JP3830292B2 - 画像センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視領域に赤外線を投光する投光手段を具備することにより、暗い監視領域でも撮影可能とする画像センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像センサとして、建物の出入口及びその他の監視領域の映像を継続して撮影し、撮影した映像に基づいて、監視領域に異常が発生しているか否かを判断する機能を有する画像センサが実用化されている。
この画像センサは、正常時に撮影した監視領域の映像を予め記憶しておく。そして、監視領域の現在の映像を撮像手段により撮影し、この現在の映像と記憶してある正常時の映像との差分をとる。ここで、監視領域に異常がない場合、両映像は、いずれも同じ背景を撮影するので、２つの映像の差分は０又は非常に少ないものとなる。
【０００３】
これに対して、撮影した映像内に侵入者が存在する場合、２つの映像の差分をとると、背景についてはキャンセルされるが、侵入者は正常時の映像には写っていないので差分として検出される。したがって、画像センサでは、両映像の差分の大きさがある一定値を超えた場合、監視領域に侵入者などが存在して異常が発生したと判断する。
【０００４】
この画像センサは、夜間などで監視領域が暗い場合に赤外線を投光する投光手段を備えている。上記のように異常の有無を判断する場合、監視領域の環境光、例えば蛍光灯などが多いときには、背景と侵入者との輝度差が出易いため、侵入者を差分として確実に検出できる。しかし、赤外線を投光した場合には、遠距離での光量が少なくなるため、映像での背景と侵入者の輝度差が出にくくなり、２つの映像の差分をとっても侵入者の検出ができない場合がある。
【０００５】
これに対処するため、従来は、投光手段が投光する赤外線の光量を増加させて、遠距離での光量を増加させていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、監視領域に投光する光量を増加させる方法は、供給電流が大きくなるため、装置全体の消費電力が増加するという問題がある。また、光量を増加させると、近距離の被写体の場合、そこに投光される光量が、撮像手段のダイナミックレンジを超えるほど大きくなる。このため、映像信号が飽和してしまい、侵入者が差分として検出できなくなるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、監視領域に投光する赤外線の光量を増加させることなく、侵入者と背景の区別が確実にできる画像センサを得ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためなされたものである。
本発明は、監視領域の映像を撮影する撮像手段と、前記監視領域に、異なる波長の赤外線を投光する投光手段と、前記監視領域を正常時に撮影した映像を記憶する記憶手段と、前記撮像手段により撮影した現在の監視領域の映像と、前記記憶手段に記憶した正常時の映像とを比較することにより、前記監視領域の状態が正常であるか又は異常であるかを判断する判断手段であって、前記異なる波長が投光された映像ごとに、前記判断を行う判断手段とから画像センサを構成する。
【０００９】
本発明の画像センサは、次の原理を利用している。一般的に、物体（監視領域の背景、監視領域内に居る侵入者等）は、投光される光の波長により、反射率（即ち、吸収率）が異なる。つまり、特定の波長の赤外線を投光した場合は、背景と侵入者の反射率が同程度となって映像中で識別ができなくても、異なる波長の赤外線を投光した場合は、背景と侵入者の反射率が異なって、大きな輝度差が得られて、映像中での識別が容易にできることとなる。
【００１０】
したがって、できるだけ波長差のある異なる波長の赤外線を監視領域に投光することにより、投光する光量を増加しなくても、背景と侵入者の輝度差が十分にあって、背景から侵入者を容易に検出できる映像が得られることとなる。
本発明においては、波長の異なる赤外線を順次投光手段から監視領域に投光して、撮像手段により映像を獲得し、異なる波長を投光した映像ごとに、正常時の映像と撮影した映像との差分をとる。ある波長の映像において、その差分が所定値を超えた場合に、監視領域に異常が発生したと判定する。
【００１１】
本発明によれば、赤外線の光量を増加させる必要がないため、消費電力の節減が可能となる。また、近距離に被写体があった場合でも、撮像手段における映像信号は飽和をしない。このため、近距離から遠距離まで、侵入者の検出を確実に行える。また、侵入者が、人間が見た場合に背景と良く似た色及び模様の服を着て侵入した場合でも、波長を変えた映像では、背景と侵入者とが異なった輝度で検出されるという効果もある。
【００１２】
本発明の、異なる波長の赤外線を投光する投光手段としては、異なる波長を有する複数の赤外線ＬＥＤにより構成することができる。また、ある範囲の波長の赤外線を放射するＬＥＤを使用し、異なった波長を通過させる帯域フィルタを通して赤外線を投光することにより、異なった波長の赤外線を投光することもできる。
【００１３】
また、投光手段が投光する波長の数は、任意の数とすることができるが、通常は、できるだけ波長差が大きい２種類の波長を投光するＬＥＤを使用し、交互に投光をする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を適用した画像監視システムの全体構成を示す。
監視対象となる建物にコントローラ１が設置され、このコントローラ１に、複数の画像センサ２、火災センサ３、非常ボタン４、モード設定器５が接続される。コントローラ１は、通信回線としての電話回線６を介して、遠隔地の監視センタに設置された警備センタ装置７と接続される。
【００１５】
画像センサ２とコントローラ１との接続は、アナログ信号線８とディジタル信号線９とで行われる。アナログ信号線８は、同軸ケーブルで構成され、映像信号（ＮＴＳＣ方式）を伝達し、ディジタル信号線９は、ツイストペア線で構成され、ディジタル信号による制御信号を伝達する。
ここで、図１の画像監視システムの全体の動作について簡単に説明する。
【００１６】
モード設定器５は、画像監視システムを警戒解除モード又は警戒セットモードに設定する。警戒セットモード時に、画像センサ２が異常の発生を検出すると、コントローラ１は、電話回線６を介して、警備センタ装置７に、異常が発生したことを示す異常信号を送信する。画像センサ２における異常発生検出のロジックについては後述する。
【００１７】
また、火災センサ３、非常ボタン４から異常信号が出力されると、警戒解除モード、警戒セットモードのいずれの場合も、コントローラ１は、異常の種類、異常発生場所を示すデータを、電話回線６を通じて警備センタ装置７に送信する。なお、これらの異常信号の検出方法、伝達方法などは当該技術分野において良く知られたものであるので、詳細な説明は省略する。
【００１８】
画像センサ２は、建物内に１つ又は複数設置され、窓、ドアなどの監視対象を含む監視領域を撮影する。また、画像センサ２は、得られた画像から侵入などの異常の有無を判定する。画像センサ２は、予め基準画像として、正常時の監視領域を撮影した画像を記憶しておき、この基準画像と撮像手段が現在撮影した画像（現画像）とを比較し、両画像間に所定以上の差分が検出されたときに異常が発生したと判断する。
【００１９】
図２は、画像センサ２の構成を示す。
画像センサ２には、ＣＰＵなどにより構成される制御手段２０１と電源２０２が設けられる。画像センサ２の内部の各部分は、制御手段２０１により制御され、電源２０２から電力の供給を受ける。電源２０２は、外部から供給されるＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する変換装置から構成される。なお、電源２０２を画像センサ２内に設ける代わりに、コントローラ１から電力供給をさせても良い。
【００２０】
監視領域を撮影する監視手段２０３は、ＣＣＤカメラなどにより構成され、可視領域から赤外領域までの感度を有する。
投光手段２０４が設けられ、夜間など暗くなった時に、監視領域に赤外線が投光される。なお、投光手段２０４は、例えば、近赤外線である８１０ｎｍの波長を有する第１の赤外線ＬＥＤ２０４Ａと、近赤外線である９５０ｎｍの波長を有する第２の赤外線ＬＥＤ２０４Ｂから構成される。これらの波長は、できるだけ波長差が大きいことが望ましい。
【００２１】
また、制御手段２０１には、記憶手段２２０が接続される。この記憶手段２２０には、画像センサ２に所定の動作を実行させるためのプログラム、例えば、画像センサ２の設置高さ、俯角、監視ポイント、感度などのパラメータ、監視領域の現在の状態が正常であるか異常であるかの区別を示す状態、監視領域の設定されている警備モードなどが記憶されている。
【００２２】
記憶手段２２０は、更に、撮像手段２０３が撮影した画像を記憶する領域として、基準画像記憶領域２２１、現画像記憶領域２２２、異常画像記憶領域２２３を設けている。基準画像記憶領域２２１には、正常時に８１０ｎｍの波長で撮影した画像を記憶する基準画像記憶領域２２１Ａ及び、正常時に９５０ｎｍの波長で撮影した画像を記憶する基準画像記憶領域２２１Ｂがある。また、現画像記憶領域２２２には、８１０ｎｍの波長で撮影した画像を記憶する領域２２２Ａと、９５０ｎｍの波長で撮影した画像を記憶する領域２２２Ｂがある。
【００２３】
画像処理手段２０５は、記憶手段２２０に記憶された現画像２２２Ａ，２２２Ｂと基準画像２２１Ａ，２２１Ｂとを対比して、異常が発生したか否かを判定する。この手法の詳細なロジックについては、後で詳述する。
表示手段２０６は、ＬＥＤにより構成され、異常検出時に点灯し、非検出時には消灯して、異常検出の有無を画像センサ２の外部に表示する。
【００２４】
通信手段２０７は、コントローラ１と信号の送受信を行うインターフェースで、ディジタル信号センタ９によりコントローラ１と接続される。
画像出力手段２０８は、異常発生時の画像を出力するためのインターフェースで、切替手段２０９を介してアナログ信号線８と接続される。
アナログ信号線８は、図１に示すように、コントローラ１と各画像センサ２とを直列に接続する。
【００２５】
画像センサ２の切替手段２０９は、正常時はアナログ信号線８の入力側と出力側を接続し、異常時は入力時のアナログ信号線８を切り離して、画像出力手段を出力側のアナログ出力線８に接続させる。なお、図２では、入力側を「他の画像センサから」、出力側を「コントローラへ」と表示してある。
アドレス設定部２１０は、ディップスイッチにより構成され、コントローラ１が画像センサ２を特定するためのアドレスが設定される。
【００２６】
操作手段２１１は、電源をオン・オフするための手段である。また、切換手段２０９は、操作手段２１１がオフされると、アナログ信号線８の入力側と出力側を接続させて、当該画像センサ２をアナログ信号線８からバイパスさせる。
図３及び図４を用いて、画像センサ２による異常の判断のロジックについて説明をする。図３は画像センサ２の動作を示すフローチャートである。図４は、上記動作を説明するための図で、横列の（１）は基準画像を示し、（２）は現画像を示し、（３）は差分画像を示し、（４）は２つの差分画像の合成画像を示す。また、縦列の（Ａ）は８１０ｎｍの赤外線を投光したときの画像を示し、（Ｂ）は９５０ｎｍの赤外線を投光したときの画像を示す。
【００２７】
まず、図１に示すモード設定器５によって警戒セットモードが設定されると、警備モード信号がコントローラ１からディジタル信号線９を経由して各画像センサ２に送信される。各画像センサ２は、警備モードとして、送信されてきた警戒セットモードを記憶し、次の判断処理を行う。
図４の（１）に示す基準画像は、予め記憶手段に記憶してある基準画像である。
【００２８】
図３のステップＳ１で、制御手段２０１は、投光手段２０４により赤外線を投光して撮像手段２０３にて監視領域を撮影し、現画像を得る。このとき、投光手段２０４は、赤外線ＬＥＤ２０４Ａ，２０４Ｂの一方により赤外線を投光し、現画像を獲得する。なお、前回と今回の投光及び撮像の間隔は、例えば、０．５秒とされる。撮影された現画像は、記憶手段２２０の現画像記憶部２２２Ａ又は２２２Ｂに記憶される。
【００２９】
なお、同一の監視領域に異なる画像センサ２から赤外線が投光される状況にある場合は、ある画像センサ２が投光したときに、他の画像センサ２が赤外線を投光して撮影をしないようにする必要がある。このためには、コントローラ１から、所定時間間隔（例、１分）で同期信号を各画像センサ２に送信し、各画像センサ２は、受信した同期信号からそれぞれ異なる時間の経過後に、赤外線を投光し撮影をする。以後は、各画像センサ２は所定時間間隔（例、０．５秒）で投光及び撮影を行う。これにより、撮影した映像が他の画像センサ２からの投光に影響されることを排除することができる。
【００３０】
図４の（２）は、撮像手段２０３が現在の監視領域を撮影した現画像で、侵入者３１が写っている。前述のように、背景と侵入者は、投光される光の波長により反射率が異なるので、異なる波長の赤外線を投光して撮影した画像では、少なくとも一方の画像で背景と侵入者の輝度の差が明瞭に現れる。図示の例では、（Ａ）の画像の輝度差が（Ｂ）より大きくなっている。
【００３１】
図３のステップＳ２で、画像処理手段２０５は、記憶手段２２０に記憶した現画像と基準画像を比較し、差分の画像を得る。
図４の（３）は、基準画像（１）と現画像（２）の差分をとって得た差分画像である。この差分画像では、基準画像と現画像で同一輝度である背景はキャンセルされ、異なる輝度の背景と侵入者の部分は、その差分として画像に残る。
【００３２】
図３のステップＳ３で、画像処理手段２０５は、今回得た差分画像と、異なる波長を投光して既に得ている差分画像（図４の３Ａと３Ｂ）を比較し、差分の大きい方の投光手段（２０４Ａ又は２０４Ｂ）を特定する。以下、便宜上、差分画像（図４の３Ａ）の方が差分が大きく、投光手段２０４Ａが差分の大きい投光手段であるとして説明を進める。
【００３３】
ステップＳ４で、２つの差分画像を合成して、合成画像を得る。
図４の（４）は、２つの差分画像の合成画像を示す。この２つの差分画像の合成画像では、背景と侵入者３１の輝度差が強調される。したがって、投光手段２０４が投光する光量を増加させなくても、遠距離の侵入者の識別を容易に行うことができる。
【００３４】
図３のステップＳ５で、制御手段２０１は、合成画像の差分の大きさが所定値を超えるか否かを判定する。ここで、差分の大きさが所定値以下であれば、ステップＳ１へ戻り、再度、現画像の撮影が行われる。このとき、ステップＳ１では、投光手段２０４は前回投光した波長と異なる波長の赤外線を投光する。また、前回と今回の投光の間隔は、前述のように、例えば０．５秒とする。一方、差分の大きさが所定値を超えていれば、監視領域内に侵入者３１が存在して異常が発生したと判断し、ステップＳ６へ進む。
【００３５】
ステップＳ６では、ステップＳ３で特定した差分が大きい方の投光手段２０４Ａで投光して撮影した画像（図４の２Ａ）を異常画像として、記憶手段２２０の異常記憶領域２２３へ記憶すると共に、記憶手段２２０に状態として異常を記憶する。
ステップＳ７では、ステップＳ３で特定した差分が大きい方の投光手段２０４Ａのみを起動して撮像手段２０３にて監視領域を撮影し、ステップＳ６へ戻り、異常画像として記憶手段２２０の異常画像記憶領域２２３へ記憶する。この異常画像は、背景と侵入者３１の輝度が異なった方の画像であるので、侵入者３１を識別することが容易である。
【００３６】
次に、ここで記憶された異常画像は、以下のようにしてコントローラ１を介して警備センタ装置７に伝送される。
図１に示したコントローラ１は、常時、各画像センサ２にポーリングで状態を確認する。そして、ある画像センサ２から状態として異常が送られてくると、その画像センサ２に対して異常画像の送信を指示する。
【００３７】
画像センサ２は、コントローラ１から異常画像送信指示の信号を受信すると、アナログ信号線８を介して、異常画像記憶領域２２３に記憶した異常画像を順次コントローラ１に送信する。コントローラ１はこの異常画像を警備センタ装置７に転送をする。これは警備センタ装置７から異常解除の指示がされるまで継続する。
【００３８】
警備センタでは、送られてきた監視領域の異常画像を見て、異常状況を把握するが、ここで送られてくる画像は、背景と侵入者との輝度の差が大きい画像が送られてくるので、異常状況を容易に把握できる。
以上説明した例においては、画像センサ２では、図３のステップＳ５で異常が発生したと判断した後は、ステップＳ６で差分が大きいとして特定された投光手段２０４Ａのみを起動するようにしているが、これを、異常を検出するまでと同様に（ステップＳ１〜４と同様に）、２つの投光手段２０４Ａと２０４Ｂを交互に投光をして、合成画像を得てそれを異常画像として送信するようにしても良い。
【００３９】
また、図３のステップＳ４で、合成画像を作成し、この合成画像に基づいて異常の有無の判断を行っているが、このステップＳ４の合成画像の作成を省略し、ステップＳ３で特定した差分の大きい方の画像（図４の３Ａ）を使用して異常の有無の判断を行うようにしても良い。
また、２個の投光手段を使用する例について説明をしてきたが、投光手段は３個以上設けることもできる。
【００４０】
さらに、上記実施形態においては、波長の異なった赤外線ＬＥＤを使用しているが、広範囲の波長を投光する赤外線ＬＥＤを使用し、この赤外線ＬＥＤの前に異なる波長の赤外線を通過させるための帯域フィルタを置いて、帯域フィルタを切替えることにより異なる波長の赤外線を投光するようにしても良い。あるいは、撮像手段において、異なる波長の赤外線を通過させるための帯域フィルタを切り替えて異なる波長のみを通過させて各波長ごとの画像を撮影するようにしても良い。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、監視領域に投光する赤外線の光量を増加させることなく、侵入者と背景の区別が確実にできる画像センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像監視システムの全体構成を示す図。
【図２】図１における画像センサ２の構成を示す図。
【図３】図２の画像センサの動作を示すフローチャート。
【図４】図３の動作を説明するための図。
【符号の説明】
１…コントローラ
２…画像センサ
３…火災センサ
４…非常ボタン
５…モード設定器
６…電話回線
７…警備センタ装置
８…アナログ信号線
９…ディジタル信号線
２０１…制御手段
２０２…電源
２０３…撮像手段
２０４，２０４Ａ，２０４Ｂ…投光手段
２０５…画像処理手段
２０６…表示手段
２０７…通信手段
２０８…画像出力手段
２０９…切替手段
２１０…アドレス設定部
２１１…操作手段
２２０…記憶手段
２２１…基準画像記憶領域
２２２，２２２Ａ，２２２Ｂ…現画像記憶領域
２２３…異常画像記憶領域
３１…侵入者

Claims (4)

1. 監視領域の映像を撮影する撮像手段と、
   前記監視領域に、異なる波長の赤外線を投光する投光手段と、
   前記監視領域を正常時に撮影した映像を記憶する記憶手段と、
   前記撮像手段により撮影した現在の監視領域の映像と、前記記憶手段に記憶した正常時の映像とを比較することにより、前記監視領域の状態が正常であるか又は異常であるかを判断する判断手段であって、前記異なる波長が投光された映像ごとに、前記判断を行う判断手段と、
   を具備する画像センサ。
2. 前記投光手段は、異なる波長を有する複数の赤外線ＬＥＤである請求項１に記載の画像センサ。
3. 前記投光手段は、異なった波長を通過させる帯域フィルタを有する請求項１に記載の画像センサ。
4. 前記投光手段は、交互に異なる波長の赤外線を投光する請求項２又は３に記載の画像センサ。

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