JP2015198260A - 監視カメラシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】赤外線光源(赤外線照射部)の赤色光のちらつきを削減した監視カメラシステムを提供する。【解決手段】監視カメラシステムは、赤外線照射部1と、赤外線用レンズ21を通過した赤外線を画像信号に変換して被写体の赤外線画像を生成する赤外線撮像部2と、可視光用レンズ31を通過した可視光を画像信号に変換して被写体の可視光画像を生成する可視光撮像部3とを備えており、赤外線照射部1、赤外線撮像部2及び可視光撮像部3は、一直線上に配置されている。赤外線照射部1は、880〜950nmの近赤外波長帯域を有する光を被写体に照射する発光LED13を備えている。【選択図】図1

Description

本発明は、監視カメラシステムに係り、特に、3次元(3D)マッピングデータの生成と処理を行うことができる監視カメラシステムに関する。
一般に、画像認識には、距離情報も得られる3D(three-dimensional)カメラが有効である。
この種の光学3Dマッピング、すなわちある物体の光学画像を処理することによりその物体の3D形状を生成する方法は、例えば特許文献1等に示されるように公知技術である。ここで、3D形状は「深さマップ」または「深さ画像」とも呼ばれ、3Dマッピングは「深さマッピング」とも呼ばれている。
一方、3Dカメラに用いられる距離情報取得の方式としては、(イ)赤外光を利用したTOF(Time of Flight)方式、(ロ)対象物に光パターンを投影し、投影されたパターン形状の変化から対象物の形状を求める光切断方式、および(ハ)特定の2次元パターンの光を照射するSL(Structured Light)方式などが知られている(例えば特許文献1等)。
これらの方式のうち、近時においては、コスト面から、三次元データを取得する計測器の一つとしてMicrosoft社のキネクトセンサ(登録商標)を用いる前述の(ハ)のSL方式が優位を占めている。このSL方式は、前述の(ロ)の光切断方式のようなスリット光を高速にスキャンさせる必要もないことから、ゲーム市場で急速に進展している。
しかしながら、(ハ)のSL方式において、前述の初期型のキネクトセンサを用いるものにおいては、キネクトセンサの主要部品である赤外線光源部(赤外線照射部)から赤色光のちらつき現象が発生するという難点があり、また、被写体(Object)までの距離により測距感度が変化してしまうことから、3D監視カメラに応用した場合、当該3D監視カメラの設置場所に制約を伴うという難点があった。
特表2011−527790号公報
本発明は、このような難点を解決するためになされたもので、3D監視カメラシステムにおける赤外線光源(赤外線照射部)の赤色光のちらつきを削減することができ、また、被写体の状況に応じて、測距範囲や測距感度を向上させることができる監視カメラシステムを提供することを目的としている。
本発明の第1の態様の監視カメラシステムは、赤外線照射部と、赤外線用レンズを通過した赤外線を画像信号に変換して被写体の赤外線画像を生成する赤外線撮像部と、可視光用レンズを通過した可視光を画像信号に変換して被写体の可視光画像を生成する可視光撮像部とを有する監視カメラシステムであって、赤外線照射部、赤外線撮像部及び可視光撮像部は、一直線上に配置されており、赤外線照射部は、880〜950nmの近赤外波長帯域を含む光を被写体に照射する発光LEDと、発光LEDと被写体との間に配置され、発光LEDから照射される光のうち880〜950nmの近赤外波長帯域の光を通過させて被写体に照射するフィルタとを備えるものである。
本発明の第2の態様の監視カメラシステムは、第1の態様である監視カメラシステムにおいて、赤外線照射部は、赤外線撮像部から被写体までの距離に応じて当該赤外線撮像部から水平方向に離れた位置に複数設けられるものであって、赤外線撮像部から被写体までの距離を算出する距離算出部と、距離算出部で算出される距離に応じて複数の赤外線照射部のうち何れか1の当該赤外線照射部を駆動する第1の制御部とを有するものである。
本発明の第3の態様の監視カメラシステムは、第1の態様または第2の態様である監視カメラシステムにおいて、赤外線照射部が取付けられ一直線上で伸縮自在な第1の保持部と、赤外線撮像部から被写体までの距離を算出する距離算出部と、距離算出部で算出される距離に応じて第1の保持部を制御して赤外線照射部の位置を移動させる第2の制御部とを有するものである。
本発明の第4の態様の監視カメラシステムは、赤外線照射部と、赤外線用レンズを通過した赤外線を画像信号に変換して人体の赤外線画像を生成する赤外線撮像部と、可視光用レンズを通過した可視光を画像信号に変換して人体の可視光画像を生成する可視光撮像部とを有する監視カメラシステムであって、赤外線照射部は、880〜950nmの近赤外波長帯域を有する光を照射するとともに、人体を透過した光を撮像できるように介在して赤外線撮像部と赤外線照射部が対向する位置に変形可能な第2の保持部を有するものである。
本発明の監視カメラシステムによれば、赤外線照射部に、880〜950nmの近赤外波長帯域を含む光を被写体に照射する発光LEDと、発光LEDと被写体との間に配置され、発光LEDから照射される光のうち880〜950nmの近赤外波長帯域の光を通過させて被写体に照射するフィルタとを備えていることから、赤外線照射部における赤色光のちらつきを抑えることができ、また赤外線撮像部と赤外線照射部との水平距離を変えることで、被写体までの測距感度を最適化することができる。
本発明の一実施例における監視カメラシステムの全体構成を示すブロック図。 キネクトセンサにおける赤外線光源部(赤外線照射部)の分光特性を示す分光特性図。 光学フィルタによる赤色光のちらつきの削減結果を示す説明図。 本発明の他の実施例における監視カメラシステムの全体構成を示すブロック図。 赤外線撮像部から被写体までの距離算出方法の説明図で、図5(A)は、3Dカメラ(SL方式)の原理説明図、図5(B)は、赤外線撮像部での撮像画像の説明図、図5(C)は、距離算出方法(三角測量方式)の説明図。 被写体までの距離と水平シフト量との関係を示す説明図。 本発明の他の実施例における監視カメラシステムを病室内に設置した状態を示す説明図で、同図(A)は病室内に長距離用監視カメラを設置した状態を示す説明図、同図(B)は病室内に短距離用監視カメラを設置した状態を示す説明図。 本発明の他の実施例における監視カメラシステムの全体構成を示すブロック図。 本発明の他の実施例における監視カメラシステムの全体構成を示すブロック図。 本発明の他の実施例における監視カメラシステムを静脈画像の撮影に利用する場合の説明図で、図10(A)は、手のひらや指などの部分における血管形状を確認する場合の拡大断面図、図10(B)は、水とヘモグロビンの吸収率との関係を示す説明図、図10(C)は、手のひらや指などの部分における血管形状を示す外観図。
以下、本発明の監視カメラシステムを適用した最良の実施の形態例について、図面を参照して説明する。
[実施例1]
図1は、本発明の一実施例における監視カメラシステムの全体構成を示すブロック図である。
同図において、本発明の監視カメラシステムは、水平方向にかつ一直線上に所定の間隔をおいて配置される赤外線照射部1、赤外線撮像部2および可視光撮像部3と、これらの赤外線照射部1、赤外線撮像部2および可視光撮像部3に接続される画像処理部4と、画像処理部4に接続される画像記憶部5とを備えている。
赤外線照射部1は、赤外線照射部1の前面側に設けられた照射窓(不図示)に配置されるフィルタ11と、背面側に配置されるLED駆動部12と、フィルタ11とLED駆動部12間にあってフィルタ11に近接して配置される発光LED13とを備えている。
発光LED13は、例えばAlGaAs系またはGaAs系化合物半導体で構成され、880〜950nm近赤外波長帯域を含む光を後述するIRパスフィルタを介して人体等の被写体(不図示)に照射する機能を有している。
フィルタ11は、発光LED13から照射される光のうち880〜950nmの近赤外波長帯域の光を通過させて被写体に照射するIR(赤外線)パスフィルタで構成されている。
ここで、近赤外波長帯域を880〜950nmとしたのは近赤外波長帯域が880nm未満では波長が可視光に近く赤色がちらつくからであり、950nmを超えると水分に吸収されて反射量が低下するからである。
赤外線撮像部2は、赤外線撮像部2の前面側に配置される赤外線用レンズ21と、背面側に配置される赤外線用撮像センサ22とを備えており、赤外線用レンズ21を通過した赤外線を画像信号に変換して被写体の赤外線画像を生成する機能を有している。
可視光撮像部3は、可視光撮像部3の前面側に配置される可視光用レンズ31と、背面側に配置される可視光用撮像センサ32とを備えており、可視光用レンズ31を通過した可視光を画像信号に変換して被写体の可視光画像を生成する機能を有している。
画像処理部4は、赤外線撮像部2において生成された被写体の赤外線画像のズレ量から距離を算出し可視光撮像部3において生成された被写体の可視光画像にマッピングして、被写体の3D表面形状を生成する機能を有している。
このようにして生成・処理された光学3Dマッピングデータは、従来と同様に、画像記憶部5に保存されると共に、モニタ等の画像出力部(不図示)側に送信される。
ここで、前述のキネクトセンサを用いて、光学フィルタによってどの程度赤色光のちらつきを削減し得るかについて説明する。
図2は、前述のキネクトセンサの赤外線光源部(機種名:離床カメラ)からの出力を計測した結果、すなわち従来技術における赤外線光源部(赤外線照射部)の分光特性を示している。
なお、同図において、横軸は波長[nm]を、縦軸は光度(相対評価値)を示している。
同図より、斜線部で示すように、短波長(可視光側)に励起が認められるものの、中心波長が850[nm]の近赤外線LEDであることが判る。
図3は、光学フィルタによる赤色光のちらつきの削減結果を示している。
この実験においては、光学フィルタのサンプルとして、(株)大真空製光学フィルタを準備し、これを赤外線照射部の前面側に設けた透過窓に密着配置し、赤色光のちらつきや、映像出力がどのようになるのかについて実験を行った。
ここで、光学フィルタのサンプルとしては、赤外線光源の分光特性より、813[nm]以上の波長のみを通過させるフィルタを使用した。
なお、サンプル1は、ZN19475、サンプル2は、ZN19304である。
同図より、サンプル1(ZN19475)においては、赤外線光源(赤外線照射部)から出力される赤い光は70%程度減光されるが、まだ残光がみられる点で、やや良好の判定結果となる。このとき、出力は若干低下するものの、50cm前方では問題ないレベルである点で、良好の判定結果となる。
一方、サンプル2(ZN19304)においては、赤外線光源から出力される赤い光はバンドパスフイルタにて遮蔽されており肉眼では見えない点で、良好の判定結果が得られる。また、キネクトセンサの赤外線光源からの出力の80%以上を遮蔽しており、センサ出力が小さすぎる点で、不良の判定結果となる。
以上の実験結果より、第1に、初期型のキネクトセンサを活用する際の問題となる赤色光のちらつきを防止するには、センサ出力を維持する必要性から、サンプル1(ZN19475)、すなわち透過波長が853以上nm程度の赤外線パスフィルタが限界であり、第2に、更に、赤色光を減光する必要がある場合は、赤外線光源の中心波長850nmより波長の長いところ、例えば880〜950nmの波長のみを照射することが可能な発光LEDに変更する必要がある。
以上説明したように、本発明の第1の実施例における監視カメラシステムによれば、赤外線照射部1に、880〜950nmの近赤外波長帯域を含む光を被写体に照射する発光LED13と、発光LED13と被写体との間に配置され、発光LED13から照射される光のうち880〜950nmの近赤外波長帯域の光を通過させて被写体に照射するフィルタ11とを備えていることから、SL方式にて必要となる、特異的な2次元の画像を作る際のマイクロパターンによる反射、あるいは赤外線LEDの製造バラツキがあっても、確実に可視光を遮断することができるので赤外線照射部1における赤色光のちらつきを抑えることができる。従って、このような構成の監視カメラシステムを病室内に設置した場合においては、監視カメラシステムの赤外線照射部1が赤色に色づいたり、ちらついて見えたりするおそれがないことから、病室内の患者は安心して休むことができ、患者に優しい監視カメラシステムを提供することができる。
[実施例2]
図4は、本発明の他の実施例における監視カメラシステムの全体構成を示すブロック図である。なお、同図において、図1と共通する部分には同一の符合を付して詳細な説明を省略する。
図4に示す監視カメラシステムにおいては、図1に示す赤外線照射部1に代えて、赤外線撮像部2から被写体(不図示)までの距離に応じて当該赤外線撮像部2から水平方向に離れた位置に長距離用赤外線照射部1aおよび短距離用赤外線照射部1bが離間して設けられている。また、更に、赤外線撮像部2から被写体までの距離を算出する距離算出部7と、当該距離算出部7で算出される当該距離に応じて長距離用赤外線照射部1および短距離用赤外線照射部1のうち何れか1の当該赤外線照射部を駆動する第1の制御部6とが設けられている。
ここで、距離算出部7において、赤外線撮像部2から被写体までの距離を算出する方法について説明する。
図5(A)は、3Dカメラ(SL方式)の原理説明図、図5(B)は、赤外線撮像部での撮像画像の説明図、図5(C)は、距離算出方法(三角測量方式)の説明図である。
先ず、図5(A)において、符号dは赤外線照射部1と赤外線撮像部2との水平距離、Zdは被写体までの距離、Lは被写体の影までの距離、Wは被写体の影までの距離L[m]先で投影される水平撮像範囲を示している。また、図5(B)において、符号Lxは後述する(x1-x0)画素の距離(水平シフト量)、Haは被写体の影になり、赤外線照射が当たらない位置、すなわち、水平ビット位置「x0」、Hbは被写体に映るためシフトしたビット位置「x1」を示している。
ここで、影までの距離L[m]で横幅Nx画素がW[m]に投影されるとすると、(x1-x0)画素の距離(水平シフト量)Lxは、(1)式で示される。
Lx = W(x1-x0)/Nx・・・(1)
そうすると、図5(C)に示すように、三角測量方式により、Nx:(x1-x0)、d、kは、次式で示される。
Nx:(x1-x0) = W:Lx・・・(2)
d:Lx = k:(1-k) ・・・(3)
k:1 = Zd : L ・・・(4)
これにより、Zdは(5)式で求められる。
Zd= NxdL/{Nxd+W(x1-x0)}・・・(5)
但し、Nxは横幅の画素数を示している。
ここで、仮に、センサ画素をVGA(Video Graphics Array)サイズと設定すると、横幅画素数は640となる。また、光学系の画角を90度とすると、図5(C)のように影までの距離L=500mm先では、横幅:W=1000mmに投影される。
次に、赤外線照射部1と赤外線撮像部2との水平距離を以下の2種類とし、水平シフト量LX[画素]=x1-x0とすると、長距離用赤外線照射部1aと赤外線撮像部2との距離Fd(図4参照)=100mmにおいては、Zd =32000/(64+LX)となり、短距離用赤外線照射部1bと赤外線撮像部2との距離短距離用Nd(図4参照)=10mmにおいては、Zd =32000/(64+10LX)となる。
図6は、被写体までの距離Zdと水平シフト量LX[画素]との関係を示す説明図である。ここで、横軸はシフト量(Lx[画素])、縦軸は被写体までの距離Zd「mm」を示しており、また、実線1は長距離用赤外線照射部1aの特性、実線2は短距離用赤外線照射部1bの特性を示している。
同図より、被写体までの距離Zdが大きくなるほど、シフト量Lxが小さくなることから、水平距離dを大きくとるほうが感度が高くなることが判る。
したがって、注目すべき被写体に応じて、赤外線照射部1の位置を最適化することで、距離情報の感度を上げることができる。
図7は、第2の実施例における監視カメラシステムを病室内に設置した状態を示す説明図で、同図(A)は病室内に長距離用監視カメラCaを設置した状態を示す説明図、同図(B)は病室内に短距離用監視カメラCbを設置した状態を示す説明図である。
同図(A)において、複数の赤外線照射部のうち長距離用赤外線照射部1aのLED駆動部12を駆動させた場合には、患者の異常行動、具体的には患者の徘徊、あるいは患者が離床したか否かなどを検知することができる。
また、同図(B)において、複数の赤外線照射部のうち短距離用赤外線照射部1bのLED駆動部12を駆動させた場合には、患者の状態検知、具体的には患者が震えているかどうか、患者の呼吸状態、患者の顔色など検知することができる。
以上述べたように、本発明の第2の態様である監視カメラシステムによれば、第1の態様である監視カメラシステムの作用・効果に加え、次の作用・効果を奏する。すなわち、赤外線撮像部2から被写体までの距離に応じて当該赤外線撮像部2から水平方向に離れた位置に長距離用赤外線照射部1aおよび短距離用赤外線照射部1bが設けられ、さらに赤外線撮像部2から被写体までの距離を算出する距離算出部7と、距離算出部7で算出される当該距離に応じて複数の赤外線照射部1のうち何れか1の当該照射部を駆動する第1の制御部6とを有することから、被写体までの距離に応じて、複数の赤外線照射部のうち何れかの最適な発光LED13を駆動させることで、すなわち長距離用監視カメラと短距離用監視カメラとに使い分けて発光LED13を駆動させることで、距離に関する感度が高くなり、測距範囲も広げることができる。従って、本実施例における監視カメラシステムを使用すれば、お年寄りや、子供、或いは病院での患者を見守ることができる。
[実施例3]
図8は、本発明の他の実施例における監視カメラシステムの全体構成を示すブロック図である。なお、同図において、図1および図4と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施例においては、図1に示す赤外線照射部1が第1の保持部9に取付けられ、この第1の保持部9によって、手動若しくは自動により、当該赤外線照射部1が水平方向に一直線上で伸縮自在に可動とされている。また、図4に示す監視カメラシステムと同様に、赤外線撮像部2から被写体までの距離を算出する距離算出部7が設けられ、さらに、当該距離算出部7で算出される距離に応じて赤外線照射部1を制御して赤外線照射部1の位置を移動させる第2の制御部8が設けられている。
本発明の第3の態様である監視カメラシステムによれば、第1の態様または第2の態様である監視カメラシステムの作用・効果に加え、次の作用・効果を奏する。すなわち、第1の保持部9により、被写体の距離に応じて赤外線照射部1の位置を短距離用限界位置Ndから長距離用限界位置Fdまで可変することができることから、被写体までの測距範囲を広げることができる。また、本発明の監視カメラシステムを使用すれば、赤外線照射部1を任意位置に移動することができることから、監視カメラシステムの設置場所を変えることが可能になり、汎用性を高めることができる。
[実施例4]
図9は、本発明の他の実施例における監視カメラシステムの全体構成を示すブロック図である。なお、同図において、図1、図4、図8と共通する部分には同一の符合を付して詳細な説明を省略する。
この実施例においては、図8に示す第1の保持部9、距離算出部7および第2の制御部8に代えて、「赤外線照射部1が取付けられ被写体を介在して赤外線撮像部2と赤外線照射部1が対向する位置に変形可能な第2の保持部10」が設けられている。
この実施例においては、第2の保持部10として、当該第2の保持部10を屈曲・回転することで、赤外線照射部1を任意位置に配置できるもの、例えば内部にリード線を挿通し得る中空状のフレキシブル連結パイプ等が使用されている。
図10(A)は、赤外線撮像部2と赤外線照射部1が対向する位置に被写体としての手を介在し、手のひらや指などの部分における血管形状を確認する場合の拡大断面図を示している。ここで、同図における●印は静脈、■印は近赤外線を示している。
同図(A)より、破線で示すように、光が静脈中の赤血球に吸収され、弱くなって跳ね返ってくることが判る。すなわち、静脈部のみが黒くなり、脈の形状により、個人差があると考えられることから、認証装置として使用することができる。
図10(B)は水とヘモグロビンの吸収率の特性を示している。ここで、横軸は波長[nm]、縦軸は分子吸光係数を示しており、また実線1はヘモグロビンの吸収率の特性、実線2は水の吸収率の特性を示している。
同図より、生体を透過しやすい波長域は、880〜950[nm]であることが判る。
以上述べたように、この実施例においては、第2の保持部10を自由に屈曲することで、赤外線撮像部2と赤外線照射部1が対向する位置に被写体を介在させることができる。従って、本発明の監視カメラシステムを使用すれば、赤外線撮像部2と赤外線照射部1が対向する位置に被写体として手を介在させた場合には、図10(C)に示すように、手のひらや指などの部分における血管形状を容易に確認することができ、ひいては、例えば、個人の認証ツールとしても使用することができ、特に深い位置での静脈でも映し出すことができるので、認証ツールの精度を向上させることができる。
以上、述べたように、本発明の監視カメラシステムにおいては、特定の実施の形態をもって説明してきたが、この形態に限定されるものでなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られた如何なる構成の監視カメラシステム、例えば、次のような監視カメラシステムであっても採用できることはいうまでもないことである。
第1に、前述の実施例においては、赤外線照射部1として長距離用赤外線照射部1aおよび短距離用赤外線照射部1bを使用した場合について述べているが、赤外線照射部1の台数は2台に限定されず、3台以上でもよい。
第2に、前述の実施例においては、第2の保持部10として、全体として略L型形状を呈する保持部材を用いているが、この形状に限定されず、例えば、全長がフレキシブルタイプの部材で構成され、360度方向に自由に可変できるものを使用してもよい。
第3に、前述の実施例においては、三次元データを取得する計測器としてキネクトセンサと比較して、三次元形状データを取得し得る機能を有する計測器であれば、上述のキネクトセンサに類似した形状に限定されない。
1・・・赤外線照射部
1a・・・長距離用赤外線照射部
1b・・・短距離用赤外線照射部
11・・・フィルタ
13・・・発光LED
2・・・赤外線撮像部
21・・・赤外線用レンズ
3・・・可視光撮像部
32・・・可視光用レンズ
6・・・第1の制御部
7・・・距離算出部
8・・・第2の制御部
9・・・第1の保持部
10・・・第2の保持部

Claims (4)

  1. 赤外線照射部と、赤外線用レンズを通過した赤外線を画像信号に変換して被写体の赤外線画像を生成する赤外線撮像部と、可視光用レンズを通過した可視光を画像信号に変換して前記被写体の可視光画像を生成する可視光撮像部とを有する監視カメラシステムであって、
    前記赤外線照射部、前記赤外線撮像部及び前記可視光撮像部は、一直線上に配置されており、
    前記赤外線照射部は、880〜950nmの近赤外波長帯域を含む光を前記被写体に照射する発光LEDと、前記発光LEDと前記被写体との間に配置され、前記発光LEDから照射される光のうち前記880〜950nmの近赤外波長帯域の光を通過させて前記被写体に照射するフィルタとを備えることを特徴とする監視カメラシステム。
  2. 前記赤外線照射部は、前記赤外線撮像部から前記被写体までの距離に応じて当該赤外線撮像部から水平方向に離れた位置に複数設けられるものであって、
    前記赤外線撮像部から前記被写体までの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部で算出される前記距離に応じて複数の赤外線照射部のうち何れか1の当該赤外線照射部を駆動する第1の制御部とを有することを特徴とする請求項1記載の監視カメラシステム。
  3. 前記赤外線照射部が取付けられ前記一直線上で伸縮自在な第1の保持部と、前記赤外線撮像部から前記被写体までの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部で算出される前記距離に応じて前記第1の保持部を制御して前記赤外線照射部の位置を移動させる第2の制御部とを有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の監視カメラシステム。
  4. 赤外線照射部と、赤外線用レンズを通過した赤外線を画像信号に変換して人体の赤外線画像を生成する赤外線撮像部と、可視光用レンズを通過した可視光を画像信号に変換して前記人体の可視光画像を生成する可視光撮像部とを有する監視カメラシステムであって、
    前記赤外線照射部は、880〜950nmの近赤外波長帯域を有する光を前記人体に照射するとともに、前記人体を透過した光を撮像できるように、前記人体を介在して前記赤外線撮像部と前記赤外線照射部が対向する位置に変形可能な第2の保持部を有することを特徴とする監視カメラシステム。
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