JP2008301162A - Photography device, and photographing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動する人物を追跡しながら撮影する撮影装置、及び撮影方法に関する。 The present invention relates to a photographing apparatus and a photographing method for photographing while tracking a moving person.
近年、店舗その他の施設、公共の場などに監視カメラが設置されることが多くなっている。監視カメラとはその周囲を動画撮影する撮影装置のことであり、動画撮影された画像を記録したりモニタで監視したりすることができる。 In recent years, surveillance cameras are often installed in stores, other facilities, and public places. The surveillance camera is an imaging device that captures a moving image of the surroundings, and can record an image captured by the moving image or monitor it with a monitor.
このような撮影装置には、一定方向を撮影する固定式のもの(例えば、特許文献1参照)、上下左右に旋回して方向可変に撮影する全方位式のもの(例えば、特許文献2参照)、焦点距離を周期的に変化させて撮影する焦点距離可変式のもの(例えば、特許文献3参照)などがある。 As such an imaging apparatus, a fixed type that captures a certain direction (see, for example, Patent Document 1), and an omnidirectional type that rotates in the up, down, left, and right directions to capture a variable direction (for example, see Patent Document 2) There is a variable focal length type (for example, refer to Patent Document 3) that shoots by changing the focal length periodically.
また、最近では、移動する人物を追跡しながらの撮影を可能にした撮影装置がある(例えば、特許文献4,5参照)。人物の追跡には、動画撮影された画像から検出される動きベクトルが利用されている。なお、動きベクトルは、フレーム間で画像同士を比較して同一被写体として対応する画素を識別した上で検出される。
しかしながら、特許文献4,5記載の撮影装置では、遠近方向に移動して画像内で拡縮する人物に関し、動きベクトルが検出できず追跡できない虞がある。
However, in the photographing apparatuses described in
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、遠近方向に移動する人物を安定的に追跡しながら撮影する撮影装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that captures an image while stably tracking a person who moves in the perspective direction.
上記目的を達成するために、本発明の撮影装置は、移動する人物を追跡しながら撮影する撮影装置であって、動画撮影して画像を取得する撮影手段と、画像から人物の顔を抽出する処理を間欠的に繰り返す顔抽出手段と、顔抽出手段によって抽出された顔の移動量及び方向を示す動きベクトルを検出する動き検出手段と、動きベクトルに基づいて撮影手段の姿勢を制御する姿勢制御手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an imaging apparatus of the present invention is an imaging apparatus that captures images while tracking a moving person, and captures a moving image to acquire an image, and extracts a person's face from the image. Face extraction means for intermittently repeating the process, motion detection means for detecting a motion vector indicating the amount and direction of movement of the face extracted by the face extraction means, and posture control for controlling the posture of the photographing means based on the motion vector Means.
なお、焦点距離を変化させる焦点距離調節手段と、顔抽出手段によって抽出される顔の大きさに基づいて焦点距離調節手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備えていることが好ましい。 It is preferable to include a focal length adjusting unit that changes the focal length and a drive control unit that controls the driving of the focal length adjusting unit based on the size of the face extracted by the face extracting unit.
また、動きベクトルが検出されなくなると、顔抽出手段は、顔の抽出を再度行うことが好ましい。 Further, when no motion vector is detected, it is preferable that the face extraction unit performs face extraction again.
本発明の撮影方法は、移動する人物を追跡しながら撮影する撮影方法であって、動画撮影によって取得される画像から人物の顔を抽出することを間欠的に繰り返すとともに、抽出された顔の移動量及び方向を示す動きベクトルを検出し、その動きベクトルに基づいて撮影方向を制御することを特徴とする。 The photographing method of the present invention is a photographing method of photographing while tracking a moving person, and intermittently repeats extracting a person's face from an image acquired by moving image photographing and moves the extracted face. A motion vector indicating the amount and direction is detected, and the shooting direction is controlled based on the motion vector.
なお、抽出される顔の大きさに基づいて焦点距離を制御することが好ましい。 Note that it is preferable to control the focal length based on the size of the extracted face.
また、動きベクトルが検出されなくなったときに顔の抽出を再度行うことが好ましい。 It is also preferable to perform face extraction again when no motion vector is detected.
本発明の撮影装置、及び撮影方法によれば、動画撮影によって取得される画像から人物の顔を抽出することを間欠的に繰り返すとともに、抽出された顔の動きベクトルを検出し、その動きベクトルに基づいて撮影方向を制御するので、人物が遠近方向に移動する場合であっても人物を安定的に追跡しながら撮影することができる。 According to the photographing apparatus and the photographing method of the present invention, the extraction of a person's face from an image acquired by moving image photographing is repeated intermittently, the motion vector of the extracted face is detected, and the motion vector is extracted. Since the shooting direction is controlled based on this, it is possible to take a picture while stably tracking the person even when the person moves in the perspective direction.
また、抽出される被写体の大きさに基づいて焦点距離を制御するので、遠近方向に移動する人物を画像内で一定の大きさに保ちつつ追跡することができる。 In addition, since the focal length is controlled based on the size of the extracted subject, it is possible to track a person moving in the perspective direction while maintaining a constant size in the image.
以下、本発明の監視カメラ(撮影装置)21について、図面を参照しながら説明する。図1に示すように、監視カメラ21のハウジング22前面には、撮影レンズ51(図2参照)を保護する透明な保護プレート23が設けられている。ハウジング22の下面には、取付けアーム24の先端に設けられた姿勢制御機構25が接続されている。姿勢制御機構25は、ハウジング22を上下方向(U,D)及び左右方向(L,R)に回動させ、監視カメラ21の姿勢を制御する。なお、このような姿勢制御機構25は周知技術であり、具体的な説明は省略する。
Hereinafter, the surveillance camera (imaging device) 21 of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a transparent
図2に示すように、監視カメラ21には、ズームレンズ41、絞り42、フォーカスレンズ43、及びCCDイメージセンサ44が設けられている。ズームレンズ(焦点距離調節手段)41は、変倍用レンズモータ45の駆動によって変倍する。絞り42は、アイリスモータ46の駆動によって口径を変える。フォーカスレンズ43は、合焦用レンズモータ47の駆動によってピントを調整する。これらモータ45〜47は、CPU48に接続されたモータドライバ49を介して駆動が制御される。モータドライバ49には、上記モータ45〜47の他、姿勢制御機構25を駆動する姿勢制御用モータ50が接続されている。姿勢制御機構25は、姿勢制御用モータ50の駆動によって監視カメラ21の姿勢を制御する。なお、ズームレンズ41、絞り42、及びフォーカスレンズ43によって撮影レンズ51が構成される。
As shown in FIG. 2, the monitoring camera 21 is provided with a
CCDイメージセンサ44には、CPU48によって制御されるタイミングジェネレータ(TG)53が接続されている。CCDイメージセンサ(撮影手段)44は、タイミングジェネレータ53から入力されるタイミング信号(クロックパルス)により駆動し、被写体光を結像させて撮像する。
A timing generator (TG) 53 controlled by the
CCDイメージセンサ44から得られる撮像信号は、CDS(相関二重サンプリング回路)54、AMP(増幅器)55に入力される。CDS54は、CCDイメージセンサ44の各セルの蓄積電荷量に正確に対応したR,G,Bの画像データを出力し、AMP55は、画像データを増幅する。増幅された画像データは、A/D変換器56でデジタル信号に変換される。
An imaging signal obtained from the
画像入力コントローラ57は、データバス58を介してCPU48に接続され、CPU48の制御命令に応じてCCDイメージセンサ44、CDS54、AMP55、及びA/D変換器56を制御する。A/D変換器56から出力される画像データは、所定間隔毎に出力され、SDRAM59に一時的に格納される。SDRAM59は、作業用メモリである。
The
画像信号処理回路60は、SDRAM59から画像データを読み出して、階調変換、ホワイトバランス(WB)補正、γ補正などの各種画像処理を施し、この画像データを再度SDRAM59に格納する。YC変換処理回路61は、画像信号処理回路60で各種処理の施された画像データをSDRAM59から読み出して、輝度信号Yと色差信号Cr,Cbとに変換する。
The image
VRAM62は、通信I/F63を介して接続される外部機器のモニタ(図示せず)にスルー画像を出力するためのメモリであり、画像信号処理回路60、YC変換処理回路61を経た画像データが格納される。このVRAM62には、画像データの書込みと読出しとを並行して行えるように、2フレーム分のメモリが確保されている。VRAM62に格納された画像データは、モニタドライバ(図示せず)でアナログのコンポジット信号に変換され、モニタにスルー画像として表示される。
The
通信I/F63には、電源制御回路64が接続されている。電源制御回路64は、例えば、電源ノイズを除去するためのフィルタや過電流を防止するためのリミッタなどから構成され、通信I/F63を介して外部機器から供給されるバスパワーを、DC/DCコンバータ65を通して監視カメラ21の各部に供給する。また、各種画像処理が施された後、VRAM62に格納された画像データは、通信I/F63に出力され、外部機器に送信される。
A power
圧縮伸長処理回路66は、YC変換処理回路61でYC変換された画像データに対して、所定の圧縮形式(例えば、MPEG形式)で画像圧縮を施す。圧縮された画像データは、通信I/F63を介して接続される外部機器の記録媒体(図示せず)に記録される。なお、圧縮伸長処理回路66は、動きベクトルを検出する動き検出器67と、動きベクトルを利用した動き補償処理をする動き補償器68とを構成に含む。
The compression / decompression processing circuit 66 performs image compression on the image data YC converted by the YC
動き検出器(動き検出手段)67は、第Nフレームの画像に関し、直前の第(N−1)フレームの画像とパターンマッチングにより比較して動きベクトルを検出する。動きベクトルとは、フレーム間で同一のパターンを有したマクロブロック(例えば、8×8画素)の空間的距離及び方向を表すものである。 The motion detector (motion detection means) 67 detects the motion vector by comparing the image of the Nth frame with the image of the immediately preceding (N−1) frame by pattern matching. The motion vector represents the spatial distance and direction of a macroblock (for example, 8 × 8 pixels) having the same pattern between frames.
例えば、図3(A)に示す第(N−1)フレームの画像と、図3(B)に示す第Nフレームの画像とに関し、画像フレームの上端からn個目、左端からm個目の画素をan−1,m−1とすると、第Nフレームにおけるa0,0〜a0,7,a1,0〜a1,7,a2,0〜a2,7,a3,0〜a3,7,a4,0〜a4,7,a5,0〜a5,7,a6,0〜a6,7,a7,0〜a7,7の画素から構成されるマクロブロック101は、第(N−1)フレームにおけるa3,4〜a3,11,a4,4〜a4,11,a5,4〜a5,11,a6,4〜a6,11,a7,4〜a7,11,a8,4〜a8,11,a9,4〜a9,11,a10,4〜a10,11の画素から構成されるマクロブロック102と同一のパターンを有しており、同一被写体として対応する。つまり、第Nフレームにおけるマクロブロック101の動きベクトル103は、左方向に4画素分、上方向に3画素分の距離及び方向を表す。
For example, regarding the (N-1) th frame image shown in FIG. 3A and the Nth frame image shown in FIG. 3B, the nth frame from the upper end of the image frame and the mth frame from the left end. If the pixel is a n-1, m-1 , a 0,0 ~a 0,7 in the n frame, a 1,0 ~a 1,7, a 2,0 ~
動き補償器68は、第(N−1)フレームの画像(図3(A)参照)と、動き検出器67によって検出される第Nフレームの動きベクトル103(図3(B)参照)とを受けてフレーム間で空間的に移動する被写体を追従し、第Nフレームの画像を予測してフレーム間の差分画像を求める。
The
ここで、撮影距離に変動を生じさせない方向に移動する被写体が撮影される場合を例に説明する。なお、画像は4×4個のマクロブロックBLK0〜BLK15に分割されているとする。また、監視カメラ21は一定の方向を撮影していると仮定する。図4(A)に示す第(N−1)フレームのマクロブロックBLK5に映る人物の顔104は、マクロブロックBLK5の動きベクトル105(図4(B)参照)によって追従され、図4(B)に示す第Nフレームの画像が予測されてフレーム間の差分画像が求められる。このようにフレーム間で共通するデータを差し引いてその差分画像を求めることで、高い圧縮効率を得ることができる。
Here, a case where a subject moving in a direction that does not cause a change in the shooting distance is shot will be described as an example. It is assumed that the image is divided into 4 × 4 macroblocks BLK0 to BLK15. Further, it is assumed that the monitoring camera 21 is shooting in a certain direction. The
一方、撮影距離に変動を生じさせる方向に移動する被写体が撮影される場合を例に説明する。なお、画像は4×4個のマクロブロックBLK0〜BLK15に分割されているとする。また、監視カメラ21は一定の方向を撮影していると仮定する。図5(A)に示す第(N−1)フレームのマクロブロックBLK5に映る人物の顔104は、図5(B)に示す第Nフレームでは拡大されてマクロブロックBLK6,BLK10に映る。つまり、動き検出器67は、パターンマッチングによる画像同士の比較では、被写体の拡縮により人物の顔104として対応するマクロブロックを認識することができず、その動きベクトルを検出することもできない。動きベクトルを検出することができないので、動き補償器68は、第Nフレームの画像を予測することができず、フレーム間の差分画像を求めることができない。なお、検出することができない動きベクトルは、詳しくは後述する顔抽出回路75による処理によって補間される。
On the other hand, an example will be described in which a subject moving in a direction that causes a change in the shooting distance is shot. It is assumed that the image is divided into 4 × 4 macroblocks BLK0 to BLK15. Further, it is assumed that the monitoring camera 21 is shooting in a certain direction. The
CPU48には、モータドライバ49などの他、EEPROM69が接続されている。EEPROM69には、各種制御用プログラムや設定情報などが記録されている。CPU48は、これらの情報をEEPROM69からSDRAM59に読み出して、各種処理を実行する。
In addition to the
データバス58には、ズームレンズ41の合焦位置が適切か否かを検出するAF検出回路72と、CCDイメージセンサ44の撮影感度や、絞り42の絞り値といった露光条件が撮影に適切か否かを検出するAE検出回路73と、ホワイトバランス補正が撮影に適切か否かを検出するAWB検出回路74とが接続されている。
The
各検出回路72〜74は、データバス58を介してCPU48に検出結果を逐次送信する。CPU48は、各検出回路72〜74から送信される検出結果に基づいて、ズームレンズ41、絞り42、フォーカスレンズ43、CCDイメージセンサ44などの動作を個別に制御する。
Each of the
AF検出回路72は、コントラスト検出方式によりフォーカス制御を行う。先ず、画像の合焦状態を評価するために予め設定された1つ又は複数の合焦評価領域(AFエリア)に基づいて人物の顔など被写体までの撮影距離を算出し、フォーカスレンズ43の合焦位置を決定する。
The
AE・AWB検出回路73,74は、所定間隔毎にVRAM62に格納された画像データの輝度情報に基づいて適正な露光値、及びホワイトバランスの補正量を算出し、これらの情報をCPU48に送る。CPU48は、得られる情報に基づいて絞り42や画像処理の制御を連続的に行う。
The AE /
また、データバス58には、画像から人物の顔を抽出する顔抽出回路(顔抽出手段)75が接続されている。顔抽出回路75は、スルー画像として外部機器のモニタ(図示せず)に表示される画像データをVRAM62から読み出して、人物の両眼を抽出することによって人物の顔を抽出する。
The
具体的には、人物の両眼を抽出するに際し、画像データを格子状に分割し(例えば、16×16)、各分割領域に含まれるR,G,Bの各色信号の信号レベルから皮膚と推定される肌色の画素を多く含む分割領域を抽出する。そして、抽出された領域から眼部の白色の画素と瞳と推定される黒色の画素を有する領域を選別し、その領域から画像上の人物の両眼の位置を求め、両眼の位置の中点を代表点として顔の位置と定める。顔抽出回路75は、顔の位置と定めた周囲の肌色の画素を多く含む領域を顔領域として抽出する。
Specifically, when extracting both eyes of a person, image data is divided into a grid (for example, 16 × 16), and the skin level is determined from the signal levels of the R, G, and B color signals included in each divided region. A divided region including many estimated skin color pixels is extracted. Then, an area having white pixels of the eye part and black pixels estimated to be pupils is selected from the extracted area, and the positions of both eyes of the person on the image are obtained from the areas, and the positions of both eyes are determined. The point is defined as the face position with the representative point. The
図5(A)及び図5(B)に示したように、人物の顔104に関して動きベクトルが検出できなくなった場合に、顔抽出回路75が人物の顔104を抽出することで、その動きベクトルを補間することができる。撮影対象を人物の顔に限定することで、その人物の顔が撮影距離に変動を生じさせる方向に移動する場合であっても追従することができる。また、顔抽出回路75を、所定のフレーム置きに駆動させて人物の顔を抽出させることで、安定的に追従させることができる。
As shown in FIGS. 5A and 5B, when a motion vector cannot be detected for the
モータドライバ49は、顔抽出回路75によって抽出された人物の顔の大きさに基づくCPU48の指令を受け、変倍用レンズモータ45を駆動する。変倍用レンズモータ45の駆動によってズームレンズ41は変倍し、遠近方向に移動する人物の顔を画像内で一定の大きさに保つことができる。また、モータドライバ49は、顔抽出回路75によって抽出された人物の顔の動きベクトルに基づくCPU48の指令を受け、姿勢制御用モータ50を駆動する。その動きベクトルの分だけ撮影範囲が移動するように監視カメラ21の姿勢を制御することで、人物の顔を画像内で一定の位置に保つことができる。このようにすることで、監視カメラ21は、遠近方向に移動する場合であっても人物の顔を追跡しながら撮影することができる。
The
以下、上記実施形態の監視カメラ21(図1参照)について図6を参照しながら説明する。撮影が開始されると、顔抽出回路75が駆動して人物の顔を抽出する処理が開始される。人物の顔が抽出されると、顔抽出回路75による処理は停止する。抽出された顔の大きさに基づいてズームレンズ41の変倍が制御され、人物の顔は画像内で一定の大きさに保たれる。また、人物の顔の動きベクトルに基づいて監視カメラ21の姿勢が制御され、人物の顔は画像内で追跡されて一定の位置(例えば、画像中央)に保たれる。人物の顔を追跡しながらの撮影はフレーム毎に得られる動きベクトルに基づいて逐次行われる。なお、人物の顔の動きベクトルが検出されなくなった場合には、再度、顔抽出回路75による処理が開始される。
Hereinafter, the monitoring camera 21 (see FIG. 1) of the above embodiment will be described with reference to FIG. When shooting is started, the
所定のフレーム数(例えば、5フレーム)だけ処理が行われると、人物の顔を追跡しながらの撮影とともに、顔抽出回路75による処理が開始される。人物の顔が抽出され直すと、新たに抽出された顔の大きさに基づいてズームレンズ41の変倍が制御され、人物の顔は画像内で一定の大きさに保たれる。そして、新たに抽出された顔の動きベクトルに基づいて監視カメラ21の姿勢が制御され、人物の顔は画像内で一定の位置に保たれる。撮影が終了するまで上記処理は繰り返される。このように、監視カメラ21は、人物の顔が撮影距離に変動を生じさせる方向に移動した場合であっても、人物の顔を追跡しながら撮影することができる。
When processing is performed for a predetermined number of frames (for example, 5 frames), processing by the
なお、上記実施形態において、フレーム間における画像同士をパターンマッチングにより比較する場合を例に説明したが、動きベクトルが検出することができれば良く、別の方法によって検出するのであっても構わない。 In the above-described embodiment, the case where images between frames are compared by pattern matching has been described as an example. However, it is only necessary that a motion vector can be detected, and another method may be used.
また、上記実施形態において、顔抽出回路75による顔の抽出は、肌色を抽出して顔領域を抽出する場合を例に説明したが、顔領域が抽出できれば良く、例えば、テンプレートを利用したパターン認識によって顔領域を抽出するのでも構わない。
Further, in the above embodiment, the face extraction by the
また、上記実施形態において、マクロブロック単位の動きベクトルを検出する場合を例に説明したが、これに限定されるのではなく、画素単位の動きベクトルを検出するのでも良い。 In the above embodiment, the case where a motion vector in units of macroblocks is detected has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a motion vector in units of pixels may be detected.
21 監視カメラ(撮影装置)
25 姿勢制御機構(姿勢制御手段)
41 ズームレンズ(焦点距離調節手段)
44 CCDイメージセンサ(撮影手段)
45 変倍用レンズモータ(駆動制御手段)
67 動き検出器(動き検出手段)
75 顔抽出回路(顔抽出手段)
21 Surveillance camera (photographing device)
25 Attitude control mechanism (Attitude control means)
41 Zoom lens (focal length adjusting means)
44 CCD image sensor (photographing means)
45 Zoom lens motor (drive control means)
67 Motion detector (motion detection means)
75 Face extraction circuit (face extraction means)
Claims (6)
動画撮影して画像を取得する撮影手段と、
前記画像から人物の顔を抽出する処理を間欠的に繰り返す顔抽出手段と、
前記顔抽出手段によって抽出された顔の移動量及び方向を示す動きベクトルを検出する動き検出手段と、
前記動きベクトルに基づいて前記撮影手段の姿勢を制御する姿勢制御手段とを備えたことを特徴とする撮影装置。 In an imaging device that shoots while tracking a moving person,
Shooting means for capturing videos and capturing images;
Face extraction means for intermittently repeating the process of extracting a human face from the image;
Motion detection means for detecting a motion vector indicating the amount and direction of movement of the face extracted by the face extraction means;
An imaging apparatus comprising: an attitude control unit that controls an attitude of the imaging unit based on the motion vector.
前記顔抽出手段によって抽出される顔の大きさに基づいて前記焦点距離調節手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載の撮影装置。 A focal length adjusting means for changing the focal length;
The photographing apparatus according to claim 1, further comprising: a drive control unit that controls driving of the focal length adjustment unit based on a face size extracted by the face extraction unit.
動画撮影によって取得される画像から人物の顔を抽出することを間欠的に繰り返すとともに、抽出された顔の移動量及び方向を示す動きベクトルを検出し、前記動きベクトルに基づいて撮影方向を制御することを特徴とする撮影方法。 In the shooting method of shooting while tracking a moving person,
Extracting a person's face from an image obtained by moving image shooting is repeated intermittently, and a motion vector indicating the amount and direction of movement of the extracted face is detected, and the shooting direction is controlled based on the motion vector. An imaging method characterized by the above.
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