JP2007096860A - 領域監視システム及び領域監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像処理により検出対象の自動検出を行う領域監視のシステム及び方法において、静止した検出対象を確実に発見する。
【解決手段】カメラで撮影して得た画角の画像データであって当該画角に対応する領域内に検出対象が存在しない状態のものを、比較画像データとして画像処理装置１０内に記憶しておき、カメラの現画像データと比較画像データとを比較して、その差に基づいて、領域内に検出対象が存在するか否かを判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、カメラの視野に収めた所定領域に、検出対象が存在するか否かを監視する領域監視システム及び領域監視方法に関する。

道路上の車両を自動監視するために、監視用のカメラを用いた画像処理システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。カメラは旋回が可能であり、予め決められた複数のプリセット位置へ逐次旋回しながら自動監視が行われる。
また、カメラ及び画像処理による自動監視においては、カメラを所定の領域に向けた当初の画像と現在の画像とを比較して、その差分に基づいて、車両を検出することができる（例えば、特許文献１及び２参照。）。

特開２００４−１７２８７８号公報（第５〜６，９頁、図１） 特開２００２−３４４９６０号公報（第４頁）

しかしながら、例えばトンネル内の道路脇に駐車している車両を、事故防止や安全性向上の観点から自動監視により発見したい場合において、上記のような従来の領域監視システムでは、カメラが旋回完了して所定の領域の撮影を開始したとき既にそこに駐車している車両があると、その画像が比較の基準となるため、現在の画像との差分が現れず、車両が駐車していることを検出できない。

上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、画像処理により検出対象の自動検出を行う領域監視のシステム及び方法において、静止した検出対象を確実に発見することを目的とする。

本発明の領域監視システムは、所定の画角での撮影が可能なカメラと、前記カメラで撮影して得た前記画角の画像データであって当該画角に対応する領域内に検出対象が存在しない状態のものを、比較画像データとして記憶する記憶手段と、前記画角での前記カメラの現画像データと前記比較画像データとを比較し、その差に基づいて、前記領域内に検出対象が存在するか否かを判定する画像処理判定手段とを備えたものである。
上記のように構成された領域監視システムでは、所定の画角に対応する領域内に最初から検出対象が存在している場合でも、検出対象が存在しない状態の比較画像データと現画像データとの比較により、検出対象の存在を検出することができる。

また、上記領域監視システムにおいて、画像処理判定手段による判定によって検出対象が存在しないとされた場合に、比較画像データを、現画像データに更新する更新手段を設けてもよい。
この場合、画角に対応する監視領域に存在する物に、経年変化やその他物理的変化が生じたり、カメラにも経年劣化やレンズの汚れ付着等、画像の変化をもたらす要因があったとしても、更新により、変化に対応した現画像データを比較用に記憶することができる。従って、誤った検出（若しくは非検出）を防止し、正確に検出対象のみを検出することができる。

また、上記領域監視システムは、所定の時期に比較画像データを更新する指令を与える手段を有するものであってもよく、更新手段は、当該指令が与えられ、かつ、画像処理判定手段による判定によって検出対象が存在しないとされた場合に、比較画像データを、現画像データに更新することが望ましい。
この場合、比較画像データを定期的に自動更新することが可能となる。また、検出対象が存在しないことを条件に更新を行うことにより、背景のみの比較画像データへの更新を行うことができる。

また、上記領域監視システムにおいて、比較画像データの更新に供する現画像データは、カメラの画像を構成する各画素について輝度を測定して、所定時間、輝度変化が所定範囲内にある画素データを集積したものとしてもよい。
この場合、所定時間内に画角内を通過して消え去る走行車両の影響を排除して、背景のみの画像データを得ることができる。

また、上記領域監視システムにおいて、記憶手段は同一の画角について異なる撮影条件で複数種類の比較画像データを記憶しており、その中から現画像データとの比較に適したものを選択する選択手段を設けることが好ましい。
この場合、撮影条件（例えば領域の明るさ）に適した比較画像データを選択して現画像データとの比較を行うことができる。

また、上記領域監視システムにおいて、記憶手段は、同一の画角について異なる時間帯で複数種類の前記比較画像データを記憶しており、選択手段はその中から現時刻に対応したものを選択するようにしてもよい。
この場合、時間帯によって変わる明るさに応じた比較画像データを選択して、現画像データとの比較を行うことができる。

また、上記領域監視システムにおいて、記憶手段は、同一の画角について異なる照度の下で複数種類の比較画像データを記憶しており、選択手段はその中から現在の照度に対応したものを選択するようにしてもよい。
この場合、領域の実際の照度に応じた比較画像データを選択して、現画像データとの比較を行うことができる。

また、上記領域監視システムにおいて、更新手段は、領域内に検出対象が存在するため比較画像データの更新を行うことができない状態が所定時間継続したとき、更新不可と判断するようにしてもよい。
この場合、領域内に検出対象が所定時間にわたって存在するときには、更新を行わないので、不適切な更新を防止することができる。

また、上記領域監視システムにおいて、更新不可と判断された場合でも手動操作での更新を受け付けるようにしてもよい。
この場合、自動更新はできなくても、操作者がカメラの画像をモニタ等で見ながら手動で更新を行うことができる。

一方、本発明の領域監視方法は、カメラを所定の画角に設定して、予め、当該画角に対応する領域内に検出対象が存在しない状態の画像データを比較画像データとして記憶し、前記画角での前記カメラの現画像データと前記比較画像データとを比較し、その差に基づいて、前記領域内に検出対象が存在するか否かを判定することを特徴とする。
このような領域監視方法においては、所定の画角に対応する領域内に最初から検出対象が存在している場合でも、検出対象が存在しない状態の比較画像データと現画像データとの比較により、検出対象の存在を検出することができる。

また、上記領域監視方法では、カメラの現画像データに基づいて、領域内に検出対象が存在しないと判定した場合には、比較画像データを、当該現画像データに更新するようにしてもよい。
この場合、画角に対応する監視領域に存在する物に、経年変化やその他物理的変化が生じたり、カメラにも経年劣化やレンズの汚れ付着等、画像の変化をもたらす要因があったとしても、更新により、変化に対応した現画像データを比較用に記憶することができる。従って、誤った検出（若しくは非検出）を防止し、正確に検出対象のみを検出することができる。

本発明の領域監視システム／領域監視方法によれば、所定の画角に対応する領域内に最初から検出対象が存在している場合でも、検出対象が存在しない状態の比較画像データと現画像データとの比較により、検出対象の存在を検出することができるので、静止した検出対象を確実に発見することができる。

図１は、本発明の一実施形態による領域監視システムのブロック図である。図において、カメラ装置１は例えば道路脇のポールやトンネル内の比較的高い位置に設置される。カメラ装置１は、旋回台２と、これによって旋回可能に支持されたズーム機能付きのカメラ３と、カメラ３及び旋回台２を制御するカメラ制御部４と、カメラ３の出力する映像信号を送出する映像送信部５とを備えている。一方、カメラ装置１とは離れた場所にある管制センター６には、映像信号を受信する映像受信部７と、カメラ制御部４と接続されたカメラ管理部８と、映像受信部７及びカメラ管理部８とそれぞれ接続されたカメラ操作卓９及び画像処理装置１０と、この画像処理装置１０に接続された外部スイッチ１１とが設けられている。カメラ３から出力される映像信号は、映像送信部５及び映像受信部７を経て、カメラ操作卓９のモニタ（図示せず。）及び画像処理装置１０に提供される。操作者はモニタを見ながらカメラ操作卓９によりカメラ３の操作を行うことができる。

カメラ３の画角（方向及びズームによって決まる視野範囲をいう。）は、カメラ操作卓９からの操作に基づいて、カメラ管理部８を経てカメラ制御部４がカメラ３のズーム及び旋回台２を制御することにより設定される。カメラ３は、プリセット位置すなわち、所定の複数の画角に向ける（設定する）ことができるようになっている。また、実際にカメラ３が所定の画角に向けられたことの情報（信号）は、カメラ３及び旋回台２からカメラ制御部４及びカメラ管理部８を介して、画像処理装置１０に送られる。画像処理装置１０と接続された照度センサ１２は、カメラ３が設置されている場所の近傍に取り付けられており、カメラ３が設置されている場所周辺の照度を検出する。旋回台２、カメラ３、カメラ制御部４、映像送信部５、映像受信部７、カメラ管理部８及びカメラ操作卓９は、カメラ３の制御及び映像受信を司るカメラユニット１３を構成している。

図２は、画像処理装置１０の内部機能を示すブロック図である。画像処理装置１０は、画像処理部１０１、事象判定部１０２、比較画像データ選択部１０３、比較画像データ記憶部１０４、比較画像データ更新処理部１０５及びタイマ１０６を主要な機能として備えている。画像処理部１０１及び事象判定部１０２は、まとめて、画像処理判定部１００（画像処理判定手段）と考えてもよい。画像処理装置１０はこれらの内部機能を主としてソフトウェアで実現するコンピュータ装置であってもよいし、ハードウェアのみでの構成も可能である。ここではコンピュータ装置として説明する。

図２において、カメラユニット１３からの映像信号は画像処理部１０１により処理され、現画像データとして出力される。予め、カメラ３を所定のプリセット位置（画角）に設定して、その画角の現画像データを記憶手段としての比較画像データ記憶部１０４に記憶させておく。これは、全ての画角について行われ、かつ、１つの画角についてさらに、時刻や照度が異なる条件下で、複数の画像データを記憶させておくものとする。
図３は道路を所定の画角で見た図であり、（ａ）は駐車車両がない状態を、（ｂ）は道路脇に駐車している車両２０がある状態を、それぞれ示している。比較画像としては、駐車車両のない（ａ）の状態の画像を記憶させる。

図４は、画像処理装置１０の動作を示すフローチャートである。図２を参照しつつ、図４のフローチャートについて説明する。
カメラ３が一の画角から他の画角へ画角変更を開始すると図４の処理が開始される。カメラ３が、目標とする画角に達したとき、比較画像データ選択部１０３に対して、カメラユニット１３から画角情報が与えられる。これにより、比較画像データ選択部１０３は、カメラ３が所定の画角に向けられたことを把握し（ステップＳ１）、比較画像データ記憶部１０４に対して、呼び出すべき比較画像データの選択信号を出力する（ステップＳ２）。比較画像データ記憶部１０４には前述のように同一画角に対して複数の比較画像データが記憶されている。そこで、比較画像データ選択部１０３は、時刻情報及び照度情報を参照して、最適な比較画像データを選択する信号を出力する。この選択信号に基づいて選択された比較画像データは、事象判定部１０２に提供される。

一方、画像処理部１０１は、カメラユニット１３からの映像信号に基づいて画像処理を行い（ステップＳ３）、現画像データを事象判定部１０２に提供する。事象判定部１０２は、これを、比較画像データ記憶部１０４から提供される比較画像データと比較し（ステップＳ４）、画角内に検出対象となる駐車車両が存在するか否かを判断する（ステップＳ５）。画角内に駐車車両がなければ双方のデータはほぼ同一となり、他方、図３の（ｂ）に示すように画角内に駐車車両があればその分の輝度差により双方のデータは互いに異なってくる。従って、上記比較により、駐車車両の有無を検出することができる。

比較の結果、検出対象が存在しないときは、所定の画角すなわち現在設定されている画角から外れるまで（次の画角に移動するまで）、ステップＳ３〜Ｓ６を繰り返し、監視を続行する。カメラ３が所定の画角から外れると、画像処理は終了となり（ステップＳ７）、このフローチャートの処理は終了となる。一方、ステップＳ５において検出対象が存在したとき、事象判定部１０２は、外部へ信号を出力することにより、操作者の注意を喚起する検出の報知（例えばメッセージ表示、ランプ点灯等のための外部への報知信号出力）を行う（ステップＳ８）。また、事象判定部１０２において、現在の画像データ（ｄとする）を一時的に記憶する（ステップＳ９）。

その後、引き続き画像処理が行われ（ステップＳ１０）、比較画像データではなく上記画像データｄと、現画像データとの比較が行われる（ステップＳ１１）。これらの処理は検出対象が消滅するか又はカメラ３が所定の画角から外れるまで繰り返される（ステップＳ１０〜Ｓ１３）。検出対象である駐車車両がその場所にとどまっている場合、上記画像データｄと現画像データとを比較してもほとんど差がないが、車両が移動（発車）すれば上記画像データｄと現画像データとの明確な差が出る。従って、このような比較の結果により、画角に対応する領域から検出対象が消滅したか否かの判断を行うことができる。ステップＳ１２において検出対象が消滅した場合には、事象判定部１０２は、消滅の報知（検出の報知信号をリセットする。）を行って（ステップＳ１４）、処理はステップＳ４に戻り、通常の監視処理が行われる。

以上のような処理により、所定の画角において検出対象の検出を行うとともに、その画角において最初から検出対象があった場合には、そのことを、比較画像データと原画像データとの比較により検出することができる。このようにして、静止した検出対象である駐車車両を、確実に検出することができる。

次に、比較画像データの更新処理について説明する。図５は、更新処理のフローチャートである。この更新処理は、図２における比較画像データ更新処理部１０５に対してタイマ１０６から定期的（例えば毎月１回）に、又は、外部スイッチ１１の手動操作により随時、信号を入力することにより、図４のフローチャートの実行中に、割り込み処理として行われる。なお、タイマ１０６からの信号は、道路の交通量が少ない時間帯に出力させることが好ましい。

図５において（図３も参照。）、処理が開始されると、比較画像データ選択部１０３は、カメラ３がどの画角に向けられているかを把握し（ステップＳ２１）、比較画像データ記憶部１０４に対して、呼び出すべき比較画像データの選択信号を出力する（ステップＳ２２）。この選択信号に基づいて選択された比較画像データは、事象判定部１０２に提供される。

一方、画像処理部１０１は、カメラユニット１３からの映像信号に基づいて画像処理を行い（ステップＳ２３）、現画像データを事象判定部１０２に提供する。事象判定部１０２は、これを、比較画像データ記憶部１０４から提供される比較画像データと比較する（ステップＳ２４）。次に、このフローチャートの処理が、外部スイッチ１１からの指令によって開始された場合、すなわち操作者からの更新指令である場合には、ステップＳ２６をスキップしてステップＳ２７，Ｓ２８の処理が比較画像データ更新処理部１０５において行われる。

ステップＳ２７では、現画像データを更新用の新しい比較画像データとするが、画角内には走行車両も写り込むことがあるため、瞬時の現画像データを更新用の新しい比較画像データとすることは好ましくない。そこで、走行車両であれば所定時間内に画角内を通過して消え去ることに着目し、所定時間、現画像データを連続取得して、輝度変化が所定範囲内にある画素データを集積したものを、更新用の新しい比較画像データとする。

図６は、一例として、画角内のある画素の輝度変化を示すグラフである。走行車両が画角内に写り込まない場合には、輝度変化は終始所定範囲ΔＢ内にある。しかし、走行車両が通過すると、画角内でその通過範囲にある画素は、図６に示すように、輝度変化が平穏な時間Δｔ１の後、ΔＢを超える大きな輝度変化を時間Δｔ２（車両が写っている時間）の期間に呈し、その後再び輝度変化が平穏なΔｔ３の期間となる。そこで、所定期間ΔＴ内において、輝度変化が大きい期間を除き、輝度変化が所定範囲ΔＢ内にあったときの平均的な輝度Ｂを、この画素の輝度とする。このような画素データを全画素について集積したものが、更新用の新しい比較画像データとなる。こうして、所定時間内に画角内を通過して消え去る走行車両の影響を排除して、背景のみの画像データを得ることができる。

図５に戻り、ステップＳ２８では、比較画像データ更新処理部１０５から比較画像データ記憶部１０４に対して、比較画像データの書込み（更新）が行われる。これにより、処理は終了となる。

一方、操作者からの更新指令がない、すなわち、当該フローチャートの処理がタイマ１０６からの指令により開始された場合には、ステップＳ２５からステップＳ２６に進み、事象判定部１０２により画角内に検出対象となる駐車車両が存在するか否かの判断が行われる。ここで、検出対象が存在しない場合には、ステップＳ２７，Ｓ２８の比較画像データ更新処理が行われる。一方、検出対象が存在する場合には、現画像データを新たな比較画像データとする更新処理を行うことはできないが、検出対象がすぐに移動する場合もあり得るので、一定時間が経過するまで（ステップＳ２９）ステップＳ２３〜Ｓ２６を繰り返す。そして、一定時間が経過してしまった場合は、事象判定部１０２から更新不能の表示を行い（ステップＳ３０）、処理終了となる。

以上のようにして、タイマ１０６により自動的に、比較画像データの定期的更新が試みられ、検出対象が存在しないときに、現画像データへの更新が行われる。検出対象が存在しないことを条件に更新を行うことにより、背景のみの比較画像データによって更新を行うことができる。また、更新不能の表示がなされたとき、又はその他任意の時に、比較画像データを、操作者の手動操作によって更新することが可能である。

画角に対応する監視領域は、経年変化やその他物理的変化を生じることがある（例えば道路や道路設置物の汚れ、傷、退色、白線塗装の剥がれや塗り直し等）。また、監視するカメラ３にも経年劣化やレンズの汚れ付着等、画像の変化をもたらす要因がある。しかしながら、上記のような更新によって、変化に対応した現画像データを比較用に記憶することができるので、誤った検出（若しくは非検出）を防止し、正確に検出対象のみを検出することができる。

なお、上記実施形態の領域監視システムでは道路上の駐車車両を検出対象としたが、これとは別に、図８に示すように線路の上方にカメラ３を設置して線路を画角に収める領域監視システムを構成することもできる。この場合、列車がいない状態で背景となる比較画像データを記憶しておき、これと現画像データとを互いに比較することにより、例えば置き石Ｓを自動検出することが可能となる。

なお、上記実施形態の領域監視システムでは、１つのカメラを旋回させて複数の画角を監視するが、これに代えて、複数のカメラをそれぞれ異なる画角に固定設置して、これらのカメラからの映像信号を切り替えることにより共通のモニタに表示する場合においても、上記システムと同様に比較画像データとの比較により、静止した検出対象を検出することができる。

本発明の一実施形態による領域監視システムのブロック図である。 画像処理装置の内部機能を示すブロック図である。 道路を所定の画角で見た図であり、（ａ）は駐車車両がない状態を、（ｂ）は道路脇に駐車している車両がある状態を、それぞれ示している。 画像処理装置の動作を示すフローチャートである。 比較画像データの更新処理のフローチャートである。 画角内のある画素の輝度変化を示すグラフである。 線路の上方にカメラを設置した領域監視システムを示す斜視図である。

符号の説明

３ カメラ
１００ 画像処理判定部（画像処理判定手段）
１０１ 画像処理部
１０２ 事象判定部
１０３ 比較画像データ選択部（選択手段）
１０４ 比較画像データ記憶部（記憶手段）
１０５ 比較画像データ更新処理部（更新手段）
１０６ タイマ

Claims (11)

1. 所定の画角での撮影が可能なカメラと、
   前記カメラで撮影して得た前記画角の画像データであって当該画角に対応する領域内に検出対象が存在しない状態のものを、比較画像データとして記憶する記憶手段と、
   前記画角での前記カメラの現画像データと前記比較画像データとを比較し、その差に基づいて、前記領域内に検出対象が存在するか否かを判定する画像処理判定手段と
   を備えたことを特徴とする領域監視システム。
2. 前記画像処理判定手段による判定によって前記検出対象が存在しないとされた場合に、前記比較画像データを、前記現画像データに更新する更新手段を備えた請求項１記載の領域監視システム。
3. 所定の時期に前記比較画像データを更新する指令を与える手段を有し、前記更新手段は、当該指令が与えられ、かつ、前記画像処理判定手段による判定によって前記検出対象が存在しないとされた場合に、前記比較画像データを、前記現画像データに更新する請求項２記載の領域監視システム。
4. 前記比較画像データの更新に供する現画像データは、前記カメラの画像を構成する各画素について輝度を測定して、所定時間、輝度変化が所定範囲内にある画素データを集積したものとする請求項２又は３に記載の領域監視システム。
5. 前記記憶手段は同一の画角について異なる撮影条件で複数種類の前記比較画像データを記憶しており、その中から現画像データとの比較に適したものを選択する選択手段が設けられた請求項１〜４のいずれか１項に記載の領域監視システム。
6. 前記記憶手段は、同一の画角について異なる時間帯で複数種類の前記比較画像データを記憶しており、前記選択手段はその中から現時刻に対応したものを選択する請求項５記載の領域監視システム。
7. 前記記憶手段は、同一の画角について異なる照度の下で複数種類の前記比較画像データを記憶しており、前記選択手段はその中から現在の照度に対応したものを選択する請求項５記載の領域監視システム。
8. 前記更新手段は、前記領域内に検出対象が存在するため前記比較画像データの更新を行うことができない状態が所定時間継続したとき、更新不可と判断する請求項２〜４のいずれか１項に記載の領域監視システム。
9. 更新不可と判断された場合でも手動操作での更新を受け付ける請求項８記載の領域監視システム。
10. カメラを所定の画角に設定して、予め、当該画角に対応する領域内に検出対象が存在しない状態の画像データを比較画像データとして記憶し、
    前記画角での前記カメラの現画像データと前記比較画像データとを比較し、その差に基づいて、前記領域内に検出対象が存在するか否かを判定する
    ことを特徴とする領域監視方法。
11. 前記カメラの現画像データに基づいて、前記領域内に検出対象が存在しないと判定した場合には、前記比較画像データを、当該現画像データに更新する請求項１０記載の領域監視方法。

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