(57)【要約】【課題】  色等の情報を事前に登録することなく、危険範囲に存在する作業者や建物を高精度に検出する。【解決手段】  動体検出装置は、入力画像Ｐ及び参照画像データに基づいて動体を検出する。動体検出装置は、旋回体３に設置された撮像手段６と、撮像手段６からの入力画像Ｐを参照画像データとして一時的に記憶する画像メモリ５６を有する制御手段５２と、を有する。制御手段５２は、画像メモリ５６に記憶されている参照画像データと撮像手段６から出力された前記入力画像Ｐを比較することにより旋回体３の旋回角度を検出する。制御手段５２は、画像メモリ５６に記憶されている参照画像データと撮像手段６から出力された入力画像Ｐを差分処理することによって動体を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回体に設置された撮像手段と、前記撮像手段からの入力画像を参照画像データとして一時的に記憶する画像メモリを有する制御手段と、を有し、前記入力画像及び前記参照画像データに基づいて動体を検出する動体検出装置であって、前記制御手段は、前記画像メモリに記憶されている前記参照画像データと前記撮像手段から出力された前記入力画像を比較することにより前記旋回体の旋回角度を検出することを特徴とする動体検出装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記画像メモリに記憶されている前記参照画像データと前記撮像手段から出力された前記入力画像を差分処理することによって前記動体を検出することを特徴とする請求項１に記載の動体検出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記入力画像上に仮想円周を設け、前記参照画像データと前記入力画像における前記仮想円周上の画素値を比較することにより、前記旋回角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の動体検出装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記入力画像上に複数の仮想円周を設け、前記参照画像データと前記入力画像における前記仮想円周上の画素値を比較することにより、夫々の前記仮想円周上の円周旋回角度を検出し、前記仮想円周毎に検出された前記円周旋回角度から前記旋回体の前記旋回角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の動体検出装置。
【請求項５】
前記動体が検出されたことを報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の動体検出装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記動体が検出されたときに、前記旋回体の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の動体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動体検出装置に関するものであり、特に、建設機械（油圧ショベル等）に設置される動体検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の建設機械は、キャタピラまたは車輪による走行可能な走行体を有し、その走行体上に旋回体が旋回可能なように設置されている。旋回体には、操縦者が搭乗する運転室と、掘削作業等を行う作業機械が設置されている。建設機械は、作業の安全性を確保する為、操縦者が周囲を確認できるように、運転室の窓は大きく設計されているが、操縦者からの死角となる範囲が存在する。
従来、操縦者からの死角となる範囲の確認を行う為に、広角カメラを設置し、運転室内の表示器に表示させ、危険範囲にいる作業者や、作業の障害となる周辺の建物等を検出する技術が知られている（特許文献１）。
【０００３】
また、操縦者からの死角となる範囲の確認を行う為に広角カメラを設置し、この広角カメラから得られた画像の歪を修正し、パノラマ画像に変換してから、運転室内の表示器に表示させる技術が知られている（特許文献２）。
更に、動画像から動体を検出する技術として、フレーム間差分方法が知られている。前記フレーム間差分方法は、動画像中の時間的に前後する２枚の入力画像に対し、全画素の輝度値の差分を取り、差分値が予め定めた閥値を超えた場合、動体が存在すると判定する（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００４−３４３２９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３２８１号公報
【特許文献３】特開平８−９８０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、作業者や建物を認識させるために、予めそれらの外観の色彩情報を登録しなければならず、登録されてない外観を有する作業者や建物を検出できないという問題点を有していた。
また、特許文献１，２に開示された技術では、入力画像に基づいてフレーム間差分方法にて動体を検出する場合、広角カメラが旋回体に設置されているため、最も操縦者が周辺の確認を必要とする静止状態から旋回を開始した状態において、広角カメラからの時間的に前の入力画像に対し、時間的に後の入力画像は、旋回に伴って画像全域が変化する。そのため、画像全域を動体と判断してしまい、危険範囲にいる作業者を検出するという目的を達成できない。
本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、色等の情報を事前に登録することなく、危険範囲に存在する作業者や建物を高精度に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するため、旋回体３に設置された撮像手段６と、前記撮像手段６からの入力画像Ｐを参照画像データとして一時的に記憶する画像メモリ５６を有する制御手段５２と、を有し、前記入力画像Ｐ及び前記参照画像データに基づいて動体を検出する動体検出装置であって、前記制御手段５２は、前記画像メモリ５６に記憶されている前記参照画像データと前記撮像手段６から出力された前記入力画像Ｐを比較することにより前記旋回体３の旋回角度を検出するものである。
【０００６】
また、本発明は、前記制御手段５２は、前記画像メモリ５６に記憶されている前記参照画像データと前記撮像手段６から出力された前記入力画像Ｐを差分処理することによって前記動体を検出するものである。
【０００７】
また、本発明は、前記制御手段５２は、前記入力画像Ｐ上に仮想円周を設け、前記参照画像データと前記入力画像Ｐにおける前記仮想円周上の画素値を比較することにより、前記旋回角度を検出するものである。
【０００８】
また、本発明は、前記制御手段５２は、前記入力画像Ｐ上に複数の仮想円周を設け、前記参照画像データと前記入力画像Ｐにおける前記仮想円周上の画素値を比較することにより、夫々の前記仮想円周上の円周旋回角度を検出し、前記仮想円周毎に検出された前記円周旋回角度から前記旋回体３の前記旋回角度を検出するものである。
【０００９】
また、本発明は、前記動体が検出されたことを報知する報知手段５４を備えたものである。
【００１０】
また、本発明は、前記制御手段は、前記動体が検出されたときに、前記旋回体３の動作を制御するものである。
【発明の効果】
【００１１】
旋回体が旋回中であっても、危険範囲内に存在する作業者等を高速に、且つ、高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。
【００１３】
図１及び図２は、建設機械の一例としての自走可能な油圧ショベル１を示すものである。油圧ショベル１は、キャタピラ式の走行手段を有する走行体２と、走行体２に設置された旋回可能な旋回体３と、掘削作業が可能な作業機械４と、旋回体３に設置された操縦者が搭乗する運転室５と、旋回体３に設置された広角カメラ６とから構成されている。油圧ショベル１には、窓５１が操縦者の視野を確保するように運転室５の周囲に設けられているが、旋回体３の後部領域に操縦者から死角となる危険範囲が存在する。
【００１４】
本実施形態では、上記危険範囲を含む広範囲を広角カメラ６によって撮影し、歪修正等の画像処理の後、運転室５に設置された表示器５３に表示させることが可能である。つまり、制御手段５２は、広角カメラ６が出力した入力画像を入力し、前記入力画像に歪補正等の画像処理を施した画像データを表示器５３に出力する（図３参照）。
【００１５】
次に、図４に基づいて、広角カメラ６について説明する。広角カメラ６は、曲線の回転体の形状を有する反射面６１と、反射面６１に映った像を撮影可能なように配置されたカメラ６２とから構成される。撮影された画像は、図５に示すような環状で、反射面６１の回転対称軸と直交する方向について、全方位の画像を撮影できる。
【００１６】
図６は、上記危険範囲を含む広範囲に存在する作業者等を高精度に検出する動体検出装置を示すブロック図である。動体検出装置の制御手段５２は、参照画像メモリ５６と表示画像メモリ６０とを有している。
【００１７】
制御手段５２は、先ず、初期化処理により参照画像メモリ５６を初期化する。前記初期化処理では、例えば、広角カメラ６で最初に得られた入力画像データを参照画像メモリ５６に書き込むことにより初期化することが可能である。次に、カメラ入力処理により、広角カメラ６の入力画像Ｐを取得し、表示画像メモリ６０に入力画像Ｐを書き込む。
【００１８】
次に、参照画像メモリ５６の参照画像Ｒ１と入力画像Ｐから、後述する旋回角度検出処理５８により、旋回体３の旋回角度θを検出する（図８参照）。次に、回転処理５７により、参照画像メモリ５６の画像を前記旋回角度θだけ回転させる（図９参照）。次に、後述する差分処理５９により、入力画像Ｐと回転処理した参照画像Ｒ２の差分を検出し、動体領域を取得する（図１０参照）。動体がある場合には、表示画像メモリ６０の画像上に動体領域を強調表示する内容を書き込む。前記強調表示は、例えば、動体領域を特定の色データで埋めるか、または、動体領域の周囲を特定の色データの線で囲むことにより可能である。次に、表示処理により、表示画像メモリ６０に記憶されている画像を表示器５３に表示する。次に、参照画像メモリ更新処理により、参照画像メモリ５６を更新する。フレーム間差分として知られる動体検出アルゴリズムでは、参照画像メモリ５６には入力画像Ｐを書き込む。最後に終了判定を行い、終了でない場合は、カメラ入力処理に戻る。
【００１９】
図１１及び図１２は、旋回角度検出処理５８を示すものである。図１１は、広角カメラ６の入力画像Ｐと、入力画像Ｐ上に予め仮想的に設定した、入力画像Ｐの環状領域と中心を共有する複数の同心円を示すものである。旋回角度検出処理５８においては、先ず、出力旋回角度θを「０」で初期化する。次に、全ての円周について、後述する円周旋回角度θ’を検出すると共に、出力旋回角度θの更新を行う。最後に、出力旋回角度θを重み付け係数合計で除する。
【００２０】
図１３は、円周旋回角度検出処理を示すものである。円周旋回角度検出処理においては、先ず、誤差最小値Ｅｍｉｎを「０」で初期化する。次に、ｎ＝０，１，…，Ｎ−１について、後述する差分計算処理によって誤差Ｅを算出し、誤差Ｅの最小値判定を行い、最小である場合は誤差最小値Ｅｍｉｎを更新し、出力旋回角度にθ’＝２πｎ／Ｎ（ラジアン）を設定する。
【００２１】
図１４は、誤差計算処理を示すものである。図１１における各同心円の円周は、分割数Ｎで分割され、円周上にある画素の座標は、図１５のように、予め与えられている。誤差計算処理においては、先ず、出力誤差Ｅを「０」で初期化する。次に、ｎ＝０，１，…，Ｎ−１について、参照画像Ｒ１と入力画像Ｐの画素の絶対値差を合計し、差分値Ｅを出力する。誤差計算処理を１つの式で書くと、式１となる。
【数１】
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【００２２】
前記誤差計算処理において、誤差を計算する画素を図１５で与えられる円周上に制限しているため、演算量を抑えることができ、誤差計算は高速化される。更に、前記誤差計算処理において、複数の円周上で円周旋回角度を検出して、それらから最終的な旋回角度を検出しているため、演算量の増加を抑えつつ精度を向上させることができる。
【００２３】
図１６は、回転処理５７を示すものである。回転処理５７においては、出力画像上の全ての画素について、入力画像Ｐ上の対応する座標を式２に基づいて計算する。
【数２】
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【００２４】
次に、式３に基づいて出力画像に画素値を設定する。
【数３】
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【００２５】
図１７は、前記差分処理を示すものである。出力画像上の全ての画素について、入力画像Ｐと参照画像Ｒの画素値を比較し、その絶対値差が、閥値Ｔより大きければ、対応する座標上の動体領域を示す２値画像Ｍ（ｘ，ｙ）に「１」を設定し、それ以外の場合は「０」を設定する。
【００２６】
なお、本実施形態では、動体検出結果を表示器５３に表示するものであったが、動体検出結果が危険範囲内に作業者等を検出した場合に、報知器５４によって音声にて操縦者に報知するものであっても良い。また、動体検知結果が危険範囲内に作業者等を検出した場合に、旋回体３と作業機械４を制御するコントローラ５５によって、それらの動作を強制的に停止させるものであっても良い。また、本発明は、ビル建設に用いられるタワークレーン等にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示す建設機械の正面図。
【図２】同上実施形態を示す建設機械の側面図。
【図３】同上実施形態を示す概略ブロック図。
【図４】同上実施形態を示す広角カメラの側面図。
【図５】同上実施形態を示す画像説明図。
【図６】同上実施形態を示す詳細ブロック図。
【図７】同上実施形態を示すフロー図。
【図８】同上実施形態を示す回転処理の説明図。
【図９】同上実施形態を示す回転処理の説明図。
【図１０】同上実施形態を示す回転処理の説明図。
【図１１】同上実施形態を示す仮想同心円の説明図。
【図１２】同上実施形態を示す旋回角度検出処理のフロー図。
【図１３】同上実施形態を示す旋回角度検出処理のフロー図。
【図１４】同上実施形態を示す誤差計算処理のフロー図。
【図１５】同上実施形態を示す円周上画素座標の説明図。
【図１６】同上実施形態を示す回転処理のフロー図。
【図１７】同上実施形態を示す差分処理のフロー図。
【符号の説明】
【００２８】
３  旋回体
６  広角カメラ（撮像手段）
５２  制御手段
５４  警報器（報知手段）
５６  参照画像メモリ（画像メモリ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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