JP2002197445A - Detector for abnormality in front of train utilizing optical flow - Google Patents

Detector for abnormality in front of train utilizing optical flow

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JP2002197445A
JP2002197445A JP2000394049A JP2000394049A JP2002197445A JP 2002197445 A JP2002197445 A JP 2002197445A JP 2000394049 A JP2000394049 A JP 2000394049A JP 2000394049 A JP2000394049 A JP 2000394049A JP 2002197445 A JP2002197445 A JP 2002197445A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detector of abnormality in front of a train utilizing an optical flow, the detector of which can detect a passenger making abnormal movement which may possibly results in falling from a platform, not only at straight line but also at curves. SOLUTION: The detector of abnormality in front of a train consists of a monitor camera 11 for consecutively photographing the scene of a monitoring object, an A/D conversion part 12, a time-sequential image storage part 13 for storing time sequential images, a first image first derivative gradation part 14 for taking out a first image in a time-sequential 2 image to take first derivative to each pixel, a regularization parameter table citing part 15 for citing the first derivative value of each pixel of the first picture to give an optimal regularization parameter, an arithmetic processing part 16 and a warning part 17. The part 16 consists of an image processing means for calculating the estimated of the optical flow, an estimated speed selection means for selecting the estimated speed of the optical flow entering the angle width of a dangerous direction with respect to the moving direction of the train from among the estimated speed of optical flows, a judging means for judging the presence and absence of a moving object which can clearly be judged to be dangerous, based on the estimated of the optical flow in a direction vertical to the moving direction of the train.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、列車に搭載し進行
方向を監視するITVカメラで撮影した時系列画像を処
理して、ホームからの乗客等の人物や移動物体(以下、
必要に応じて、移動物体と記載する)の転落などの異常
を検出するオプティカルフローを利用した列車前方異常
検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention processes a time-series image taken by an ITV camera mounted on a train and monitoring a traveling direction to process a person or a moving object (hereinafter referred to as a passenger) from a platform.
The present invention relates to a train forward abnormality detection device that uses an optical flow to detect an abnormality such as a fall of a moving object (if necessary).

【0002】[0002]

【従来の技術】ホームからの乗客等の転落検知装置は従
来から様々なものが開発或いは提案されており、例えば
特開平7−329772号公報、特開平9−21856
号公報、特開平9−26472号公報、特開平9−19
3789号公報、特開平9−193803号公報、特開
2000−95099号公報にも開示されている。とこ
ろが、これらの特許公報に開示された転落検知装置は、
いずれも地上に設置された転落検知装置である。このた
め、転落検知装置がホームからの乗客等の転落を検知し
た場合、これを列車に通知する通信手段が必要である。
即ち、地上に設置された転落検知装置と列車の運転席と
を結ぶ無線通信システムが必要である。運転席でホーム
からの乗客の転落があったことを知らされた運転士は、
列車の非常ブレーキを操作する等のアクションをとるこ
とになる。このように最終的には運転士は何らかのアク
ションをとることになるが、現実の無線通信システムの
信頼性と、運転士を含むシステム全体の応答性に鑑みれ
ば、通信が途切れたり、又は一瞬ではあるが運転士の対
応に遅れが生じたりする危険性が皆無とは言えないとい
う問題がある。
2. Description of the Related Art Various devices for detecting a fall of a passenger from a platform have been developed or proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-329772 and 9-21856.
JP, JP-A-9-26472, JP-A-9-19
No. 3789, JP-A-9-193803 and JP-A-2000-95099. However, the fall detection devices disclosed in these patent publications are:
Both are fall detection devices installed on the ground. Therefore, when the fall detecting device detects a fall of a passenger or the like from the platform, a communication means for notifying the train of the fall is necessary.
That is, a wireless communication system that connects the fall detection device installed on the ground and the driver's seat of the train is required. When the driver was informed that a passenger had fallen off the platform in the driver's seat,
Actions such as operating the emergency brake of the train will be taken. In this way, the driver will eventually take some action, but in view of the reliability of the actual wireless communication system and the responsiveness of the entire system including the driver, communication is interrupted or instantaneous. However, there is a problem that there is no danger that the driver's response will be delayed.

【0003】列車に搭載し進行方向を監視するITVカ
メラにより得られる画像から、テンプレートマッチング
により列車前方の支障物を検知しようとする考えは従来
からあった。しかしながら、検出対象が既知であればテ
ンプレートマッチングによる検知は可能であるが、ホー
ムからの乗客等の転落という様々な対象を検知すること
は不可能である。また連続するフレーム間の差分からだ
けでは、自列車の移動の影響を除くことはできないし、
対象の速度場を求めることはできない。従って、車載の
ITVカメラにより得られる画像から、テンプレートマ
ッチングにより列車前方の支障物を検知する支障物検知
装置は開発されていない。なお、車載ではないが、ホー
ムの下の線路をテンプレート画像に登録し、類似度が下
がったときには人が線路に降りていると判断する異常監
視装置が、特開平9−282455号公報に開示されて
いる。
Conventionally, there has been an idea to detect an obstacle in front of the train by template matching from an image obtained by an ITV camera mounted on the train and monitoring the traveling direction. However, if the detection target is known, detection by template matching is possible, but it is impossible to detect various objects such as a fall of a passenger from a platform. In addition, the effect of the movement of the own train cannot be excluded only from the difference between consecutive frames,
The target velocity field cannot be determined. Therefore, an obstacle detection device that detects an obstacle in front of the train by template matching from an image obtained by an in-vehicle ITV camera has not been developed. An abnormality monitoring device that is not mounted on a vehicle but registers a track under the platform in a template image and determines that a person is getting off the track when the degree of similarity decreases is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-282455. ing.

【0004】車両前方に取り付けたレーザレーダからレ
ーザ光を発し、対象からの反射光によって距離を算出し
支障物を検知しようという装置もあるが、駅ホームのよ
うに人が複雑な動きをする場合に、異常か否かを判定す
ることは困難である。
There is a device that emits a laser beam from a laser radar attached to the front of a vehicle, calculates a distance based on reflected light from an object, and detects an obstacle, but when a person moves in a complicated manner like a station platform. In addition, it is difficult to determine whether or not there is an abnormality.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、直線路のみならずカーブでもホームから転
落の可能性がある異常な動きの乗客を検出することがで
きるオプティカルフローを利用した列車前方異常検出装
置を提供することである。
The problem to be solved by the present invention is to utilize an optical flow which can detect an abnormally moving passenger who may fall off a platform not only on a straight road but also on a curve. An object of the present invention is to provide a train forward abnormality detection device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、列車の運転席付近に搭載したITVカメラで列車進
行方向を監視し、前記ITVカメラで撮影した時系列テ
レビ画像に正則化手法を用いた画像処理を施して画素毎
にオプティカルフロー推定を行い、更に、列車進行方向
に対して危険方向角度幅に入る角度のオプティカルフロ
ーの推定速度ベクトルを選別することによって、列車前
方に明らかに危険と判定できる移動物体が存在すること
を検知するようにした。
In order to solve the above problems, an ITV camera mounted near the driver's seat of a train monitors a train traveling direction, and a regularization method is applied to a time-series television image taken by the ITV camera. The image processing used is used to estimate the optical flow for each pixel, and further, by selecting the estimated velocity vector of the optical flow at an angle that falls within the dangerous direction angle width with respect to the train traveling direction, it is clear that the dangerous flow ahead of the train The presence of a moving object that can be determined to be present is detected.

【0007】そして、前記画像処理においては、連続す
る画像フレーム間で起きる背景情報の移動量(ズレ)を
勾配法によるオプティカルフローの瞬時速度場ベクトル
情報に置換し、その方向データを利用して背景移動量を
求め、連続する画像フレーム間の背景情報を一致させて
背景移動補正を行い、背景移動補正後の連続する画像フ
レーム間で実在する移動物体の推定速度を求めるように
した。これによって、背景情報が常に画像フレーム毎に
移動する場合の背景差分や時間差分の画像処理の困難性
を克服した。
In the image processing, the moving amount (deviation) of background information occurring between successive image frames is replaced with instantaneous velocity field vector information of an optical flow by a gradient method, and the background data is used using the direction data. The moving amount is obtained, the background information is corrected by matching the background information between the successive image frames, and the estimated speed of the moving object existing between the successive image frames after the background moving correction is obtained. This overcomes the difficulty of image processing of background difference and time difference when background information always moves for each image frame.

【0008】更に、前記画像処理においては、連続2フ
レームの第1画像と第2画像の中の第1画像に対して一
次微分処理を施し、演算対象の画素に対応する一次微分
値を引用して正則化パラメータテーブルから最適の正則
化パラメータを選定し、この選定した正則化パラメータ
を用いて連続2フレームの第1画像と第2画像を画像処
理して勾配法オプティカルフローを求めるようにした。
Further, in the image processing, a first differentiation process is performed on a first image of a continuous two frames and a first image of the second image, and a first differentiation value corresponding to a pixel to be operated is referred to. An optimal regularization parameter is selected from the regularization parameter table, and the first image and the second image of two consecutive frames are subjected to image processing using the selected regularization parameter to obtain a gradient method optical flow.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】走行中の列車の前方を車載のIT
Vカメラにより撮影して得られた時系列2画像から抽出
されるオプティカルフローは、図2に示す如く、画像上
の1点FOE(focus of expansion)から放射状に広が
る推定速度ベクトルとなる。FOEは、無限遠点又は消
失点とも呼ばれるものである。なお、図2において、矢
印付の6本の放射状の直線はオプティカルフローを示
し、矢印なしの2本の太い直線はレールを示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In-vehicle IT
As shown in FIG. 2, the optical flow extracted from the two time-series images obtained by shooting with the V camera becomes an estimated velocity vector radially spreading from one point FOE (focus of expansion) on the image. The FOE is also called an infinity point or a vanishing point. In FIG. 2, six radial straight lines with arrows indicate optical flows, and two thick straight lines without arrows indicate rails.

【0010】本発明において、転落の可能性のある乗客
は次のように定義する。即ち、ホームから転落する可能
性がある乗客は、進行方向に対し直角な方向に或る速度
以上で進入する人物とする。進行方向に対し直角な方向
でなく、走行列車へ向かって突進する状況も想定される
が、その場合も速度ベクトルの成分は、ホームから線路
に向かう横断方向の成分が必ず存在する。直線でもカー
ブでも転落可能性のある乗客を安定して検知するために
は、時系列画像で常にFOEを認識することが必要条件
となる。
In the present invention, a passenger who has a possibility of falling is defined as follows. That is, a passenger who may fall from the platform is a person who enters at a certain speed or more in a direction perpendicular to the traveling direction. A situation in which the vehicle rushes toward the traveling train instead of a direction perpendicular to the traveling direction is also assumed, but in such a case, the component of the velocity vector always includes a component in the transverse direction from the platform to the track. In order to stably detect a passenger who may fall down on a straight line or a curve, it is necessary to always recognize the FOE in a time-series image.

【0011】図3は、発散速度場をFOEを中心として
両面を4分割したものである。4分割した第1領域、第
2領域、第3領域、第4領域毎に、推定速度ベクトルの
方向は決まっている。即ち、例えば図3の4領域が直交
するXY軸で分割され、第1領域と第4領域の境界のY
軸を0°とし且つ時計方向に角度をとった場合、FOE
を中心として発散するオプティカルフローは、第1領域
では0°から90°の角度幅に、第2領域では90°か
ら180°の角度幅に、第3領域では180°から27
0°の角度幅に、そして、第4領域では270°から3
60°の角度幅に全て入る。
FIG. 3 is a diagram in which the divergent velocity field is divided into four parts with the FOE as the center. The direction of the estimated velocity vector is determined for each of the first, second, third, and fourth regions divided into four. That is, for example, four regions in FIG. 3 are divided by orthogonal XY axes, and Y at the boundary between the first region and the fourth region.
When the axis is 0 ° and the angle is clockwise, FOE
The optical flow diverging around the center is from 0 ° to 90 ° in the first region, from 90 ° to 180 ° in the second region, and from 180 ° to 27 ° in the third region.
To an angular width of 0 °, and from 270 ° to 3 in the fourth area
All within an angle width of 60 °.

【0012】そこで、図3の画面中の第1領域及び第4
領域に列車のプラットホームが写る線路画像では、2つ
実線の矢印で挟まれた角度方向のオプティカルフロー
が危険であると判断する。即ち、第1領域において左上
向きの角度θの矢印と左下向きの角度θの矢印で挟
まれた速度場角度幅α即ち(θ θ)に入る角度
θのオプティカルフローが存在するとき、又は第4領域
において右上向きの角度θの矢印と右下向きの角度θ
の矢印で挟まれた速度場角度幅β即ち(θ
θ)に入る角度θのオプティカルフローが存在する
とき、列車進行方向に危険な移動物体、特に転落の可能
性がある乗客が存在すると判断する。
Therefore, the first area and the fourth area in the screen shown in FIG.
In the track image in which the platform of the train is shown in the area, it is determined that the optical flow in the angular direction between the two solid arrows is dangerous. That is, in the first area, the velocity field angle width α, that is, (θ 1 to θ 1) sandwiched between the arrow of the upper left angle θ 1 and the arrow of the lower left angle θ 2. θ 2 ) when there is an optical flow having an angle θ, or in the fourth area, an arrow having an upper right angle θ 3 and an angle θ having a lower right angle θ
Velocity field angular width defined between the 4 arrow β i.e. (theta 3 ~
When there is an optical flow having an angle θ that falls within θ 4 ), it is determined that there is a dangerous moving object in the train traveling direction, particularly a passenger who may fall.

【0013】第1領域における速度場角度幅(θ
θ)は、列車進行方向に対して危険方向角度幅、即ち
列車進行方向に対して直角な方向を含む所定角度幅に入
る角度幅である。第1領域における列車進行方向に直角
方向は、線路位置を示す右側の点線に対して直角な方向
であるから、やや左下向きの点線の矢印で示す如く、概
ね260°である。そこで、所定角度幅を例えば60°
とし且つ点線の矢印に対して等角度幅とすると、θ
230°、θは290°となる。従って、230°か
ら290°の角度を有するオプティカルフローが第1領
域に存在することを検知した場合には、列車進行方向に
危険な移動物体が存在すると判断するのである。
The velocity field angular width in the first region (θ 1
θ 2 ) is a dangerous direction angle width with respect to the train traveling direction, that is, an angle width falling within a predetermined angle width including a direction perpendicular to the train traveling direction. The direction perpendicular to the traveling direction of the train in the first area is a direction perpendicular to the dotted line on the right side indicating the track position, and is therefore approximately 260 °, as indicated by the dotted arrow slightly downward and to the left. Therefore, the predetermined angle width is set to, for example, 60 °.
When equal angular width with respect to the to and dotted arrows, theta 1 is 230 °, θ 2 becomes 290 °. Therefore, when it is detected that an optical flow having an angle of 230 ° to 290 ° exists in the first area, it is determined that a dangerous moving object exists in the train traveling direction.

【0014】第4領域における速度場角度幅(θ
θ)は、列車進行方向に対して危険方向角度幅、即ち
列車進行方向に対して直角な方向を含む所定角度幅に入
る角度幅である。第4領域における列車進行方向に直角
方向は、線路位置を示す左側の点線に対して直角な方向
であるから、やや右下向きの点線の矢印で示す如く、概
ね100°である。そこで、所定角度幅を例えば60°
とし且つ点線の矢印に対して等角度幅とすると、θ
70°、θは130°となる。従って、70°から1
30°の角度を有するオプティカルフローが第4領域に
存在することを検知した場合には、列車進行方向に危険
な移動物体が存在すると判断するのである。
[0014] The velocity field angular width in the fourth region (θ 3 ~
θ 4 ) is an angle width in a dangerous direction with respect to the train traveling direction, that is, an angle width falling within a predetermined angle width including a direction perpendicular to the train traveling direction. The direction perpendicular to the train traveling direction in the fourth area is a direction perpendicular to the dotted line on the left side indicating the track position, and is therefore approximately 100 ° as indicated by the dotted arrow slightly downward and to the right. Therefore, the predetermined angle width is set to, for example, 60 °.
When equal angular width with respect to the to and dotted arrows, theta 1 is 70 °, θ 2 becomes 130 °. Therefore, from 70 ° to 1
When it is detected that an optical flow having an angle of 30 ° exists in the fourth area, it is determined that there is a dangerous moving object in the train traveling direction.

【0015】オプティカルフローは観測者が感じる画面
上のある物体の見かけ速度分布を指す。オプティカルフ
ローを推定する基本式は2つの仮定から導出される。そ
の1つは、対象となる物理点の持つ濃淡値が運動に際し
て一定に保たれていることである。時刻tにおける画面
上のある点(x,y)の濃淡値をP(x,y,t) とし、
微小時間Δt後は物理点が点(x+Δx,y+Δy)ま
で移動し、その濃淡値をP(x+Δx,y+Δy,t+
Δt)とすると、次の数式1が成立する。
Optical flow refers to the apparent velocity distribution of a certain object on the screen that is perceived by the observer. The basic formula for estimating the optical flow is derived from two assumptions. One is that the gray value of the target physical point is kept constant during exercise. Let P (x, y, t) be the gray value of a point (x, y) on the screen at time t,
After a short time Δt, the physical point moves to the point (x + Δx, y + Δy), and its gray value is expressed as P (x + Δx, y + Δy, t +
Δt), the following equation 1 is established.

【0016】[0016]

【数1】 これをテイラー展開し、Δtを0に極限を取ると、数式
2が得られる。
(Equation 1) When this is Taylor-expanded and Δt is limited to 0, Equation 2 is obtained.

【0017】[0017]

【数2】 但し、uとvは見かけ速度ベクトルであり、P
、Pは夫々x、y、tに対する偏微分である。
(Equation 2) Where u and v are apparent velocity vectors, and P x ,
Py and Pt are partial derivatives with respect to x, y and t, respectively.

【0018】もう1つの仮定は、見かけ速度uとvは滑
らかに変化することである。速度の滑らかさEは、数
式3の通り、速度ベクトルのラプラシアンの和で評価す
る。
Another assumption is that the apparent speeds u and v change smoothly. Smoothness E c of the speed, as in Equation 3, to evaluate the sum of the Laplacian of the velocity vector.

【0019】[0019]

【数3】 (Equation 3)

【0020】実際に計算するには、数式2のP
、Pは有限差分で近似し誤差をもたらす。数式3
も離散化する必要があり、実際には速度分布の滑らかさ
を数式4と数式5で評価する。但し、Eは対象となる
物理点の持つ濃淡値が運動に際して一定に保たれるてい
るとの仮定に基づくオプティカルフローの拘束条件を表
す。
For the actual calculation, P x ,
P y, P t results in the error is approximated by a finite-difference. Equation 3
Needs to be discretized, and the smoothness of the velocity distribution is actually evaluated by Expressions 4 and 5. Here, Eb represents a constraint condition of the optical flow based on the assumption that the gray value of the target physical point is kept constant during the movement.

【0021】[0021]

【数4】 (Equation 4)

【数5】 (Equation 5)

【0022】但し、数式5においてベクトル表示の見か
け速度uとvは、数式6と数式7に示す通り、近傍速度
ベクトルの平均値である。
However, the apparent velocities u and v of the vector display in Equation 5 are the average values of the neighboring velocity vectors as shown in Equations 6 and 7.

【数6】 (Equation 6)

【数7】 (Equation 7)

【0023】滑らかさの重み係数である正則化パラメー
タαを導入して数式4と数式5を統合すると、次の数式
8のような誤差Eの評価式が与えられる。
When Equations 4 and 5 are integrated by introducing a regularization parameter α, which is a weighting coefficient for smoothness, an evaluation equation for the error E as shown in the following Equation 8 is given.

【数8】 (Equation 8)

【0024】誤差Eが最小値を取る条件で速度分布の計
算式が得られる。結局、次の数式9と数式10を反復し
て収束すれば推定速度が得られる。但し、kは反復パラ
メータである。
An equation for calculating the velocity distribution is obtained under the condition that the error E takes the minimum value. After all, if the following equations 9 and 10 are repeatedly converged, an estimated speed can be obtained. Here, k is a repetition parameter.

【数9】 (Equation 9)

【数10】 (Equation 10)

【0025】本発明は、列車の運転席付近に搭載したI
TVカメラで撮影した時系列テレビ画像に、上述の正則
化手法を用いた画像処理を施して画素毎にオプティカル
フロー推定を行い、更に、列車進行方向と直角方向又は
直角方向から所定の角度範囲にある危険方向角度幅に存
在するオプティカルフローの推定速度ベクトルを選別す
ることによって、列車前方に明らかに危険と判定できる
移動物体が存在することを検知するようにしたものであ
る。
The present invention relates to an I-type vehicle mounted near the driver's seat of a train.
The time-series television image captured by the TV camera is subjected to the image processing using the above-described regularization method to perform optical flow estimation for each pixel, and further, to a predetermined angle range from the direction perpendicular to the train traveling direction or from the direction perpendicular thereto. By selecting an estimated velocity vector of an optical flow existing in a certain dangerous direction angle width, it is detected that a moving object that can be clearly determined to be dangerous exists in front of the train.

【0026】即ち、本発明の一実施形態のオプティカル
フローを利用した列車前方異常検出装置は、図1のブロ
ック構成図で示す如く、監視対象場面を連続撮影する監
視カメラ11、監視カメラ11が撮影したアナログ画像
をデジタル画像に変換するA/D変換部12、A/D変
換部12から入力された時系列画像を蓄積する時系列画
像蓄積部13、時系列画像蓄積部13に蓄積された時系
列2画像の中の第1画像を取り出して画素毎に一次微分
を施す第1画像一次微分部14、第1画像一次微分部1
4の出力である第1画像の画素毎の一次微分値を引用し
て最適の正則化パラメータを与える正則化パラメータテ
ーブル引用部15、演算処理部16、及び警報部17と
から構成されている。
That is, as shown in the block diagram of FIG. 1, a train forward abnormality detecting apparatus using an optical flow according to an embodiment of the present invention has a surveillance camera 11 for continuously photographing a scene to be monitored. A / D conversion unit 12 that converts the converted analog image into a digital image, a time-series image storage unit 13 that stores the time-series image input from the A / D conversion unit 12, and a time-series image that is stored in the time-series image storage unit 13. A first image primary differentiator 14 and a first image primary differentiator 1 that take out the first image from the series 2 images and perform the first differentiation for each pixel
4 includes a regularization parameter table reference unit 15, an arithmetic processing unit 16, and an alarm unit 17 that refer to the primary differential value of each pixel of the first image, which is the output of No. 4, and provide an optimal regularization parameter.

【0027】演算処理部16は、時系列画像蓄積部13
に蓄積された時系列2画像の中の第1画像並びに第2画
像及び正則化パラメータテーブル引用部15からの正則
化パラメータを入力として監視対象場面の画像のオプテ
ィカルフローを推定し、推定されたオプティカルフロー
に所定の演算処理を施して列車進行方向と直角方向のオ
プティカルフロー推定速度を選別し、列車前方に危険な
移動物体が存在するか否かを判断する装置である。
The arithmetic processing section 16 includes a time-series image storage section 13
The optical flow of the image of the monitoring target scene is estimated by using the first image and the second image in the two time-series images accumulated in the storage unit and the regularization parameters from the regularization parameter table reference unit 15 as inputs, and the estimated optical This is a device that performs a predetermined calculation process on a flow to select an estimated optical flow speed in a direction perpendicular to the train traveling direction, and determines whether a dangerous moving object exists in front of the train.

【0028】部品構成で表現すると、演算処理部16は
例えば、各種演算と制御を行うCPU、プログラムが記
憶されたROM、各種データを記憶するRAM、データ
等の入力を行うキーボード、ディスプレイ、及びプリン
タ等から構成されている。
In terms of component configuration, the arithmetic processing unit 16 includes, for example, a CPU for performing various operations and control, a ROM for storing programs, a RAM for storing various data, a keyboard, a display, and a printer for inputting data and the like. And so on.

【0029】また機能構成で表現すると、演算処理部1
6は、オプティカルフロー推定速度を算出する画像処理
手段と、前記画像処理手段で算出されたオプティカルフ
ロー推定速度の中から列車進行方向と直角方向のオプテ
ィカルフロー推定速度を選別する推定速度選別手段と、
前記推定速度選別手段により選別された列車進行方向と
直角方向のオプティカルフロー推定速度に基づいて明ら
かに危険と判定できる移動物体の存在の有無を判断する
判断手段とから構成されたものである。
In terms of the functional configuration, the arithmetic processing unit 1
6, an image processing means for calculating an optical flow estimated speed, an estimated speed selecting means for selecting an optical flow estimated speed in a direction perpendicular to the train traveling direction from the optical flow estimated speed calculated by the image processing means,
Determining means for determining the presence or absence of a moving object which can be clearly determined to be dangerous based on the estimated optical flow speed in a direction perpendicular to the train traveling direction selected by the estimated speed selecting means.

【0030】次に、図1に示した本発明の一実施形態の
オプティカルフローを利用した列車前方異常検出装置の
動作を、図6のフローチャートに従って説明する。
Next, the operation of the train forward abnormality detecting device using the optical flow according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0031】図6において、監視カメラ11で撮影され
た画像はA/D変換部12でデジタル信号に変換され、
時系列画像蓄積部13に入力される。時系列画像蓄積部
13に第1画像と第2画像の時系列2画像が蓄積される
(101)。
In FIG. 6, an image photographed by the surveillance camera 11 is converted into a digital signal by an A / D converter 12, and
It is input to the time-series image storage unit 13. Time-series two images of the first image and the second image are stored in the time-series image storage unit 13 (101).

【0032】ステップ101に続いて、第1画像一次微
分部14は、前記第1画像に対して一次微分の処理を施
す(102)。一次微分は、前記第1画像の全ての画素
に対して画素毎に行われる。
Subsequent to step 101, the first image primary differentiator 14 performs a first differentiation process on the first image (102). The first differentiation is performed for every pixel of the first image for each pixel.

【0033】ステップ102に続いて、正則化パラメー
タテーブル部15は、正則化パラメータテーブルを参照
し、前記第1画像の画素毎の一次微分値に対して最適の
正則化パラメータαを選定する(103)。
Subsequent to step 102, the regularization parameter table section 15 refers to the regularization parameter table and selects an optimal regularization parameter α for the first derivative of each pixel of the first image (103). ).

【0034】ステップ103に続いて、演算処理部16
は、全ての画素に対して画素毎にオプティカルフロー推
定演算を行う(104)。オプティカルフロー推定演算
は、画素毎に上記数式8〜数式10を用いて行われる。
演算に用いられるデータは、時系列画像蓄積部13に蓄
積されている第1画像並びに第2画像の画像データ、及
び正則化パラメータテーブル部15の正則化パラメータ
αである。なお、正則化パラメータに関しては、図6の
フローチャートの説明を終了した後に、改めて詳述す
る。
After step 103, the arithmetic processing unit 16
Performs an optical flow estimation operation on all pixels for each pixel (104). The optical flow estimation calculation is performed using the above equations 8 to 10 for each pixel.
The data used for the calculation is the image data of the first image and the second image stored in the time-series image storage unit 13, and the regularization parameter α of the regularization parameter table unit 15. Note that the regularization parameters will be described in detail again after the description of the flowchart in FIG. 6 ends.

【0035】ステップ104に続いて、演算処理部16
は、推定速度ベクトルの角度系列テーブルを生成する
(105)。前記推定速度ベクトルの角度系列テーブル
は、図5に示す如く、オプティカルフローの推定速度ベ
クトルの角度θを左欄に記載し、この角度を有するオプ
ティカルフローの位置を座標Xと座標Yで表示したもの
である。オプティカルフローの位置は、言換えれば当該
オプティカルフローを発生させた画素のXY画面上の位
置である。
Following step 104, the arithmetic processing unit 16
Generates an angle sequence table of estimated velocity vectors (105). The angle sequence table of the estimated velocity vector, as shown in FIG. 5, describes the angle θ of the estimated velocity vector of the optical flow in the left column, and displays the position of the optical flow having this angle by coordinates X and Y. It is. The position of the optical flow is, in other words, the position on the XY screen of the pixel that has generated the optical flow.

【0036】図5は、第1領域と第2領域の境界が92
°、第2領域と第3領域の境界が185°、第3領域と
第4領域の境界が270°となっている。これは、FO
Eの位置が列車の進行に従って常に変動するためであ
る。このような境界角度で区分された図5の4領域にお
いて、FOEを中心として発散するオプティカルフロー
は、第1領域では0°から92°の角度幅に、第2領域
では92°から185°の角度幅に、第3領域では18
5°から270°の角度幅に、そして、第4領域では2
70°から360°の角度幅に全て入る。
FIG. 5 shows that the boundary between the first area and the second area is 92
°, the boundary between the second region and the third region is 185 °, and the boundary between the third region and the fourth region is 270 °. This is FO
This is because the position of E constantly fluctuates as the train advances. In the four regions of FIG. 5 divided by such a boundary angle, the optical flow diverging around the FOE has an angular width of 0 ° to 92 ° in the first region and 92 ° to 185 ° in the second region. To the angular width, 18 in the third area
From 5 ° to 270 °, and 2 in the fourth area
It falls entirely within the angle range of 70 ° to 360 °.

【0037】しかしながら、例えば第1領域の角度幅に
入るべきオプティカルフローが250°の角度を有する
場合、このオプティカルフローは、図5において第3領
域に配列されることになる。同様に、例えば第4領域の
角度幅に入るべきオプティカルフローが80°の角度を
有する場合、このオプティカルフローは、図5において
第1領域に配列されることになる。
However, if, for example, the optical flow to be included in the angular width of the first area has an angle of 250 °, this optical flow will be arranged in the third area in FIG. Similarly, for example, if an optical flow to be included in the angular width of the fourth region has an angle of 80 °, this optical flow will be arranged in the first region in FIG.

【0038】ステップ105に続いて、演算処理部16
は、FOEを中心とする4領域の境界、即ち第1領域、
第2領域、第3領域、第4領域の境界を決定する処理を
行う(106)。
Following step 105, the arithmetic processing unit 16
Is a boundary of four regions centered on the FOE, that is, a first region,
A process for determining boundaries between the second, third, and fourth areas is performed (106).

【0039】FOEは、次のようにして決定する。演算
処理部16は、推定速度ベクトルの方向分布状況を判断
してFOE付近を幾何学的に決定する。そして、演算処
理部16は、抽出推定速度ベクトルの信頼度解析処理で
統計的判断後、各推定速度ベクトルの始点方向に仮想延
長線が交わる点をFOEとする。複数の仮想延長線の交
わりは1点でなく特定の分布が想定されるが、最小2乗
法でFOEを決定する。
The FOE is determined as follows. The arithmetic processing unit 16 determines the direction distribution state of the estimated velocity vector and geometrically determines the vicinity of the FOE. After statistically determining the reliability of the extracted estimated speed vector by the reliability analysis process, the arithmetic processing unit 16 sets a point where the virtual extension line intersects in the direction of the starting point of each estimated speed vector as FOE. Although the intersection of a plurality of virtual extension lines is not a single point but a specific distribution is assumed, the FOE is determined by the least squares method.

【0040】FOEを決定すると、第1領域と第4領域
の境界が定まる。第1領域と第4領域の境界角度は監視
カメラの画角と軌道(レール)の水平度で決定する。列
車搭載の監視カメラが十分遠方を撮影するならば、水平
度を考慮しないで領域境界が決定される。
When the FOE is determined, a boundary between the first area and the fourth area is determined. The boundary angle between the first area and the fourth area is determined by the angle of view of the surveillance camera and the level of the track (rail). If the train-mounted surveillance camera captures a sufficiently distant image, the area boundary is determined without considering the level.

【0041】ステップ106に続いて、演算処理部16
は、列車進行方向の風景で生じるオプティカルフローを
前記推定速度ベクトルの角度系列テーブルから削除する
(107)。列車進行方向の風景で生じるオプティカル
フローは、FOEを中心にした放射状のものであり、こ
れらは前記推定速度ベクトルの角度系列テーブルにおい
て角度で特定できるものである。演算処理部16は前記
推定速度ベクトルの角度系列テーブルを検索し、列車進
行方向の風景で生じるオプティカルフローを特定し、こ
れを削除する。
Following step 106, the arithmetic processing unit 16
Deletes the optical flow generated in the scenery in the train traveling direction from the angle sequence table of the estimated speed vector (107). The optical flows that occur in the scenery in the train traveling direction are radial with the FOE at the center, and can be specified by angle in the angle sequence table of the estimated speed vector. The arithmetic processing unit 16 searches the angle sequence table of the estimated speed vector, identifies an optical flow generated in the scene in the train traveling direction, and deletes the optical flow.

【0042】ステップ107に続いて、演算処理部16
は、列車進行方向に存在する移動物体で生じるオプティ
カルフローのテーブルを生成する(108)。ステップ
107が終了した時点で、前記推定速度ベクトルの角度
系列テーブルに残されたオプティカルフローは、列車進
行方向の風景で生じるオプティカルフローを含まないも
のである。従って、ステップ108では、演算処理部1
6は、前記推定速度ベクトルの角度系列テーブルを第1
領域と第4領域について編集することによって、列車進
行方向に存在する移動物体で生じるオプティカルフロー
のテーブルを生成することになる。
Following step 107, the arithmetic processing unit 16
Generates a table of optical flows generated by moving objects existing in the train traveling direction (108). When step 107 is completed, the optical flows left in the angle sequence table of the estimated speed vector do not include the optical flows generated in the scenery in the train traveling direction. Therefore, in step 108, the arithmetic processing unit 1
6 shows an angle sequence table of the estimated speed vector as a first
By editing the area and the fourth area, a table of an optical flow generated by a moving object existing in the train traveling direction is generated.

【0043】ステップ108に続いて、演算処理部16
は、危険方向角度幅に存在する推定速度ベクトルが存在
するか否かを判断する(109)。即ち、演算処理部1
6は、ステップ108で生成された列車進行方向に存在
する移動物体で生じるオプティカルフローのテーブルを
検索し、第1領域空間に存在する推定速度ベクトルであ
って、θ1〜θ2の範囲内の角度を有し且つスカラ値が
設定値以上である危険な推定速度ベクトルを抽出する。
続いて、演算処理部16は、前記テーブルを検索し、第
4領域空間に存在する推定速度ベクトルであって、θ3
〜θ4の範囲内の角度を有し且つスカラ値が設定値以上
である危険な推定速度ベクトルを抽出する。
Subsequent to step 108, the arithmetic processing unit 16
Determines whether there is an estimated speed vector existing in the dangerous direction angle width (109). That is, the arithmetic processing unit 1
6 searches a table of optical flows generated by the moving object existing in the train traveling direction generated in step 108, and finds an estimated velocity vector existing in the first area space, and calculates an angle in the range of θ1 to θ2. A dangerous estimated velocity vector having a scalar value equal to or larger than a set value is extracted.
Subsequently, the arithmetic processing unit 16 searches the table and finds that the estimated velocity vector existing in the fourth region space is θ3
A dangerous estimated speed vector having an angle in the range of θ4 and a scalar value equal to or larger than a set value is extracted.

【0044】ステップ109で危険な推定速度ベクトル
が抽出された場合は、演算処理部16はその旨を表す信
号を警報部17に与え、警報処理を行わせる(11
0)。また、ステップ109で危険な推定速度ベクトル
が抽出されなかった場合は、ステップ101に戻る。
If a dangerous estimated speed vector is extracted in step 109, the arithmetic processing section 16 supplies a signal indicating this to the alarm section 17 to perform an alarm process (11).
0). If no dangerous estimated speed vector is extracted in step 109, the process returns to step 101.

【0045】次に、図6のステップ103で行われた正
則化パラメータの最適値の選定について、以下に詳述す
る。
Next, the selection of the optimum value of the regularization parameter performed in step 103 of FIG. 6 will be described in detail below.

【0046】オプティカルフロー推定において演算画素
の周辺の状態、即ち輝度分布や空間周波数の状態から適
切な正則化パラメータαの選定が要求されることは、例
えば特開平9−297851号公報に開示され、公知の
事実である。オプティカルフロー推定において、正則化
パラメータαの選択によっては推定速度場の抽出感度を
制御することが可能であり、また、外乱制御を目的とし
たローパスフィルタとしての機能を持たせたと考えるこ
ともできる。
It is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-297851, for example, that the selection of an appropriate regularization parameter α from the state around the operation pixel, that is, the state of the luminance distribution and the spatial frequency in the optical flow estimation is required. This is a known fact. In the optical flow estimation, the extraction sensitivity of the estimated velocity field can be controlled by selecting the regularization parameter α, and it can be considered that a function as a low-pass filter for disturbance control is provided.

【0047】本発明に係る列車前方異常検出装置は、事
前に方向識別できる異常速度を検出するものである。列
車から進行方向前方に仮定されるFOEに至る線路上の
法線方向に進む危険者の挙動速度のみを検出するもので
ある。
The train forward abnormality detecting device according to the present invention detects an abnormal speed at which a direction can be identified in advance. It detects only the behavior speed of a dangerous person traveling in the normal direction on the track from the train to the FOE assumed forward in the traveling direction.

【0048】このように推定速度の方向性が限定される
ため、オプティカルフロー推定の前処理として、時系列
第1画像で演算対象画素のエッジ強度及びエッジ方向を
一次微分で把握し、エッジ方向が線路方向と平行するか
若しくは平行を中心とする一定角度範囲に含まれるな
ら、演算対象画素に対応する配列化した正則化パラメー
タ引用テーブルに大きな値をセットする。また、エッジ
方向によっては、極端に大きな値を前記正則化パラメー
タ引用テーブルにセットする。要するに、オプティカル
フロー推定計算において移動物体が危険とみなす移動方
向と濃度勾配が一致する画素では、正則化パラメータα
は最適値とし、他の角度では大きな値を与えるのであ
る。
As described above, since the directionality of the estimated speed is limited, as the preprocessing of the optical flow estimation, the edge intensity and the edge direction of the calculation target pixel in the first image in the time series are grasped by the first derivative, and the edge direction is determined. If it is parallel to the line direction or included in a fixed angle range centered on the parallel, a large value is set in the regularized parameter reference table arranged corresponding to the calculation target pixel. Depending on the edge direction, an extremely large value is set in the regularization parameter reference table. In short, in the pixel whose density gradient matches the moving direction that the moving object considers dangerous in the optical flow estimation calculation, the regularization parameter α
Is an optimum value and gives a large value at other angles.

【0049】列車進行にともない背景においてもオプテ
ィカルフローが選られるので、対象物の移動ベクトルを
推定するためには、この列車進行方向で発生するオプテ
ィカルフローの影響を排除する必要がある。更に、混雑
するホーム上では、大勢の人物が自由な方向に移動して
いるため、画面全体で現われる推定速度ベクトルは一層
複雑なものとなる。
Since an optical flow is selected even in the background as the train travels, it is necessary to eliminate the influence of the optical flow generated in the train traveling direction in order to estimate the movement vector of the object. Furthermore, on crowded homes, a large number of people are moving in free directions, so that the estimated speed vector that appears on the entire screen is more complicated.

【0050】正則化パラメータの最適値の選定というス
テップ103は、このような現場の状況を考慮して、オ
プティカルフロー推定計算過程で検出目的の危険な方向
成分だけ感度を上げるようにしたのである。当然ながら
オプティカルフロー推定後に抽出した推定ベクトルに対
して角度フィルタ機能で不要方向のベクトルは除外す
る。
In step 103 of selecting the optimum value of the regularization parameter, the sensitivity is increased only in the dangerous directional component to be detected in the optical flow estimation calculation process in consideration of such a situation in the field. Naturally, the vector in the unnecessary direction is excluded by the angle filter function from the estimated vector extracted after the optical flow estimation.

【0051】一次微分は、3×3画素の輝度値を基に、
その中心点の勾配を求めるための演算処理である。この
一時微分処理はグラジエント処理とも呼ばれ、この処理
によってエッジの方向を認識する。画像中の画素位置
(座標)が分かると、それに対応する線路方向に直角な方
向のベクトルは容易に計算できるので、最も適した正則
化パラメータ値αを決定できる。
The first derivative is based on the luminance value of 3 × 3 pixels.
This is an arithmetic process for calculating the gradient of the center point. This temporary differentiation processing is also called gradient processing, and the direction of the edge is recognized by this processing. Pixel position in image
When the (coordinates) are known, the vector in the direction perpendicular to the line direction corresponding to the (coordinates) can be easily calculated, so that the most suitable regularization parameter value α can be determined.

【0052】ステップ103の処理は、連続する画像フ
レーム間で起きる背景情報の移動量(ズレ)を勾配法に
よるオプティカルフローの瞬時速度場ベクトル情報に置
換し、その方向データを利用して背景移動量を求め、連
続する画像フレーム間の背景情報を一致させて背景移動
補正を行い、背景移動補正後の連続する画像フレーム間
で実在する移動物体の推定速度を求める処理でもある。
これによって、背景情報が常に画像フレーム毎に移動す
る場合の背景差分や時間差分の画像処理の困難性を克服
した。
In the process of step 103, the amount of displacement (shift) of the background information occurring between successive image frames is replaced with the instantaneous velocity field vector information of the optical flow by the gradient method, and the amount of background movement is calculated using the direction data. , The background information between consecutive image frames is matched to perform background movement correction, and the estimated speed of a moving object that is actually present between consecutive image frames after the background movement correction is obtained.
This overcomes the difficulty of image processing of background difference and time difference when background information always moves for each image frame.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明に係るオプティカルフローを利用
した列車前方異常検出装置により、直線路のみならずカ
ーブでもホームから転落の可能性がある異常な動きの乗
客を車上から検出することができるようになった。従っ
て、従来の地上設置の列車前方異常検出装置でホームか
ら転落の可能性がある異常な動きの乗客を検出した場合
よりも、迅速な対応を車上でとれるようになった。
According to the train forward abnormality detecting device using the optical flow according to the present invention, it is possible to detect from the vehicle a passenger having an abnormal movement that may fall off the platform not only on a straight road but also on a curve. It became so. Therefore, it is possible to take a quicker response on the vehicle than when a conventional abnormally-located train-front abnormality detecting device detects a passenger having an abnormal movement that may fall from the platform.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態の列車前方異常検出装置の
ブロック構成図である。
FIG. 1 is a block diagram of a train forward abnormality detection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】画像上の1点FOEから放射状に発散するオプ
ティカルフローを示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing an optical flow radially diverging from one point FOE on an image.

【図3】発散速度場を分割した4つの領域、即ち第1領
域、第2領域、第3領域及び第4領域を示した図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing four regions obtained by dividing a divergent velocity field, that is, a first region, a second region, a third region, and a fourth region.

【図4】正則化テーブルを示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a regularization table.

【図5】オプティカルフローの角度系列テーブルを示し
た図である。
FIG. 5 is a diagram showing an angle sequence table of an optical flow.

【図6】本発明の一実施形態の列車前方異常検出装置の
動作の流れを示したフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of an operation of the train forward abnormality detection device according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 監視カメラ 12 A/D変換部 13 時系列画像蓄積部 14 第1画像一次微分部 15 正則化パラメータテーブル引用部 16 演算処理部 17 警報部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Surveillance camera 12 A / D conversion part 13 Time series image accumulation part 14 First image primary differentiation part 15 Regularization parameter table reference part 16 Arithmetic processing part 17 Alarm part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 憲市郎 東京都千代田区神田神保町三丁目13番8号 株式会社シー・イー・デー・システム内 Fターム(参考) 5B057 AA16 BA11 CE02 CH01 CH07 DA06 DA15 5H161 AA01 MM05 MM15 NN10 NN12 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kenichiro Nakamura 3-13-8 Kanda Jimbocho, Chiyoda-ku, Tokyo F-Term Co., Ltd. F-term (reference) 5B057 AA16 BA11 CE02 CH01 CH01 CH07 DA06 DA15 5H161 AA01 MM05 MM15 NN10 NN12

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 列車の運転席付近に搭載し列車進行方向
を監視するITVカメラと、前記ITVカメラで撮影し
た時系列画像から抽出したオプティカルフロー推定速度
を算出する画像処理手段と、前記画像処理手段で算出さ
れたオプティカルフロー推定速度の中から列車進行方向
と直角な方向又は直角な方向を含む所定角度幅のオプテ
ィカルフロー推定速度を選別する推定速度選別手段と、
前記推定速度選別手段により選別された列車進行方向に
対して危険方向角度幅に入る角度のオプティカルフロー
推定速度に基づいて明らかに危険と判定できる移動物体
の存在の有無を判断する判断手段とから構成されたオプ
ティカルフローを利用した列車前方異常検出装置。
1. An ITV camera mounted near a driver's seat of a train for monitoring a train traveling direction, an image processing means for calculating an estimated optical flow speed extracted from a time-series image taken by the ITV camera, and the image processing Estimated speed selecting means for selecting an optical flow estimated speed of a predetermined angle width including a direction perpendicular to the train traveling direction or a direction perpendicular to the train traveling direction from the optical flow estimated speed calculated by the means,
Determining means for determining whether there is a moving object that can be clearly determined to be dangerous based on the estimated optical flow speed at an angle falling within the dangerous direction angle width with respect to the train traveling direction selected by the estimated speed selecting means. Train forward abnormality detection device using the obtained optical flow.
【請求項2】前記画像処理手段は、連続フレーム間で起
きる背景情報の移動量を勾配法によるオプティカルフロ
ーの瞬時速度場ベクトル情報に置換し、その方向データ
を利用して背景移動量を求める手段と、連続フレーム間
の背景情報を一致させて背景移動補正を行い、背景移動
補正後の連続フレーム間で実在する移動物体の推定速度
を求める手段とからなるものであることを特徴とする請
求項1のオプティカルフローを利用した列車前方異常検
出装置。
2. The image processing means according to claim 1, wherein said moving amount of background information occurring between continuous frames is replaced with instantaneous velocity field vector information of an optical flow by a gradient method, and a background moving amount is obtained by using said direction data. And means for performing background movement correction by matching background information between consecutive frames and obtaining an estimated speed of a moving object that is actually present between consecutive frames after the background movement correction. A train forward abnormality detection device using the optical flow of No. 1.
【請求項3】前記画像処理手段は、連続2フレームの第
1画像に対して一次微分処理を施す演算処理手段と、演
算対象の画素に対応する一次微分値を引用して正則化パ
ラメータテーブルから最適の正則化パラメータを選定す
る正則化パラメータ選定手段と、前記最適の正則化パラ
メータを用いて連続2フレームの第1画像と第2画像と
を画像処理して勾配法オプティカルフローを求めるオプ
ティカルフロー算出手段とからなるものであることを特
徴とする請求項1のオプティカルフローを利用した列車
前方異常検出装置。
3. The image processing means includes: an arithmetic processing means for performing a first-order differentiation process on a first image of two consecutive frames; and a first-order differentiation value corresponding to a pixel to be operated, and Regularization parameter selecting means for selecting an optimal regularization parameter, and optical flow calculation for obtaining a gradient method optical flow by performing image processing on the first image and the second image of two consecutive frames using the optimal regularization parameter 2. A train forward abnormality detecting device using an optical flow according to claim 1, wherein the train forward abnormality detecting device comprises:
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