JP2008079174A - カメラ視野制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】監視カメラの高さが異なっても、同一の画像処理プログラムで対象を解析できるようにする。
【解決手段】カメラ11の設置高さに応じて、撮影画像のサンプリングレートと切出しエリアを、機能設定用スイッチ14で設定する。画像の画素数が、カメラ高さにかかわらず常に一定になるように変換する。画像の１画素が対応する対象エリアの面積は、高さにかかわらず常に一定となる。認識処理部には、常に一定の解像度で一定の範囲が写った画像が取り込まれる。カメラ11の高さが変わっても、ほぼ同一の画像が得られるため、単一のアルゴリズムで認識処理ができ、簡単な装置で自動ドア２の制御ができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラ視野制御装置に関し、特に、カメラの設置高さが変わっても取得画像の解像度を一定にするカメラ視野制御装置に関する。

従来の監視カメラなどにおいては、カメラを設置する高さに応じて、同一の撮影対象が撮影画像中に占める面積が変わる。同じ対象物が、カメラの設置高さが低い場合は大きく写り、高い場合は小さく写る。画像による監視の対象である監視エリアは一定であるが、カメラの設置高さにより撮影エリアが変わり、１画素に対応する対象物面積が変動するために、撮影画像における監視エリアや監視対象物の大きさが変わってしまう。このような画像では、画像処理を行う際にカメラ高さの情報が無いと、監視対象物の大きさや監視対象物までの距離が判断できない。撮影画像に占める監視対象物の大きさが定まらないため、画像認識などに同一のアルゴリズムを適用することができない。例えば、人間判定の基準として面積（画素数）の閾値を使う場合、認識アルゴリズムを変更せざるを得ない。これを避けるために、視点変換などを行う方法がある。以下に、これに関する従来技術の例をいくつかあげる。

特許文献１に開示された「車両後方視界支援装置」は、車両の後方監視画像を得る後方監視撮像部（カメラ）と、後方監視画像を表示する画像表示部（モニタ）とを備え、簡単な構成により車両の後退進路を示した後退画像をモニタに表示させるものである。図４（ａ）に示すように、後方監視カメラから得られた後方監視画像内の車線データを、カメラを視点として投影した地上面座標系のデータに変換して鳥瞰画像を生成する。鳥瞰画像を座標変換して画像表示部の表示画面に対応する線画像データを生成する。画像表示部の特定位置に自車両を表示した画像と合成する。

特許文献２に開示された「交通監視装置」は、交差点全体の状況や、交差点での車両同志の位置関係や、タイヤ軌跡の状況を、直感的に把握できるようにするものである。図４（ｂ）に示すように、交通監視装置で、交差点などの決められた領域の交通状況を監視する。複数の動画撮像手段で、異なる視点から、領域の一部あるいは全てを撮影する。複数の撮像手段で撮像した画像を、共通の一点あるいは無限遠点を視点として、視点変換手段で視点変換する。視点変換手段で得られた各画像を、画像合成手段で合成する。利用者の指示に応じて、視点変換後の全画像の合成画像か、部分的な合成画像か、あるいは視点変換する前の画像かを切り替えて、画像表示手段で表示する。

特許文献３に開示された「画像生成装置」は、生成された仮想視点画像を、ユーザの利便性を考慮して表示させるものである。図４（ｃ）に示すように、車両に取り付けられたカメラからの入力画像を、空間モデルにマッピングする。車両の動作状況を検知して、車両に乗車する乗車者の死角となる箇所を示す死角情報を取得する。死角情報に基づいて、３次元空間における仮想視点を設定する。マッピングされた空間データを参照して、３次元空間における仮想視点から見た画像である仮想視点画像を作成する。

特許文献４に開示された「監視装置」は、複数のカメラの撮像画像を用いて、低コストで高品質の広範な俯瞰画像を取得できるものである。複数のカメラの各撮像画像を、それぞれ同じ俯角の俯瞰画像に視点変換する。図４（ｄ）に示すように、各俯瞰画像を、それらの同一景色部分を重畳する様に継ぎ合わせて、広範俯瞰画像を作成する。広範俯瞰画像の重畳部分の画像として、重畳部分に関与する各俯瞰画像のうち、その視点変換前後の俯角変化量の最も小さい俯瞰画像における重畳部分の画像を採用する。

特許文献５に開示された「運転支援装置」は、自動車と自動車周辺の障害物との関係を、ユーザがより的確に把握できるものである。図４（ｅ）に示すように、車両周囲を撮影する各カメラの撮影画像に視点変換と合成とを施して、自動車上方の視点から撮影した場合に得られる画像を生成する。合成した画像上に自車を表す図形を配置する。自動車周辺を、自車を表す図形と共に俯瞰的に表す俯瞰画像を生成して表示する。障害物センサによって障害物が検出されたならば、画像メモリに格納された撮影画像中から、車両の一部と障害物との画像が含まれる領域の画像を抽出して、注意画像を生成して、障害物の位置に相当する俯瞰画像上の位置に表示する。

特許文献６に開示された「車載用カメラ映像提示装置」は、複数のカメラで撮影された映像の明るさが異なる場合でも、取得映像を合成するつなぎ目付近での明るさの不連続を防ぐことができるものである。図４（ｆ）に示すように、車両の２つの相異なる位置に設置され、共通な視野領域を有する車両周囲映像を撮影する。撮影された２つの車両周囲映像を、同一視点から見た映像に視点変換する。２つの映像に共通する視野領域の明るさが等しくなるように、２つの映像の明るさを調整する。２つの映像を１つの映像に合成する。得られた車両周囲映像を、液晶ディスプレイによって提示する。

特開平10-211849号公報 特開2002-222488号公報 特開2005-269010号公報 特開2005-333565号公報 特開2006-131166号公報 特開2006-173988号公報

しかし、従来の視点変換方法では、次のような問題がある。カメラで撮影した画像を特定の視点の画像に変換して表示するために、射影変換やアフィン変換などを行う必要がある。これらの画像変換処理はかなり複雑であり、簡単な装置では高速に実行できない。特に、人間の目で見て判断しやすいように変換するので、対象物の機械認識のための処理としては、必ずしも適切な処理ではない。監視カメラの画像から人などの対象物を抽出して認識するための手段としては、複雑でコストがかかる。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、監視カメラなどにおいて、カメラの位置が異なっても撮影対象の解像度が一定になるようにして、同一の画像処理プログラムで対象を解析できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明では、カメラ視野制御装置を、固定画角のカメラと、カメラの撮影画像を取得する画像取得手段と、カメラの設置高さによらず監視対象物の解像度が一定になるように出力画像の解像度を設定する設定手段と、撮影画像の解像度を変更して設定手段により設定された解像度の出力画像を生成する解像度変換手段とを具備する構成とした。解像度変換手段は、監視対象物の解像度が一定となるように撮影画像のサンプリングレートを変える手段や、撮影画像から監視対象領域を切り出す手段を備える。

上記のように構成したことにより、対象物の認識のための画像処理の負荷が軽減され、処理速度が向上する。ズームレンズを備えたカメラを必要としないので、装置価格を低減できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例は、カメラの撮影画像をサンプリングして切り出し、一定の解像度で一定の範囲の画像を生成するカメラ視野制御装置である。

図１は、本発明の実施例におけるカメラ視野制御装置の構成を示す概念図である。図１（ａ）は、カメラ視野制御装置のハードウェアブロック図である。図１（ｂ）は、カメラ視野制御装置を備えた自動ドアの３面図である。図２は、カメラの高さと視野の関係を示す図である。図３は、カメラの視野を調整する方法を示す概念図である。図１において、センサユニット１は、自動ドアの前の人を認識してドア開閉を指示する装置である。自動ドア２は、建物などに設けられた自動ドアである。カメラ11は、テレビカメラなどの固定画角の２次元イメージセンサである。演算部12は、簡単な画像処理により対象物の解像度を一定にして、対象物の認識処理をするCPUである。メモリ13は、画像処理のためのプログラムやデータなどを保持するメモリである。機能設定用スイッチ14は、動作モードやカメラの高さなどのパラメータを設定するためのスイッチである。ドア開閉信号出力手段15は、画像認識の結果に基づいて自動ドアの開閉を指示する信号を出力する手段である。LED16は、センサユニットの動作状態などを表示する手段である。ドア開閉用アクチュエータ21は、開閉指示信号に従ってドアを開閉駆動するモータなどである。ドア22は、モータなどで駆動される扉部分である。

上記のように構成された本発明の実施例におけるカメラ視野制御装置の機能と動作を説明する。最初に、カメラ視野制御装置の機能の概要を説明する。カメラ11の設置高さが変わっても、常に同じ解像度の同じ範囲の画像が出力されるようにする。カメラ11の画角は一定である。基本的な解像度も一定である。したがって、カメラ11の高さに応じて撮影エリアは変化し、撮影対象の解像度も変化する。カメラ11の高さが低い場合は、撮影対象が近くにあるので、解像度は高くなる。そこで、目的の解像度になるように、画素を多く間引いてサンプリングする。カメラ11が高い場合は、撮影対象は遠くにあるので、解像度は低くなる。そこで、目的の解像度になるように、画素を少なく間引いてサンプリングする。このように、カメラ11の高さに応じて、サンプリングレートを設定することで、対象物の画像解析を行う認識処理部には、常に一定の解像度の映像が取り込まれるようになる。

つまり、デジタルスチルカメラのデジタルズームの要領でサンプリングと切出しを行い、取り込んだ画像中で使用する領域（認識処理部に渡す領域）を調整する。その際、対象物の解像度を、カメラの高さにかかわらず常に一定にする。デジタルズームでは画素の補間によりズームの効果を得ているが、ここでは、画素の間引き方を変える方法で解像度を調節する。これにより、認識処理部に取り込まれた画像の１画素が対応する対象物の面積は、高さにかかわらず常に一定となる。この方式を用いることにより、認識処理部に取り込まれる画像は、レンズの歪みを考慮しなければ、高さの影響を受けなくなる。つまり、高さが変わっても同一の画像が得られるため、アルゴリズムに工夫を凝らさず認識処理などが可能になる。

次に、図１を参照しながら、自動ドア制御装置を例にして、カメラ視野制御装置の動作の概要を説明する。その他の装置の制御の場合も同様である。センサユニット１を、自動ドア２の上部に設ける。機能設定用スイッチ14で、動作モードやカメラの高さなどのパラメータを設定する。センサユニット１のカメラ11で、自動ドア２の前の一定領域を撮影する。演算部12のCPUは、メモリ13のプログラムとデータに基づいて動作し、カメラ11の撮影画像を取得する。LED16に、センサユニット１の動作状態などを表示する。設定されたパラメータに基づいて、撮影画像のサンプリングレートを変えて、指定された領域を切り出して、指定された解像度に変更された画像を生成する。対象物の解像度が一定にされた画像から、人を認識する。認識結果に基づいて、ドア開閉信号出力手段15を介して、自動ドア２の開閉を指示する信号を出力する。ドア開閉用アクチュエータ21は、開閉指示信号に従ってドア22を開閉駆動する。

次に、図２を参照しながら、カメラの高さと視野の関係を説明する。図２（ａ）は、カメラ11の高さが低い場合の例である。図２（ｂ）は、低い位置のカメラ11の視野と、監視エリアを示す図である。図２（ｃ）は、低い位置のカメラ11で撮影した画像を示す図である。図２（ｄ）は、カメラ11の高さが高い場合の例である。図２（ｅ）は、高い位置のカメラ11の視野と、監視エリアを示す図である。図２（ｆ）は、高い位置のカメラ11で撮影した画像を示す図である。このように、カメラを設置する高さに応じて、同一の撮影対象が撮影画像中に占める面積が変わる。同じ対象物が、カメラ設置高さが低い場合は大きく写り、高い場合は小さく写る。監視エリアは一定であるが、１画素に対応する対象物面積がカメラ高さに応じて変動するために、取得画像における監視エリアや監視対象の大きさが変わってしまう。

次に、図３を参照しながら、カメラ画像の解像度を調整する方法を説明する。取り込んだ画像中で使用する領域（認識処理部に渡す領域）を切り出し、画素の間引き方を変える方法で解像度を調節する。その際、対象物の解像度を、カメラ高さにかかわらず常に一定にする。これにより、認識処理部に取り込まれた画像の１画素に対応する対象物面積は、カメラ高さにかかわらず常に一定となる。物体が占める面積（画素数）は一定に保たれ、人間判定においてアルゴリズムを変更する必要はなくなる。認識処理部で対象エリアを切り出す場合は、取得画像の画素数は一定でなくてもよい。対象物の解像度が一定であれば、カメラ設置高さに応じて、画素数が多くなるようにしてもよい。

図３（ａ）は、低い位置から撮影した画像である。目的のエリアを含む一定の範囲が写っている。目的のエリアの解像度が目的の解像度となるように、サンプリングレートを低くして、粗くサンプリングする。例えば、イメージセンサの画素数を2000×1000として、1/4のレートでサンプリングすると、500×250の画像が得られる。図３（ｂ）は、高い位置から撮影した画像である。２倍の高さで撮影したものとする。目的のエリアを含む広い範囲が写っている。目的のエリアの解像度は低くなっているので、同じレートでサンプリングすると、解像度が低くなって、そのままでは使えない。

そこで、図３（ｃ）に示すように、サンプリングレートをあげて、解像度が同じになるようにする。この場合、1/2のレートでサンプリングして、中心の1/4部分を切り出すと、500×250の画像となる。その結果、図３（ａ）と同じ画像が得られる。あるいは、1/2のレートでサンプリングした全体の1000×500の画像を得る。その結果、図３（ｄ）に示すような高い解像度の画像となる。目的のエリアの解像度は同じになるので、認識処理部側で切り出して使う。カメラの高さの比率が整数比にならない場合は、近い整数比を使って近似する。例えば、高さが1.34倍になったときは、サンプリング比を4/3倍にする。補間とサンプリングを適宜組み合わせて、目的の解像度に変換する方法でもよい。

上記のように、本発明の実施例では、カメラ視野制御装置を、カメラの撮影画像をサンプリングして切り出し、一定の解像度で一定の範囲の画像を生成する構成としたので、認識処理の負荷が軽減されて処理速度が向上し、装置価格も低減できる。

本発明のカメラ視野制御装置は、イメージセンサの画像から人を認識して自動ドアを制御する装置として最適である。その他の対象物の認識手段としても適用できる。

本発明の実施例におけるカメラ視野制御装置の構成を示す概念図である。 本発明の実施例におけるカメラ視野制御装置のカメラの高さと視野の関係を示す図である。 本発明の実施例におけるカメラ視野制御装置のカメラの視野を調整する方法を示す概念図である。 従来の視点変換方法の例である。

符号の説明

１・・・センサユニット、２・・・自動ドア、11・・・カメラ、12・・・演算部、13・・・メモリ、14・・・機能設定用スイッチ、15・・・ドア開閉信号出力手段、16・・・LED、21・・・ドア開閉用アクチュエータ、22・・・ドア。

Claims (4)

1. 固定画角のカメラと、前記カメラの撮影画像を取得する画像取得手段と、前記カメラの設置高さによらず監視対象物の解像度が一定になるように出力画像の解像度を設定する設定手段と、前記撮影画像の解像度を変更して前記設定手段により設定された解像度の出力画像を生成する解像度変換手段とを具備することを特徴とするカメラ視野制御装置。
2. 前記解像度変換手段は、前記撮影画像のサンプリングレートを変える手段を備えることを特徴とする請求項１記載のカメラ視野制御装置。
3. 前記解像度変換手段は、前記撮影画像から指定された領域を切り出す手段を備えることを特徴とする請求項１記載のカメラ視野制御装置。
4. 固定画角のカメラで監視対象領域を含む領域を撮影し、前記監視対象領域の解像度が一定になるようにサンプリングレートを変えて、撮影した画像から画素を抽出することにより、指定された解像度の中間画像を生成し、前記中間画像から前記監視対象領域を含む一定の領域を切り出すことを特徴とするカメラ視野制御方法。

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