JP2000099696A

JP2000099696A - 炎検出装置

Info

Publication number: JP2000099696A
Application number: JP10268111A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Hamaguchi; 佳孝濱口
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】炎の検出を精度よく行なう。【解決手段】ビデオカメラ２は道路上を撮像し、その
映像信号４を動きベクトル算出回路６に与える。動きベ
クトル算出回路６は、映像信号４について画面内で動く
絵柄の動きベクトルを検出する。得られた動きべクトル
信号８は垂直成分検出回路10に与えられる。車線ベクト
ル記憶回路12は、カメラ２で撮像される画面の各画素位
置での車線の方向ベクトルが、カメラ２を固定して撮像
した映像に基づき最適な車線方向のベクトルとして設定
され、これは車線方向ベクトル信号14として垂直成分検
出回路10に与えられる。垂直成分検出回路10は、所定の
検出位置に対応する画素位置において、動きベクトル信
号８について車線方向ベクトルに垂直な成分を算出し、
垂直成分信号16を判定回路18に与える。判定回路18は、
垂直成分信号16からこの垂直成分を監視し、これが閾値
を超えると、炎の発生と判定して警告を発する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炎検出装置に関
し、たとえば、火災の検知に有利に適用することができ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビデオカメラが撮像する映像から
火災を検知する装置として、映像から色温度の高い部分
の有無を検出することにより、火災を検出する火災検出
装置がある。このような装置の技術について、特開平8-
63677 号公報に開示の「火災検出装置」が提案されてい
る。

【０００３】この公報に開示されている火災検出装置
は、監視領域のカラー画像を撮像し、火災が発生してい
ない正常時にカラー撮像から得られた第１の色成分と第
２の色成分との第１の比を画素毎に算出し、監視時にカ
ラー撮像から得られた第１の色成分と第２の色成分との
第２の比を画素毎に算出し、第１の比および第２の比の
比を更に算出し、この比と閾値とを比較することにより
火災か否かを判断するものである。この第１の色成分
は、Ｇ（グリーン）成分であり、第２の色成分は、Ｒ
（レッド）成分である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
公報で開示されている技術的思想によれば、暗所で撮影
するように調整されたビデオカメラからの映像では、火
炎が周囲の明るさと比較して明るすぎるために、ビデオ
カメラで捉えた炎の映像の輝度がカメラで撮影可能な最
大輝度を超えて飽和しやすく、このため色の正確な情報
を認識することが実際には困難になることが多い。

【０００５】たとえば、トンネルの中に設置されている
監視カメラでは一般に、火災のない通常の状態で暗いト
ンネル内の様子が確認できるように露光条件が調整され
ている。このような場合、炎は極端に明るいため、その
輝度はカメラの最大輝度を超えることが多い。そのた
め、カラー画像のR,G,B 成分のすべてが最大値となりや
すく、したがって色による温度検知が不可能になる。ま
た、車両のヘッドライトなども同様に最大輝度で撮像さ
れることがあり、これと炎の識別を色によって行なうの
は不可能となる。

【０００６】このようなことから本発明は、上述の従来
技術の欠点を解消し、暗所でも炎の発生を他の発光体と
区別して正確に検出することができる炎検出装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明による炎
検出装置は、撮像した被写界を表わす映像信号から絵柄
の動きを動きベクトルとして検出する動きベクトル検出
手段と、この被写界の画面に含まれる画素位置において
基準となる方向を示す基準ベクトルを設定する基準ベク
トル設定手段と、動きベクトルの基準ベクトルに対して
実質的に垂直な成分を求める垂直成分検出手段と、前記
成分が所定の閾値より大きいか否かを判定し、大きいと
きは、炎の発生を示す信号を出力する判定手段とを含
む。

【０００８】このような構成をとることで、被写界、す
なわち監視対象エリアの映像から炎が揺らぐ部分の動き
ベクトルを検出し、映像画面の各画素位置での基準ベク
トルに対する動きべクトルの垂直な成分が求められる。
たとえば、基準ベクトルが概ね水平に設定されれば、炎
は垂直方向の高さが経時的に変動するため、この垂直成
分の値が変化する。炎でなく、たとえば、定常的に点灯
している車両や道路施設のライトについては、動きベク
トルの垂直成分の値が変化することはほとんどない。し
たがって、垂直成分の値が所定の閾値よりも大きい値で
あれば炎であると認識することができる。このため炎と
その他の発光との識別を精度よく行なうことができる。

【０００９】たとえば、トンネル内の道路上において
は、車両のヘッドライトや道路照明灯の発光などがある
が、トンネル内の火災を検知するためには、基準ベクト
ルを、道路上の車両が走行するよう定められた方向を表
わす車線方向ベクトルに設定することで、道路上で発生
した炎の識別が容易になる。また、この車線方向ベクト
ルは、道路を撮影した映像信号から、道路上で車両が走
行するように定められた場所を表わす車線を延長したと
きに交わる消失点の位置を算出し、この消失点の位置か
ら各画素位置へのベクトルを求めることで、基準ベクト
ルとして設定することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明の好適な実施例を図面
を参照して説明する。この実施例では、概して、火炎を
捉えた映像の中で一定以上の輝度をもつ領域を検出し、
この検出領域について、動きのある部分の様子を分析
し、その分析結果から炎に特徴的な動きを認識し、この
認識の結果から実際の炎をその他の発光体から区別する
ことで、暗所を撮像するように設定され調整された監視
カメラでも、撮像した映像から炎を検出するように構成
されている。

【００１１】本実施例は、一例として、カメラが道路を
撮影するように配設され、撮影した画像について車両の
走行する車線の方向とは異なる動きを検出し、これによ
って炎を識別し得るように構成されている。ここで、
「車線」とは、道路面上で車両が走行するように定めら
れた道路の走行路部分である。また、「車線方向」と
は、その車線上において車両が走行するように定められ
た方向であり、道路の情景を撮像した画面に含まれる各
画素位置での車線の向きを表わす基準方向である。な
お、本発明は、このような道路への適用のみに限定され
ず、道路以外の場所、たとえば工場や倉庫における火炎
の監視にも効果的に適用される。

【００１２】図１を参照すると、本発明の実施例である
炎検出装置は、ビデオカメラ２などの撮像装置を有し、
これは、道路上の映像を撮影するために路端に固定さ
れ、撮像した道路上の情景、すなわち被写界を表わす映
像信号４をディジタル信号の形で生成し、これを動きベ
クトル算出回路６に与える。以下の説明において、信号
は、その現れる接続線の参照符号で指定する。

【００１３】動きベクトル算出回路６は、入力される映
像信号４について、その表わす被写界画面内で所定の輝
度レベルを超える絵柄の動きを検出し、これを動きベク
トルで表わす回路である。この動きベクトルの算出は、
本実施例では、勾配法によるオプティカルフローの算出
方法などによる一般的な方法が適用される。動きベクト
ル算出回路６はまた、たとえば、MPEG (Moving Picture
Experts Group) 、MPEG-2、MPEG−4 などの動画像符号
化方式におけるように、符号化された動画像情報に動き
ベクトルが含まれる場合は、それを抽出するように構成
してもよい。勾配法では、画素の明度が大きく変わる部
分において精度よい検出が可能であるために、本実施例
では、炎やヘッドライトの輪郭部分の動きベクトルを利
用するように構成されている。このようにして得られた
動きべクトル信号８は垂直成分検出回路10の一方の入力
に与えられる。

【００１４】実施例の炎検出装置はまた、車線ベクトル
記憶回路12を有し、これは、ビデオカメラ２で撮像され
る被写界画面の各画素位置について、特定のビデオカメ
ラ２の設置されている情景における車線の方向ベクトル
を表わすデータを蓄積する記憶装置である。本実施例で
は、たとえば、ビデオカメラ２を配設すべき位置に撮像
すべき方向に、たとえば同じビデオカメラ２を固定し
て、その情景を撮影し、そこで撮像された映像に基づき
最適な車線方向、すなわち基準方向のベクトルを表わす
データを手操作で車線ベクトル記憶回路12に入力し設定
する。実際には、この車線方向ベクトルは、水平または
それに近い方向の値をとる。保持されている車線方向ベ
クトルのデータは、垂直成分検出回路10から接続線14を
通して供給される要求信号に応動して、車線方向ベクト
ル信号14として垂直成分検出回路10の他方の入力に与え
られる。

【００１５】垂直成分検出回路10は、カメラ２で撮像さ
れる情景画面における所定の検出位置として予め定めら
れた単数または複数の画素位置において、動きベクトル
算出回路６からの動きベクトル信号８について、車線ベ
クトル記憶回路12からの車線方向ベクトル信号14の示す
車線方向ベクトルに対して実質的に垂直な成分を算出す
るベクトル成分算出回路である。垂直成分検出回路10
は、本実施例では次のようにして垂直な成分の算出する
機能を有する。

【００１６】たとえば、図２および図３に示すように、
離散的な２つの相続く時刻t_iおよびt_i+1に撮像した映像
20および28がある。前の映像20において、炎22とヘッド
ライト24と照明灯26などが撮影されている。後の映像28
では、炎30の形状は図２の炎22の形状（輪郭）に比べて
変化している。この例では、ヘッドライト32が炎30に近
づいている。照明灯34の映像は変化していない。これら
の映像20および28の間で動きベクトルを検出すると、そ
れらの動きベクトルは、図４に示すように、多数の線分
C11 およびC21 で表わされる。

【００１７】たとえば、図２および図３に示す情景を撮
影するカメラ２について、車線ベクトル記憶回路12に格
納されている車線方向のベクトルは、図５に示すような
多数の線分C12 およびC22 の集合で表わすことができ
る。実際の車線ベクトルデータは、カメラ２の被写界の
画面領域52の各画素位置について、その位置での方向ベ
クトルのＸ成分およびＹ成分の値として記憶回路12に格
納されている。この場合、画面領域52の水平方向をＸ、
また垂直方向をＹとし、座標原点は、たとえば画面領域
52の左下隅の位置54（図２）としてよい。もちろん、他
の位置としてもよい。

【００１８】ここで、ある画素位置ｍでの動きベクトル
を(Xm,Ym) で表わし、またその位置での車線の方向ベク
トルを(Xl,Yl) で表わすとする。垂直成分検出回路10
は、これらのベクトルから、動きベクトルの車線方向ベ
クトルに対して垂直な成分の大きさＶを、次の式(1) に
よって得るように構成されている。

【００１９】

【数１】Ｖ＝|(Xm x Yl-Ym x Xl)| ／(Xl²＋Yl²)^1/2 ・・・・（1) 算出された垂直成分の大きさＶを示す信号は、垂直成分
信号16として判定回路18に与えられる。

【００２０】判定回路18は、垂直成分信号16の表わす垂
直成分が所定の閾値を超えるか否かを検出し、所定の閾
値を超えると、炎の発生と判定して、火災の可能性があ
る旨を示す出力信号を生成し、警告などの可視または可
聴表示を発する警報発生回路である。本発明の実施例で
は、車線方向はおおむね水平であり、炎は一般に、垂直
方向に経時的に変動する、すなわち揺らぐという性質を
利用して、画像の輝度の高い絵柄の部分の動きベクトル
について、車線方向に実質的に垂直な成分が所定の閾値
を超えたか否かに応じて、炎の発生の有無を判定するよ
うに構成されている。この閾値は、したがって、動きベ
クトルの垂直（鉛直）方向の成分が炎の場合にとる特徴
的な値に基づいて、経験的に算出され、判定回路18に設
定される。

【００２１】実施例の炎検出装置は、有利には、たとえ
ばビデオRAM などの映像信号蓄積回路（図示せず）を含
み、ディジタル映像信号をこれに蓄積して、この映像信
号に動きベクトルの算出、車線ベクトルの算出、垂直成
分の算出および炎の発生の最終判定などの様々な処理を
実行するように、構成される。

【００２２】動作状態において、炎検出装置では、ビデ
オカメラ２は、その設置されている道路の情景を常時、
撮像し、その撮像された情景を表わすディジタル映像信
号４を動きベクトル算出回路６に与える。後者の算出回
路６は、本実施例では、映像信号４の表わす情景画面内
で絵柄の動きを勾配法で検出し、動きベクトルを求め
る。

【００２３】たとえば、図４に例示する画面52におい
て、動きベクトル算出回路６が位置C11 のヘッドライト
付近の動きベクトルを(10,3)と算出すると、この値が垂
直成分検出回路10の一方の入力８に入力される。動きベ
クトル算出回路６は、これに応動して、それに対応する
車線ベクトルデータの位置C12 （図５）における車線ベ
クトルの値を車線ベクトル記憶回路12に要求する。車線
ベクトル記憶回路12は、位置C12 についてメモリ58（図
５）を検索し、たとえば値(4,1) を得て、これを垂直成
分検出回路10他方の入力14に与える。垂直成分検出回路
10では、これらの値(10,3)および(4,1) に応じて前掲の
式（1)に従って垂直成分の値0.485 を得る。

【００２４】また、図４に例示の位置C21 について、こ
れに対応する車線ベクトルデータの位置C22 （図５）
で、たとえば動きベクトルが(-2,10) 、また車線方向ベ
クトルが(6,0) であると、垂直成分検出回路10は、これ
らの値について同様の計算を行い、垂直成分として値10
を得る。これからわかるように、車両54（図８）は車線
54の方向に平行に動くので、垂直成分検出回路10は、車
両54に関連する光輝度点について有意に大きな値の垂直
成分Ｖを生成することはないが、炎の輪郭22および30
（それぞれ図２および図３）は、車線54の方向に関係な
く揺らぐため、一般に垂直成分検出回路10で大きな値の
垂直成分Ｖが生成される部分を含む。

【００２５】このようにして本実施例で得られた垂直成
分Ｖの大きさは、概念的に各画素位置での濃度で表わす
と、図６に例示したようなる。そこで判定回路18では、
このような垂直成分Ｖを表わす垂直成分信号16から、垂
直成分Ｖが所定の閾値を超えるか否かを検出し、所定の
値を超えると、炎の発生と判定して、警報を発する。図
６に示す例の場合には、部分Ｆに濃度の高い部分が多く
含まれているため、判定回路18は、これを炎の発生であ
ると判定する。これによって判定回路18は、火災の可能
性を警告したり、その旨を示す信号を他の利用施設へ転
送したりすることができる。

【００２６】このように、映像信号の表わす画像の絵柄
について動きを検出し、その動きべクトルについて、車
線方向に実質的に垂直な成分の大きさを検出すること
で、車両のように車線方向に平行に動く絵柄の動きは検
出されず、炎の輪郭のように車線の方向と無関係に揺ら
ぐ絵柄の動きが検出される。これにより、色や明度では
炎と車両のヘッドライトとを区別できないような場合で
も、それらの識別が可能であり、火災の検知を行うこと
ができる。

【００２７】次に、図７を参照して説明する本発明の他
の実施例は、車線ベクトルを容易に設定できるように構
成されている。この図において、前述の図１に示す実施
例の構成と同様な構成部分には同じ符号を付与し、説明
の冗長は避ける。この実施例では、図１に示す実施例に
おける車線ベクトル記憶回路12に代わって、消失点記憶
回路40および車線ベクトル算出回路44が図示のように設
けられている以外は、図１に示す実施例と同じである。
消失点記憶回路40は、予め設定された車線56（図８）の
消失点50の座標を表わすデータが記憶される記憶装置で
ある。「消失点」とは、図８に示すように、道路の車線
56を無限遠に延長したときに、それらの延長線が交わる
点48である。消失点記憶回路40は、このような消失点を
表わす座標信号42を出力し、車線ベクトル算出回路44に
与える。

【００２８】車線ベクトル算出回路44は、ある画素位置
での車線ベクトルを垂直成分検出回路10より接続線14を
介して要求されると、消失点記憶回路40に記憶された消
失点座標を基準として当該画素位置での車線ベクトルを
算出し、接続線14を通して車線ベクトル信号として垂直
成分検出回路10に与える機能部である。

【００２９】ところで、消失点座標データは、次のよう
にして消失点記憶回路40に設定される。ビデオカメラ２
を特定の設置現場に設定し、道路を撮影可能な状態に設
定する。このビデオカメラ２でその設置現場の道路の状
況を撮像する。この映像データをオフラインの処理シス
テムで解析して、消失点50の座標(Xb,Yb) を求める。た
とえば図８に示すような映像48の場合、車線56の延長線
が交差する点50の座標(Xb,Yb) として、たとえば値(-40
0,60) が算出される。この値を消失点記憶回路40にセッ
トする。

【００３０】図７に示す実施例の炎検出装置が実時間で
炎を検出する動作は、車線ベクトルの算出動作を除い
て、図１に示す実施例について前述した動作と同じであ
る。動きベクトル算出回路６が映像信号４から画素位置
(X,Y) の動きベクトルを求め、垂直成分検出回路10に動
きベクトル信号８を入力すると、垂直成分検出回路10
は、その画素位置(X,Y) の車線ベクトルを車線ベクトル
算出回路44に要求する。車線ベクトル算出回路44はこれ
に応動して、消失点記憶回路40から消失点50の座標(Xb,
Yb) を索出し、これに対する画素位置(X,Y) の車線ベク
トルを、たとえば(X-Xb,Y-Yb) の形で算出する。たとえ
ば、図４の位置C11 のベクトルに対応する座標値(60,17
5)の車線ベクトルは、前述のように消失点50の座標値が
(-400,60) であれば、値(60-(-400),175-60)=(460,115)
が車線ベクトルの値として算出され、垂直成分検出回路
10に入力される。

【００３１】車線ベクトルの値(460,115) から垂直成分
検出回路10は、位置C11 の動きベクトルの車線方向ベク
トルに対して垂直な成分の大きさＶを式(1) によって求
める。この例では、位置C11 の垂直成分Ｖの値は0.485
となる。

【００３２】図７に示す実施例では、全画素位置での車
線ベクトルの値をメモリに保持する必要がなく、ただ１
点の消失点50の座標値が設定されている。これにより、
ビデオカメラ２を現場に設置した際、その特定の道路に
ついての車線ベクトルに関連する設定が容易である。ま
た、全画素位置について車線ベクトルを記憶する必要が
ないために、そのための記憶回路の記憶容量が軽減され
る。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、監視対象エ
リアを撮像した映像信号から動きベクトルを検出し、撮
像画面の各画素位置について設定された基準ベクトルに
対して垂直な動きベクトルの成分を求め、この垂直成分
が所定の閾値よりも大きいか否かによって炎の発生の有
無を判定するように構成したので、炎を他の発光体とし
て誤認することがなく、暗所でも炎の発生を従来に比べ
正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による炎検出装置の実施例の構成を示す
機能構成図である。

【図２】図１に示す実施例におけるビデオカメラである
時刻に撮影した映像の例を示す図である。

【図３】同実施例のビデオカメラで他の時刻に撮影した
映像を示す、図２と同様の図である。

【図４】同実施例における動きベクトルの検出の例を示
す図である。

【図５】同実施例の車線ベクトルの例を示す図である。

【図６】同実施例の垂直成分の検出例を示す図である。

【図７】本発明による炎検出装置の他の実施例の構成を
示す、図１と同様の機能構成図である。

【図８】図７に示す実施例における消失点を説明するた
めの説明図である。

【符号の説明】

２ビデオカメラ６動きベクトル算出回路 10 垂直成分検出回路 12 車線ベクトル記憶回路 18 判定回路 40 消失点記憶回路 44 車線ベクトル検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5B057 AA16 BA23 DA12 DA15 DB02 DC02 DC36 5C054 FC05 FC13 FF06 GB12 GB15 HA18 HA26 5C084 AA01 AA06 BB40 DD11 GG17 GG56 GG78 5C086 AA01 BA30 CA11 DA08 DA33 EA11 5L096 BA02 BA18 CA02 CA25 DA03 EA23 FA67 GA51 HA04 JA11 KA13 LA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像した被写界を表わす映像信号から絵
柄の動きを動きベクトルとして検出する動きベクトル検
出手段と、前記被写界の画面に含まれる画素位置において基準とな
る方向を示す基準ベクトルを設定する基準ベクトル設定
手段と、前記動きベクトルの前記基準ベクトルに対して実質的に
垂直な成分を求める垂直成分検出手段と、前記成分が所定の閾値より大きいか否かを判定し、大き
いときは、炎の発生を示す信号を出力する判定手段とを
含むことを特徴とする炎検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、該装置
はさらに、道路付近に設置され該道路を撮影して該道路
の被写界を表わす映像信号を生成して前記動きベクトル
検出手段に供給する撮像手段を含むことを特徴とする炎
検出装置。
【請求項３】請求項２に記載の装置において、前記基
準ベクトルは、前記道路上の車両が走行するよう定めら
れた方向を表わす車線方向ベクトルであることを特徴と
する炎検出装置。
【請求項４】請求項３に記載の装置において、前記基
準ベクトル設定手段は、前記車線方向ベクトルを表わす
データを画素位置に対応して蓄積する記憶手段を含むこ
とを特徴とする炎検出装置。
【請求項５】請求項３に記載の装置において、前記基
準ベクトル設定手段は、前記映像信号から作成され、前記道路上で車両が走行す
るように定められた場所を表わす車線を延長したときに
該車線が相互に交わる消失点の位置を表わすデータを蓄
積する消失点記憶手段と、該消失点記憶手段から前記データを読み出し、前記消失
点の位置から前記画素位置へ向かうベクトルを前記車線
方向ベクトルとして算出する車線ベクトル算出手段とを
含むことを特徴とする炎検出装置。