JP4491360B2 - Image signal processing device - Google Patents
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本発明は、撮像装置におけるレンズ部分に水滴が付着したことを検出するのに好適な画像信号処理装置に関する。 The present invention relates to an image signal processing apparatus suitable for detecting that a water droplet has adhered to a lens portion in an imaging apparatus.
近年、監視空間に侵入した侵入者等を検出するセキュリティシステムが広く使用されており、例えば画像センサを用いたセキュリティシステムが普及している。画像センサを用いたシステムは、監視対象となる監視空間を撮像するカメラ部と、カメラ部で撮像された画像を受ける画像取得部と、処理に利用される画像データを格納及び保持する記憶部と、画像データを処理して監視空間内に存在する移動物体を検出する処理部と、を備える。処理部は、入力画像とそれより過去に撮像された背景画像との差分からなる差分画像に基づいて画像内の変動領域を抽出し、その変動領域に対応する入力画像の領域の属性値が検出対象物に特有の特徴を有する場合に、検出対象物が監視空間内に存在するものとして警報を発する等の処理を行う。例えば、検出対象が「侵入者」である場合には、変動領域に対応する入力画像データ中の領域の大きさ、縦横比、輝度情報等の「人らしさ」を表す属性値が所定の条件を満たす場合に侵入者が存在するものとして警報を発する等の処理を行う。 In recent years, security systems that detect intruders or the like that have entered a monitoring space have been widely used. For example, security systems using image sensors have become widespread. A system using an image sensor includes a camera unit that captures a monitoring space to be monitored, an image acquisition unit that receives an image captured by the camera unit, and a storage unit that stores and holds image data used for processing. A processing unit that processes the image data and detects a moving object existing in the monitoring space. The processing unit extracts a variation area in the image based on a difference image composed of a difference between the input image and a background image captured in the past, and detects an attribute value of the area of the input image corresponding to the variation area When the object has a characteristic characteristic, processing such as issuing an alarm as the detection object exists in the monitoring space is performed. For example, when the detection target is “intruder”, the attribute value indicating “humanity” such as the size, aspect ratio, and luminance information of the input image data corresponding to the variable region satisfies a predetermined condition. When the condition is satisfied, processing such as issuing an alarm that an intruder exists is performed.
また、画像センサを用いて侵入者等の監視を行うシステムは、夜間の監視のために、監視空間に光を照射する照明部をさらに備える。そして、照明部により監視空間を照射した状態で監視空間を撮像した画像を取得し、取得した画像データを処理して移動物体の検出及び該移動物体が検出対象物か否かの判断を行うことで、夜間における監視空間内の検出対象物(例えば侵入者)の存否を判断する。 Moreover, the system which monitors an intruder etc. using an image sensor is further provided with the illumination part which irradiates light to monitoring space for nighttime monitoring. Then, an image obtained by capturing the monitoring space in a state where the monitoring space is illuminated by the illumination unit is acquired, and the acquired image data is processed to detect a moving object and determine whether the moving object is a detection target. Thus, it is determined whether or not there is a detection object (for example, an intruder) in the monitoring space at night.
ところで、屋外の監視空間に侵入した侵入者等を検出するため、カメラ部を屋外に設置して上記のシステムを利用することがある。この場合、屋外の監視空間を監視するシステムではカメラ部を屋外に設置するため、雨天時等にカメラ部のレンズ部分等に水滴が付着する事態が生じることがある。ここで、水滴がレンズ部分等に付着すると、水滴を撮像した画像領域はぼやけた状態で画像データ中に映り込むため、ぼやけた水滴画像領域における検出対象物の検出処理が困難となる。例えば、画像中の水滴画像領域内に侵入者が存在する場合、侵入者の画像が水滴画像領域に隠れる等してはっきりと撮像されないため、侵入者を検出できず、通報漏れ(失報)が発生する場合がある。このような失報は、侵入者を検出するセキュリティシステムでは特に問題となる。 By the way, in order to detect an intruder or the like who has entered an outdoor monitoring space, the above system may be used by installing a camera unit outdoors. In this case, since the camera unit is installed outdoors in a system for monitoring an outdoor monitoring space, a situation may occur in which water drops adhere to the lens portion of the camera unit during rainy weather. Here, when a water droplet adheres to a lens part or the like, an image region in which the water droplet is imaged is reflected in the image data in a blurred state, so that it is difficult to detect a detection target in the blurred water droplet image region. For example, when there is an intruder in the water drop image area in the image, the intruder cannot be detected clearly because the intruder's image is hidden in the water drop image area. May occur. Such misreporting is particularly problematic in security systems that detect intruders.
そこで、カメラ部のレンズ部分等に水滴が付着した場合には、上記のような問題の発生を防ぐため、水滴が付着したことを検出してレンズ部分等から除去する等の対処を早急に行う必要がある。 Therefore, when water drops adhere to the lens part of the camera unit, in order to prevent the occurrence of the above-mentioned problems, measures such as detecting the water drop adhering and removing it from the lens part are taken immediately. There is a need.
従来、水滴の付着を検出するにあたり、例えば車両のフロントガラス等に付着した雨滴を検出する技術として、設定された雨滴検出領域内を撮像して得られた画像データからこの領域内の照度を算出し、得られた照度に基づいて、雨滴の輪郭を識別するための照度変化量の閾値を算出し、この閾値を用いて雨滴の輪郭を検出する技術がある。 Conventionally, when detecting the adhesion of water droplets, for example, as a technique for detecting raindrops adhering to the windshield of a vehicle, the illuminance in this region is calculated from image data obtained by imaging the set raindrop detection region Then, based on the obtained illuminance, there is a technique for calculating a threshold of change in illuminance for identifying the outline of the raindrop and detecting the outline of the raindrop using this threshold.
侵入者等を検出するための画像センサを用いたシステムでは、水滴がカメラ部のレンズ部分等に付着すると、水滴を撮像した画像領域はぼやけた状態で画像データ中に映り込むため、ぼやけた水滴画像領域における検出対象物の検出処理が困難となることがあった。 In a system that uses an image sensor to detect intruders, etc., if the water droplets adhere to the lens part of the camera unit, the image area that captured the water droplets is reflected in the image data in a blurred state. In some cases, it is difficult to detect the detection target in the image area.
また、上記の画像センサを用いたシステムにおいて、カメラ部のレンズ部分等に付着した水滴は、誤報の原因ともなっていた。 Moreover, in the system using the image sensor, water droplets adhering to the lens portion of the camera unit have been a cause of false alarms.
画像センサを用いたシステムでは、入力画像と背景画像との差分画像から抽出された変動領域の「検出対象物らしさ」を表す属性値が所定の条件を満たすか否かが検出のポイントとなる。すなわち、変動領域が検出対象物に起因しない場合においても「検出対象物らしさ」の条件が満たされるときには検出誤り(誤報)を発することとなる。このような誤報は、侵入者を検出するセキュリティシステムでは特に問題となる。 In a system using an image sensor, the point of detection is whether or not an attribute value that represents “likeness of a detection target” of a fluctuation region extracted from a difference image between an input image and a background image satisfies a predetermined condition. That is, even when the fluctuation region is not caused by the detection object, a detection error (false report) is issued when the condition of “detection object likelihood” is satisfied. Such false alarms are particularly problematic in security systems that detect intruders.
ここで、このようなシステムにおいて、夜間等の暗い時間帯に照明部により監視空間を照射した状態で監視空間を撮像し、監視空間の画像を取得する場合、こうして撮像した撮像画像中の水滴画像領域は、照明光が水滴で反射する影響により、水滴画像領域のほぼ全域が明るくなるという特徴がある。この明るく映る水滴画像領域は、入力画像と背景画像との差分画像から変動領域として抽出され、この変動領域の面積や形状が「人らしさ」の条件を満たすと、これにより侵入者が存在するものとして誤報を発することがあった。 Here, in such a system, when the monitoring space is imaged in a state where the monitoring space is illuminated by the illumination unit in a dark time zone such as at night, and an image of the monitoring space is acquired, a water droplet image in the captured image thus captured The area is characterized in that almost the entire area of the water drop image area becomes bright due to the influence of illumination light reflected by the water drop. This brightly reflected water drop image area is extracted as a variable area from the difference image between the input image and the background image, and if the area or shape of this variable area satisfies the condition of “humanity”, there is an intruder There was a misinformation.
本発明の目的は、夜間等に照明光を当てて撮像した場合においても、撮像部に付着した水滴の検出確度を高めることのできる画像信号処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an image signal processing device capable of increasing the detection accuracy of water droplets adhering to an imaging unit even when imaging is performed by applying illumination light at night or the like.
本発明の画像信号処理装置は、監視空間に照明を当てて撮像部により撮像された入力画像中に、水滴による画像領域が存在するか否かを判定し、前記撮像部への水滴の付着を検出する水滴検出部を有する画像信号処理装置であって、前記水滴検出部は、前記撮像部を含む監視空間に照明を当てて撮像された背景画像と、前記背景画像の撮像後に前記撮像部を含む監視空間に照明を当てて撮像された入力画像との差分をとり、背景画像より入力画像の輝度が高くなったプラスの差分画像を生成する差分画像生成処理と、前記入力画像におけるエッジ強度が第一の閾値以下であるという条件を満たす入力弱エッジ画像を生成する入力弱エッジ画像生成処理と、前記入力画像中のエッジ強度と前記背景画像中のエッジ強度とを比較し、前記入力画像中において前記背景画像中よりもエッジ強度が減少したという条件を満たすエッジ減画像を生成するエッジ減画像生成処理と、前記入力弱エッジ画像及び前記エッジ減画像の論理和により得られる画像と前記差分画像との論理積により、水滴が存在する可能性の高い水滴候補画像を生成する水滴候補画像生成処理と、前記水滴候補画像に基づいて水滴の有無を判定し、水滴の検出を行う水滴判定処理と、を行うことを特徴とする。 The image signal processing apparatus of the present invention determines whether or not an image region due to water droplets exists in an input image captured by the imaging unit while illuminating the monitoring space, and attaches water droplets to the imaging unit. An image signal processing apparatus having a water droplet detection unit for detecting, wherein the water droplet detection unit is configured to detect a background image captured by illuminating a monitoring space including the image capturing unit, and to capture the image capturing unit after capturing the background image. A difference image generation process that takes a difference from an input image captured by illuminating a monitoring space including the image and generates a positive difference image in which the luminance of the input image is higher than that of the background image; and the edge strength in the input image is An input weak edge image generation process that generates an input weak edge image that satisfies a condition that the input image is less than or equal to a first threshold value, and compares the edge strength in the input image with the edge strength in the background image, and the input image Edge reduced image generation processing for generating an edge reduced image that satisfies the condition that edge strength is reduced compared to that in the background image, an image obtained by logical sum of the input weak edge image and the edge reduced image, and the difference image And a water droplet candidate image generation process for generating a water droplet candidate image with a high possibility of the presence of a water droplet, and a water droplet determination process for determining the presence or absence of a water droplet based on the water droplet candidate image and detecting the water droplet , Is performed.
ここで、上記構成の画像信号処理装置において、前記水滴検出部は、前記入力画像中ではエッジ強度が第二の閾値以上であり前記背景画像中ではエッジ強度が第三の閾値以下であるという条件を満たす差分強エッジ画像を生成する差分強エッジ画像生成処理をさらに行い、前記水滴候補画像生成処理では、前記論理積を行った後、さらに前記差分強エッジ画像との否定論理積処理を行い、水滴候補画像を生成するのが好適である。 Here, in the image signal processing device having the above-described configuration, the water droplet detection unit has a condition that an edge intensity is not less than a second threshold in the input image and an edge intensity is not more than a third threshold in the background image. The difference strong edge image generation process for generating a difference strong edge image that satisfies the above is further performed, and in the water droplet candidate image generation process, after performing the logical product, further performing a negative logical product process with the difference strong edge image, It is preferable to generate a water droplet candidate image.
また上記構成の画像信号処理装置において、前記水滴検出部は、前記背景画像中よりも前記入力画像中のエッジ強度が第四の閾値以上であるという条件を満たすエッジ大幅増画像を生成するエッジ大幅増画像生成処理をさらに行い、前記水滴候補画像生成処理では、前記論理積を行った後、さらに前記エッジ大幅増画像との否定論理積処理を行い、水滴候補画像を生成するのが好適である。 Further, in the image signal processing device having the above configuration, the water droplet detection unit generates a large edge increased image that satisfies a condition that an edge intensity in the input image is greater than or equal to a fourth threshold value than in the background image. It is preferable to further perform an augmented image generation process, and in the water droplet candidate image generation process, after performing the logical product, further perform a negative logical product process with the edge greatly increased image to generate a water droplet candidate image. .
さらに上記構成の画像信号処理装置において、前記水滴検出部は、水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは画素群から構成される領域の周辺領域を示す水滴候補近傍画像を生成する水滴候補近傍画像生成処理と、前記入力画像中のエッジ強度と前記背景画像中のエッジ強度とを比較し、前記入力画像中において前記背景画像中よりもエッジ強度が増加したという条件を満たすエッジ増画像を生成するエッジ増画像生成処理と、前記水滴候補近傍画像と、前記差分強エッジ画像生成処理により生成された前記差分強エッジ画像との論理積により得られる近傍強エッジ画像を生成する近傍強エッジ画像生成処理と、前記水滴候補近傍画像と前記エッジ増画像との論理積により得られる近傍エッジ増画像を生成する近傍エッジ増画像生成処理と、を行い、前記水滴判定処理では、前記水滴候補画像生成処理で生成された水滴候補画像に、前記水滴候補近傍画像に対する前記近傍強エッジ画像の比率が第一の所定面積率以上であり、且つ前記水滴候補近傍画像に対する前記近傍エッジ増画像の比率が第二の所定面積率以上であるという条件を満たす部分が存在する場合、水滴有りと判定するのが好適である。 Furthermore, in the image signal processing device having the above-described configuration, the water droplet detection unit generates a water droplet candidate vicinity image that generates a water droplet candidate vicinity image indicating a peripheral region of a region composed of pixels or pixel groups that satisfy each feature of the water droplet candidate image. Compare the generation strength with the edge strength in the input image and the edge strength in the background image, and generate an edge-enhanced image that satisfies the condition that the edge strength in the input image is higher than that in the background image. Edge-enhanced image generation processing, neighborhood strong edge image generation processing for generating a neighborhood strong edge image obtained by logical product of the water droplet candidate neighborhood image and the difference strong edge image generated by the difference strong edge image generation processing And near edge augmented image generation processing for generating a near edge augmented image obtained by a logical product of the water droplet candidate nearby image and the edge augmented image In the water droplet determination process, the water droplet candidate image generated in the water droplet candidate image generation process has a ratio of the near strong edge image to the water droplet candidate vicinity image equal to or greater than a first predetermined area ratio, and If there is a portion that satisfies the condition that the ratio of the near edge augmented image to the near water drop candidate image is equal to or greater than a second predetermined area ratio, it is preferable to determine that there is a water drop.
さらにまた上記構成の画像信号処理装置において、前記水滴検出部は、最新の入力画像における水滴候補画像と、最新の入力画像の撮像前に撮像された画像における水滴候補画像との排他的論理和により定まる画素あるいは画素群から構成される領域の面積をフレーム間差分面積として算出する処理を行い、前記水滴判定処理では、さらに前記フレーム間差分面積に基づいて、前記水滴候補画像が滞留水滴に起因した画像か否かを判定するのが好適である。 Furthermore, in the image signal processing device configured as described above, the water droplet detection unit may perform exclusive OR of a water droplet candidate image in the latest input image and a water droplet candidate image in an image captured before imaging the latest input image. A process of calculating an area of a pixel or a group of pixels determined as an inter-frame difference area is performed. In the water droplet determination process, the water droplet candidate image is caused by a staying water droplet based on the inter-frame difference area. It is preferable to determine whether or not it is an image.
また上記構成の画像信号処理装置において、前記水滴検出部は、最新の入力画像における最新水滴候補画像と、入力画像の撮像前に撮像された過去水滴候補画像のそれぞれの重心の位置を算出する処理を行い、前記水滴判定処理では、さらに前記最新水滴候補画像と前記過去水滴候補画像の重心位置の違いに基づいて、前記水滴候補画像が流動水滴に起因した画像か否かを判定するのが好適である。 Further, in the image signal processing device having the above configuration, the water droplet detection unit calculates a position of the center of gravity of each of the latest water droplet candidate image in the latest input image and the past water droplet candidate image captured before the input image is captured. In the water droplet determination process, it is preferable to further determine whether or not the water droplet candidate image is an image caused by a flowing water droplet based on the difference in the center of gravity between the latest water droplet candidate image and the past water droplet candidate image. It is.
本発明によれば、屋外で夜間等に照明光を当てて監視空間を撮像する場合における水滴の検出処理の確度が向上する。従って、夜間等の暗い屋外の監視を行う場合でも、水滴付着を検出してレンズ部分等から除去する等の対処を早急に行うことができると共に、水滴画像領域を検出対象物であるとして誤報を発することを抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the precision of the detection process of a water droplet in the case of imaging a monitoring space by illuminating illumination light outdoors at night etc. improves. Therefore, even when monitoring in the dark outdoors such as at night, it is possible to quickly take measures such as detecting the adhesion of water droplets and removing them from the lens portion, etc., and falsely report that the water droplet image area is the detection target. It can suppress emitting.
本発明の実施の形態における画像センシング装置100は、図1に示すように、撮像部10、照明部20、照明制御部30、侵入者検出部40と水滴検出部50と判定部60とを含む画像処理部70、及び出力部80を含み、以下に説明する処理を実行するためのプログラムを実行可能なコンピュータで構成することができる。尚、本実施形態では、検出対象物を「侵入者」としているが、これに限定されるものではない。従って、符号40の構成要素を侵入者検出部という名称としているが、検出対象物によって名称も変更し得るものであり、画像センシング装置100による所望の検出対象物を検出する処理を行う構成であれば良い。
As shown in FIG. 1, the
撮像部10は、監視空間を2次元画像データとして取得可能なCCD素子又はC−MOS素子等の光電変換素子を備えたカメラ、撮像された画像に対してアナログ/デジタル変換等の処理を行う処理部、及び、画像データを出力するインターフェース(図示せず)を含んで構成される。撮像部10は、所定の時間周期Ti(例えば、0.1秒)で監視空間の画像を撮像して画像データとして出力する。
The
照明部20は、例えば複数の発光ダイオード(LED)素子やランプ等が例えばマトリックス状に配列された構成となっている。この照明部20により、夜間等における監視空間を照射した状態で撮像部10により撮像した画像を取得することができる。尚、撮像部10と照明部20とは屋外向け防水性能を備えた筐体に収納されている。本発明では、その前面のガラスに付着した水滴を検出する。
The
照明制御部30は、撮像部10による入力画像全体の平均輝度を算出し、所定値以下であれば、夜間の監視のように自然光による明るさだけでは監視困難であるとして、監視空間を照射させるよう照明部20を制御する。一方、入力画像全体の平均輝度が所定値以上であれば、昼間の監視のように自然光による明るさで十分監視可能であるとして、照明部20による照射を行わないように照明部20を制御する。
The
尚、照明有無を判断する条件としては、例えば撮像部10に内蔵された入力画像信号を増幅するAGC(Auto Gain Control)アンプにおいて、入力画像信号がAGCアンプによるゲイン調整可能なレンジを超えたら夜間とみなす(自然光による明るさだけでは監視困難とする)、画像信号のレベルが所定値以下なら夜間とみなす(自然光による明るさだけでは監視困難とする)、等の条件を設定しても良い。また本実施形態では、撮像部10による入力画像データを用いて監視空間の照度を判断しているが、照度センサを別途設け、この照度センサにより取得した照度に基づいて照明を当てるか否かを判断するようにしても良い。
As a condition for determining the presence or absence of illumination, for example, in an AGC (Auto Gain Control) amplifier that amplifies an input image signal built in the
侵入者検出部40は、従来と同様に、撮像部10から所定の時間周期Tiで入力画像データを取得し、最新の入力画像データとそれより過去に撮像された背景画像データとの差分からなる差分画像データに基づいて画像内の変動領域を抽出し、その変動領域に対応する入力画像データ中の領域の属性値が検出対象物(本実施形態では「侵入者」すなわち「人」)に特有の特徴を有する場合に、検出対象物が監視空間内に存在するものとして、監視空間内における「侵入者」の存在を検出する。例えば、変動領域に対応する入力画像データ中の領域の大きさ、縦横比、輝度情報等の「人らしさ」を表す属性値が所定の条件を満たす場合に侵入者が存在するものとして「侵入者」の存在を検出する。また、こうして得られた検出結果を示す信号を判定部60に出力する。
The
水滴検出部50は、侵入者検出部40と同様に、所定の時間周期Tiで入力画像データを取得する。水滴検出部50は、図2に示すように、背景画像更新部51、背景差分演算部52、エッジ抽出部53、水滴候補画像生成部54、フレーム間差分演算部55、水滴候補近傍画像処理部56、水滴判定部57及び記憶部58を含んで構成される。記憶部58は、半導体メモリ、ハードディスク装置、光ディスク装置等から構成することができる。記憶部58は、背景差分画像を算出するために必要な背景画像データ、及び、後述の水滴候補画像の移動情報を算出するために必要な過去水滴候補画像データを格納及び保持する。尚、過去水滴候補画像データは、最も新しい入力画像の撮像時刻から所定の時間だけ前(例えば、1フレーム前)に撮像された画像データにおいて後述の如く抽出された水滴候補画像の画像データとされる。記憶部58以外の構成部における処理については後述する。
Similar to the
水滴検出部50は、最新の入力画像データとそれより過去に撮像された背景画像データとの差分からなる差分画像データを生成する。そして、入力画像データ、背景画像データ及び差分画像データに後述の各種処理を行い、各種処理により得られた画像データに基づいて、入力画像が水滴に起因して生じた画像か否かを判定する。水滴に起因する画像であると判定した場合には、水滴の付着を検出した旨の信号を判定部60に出力する。
The water
判定部60は、侵入者検出部40及び水滴検出部50において検出された結果に基づいて、監視空間に検出対象物が存在するか否か、撮像部10のレンズ部分等に水滴が付着しているか否か、について判定する。ここで得られた判定結果は出力部80に出力される。
Based on the results detected by the
以上、本実施形態では、侵入者検出部40、水滴検出部50及び判定部60を含めて画像センシング装置100における画像処理部70とする。
As described above, in the present embodiment, the
出力部80は、判定部60において監視空間に検出対象物が存在する、あるいは撮像部10のレンズ部分等に水滴が付着している、と判定された場合に装置外部へ警報信号等を出力するために用いられる。例えば、警報ランプや警報ブザーを含む警報装置としても良いし、遠方の監視室に警報信号を送信するためのネットワーク・インターフェースとすることも好適である。
The
次に、本実施形態における画像センシング装置100で行われる画像データに対する処理について、図3を参照して説明する。尚、本実施形態では、夜間等のように照明部20により監視空間を照射して撮像する場合における処理について説明する。
Next, processing for image data performed by the
ステップS1では、最新の入力画像データが取得され、撮像部10において撮像された監視空間の最新の画像データが侵入者検出部40及び水滴検出部50へ入力される。このとき、入力画像データに基づいて照明制御部30による照明部20の制御が行われており、夜間等のように自然光による明るさだけでは監視困難な場合には、照明部20により監視空間を照射した状態で撮像された画像が、最新の入力画像データとして取得される。
In step S <b> 1, the latest input image data is acquired, and the latest image data of the monitoring space captured by the
ステップS2では、侵入者検出部40により、監視空間内における「侵入者」の存在を検出する。侵入者検出部40では、最新の入力画像データとそれより過去に撮像された背景画像データとの差分からなる差分画像データに基づいて画像内の変動領域を抽出する。そして、その変動領域に対応する入力画像データ中の領域の属性値が「侵入者」すなわち「人」に特有の特徴を有する場合、例えば、変動領域に対応する入力画像データ中の領域の大きさ、縦横比、輝度情報等の「人らしさ」を表す属性値が所定の条件を満たす場合に、「侵入者」が監視空間内に存在するものとして、監視空間内における「侵入者」の存在を検出する。そして侵入者検出部40は、こうして得られた検出結果を示す信号を判定部60に出力する(ステップS3)。
In step S <b> 2, the
ステップS4では、水滴検出部50により、撮像部10の前面への水滴の付着を検出する。水滴検出部50により行われる水滴付着検出処理について、図4を参照して説明する。尚、以下の画像信号処理は記憶部58等に予め格納されている画像信号処理プログラムを実行することによって実現することができる。
In step S <b> 4, the water
ステップS4−1では、最新の入力画像データと背景画像データとに基づいて背景差分データが生成される。背景差分演算部52は、記憶部58から背景画像データを読み出し、撮像部10で取得された最新の入力画像データと背景画像データとの差分を算出することによって背景差分データを生成する。具体的には、最新の入力画像データに含まれる各画素を順に着目画素として、その画素の輝度値からその画素に対応する背景画像データの画素の輝度値を引くことによって、着目画素に対する差分データを算出する。この差分データが所定の閾値以上の値であれば着目画素に対応する背景差分データの画素の画素値を“1”とし、差分データが所定の閾値より小さければ着目画素に対応する背景差分データの画素の画素値を“0”として2値化された背景差分データを生成する。すなわち、入力画像データと背景画像データとにおいて閾値以上の変動があった画像領域の画素値は“1”となり、変動がなかった画像領域の画素値は“0”となる。尚、背景差分データに含まれる画素値“1”を有する画素のうち連続する画素群で構成される領域は、一つの変動領域を形成することとなる。
In step S4-1, background difference data is generated based on the latest input image data and background image data. The background
ここで、ステップS4−1での処理において、水滴に起因して生じた画像領域(水滴画像領域)とみなせる最低限の輝度として閾値TH1(例えば輝度情報を256階調で設定した場合、160程度)を設定しておき、入力画像データに対して閾値TH1以上の輝度値の画素を抽出し、抽出した画素に対してのみ上記の2値化処理の画素値を“1”としても良い。これによれば、あまりにも低い輝度の画像領域は水滴に起因した画像領域ではない可能性が高いため、このような画像領域を水滴付着検出処理の処理対象外とすることができる。こうして生成された背景差分データは水滴候補画像生成部54に渡される。
Here, in the process in step S4-1, the threshold TH1 (for example, about 160 when luminance information is set in 256 gradations) is set as the minimum luminance that can be regarded as an image region (water droplet image region) caused by a water droplet. ) Is set, pixels having a luminance value equal to or higher than the threshold TH1 are extracted from the input image data, and the pixel value of the above binarization process may be set to “1” only for the extracted pixels. According to this, there is a high possibility that an image region with too low luminance is not an image region caused by water droplets, and thus such an image region can be excluded from the processing target of the water droplet adhesion detection process. The background difference data generated in this way is passed to the water droplet candidate
ステップS4−2では、最新の入力画像データ及び背景画像データのそれぞれについて、画像中のエッジ強度が算出され、エッジ処理が行われる。この処理は、水滴がレンズ部分等に付着すると、水滴を撮像した画像領域はレンズ効果によりぼやけた状態で画像データ中に映り込み、エッジの変化が顕著となるという特徴を利用したものである。エッジ抽出部53は、撮像部10で取得された最新の入力画像データと、記憶部58内の背景画像データとについて、それぞれの画像中のエッジ強度を、既存の算出方法を用いて算出する。例えば、X方向(画像の上下方向)のエッジ強度とY方向(画像の左右方向)のエッジ強度をそれぞれ算出し、得られた各エッジ強度の絶対値を加算することでエッジ強度を算出する。
In step S4-2, the edge strength in the image is calculated for each of the latest input image data and background image data, and edge processing is performed. This process utilizes the feature that when a water droplet adheres to a lens portion or the like, an image area in which the water droplet is imaged is reflected in the image data in a blurred state due to the lens effect, and the change of the edge becomes remarkable. The
エッジ抽出部53は、最新の入力画像データ及び背景画像データについて上記処理を行い、これにより得られた入力エッジ画像データ及び背景エッジ画像データを用いて、次の各画像データを生成する。まず、入力エッジ画像中でエッジ強度が所定の閾値TH2(例えば輝度情報を256階調で設定した場合、2〜3程度)以下であるという条件を満たす画像のデータ(入力弱エッジ画像データ)を生成する。これは、ぼやけて映る水滴画像領域の内部ではエッジ強度が弱いという特徴を水滴検出に利用するためのものである。尚、閾値TH2が本発明における第一の閾値の一例に相当する。
The
また、入力エッジ画像中でエッジ強度が所定の閾値TH3(例えば輝度情報を256階調で設定した場合、20程度)以上であるという条件を満たす画像のデータ(入力強エッジ画像データ)を生成する。これは、夜間等に照明を当てた状態で撮像した画像における水滴画像領域では、水滴はほぼ全域が明るくなるため、水滴画像領域の内部ではエッジ強度が強くない一方で、水滴画像領域の周辺近傍ではエッジ強度が強いという特徴を水滴検出に利用するためのものである。尚、閾値TH3が本発明における第二の閾値の一例に相当する。 Also, image data (input strong edge image data) that satisfies the condition that the edge strength in the input edge image is equal to or higher than a predetermined threshold TH3 (for example, about 20 when luminance information is set with 256 gradations) is generated. . This is because the water droplet image area in the image captured with illumination at night etc. is almost entirely bright, so the edge strength is not strong inside the water droplet image area, but the vicinity of the periphery of the water droplet image area Then, it is for utilizing the feature that edge strength is strong for water droplet detection. The threshold value TH3 corresponds to an example of a second threshold value in the present invention.
さらに、入力エッジ画像中ではエッジ強度が上記所定の閾値TH3以上であり且つ背景エッジ画像中ではエッジ強度が所定の閾値TH4(例えば輝度情報を256階調で設定した場合、20程度)以下であるという条件を満たす画像のデータ(差分強エッジ画像データ)を生成する。差分強エッジ画像の生成手順としては、まず背景エッジ画像中でエッジ強度が前記TH4より大きい所定の閾値TH5(例えば輝度情報を256階調で設定した場合、20程度)以上であるという条件を満たす画像のデータ(背景強エッジ画像データ)を生成する。次に、上記の入力強エッジ画像データと背景強エッジ画像データとで差分をとることで差分強エッジ画像データを生成する。これは、水滴画像領域の内部では強いエッジが新たに出現しないという特徴や、夜間等に照明を当てた状態で撮像した画像における水滴画像領域では、水滴はほぼ全域が明るいため、水滴画像領域の周辺部分では光の屈折の関係で強いエッジが形成されやすい、すなわち水滴画像領域の周辺部分には、背景エッジ画像中には存在せず入力エッジ画像中に新たに出現する強いエッジが多いという特徴を、水滴検出に利用するためのものである。尚、閾値TH4が本発明における第三の閾値の一例に相当する。 Furthermore, the edge strength in the input edge image is equal to or higher than the predetermined threshold value TH3, and in the background edge image, the edge strength is equal to or lower than the predetermined threshold value TH4 (for example, about 20 when luminance information is set with 256 gradations). Image data (difference strong edge image data) that satisfies the following condition is generated. As a procedure for generating the differential strong edge image, first, the condition that the edge intensity in the background edge image is greater than or equal to a predetermined threshold TH5 (for example, about 20 when the luminance information is set in 256 gradations) is greater than TH4. Image data (background strong edge image data) is generated. Next, difference strong edge image data is generated by taking a difference between the input strong edge image data and the background strong edge image data. This is because there is a feature that a strong edge does not newly appear inside the water drop image area, and in the water drop image area in an image captured with illumination at night, etc., the water drop is almost bright throughout. A strong edge is likely to be formed in the peripheral part due to light refraction, that is, the peripheral part of the water drop image area has many strong edges that do not exist in the background edge image but appear in the input edge image. Is used for water droplet detection. The threshold value TH4 corresponds to an example of a third threshold value in the present invention.
以上のようにしてエッジ抽出部53で生成された各エッジ画像データは、水滴候補画像生成部54に渡される。
Each edge image data generated by the
ステップS4−3では、エッジ抽出部53で抽出された入力エッジ画像データと背景エッジ画像データの対応する画素のエッジ強度を比較し、両エッジ画像間でのエッジ強度の変化を示す画像が抽出される。水滴候補画像生成部54は、入力エッジ画像データと背景エッジ画像データとの差分エッジ画像データを生成し、これに基づいて、以下の各画像データを生成する。
In step S4-3, the edge intensity of the corresponding pixels of the input edge image data extracted by the
まず、背景エッジ画像よりも入力エッジ画像のエッジ強度が所定値TH6(例えば輝度情報を256階調で設定した場合、2〜3程度)以上低いという条件を満たす画像のデータ(エッジ減画像データ)を差分エッジ画像から生成する。これは、ぼやけて映る水滴画像領域の内部では、背景画像における水滴画像領域と対応する画像領域と比べ、エッジ強度が減少するという特徴を水滴検出に利用するためのものである。 First, image data (edge-reduced image data) that satisfies the condition that the edge strength of the input edge image is lower than the background edge image by a predetermined value TH6 (for example, about 2 to 3 when luminance information is set in 256 gradations) or more. Is generated from the difference edge image. This is for using the feature that the edge intensity is reduced in the water droplet detection in the water droplet image region that appears blurred compared to the image region corresponding to the water droplet image region in the background image.
また、背景エッジ画像よりも入力エッジ画像のエッジ強度が所定値TH7(例えば輝度情報を256階調で設定した場合、2〜3程度)以上高いという条件を満たす画像のデータ(エッジ増画像データ)を差分エッジ画像から生成する。これは、ぼやけて映る水滴画像領域の周辺近傍では、背景画像において水滴画像領域の周辺近傍と対応する画像領域と比べ、エッジ強度が増加するという特徴を水滴検出に利用するためのものである。入力画像中の水滴画像領域におけるエッジ強度は背景画像における水滴画像領域と対応する画像領域よりも弱まると考えられることから、逆に強まった場合にはエッジ増画像を水滴候補画像の生成の際に除外することが効果的である。 Also, image data (edge-enhanced image data) that satisfies the condition that the edge strength of the input edge image is higher than a background edge image by a predetermined value TH7 (for example, about 2 to 3 when luminance information is set in 256 gradations) or more. Is generated from the difference edge image. This is for using the feature that the edge strength increases in the vicinity of the periphery of the water drop image area that appears blurred in comparison with the image area corresponding to the vicinity of the periphery of the water drop image area in the background image for water drop detection. Since the edge strength in the water drop image area in the input image is considered to be weaker than the image area corresponding to the water drop image area in the background image, the edge augmented image is generated when generating the water drop candidate image. It is effective to exclude.
ここで、例えば背景画像として白い壁を映していた場合に光の関係で水滴が黒く映る場合、水滴画像領域の内部では、背景画像における水滴画像領域と対応する画像領域と比べ、エッジ強度が増加する。しかし、上記のエッジ増画像の定義に従えば、このような水滴画像領域に起因したエッジ増画像は水滴候補画像の生成の際に除外されてしまうこととなり、望ましくない。そこで、このような場合に対応するため、水滴画像領域の内部では、背景画像における水滴画像領域と対応する領域と比べ、エッジ強度がある程度以上は増加しないであろう閾値TH8(例えば輝度情報を256階調で設定した場合、20程度)を新たに設定し、エッジ強度増加量が閾値TH8以上という条件を満たす画像のデータ(エッジ大幅増画像データ)を差分エッジ画像から生成することとした。エッジ大幅増画像は、背景エッジ画像よりも入力エッジ画像のエッジ強度が所定の閾値TH8以上高い(ここでTH8≧TH7)という条件を満たすものである。そして、このエッジ大幅増画像を水滴候補画像の生成の際に除外することとした。尚、閾値TH8が本発明における第四の閾値の一例に相当する。 Here, for example, when a white wall is projected as a background image and the water droplet appears black due to light, the edge strength is increased inside the water droplet image region compared to the image region corresponding to the water droplet image region in the background image. To do. However, according to the definition of the edge-enhanced image, the edge-enhanced image resulting from such a water-drop image region is excluded when generating the water-drop candidate image, which is not desirable. Therefore, in order to cope with such a case, the threshold TH8 (for example, the luminance information 256 is set to the edge strength) that the edge intensity will not increase more than a certain amount in the water drop image area compared to the area corresponding to the water drop image area in the background image. When the gradation is set, about 20) is newly set, and image data (edge greatly increased image data) that satisfies the condition that the edge strength increase amount is equal to or greater than the threshold TH8 is generated from the difference edge image. The greatly increased edge image satisfies the condition that the edge strength of the input edge image is higher than the background edge image by a predetermined threshold TH8 or more (here TH8 ≧ TH7). The edge greatly increased image is excluded when the water droplet candidate image is generated. The threshold value TH8 corresponds to an example of a fourth threshold value in the present invention.
ステップS4−4では、入力画像が撮像部10への水滴の付着により生じた可能性のある画像か否かを判定するための水滴候補画像が生成される。水滴候補画像生成部54は、背景差分演算部52から取得した背景差分データ、エッジ抽出部53から取得した各エッジ画像データ、及び水滴候補画像生成部54で生成した各画像データを用いて、水滴候補画像を生成する。
In step S <b> 4-4, a water droplet candidate image for determining whether or not the input image is an image that may have occurred due to the attachment of water droplets to the
ここで、夜間等の暗い監視空間に対して照明部20により照明を当てて撮像した場合における水滴候補画像は、次のような特徴を有する画像である。特徴1は、背景輝度差分がプラスであり且つ入力画像においてある程度以上の輝度を持つ画像(ステップS4−1で得られた背景差分データ)である。特徴2は、エッジ強度が弱い画像(ステップS4−2で得られた入力弱エッジ画像)又はエッジ強度が減った画像(ステップS4−3で得られたエッジ減画像)である。特徴3は、強いエッジが背景画像には無いが入力画像にはある画像(ステップS4−2で得られた差分強エッジ画像)ではなく、エッジ強度が大幅に増えもしていない画像(ステップS4−3で得られたエッジ大幅増画像)である。そこで、水滴候補画像生成部54は、背景差分データ、入力弱エッジ画像データ、エッジ減画像データ、差分強エッジ画像データ及びエッジ大幅増画像データを用いて、上記特徴を満たす画像を水滴候補画像として生成する。
Here, the water droplet candidate image in the case where the
ここで、水滴候補画像を生成する際に考慮する特徴として、上記の特徴1〜3を挙げているが、少なくとも特徴1及び特徴2を満たしている画像については、水滴候補画像として生成可能である。特徴1及び特徴2のみならず特徴3をも満たす画像を生成することで、より精度の高い水滴候補画像の生成が可能となる。
Here, the
以上のようにして水滴候補画像が生成されると、水滴判定部57は、この水滴候補画像に基づいて水滴が存在するか否かを判定する。例えば、上記各特徴を満たした画素あるいは画素群から構成される領域が水滴候補画像内に存在している場合には、水滴が存在すると判定し、そのような画素あるいは領域が水滴候補画像内に存在しない場合には、水滴が存在しないと判定する。水滴判定部57は、水滴が存在すると判定した場合には水滴を検出した旨の信号を、水滴が存在しないと判定した場合には水滴を検出しない旨の信号を、それぞれ判定部60に出力する。しかし、以下に説明するステップS4−5以降の処理を行うことによって、より水滴検出の検出確度を高めることができる。
When the water droplet candidate image is generated as described above, the water
ステップS4−5では、水滴候補画像生成部54により生成された水滴候補画像において、水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは画素群から構成される領域の近傍(外周部分)の一定範囲が、当該画素あるいは領域の周辺領域として特定される。水滴候補近傍画像処理部56は、その周辺領域を示す画像を水滴候補近傍画像として生成する。これは、水滴画像領域の内部ではレンズ効果により背景画像の対応する部分よりもエッジ強度が弱くなる傾向にあるのに対して、その周辺部分では逆に屈折の関係で背景画像よりもエッジ強度が増加する傾向にある、さらには明るく映る水滴の周辺には強いエッジが出やすい、という現象を捉えるためのものである。水滴候補近傍画像は、水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは画素群から構成される領域について、これら画素あるいは領域を所定の画素数分(例えば4画素)膨張させた部分の内、当該画素あるいは領域に含まれない部分を当該画素あるいは領域の周辺領域として示すものである。
In step S4-5, in the water droplet candidate image generated by the water droplet candidate
ステップS4−6では、水滴候補近傍画像処理部56が、水滴候補近傍画像に含まれる強いエッジに関する画像を生成する。まず、ステップS4−2で取得した強いエッジ画像と水滴候補近傍画像との論理積により得られる画像のデータ(近傍強エッジ画像データ)を生成する。ここで、夜間等に照明を当てて撮像された場合の水滴候補画像に対しては、強いエッジ画像として差分強エッジ画像を用いる。これは、明るく映る場合には、その周辺部分では背景と比べて強いエッジが新たに現れやすいと想定できるためである。次に、ステップS4−3で取得したエッジ増画像と水滴候補近傍画像との論理積により得られる画像のデータ(近傍エッジ増画像データ)を生成する。
In step S4-6, the water drop candidate vicinity
以上の2種類の画像データは、水滴候補画像が実は水滴ではない他の原因によるものである可能性があるため、その区別をするために利用するものである。他の原因としては、夜間に関して言えば、例えば監視空間に懐中電灯の光や自動車のヘッドライトが差し込んで作り出された明るい光の領域、あるいは監視範囲に存在する移動物体などがある。 The above two types of image data are used to distinguish the water droplet candidate images because they may be due to other causes that are not actually water droplets. Other causes include, for nighttime, a bright light region created by inserting a flashlight light or an automobile headlight into the monitoring space, or a moving object existing in the monitoring range.
具体的には、光の領域の場合には、近傍強エッジ画像において強いエッジの存在する部分の面積(あるいは総画素数)が小さく、かつ近傍エッジ増画像においてエッジ強度が増加した部分の面積(あるいは総画素数)が大きいという特徴がある。これは、光の領域の輪郭部分では背景よりも強くなるエッジは増えるが、グラデーションのように輝度が緩やかに変化するので強いエッジは多くない、という光の領域の特徴による。また移動物体の場合には、近傍強エッジ画像において強いエッジの存在する部分の面積(あるいは総画素数)が大きく、かつ近傍エッジ増画像においてエッジ強度が増加した部分の面積(あるいは総画素数)が小さいという特徴がある。これは、逆に輪郭部分では急峻に輝度が変化するためエッジ強度は高いが、背景よりも強くなるエッジの増加量は多くない、という移動物体の特徴による。これに対して水滴の場合には、近傍強エッジ画像において強いエッジの存在する部分の面積(あるいは総画素数)が大きく、かつ近傍エッジ増画像においてエッジ強度が増加した部分の面積(あるいは総画素数)が大きいという傾向にある。従って、近傍強エッジ画像データ及び近傍エッジ増画像データを用いることで、水滴候補画像から、他の原因に起因した画像を除外することができる。 Specifically, in the case of the light region, the area (or the total number of pixels) where the strong edge exists in the neighborhood strong edge image is small and the area of the portion where the edge strength is increased in the neighborhood edge increased image ( Another feature is that the total number of pixels) is large. This is due to the feature of the light region that the edge that becomes stronger than the background increases in the contour portion of the light region, but there are not many strong edges because the luminance changes gently like gradation. In the case of a moving object, the area (or the total number of pixels) where the strong edge exists in the near strong edge image is large, and the area (or the total number of pixels) where the edge strength increases in the near edge increased image. Is characterized by a small size. On the contrary, this is due to the feature of the moving object that the edge strength is high because the brightness changes sharply in the contour portion, but the amount of increase of the edge that is stronger than the background is not large. On the other hand, in the case of water droplets, the area (or total number of pixels) where the strong edge exists in the near strong edge image is large, and the area (or total pixel) where the edge strength increases in the near edge increased image. Number) tends to be large. Therefore, by using the near strong edge image data and the near edge augmented image data, it is possible to exclude images caused by other causes from the water droplet candidate images.
以上のようにして水滴候補画像から他の原因に起因した画像を除外した上で、水滴判定部57は、この除外処理後の水滴候補画像に基づいて水滴が存在するか否かを判定する。判定の仕方は上記ステップS4−6における判定処理と同様である。水滴判定部57は、水滴が存在すると判定した場合には水滴を検出した旨の信号を、水滴が存在しないと判定した場合には水滴を検出しない旨の信号を、それぞれ判定部60に出力する。これにより、高い検出確度で水滴検出を行うことができる。しかし、さらに以下に説明するステップS4−7以降の処理を行うことによって、さらなる水滴検出の検出確度を高めることができる。
As described above, after removing an image caused by another cause from the water droplet candidate image, the water
ステップS4−7では、水滴候補画像生成部54により生成された水滴候補画像に関して、記憶部58内の過去水滴候補画像データとの差分処理を行う。フレーム間差分演算部55は、水滴候補画像生成部54にて生成された水滴候補画像について、記憶部58に記憶されている、最新の入力画像の撮像時刻から所定の時間だけ前(例えば、1フレーム前)の過去水滴候補画像データとの差分を算出することによってフレーム間差分データを生成する。そして、生成されたフレーム間差分データを用いて、例えば後述のフレーム間差分面積を算出する。これにより、水滴候補画像の移動に関する情報を取得する。これは、水滴候補画像の動きの情報を取り入れ、水滴が付着したまま動かない場合と、流れ落ちる場合とで区別して水滴の判断条件を分けた方が、より高い検出確度が望めるためである。
In step S <b> 4-7, a difference process with the past water droplet candidate image data in the
フレーム間差分演算部55は、現在の入力画像から得られた水滴候補画像と過去の水滴候補画像との排他的論理和により定まる画素あるいは画素群から構成される領域の面積(あるいは総画素数)をフレーム間差分面積として算出する。また、最新の水滴候補画像データと、過去水滴候補画像データとのそれぞれの重心の位置を算出する。
The inter-frame
ステップS4−8以降では、水滴候補画像生成部54により生成された水滴候補画像に関して、流れ落ちずに滞留している水滴(滞留水滴)に起因した画像か、流れ落ちる水滴(流動水滴)に起因した画像かを判定する。水滴判定部57は、水滴候補画像生成部54にて生成された水滴候補画像と、フレーム間差分演算部55にて算出された水滴候補画像の移動情報などから、背景差分演算部52にて生成された背景差分データが、滞留水滴に起因した画像か、流動水滴に起因した画像かを判定する。
In step S4-8 and subsequent steps, regarding the water droplet candidate image generated by the water droplet candidate
ステップS4−8では、水滴候補画像が滞留水滴に起因した画像か、流動水滴に起因した画像かを判定するために必要な判定情報を算出する。ここでは図5に示す各処理により以下の各判定情報が算出される。 In step S4-8, determination information necessary for determining whether the water droplet candidate image is an image caused by a staying water droplet or an image caused by a flowing water droplet is calculated. Here, the following determination information is calculated by each process shown in FIG.
ステップS4−8−1では、水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは画素群から構成される領域の、水滴候補画像1フレーム中に占める割合である面積比率F1が、面積比率F1=(各特徴を満たした画素あるいは領域の面積)/(水滴候補画像1フレームの面積)により算出される。面積比率F1は、水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは領域は水滴候補画像中である程度以上の大きさを有するはずである、という特徴を反映させるためのものである。尚、ここで用いられる面積を総画素数としても良い。 In step S4-8-1, the area ratio F1, which is the ratio of the area composed of pixels or pixel groups satisfying the characteristics of the water droplet candidate image in one frame of the water droplet candidate image, is expressed as area ratio F1 = (each It is calculated by: (area of pixel or region satisfying feature) / (area of one frame of water drop candidate image). The area ratio F1 is for reflecting the feature that a pixel or a region satisfying each feature of the water drop candidate image should have a size of a certain level or more in the water drop candidate image. The area used here may be the total number of pixels.
ステップS4−8−2では、ステップS4−7で求められたフレーム間差分面積を用いて、差分面積比率F2が、差分面積比率F2=(フレーム間差分面積)/(最新及び過去の少なくとも一方に出現している水滴候補画像の面積)により算出される。尚、最新及び過去の少なくとも一方に出現している水滴候補画像の面積とは、最新の水滴候補画像と過去の水滴候補画像との論理和によって生成される画像の面積のことである。差分面積比率F2は、水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは画素群から構成される領域が所定の時間間隔(例えば1フレーム分)でどれだけ出現したか、あるいは消滅したかを水滴候補画像中に占める比率で表す。尚、ここで用いられる面積を総画素数としても良い。 In step S4-8-2, using the inter-frame difference area obtained in step S4-7, the difference area ratio F2 is calculated as follows: difference area ratio F2 = (inter-frame difference area) / (latest and / or past). The area of the waterdrop candidate image that appears). The area of the water droplet candidate image that appears in at least one of the latest and the past is the area of an image generated by the logical sum of the latest water droplet candidate image and the past water droplet candidate image. The difference area ratio F2 is a water droplet candidate image that indicates how many pixels or groups of pixels that satisfy each feature of the water droplet candidate image appear or disappear at a predetermined time interval (for example, one frame). Expressed as a percentage of the total. The area used here may be the total number of pixels.
ステップS4−8−3では、ステップS4−5で求められた水滴候補近傍画像を用いて、近傍画像面積比率F3が、近傍画像面積比率F3=(水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは領域の周辺領域の面積)/(水滴候補近傍画像1フレームの面積)により算出される。近傍画像面積比率F3は、水滴画像領域が画像フレームからはみ出して映る等により、水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは領域の周辺領域が大きく欠けて映っている場合には、このような画像についての水滴判定は適切に行えないため、判定対象外とするために用いられる情報である。尚、ここで用いられる面積を総画素数としても良い。 In step S4-8-3, using the water droplet candidate vicinity image obtained in step S4-5, the neighborhood image area ratio F3 is calculated as follows: neighborhood image area ratio F3 = (pixel or region satisfying each feature of the water droplet candidate image) The area of the peripheral region of the image) / (the area of one frame of the water droplet candidate vicinity image). The near image area ratio F3 is such that when the water drop image area is projected out of the image frame and the surrounding area of the pixel or area satisfying each feature of the water drop candidate image is largely missing. Since the water droplet determination cannot be performed properly, the information is used for excluding the determination target. The area used here may be the total number of pixels.
ステップS4−8−4では、ステップS4−5で求められた水滴候補近傍画像とステップS4−6で求められた近傍強エッジ画像とを用いて、近傍強エッジ画像比率F4が、近傍強エッジ画像比率F4=(水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは領域の周辺領域内で強いエッジが存在する領域の面積)/(水滴候補近傍画像1フレームの面積)により算出される。近傍強エッジ画像比率F4は、水滴候補近傍画像に強いエッジがどれだけ含まれているかを表す。尚、ここで用いられる面積を総画素数としても良い。 In step S4-8-4, the vicinity strong edge image ratio F4 is set to the vicinity strong edge image using the water droplet candidate vicinity image obtained in step S4-5 and the vicinity strong edge image obtained in step S4-6. Ratio F4 = (area of a region where a strong edge exists in the peripheral region of the pixel or region satisfying each feature of the water droplet candidate image) / (area of one frame of the water droplet candidate vicinity image). The neighborhood strong edge image ratio F4 represents how many strong edges are included in the water droplet candidate neighborhood image. The area used here may be the total number of pixels.
ステップS4−8−5では、ステップS4−5で求められた水滴候補近傍画像とステップS4−6で求められた近傍エッジ増画像とを用いて、近傍エッジ増画像比率F5が、近傍エッジ増画像比率F5=(水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは領域の周辺領域内でエッジ強度が増加した領域の面積)/(水滴候補近傍画像1フレームの面積)により算出される。近傍エッジ増画像比率F5は、入力画像において背景画像よりもエッジ強度が増加した部分が、水滴候補近傍画像にどれだけ含まれているかを表す。尚、ここで用いられる面積を総画素数としても良い。 In step S4-8-5, using the water drop candidate neighborhood image obtained in step S4-5 and the neighborhood edge augmented image obtained in step S4-6, the neighborhood edge augmented image ratio F5 is set to the neighborhood edge augmented image. The ratio F5 = (area of the region where the edge intensity is increased in the peripheral region of the pixel or region satisfying each feature of the water droplet candidate image) / (area of one frame of the water droplet candidate vicinity image). The near edge increased image ratio F5 represents how much the portion where the edge strength is increased in the input image as compared to the background image is included in the water droplet candidate vicinity image. The area used here may be the total number of pixels.
ステップS4−8−6では、ステップS4−7で生成されたフレーム間差分データにおいて、最新の水滴候補画像データと過去水滴候補画像データとのそれぞれの重心の位置を算出し、画像中における座標値の差を重心位置変化量として算出する。画像中の座標軸は任意に設定できるが、例えば画像左上端を原点とし、左右方向の軸をX軸(右方向が正)、上下方向の軸をY軸(下方向が正)と設定する。そして、設定した座標軸により最新の水滴候補画像データと過去水滴候補画像データの重心の座標を算出し、X座標の差を(最新の水滴候補画像データのX座標)−(過去水滴候補画像データのX座標)より求め、Y座標の差を(最新の水滴候補画像データのY座標)−(過去水滴候補画像データのY座標)より求める。これらは水滴画像領域がどれだけ移動したのかを示すものであり、X座標の差すなわちX方向の移動量ΔXが正ならば水滴が画面中において右方向に移動したことを示し、Y座標の差すなわちY方向の移動量ΔYが正ならば水滴が画面中において下方向に移動したことを示す。こうして水滴の移動情報を取得する。 In step S4-8-6, the position of the center of gravity of the latest water droplet candidate image data and the past water droplet candidate image data is calculated in the inter-frame difference data generated in step S4-7, and the coordinate value in the image is calculated. Is calculated as the amount of change in the center of gravity. The coordinate axes in the image can be arbitrarily set. For example, the upper left corner of the image is set as the origin, the horizontal axis is set as the X axis (right direction is positive), and the vertical axis is set as Y axis (down direction is positive). Then, the coordinates of the center of gravity of the latest water droplet candidate image data and the past water droplet candidate image data are calculated using the set coordinate axes, and the difference between the X coordinates is calculated as (X coordinate of the latest water droplet candidate image data) − (past water droplet candidate image data X coordinate), and a difference in Y coordinate is obtained from (Y coordinate of latest water droplet candidate image data) − (Y coordinate of past water droplet candidate image data). These indicate how much the water droplet image area has moved. If the difference in the X coordinate, that is, the movement amount ΔX in the X direction is positive, it indicates that the water droplet has moved in the right direction on the screen, and the difference in the Y coordinate. That is, if the movement amount ΔY in the Y direction is positive, it indicates that the water droplet has moved downward in the screen. In this way, the movement information of the water droplet is acquired.
以上のようにして、ステップS4−8では、水滴候補画像が滞留水滴に起因した画像か、流動水滴に起因した画像かを判定するために必要な各判定情報を算出している。こうして各判定情報が算出されたら、図4におけるステップS4−9の処理へ移行する。 As described above, in step S4-8, each piece of determination information necessary for determining whether the water droplet candidate image is an image caused by a staying water droplet or an image caused by a flowing water droplet is calculated. When each determination information is calculated in this way, the process proceeds to step S4-9 in FIG.
ステップS4−9では、水滴判定部57は、水滴候補画像が滞留水滴に起因した画像か否かを判定する。具体的には、次の各条件を満たすか否かを判定する。各条件とは、<滞留条件1>面積比率F1が所定の閾値THF1−1(例えば2%)以上であること(滞留水滴は一定以上の面積を有するため)、<滞留条件2>差分面積比率F2が所定の閾値THF2(例えば5〜10%)以下であること(滞留状態の水滴は移動が少ないため)、<滞留条件3>近傍画像面積比率F3が閾値THF3(例えば2〜3%)以上であること(水滴画像領域の面積が一定以上の面積を有する状態でないと、水滴判定が適切に行えないため)、<滞留条件4>近傍強エッジ画像比率F4が閾値THF4−1(例えば10〜50%)以上であること(水滴の周囲部分では強いエッジが多いため)、<滞留条件5>近傍エッジ増画像比率F5が閾値THF5(例えば10〜50%)以上であること(水滴の周囲部分ではエッジが増える画像の面積が大きいため)、といったものであり、これらの条件を満たせば、判定対象の水滴候補画像は滞留水滴に起因した画像であると判定する。尚、閾値THF4−1が本発明における第一の所定面積率の一例に相当し、閾値THF5が本発明における第二の所定面積率の一例に相当する。
In step S4-9, the water
ステップS4−10では、水滴判定部57は、水滴候補画像が流動水滴に起因した画像か否かを判定する。具体的には、次の各条件を満たすか否かを判定する。各条件とは、<流動条件1>面積比率F1が所定の閾値THF1−2(例えば10%)以上であること(流動水滴は一定以上の面積を有するため)、<流動条件2>近傍画像面積比率F3が閾値THF3(例えば2〜3%)以上であること(水滴画像領域の面積が一定以上の面積を有する状態でないと、水滴判定が適切に行えないため)、<流動条件3>近傍強エッジ画像比率F4が閾値THF4−1(例えば10〜50%)以上であること(水滴の周囲部分では強いエッジが多いため)、<流動条件4>近傍エッジ増画像比率F5が閾値THF5(例えば10〜50%)以上であること(水滴の周囲部分ではエッジが増える画像の面積が大きいため)、<流動条件5>移動量ΔYが所定の閾値THΔY(例えば5%)以上であること(流動水滴では、一定以上の距離を下方向に流れ落ちているはずであるため)、<流動条件6>移動量ΔYが、移動量ΔXの絶対値以上の値であること(流動水滴では、左右方向の移動量よりも下方向の移動量の方が大きいはずであるため)といったものであり、これらの条件を満たせば、判定対象の水滴候補画像は流動水滴に起因した画像であると判定する。
In step S4-10, the water
以上のようにして水滴判定部57は、ステップS4−9〜ステップS4−11により、水滴候補画像が滞留水滴に起因した画像か、流動水滴に起因した画像かを判定し、得られた判定結果に基づき、水滴の状態をも考慮した水滴の検出を行うことができる。そして水滴判定部57は、得られた検出結果を示す信号を図1における判定部60に出力する(ステップS5)。検出結果としては、水滴の有無を示すのみでも良いし、あるいは滞留水滴か流動水滴かまでの情報を検出結果に含めて水滴付着ありとしても良い。こうして水滴検出部50における水滴付着検出処理が終了し、続いて図3におけるステップS6の処理へ移行する。
As described above, the water
ステップS6では、判定部60が、侵入者検出部40及び水滴検出部50からの検出結果信号に基づいて、監視空間に検出対象物が存在するか否か、撮像部10のレンズ部分等に水滴が付着しているか否か、について判定する。そして、判定部60において侵入者の存在を検出した、あるいは水滴の付着を検出したと判定された場合にはステップS7に処理を移行させ、侵入者の存在も水滴の付着も検出されなかった場合にはステップS8に処理を移行させる。
In step S <b> 6, the
ステップS7では、出力部60から警報信号を出力させる。出力部60が警報ランプや警報ブザーを含む警報装置である場合にはランプを点灯させたり、ブザー音を発したりさせる。このとき、侵入者の存在のみを検出した場合、水滴の付着のみを検出した場合、侵入者及び水滴の双方を検出した場合に応じてそれぞれ別種の警報信号を出力し、それぞれ別種のランプを点灯させたり、別種のブザー音を発したりさせるようにすると良い。また、出力部60がネットワーク・インターフェースである場合には、インターネットや専用回線を介して遠方の監視室に警報信号を送信させることもできる。この場合の警報信号も、上記の3通りの場合に応じて別種の警報信号を送信させるようにすると良い。またこのとき、警報信号と共に検出判定対象の入力画像データを送信させるようにすると良い。またステップS7において、出力部80から水滴を検出した旨の信号が出力した場合には、その出力信号に基づいて、撮像部10の前面に温風を吹き付けるブロアや、付着した水滴を除去するワイパー(図示せず)が作動するようにしても良い。
In step S7, an alarm signal is output from the
ステップS8では、背景画像データの更新処理が行われる。背景画像更新部51は、所定の背景更新周期Tr(例えば、10秒)で記憶部58に保持されている背景画像データを最新の入力画像データで更新する。背景更新周期Trは、監視空間に対する日照の変動等を考慮して決定することが好適である。また、他の方法として、「人」が存在しないと判定された入力画像データで背景画像データを更新しても良く、さらに、過去に取得された複数の入力画像データの移動平均画像データにより背景画像データを更新しても良い。
In step S8, background image data update processing is performed. The background
尚、本実施形態では、撮像部10により取得された最新の入力画像1フレーム全体について水滴の検出処理を行っているが、最新の入力画像データと背景画像データとの差分を算出することによって得られる背景差分データ内の変動領域ごとに、同様の水滴検出処理を行うようにしても良い。また、最新の入力画像1フレーム全体についての水滴検出処理と、背景差分データ内の変動領域ごとについての水滴検出処理とを併行して行っても良い。
In the present embodiment, the water droplet detection process is performed for the entire frame of the latest input image acquired by the
以上のように、本実施の形態によれば、屋外で夜間等に照明光を当てて監視空間を撮像する場合においても、撮像画像中の水滴画像領域を精度良く検出できる。これにより、従来のような誤報や失報の発生を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to accurately detect a water droplet image area in a captured image even when the surveillance space is imaged by illuminating illumination light outdoors at night or the like. Thereby, generation | occurrence | production of the misreport and a misreport like the past can be suppressed.
10 撮像部、20 照明部、30 照明制御部、40 侵入者検出部、50 水滴検出部、51 背景画像更新部、52 背景差分演算部、53 エッジ抽出部、54 水滴候補画像生成部、55 フレーム間差分演算部、56 水滴候補近傍画像処理部、57 水滴判定部、58 記憶部、60 判定部、70 画像処理部、80 出力部、100 画像センシング装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記水滴検出部は、
前記撮像部を含む監視空間に照明を当てて撮像された背景画像と、前記背景画像の撮像後に前記撮像部を含む監視空間に照明を当てて撮像された入力画像との差分をとり、背景画像より入力画像の輝度が高くなったプラスの差分画像を生成する差分画像生成処理と、
前記入力画像におけるエッジ強度が第一の閾値以下であるという条件を満たす入力弱エッジ画像を生成する入力弱エッジ画像生成処理と、
前記入力画像中のエッジ強度と前記背景画像中のエッジ強度とを比較し、前記入力画像中において前記背景画像中よりもエッジ強度が減少したという条件を満たすエッジ減画像を生成するエッジ減画像生成処理と、
前記入力弱エッジ画像及び前記エッジ減画像の論理和により得られる画像と前記差分画像との論理積により、水滴が存在する可能性の高い水滴候補画像を生成する水滴候補画像生成処理と、
前記水滴候補画像に基づいて水滴の有無を判定し、水滴の検出を行う水滴判定処理と、
を行うことを特徴とする画像信号処理装置。 An image signal having a water droplet detection unit that determines whether or not an image region due to water droplets exists in an input image captured by the imaging unit while illuminating the monitoring space, and detects adhesion of the water droplets to the imaging unit A processing device comprising:
The water droplet detector is
The difference between the background image captured by illuminating the monitoring space including the imaging unit and the input image captured by illuminating the monitoring space including the imaging unit after capturing the background image is obtained as a background image. Difference image generation processing for generating a positive difference image with higher brightness of the input image,
An input weak edge image generation process for generating an input weak edge image that satisfies a condition that an edge strength in the input image is equal to or less than a first threshold;
Edge reduced image generation that compares the edge strength in the input image with the edge strength in the background image, and generates an edge reduced image that satisfies the condition that the edge strength is reduced in the input image than in the background image Processing,
A water droplet candidate image generation process for generating a water droplet candidate image with a high possibility of water droplets by logical product of an image obtained by logical sum of the input weak edge image and the edge reduced image and the difference image;
Water droplet determination processing for determining the presence or absence of water droplets based on the water droplet candidate image and detecting water droplets;
An image signal processing device characterized in that:
前記水滴検出部は、
前記入力画像中ではエッジ強度が第二の閾値以上であり前記背景画像中ではエッジ強度が第三の閾値以下であるという条件を満たす差分強エッジ画像を生成する差分強エッジ画像生成処理をさらに行い、
前記水滴候補画像生成処理では、
前記論理積を行った後、さらに前記差分強エッジ画像との否定論理積処理を行い、水滴候補画像を生成する、
ことを特徴とする画像信号処理装置。 The image signal processing apparatus according to claim 1,
The water droplet detector is
A differential strong edge image generation process is further performed to generate a differential strong edge image that satisfies the condition that the edge strength is not less than the second threshold in the input image and the edge strength is not greater than the third threshold in the background image. ,
In the water droplet candidate image generation process,
After performing the logical product, further performs a negative logical product process with the difference strong edge image to generate a water droplet candidate image,
An image signal processing apparatus.
前記水滴検出部は、
前記背景画像中よりも前記入力画像中のエッジ強度が第四の閾値以上であるという条件を満たすエッジ大幅増画像を生成するエッジ大幅増画像生成処理をさらに行い、
前記水滴候補画像生成処理では、
前記論理積を行った後、さらに前記エッジ大幅増画像との否定論理積処理を行い、水滴候補画像を生成する、
ことを特徴とする画像信号処理装置。 The image signal processing apparatus according to claim 1 or 2,
The water droplet detector is
Further performing an edge greatly increased image generation process for generating an edge greatly increased image that satisfies the condition that the edge intensity in the input image is equal to or higher than a fourth threshold than in the background image,
In the water droplet candidate image generation process,
After performing the logical product, further performs a negative logical product process with the edge greatly increased image, to generate a water droplet candidate image,
An image signal processing apparatus.
前記水滴検出部は、
水滴候補画像の各特徴を満たした画素あるいは画素群から構成される領域の周辺領域を示す水滴候補近傍画像を生成する水滴候補近傍画像生成処理と、
前記入力画像中のエッジ強度と前記背景画像中のエッジ強度とを比較し、前記入力画像中において前記背景画像中よりもエッジ強度が増加したという条件を満たすエッジ増画像を生成するエッジ増画像生成処理と、
前記水滴候補近傍画像と、前記差分強エッジ画像生成処理により生成された前記差分強エッジ画像との論理積により得られる近傍強エッジ画像を生成する近傍強エッジ画像生成処理と、
前記水滴候補近傍画像と前記エッジ増画像との論理積により得られる近傍エッジ増画像を生成する近傍エッジ増画像生成処理と、
を行い、
前記水滴判定処理では、
前記水滴候補画像生成処理で生成された水滴候補画像に、前記水滴候補近傍画像に対する前記近傍強エッジ画像の比率が第一の所定面積率以上であり、且つ前記水滴候補近傍画像に対する前記近傍エッジ増画像の比率が第二の所定面積率以上であるという条件を満たす部分が存在する場合、水滴有りと判定する、
ことを特徴とする画像信号処理装置。 In the image signal processing device according to any one of claims 1 to 3,
The water droplet detector is
Water droplet candidate vicinity image generation processing for generating a water droplet candidate vicinity image indicating a peripheral region of an area composed of pixels or pixel groups satisfying each feature of the water droplet candidate image;
Edge-enhanced image generation that compares the edge strength in the input image with the edge strength in the background image and generates an edge-enhanced image that satisfies the condition that the edge strength in the input image is higher than that in the background image Processing,
A neighborhood strong edge image generation process that generates a neighborhood strong edge image obtained by a logical product of the water droplet candidate neighborhood image and the difference strong edge image generated by the difference strong edge image generation process;
Near edge increased image generation processing for generating a nearby edge increased image obtained by a logical product of the water droplet candidate nearby image and the edge increased image;
And
In the water droplet determination process,
In the water droplet candidate image generated by the water droplet candidate image generation process, the ratio of the near strong edge image to the water droplet candidate vicinity image is equal to or higher than a first predetermined area ratio, and the vicinity edge increase relative to the water droplet candidate vicinity image is increased. If there is a part that satisfies the condition that the image ratio is equal to or greater than the second predetermined area ratio, it is determined that there is a water droplet.
An image signal processing apparatus.
前記水滴検出部は、
最新の入力画像における水滴候補画像と、最新の入力画像の撮像前に撮像された画像における水滴候補画像との排他的論理和により定まる画素あるいは画素群から構成される領域の面積をフレーム間差分面積として算出する処理を行い、
前記水滴判定処理では、
さらに前記フレーム間差分面積に基づいて、前記水滴候補画像が滞留水滴に起因した画像か否かを判定する、
ことを特徴とする画像信号処理装置。 In the image signal processing device according to any one of claims 1 to 4,
The water droplet detector is
The area of the area composed of pixels or pixel groups determined by the exclusive OR of the water drop candidate image in the latest input image and the water drop candidate image in the image captured before the latest input image is captured. Process to calculate as
In the water droplet determination process,
Further, based on the inter-frame difference area, it is determined whether or not the water droplet candidate image is an image caused by a staying water droplet,
An image signal processing apparatus.
前記水滴検出部は、
最新の入力画像における最新水滴候補画像と、入力画像の撮像前に撮像された過去水滴候補画像のそれぞれの重心の位置を算出する処理を行い、
前記水滴判定処理では、
さらに前記最新水滴候補画像と前記過去水滴候補画像の重心位置の違いに基づいて、前記水滴候補画像が流動水滴に起因した画像か否かを判定する、
ことを特徴とする画像信号処理装置。 In the image signal processing device according to any one of claims 1 to 5,
The water droplet detector is
Perform the process of calculating the position of the center of gravity of the latest water droplet candidate image in the latest input image and the past water droplet candidate image captured before imaging the input image,
In the water droplet determination process,
Further, based on the difference in the center of gravity position between the latest water droplet candidate image and the past water droplet candidate image, it is determined whether or not the water droplet candidate image is an image caused by flowing water droplets.
An image signal processing apparatus.
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