JP2005293105A - 光源検知装置及び防犯通報装置 - Google Patents

Abstract

【課題】夜間、懐中電灯などの動く光源を、簡単な画像処理で確実に検知する。
【解決手段】室内を監視するカメラで撮影された画像の中から動きのある光の部分を探索し、探索された光の部分が複数存在する場合に、面積の大小のペアＳ，Ｐを選択し、選択されたペアＳ，Ｐを追跡する。前記ペアを構成する光のうち、小さい光Ｓの変化と、大きい光Ｐの変化とが時間的に同期している場合に、動く光源を検知する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、動く光源を検知することのできる光源検知装置、及び懐中電灯などの動く光源を検知して通報を行うことのできる防犯通報装置に関するものである。

夜間において、部屋に侵入した者を発見するために赤外線カメラを備えた防犯装置を部屋に設置することが行われている。
この防犯装置によれば、赤外線カメラで温度の高い物を検知することができるので、夜間、部屋に侵入した者を発見することができる。

ところが、前記赤外線カメラを備えた防犯装置で、部屋に侵入した者を検知しようとすれば、赤外線カメラで撮影した画像に基づいて温度の分布画像を作り、その中から動く物体を抽出し、人間かどうか判定しなければならず、判定処理が複雑になるという問題がある。判定の信頼性をあげようとすれば、高度な画像処理が要求され、防犯装置全体のコストが上がる。

そこで、本発明は、夜間、動く光源を、簡単な画像処理で確実に検知することのできる光源検知装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、夜間、懐中電灯などの移動光源を持って部屋に侵入した者を、簡単な画像処理で確実に発見することのできる防犯通報装置を提供することを目的とする。

本発明者は、懐中電灯などの移動光源の光が、部屋の床や壁などに投影されれば、そこから反射される光（投影光）を伴うこと、移動光源の光や投影光は固定しておらず、ある程度のスピードで、しかも同期して動くという特性があることに注目した。
本発明の光源検知装置は、室内を監視するカメラと、カメラで撮影された画像の中から輝度変化又は位置変化のある光の部分を探索する探索手段と、探索された光の部分が複数存在する場合に、面積の大小のペアを選択し、選択されたペアを追跡する追跡手段と、前記ペアを構成する光のうち、小さい光の変化と、大きい光の変化とが時間的に同期しているかどうか調べる同期検知手段と、それらが同期している場合に、所定の信号出力を行う出力手段とを備えるものである。

前記の構成によれば、まず、探索手段により、カメラで撮影された画像の中から動きのある光の部分を輝度変化又は位置変化に基づいて探索する。動きを見るのは、部屋の備え付けの電灯や窓から入って来る街頭の光などは動かないので、これらの光を除外するためである。
次に追跡手段によって、大小のペアを取り出して追跡する。このペアは、一つは移動光源、他の一つはその投影光であることを想定している。動く光であってもペアが作れない場合は除外する。例えば車両のヘッドライトがカメラに写っていない場合に、ヘッドライトの投影光のみがカメラに写っていても除外する。

次に同期検知手段によって、小さい光の変化と、大きい光の変化とが時間的に同期しているかどうか調べる。小さい光と大きい光とが同期して変化すれば、それらは、同じ光源から出た光であることが判明するからである。
このようにして、カメラでとらえた画像に基づいて、動く光源を確実に検知することができる。

前記同期検知手段は、小さい光の輝度変化又は位置変化と、大きい光の位置変化とが時間的に同期しているかどうか調べることが好ましい。例えば移動光源を手に持って振ると、移動光源は位置変化としてとらえられ、移動光源の角度だけを変化させれば、カメラの画面に写った輝度変化としてとられることができる。大きい光は、投影光であるから、位置変化としてとらえることができる。

また、本発明の防犯通報装置は、前記大小のペアの光が同期している場合に、小さい光を懐中電灯などの移動光源、大きい光をその投影光とみなすことができる。これにより、侵入者がいると判断して通報することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、光源検知装置を含む防犯通報装置のシステム構成図であり、この防犯通報装置は、室内に設置されたカメラ１、コンピュータ２、警報ブザー３及び携帯電話機４と、室外につながるインターネット回線とから構成される。カメラ１は、室内の任意の位置に設置される（図１ではコンピュータ２の横に置かれている）。

図２は、カメラの視野に写る室内画面図であり、図２(a)は室内の構造を示す画面、図２(b)は、夜の室内の画面を表している。なお、図２(b)において、床、壁、窓枠が白い線で描かれているが、これは位置参照のために描いたもので、実際には撮影した画面に写らない。
図３は、実際にカメラ１の画面に写った夜の室内の画面図であり、この画面の大きさは、例えば１７インチ、８００画素×６００画素とする。画像の輝度は、値０から２５５の範囲にある（０が最も暗く、２５５が最も明るい）。図３の画面に写っているのは、懐中電灯の光源Ｓ及びその床への投影光Ｐである。

コンピュータ２は、カメラ１の画面に基づいて、フローチャート（図４）に示すような画像処理を行う。これらの画像処理機能の全部又は一部は、ＣＤ−ＲＯＭやハードディスクなど所定の媒体に記録されたプログラムを、コンピュータ２が実行することにより実現される。
図４において、まずカメラ１の画面に写った画像を取り込み（ステップＳ１）、閾値を用いて二値化処理を行う（ステップＳ２）。この二値化閾値は、室内電灯照明のない部屋の夜間撮影画面用の閾値であり、かなり暗い輝度に設定されている。これにより、画面内は、明るい光の部分と暗い部分とのいずれかに分けて表示される。

コンピュータ２は、二値化画面に基づき、明るい光の部分を探索する（ステップＳ３）。
さらに、光の部分が動いているかどうか判定する（ステップＳ４）。この動きの判定は、カメラ１の画面上の光の動きに基づいて判定するのが簡便である。例えば、動きのある光の部分を探索する際に、次の変化までの時間間隔の閾値、例えば１０秒という閾値を用いて、この閾値以内に光の位置又は輝度の変化を検出したときに動きのある光を検出したと判断する。この閾値以内に変化しない光は、動く光源の光でなく、固定された光源（例えば照明器具や街灯の光）とみなす。

また、カメラ１の画面上の変化で判定するのではなく、実空間（部屋の中の三次元座標）の速度を算出して判定してもよい。そのためには、撮影するカメラ１の画面上での位置と、実空間の位置との関係を予め把握しておく必要がある。このためには、カメラ１の位置や姿勢をパラメータとする、カメラ１の画面上の二次元座標と、実際の三次元座標との変換式をコンピュータ２のプログラムに組み込んでおく必要がある（特開平４ー20189号公報、特開平６ー35443号公報など参照）。ただし、画面上の二次元座標を三次元座標に変換するには、三次元空間での座標の数を１つ減らす必要がある。これには、人間が懐中電灯を手に持つとして、その懐中電灯の床からの高さを、一定の高さ（例えば１ｍ）に設定しておけばよい。コンピュータ２は、光の部分が部屋の中の三次元座標で、閾値を超える速度で動いているときに、光の部分が動いていると判定する。閾値以下の速度で動いている場合は、カメラ１の振動やぶれなどによるものであり、実際には動いていない固定光源であるとみなす。

次に、光の部分が複数存在するかどうか判定する（ステップＳ５）。これは、懐中電灯の光が、部屋の床や壁などに投影されれば、そこから反射される光（投影光Ｐ）を伴うことに注目したものである。室外を走行する自転車や車両などのライトの投影光は、ライト自体が画面に写っている場合を除いて、室内では１つの単独の光として振舞う。したがって、このステップＳ５の判定で排除される。

次に、光の部分が連続して存在する領域の面積（単位：全画面に対する面積比）を測定する。この面積が閾値（例えば３％）よりも大きい場合、大きい光の部分とし、閾値よりも小さい場合、小さい光の部分とする。この測定に基づいて、一対の大小のペアを取り出す（ステップＳ６）。そして、小さな方を「光源Ｓ」、大きな方を「投影光Ｐ」とみなして、それぞれの光の部分を時間差分法等を用いて追跡する（ステップＳ７，Ｓ８）。追跡の間、光源Ｓ又は投影光Ｐを見失うことがあれば（ステップＳ９）、スタートに戻る。

そして、光源Ｓの輝度変化又は位置変化と、投影光Ｐの位置変化とが同期して動くかどうか調べる（ステップＳ１０）。
投影光Ｐが光源Ｓの反射光であれば、光源Ｓが動いたり、角度を変えたりすれば、投影光Ｐが大きく振れるはずである。
図５は、光源Ｓの輝度変化(a)と投影光Ｐの位置変化(b)との関係を示す図である。

図５(a)では、光源Ｓの回転操作により、光源Ｓの輝度がバックグラウンド（カメラの暗いレベルに対する検出限界）と飽和値（カメラの明るいレベルに対する検出限界）との間を変動している。投影光Ｐの輝度が最大の状態では、光源Ｓがカメラ１の方を向いていることを示している。
図５(b)は、投影光Ｐの位置が振れている状態を示している。投影光Ｐの振れが０に対応する位置はカメラ１の位置である。投影光Ｐがこの位置にあるとき、投影光Ｐの輝度が最大になっており、投影光Ｐがこの位置から離れるに従って、投影光Ｐの輝度が低下しているので、光源Ｓと投影光Ｐとは同期していることが分かる。

図６は、光源Ｓの振れ変化(a)と投影光Ｐの振れ変化(b)との関係を示す図である。図６(a)では、光源Ｓの移動（例えば懐中電灯を持つ手の振れ）により、光源Ｓの位置が変化している。 図６(b)は、投影光Ｐの位置が振れている状態を示している。図６(a),(b)から、投影光Ｐの振れと、光源Ｓの振れとは、相似波形になっており、光源Ｓと投影光Ｐとは同期していることが分かる。

以上のように、光源Ｓと投影光Ｐとが同期して動いている場合は、投影光Ｐは、光源Ｓに照らされた部分からの反射光であるので、光源Ｓは、懐中電灯などの移動光源であることが分かる。
移動光源であることが分かれば、その映像を不揮発性のメモリに記憶し（ステップＳ１１）、コンピュータ２に通報、警報の設定がなされていれば、外部に通報・警報信号を送出する。

この結果、図１に示した警報ブザー３を鳴らしたり、ネットワークを通して警備会社や警察署に通報したりする。また、家の所有者の携帯電話機４に電話をかけたり、電子メールを送ったりしてもよい。
以上に説明したように、簡単な画像処理によって、夜間室内に侵入したものが懐中電灯を使えば、これを確実に検知することができる。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

本発明の光源検知装置及び防犯通報装置のシステム構成図である。 (a)は室内の構造図、(b)は夜の室内を撮影した画面図（実際には写らない、壁などの輪郭を含む）である。 夜の室内を撮影した画面図である。 カメラ１の画面に基づいて、移動光源を検知するための画像処理を行う手順を示すフローチャートである。 光源Ｓの輝度変化(a)と投影光Ｐの位置変化(b)との関係を示すグラフである。 光源Ｓの振れ変化(a)と投影光Ｐの振れ変化(b)との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ カメラ
２ コンピュータ
３ 警報ブザー
４ 携帯電話機
Ｐ 投影光
Ｓ 光源

Claims (4)

1. 室内を監視するカメラと、
   カメラで撮影された画像の中から輝度変化又は位置変化のある光の部分を探索する探索手段と、
   探索された光の部分が複数存在する場合に、面積の大小のペアを選択し、選択されたペアを追跡する追跡手段と、
   前記ペアを構成する光のうち、小さい光の変化と、大きい光の変化とが時間的に同期しているかどうか調べる同期検知手段と、
   それらが同期している場合に、所定の信号出力を行う出力手段とを備えることを特徴とする光源検知装置。
2. 前記探索手段、追跡手段及び同期検知手段は、光源検知装置を構成するコンピュータに搭載されたプログラムの画像処理機能として実行される請求項１記載の光源検知装置。
3. 前記同期検知手段は、小さい光の輝度変化又は位置変化と、大きい光の位置変化とが時間的に同期しているかどうか調べるものである請求項１又は請求項２記載の光源検知装置。
4. 室内を監視するカメラと、
   カメラで撮影された画像の中から輝度変化又は位置変化のある光の部分を探索する探索手段と、
   探索された光の部分が複数存在する場合に、面積の大小のペアを選択し、選択されたペアを追跡する追跡手段と、
   前記ペアを構成する光のうち、小さい光の変化と、大きい光の変化とが時間的に同期しているかどうか調べる同期検知手段と、
   それらが同期している場合に、小さい光を懐中電灯などの移動光源、大きい光をその投影光とみなし、通報を行う通報手段とを備えることを特徴とする防犯通報装置。
   
   

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