JP2012069068A - Image processing apparatus and image processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動画像の中から移動物体を検出し、その情報を出力する画像処理装置、及び画像処置方法に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method for detecting a moving object from a moving image and outputting the information.
防犯や通行量の把握の為に、監視カメラの設置が増加している。このようなカメラを使用して移動体を認識する方法としては、連続した画像間の差分を求めて移動物体を抽出する背景差分法が実施されている。例えば特許文献1では、時系列画像を蓄積し、そのデータに統計的処理を施し背景部分を推定し、背景以外の部位から移動体を抽出している。
The installation of surveillance cameras is increasing for crime prevention and understanding of traffic volume. As a method for recognizing a moving body using such a camera, a background subtraction method in which a difference between successive images is obtained and a moving object is extracted has been implemented. For example, in
しかしながら、上記特許文献1の画像処理方法は、移動体を抽出するという目的を達するために、時系列の画像データである画像メモリ群を蓄積するための画像蓄積手段を必要とし、その画像蓄積手段に画像メモリ群を保存する必要があった。また、記憶域が十分に準備されたシステムにおいては、上記画像処理方法によって移動体を検知することができるが、人物認識装置等の機器に組み込まれる場合は、記憶域を十分に確保できない場合も発生し、その場合上記手法で移動体を検出することは難しい。
However, the image processing method of
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、背景差分法により移動体を検出する際にメモリに格納する画像データ量を大きく削減できる画像処理装置、及び画像処理方法を提供することを目的としている。 Accordingly, in view of such problems, the present invention has an object to provide an image processing apparatus and an image processing method capable of greatly reducing the amount of image data stored in a memory when a moving object is detected by the background difference method. Yes.
上記課題を解決する為に、請求項1の発明に係る画像処理装置は、動画像を取得する画像データ入力手段と、取得した動画像の個々の画像を複数エリアに分割し、分割した個々の小画像に対して画素毎に予め設定した複数階調の輝度の何れかに分類して頻度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、生成したヒストグラムの個々の階調の頻度を所定の閾値によりK値(Kは2〜4の何れかの整数)に畳み込む畳み込み演算手段と、時系列の複数の画像に対して畳み込み演算手段が畳み込んだ個々のデータを平均化して統計データを算出する統計データ算出手段と、統計データを蓄積する統計データ記憶手段と、
記憶しているM−1番目の画像までの統計データと、新たなM番目の画像に対してヒストグラムデータをK値に畳み込んだデータとを比較し、データの変化量から個々の小画像内の移動体の有無を識別する移動体識別手段と、識別した結果を出力する識別結果出力手段とを有することを特徴とする。
この構成によれば、入力画像から特徴を抽出して確率分布を算出する過程において、入力画像データから算出した確率分布データをさらに畳み込んだものがメモリに保持されるので、少ないメモリ容量で済む。また、取得した画像を複数に分割して判別処理するため、分割数を増やせば移動体を検出した場合その形状も検出することが可能となる。
In order to solve the above-mentioned problem, an image processing apparatus according to the invention of
The stored statistical data up to the (M-1) th image is compared with the data obtained by convolving the histogram data into K values for the new Mth image. Mobile object identifying means for identifying the presence or absence of the mobile object, and identification result output means for outputting the identified result.
According to this configuration, in the process of extracting the features from the input image and calculating the probability distribution, the convolution of the probability distribution data calculated from the input image data is held in the memory, so that a small memory capacity is sufficient. . In addition, since the acquired image is divided into a plurality of pieces for discrimination processing, when the number of divisions is increased, the shape of the moving object can be detected.
請求項2の発明は、請求項1の構成において、K=2であることを特徴とする。
この構成によれば、頻度データが2値の何れかで蓄積されるので、最小の記憶容量で済む。それでいて移動体の判別も実施できる。
The invention of
According to this configuration, the frequency data is accumulated in one of two values, so that the minimum storage capacity is sufficient. Nevertheless, the moving object can also be identified.
請求項3の発明に係る画像処理方法は、動画像を取得する画像データ取得ステップと、取得した動画像の個々の画像を複数エリアに分割し、分割した小画像の夫々に対して画素毎に予め設定した複数階調の輝度の何れかに分類して頻度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、生成したヒストグラムの個々の階調の頻度を所定の閾値によりK値(Kは2〜4の何れかの整数)に畳み込む畳み込みステップと、時系列の複数の画像に対して畳み込みステップで畳み込んだ個々のデータを平均化して統計データを算出する統計データ算出ステップと、M−1番目の画像までの統計データと、新たなM番目の画像に対してヒストグラムデータをK値に畳み込んだデータとを比較し、データの変化量から個々の小画像内の移動体の有無を識別する移動体識別ステップとを有することを特徴とする。
この方法によれば、入力画像から特徴を抽出して確率分布を算出する過程において、入力画像データから算出した確率分布データをさらに畳み込んだものがメモリに保持されるので、少ないメモリ容量で済む。また、取得した画像を複数に分割して判別処理するため、分割数を増やせば移動体を検出した場合その形状も検出することが可能となる。
An image processing method according to a third aspect of the present invention includes an image data acquisition step for acquiring a moving image, and dividing each acquired image of the moving image into a plurality of areas, and for each of the divided small images for each pixel. A histogram generation step for generating a frequency histogram by classifying the brightness into one of a plurality of gradations set in advance, and the frequency of each gradation of the generated histogram is set to a K value (K is 2 to 4) by a predetermined threshold. A convolution step for convolution to any integer), a statistical data calculation step for calculating statistical data by averaging the individual data convolved in the convolution step with respect to a plurality of time-series images, and the M−1th image The statistical data up to and the new M-th image are compared with the data obtained by convolving the histogram data into K values. And having a mobile identification step of identifying.
According to this method, in the process of extracting the features from the input image and calculating the probability distribution, a further convolution of the probability distribution data calculated from the input image data is held in the memory, so that a small memory capacity is sufficient. . In addition, since the acquired image is divided into a plurality of pieces for discrimination processing, when the number of divisions is increased, the shape of the moving object can be detected.
本発明によれば、入力画像から特徴を抽出して確率分布を算出する過程において、入力画像データから算出した確率分布データをさらに畳み込んだものがメモリに保持されるので、少ないメモリ容量で済む。また、取得した画像を複数に分割して判別処理するため、分割数を増やせば移動体を検出した場合その形状も検出することが可能となる。 According to the present invention, in the process of extracting the features from the input image and calculating the probability distribution, the convolution of the probability distribution data calculated from the input image data is held in the memory, so that a small memory capacity is sufficient. . In addition, since the acquired image is divided into a plurality of pieces for discrimination processing, when the number of divisions is increased, the shape of the moving object can be detected.
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る画像処理装置の一例を示す概略構成図である。図1に示すように、画像処理装置は、画像データ入力部1、ヒストグラム生成部2、畳み込み処理部3、統計データ算出部4、移動体領域識別部5、メモリデータ格納部6、メモリ7、メモリデータ読み出し部8、識別結果出力部9等で構成されている。尚、これらの構成要素は、プログラムされたマイクロプロセッサにより構成される。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an image processing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the image processing apparatus includes an image
画像データ入力部1は、インターホンのカメラ、監視カメラ等のデジタルカメラやビデオテープレコーダーなど映像データが入力され、画像フレームが時系列で出力される。図2はこの時出力される画像フレームを示している。
The image
ヒストグラム生成部2は、画像データ入力部1が出力した画像フレームに対して、図3に示すようにフレームを所定のL個に分割する。例えば、縦に20等分、横に30等分して分割され、全600(L=600)の同一サイズの小画像を生成する。
こうして分割した各小画像に対して、画素毎に予め設定した複数階調の輝度の何れかに分類し、頻度のヒストグラムを生成する。図4は生成したヒストグラムの1つを示し、ここでは輝度を24階調に分け、画素毎の輝度を何れかの階調に分類している。
The
Each small image divided in this manner is classified into any of a plurality of gradations set in advance for each pixel, and a frequency histogram is generated. FIG. 4 shows one of the generated histograms. Here, the luminance is divided into 24 gradations, and the luminance for each pixel is classified into any gradation.
畳み込み処理部3は、生成したヒストグラムに対して輝度毎の頻度をさらに一定の閾値で畳み込んで情報量を削減する。ここでは、頻度を1つの閾値で分割して2値に畳み込んでいる。図4のSはこの閾値を示している。この閾値Sより頻度が大きければ「1」に畳み込まれ、小さければ「0」に畳み込まれる。尚、こうして生成した畳み込みデータを図5(a)に示している。
The
統計データ算出部4は、畳み込み処理部3によって畳み込まれた最新画像の畳み込みデータと、メモリデータ読み出し部8がメモリ7から読み出した直前の画像までの後述する統計データとの論理和を取って平均化し、新たな統計データを算出する。
図5はこの統計データ生成の一例を示している。図5において、(a)はM番目フレームの畳み込みデータ、(b)はメモリ7に格納された1番目フレームからM−1番目フレームまでの畳み込みデータの統計データ、(c)は1番目フレームからM番目フレームまでの畳み込みデータの統計データを示している。尚、M番目フレームは現在入力されて処理している画像フレームであり、M−1番目フレームは直前に入力されて処理された画像フレームを示している。また、1番目のフレームは、画像データ入力部1が出力を開始した最初の画像フレームである。
この図5に示すように、統計データ算出部4は、最新画像フレーム(M番目のフレーム)の畳み込みデータと、所定の1番目の画像フレームから直前画像フレーム(M−1番目のフレーム)までの個々の畳み込みデータの論理和を取って生成された統計データとの新たな論理和を求めて、最新の統計データを生成する。
The statistical
FIG. 5 shows an example of this statistical data generation. In FIG. 5, (a) is the convolution data of the Mth frame, (b) is the statistical data of the convolution data from the first frame to the (M-1) th frame stored in the
As shown in FIG. 5, the statistical
尚、複数のデータから統計データを求める手法としてはこれに限らず、事後確率を算出して新たに統計情報としても良い。また、1番目の画像フレームは、最初の入力画像でなくとも良く、例えば時間を基準とした任意のタイミングでリセットして1番目の画像フレームとしても良い。 Note that the method of obtaining statistical data from a plurality of data is not limited to this, and a posteriori probability may be calculated and newly used as statistical information. Further, the first image frame may not be the first input image, and may be reset at an arbitrary timing based on time, for example, as the first image frame.
メモリデータ格納部6は、統計データ算出部4が算出した統計データにより、メモリ7が記憶している統計データを最新のデータに書き換える。一方、メモリデータ読み出し部8は、畳み込み処理部3が生成した新たな畳み込みデータと比較するための統計データをメモリ7から読み取る。
The memory
移動体領域識別部5は、畳み込み処理部3で得られた最新画像の畳み込みデータと、メモリデータ読み出し部8が読み出した統計データとを比較して移動体を識別する。図6はこの移動体抽出処理の説明図であり、(a)はM番目フレームの畳み込みデータ、(b)は1番目フレームからM−1番目フレームまでの畳み込みデータの統計データ、(c)は移動体識別結果のデータを示している。
M番目フレームの畳み込みデータと1番目フレームからM−1フレーム迄の統計データとの排他的論理和を取り、変動量の程度で移動体の有無を判断する。例えば、輝度を全24階調に設定した場合、そのうち3階調の畳み込みデータに変動があったら、具体的に「0」が「1」に変化、逆に「1」が「0」に変化した数が所定数以上あったら移動体有りと判断する。この判断を個々の小画像に対して実施し、画像フレーム内の移動体エリアが識別される。
The mobile object
The exclusive OR of the convolution data of the Mth frame and the statistical data from the first frame to the M-1 frame is taken, and the presence or absence of the moving object is determined based on the amount of variation. For example, when the brightness is set to all 24 gradations, if there is a change in the convolution data of 3 gradations, specifically “0” changes to “1”, conversely “1” changes to “0”. If there are more than a predetermined number, it is determined that there is a moving object. This determination is performed on each small image, and the moving body area in the image frame is identified.
識別結果出力部9は、移動体領域識別部5によって検知した移動体領域の情報を出力する。出力された情報は、ディスプレイに表示されたりハードディスクレコーダー等の記録手段に記録され、不審者の検知や交通量調査、更には移動体の形状把握等に利用される。
The identification
このように構成された画像処理装置の動作を次に説明する。図7は移動体検知の流れを示すフローチャートであり、このフローに基づいて説明する。
ヒストグラム生成部2が画像データ入力部1から動画像の最新のM番目フレームを読み込む(S1)と、まず画像フレームをL個の小画像に分割する(S2)。そして、分割した小画像に対して画素毎に輝度を求め、予め用意した複数階調の輝度の何れかに分類して頻度のヒストグラムを作成(S3)する。図3はこのヒストグラムを示し、小画像毎に生成される。
更に生成したヒストグラムに対して、畳み込みを行う(S4)。畳み込みにより、上述したように個々の輝度は2値に畳み込まれる。
Next, the operation of the image processing apparatus configured as described above will be described. FIG. 7 is a flowchart showing the flow of mobile object detection, and the description will be made based on this flow.
When the
Further, convolution is performed on the generated histogram (S4). Due to the convolution, the individual luminances are convoluted into binary values as described above.
次に、直前のM−1番目までの画像の畳み込みデータの統計データをメモリ7から読み出し(S5)、この統計データとM番目の畳み込みデータとの論理和を取る(S6)。こうして求めた新たな統計データはメモリ7に格納され(S7)、次のM+1番目フレームにおける移動体の識別に使用される。 Next, the statistical data of the convolution data of the immediately preceding M−1th image is read from the memory 7 (S5), and the logical sum of this statistical data and the Mth convolution data is taken (S6). The new statistical data thus obtained is stored in the memory 7 (S7), and is used for identification of the moving object in the next M + 1th frame.
そして、移動体の識別が行われる。M番目フレームの畳み込みデータとM−1番目までの統計データとが比較され(S9)、2値に畳み込んだ個々の階調の変動数(変動量)zが予め設定された数値(閾値)以上であれば移動体有りと判断し(S10)、その小画像エリアを移動体検出エリアとして出力する(S11)。この判定をL個の全ての小画像に対して実施したら処理を終了する。 Then, the moving body is identified. The convolution data of the Mth frame and the statistical data up to the (M-1) th statistical data are compared (S9), and a numerical value (threshold value) in which the number of fluctuations (fluctuation amount) z of each gradation convoluted into binary values is preset. If it is above, it will be judged that there exists a moving body (S10), and the small image area will be output as a moving body detection area (S11). If this determination is performed for all L small images, the process is terminated.
このように、入力画像から特徴を抽出して確率分布を算出する過程において、入力画像データから算出した確率分布データをさらに畳み込んだものをメモリ7に保持するので、少ないメモリ容量で済む。また、取得した画像を複数に分割して判別処理するため、分割数を増やせば移動体を検出した場合その形状も検出することが可能となる。
In this way, in the process of extracting the features from the input image and calculating the probability distribution, the
尚、上記実施形態では、ヒストグラムの畳み込み演算において1つの閾値Sを用いて2値に畳み込んでいるが、閾値を2値用いて3値に畳み込んでも良いし、4値に畳み込んでも良い。2値に畳み込めばメモリ7が記憶するデータを最小量に留めることができるが、3値或いは4値に畳み込むことで移動体の識別感度は上昇する。
In the above embodiment, the histogram is convolved into a binary value using one threshold S, but may be convoluted into a ternary value using two threshold values, or may be convoluted into a quaternary value. . If the data is stored in the
1・・画像データ入力部(画像データ入力手段)、2・・ヒストグラム生成部(ヒストグラム生成手段)、3・・畳み込み処理部(畳み込み演算手段)、4・・統計データ算出部(統計データ算出手段)、5・・移動体領域識別部(移動体識別手段)、7・・メモリ(統計データ記憶手段)、9・・識別結果出力部(識別結果出力部)。 1 .. Image data input unit (image data input unit) 2.. Histogram generation unit (histogram generation unit) 3.. Convolution processing unit (convolution operation unit) 4 .. Statistical data calculation unit (statistical data calculation unit) ), 5... Mobile region identification unit (moving body identification unit), 7... Memory (statistical data storage unit), 9... Identification result output unit (identification result output unit)
Claims (3)
取得した動画像の個々の画像を複数エリアに分割し、分割した個々の小画像に対して画素毎に予め設定した複数階調の輝度の何れかに分類して頻度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
生成したヒストグラムの個々の階調の頻度を所定の閾値によりK値(Kは2〜4の何れかの整数)に畳み込む畳み込み演算手段と、
時系列の複数の画像に対して前記畳み込み演算手段が畳み込んだ個々のデータを平均化して統計データを算出する統計データ算出手段と、
前記統計データを蓄積する統計データ記憶手段と、
記憶しているM−1番目の画像までの前記統計データと、新たなM番目の画像に対して前記ヒストグラムデータをK値に畳み込んだデータとを比較し、データの変化量から個々の小画像内の移動体の有無を識別する移動体識別手段と、
識別した結果を出力する識別結果出力部とを有することを特徴とする画像処理装置。 Image data input means for acquiring moving images;
Histogram generation that divides individual images of acquired moving images into multiple areas and classifies the divided small images into one of multiple gradations preset for each pixel to generate a frequency histogram Means,
Convolution operation means for convolving the frequency of each gradation of the generated histogram into a K value (K is an integer of 2 to 4) with a predetermined threshold;
Statistical data calculation means for calculating statistical data by averaging the individual data convolved by the convolution operation means for a plurality of time-series images;
Statistical data storage means for accumulating the statistical data;
The stored statistical data up to the (M−1) -th image is compared with the data obtained by convolving the histogram data into K values for the new M-th image. Mobile object identification means for identifying the presence or absence of a mobile object in the image;
An image processing apparatus comprising: an identification result output unit that outputs an identified result.
取得した動画像の個々の画像を複数エリアに分割し、分割した小画像の夫々に対して画素毎に予め設定した複数階調の輝度の何れかに分類して頻度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、
生成したヒストグラムの個々の階調の頻度を所定の閾値によりK値(Kは2〜4の何れかの整数)に畳み込む畳み込みステップと、
時系列の複数の画像に対して前記畳み込みステップで畳み込んだ個々のデータを平均化して統計データを算出する統計データ算出ステップと、
M−1番目の画像までの前記統計データと、新たなM番目の画像に対して前記ヒストグラムデータをK値に畳み込んだデータとを比較し、データの変化量から個々の小画像内の移動体の有無を識別する移動体識別ステップとを有することを特徴とする画像処理方法。 An image data acquisition step for acquiring a moving image;
Histogram generation that divides each acquired moving image into multiple areas and classifies each divided small image as one of multiple gray levels preset for each pixel to generate a frequency histogram Steps,
A convolution step of convolving the frequency of each gradation of the generated histogram into a K value (K is an integer of 2 to 4) with a predetermined threshold;
A statistical data calculation step of calculating statistical data by averaging the individual data convolved in the convolution step with respect to a plurality of time-series images;
The statistical data up to the (M−1) -th image is compared with the data obtained by convolving the histogram data into K values for the new M-th image, and the movement within each small image is determined from the amount of change in the data. A moving body identifying step for identifying the presence or absence of a body.
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