JP2015169961A - 検知システム、検知システムの信号処理方法、および、煙感知器 - Google Patents
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Abstract
【課題】煙を高い検知率で高精度に検知することが可能な検知システム、検知システムの信号処理方法、および、煙感知器を提供する。【解決手段】検知システム10は、特定時間ごとの第3演算部1307の演算結果の第1の平均値を求める第1平均算出部1310と、特定時間を複数に分割した分割時間ごとの第3演算部1307の演算結果の第2の平均値を求める第2平均値算出部1311と、特定時間で分割時間とともに第1の平均算出部で算出された第1の平均値と第2の平均算出部で算出された第2の平均値とが交差する回数を取得する交差回数取得部1313と、交差回数取得部の取得結果において、特定時間で交差回数が複数回存在する場合、煙として検知する検知部1314と、を有する。【選択図】図1
Description
本発明は、たとえば、撮像装置を用いて被写体の状態を検知する検知システム、検知システムの信号処理方法、および、この検知システムを採用した煙感知器に関するものである。
白熱電球や蛍光灯等の光源、または、その光源によって照射された被写体をCCD(Charge Coupled Device)等が搭載された撮像装置を用いて撮像するとき、撮像画像に明暗の縞模様等が生じ、撮像装置にとって被写体が何であるかを判別することが困難な場合がある。
これは、一般に、インターレース方式の撮像装置ではフィールド周波数が60Hz程度であるのに対し、光源の変調周波数は100Hzまたは120Hz程度であり、商用の電源周波数(50Hzまたは60Hz)によっては、撮像のタイミングにずれが生じるからである。
このような問題を解決すべく、たとえば、特許文献1に示す撮像装置が開示されている。この特許文献1によれば、撮像装置が光源の変調周波数よりも高いフレームレートで被写体を撮像する。
ところで、市場に広く流通している一般的な撮像装置では、NTSC(National Television System Committee)方式またはPAL(Phase Alternating Line standard)方式に対応しているものが大多数である。たとえば、NTSC方式では、インターレース走査でフィールド周波数が約60Hz、フレームレート(フレーム周波数)が30Hzと定められている。
したがって、特許文献1が開示する撮像装置のように、一般的な撮像装置を用いてフレームレートを上げることは困難である。
したがって、特許文献1が開示する撮像装置のように、一般的な撮像装置を用いてフレームレートを上げることは困難である。
そこで、特許文献2に示す検知システムでは、光源の輝度を撮像装置の走査面周期の所定数倍で変化させ、撮像装置がこの光源によって照射された被写体を撮像する。
これにより、被写体を鮮明に撮像することができるだけでなく、撮像装置のフレームレート自体を上げる必要がないため、市場に広く流通している一般的な撮像装置を用いることができる。
これにより、被写体を鮮明に撮像することができるだけでなく、撮像装置のフレームレート自体を上げる必要がないため、市場に広く流通している一般的な撮像装置を用いることができる。
しかしながら、特許文献2が開示する検知システムでは、光源の点滅周波数と撮像装置の走査周波数とが非同期であるため、撮像装置におけるジッタ等の影響により、被写体を誤検知する場合があった。
この場合には、テレビジョン受像機に映し出された撮像画面がちらつき、不鮮明となる。
そのため、光源の点滅周波数と撮像装置の走査周波数とが非同期であっても、撮像対象の光源またはその光源によって照射された被写体を高精度に検知し、撮像対象を鮮明に撮像することができる検知システムが望まれていた。
この場合には、テレビジョン受像機に映し出された撮像画面がちらつき、不鮮明となる。
そのため、光源の点滅周波数と撮像装置の走査周波数とが非同期であっても、撮像対象の光源またはその光源によって照射された被写体を高精度に検知し、撮像対象を鮮明に撮像することができる検知システムが望まれていた。
この要望に対して、特許文献3が開示する煙検知システムでは、(n−1)フレーム目の演算結果とnフレーム目の演算結果を比較し、nフレーム目の演算結果が(n−1)フレーム目の演算結果により低下した場合、輝度レベル変動したとして、煙として判断している。
しかしながら、特許文献3が開示する煙検知システムでは、煙と似たような、輝度レベルが低下する方向に変動するものがあれば、全て煙と判断してしまい、誤検知率が比較的高いという不利益がある。
また、どの程度低下したら判断すべきか、という閾値を決めることも難しい。
たとえば霧といったようなものである。
霧は一般的に空間全体を一定レベルの輝度に低下させるが、煙は煙の濃度が高い(濃い)、低い(薄い)と、時系列の変動していることが多い。したがって、上記閾値を決めることが難しく、誤検知率を下げることが困難である。
たとえば霧といったようなものである。
霧は一般的に空間全体を一定レベルの輝度に低下させるが、煙は煙の濃度が高い(濃い)、低い(薄い)と、時系列の変動していることが多い。したがって、上記閾値を決めることが難しく、誤検知率を下げることが困難である。
本発明は、煙を高い検知率で高精度に検知することが可能な検知システム、検知システムの信号処理方法、および、煙感知器を提供することにある。
本発明の第1の観点の検知システムは、撮像を実行する撮像部と、輝度が上記撮像部の走査面周期の所定倍周期で変化する光源と、上記撮像部が上記光源または被写体を撮像したときの出力信号を所定走査面周期ごとに取得し、m(m=1,2,…)番目と(m+2)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第1の時間平均値を算出し、(m+1)番目と(m+3)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第2の時間平均値を算出する前処理部と、上記前処理部が算出した上記第1の時間平均値と上記第2の時間平均値とに基づいて、上記光源または上記被写体の状態を検知するための演算を実行し、連続するフレーム間の輝度差分を求める後処理部と、特定時間ごとの上記後処理部の演算結果の第1の平均値を求める第1平均値算出部と、上記特定時間を複数に分割した分割時間ごとの上記後処理部の演算結果の第2の平均値を求める第2平均値算出部と、上記特定時間で上記分割時間とともに上記第1平均値算出部で算出された第1の平均値と上記第2平均値算出部で算出された第2の平均値とが交差する回数を取得する交差回数取得部と、上記交差回数取得部の取得結果において、上記特定時間で交差回数が複数回存在する場合、煙として検知する検知部とを有する。
好適には、上記検知部は、上記後処理部の演算結果が煙として検知可能な変化と異なる変化がある場合、煙検出条件外として煙と判定しない。
好適には、上記検知部は、上記特定時間における演算結果にあらかじめ設定した第1閾値以下の値が存在する場合は煙検出条件外とする。
好適には、上記検知部は、上記特定時間における、上記第2の平均値の時間軸変化率があらかじめ設定した第2閾値以上の割合で変化する場合は煙検出条件外とする。
好適には、上記検知部は、上記特定時間における演算結果があらかじめ設定した第3閾値以下であった場合、煙として判定し、上記特定時間の演算結果が上記第3閾値以下でなく、上記特定時間における上記第2の平均値の時間軸変化率が上記第2閾値以上の割合で変化する場合は煙でないと判定し、上記特定時間の演算結果が上記第3閾値以下でなく、上記特定時間における上記第2の平均値の時間軸変化率が上記第2閾値以上の割合で変化しない場合には、煙として判定する。
好適には、上記前処理部の上記第1の時間平均値および上記第2の時間平均値のうち、いずれか一方の絶対値の低下量が許容低下量を超えた場合には、補正指示信号を出力する補正指示部を有し、上記後処理部は、上記補正指示部の上記補正指示信号を受信した場合には、上記第1の時間平均値および上記第2の時間平均値のうち、絶対値が低下した方の時間平均値を上記低下量が上記許容低下量以下となるように補正し、上記演算を実行する。
好適には、システム全体の制御を司る主制御部と、上記撮像部で撮像した画像を記録する記録装置と、上記記録装置に記録された画像伝送を含めて上位装置側とデータのやり取りを行うデータ伝送装置と、を有する。
本発明の第2の観点の検知システムの信号処理方法は、光源と、上記光源または上記光源によって照射された被写体を撮像する撮像部とを有する検知システムの信号処理方法であって、上記光源の輝度を上記撮像部の走査面周期の所定倍周期で変化させる第1のステップと、上記撮像部の出力信号を所定走査面周期ごとに取得する第2のステップと、上記第2のステップで取得した上記出力信号から、m番目と(m+2)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第1の時間平均値を算出し、(m+1)番目と(m+3)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第2の時間平均値を算出する第3のステップと、上記第3のステップで算出した上記第1の時間平均値と上記第2の時間平均値とに基づいて、上記光源または上記被写体の状態を検知するための演算を実行し、連続するフレーム間の輝度差分を求める第4のステップと、特定時間ごとの上記第4のステップの演算結果の第1の平均値を求める第5のステップと、上記特定時間を複数に分割した分割時間ごとの上記第4のステップの演算結果の第2の平均値を求める第6のステップと、上記特定時間で前記分割時間とともに上記第5のステップで算出された第1の平均値と上記第6のステップで算出された第2の平均値とが交差する回数を取得する第7のステップと、上記第7のステップの取得結果において、上記特定時間で交差回数が複数回存在する場合、煙として検知する第8のステップとを有する。
本発明の第3の観点の煙感知器は、撮像を実行する撮像部と、上記撮像部に対向して上記撮像部の撮像範囲内に設置され、輝度が上記撮像部の走査面周期の所定倍周期で変化する、少なくとも一の光源と、上記撮像部が上記光源を撮像し、上記光源の光量に応じて出力した出力信号レベルの変化を検出し、かつ、上記出力信号レベルが規定範囲外の場合に、煙を感知した旨の感知信号を出力する信号処理部とを有し、上記信号処理部は、上記撮像部が上記光源または被写体を撮像したときの出力信号を所定走査面周期ごとに取得し、m(m=1,2,…)番目と(m+2)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第1の時間平均値を算出し、(m+1)番目と(m+3)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第2の時間平均値を算出する前処理部と、上記前処理部が算出した上記第1の時間平均値と上記第2の時間平均値とに基づいて、上記光源または上記被写体の状態を検知するための演算を実行し、連続するフレーム間の輝度差分を求める後処理部と、特定時間ごとの上記後処理部の演算結果の第1の平均値を求める第1平均値算出部と、上記特定時間を複数に分割した分割時間ごとの上記後処理部の演算結果の第2の平均値を求める第2平均値算出部と、上記特定時間で上記分割時間とともに上記第1平均値算出部で算出された第1の平均値と上記第2平均値算出部で算出された第2の平均値とが交差する回数を取得する交差回数取得部と、上記交差回数取得部の取得結果において、上記特定時間で交差回数が複数回存在する場合、煙として検知する検知部とを有する。
本発明によれば、煙を高い検知率で高精度に検知することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
(第1実施形態)
[検知システム10の構成例]
図1は、本発明の第1実施形態に係る検知システムの構成例を示す概略ブロック図である。
図1に図示するように、検知システム10は、光源11、撮像部12、信号処理部13を有する。
この信号処理部13は、輝度信号(撮像信号)抽出部1301、調節部1302、第1演算部1303、第2演算部1304、FIFO(First-In First-Out)1305、FIFO1306、第3演算部1307、補正指示部1308、および記憶部1309を有する。
信号処理部13は、さらに、第1平均値算出部1310、第2平均値算出部1311、第2平均値格納部1312、交差回数取得部1313、および検知部1314を有する。
[検知システム10の構成例]
図1は、本発明の第1実施形態に係る検知システムの構成例を示す概略ブロック図である。
図1に図示するように、検知システム10は、光源11、撮像部12、信号処理部13を有する。
この信号処理部13は、輝度信号(撮像信号)抽出部1301、調節部1302、第1演算部1303、第2演算部1304、FIFO(First-In First-Out)1305、FIFO1306、第3演算部1307、補正指示部1308、および記憶部1309を有する。
信号処理部13は、さらに、第1平均値算出部1310、第2平均値算出部1311、第2平均値格納部1312、交差回数取得部1313、および検知部1314を有する。
ここで、本発明の構成要素と本実施形態の構成要素との対応関係について述べる。
本発明の前処理部は、第1演算部1303および第2演算部1304に対応する。
本発明の後処理部は、第3演算部1307に対応する。
本発明の第1の時間平均値は、時間平均SACに対応し、本発明の第2の時間平均値は、時間平均SBDに対応する。
本発明に第1の平均値は平均値Styp1に対応しm第2の平均値は平均値Styp2に対応する。
本発明の前処理部は、第1演算部1303および第2演算部1304に対応する。
本発明の後処理部は、第3演算部1307に対応する。
本発明の第1の時間平均値は、時間平均SACに対応し、本発明の第2の時間平均値は、時間平均SBDに対応する。
本発明に第1の平均値は平均値Styp1に対応しm第2の平均値は平均値Styp2に対応する。
検知システム10は、基本的に、撮像対象の光源11または光源11によって照射された被写体OBJを検知し、撮像対象を鮮明に撮像することができるシステムである。本実施形態の特徴として、検知システム10では、被写体OBJ以外に動きのある不要な動体物があっても、この動体物を除去して、撮像対象を鮮明に撮像することができる。
そして、本実施形態の検知システム10は、撮像対象の光源またはその光源によって照射された被写体を鮮明に撮像することができることはもとより、煙を高い検知率で高精度に検知することができる。
検知システム10は、この煙の高検知率を達成するために、第3演算部1307の演算結果(nフレーム目と(n−1)フレーム目の輝度差分結果)の、ある特定時間TS1の演算結果である第1の平均値Styp1と、特定時間TS1をN分割した分割時間TS2(TS1=TS2×N)における第2の平均値Styp2を求め、さらに特定時間TS1において分割時間TS2で区切られた時間とともに、第2の平均値Styp2と第1の平均値Styp1の交差回数を求め(取得し)、その交差回数がM回(たとえば2回)以上であった場合に煙と判定する煙検知器としての機能を有している。
検知システム10は、この煙の高検知率を達成するために、信号処理部13に、第1平均値算出部1310、第2平均値算出部1311、第2平均値格納部1312、交差回数取得部1313、および検知部1314が配置されている。
検知システム10は、この煙の高検知率を達成するために、第3演算部1307の演算結果(nフレーム目と(n−1)フレーム目の輝度差分結果)の、ある特定時間TS1の演算結果である第1の平均値Styp1と、特定時間TS1をN分割した分割時間TS2(TS1=TS2×N)における第2の平均値Styp2を求め、さらに特定時間TS1において分割時間TS2で区切られた時間とともに、第2の平均値Styp2と第1の平均値Styp1の交差回数を求め(取得し)、その交差回数がM回(たとえば2回)以上であった場合に煙と判定する煙検知器としての機能を有している。
検知システム10は、この煙の高検知率を達成するために、信号処理部13に、第1平均値算出部1310、第2平均値算出部1311、第2平均値格納部1312、交差回数取得部1313、および検知部1314が配置されている。
光源11は、たとえば、LED(Light Emitting Diode)で構成されている。光源11は、被写体OBJを照射し、その輝度が撮像部12のフィールド周期の4n(n=1,2,…)倍周期で変化(点滅)する。
撮像部12は、たとえば、固体撮像素子としてのCCD121で構成されている。CCD121は、たとえば、単板補色フィルタを有し、フィールド蓄積型インターライン転送を行うものである。
撮像部12は、光源11または光源11によって照射された被写体OBJを撮像し、光電変換によって受光量に応じたアナログ信号(色信号)を生成する。そして、撮像部12は、これをAD(Analog-to-Digital)変換器等でアナログ信号からデジタル信号に変換(AD変換)した後、このデジタル信号を撮像信号S1として信号処理部13の輝度信号抽出部1301に出力する。
撮像部12は、光源11または光源11によって照射された被写体OBJを撮像し、光電変換によって受光量に応じたアナログ信号(色信号)を生成する。そして、撮像部12は、これをAD(Analog-to-Digital)変換器等でアナログ信号からデジタル信号に変換(AD変換)した後、このデジタル信号を撮像信号S1として信号処理部13の輝度信号抽出部1301に出力する。
なお、テレビジョン方式はNTSC(National Television System Committee)方式であり、走査方式はインターレース方式であるものとする。この場合、水平周波数は15.734kHzであり、フィールド周波数(垂直周波数)は59.94Hzである。
信号処理部13は、撮像部12からnフィールドごとに撮像信号S1が入力されると、以下の各部で所定の信号処理を行う。
輝度信号抽出部1301は、撮像部12から撮像信号S1が入力されると、これから輝度信号を抽出する。そして、輝度信号抽出部1301は、この抽出した輝度信号Yを調節部1302に出力する。
調節部1302は、輝度信号Yの信号レベルの調節を有効にする有効モードと、この信号レベルの調節を無効にする無効モードとを有する。
有効モードでは、調節部1302は、第1演算部1303、第2演算部1304および第3演算部1307における演算で、オーバーフローによって演算が破綻しないように、輝度信号抽出部1301から入力された輝度信号Yの信号レベルを調節する。
そして、調節部1302は、信号レベルを調節した輝度信号S2を第1演算部1303と第2演算部1304とに出力する。
無効モードでは、調節部1302は、輝度信号Yの信号レベルを調節せずに、これをそのまま輝度信号S2として第1演算部1303と第2演算部1304とに出力する。
そして、調節部1302は、信号レベルを調節した輝度信号S2を第1演算部1303と第2演算部1304とに出力する。
無効モードでは、調節部1302は、輝度信号Yの信号レベルを調節せずに、これをそのまま輝度信号S2として第1演算部1303と第2演算部1304とに出力する。
第1演算部1303は、調節部1302から輝度信号S2が入力されると、同一の画素領域において、m(m=1,2,…)番目のフィールドにおける輝度信号レベルと、(m+2)番目とのフィールドにおける輝度信号レベルとの差の時間平均を画素単位で算出する。そして、第1演算部1303は、この時間平均を演算結果AとしてFIFO1305と、補正指示部1308とに出力する。
第2演算部1304は、調節部1302から輝度信号S2が入力されると、同一の画素領域において、(m+1)番目のフィールドにおける輝度信号レベルと、(m+3)番目のフィールドにおける輝度信号レベルとの差の時間平均を画素単位で算出する。そして、第2演算部1304は、この時間平均を演算結果BとしてFIFO1306と、補正指示部1308とに出力する。
FIFO1305およびFIFO1306は、互いにフレーム同期で動作する。
FIFO1305は、第1演算部1303から入力された画素ごとの演算結果Aを入力順に1フレーム分格納する。
FIFO1306は、第2演算部1304から入力された画素ごとの演算結果Bを入力順に1フレーム分格納する。
そして、FIFO1305は、演算結果Aを第3演算部1307に順次出力し、FIFO1306は、演算結果Bを第3演算部1307に順次出力する。なお、FIFO1305およびFIFO1306の記憶内容は、適宜クリアされる。
FIFO1305は、第1演算部1303から入力された画素ごとの演算結果Aを入力順に1フレーム分格納する。
FIFO1306は、第2演算部1304から入力された画素ごとの演算結果Bを入力順に1フレーム分格納する。
そして、FIFO1305は、演算結果Aを第3演算部1307に順次出力し、FIFO1306は、演算結果Bを第3演算部1307に順次出力する。なお、FIFO1305およびFIFO1306の記憶内容は、適宜クリアされる。
第3演算部1307は、FIFO1305から演算結果Aが入力され、FIFO1306から演算結果Bが入力されると、演算結果Aの2乗と演算結果Bの2乗との和SUM(=A2+B2)を画素単位で算出する。詳細には、和SUMは、後述するように、時間平均SACの2乗と、時間平均SBDの2乗との和SUM(=SAC 2+SBD 2)である。
ただし、第3演算部1307は、補正指示部1308が出力した補正指示信号S3を受信した場合には、演算結果Aおよび演算結果Bのうち、いずれか一方の演算結果を補正した後、和SUMを算出する。この補正については後述する。
そして、第3演算部1307は、この和SUMを演算結果Cとして第1平均値算出部1310および第2平均値算出部に出力する。
この第3演算部1307の演算結果Cは、nフレーム目と(n−1)フレーム目の輝度差分の結果に相当する。
そして、第3演算部1307は、この和SUMを演算結果Cとして第1平均値算出部1310および第2平均値算出部に出力する。
この第3演算部1307の演算結果Cは、nフレーム目と(n−1)フレーム目の輝度差分の結果に相当する。
補正指示部1308は、第1演算部1303から入力された演算結果Aと、第2演算部1304から入力された演算結果Bとを監視し、後で図4に関連付けて説明するように、演算結果Aまたは演算結果Bの値が、0または限りなく0に近い値に収束した場合に、この値の補正を指示する補正指示信号S3を第3演算部1307に出力する。
第3演算部1307は、補正指示信号S3を受信した場合には、所望の演算結果Cとなるように、演算結果Aまたは演算結果Bを補正した後、和SUMを算出する。
第3演算部1307は、補正指示信号S3を受信した場合には、所望の演算結果Cとなるように、演算結果Aまたは演算結果Bを補正した後、和SUMを算出する。
記憶部1309は、たとえば、不揮発性の記憶デバイスまたはランダムアクセス可能な記憶デバイスで構成されている。
記憶部1309には、補正指示部1308によって参照される補正データが格納されている。この補正データは、後述する許容量αに関するデータである。
記憶部1309には、補正指示部1308によって参照される補正データが格納されている。この補正データは、後述する許容量αに関するデータである。
第1平均値算出部1310は、特定時間(たとえば1秒)TS1ごとの第3演算部1307の演算結果Cの第1の平均値Styp1を求める(算出する)。
第1の平均値StyP1は次の(1)式で算出することができる。
第1の平均値StyP1は次の(1)式で算出することができる。
ここで、F1は上記した特定時間TS1内の撮像部分のフレーム数を示す。
第1平均値算出部1310は、算出した第1の平均値Styp1を交差回数取得部1313に出力する。
第1平均値算出部1310は、算出した第1の平均値Styp1を交差回数取得部1313に出力する。
第2平均値算出部1311は、上記した特定時間(たとえば1秒)TS1を複数にN分割した分割時間TS2ごとの第3演算部1307の演算結果Cの第2の平均値Styp2を求める(算出する)。
つまり、この第2の平均値Styp2は特定時間TS1内においてはN個存在し、特定時間TS1におけるk番目の平均値Styp2kは次の(2)式で算出することができる。
つまり、この第2の平均値Styp2は特定時間TS1内においてはN個存在し、特定時間TS1におけるk番目の平均値Styp2kは次の(2)式で算出することができる。
ここで、F2は特定時間TS1をN分割した分割時間TS2の撮像部分のフレーム数(F2=F1/N)を示す。
第2平均値算出部1311は、算出した第2の平均値Styp2を第2平均値格納部1312に格納する。
第2の平均値Styp2kは特定時間TS1においてN個存在するので、それらを一時的に保存できる第2平均値格納部1312が設けられている。
第2平均値格納部1312に格納された第2の平均値Styp2kは交差回数取得部1313に供給される。
第2平均値算出部1311は、算出した第2の平均値Styp2を第2平均値格納部1312に格納する。
第2の平均値Styp2kは特定時間TS1においてN個存在するので、それらを一時的に保存できる第2平均値格納部1312が設けられている。
第2平均値格納部1312に格納された第2の平均値Styp2kは交差回数取得部1313に供給される。
交差回数取得部1313は、特定時間TS1で分割時間TS2とともに、第1平均値算出部1310で算出された第1の平均値Styp1と第2平均値算出部1311で算出された第2の平均値Styp2(k)とが交差する回数を取得する。
交差回数取得部1313は、取得した交差回数を検知部1314に出力する。
交差回数取得部1313は、取得した交差回数を検知部1314に出力する。
検知部1314は、交差回数取得部1313の取得結果において、特定時間TS1で交差回数があらかじめ設定した複数の回数(たとえば2回)存在する場合、煙として検知する。
検知部1314は、交差回数取得部1313の取得結果において、特定時間TS1で交差回数が設定した複数の回数未満である場合、煙ではなく、霧等であるとして検知する。
検知部1314は、交差回数取得部1313の取得結果において、特定時間TS1で交差回数が設定した複数の回数未満である場合、煙ではなく、霧等であるとして検知する。
このように、検知システム10は、この煙の高検知率を達成するために、第3演算部1307の演算結果(nフレーム目と(n−1)フレーム目の輝度差分結果)の、ある特定時間TS1の演算結果である第1の平均値Styp1と、特定時間TS1をN分割した分割時間TS2(TS1=TS2×N)における第2の平均値Styp2を求め、さらに特定時間TS1において分割時間TS2で区切られた時間とともに、第2の平均値Styp2と第1の平均値Styp1の交差回数を求め(取得し)、その交差回数がM回(たとえば2回)以上であった場合に煙と判定する煙検知器としての機能を有している。
以下、煙の高検知率を達成する具体的な処理について説明する。
以下、煙の高検知率を達成する具体的な処理について説明する。
上述したように、第1平均値算出部1310、および第2平均値算出部1311に入力される信号は、撮像部(カメラ)12で一定のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)で撮影された画像の輝度信号のnフレーム目と(n−1)フレーム目の輝度差分結果である。
第3演算部1307からは撮像部分のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)に相当する個数の演算結果が毎秒出力される。
このとき、第1平均値算出部1310において、ある特定時間(たとえば1秒間)TS1ごとの第3演算部1307の演算結果の第1の平均値Styp1を上記(1)式により求める。
さらに並行して、第2平均値算出部1311において、特定時間TS1をN分割された分割時間TS2ごとの第3演算部1307の演算結果の第2の平均値Styp2を求める。
この第2の平均値は特定時間TS1内においてはN個存在し、特定時間TS1におけるk番目の第2の平均値Styp2kは上記(2)式により求める。
第3演算部1307からは撮像部分のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)に相当する個数の演算結果が毎秒出力される。
このとき、第1平均値算出部1310において、ある特定時間(たとえば1秒間)TS1ごとの第3演算部1307の演算結果の第1の平均値Styp1を上記(1)式により求める。
さらに並行して、第2平均値算出部1311において、特定時間TS1をN分割された分割時間TS2ごとの第3演算部1307の演算結果の第2の平均値Styp2を求める。
この第2の平均値は特定時間TS1内においてはN個存在し、特定時間TS1におけるk番目の第2の平均値Styp2kは上記(2)式により求める。
図2は、秒間30フレームの撮像カメラで撮影した第3演算部1307の演算結果Cを示す図である。
図2において、横軸がフレーム数を、縦軸が演算結果Cを示している。
図2において、横軸がフレーム数を、縦軸が演算結果Cを示している。
図2の演算結果Cの特性曲線CRVは、煙の発生を撮影した結果を示しており、60フレーム弱の時間TMから煙が発生している。
煙が発生していないとき(60フレーム弱前まで)は、演算結果は一定値を保っているが、煙が発生すると、演算結果Cは上下にふらついている(揺らいでいる)。
煙が発生していないとき(60フレーム弱前まで)は、演算結果は一定値を保っているが、煙が発生すると、演算結果Cは上下にふらついている(揺らいでいる)。
図3は、本実施形態において算出した第1の平均値Styp1と第2の平均値Styp2をグラフ化して示す図である。
図3は、特定時間TS1=1秒とし(つまり、F1=30)、分割時間TS2=0.066秒(つまり、F2=2、N=15分割)としたときの第1の平均値Styp1および第2の平均値Styp2をグラフ化して示している。
図3において、横軸がフレーム数を、縦軸が演算結果である平均値(輝度レベル)を示している。
図3中、Pで示すステップ状の曲線が第1の平均値Styp1の遷移を、Qで示す曲線が第2の平均値Styp2の遷移を示している。また、符号CLSは第1の平均値Styp1の遷移曲線Pと第2の平均値Styp2の遷移曲線Qとの交差部分を示している。
図3は、特定時間TS1=1秒とし(つまり、F1=30)、分割時間TS2=0.066秒(つまり、F2=2、N=15分割)としたときの第1の平均値Styp1および第2の平均値Styp2をグラフ化して示している。
図3において、横軸がフレーム数を、縦軸が演算結果である平均値(輝度レベル)を示している。
図3中、Pで示すステップ状の曲線が第1の平均値Styp1の遷移を、Qで示す曲線が第2の平均値Styp2の遷移を示している。また、符号CLSは第1の平均値Styp1の遷移曲線Pと第2の平均値Styp2の遷移曲線Qとの交差部分を示している。
図3に示すように、たとえば第1の平均値Styp1はF1=30フレーム毎に1個算出されるが、グラフ上では見やすいように、F1=30フレーム間隔で同じ第1の平均値Styp1の値をグラフ化している(第2の平均値Styp2についても同様である)。
通常、煙が発生し、輝度レベル(演算結果)が徐々に下がっていく場合、図3のグラフで見ると、30〜60フレーム、および60〜90フレーム(それぞれ特定時間TS1)のように第1の平均値Styp1および第2の平均値Styp2は下がり、第1の平均値Styp1と第2の平均値Styp2の時間軸交差は、各区間で交差部CLS1、CLS2の各1点しかない。
しかしながら、90フレーム〜の区間を見ると、第1の平均値Styp1は、前の60〜90フレームの第1の平均値より下がっているが、第2の平均値Styp2は第1の平均値Styp1の値を上がったり、下がったりしており、時間軸交差が、その区間で交差部CLS3、CLS4、CLS5の2個以上存在する。
この交差の回数を交差回数取得部1313で計測する。
この交差の回数を検知部1314で判定し、交差回数が複数回存在すれば煙と判断する。
しかしながら、90フレーム〜の区間を見ると、第1の平均値Styp1は、前の60〜90フレームの第1の平均値より下がっているが、第2の平均値Styp2は第1の平均値Styp1の値を上がったり、下がったりしており、時間軸交差が、その区間で交差部CLS3、CLS4、CLS5の2個以上存在する。
この交差の回数を交差回数取得部1313で計測する。
この交差の回数を検知部1314で判定し、交差回数が複数回存在すれば煙と判断する。
ところで、上述したように、光源11は、輝度が撮像部12のフィールド周期の4n倍周期で変化しており、光源の点滅周波数と撮像部12の走査(フィールド)周波数とが非同期である。
したがって、撮像部12あるいは信号処理部13にて発生したジッタ等の影響により、点滅周波数と走査周波数とのズレ(単に、周波数のズレという)が生じると、演算結果Aおよび演算結果Bの値が、互いに異なる周期で0または限りなく0に近い値に収束しやすい。この状態を図4に関連付けて説明する。
したがって、撮像部12あるいは信号処理部13にて発生したジッタ等の影響により、点滅周波数と走査周波数とのズレ(単に、周波数のズレという)が生じると、演算結果Aおよび演算結果Bの値が、互いに異なる周期で0または限りなく0に近い値に収束しやすい。この状態を図4に関連付けて説明する。
図4(A)〜(C)は、本発明の第1実施形態に係る補正指示部の機能を説明するための図である。図4(A)は演算結果Aの例を示し、図4(B)は演算結果Bの例を示し、図4(C)は演算結果Cの例を示す。
なお、図4(A)〜(C)において、縦軸は演算結果A〜Cの値を各々示し、横軸は時間を示す。図4(C)において、実線は演算結果A,Bを用いて算出して補正した演算結果Cを示し、破線は補正を行わずに演算結果A,Bを用いて算出された演算結果Cを示す。
図4(A)、(B)には、たとえば、光源11の発光周波数を15Hzとし、撮像部12のフィールド周波数を60Hzとした場合の演算結果Aおよび演算結果Bの例が図示されている。演算結果Aおよび演算結果Bは、2つのフィールド間の輝度信号レベル差の時間平均であり((10)式、(11)式参照)、それらの値は、時間t1までは、たとえば、−50または50程度の値をとる。
図4(C)に図示するように、演算結果Cは、いずれも、A2+B2によって算出されるため正の値をとる。ただし、図4(C)には、演算結果C(=SUM=A2+B2)の平方根を採った場合の値が図示されている。
図4(C)に図示するように、演算結果Cは、いずれも、A2+B2によって算出されるため正の値をとる。ただし、図4(C)には、演算結果C(=SUM=A2+B2)の平方根を採った場合の値が図示されている。
上述した周波数のズレが生じた場合、図4(A)に図示するように、演算結果Aの値が、たとえば、時間t1の近傍にて限りなく0に収束する。
図4(B)に図示するように、周波数のズレによって値が限りなく0に収束する周期で見た場合の時間が、時間t2は時間t1に対して約1/4周期遅れている。
図4(B)に図示するように、周波数のズレによって値が限りなく0に収束する周期で見た場合の時間が、時間t2は時間t1に対して約1/4周期遅れている。
その結果、演算結果Aおよび演算結果Bをそのまま使用して演算結果Cを算出すれば、図4(C)の破線で示すように、時間t1および時間t2の近傍で、他の時間における演算結果Cに比べて局所的に小さな値をとる。
詳細には、図4(C)に図示するように、演算結果Cは、時間t0付近では、およそ50程度の値をとるが、時間t1および時間t2の近傍にて周波数のズレが生じた場合、演算結果Cの値は、およそ30程度にまで低下する。
これは、和SUM=A2+B2を算出する際に、演算結果Aが限りなく0に近い場合には(A≒0)、和SUMがC≒02+B2=B2となり、演算結果Bが限りなく0に近い場合には(B≒0)、和SUMがC≒A2+02=A2となるためである。
詳細には、図4(C)に図示するように、演算結果Cは、時間t0付近では、およそ50程度の値をとるが、時間t1および時間t2の近傍にて周波数のズレが生じた場合、演算結果Cの値は、およそ30程度にまで低下する。
これは、和SUM=A2+B2を算出する際に、演算結果Aが限りなく0に近い場合には(A≒0)、和SUMがC≒02+B2=B2となり、演算結果Bが限りなく0に近い場合には(B≒0)、和SUMがC≒A2+02=A2となるためである。
そのため、時間t1および時間t2の近傍における演算結果Cの値と、他の時間における値との間に局所的なギャップΔGが発生する。
ギャップΔGは、周期的に発生する。たとえば、光源11を、その発光周波数が15Hzとなるように、4MHzの水晶振動子を内蔵し、プログラムが可能なマイクロコンピュータ(いわゆるPICマイコン)を用いて構成した場合には、ギャップΔGは、およそ13秒周期で発生する。
ギャップΔGは、周期的に発生する。たとえば、光源11を、その発光周波数が15Hzとなるように、4MHzの水晶振動子を内蔵し、プログラムが可能なマイクロコンピュータ(いわゆるPICマイコン)を用いて構成した場合には、ギャップΔGは、およそ13秒周期で発生する。
ただし、第2演算部1304が輝度信号S2に対して行う演算は、第1演算部1303が輝度信号S2に対して行う演算よりも、およそ1/4周期遅延(位相がπ/2遅延)して行われるため、演算結果Aおよび演算結果Bが同時に0または限りなく0に近い値に収束することはない。これは、光源11の輝度が撮像部12のフィールド周期の4n倍周期で変化しているためである。
周波数のズレが発生した場合には、ギャップΔGが発生し、検知部1314にて被写体OBJが誤検知される可能性がある。この場合には、最終的に得られる撮像画像が不鮮明となる。
光源11の点滅周波数と撮像部12の走査周波数とが非同期である以上、このような周波数のズレ自体を回避することは困難であるが、ギャップΔGを埋めるように、即ち、図4(C)の実線で示す演算結果Cとなるように、演算結果Aまたは演算結果Bの値を補正することは可能である。
光源11の点滅周波数と撮像部12の走査周波数とが非同期である以上、このような周波数のズレ自体を回避することは困難であるが、ギャップΔGを埋めるように、即ち、図4(C)の実線で示す演算結果Cとなるように、演算結果Aまたは演算結果Bの値を補正することは可能である。
具体的には、図4(A)〜(C)に図示するように、時間t1の近傍では、演算結果Aの値が、演算結果Bの値よりも小さい。したがって、この演算結果Aの値が演算結果Bの値と同程度であれば、演算結果Cを算出した段階で、ギャップΔGの発生を防止すことができる。
同様に、時間t2の近傍では、演算結果Bの値が、演算結果Aの値よりも小さい。したがって、この演算結果Bの値が演算結果Aの値と同程度であれば、演算結果Cを算出した段階で、ギャップΔGの発生を抑制することができる。
同様に、時間t2の近傍では、演算結果Bの値が、演算結果Aの値よりも小さい。したがって、この演算結果Bの値が演算結果Aの値と同程度であれば、演算結果Cを算出した段階で、ギャップΔGの発生を抑制することができる。
そこで、補正指示部1308は、第1演算部1303から入力された演算結果Aと、第2演算部1304から入力された演算結果Bとを監視し、演算結果Aまたは演算結果Bの値が、0または限りなく0に近い値に収束した場合に、この値の補正を指示する補正指示信号S3を第3演算部1307に出力する。
第3演算部1307は、補正指示信号S3を受信した場合には、図4(C)の実線で示す演算結果Cとなるように、演算結果Aまたは演算結果Bを補正した後、和SUMを算出する。
[CCD121の詳細]
ここで、CCD121の構造を図5に関連づけて説明する。
図5は、本発明の第1実施形態に係るCCDの構造を説明するための概略模式図である。
ここで、CCD121の構造を図5に関連づけて説明する。
図5は、本発明の第1実施形態に係るCCDの構造を説明するための概略模式図である。
図5に図示するように、CCD121は、複数のフォトダイオード(PD)1211、垂直転送CCD1212、水平転送CCD1213、および増幅器1214を有する。
各フォトダイオード1211は、画素領域においてマトリクス状に配列されている。垂直ライン方向に配列されたフォトダイオード1211は、列ごとに電荷を転送するための垂直転送CCD1212に各々接続されている。各垂直転送CCD1212の一端は、電荷を増幅部に転送するための水平転送CCD1213に各々接続されている。水平転送CCD1213の出力側には増幅器1214が接続されている。
インターレース方式では、1フレーム(1画面)は、奇数フィールドと偶数フィールドとで構成される。
光源11が放射する光がフォトダイオード1211に入射されると、フォトダイオード1211は、光電変換によって光を電荷に変換し、電荷蓄積時間にこれを蓄積する。この間、フォトダイオード1211と垂直転送CCD1212との間は、各々電気的に遮断されている。
光源11が放射する光がフォトダイオード1211に入射されると、フォトダイオード1211は、光電変換によって光を電荷に変換し、電荷蓄積時間にこれを蓄積する。この間、フォトダイオード1211と垂直転送CCD1212との間は、各々電気的に遮断されている。
電荷蓄積時間の終了後、フォトダイオード1211と垂直転送CCD1212と間が導通する。すると、フォトダイオード1211に蓄積された電荷は、垂直転送CCD1212に転送される。
この直後に、フォトダイオード1211と垂直転送CCD1212と間は遮断され、フォトダイオード1211は、次の電荷の蓄積を開始する。
この直後に、フォトダイオード1211と垂直転送CCD1212と間は遮断され、フォトダイオード1211は、次の電荷の蓄積を開始する。
ところで、垂直転送CCD1212に転送された電荷は、1水平ライン毎に水平転送CCD1213に転送される。この転送の周波数は、CCD121の水平走査周波数15.734kHzである。
増幅器1214は、水平転送CCD1213から電荷が入力されると、これをアナログ信号として増幅し、これをAD変換器(不図示)等に出力する。増幅されたアナログ信号は、AD変換器等によってデジタル信号に変換された後、撮像信号S1として信号処理部13に出力される。
なお、フォトダイオード1211が電荷を蓄積し、これを垂直転送CCD1212に転送するまでの転送周波数は、59.94Hzである。
なお、フォトダイオード1211が電荷を蓄積し、これを垂直転送CCD1212に転送するまでの転送周波数は、59.94Hzである。
図6は、図5に図示されるCCD121の時系列を説明するための図である。
図6に示すように、フォトダイオード1211による電荷の蓄積の開始から終了までの電荷蓄積時間をΔT1とする。また、電荷がフォトダイオード1211から垂直転送CCD1212へ転送されるまでの転送時間をΔT2とする。
図6に示すように、フォトダイオード1211による電荷の蓄積の開始から終了までの電荷蓄積時間をΔT1とする。また、電荷がフォトダイオード1211から垂直転送CCD1212へ転送されるまでの転送時間をΔT2とする。
図6に図示するように、CCD121に入射した光エネルギーは、電荷蓄積時間ΔT1の間積分されながら、電荷蓄積周期ΔT=ΔT1+ΔT2=(1/59.94秒)でサンプリングされていることになる。
[輝度信号抽出部1301の詳細]
以下、信号処理部13について詳細に説明する。始めに、輝度信号抽出部1301をCCD121に関連付けて説明する。
以下、信号処理部13について詳細に説明する。始めに、輝度信号抽出部1301をCCD121に関連付けて説明する。
図7は、単板補色フィルタの色の配列を示す一例の図である。図7には、画素領域の一部が図示されている。図中のCm,nは、画素の配列を示している。
図8は、奇数フィールドOFDおよび偶数フィールドEFDにおける色信号の組み合わせの一例を示す図である。
図8は、奇数フィールドOFDおよび偶数フィールドEFDにおける色信号の組み合わせの一例を示す図である。
単板補色フィルタは、4種類のカラーフィルタで構成されている。詳細には、図7に図示するように、単板補色フィルタは、Ye(イエロ)、Cy(シアン)、Mg(マジェンタ)、およびG(グリーン)のカラーフィルタがベイヤー型の配列形態をもって構成されている。
画素の読み出しの際には、その上下の画素を加算したものが色信号として読み出しされる。加算する組み合わせは、奇数フィールドOFDと偶数フィールドEFDとで、1列ずれている。
具体的には、奇数フィールドOFDのnラインでは、画素(C1,1+C2,1)、画素(C1,2+C2,2)、画素(C1,3+C2,3)、画素(C1,4+C2,4)、画素(C1,5+C2,5)、…のように画素の上下で組み合わせられる。
偶数フィールドEFDのnラインでは、画素(C2,1+C3,1)、画素(C2,2+C3,2)、画素(C2,3+C3,3)、画素(C2,4+C3,4)、画素(C2,5+C3,5)、…のように画素の上下で組み合わされる。
偶数フィールドEFDのnラインでは、画素(C2,1+C3,1)、画素(C2,2+C3,2)、画素(C2,3+C3,3)、画素(C2,4+C3,4)、画素(C2,5+C3,5)、…のように画素の上下で組み合わされる。
即ち、図8に図示するように、奇数フィールドOFDでは、上述した画素の組み合わせで色信号が読み出される。偶数フィールドEFDでも、上述した画素の組み合わせで色信号が読み出される。
いずれのフィールドも、2画素周期で同一のYe、Cy、Mg、Gの組み合わせの色パターンが繰り返されているため、色信号は2画素周期以上の周波数に重畳して現れる。
いずれのフィールドも、2画素周期で同一のYe、Cy、Mg、Gの組み合わせの色パターンが繰り返されているため、色信号は2画素周期以上の周波数に重畳して現れる。
そこで、輝度信号抽出部1301は、2画素周期を遮断周波数とするローパスフィルタ(不図示)にこの色信号を通す。これにより、色信号が失われ、輝度信号Yが抽出される。つまり、輝度信号Yは2画素周期でサンプリングされることになる。
ところで、図7において、円形で図示される投影領域REGは、光源11による光が投影されている領域である。なお、画素C3,5、C3,6、C4,5、C4,6、C5,5、C5,6は完全に投影領域REGに含まれ、均一に光が照射されているものとする。
この場合、奇数フィールドOFDでは、(n+1)ラインの画素C3,5、C3,6、C4,5、C4,6の組み合わせによって色信号が読み出しされる。
一方、偶数フィールドEFDでは、(n+1)ラインの画素C4,5、C4,6、C5,5、C5,6の組み合わせによって色信号が読み出しされる。
一方、偶数フィールドEFDでは、(n+1)ラインの画素C4,5、C4,6、C5,5、C5,6の組み合わせによって色信号が読み出しされる。
[調節部1302の詳細]
調節部1302を図9〜図13に関連付けて説明する。
図9は、本発明の第1実施形態に係る輝度信号抽出部によって抽出された輝度信号の例を示す図である。縦軸は輝度信号Yの量子化レベルを示し、横軸はフレームFRMごとに繰り返される、1ライン(1走査線)当たり640個の画素を示す。
調節部1302を図9〜図13に関連付けて説明する。
図9は、本発明の第1実施形態に係る輝度信号抽出部によって抽出された輝度信号の例を示す図である。縦軸は輝度信号Yの量子化レベルを示し、横軸はフレームFRMごとに繰り返される、1ライン(1走査線)当たり640個の画素を示す。
先に述べたように、撮像部12は、CCD121が出力した色信号をデジタル信号に変換する。このとき、AD変換器の分解能が8ビット(bit)であるとすると、色信号は0から255のデータに量子化(デジタル化)される。
たとえば、点灯している蛍光灯の下で光源11を撮像した場合、撮像部12は、量子化した色信号を撮像信号S1として輝度信号抽出部1301に出力する。そして、輝度信号抽出部1301は、この撮像信号S1を上述したローパスフィルタに通し、図9に図示するような輝度信号Yを抽出する。
たとえば、点灯している蛍光灯の下で光源11を撮像した場合、撮像部12は、量子化した色信号を撮像信号S1として輝度信号抽出部1301に出力する。そして、輝度信号抽出部1301は、この撮像信号S1を上述したローパスフィルタに通し、図9に図示するような輝度信号Yを抽出する。
図9には、連続した3つのフレームFRMにおける輝度信号Yが図示されている。各フレームFRMのnラインにおいて、画素Cn,237付近の輝度信号Yは、光源11によるものを示し、画素Cn,591付近の輝度信号Yは、蛍光灯によるものを示す。
光源11や蛍光灯は、他の撮像対象よりも輝度が高い。このため、図9に図示するように、たとえば、画素Cn,237付近の量子化レベルは255の値をとり、画素Cn,597付近の量子化レベルも255の値をとっている。
光源11や蛍光灯は、他の撮像対象よりも輝度が高い。このため、図9に図示するように、たとえば、画素Cn,237付近の量子化レベルは255の値をとり、画素Cn,597付近の量子化レベルも255の値をとっている。
このように、輝度信号Yが8ビットのデータで表現される場合、255という値は量子化された輝度信号レベルの最大値であるが、これが本来の輝度信号レベルの最大値であるとは限らない。換言すれば、AD変換の分解能を超えた所に輝度信号レベルの最大値が存在する可能性がある。無論、AD変換の分解能が8ビット以外であっても同様である。
演算の詳細については後述するが、第1演算部1303は時間平均SACを算出し、第2演算部1304は時間平均SBDを算出し、第3演算部1307は和SUM=SAC 2+SBD 2を算出する。
これらの演算は基本的に積分演算である上、特に、第3演算部1307では、2乗和の演算が実行される。このため、輝度信号レベルの最大値がAD変換の分解能の範囲内に存在しないと、演算結果の最大値が255以内に収まらずにオーバーフローを引き起こし、演算を実行できない場合がある。
これらの演算は基本的に積分演算である上、特に、第3演算部1307では、2乗和の演算が実行される。このため、輝度信号レベルの最大値がAD変換の分解能の範囲内に存在しないと、演算結果の最大値が255以内に収まらずにオーバーフローを引き起こし、演算を実行できない場合がある。
そこで、調節部1302は、本来の輝度信号レベルの最大値が0から255という値の範囲内に収まるように、輝度信号レベルを調節する。これにより、上述した理由によるオーバーフローを抑制することができる。
ところで、NTSC方式では、RS−170A規格によって、輝度信号レベルや輝度信号の符号パラメータ等が図10および図11に図示するように定められている。
図10は、RS−170A規格による水平ブランキング期間を示す図である。
図11は、RS−170A規格による輝度信号の符号化パラメータを示す図である。
図10は、RS−170A規格による水平ブランキング期間を示す図である。
図11は、RS−170A規格による輝度信号の符号化パラメータを示す図である。
図10には、輝度信号レベルを説明するため、水平ブランキング期間が例示されている。
信号レベル(直流電圧値)の単位であるIREは、白レベルを100(%)と定めたときの相対値を表すものである。なお、140IRE=1Vppであると定めると、白レベルは100IRE=714mVである。
信号レベル(直流電圧値)の単位であるIREは、白レベルを100(%)と定めたときの相対値を表すものである。なお、140IRE=1Vppであると定めると、白レベルは100IRE=714mVである。
図10に図示するように、水平ブランキングの立ち下がり後、フロントポーチが設けられている。このフロントポーチでの信号レベルをペデスタルレベルと呼び、日本ではペデスタルレベルが輝度信号レベルの基準(0IRE)に設定される。
フロントポーチの後、走査のタイミングを決定する水平同期信号が出力される。水平同期信号レベルは−40IRE=−286mVである。バックポーチの後、色相の基準となるカラーバースト信号が出力され、走査が開始される前に、信号レベルが黒レベルに設定される。黒レベルはセットアップレベルとも呼ばれ、日本では0IREである。
フロントポーチの後、走査のタイミングを決定する水平同期信号が出力される。水平同期信号レベルは−40IRE=−286mVである。バックポーチの後、色相の基準となるカラーバースト信号が出力され、走査が開始される前に、信号レベルが黒レベルに設定される。黒レベルはセットアップレベルとも呼ばれ、日本では0IREである。
このような輝度信号は、図11に図示する符号化パラメータに従って、量子化される。AD変換の分解能が8ビットの場合、ブランキングレベルの量子化レベルは60(16進数では3Ch)、白レベルの量子化レベルは200(16進数ではC8h)である。
なお、ブランキングレベルは、黒レベル(セットアップレベル)に等しい。図11には、サンプリング周波数や有効サンプル数等も図示されている。
なお、ブランキングレベルは、黒レベル(セットアップレベル)に等しい。図11には、サンプリング周波数や有効サンプル数等も図示されている。
輝度信号Yは、色信号をそのままAD変換した撮像信号S1を基に抽出したものである。したがって、本来の輝度信号レベルの最大値が0から255という値の範囲内に収めるためには、輝度信号レベルの最大値が白レベルの200(100IRE)以下となるように調節すればよい。
更に、輝度信号レベルの最小値が黒レベルの60(0IRE)となるように調節すればよい。
更に、輝度信号レベルの最小値が黒レベルの60(0IRE)となるように調節すればよい。
具体的には、調節部1302は、図示しない記憶部に格納されている変換値テーブルを参照し、モードに応じて、輝度信号抽出部1301から入力された輝度信号Yに変換値Luを画素単位で乗じる。
ここで、変換値テーブルの具体例を図12に関連付けて説明する。
図12は、本発明の第1実施形態に係る変換値テーブルの具体例を示す図である。
図12は、本発明の第1実施形態に係る変換値テーブルの具体例を示す図である。
図12に図示するように、変換値テーブルCTBLには、モードに変換値が対応付けられている。
具体的には、無効モードでは、変換値LuはLu=1である。
有効モードでは、オーバーフローの抑制レベルが可変であり、抑制レベルごとに変換値が対応付けられている。たとえば、抑制レベルL1では、変換値LuはLu=0.703である。抑制レベルL2では、変換値LuはLu=0.625である。抑制レベルL3では、変換値LuはLu=0.546である。
具体的には、無効モードでは、変換値LuはLu=1である。
有効モードでは、オーバーフローの抑制レベルが可変であり、抑制レベルごとに変換値が対応付けられている。たとえば、抑制レベルL1では、変換値LuはLu=0.703である。抑制レベルL2では、変換値LuはLu=0.625である。抑制レベルL3では、変換値LuはLu=0.546である。
これらの変換値Luは、輝度信号レベルが黒レベルの60(0IRE)以上、かつ、白レベルの200(100IRE)以下(60≦輝度信号レベル≦200)となるように調節可能な値である。
ただし、ペデスタルレベル以下の輝度信号成分を含まないようにすることが望ましい。この場合、輝度信号レベルは、0以上、かつ、140以下である(0≦輝度信号レベル≦140)。
ただし、ペデスタルレベル以下の輝度信号成分を含まないようにすることが望ましい。この場合、輝度信号レベルは、0以上、かつ、140以下である(0≦輝度信号レベル≦140)。
たとえば、各変換値Luは、以下のようにして求めることができる。
第3演算部1307では、和SUM=A2+B2の演算が行われる。A/D変換の分解能が8ビット(256階調)であるとすると、演算結果A、Bは、√(A2+B2)≦255となる値である必要がある。
この場合、演算結果Aは、A≦180であることが望ましく、演算結果Bは、B≦180であることが望ましい。
仮に、演算結果A,Bの値が共に181であれば、√(A2+B2)の値が255を超えるため、オーバーフローが発生する。仮に、演算結果Aまたは演算結果Bのいずれかの最大値が140であれば、√(A2+B2)の値は、179.989程度に収まるため、オーバーフローが発生することはない。
第3演算部1307では、和SUM=A2+B2の演算が行われる。A/D変換の分解能が8ビット(256階調)であるとすると、演算結果A、Bは、√(A2+B2)≦255となる値である必要がある。
この場合、演算結果Aは、A≦180であることが望ましく、演算結果Bは、B≦180であることが望ましい。
仮に、演算結果A,Bの値が共に181であれば、√(A2+B2)の値が255を超えるため、オーバーフローが発生する。仮に、演算結果Aまたは演算結果Bのいずれかの最大値が140であれば、√(A2+B2)の値は、179.989程度に収まるため、オーバーフローが発生することはない。
演算結果Aまたは演算結果Bのいずれかの最大値を180であるとすれば、抑制レベルL1での変換値Luは、Lu=180/256≒0.703として求められる。
同様にして、この最大値が160であるとすれば、抑制レベルL2での変換値Luは、Lu=160/256≒0.625として求められる。
この最大値が140であるとすれば抑制レベルL3での変換値Luは、Lu=140/256≒0.546として求められる。
さらに、複数の抑制レベルを設け、抑制レベルが上がるに連れて、変換値Luの値が小さくなるようにすることもできる。
同様にして、この最大値が160であるとすれば、抑制レベルL2での変換値Luは、Lu=160/256≒0.625として求められる。
この最大値が140であるとすれば抑制レベルL3での変換値Luは、Lu=140/256≒0.546として求められる。
さらに、複数の抑制レベルを設け、抑制レベルが上がるに連れて、変換値Luの値が小さくなるようにすることもできる。
以下、画素Cm,nに対応する輝度信号レベルをYm,nのように適宜表記する。すると、輝度信号Yに変換値Luを画素単位で乗じる演算は、Y* m,n=Ym,n×Luのように表記することができる。
調節部1302は、このような演算をフレームごとに画素単位で行い、演算値Y* m,nを輝度信号S2として、第1演算部1303と第2演算部1304とに出力する。
調節部1302は、このような演算をフレームごとに画素単位で行い、演算値Y* m,nを輝度信号S2として、第1演算部1303と第2演算部1304とに出力する。
無効モードでは、変換値LuがLu=1であるので、演算値Y* m,nは、輝度信号レベルYm,nと同じである。即ち、輝度信号レベルの調節を停止したことを意味する。
有効モードでは、変換値Luの値が1よりも小さいため、演算値Y* m,nは、元の輝度信号レベルYm,nよりも小さい値となる。更に、抑制レベルが上がるに連れて、演算値Y* m,nも小さくなる。
有効モードでは、変換値Luの値が1よりも小さいため、演算値Y* m,nは、元の輝度信号レベルYm,nよりも小さい値となる。更に、抑制レベルが上がるに連れて、演算値Y* m,nも小さくなる。
以下、抑制レベルL3での演算値Y* m,nの具体例を図13に示す。
図13は、本発明の第1実施形態に係る調節部によって信号レベルが調節された輝度信号の例を示す図である。図13も図9と同様に、縦軸は輝度信号の量子化レベルを示し、横軸はフレームFRMごとに繰り返される、1ライン(1走査線)当たり640個の画素を示す。
図13は、本発明の第1実施形態に係る調節部によって信号レベルが調節された輝度信号の例を示す図である。図13も図9と同様に、縦軸は輝度信号の量子化レベルを示し、横軸はフレームFRMごとに繰り返される、1ライン(1走査線)当たり640個の画素を示す。
たとえば、輝度信号レベルYm,nの最大値が255であった場合、抑制レベルL3では変換値LuがLu=0.546であるので、演算値Y* m,nは、Y* m,n=255×0.546≒139.7となる。
抑制レベルL3では、変換値LuがおよそLu=0.5であるため、図13に図示するように、信号レベル調節後の輝度信号レベルは、元の輝度信号レベルのおよそ半分となる。このため、輝度信号レベルの最大値が140程度に収まっている。ブランキングレベルと白レベルとの幅は140である。ただし、図13において、0IRE以下の値は、無視するものとする。
図示は省略するが、抑制レベルL2の場合、変換値Luの値が抑制レベルL3のものよりも大きいため、演算値Y* m,nも抑制レベルL3におけるものよりも大きい値となる。抑制レベルL1の場合、演算値Y* m,nは、抑制レベルL2の場合よりも大きい値となる。無論、輝度信号レベルが255を超えることはない。
抑制レベルL3では、変換値LuがおよそLu=0.5であるため、図13に図示するように、信号レベル調節後の輝度信号レベルは、元の輝度信号レベルのおよそ半分となる。このため、輝度信号レベルの最大値が140程度に収まっている。ブランキングレベルと白レベルとの幅は140である。ただし、図13において、0IRE以下の値は、無視するものとする。
図示は省略するが、抑制レベルL2の場合、変換値Luの値が抑制レベルL3のものよりも大きいため、演算値Y* m,nも抑制レベルL3におけるものよりも大きい値となる。抑制レベルL1の場合、演算値Y* m,nは、抑制レベルL2の場合よりも大きい値となる。無論、輝度信号レベルが255を超えることはない。
このように、調節部1302が、信号レベルを下げるように輝度信号レベルを調節することで、輝度信号レベルの最大値をAD変換の分解能の範囲内に収めることができる。その結果、第1演算部1303、第2演算部1304あるいは第3演算部1307がオーバーフローを引き起こすことなく、演算を実行することができる。
なお、抑制レベルは、たとえば、NTSC方式やPAL方式等の放送方式、MPEG(Moving Picture Experts Group)等の動画フォーマット、撮像部12の走査周波数に基づいて、オーバーフローを引き起こさないレベルを好適に選択すればよい。
変換値Luも、上述した放送形式、動画フォーマット、撮像部12の走査周波数等に応じて決定することができる。無論、抑制レベルが上がるに連れて、変換値Luの値が1に近づくように、複数の抑制レベルを設けることもできる。
モードの種類も無効モード、有効モードに限らず、好適に改変が可能である。たとえば、放送形式、動画フォーマット、撮像部12の走査周波数等に対応したモードを設け、モードごとに、変換値Luを設定することもできる。
変換値Luも、上述した放送形式、動画フォーマット、撮像部12の走査周波数等に応じて決定することができる。無論、抑制レベルが上がるに連れて、変換値Luの値が1に近づくように、複数の抑制レベルを設けることもできる。
モードの種類も無効モード、有効モードに限らず、好適に改変が可能である。たとえば、放送形式、動画フォーマット、撮像部12の走査周波数等に対応したモードを設け、モードごとに、変換値Luを設定することもできる。
[第1演算部1303および第2演算部1304の詳細]
第1演算部1303および第2演算部1304で行われる演算について説明する。ただし、図7に図示される投影領域REGに光が投影されたものとする。
図14(A)〜(F)は、第1実施形態に係る第1演算部および第2演算部における演算処理を説明するためのタイミングチャートである。
第1演算部1303および第2演算部1304で行われる演算について説明する。ただし、図7に図示される投影領域REGに光が投影されたものとする。
図14(A)〜(F)は、第1実施形態に係る第1演算部および第2演算部における演算処理を説明するためのタイミングチャートである。
図14(A)に図示するように、nライン分の奇数フィールドOFD(A)が走査された後、nライン分の偶数フィールドEFD(B)が走査される。なお、図14(A)には、たとえば、nライン分の奇数フィールドOFD(A)が、単に「A(奇)」のように表記されている。
先に述べたように、1フレームは奇数フィールドと偶数フィールドとで構成されているため、奇数フィールドOFD(A)の走査と偶数フィールドEFD(B)の走査とで1フレームの走査が完了する。
先に述べたように、1フレームは奇数フィールドと偶数フィールドとで構成されているため、奇数フィールドOFD(A)の走査と偶数フィールドEFD(B)の走査とで1フレームの走査が完了する。
そして、nライン分の奇数フィールドOFD(C)が走査された後、nライン分の偶数フィールドEFD(D)が走査される。上述したように、奇数フィールドOFD(C)の走査と偶数フィールドEFD(D)の走査とで1フレームの走査が完了する。
投影領域REGの各画素は、ほぼ1フィールド期間、光源11が放射する光を受けて電荷を蓄積し、電荷蓄積期間後に電荷が色信号として読み出しされる。
撮像部12は、アナログの色信号にAD変換等を施し、これを撮像信号S1として輝度信号抽出部1301に出力する。
その後、輝度信号抽出部1301は、撮像部12から撮像信号S1が入力されると、これから輝度信号Yを抽出し、これを調節部1302に出力する。その後、調節部1302は、輝度信号Yの信号レベルを調節した後、これを輝度信号S2として第1演算部1303と第2演算部1304とに出力する。
撮像部12は、アナログの色信号にAD変換等を施し、これを撮像信号S1として輝度信号抽出部1301に出力する。
その後、輝度信号抽出部1301は、撮像部12から撮像信号S1が入力されると、これから輝度信号Yを抽出し、これを調節部1302に出力する。その後、調節部1302は、輝度信号Yの信号レベルを調節した後、これを輝度信号S2として第1演算部1303と第2演算部1304とに出力する。
はじめに、第1演算部1303について説明する。
第1演算部1303は、同一の画素領域において、m番目の奇数フィールドOFD(A)における輝度信号レベルと、(m+2)番目の奇数フィールドOFD(C)における輝度信号レベルとの差分の時間平均SACを算出する。
第1演算部1303は、同一の画素領域において、m番目の奇数フィールドOFD(A)における輝度信号レベルと、(m+2)番目の奇数フィールドOFD(C)における輝度信号レベルとの差分の時間平均SACを算出する。
特に、投影領域REGでは、画素C3,5、C3,6、C4,5、C4,6の組み合わせにおける奇数フィールドOFD(A)の輝度信号レベルと、この画素の組み合わせにおける奇数フィールドOFD(C)の輝度信号レベルとの差分から時間平均SACが算出される。なお、これら輝度信号レベルの差分を「輝度レベル差AC」という。
時間平均SACは、輝度レベル差ACを表す関数と、図14(D)に図示する関数W3との乗算結果の時間平均をとったものである。換言すれば、この輝度レベル差ACは、画素C3,5、C3,6、C4,5、C4,6に投影された光の時間変化であるものと捉えることができる。
ここでは、輝度レベル差ACを表す関数、即ち、光の時間変化を表す関数が、図14(F)に図示する最も単純な関数W5であるものとする。
ここでは、輝度レベル差ACを表す関数、即ち、光の時間変化を表す関数が、図14(F)に図示する最も単純な関数W5であるものとする。
ところで、関数W3は、図14(B)に図示する関数W1と、図14(C)に図示する関数W2との和を2で割ることにより算出される関数である。
先ず、関数W1および関数W2は、フーリエ級数を用いて、(3)、(4)式のように表すことができる。
先ず、関数W1および関数W2は、フーリエ級数を用いて、(3)、(4)式のように表すことができる。
(3)式に示す関数W1は、時間tおよび角速度ω2を変数とする関数であって、関数W3を導出するために使用される。
(4)式に示す関数W2も、時間tおよび角速度ω2を変数とする関数であって、後述する関数W4を導出するために使用される。
ただし、角速度ω2は、関数W1および関数W2において共通であり、(5)式に示すように、円周率πと周波数f2とによって表される。
(4)式に示す関数W2も、時間tおよび角速度ω2を変数とする関数であって、後述する関数W4を導出するために使用される。
ただし、角速度ω2は、関数W1および関数W2において共通であり、(5)式に示すように、円周率πと周波数f2とによって表される。
関数W3は、関数W1と関数W2との和を2で割ることにより求まる関数であるから、(3)式と(4)式とを用いて、(6)式のように表すことができる。
一方、光の時間変化を表す最も単純な関数W5は、正弦波を用いて(7)式のように表すことができる。
ただし、f1は正弦波の周波数であり、θは正弦波の位相差である。Aは正弦波の振幅、即ち、輝度信号レベルである。角速度ω1は、(8)式に示すように、円周率πと周波数f2とによって表される。
時間平均SACを求めるため、関数W3に関数W5を掛け合わせたものは、(9)式のように表すことができる。
時間平均SACを求めるため、関数W3に関数W5を掛け合わせたものは、(9)式のように表すことができる。
上述したように、時間平均SACは、関数W3と関数W5との乗算結果の時間平均をとったものである。(9)式を用いて、時間0から時間Tまでの時間平均をとると、(9)式の右辺にある時間tを含む項が交流信号であるため、その時間平均は0である。
したがって、(ω1−(2n−1)ω2=0)である場合、定数cosθと定数sinθとが残る。その結果、輝度レベル差ACの時間平均SACは(10)式で表される。
したがって、(ω1−(2n−1)ω2=0)である場合、定数cosθと定数sinθとが残る。その結果、輝度レベル差ACの時間平均SACは(10)式で表される。
(10)式に示すように、時間平均SACは、定数cosθと定数sinθとで表される。
輝度レベル差ACが関数W5で表される場合、第1演算部1303は、(10)式で示される演算を行って、輝度レベル差ACの時間平均SACを算出する。
輝度レベル差ACが関数W5で表される場合、第1演算部1303は、(10)式で示される演算を行って、輝度レベル差ACの時間平均SACを算出する。
次に、第2演算部1304について説明する。
第2演算部1304は、投影領域REGにおいて、(m+1)番目の偶数フィールドEFD(B)における輝度信号レベルと、(m+3)番目の偶数フィールドEFD(D)における輝度信号レベルとの差分の時間平均SBDを算出する。なお、この輝度レベルの差分を「輝度レベル差BD」という。
第2演算部1304は、投影領域REGにおいて、(m+1)番目の偶数フィールドEFD(B)における輝度信号レベルと、(m+3)番目の偶数フィールドEFD(D)における輝度信号レベルとの差分の時間平均SBDを算出する。なお、この輝度レベルの差分を「輝度レベル差BD」という。
特に、時間平均SBDは、画素C4,5、C4,6、C5,5、C5,6の組み合わせによる偶数フィールドEFD(B)と、偶数フィールドEFD(D)との輝度レベル差BDから算出される。
時間平均SBDは、輝度レベル差BDを表す関数と、図14(E)に図示する関数W4との乗算結果の時間平均をとったものである。この輝度レベル差BDも、画素C4,5、C4,6、C5,5、C5,6に投影された光の時間変化であるものと捉えることができる。
ここでも、輝度レベル差BDを表す関数、即ち、光の時間変化を表す関数が、図14(F)に図示する関数W5であるものとする。
ここでも、輝度レベル差BDを表す関数、即ち、光の時間変化を表す関数が、図14(F)に図示する関数W5であるものとする。
時間平均SBDは、時間平均SACと同様の算出方法によって求まり、(11)式で示される。
なお、関数W4は、関数W2から関数W1を引いて2で割ることにより算出される関数である。
輝度レベル差BDが関数W5で表される場合、第2演算部1304は、(11)式で示される演算を行って、輝度レベル差BDの時間平均SBDを算出する。
輝度レベル差BDが関数W5で表される場合、第2演算部1304は、(11)式で示される演算を行って、輝度レベル差BDの時間平均SBDを算出する。
そして、時間平均SACの2乗と、時間平均SBDの2乗との和SUM(=SAC 2+SBD 2)が第3演算部1307によって算出される。
この和SUMは、(10)式と(11)式とを用いて(12)式のように表すことができる。
この和SUMは、(10)式と(11)式とを用いて(12)式のように表すことができる。
(12)式に示すように、和SUMは、関数W5の位相差θに依存せず、撮像部12が受光した光の周波数f1に、f1=(2n−1)f2となる周波数成分が含まれているとき、検知部1314は、波形の成分、即ち輝度を検知する。
なお、(12)式に示す和SUMは、光の時間変化を表す関数が正弦波である場合のものである。次に、光の時間変化を表す関数の具体例を挙げる。
図15は、本発明の第1実施形態に係る光源の輝度の変化の例を示すタイミングチャートである。
図15は、本発明の第1実施形態に係る光源の輝度の変化の例を示すタイミングチャートである。
図15に図示するように、光源11は、発光周期T3で時間τの間、輝度を変化させる。なお、L1は輝度信号レベルを示す。発光周期T3は、発光周波数f3を用いると、T3=1/f3の関係が成立する。
図15に図示する関数W6は、フーリエ級数の一般式E(t)を用いて、(13)式のように表すことができる。
図15に図示する関数W6は、フーリエ級数の一般式E(t)を用いて、(13)式のように表すことができる。
(13)式に示すように、a0、an、bnは各々係数である。角速度ω3は、発光周波数f3を用いると、ω3=2πf3の関係が成立する。
関数W6は、発光周期1/f3の周期関数であるから、各係数a0、an、bnは、(14)式〜(16)式のように表すことができる。
関数W6は、発光周期1/f3の周期関数であるから、各係数a0、an、bnは、(14)式〜(16)式のように表すことができる。
(14)式〜(16)式を用いると、関数W6は、(17)式に示すフーリエ級数で表すことができる。
輝度レベル差ACが関数W6で表される場合、第1演算部1303は、(7)式に示す関数W5の代わりに(17)式に示す関数W6を用いて、(10)式で示される演算を行い、輝度レベル差ACの時間平均SACを算出する。
そして、第1演算部1303は、この時間平均SACを演算結果AとしてFIFO1305と、補正指示部1308とに出力する。FIFO1305に入力された演算結果Aは、順次第3演算部1307に出力される。
そして、第1演算部1303は、この時間平均SACを演算結果AとしてFIFO1305と、補正指示部1308とに出力する。FIFO1305に入力された演算結果Aは、順次第3演算部1307に出力される。
輝度レベル差BDが関数W6で表される場合、第2演算部1304も、(7)式に示す関数W5の代わりに(17)式に示す関数W6を用いて、(11)式で示される演算を行い、輝度レベル差BDの時間平均SBDを算出する。
そして、第2演算部1304は、この時間平均SBDを演算結果BとしてFIFO1306と補正指示部1308とに出力する。FIFO1306に入力された演算結果Bも、順次第3演算部1307に出力される。
そして、第2演算部1304は、この時間平均SBDを演算結果BとしてFIFO1306と補正指示部1308とに出力する。FIFO1306に入力された演算結果Bも、順次第3演算部1307に出力される。
[第3演算部1307の詳細]
第3演算部1307は、時間平均SACの2乗と、時間平均SBDの2乗との和SUM(=SAC 2+SBD 2)を算出する。以下、具体例を挙げて説明する。
第3演算部1307は、時間平均SACの2乗と、時間平均SBDの2乗との和SUM(=SAC 2+SBD 2)を算出する。以下、具体例を挙げて説明する。
(17)式に示すように、光源11の発光周期T3がフィールド周期の4n倍である場合、即ち、発光周波数f3がf3=f2である場合、(9)式と(17)式における奇数項で周波数が一致する。
その結果、時間平均SACの2乗と時間平均SBDの2乗との和SUMは、(18)式のように表すことができる。
その結果、時間平均SACの2乗と時間平均SBDの2乗との和SUMは、(18)式のように表すことができる。
光源11の点灯のデューティー比Dは、(19)式のように表すことができる。
したがって、(18)式に示す和SUMは、(19)式を用いて(20)式のように表すことができる。
ところで、(21)式に示される、(20)式の右辺の項は収束する。
この(21)式に示す項は、デューティー比Dに対して、図16に示す値をとる。
図17は、本発明の第1実施形態に係るデューティー比Dと和SUMとの関係を示す図である。
なお、図17は、表1に示す値に基づいて、横軸にデューティー比Dをとり、縦軸に和SUM(=SAC 2+SBD 2)をとったものである。
なお、図17は、表1に示す値に基づいて、横軸にデューティー比Dをとり、縦軸に和SUM(=SAC 2+SBD 2)をとったものである。
図17に図示するように、和SUM(=SAC 2+SBD 2)は、デューティー比D=0.5で最大となる。
デューティー比Dが最大となるとき、(20)式に示す和SUMは、(22)式のように表すことができる。
デューティー比Dが最大となるとき、(20)式に示す和SUMは、(22)式のように表すことができる。
[数17]
SUM==SAC 2+SBD 2=0.08333L12 …(22)
SUM==SAC 2+SBD 2=0.08333L12 …(22)
(22)式に示すように、光源11の発光周期T3がフィールド周期の4n倍である場合、検知部1314は、波形の成分、即ち、光の輝度を最も精度よく検知することができる。
第3演算部1307は、(19)式〜(20)式に示す演算を行い、(22)式に示すように、デューティー比Dが最大となる和SUMを画素単位で算出する。
そして、第3演算部1307は、この和SUMを演算結果Cとして第1平均値算出部1310および第2平均値算出部1311に出力する。
そして、第3演算部1307は、この和SUMを演算結果Cとして第1平均値算出部1310および第2平均値算出部1311に出力する。
[補正指示部1308の詳細]
次に、補正指示部1308の詳細について説明する。
図18は、本発明の第1実施形態に係る補正指示部の詳細な構成例を示すブロック図である。
図18に図示するように、補正指示部1308は、取得部13081、および判定出力部13082を有する。
次に、補正指示部1308の詳細について説明する。
図18は、本発明の第1実施形態に係る補正指示部の詳細な構成例を示すブロック図である。
図18に図示するように、補正指示部1308は、取得部13081、および判定出力部13082を有する。
[取得部13081の詳細]
先ず、取得部13081について説明する。
図19(A)、(B)は、本発明の第1実施形態に係る演算結果Aおよび演算結果Bの具体例を各々示す図である。
縦軸は量子化レベルを示し、横軸は時間を示す。なお、図19(A)、(B)には、演算結果Aおよび演算結果Bの各2乗値も併せて各々図示されている。
先ず、取得部13081について説明する。
図19(A)、(B)は、本発明の第1実施形態に係る演算結果Aおよび演算結果Bの具体例を各々示す図である。
縦軸は量子化レベルを示し、横軸は時間を示す。なお、図19(A)、(B)には、演算結果Aおよび演算結果Bの各2乗値も併せて各々図示されている。
図18に図示するように、取得部13081には、第1演算部1303から演算結果Aが入力され、第2演算部1304から演算結果Bが入力される。
この演算結果Aは、(10)式を用いて算出された時間平均SACであり、図19(A)に図示するような値をとる。
この演算結果Bは、(11)式を用いて算出された時間平均SBDであり、図19(B)に図示するような値をとる。
なお、演算結果Aおよび演算結果Bは、図4(A)、(B)に図示するものと同様の条件、たとえば、光源11の発光周波数を15Hzとし、撮像部12のフィールド周波数を60Hzとした場合に得られた結果である。
この演算結果Aは、(10)式を用いて算出された時間平均SACであり、図19(A)に図示するような値をとる。
この演算結果Bは、(11)式を用いて算出された時間平均SBDであり、図19(B)に図示するような値をとる。
なお、演算結果Aおよび演算結果Bは、図4(A)、(B)に図示するものと同様の条件、たとえば、光源11の発光周波数を15Hzとし、撮像部12のフィールド周波数を60Hzとした場合に得られた結果である。
上記の条件下では、演算結果Aの値は、−50または50程度の値をとり、およそ13秒周期(≒fab)で、その値が限りなく0に収束している。演算結果Bの値も、−50または50程度の値を各々とり、およそ13秒周期(≒fab)で、その値が限りなく0に収束している。
先に述べたように、第2演算部1304が輝度信号S2に対して行う演算は、第1演算部1303が輝度信号S2に対して行う演算よりも、およそ1/4周期遅延して行われるため、演算結果Bの値は、演算結果Aの値が限りなく0に収束する時間(ギャップが発生した時間)から、およそ1/4周期(fab/4)遅延して限りなく0に収束する。
無論、演算結果Aの2乗値および演算結果Bの2乗値も、各々およそ13秒周期で、その値が限りなく0に収束している。これらの各2乗値は、第3演算部1307が和SUM=A2+B2を算出する際に使用される。
先に述べたように、第2演算部1304が輝度信号S2に対して行う演算は、第1演算部1303が輝度信号S2に対して行う演算よりも、およそ1/4周期遅延して行われるため、演算結果Bの値は、演算結果Aの値が限りなく0に収束する時間(ギャップが発生した時間)から、およそ1/4周期(fab/4)遅延して限りなく0に収束する。
無論、演算結果Aの2乗値および演算結果Bの2乗値も、各々およそ13秒周期で、その値が限りなく0に収束している。これらの各2乗値は、第3演算部1307が和SUM=A2+B2を算出する際に使用される。
図20は、図19(A),(B)に図示する時間t1および時間t2付近の部分拡大図である。ただし、図20には、演算結果Aの絶対値が実線で図示され、演算結果Bの絶対値が破線で図示されている。
図20に図示するように、演算結果Aの絶対値は、たとえば、時間t1aにて低下し始め、時間t1にて限りなく0に収束し、時間t1bにて時間t1aでの値程度に復帰している。
一方、演算結果Bの絶対値は、たとえば、時間t2aにて低下し始め、時間t2にて限りなく0に収束し、時間t2bにて時間t2aでの値程度に復帰している。なお、時間t1および時間t2間は、周期fab/4に相当する。
一方、演算結果Bの絶対値は、たとえば、時間t2aにて低下し始め、時間t2にて限りなく0に収束し、時間t2bにて時間t2aでの値程度に復帰している。なお、時間t1および時間t2間は、周期fab/4に相当する。
このため、演算結果Aの絶対値と演算結果Bの絶対値との差分ΔABも、時間t1aから時間t1にかけて増大した後、時間t1bにて減少し、再び、時間t2aから時間t2にかけて増大した後、時間t2bにて減少する。
当然ながら、この差分ΔABの変動に応じて、演算結果C(SUM=A2+B2)の値も変動する。その結果、差分ΔABが大きくなる程、演算結果Cにて発生するギャップΔGも増大し、これが検知部1314における被写体OBJの誤検知を引き起こす。
この誤検知を防止するためには、差分ΔABが発生したときに、上述した補正を演算結果Aまたは演算結果Bに対して行えばよい。
当然ながら、この差分ΔABの変動に応じて、演算結果C(SUM=A2+B2)の値も変動する。その結果、差分ΔABが大きくなる程、演算結果Cにて発生するギャップΔGも増大し、これが検知部1314における被写体OBJの誤検知を引き起こす。
この誤検知を防止するためには、差分ΔABが発生したときに、上述した補正を演算結果Aまたは演算結果Bに対して行えばよい。
そこで、取得部13081は、演算結果Aの絶対値と演算結果Bの絶対値との差分ΔAB、即ち、時間平均SACの絶対値と時間平均SBDの絶対値との差分ΔABを取得する。
そして、取得部13081は、差分ΔABを取得信号Saとして判定出力部13082に出力する。
そして、取得部13081は、差分ΔABを取得信号Saとして判定出力部13082に出力する。
[判定出力部13082の詳細]
ギャップΔGの発生を防ぐには、上述した補正を行えばよいが、現実的には、被写体OBJが無い限り、差分ΔABが0になることは極めて稀であり、差分ΔABが非常に小さければ、被写体OBJが誤検知される可能性も低い。
したがって、差分ΔABが、被写体OBJの誤検知を引き起こす許容値αを越えた場合に、上述した補正を行えば、実質的には十分である。
ギャップΔGの発生を防ぐには、上述した補正を行えばよいが、現実的には、被写体OBJが無い限り、差分ΔABが0になることは極めて稀であり、差分ΔABが非常に小さければ、被写体OBJが誤検知される可能性も低い。
したがって、差分ΔABが、被写体OBJの誤検知を引き起こす許容値αを越えた場合に、上述した補正を行えば、実質的には十分である。
そこで、判定出力部13082は、取得部13081から入力された差分ΔABを記憶部1309に格納された補正データの許容量αと比較し、差分ΔABが許容量αを越えたか否かを判定する。
換言すれば、差分ΔABは、演算結果Aまたは演算結果Bの絶対値の低下量を反映したものであるため、この低下量が許容量αを越えたか否かの判定を行うものと捉えることもできる。
そして、判定出力部13082は、差分ΔABが許容量αを越えた場合に、補正を指示する補正指示信号S3を第3演算部1307に出力する。
換言すれば、差分ΔABは、演算結果Aまたは演算結果Bの絶対値の低下量を反映したものであるため、この低下量が許容量αを越えたか否かの判定を行うものと捉えることもできる。
そして、判定出力部13082は、差分ΔABが許容量αを越えた場合に、補正を指示する補正指示信号S3を第3演算部1307に出力する。
許容量αは、被写体OBJの誤検知を引き起こす値、たとえば、演算結果Aおよび演算結果Bの15%程度に設定すればよい。本実施形態では、許容量αは、たとえば、量子化レベル30に設定されている。この設定は、検知システム10の出荷段階で行ってもよいし、ユーザが設定できるようにしてもよい。
図20に図示する演算結果Aおよび演算結果Bの例では、時間t1および時間t2の近傍において、差分ΔABが許容量α(=30)を越えている(ΔAB>α)。以下、この差分ΔABが許容量αを越える範囲の時間を「補正範囲」という。
判定出力部13082は、補正範囲において、補正指示信号S3を第3演算部1307に出力する。そして、第3演算部1307は、補正範囲において、補正を行う。
判定出力部13082は、補正範囲において、補正指示信号S3を第3演算部1307に出力する。そして、第3演算部1307は、補正範囲において、補正を行う。
図20に図示するように、時間t1a〜時間t1bでは、演算結果Aの絶対値が演算結果Bの絶対値よりも小さいので、この時間において、演算結果Aの絶対値が演算結果Bの絶対値程度となるように補正すればよい。
時間t2a〜時間t2bでは、演算結果Bの絶対値が演算結果Aの絶対値よりも小さいので、この時間において、演算結果Bの絶対値が演算結果Aの絶対値程度となるように補正すればよい。
時間t2a〜時間t2bでは、演算結果Bの絶対値が演算結果Aの絶対値よりも小さいので、この時間において、演算結果Bの絶対値が演算結果Aの絶対値程度となるように補正すればよい。
そこで、第3演算部1307は、補正指示信号S3を受信した場合には、和SUMを算出する前に、演算結果Aの絶対値と演算結果Bの絶対値とを比較する。
演算結果Aの絶対値が演算結果Bの絶対値よりも小さい場合には(|A|<|B|)、第3演算部1307は、演算結果Aを使用せず、和SUM=A2+B2を算出する代わりに、和SUM=B2+B2(=SBD 2+SBD 2)を算出する。
即ち、絶対値の低下量が大きい演算結果Aを、絶対値の低下量が小さい他方の演算結果Bに置換することで、演算結果Aの絶対値が演算結果Bの絶対値程度に補正される。
即ち、絶対値の低下量が大きい演算結果Aを、絶対値の低下量が小さい他方の演算結果Bに置換することで、演算結果Aの絶対値が演算結果Bの絶対値程度に補正される。
一方、演算結果Aの絶対値が演算結果Bの絶対値よりも大きい場合には(|A|>|B|)、第3演算部1307は、演算結果Bを使用せず、和SUM=A2+B2を算出する代わりに、和SUM=A2+A2(=SAC 2+SAC 2)を算出する。
即ち、絶対値の低下量が大きい演算結果Bを、絶対値の低下量が小さい他方の演算結果Aに置換することで、演算結果Bの絶対値が演算結果Aの絶対値程度に補正される。
即ち、絶対値の低下量が大きい演算結果Bを、絶対値の低下量が小さい他方の演算結果Aに置換することで、演算結果Bの絶対値が演算結果Aの絶対値程度に補正される。
このような補正を行った場合の和SUMと、補正を行わなかった場合の和SUMとを対比させて、補正の効果を述べる。
図21は、本発明の第1実施形態に係る補正の効果を説明するための図である。縦軸は量子化レベルを示し、横軸は時間を示す。
ただし、図19(A)、(B)に図示する演算結果Aおよび演算結果Bを用いて和SUM=A2+B2を算出したものとする。
演算結果Aおよび演算結果Bに対して補正を行わなかった場合には、図21の破線で図示するように、ギャップΔGが生じている。
これは、上述したように、たとえば、Aが限りなく0に近い場合には、和SUMがSUM≒02+B2=B2として算出されるためである。
演算結果Aおよび演算結果Bに対して補正を行わなかった場合には、図21の破線で図示するように、ギャップΔGが生じている。
これは、上述したように、たとえば、Aが限りなく0に近い場合には、和SUMがSUM≒02+B2=B2として算出されるためである。
これに対し、上述の補正を行った場合には、図21の実線に図示するように、ギャップΔGが抑制されている。
その結果、安定した輝度信号を得ることできる。
その結果、安定した輝度信号を得ることできる。
[検知システム10の動作例]
次に、検知システム10の動作例について説明する。
図22および図23は、本発明の第1実施形態に係る検知システムの動作例を示すフローチャートである。
図22は、第3演算部1307で演算結果Cを得るまでの動作例を示すフローチャートである。
図23は、第3演算部1307の演算結果に基づいて行われる一連の煙検知処理を示すフローチャートである。
次に、検知システム10の動作例について説明する。
図22および図23は、本発明の第1実施形態に係る検知システムの動作例を示すフローチャートである。
図22は、第3演算部1307で演算結果Cを得るまでの動作例を示すフローチャートである。
図23は、第3演算部1307の演算結果に基づいて行われる一連の煙検知処理を示すフローチャートである。
図22に図示するように、光源11の輝度を撮像部12のフィールド周期の4n(n=1,2,…)倍周期で変化させる(ST1)。
そして、撮像部12は、光源11または光源11によって照射された被写体OBJを撮像する(ST2)。撮像部12では一定のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)で撮影された画像が得られる。
そして、撮像部12は、光源11または光源11によって照射された被写体OBJを撮像する(ST2)。撮像部12では一定のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)で撮影された画像が得られる。
その後、輝度信号抽出部1301は、撮像部12から撮像信号S1が入力されると、これから輝度信号を抽出する(ST3)。そして、輝度信号抽出部1301は、この抽出した輝度信号Yを調節部1302に出力する。
調節部1302は、輝度信号抽出部1301から入力された輝度信号Yの信号レベルを調節する(ST4)。
このとき、調節部1302は、変換値テーブルを参照し、モードに応じて、輝度信号Yに変換値Luを画素単位で乗じる(Y* m,n=Ym,n×Lu)。そして、調節部1302は、演算値Y* m,nを輝度信号S2として第1演算部1303と第2演算部1304とに出力する。
このとき、調節部1302は、変換値テーブルを参照し、モードに応じて、輝度信号Yに変換値Luを画素単位で乗じる(Y* m,n=Ym,n×Lu)。そして、調節部1302は、演算値Y* m,nを輝度信号S2として第1演算部1303と第2演算部1304とに出力する。
FIFO1305、1306をクリアした後(ST5)、第1演算部1303は、演算値Y* m,nを基に、輝度レベル差ACの時間平均SACを画素単位で算出する(ST6)。これと共に、第2演算部1304は、演算値Y* m,nを基に輝度レベル差BDの時間平均SBDを画素単位で算出する(ST6)。
そして、第1演算部1303は、時間平均SACを演算結果AとしてFIFO1305と、補正指示部1308とに出力する(ST7)。第2演算部1304は、時間平均SBDを演算結果BとしてFIFO1306と、補正指示部1308とに出力する(ST7)。
そして、第1演算部1303は、時間平均SACを演算結果AとしてFIFO1305と、補正指示部1308とに出力する(ST7)。第2演算部1304は、時間平均SBDを演算結果BとしてFIFO1306と、補正指示部1308とに出力する(ST7)。
そして、取得部13081は、時間平均SACの絶対値と時間平均SBDの絶対値との差分ΔABを取得する(ST8)。そして、取得部13081は、差分ΔABを取得信号Saとして判定出力部13082に出力する。
次に、判定出力部13082は、取得部13081から入力された差分ΔABを記憶部1309に格納された補正データの許容量αと比較し、差分ΔABが許容量αを越えたか否かを判定する(ST9)。
ステップST9において、差分ΔABが許容量αを越えていない場合には(NO)、判定出力部13082は、補正指示信号S3を第3演算部1307に出力しない。
したがって、第3演算部1307は、FIFO1305から演算結果Aが入力され、FIFO1306から演算結果Bが入力されると、演算結果Aの2乗と演算結果Bの2乗との和SUM(C=A2+B2=SAC 2+SBD 2)を画素単位で算出する(ST10)。そして、第3演算部1307は、この和SUMを演算結果Cとして第1平均値算出部1310および第2平均値算出部1311に出力する。
したがって、第3演算部1307は、FIFO1305から演算結果Aが入力され、FIFO1306から演算結果Bが入力されると、演算結果Aの2乗と演算結果Bの2乗との和SUM(C=A2+B2=SAC 2+SBD 2)を画素単位で算出する(ST10)。そして、第3演算部1307は、この和SUMを演算結果Cとして第1平均値算出部1310および第2平均値算出部1311に出力する。
一方、ステップST9において、差分ΔABが許容量αを越えた場合には(YES)、判定出力部13082は、補正を指示する補正指示信号S3を第3演算部1307に出力する。
続いて、第3演算部1307は、補正指示信号S3を受信すると、和SUMを算出する前に、演算結果A(=SAC)の絶対値と演算結果B(=SBD)の絶対値とを比較する(ST11)。
ステップST11において、演算結果Aの絶対値が演算結果Bの絶対値よりも小さい場合には(YES)、第3演算部1307は、和SUM(=A2+B2)を算出する代わりに、和SUM(=B2+B2=SBD 2+SBD 2)を算出する(ST12)。
一方、ステップST11において、演算結果Aの絶対値が演算結果Bの絶対値よりも大きい場合には(NO)、第3演算部1307は、和SUM(C=A2+B2)を算出する代わりに、和SUM(C=A2+A2=SAC 2+SAC 2)を算出する(ST13)。
第3演算部1307は、和SUMを算出した後、これを演算結果Cとして第1平均値算出部1310および第2平均値算出部1311に出力する。
第1平均値算出部1310および第2平均値算出部1311に入力される信号は、撮像部(カメラ)12で一定のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)で撮影された画像の輝度信号のnフレーム目と(n−1)フレーム目の輝度差分結果である。
第3演算部1307からは撮像部分のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)に相当する個数の演算結果が毎秒出力される。
第3演算部1307からは撮像部分のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)に相当する個数の演算結果が毎秒出力される。
このとき、第1平均値算出部1310において、ある特定時間(たとえば1秒間)TS1ごとの第3演算部1307の演算結果の第1の平均値Styp1を求める(ST14、ST15)。
これに並行して、第2平均値算出部1311において、特定時間TS1をN分割された分割時間TS2ごとの第3演算部1307の演算結果の第2の平均値Styp2が求める(ST16)。
これに並行して、第2平均値算出部1311において、特定時間TS1をN分割された分割時間TS2ごとの第3演算部1307の演算結果の第2の平均値Styp2が求める(ST16)。
第1平均値算出部1310による第1の平均値Styp1は交差回数取得部1313に直接入力され、第2平均値算出部1311による第2の平均値Styp2は第2平均値格納部1312に一旦格納されて交差回数取得部1313に入力される。
交差回数取得部1313において、特定時間TS1ごとに第1の平均値Styp1と第2の平均値Styp2の時間軸交差部の数が計測され、その結果が検知部1314に供給される。
交差回数取得部1313において、特定時間TS1ごとに第1の平均値Styp1と第2の平均値Styp2の時間軸交差部の数が計測され、その結果が検知部1314に供給される。
そして、検知部1314において、その交差の回数が複数個存在したか否かを判定し(ST17)、交差回数が複数個存在すれば煙と判断し(ST18)、複数個存在しない場合には他の特定時間(特定期間)TS1の処理に移行するものと判断し(ST19)、ステップST14からの処理に戻る。
以上のように、本第1実施形態によれば、第3演算部1307の演算結果(nフレーム目と(n−1)フレーム目の輝度差分結果)の、ある特定時間TS1の演算結果である第1の平均値Styp1と、特定時間TS1をN分割した分割時間TS2(TS1=TS2×N)における第2の平均値Styp2を求める。
さらに特定時間TS1において分割時間TS2で区切られた時間とともに、第2の平均値Styp2と第1の平均値Styp1の交差回数を求め、その交差回数がM回(たとえば2回)以上であった場合に煙と判定する。
その結果、煙を高い検知率で高精度に検知することが可能となる。
さらに特定時間TS1において分割時間TS2で区切られた時間とともに、第2の平均値Styp2と第1の平均値Styp1の交差回数を求め、その交差回数がM回(たとえば2回)以上であった場合に煙と判定する。
その結果、煙を高い検知率で高精度に検知することが可能となる。
また、第1実施形態によれば、光源の点滅周波数と撮像装置の走査周波数とが非同期であっても、撮像対象の光源またはその光源によって照射された被写体(煙)を高精度に検知することができる。
(第2実施形態)
図24は、本発明の第2実施形態に係る検知システムの構成例を示す概略ブロック図である。
図24は、本発明の第2実施形態に係る検知システムの構成例を示す概略ブロック図である。
本第2実施形態の検知システム10Aと上述した第1実施形態の検知システム10とが異なる点は、煙判定条件に、煙検出条件外とする付加条件を付加して、煙の検出率をさらに高めるように構成したことにある。
図25は、第2実施形態において煙判定条件に煙検出条件外とする付加条件を設けた理由を説明するための図である。
図26は、煙を検知した場合と人が撮像部(撮像カメラ)を瞬間的に横切った場合の演算結果の例を示す図である。
図26は、煙を検知した場合と人が撮像部(撮像カメラ)を瞬間的に横切った場合の演算結果の例を示す図である。
上述したように、第1実施形態の検知システム10は、この煙の高検知率を達成するために、特定時間TS1において分割時間TS2で区切られた時間とともに、第2の平均値Styp2と第1の平均値Styp1の交差回数を求め、その交差回数がM回(たとえば2回)以上であった場合に煙と判定するように構成されている。
しかしながら、たとえば、人が撮像部(撮像カメラ)を瞬間的に横切った場合、煙と違って光が完全に近い形で遮断されることから、演算結果Cが瞬間的に下がって急激に元に戻るといった現象が起こる。
この場合、図25に示すグラフのようになり、30〜60フレームにおける交差部分CLSが複数回存在する。
図26に示すように、人が撮像部(撮像カメラ)を瞬間的に横切った場合、演算結果Cが瞬間的に下がって急激に元に戻るといった現象が起こる。すなわち、人等が瞬間的に横切った場合、演算結果Cは、大きな傾きCL1,CL2をもって瞬間的に下がって急激に元に戻っている。
これに対して、煙を検出した場合には、図2や図26に示すように、演算結果Cは急激に戻ることはない。
この人等が瞬間的に横切った場合であって、煙判定条件に煙検出条件外とする付加条件がない場合には、煙として誤検出するおそれがある。
しかしながら、たとえば、人が撮像部(撮像カメラ)を瞬間的に横切った場合、煙と違って光が完全に近い形で遮断されることから、演算結果Cが瞬間的に下がって急激に元に戻るといった現象が起こる。
この場合、図25に示すグラフのようになり、30〜60フレームにおける交差部分CLSが複数回存在する。
図26に示すように、人が撮像部(撮像カメラ)を瞬間的に横切った場合、演算結果Cが瞬間的に下がって急激に元に戻るといった現象が起こる。すなわち、人等が瞬間的に横切った場合、演算結果Cは、大きな傾きCL1,CL2をもって瞬間的に下がって急激に元に戻っている。
これに対して、煙を検出した場合には、図2や図26に示すように、演算結果Cは急激に戻ることはない。
この人等が瞬間的に横切った場合であって、煙判定条件に煙検出条件外とする付加条件がない場合には、煙として誤検出するおそれがある。
これを回避するため、本第2実施形態においては、上記煙判定条件に下記のような条件のいずれかを煙検出条件外として付加する。
ここでは2つの付加条件を設けることができる
ここでは2つの付加条件を設けることができる
第1付加条件<1>:
第1付加条件<1>は、特定時間TS1における演算結果(上記例の場合は演算結果が30個存在)が1個でもある第1閾値VTH1以下の値が存在する場合は煙検出条件外とする。
第1付加条件<1>は、特定時間TS1における演算結果(上記例の場合は演算結果が30個存在)が1個でもある第1閾値VTH1以下の値が存在する場合は煙検出条件外とする。
第2付加条件<2>:
第2付加条件<2>は、特定時間TS1における、第2の平均値Styp2の時間軸変化率が第2閾値E1以上の割合で変化する場合は煙検出条件外とする。
第2付加条件<2>は、特定時間TS1における、第2の平均値Styp2の時間軸変化率が第2閾値E1以上の割合で変化する場合は煙検出条件外とする。
図24の検知システム10Aは、第2付加条件<2>を付加した場合の構成を示している。
検知システム10Aにおいては、信号処理部13Aに変化率算出部1315が設けられている。
変化率算出部1315は、第2平均値格納部1312に格納された第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上の割合で変化する場合は煙検出条件外であるとして、その旨を信号S4として検知部1314に供給する。
検知部1314は、その信号S4を受けると、交差回数が複数回(たとえば2回)あったとしても煙でないと判定する。
検知システム10Aにおいては、信号処理部13Aに変化率算出部1315が設けられている。
変化率算出部1315は、第2平均値格納部1312に格納された第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上の割合で変化する場合は煙検出条件外であるとして、その旨を信号S4として検知部1314に供給する。
検知部1314は、その信号S4を受けると、交差回数が複数回(たとえば2回)あったとしても煙でないと判定する。
図27は、本発明の第2実施形態に係る検知システムの動作例を示すフローチャートであって、本第3演算部の演算結果に基づいて行われる第2付加条件を適用した一連の煙検知処理を示すフローチャートである。
第1実施形態において述べたように、第1平均値算出部1310および第2平均値算出部1311に入力される信号は、撮像部(カメラ)12で一定のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)で撮影された画像の輝度信号のnフレーム目と(n−1)フレーム目の輝度差分結果である。
第3演算部1307からは撮像部分のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)に相当する個数の演算結果が毎秒出力される。
第3演算部1307からは撮像部分のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)に相当する個数の演算結果が毎秒出力される。
このとき、第1平均値算出部1310において、ある特定時間(たとえば1秒間)TS1ごとの第3演算部1307の演算結果の第1の平均値Styp1を求める(ST21、ST22)。
これに並行して、第2平均値算出部1311において、特定時間TS1をN分割された分割時間TS2ごとの第3演算部1307の演算結果の第2の平均値Styp2を求める(ST23)。
これに並行して、第2平均値算出部1311において、特定時間TS1をN分割された分割時間TS2ごとの第3演算部1307の演算結果の第2の平均値Styp2を求める(ST23)。
第1平均値算出部1310による第1の平均値Styp1は交差回数取得部1313に直接入力され、第2平均値算出部1311による第2の平均値Styp2は第2平均値格納部1312に一旦格納されて交差回数取得部1313に入力される。
交差回数取得部1313において、特定時間TS1ごとに第1の平均値Styp1と第2の平均値Styp2の時間軸交差部の数が計測され、その結果が検知部1314に供給される。
交差回数取得部1313において、特定時間TS1ごとに第1の平均値Styp1と第2の平均値Styp2の時間軸交差部の数が計測され、その結果が検知部1314に供給される。
そして、検知部1314において、その交差の回数が複数個存在したか否かを判定し(ST24)、交差回数が複数個存在すればステップST25の処理に移行し、複数個存在しない場合には他の特定時間(特定期間)TS1の処理に移行するものと判断し(ST27)、ステップST21からの処理に戻る。
ステップST25においては、変化率算出部1315で第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上の割合で変化するか否かを判定する。
ステップST25において、第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上でないと判定した場合は、煙が検出された可能性があるとして、その旨が信号S4として検知部1314に出力され、これに基づいて検知部1314で煙と判断される(ST26)。
一方、ステップST25において、第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上であると判定した場合は、煙以外のもの(たとえば人)が検出されたとして、他の特定時間(特定期間)TS1の処理に移行するものと判断し(ST27)、ステップST21からの処理に戻る。
ステップST25において、第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上でないと判定した場合は、煙が検出された可能性があるとして、その旨が信号S4として検知部1314に出力され、これに基づいて検知部1314で煙と判断される(ST26)。
一方、ステップST25において、第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上であると判定した場合は、煙以外のもの(たとえば人)が検出されたとして、他の特定時間(特定期間)TS1の処理に移行するものと判断し(ST27)、ステップST21からの処理に戻る。
第2実施形態によれば、第1実施形態よりさらに煙を高い検知率で高精度に検知することが可能となる。
(第3実施形態)
図28は、本発明の第3実施形態に係る検知システムの構成例を示す概略ブロック図である。
図28は、本発明の第3実施形態に係る検知システムの構成例を示す概略ブロック図である。
本第3実施形態の検知システム10Bと上述した第2実施形態の検知システム10Aとが異なる点は、煙判定条件に、煙検出条件外とする付加条件を付加するとともに、演算結果がある閾値以下であった場合に煙と判断する手法を併用することにより、煙の検出率をさらに高めるように構成したことにある。
上述したように、第2実施形態の検知システム10Aは、煙判定条件に下記のような条件のいずれかを煙検出条件外として付加する。
しかしながら、煙というものは演算結果が上下にふらついているものもあれば、人が遮断するように瞬時に演算結果が下がるようなものも存在する(つまり、煙の濃度が濃く、煙の勢いがあるもの)。
この場合、上記手法だけでは検出できない可能性がある。
これを解決するため、本第3実施形態においては、演算結果がある第3閾値VTH2(VTH2>VTH1)以下であった場合に煙と判断する手法を併用する。
このとき、検知部1314では、変化率算出部1315での変化率が高いものについては、閾値判定部にて閾値以下であった場合に煙検知とし、変化率が低いものについては、交差回数取得部1313での煙検知と切り分ける。
しかしながら、煙というものは演算結果が上下にふらついているものもあれば、人が遮断するように瞬時に演算結果が下がるようなものも存在する(つまり、煙の濃度が濃く、煙の勢いがあるもの)。
この場合、上記手法だけでは検出できない可能性がある。
これを解決するため、本第3実施形態においては、演算結果がある第3閾値VTH2(VTH2>VTH1)以下であった場合に煙と判断する手法を併用する。
このとき、検知部1314では、変化率算出部1315での変化率が高いものについては、閾値判定部にて閾値以下であった場合に煙検知とし、変化率が低いものについては、交差回数取得部1313での煙検知と切り分ける。
図28の検知システム10Bにおいては、信号処理部13Bに変化率算出部1315に加えて閾値判定部1316が設けられている。
変化率算出部1315は、第2平均値格納部1312に格納された第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上の割合で変化する場合は煙検出条件外であるとして、その旨を信号S4として検知部1314に供給する。
閾値判定部1316は、演算結果がある第3閾値VTH2以下であったかを示す信号S5を検知部1314に供給する。
検知部1314は、その信号S5が、演算結果Cが第3閾値VTH2以下である場合には煙と判定する。
検知部1314は、閾値判定部1316の信号S5が、演算結果Cが第3閾値VTH2以下でなく、変化率算出部1315の信号S4を受けると、交差回数が複数回(たとえば2回)あったとしても煙でないと判定する。
検知部1314は、閾値判定部1316の信号S5が、演算結果Cが第3閾値VTH2以下でなく、変化率算出部1315の信号S4が煙検出条件外でない旨を示している場合には、煙と判定する。
変化率算出部1315は、第2平均値格納部1312に格納された第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上の割合で変化する場合は煙検出条件外であるとして、その旨を信号S4として検知部1314に供給する。
閾値判定部1316は、演算結果がある第3閾値VTH2以下であったかを示す信号S5を検知部1314に供給する。
検知部1314は、その信号S5が、演算結果Cが第3閾値VTH2以下である場合には煙と判定する。
検知部1314は、閾値判定部1316の信号S5が、演算結果Cが第3閾値VTH2以下でなく、変化率算出部1315の信号S4を受けると、交差回数が複数回(たとえば2回)あったとしても煙でないと判定する。
検知部1314は、閾値判定部1316の信号S5が、演算結果Cが第3閾値VTH2以下でなく、変化率算出部1315の信号S4が煙検出条件外でない旨を示している場合には、煙と判定する。
図29は、本発明の第3実施形態に係る検知システムの動作例を示すフローチャートであって、本第3演算部の演算結果に基づいて行われる第2付加条件を適用した一連の煙検知処理を示すフローチャートである。
第1および第2実施形態において述べたように、第1平均値算出部1310および第2平均値算出部1311に入力される信号は、撮像部(カメラ)12で一定のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)で撮影された画像の輝度信号のnフレーム目と(n−1)フレーム目の輝度差分結果である。
第3演算部1307からは撮像部分のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)に相当する個数の演算結果が毎秒出力される。
第3演算部1307からは撮像部分のフレームレート(たとえば秒間30フレーム)に相当する個数の演算結果が毎秒出力される。
このとき、閾値判定部1316が演算結果Cが第3閾値VTH2以下であるか否かを判定する(ST31)。
ここで、演算結果Cが第3閾値VTH2以下である場合には、検知部1314は煙を検知したものと判定する(ST37)。
ここで、演算結果Cが第3閾値VTH2以下である場合には、検知部1314は煙を検知したものと判定する(ST37)。
一方、演算結果Cが第3閾値VTH2以下でない場合には、以下の処理を行う。
第1平均値算出部1310において、ある特定時間(たとえば1秒間)TS1ごとの第3演算部1307の演算結果の第1の平均値Styp1を求める(ST32、ST33)。
これに並行して、第2平均値算出部1311において、特定時間TS1をN分割された分割時間TS2ごとの第3演算部1307の演算結果の第2の平均値Styp2を求める(ST34)。
第1平均値算出部1310において、ある特定時間(たとえば1秒間)TS1ごとの第3演算部1307の演算結果の第1の平均値Styp1を求める(ST32、ST33)。
これに並行して、第2平均値算出部1311において、特定時間TS1をN分割された分割時間TS2ごとの第3演算部1307の演算結果の第2の平均値Styp2を求める(ST34)。
第1平均値算出部1310による第1の平均値Styp1は交差回数取得部1313に直接入力され、第2平均値算出部1311による第2の平均値Styp2は第2平均値格納部1312に一旦格納されて交差回数取得部1313に入力される。
交差回数取得部1313において、特定時間TS1ごとに第1の平均値Styp1と第2の平均値Styp2の時間軸交差部の数が計測され、その結果が検知部1314に供給される。
交差回数取得部1313において、特定時間TS1ごとに第1の平均値Styp1と第2の平均値Styp2の時間軸交差部の数が計測され、その結果が検知部1314に供給される。
そして、検知部1314において、その交差の回数が複数個存在したか否かを判定し(ST35)、交差回数が複数個存在すればステップST36の処理に移行し、複数個存在しない場合には他の特定時間(特定期間)TS1の処理に移行するものと判断し(ST38)、ステップST31からの処理に戻る。
ステップST36においては、変化率算出部1315で第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上の割合で変化するか否かを判定する。
ステップST36において、第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上でないと判定した場合は、煙が検出された可能性があるとして、その旨が信号S4として検知部1314に出力され、これに基づいて検知部1314で煙と判断される(ST37)。
一方、ステップST36において、第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上であると判定した場合は、煙以外のもの(たとえば人)が検出されたとして、他の特定時間(特定期間)TS1の処理に移行するものと判断し(ST38)、ステップST31からの処理に戻る。
ステップST36において、第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上でないと判定した場合は、煙が検出された可能性があるとして、その旨が信号S4として検知部1314に出力され、これに基づいて検知部1314で煙と判断される(ST37)。
一方、ステップST36において、第2の平均値Styp2の時間軸変化率が閾値E1以上であると判定した場合は、煙以外のもの(たとえば人)が検出されたとして、他の特定時間(特定期間)TS1の処理に移行するものと判断し(ST38)、ステップST31からの処理に戻る。
第3実施形態によれば、第2実施形態よりさらに煙を高い検知率で高精度に検知することが可能となる。
(第4実施形態)
図30は、本発明の第4実施形態に係る検知システムの構成例を示す概略ブロック図である。
図30は、本発明の第4実施形態に係る検知システムの構成例を示す概略ブロック図である。
本第4実施形態の検知システム10Cは第3実施形態の検知システム10Bに対して、全体の制御を司る主制御部としてのCPU14、撮像部12で撮像した画像を記録する記録装置15、上記システムを制御するホストPCなどの上位装置側とのやり取りを行うためのデータ伝送装置(有線、もしくは無線)16、および表示装置17を備えている。
これまで説明したとおり、本実施形態においては撮像カメラを使用している。
本第4の実施形態においては、一般的な煙感知器とは異なり、今回の構成ならではのシステム構築が可能である。
煙が検知された場合、その煙がどのような原因で発生したのかを探るのが一般である。
このとき、本検知システム10Cは、煙が発生した前後の静止画像や動画像を記録装置15に残す。
これにより、煙発生原因の特定がしやすくなる。
また、上記システムを制御するホストPCなどとのやり取りを行うためのデータ伝送装置(有線、もしくは無線)16を備え、前記記録画像の転送や、上記システムの制御プログラムのアップデートを可能とすることできる。
本第4の実施形態においては、一般的な煙感知器とは異なり、今回の構成ならではのシステム構築が可能である。
煙が検知された場合、その煙がどのような原因で発生したのかを探るのが一般である。
このとき、本検知システム10Cは、煙が発生した前後の静止画像や動画像を記録装置15に残す。
これにより、煙発生原因の特定がしやすくなる。
また、上記システムを制御するホストPCなどとのやり取りを行うためのデータ伝送装置(有線、もしくは無線)16を備え、前記記録画像の転送や、上記システムの制御プログラムのアップデートを可能とすることできる。
図31は、本発明の第4実施形態に係る検知システムにおいて、表示装置に第3演算部の演算結果を時系列にグラフ化して表示する例を示す図である。
図32は、本発明の第4実施形態に係る検知システムにおいて、表示装置に第3演算部の演算結果をバロメータで表示する例を示す図である。
図32は、本発明の第4実施形態に係る検知システムにおいて、表示装置に第3演算部の演算結果をバロメータで表示する例を示す図である。
また、本検知システム10Cにおいては、液晶表示装置等により構成される表示装置17が設けられている。
そして、本第4の実施形態の検知システム10Cでは、表示装置17に対して、図31に示すように、第3演算部1307の演算結果Cを時系列にグラフで表示したり、図32に示すように、第3演算部1307の演算結果Cをバロメータで表示する。
これにより、現時点のレベルを可視化することが可能になる。
そして、本第4の実施形態の検知システム10Cでは、表示装置17に対して、図31に示すように、第3演算部1307の演算結果Cを時系列にグラフで表示したり、図32に示すように、第3演算部1307の演算結果Cをバロメータで表示する。
これにより、現時点のレベルを可視化することが可能になる。
第3演算部1307の演算結果Cをバロメータで表示する場合、たとえば図32(A)〜(C)に示しように、定期的に出てくる演算結果の値をLED171の個数分の分解能で区切る。
そして演算結果は0〜255の値なのでLEDの個数が8個(LED171−1〜17108)であれば0〜31、32〜63、64〜95、・・、224〜255というように、たとえば8段階に区切り表示する。
図32(B)の例では、演算結果が63の場合であって、2つのLED171−1,171−2が点灯する(発光する)。
図32(C)の例では、演算結果が255の場合であって、8個のLED171−1〜171−8の全てが点灯する(発光する)。
そして演算結果は0〜255の値なのでLEDの個数が8個(LED171−1〜17108)であれば0〜31、32〜63、64〜95、・・、224〜255というように、たとえば8段階に区切り表示する。
図32(B)の例では、演算結果が63の場合であって、2つのLED171−1,171−2が点灯する(発光する)。
図32(C)の例では、演算結果が255の場合であって、8個のLED171−1〜171−8の全てが点灯する(発光する)。
このように、本第4の実施形態の本検知システム10Cにおいては、液晶表示装置等により構成される表示装置17が設けられていることから、現時点のレベルを可視化することができる。
1・・・撮像装置、10,10A〜10C・・・検知システム、11・・・光源、12・・・撮像部、13・・・信号処理部、121・・・CCD、1301…輝度信号抽出部、1302・・・調節部、1303…第1演算部、1304・・・第2演算部、1305,1306・・・FIFO、1307…第3演算部、1308・・・補正指示部、1309・・・記憶部、1310・・・第1平均値算出部、1311・・・第2平均値算出部、1312・・・第2平均値格納部、1313・・・交差回路取得部、1314・・・検知部、1315・・・変化率算出部、136・・・閾値判定部、14・・・CPU(主制御部)、15・・・記録装置、16・・・データ伝送装置、17・・・表示装置。
Claims (9)
- 撮像を実行する撮像部と、
輝度が上記撮像部の走査面周期の所定倍周期で変化する光源と、
上記撮像部が上記光源または被写体を撮像したときの出力信号を所定走査面周期ごとに取得し、m(m=1,2,…)番目と(m+2)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第1の時間平均値を算出し、(m+1)番目と(m+3)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第2の時間平均値を算出する前処理部と、
上記前処理部が算出した上記第1の時間平均値と上記第2の時間平均値とに基づいて、上記光源または上記被写体の状態を検知するための演算を実行し、連続するフレーム間の輝度差分を求める後処理部と、
特定時間ごとの上記後処理部の演算結果の第1の平均値を求める第1平均値算出部と、
上記特定時間を複数に分割した分割時間ごとの上記後処理部の演算結果の第2の平均値を求める第2平均値算出部と、
上記特定時間で上記分割時間とともに上記第1平均値算出部で算出された第1の平均値と上記第2平均値算出部で算出された第2の平均値とが交差する回数を取得する交差回数取得部と、
上記交差回数取得部の取得結果において、上記特定時間で交差回数が複数回存在する場合、煙として検知する検知部と
を有する検知システム。 - 上記検知部は、
上記後処理部の演算結果が煙として検知可能な変化と異なる変化がある場合、煙検出条件外として煙と判定しない
請求項1記載の検知システム。 - 上記検知部は、
上記特定時間における演算結果にあらかじめ設定した第1閾値以下の値が存在する場合は煙検出条件外とする
請求項2記載の検知システム。 - 上記検知部は、
上記特定時間における、上記第2の平均値の時間軸変化率があらかじめ設定した第2閾値以上の割合で変化する場合は煙検出条件外とする
請求項2記載の検知システム。 - 上記検知部は、
上記特定時間における演算結果があらかじめ設定した第3閾値以下であった場合、煙として判定し、
上記特定時間の演算結果が上記第3閾値以下でなく、上記特定時間における上記第2の平均値の時間軸変化率が上記第2閾値以上の割合で変化する場合は煙でないと判定し、
上記特定時間の演算結果が上記第3閾値以下でなく、上記特定時間における上記第2の平均値の時間軸変化率が上記第2閾値以上の割合で変化しない場合には、煙として判定する
請求項4記載の検知システム。 - 上記前処理部の上記第1の時間平均値および上記第2の時間平均値のうち、いずれか一方の絶対値の低下量が許容低下量を超えた場合には、補正指示信号を出力する補正指示部を有し、
上記後処理部は、
上記補正指示部の上記補正指示信号を受信した場合には、上記第1の時間平均値および上記第2の時間平均値のうち、絶対値が低下した方の時間平均値を上記低下量が上記許容低下量以下となるように補正し、上記演算を実行する
請求項1から5のいずれか一に記載の検知システム。 - システム全体の制御を司る主制御部と、
上記撮像部で撮像した画像を記録する記録装置と、
上記記録装置に記録された画像伝送を含めて上位装置側とデータのやり取りを行うデータ伝送装置と、を有する
請求項1から6のいずれか一に記載の検知システム。 - 光源と、上記光源または上記光源によって照射された被写体を撮像する撮像部とを有する検知システムの信号処理方法であって、
上記光源の輝度を上記撮像部の走査面周期の所定倍周期で変化させる第1のステップと、
上記撮像部の出力信号を所定走査面周期ごとに取得する第2のステップと、
上記第2のステップで取得した上記出力信号から、m番目と(m+2)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第1の時間平均値を算出し、(m+1)番目と(m+3)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第2の時間平均値を算出する第3のステップと、
上記第3のステップで算出した上記第1の時間平均値と上記第2の時間平均値とに基づいて、上記光源または上記被写体の状態を検知するための演算を実行し、連続するフレーム間の輝度差分を求める第4のステップと、
特定時間ごとの上記第4のステップの演算結果の第1の平均値を求める第5のステップと、
上記特定時間を複数に分割した分割時間ごとの上記第4のステップの演算結果の第2の平均値を求める第6のステップと、
上記特定時間で前記分割時間とともに上記第5のステップで算出された第1の平均値と上記第6のステップで算出された第2の平均値とが交差する回数を取得する第7のステップと、
上記第7のステップの取得結果において、上記特定時間で交差回数が複数回存在する場合、煙として検知する第8のステップと
を有する検知システムの信号処理方法。 - 撮像を実行する撮像部と、
上記撮像部に対向して上記撮像部の撮像範囲内に設置され、輝度が上記撮像部の走査面周期の所定倍周期で変化する、少なくとも一の光源と、
上記撮像部が上記光源を撮像し、上記光源の光量に応じて出力した出力信号レベルの変化を検出し、かつ、上記出力信号レベルが規定範囲外の場合に、煙を感知した旨の感知信号を出力する信号処理部と
を有し、
上記信号処理部は、
上記撮像部が上記光源または被写体を撮像したときの出力信号を所定走査面周期ごとに取得し、m(m=1,2,…)番目と(m+2)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第1の時間平均値を算出し、(m+1)番目と(m+3)番目との走査面間における上記出力信号のレベル差の第2の時間平均値を算出する前処理部と、
上記前処理部が算出した上記第1の時間平均値と上記第2の時間平均値とに基づいて、上記光源または上記被写体の状態を検知するための演算を実行し、連続するフレーム間の輝度差分を求める後処理部と、
特定時間ごとの上記後処理部の演算結果の第1の平均値を求める第1平均値算出部と、
上記特定時間を複数に分割した分割時間ごとの上記後処理部の演算結果の第2の平均値を求める第2平均値算出部と、
上記特定時間で上記分割時間とともに上記第1平均値算出部で算出された第1の平均値と上記第2平均値算出部で算出された第2の平均値とが交差する回数を取得する交差回数取得部と、
上記交差回数取得部の取得結果において、上記特定時間で交差回数が複数回存在する場合、煙として検知する検知部と
を有する煙感知器。
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