JP2019157497A - Monitoring system, monitoring method, and monitoring program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建設機械を制御する監視システム、監視方法及び監視プログラムに関する。 The present invention relates to a monitoring system, a monitoring method, and a monitoring program for controlling a construction machine.
バックホウ等の建設機械の周囲に人が存在する場合、建設機械との接触を回避するために、建設機械の動作中に警告を行なう(例えば、非特許文献1参照。)。この非特許文献1に記載の歩行者検知警戒システムは、ステレオカメラによって建設機械の後方を撮影する。撮影した画像を用いて、歩行者や作業者が建設機械からの近傍(検知範囲内)にいる場合には、モニターにおいて画像の枠を色付き表示にする。また、歩行者や作業者が警報エリアに入った場合には、警報が出力される。
When a person is present around a construction machine such as a backhoe, a warning is given during the operation of the construction machine in order to avoid contact with the construction machine (see, for example, Non-Patent Document 1). This pedestrian detection warning system described in Non-Patent
しかしながら、非特許文献1に示すように、画像による注意喚起では、画像を確認する必要がある。この場合、本来の建設機械の操作作業と周囲の確認作業とを並行して行なうため、手間がかかる場合がある。
また、この文献に記載の技術では、例えば背を低くするような姿勢の場合や、物陰で人物画像の大部分が隠れている場合には、人物を認識することができない。
However, as shown in Non-Patent
Also, with the technique described in this document, a person cannot be recognized, for example, when the posture is such that his / her height is lowered or when most of the person image is hidden behind the object.
上記課題を解決する監視システムは、建設機械に取り付けられて周囲を撮影する撮像装置に接続された制御部を備えた監視システムにおいて、前記制御部は、前記撮像装置から、順次、取得した撮像画像において人物及び装着保護具の画像認識を行ない、前記画像認識により特定された前記人物又は装着保護具までの接近距離を算出し、前記接近距離に基づいて、前記建設機械との接触を回避するための対応処理を実行する。 A monitoring system that solves the above-described problem is a monitoring system that includes a control unit that is attached to a construction machine and is connected to an imaging device that captures an image of the surroundings. The control unit sequentially acquires captured images from the imaging device. To recognize an image of a person and a wearing protector, calculate an approach distance to the person or the wearing protector specified by the image recognition, and avoid contact with the construction machine based on the approach distance The corresponding process is executed.
本発明によれば、建設機械と人との接触を、的確かつ効率的に回避することができる。 According to the present invention, contact between a construction machine and a person can be avoided accurately and efficiently.
以下、図1〜図4を用いて、監視システム、監視方法及び監視プログラムを具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、建設機械としてのバックホウを制御する場合を説明する。 Hereinafter, an embodiment in which a monitoring system, a monitoring method, and a monitoring program are embodied will be described with reference to FIGS. This embodiment demonstrates the case where the backhoe as a construction machine is controlled.
図1に示すように、バックホウ10は、下部フレームと、旋回部としての上部フレーム10aとを備える。下部フレームは、1対のクローラ11を備える。上部フレーム10aは、旋回軸c1を中心として旋回する。上部フレーム10aには、バケット12を先端に取り付けたアームに連結するブーム13と、運転室14とが取り付けられている。更に、上部フレーム10aの後方中央には、取付台を介して、撮像装置15が、垂直方向の向き(仰俯角)を変更可能に取り付けられる。
As shown in FIG. 1, the
撮像装置15は、90度範囲のステレオカメラを2対備える。撮像装置15は、バックホウ10の後方180度範囲を撮影し、撮像画像において、ステレオカメラの視差により被写体の距離を算出する。本実施形態では、撮像装置15は、所定の時間(例えば0.1秒)間隔で撮影を行ない、撮像画像を、後述する制御部20に送信する。
The
更に、図2に示すように、バックホウ10は、制御部20、スピーカ31及び緊急停止装置32を備えている。この制御部20は、バックホウ10と人との接触を回避するための対応処理を行なう。スピーカ31は、制御部20からの指示により警告音を発生する。緊急停止装置32は、本実施形態では、バックホウ10のヒューズを電気的に切断して、バックホウ10を停止させる。
Further, as shown in FIG. 2, the
一方、制御部20は、画像認識部21、判定部22、警報部23、停止部24及び学習結果記憶部25を備える。
画像認識部21は、撮像装置15から撮像画像(静止画像)を取得し、学習結果記憶部25に記憶された学習結果(画像認識モデル)を用いて、画像内の人物及びヘルメット(頭部を保護するための装着保護具)についての画像認識を実行する。
On the other hand, the
The
判定部22は、画像認識された人物又はヘルメットまでの接近距離に応じて対応処理を決定する処理を実行する。本実施形態では、対応処理として、警報や停止を決定する。
この場合、図1に示すように、警報エリアA1と停止エリアA2とを用いる。警報エリアA1及び停止エリアA2は、バックホウ10の上部フレーム10aの後方(撮像装置15の正面)に対して左右90度(合計180度)の範囲である。更に、警報エリアA1は、停止エリアA2より外側に配置され、バックホウ10から第1距離(例えば10m)以下の領域である。また、停止エリアA2は、第2距離(例えば5m)以下の領域である。そして、判定部22は、人との接近距離に基づいて、警報エリアA1内と判定した場合には、対応処理として、警報部23に指示を出力する。また、人との接近距離が短く、停止エリアA2内と判定した場合には、対応処理として、停止部24に指示を出力する。
The
In this case, as shown in FIG. 1, an alarm area A1 and a stop area A2 are used. The alarm area A1 and the stop area A2 are in the range of 90 degrees left and right (180 degrees in total) with respect to the rear of the upper frame 10a of the backhoe 10 (front of the imaging device 15). Furthermore, alarm area A1 is an area | region arrange | positioned outside stop area A2, and is below 1st distance (for example, 10 m) from
図2に示す警報部23は、スピーカ31から警告音を発生させる。本実施形態では、警報部23は、後述する警告処理において、所定期間(警報出力期間)で、連続して警告音を発する。この警告音を連続して発する期間は、画像認識を行なう時間間隔よりも長い時間を用いる。
The
停止部24は、後述する停止・警報処理において、緊急停止装置32を作動させて、バックホウ10を緊急停止させる。更に、停止部24は、バックホウ10が再始動されるまで、スピーカ31から警告音を発生させる。
The
学習結果記憶部25には、画像内において人物及びヘルメットを認識するための画像認識モデルが記録される。
図3に示すように、この画像認識モデルは、教師データ記憶部40に記録された教師データを用いた学習処理(ステップS0)によって生成される。本実施形態では、教師データとして、人物画像、ヘルメット画像、ヘルメットを装着した人物画像を用いる。そして、これらの画像を用いて、人物を認識するための深層学習を行なう。この場合、人物画像により人物を認識するだけではなく、人物画像が明瞭でない場合にも、ヘルメット画像により、ヘルメットを装着した人物を認識できるように学習する。
The learning
As shown in FIG. 3, the image recognition model is generated by a learning process (step S0) using the teacher data recorded in the teacher
次に、図3を用いて、バックホウ10に取り付けた制御部20が実行する監視処理について説明する。
まず、制御部20は、画像の取得処理を実行する(ステップS1)。具体的には、制御部20の画像認識部21は、撮像装置15から撮像画像(静止画像)を取得する。この場合、2対のステレオカメラを用いることにより、180度の視野で撮影された画像を取得する。
Next, a monitoring process executed by the
First, the
次に、制御部20は、画像認識処理を実行する(ステップS2)。具体的には、制御部20の画像認識部21は、学習結果記憶部25の画像認識モデルを用いて、取得した静止画像内に、目的画像(人物画像又はヘルメット画像)を認識する。
Next, the
次に、制御部20は、目的画像が含まれるかどうかについての判定処理を実行する(ステップS3)。具体的には、静止画像内に、人物画像又はヘルメット画像を認識した場合には、目的画像が含まれると判定する。
Next, the
ここで、目的画像が含まれないと判定した場合(ステップS3において「NO」の場合)、制御部20は、次の静止画像を取得するまで待機する。
一方、目的画像が含まれると判定した場合(ステップS3において「YES」の場合)、制御部20は、接近距離の算出処理を実行する(ステップS4)。具体的には、制御部20の判定部22は、ステレオカメラの視差を用いて、目的画像に含まれる被写体(人又はヘルメット)までの距離(接近距離)を算出する。
If it is determined that the target image is not included (“NO” in step S3), the
On the other hand, when it determines with the target image being included (in the case of "YES" in step S3), the
次に、制御部20は、停止エリア内か否かの判定処理を実行する(ステップS5)。具体的には、制御部20の判定部22は、算出した接近距離と第2距離とを比較し、接近距離が第2距離以下の場合、停止エリアA2内に人がいると判定する。
Next, the
ここで、停止エリア内と判定した場合(ステップS5において「YES」の場合)、制御部20は、停止・警報処理を実行する(ステップS6)。具体的には、制御部20の停止部24は、緊急停止装置32を作動させて、バックホウ10を緊急停止させ、スピーカ31から警告音を発生させる。
Here, when it determines with it being in a stop area (in the case of "YES" in step S5), the
一方、停止エリア内ではないと判定した場合(ステップS5において「NO」の場合)、制御部20は、警報エリア内か否かの判定処理を実行する(ステップS7)。具体的には、制御部20の判定部22は、算出した接近距離と第1距離とを比較し、接近距離が第1距離以下の場合、警報エリアA1内に人がいると判定する。
On the other hand, when it determines with it not being in a stop area (in the case of "NO" in step S5), the
ここで、警報エリア内と判定した場合(ステップS7において「YES」の場合)、制御部20は、警報処理を実行する(ステップS8)。具体的には、制御部20の判定部22は、警報部23を介して、スピーカから警報音を出力する。この場合、図4(a)に示すように、警報部23は、継続時間t1の警報音を出力する。本実施形態では、この継続時間t1としては、後続する2回の画像認識を実行する時間を用いる。
Here, when it determines with it being in an alarm area (in the case of "YES" in step S7), the
そして、図4(b)に示すように、継続時間t1内に、新たに目的画像を認識しなかった場合には、警報部23は、継続時間t1後、警報音を停止する。
一方、図4(c)に示すように、警報音の継続時間t1内に、後続の画像認識処理において新たに目的画像を認識した場合には、制御部20の警報部23は、新たに継続時間t1の警報音を、その前に出力された警告音と継続するように、出力する。
Then, as shown in FIG. 4B, when the target image is not newly recognized within the duration t1, the
On the other hand, as shown in FIG. 4C, when the target image is newly recognized in the subsequent image recognition processing within the duration t1 of the alarm sound, the
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)本実施形態では、制御部20は、画像認識処理(ステップS2)、接近距離の算出処理(ステップS4)を実行する。この場合、バックホウ10に取り付けた撮像装置15の撮像画像を用いて、人の接近距離を算出する。これにより、人とバックホウ10との距離関係に応じた対応処理により、バックホウ10との接触を回避することができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In this embodiment, the
(2)本実施形態では、学習処理(ステップS0)において、教師データとして、人物画像、ヘルメット画像、ヘルメットを被った人物画像を用いる。これにより、姿勢によって人物と認識し難い画像であっても、ヘルメット画像により人の存在を検知することができる。 (2) In this embodiment, a person image, a helmet image, and a person image wearing a helmet are used as teacher data in the learning process (step S0). Thereby, even if the image is difficult to recognize as a person depending on the posture, the presence of the person can be detected from the helmet image.
(3)本実施形態では、接近距離が第1距離以下(警報エリアA1内)の場合(ステップS7において「YES」の場合)には、制御部20は、警報処理を実行する(ステップS8)。これにより、バックホウ10に接近した人及びバックホウ10のオペレータに対する注意喚起を行なうことができる。
(3) In the present embodiment, when the approach distance is equal to or less than the first distance (in the alarm area A1) (in the case of “YES” in step S7), the
(4)本実施形態では、警報処理において、制御部20は、一定時間(継続時間t1)の警報音を出力する。この継続時間t1を、少なくとも次の画像認識のタイミングまでは継続される時間に設定する。これにより、画像認識により目的画像を一時的に見失った場合にも、継続して警報を出力することができる。
(4) In this embodiment, in the alarm process, the
(5)本実施形態では、接近距離が第2距離以下(停止エリアA2内)の場合(ステップS5において「YES」の場合)には、制御部20は、停止・警報処理を実行する(ステップS6)。これにより、バックホウ10の上部フレーム10aの旋回範囲に存在する人との接触を回避することができる。
(5) In this embodiment, when the approach distance is equal to or shorter than the second distance (in the stop area A2) (in the case of “YES” in step S5), the
(6)本実施形態では、撮像装置15を、バックホウ10の上部フレーム10aに固定された取付台の上に、垂直方向の向き(仰俯角)を変更可能に固定する。これにより、バックホウ10の視野範囲を変更することができる。
(6) In the present embodiment, the
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、ステレオカメラで撮影された画像の視差を用いて目的画像までの接近距離を算出する。接近距離の算出方法は、ステレオカメラを用いる場合に限定されない。例えば、撮像画像に含まれるヘルメット画像の画素数に基づいて、接近距離を算出するようにしてもよい。この場合、制御部20に、ほぼ半球形状のヘルメット画像の画素数と、接近距離とを関連付けた画素数情報を記憶させておく。そして、ヘルメット画像の画素数をカウントし、画素数情報を用いて、画素数から接近距離を算出する。ヘルメットは種類に関係なく、ほぼ同じ大きさであるため、画素数により効率的に接近距離を算出することができる。
This embodiment can be implemented with the following modifications. The present embodiment and the following modifications can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
In the above embodiment, the approach distance to the target image is calculated using the parallax of the image captured by the stereo camera. The approach distance calculation method is not limited to the case of using a stereo camera. For example, the approach distance may be calculated based on the number of pixels of the helmet image included in the captured image. In this case, the
・上記実施形態では、警報を継続する継続時間t1として、後続の2つの画像認識を行なう時間に設定した。継続時間t1は、少なくとも次の画像認識が行なわれるまでの時間以上であればよい。また、制御部20に撮像画像を取得する周期や、画像認識の認識率に応じて、継続時間t1の長さを変更してもよい。例えば、降雨時等には、画像ノイズの発生により、画像認識率が落ちるため、継続時間を長く変更する。この場合、画像認識部21が、撮像画像に基づいて、撮影環境状態(例えば、降雨や夕方、逆光等)を判定し、この撮影環境状態に対応した継続時間を変更する。
In the above embodiment, the time t2 for continuing the warning is set as the time for performing the subsequent two image recognitions. The duration t1 may be at least longer than the time until the next image recognition is performed. Further, the length of the duration time t1 may be changed according to the cycle of acquiring the captured image in the
・上記実施形態では、警報エリアA1と停止エリアA2を用いて、人の接近時の対応処理を決定する。この警報エリアA1及び停止エリアA2の大きさを固定しておく必要はなく、状況に応じて、エリアの大きさを変更するようにしてもよい。例えば、建設機械が旋回中や傾斜地に位置している場合には、通常時に比べてエリアを広く設定する。この場合には、判定部22が、建設機械の動作状況を特定し、この動作状況に応じて、警報エリアA1、停止エリアA2を決定する。
In the above embodiment, the warning area A1 and the stop area A2 are used to determine the handling process when a person approaches. It is not necessary to fix the size of the alarm area A1 and the stop area A2, and the size of the area may be changed according to the situation. For example, when the construction machine is turning or located on a sloping ground, the area is set wider than normal. In this case, the
また、画像認識した人の状況に基づいて、エリアを変更してもよい。例えば、画像認識部21が、画像認識により、人の向きや動きを特定し、人が建設機械に向いていると判定した場合には、警報エリアA1、停止エリアA2を広くしたりしてもよい。
The area may be changed based on the situation of the person who has recognized the image. For example, if the
・上記実施形態では、撮像装置15を、建設機械の後部に取り付けた。撮像装置15の取り付け位置は、これに限定されず、人との接触の可能性がある方向を撮影できる位置であればよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、撮像装置15の垂直方向の向き(仰俯角)を変更可能に固定した。撮像装置15の仰俯角が、自動的に建設機械の設置面と並行となるように、撮像装置15を取り付けてもよい。具体的には、撮像装置15に水平器を取り付ける。更に、水平器からの傾斜度に応じて、撮像装置15の仰俯角を変更する調整器を取り付ける。これにより、建設機械の設置面が傾斜していても、この傾斜に応じて撮像装置15の向きを水平に維持することができる。
In the above embodiment, the vertical direction (elevation angle) of the
・上記実施形態では、制御部20は、人物及びヘルメットの画像認識処理を実行した。画像認識の対象は、ヘルメットに限定されず、サイズが規格で決められており、人が装着して、画像上目立つものであれば利用することができる。例えば、反射材が貼付けられた上衣(いわゆる「反射チョッキ」)や帽子等、作業時に人体に装着する保護具(装着保護具)の画像を用いて、画像認識してもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態の制御部20は、建設機械としてバックホウ10を監視した。制御部20が監視する建設機械は、これに限定されない。例えば、旋回する油圧ショベルや、フォークリフト等に用いてもよい。建設機械の場合には、作業に応じて多様で想定外の動作があるとともに、建設機械のオペレータが周囲を見渡せない可能性がある。このため、本願発明を用いることにより、各建設機械と人との接触を回避することができる。
-The
A1…警報エリア、A2…停止エリア、c1…旋回軸、t1…継続時間、10…建設機械としてのバックホウ、10a…旋回部としての上部フレーム、11…クローラ、12…バケット、13…ブーム、14…運転室、15…撮像装置、20…制御部、21…画像認識部、22…判定部、23…警報部、24…停止部、25…学習結果記憶部、31…スピーカ、32…緊急停止装置、40…教師データ記憶部。
A1 ... alarm area, A2 ... stop area, c1 ... slewing axis, t1 ... continuation time, 10 ... backhoe as construction machine, 10a ... upper frame as turning part, 11 ... crawler, 12 ... bucket, 13 ... boom, 14 ... driver's cab, 15 ... imaging device, 20 ... control unit, 21 ... image recognition unit, 22 ... determination unit, 23 ... alarm unit, 24 ... stop unit, 25 ... learning result storage unit, 31 ... speaker, 32 ...
Claims (7)
前記制御部は、
前記撮像装置から、順次、取得した撮像画像において人物及び装着保護具の画像認識を行ない、
前記画像認識により特定された前記人物又は装着保護具までの接近距離を算出し、
前記接近距離に基づいて、前記建設機械との接触を回避するための対応処理を実行することを特徴とする監視システム。 In a monitoring system having a control unit connected to an imaging device attached to a construction machine and photographing the surroundings,
The controller is
From the imaging device, sequentially perform image recognition of the person and the wearing protector in the acquired captured image,
Calculate the approach distance to the person or wearing protector specified by the image recognition,
A monitoring system that executes a corresponding process for avoiding contact with the construction machine based on the approach distance.
前記旋回部には、前記撮像装置が設けられており、
前記制御部は、前記旋回部の旋回に応じて前記撮像装置が撮像する前記撮像画像を用いて、前記画像認識を行なうことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の監視システム。 The construction machine includes a turning part,
The swivel unit is provided with the imaging device,
The said control part performs the said image recognition using the said captured image which the said imaging device images according to the turning of the said turning part, The monitoring of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. system.
前記学習処理の結果を用いて、前記人物及び前記装着保護具の画像認識を行なうことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の監視システム。 The control unit performs learning processing using teacher data including a person image not wearing the wearing protector, a person image wearing the wearing protector, and an image of the wearing protector,
The monitoring system according to claim 1, wherein image recognition of the person and the wearing protector is performed using a result of the learning process.
前記制御部が、
前記撮像装置から、順次、取得した撮像画像において人物及び装着保護具の画像認識を行ない、
前記画像認識により特定された前記人物又は装着保護具までの接近距離を算出し、
前記接近距離に基づいて、前記建設機械との接触を回避するための対応処理を実行することを特徴とする監視方法。 In a method of monitoring a construction machine using a monitoring system having a control unit connected to an imaging device attached to the construction machine and photographing the surroundings,
The control unit is
From the imaging device, sequentially perform image recognition of the person and the wearing protector in the acquired captured image,
Calculate the approach distance to the person or wearing protector specified by the image recognition,
A monitoring method, comprising: executing a corresponding process for avoiding contact with the construction machine based on the approach distance.
前記制御部を、
前記撮像装置から、順次、取得した撮像画像において人物及び装着保護具の画像認識を行ない、
前記画像認識により特定された前記人物又は装着保護具までの接近距離を算出し、
前記接近距離に基づいて、前記建設機械との接触を回避するための対応処理を実行する手段として機能させることを特徴とする監視プログラム。 A program for monitoring a construction machine using a monitoring system provided with a control unit connected to an imaging device attached to the construction machine and photographing the surroundings,
The control unit
From the imaging device, sequentially perform image recognition of the person and the wearing protector in the acquired captured image,
Calculate the approach distance to the person or wearing protector specified by the image recognition,
A monitoring program that functions as means for executing corresponding processing for avoiding contact with the construction machine based on the approach distance.
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