JP2014182248A - 合焦位置検出装置、合焦位置検出方法及び合焦位置検出用コンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】合焦位置検出装置1は、撮像部2により生成された画像に写っている移動物体を検出する検出部21と、画像上での移動物体の位置の遷移を表す追跡情報を更新するトラッキング部22と、複数の追跡情報のそれぞれについて、その追跡情報に示された画像上での移動物体の各位置のボケ度合いを表す指標を算出するボケ指標算出部23と、複数の追跡情報のそれぞれについて、その追跡情報に示された画像上での移動物体の各位置におけるボケ度合いの指標の比較結果と画像上の各位置に対応する撮像部2からの距離に応じて、撮像部2の合焦位置が含まれる範囲を推定する個別合焦範囲推定部24と、複数の追跡情報のそれぞれについて推定された範囲が一致する部分内で合焦位置を推定する合焦位置推定部25とを有する。
【選択図】図4
Description
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
図1(a)では、監視範囲100の略中央に合焦範囲101が位置していたので、図2(a)に示されるように、画像200上でも、合焦範囲101に対応する領域201は画像200の略中央に位置する。一方、図1(b)では、合焦範囲101は、監視範囲100の後方にずれていたので、図2(b)に示されるように、画像200上では、合焦範囲101に対応する領域201は画像200の上端側に位置している。そのため、その領域201内に写っている移動物体210は鮮鋭であるが、画像200の下端側、すなわち、監視範囲100の前側端近傍(例えば、図1(b)の領域102内)に位置している移動物体211はボケている。このように、画像上でエッジが鮮鋭になっているところとエッジが不鮮明になっているところが分かれば、カメラ2の合焦位置はある程度推定できる。
そこで、本実施形態による合焦位置検出装置は、一定の周期で監視範囲を撮影するカメラから、その撮影ごとの画像を取得して、各画像を解析することにより、複数の画像にわたって写っている移動物体を検出する。そして合焦位置検出装置は、移動物体ごとに、画像上に写っている位置とエッジ強度の関係から、合焦位置が含まれる範囲を推定する。そしてこの合焦位置検出装置は、複数の移動物体のそれぞれごとに推定された合焦位置が含まれる範囲を重ね合わせて合焦位置が含まれる範囲を絞り込むことで、撮像部の合焦位置を推定する。
位置の遷移を表す追跡情報を更新する。
そのために、トラッキング部22は、例えば、ナンバープレートが検出された画像上の領域内での特徴点を検出し、その特徴点に基づいてオプティカルフローなどのトラッキング手法を適用することにより、画像間で同一のナンバープレート同士を対応付ける。なお、特徴点は、例えば、Harrisオペレータといったコーナー検出器により検出されるコーナーとすることができる。あるいは、トラッキング部22は、他の様々なトラッキング手法の何れかを利用して、複数の画像にわたって、それら画像から検出されたナンバープレートを追跡してもよい。
また、検出部21によって車両番号が認識されている場合には、トラッキング部22は、同一の車両番号に対応するナンバープレート同士を対応付けることで、ナンバープレートを追跡してもよい。
なお、トラッキング部22は、最新の画像から検出されたナンバープレートのうち、過去の画像から検出されたナンバープレートの何れにも対応しないナンバープレートについては、新たに検出されたものとして、追跡情報も新たに生成する。
ボケ指標算出部23は、ボケ指標として、例えば、ナンバープレート内の文字が写っている前景画素と、前景画素に隣接する文字が写っていない背景画素間の輝度値差の絶対値の平均値あるいは中央値を算出する。なお、ボケ指標算出部23は、例えば、ナンバープレートが写っている領域内の各画素の輝度値を2値化閾値と比較し、2値化閾値以上の輝度値を持つ画素を前景画素、2値化閾値未満の輝度値を持つ画素を背景画素としてもよい。2値化閾値は、例えば、ナンバープレートが写っている領域内の各画素の輝度値の平均値であってもよく、あるいは、判別分析法によって定められてもよい。
図6(a)〜図6(c)は、それぞれ、同一のナンバープレートが二つの画像で検出された場合の、そのナンバープレートについてのそれぞれの画像でのボケ指標とカメラ2の合焦位置との関係を示す図である。図6(a)〜図6(c)において、横軸はカメラ2からの距離を表す。また黒丸601は、二つの画像からそれぞれ算出されたボケ指標のうち、相対的に低い方のボケ指標を表し、白丸602は、相対的に高い方のボケ指標を表す。さらに、四角603は、二つの画像からそれぞれ算出されたボケ指標が同程度である場合のボケ指標を表す。
一方、合焦位置の最大誤差P1/2及び合焦範囲の最大誤差|L1-L0|/2のうち、小さい方が予め設定された許容範囲外であれば、合焦位置推定部25は、合焦位置が十分に絞り込めていないと判定する。そして合焦位置推定部25は、所定期間の間、追跡情報が追加で蓄積されるのを待つ。そして所定期間が経過した後に、合焦位置推定部25は、所定期間の開始前に求められていた追跡情報だけでなく、所定期間中に追加された追跡情報も利用して、再度、合焦位置及び合焦範囲を絞り込む。
例えば、合焦位置の推定範囲の中点または合焦範囲が含まれる推定範囲の中点をxとして、その点xから実際の合焦位置までの誤差の最大値をd(=min(P1/2, |L1-L0|/2))とする。そして、所望の合焦位置をyとする。上記の推定結果により、実際の合焦位置zは、x-d≦z≦x+dを満たす範囲内にある。ここで、フォーカシング調整により、推定された合焦位置xから合焦位置をyに移動させるよう、合焦位置が(y-x)だけ調整されるとする。この場合、調整後の実際の合焦位置wは、y-d≦w≦y+dを満たす範囲にある。ここで、認識精度が仕様を満たせる合焦位置の誤差の最大値がcであるとすると、d≦cであれば、y-c≦w≦y+cとなるので、認識精度が仕様を満たせる。そこで許容範囲は、認識精度が仕様を満たせる合焦位置の誤差の最大値cに設定される。
例えば、合焦位置の推定範囲の中点または合焦範囲が含まれる推定範囲の中点をxとして、その点xから実際の合焦位置までの誤差の最大値をd(=min(P1/2, |L1-L0|/2))とする。そして、所望の合焦位置をyとする。上記の推定結果により、実際の合焦位置zは、x-d≦z≦x+dを満たす範囲内にある。ここで、x<yであるとすると、所望の合焦位置から実際の合焦位置までのずれ量aは、次式で表される。
y-x-d < a < y-x+d (ただし、x+d<y) (1)
0 ≦ a < y-x+d (ただし、x+d≧y) (2)
フォーカシング調整により、推定された合焦位置xから合焦位置をyに移動させるよう、合焦位置が(y-x)だけ調整されるとする。この場合、調整後の実際の合焦位置wは、y-d≦w≦y+dを満たす範囲にある。そのため、所望の合焦位置から修正後の合焦位置までのずれ量bは、0 < b < dの範囲に含まれる。したがって、上記の(2)式の場合には、a < bとなり得るので、合焦位置の絞り込みは十分でない。一方、(1)式の場合には、b ≦ aとなるためには、d ≦y-x-dとなる必要がある。したがって、d ≦ (y-x)/2であれば、修正後の合焦位置の方が修正前の合焦位置よりも所望の合焦位置から離れることはない。なお、x>yの場合も、同じ結果となる。そこで許容範囲は、合焦位置の修正量の1/2に設定される。
例えば、推定された合焦位置をxとして、その点xから実際の合焦位置までの誤差の最大値をd(=min(P1/2, |L1-L0|/2))とする。そして、所望の合焦位置をyとする。上記の推定結果により、実際の合焦位置zは、x-d≦z≦x+dを満たす範囲内にある。ここで、x<yであるとすると、所望の合焦位置から実際の合焦位置までのずれ量aは、a < y-x+dを満たす。ここで、認識精度が仕様を満たせる合焦位置のずれ量の最大値がcであるとすると、a≦cとなためには、y-x+d < cとなる必要がある。なお、y ≦ xの場合も、同様である。そこで閾値は、認識精度が仕様を満たせる合焦位置のずれ量の最大値cから、誤差の最大値dを減じた値に設定される。
なお、カメラ2に近いほど、被写界深度は狭くなるので、推定された合焦位置がカメラ2に近いほど、フォーカシング調整部26は、合焦位置を調整するか否かを判定するための閾値を小さくしてもよい。
制御部13は、カメラ2から画像を取得する(ステップS101)。以下では、説明の便宜上、カメラ2から得られた最新の画像を現画像と呼ぶ。そして制御部13の検出部21は、現画像から認識対象の移動物体を検出する(ステップS102)。そして制御部13のトラッキング部22は、現画像に基づいて検出された移動物体の位置と、過去の画像に基づいて検出された画像の位置などを用いて、移動物体ごとの追跡情報を更新する(ステップS103)。
また、制御部13のボケ指標算出部23は、現画像から検出された移動物体に基づいて、カメラ2からその移動物体までの距離に対応する画像上の位置でのボケ指標を算出する(ステップS104)。そしてボケ指標算出部23は、そのボケ指標を対応する追跡情報に追加する。
一方、その一致する部分の幅が許容範囲以内であれば(ステップS108−Yes)、合焦位置推定部25は、その一致する部分の中点を推定された合焦位置として、制御部13のフォーカシング調整部26へ通知する。
ステップS110の後、あるいは、ステップS109にてずれ量が閾値以下のとき(ステップS109−No)、制御部13は、合焦位置検出処理を終了する。
2 カメラ(撮像部)
11 カメラインターフェース部
12 記憶部
13 制御部
21 検出部
22 トラッキング部
23 ボケ指標算出部
24 個別合焦範囲推定部
25 合焦位置推定部
26 フォーカシング調整部
Claims (10)
- 撮像部により生成された画像を取得する度に、該画像に写っている移動物体を検出する検出部と、
複数の前記画像にわたって前記移動物体を追跡することで、前記画像上での前記移動物体の位置の遷移を表す追跡情報を更新するトラッキング部と、
複数の前記追跡情報を記憶する記憶部と、
前記複数の追跡情報のそれぞれについて、当該追跡情報に示された前記画像上での前記移動物体の各位置のボケ度合いを表す指標を算出するボケ指標算出部と、
前記複数の追跡情報のそれぞれについて、当該追跡情報に示された前記画像上での前記移動物体の各位置における前記指標を比較し、該比較結果と前記画像上の各位置に対応する前記撮像部からの距離に応じて、前記撮像部の合焦位置が含まれる第1の範囲を推定する個別合焦範囲推定部と、
複数の前記追跡情報のそれぞれについて推定された前記第1の範囲が一致する第1の部分を求め、当該第1の部分内で前記合焦位置を推定する合焦位置推定部と、
を有する合焦位置検出装置。 - 所望の合焦位置から前記推定された合焦位置までのずれ量を算出し、当該ずれ量が所定量よりも大きい場合に、当該ずれ量を打ち消すフォーカシングの調整量を求めるフォーカシング調整部と、
前記フォーカシングの調整量を前記撮像部へ出力するインターフェース部とをさらに有する、請求項1に記載の合焦位置検出装置。 - 前記所定量は、前記撮像部により生成された画像から検出対象となる移動物体を検出する際の検出精度の条件を満たせる前記ずれ量の最大値である、請求項2に記載の合焦位置検出装置。
- 前記個別合焦範囲推定部は、前記追跡情報に含まれる、前記画像上の移動物体の位置に対応する前記撮像部から前記移動物体までの距離のうち、時間的に連続する二つの画像のそれぞれから得られた距離についての前記指標間の差の絶対値を求め、当該差の絶対値の最大値に対応する二つの距離の中点を境界とし、かつ、当該二つの距離のうちのボケ度合いが小さい方の前記指標の値に対応する距離を含むように、前記第1の範囲を設定する、請求項1〜3の何れか一項に記載の合焦位置検出装置。
- 前記個別合焦範囲推定部は、前記撮像部の焦点が合っている範囲である合焦範囲が、時間的に連続する二つの画像のそれぞれから得られた前記画像上の移動物体の位置に対応する前記撮像部から前記移動物体までの距離についての前記指標間の差の絶対値の最大値に対応する二つの距離のうち、ボケ度合いが大きい方の前記指標の値に対応する距離を境界とし、かつ、他方の距離を含む第2の範囲に含まれると判定する、請求項1〜4の何れか一項に記載の合焦位置検出装置。
- 前記合焦位置推定部は、複数の前記追跡情報のそれぞれについて推定された前記第2の範囲が一致する第2の部分を求め、当該第2の部分内に前記合焦範囲が含まれると推定する、請求項5に記載の合焦位置検出装置。
- 前記合焦位置推定部は、前記第1の部分の幅の半分を前記合焦位置の誤差の最大値とし、当該最大値が所定の閾値よりも大きい場合、当該第1の部分の決定後の所定期間内に取得された複数の画像から検出された移動物体について生成された追加の追跡情報を利用して、再度前記第1の部分を求める、請求項1〜3の何れか一項に記載の合焦位置検出装置。
- 前記合焦位置推定部は、前記第1の部分の幅の半分と、前記第2の部分の幅と前記合焦範囲の差の半分とのうちの小さい方を、前記合焦位置の誤差の最大値とし、当該最大値が所定の閾値よりも大きい場合、当該第1及び第2の部分の決定後の所定期間内に取得された複数の画像から検出された移動物体について生成された追加の追跡情報を利用して、再度前記第1及び第2の部分を求める、請求項6に記載の合焦位置検出装置。
- 撮像部により生成された画像を取得する度に、該画像に写っている移動物体を検出し、
複数の前記画像にわたって前記移動物体を追跡することで、前記画像上での前記移動物体の位置の遷移を表す追跡情報を更新して記憶部に記憶し、
前記記憶部に記憶された複数の前記追跡情報のそれぞれについて、当該追跡情報に示された前記画像上での前記移動物体の各位置のボケ度合いを表す指標を算出し、
前記記憶部に記憶された複数の前記追跡情報のそれぞれについて、当該追跡情報に示された前記画像上での前記移動物体の各位置における前記指標を比較し、該比較結果と前記画像上の各位置に対応する前記撮像部からの距離に応じて、前記撮像部の合焦位置が含まれる第1の範囲を推定し、
複数の前記追跡情報のそれぞれについて推定された前記第1の範囲が一致する第1の部分を求め、当該第1の部分内で前記合焦位置を推定する、
ことを含む合焦位置検出方法。 - 撮像部により生成された画像を取得する度に、該画像に写っている移動物体を検出し、
複数の前記画像にわたって前記移動物体を追跡することで、前記画像上での前記移動物体の位置の遷移を表す追跡情報を更新して記憶部に記憶し、
前記記憶部に記憶された複数の前記追跡情報のそれぞれについて、当該追跡情報に示された前記画像上での前記移動物体の各位置のボケ度合いを表す指標を算出し、
前記記憶部に記憶された複数の前記追跡情報のそれぞれについて、当該追跡情報に示された前記画像上での前記移動物体の各位置における前記指標を比較し、該比較結果と前記画像上の各位置に対応する前記撮像部からの距離に応じて、前記撮像部の合焦位置が含まれる第1の範囲を推定し、
複数の前記追跡情報のそれぞれについて推定された前記第1の範囲が一致する第1の部分を求め、当該第1の部分内で前記合焦位置を推定する、
ことをコンピュータに実行させるための合焦位置検出用コンピュータプログラム。
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