JP2017058188A - 侵入検知装置、侵入検知システム、侵入検知方法および侵入検知プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】少ない計算量で精度よく侵入物を検知できる装置を提供する。
【解決手段】測距装置１から各方向に光を照射した場合に、複数の面で囲まれた３次元監視対象領域に光が入射する１または複数の点のそれぞれと測距装置１との距離である１または複数の第１閾値と、１または複数の第１閾値のそれぞれに対応する第２閾値であって、測距装置１から各方向に光を照射した場合に、この光が３次元監視対象領域から出射する１または複数の点のそれぞれと測距装置１との距離である第２閾値とを、光の照射方向に関連付けて記憶し、２次元走査型の測距装置１によって３次元空間を測距して生成される観測距離画像Ｒｏｂｓにおける監視対象画素に対応する方向にある対象物と測距装置１との距離が、監視対象画素に対応する方向と関連付けられた第１閾値以上であり、かつ、これと対応する第２閾値以下である場合に、対象物が３次元監視対象領域に含まれると判定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、監視対象領域内への侵入物を検知する侵入検知装置、侵入検知システム、侵入検知方法および侵入検知プログラムに関する。

測距装置を用いて３次元空間を２次元走査し、監視対象領域内への侵入物を検知する技術が知られている。測距装置としては種々のものがすでに開示されている（例えば、特許文献１〜４、非特許文献１）。

単に測距装置による観測値である２次元距離画像を取得しただけでは、その物体が監視対象領域内にあるか否かを判断できないため、侵入検知処理が必要となる。侵入検知処理として、３次元格子への投票方式がある（例えば、特許文献４）。この方式について説明する。

３次元空間中の監視対象領域は、１または複数の３次元格子で近似される。ここで、３次元格子とは、例えばＸＹＺ直交座標系の座標軸に沿って３次元空間を格子状に切った際の箱のことであり、ボクセルとも呼ばれる。この近似に使われた３次元格子を監視対象領域内格子とここでは呼ぶ。

侵入物の検知処理は、次のようにして行う。まず、距離データである２次元距離画像をＸＹＺ座標系に変換し、侵入候補点をいずれかの３次元格子に投票する。そして、投票数が１以上の監視対象領域内格子があれば、侵入物ありと判定する。

特許第４８３７４１３号 特許第４７０３８３０号 特開２０１２−２４２１８９号公報 特開２０１４−１４２２８８号公報

Andreas Nuchter (2009), 3D Robotic Mapping, The Simultaneous Localization and Mapping Problem with Six Degrees of Freedom, Springer Science & Business Media

ところで、３次元格子を粗く設定すると、計算量を抑えることができるが、３次元格子は直方体であるため、監視対象領域を過不足なく包含することができなくなり、監視対象領域の境界付近において検知精度が低下する。一方、３次元格子を細かく設定すると、検知精度は向上するが、計算量が大きくなる。
このように、３次元格子に投票する方式では、計算量と検知精度とがトレードオフの関係にあるという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、少ない計算量で精度よく侵入物を検知できる侵入検知装置、侵入検知システム、侵入検知方法および侵入検知プログラムを提供することである。

本発明の一態様によれば、２次元走査型の測距装置によって３次元空間を測距して生成される観測距離画像であって、各画素の値が、該画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離を示す前記観測距離画像を取得する観測距離画像取得部と、前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、複数の面で囲まれた３次元監視対象領域に前記光が入射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である１または複数の第１閾値と、前記１または複数の第１閾値のそれぞれに対応する第２閾値であって、前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、この光が前記３次元監視対象領域から出射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である第２閾値とを、光の照射方向に関連付けて記憶した記憶部を参照して、前記観測距離画像における監視対象画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離が、当該監視対象画素に対応する方向と関連付けられた前記第１閾値以上であり、かつ、これと対応する前記第２閾値以下である場合に、前記対象物が前記３次元監視対象領域に含まれると判定する判定部と、を備える侵入検知装置が提供される。

本態様によれば、観測距離画像における監視対象画素に対応する方向にある対象物との距離と、第１閾値および第２閾値とを監視対象画素に対応する方向ごとに比較することによって侵入物の有無を判断するので、３次元監視対象領域に３次元格子を適用することに伴う精度低下の問題を解決できる。また、従来は、非背景画素が示す対象物の位置を３次元空間座標に変換する必要があったが、本態様によれば、そのような変換の必要がないため、計算処理を軽減できる。

前記第１閾値および前記第２閾値を生成する閾値生成部を備え、この閾値生成部は、 前記複数の頂点を結ぶことで前記３次元対象監視対象領域を複数の凸領域に分割し、前記測距装置からの光の照射方向のそれぞれについて、光が前記複数の凸領域のいずれかに入射する入射点および該凸領域から出射する出射点と前記測距装置との距離をそれぞれ示す入射点距離および出射点距離の組を算出し、１つの凸領域における前記出射点距離と、前記１つの凸領域と隣接する他の凸領域における前記入射点距離とを省き、残った前記入射点距離および前記出射点距離から前記第１閾値および前記第２閾値をそれぞれ生成する閾値生成部を備えるのが望ましい。

このような構成によれば、３次元監視対象領域に３次元格子を適用するのではなく、３次元監視対象領域を過不足なく凸領域に分割できるため、精度が向上する。また、第１閾値および第２閾値の数を減らすことができる。

前記入射点距離は、前記入射点の空間座標を前記測距装置を原点とする距離に予め変換したものであり、前記出射点距離は、前記出射点の空間座標を前記測距装置を原点とする距離に予め変換したものであってもよい。
このような構成によれば、３次元監視対象領域が空間座標で定義される場合であっても、判定の際に座標変換を行う必要がなく、計算量を抑えることができる。

侵入検知装置は、前記監視対象画素が示す位置が前記３次元監視対象領域に含まれる場合に、該画素に対応する方向と、該画素が示す距離とを出力する侵入位置出力部を備えるのが望ましい。
このような構成によれば、侵入物の有無だけでなく、その位置を特定できる。

前記観測距離画像と背景画像とを比較して、前記観測距離画像のうちで背景でない画素を抽出して前記監視対象画素を特定する非背景抽出部を備え、前記背景画像は、前記３次元監視対象領域内に侵入物がない状態で前記測距装置によって生成された距離画像であるか、前記測距装置によって生成された複数の距離画像の平均であり、前記背景画像の各画素の値は、該画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離を示すのが望ましい。
このような構成によれば、適切な背景画像を用いることができ、精度よく非背景画素を抽出できる。

また、本発明の別の態様によれば、前記観測距離画像を生成する２次元走査型の測距装置と、上記侵入検知装置と、を備える侵入検知システムが提供される。

また、本発明の別の態様によれば、２次元走査型の測距装置によって３次元空間を測距して生成される観測距離画像であって、各画素の値が、該画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離を示す前記観測距離画像を取得するステップと、前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、複数の面で囲まれた３次元監視対象領域に前記光が入射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である１または複数の第１閾値と、前記１または複数の第１閾値のそれぞれに対応する第２閾値であって、前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、この光が前記３次元監視対象領域から出射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である第２閾値とを、光の照射方向に関連付けて記憶した記憶部を参照して、前記観測距離画像における監視対象画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離が、当該監視対象画素に対応する方向と関連付けられた前記第１閾値以上であり、かつ、これと対応する前記第２閾値以下である場合に、前記対象物が前記３次元監視対象領域に含まれると判定するステップと、を備える侵入検知方法が提供される。

また、本発明の別の態様によれば、コンピュータに、２次元走査型の測距装置によって３次元空間を測距して生成される観測距離画像であって、各画素の値が、該画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離を示す前記観測距離画像を取得するステップと、前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、複数の面で囲まれた３次元監視対象領域に前記光が入射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である１または複数の第１閾値と、前記１または複数の第１閾値のそれぞれに対応する第２閾値であって、前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、この光が前記３次元監視対象領域から出射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である第２閾値とを、光の照射方向に関連付けて記憶した記憶部を参照して、前記観測距離画像における監視対象画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離が、当該監視対象画素に対応する方向と関連付けられた前記第１閾値以上であり、かつ、これと対応する前記第２閾値以下である場合に、前記対象物が前記３次元監視対象領域に含まれると判定するステップと、を実行させる侵入検知方法が提供される。

少ない計算量で精度よく侵入物を検知できる。

測距装置１と３次元監視対象領域Ｓとの関係を模式的に示す図。 方向ごとの３次元監視対象領域Ｓに対する入射点距離および出射点距離を模式的に示す図。 第１閾値および第２閾値の定め方について説明する図。 凸領域を説明する図。 方向ごとの各凸領域に対する入射点距離および出射点距離を模式的に示す図。 本発明の第１の実施形態に係る侵入検知システムの概略構成を示すブロック図。 測距装置１を詳しく説明する図。 非背景抽出部２４の処理動作を模式的に示す図。 判定部２５の処理手順を示すフローチャート。 第１閾値および第２閾値の生成手順を示すフローチャート。 ステップＳ４２の判定手法を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係る侵入検知システムの概略構成を示すブロック図。

本発明に係る各実施形態は、測距装置を用いて３次元監視対象領域に対する侵入物を検知するものである。

図１は、測距装置１と３次元監視対象領域Ｓとの関係を模式的に示す図である。実際の３次元監視対象領域Ｓは複数の面で囲まれた３次元空間であるが、説明のために複数の線で囲まれた２次元で描いている。３次元監視対象領域Ｓ（斜線を引いていない部分）の形状に特に制限はなく、凹凸があってもよいし、３次元監視対象領域Ｓの内部に監視対象としない領域Ｓ’があってもよい。

測距装置１（詳しくは後述する）から任意の方向に光を照射したとすると、この光が３次元監視対象領域Ｓを通過しないこともあるし（例えば方向ｄ０）、通過することもある（例えば方向ｄ１，ｄ２）。通過する場合、光が３次元監視対象領域Ｓのある点から入射すると、必ず別の点から出射する。言い換えると、光が３次元監視対象領域Ｓに入射する数と、光が３次元監視対象領域Ｓから出射する数は常に等しい。例えば、入射数および出射数は、方向ｄ１ではともに１回であり、方向ｄ２ではともに２回である。

よって、測距装置１と３次元監視対象領域Ｓに入射する点との距離（以下、入射点距離という）を方向ごとに定め、測距装置１と３次元監視対象領域Ｓから出射する点との距離（以下、出射点距離という）を方向ごとに定めると、各方向における入射点距離の数と出射点距離の数は等しくなる。

図２は、方向ごとの３次元監視対象領域Ｓに対する入射点距離（黒丸で示す）および出射点距離（白丸で示す）を模式的に示す図であり、図１における方向ｄ１，ｄ２について示している。方向ｄ１では入射数および出射数が１回であるため、１つの入射点距離Ｒｉ１と１つの出射点距離Ｒｏ１が定められる。よって、入射点距離Ｒｉ１は出射点距離Ｒｏ１と対応していると言える。

一方、方向ｄ２では入射数および出射数が２回であるため、２つの入射点距離Ｒｉ２１，Ｒｉ２２と２つの出射点距離Ｒｏ２１，Ｒｏ２２が定められる。そして、入射点距離Ｒｉ２１となる点で入射した光は出射点距離Ｒｏ２１となる点から出射し、入射点距離Ｒｉ２２となる点で入射した光は出射点距離Ｒｏ２２となる点から出射する。よって、入射点距離Ｒｉ２１は出射点距離Ｒｏ２１と対応しており、入射点距離Ｒｉ２２は出射点距離Ｒｏ２２と対応していると言える。

図２では方向ｄ１，ｄ２についてのみ入射点距離および出射点距離を示しているが、測距装置１が測距可能なすべての方向について入射点距離および出射点距離を定めることができる。以下では、方向ごとの入射点距離を第１閾値と呼び、方向ごとの出射点距離を第２閾値と呼ぶ。各方向において、１つの第１閾値は１つの第２閾値と対応している。

測距装置１が特定の方向にある対象物との距離を測距した場合、その距離が第１閾値以上かつ対応する第２閾値以下であれば、その対象物は３次元監視対象領域Ｓ内にある。本実施形態では、このことを利用して対象物が３次元監視対象領域Ｓ内にあるか否かを判定する。

図３は、第１閾値および第２閾値の定め方について説明する図である。図示のように、３次元監視対象領域Ｓを、これを構成する面（２次元で描く場合は線）の頂点を結ぶことで、複数の凸領域（例えば三角錐）に分割する。このように分割することはドロネー分割とも呼ばれる。

図４は、凸領域を説明する図である。図示のように、凸領域とは、図４（ａ）に２次元で示すように、当該凸領域Ａ内に任意の２点ａ１，ａ２を設定したときに、線分ａ１−ａ２上のすべての点が領域Ａ内に含まれることをいう。

このことから明らかであるが、凸領域Ａに向かって測距装置１から照射された光は、当該凸領域Ａの表面上のある１点から入射し（この点を入射点Ｐｉｎという）、同表面上の別の１点から出射する（この点を出射点Ｐｏｕｔという）（図４（ｂ））。言い換えると、凸領域Ａに向かって照射された光は、必ず凸領域Ａの表面の２点Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔを通るのであり、１点のみを通ったり３点以上を通ったりすることはない。

図３に戻り、３次元監視対象領域Ｓを凸領域に分割した上で、測距装置１から光を照射した場合に、各凸領域への入射点と測距装置１との距離および各凸領域からの出射点と測距装置１との距離を方向ごとに算出する。例えば、方向ｄ１の場合、光は領域７〜１の順に入射する。そして、測距装置１と領域７〜１のそれぞれへの入射点距離および測距装置１と領域７〜１のそれぞれからの出射点距離を算出する。

図５は、方向ごとの各凸領域に対する入射点距離および出射点距離を模式的に示す図であり、図３における方向ｄ１，ｄ２について示している。

方向ｄ１の場合、領域７の出射点距離Ｒｏｕｔ７と領域６の入射点距離Ｒｉｎ６が一致する。これは領域７と領域６とが隣接しているためである。この場合、領域７と領域６との間で、光が３次元監視対象領域Ｓから出射するわけではない。そこで、このような出射点距離および入射点距離（具体的には、入射点距離Ｒｉｎ１〜Ｒｉｎ６および出射点距離Ｒｏｕｔ２〜Ｒｏｕｔ７）を省いて３次元監視対象領域Ｓの入射点および出射点としないことで、１つの入射点距離（領域７の入射点距離Ｒｉｎ７、黒丸で示す）と１つの出射点距離（領域１の出射点距離Ｒｏｕｔ１、星丸で示す）が残る。残った入射点距離Ｒｉｎ７および出射点距離Ｒｏｕｔ１が、それぞれ図２の入射点距離Ｒｉ１およびＲｏ１である。

方向ｄ２の場合、領域１０の出射点距離Ｒｏｕｔ１０と領域１１の入射点距離Ｒｉｎ１１は一致する。一方、領域９の出射点距離Ｒｏｕｔ９と領域１０の入射点距離Ｒｉｎ１０は一致しない。これは領域９と領域１０とが隣接していないためである。この場合、領域９と領域１０との間で、光が一旦３次元監視対象領域Ｓから出射する。そこで、一致する出射点距離および入射点距離のみを省くことで、２つの入射点距離（領域９と領域１０の入射点距離Ｒｉｎ９，Ｒｉｎ１０、黒丸で示す）と２つの出射点距離（領域９と領域１１の出射点距離Ｒｏｕｔ９，Ｒｏｕｔ１１、星丸で示す）が残る。そして、領域９の入射点距離Ｒｉｎ９と同出射点距離Ｒｏｕｔ９が対応している。同様に、領域１０の入射点距離Ｒｉｎ１０と領域１１の出射点距離Ｒｏｕｔ１１が対応している。入射点距離Ｒｉｎ９および出射点距離Ｒｏｕｔ９が、それぞれ図２の入射点距離Ｒｉ２１およびＲｏ２１であり、入射点距離Ｒｉｎ１０および出射点距離Ｒｏｕｔ１１が、それぞれ図２の入射点距離Ｒｉ２２およびＲｏ２２である。

このようにして、ある１または複数の入射点距離と、そのそれぞれと対応する１または複数の出射点距離とを測距装置１からの方向ごとに得ることができる。

図５では方向ｄ１，ｄ２についてのみ入射点距離および出射点距離を示しているが、測距装置１が測距可能なすべての方向について入射点距離および出射点距離を定めることができる。そして、方向ごとの入射点距離が上記の第１閾値となり、方向ごとの出射点距離が上記の第２閾値となる。

以上のようにして、方向ごとに、１または複数の第１閾値と、そのそれぞれに対応する第２閾値とを定めることができる。この第１閾値および第２閾値によって、任意の形状の３次元監視対象領域Ｓの形状を定めることができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図６は、本発明の第１の実施形態に係る侵入検知システムの概略構成を示すブロック図である。侵入検知システムは、測距装置１と、侵入検知装置２とを備えている。

測距装置１は、ある方向を測距すべく、その方向に測定光を照射し、その方向にある対象物からの反射光に基づいて当該方向にある対象物との距離を算出する。測距装置１は２次元走査型の測距装置であり、３次元空間を２次元方向に走査しながら、走査方向ごとに、物体と測距装置１との距離を算出する。その結果として、測距装置１は、各方向にある物体と、測距装置１との距離を示す観測距離画像Ｒｏｂｓを生成する。観測距離画像Ｒｏｂｓは２次元画像であり、走査方向の一方（主方向）のインデックスをｉｍｓ１とし、他方（副方向）のインデックスをｉｍｓ２とする。観測距離画像Ｒｏｂｓの主方向および副方向の画素数をそれぞれＮｍｓ１，Ｎｍｓ２とすると、インデックスｉｍｓ１は１〜Ｎｍｓ１の値をとり得、インデックスｉｍｓ２は１〜Ｎｍｓ２の値をとり得る。

図７は、測距装置１を詳しく説明する図である。測距装置１は、３次元監視対象領域Ｓ内の遮蔽物をできるだけ避けられるよう、３次元監視対象領域Ｓの上方に設置されるのが望ましい。そして、本実施形態の測距装置１は、２次元方向として、水平方向および垂直方向に走査を行う。すなわち、測距装置１は、水平方向に走査する走査系を、さらに垂直方向に走査する。

水平方向の測距角度θｍｓ１は正面を０度として−９５〜＋９５度をとり得る。垂直方向の測距角度θｍｓ２は水平方向を０度として０〜−９０度をとり得る。測距角度の組（θｍｓ１，θｍｓ２）は、測距の方向を示す。

測距装置１はある測距角度の組（θｍｓ１，θｍｓ２）が示す方向に測定光を照射する。そして、測距装置１は、反射光に基づいて、この方向にある対象物と測距装置１との距離Ｒを算出する。そして、測距装置１は、算出された距離Ｒを、当該測距角度の組（θｍｓ１，θｍｓ２）と対応する、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の値とする。以下、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が示す距離（値）をＲ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）と表記する。

なお、ある測距角度の組（θｍｓ１，θｍｓ２）と、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）との対応関係は予め一意に定められている。逆にいうと、観測距離画像Ｒｏｂｓにおけるインデックスの組（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）に対して、測距角度の組（θｍｓ１，θｍｓ２）が定まる。そして、測距角度の組（θｍｓ１，θｍｓ２）は、測距装置１を原点とする測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）と対応するものとする。これらの対応関係は、例えばテーブルで規定される。

測距装置１は、水平方向の測距角度θｍｓ１を−９５〜＋９５度の間で、かつ、垂直方向の測距角度θｍｓ２を０〜−９０度の間で離散的に走査しながら、上記の処理を行う。これにより、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける全画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）に、当該画素と対応する測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の方向にある対象物との距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が設定される。

よって、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の値は、この画素と対応する測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の方向を測距して得られた、測距装置１からの距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）を示している。言い換えると、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける各画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）は、測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の方向に、測距装置１から距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）だけ離れた点（位置）に、対象物があることを示している。

測距方式としては、公知の手法（例えば、特許文献１，２や非特許文献１）を適用すればよい。例えば特許文献１に記載のＴＯＦ（Time of Flight）方式は、３次元監視対象領域Ｓに向かってパルス状の測定光を照射し、照射時と反射光検出時との時間差に基づいて、対象物との距離を算出するものである。また、特許文献２に記載のＡＭ（Amplitude Modulation）方式は、３次元監視対象領域Ｓに向かって振幅変調された測定光を照射し、測定光と反射光の位相差に基づいて、対象物との距離を算出するものである。

なお、測距装置１の構成や測距方式に特に制限はなく、上述した例とは異なるものであっても構わない。

図６に戻り、侵入検知装置２は、閾値生成部２１と、記憶部２２と、観測距離画像取得部２３と、非背景抽出部２４と、判定部２５とを有する。これら各部の一部または全部は、ハードウェアで構成されてもよいし、コンピュータのプロセッサが所定のプログラムを実行することによって実現されてもよい。また、これら各部が複数の装置に分散されていてもよい。

閾値生成部２１は、図３〜図５を用いて説明したようにして、予め第１閾値および第２閾値を生成する。

図３では３次元監視対象領域Ｓを２次元で描いていたため、図５における第１閾値および第２閾値は１次元方向の各角度に対応して定められている。しかしながら、実際には、３次元監視対象領域Ｓが３次元であり、図７に示すように測距装置が２次元方向（すなわち角度θｍｓ１，θｍｓ２）に走査するため、第１閾値および第２閾値は２次元方向の角度の組（θｍｓ１，θｍｓ２）のそれぞれに対応して定められる。

上述したように、角度の組（θｍｓ１，θｍｓ２）は観測距離画像Ｒｏｂｓにおける画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）と対応しているため、第１閾値および第２閾値は各画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）に対応して定められていると考えることができる。この第１閾値および第２閾値は記憶部２２に記憶される。

観測距離画像取得部２３は測距装置１によって生成された観測距離画像Ｒｏｂｓを取得する。上述したように、観測距離画像Ｒｏｂｓの各画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の値は、距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）を示す。

非背景抽出部２４は、観測距離画像Ｒｏｂｓと、予め用意された背景画像Ｒｂｇとを比較して、観測距離画像Ｒｏｂｓのうちの背景でない画素を監視対象画素として抽出する。そして、非背景抽出部２４は、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける背景でない画素のインデックス（非背景インデックスともいう）の集合ＳｎｂｇＩｄｘを抽出する。より具体的には、非背景抽出部２４は、観測距離画像Ｒｏｂｓの画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が示す距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）と、非背景画像Ｒｂｇの画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が示す距離との差が所定値以上であれば、当該インデックスの組（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）を非背景インデックスとする。

そして、非背景抽出部２４は観測距離画像Ｒｏｂｓの画素数と同じサイズの行列ＭｎｂｇＩｄｘを生成する。すなわち、非背景抽出部２４は、この行列ＭｎｂｇＩｄｘにおける各要素のうち、非背景インデックスの集合ＳｎｂｇＩｄｘに含まれるインデックスに対応する要素を１値に、他の要素を０値に設定する。

なお、背景とは、測距装置１の測距対象となり得るが、侵入物として検知する必要がないものであり、例えば床や天井、固定された家具などである。

ここで、背景画像Ｒｂｇは、例えば３次元監視対象領域Ｓ内に何らの侵入物がない状態で、測距装置１によって生成された観測距離画像とすることができる。あるいは、測距装置１によって生成された多数の観測距離画像を画素ごとに平均した平均距離画像であってもよい。後者の場合、測距装置１のノイズの影響を抑えることができるし、３次元監視対象領域Ｓ内に何らの侵入物がない状態を実現することが難しい場合でも、背景画像Ｒｂｇを生成できる。なお、平均としては、算術平均のほか、幾何平均や刈り込み平均などを用いることができる。

図８は、非背景抽出部２４の処理動作を模式的に示す図である。この例では、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける画素（３，２）が示す距離Ｒ（３，２）は１８０であるのに対し、背景画像Ｒｂｇにおける画素（３，２）が示す距離は０であり、両者は大きく異なっている。よって、非背景抽出部２４は、行列ＭｎｂｇＩｄｘにおける要素（３，２）を１値に設定する。一方、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける他の画素が示す距離は、背景画像Ｒｂｇにおける対応画素が示す距離とそれぞれ等しい。よって、非背景抽出部２４は行列ＭｎｂｇＩｄｘにおける他の要素を０値に設定する。

なお、必ずしも非背景抽出部２４を設けることなく、任意に観測距離画像Ｒｏｂｓから監視対象画素を定めることができる。

図６に戻り、判定部２５は、非背景インデックスの組（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）のそれぞれについて、言い換えると、行列ＭｎｂｇＩｄｘにおける１値である要素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）のそれぞれについて、所定の判定対象点Ｐ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が３次元監視対象領域Ｓ内であるか否かを判定する。判定対象点Ｐ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）とは、測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）および距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）で定まる点であり、より具体的には、測距装置１から、測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の方向に、距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）だけ離れた点である。

本実施形態では、判定部２５が、判定対象点Ｐ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）をＸＹＺ座標系に変換することなく、距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）と３次元監視対象領域Ｓに応じて定まる上記第１閾値および第２閾値とを直接比較することによって、判定を行う。ＸＹＺ座標系に変換する処理を行わないため、計算量を減らすことができる。

具体的には、判定部２５は、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）にある対象物が３次元監視対象領域Ｓ内であるか否かの判定結果を示す行列Ｍｄｅｔ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）を生成する。

図９は、判定部２５の処理手順を示すフローチャートである。
判定部２５は、あるインデックスの組（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）について、行列ＭｎｂｇＩｄｘの同要素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が１値であり（ステップＳ１のＹＥＳ）、かつ、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が、その方向におけるいずれかの第１閾値以上かつ対応する第２閾値以下である場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、行列Ｍｄｅｔの要素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）を１値に設定する（ステップＳ３）。

一方、判定部２５は、あるインデックスの組（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）について、行列ＭｎｂｇＩｄｘの同要素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が０値である場合（ステップＳ１のＮＯ）、または、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が、その方向におけるいずれかの第１閾値以上かつ対応する第２閾値以下ではない場合（ステップＳ２のＮＯ）、行列Ｍｄｅｔの要素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）を０値に設定する（ステップＳ４）。

例えば、図２の場合において、画素Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が非背景画素であり、その方向がｄ２である場合、Ｒｉ２１≦Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）≦Ｒｏ２１またはＲｉ２２≦Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）≦Ｒｏ２２であれば、行列Ｍｄｅｔの要素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）は１値に設定され、そうでなければ０値に設定される。

判定部２５は、以上の処理を、主方向のインデックスｉｍｓ１を１〜Ｎｍｓ１まで順繰りにインクリメントしながら（ｆｏｒループＦ１）、また、副方向のインデックスｉｍｓ２を１〜Ｎｍｓ２まで順繰りにインクリメントしながら（ｆｏｒループＦ２）繰り返し、インデックスの組（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の全てについて、行列Ｍｄｅｔの各要素を１値または０値に設定する。

なお、判定部２５は、図９に示すｆｏｒループによる処理に代えて、インデックスの各組（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）について並列処理を行って行列Ｍｄｅｔを生成してもよい。

そして、判定部２５は行列Ｍｄｅｔのうち少なくとも１つの要素が１値に設定されている場合、侵入物がある旨を出力する。一方、判定部２５は行列Ｍｄｅｔのすべての要素が０値に設定されている場合、侵入物がない旨を出力する。

このように、第１の実施形態では、判定部２５が、測距装置１が生成した観測距離画像ＲｏｂｓをＸＹＺ座標系に変換することなく、各画素が示す距離と第１閾値および第２閾値とを直接比較して、侵入物の有無を判定する。そのため、侵入検知に要する計算量を減らすことができる。さらに、３次元監視対象領域を３次元格子に分割する必要がないので、侵入の有無を精度よく検知できる。

以下、本実施形態で説明した方式によれば、背景技術の欄で説明した３次元格子に投票する方式に比べて、侵入検知に必要な計算量を大幅に減らせることを説明する。

まずは、３次元格子に投票する方式の場合の計算量を見積もる。上述したように、この方式では、
（１）すべての侵入候補点を、測距装置を原点とするＸＹＺ座標系に変換し
（２）すべての侵入候補点のそれぞれについて、変換されたＸＹＺ座標が、各監視対象領域内格子に含まれるか否かを判定する
という処理が必要である。

（１）の処理において、すべての侵入候補点とは、観測距離画像における非背景画素である。そして、１つの非背景画素が示す距離Ｒを、測距装置を原点とするＸＹＺ座標系に変換するには、以下のステップを経る。

（１ａ）予め定めた水平方向走査角テーブルθｔｂｌｍｓ１を参照し，インデックスｉｍｓ１から測距走査角度θｍｓ１を定める。
（１ｂ）予め定めた垂直方向走査角テーブルθｔｂｌｍｓ２を参照し，インデックスｉｍｓ２から測距走査角度θｍｓ２を定める。
（１ｃ）測距走査角度θｍｓ１，θｍｓ２から、測距走査方向ベクトルＤｍｓを次式により決定する。
測距走査方向ベクトルＤｍｓは、測距装置を原点にとった場合の測定光の照射方向および反射光の入射方向に相当する。
（１ｄ）測距走査方向ベクトルＤｍｓに距離Ｒを乗じることによりＸＹＺ座標を得る．

以上から、（１）の処理をオンラインで行うのに必要な計算量は次のようになる。（１ａ）〜（１ｃ）をテーブルを用いて処理する場合、インデックスの組（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）をキーとする１回のテーブル参照が必要である。ここでは、テーブルの参照１回を浮動小数点演算１回相当とみなす。また、ステップ（１ｄ）の演算は浮動小数点の乗算３回と概算できる。以上から、ステップ（１ａ）からステップ（１ｄ）までの計算量は浮動小数点演算４回となる。

一方、（２）の処理は、具体的には以下のステップを経る。

（２ａ）前提として、ある監視対象領域内格子の境界をＸＹＺ座標系での６平面に対応する６つの関数で表現し、例として次式のように表す。
ここで６平面の法線ベクトルをＸＹＺ座標系の基底に選んだ簡易な例を示すと次式のようになる。
（２ｂ）侵入候補点のＸＹＺ座標の値を上記の６つの関数に代入し、下式に示すように全て関数での評価値が０以下になれば、格子「内」と判定する。一方、６つの関数での評価値が１つでも０より大きければ格子「外」と判定する。

以上から、（２）の処理をオンラインで行うのに必要な計算量は次のようになる。（２ｂ）の各関数の評価で乗算３回＋加算３回＋比較演算１回が行われる．これらを単純に足して考えると浮動小数点演算が７回発生する。関数評価は６個あるので、ステップ（２ｂ）の計算量の概算は浮動小数点演算７回×６回=４２回となる。この演算が、３次元格子の数だけ行われる。

上記に基づき、３次元格子に投票する方式の計算量と、３次元格子の大きさや格子数に関する関係を述べる。

侵入候補点の数をＮ_inCan個とする。また、監視対象領域のＸ，Ｙ，Ｚ方向の長さをそれぞれＬ_MNTRX，Ｌ_MNTRY，Ｌ_MNTRZとする。そして、各３次元格子の寸法のＸ，Ｙ，Ｚ方向の長さをそれぞれＬ_gridX，Ｌ_gridY，Ｌ_gridZとする。この場合、３次元格子の数は、（Ｌ_MNTRX／Ｌ_gridX）×（Ｌ_MNTRY／Ｌ_gridY）×（Ｌ_MNTRZ／Ｌ_gridZ）である。

よって、（１），（２）の処理での合計計算量、すなわち浮動小数点演算の回数は下記（Ａ）式で表される。

侵入判定の精度向上のために３次元格子を小さくした場合、上記（Ａ）式から分かるように、格子寸法が小さくなるにつれて計算量が増加する。例えば、３次元格子の各辺の長さＬ_gridX，Ｌ_gridY，Ｌ_gridZをそれぞれ１／２倍にすると、計算量は単純には８倍になる。

また、３次元監視対象領域を広げるため３次元格子数を増やした場合、上記（Ａ）式から分かるように、３次元監視対象領域が広がるにつれて計算量が増加する。例えば、監視解消領域の各辺の長さＬ_MNTRX，Ｌ_MNTRY，Ｌ_MNTRZをそれぞれ２倍にすると、計算量は単純に８倍になる。

このように、侵入判定の精度を上げたい場合や、３次元監視対象領域を広げたい場合、３次元格子に投票する方式では計算量が著しく増加し、実時間での処理が極めて困難となる。

続いて、本実施形態による方式の場合の計算量を見積もる。本方式でのオンライン処理は判定部２５での処理のみとし、非背景抽出部２４での処理量は相対的に小さいので無視する。また、第１閾値および第２閾値は複数存在し得るが、簡単のために１つずつとして見積もる。

判定部２５では、各インデックス（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の組について第１閾値との比較のために、（１×Ｎｍｓ１×Ｎｍｓ２）回の浮動小数点演算が必要である。同様に、各インデックス（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の組について第２閾値との比較のために、（１×Ｎｍｓ１×Ｎｍｓ２）回の浮動小数点演算が必要である。

さらに、判定部２５では、第１閾値以上かつ第２閾値以下のインデックスを検出するために、第１閾値との比較結果と第２閾値との比較結果の論理積を算出する。そのために、（１×Ｎｍｓ１×Ｎｍｓ２）回の浮動小数点演算が必要である。さらに、論理積が１値になる要素の有無を判定するために、（１×Ｎｍｓ１×Ｎｍｓ２）回の浮動小数点演算が必要である。

よって、本実施形態での方式による合計計算量、すなわち浮動小数点演算の回数は下記（Ｂ）式で表される
４×Ｎｍｓ１×Ｎｍｓ２ ・・・（Ｂ）

第１閾値および第２閾値がＱ組ある場合、浮動小数点演算の回数は上記（Ｂ）式のＱ倍となるのみである。また、非背景抽出部２４の処理を加えても、上記（Ｂ）式の数倍となるのみである。この（Ｂ）式から分かるように、本実施形態の方式では、計算量は観測距離画像Ｒｏｂｓの画素数Ｎｍｓ１，Ｎｍｓ２にのみ依存する。言い換えると、計算量は３次元監視対象領域Ｓの大きさには依存せず、３次元監視対象領域Ｓを広げても計算量は変わらない。

具体例として、Ｎｍｓ１＝７５１［画素］，Ｎｍｓ２＝３１［画素］，Ｌ_MNTRX＝３０［ｍ］，Ｌ_MNTRY＝１５［ｍ］，Ｌ_MNTRZ＝１［ｍ］，Ｌ_gridX＝０．０７［ｍ］，Ｌ_gridY＝０．０７［ｍ］，Ｌ_gridZ＝０．２５［ｍ］，Ｎ_inCan＝Ｎｍｓ１×Ｎｍｓ２×０．０５＝１１６４［点］（非背景画素が全体の５％）とすると、３次元格子に投票する方式の計算量を示す上記（Ａ）式と、本実施形態の方式の計算量を示す上記（Ｂ）式は以下のようになる。

このように、本実施形態による方式であれば、３次元格子に投票する方式に比べて計算量を１／１０⁵程度に大幅に減らすことができる。

続いて、３次元監視対象領域Ｓが凸である場合の具体例を説明する。凸である３次元監視対象領域Ｓは複数の半空間の共通部分で形成できる。なお、半空間とは、予め定めた平面で空間を分割することで定まる空間を言う。３次元監視対象領域Ｓが凸である場合、第１閾値および第２閾値は１組となる。

本例では、下式に示すように、ＸＹＺ座標系におけるある平面に対応する関数ｆ_MNTR（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いる。
この関数ｆ_MNTR（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いると、平面はｆ_MNTR（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝０として表され、半空間はｆ_MNTR（Ｘ，Ｙ，Ｚ）≦０と表される。ここでは、説明を簡略化するために、次の変数ｌ_MNTR，Ｐを導入する。

これらの変数ｌ_MNTR，Ｐを用いると、関数ｆ_MNTR（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝ｆ_MNTR（Ｐ）は次のように表される。

また、平面および半空間は次のように表される。

ここで、３次元監視対象領域ＳをＮ_MNTR個の半空間の共通部分として構成する。ｉ番目の半空間に対応する関数をｆ_MNTRi（Ｐ）と表記すると、次の式を満たすＰ＝［Ｘ，Ｙ，Ｚ］^tが３次元監視対象領域Ｓ内となる。

具体例として、６個の平面で決定される６つの半空間の共通部分として３次元監視対象領域Ｓを定義することができる。この場合、３次元監視対象領域Ｓは６面体となる。ＸＹ平面上に４角形を設定し、Ｚ軸に上下限を設定した３次元監視対象領域Ｓを構成する場合には、このようにすればよい。

このように構成される３次元監視対象領域Ｓにおいて、第１閾値および第２閾値は、次のようにしてオフラインで算出される。

図１０は、第１閾値および第２閾値の生成手順を示すフローチャートである。なお、観測距離画像Ｒｏｂｓにおける各画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）に対応する第１閾値および第２閾値の集合をそれぞれ第１閾値画像Ｒｔｈ１および第２閾値画像Ｒｔｈ２と呼ぶ。

まずは、第１閾値画像Ｒｔｈ１および第２閾値画像Ｒｔｈ２における固定画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の第１閾値および第２閾値を算出することを説明する（ｆｏｒループＦ４２の内側）。初めに、配列ｌｉｓｔＲｉｎｓｒｓｃｔを初期化しておく（ステップＳ４１）。

そして、あるｉ番目の平面ｉＭＮＴＲと、測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の延長半直線とが３次元監視対象領域内Ｓに含まれる交点を持つか否かを判定する（ステップＳ４２）。具体的な判定手法は、図１１を用いて後述する。３次元監視対象領域内Ｓに含まれる交点がある場合、その交点と原点（測距装置１の位置）との距離を算出し、配列ｌｉｓｔＲｉｎｓｒｓｃｔに追加する（ステップＳ４３）。以上をすべての平面ｉＭＮＴＲ＝１〜ＮＭＮＴＲについて行う（ｆｏｒループＦ４１）。

その後、配列ｌｉｓｔＲｉｎｓｒｓｃｔが空であれば（ステップＳ４４のＹＥＳ）、第１閾値画像Ｒｔｈ１および第２閾値画像Ｒｔｈ２の画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）をＮＡＮに設定する（ステップＳ４５）。この方向には交点を持たないためである。

一方、配列ｌｉｓｔＲｉｎｓｒｓｃｔに値が追加されている場合（ステップＳ４４のＮＯ）、そのうちの最小値ｍｉｎ（ｌｉｓｔＲｉｎｔｒｓｃｔ）を第１閾値画像Ｒｔｈ１の画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）に第１閾値として設定し、最大値ｍａｘ（ｌｉｓｔＲｉｎｔｒｓｃｔ）を第２閾値画像Ｒｔｈ２の画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）に第２閾値として設定する（ステップＳ４６）。

以上の処理を、主方向のインデックスｉｍｓ１を１〜Ｎｍｓ１まで順繰りにインクリメントしながら（ｆｏｒループＦ４２）、また、副方向のインデックスｉｍｓ２を１〜Ｎｍｓ２まで順繰りにインクリメントしながら（ｆｏｒループＦ４３）繰り返し、インデックスの組（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）の全てについて、第１閾値画像Ｒｔｈ１および第２閾値画像Ｒｔｈ２の各画素に閾値またはＮＡＮを設定する。

図１１は、ステップＳ４２の判定手法を示すフローチャートである。
原点とは反対方向に測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）を延長した半直線と、平面ｉＭＮＴＲとが交点Ｐ_intrsctを持つか否かを次のようにして判定する（ステップＳ５１）。

関数ｆ_MNTRiMNTR（Ｐ）を用いると、平面ｉＭＮＴＲは下式で表される。

一方、交点Ｐ_intrsctを持つとした場合、この交点Ｐ_intrsctは、交点までの距離Ｒ_intrsctを用いて下式で表される。

上２式から交点Ｐ_intrsctを消去すると、距離Ｒ_intrsctが下式で表される。

この式において、距離Ｒ_intrsctが負である場合や無限大である場合、交点Ｐ_intrsctは存在せず（ステップＳ５１のＮＯ）、平面ｉＭＮＴＲと、測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）とが交点を持たないと判定される（ステップＳ５４、図１０のステップＳ４２のＮＯ）。

一方、距離Ｒ_intrsctが０以上の有限値であれば、交点Ｐ_intrsctが存在する。得られた距離Ｒ_intrsctが、交点Ｐ_intrsctと原点との距離であり、図１０のステップＳ４３で用いられる。このときの交点Ｐ_intrsctは下式で表される。

以上によるステップＳ５１の判定の結果、交点Ｐ_intrsctが存在する場合（ステップＳ５１のＹＥＳ）、続いて、この交点Ｐ_intrsctが３次元監視対象領域Ｓに含まれるか否かをチェックする。具体的には、３次元監視対象領域Ｓを定義するすべての半空間ｋＭＮＴＲ＝１〜ＮＭＮＴＲについて（ｆｏｒループＦ５１）、下式を満たすか否かをチェックする（ステップＳ５２）。
ｆ_MNTR［ｋＭＮＴＲ］（Ｐ_intrsct）≦０

１つでも満たさない平面がある場合（ステップＳ５２のＮＯ）、平面ｉＭＮＴＲと、測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）とが監視対象領域内Ｓに含まれる交点を持たないと判定される（ステップＳ５４、図１０のステップＳ４２のＮＯ）。すべての平面について満たす場合（ステップＳ５２のＹＥＳ）、平面ｉＭＮＴＲと、測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）とが監視対象領域内Ｓに含まれる交点を持つと判定される（ステップＳ５３、図１０のステップＳ４２のＹＥＳ）。
その後、上述した図１０のステップＳ４３以降の処理が行われる。

３次元監視対象領域Ｓが凸である場合には、このようにして第１閾値および第２閾値を定めることができる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は、侵入物の有無を検知するものであった。これに対し、次に説明する第２の実施形態は侵入物の位置、すなわち、侵入物がある方向および侵入物との距離も検出するものである。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図１２は、本発明の第２の実施形態に係る侵入検知システムの概略構成を示すブロック図である。この侵入検知システムにおける侵入検知装置２’は侵入位置出力部２６をさらに有する。

侵入位置出力部２６は、観測距離画像Ｒｏｂｓおよび行列Ｍｄｅｔに基づいて、侵入物の有無および位置を出力する。具体的には、侵入位置出力部２６は、行列Ｍｄｅｔにおける１値である要素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）のそれぞれについて、測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）および距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）を出力する。

測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）に基づいて侵入物の方向が分かり、距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）に基づいて測距装置１からの侵入物の距離が分かる。よって、測距走査方向ベクトルＤ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）および距離Ｒ（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）から、侵入物の位置（すなわち、観測距離画像Ｒｏｂｓの画素（ｉｍｓ１，ｉｍｓ２）が示す点）が特定される。

なお、侵入位置出力部２６は、行列Ｍｄｅｔの全要素が０値である場合、侵入物がないことを出力する。

このように、第２の実施形態では、侵入位置出力部２６を設ける。そのため、侵入物の有無だけでなく、侵入物の位置を検知できる。

なお、各実施形態において、測距装置１は対象物からの反射光に基づいて測距を行うものであるが、場合によってはエコーによって複数の反射光が受光されることもある。その場合、すべてのエコーについて上述した処理を行ってもよいし、最も強度が高いエコーについて処理を行ってもよいし、強度が強い順に所定数のエコーについて処理を行ってもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ 測距装置
２，２’ 侵入検知装置
２１ 閾値生成部
２２ 記憶部
２３ 観測距離画像取得部
２４ 非背景抽出部
２５ 判定部
２６ 侵入位置出力部

Claims (8)

1. ２次元走査型の測距装置によって３次元空間を測距して生成される観測距離画像であって、各画素の値が、該画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離を示す前記観測距離画像を取得する観測距離画像取得部と、
   前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、複数の面で囲まれた３次元監視対象領域に前記光が入射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である１または複数の第１閾値と、前記１または複数の第１閾値のそれぞれに対応する第２閾値であって、前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、この光が前記３次元監視対象領域から出射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である第２閾値とを、光の照射方向に関連付けて記憶した記憶部を参照して、前記観測距離画像における監視対象画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離が、当該監視対象画素に対応する方向と関連付けられた前記第１閾値以上であり、かつ、これと対応する前記第２閾値以下である場合に、前記対象物が前記３次元監視対象領域に含まれると判定する判定部と、を備える侵入検知装置。
2. 前記第１閾値および前記第２閾値を生成する閾値生成部を備え、この閾値生成部は、
   前記複数の面の頂点を結ぶことで前記３次元監視対象領域を複数の凸領域に分割し、
   前記測距装置からの光の照射方向のそれぞれについて、光が前記複数の凸領域のいずれかに入射する入射点および該凸領域から出射する出射点と前記測距装置との距離をそれぞれ示す入射点距離および出射点距離を算出し、
   １つの凸領域における前記出射点距離と、前記１つの凸領域と隣接する他の凸領域における前記入射点距離とが一致する場合にこれらの出射点距離および入射点距離を省き、残った前記入射点距離および前記出射点距離から前記第１閾値および前記第２閾値をそれぞれ生成する閾値生成部を備える、請求項１に記載の侵入検知装置。
3. 前記入射点距離は、前記入射点の空間座標を前記測距装置を原点とする距離に予め変換したものであり、
   前記出射点距離は、前記出射点の空間座標を前記測距装置を原点とする距離に予め変換したものである、請求項２に記載の侵入検知装置。
4. 前記監視対象画素が示す位置が前記３次元監視対象領域に含まれる場合に、該画素に対応する方向と、該画素が示す距離とを出力する侵入位置出力部を備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の侵入検知装置。
5. 前記観測距離画像と背景画像とを比較して、前記観測距離画像のうちで背景でない画素を抽出して前記監視対象画素を特定する非背景抽出部を備え、
   前記背景画像は、
   前記３次元監視対象領域内に侵入物がない状態で前記測距装置によって生成された距離画像であるか、
   前記測距装置によって生成された複数の距離画像の平均であり、
   前記背景画像の各画素の値は、該画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離を示す、請求項１乃至４のいずれかに記載の侵入検知装置。
6. 前記観測距離画像を生成する２次元走査型の測距装置と、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の侵入検知装置と、を備える侵入検知システム。
7. ２次元走査型の測距装置によって３次元空間を測距して生成される観測距離画像であって、各画素の値が、該画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離を示す前記観測距離画像を取得するステップと、
   前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、複数の面で囲まれた３次元監視対象領域に前記光が入射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である１または複数の第１閾値と、前記１または複数の第１閾値のそれぞれに対応する第２閾値であって、前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、この光が前記３次元監視対象領域から出射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である第２閾値とを、光の照射方向に関連付けて記憶した記憶部を参照して、前記観測距離画像における監視対象画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離が、当該監視対象画素に対応する方向と関連付けられた前記第１閾値以上であり、かつ、これと対応する前記第２閾値以下である場合に、前記対象物が前記３次元監視対象領域に含まれると判定するステップと、を備える侵入検知方法。
8. コンピュータに、
   ２次元走査型の測距装置によって３次元空間を測距して生成される観測距離画像であって、各画素の値が、該画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離を示す前記観測距離画像を取得するステップと、
   前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、複数の面で囲まれた３次元監視対象領域に前記光が入射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である１または複数の第１閾値と、前記１または複数の第１閾値のそれぞれに対応する第２閾値であって、前記測距装置から各方向に光を照射した場合に、この光が前記３次元監視対象領域から出射する１または複数の点のそれぞれと前記測距装置との距離である第２閾値とを、光の照射方向に関連付けて記憶した記憶部を参照して、前記観測距離画像における監視対象画素に対応する方向にある対象物と前記測距装置との距離が、当該監視対象画素に対応する方向と関連付けられた前記第１閾値以上であり、かつ、これと対応する前記第２閾値以下である場合に、前記対象物が前記３次元監視対象領域に含まれると判定するステップと、を実行させる侵入検知方法。