JP2012205229A - カメラ設置支援方法、画像認識方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、カメラ設置支援方法であって、カメラパラメータ生成装置1のカメラモデル構築部5は、寸法の異なる監視エリア間で、監視エリア内の被写体の見え方の差異が小さくなるように、カメラの目標設置角度を選定し、カメラパラメータ生成装置1のカメラ設置角度調整部7は、監視エリアに固定された座標系において位置が予め設定された目印が目標設置角度でカメラが設置されるときにカメラの撮影画像中に表示される位置である画像上目標位置を算出し、目標設置角度でカメラが設置されるように、目印が撮影画像中に表示されたものである画像上目印と、画像上目標位置とを一致させるようにして、カメラの設置角度の調整をガイダンスすることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
その他の解決手段については、実施形態中で適宜説明する。
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図9を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図1は、実施形態に係るカメラパラメータ生成装置(カメラ設置支援装置)1、監視カメラ52およびエレベータを示す図である。
まず、概略を説明する。図1に示すように、エレベータのカゴ51に監視カメラ(以下、適宜「カメラ」という。)52が設置されている。符号53は、エレベータのドアである。カメラパラメータ生成装置1は、携帯端末であり、作業員は、これを用いて、カメラ52の設置角度を調整する。なお、カメラパラメータ生成装置1は、ノート型のPC(Personal Computer)、タブレット型のPC、PDA(Personal Digital Assistant)、または、携帯電話等で実現できる。
カメラ52には、角度Tと角度Pの2つの角度調整の機構が備え付けられている。このような機構は、ジンバル機構と呼ばれ、装置構成が簡単で廉価であり、カメラの角度調整の機構として広く普及している。なお、角度Tと角度Pは、カメラ52がX軸方向を見るときに、それぞれ0°である。このとき、角度Pの回転軸はZ軸、角度Tの回転軸はY軸である。点Cは、カメラ52の設置位置である。
次に、カメラパラメータ生成装置1の構成について図2を参照して説明する。
図2は、第1実施形態に係るカメラパラメータ生成装置1の構成を示すブロック図である。
図2に示すように、カメラパラメータ生成装置1は、型式選択部2と、カゴ寸法DB3と、カメラ設定DB4と、カメラモデル構築部5と、画像取得部6と、カメラ設置角度調整部7と、パラメータ記憶部30と、を備える。
カゴ寸法DB3は、予め設定されたカゴ51の寸法を型式ごとに格納するデータベースである。カゴ寸法DB3中のデータは、カゴ51のカタログから作成できる。
カメラ設定DB4は、予め設定されたカメラ52のカメラパラメータに関する情報を型式ごとに格納するデータベースである。カメラパラメータとは、光学パラメータ、設置位置および設置角度である。光学パラメータのデータは、カメラ52のカタログから作成できる。設置位置のデータは、カメラ52の設置基準から作成できる。
画像取得部6は、カメラ52の撮影画像を取得するものである。カメラパラメータ生成装置1とカメラ52の間には、図示しない有線あるいは無線の伝送路があり、カメラパラメータ生成装置1は、カメラ52の撮影画像を取得することができる。
カメラ設置角度調整部7は、作業員がカメラ52を適切な角度で設置するように、カメラ52の設置角度の調整をガイダンスするユーザインタフェースを提供するものである。詳細は、後記する。
カメラパラメータ34については、後記する項目(カメラパラメータ34の説明)において説明する。
設置要件パラメータ35は、後記する条件(1)を満たすようなパラメータの範囲を定めるものである。なお、この設置要件パラメータ35は、カメラパラメータ生成装置1に必ずしも格納されている必要はない。
代表的パラメータ36は、後記する条件(2)を満たすようなパラメータの値を定めるものである。なお、この代表的パラメータ36は、カメラパラメータ生成装置1に必ずしも格納されている必要はない。
また、カメラパラメータ生成装置1には、図示しない表示画面および入力装置が備えられている。入力装置は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等の作業員からの入力を受け付ける装置で構成される。
画像認識装置60は、カメラ52で撮影された撮影画像中における人物の存在や、人数、人の流れを画像認識することで把握するものである。カメラパラメータ生成装置1は、この画像認識装置60における画像認識の精度を高めることを目的の一つとしている。
図3は、実施形態に係るカメラパラメータ生成装置1における型式選択部2の画面の一例20aを示す図である。
符号111は、カゴ51の型式を選択するプルダウンメニューである。作業員がカメラパラメータ生成装置1を操作してプルダウンメニュー111を選択すると、プルダウンメニュー111は、カゴ51の型式の一覧表示112を出力する。作業員は、この一覧表示112の中から、現地のカゴ51に対応した型式を選択する。
カメラ52の型式は、カメラ52の型式を一意に定める。この一意に定められたカメラ52の型式は、カメラ52の光学パラメータを一意に定める。光学パラメータとは、焦点距離、レンズ歪係数である。また、カメラ52の型式は、カゴ51中におけるカメラ52の設置位置を一意に定める。カメラ52の型式とカメラ52の設置位置の対応付けは、カメラ52の設置基準を設けておくことで容易に実現できる。
図4に示すように、カゴ51に対してカメラ52の設置位置が1カ所あるいは少数カ所に限られ、かつ、カゴ51に取り付けるカメラ52の型式が1つあるいは少数に限られる場合、カゴ51の型式のカメラ52の型式を組にしてもよい。
カゴ51に対してカメラ52の設置位置が1カ所あるいは少数カ所に限られる場合とは、例えば、事前に、カメラ52の設置位置にカメラ52の治具を固定するための取り付け用の穴をカゴ51の筐体に加工しておく場合や、カメラ52に接続する電源や映像の配線を通すための穴をカゴ51に加工しておく場合等である。
カゴ51に取り付けるカメラ52の型式が1つあるいは少数に限られる場合とは、例えば、カゴ51の型式の所定範囲のグループに対して、適用するカメラ52の型式および設置位置を共通化しておく場合等である。
なお、図3および図4において、プルダウンメニューは、ユーザインタフェースの一例であって、他の形態をとることができる。例えば、テキストボックスやチェックボックス、コンボボックスによって、プルダウンメニューを代替することができる。
次に、カメラ設置支援方法について図5〜図8(構成は適宜図2)を参照して説明する。
図5は、第1実施形態に係るカメラパラメータ生成装置1におけるカメラ設置支援方法の手順を示すフローチャートである。なお、作業員によるものは、破線で示している。
図5のフローチャートに示すように、ステップS11において、作業員は、カゴ51およびカメラ52の型式を選択する。
ステップS12において、型式選択部2は、作業員の選択結果であるカゴ51およびカメラ52の型式を読込む。
ステップS13において、カメラモデル構築部5は、カゴ51の型式に応じた寸法のデータを読込む。
ステップS14において、カメラモデル構築部5は、カメラ52の型式に応じたカメラパラメータ34のデータを読込む。
ここで、このステップS15について詳細に説明する。
まず、カメラパラメータ34について説明する。
図6は、実施形態に係るカメラパラメータ34とその状態の一例を示す図である。
図6に示すように、カメラパラメータ34は、光学パラメータであるレンズ歪係数kおよび焦点距離fと、設置位置Xc,Yc,Zcと、設置角度P,T,Rとを備えている。
設置位置Xc,Yc,Zcは、図1に示した点Cの座標である。設置角度P,Tは、前記した角度P,Tである。設置角度Rは、図1に図示しないカメラ52の光軸回りの回転角である。
カメラパラメータ34のうち、ステップS15の時点では、設置角度P,T以外は、確定されている。レンズ歪係数kおよび焦点距離fの光学パラメータは、カメラ52が固定焦点であれば、カメラ52の型式から一意に決まる。カメラ52がズーム機構を有して焦点距離fが可変の場合には、カメラ52のズームを事前に所定値に固定しておくことで、固定焦点として扱うことができる。
角度Rを0°あるいは所定の角度で取り付けることは、例えば、カゴ51に対してカメラ52の筐体が常に所定の角度になる冶具で取り付けることで実現できる。なお、カメラ52に角度Rの調整機構が有る場合には、事前に角度Rを所定の角度に固定しておくことで、角度Rを固定値として扱える。
ここで、このステップS16について詳細に説明する。
目標設置角度を(Pt,Tt)とする。この目標設置角度(Pt,Tt)は、次の条件(1)および条件(2)を満たす範囲で選定される。
条件(1)は、監視システムの運用者が決めるカメラ52の設置要件であり、カメラ52は、予めこの設置要件を満たすように取り付けられている。本実施形態では、カメラ52の手前からドア153a付近までの人物の全身が確実に視野内に入るように、カゴ51内の所定の対象物が撮影画像中に収まることを設置要件としている。例えば図7(a)に示すように、ドア153aを人物の身長の目安として、ドア153aの上端が撮影画像151aの中に収まることを設置要件としている。また、エレベータの階数を示すインジケータ154aが撮影画像151aの中にさらに収まることを設置要件としてもよい。図7(a)において、カメラ52は、設置要件を満たすように、ドア153aの上端が撮影画像151aの上端から少し下に来るように設置角度が調整されている。なお、設置要件に応じたカメラパラメータの範囲は、カゴ51およびカメラ52の型式が決まれば、定まる。
カメラ52が撮影した画像は、画像認識装置60(図2参照)で処理されることになるが、課題のところでも述べたように、カメラ52の設置角度がカゴ51ごとにまちまちであると、カゴ51内に居る人物の位置が同一であっても、撮影画像中における人物の角度や大きさがカゴ51ごとに異なってしまうために、カゴ51内の人物を捉える画像認識の精度が低下してしまう。すなわち、画像認識装置60が持つモデルと、撮影画像中の人物の形状が乖離すると、画像認識の精度が低下してしまう。
図7(a)は、代表的な型式のカゴ51i(図示せず)における代表的な型式のカメラ52i(図示せず)の撮影画像151aを示している。代表的な型式とは、例えば、最も出荷台数が多い型式や、寸法が平均的な型式を選択すればよいが、この例に限られない。撮影画像151aにおいて、符号153aは前記のとおりドアであり、符号154aは、エレベータの階数を示すインジケータである。また、符号161aは、足元の空間座標がP1の人物、符号162aは、足元の空間座標がP2の人物を示している。
また、ドア153aとドア153bの空間中における高さは同一である。カメラ52は、設置要件を満たすように、ドア153bの上端が、撮影画像151bの上端と近くなる角度で設置されている。
見え方の差異の基準は、カメラ52の撮影画像151bを入力とした画像認識のアルゴリズムによって、任意に定めてよい。例えば、画像認識装置60において、カメラ52の撮影画像151bを入力として異常挙動の検知を行う場合、画像認識装置60が持つモデルに対応する撮影画像151aと入力した撮影画像151bにおける人物の角度のばらつきが影響するため、撮影画像151aと撮影画像151bにおける人物の角度差を見え方の差異の基準に設定するとよい。また、複数の位置の人物に対しては、差異の平均や最大値のような統計量をもって評価値を出力すればよい。
なお、カメラモデル構築部5は、目標設置角度(Pt,Tt)の選定を現地ごとに行うほか、目標設置角度(Pt,Tt)を予めカゴ51の型式ならびにカメラ52の型式ごとに事前に計算しておき、ステップS11における型式の選択結果に応じて事前に計算した目標設置角度(Pt,Tt)を読み込んでもよい。このとき、設置要件パラメータ35および代表的パラメータ36は、カメラパラメータ生成装置1に必ずしも必要ではない。
ステップS17において、カメラ設置角度調整部7は、画像上目標位置を算出する。
ここで、このステップS17について詳細に説明する。
図8は、カメラパラメータ生成装置1におけるカメラ設置角度調整部7の画面の一例を示す図である。
符号70は、カメラ設置角度調整部7におけるガイダンス画面である。符号150は、空間中の目印50が撮影画像151中に表示されたものである画像上目印である。符号250は、画像上目標位置(um,vm)を示す重畳描画である。符号120は、カメラ設置角度調整部7における角度調整の完了を受け付けるボタンである。重畳描画250は、縦線と横線の交点をもって画像上目標位置(um,vm)を示している。
カメラ設置角度調整部7は、ステップS15で確定した設置角度以外のカメラパラメータと、ステップS16で選定した目標設置角度(Pt,Tt)とから、後記する射影変換のモデルと放射歪曲のモデルを適用して、目印50の空間座標M(Xm,Ym,Zm)(図1参照)を画像上目標位置(um,vm)に変換する。目印50の空間座標M(Xm,Ym,Zm)は、ステップS13で読み込んだカゴ51の間口と奥行きで定まる。その後、カメラ設置角度調整部7は、画像上目標位置(um,vm)の位置に重畳描画250を描画する。
射影変換とは、レンズ歪みが無い場合において、撮影画像座標(u,v)と空間座標(X,Y,Z)との間に、次の(1)式を関係付けるモデルである。
放射歪曲とは、レンズ歪みが無いときの画像座標(u,v)と、レンズ歪みが有るときの画像座標(u’,v’)の間を、次の(6)式で対応付けるモデルである。ここで、kはレンズ歪係数である。実際のカメラ52の撮影画像はレンズ歪みが有るため、空間座標(X,Y,Z)に対して、(5)式で求めた(u,v)を、(6)式で変換した(u’,v’)が画像座標となる。なお、レンズ歪みが有るときの画像座標(u’,v’)が与えられたとき、(6)式の逆問題を解くことでレンズ歪みが無いときの画像座標(u,v)は一意に得られる。この逆問題を解くことは、一般的な非線形の連立方程式の解法を適用することで実現できる。
ステップS18において、作業員は、画像上目印150と画像上目標位置(um,vm)を合わせる。すなわち、作業員は、カメラ52の設置角度の調整において、ガイダンス画面70を見ながら、画像上目印150と重畳描画250が示す画像上目標位置(um,vm)とが一致するように、カメラ52の設置角度を、カメラを動かして調整する。
以上により、カメラ設置支援方法を終了する。
次に、本発明の第2実施形態について、図10〜図12を参照して説明する。
[カメラパラメータ生成装置1Aの構成]
図10に示すように、カメラパラメータ生成装置1Aは、第1実施形態に係るカメラパラメータ生成装置1の構成に加え、目標設置角度調整部8と、カメラモデル更新部9と、をさらに備える。なお、第1実施形態の構成と同一の構成には同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
カメラモデル更新部9は、調整後の重畳描画250が示す画像上座標(un,vn)から、対応する設置角度(Pn,Tn)を算出し、カメラパラメータ34を更新するものである。
符号80は、目標設置角度調整部8におけるガイダンス画面である。符号121は、方向ボタンである。重畳描画250が示す画像上座標(十字の位置)は、画像上目印150から少しずれている。方向ボタン121は、重畳描画250が示す画像上座標を調整するユーザインタフェースであり、作業員が方向ボタン121の上下あるいは左右を入力することで、重畳描画250が示す画像上座標は、上下あるいは左右に変化する。
次に、カメラ設置支援方法について図12(構成は適宜図10)を参照して説明する。
図12は、第2実施形態に係るカメラパラメータ生成装置1Aにおけるカメラ設置支援方法の手順を示すフローチャートである。なお、作業員によるものは、点線で示している。また、ステップS11からステップS18までは、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
ところで、ステップS18では、作業員は、カメラ52の設置角度の調整において、ガイダンス画面70(図8参照)を見ながら、画像上目印150と重畳描画250が示す画像上目標位置(um,vm)とが一致するように、カメラ52の設置角度を、カメラを動かして調整した。
しかし、人間がカメラ52の本体を手動で調整するため、微妙にずれてしまうことがある。
そこで、図12のフローチャートに示すように、ステップS19aにおいて、作業員は、重畳描画250を移動させて、重畳描画250が示す画像上座標を画像上目印に合わせる。
カメラモデル更新部9は、調整後の重畳描画250が示す画像上座標(un,vn)に応じたカメラ52の設置角度(Pn,Tn)を計算する。
まず、レンズ歪みを無視すると、(5)式において、Xc,Yc,Zc,R,fは既知であるため、(5)式は未知数が2つで拘束条件が2つとなり、画像上座標(un,vn)に対して設置角度(Pn,Tn)は一意に定まる。(5)式において、与えられた画像上座標(un,vn)に対して設置角度(Pn,Tn)を計算することは、一般的な非線形連立方程式の解法によって容易に実現できる。カメラモデル更新部9は、計算した設置角度(Pn,Tn)で、カメラモデル構築部5のカメラ52のカメラパラメータ34を更新する。
レンズ歪みを無視できない場合には、(6)式の逆問題を解いて、実際の撮影画像上のレンズ歪みがある画像上座標(un’,vn’)から、レンズ歪みが無い画像上座標(un,vn)を求めれば、上記と同じ手順で設置角度(Pn,Tn)を計算できる。
次に、本発明の第3実施形態について、図13および図14を参照して説明する。
[カメラパラメータ生成装置1Bの構成]
図13に示すように、カメラパラメータ生成装置1Bは、第2実施形態に係るカメラパラメータ生成装置1Aの構成のうち、目標設置角度調整部8の代わりに、目印認識部10を備える。なお、第2実施形態の構成と同一の構成には同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
概略を説明すると、カメラパラメータ生成装置1Bは、第2実施形態の目標設置角度調整部8において重畳描画250が示す画像上座標を作業員が手動により画面上で調整していたことを、自動的に行おうとするものである。
次に、カメラ設置支援方法について図14(構成は適宜図13)を参照して説明する。
図14は、第3実施形態に係るカメラパラメータ生成装置1Bにおけるカメラ設置支援方法の手順を示すフローチャートである。なお、ステップS11からステップS18まで、ステップS20は、第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
ステップS18では、作業員は、カメラ52の設置角度の調整において、ガイダンス画面70(図8参照)を見ながら、画像上目印150と重畳描画250が示す画像上目標位置(um,vm)とが一致するように、カメラ52の設置角度を調整した。
本実施形態により、目標設置角度調整部8で重畳描画250が示す画像上座標を調整する作業が不要であるため、作業員の作業を削減することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
また、設置角度R以外にも、未知数の数が拘束式を超過しない条件で、焦点距離f等の1つ以上のパラメータをカメラモデル更新部9で更新するカメラパラメータとしてもよい。すなわち、焦点距離fを未知数とすれば、カメラ52のズームも目標設定できる。
1A カメラパラメータ生成装置
1B カメラパラメータ生成装置
2 型式選択部
3 カゴ寸法DB
4 カメラ設定DB
5 カメラモデル構築部
6 画像取得部
7 カメラ設置角度調整部
8 目標設置角度調整部
9 カメラモデル更新部
10 目印認識部
30 パラメータ記憶部
34 カメラパラメータ
35 設置要件パラメータ
36 代表的パラメータ
50 目印
51 カゴ(監視エリア)
51i 代表的な型式のカゴ
52 カメラ
52i 代表的な型式のカメラ
53 ドア
60 画像認識装置
70 ガイダンス画面
80 ガイダンス画面
150 画像上目印
151 撮影画像
151a 撮影画像
151b 撮影画像
250 重畳描画
Claims (9)
- 監視エリアを監視する監視システムにおいて、前記監視エリアに設置するカメラのカメラパラメータを生成するカメラ設置支援装置におけるカメラ設置支援方法であって、
前記カメラ設置支援装置のカメラモデル構築部は、
与えられた条件を満たしつつ、寸法の異なる前記監視エリア間で、前記監視エリア内の被写体の見え方の差異が小さくなるように、前記カメラの目標設置角度を選定し、
前記カメラ設置支援装置のカメラ設置角度調整部は、
前記監視エリアに固定された座標系において位置が予め設定された目印が、前記目標設置角度で前記カメラが設置されるときに、前記カメラの撮影画像中に表示される位置である画像上目標位置を算出し、前記目標設置角度で前記カメラが設置されるように、前記目印が前記撮影画像中に表示されたものである画像上目印と、前記画像上目標位置とを一致させるようにして、前記カメラの設置角度の調整をガイダンスする
ことを特徴とするカメラ設置支援方法。 - 前記カメラ設置支援装置の型式選択部は、前記カメラおよび前記監視エリアの型式を読込み、
前記カメラモデル構築部は、前記目標設置角度の選定において、前記カメラの型式を用いて前記カメラパラメータのうち設置角度以外のものを確定し、
前記カメラ設置角度調整部は、前記画像上目標位置の算出において、前記監視エリアの型式を用いる
ことを特徴とする請求項1に記載のカメラ設置支援方法。 - 前記カメラモデル構築部は、代表的な型式の前記監視エリアにおける代表的な型式の前記カメラの代表的なパラメータである代表的パラメータに近い前記目標設置角度を選定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のカメラ設置支援方法。 - 前記与えられた条件は、前記監視エリア内の所定の対象物が前記カメラの撮影画像中に収まることを条件に含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のカメラ設置支援方法。
- 前記与えられた条件は、前記カメラの撮影画像を画像認識する画像認識装置において前記画像認識装置が持つモデルにおける人物の見え方と前記カメラの撮影画像中の人物の見え方の差異ができるだけ小さくなることを条件に含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のカメラ設置支援方法。
- 前記カメラ設置支援装置の目標設置角度調整部は、前記撮影画像中において、前記画像上目標位置を前記画像上目印に一致させるように前記画像上目標位置を動かせるようにして、前記目標設置角度の調整をガイダンスし、
前記カメラ設置支援装置のカメラモデル更新部は、調整後の前記画像上目標位置から調整後の前記カメラの設置角度を算出し、前記カメラパラメータの設置角度を調整後の前記カメラの設置角度に更新する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のカメラ設置支援方法。 - 前記カメラ設置支援装置の目印認識部は、
前記画像上目印を画像認識により検知し、前記撮影画像中において、前記画像上目標位置を前記画像上目印の位置に合わせて設定し、
前記カメラ設置支援装置のカメラモデル更新部は、前記画像上目印の位置に合わせて設定した後の前記画像上目標位置から調整後の前記カメラの設置角度を算出し、前記カメラパラメータの設置角度を調整後の前記カメラの設置角度に更新する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のカメラ設置支援方法。 - 前記監視エリアはエレベータのカゴ内であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のカメラ設置支援方法。
- 監視エリアを監視する監視システムにおいて、前記監視エリアに設置するカメラの撮影画像を認識して処理する画像認識装置の画像認識方法であって、
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のカメラ設置支援方法により生成されたカメラパラメータを用いて画像認識を行うことを特徴とする画像認識方法。
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