JP4419640B2 - 監視カメラ及び監視システム - Google Patents

Description

複数の監視カメラを含む監視システムに関する。

監視カメラを用いて、ある監視領域を監視する場合、一台のカメラでは全域を監視できない場合があり、一般に複数のカメラを用いて撮影する。撮影した映像は、監視者のいる場所に設置した映像表示装置上に、複数台の監視カメラ撮影映像を画面分割して同時に表示したり、録画装置に記録する。この場合、単一の映像表示装置に複数の映像を表示するため、あるいは、複数の映像を単一の録画装置に記録するには、複数カメラ間の同期が取れている必要がある。このような理由から、一般に、監視システムの複数の監視カメラは、互いに同期を取るために、共通の同期信号を各カメラに分配する必要がある。（例えば、特許文献１参照。）
監視カメラは、前記のような映像信号線による映像伝送から、近年は、より遠隔地まで配信でき、容易に複数のカメラ映像を伝送できる利点があるネットワークを用いた映像データ伝送方式が用いられるようになってきた。ネットワークを介した映像伝送の場合には、用いるネットワークに依存して、伝送できる最大伝送速度の上限が決まるため、同一のネットワークを介して、複数のカメラから映像を伝送するためには、カメラ台数が多くなると、一台当りのカメラから送信できる映像データ速度を下げる必要がある。そのため、ネットワークへの送信手段を有した監視カメラは、送信する映像データの単位時間あたりの送信量を減らすために、一般には、映像のフレームレートを下げたり、各フレーム画像の解像度を下げたり、画像圧縮度を上げたりして、一台当りのデータ送信速度を下げる制御を行っている。（例えば、特許文献２、３参照。）
特開２０００−２４４８９６号公報(第５−６頁 、第１図) 特開２００２−２３２８７８号公報(第２−３頁 、第１図) 特開２００１−２９２４３９号公報(第４頁 、第１図)

ネットワークを用いて映像伝送を行う監視カメラに関する上記従来技術では、複数のネットワーク監視カメラによる映像撮影において、複数の該ネットワーク監視カメラ間での映像撮影タイミングの同期に関して配慮されておらず、監視対象領域で発生する事象を複数の該監視カメラで撮影した画像間では、同一時刻での撮影が保証されておらず、複数カメラによる多面的な監視を実施しているにも関わらず、発生事象の正確な記録・解析が行なえないという問題があった。

さらに、ネットワーク監視カメラは、ネットワークの伝送能力に依存し、伝送できる動画映像のフレームレート(一秒当りの画像枚数)を十分に高く設定することができない状況が生じるため、上記従来技術のように撮影タイミングの同期に配慮がなされていない場合、監視領域で発生する事象の変化速度が遅い場合でさえも、発生事象の正確な記録・解析が行なえないという問題があった。

本発明は、複数のネットワーク監視カメラにおいて、互いに同期した動画映像を撮影可能とすることを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明では、ネットワークに接続して使用する監視カメラにおいて、撮影タイミングの基準となる同期信号に関する同期情報をネットワークを介して送受信するための同期情報通信手段と、該同期情報に基づいて監視カメラに内蔵する同期基準カウンタの読み出し値を調整するカウンタ読み出し値調整回路と、該同期基準カウンタの読み出し値を基に水平・垂直同期信号を生成する同期信号発生回路と、該同期信号発生回路から出力される水平・垂直同期信号に同期して映像を撮影するカメラモジュールと、該同期基準カウンタの読み出し値から一意にフレーム番号を生成するフレーム番号生成器と、該カメラモジュールの映像信号出力をディジタル画像データに変換し、該フレーム番号生成器の発生させるフレーム番号をデータ中に埋め込む画像エンコーダと、該画像エンコーダの出力したディジタル画像データをネットワークを通じてカメラ外部へ送信したり、カメラに内蔵する記憶装置へ格納する組込み型コンピュータを備えた構成とした。

このように構成したことにより、ネットワークに互いに接続されたカメラ間で撮影タイミングの同期を取るために必要な同期情報を伝達し合い、該同期情報に基づいて、システムを構成する全てのカメラの同期基準カウンタの読み出し値が同一時刻では同一となるように調節し、各カメラが該調節された同期基準カウンタの読み出し値から同期信号を生成し、各カメラモジュールが該同期信号に同期して映像を撮影するので、全てのカメラは、システムで統一された撮影タイミングで映像を撮影することが可能となる。

また、システムに含まれるカメラのうちの一台を基準カメラと呼び、該基準カメラの内部撮影タイミングを、システム全体の基準となる撮影タイミングとしてシステムに含まれる該基準カメラ以外の残りの全てのカメラから参照し、該基準カメラの撮影タイミングに追従同期させることにより、システムの構成要素に、撮影機能を持たない同期信号発生装置の設置が必要なくなる。

ネットワークに互いに接続された複数のカメラからなる監視システムは、システムで統一された撮影タイミングで映像を撮影することが可能となり、なおかつ、生成されるディジタル画像データに埋め込まれたフレーム番号が一致していれば、異るカメラで生成された画像データの間でも同一のタイミングで撮影された画像データであることが保証される。

従って、監視領域内で発生した同一事象を複数のカメラで撮影した画像データの撮影時間の同一性が保証され、統一されたフレーム番号が付与されるために、記録された事象の把握および解析を正しく行える。

以下、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。

図1は、実施の形態の一実施例であるネットワーク監視カメラの機能ブロックの構成図である。本実施例のネットワーク監視カメラは、組み込みコンピュータブロック 100と、画像データ生成ブロック 110 と、位相を制御可能な同期信号生成ブロック120 から構成される。

組み込みコンピュータブロック 100は、CPU 102 と RAM 103 とディスク制御インタフェース 104 とネットワークインタフェース 106 が、内部バス 101 を介して互いに接続され、ディスク制御インタフェース 104 を介して接続されたハードディスク 105 に格納された任意のプログラムコードを RAM 103 へロードして、該プログラムコードを CPU 102 で実行可能な汎用のコンピュータと同等の機能を有する。さらに、ネットワーク接続端子 107 を介して接続する外部ネットワークと通信するために必要なプログラムや、内部バス 101 を介して接続されている画像データ生成ブロック 110 や 位相を制御可能な同期信号生成ブロック120 とのデータ交換が可能なプログラムモジュールを含むオペレーティングシステム(例えば Linux など)をハードディスク 119 に格納し、起動とともにロードし動作させ、該オペレーティングシステムの下で、以下で説明する映像撮影を同期化するプログラムを動作させる。

画像データ生成ブロック 110 は、垂直と水平の各同期信号を供給することで、撮影タイミングを制御可能なカメラモジュール 111 と、圧縮あるいは非圧縮の各種の業界標準画像データ形式(例えば、JPEG)に変換する画像エンコーダ 112 と、同期信号生成ブロック 120 のカウンタ情報を基に、フレーム番号を算出するフレーム番号生成器 113 から構成される。カメラモジュール 111 から出力されるディジタル映像信号と、フレーム番号生成器 113 から出力されるフレーム番号情報は、画像エンコーダ 112 に取り込まれ、適当な画像データ形式のディジタルデータに変換され、該データは内部バス 101 を経由して、組込みコンピュータブロック 100 に読み込まれ、ネットワークインタフェース 106 を経由して外部ネットワークへ送信する。

位相を制御可能な同期信号生成ブロック120 は、映像基準クロック生成器 121 と、該クロック生成器の発生するパルス信号毎に一ずつ積算する32ビットの積算カウンタ 122 と、組み込みコンピュータブロック 100 から32ビット整数値を設定可能なオフセットレジスタ 124 と、積算カウンタ 122 の計数値と、オフセットレジスタ 124 の設定値とを加算する加算器 123 と、映像基準クロック生成器 121 のクロック周期とカメラモジュール 111 へ供給する水平同期信号の周期の比率を設定する分周比率32ビット定数レジスタ 125 と、加算器 123 の出力数値を、分周比率定数レジスタ 125 に設定されている数値で除算しその剰余を32ビットで出力する剰余器 126 と、剰余器 126の出力値を基準クロックの一周期分の時間保持するレジスタ 127と、剰余器126の出力値をAに、レジスタ127の出力値をBに、それぞれ入力し、AがB未満のとき 1 を、それ以外のとき 0 を1ビットで出力する比較器128と、比較器128の出力パルスから、水平同期信号パルス波形を生成する単安定マルチバイブレータ 129と、映像基準クロック生成器 121 のクロック周期とカメラモジュール 111 へ供給する垂直同期信号の周期の比率を設定する分周比率32ビット定数レジスタ 130と、加算器 123 の出力数値を、分周比率定数レジスタ 130 に設定されている数値で除算しその剰余を32ビットで出力する剰余器 131 と、剰余器 131の出力値を基準クロックの一周期分の時間保持するレジスタ 132と、剰余器131の出力値をAに、レジスタ132の出力値をBに、それぞれ入力し、AがB未満のとき 1 を、それ以外のとき 0 を1ビットで出力する比較器133と、比較器133の出力パルスから、垂直同期信号パルス波形を生成する単安定マルチバイブレータ 134 を有する。

本実施例の複数のネットワーク監視カメラを含むシステム構成例を、図2を用いて説明する。図1に示す内部構成を持つ本実施例のネットワーク監視カメラ 201, 202, 203, 210 は、ネットワーク 200 に接続される。ネットワーク監視カメラ 201, 202,203,210 は、それぞれ、ネットワーク 200 に接続された映像アプリケーションクライアント 220 の要求に応じて、映像データを映像アプリケーションクライアント 220 へ送信する。ネットワーク監視カメラの動作には、二種類の動作モードを設定する。一つは、同期従属モード、もう一つは同期基準モードと呼ぶ。ネットワーク 200 に接続された全てのネットワークカメラの内の一台 210 だけが同期基準モードで動作し、残りの全てのネットワークカメラ 201, 202,203 は、同期従属モードで動作させる。

本実施例のネットワーク監視カメラの動作を、同期基準モードの動作と同期従属モードの動作について、図3と図4のフローチャートを用いてそれぞれ説明する。

同期基準モードでは、組み込みコンピュータブロック 100 において、図3のフローチャートに従ったプログラムを実行させる。以下、図３について説明する。

まず、手順300 に於て、位相を制御可能な同期信号生成ブロック120 の積算カウンタ122 とオフセットレジスタ124を、零にクリアする。この直後より、積算カウンタ 122 は、映像基準クロック 121 の発生するパルス間隔でカウンタ値を一ずつ増やしていく。続いて、手順 301 で、組み込みコンピュータブロック 100 が接続しているネットワークからの受信内容を読み取る。

手順 302 で、読み取った受信内容が同期従属モードで動作しているネットワークカメラからの送信要求か判別し、送信要求でない場合、手順301へ戻る。

送信要求の場合は、手順303で、位相を制御可能な同期信号生成ブロック120 の加算器123 の出力値を読み出す。同期基準モードでは、オフセットレジスタ124 の値は、リセット後更新されず、零であるので、加算器123の出力値は、積算カウンタ122のカウント値と一致している。読み出した積算カウンタ122のカウント値を、速やかに手順304で、送信要求をして来た同期従属モードで動作しているネットワークカメラへ送信する。続いて、再び手順301へ戻り、順次、送信要求に応えて積算カウンタ122のカウント値を返信し続ける。以上が、同期基準モードの場合の処理である。

一方、同期従属モードでは、組み込みコンピュータブロック 100 において、図4のフローチャートに従ったプログラムを実行させる。以下図４について説明する。

まず、手順 400 に於て、位相を制御可能な同期信号生成ブロック120 の積算カウンタ122 とオフセットレジスタ124を、零にクリアする。この直後より、積算カウンタ122は、映像基準クロック121の発生するパルス間隔でカウンタ値を一ずつ増やしていく。手順401で、手順403〜409までの繰り返しループ回数を制御する変数 i に零を代入する。

手順 402 の条件分岐では、変数 i が100未満であれば、続く手順403〜409の部分の実行へ制御を移し、変数 i が100以上であれば、手順410 へ分岐する。

手順403〜409の一連の繰り返しループ計算ブロックの最初の手順403では、加算器123の出力値を読み出し Ai とする。

手順 404 で、同期基準モードで動作しているカメラに対して、該カメラの加算器123の出力値を送信するように要求する要求パケットをネットワークを通して送信する。手順405 で、手順404で要求した情報の受信を待ち、受信があれば次の手順406へ進む。

手順406で、受信した情報である同期基準モードカメラの加算器123の出力値を Bi とする。続く手順407では、自カメラの加算器123の出力値を読み出し Ci とする。手順 408 で、(Bi-(Ai+Ci)/2)を計算し、その結果をDi とする。

手順409で、繰り返し回数制御変数の iの値を1増し、手順402へ戻る。手順403〜409の一連の手順を100回繰り返した後、手順410へ進む。

手順410では、手順408で計算した 100個の Di からその平均値を求め、D とする。手順 411 で、オフセットレジスタ 124 の現在設定値に数値 D を加算した値を設定する。これにより、加算器123の出力値が、同期基準モードカメラの加算器123の出力値と、同時刻では値が一致するように修正されたことになる。

手順 412 で、以上の修正手順を一定時間あけて再び実行するために、一定時間待ち、その後手順401へ制御を戻す。待ち時間の一定時間は、映像同期基準クロック121の個体差によるカメラ間でのクロック刻み間隔の差や、各映像同期基準クロック121のクロック刻み間隔ゆらぎ量から決定される。さらに、ネットワークトラフィックの無用な増大を抑えるためには、あまり頻繁に同期のための通信を行わないほうがよい。これらの条件を勘案して、数十秒から数十分の間で手順412の待ち時間を設定する。

図5を用いて、図4のフローチャットで説明した同期従属モードカメラの動作が、自カメラの加算器123の出力値を、同期基準モードカメラの加算器123の出力値に、同期される原理を説明する。

図5では、時刻を表わす座標軸 501 に沿って、同期従属モードで動作するカメラの加算器123の出力値の変化を表わす軸502 と、同期基準モードで動作するカメラの加算器123の出力値の変化を表わす軸503 を並べて記した。時刻軸 501 上での時刻 t1 で、図4のフローチャートの手順404により、同期従属モードカメラから同期基準モードカメラへ、同期基準モードカメラの加算器123の出力値の送信要求を行ったとする。この時刻t1での、同期従属モードカメラの加算器123の出力値を A とする。該送信要求が、時刻 t2 に同期基準モードカメラに到着すると、同期基準モードカメラは、加算器123の出力値 B を、速やかに同期基準モードカメラへ返信する。該返信が、時刻t3に、同期従属モードカメラへ到着し、その時点の同期従属モードカメラの加算器123の出力値が Cとする。

このとき、同期従属モードカメラから同期基準モードカメラへの送信要求通信 504 にかかった時間 (t2-t1) と、同期基準モードカメラから同期従属モードカメラへの返信 505 にかかった時間(t3-t2) は、等しい場合を例とする。すると、時刻 t2 での、同期従属モードカメラの加算器123 の出力値は、 (A+C)/2 と推定される。従って、値 (B-(A+C)/2) は、同時刻における、同期従属モードカメラの加算器123 の出力値と同期基準モードカメラの加算器123 の出力値との差と見倣される。ここで、(t2-t1)と(t3-t2)が等しい場合を例としたが、その例は、通信環境の影響などにより、必ずしも成立しない。そのため、通信環境の影響などによる(t2-t1)と(t3-t2)の値の違いは、確率的要因により生じているという仮定をさらに立て、同時刻における二つのカメラ間での 加算器123の出力値の差(B-(A+C)/2)を100回算出しその平均値をもって、加算器123の出力値の差の良い推定値とした。

このように推定した加算器123の出力値の差を、同期従属モードカメラのオフセットレジスタ124の現在設定値に加算することで、加算器123の出力値は、(B-(A+C)/2)だけ増え、同期基準モードカメラの同時刻における加算器123の出力値と一致することになる。以上のように、ネットワークに接続されている同期従属モードで動作する全てのカメラの加算器123の出力値は、同期基準モードで動作する唯一のカメラの加算器123の出力値に一致して動作する。

次に、図６に示されている剰余器１２６の出力値の例について説明する。全てのカメラの映像基準クロック121の周波数は同一に設定しておき、全てのカメラの加算器123の出力値は、同一の時間間隔で一ずつ値が増加していく。この出力値の変化する時間間隔を TC として、時間 TC に対するカメラモジュール111へ入力する水平同期信号の同期パルス間隔 TH の整数比をM とする。分周比率定数レジスタ125には事前にこの値 M を設定しておく。すると、剰余器126の出力値は、図6に示すように、時間間隔 TH で、増減を繰り返す。この特性を利用すると、基準クロックの一周期分の時間 TC 前の剰余器126の出力値を保持しているレジスタ 127の出力値と、 剰余器126の出力値とを比較器128で比較することで、剰余値が減少したタイミングを検出し、周期 TH のパルスを得る。この周期 TH のパルスを、単安定マルチバイブレータ129 を用いて、水平同期信号の波形に整形し、カメラモジュール 111 の水平同期信号として供給する。

同様に、映像基準クロック121の一周期の時間 TC に対するカメラモジュール111へ入力する垂直同期信号の同期パルス間隔 TV の整数比をN とし、分周比率定数レジスタ130には事前にこの値 N を設定する。すると、水平同期信号を生成した場合と同様に、比較器133の出力として、周期 TV のパルスを得る。この周期 TV のパルスを、単安定マルチバイブレータ134 を用いて、垂直同期信号の波形に整形し、カメラモジュール 111 の垂直同期信号として供給する。

前述したように、ネットワークに接続されている同期従属モードで動作する全てのカメラの加算器123の出力値が同期基準モードで動作する唯一のカメラの加算器123の出力値に一致して動作していることより、全てのカメラにおいて上述のように生成される水平同期信号と垂直同期信号は、互いに位相の一致した同期信号となる。従って、カメラモジュール111により撮影される映像の撮影タイミングは、カメラ間で同期の取れたものとなる。さらに、フレーム番号生成器 113 は、カメラ間で同一の値を持つ加算器123の出力値に基づいてフレーム番号を算出するため、フレーム番号もカメラ間で同期のとれた同一の値を生成できる。フレーム番号算出方法は、例えば、加算器123の出力値を A として、同期基準クロック121のクロック周波数を f として、垂直同期信号の周期を TV とするとき、フレーム番号 FN は、 (A/f/TV) の値を越えない最大の整数値と計算する。カメラモジュール111で同期撮影された映像データは、画像エンコーダ112で特定の画像データ形式に変換するとともに、各画像データにはカメラ間で同期の取れたフレーム番号を埋め込む。

このようにして生成した画像データは、リアルタイムにネットワークを経由して外部の映像利用アプリケーションクライアント220 へ送信するか、一旦、ハードディスク105へ格納しておいて、あとでまとめて、外部の映像利用アプリケーションクライアント220 へ送信する。映像利用アプリケーションクライアント220 に集められた画像データは、同一のフレーム番号が埋め込まれた画像データは、同期の取れた同一のタイミングで撮影された画像であることが保証される。

本実施例によれば、ネットワークに互いに接続された複数のカメラは、各カメラが内蔵するカメラモジュールの垂直および水平同期信号を互いに同期させることが可能となると同時に、全てのカメラで統一されたフレーム番号が生成されるという効果がある。そのために、各カメラが撮影する映像の撮影タイミングは、全てのカメラの間で一致し、なおかつ、フレーム番号が一致していれば、異るカメラで生成された画像データの間でも同一のタイミングで撮影された画像データであることが保証されるという効果がある。従って、監視領域内で発生した同一事象を複数のカメラで撮影した画像データの撮影時間の同一性が保証され、なおかつ、統一されたフレーム番号が付与されるために、記録された事象の把握および解析を正しく行えるという効果がある。

ネットワークを介して接続する複数台の監視カメラからなる監視システムを容易に構成でき、なおかつ、監視カメラの撮影映像の同期が取れていることにより、監視領域で発生する事象の正確な把握が可能な映像群が撮影できるため、事故などが発生した場合の原因解析能力が重視される工場などでの異常事態の監視や、広い店舗での不審者による万引き行動などの多方向からの行動監視などの用途で最適に利用できる

本実施例のネットワーク監視カメラの機能ブロック図。 本実施例のネットワーク監視カメラの使用形態例。 本実施例のネットワーク監視カメラの同期基準モードでの動作を説明するフローチャート。 本実施例のネットワーク監視カメラの同期従属モードでの動作を説明するフローチャート。 同期基準モードで動作するカメラと同期従属モードで動作するカメラ間での通信タイミングと通信内容の説明図。 剰余器126の出力値の時間変化を表わすグラフ。

符号の説明

100 組み込みコンピュータブロック 、110 画像データ生成ブロック 、120 位相を制御可能な同期信号生成ブロック 、101 内部バス、102 CPU、103 RAM、104 ディスク制御インタフェース 、105 ハードディスク、106 ネットワークインタフェース 、107 ネットワーク接続端子、111 カメラモジュール 、112 画像エンコーダ 、113 フレーム番号生成器 、121 映像基準クロック生成器 122 積算カウンタ 、124 オフセットレジスタ、123 加算器 、125 分周比率32ビット定数レジスタ、126 剰余器 、127 レジスタ 、128 比較器 、129 単安定マルチバイブレータ 、130 分周比率32ビット定数レジスタ、131 剰余器 、132 レジスタ 、133 比較器 、134 単安定マルチバイブレータ 、200 ネットワーク 、201, 202, 203, 210 ネットワーク監視カメラ 、220 映像アプリケーションクライアント

Claims (4)

1. ネットワークに接続され、同期基準カウンタを備える監視カメラであって、
   撮影タイミングの基準となる同期信号に関する同期情報を、ネットワークを介して送受信する同期情報通信手段と、
   該同期情報に基づいて、前記同期基準カウンタの読み出し値を調整するカウンタ読み出し値調整回路と、
   前記カウンタ読み出し値調整回路により調整された同期基準カウンタの読み出し値を基に同期信号を生成する同期信号発生回路とを有することを特徴とする監視カメラ。
2. 同期基準カウンタの読み出し値から一意にフレーム番号を算出するフレーム番号生成器を備え、
   該フレーム番号生成器の発生するフレーム番号を撮影した画像データごとに埋め込むことを特徴とする請求項１記載の監視カメラ。
3. 前記同期信号発生回路により生成された同期信号の位相は、ネットワークを介して接続された他の監視カメラの同期信号の位相と一致することを特徴とする請求項１または２記載の監視カメラ
4. ネットワークを介して接続される請求項２記載の監視カメラを複数備える監視システムであって、
   前記監視カメラのうちいずれか一つであって、前記同期情報通信手段は、他の前記監視カメラに前記同期情報を送信し、他の監視カメラであって、前記カウンタ読み出し値調整回路は、前記受信した同期情報に基づいて、読み出し値を調整することを特徴とする監視システム。

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