(57)【要約】【課題】広域画像の撮像系と移動体の撮像系に同じ解像度の撮像素子を用い、光学系の倍率を変えることでより鮮明な画像を得ること。【解決手段】観察場所の広域画像Ａを撮るＣＣＤカメラ1と広域画像で捉えた移動体を高倍率画像Ｂで撮るＣＣＤカメラ２とを備え、少なくともＣＣＤカメラ２を２軸回転ステージ３で２次元に可動自在に支持し、ＣＣＤカメラ1からの映像出力に基づいて広域画像に存在する移動体Ｍの画面上の動きおよび位置を検出するとともに、検出した移動体ＭにＣＣＤカメラ２を向けて追尾させるよう２軸回転ステージを制御し、ＣＣＤカメラ１およびＣＣＤカメラ２の映像出力を、双方またはいずれかを選択的に切り替えにより出力可能になっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察場所の広域画像を撮る広域画像撮像手段と、
前記広域画像で捉えた移動体を高倍率で撮る高倍率画像撮像手段と、
前記高倍率画像撮像手段を２次元に可動自在に支持し、高倍率画像撮像手段の光学系の光軸を前記移動体に向ける２軸回転ステージと、
前記広域画像撮像手段から出力される映像信号に基づいて広域画像に存在する移動体の画面上の動きおよび位置を検出するとともに、検出した前記移動体に前記高倍率画像撮像手段を向けて追尾させるよう前記２軸回転ステージを制御する制御手段と、
少なくとも前記高倍率画像撮像手段が撮った前記移動体の高倍率画像を出力する映像出力手段と、
を備えていることを特徴とする監視カメラ。
【請求項２】
請求項1の記載において、前記広域画像撮像手段が固定されていることを特徴とする監視カメラ。
【請求項３】
請求項１または２の記載において、前記広域画像撮像手段が撮った映像を選択的に出力可能に構成されていることを特徴とする監視カメラ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの記載において、前記移動体が人物であることを特徴とする監視カメラ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの記載において、前記映像出力を記録する記憶手段を備えていることを特徴とする監視カメラ。
【請求項６】
観察場所の広域画像を撮る広域画像撮像手段と、
前記広域画像撮像手段で撮った広域画像内に予め定めた特定エリアを高倍率で撮る高倍率画像撮像手段と、
前記広域画像撮像手段および高倍率画像撮像手段を２次元に可動自在に支持し、該広域画像撮像手段および高倍率画像撮像手段の各光学系の光軸を移動体に向けて同時に２次元動作させる２軸回転ステージと、
前記広域画像撮像手段から出力される映像信号に基づいて広域画像に存在する移動体の画面上の動きおよび位置を検出するとともに、検出された前記移動体を広域画像の特定エリアに入るように前記広域画像撮像手段および高倍率画像撮像手段を向けた後、前記移動体に追尾させるよう前記２軸回転ステージを制御する制御手段と、
前記広域画像撮像手段および高倍率画像撮像手段が撮った前記移動体の高倍率画像を出力する映像出力手段と、
を備えていることを特徴とする監視カメラ。
【請求項７】
請求項６の記載において、前記特定エリアが広域画像の中央部であることを特徴とする監視カメラ。
【請求項８】
請求項６または７の記載において、前記移動体が人物であることを特徴とする監視カメラ。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかの記載において、前記映像出力を記録する記憶手段を備えていることを特徴とする監視カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察範囲の全体を低倍率の広域撮像系で撮像し、この撮像した観察範囲に入った移動体を高倍率で撮像する監視カメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
観察対象の場所の全体画像およびその場所に存在する人物などの移動体の拡大画像を撮像する従来技術として、引用文献1には複数の撮像素子（ＣＣＤ）を設置し、対物レンズから各撮像素子までの光路中にハーフミラーを配置し、このハーフミラーによって分割された被写体像を高倍率および低倍率のレンズを通して各撮像素子が異なる倍率で撮像し、電気信号として出力することが開示されている。
【０００３】
しかし、人物の動きを検出し、この動きに応じて高倍率の撮像系を追尾させる機構を備えていない。その為、観察範囲の全域で人物を高倍率で撮像し、鮮明な画像で監視することができないという欠点があった。
【０００４】
また監視カメラを観察対象に向けて可動することは、引用文献2に提案されているが、この方式は予め定めたカメラに対してズーム倍率を変更するものであって、低倍率のカメラで撮像した広域画像に存在する移動体の動きを検知し、これにより高倍率のカメラを追尾させて撮像するものではない。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８６９１７号公報
【特許文献２】特開２００１−２８５８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまで広域を高解像で監視するには新たな素子と画像転送手段の開発が必要となっていた。従来の監視カメラはテレビ信号規格に基づいており広い範囲を撮影する場合は人物の顔を鮮明に撮影することはできなかった。また人物の顔が明確に分かるような倍率で撮影すると非常に限られた範囲しか撮影できず監視に適さないという問題があった。
本発明の目的は、広域画像の撮像系と移動体の撮像系に同じ解像度の撮像素子を用い、光学系の倍率を変えることでより鮮明な画像が得られる監視カメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明に係る監視カメラは、観察場所の広域画像を撮る広域画像撮像手段と、広域画像で捉えた移動体を高倍率で撮る高倍率画像撮像手段と、高倍率画像撮像手段を２次元に可動自在に支持し、高倍率画像撮像手段の光学系の光軸を移動体に向ける２軸回転ステージと、広域画像撮像手段から出力される映像信号に基づいて広域画像に存在する移動体の画面上の動きおよび位置を検出するとともに、検出した移動体に高倍率画像撮像手段を向けて追尾させるよう２軸回転ステージを制御する制御手段と、少なくとも高倍率画像撮像手段が撮った移動体の高倍率画像を出力する映像出力手段と、を備えていることを特徴とする。
請求項１の発明によれば、撮像手段としてビデオカメラを２台用いて実現しているためにケーブルや記録装置などはこれまでの設備を利用でき且つ高解像で広域の監視が可能となる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項1の記載において、前記広域画像撮像手段が固定されていることを特徴とする。
請求項２の発明によれば、広域用の撮像手段を固定し、監視するエリアが限定されることにより追尾用の撮像手段の制御が容易となる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の記載において、前記広域画像撮像手段が撮った映像を選択的に出力可能に構成されていることを特徴とする。
請求項３の発明によれば、広域画像と高解像画像を監視記録するには画像転送ケーブル、モニターおよび記録装置が２組ずつ必要となるが、２つの画像を切り替えて出力することでケーブル、モニター、記録装置が１組で実現可能となり、従来の監視カメラシステムと置き換える場合など画像信号ケーブルおよび記録装置が１つしかない場合にも利用可能となる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの記載において、前記移動体が人物であることを特徴とする。
請求項4の発明によれば、移動体を検知したエリアの画像から人の顔判断手法などを用いて人物であるか否かを判断して人物であれば高倍率画像撮像手段で追尾するようにする。これにより例えば犬、猫などの動物や風にとばされたゴミなどを追尾することが無くなり観察精度が向上する。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの記載において、前記映像出力を記録する記憶手段を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明に係る監視カメラは、観察場所の広域画像を撮る広域画像撮像手段と、広域画像撮像手段で撮った広域画像内に予め定めた特定エリアを高倍率で撮る高倍率画像撮像手段と、広域画像撮像手段および高倍率画像撮像手段を２次元に可動自在に支持し、該広域画像撮像手段および高倍率画像撮像手段の各光学系の光軸を移動体に向けて同時に２次元動作させる２軸回転ステージと、広域画像撮像手段から出力される映像信号に基づいて広域画像に存在する移動体の画面上の動きおよび位置を検出するとともに、検出された移動体を広域画像の特定エリアに入るように広域画像撮像手段および高倍率画像撮像手段を向けた後、移動体に追尾させるよう２軸回転ステージを制御する制御手段と、広域画像撮像手段および高倍率画像撮像手段が撮った移動体の高倍率画像を出力する映像出力手段と、を備えていることを特徴とする。
請求項6の発明によれば、広域画像撮像手段を可動とすることにより、請求項１に記載の監視カメラよりも広範囲の監視が実現可能である。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６の記載において、前記制御手段は移動体を広域画像の中央に位置させるように前記２軸回転ステージを制御することを特徴とする。
請求項７の発明によれば、高倍率画像撮像手段の撮像エリア中央を広域画像撮像手段の撮像エリアの中央と合わせることで、移動体を広域画像撮像手段の中央に位置させるように制御することで高倍率画像撮像手段のエリアに移動体が位置する。これにより常に移動体を高倍率画像撮像手段で監視可能となる。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項６または７の記載において、前記移動体が人物であることを特徴とする。
請求項８の発明によれば、請求項４の発明と同様の効果が得られる。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項６〜８のいずれかの記載において、前記映像出力を記録する記憶手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載された監視カメラは、部屋、出入口、通路、駐車場などある程度限られたエリアの監視に適しており、広域カメラで検知した移動体のみを高解像カメラで撮影する為に広い範囲の監視を行いながら高解像での人物の撮影が可能となる。
請求項６に記載された監視カメラは、会議室、アリーナ、公園、運動場、工場など広い範囲で夜間に人などの移動体がない広いエリアを監視する場合に適している。移動体がない場合はゆっくりと全体をスキャンしているが、移動体を検知した場合は移動体を追尾することで高解像カメラでの撮影が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は高解像素子を用いると素子の価格や速度などで不利となる点を、倍率の違う光学系をもつそれ程解像度は高くない廉価な素子を用いることで実現した。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明に係る監視カメラの第1の実施例を説明するための画面であって、固定カメラの撮像範囲と追尾カメラの追尾の様子を示している。図２は監視カメラの概念図、図３は制御ブロック図である。
【００１９】
第１の実施例は、図１に示すように固体撮像素子（ＣＣＤ）で構成された固定カメラ（以下ＣＣＤカメラ１と記す）により観察範囲Ａの全体を撮像し、この観察範囲に入った移動体Ｍを検知し、この予め定めた観察範囲の観察原点から移動体Ｍの左右（Ｘ）方向および上下（Ｙ）方向の座標を求め、この座標に固体撮像素子（ＣＣＤ）で構成された追尾カメラ（以下ＣＣＤカメラ２と記す）を向けるように制御し、移動体を追尾し、この移動体を含む狭い範囲ＢをＣＣＤカメラ２によって撮像するものである。
【００２０】
本実施例は広域画像撮像手段として、観察場所の広域画像を撮像する低倍率のＣＣＤカメラ１を、高倍率画像撮像手段として、高倍率のＣＣＤカメラ２をそれぞれ用い、ＣＣＤカメラ１で撮像した広域画像で捉えている移動体、例えば人物を追いながら高倍率のＣＣＤカメラ２で撮像する。
【００２１】
図２において、監視カメラはＣＣＤカメラ１、ＣＣＤカメラ２、２軸回転ステージ３、制御部４から構成されている。ＣＣＤカメラ１は、低倍率の光学系の入射光をＣＣＤによりカラーまたはモノクロの映像信号１に変換し、出力する。ＣＣＤカメラ２は２軸回転ステージ３によって光軸を左右（Ｘ）方向および上下（Ｙ）方向に向けるように支持されており、高倍率の光学系の入射光をＣＣＤによりカラーまたはモノクロの映像信号２に変換し、出力する。
【００２２】
２軸回転ステージ３は既知の追尾機構が採用されており、主たる要素はモータ（１）で作動するＸ軸可動機構とモータ（２）で作動するＹ軸可動機構とを含み、これらを組み合わせることによりＣＣＤカメラ２の光軸をＸ-Ｙ座標の任意の方角に向けることができる。
【００２３】
制御部４は、図４に示す処理を実現するプログラムを内蔵しており、ＣＣＤカメラ１から出力される映像信号1に基づいて観察範囲の全体画像Ａに人物Ｍの存在を検出し、当該人物Ｍが検出されるとその人物Ｍの座標を求めるとともに、この画面上の位置情報に基づいて２軸制御回路が２軸回転ステージ３のモータ１及びモータ２の回転制御を行ってＣＣＤカメラ２を人物Ｍに向け、その人物Ｍの動きに応じて追尾させる。ＣＣＤカメラ２は人物Ｍの映像信号２を出力する。
【００２４】
動き検出アルゴリズムを図面を参照しながら説明する。ある時点での画像データを記憶する（図５）。（以下前回画像と呼ぶ）この処理はビデオ信号であれば通常、奇数フィールドと偶数フィールドを合わせたフレーム画像を取り込む。この場合は１秒間に３０枚のフレームレートである。次の時点での画像データを取り込む（図６）。（以下今回画像と呼ぶ）前回画像と今回画像の各画素間での引き算を行う（図７）。具体例としては、前回画像の輝度をI(Xm,Yn)、今回画像の輝度をi(Xm,Yn)とすると、差分画像として
I(Xm,Yn)−ｉ(Xm,Yn)
を得る。
【００２５】
上記の差分画像で変化が大きい部分を検出する（図８）。ここで、差分が閾値より大きい場合を１として、変化があるエリアの中心を求める（図９）。中心の求め方には、動きがあるエリアの重心を算出する方法や近似として動きがあるエリアの水平、垂直方向の半分の位置を求める方法などがある。これによりシステムは上記動き検出アルゴリズムにより得られた変化があるエリアの中心座標方向へ高倍率光学系（ＣＣＤカメラ２）の方向を合わせるように制御する。
【実施例２】
【００２６】
図１０は本発明に係る監視カメラの第２の実施例を説明するための画面であって、ＣＣＤカメラ１とＣＣＤカメラ２のそれぞれの撮像範囲、および両カメラによる追尾の様子を示している。図１１は監視カメラの概念図、図１２は制御ブロック図である。
【００２７】
第２の実施例は広域と高倍率を組み合わせた２重光学系の追尾カメラが用いられており、詳しくはＣＣＤカメラ１が観察範囲Ａの全体（広域）を低倍率で撮像し、ＣＣＤカメラ２が観察範囲Ａの中心部Ｃを高倍率で撮像するよう構成されている。ＣＣＤカメラ１とＣＣＤカメラ２の追尾制御は観察範囲Ａに入った移動体、例えば人物Ｍが観察範囲Ａの中心に位置されるように可動し、その人物Ｍの動きに応じて向けられる。
【００２８】
２軸回転ステージ３は、第１の実施例と同じ機能を有し、主たる要素はモータ（１）で作動するＸ軸可動機構とモータ（２）で作動するＹ軸可動機構とを含み、これらを組み合わせることによりＣＣＤカメラ１とＣＣＤカメラ２を観察範囲に入った人物Ｍを中心部に位置させるように制御される。
【００２９】
制御部４は、図１３に示す処理を実現するプログラムを内蔵しており、ＣＣＤカメラ１から出力される映像信号1に基づいて観察範囲の全体画像Ａに人物Ｍの存在を検出し、当該人物Ｍが検出されるとその人物Ｍの座標を求め、その座標と画面上の中央の座標との差をゼロにする、すなわち人物Ｍが常に中央に位置するように２軸制御回路が２軸回転ステージ３のモータ１及びモータ２の回転制御を行ってＣＣＤカメラ１とＣＣＤカメラ２とを同時に人物Ｍの動きに応じて追尾させる。この状況をＣＣＤカメラ１が映像信号１を出力するとともに、ＣＣＤカメラ２が映像信号２を出力する。
【００３０】
動き検出アルゴリズムを図面を参照しながら説明する。
ＣＣＤカメラ１の画像から移動体の座標を検出する（図１４）。移動体およびその座標の検出は上記図５から図９と同じである。移動体が画面の中央になるようにカメラを動かす（図１５）。このように２重光学系追尾システムの場合は移動体が常に画面の中央となる。
【００３１】
第１および第２の実施例におけるＣＣＤカメラ１の映像信号１，ＣＣＤカメラ２の映像信号２は並行して両方を出力したり、或いは通常は映像信号１を出力し、条件によって映像信号２を出力するように切り替える。この条件としては、例えば動き検出があった時に切り替えられるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る監視カメラの第1の実施例を説明するための画面を示す図である。
【図２】第1の実施例を説明するための監視カメラの模式図である。
【図３】第1の実施例の制御ブロック図である。
【図４】第1の実施例の処理フローを示す図である。
【図５】動き検出アルゴリズムにおける今回画像を記憶する説明図である。
【図６】前回画像の取り込みの説明図である。
【図７】前回画像と今回画像との差分画像を求める説明図である。
【図８】差分画像で変化が大きい部分を検出する説明図である。
【図９】変化があるエリアの中心を求める説明図である。
【図１０】第２の実施例を説明するための画面を示す図である。
【図１１】監視カメラの模式図である。
【図１２】制御ブロック図である。
【図１３】第２の実施例の処理フローを示す図である。
【図１４】動き検出アルゴリズムにおける移動体の座標を検出する説明図である。
【図１５】移動体が画面の中央になるようにカメラを動かす説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    ＣＣＤカメラ１（広域画像撮像手段）
２    ＣＣＤカメラ２（高倍率画像撮像手段）
３    ２軸回転ステージ
４    制御部
Ａ    広域画像
Ｂ    高倍率画像
Ｍ    移動体
【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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