JP4272539B2 - 移動物体検出装置、移動物体検出方法、および移動物体検出プログラム - Google Patents
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Description
そこで、本発明者は、複数の移動物体が隣接して並んでいる場合にも、各移動物体を個別に検出できる手法について、未公開の特許出願である特願2002−334940において開示している。この発明では、エッジ画像において、画面の縦方向にエッジ画素の総数を数え、これをグラフにしたヒストグラムから、移動物体の中心を設定し、その中心から所定幅を1つの移動物体であると認識することで、複数の移動物体から個別の移動物体を検出することを可能にしている。
そこで、本発明では、エッジ画素数のヒストグラムにおける局所的なノイズに影響されず、適切に各移動物体を検出することができる移動物体検出装置、移動物体検出方法、および移動物体検出プログラムを提供することを目的とする。
なお、ここでいう対象距離とは、一点の距離でもよいし、幅のある(範囲がある)距離、例えば、1.0m〜1.2mのような距離でもよい。
また、前記対象距離画像生成手段は、前記撮像画像または距離画像において、前記対象距離設定手段で設定された対象距離に対応する画素を抽出して前記対象距離画像を生成することもできる(請求項3、請求項4)。
(移動物体検出装置の構成)
図1は、本発明における移動物体検出装置1の構成を示したブロック図である。図1に示すように移動物体検出装置1は、2台のカメラ2で撮像された撮像画像から、動きを伴う物体(移動物体)を検出するものである。ここでは、移動物体検出装置1を、入力された撮像画像を解析する入力画像解析手段10と、解析された撮像画像から物体を検出する物体検出手段20とで構成した。なお、2台のカメラ2は、左右に距離Bだけ離れて配置されており、それぞれを右カメラ2a及び左カメラ2bとする。
そして、差のあった画素には動きのあった画素として画素値“1”を与え、差のなかった画素には動きのなかった画素として画素値“0”を与えた差分画像を生成する。なお、動き情報生成部12では、さらに差分画像に対して、メディアンフィルタ等のフィルタリング処理を行うことで、ノイズを除去しておく。なお、画素値を、単に1または0とするのではなく、動いた画素数を画素値とすることもできる。
図1に戻って、説明を続ける。
なお、この対象距離画像の生成は、基準カメラ(右カメラ2a)で撮像された撮像画像(原画像)又は距離情報生成部11で生成された距離画像から、対象距離(視差の範囲)に対応する画素位置のみの画素を抽出することとしてもよい。
図1に戻って、説明を続ける。
具体的には、Sxを、ヒストグラムHIにおける注目している座標xの画素数、Sx′を、平滑化後のヒストグラムHI′の座標xの画素数、x0を、正の定数として次式(5)により平滑化を行うことができる。
また、前記した式(5)または式(6)による平滑化処理において、次式(7)を条件とするのが望ましい。
これにより、隣り合う人物のヒストグラムHIが、平滑化の処理によりつながってしまうことを防ぐことができる。
具体的には、平滑化後のヒストグラムHI′において、最も画素数Sx′が大きい座標x(例えば、図9(b)におけるx1)を、1つの移動物体の中心位置とし、その左右両側の一定範囲(例えば、図9(b)におけるβ)を対象領域の水平方向の範囲として設定する。このβは、人物が手を挙げた場合も含まれるように、人物の幅に相当する画素数か、それよりやや広めとすることができる。さらに、この範囲内で、ヒストグラムが最小となる水平位置(座標x)を検出する。この最小となる水平位置を、一人の人物の左右端とする。
なお、ヒストグラムHI′から移動物体を抽出する水平方向の範囲を設定する方法は、この例に限られず、抽出対象物の形状的な特徴に応じて適切な方法をとることができる。例えば、ヒストグラムHI′の対称性から設定したり、ピークの数、位置などから設定したりしても良い。
=Y/2−(Y/θv)tan-1((2−H)/L) …(9)
=Y/2+(Y/θv)tan-1(H/L) …(11)
=Y/2−θTY/θv−(Y/θv)tan-1((2−H)/L)
…(13)
=Y/2−θTY/θv+(Y/θv)tan-1(H/L) …(15)
なお、移動ロボット(図示せず)が階段等を昇降し、移動物体Mと同一の床に存在しない場合は、移動ロボット本体のエンコーダ等によって昇降量を検出し、その昇降量を移動物体Mの床からの高さに対して加算又は減算することで、移動物体Mの対象距離画像(a′又はb′)における縦方向の位置を特定することができる。あるいは、移動ロボットに地図情報を保持しておき、移動物体Mの方向及び距離で特定される床の高さを、その地図情報から取得することとしてもよい。
図1に戻って、説明を続ける。
さらに、輪郭抽出部24は、輪郭を抽出した移動物体が人物であるかどうかを判定する肌色領域判定部24aを備えることができる。
次に、図2乃至図4を参照(適宜図1参照)して、移動物体検出装置1の動作について説明する。図2乃至図4は、移動物体検出装置1の動作を示すフローチャートである。
まず、移動物体検出装置1は、同期した2台のカメラ2から時系列に撮像画像を入力する(ステップS1)。ここでは、ある時刻tに右カメラ2a(基準カメラ)と左カメラ2bとから入力された撮像画像と、次の時刻t+Δtに右カメラ2a(基準カメラ)と左カメラ2bとから入力された撮像画像とに基づいて、移動物体を抽出する。なお、以下のステップで用いられている距離画像Dt-1及びDt-2、対象距離画像TDt-2及びTDt-1は、時刻t−2及び時刻t−1の段階で生成されたものである。
そして、移動物体検出装置1は、距離情報生成部11によって、時刻tに右カメラ2a(基準カメラ)と左カメラ2bとから入力された2枚の撮像画像から、撮像対象までの視差(距離)を埋め込んだ距離画像Dtを生成する(ステップS2)。
さらに、移動物体検出装置1は、動き情報生成部12によって、右カメラ2a(基準カメラ)で時刻tと時刻t+Δtに撮像された2枚の撮像画像(基準撮像画像)の差分をとり、差のあった画素を画素値“1”、差のなかった画素を画素値“0”とした差分画像DItを生成する(ステップS3)。
また、移動物体検出装置1は、エッジ画像生成部13によって、右カメラ2a(基準カメラ)で時刻tに撮像された撮像画像(基準撮像画像)からエッジ画像EDtを生成する(ステップS4)。
さらに、移動物体検出装置1は、肌色領域画像生成部14によって、右カメラ2a(基準カメラ)で時刻tに撮像された撮像画像(基準撮像画像)から肌色領域を抽出した肌色領域画像SAtを生成する(ステップS5)。
また、移動物体検出装置1は、対象距離設定部21によって、ステップS2及びステップS3で生成した距離画像Dt及び差分画像DIt(時刻tと時刻t+Δtの差分画像)から、距離画像Dtで表された視差(距離)毎に、動きのあった画素数を累計し、その累計が最大となる距離を、距離画像Dtにおける検出対象となる移動物体の対象距離dt(幅のある距離)として設定する(ステップS6)。
そして、移動物体検出装置1は、対象距離画像生成部22によって、ステップS4で生成したエッジ画像EDtから、対象距離dtの画素を抽出した対象距離画像TDtを生成する(ステップS7)。
このステップS7によって、移動物体検出装置1は、時刻tにおける距離画像Dtにおいて、移動物体が存在する奥行き方向の範囲を設定することができる。
そして、移動物体検出装置1は、対象領域設定部23のヒストグラム生成部23aによって、ステップS7で生成した対象距離画像TDtの垂直方向(縦方向)の画素数をカウントしてヒストグラム化する(ステップS8)。
このように対象距離画像TDをヒストグラム化することで、多くの場合、そのヒストグラムHIが最大となる位置に移動物体の中心の水平位置が存在すると判定することが可能になる。
図8のヒストグラムHIのように、移動物体である人物が手を上げた場合、その手が位置する水平方向の座標(x座標)でヒストグラムHIに局所的なピークP1が発生することがある。
そのため、本実施形態では、ヒストグラム平滑化部23bにより、ヒストグラムHIの平滑化を行い、図9(a)のヒストグラムHIを、図9(b)のヒストグラムHI′のようにする。この処理により、手を上げた部分の局所的なピークP1が、ピークP1′のように小さくなり、移動物体(人物)の中央部分の画素数が相対的に大きくなる。
また、移動物体検出装置1は、輪郭抽出部24によって、ステップS7で生成した対象距離画像TDtにおいて、ステップS10及びステップS11で設定した対象領域内で輪郭の抽出を行う(ステップS12)。例えば、対象領域内で動的輪郭モデル(SNAKES)を適用することによって輪郭の抽出を行う。
移動物体の輪郭抽出に成功した場合、移動物体検出装置1は、輪郭抽出部24の肌色領域判定部24aによって、ステップS5で生成した肌色領域画像SAtの肌色領域が、輪郭抽出部24内で抽出した移動物体の輪郭に含まれるかどうかを判定することで、その輪郭が人物の輪郭であるかどうかを判定する(ステップS14)。
そして、移動物体検出装置1がステップS15で移動物体の検出情報を出力することで、例えば、移動ロボットの制御装置(図示せず)が、その移動物体の動作を判定する(ステップS16)。
2 カメラ(撮像手段)
10 入力画像解析手段
11 距離情報生成部(距離情報生成手段)
12 動き情報生成部(動き情報生成手段)
13 エッジ画像生成部(エッジ画像生成手段)
14 肌色領域画像生成部
20 物体検出手段
21 対象距離設定部(対象距離設定手段)
22 対象距離画像生成部(対象距離画像生成手段)
23 対象領域設定部(対象領域設定手段)
23a ヒストグラム生成部
23b ヒストグラム平滑化部
23c 水平範囲設定部
23d 垂直範囲設定部
24 輪郭抽出部(輪郭抽出手段)
24a 肌色領域判定部
Claims (11)
- 同期した複数のカメラで撮像対象を撮像した複数の撮像画像から、移動物体を検出する移動物体検出装置であって、
前記複数の撮像画像の視差に基づいて、前記撮像対象までの距離を距離情報として生成する距離情報生成手段と、
前記複数のカメラの中の少なくとも一つのカメラから、時系列に入力される撮像画像の差分に基づいて、前記移動物体の動きを動き情報として生成する動き情報生成手段と、
前記距離情報に含まれる距離毎に、前記動き情報に含まれる動きのあった画素値を累計し、前記累計値が最大となる距離を、前記移動物体が存在する対象距離として設定する対象距離設定手段と、
前記距離情報に基づいて、前記対象距離設定手段で設定された対象距離に対応する画素からなる対象距離画像を生成する対象距離画像生成手段と、
前記対象距離画像内に、少なくとも前記対象距離に対応して、前記移動物体を検出する対象となる対象領域を設定する対象領域設定手段と、
この対象領域設定手段で設定された対象領域から輪郭を抽出することで、前記移動物体を検出する輪郭抽出手段と、
を備え、
前記対象領域設定手段は、前記対象距離画像において、水平方向の座標ごとに垂直方向に画素数をカウントしてヒストグラムを生成した後、このヒストグラムを平滑化し、平滑化後のヒストグラムのうち、最も画素数が大きい座標を前記移動物体の中心として、前記対象領域を設定することを特徴とする移動物体検出装置。 - 前記撮像画像の各画素の色情報又は濃淡情報に基づいて、その撮像画像のエッジを抽出したエッジ画像を生成するエッジ画像生成手段をさらに備え、
前記対象距離画像生成手段は、前記エッジ画像において、前記対象距離設定手段で設定された対象距離に対応する画素を抽出して前記対象距離画像を生成することを特徴とする請求項1に記載の移動物体検出装置。 - 前記対象距離画像生成手段は、前記撮像画像において、前記対象距離設定手段で設定された対象距離に対応する画素を抽出して前記対象距離画像を生成することを特徴とする請求項1に記載の移動物体検出装置。
- 前記対象距離画像生成手段は、前記距離画像において、前記対象距離設定手段で設定された対象距離に対応する画素を抽出して前記対象距離画像を生成することを特徴とする請求項1に記載の移動物体検出装置。
- 前記対象領域設定手段における平滑化の式においてf(n)=|x−n|としたことを特徴とする請求項5に記載の移動物体検出装置。
- 前記対象領域設定手段は、前記平滑化後のヒストグラムにおいて、画素数が最大となる座標xから所定範囲を前記移動物体の水平方向の範囲として設定することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の移動物体検出装置。
- 前記対象領域設定手段は、少なくとも前記撮像手段のチルト角及び設置面からの高さに基づいて、前記対象領域の垂直方向の範囲を設定することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の移動物体検出装置。
- 同期した複数のカメラで撮像対象を撮像した複数の撮像画像から、移動物体を検出する移動物体検出方法であって、
前記複数の撮像画像の視差に基づいて、前記撮像対象までの距離を距離情報として生成する距離情報生成ステップと、
前記複数のカメラの中の少なくとも一つのカメラから、時系列に入力される撮像画像の差分に基づいて、前記移動物体の動きを動き情報として生成する動き情報生成ステップと、
前記距離情報に含まれる距離毎に、前記動き情報に含まれる動きのあった画素値を累計し、前記累計値が最大となる距離を、前記移動物体が存在する対象距離として設定する対象距離設定ステップと、
前記距離情報に基づいて、前記対象距離設定手段で設定された対象距離に対応する画素からなる対象距離画像を生成する対象距離画像生成ステップと、
前記対象距離画像内に、少なくとも前記対象距離に対応して、前記移動物体を検出する対象となる対象領域を設定する対象領域設定ステップと、
この対象領域設定手段で設定された対象領域から輪郭を抽出することで、前記移動物体を検出する輪郭抽出ステップと、
を有し、
前記対象領域設定ステップは、前記対象距離画像において、水平方向の座標ごとに垂直方向に画素数をカウントしてヒストグラムを生成した後、このヒストグラムを平滑化し、平滑化後のヒストグラムのうち、最も画素数が大きい座標を前記移動物体の中心として、前記対象領域を設定することを特徴とする移動物体検出方法。 - 同期した複数のカメラで撮像対象を撮像した複数の撮像画像から、移動物体を検出するために、コンピュータを、
前記複数の撮像画像の視差に基づいて、前記撮像対象までの距離を距離情報として生成する距離情報生成手段、
前記複数のカメラの中の少なくとも一つのカメラから、時系列に入力される撮像画像の差分に基づいて、前記移動物体の動きを動き情報として生成する動き情報生成手段、
前記距離情報に含まれる距離毎に、前記動き情報に含まれる動きのあった画素値を累計し、前記累計値が最大となる距離を、前記移動物体が存在する対象距離として設定する対象距離設定手段、
前記距離情報に基づいて、前記対象距離設定手段で設定された対象距離に対応する画素からなる対象距離画像を生成する対象距離画像生成手段、
前記対象距離画像内に、少なくとも前記対象距離に対応して、前記移動物体を検出する対象となる対象領域を設定する対象領域設定手段、
この対象領域設定手段で設定された対象領域から輪郭を抽出することで、前記移動物体を検出する輪郭抽出手段、
として機能させ、
前記対象領域設定手段は、前記対象距離画像において、水平方向の座標ごとに垂直方向に画素数をカウントしてヒストグラムを生成した後、このヒストグラムを平滑化し、平滑化後のヒストグラムのうち、最も画素数が大きい座標を前記移動物体の中心として、前記対象領域を設定することを特徴とする移動物体検出プログラム。
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