JP2005101807A - 屋外監視装置および屋外監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小動物等を検知しての誤報の多発を防ぐ。
【解決手段】２重フェンス１を設ける。２重フェンス１内の通路Ｌの両端にＩＴＶカメラ２（２−１，２−２）を設ける。夜間、２重フェンス１内の通路Ｌを水銀灯３（３−１，３−２）で照らす。ＩＴＶカメラ２が撮像した画像を一定周期で取り込み、現在の画像と１周期前の画像との各画素の濃度値の差分の絶対値を算出して閾値と比較し、差分の絶対値が閾値以上の画素の集まりを侵入物体とみなす。この侵入物体の画像内の奥行き方向の位置に基づいて、この侵入物体の面積を基準位置に位置したと仮定した場合の面積に変換し、変換後の侵入物体の面積に基づいてその物体が人間であるのか否かを判定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、広大な敷地面積を持つ重要施設などの屋外の監視を行う屋外監視装置および屋外監視方法に関するものである。

従来より、この種の屋外監視装置として、ＩＴＶカメラ（インテリジェントＴＶカメラ）を使用した監視装置が用いられている。この監視装置では、ＩＴＶカメラと合わせて侵入検知器（赤外センサなど）を設置し、侵入検知器が作動したときにＩＴＶカメラが撮像している監視対象エリアの画像を録画すると同時に警報を発生する（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００１−１４５０９２号公報 特開２００１−２０４００７号公報

しかしながら、従来の屋外監視装置では、人間と動物との識別が極めて難しく、特に広大な敷地面積を持つ研究施設、機密施設などの重要施設は立地的にも住宅地以外の環境にあり、小動物等を検知しての誤報が多発していた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、小動物等を検知しての誤報が多発することのない屋外監視装置および屋外監視方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、屋外の監視対象エリアの画像を撮像する撮像手段と、この撮像手段が撮像した画像を一定周期で取り込む画像入力手段と、この画像入力手段によって取り込まれた現在の画像と１周期前の画像との各画素の濃度値の差分の絶対値を算出する差分算出手段と、この差分算出手段によって算出された各画素の差分の絶対値と予め定められている閾値とを比較し、その差分の絶対値が閾値以上の画素を抽出する画素抽出手段と、この画素抽出手段によって抽出された画素の集まりを侵入物体とみなし、この侵入物体の画像内の奥行き方向の位置に基づいて、この侵入物体の面積をこの侵入物体が基準位置に位置したと仮定した場合の面積に変換する面積変換手段と、この面積変換手段によって変換された侵入物体の面積に基づいてその物体が人間であるのか否かを判定する侵入物体判定手段とを設けたものである。

この発明によれば、撮像手段が撮像した現在の画像と１周期前の画像との各画素の濃度値の差分の絶対値が算出され、この算出された各画素の差分の絶対値と予め定められている閾値とが比較される。例えば、（Ｘ，Ｙ）を画像における画素の座標とし、現在の画像をｆｉ（Ｘ，Ｙ）、１周期前の画像をｆｉ_-1（Ｘ，Ｙ）とすると、ｆａ＝｜ｆｉ（Ｘ，Ｙ）−ｆｉ_-1（Ｘ，Ｙ）｜として現在の画像と１周期前の画像との各画素の濃度値の差分の絶対値ｆａが算出される。また、閾値をｆａth（０＜ｆａth）とすれば、ｆａとｆａthとが比較される。そして、この比較により、ｆａth≦ｆａの画素が抽出され、この抽出された画素の集まりが侵入物体とみなされる。
なお、画像の取り込み周期、すなわちサンプリング時間をあまり短くすると、背景と近づいてくる侵入物体とを分離することができなくなる。本発明において、画像のサンプリング周期は、人間の歩くスピードを考慮し、通常のスピードで近づいてくる人間と背景とを分離することができるように、ある程度長い値として設定することが望ましい。

人間の濃度値と動物の濃度値とにはそれほど大きな差はない。したがって、本発明において、人間と動物とを区別する閾値（ｆａth）を設定することは困難である。そこで、本発明では、ｆａth≦ｆａの画素の集まりを侵入物体とみなした後、この侵入物体の画像内の奥行き方向の位置に基づいて、この侵入物体の面積をこの侵入物体が基準位置に位置したと仮定した場合の面積に変換し、この変換した侵入物体の面積に基づいてその物体が人間であるのか否かを判定する。

例えば、変換する前の侵入物体の面積をＳ、変換後の侵入物体の面積をＳ’、基準位置を画像内の奥行き方向の中央とする。侵入物体の現在の画像内の奥行き方向の位置（現在位置）が分かれば基準位置との距離差により、この侵入物体が基準位置に位置したと仮定した場合の面積Ｓ’を求めることができる。ここで、基準位置における標準的な人間の面積ＭＳを定め、この面積に許容範囲±αを設けておけば、基準位置に位置したと仮定した場合の侵入物体の面積Ｓ’との比較から、侵入物体が人間であるのか否かを判定することができる。

また、本発明では、侵入物体が検出された場合、レーザディスクやデジタルビデオディスクなどに記録する。この際、モニタにデフォルメ的に侵入物体をグラフィック表示させたり、生画像を別モニタに表示させるようにしてもよい。侵入物体が検出された場合にのみ記録することによって、記憶領域が少なくても済むし、検索時間も短縮できる。ＶＴＲなどに記録するようにしてもよいが、レーザディスクやデジタルビデオディスクなどに記録するようにすれば、さらに検索時間が短縮される。これにより、異常認識、原因追及を迅速に行うことができる。

また、本発明では、侵入物体が人間である場合と他の物体である場合とで通報レベルを変える。例えば、侵入物体が人間である場合には警報を発生し、他の物体である場合には警戒体制とする。これにより、侵入物体が小動物等の場合は警戒体制とされ、侵入物体が人間である場合にのみ警報が発生する。

また、本発明において、監視対象エリアには２重フェンスを設置するとよい。監視対象エリアに２重フェンスを設置することにより、その２重フェンス内に侵入者を誘い込んで確実に画像として捉えることが可能となるし、背景と侵入者との分離も容易となる。また、２重フェンス内を通る間に稼がれる時間によって、動きの速い侵入物体の検知も可能となる。

また、本発明において、監視対象エリアに２重フェンスを設ける場合、水銀灯を設置して２重フェンス内を照明するとよい。水銀灯で２重フェンス内を照明することにより、侵入者に対する抑止効果（物理的抑止効果、精神的抑止効果）が期待できるし、均等な夜間照度を確保し、監視対象エリアの画像を撮像する際の夜間における必要照度を得ることが可能となる。

本発明によれば、現在の画像と１周期前の画像との各画素の濃度値の差分の絶対値と閾値とを比較し、その差分の絶対値が閾値以上の画素の集まりを侵入物体とみなし、この侵入物体の面積を基準位置に位置したと仮定した場合の面積に変換し、この面積からその物体が人間であるのか否かを判定するようにしたので、人間と小動物等とを区別することが可能となり、小動物等を検知しての誤報の多発を防ぐことができるようになる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る屋外監視装置を使用した屋外監視システムの一例を示す図である。図１（ａ）はこのシステムを斜めから見た図であり、図１（ｂ）はこのシステムの２重フェンス内を横方向から見た図である。

このシステムは、広大な敷地面積を持つ重要施設、例えば研究施設の屋外に設けられている。図１（ｂ）において、１は２重フェンスであり、研究施設に至る通路を囲むようにして設けられている。すなわち、２重フェンス１内の通路Ｌを研究施設に至る通路とし、この通路Ｌを２つのフェンスで囲んでいる。

２重フェンス１内の通路Ｌには、その両端に、ＩＴＶカメラ２（２−１，２−２）が設けられている。図１（ｂ）にはＩＴＶカメラ２−１の監視エリア（監視対象エリア）ＡＲ１を示している。ＩＴＶカメラ２−２の監視エリアはＩＴＶカメラ２−１とは反対となる。これにより、お互いの死角がカバーされ、２重フェンス１内の通路Ｌの全てを監視することができる。

また、２重フェンス１に対しては、水銀灯３（３−１，３−２）が設けられている。夜間は、この水銀灯３が点灯し、２重フェンス１内を照明する。なお、この実施の形態において、２重フェンス１内の通路Ｌの距離は約７６ｍ、カメラ２の死角距離は約２０ｍ、監視距離は約５６ｍとされている。

図２にこのシステムに使用されている屋外監視装置のブロック図を示す。この屋外監視装置１００は、ＩＴＶカメラ２−１，２−２と、処理装置４と、レーザディスクを記録媒体とする録画再生装置５とから構成されている。

図３に処理装置４のハード構成の概略を示す。同図において、４−１はＣＰＵ、４−２はＲＡＭ、４−３はＲＯＭ、４−４はハードディスクなどの記憶装置、４−５〜４−８はインターフェイス、４−９はモニタ、４−１０はキーボード、４−１１はマウスである。

ＣＰＵ４−１は、インターフェイス４−５〜４−８を介して与えられる各種入力情報を得て、ＲＡＭ４−２にアクセスしながら、ＲＯＭ４−３や記憶装置４−４に格納されたプログラムに従って動作する。記憶装置４−４には、本実施の形態特有のプログラムとして、屋外監視プログラムが格納されている。この屋外監視プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記録された状態で提供され、この記録媒体から読み出されて記憶装置４−４にインストールされている。

〔動作〕
以下、図４に示すフローチャートを用いて、記憶装置４−４に格納されている屋外監視プログラムに従うＣＰＵ４−１の処理動作について説明する。なお、この屋外監視装置１００は、ＩＴＶカメラ２−１と２−２の両方から画像を取り込んで処理を行うが、どちらの処理も同様に進められるので、ここではＩＴＶカメラ２−１からの画像を取り込んで行われる処理について説明する。

ＩＴＶカメラ２−１は、２重フェンス１が設置されている監視エリアＡＲ１の画像を撮像し、処理装置４へ送る。処理装置４において、ＣＰＵ４−１は、ＩＴＶカメラ２−１から送られてくる画像を周期的に取り込む。以下では、この画像における画素の座標を（Ｘ，Ｙ）とし、取り込んだ現在の画像（今回の画像）をｆｉ（Ｘ，Ｙ）、１周期前の画像（前回の画像）をｆｉ_-1（Ｘ，Ｙ）とする。

ＣＰＵ４−１は、現在の画像ｆｉ（Ｘ，Ｙ）を取り込むと（ステップ４０１）、この取り込んだ現在の画像ｆｉ（Ｘ，Ｙ）と１周期前の画像ｆｉ_-1（Ｘ，Ｙ）との各画素の濃度値の差分の絶対値ｆａを算出する（ステップ４０２：ｆａ＝｜ｆｉ（Ｘ，Ｙ）−ｆｉ_-1（Ｘ，Ｙ）｜）。

そして、ＣＰＵ４−１は、この算出した各画素の差分の絶対値ｆａと閾値ｆａth（０＜ｆａth）とを比較する（ステップ４０３）。ここで、ｆａth≦ｆａである画素があれば、ステップ４０４へ進み、ｆａth≦ｆａである画素の集まりを侵入物体とみなす。ｆａが全てｆａthよりも小さければ、ステップ４０１へ戻って次の画像を取り込む。なお、閾値ｆａthは、背景と侵入物体とを区別するために、適切な値として予め定められているものである。

〔現時刻ｔ２〕
今、ＣＰＵ４−１が１周期前の画像ｆｉ_-1（Ｘ，Ｙ）として図５（ａ）に示すような画像Ｇ１を、現在の画像ｆｉ（Ｘ，Ｙ）として図５（ｂ）に示すような画像Ｇ２を取り込んだとする。図５（ａ）の画像（時刻ｔ１の画像）Ｇ１、すなわち１周期前の画像ｆｉ_-1（Ｘ，Ｙ）には、侵入者が写っていない。図５（ｂ）の画像（時刻ｔ２の画像）Ｇ２、すなわち現在の画像ｆｉ（Ｘ，Ｙ）には、侵入者Ｍが写っている。

この場合、現在の画像ｆｉ（Ｘ，Ｙ）と１周期前の画像ｆｉ_-1（Ｘ，Ｙ）との各画素の濃度値の差分の絶対値ｆａは、侵入者Ｍが写っている画素のみｆａth≦ｆａとなる。これにより、図５（ｅ）にその差分画像ＧＳ１を示すように、ｆａth≦ｆａである画素の集まりとして侵入者Ｍが抽出される。

しかし、人間の濃度値と動物の濃度値とにはそれほど大きな差はなく、人間と動物とを区別するｆａthを設定することは困難である。そこで、本実施の形態では、ｆａth≦ｆａの画素の集まりを侵入物体ＭＸとみなした後、この侵入物体ＭＸの画像内の奥行き方向の位置に基づいて、この侵入物体ＭＸの面積をこの侵入物体ＭＸが基準位置に位置したと仮定した場合の面積に変換し、この変換した侵入物体ＭＸの面積に基づいてその物体ＭＸが人間であるのか否かを判定する。

これを図６（ａ）を用いて説明する。ＣＰＵ４−１は、差分画像ＧＳ１内の侵入物体ＭＸの奥行き方向の位置（現在位置）を求める（ステップ４０５）。すなわち、差分画像ＧＳ１の横軸をＸ、縦軸をＹとした場合、本実施の形態では、奥行き方向がＹ軸方向に対応するので、侵入物体ＭＸの先端付近（この例では、侵入者Ｍの足下付近）が位置しているＹ座標を求める。このＹ座標は侵入物体ＭＸの２重フェンス１内の通路Ｌにおける現在位置を示している。侵入物体ＭＸが差分画像ＧＳ１内の奥行き方向の中央に位置していれば、この侵入物体ＭＸは図１に示した監視距離の中央に位置していることになる。この実施の形態では、監視距離の中央、すなわち差分画像ＧＳ１内の奥行き方向の中央を基準位置とし、次のようにして侵入物体ＭＸの面積変換を行う。

ＣＰＵ４−１は、ステップ４０５で求めた侵入物体ＭＸの現在位置と基準位置との距離差により、この侵入物体ＭＸが基準位置に位置したと仮定した場合の面積Ｓ’を求める（ステップ４０６）。すなわち、図６（ａ）に示すように、差分画像ＧＳ１内の侵入物体ＭＸの面積Ｓ（現在位置における面積Ｓ）をこの侵入物体ＭＸが基準位置に位置したと仮定した場合の面積Ｓ’に変換する（Ｓ’＝２５０００×Ｓ／（２Ｙ² ＋５００））。そして、この変換後の面積Ｓ’と予め設定されている基準位置における標準的な人間の面積（画面差物体面積）ＭＳと比較する（ステップ４０７：図７参照）。

ＣＰＵ４−１は、変換後の面積Ｓ’と基準位置の画面差物体面積ＭＳとを比較し、変換後の面積Ｓ’が画面差物体面積ＭＳを中心とする許容範囲±αに入っていれば、人間と判定し（ステップ４０８のＹＥＳ）、録画再生装置５を作動させて差分画像ＧＳ１（侵入者Ｍ）を録画するとともに（ステップ４０９）、警報を発生する（ステップ４１０）。

ＣＰＵ４−１は、変換後の面積Ｓ’と基準位置の画面差物体面積ＭＳとを比較し、変換後の面積Ｓ’が画面差物体面積ＭＳを中心とする許容範囲±αに入っていなければ、人間ではなく、その他の物体であると判定し（ステップ４０８のＮＯ）、録画再生装置５を作動させて差分画像ＧＳ１（侵入物体ＭＸ）を録画するとともに（ステップ４１１）、警戒体制をとる（ステップ４１２）。

これにより、侵入物体が小動物等の場合は警戒体制とされ、侵入物体が人間である場合にのみ警報が発生するものとなり、人間と小動物等とを区別し、誤報の多発を防ぐことができるようになる。

〔現時刻ｔ３〕
次に、ＣＰＵ４−１が１周期前の画像ｆｉ_-1（Ｘ，Ｙ）として図５（ｂ）に示すような画像Ｇ２を、現在の画像ｆｉ（Ｘ，Ｙ）として図５（ｃ）に示すような画像Ｇ３を取り込んだとする。この場合、図５（ｂ）の画像（時刻ｔ２の画像）Ｇ２、すなわち１周期前の画像ｆｉ_-1（Ｘ，Ｙ）には侵入者Ｍが写っている。また、図５（ｃ）の画像（時刻ｔ３の画像）Ｇ３、すなわち現在の画像ｆｉ（Ｘ，Ｙ）にも、侵入者Ｍが写っている。

時刻ｔ２の画像Ｇ２と時刻ｔ３の画像Ｇ３との差分をとると、その各画素の濃度値の差分の絶対値ｆａは、時刻ｔ２の画像Ｇ２における侵入者Ｍが写っている画素と、時刻ｔ２の画像Ｇ３における侵入者Ｍが写っている画素がｆａth≦ｆａとなる。これにより、図５（ｆ）にその差分画像ＧＳ２を示すように、ｆａth≦ｆａである画素の集まりとして侵入者Ｍ（Ｍ１，Ｍ２）が抽出される。

この場合、ＣＰＵ４−１は、今回の差分画像ＧＳ２と前回の差分画像ＧＳ１との差分画像ＧＳ２’を求める。この差分画像ＧＳ２’では、今回の差分画像ＧＳ２から前回の差分画像ＧＳ１における侵入者Ｍ（Ｍ１）が除去され、時刻ｔ３の画像Ｇ３における侵入者Ｍが写っている画素のみが残る。すなわち、ｆａth≦ｆａである画素の集まりとして侵入者Ｍ２が抽出される。

そして、ＣＰＵ４−１は、この抽出した侵入者Ｍ２（侵入物体ＭＸ２）の差分画像ＧＳ２’内の奥行き方向の位置（現在位置）を求め、この侵入物体ＭＸ２の現在位置と基準位置との距離差により、この侵入物体ＭＸ２が基準位置に位置したと仮定した場合の面積Ｓ２’を求める（図６（ｂ）参照）。そして、この変換後の面積Ｓ２’と予め設定されている基準位置の画面差物体面積ＭＳと比較し、変換後の面積Ｓ’がＭＳ±αであれば人間と判定し、ＭＳ±αでなければその他の物体であると判定する。人間と判定した場合、録画再生装置５を作動させて差分画像ＧＳ２’（侵入者Ｍ２）を録画するとともに、警報を発生する。その他の物体であると判定した場合、録画再生装置５を作動させて差分画像ＧＳ２’（侵入物体ＭＸ２）を録画するとともに、警戒体制をとる。

なお、画像の取り込み周期、すなわちサンプリング時間をあまり短くすると、背景と近づいてくる侵入物体とを分離することができなくなる。本実施の形態において、画像のサンプリング周期は、人間の歩くスピードを考慮し、近づいてくる人間と背景とを分離することができるように、ある程度長い値として設定している。すなわち、人間が歩いて近づいてくる場合、サンプリング周期が短すぎると、現在の画像における侵入物体と１周期前の画像における侵入物体とが重なり、抽出できなくなってしまう。このため、サンプリング周期をある程度長くして、現在の画像における侵入物体と１周期前の画像における侵入物体とが重ならないようにし、侵入物体の抽出を確実とする。

また、本実施の形態において、録画再生装置５に侵入物体を録画する際に、モニタ４−９にデフォルメ的に侵入物体をグラフィック表示させたり、生画像を別モニタ（図示せず）に表示させるようにしてもよい。このようにすることによって、監視者の認識性を向上させ、屋外監視をより確実とすることができる。

また、本実施の形態では、レーザディスクに侵入物体を記録するようにしたが、デジタルビデオディスクなどに記録するようにしてもよい。侵入物体が検出された場合にのみ記録することによって、記憶領域が少なくても済むし、検索時間も短縮できる。また、レーザディスクやデジタルビデオディスクなどに記録することによって、さらに検索時間が短縮される。これにより、異常認識、原因追及を迅速に行うことができる。ＶＴＲなどに記録してもよいが、検索性が悪いために、分析に時間がかかる。これに対し、レーザディスクやデジタルビデオディスクを利用すれば、パーソナルコンピュータなどにより制御させることで、録画画像を平均５００ｍsec 以内で検索可能となる。

また、本実施の形態では、監視対象エリアＡＲ１に２重フェンス１を設置しているので、この２重フェンス１内に侵入者を誘い込んで確実に画像として捉えることができし、背景と侵入者との分離も容易となる。また、２重フェンス１内を通る間に稼がれる時間によって、動きの速い侵入物体の検知も可能となる。

また、本実施の形態では、夜間、水銀灯３で２重フェンス１内を照明するようにしているので、侵入者に対する抑止効果（物理的抑止効果、精神的抑止効果）が得られるとともに、均等な夜間照度を確保し、ＩＴＶカメラ２の必要照度を得ることができる。なお、水銀灯３の消灯／点灯は、人為的に行うようにしてもよいが、処理装置４によって自動的に行わせるようにしてもよい。

本発明に係る屋外監視装置を使用した屋外監視システムの一例を示す図である。 このシステムに使用されている屋外監視装置のブロック図である。 この屋外監視装置における処理装置のハード構成の概略を示す図である。 この処理装置が実行する屋外監視プログラムのフローチャートである。 このフローチャートに従う処理動作を説明する図である。 この処理動作中の面積変換を説明する図である。 変換された面積と基準位置の画面差物体面積との比較による侵入物体の判定を説明する図である。

符号の説明

１…２重フェンス、２（２−１，２−２）…ＩＴＶカメラ、３（３−１，３−２）…水銀灯、ＡＲ１…監視エリア（監視対象エリア）、Ｌ…通路、４…処理装置、４−１…ＣＰＵ、４−２…ＲＡＭ、４−３…ＲＯＭ、４−４〜４−８…インターフェイス、４−９…モニタ、４−１０…キーボード、４−１１…マウス、５…録画再生装置、１００…屋外監視装置。

Claims (6)

1. 屋外の監視対象エリアの画像を撮像する撮像手段と、
   この撮像手段が撮像した画像を一定周期で取り込む画像入力手段と、
   この画像入力手段によって取り込まれた現在の画像と１周期前の画像との各画素の濃度値の差分の絶対値を算出する差分算出手段と、
   この差分算出手段によって算出された各画素の差分の絶対値と予め定められている閾値とを比較し、その差分の絶対値が前記閾値以上の画素を抽出する画素抽出手段と、
   この画素抽出手段によって抽出された画素の集まりを侵入物体とみなし、この侵入物体の画像内の奥行き方向の位置に基づいて、この侵入物体の面積をこの侵入物体が基準位置に位置したと仮定した場合の面積に変換する面積変換手段と、
   この面積変換手段によって変換された侵入物体の面積に基づいてその物体が人間であるのか否かを判定する侵入物体判定手段と
   を備えたことを特徴とする屋外監視装置。
2. 請求項１に記載された屋外監視装置において、
   前記侵入物体を記録する記録手段と、
   この記録手段によって記録された侵入物体を再生する再生手段と
   を備えたことを特徴とする屋外監視装置。
3. 請求項１に記載された屋外監視装置において、
   前記侵入物体判定手段は、前記侵入物体が人間である場合と他の物体である場合とで通報レベルを変えることを特徴とする屋外監視装置。
4. 請求項１に記載された屋外監視装置において、
   前記監視対象エリアは２重フェンスが設置された区域であることを特徴とする屋外監視装置。
5. 請求項４に記載された屋外監視装置において、
   前記２重フェンス内を照明する水銀灯が設置されていることを特徴とする屋外監視装置。
6. 屋外の監視対象エリアの画像を撮像する工程と、
   この撮像された画像を一定周期で取り込む工程と、
   この取り込まれた現在の画像と１周期前の画像との各画素の濃度値の差分の絶対値を算出する工程と、
   この算出された各画素の差分の絶対値と予め定められている閾値とを比較し、その差分の絶対値が前記閾値以上の画素を抽出する工程と、
   この抽出された画素の集まりを侵入物体とみなし、この侵入物体の画像内の奥行き方向の位置に基づいて、この侵入物体の面積をこの侵入物体が基準位置に位置したと仮定した場合の面積に変換する工程と、
   この変換された侵入物体の面積に基づいてその物体が人間であるのか否かを判定する工程と
   を備えたことを特徴とする屋外監視方法。
   

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