JP4069456B2 - 人数検出装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、人数検出装置及び方法に関する。

特開２００１−１７５８６８号公報あるいは特開２００３−１０９００１号公報には、ビデオカメラによって撮影した画像に所定の画像処理を施すことにより当該画像中に撮影されている人物の人数を推定する技術が開示されている。特開２００１−１７５８６８号公報の技術（人数検出方法及び装置）は、隠蔽の発生しにくく形状変化の少ない人物の頭部および上半身の輪郭を元に設定したモデル形状に、間隙を拡張したエッジ検出オペレータによる画像微分出力を対応させ、各点における積の極大点を人物領域として検出することにより、輪郭形状の微少な差異の影響を小さくし、また、隣接した対象を分離して検出する。また、特開２００３−１０９００１号公報の技術（人物検出システム及び人物検出プログラム）は、撮影された時系列連続動画像中を物体が移動することによって発生する時系列連続動画像の画素の輝度値の変化から、オプティカルフロー推定演算を用いて該画素の速度ベクトルを求め、当該速度ベクトルによって時系列連続動画像中の計測空間範囲に形成される速度場の分布状況を、速度ベクトルを持つ画素の数を、該速度ベクトルが示す所定の方向毎に計数して求め、上記速度場の分布状況が示す方向別の速度ベクトルを持つ画素の範囲に基づいて時系列連続動画像中を移動する人物形状画像とその移動方向を検出する。

また、特開２００２−１４０７９０号公報には、レーザセンサを用いることにより横断歩道上の歩行者（人物）を検出する技術（横断歩道歩行者検出方法）が開示されている。この横断歩道歩行者検出方法は、悪天候下でも検出精度に信頼性が高く、かつ、目標とする検出時間のリクワイアメント（0.5秒以下）を実現するために、レーザセンサヘッドと信号処理装置とからなるスキャン式レーザセンサを用いることにより横断歩道を横断する歩行者を検出するに際して、初期検出モードにおいては、レーザセンサヘッドによるスキャンを全計測エリアに対して複数回行い、移動体としての歩行者を１スキャン毎に検出し、全スキャン後の検出結果を合わせた検出データ及び検出された歩行者に付与したＩＤ番号を上位系に伝送する一方、連続検出モードでは、１スキャン時の計測結果から歩行者の検出を行い、その計測結果と初期検出モードの最終検出データとを合わせたものを検出結果として新たにＩＤ番号を付与上して位系に伝送する。
特開２００１−１７５８６８号公報 特開２００３−１０９００１号公報 特開２００２−１４０７９０号公報

しかしながら、上記従来の人数を推定する技術は、ビデオカメラによって撮影した画像、つまり２次元画像に基づいて人数を推定するものであり、人物の人数をより正確に推定することが困難である。例えば影を人物の人数として判定するために推定精度が低下したり、あるいは夜間等のビデオカメラによる撮影環境が暗い場合において人物を正確に識別することができないために推定精度が低下する。また、上記従来の人数を推定する技術では、人数をより正確に推定するために、上述したような複雑な画像処理を必要とするという問題点がある。
一方、横断歩道歩行者検出方法は、横断歩道上に歩行者が存在するか否かを判定するための技術であり、人物の人数を推定する技術ではない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、人物の人数を比較的簡単な信号処理によって精度良く判定することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、人数検出装置に係る第１の解決手段として、所定の監視領域に存在する人物の人数を検出する装置において、前記監視領域にレーザ光を走査状に照射すると共に該レーザ光の反射光を検出することにより、前記監視領域の各位置における距離情報を取得するレーザセンサと、前記各位置における距離情報に基づいて監視領域に存在する人物の人数を判定する人数判定部とを具備する、という手段を採用する。
また、人数検出装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、人数判定部は、前記各位置における距離情報に基づいて人物の存在領域を判定すると共に当該存在領域における人物の検出面積Ｓcを判定し、該検出面積Ｓc、予め規定した標準的な人物一人当たりの標準人物面積Ｓp及び人物の密度を示す密度係数αに基づく下式（１）に基づいて人数を判定する、という手段を採用する。
Ｎ＝（1＋α）・Ｓc／Ｓp （１）
人数検出装置に係る第３の解決手段として、上記第２の手段において、密度係数αは、当該密度係数αを考慮しないで集団の密集度を種々変更した場合に判定された集団の人数と実際の人数との人数差から実験的に得られたものであるという手段を採用する。
人数検出装置に係る第４の解決手段として、上記第２または第３の手段において、人物の位置とレーザセンサの計測分解能との関係に基づいて標準人物面積Ｓpを前記人物の位置に応じて補正する、という手段を採用する。
一方、本発明では、人数検出方法に係る第１の解決手段として、所定の監視領域に存在する人物の人数を検出する方法において、前記監視領域にレーザ光を走査状に照射すると共に該レーザ光の反射光を検出することにより、前記監視領域の各位置における距離情報を取得する第1の工程と、前記各位置における距離情報に基づいて監視領域に存在する人物の人数を判定する第２の工程とを有する、という手段を採用する。
また、人数検出方法に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、第２の工程では、前記各位置における距離情報に基づいて人物の存在領域を判定すると共に当該存在領域における人物の検出面積Ｓcを判定し、該検出面積Ｓc、予め規定した標準的な人物一人当たりの標準人物面積Ｓp及び人物の密度を示す密度係数αに基づく下式（１）に基づいて人数を判定する、という手段を採用する。
Ｎ＝（1＋α）・Ｓc／Ｓp （１）
人数検出方法に係る第３の解決手段として、上記第２の手段において、密度係数αは、当該密度係数αを考慮しないで集団の密集度を種々変更した場合に判定された集団の人数と実際の人数との人数差から実験的に得られたものである、という手段を採用する。
人数検出方法に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、人物の位置とレーザセンサの計測分解能との関係に基づいて標準人物面積Ｓpを前記人物の位置に応じて補正する、という手段を採用する。

本発明によれば、人物が存在し得る所定の監視領域にレーザ光を走査状に照射すると共に該レーザ光の反射光を検出することにより、監視領域の各位置における距離情報を取得し、当該各位置における距離情報に基づいて監視領域に存在する人物の人数を判定する。すなわち、監視領域の各位置における距離情報、つまり監視領域の各位置について得られる位置と距離とからなる立体的な３次元情報に基づいて人物の人数を判定するので、監視領域における人物を比較的簡単な信号処理によって精度良く判定することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る人数検出装置の機能構成を示すブロック図である。この図１に示すように、本人数検出装置は、レーザセンサヘッド１、制御・信号処理部２及び人数判定部３から構成されている。これら構成要件のうち、レーザセンサヘッド１と制御・信号処理部２とはレーザセンサを構成しており、したがって本人数検出装置は、レーザセンサと人数判定部３とを組み合わせることにより構成されている。

レーザセンサヘッド１は、図２に示すように、所定の対象領域近傍の高所に設置されており、制御・信号処理部２の制御の下に所定繰り返し周期のパルス状レーザ光（レーザパルス）を対象領域に走査状に順次照射すると共に、当該レーザパルスの反射光を順次受光する。すなわち、このレーザセンサヘッド１は、主走査方向にレーザパルスを１ライン分走査照射すると、照射位置を主走査方向に直交する副走査方向に所定のピッチだけ順次移動させて主走査方向への走査照射を繰り返すことにより、対象領域の全域に亘ってレーザパルスを照射すると共に、当該レーザパルスの反射光を順次受光し、その受光信号を制御・信号処理部２に出力する。

また、上記対象領域は、人物の人数を把握する必要のある所定の監視領域Ｒを包含する領域であり、例えば地上や各種の公共施設のフロア上に設定され、監視領域Ｒは、このような地上やフロア上において多くの人物が通行する箇所に設定される。

ここで、図２に示すように、このような対象領域内にレーザセンサヘッド１に近づく向きに歩行する人物が居た場合、この人物には進行方向の斜め上方に位置するレーザセンサヘッド１から体の前面から頭部にかけてレーザパルスが照射されることになる。

このようなレーザセンサヘッド１は、図１に示するように、レーザ光源１ａ、コリメートレンズ１ｂ、ポリゴンミラー１ｃ、揺動ミラー１ｄ、集光レンズ１ｅ、受光器１ｆ、主走査モータ１ｇ、副走査モータ１ｈ、主走査モータドライバ１ｉ及び副走査モータドライバ１ｍ等から構成されている。

レーザ光源１ａは、制御・信号処理部２の制御の下に所定波長のレーザパルスを発生してコリメートレンズ１ｂに出射する一方、レーザパルスの繰り返しタイミングを示すタイミング信号Ｓiを制御・信号処理部２に出力する。コリメートレンズ１ｂは、このレーザパルスを平行光化してポリゴンミラー１ｃに出射する。ポリゴンミラー１ｃは、同一幅かつ互いに直交する４面が鏡面として形成された多面体であり、矢印で示すように所定方向に回転することによって、コリメートレンズ１ｂから入射したレーザパルスを図２で示した主走査方向に走査状に反射する。揺動ミラー１ｄは、上記ポリゴンミラー１ｃで反射されたレーザパルスの出射方向に設けられており、ポリゴンミラー１ｃの回転軸に直交する軸回りに揺動することによりレーザパルスを図２で示した副走査方向に走査状に反射する。

すなわち、レーザセンサヘッド１から対象領域に照射される計測光は、揺動ミラー１ｄによって図２に示すレーザセンサヘッド１から対象領域を仰ぐ垂直角θが、またポリゴンミラー１ｃによって図２に示す水平面内における水平角φが各々設定されることによって、つまりポリゴンミラー１ｃと揺動ミラー１ｄとによって計測方向が設定されることによって、主走査方向及び副走査方向に走査状されながら対象領域に照射される。そして、この計測光の対象領域における反射光は、揺動ミラー１ｄ及びポリゴンミラー１ｃによって反射されて集光レンズ１ｅに入射する。

集光レンズ１ｅは、上記反射光を受光器１ｆの受光面に集光させる。受光器１ｆは、反射光を受光（光電変換）し、当該反射光の強度を示す受光信号Ｓrを制御・信号処理部２に出力する。また、主走査モータ１ｇは、上記ポリゴンミラー１ｃを回転駆動するモータである。副走査モータ１ｈは、上記揺動ミラー１ｄを揺動駆動させるモータである。主走査モータドライバ１ｉは、上記主走査モータ１ｇを所定の回転速度で回転させる駆動回路である。副走査モータドライバ１ｍは、揺動ミラー１ｄを所定角及び所定タイミングで揺動させるステッピングモータあるいはサーボモータである。

制御・信号処理部２は、上記レーザセンサヘッド１（詳しくはレーザ光源１ａ、主走査モータドライバ１ｉ及び副走査モータドライバ１ｍ）の動作を制御すると共に、上記タイミング信号Ｓiと受光信号Ｓrとの時間差（遅延時間Δｔ）に基づいて、レーザセンサヘッド１を原点とする曲座標上の位置が上記垂直角θ及び水平角φによって規定される計測点Ｐにおける計測光の反射位置までの距離Ｌを演算する。すなわち、この制御・信号処理部２は、図２に示すように、主走査方向に所定間隔で計測点Ｐにおける距離Ｌをタイミング信号Ｓiに対する受光信号Ｓrの遅延時間Δｔに基づいてそれぞれ演算する。そして、制御・信号処理部２は、これら複数の計測点Ｐに関する距離Ｌ、つまり各計測点Ｐについての垂直角θ、水平角φ及び距離Ｌからなるデータセットを計測データとして人数判定部３に出力する。

例えば、主走査方向の計測点Ｐの個数をｎ、また副走査方向の計測ラインの本数をｍとすると、制御・信号処理部２は、（ｎ×ｍ）個の計測点Ｐijについて距離Ｌijを各々取得し、距離Ｌij、垂直角θij及び水平角φijからなる各計測点Ｐijの計測データを人数判定部３に出力する。

人数判定部３は、本人数検出装置における最も特徴的な構成要素である。この人数判定部３は、上述した計測データに所定の信号処理を施すことにより監視領域Ｒに存在する人物の人数を判定する。なお、この人数判定部３はレーザセンサが取得した計測データに基づいて人物の人数を判定するので、レーザセンサにおいて計測点Ｐを対象領域に対してどのような密度で設定するか、つまり距離Ｌを計測する際の空間分解能は、人物の大きさに合わせて十分なものに設定されていなければならない。すなわち、計測点Ｐの密度は、少なくとも人物と背景とを十分に識別できる程度に設定されている。

次に、このように構成された本人数検出装置の動作について、図３に示すフローチャートである。なお、レーザセンサの動作については、例えば特開２００２−１４０７９０号公報に開示されているように公知なので、以下の動作説明では、本人数検出装置において特徴的な構成要素である人数判定部３の動作を中心に詳しく説明する。

人数判定部３は、制御・信号処理部２から上述した複数の計測点Ｐijに関する計測データ（垂直角θij，水平角φij，距離Ｌij）を取得すると（ステップＳ1）、当該計測データを対象領域上に設定したＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系、つまり主走査方向をＸ軸、副走査方向をＹ軸、また当該Ｘ軸及びＹ軸に直行する方向（地面あるいはフロア面に直交する垂直方向）をＺ軸とするＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系上の距離データ（変換距離データ）に座標変換する（ステップＳ2）。

この変換距離データは、対象領域が設定された地上あるいはフロア上の各位置（Ｘ−Ｙ座標上の位置）における反射光の反射位置の高さＨ（地面あるいはフロア面を基準位置とするＺ座標上の位置）を示すもの、つまりｘ座標値、ｙ座標値及びｚ座標値からなるデータセットである。例えば反射光の反射位置が地面あるいはフロア面の場合、変換距離データにおける高さ座標ｚは「０」となり、一方、反射光の反射位置が人物の頭部である場合には、高さ座標ｚは地面あるいはフロア面から人物の頭部までの長さとなる。

人数判定部３は、このような変換距離データのｚ座標値を所定の人物判定しきい値（例えば人物の膝程度の高さを示すしきい値）と比較することにより、人物の候補を示す人物候補計測データを抽出する（ステップＳ3）。このような人物候補計測データは、監視領域Ｒの各位置における変換距離データのうち、ｚ座標値が人物の膝程度の高さを超える変換距離データのみをピックアップしたものである。人数判定部３は、このような人物候補計測データのうち、位置が隣接あるいは近接するもの同士を1つのグループとしてグループ化する（ステップＳ4）。そして、上記グループ化処理の結果検出された各グループに関して、人物候補計測データに基づいて人物候補の位置（ｘ座標値及びｙ座標値）及び大きさ（Ｘ−Ｙ直交座標系上の面積）を特定すると共に検出枠（方形枠）及び検出ＩＤを設定する（ステップＳ5）。

図４は、上記検出枠が設定された状態を示す模式図である。この図では、監視領域Ｒ内に５人の人物ａ〜ｅが存在し、このうち人物ａは単独状態で存在し、一方、人物ｂ〜ｅは集団を形成している状態を示している。矢印で示す方向から計測光が監視領域Ｒに照射された場合、各人物ａ〜ｅは体の前面に計測光を受ける。なお、この図において、各人物ａ〜ｅの黒丸は計測光の照射位置を模式的に示しているが、集団を形成している人物ｂ〜ｅの場合には、後の人物には前の人物の死角になるために体の前面でも計測光が照射されない部位が存在する。人数判定部３は、このような計測光に基づいて得られた人物候補計測データのｚ座標値（人物の高さＨ）に基づいて、人物候補の位置と大きさとを特定し、当該人物候補の領域を包含する検出枠を設定する。

そして、人数判定部３は、このような人物候補の大きさを所定のしきい値（単／複しきい値）と比較することにより、当該人物候補が単一人であるかあるいは複数の人物が密集した集団であるかを判定する（ステップＳ6）。上記単／複しきい値は、標準的な体格の人物に対する人物候補の大きさに例えば１．４程度の補正係数を乗算したものである。人数判定部３は、このような単／複しきい値と各検出ＩＤの人物候補の大きさとを比較することにより、各検出ＩＤの人物候補毎に当該人物候補が単一人か、あるいは複数人かを判定する。

そして、人数判定部３は、単一人と判定した人物候補については人数を「１人」として計数し（ステップＳ7）、一方、複数人と判定した人物候補については、ステップＳ8及びＳ9からなる人数判定処理を行うことにより人数を特定する。例えば図４の場合、人物ａは単一人と判定されるが、人物ｂ〜ｅについては集団を形成していると判定される。

この人数判定処理において、人数判定部３は、上記人物候補計測データを所定面積のセルが設定されたセル空間にマッピングし、人物候補が存在するセル（人物候補セル）と存在しないセル（人物外セル）とを識別したセルテーブルを生成する（ステップＳ8）。図５は、このようなセルテーブルを示す模式図であり、図４の各人物ａ〜ｅにおいて人物候補計測データに対応するセルが人物候補セルとして黒く塗りつぶされている。

さらに、人数判定部３は、集団と判定した検出枠内の人物ｂ〜ｅに対応する人物候補セルの個数を計数し、この個数にセルの面積を乗算することによりセルテーブル上における人物候補のセル総面積Ｓcを算出し、このセル総面積Ｓc、セルテーブル上における標準的な人物一人の面積（セル標準人物面積Ｓp）及び密度係数αからなる下式（１）に基づいて人数Ｎを算出する（ステップＳ9）。
Ｎ＝（1＋α）・Ｓc／Ｓp （１）

ここで、上記密度係数αは、人物が集団を形成している場合には、前の人物の死角になるため後の人物には計測光が照射されない部位が存在し、このような部位は人物の密集する度合い（密集度）によって異なる点を数値化したものである。式（１）から解るように、セル総面積Ｓcが一定でも密度係数αが大きくなると（つまり密集度が大きくなる）、判定される人数Ｎは大きくなる。このような密度係数αを含む式（１）に基づいて集団の人数Ｎを判定することにより、当該人数Ｎをより正確に把握することができる。

このような密度係数αを用いて集団の人数Ｎを判定することは本実施形態の大きな特徴点であり、よって当該密度係数αについてはさらに詳しく説明する。この密度係数αは、当該密度係数αを「０」とすると共に集団の密集度を種々変更した場合において、本人数検出装置で集団の人数を計測した場合の人数とその際の実際の人数との人数差から実験的に得られたものである。密集度は計測光の死角となる領域の大きさに一定の相関関係があるので、このような密集度に対応して設定された密度係数αを含む式（１）に基づいて集団の人数Ｎを判定することにより、実験結果に基づく正確な集代の人数Ｎを判定することが可能となる。

一方、上記セル標準人物面積Ｓpは予め規定された固定値であるが、以下のように人物の位置に応じて補正することが考えられる。
すなわち、レーザセンサの水平方向の計測間隔は、レーザセンサヘッド１から離間する程荒くなり、よって離間する程人物の検出領域は小さくなる。このことは、図２における計測光の間隔を見れば容易に理解される。したがって、レーザセンサにおける計測分解能Ａは、図６に示すように、レーザセンサヘッド１から反射位置までの距離（つまり人物の位置）に比例する特性を有することになる。そこで、図６に示す特性と標準的な体格の人物に関するセル標準人物面積Ｓpとの関係を予め実験によって求め、レーザセンサヘッド１から人物までの距離に応じてセル標準人物面積Ｓpを補正することにより、集団の人数をさらに精度良く判定することが考えられる。

例えば、図６における基準距離Ｌ0（すなわち計測分解能ａ0）におけるセル標準人物面積をＳ0として求め、当該セル標準人物面積Ｓ0を用いることにより下式（２）あるいは（３）のように、基準距離Ｌ0に対する人物の位置する距離に応じてセル標準人物面積Ｓpを補正する。なお、式（３）におけるＷは、標準的な体格の人物の横幅である。
ａ）距離Ｌが基準距離Ｌ0以下の場合
Ｓp＝Ｓ0 （２）
ｂ）距離Ｌが基準距離Ｌ0よりも大きい場合
Ｓp＝Ｓ0（Ｗ−Ａ）／Ｗ （３）
このような式（２）、（３）による補正方法によれば、基準距離Ｌ0よりも遠方の人物の人数を上記実施形態よりも精度良く判定することが可能である。

さて、上記ステップＳ9までの処理によって検出ＩＤが付与された各検出枠について人数が判定されたことになる。人数判定部３は、ステップＳ7で判定された単一人の検出枠の人数と、ステップＳ9で判定された集団の検出枠に関する人数とを合算することにより監視領域Ｒにおける総人数を計算し（ステップＳ10）、当該総人数を計測結果として外部に出力する。

このような本実施形態によれば、レーザセンサの計測データつまり計測光の反射位置の位置と距離との情報に基づいて監視領域Ｒにおける人物の人数を判定するので、従来のビデオカメラの画像信号に基づいて人数を判定する場合よりも比較的簡単な信号処理によって精度良く判定することができる。また、密度係数αを含む式（１）に基づいて集団の人数Ｎを判定するので、監視領域Ｒにおける人数をより正確に判定することができる。

本発明の一実施形態に係わる人数検出装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係わる人数検出装置において、レーザセンサヘッド１の取付位置及び計測光の照射状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係わる人数検出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係わる人数検出装置の動作を補足説明する第1の模式図である。 本発明の一実施形態に係わる人数検出装置の動作を補足説明する第２の模式図である。 本発明の一実施形態に係わる人数検出装置において、レーザセンサにおける計測分解能ａと距離Ｌとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１…レーザセンサヘッド、１ａ…レーザ光源、１ｂ…コリメートレンズ、１ｃ…ポリゴンミラー、１ｄ…揺動ミラー、１ｅ…集光レンズ、１ｆ…受光器、１ｇ…主走査モータ、１ｈ…副走査モータ、１ｉ…主走査モータドライバ、１ｍ…副走査モータドライバ、２…制御・信号処理部、３…人数判定部

Claims (6)

1. 所定の監視領域に存在する人物の人数を検出する装置であって、
   前記監視領域にレーザ光を走査状に照射すると共に該レーザ光の反射光を検出することにより、前記監視領域の各位置における距離情報を取得するレーザセンサと、
   前記各位置における距離情報に基づいて監視領域に存在する人物の人数を判定する人数判定部とを具備し、
   人数判定部は、前記各位置における距離情報に基づいて人物の存在領域を判定すると共に当該存在領域における人物の検出面積Ｓcを判定し、該検出面積Ｓc、予め規定した標準的な人物一人当たりの標準人物面積Ｓp及び人物が集団を形成している場合の密集度を示す密度係数αに基づく下式（１）に基づいて人数を判定する
   ことを特徴とする人数検出装置。
   Ｎ＝（1＋α）・Ｓc／Ｓp （１）
2. 密度係数αは、当該密度係数αを考慮しないで集団の密集度を種々変更した場合に判定された集団の人数と実際の人数との人数差から実験的に得られたものであることを特徴とする請求項１記載の人数検出装置。
3. 人物の位置とレーザセンサの計測分解能との関係に基づいて標準人物面積Ｓpを前記人物の位置に応じて補正することを特徴とする請求項１または２記載の人数検出装置。
4. 所定の監視領域に存在する人物の人数を検出する方法であって、
   前記監視領域にレーザ光を走査状に照射すると共に該レーザ光の反射光を検出することにより、前記監視領域の各位置における距離情報を取得する第1の工程と、
   前記各位置における距離情報に基づいて監視領域に存在する人物の人数を判定する第２の工程とを有し、
   前記第２の工程では、前記各位置における距離情報に基づいて人物の存在領域を判定すると共に当該存在領域における人物の検出面積Ｓcを判定し、該検出面積Ｓc、予め規定した標準的な人物一人当たりの標準人物面積Ｓp及び人物の密度を示す密度係数αに基づく下式（１）に基づいて人数を判定することを特徴とする人数検出方法。
   Ｎ＝（1＋α）・Ｓc／Ｓp （１）
5. 密度係数αは、当該密度係数αを考慮しないで集団の密集度を種々変更した場合に判定された集団の人数と実際の人数との人数差から実験的に得られたものであることを特徴とする請求項４記載の人数検出方法。
6. 人物の位置とレーザセンサの計測分解能との関係に基づいて標準人物面積Ｓpを前記人物の位置に応じて補正することを特徴とする請求項４または５記載の人数検出方法。

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