(57)【要約】【課題】誤作動を少なくし、実用性を向上させる。【解決手段】カメラ１と、カメラ１からのディジタルフレーム画像から移動体を抽出して認識する認識手段１１と、監視エリアＤを設定する設定手段１３と、監視エリアＤ内の移動体が侵入者に相当することを検出して警報信号Ｓ1 を出力する検出手段１２とを組み合わせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続撮影されたディジタルフレーム画像から移動体を抽出して認識するに際し、前回の画像と今回の画像とを対比して各画素ごとの階調差の絶対値を算出し、階調差の絶対値を垂直方向、水平方向にそれぞれ積算して水平方向、垂直方向のピーク位置を求め、水平方向、垂直方向のピーク位置を通る垂直線、水平線によって画像内に形成される長方形の枠体を移動体として認識することを特徴とする移動体の認識方法。
【請求項２】
視野内を連続撮影するカメラと、該カメラからのディジタルフレーム画像から移動体を抽出して認識する認識手段と、前記カメラの視野内に監視エリアを設定する設定手段と、前記認識手段によって認識する移動体が監視エリア内の侵入者に相当することを検出して警報信号を出力する検出手段とを備えてなり、前記認識手段は、前回の画像と今回の画像との各画素ごとの階調差の絶対値に基づいて画像内に形成する長方形の枠体を移動体として認識することを特徴とする監視カメラ装置。
【請求項３】
前記設定手段は、奥行を有する監視エリアを設定することを特徴とする請求項２記載の監視カメラ装置。
【請求項４】
前記検出手段は、監視エリア内の移動体の高さを検出条件に加えることを特徴とする請求項２または請求項３記載の監視カメラ装置。
【請求項５】
前記カメラからのディジタルフレーム画像に対し、前記設定手段により設定された監視エリアと、前記認識手段により認識された移動体とを重畳して表示する表示器を付設することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか記載の監視カメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、監視エリア内に侵入する侵入者などを適確に検出することができる移動体の認識方法と、それを利用する監視カメラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
監視エリア内に侵入する侵入者などを確実に検出するために、移動体の検出機能を備える監視カメラ装置が提案されている。
【０００３】
たとえば、カメラによって連続撮影された監視エリアの画像データを分析し、今回撮影された画像と前回撮影された画像との画像データの差分の絶対値を全画素について算出した上、あらかじめ設定されたしきい値と比較することにより、画像内の移動体の有無を検出して侵入者を発見することができる（特許文献１）。また、移動体の移動速度の大小に拘らず、移動体の有無を一層確実に検出するために、画像をエッジ成分のみからなるエッジ画像に変換した上、画像データの差分の絶対値を算出することができる（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−１２８８９９号公報
【特許文献２】特開平５−２６６１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる従来技術によるときは、全画素についての画像データの差分の絶対値を算出するだけであり、移動体の大きさや位置に関する情報が得られないため、カメラの視野内に入るすべての移動体を侵入者とみなしてしまう結果、誤作動が多く、実用上極めて使い勝手が悪いという問題があった。たとえば、子供や、犬、猫などの小動物、監視エリアから遠く離れている移動物体などを侵入者として誤検出するおそれが多分にあるからである。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、各画素ごとの階調差の絶対値に基づいて画像内に形成する枠体を移動体として認識することによって、誤作動が少なく、監視システムとしての実用性を大きく向上させることができる移動体の認識方法と、それを利用する監視カメラ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するためのこの出願に係る第１発明（請求項１に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、連続撮影されたディジタルフレーム画像から移動体を抽出して認識するに際し、前回の画像と今回の画像とを対比して各画素ごとの階調差の絶対値を算出し、階調差の絶対値を垂直方向、水平方向にそれぞれ積算して水平方向、垂直方向のピーク位置を求め、水平方向、垂直方向のピーク位置を通る垂直線、水平線によって画像内に形成される長方形の枠体を移動体として認識することをその要旨とする。
【０００７】
第２発明（請求項２に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、視野内を連続撮影するカメラと、カメラからのディジタルフレーム画像から移動体を抽出して認識する認識手段と、カメラの視野内に監視エリアを設定する設定手段と、認識手段によって認識する移動体が監視エリア内の侵入者に相当することを検出して警報信号を出力する検出手段とを備えてなり、認識手段は、前回の画像と今回の画像との各画素ごとの階調差の絶対値に基づいて画像内に形成する長方形の枠体を移動体として認識することをその要旨とする。
【０００８】
なお、設定手段は、奥行を有する監視エリアを設定することができ、検出手段は、監視エリア内の移動体の高さを検出条件に加えることができる。
【０００９】
また、カメラからのディジタルフレーム画像に対し、設定手段により設定された監視エリアと、認識手段により認識された移動体とを重畳して表示する表示器を付設してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
かかる第１発明の構成によるときは、画像内の移動体は、前回の画像と今回の画像との各画素ごとの階調差の絶対値に基づいて形成される長方形の枠体として認識される。すなわち、移動体を侵入者とすれば、枠体の下辺は、侵入者の足元の位置に対応し、枠体の高さは、侵入者の身長に対応するから、侵入者を検出する際の検出条件として、枠体の下辺の位置が特定の監視エリア内にあること、枠体の高さが設定範囲内にあることを設定すれば、監視エリア外の移動物体を侵入者として誤検出したり、子供や、犬、猫などの小動物などを誤検出したりする可能性を最少にすることができる。ただし、画像内において、侵入者の身長は、観察地点からの距離に従って小さく見えるから、枠体の下辺の位置、すなわち侵入者の足元の位置から想定される観察地点から侵入者までの距離に基づき、枠体の高さに対するしきい値を適切に補正するものとする。
【００１１】
なお、侵入者を検出する場合、ディジタルフレーム画像は、たとえば３０枚／sec 程度以上の頻度で連続撮影することにより、侵入者の動きを十分滑らかに捉えることができる。また、ディジタルフレーム画像は、たとえば７２０×４８０ドットのカラー画像とし、画素ごとの赤、緑、青の各色の階調は、０〜２５５の２５６階調で表現すれば十分である。さらに、各画素ごとの階調差の絶対値は、各色の階調差の絶対値の最大値を選択して採用するのがよく、水平方向、垂直方向のピーク位置を明確化するために、そのようにして選択された最大値のｎ乗（ｎ＞１）を算出して垂直方向、水平方向に積算してもよい。なお、ｎは、コンピュータによる計算を単純化するために、ｎ＝２、４、８…に設定するのがよく、一般には、ｎ＝２とするのがよい。
【００１２】
階調差の絶対値を積算して求める水平方向、垂直方向のピーク位置は、水平方向、垂直方向について、それぞれ互いに最も離れている２位置を特定し、それらのピーク位置を通る垂直線、水平線により長方形の枠体を形成するのがよい。そこで、このようなピーク位置は、水平方向または垂直方向について、互いに逆方向に各位置ごとの階調差の絶対値の積算値をチェックし、それぞれの方向の最初のピーク位置を見出すことにより、簡単に特定することができる。ただし、侵入者の動きが遅いなどの理由により、明確な２位置のピーク位置が見出せない場合は、今回の画像のデータを捨て、前回の画像のデータと次回の画像のデータとを対比すればよく、以下同様にして、明確な２位置のピーク位置が見出されるまで、任意の枚数の画像のデータを捨てるように処理すればよい。
【００１３】
第２発明の構成によるときは、認識手段は、第１発明を利用して画像内の移動体を長方形の枠体として認識し、検出手段は、枠体の下辺の位置と高さとにより、移動体が監視エリア内の侵入者に相当することを検出して警報信号を出力する。また、設定手段は、カメラの視野内、すなわちディジタルフレーム画像内に必要な監視エリアを設定する。そこで、第２発明は、全体として第１発明の作用効果を実現することができる。なお、設定手段により設定する監視エリアは、カメラの視野内の床面に設定するものとする。
【００１４】
設定手段により設定する監視エリアは、たとえば台形図形としてディジタルフレーム画像内に設定することにより、床面において奥行を有するものとなる。二次元のディジタルフレーム画像内において、床面に設定する監視エリアは、透視図法に表われるとおり、観察地点からの距離に従って垂直方向、水平方向の見掛けの寸法が圧縮されるからである。そこで、検出手段は、監視エリア内の移動体としての枠体の高さ、すなわち侵入者の身長に対応する検出条件（しきい値）を加えることにより、監視エリア内の移動体が侵入者であることを一層確実に検出することができる。ただし、ここでいう枠体の高さに対するしきい値も、垂直方向の見掛けの寸法に適合するように、枠体の下辺の位置、すなわち侵入者の足元の位置により適切に補正を加えるものとする。
【００１５】
表示器は、ディジタルフレーム画像に対し、監視エリアと、移動体として認識された枠体とを重畳して表示することにより、監視者に対し、最も有益な画像情報を提供することができる。ただし、表示器には、たとえば監視エリア内の侵入者を発見した日時などの付加情報を併せて表示してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
監視カメラ装置は、カメラ１と、認識手段１１、検出手段１２、設定手段１３とを備えてなる（図１）。
【００１８】
認識手段１１、検出手段１２、設定手段１３は、パーソナルコンピュータ１０内のソフトウェアによって実現されている。パーソナルコンピュータ１０には、カメラ１に加えて、ＣＲＴ表示器、液晶表示器などの表示器２の他、キーボードなどのデータ入力手段３、ブザ、ベル、音声出力装置などの警報出力手段４が付設されている。
【００１９】
カメラ１の出力は、認識手段１１、表示器２に分岐接続されており、認識手段１１の出力は、検出手段１２に接続されている。また、検出手段１２の出力は、警報信号Ｓ1 として警報出力手段４に入力されている。データ入力手段３の出力は、設定手段１３に接続されており、設定手段１３の出力は、検出手段１２に接続されている。なお、認識手段１１、設定手段１３の別の出力は、それぞれ表示器２に個別に接続されている。
【００２０】
カメラ１は、視野内の監視対象を連続撮影し、ディジタルフレーム画像を所定頻度ごとに認識手段１１、表示器２に送出する。ただし、カメラ１は、アナログビデオ信号を出力し、パーソナルコンピュータ１０においてアナログビデオ信号をディジタルフレーム画像に変換した上、認識手段１１、表示器２に出力してもよい。そこで、表示器２は、カメラ１からのディジタルフレーム画像を表示することができる。
【００２１】
認識手段１１は、カメラ１からのディジタルフレーム画像が更新されるごとに、たとえば図２のプログラムフローチャートに従って作動する。
【００２２】
プログラムは、前回の画像と今回の画像とを対比し、画像内の全画素について、たとえば次の式により各画素ごとの階調差の絶対値Ｋを算出する（図２のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）。すなわち、
Ｋ＝［Ｍａｘ（│Ｒ2 −Ｒ1 │、│Ｇ2 −Ｇ1 │、│Ｂ2 −Ｂ1 │）］n 
ただし、Ｍａｘ（ａ、ｂ…）は、（ａ、ｂ…）の最大値を示し、Ｒ1 、Ｇ1 、Ｂ1 は、それぞれ前回の画像の赤、緑、青の階調、Ｒ2 、Ｇ2 、Ｂ2 は、それぞれ今回の画像の赤、緑、青の階調を示す。また、ｎ＝２、４、８…（代表的にｎ＝２）である。
【００２３】
つづいて、プログラムは、各画素ごとの階調差の絶対値Ｋを画像の垂直方向、水平方向に積算し、積算値Ｋy 、Ｋx について水平方向Ｘ、垂直方向Ｙのピーク位置ｘ1 、ｘ2 、ｙ1 、ｙ2 を求める（（２）、図５）。たとえば、移動体Ａを含む前回の画像、今回の画像がそれぞれ図５（Ａ）、（Ｂ）であるとき、階調差の絶対値Ｋによる画像は、図５（Ｃ）のようになり、画像内の移動体Ａのみを、前回の位置、今回の位置に２重に抽出することができる。
【００２４】
そこで、図５（Ｃ）において、階調差の絶対値Ｋを垂直方向に積算して積算値Ｋy とすれば（図５（Ｄ））、積算値Ｋy は、水平方向Ｘに対し、画像内に抽出された２重の移動体Ａの面積に応じてピークを有する曲線を描くから、この曲線を水平方向Ｘについて互いに逆方向からチェックして最初のピーク位置ｘ1 、ｘ2 を見出すことにより（同図（Ｅ）の矢印方向）、積算値Ｋy のピーク位置ｘ1 、ｘ2 を特定することができる。同様に、図５（Ｃ）の画像について、階調差の絶対値Ｋを水平方向に積算して積算値Ｋx とし（図５（Ｆ））、積算値Ｋx のピーク位置ｙ1 、ｙ2 を特定することができる。
【００２５】
そこで、プログラムは、ピーク位置ｘ1 、ｘ2 を通る垂直線、ピーク位置ｙ1 、ｙ2 を通る水平線によって画像内に長方形の枠体Ｚを形成し（図５（Ｇ））、枠体Ｚを画像内の移動体として認識して表示器２に出力することができる（３）。すなわち、表示器２は、カメラ１からのディジタルフレーム画像に対し、認識手段１１によって認識された移動体を重畳して表示することができる。
【００２６】
その後、プログラムは、今回の画像のデータを図示しないメモリに保存した上、検出手段１２を起動して終了し（４）、次回の起動を待って待機する。ただし、プログラムは、図２のプログラムステップ（２）において、積算値Ｋy のピーク位置ｘ1 、ｘ2 、積算値Ｋx のピーク位置ｙ1 、ｙ2 を特定できなかったときは、今回の画像のデータを保存することなく捨てて、そのまま終了し、次回の起動に備えて待機するものとする。なお、認識手段１１により移動体として認識された枠体Ｚは、移動体が侵入者などの人物であるとき、その下辺の位置が侵入者の足元の位置を示し（図５（Ｇ））、その高さが身長に相当する。
【００２７】
一方、設定手段１３は、データ入力手段３からの設定指令に基づいて起動し、たとえば図３のプログラムフローチャートに従って作動する。なお、設定手段１３は、データ入力手段３からの設定データに基づき、カメラ１の視野内、すなわちカメラ１からのディジタルフレーム画像内の床面に、奥行を有する監視エリアＤを設定する（図６（Ｄ））。ただし、図６には、カメラ１による観察地点から近距離、遠距離に立つ人物像Ｂ1 、Ｂ2 が併せて図示されている。
【００２８】
設定手段１３は、まず、監視エリアＤの前後の基準位置Ｄ1 、Ｄ2 を画像内に設定する（図３のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す、図６（Ａ））。つづいて、プログラムは、前後の基準位置Ｄ1 、Ｄ2 に立つ標準的な身長の人物像Ｂ1 、Ｂ2 の見掛けの身長に合わせて、前後の基準高さＨ1 、Ｈ2 を設定する（（２）、図６（Ｂ））。また、プログラムは、前後の基準位置Ｄ1 、Ｄ2 に対応する監視エリアＤの左右の基準位置Ｄ3 、Ｄ3 、Ｄ4 、Ｄ4 を設定する（（３）、図６（Ｃ））。そこで、プログラムは、前後左右の基準位置Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 、Ｄ3 、Ｄ4 、Ｄ4 によって囲まれる領域を監視エリアＤとして設定し、検出手段１２、表示器２に出力することができる（（４）、図６（Ｄ））。すなわち、表示器２は、カメラ１からのディジタルフレーム画像に対し、監視エリアＤをも重畳して表示することができる。
【００２９】
なお、監視エリアＤを形成する前後左右の基準位置Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 、Ｄ3 、Ｄ4 、Ｄ4 や、前後の基準高さＨ1 、Ｈ2 は、それぞれデータ入力手段３を介して外部からデータ入力するものとする。また、以上のような設定手段１３による監視エリアＤ、基準高さＨ1 、Ｈ2 の設定手法は、ディジタルフレーム画像において、近距離の物体は遠距離の物体より大きく見え、床面に立つ人物の足元は、近距離の場合に低い位置に見え、遠距離の場合に高い位置に見えるという透視図法の原則を前提としている。
【００３０】
検出手段１２は、認識手段１１により起動されると、認識手段１１からの画像内の移動体を示す長方形の枠体Ｚと、設定手段１３からの監視エリアＤ、基準高さＨ1 、Ｈ2 との相対関係を判別し、移動体が監視エリアＤ内の侵入者に相当することを検出すると（図７）、警報出力手段４に対して警報信号Ｓ1 を出力する（図１）。なお、検出手段１２の作動は、たとえば図４のプログラムフローチャートに示すとおりである。
【００３１】
プログラムは、まず、枠体Ｚの下辺、すなわち侵入者などの人物の足元が監視エリアＤ内にあるか否かを判別する（図４のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）。枠体Ｚの下辺が監視エリアＤ内になければ、プログラムはそのまま終了するが、枠体Ｚの下辺が監視エリアＤ内にあるときは、枠体Ｚの高さｈが基準高さＨ1 、Ｈ2 によって規定される設定範囲内にあるか否かを判別する（２）。ただし、このときの判別は、監視エリアＤの見掛けの奥行Ｄ5 に対して前後の基準高さＨ1 、Ｈ2 が設定されていることを考慮して、監視エリアＤ内における枠体Ｚの下辺の位置ｄに対する基準高さＨを内挿法などによって求め、枠体Ｚの高さｈがＨ−ｈ1 ≦ｈ≦Ｈ＋ｈ2 であるとき、設定範囲内にあるものとする。ここで、ｈ1 、ｈ2 は、適当な余裕値である。
【００３２】
プログラムは、枠体Ｚの高さｈが設定範囲内にないときは（２）、枠体Ｚが示す移動体が侵入者に相当しないとして、そのまま終了し、高さｈが設定範囲内にあるときは（２）、枠体Ｚが示す移動体が監視エリアＤ内の侵入者に相当するとして、警報信号Ｓ1 を出力して終了する（３）。そこで、警報出力手段４は、検出手段１２からの警報信号Ｓ1 が発生すると、警報音、音声などにより外部に警報を発することができる。なお、警報出力手段４は、警報、音声などによる警報に加えて、または、これらの警報に代えて、有線または無線により、携帯電話、パーソナルコンピュータなどの画像表示装置を含む任意の遠隔端末に対して警報を発し、そのときの表示器２の表示画像を伝送することができる。また、このような遠隔情報伝達回線は、インターネットや、電子メールなどを利用してもよい。
【００３３】
以上の説明において、カメラ１は、パーソナルコンピュータ１０、表示器２から独立のバッテリ電源を使用し、無線によってディジタルフレーム画像を伝送することにより、カメラ１のみを独立に屋外に設置する用途に好適に使用することができる。ただし、このときの監視エリアＤは、カメラ１の視野内の地上に設定するものとする。また、カメラ１は、１台の二次元カメラでよいため、システムコストを小さくすることができる上、監視エリアＤ、前後の基準高さＨ1 、Ｈ2 を設定することにより、移動体の大きさ、位置を三次元的に捕捉することができる。なお、移動体として認識される枠体Ｚの位置、高さ、移動速度などを数値換算することにより、侵入者に関する一層詳細な情報を把握することができる。
【００３４】
また、検出手段１２から警報信号Ｓ1 が出力されると、その発生日時、それ以降の表示器２の表示画像内容、警報出力手段４の警報発信先などの情報の一部または全部を自動記憶し、後日、必要に応じてそれらの情報を再生できるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】全体システム構成系統図
【図２】プログラムフローチャート（１）
【図３】プログラムフローチャート（２）
【図４】プログラムフローチャート（３）
【図５】動作説明図（１）
【図６】動作説明図（２）
【図７】動作説明図（３）
【符号の説明】
【００３６】
Ｚ…枠体
Ｄ…監視エリア
Ｋ…階調差の絶対値
ｘ1 、ｘ2 、ｙ1 、ｙ2 …ピーク位置
ｈ…高さ
Ｓ1 …警報信号
１…カメラ
２…表示器
１１…認識手段
１２…検出手段
１３…設定手段
特許出願人                                  北菱電興株式会社
株式会社  金沢エンジニアリングシステムズ
代理人  弁理士                                松  田  忠  秋
【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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