JP2005252479A - 監視カメラ妨害検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 監視カメラ妨害検知装置を、エッジ数が異なる様々な情景においても、一部のみで明度変化が生じるような監視対象であっても、安定して妨害検知を行うものにする。
【解決手段】 本発明に係る監視カメラ妨害検知装置は、入力された画像を取込む画像入力部と、入力画像から侵入者を検出する侵入者検出部と、入力画像に対して妨害行為が行われているかどうかの判断基準となる基準画像を自動的に取込む基準画像取込み部と、基準画像を取込む指示信号を基準画像取込み部に与える基準画像更新タイミング発生部と、取込まれている複数の基準画像の各々と入力画像との間で画像特徴を比較して画像間の不一致度を求め、最も低い不一致度を入力画像の不一致度として出力する画像比較部と、入力画像の不一致度の大きさ及び時間的変化と、侵入者検出部の出力信号とに基づいて妨害行為が行われているかどうかを判定する妨害判定部とを、備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、監視カメラの妨害検知装置に関する。

監視カメラに対して、レンズ面にシールを貼る、あるいはスプレーをかけるというような妨害行為が為されてしまうと、監視システム全体が事実上機能しなくなることがある。かような妨害行為を、監視カメラ及び監視システムそのものが検知できないか、が問題とされている。

例えば、特許文献１では、撮像した画像から得られるエッジの数と、画像信号レベルを所定のレベルに調整するためのゲイン値とを用いて、照度がある程度以上であり、画像から抽出したエッジの数が少なく、エッジが急減し、ゲインが基準値以上であることを用いてカメラがマスクされたことを判断する、妨害検知装置の発明が開示されている。

ところが、上記妨害検知装置にあっては、監視情景のエッジ数の大小に応じて個々に適切なしきい値が設定されなければならない。このしきい値の最適さは操作者の判断に委ねられる。よって、情景が異なれば装置が有効に機能しなくなることがある。また、画像全体で均一なしきい値設定をしているため、画像の一部のみで明度変化が生じた場合、装置が有効に機能しなくなるおそれがある。
特開２００３−１３４５０４公報

本発明は、監視カメラ妨害検知装置を、エッジ数が異なる様々な（監視）情景においても、一部のみで明度変化が生じるような監視対象であっても、誤動作することなく、安定して妨害検知を行うものにすることを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するためになされたものである。本発明に係る監視カメラ妨害検知装置は、
入力された画像を取込む画像入力部と、
入力画像から侵入者を検出する侵入者検出部と、
入力画像に対して妨害行為が行われているかどうかの判断基準となる基準画像を自動的に取込む基準画像取込み部と、
基準画像を取込む指示信号を基準画像取込み部に与える基準画像更新タイミング発生部と、
取込まれている複数の基準画像の各々と入力画像との間で画像特徴を比較して画像間の不一致度を求め、最も低い不一致度を入力画像の不一致度として出力する画像比較部と、
入力画像の不一致度の大きさ及び時間的変化と、侵入者検出部の出力信号とに基づいて妨害行為が行われているかどうかを判定する妨害判定部とを
備えることを特徴とする。

本発明を利用することにより、次のような効果を得ることができる。まず、照明の変動や監視室内のレイアウト変更等の情景変化に対しても、妨害検知の誤報や失報を低減することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る好適な実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置を説明するための図であり、より具体的には妨害検知を判定する部分のブロック図である。

図１では、画像入力部１から、基準画像取込み部２、侵入検知部５、および画像比較部４への画像信号伝達経路が設けられる。基準画像取込み部２には、基準画像更新タイミング発生部３からの基準画面更新（取込み）指示信号のための経路が設けられる。画像比較部４には、画像入力部１と基準画像取込み部２からの画像信号が入力され、該画像比較部４は、妨害判定部６に画像比較結果を出力する。侵入者検出部５には、画像入力部１からの画像信号が入力され、該侵入者検出部５は、侵入者検出結果を妨害判定部６に出力する。妨害判定部６には、画像比較部４からの出力信号と侵入検知部５からの出力信号が入力され、妨害判定を行う。

図２は、本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置を説明するための図であり、図１で説明した基準画像取込み部２と画像比較部４を詳細に説明するためのブロック図である。

基準画像取込み部２には直近のＬ個の基準画像が取込まれている。つまり、時系列上古いものから棄却され、最近に更新されたＬ個の基準画像が、基準画像１取込み部７、基準画像２取込み部１０、・・・及び基準画像Ｌ取込み部１２に夫々取込まれる。なお、図２では取込み部は３つしか描かれていないが、Ｌの値に特に制限は無い。ここでの基準画像の新たなものは、基準画像更新タイミング発生部３から更新指示信号に従い取込まれるように、基準画像取込み部２が構成されている。

一方、画像比較部４には、上記のＬ個の基準画像及び取込み部に対応する、画像１比較部８、画像２比較部１１、・・・及び画像Ｌ比較部１３が設けられる。更に、画像比較部４には、上記Ｌ個の画像比較部で得られる画像間不一致度の最小値を選択する最小残差選択部９が設けられる。画像比較部も図２では３つしか描かれていないが、Ｌの値に特に制限は無い。また、図２では、画像１比較部８（や、画像２比較部１１、画像Ｌ比較部１３）から最小残差選択部９には、便宜上１本の経路線が示されているが、ここには以下で示すように、Ｍ×Ｎ本（Ｍ、Ｎは自然数）の経路が設けられる。

図３は、本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置を説明するための図であり、図２で説明した画像１比較部８、画像２比較部１１、若しくは画像Ｌ比較部１３と、最小残差選択部９とを詳細に説明するためのブロック図である。

画像比較部８には、入力画像を縦横Ｍ×Ｎ個（Ｍ、Ｎは自然数）のブロック領域に分割する入力画像分割部１４、及び、基準画像をＭ×Ｎ個のブロック領域に分割する基準画像分割部１５が設けられる。更に、入力画像の部分分割画像と基準画像の部分分割画像との、対応するもの同士の（Ｍ×Ｎ組の）比較を行う部分画像比較部１６、１７、１８が設けられる。また、最小残差選択部９には、Ｍ×Ｎ個のブロック領域に分割された入力画像と基準画像との組に対応する、Ｍ×Ｎ個の最小算差選択部１９、２０、２１と、そのＭ×Ｎ個の最小算差選択部で求められた各ブロックの最小残差を画像全体で合計する加算部２２とが設けられる。

図４は、本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置を説明するための図であり、図３で説明した部分画像比較部１６、１７、１８を詳細に説明するためのブロック図である。

第１のエッジ抽出部２３には、入力画像が分割された部分画像が入力され、第２のエッジ抽出部２４には基準画像が分割された部分画像が入力される。画像間エッジ強度差分総和部２５には、第１のエッジ抽出部２３と第２のエッジ抽出部２４との出力が取込まれ、両画像間のエッジ強度の差分の絶対値総和が算出される。画像間エッジ強度平均部２６には、エッジ抽出部２３とエッジ抽出部２４の出力が取込まれ、両画像間のエッジ強度の平均値が算出される。正規化部２７には、画像間エッジ強度差分総和部２５と画像間エッジ強度平均部２６との出力が取込まれ、エッジ強度により正規化された画像間不一致度が算出されて出力される。

次に、監視カメラ妨害検知装置の動作について示す。図５は、本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置の動作、特に侵入・妨害を検知する動作を説明するためのフローチャートである。

図５において、はじめに画像入力が行われる（Ｓ０２）と、侵入者検出処理が行われる（Ｓ０４）。ここで、侵入者がいると判定された場合（Ｓ０６・Ｙｅｓ）は、侵入検知アラームが発生され（Ｓ０８）、その場合は基準画像が更新されることも、妨害検知処理が行われることもなく、再び画像入力が行われる（Ｓ０２）。

一方、侵入者がいないと判定された場合（Ｓ０６・Ｎｏ）は、続いて基準画像取得タイミングであるか（基準画像更新タイミング発生部３から更新指示信号が出ているか）どうかが判定され（Ｓ１０）、基準画像取得タイミングである場合（Ｓ１０・Ｙｅｓ）は、基準画像が取込まれて、蓄えられるべきＬ個の基準画像のうちの一つが更新される。

なお、基準画像は、１日のうちの様々な日照変動や照明設備のオン／オフなどの条件に対応するために、複数個用意される。更新タイミング（更新指示信号）の夫々は、時刻や画像全体の明度に基づいて、自動的に発される。

次に、入力画像と、記憶されている複数の基準画像との間で画像比較が行われる（Ｓ１４）。そして画像比較によって画像間不一致度を求め、この不一致度をしきい値処理することにより妨害行為があるかないかを判定する（Ｓ１６）。妨害行為があると判定された場合（Ｓ１６・Ｙｅｓ）のみ、妨害検知アラームが発生される（Ｓ１８）。そして再び画像入力が行われる（Ｓ０２）。

図６は、本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置の動作、特に基準画像取込み部２と、画像比較部４との動作を説明するためのフローチャートの一つである。図６では特に、１×１の分割画像、即ち、画像で分割の無い場合のものを示している。

図６において、はじめに、入力画像と基準画像１との間で画像間比較を行い、不一致度が計算される（Ｓ２２）。同様に、入力画像と基準画像２との間でも画像間比較を行い、不一致度が計算される（Ｓ２４）。以後複数の基準画像全てに関して画像間比較による不一致度が計算され、最終的に入力画像とＬ個全部の基準画像との間で画像間比較を行い、不一致度が計算される（Ｓ２６）。これらＬ個の画像間不一致度のうち最小となるものを検出し、最終的な画像間不一致度とする（Ｓ２８）。

図７は、本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置の動作、特に、画像比較部４における、画像１比較部８、画像２比較部１１、画像Ｌ比較部１３、及び最小残差選択部９の動作を説明するためのフローチャートである。

図７において、はじめに、初期設定として、Ｋの値を１に、ＳＵＭの値を０にする（Ｓ４２）。次に、入力画像をＭ×Ｎに分割した部分画像のうち、Ｋ番目の部分画像と、同じく基準画像１をＭ×Ｎに分割した部分画像のうち、Ｋ番目の部分画像との間で、画像間の比較によって画像間不一致度を求める（Ｓ４４）。同様に、入力画像をＭ×Ｎに分割した部分画像のうち、Ｋ番目の部分画像と、基準画像２をＭ×Ｎに分割した部分画像のうち、Ｋ番目の部分画像との間で、画像間比較によって画像間不一致度を求める（Ｓ４６）。同様の処理を基準画像Ｌまで実施し（Ｓ４８）、Ｌ個の不一致度のうち最小となるものをＫ番目の部分画像間の不一致の最小値ＳＵＭ（Ｋ）とする（Ｓ５０）。全てのＫに関するＳＵＭ（Ｋ）の総和を求めるための変数ＳＵＭにＳＵＭ（Ｋ）を加算する処理（Ｓ５２）を、Ｋの値がＭ×Ｎになるまで繰り返す（Ｓ５４、Ｓ５６）。最終的に求められたＳＵＭを画像間の不一致度とする（Ｓ５８）。

図８は、本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置の動作、特に、部分画像比較部１６、１７、１８の動作を説明するためのフローチャートである。

図８において、はじめに、入力画像のＫ番目の部分画像からエッジ強度抽出処理によりエッジ強度画像ＩＩ（ｉ，ｊ）を抽出する（Ｓ６２）。ｉ、ｊはそれぞれ画像中の画素のｘ座標、ｙ座標を表す。

ここで、エッジ強度画像とは、各画素の輝度値と隣の画素の輝度値との差の絶対値を、各画素の値とする、新たな画像である。例えば、原画像の（ｉ，ｊ）の輝度値をＩ（ｉ，ｊ）で表すとすると、縦方向（ｙ方向）のエッジ強度は、
｜Ｉ（ｉ＋１，ｊ）−Ｉ（ｉ，ｊ）｜
と表せる。横方向（ｙ方向）のエッジ強度は、
｜Ｉ（ｉ，ｊ＋１）−Ｉ（ｉ，ｊ）｜
と表せる。よって、（ｉ，ｊ）におけるエッジ強度画像の画素値は、上記両者のうち大きい方ということになる。

続いて同様に、基準画像のＫ番目の部分画像から、エッジ強度抽出処理によりエッジ強度画像ＩＲ（ｉ，ｊ）を抽出する（Ｓ６４）。次に、入力画像と基準画像間のエッジ強度の差分の絶対値の総和
Ｓ１＝ΣΣ｜ＩＩ（ｉ，ｊ）−ＩＲ（ｉ，ｊ）｜
を計算する（Ｓ６６）。さらに、入力画像と基準画像間のエッジ強度の平均値の総和
Ｓ２＝ΣΣ｛ＩＩ（ｉ，ｊ）＋ＩＲ（ｉ，ｊ）｝／２
を計算する（Ｓ６８）。そしてエッジ強度を正規化した不一致度
Ｓ１／Ｓ２
を計算する（Ｓ７０）。

入力画像と基準画像間のエッジ特徴の違いが大きいほど、Ｓ１（エッジ強度差分絶対値総和）の値が大きくなり、逆にエッジ特徴の違いが小さいほど、Ｓ１の値が小さくなる。但し、Ｓ１は、元から画像に含まれるエッジ強度の大小（即ち、エッジの多少）に大きく左右される。つまり、Ｓ１のみから監視カメラに妨害が発生しているか否かを判定しようとするならば、元からの画像（即ち、監視情景）の内容に応じてしきい値を個別の部分画像毎に調整しなければならないことになる。このことを踏まえて、Ｓ１を入力画像と基準画像間のエッジ強度平均値総和Ｓ２で正規化する。この正規化により、元からの画像に含まれるエッジ強度の大小に依らずに一定のしきい値で妨害検知の判定ができることになる。

図９は、照明変化による入力画像の違いを説明するための図である。図９において、（１−１）は明るい照明時の画像、（１−２）は窓から明りが差し込む画像、（１−３）は暗い照明時の画像、（１−４）は屋内照明により明暗が逆転する画像を示す。また、（２−１）は遮蔽物による妨害事例、（２−２）は半透明障害物による妨害事例、（２−３）はスプレー等による妨害事例、（２−４）はレンズ面の傷つけや汚しによる妨害事例を示す。

（１−１）から（１−４）に示すように、日照変動や照明のオン／オフ等により、画像中の輝度値は不均一に変化する。このため記憶されている複数の基準画像との間でエッジ強度の差を比較するだけでは、これらの照明変動と、（２−１）から（２−４）に示す妨害発生とを区別することができない。そこで、画像をＭ×Ｎの部分画像に分割して、部分的に比較を行うことにより、妨害事例の判定を行っている。

図１０は、撮像情景の違いによるエッジ強度の違いを説明するための図である。図１０において、（１−１）は画像中のエッジが多い事例、（１−２）は画像中のエッジがやや多い事例、（１−３）は画像中のエッジがやや少ない事例、（１−４）は画像中のエッジが少ない事例である。このように、それぞれ平均的なエッジ強度が高い情景と、一方で平均的エッジ強度が低い情景とにおいて、単純なエッジ強度の差分だけで妨害判定を行うとすると、しきい値が同じであれば、良好な検出ができない。そこで画像間のエッジ強度の平均を用いてエッジ強度を正規化することにより、監視情景中のエッジ強度の影響を受けず、安定した妨害検知を実現できる。

本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置を説明するための図であり、より具体的には妨害検知を判定する部分のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置を説明するための図であり、図１で説明した基準画像取込み部と画像比較部を詳細に説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置を説明するための図であり、図２で説明した画像１比較部、画像２比較部、若しくは画像Ｌ比較部と、最小残差選択部とを詳細に説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置を説明するための図であり、図３で説明した部分画像比較部を詳細に説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置の動作、特に侵入・妨害を検知する動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置の動作、特に基準画像取込み部と、画像比較部との動作を説明するためのフローチャートの一つである。 本発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置の動作、特に、画像比較部における、画像１比較部、画像２比較部、画像Ｌ比較部、及び最小残差選択部の動作を説明するためのフローチャートである。 発明の実施の形態１に係る監視カメラ妨害検知装置の動作、特に、部分画像比較部の動作を説明するためのフローチャートである。 照明変化による入力画像の違いを説明するための図である。 撮像情景の違いによるエッジ強度の違いを説明するための図である。

符号の説明

１ 画像入力部、 ２ 基準画像取込み部、 ３ 基準画像更新タイミング発生部、 ４ 画像比較部、 ５ 侵入検知部５、 ６ 妨害判定部、 ７ 基準画像１取込み部、 ８ 画像１比較部、 ９ 最小残差選択部、 １０ 基準画像２取込み部、 １１ 画像２比較部、 １２ 基準画像Ｌ取込み部、 １３ 画像Ｌ比較部、 １４ 入力画像分割部、 １５ 基準画像分割部、 １６ 部分画像比較部、 １７ 部分画像比較部、 １８ 部分画像比較部、 １９ 最小残差選択部、 ２０ 最小残差選択部、 ２１ 最小残差選択部、 ２２ 加算部、 ２３ エッジ抽出部、 ２４ エッジ抽出部、 ２５ 画像間エッジ強度差分総和部、 ２６ 画像間エッジ強度平均部、 ２７ 正規化部。

Claims (4)

1. 入力された画像を取込む画像入力部と、
   入力画像から侵入者を検出する侵入者検出部と、
   入力画像に対して妨害行為が行われているかどうかの判断基準となる基準画像を自動的に取込む基準画像取込み部と、
   基準画像を取込む指示信号を基準画像取込み部に与える基準画像更新タイミング発生部と、
   取込まれている複数の基準画像の各々と入力画像との間で画像特徴を比較して画像間の不一致度を求め、最も低い不一致度を入力画像の不一致度として出力する画像比較部と、
   入力画像の不一致度の大きさ及び時間的変化と、侵入者検出部の出力信号とに基づいて妨害行為が行われているかどうかを判定する妨害判定部とを
   備えることを特徴とする監視カメラ妨害検知装置。
2. 上記画像比較部において、
   画像を複数の領域に分割する画像分割部と、
   それぞれの領域で独立して不一致度を計算する複数の部分画像比較部と、
   それぞれの部分画像に対して複数の基準画像の同じ領域のものとの不一致度のうち最小のものを選択する最小残差選択部と、
   それぞれの部分画像に関する最小残差を加算する加算部を設け、
   その加算部から入力画像の不一致度を出力することを特徴とする、
   請求項１に記載の監視カメラ妨害検知装置。
3. 部分画像比較部において、部分画像とそれと同じ領域である基準画像の一部との間でエッジ強度の差分の総和を計算する画像間エッジ強度差分総和部と、
   部分画像とそれと同じ領域である基準画像の一部との間でエッジ強度の平均値を計算する画像間エッジ強度平均部と、
   エッジ強度差分総和をエッジ強度平均値で正規化する正規化部とを設け、
   その正規化部から入力画像の部分画像での不一致度を出力することを特徴とする、
   請求項２に記載の監視カメラ妨害検知装置。
4. 部分画像比較部において、部分画像とそれと同じ領域である基準画像の一部との間でエッジ強度の差分の総和を計算する画像間エッジ強度差分総和部を設け、
   その画像間エッジ強度差分総和部から入力画像の部分画像での不一致度を出力することを特徴とする、
   請求項２に記載の監視カメラ妨害検知装置。
   
   

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