JP2003219225A - 動体画像監視装置 - Google Patents
動体画像監視装置Info
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- H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
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Abstract
よって自動的に制御し、動体、特に人物を的確に特定す
ることができる動体画像監視装置を開示する。 【解決手段】 動画情報をビデオ信号として取得するビ
デオ装置と、このビデオ装置をパン・チルトする雲台
と、前記ビデオ装置から送出されるビデオ信号から適宜
フレーム単位で静止画像を抽出して二値化するフレーム
グラバと、前記二値化したフレームデータを交互に記憶
する複数のフレームメモリと、前記雲台の動作を制御す
るとともに前記フレームデータを処理するCPUと、処
理した後のデータを蓄積する画像データベースからなる
動体画像監視装置である。ビデオ装置は予め設定された
単数または複数の監視域を順次監視する。CPUは直前
のフレームデータと差分比較を行い、差分を検出すれば
該当する座標を追跡し、特定の色を検出して拡大する。
Description
CCDを用いた動体画像の監視装置に係り、特に監視域
に入った人体の顔を抽出してその画像を捉えることがで
きる装置に関するものである。
用いて動体を監視し、監視域に入った動体を磁気テープ
などに記録する手段は公知である。ところで、これらの
装置ではCCDに情報を入力する場合に、その手前にレ
ンズを設けて焦点を合わせているが、レンズとして広角
レンズを使用して監視域を広くすると、画面全体に占め
る動体が小さくなり、たとえば人物を監視しようとして
いるときにはその顔が小さすぎて鮮明に写らず、特定を
することが困難になることがある。逆に人物を大きく捉
えようとして望遠レンズを用いた場合には、監視域が狭
くなりすぎてしまうので、複数台の監視カメラを設置す
る必要があるという問題が生じる。
るもので、カメラを電動の雲台と電動のズームレンズに
よって自動的に制御し、動体、特に人物を的確に特定す
ることができる動体画像監視装置を開示することを目的
とするものである。
成するために、動画情報をビデオ信号として取得するビ
デオ装置と、このビデオ装置をパン・チルトする雲台
と、前記ビデオ装置から送出されるビデオ信号から適宜
フレーム単位で静止画像を抽出して二値化するフレーム
グラバと、前記二値化したフレームデータを交互に記憶
する複数のフレームメモリと、前記雲台の動作を制御す
るとともに前記フレームデータを処理するCPUと、処
理した後のデータを蓄積する画像データベースとからな
る動体画像監視装置を用いることとした。ここで、ビデ
オ装置は動画を撮像してビデオ信号を得るものである
が、雲台によって任意の方向を撮像するようにしてい
る。フレームグラバでは逐次送出されるビデオ信号から
フレーム単位で静止画像を抽出するが、これはCPUに
おいてフレーム内に時間の経過の前後で動体が存在する
かどうかを判定するための第一処理であり、時系列的に
異なるフレームデータの差分を判定することによって、
差分が存在すれば動体があったと判断するものである。
そして、二値化されたフレームデータは複数のフレーム
メモリに対して交互に書き込まれる。一般的には、フレ
ームメモリは一対で交互に読み書き処理が可能である。
このようにして、ビデオ信号を原信号として、時系列に
沿って静止画像を独立したフレームとして捉え、これを
順次差分比較することにより、動体を監視する作用を行
っている。
定された単数または複数の監視域を順次監視するという
手段においては、1台の装置で広域監視を可能とする。
また、ビデオ装置としてCCDを用いる手段では、小型
化が容易であると同時にピクセル単位でRGB情報を取
得することができ、その後の処理が容易である。さら
に、 CCDに対する光学的入力に際してズームレンズ
を備える手段を採用しているが、動体の部分的拡大を可
能とする。
記憶されたフレームデータを取り込み、直前のフレーム
データと差分比較を行い、差分を検出すればこの差分に
該当する座標を追跡するために雲台を制御する全身追尾
モードを備えるという手段を用いている。たとえば、監
視域に侵入した動体が通過する場合には追尾モードを備
えなければ単に一瞬の通過を検出するのみであるが、こ
の手段のように追尾を行うことにより、より長い時間動
体を監視する。ここで、動体の判定は逐次書き込まれる
フレームデータの差分を検出することによって行われ
る。
分に該当する座標を追跡しながら、さらに差分画像をフ
レームいっぱいまでズームアップするために、予め定め
られた特定の色を検出し、この色を検出した場合にはズ
ームレンズを制御して特定の色に対してズームインを行
うという別の全身追尾モードを備えることとしている。
たとえば動体検出の目的が人体の検出であるとすれば、
特定の色を肌色とすれば人体において一番特徴を判別で
きる顔を捉えることができる。本手段ではこの点に着目
して、たとえば肌色を予め指定して、肌色を検出すれば
その部分にズームインを行う作用をする。
は、フレームいっぱいまでズームアップした差分画像の
予め定められた特定の色を検出して、前記特定の色に対
してさらにズームアップするためにズームレンズを制御
するという手段を採用している。この手段によって特定
の色が肌色である場合には、最終的に顔に該当する部分
を拡大し、これをデータとして画像データベースに保存
するという作用を行う。
を、添付した図面に従って説明する。図1は本発明を達
成するために用いられる構成であって、1は焦点距離を
連続的に変動することができるズームレンズ、2は電動
でパン・チルトを行うことができる電動雲台、3はズー
ムレンズ1によって捉えた画像をビデオ信号に変換する
ためのCCDであり、これらの構成によって、一定の区
域を監視し、動体が監視域に侵入した場合には電動雲台
2によってこれを追跡し、ズームレンズ1の操作によっ
て動体にズームイン・ズームアウトを行う。4はCCD
3によって変換されたビデオ信号を取り込んで、後段の
メモリに対してその信号を選択的に送信するためのフレ
ームグラバ、5Aおよび5Bはそれぞれ等価並列に設け
られ、フレームグラバ4から選択的に交互に送信された
1フレーム分のビデオ信号を受信し、これを記憶するた
めのフレームメモリである。6はCPUであって、フレ
ームメモリ5Aあるいは5Bから送出される画像を認識
処理し、さらにズームレンズ1および電動雲台2を制御
するための信号を送出し、これらを制御することによっ
て得られた動体の全身画像やズームイン後の画像などを
一時的に保存し、また画像データベース7に送出する。
画像データベース7ではこれらの画像を逐次保存する。
なお、CPU6は一次的なデータの保存のためのメモリ
エリアを内部に保有することもあるが、周辺装置として
メモリエリアを有する構成であっても差し支えない。
域を常時監視するための構成を説明すると、図2のフロ
ーチャートに示すように、本発明のエリアセンサは常時
雲台2を制御することによって、定められた監視域をス
キャンしている(監視モード、2−1)。この場合、ズ
ームレンズ1の焦点は、広域監視のために短焦点側に制
御されている。続いて動体、例えば人物が監視域に侵入
すれば歩行する人物を追尾し、人物が静止するとその大
きさに応じてズームレンズ1を制御してズームアップす
る(全身追尾モードA、2−2)。一方、この監視動作
では別途全身追尾モードBを続けて有しており、歩行す
る人物を追尾する場合に人の肌色に着目し、肌色のみを
認識して追尾する監視も行っている(2−3)。なお、
上記全身追尾モードAおよびBでは、逐次フレームメモ
リ5Aあるいは5Bに記憶されるフレームデータを直前
のフレームデータと差分比較し、差分が検出されれば動
体が存在すると判断して、この差分を追跡するものであ
る。続いて、追尾によって人物を確保すれば、その肌色
面積が大きい部分にズームインをして拡大するための顔
追尾モードに移行する(2−4)。ところで、一般的に
監視しようとする動体が人物である場合には、顔を特定
して始めてその人物が特定できるのであるが、顔の色、
すなわち肌の色は色彩や色相としてみた場合にはある程
度の範囲に納まるものである。そこで、本発明では人物
の顔に向けてズームインするための要素として、CCD
3によって肌の色を捉え、この肌色に対してズームイン
を行うようにした。
図3のように2つのドア10aおよび10bの周囲に監
視域を設定したとすると、エリアセンサはドア10aと
10bを交互に監視しているが、監視域外から人物が監
視域に対して近づいてきた場合には、CCD3ではこれ
を認識してはいるが、監視動作には入らない(3−
1)。次に人物がいずれかの監視域に侵入すればこれを
判定し(3−2)、全身追尾モードAに移行する(3−
3)。全身追尾モードAではCCD3の画像域に対して
人物が中央になるように雲台2をパン・チルトし、監視
域が画面いっぱいになるようにズームレンズ1の焦点を
ズームインする。続いて人物が歩行を継続すれば、CC
D3の中央に人物を保持するために雲台2をパン・チル
トさせてこれを追尾する(3−4)。なお、人物が途中
で静止した場合にはズームレンズ1を制御してさらにズ
ームインする。そして、全身追尾モードBに移行して、
歩行する人物の一般的に顔に相当する肌色を検出し、さ
らに雲台2をパン・チルトすると同時にズームレンズ1
の焦点を制御し、肌色部分の面積に応じて画面いっぱい
に顔を撮像できるようにズームインする。このようにし
て、監視域に侵入した人物を認識して顔を捉えることに
よって、一連の監視動作を終了する。
次処理するためのフローを示している。まず、CCD3
でビデオ信号化した画像は、フレームグラバ4において
各1画像としてデータ化され、交互にフレームメモリ5
A、5Bに送出される。そして、CPU6では予めプロ
グラムされた手順でフレームメモリ5Aあるいは5Bか
ら取り込んだ画像データを認識し、比較処理等を行いな
がら撮像が動体、すなわち人物であれば追尾処理を開始
する。ここで、たとえば動体が人物ではなく、機械や他
の動物であって処理途中で肌色を識別することができな
かった場合には、一度、あるいは複数回識別処理を行っ
た後に事後の処理をキャンセルし、再度監視モードに復
帰する。
かを判定するための処理をフローチャートで示す。本発
明のエリアセンサは、監視域の数だけ順次監視している
が(5−1)、CCD3によるビデオ信号に動体が検出
されなければ、監視域の数だけスキャンした段階で「動
体検出なし」の判定を行う(5−2)。この場合、フレ
ームメモリ5Aあるいは5Bには動体が存在しない状態
の監視域の撮像を保持しておいても、記憶しておかなく
てもよい。ここで、CCD3において動体を検知した場
合には、特定の監視域における直前のフレームがフレー
ムメモリ5Aあるいは5Bに存在すれば差分処理を行い
(5−3)、直前のフレームと現在のフレームの撮像デ
ータに差が認められれば(5−4)、動体が存在すると
いう判断を行い(5−5〜5−6)、その動体を抽出す
る処理に移行する(5−7)。一方、動体を検出したと
いう判断ができない場合には再度開始時に戻って同様の
処理を繰り返す。動体の抽出処理は、動体の存在を検出
すれば追尾モードに移行するのであるが、図6に示す全
身追尾モードAと、図7に示す全身追尾モードBを連続
的に行う。これらのモードの相違は、先に説明したよう
に、動体をフレームいっぱいに拡大してビデオデータと
するモードAと、動体(人物)の顔に相当する肌色を検
出してその部分を主として拡大するモードBを示してい
る。
る顔追尾モードの処理を示したもので、フレーム内に撮
影されている動体の肌色にのみ着目して拡大処理を行う
ものである。そして、これらの処理は全てCPU6にお
いて行われるので、撮像は二値画像データとして取り扱
われる。
めの処理をさらに説明する。ここでは、撮像した画像の
明度値を確定するための処理を示している。まず、CP
U6に取り込んだ画像データにおいて、二次元画像のY
方向の合計値、および有効ピクセル数を0にする(9−
1)。続いて、指定された座標(たとえば0点)からY
方向にループし(9−2)、Y方向における有効ピクセ
ル数を判定して(9−3)、これが半数以上あるときは
指定された座標を有効として、Y方向の合計値を有効ピ
クセル数で割り(9−4、9−5)、明度値を算出す
る。一方、Y方向の有効ピクセル数が半数に満たない場
合には、明度値の算出は大きく誤差が生じるので、座標は
無効であると判定する(9−6)。
においてY方向にループできないときには、図10に示
したフローに従って処理する。即ち、Y方向にループで
きないときは、Y方向の合計値、有効ピクセル数をまず
0にして(9−7)、指定された座標からX方向にルー
プする(9−8)。そして、フレームデータからRGB
の値を取得し(9−9)、このデータをHSV形式に変
換する(9−10)。変換後のデータについて、彩度
(S)が閾値以上であり(9−11)、かつ明度(V)
も閾値以上である場合(9−12)には、これを有効と
して肌色の有無を判定する(9−13)。そして、色相
としての肌色が上下限値内に納まっている場合(9−1
4)、および肌色の検出がない場合の何れであってもX
方向の合計値に有効ピクセル数を1つ加算して(9−1
5)、フロー(9−8)の判断に戻る。一方、フロー
(9−8)において、指定された座標からX方向にルー
プしなかった場合には、X方向の有効ピクセル数が半分
以上であれば(9−16)X方向の合計値を有効ピクセ
ル数で割って平均値を算出し(9−17)、Y方向の合
計値に平均値を加算して(9−18)フロー(9−2)
に戻る。また、フロー(9−16)においてX方向の有
効ピクセル数が半数未満であった場合でも、フロー(9
−2)に戻ってY方向の判断を行う。このようにして、
順次XY方向の処理を行って指定座標を順送りし、それ
ぞれについて明度値を算出してフレーム内の有効画像を
取得する。
おける「オブジェクト抽出」の共通サブルーチンを詳細
に示したものである。即ち、この共通サブルーチンは、
図5、6による「差分処理」、図7、8による「2値画
像生成処理(肌色抽出処理)」で得られた2値画像から
個々の対象物を分別するための処理を行うもので、例え
ば、肌色部分を抽出した2値画像から人の顔や手を分別
する処理を行う。なお、対象物は画素「1」が集合した
領域として特定される。
ると判断した場合、オブジェクトの数を0にし(10−
1)、先ず「ノイズテーブル」という2値画像を保存す
る領域をメモリ上に確保する(10−2)。カラー画素
には抽出したい対象物とは無関係なちらつきなどのノイ
ズがカメラやフレームグラバのアナログ系で発生し、こ
れを2値化すると画素「1」が点在した状態となり、動
体の識別に支障を来すことになるからである。次に、処
理を行おうとしている動体の大きさが、そのフレーム内
において最大かどうかを判断し(10−3)、さらに拡
大することができるかどうかを判定する。すなわち、フ
レーム内に納まっている動体(オブジェクト)を検出
し、その大きさ(オブジェクト数)が最大値に至ってい
る場合には拡大処理等を停止して(10−4)、データ
をデータベース7に送出する。なお、オブジェクト数の
最大値は、CPUの記憶容量や装置全体のパフォーマン
スを考慮して、予め必要数が設定される。また、オブジ
ェクト数の最大値は、オブジェクトテーブルの最大値に
もなる。
さがフレーム内において未だ最大でなければ、「オブジ
ェクトテーブル」の領域を確保し、メモリ上に2値画像
を保存する領域を一つ確保する(10−5)。そして、
CCD3によって追跡を開始した点を検索する(10−
6)。具体的には、フレームの左上からラスタ方向に走
査し、画素「1」を検索する。次に、その開始点から監
視域における二値画像全体をスキャンしたかどうかを判
定し(10−7)、この間に画素「1」を検出すれば、
動体と背景の境界線を追跡処理して、画素「1」の領域
の輪郭線を抽出してオブジェクトテーブルに記録する
(10−8)。さらに、輪郭線の内部全てを画素「1」
で埋めて穴埋め処理を行い、これをオブジェクトテーブ
ルに記録する(10−9)。ここでいう穴埋め処理と
は、捕捉している動体の境界線だけでなく、内部をスキ
ャンしてその画像を特定することである。これら境界線
追跡処理、穴埋め処理によって、低画質な画像から2値
画像を生成した場合でも対象物を正しく認識することが
できる。
(境界線長)や画素数を閾値と比較し(10−10、1
0−11)、閾値以下であればノイズとみなして、オブ
ジェクトテーブルの内容をノイズテーブルにコピーする
と共に(10−12)、オブジェクトテーブルの内容を
破棄する(10−13)。一方、記録したオブジェクト
の周囲長が閾値以上であり且つオブジェクトの画素数も
閾値以上であると判定すれば、オブジェクトの数を1つ
カウントアップした後(10−14)、オブジェクトの
数が最大となるまで同様の処理を繰り返す。以上のよう
に、「オブジェクト抽出」では動体が複数、例えば3つ
ある場合には、オブジェクトテーブル3つとノイズテー
ブル1つを出力するというように、動体の大きさや相関
をとって1つ選択し追尾処理で使用する。
数もしくは複数の監視域を1台のCCDで順次監視し、
人物などの動体が監視域に侵入する前からこれを追跡
し、監視域に静止した場合であってもその肌色を検出要
素としてこれにズームアップするので、人物の特定を顔
から行うことができるものである。
て取得するビデオ装置と、このビデオ装置をパン・チル
トする雲台と、前記ビデオ装置から送出されるビデオ信
号から適宜フレーム単位で静止画像を抽出して二値化す
るフレームグラバと、前記二値化したフレームデータを
交互に記憶する複数のフレームメモリと、前記雲台の動
作を制御するとともに前記フレームデータを処理するC
PUと、処理した後のデータを蓄積する画像データベー
スからなる動体画像監視装置としたので、雲台によって
自在にビデオ装置を制御して監視しながら逐次記憶され
るフレームデータを処理することができる。また、ビデ
オ装置は予め設定された単数または複数の監視域を順次
監視するようにしているので、1台の装置で複数の監視
域を均等にスキャンすることができ、効率的である。さ
らにまた、ビデオ装置としてCCDを用いるようにして
いるので、RGB情報などを忠実に取得することがで
き、データ化が容易であると同時にその後の処理も容易
である。そして、CCDに対してズームレンズで光学的
入力を行うようにしているので、動体の一部を拡大する
ことも可能である。
ムメモリに記憶されたフレームデータをCPUに取り込
み、直前のフレームデータと差分比較を行い、差分を検
出すればこの差分に該当する座標を追跡するために雲台
を制御しており、逐次フレームメモリに書き込まれるフ
レームデータを時系列で差分比較し、差分を検出するこ
とによって動体の存在を判定しているので、確実な判定
を可能としている。また、これに加えてCPUでは、差
分に該当する座標を追跡しながら、さらに差分画像をフ
レームいっぱいまでズームアップするために予め定めら
れた特定の色を検出し、この色を検出した場合にはズー
ムレンズを制御しており、いったん動体として判定した
オブジェクトに対してより詳細な情報を得ることが可能
となる。さらにまた、CPUでは続く処理として、フレ
ームいっぱいまでズームアップした差分画像の予め定め
られた特定の色を検出して、前記特定の色に対してさら
にズームアップするためにズームレンズを制御するよう
にしており、動体の特徴部分を確実に捉えることが可能
となった。この場合、人物を特定することを目的とする
のであれば、特定の色として肌色を定めておけば、最終的
な処理において顔を大きく捉えることができるので、そ
の人物の特定をも可能とする。
ャート
明するフローチャート
ート
ローチャート
ローチャート
チャート
すフローチャート(Y方向ループ)
示すフローチャート(X方向ループ)
ーチャート
Claims (8)
- 【請求項1】動画情報をビデオ信号として取得するビデ
オ装置と、このビデオ装置をパン・チルトする雲台と、
前記ビデオ装置から送出されるビデオ信号から適宜フレ
ーム単位で静止画像を抽出して二値化するフレームグラ
バと、前記二値化したフレームデータを交互に記憶する
複数のフレームメモリと、前記雲台の動作を制御すると
ともに前記フレームデータを処理するCPUと、処理し
た後のデータを蓄積する画像データベースからなること
を特徴とする動体画像監視装置。 - 【請求項2】ビデオ装置は、予め設定された単数または
複数の監視域を順次監視する請求項1記載の動体画像監
視装置。 - 【請求項3】ビデオ装置は、CCDからなる請求項1ま
たは2記載の動体画像監視装置。 - 【請求項4】CCDは、CPUによって制御されるズー
ムレンズを備える請求項3記載の動体画像監視装置。 - 【請求項5】CPUは、フレームメモリに記憶されたフ
レームデータを取り込み、直前のフレームデータと差分
比較を行い、差分を検出すればこの差分に該当する座標
を追跡するために雲台を制御する全身追尾モードを備え
る請求項1記載の動体画像監視装置。 - 【請求項6】CPUは、差分に該当する座標を追跡しな
がら、さらに差分画像をフレームいっぱいまでズームア
ップするために予め定められた特定の色を検出し、この
色を検出した場合にはズームレンズを制御する別の全身
追尾モードを備える請求項5記載の動体画像監視装置。 - 【請求項7】CPUは、フレームいっぱいまでズームア
ップした差分画像の予め定められた特定の色を検出し
て、前記特定の色に対してさらにズームアップするため
にズームレンズを制御するモードを備える請求項6記載
の動体画像監視装置。 - 【請求項8】予め定められた特定の色は、肌色である請
求項6または7記載の動体画像監視装置。
Priority Applications (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002016749A JP2003219225A (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 動体画像監視装置 |
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Family Applications (1)
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