鏡面反射光が同時に写らないように配置されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋外の気象条件や日照条件に左右されることがなく、検出対象エリア内に物体が侵入しているか否かを物体形状復元手段の出力結果と、物体領域抽出手段の出力結果とを統合して確実に検出し、更に警報等で異常を伝達することのできる物体検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鉄道線路内に侵入した物体を非接触で自動検出し、物体が検出された場合に警報等により周辺の列車や列車指令所等に異常を伝達して、侵入物体と列車との衝突を未然に防止する技術としては、大きく類別すると、カメラを用いない非画像方式のものと、カメラを用いた画像方式のものとがある。
【０００３】
カメラを用いない非画像方式の技術の一つとして、踏切内に赤外線やレーザー光の発光器及び受光器を設置し、照射された赤外線やレーザー光の光路遮断によって物体を検出する手法がある。またカメラを用いない非画像方式の別な技術として、踏切内の地面下方にループコイルを埋設し、ループコイル上を通過する物体によるループコイルのインダクタンス変化によって物体を検出する手法が一般に利用されている。
【０００４】
またカメラを用いた画像方式は、カメラで所望の対象エリアを撮影し、その撮影画像から物体を検出する画像処理方式である。特に、多様な気象条件・照明環境下での物体検出を目的に、古くから行われてきた単眼カメラの画像処理方式に代わり、２台以上のカメラを用いて３次元的に認識を行う方式が検討されている。その一つに、特許文献１に記載された技術がある。当該特許文献１に記載の物体検出装置は、三角測量の原理を用いたステレオ視を行って、３次元情報を収集し、物体を検出している。
【０００５】
カメラを用いた画像方式の別な従来技術として、特許文献２に記載されたものがある。この特許文献２の技術は、２つのカメラ画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行い、変換後の画像間の差が大きな領域を高さのある物体とみなして検出する方法であり、平面ベースステレオ法と呼ばれている。
【特許文献１】特許第３３８８０８７号公報
【特許文献２】特開２０００−６５９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
カメラを用いない非画像方式である赤外線やレーザー光方式では、発光センサーから照射される光は一本の線であるため、自動車のような大型物体に対しては確実に光路を遮断するため高い検出精度が得られているが、人間や動物のような小型物体は光と光の隙間に入り、検出しないことが多いという欠点があった。また小型物体を検出するために、赤外線やレーザー光の間隔を狭めることも考えられるが、設備費及び設置工事費が高くなり、実用化されないでいた。一方、ループコイル方式の場合は、自動車や二輪車のような金属物体については有効であるが、人間や動物等の非金属物体は検出できないという欠点があった。
【０００７】
画像処理方式は、比較的少ない装置構成で広範囲をくまなく観察でき、コスト的にも安価であるという点では優れているが、単眼カメラの画像処理方式は多様な気象条件・照明環境に対応できないという欠点があった。
また特許文献１に記載されたステレオ視法は、画像間の対応点探索演算が必要で、演算コストが膨大となり、実時間処理には向かないという欠点があった。
更に、特許文献２に記載された平面ベースステレオ法の場合は、物体領域が一様であると、画像間差分により物体領域の一部が相殺され、物体領域が細かく分断されてしまい、ノイズとの区別がつかなくなるという問題があった。しかも、この平面ベースステレオ法の場合は、水面やレールにおける単一光源からの鏡面反射光など、一方のカメラでしか観測できない平面上の変化が物体領域として抽出されるという欠点があった。
【０００８】
本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、検出対象エリア内に物体が侵入しているか否かを物体形状復元手段の出力結果と、物体領域抽出手段の出力結果とを統合することで確実に検出することのできる物体検出装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、検出対象エリアに進入した物体を検出する装置であり、共通の検出対象エリアを撮影する複数のカメラと、それらによって撮影された複数の画像から視体積交差法に基づいて物体の３次元形状を復元する物体形状復元手段と、２つの画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行って高さのある物体領域を抽出する物体領域抽出手段と、前記物体形状復元手段と物体領域抽出手段の出力結果を統合して対象エリアにおける物体を検出する検出手段とで構成したことを特徴とする物体検出装置である。
【００１０】
本発明が採用した請求項２の手段は、検出対象エリアに進入した物体を検出する装置であり、共通の検出対象エリアを撮影する複数のカメラと、それらによって撮影された複数の画像から視体積交差法に基づいて物体の３次元形状を復元する物体形状復元手段と、２つの画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行って高さのある物体領域を抽出する物体領域抽出手段と、前記物体形状復元手段と物体領域抽出手段の出力結果を統合して対象エリアにおける物体を検出する検出手段と、物体が検出された場合に、音声、映像、発光信号等により異常を伝達する警報手段とで構成したことを特徴とする物体検出装置である。
【００１１】
本発明が採用した請求項３の手段は、検出対象エリアに進入した物体を検出する装置であり、共通の検出対象エリアを撮影する複数のカメラと、それらによって撮影された複数の画像から視体積交差法に基づいて物体の３次元形状を復元する物体形状復元手段と、２つの画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行って高さのある物体領域を抽出する物体領域抽出手段と、前記物体形状復元手段と物体領域抽出手段の出力結果を統合して対象エリアにおける物体を検出する検出手段と、物体が検出された場合に、その物体が人物か否かを判定する判定手段と、物体が人物である場合に音声、映像、発光信号等により異常を伝達する警報手段とで構成したことを特徴とする物体検出装置である。
【００１２】
本発明が採用した請求項４の手段は、前記複数のカメラは、検知エリア平面の全体又は一部における光の鏡面反射成分が同時に写らない位置に配置されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の物体検出装置である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明にあっては、複数のカメラによって撮影された複数の画像から視体積交差法に基づいて物体の３次元形状を復元する物体形状復元手段と、２つの画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行って高さのある物体領域を抽出する物体領域抽出手段との出力結果を統合して物体の検出を行っている。
これは、次の理由による。すなわち、物体形状復元手段は、複数の画像の各々から抽出された対象の２次元シルエットを実際の３次元空間に投影し、それら錘体（これを視体積と呼ぶ）の共通部分を抽出することで対象の概略形状を算出するものである。したがって、単一の画像でのみ２次元シルエットとして抽出されるレール等の鏡面反射光を誤検出することはないが、逆に、全ての画像でシルエットが抽出される平面上の影などを物体であると誤検出する欠点がある。一方、物体領域抽出手段は、２つのカメラ画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行い、変換後の画像間の差が大きな領域を高さのある物体とみなして抽出するものである。したがって、この物体領域抽出手段は、単一の画像でのみ観測されるレール等の鏡面反射光を誤検出する欠点を有するが、逆に、平面上の影などを物体として検出することはないという特徴を有している。
そこで、この請求項１の発明では、物体復元手段と物体領域抽出手段との出力結果を統合的に判断することで両手段の長所を活かして欠点を補い、屋外の気象条件や日照条件に影響されることなく、確実に物体を検出することができるようにしている。
【００１４】
請求項２の発明にあっては、前記請求項１の発明に加えて、物体が検出された場合に、音声、映像、発光信号等により異常を伝達する警報手段を付加している。これにより、例えば踏切内の物体を検出する装置として利用した場合は、周辺を走行する列車や列車指令所に対して音声、映像、発光信号等により踏切内で物体が検出されていることを伝達することができ、列車を緊急停止させることで踏切事故を防止することが可能である。
【００１５】
更に、請求項３の発明にあっては、前記請求項１の発明に加えて、物体が検出された場合に、その物体が人物か否かを判定する判定手段と、物体が人物である場合に音声、映像、発光信号等により異常を伝達する警報手段とを付加している。例えば、踏切内では人身事故が後を絶たないが、本装置を踏切内へ設置した場合は、踏切内の人物を始め、周辺を走行中の列車や列車指令所に対して警報を発することができ、人身事故を防止することが可能である。
【００１６】
請求項４の発明にあっては、前記請求項１〜３の発明において、複数のカメラは、任意の光源から発せられた直接光の検知対象エリア平面での鏡面反射光が同時に写らないように配置されている。これは光源が複数存在する場合でも、物体形状復元手段と物体領域抽出手段との統合による効果が得られるようにするためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１乃至図４は本発明の一実施の形態に係るものであり、踏切内に物体検出装置を設置した場合のものである。図１は踏切に設置した物体検出装置の配置例を示す概略斜視図、図２は同装置のブロック回路図、図３は同装置の処理フローを示す図面である。また図４は視体積交差処理法の基本原理を説明する図面である。
【００１８】
同図に示す如く、この実施の形態にあっては、視点の異なる四つのカメラ１〜４を、軌道上の所定の範囲に設定された踏切の検出対象エリア５についてそれぞれが撮影できるように、支柱６及び７に固定されている。この実施の形態では、カメラを四台用いた場合を示しているが、少なくとも二台以上あれば何台でもよい。またカメラ１〜４は、それぞれが互いに離れて設置されるようにしており、太陽光の位置、列車や自動車や二輪車等の移動体の光源の位置、周辺の構造物や反射物等のあらゆる光源の位置をあらかじめ把握しておき、これら光源から発せられる直接光の検知エリア平面５での鏡面反射光が全てのカメラ１〜４に同時に写らないように、カメラ１〜４の高さと向き、角度等が設定されている。例えば、図１に示すように、軌道の同じ側に支柱６及び７を１０ｍ程度離して立設し、高さ５ｍの位置にカメラ１及び３を設置し、高さ１ｍの位置にカメラ２及び４を設置している。
【００１９】
各カメラ１〜４は、検出対象エリア５を撮影して画像信号を、有線又は無線により画像処理装置Ｖへ出力している。該画像処理装置Ｖは、図２のブロック回路図に示すように、物体の形状を復元する物体復元手段としての視体積交差処理部８と、高さのある物体を検出する物体領域抽出手段としての平面ベースステレオ処理部９と、これらの両処理部８及び９の出力信号を総合的に判断する統合検出部１０とを基本的構成とし、必要に応じて人物判定部２０が付加される構成である。
【００２０】
画像処理装置Ｖから出力された物体である旨の信号は、制御警報装置Ａの出力制御部に１１入力される。出力制御部１１では、前記入力信号により予め決められたルールに従って、音声警報部１２のスピーカー１２Ａと、発光警報部１３の警告灯１３Ａと、画像表示警報部１４の画像表示装置（モニター）１４Ａとへ警報信号を出力するようになっている。音声警報部１２のスピーカー１２Ａと、発光警報部１３の警告灯１３Ａとは、図１に示すように踏切のカメラの近傍に設置されており、踏切内へ侵入した人又は周辺の人に対して音と光で警報を発するようにしている。またモニター１４Ａは、列車指令所に設置されており、指令官へ踏切内へ何らかの物体が侵入していることを画面表示並びにモニターの警報音で知らせるようにしている。
【００２１】
次に、このように構成された踏切内における物体検出装置の動作態様を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。ステップＳ１０１においてカメラ１〜４で撮影された画像は、視体積交差処理部８へ入力される。この視体積交差処理部８では、図４に示すように、カメラ１〜４で撮影された画像からステップＳ１０２において背景差分法を用いて対象物の２次元シルエットを抽出している。そして、抽出された２次元シルエットを、ステップ１０３において３次元空間に投影し、それら視体積の共通部分を抽出することで対象の概略形状を算出している。前記ステップＳ１０２における背景差分法は、予め撮影された背景画像のデータと、現時点での入力画像とを比較することによって、背景画像から変化している領域を抽出することで、何らかの物体であることを認識し、その２次元シルエットを作成するものである。
【００２２】
画像処理装置Ｖでは、前記視体積交差処理部８での画像処理と並行して平面ベースステレオ処理部９においても画像処理が行われる。平面ベースステレオ処理部９では、先ず、ステップＳ１０５において２つの画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行い、ステップＳ１０６において変換後の画像間の差を求め（共通する領域を削除し）、この差分があった領域を高さのある物体による領域だと判断するようにしている。
【００２３】
次に、統合検出部１０では、前記視体積交差処理部８で算出された物体の概略形状を示す３次元領域と、平面ベースステレオ処理部９で判断された高さのある領域との重なり割合を算出し、重なり割合が所定値を越える場合に何らかの物体が存在するとみなしてその情報を出力するようにしている。具体的には、ステップＳ１０７において、視体積交差処理部８で算出された視体積の積集合をカメラ１の画像平面に投影する。次に、ステップ１０８において、ステップＳ１０７の投影結果と、ステップＳ１０６で求めた平面ベースステレオ処理部９における高さのある領域との重なり割合を算出する。そして、重なり割合が所定値を越える場合、統合検出部１０は何らかの物体が存在するとみなして、その物体情報を出力するようにしている（ステップＳ１０９）。
【００２４】
このように統合検出部１０において、視体積交差処理部８の出力結果と、平面ベースステレオ処理部９の出力結果とを統合的に判断して物体の検出を行うことにより、視体積交差処理法における欠点と、平面ベースステレオ法における欠点とを相互に補い、確実な物体検出が行えるようにしている。すなわち、視体積交差処理法（物体形状復元手段）は、複数の画像の各々から抽出された対象の２次元シルエットを実際の３次元空間に投影し、それら錘体（これを視体積と呼ぶ）の共通部分を抽出することで対象の概略形状を算出するものである。したがって、単一の画像でのみ２次元シルエットとして抽出されるレール等の鏡面反射光を誤検出することはないが、逆に、全ての画像でシルエットが抽出される平面上の影などを物体であると誤検出する欠点がある。一方、平面ベースステレオ法（物体領域抽出手段）は、２つのカメラ画像間で検出対象エリア平面を対応づける平面変換を行い、変換後の画像間の差が大きな領域を高さのある物体とみなして抽出するものである。したがって、この平面ベースステレオ法は、単一の画像でのみ観測されるレール等の鏡面反射光を誤検出する欠点を有するが、逆に、平面上の影などを物体として検出することはないという特徴を有している。統合検出部１０は、前記特徴と欠点とを有する視体積交差処理法と、平面ベースステレオ法との二つの方法で画像処理した出力結果を統合してその重なり割合から物体であることを判断することにより、レールからの反射光による誤検出の欠点と、建物等の影を誤検出する欠点とを補うことができ、これらの影響を受けない判断結果が得られる。要するに、二つの方法を重ね合わせて用いることにより、確実な物体の検出が可能である。
【００２５】
人物判定部２０が設置されている場合は、続いて物体が人物であるか否かをステップＳ２０１において判定し、物体が人物である場合にのみ、物体情報を制御警報装置Ａへ出力するようにしている。物体が人物であるかの判断は、視体積交差法によって復元された物体の概略形状と所定の人物モデルとの比較により行っている。
【００２６】
統合検出部１０及び人物判定部２０での判定結果は、制御警報装置Ａにおいて警報が発令される。出力制御部１１は、統合検出部１０及び人物判定部２０から入力される物体情報に基づき、あらかじめ決められたルールに従って、音声警報部１２のスピーカー１２Ａから音声による警報を発し、また同時に発光警報部１３の警告灯１３Ａから光による警報を発し、踏切及びその周辺の人達に知らせている。一方、列車指令所に設置された画像表示警報部１４の画像表示装置（モニター）１４Ａでは、画面表示並びにモニターの警報音等によって踏切内に物体が侵入していることを知らせている。司令官はこれにより、当該踏切に接近する列車の緊急停止措置を行い、踏切事故を防止することが可能である。
【００２７】
このように本実施の形態にあっては、４台程度の少数のカメラと、パソコンに搭載する画像処理ボードと同じ程度の機能を有する画像処理装置と、警報装置とで構成することができ、全体システムを構築する部品数が少なく、構成が容易であり、また安価に提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態に係るものであり、踏切に設置した物体検出装置の配置例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る物体検出装置のブロック回路図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る物体検出装置の処理フローを示す図面である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るものであり、視体積交差処理法の基本原理を説明する図面である。
【符号の説明】
【００２９】
１〜４…カメラ、６，７…支柱、８…視体積交差処理部、９…平面ベースステレオ処理  部、１０…統合検出部、１１…出力制御部、１２…音声警報部、１３…発光警報部、１  ４…画像表示警報部、２０…画像表示警報部、Ｖ…画像処理装置、Ａ…制御警報装置
【図１】
2006118914.tif 000003
【図２】
2006118914.tif 000004
【図３】
2006118914.tif 000005
【図４】
2006118914.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月26日(2004.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明が採用した請求項４の手段は、前記複数のカメラは、光源が複数存在する場合に、任意の光源から発せられた直接光の検知対象エリア平面での鏡面反射光が同時に写らないように配置されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の物体検出装置である。