JP2013042386A - 監視システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】別途擬似的に入力映像に物体が侵入したように見える合成映像を作成する。動作確認試験時は、PTZ撮像装置より得られた映像の代わりに疑似映像を物体検出装置に入力し、入力映像と擬似物体画像を合成した位置の座標情報と物体検出装置で検出した位置の座標情報を比較し、その結果により該物体検出装置の動作が正常かどうかを自動的に判別する。更に、試験を複数の画像処理パラメータの組み合わせで自動的に実施し、ユーザの要求に従って最適なパラメータを自動的に決定する。
【選択図】図1
Description
監視システムにおいて、さまざまな監視目標に対して良好に動作しているか否かを判断する定量的性能メトリックを使用して評価する技術については、特許文献1に開示されている。
また、動作試験の実施(試験的に侵入物体を監視区域に侵入させこと)が容易な場所であっても、動作試験やシステムパラメータ調整は、煩雑な作業であった。
本発明は、監視システムの動作状態に関する試験(動作試験)を自動的に実施する手段を提供し、実際に人を侵入させて行う試験を必要がなく、動作試験およびパラメータ調整の作業を自動化する。この結果、従来設置が困難な環境への監視システムの設置の実現、および管理者にかかる負担の大幅な軽減を実現可能で、かつ、より効率的なシステム運用を提供することを目的とする。
しかし、本発明は、上述の実施例に限定されるわけではなく、本発明が属する技術分野において、通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神に基づいて、本発明を修正若しくは変更できる発明が含まれることは勿論である。
尚、各図の説明において、同一の機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、重複を避けるため、できるだけ説明を省略する。
図1は、本発明の監視システムの一実施例の構成を示すブロック図である。
図1の監視システムは、PTZ撮像装置101、カメラ制御装置100、テスト映像生成装置130、物体検出装置112、指示装置109、警報出力装置110、および表示装置111により構成される。
物体検出装置112は、映像入力回路102、画像処理プロセッサ103、プログラムメモリ104、ワークメモリ105、外部I/F(Interface)回路106、映像出力回路107、および通信路108により構成される。
PTZ撮像装置101は、監視の対象となる領域(監視領域)を撮像し、入力映像として出力する。PTZ撮像装置101は、この入力映像を、テスト映像生成装置130を介して、物体検出装置112に出力する。
なお、図1では、PTZ撮像装置101、カメラ制御装置100、およびテスト映像生成装置130は1組しか図示していないが、複数組設けられても良い。
また、画像処理プロセッサ103は、プログラムメモリ104に記録されているプログラムに従って、ワークメモリ105内に記録された入力映像を処理し、映像出力回路107を介して、その処理結果(物体検出結果)を表示装置111に出力する。表示装置111は、入力された物体処理結果を表示する。
また、画像処理プロセッサ103は、外部I/F回路106を介して入力されるオペレータ(ユーザ)からの指示(テスト映像パラメータ139)に基づいて、前記プログラムメモリ104に記録されているプログラムのパラメータを変更または修正しながら前記入力映像を処理する。オペレータ(ユーザ)からの指示は、例えば、マウス、キーボードなどを使って指示装置109に入力され、指示装置109は、入力された指示を外部I/F回路106に送信すると共に、テスト映像生成装置130に送信する。
尚、映像入力回路102と、画像処理プロセッサ103と、プログラムメモリ104と、ワークメモリ105と、外部I/F回路106と、映像出力回路107とは、データバス108に接続されている。
また、物体検出装置112は、入力画像中から侵入物体を検出したPTZ撮像装置101が、侵入物体を常に撮像できるようにする(追尾できるようにする)ため、画像処理プロセッサ103から当該PTZ撮像装置101のパンチルトや焦点距離などのカメラパラメータ140の制御命令をカメラ制御装置100に出力することで、PTZ撮像装置のカメラ雲台を自動制御する。この結果、PTZ撮像装置101は、侵入物体を自動追尾することが可能となる。
図3、図4、および図5は、図1の監視システムの一実施例のPTZ撮像装置101によって撮像された入力映像と監視領域を説明するための図である。図3は、PTZ撮像装置101によって撮像された入力映像304について説明する図であり、図4は、PTZ撮像装置101によって撮像された入力映像403について説明する図であり、図5は、PTZ撮像装置101によって撮像された入力映像502について説明する図である。また、図6は、PTZ撮像装置101によって撮像された入力映像603について説明する図である。尚、入力映像603は、入力映像304と同一の映像である。さらに、図7は、PTZ撮像装置101によって撮像された入力映像301と擬似物体画像601の合成映像について説明する図であり、図8は、PTZ撮像装置101によって撮像された入力映像304への擬似ノイズの合成映像802について説明するための図である。
図3において、例えば、入力映像304に映る全域を監視すべき領域とした場合には、監視システムは、図4に示すように入力映像403中に侵入者(物体401)が映った時、当該侵入者401を背景差分法若しくはフレーム間差分法などによって侵入した物体を検出し、警報出力装置110に警報を発報させる。図4では、物体検出装置は、入力画像403によって、監視領域301の地点P1に物体401を検出したことを示している。
ここで、撮像範囲303、つまり入力画像304に、監視すべき物体401が図4に示す侵入経路402で監視領域301内に侵入した場合には、物体検出装置112は、予め定めた発報条件が満たされた時点で警報を警報出力装置110から発報させると共に、当該物体401をPTZ撮像装置101で自動追尾する制御命令をカメラ制御装置100に送信する。
なお、一般的に、画角の中心付近が、画像のゆがみが一番少なく、中心付近で焦点合わせするので焦点が合っている、このため鮮明な画像を得られる領域であるため、物体検出や追尾に最適である。
従って、図5において、図4の地点P1で検出された物体401が、侵入経路402から侵入経路501を通り地点P2に至るように、追尾中にさらに移動する場合には、物体検出装置112は、物体401が常に入力画像304の中心付近に映るようにカメラパラメータ140を変更し、カメラ制御装置100に変更したカメラパラメータ140を送信する。ゆえに、カメラ制御装置100は、受信したカメラパラメータ140に基づいて、物体401が常に入力画像304の中心付近に映るようにPTZ撮像装置101のパン角、チルト角、およびズーム倍率などのカメラパラメータ140を自動的に調整することができる。その結果、図5に示すように監視領域301における物体401が、経路402および501を介して移動した場合には、物体401の移動に従ってPTZ撮像装置101の画角も移動するので、PTZ撮像装置101が撮像することによって、常に監視すべき物体401が中心付近に映る入力画像502を得ることができる。
テンプレートマッチングにより侵入した物体401の位置の特定ができなかった時には、PTZ撮像装置101の動きを止めて、前述した背景差分法若しくはフレーム間差分法などによって侵入者検出処理を再度実施し、再検出できた場合には再検出した領域を抽出し、抽出した領域をテンプレート画像として更新し、自動追尾を再開する。
テスト映像生成装置130は、物体検出装置112と同様に、映像入力回路132、画像処理プロセッサ133、プログラムメモリ134、ワークメモリ135、外部I/F回路136、映像出力回路137、およびデータバス138により構成される。尚、テスト映像生成装置130は、必ずしも個別の物体検出装置112と同様の構成である必要はなく、例えば物体検出装置112の1つの機能とし、物体検出装置112に含有される形でも良い。
テスト映像自動生成装置130は、システム管理者(ユーザ)が指示装置109を操作することによって設定された画像処理システムの動作確認試験の条件を、指示装置109から外部IF回路136を介して、テスト映像パラメータ139として受信する。
まず、システム管理者の操作に基づいて、指示装置109は、動作確認試験に関する条件をテスト映像パラメータ139として、テスト映像自動生成装置130に入力する。テスト映像パラメータ139は、例えば、侵入物体の行動パターン、移動速度、大きさ、コントラスト、試行回数である。
テスト映像自動生成装置130には、擬似侵入物体601として入力映像に合成する画像情報が予め記録されている。
図7によって、入力映像301と擬似物体画像601の一実施例を説明する。
例えば、図7において、擬似物体画像601は、静止画像でも動画像でも良く、システム管理者が擬似物体画像601に関する条件を、指示装置109を操作するによって、テスト映像自動生成装置130に対して、擬似物体画像601の特徴をテスト映像パラメータ139として入力することが可能である。例えば、擬似物体画像601について、身長、服装(色)、侵入経路、出現位置、退出位置、移動速度、移動方向などを自由に設定することができるようにしても良い。また、擬似物体画像は、必ずしも図7の擬似物体画像601のように直立の人である必要はなく、所定の試験項目に従って、例えば匍匐前進の人、自転車、車などでも良い。
テスト映像生成装置130の画像処理プロセッサ133は、テスト映像パラメータ139に予め入力された擬似物体画像601について、位置情報、現在時刻でのPTZ撮像装置のカメラパラメータ702、特に自動追尾中は毎フレーム更新されるパン角、チルト角および焦点距離の値、並びにテスト映像開始からの経過時刻703により、現在の時刻(フレーム)における擬似物体画像601のピクセル単位での大きさ、およびピクセル単位での位置の座標情報704を計算する。この予め入力された擬似物体画像601は、例えば、メートル単位で記載され、物体の大きさ、速度ベクトル706、侵入経路(始点、終点)は、大きさ、速度ベクトル、侵入経路(始点、終点)は、例えばPTZ撮像装置の位置を原点とするワールド座標系で表現するものする。
即ち、PTZ撮像装置101の俯角θP、回転角θT、高さh、横方向の視野角である画角θH、縦方向の視野角である画角θVを用いて、ワールド座標系の擬似物体画像の各位置を、視野範囲に含まれるカメラ座標系へ変換することができる。
例えば、時刻tにおけるワールド座標系のある点(x(t),y(t))を、カメラ座標系の点(x'(t),y'(t))に変換する一例を以下で説明する。
従って、擬似物体画像と入力画像との合成は、例えば、該擬似物体画像の下辺が式(4)にz(t)=0を代入して得られるカメラ座標に合致し、該入力画像の上辺が、式(4)にz(t)=h_objの値を代入した時に得られる座標に合致するように擬似物体画像を拡大、縮小してスケーリングする。
また、擬似物体画像の位置が、PTZ撮像装置101の画角外の場合、即ち、本実施例において擬似物体画像のカメラ座標(x'(t),y'(t))が(0,0)〜(640,480)の範囲外となる場合には、当該位置に対しては、擬似物体画像を入力画像に合成しない。
ここで、物体検出装置112の自動追尾機能により、PTZ撮像装置101の画角が変更される場合には、PTZ撮像装置101のカメラパラメータである俯角(チルト角)θP、回転角(パン角)θT、および焦点距離(ズーム倍率)fが変動し得る。PTZ撮像装置101の高さhは、本実施例では一定とする。
即ち、物体検出装置112は、物体検出装置112の自動追尾処理によるPTZ撮像装置101のカメラパラメータの初期値θP、θT、fからの変動量をそれぞれ、ΔθP、ΔθT、Δfとする場合には、擬似物体画像の位置のカメラ座標(x'(t),y'(t))は、式(1)、式(2)、式(5)、および式(6)の代わりに、式(9)、式(10)、式(11)、および式(12)を用いて算出する。
即ち、擬似物体画像601は、PTZ撮像装置101からの距離に応じてメートル単位での大きさが不変となるように、事前に入力されたカメラパラメータにより、PTZ撮像装置101からの距離に応じたピクセル単位での位置と大きさを計算し、擬似物体画像601の大きさを変換して、スケーリング後の擬似物体画像705を得て合成する。擬似物体画像705のピクセル単位での位置、大きさ、および速度は、自動追尾処理の結果に対応して毎フレーム更新される。例えば、図7では、擬似物体画像705は、速度ベクトル706の方向に移動する。
尚、擬似物体画像705の大きさおよび速度は、実物体の移動に近づけるため可変幅を持たせても良く、例えば、テスト映像パラメータ139に経過時間703に応じた大きさおよび速度の情報を格納しておき、毎フレーム変えても良い。
物体検出装置112の映像入力回路102には、PTZ撮像装置101とテスト映像生成装置130の映像出力回路137が接続されている。しかし、テスト映像自動生成装置130により合成映像701が生成される場合には、PTZ撮像装置101が撮像する入力映像よりも、テスト映像生成装置130からの合成映像701が優先して物体検出装置112に入力される。合成映像701が生成されていない場合には、テスト映像生成装置130が生成する合成映像701よりも、PTZ撮像装置101が撮像する入力映像201が優先して物体検出装置112に入力される。尚、どちらを優先させるかの判断は、物体検出装置112若しくはテスト映像生成装置130のどちらで判断しても良い。
即ち、擬似物体画像601の入力画像上での座標が(320,220)〜(350,300)、該検出の座標情報が(330,210)〜(350,295)であった場合には、各座標により描写される矩形の重複率が、例えば、80%を超える。このため、物体検出装置112による発報が擬似物体画像によるものと判断し、ワークメモリ135に合成映像による試験での検知が成功したことを記録する。一方で、擬似物体画像の合成映像を物体検出装置に入力したにもかかわらず、物体検出装置が擬似物体画像を検出したと判断できなかった場合(例えば、物体が検出されなかった場合など)には、ワークメモリ135に合成映像による試験が失敗したことを記録する。
尚、物体検出装置による発報が擬似物体画像によることが確認できた場合には、冗長なため、警報出力装置110による侵入物体を発見したことを知らせる警報を発報しないようにしても良い。
また、テスト映像生成装置130により出力する映像は、必ずしも入力映像と擬似物体画像の合成映像だけに限らず、例えば、物体検出装置がカメラ故障検知などのために入力映像の異常を判定するような機能を持つ場合などでは、意図的にカラーバー画像やホワイトノイズ画像などの異常映像を合成映像として物体検出装置112に対して入力するようにしても良い。
図8においては、図1で示したテスト映像パラメータ139に加え、擬似ノイズの種類とその量などを示す擬似ノイズパラメータ801を設ける。例えば、ゴマ塩ノイズを発生確率5%で付加するとした場合には、入力画像304の全画素に対して2.5%の確率で輝度値0を、2.5%の確率で輝度値255を付与し、疑似ノイズ画像802を生成し、PTZ撮像装置101が撮像した入力画像304と合成して、合成画像803を得る。
試験統括装置901は、物体検出装置112に適応するための二値化しきい値や大きさの上限と下限、滞在時間などの画像処理パラメータ902の1組以上の組み合わせ、テスト映像生成装置に適応するための擬似物体画像の大きさや速度や経路、および擬似的に付加するノイズ量などのテスト映像条件139の1組以上の組み合わせを記憶する手段、および物体検出装置とテスト映像生成装置に対してそれらを出力する手段を有する。
試験統括装置901に対して、ユーザが監視条件などを図示しない指示装置(図1参)を介して入力する。これにより、試験統括装置901は、各画像処理パラメータ902と各テスト映像パラメータ139の組み合わせで画像処理装置の試験を実施する。実施した結果、検出率や誤検出数などの試験結果からユーザが指定した監視条件に沿う範囲で最も優れていた画像処理パラメータを判断する手段を持つ。
ユーザが監視条件として、例えばゴマ塩ノイズ5%以下の環境下でコントラスト10以上の物体を99%以上の精度で検出する目的で、試験統括装置901にパラメータを入力する。この場合には、試験統括装置901は、例えば、テスト映像パラメータ139として、ノイズ量0%、1%、3%、5%、時間帯昼、夜、コントラスト10、25、50、行動パターン歩行、走行、ほふく前進の条件において、高さを1.7m相当にスケーリングした侵入物体921、922、923を、侵入経路924、925、926の各条件を総当りで侵入者検出試験を実施し、全組み合わせ648通りを、各3回ずつ試行する。
図11の表931は、侵入物体921によるパラメータセットAの画像処理パラメータの組み合わせであり、その他、侵入物体922によるパラメータセットBの画像処理パラメータの組み合わせ、侵入物体923によるパラメータセットBの画像処理パラメータの組み合わせがある(図12参照。)。
また、画像処理装置のパラメータについては、予め定められたパラメータの組み合わせをパラメータセットとし、例えば、二値化時の物体と背景のコントラストのしきい値、検出する物体の大きさ(例えば、物体高さの上限および下限)、速度(例えば、物体速度の上限および下限)、並びに滞在時間を設定可能である。
図12にパラメータセット表941の一例を示す。パラメータセットの数は、この表941より増えても良く、試験結果に応じて数値の異なるパラメータセットを自動生成し、追試験を実施するようにしても良い。
本実施例では、ユーザは、例えば、検出率99%以上を所望しているため、検出率99%以上で誤検出数の最も少ないパラメータセットAが真のパラメータとして選択される。
尚、最適なパラメータセットの選択は必ずしも全試行数における検出率と誤検出数で判断される必要はなく、例えばノイズなしの状態で検出率100% 誤検出0.0件/日、ノイズ1%〜5%で検出率98.0% 誤検出0.5件/日というように、条件を複数設定できるようにしても良い。
Claims (2)
- 監視領域を撮像し、該撮像した画像を入力画像として出力するPTZ撮像装置と、該PTZ撮像装置で撮影した入力映像を処理して該監視領域の物体を検出し物体検出結果として出力する手段、および検出した対象を追尾するために前記PTZ撮像装置の画角や焦点距離を制御するカメラパラメータを出力する手段を有する物体検出装置と、該カメラパラメータに基づいて前記PTZ撮像装置のパン角、チルト角およびズーム倍率を制御するカメラ制御装置と、前記物体検出装置の動作を確認するためのテスト映像を生成するテスト映像生成装置と、前記物体検出結果を表示する表示装置とを備えた監視システムであって、
前記テスト映像生成装置は、前記入力画像に対して予め定めた疑似的に侵入物体の画像を合成する合成手段を有し、該生成した合成画像を前記物体検出装置に出力し、
前記物体検出装置は、前記合成画像が入力された場合に、その物体検出結果を前記表示装置に出力することを特徴とする監視システム。 - 請求項1記載の監視システムにおいて、前記物体検出装置の動作試験やパラメータ調整を実行し、所定の画像処理試験を実施するためにテスト映像自動生成手段で生成すべき合成映像を決定して出力する手段、前記物体検出装置に所定の複数の組み合わせのパラメータを出力する手段、前記物体検出装置より前記物体検出結果を入力され前記物体検出装置のパラメータの組み合わせごとの試験結果を集計する手段、および該試験結果に基づいて前記物体検出装置のパラメータを決定して設定する試験統括手段を備えたことを特徴とする監視システム。
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