JP4509349B2 - 監視装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動体の有無を検出することによって異常が発生したか否かを判定する監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の監視装置として、特開平１１−１６０３４０号公報に記載されたものがあった。この監視装置は、動体の有無を検出可能な撮像素子を用い、動体の有無を示す動体信号によって、被写界に異常が発生したか否かを判定するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の監視装置においては、撮像部にガムテープ等を貼って監視不可能にして悪事を働くといった被害が発生している。また、最悪の場合、監視装置を破壊されてしまうという被害も発生している。そして、これらの異常事態に対して、迅速に対応できないという問題もあった。
【０００４】
本発明は、上記のような異常事態に対応可能な監視装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決のため、本発明の監視装置は、予め決められた被写界内にある物体からの光を集光する光学系１３と、前記光学系１３を通して入射された入射光によって形成される前記物体の像の変化を、前記像を繰り返し撮像して変換された電気信号によって示される前記入射光の強度の変化に基づいて検出し、前記被写界内にある物体に動体が含まれることを示す動体信号を生成して、前記電気信号に応じた画像信号と前記動体信号とを出力する撮像手段１４と、前記撮像手段１４から出力される前記動体信号によって動体が含まれることが検出された場合であって、前記画像信号に基づき、前記検出された像の大きさが大きくなると判定された場合に、前記被写界内にある物体が前記光学系１３に接近してくる物体として検知して、前記検知されたことを示す検知信号を生成する検知手段１５と、を備え、前記検知信号にしたがって、前記光学系１３を保護することとした。
【０００６】
また、前記検知手段１５からの検知信号に基づき、前記光学系１３に接近してくる物体を検出した場合に警告を発する警告手段７４を備えた構成としてもよい。
また、前記検知手段からの検知信号に基づき、前記光学系１３に接近してくる物体から遠ざける方向に、前記光学系１３を退避させる退避手段７３を備えた構成としてもよい。
【０００７】
また、前記検知手段１５からの検知信号に基づき、前記光学系１３を覆って保護する保護手段８１を備えた構成としてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細を説明する。
図１は本発明の実施形態による監視装置の構成を示す図である。
【０００９】
図１において、カメラ１１は、監視エリア全体を撮影可能な場所に設置され、表示装置１２は、カメラ１１の設置場所から離れた場所（例えば、監視者が居る監視ルームなど）に設置される。すなわち、本実施形態は、表示装置１２に表示された映像に基づいて、例えば、監視エリア内の侵入者の有無を監視者が監視する監視システムを想定している。
【００１０】
カメラ１１の内部において、レンズ１３を介して得られる光学像が結像する位置には、後述する動体検出センサ１４が配され、動体検出センサ１４の出力は制御部１５に接続される。制御部１５の出力は、伝送路１６を介して表示装置１２に接続される。
（動体検出センサの構成）
図２は、動体検出センサ１４の概略構成を示す模式回路図である。
【００１１】
なお、図２に示す動体検出センサ１４は、固体撮像素子である。
図において、複数の画素１０１（ここでは、簡単のため２×２の４個とする）は、マトリクス状に配置される。
【００１２】
垂直読み出し線１０２ａ、１０２ｂは、垂直方向に並ぶ画素１０１の列毎に設けられ、後述するトランジスタＱＸを介して画素１０１に接続されると共に、異値検出回路１０３および画像信号生成回路１０６に接続される。
【００１３】
異値検出回路１０３の出力は、シフトレジスタ１０４に接続され、画像信号生成回路１０６の出力は、水平読み出しスイッチ用のトランジスタＱＨ１、ＱＨ２を介して、水平読み出し線１０７に接続される。
【００１４】
それぞれの画素１０１は、入射光に応じた電荷を生成するフォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤによって生成された電荷に相当する電気信号を出力する接合型電解効果トランジスタＱＡ、フォトダイオードＰＤで生成された電荷をトランジスタＱＡのゲート領域に直接転送する転送用のＭＯＳトランジスタＱＴ、トランジスタＱＡのゲート領域に蓄積される電荷の排出を行うリセット用のトランジスタＱＰおよび垂直読み出し線１０２ａ、１０２ｂとトランジスタＱＡとの接続もしくは分離を行うスイッチ用のＭＯＳトランジスタＱＸとで構成される。
【００１５】
図３は、異値検出回路１０３の構成を示す模式回路図である。
図において、異値検出回路１０３は、スイッチ用のＭＯＳトランジスタＱＲ、ＱＳ、画素１０１から異なるタイミングで出力される電気信号に相当する電荷を蓄積するコンデンサＣＲ、ＣＳおよびコンデンサＣＲ、ＣＳに蓄積された電荷を対比する比較回路ＸＡで構成される。
【００１６】
図４は、画像信号生成回路１０６の構成を示す模式回路図である。
図において、画像信号生成回路１０６は、画素１０１から出力される電気信号に相当する電荷を蓄積するコンデンサＣＶおよびコンデンサＣＶのサンプルホールド切り替え用のトランジスタＱＶで構成される。
（動体の検知）
制御部１５は、主電源が投入されると、電源回路（図示されない）を介して各部に電源を供給する。
【００１７】
動体検出センサ１４では、レンズ１３から得られる光学像が結像され、予め決められたタイミングで各画素１０１内のフォトダイオードＰＤによって光電変換が行われる。
【００１８】
このような光電変換によってフォトダイオードＰＤで生成された信号電荷は、画素１０１内のトランジスタＱＴが導通されると、トランジスタＱＡのゲートに転送される。その後トランジスタＱＴが非導通となると、トランジスタＱＡのゲート領域は、フローティング状態となるが、寄生容量の効果によって上述した信号電荷を保持する。すなわち、トランジスタＱＡのゲート領域は、フォトダイオードＰＤで生成された信号電荷を蓄積し、一時的に保持する記憶部として動作する。
【００１９】
ここで、直前のフレームに対する信号電荷が既にトランジスタＱＡのゲート領域に蓄積され、現在のフレームに対する信号電荷がフォトダイオードＰＤによって新たに生成されている状態を考える。
【００２０】
このような状態で画素１０１内のトランジスタＱＸおよび異値検出回路１０３内のトランジスタＱＲが導通されると、トランジスタＱＡによってソースフォロワ動作が行われて、そのトランジスタＱＡのゲート領域に蓄積された直前のフレームに対する信号電荷に応じた電荷は、垂直読み出し線１０２を介して異値検出回路１０３内のコンデンサＣＲに充電される。また、画素１０１内のトランジスタＱＰが導通されると、トランジスタＱＡのゲート領域に蓄積された信号電荷は排出されて初期化される。
【００２１】
その後、画素１０１内のトランジスタＱＴが導通されると、フォトダイオードＰＤによって新たに生成された現在のフレームに対する信号電荷は、トランジスタＱＡのゲートに転送される。また、画素１０１内のトランジスタＱＸおよび異値検出回路１０３内のトランジスタＱＳが導通されると、トランジスタＱＡによってソースフォロワ動作が行われて、そのトランジスタＱＡのゲートに転送された現在のフレームに対する信号電荷は、垂直読み出し線１０２を介して異値検出回路１０３内のコンデンサＣＳに充電される。
【００２２】
すなわち、異値検出回路１０３内のコンデンサＣＲには、直前のフレームに対する信号電荷に応じた電荷が蓄積され、コンデンサＣＳには、現在のフレームに対する信号電荷に応じた電荷が蓄積される。
【００２３】
また、画素１０１内のトランジスタＱＡのゲートに転送された現在のフレームに対する信号電荷は、そのトランジスタＱＡのゲート領域に保持され、次のフレームにおいて、直前のフレームに対する信号電荷として用いられる。
【００２４】
比較回路ＸＡは、コンデンサＣＲとコンデンサＣＳとに充電された電荷に応じた信号電圧の差の絶対値を取得する。また、比較回路ＸＡは、取得した絶対値が所定の値以上である場合には「１」（もしくは「０」：動体が存在することをあらわす信号レベル）を示す信号を出力し、絶対値が所定の値未満である場合には「０」（もしくは「１」：動体が存在しないことをあらわす信号レベル）を示す信号を出力する。このように比較回路ＸＡから出力される信号は、シフトレジスタ１０４を介して順次外部に出力される。
【００２５】
すなわち、連続した２つのフレームに対応する信号電荷に応じた信号電圧の値を画素毎に比較することによって、動体信号を容易に得ることができる。
また、画素１０１内のトランジスタＱＰが導通されてトランジスタＱＡのゲート領域に蓄積された信号電荷が排出され初期化された後、画素１０１内のトランジスタＱＸおよび画像信号生成回路１０６内のトランジスタＱＶが導通されると、トランジスタＱＡによってソースフォロワ動作が行われて、そのトランジスタＱＡのゲート領域が初期化された状態に応じた信号は、垂直読み出し線１０２を介して画像信号生成回路１０６内のコンデンサＣＶに充電される。また、このようにしてコンデンサＣＶに充電された信号は、トランジスタＱＶが非導通とされてコンデンサＣＶがフローティングとされた後も、コンデンサＣＶに保持される。
【００２６】
その後、画素１０１内のトランジスタＱＴが導通されると、フォトダイオードＰＤによって生成された現在のフレームに対する信号電荷は、トランジスタＱＡのゲート領域に転送される。この状態で、画素１０１内のトランジスタＱＸが導通されると、トランジスタＱＡは再びソースフォロワ動作を行い、そのトランジスタＱＡのゲート領域に蓄積された信号電荷に応じた信号が、垂直読み出し線１０２を介して画像信号生成回路１０６内のコンデンサＣＶに入力される。
【００２７】
ここで、コンデンサＣＶには、すでに画素１０１内のトランジスタＱＡのゲート領域を初期化した後の状態に応じた信号が保持されているため、コンデンサＣＶの出力（画像信号生成回路１０６の出力）からは、画素１０１内のトランジスタＱＡのゲートに現在のフレームに対する信号電荷が蓄積された状態に応じた信号と、初期化された後の状態に応じた信号の差に応じた信号が出力される。
【００２８】
ところで、画素１０１内のトランジスタＱＡのゲート領域を初期化した後の状態に応じた信号には、固定パターン雑音の原因となるトランジスタＱＡのゲート・ソース間電圧のばらつきや、ランダム雑音の原因となるトランジスタＱＡのゲート領域を初期化した直後のリセット雑音（いわゆるＫＴＣ雑音）などが含まれていることが知られている。しかし、本実施形態では、画像信号生成回路１０６によって、固定パターン雑音やランダム雑音を除去した画像信号を得ることができる。
【００２９】
したがって、動体検出センサ１４は、動体信号と画像信号とを同時に出力することができる。なお、このように動体検出センサ１４から出力される動体信号および画像信号は、制御部１５に供給される。
【００３０】
制御部１５は、動体信号の供給が開始されると、供給された動体信号を解析し、動体が存在するか否かを判定する。制御部１５は、このような判定によって動体が存在しないことを認識した場合、動体の存在が認識されるまで、前記の動体の検出を繰り返す。
【００３１】
一方、制御部１５は、動体が存在することを認識した場合、表示装置１２に対し、画像信号の供給を開始するとともに、制御部１５において、画像信号の解析を行う。この解析によって、動体がカメラ１１へ接近してきているか否かを検知する。
（動体の接近の検知 その１）
図５は、動体信号が出力されたときの画像信号の変化の例を示す図である。図５において、動体信号が出力されている状態で、画像信号に基づく画像が（ａ）（ｂ）（ｃ）のように変化したとする。
【００３２】
被写体である動体５１がカメラに向かって接近してきているかどうかは、以下のようにして判断できる。
（１）まず、動体５１の重心５１ａを求める。そして、時間経過とともに重心５１ａに対して動体５１の像が広がっていくか否かを判断する。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）の場合、重心５１ａに対して、動体５１の像が広がっていく傾向にあることが認識できる。
（２）次に重心の画面内での移動のしかたを判断する。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）の場合、重心は画面内を徐々に上方に移動しているが、左右の移動は小さい。
（３）（１）で動体５１の像が重心５１ａに対して広がってきており、かつ、重心５１ａの左右の移動が小さい場合は、動体５１がカメラに接近してきていると判断できる。
【００３３】
なお、動体５１の像が重心５１ａを中心に広がってはいるが、重心が左右の一方向に移動していく場合は、その動体５１は、カメラに近づきながらカメラの前を横切っていくときであると判断できる。
（動体の接近の検知 その２）
動体信号が出力された状態で、画像信号に基づく画像が図６（ａ）（ｂ）（ｃ）のように変化したとする。図６は、カメラに対して何かをしようとする人の手がカメラに接近してきているときの画像を示している。
【００３４】
被写体である動体６１がカメラに向かって接近してきているかどうかは、以下のようにして判断できる。
（１）動体６１の面積を求め、その面積が時間経過とともに大きくなってきているかどうかを判断する。
（２）動体６１の重心６１ａを求め、その重心の画像内での位置が、上下左右に大きく変化しているかどうかを判断する。
（３）（１）で動体６１の面積を求め、その面積が時間経過とともに大きくなってきており、（２）で重心の画像内での位置が、上下左右に大きく変化していない場合は、動体６１がカメラに接近してきていると判断できる。
（動体の接近の検知 その３）
上記の例と同様に、動体信号が出力された状態で、画像信号に基づく画像が図６（ａ）（ｂ）（ｃ）のように変化したとする。
【００３５】
本実施形態では、カメラ１１には、被写体を照明する構成がないので、カメラ１１の近づいた物体は、撮像される側が照明されず、暗く写る。すなわち、図６に示すように、動体６１は、他の部分と比べて暗く写っている。この暗く写っている部分が大きくなっていくか小さくなっていくかを判断する。
【００３６】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）の場合、暗い部分の面積は大きくなっていく傾向があり、やがて画像内のほとんどの部分（所定の割合以上の部分）が暗くなる。このような場合は、動体６１が接近してきていると判断できる。
【００３７】
以上のような方法により、制御部１５は、動体がカメラ１１に接近してきているか否かを判断する。そして、接近してきていると判断した場合は、外部へ動体接近信号を出力する。
【００３８】
図７は、本実施形態の監視装置を設置した状態を示す第１の例である。カメラ１１は、天井７１に一端を固着された支柱７２の他端に取り付けられている。カメラ１１と支柱７２とは、カメラ１１が支柱７２に対して回転可能な機構７３によって取り付けられている。また、カメラ１１の近くには、カメラ１１の制御部１５からの制御により警告音を鳴らすことが可能なスピーカ７４が取り付けられている。
【００３９】
カメラ１１の制御部１５から動体接近信号が出力された場合、その動体接近信号は、不図示の回転機構駆動回路によって、回転機構７３を制御し、図７（ｂ）に示すように、カメラ１１の向きを１８０度回転させる。このことにより、カメラ１１の撮像レンズ１３がある部分を、動体が接近してくる方向と反対の方向に向けることができ、接近によるレンズの破壊や、テープ等を貼られることにより監視不能な状態にされるのを防ぐことができる。
【００４０】
さらに、カメラ１１の制御部１５は、スピーカ７４から警告音を発する制御を行う。
図８は、本実施形態の監視装置を設置した状態を示す第２の例である。カメラ１１は、天井７１に一端を固定された支柱７２の他端に取り付けられている。カメラ１１には、半円球状のカバー８１が取り付けられている。カメラ１１の下部には、回転体８２が設けられており、棒状の連結部材８３は、一端を回転体８２に固着され、他端をカバー８１の内側面に固着されている。また、カメラ１１の近くには、カメラ１１の制御部１５からの制御により警告音を鳴らすことが可能なスピーカ７４が取り付けられている。
【００４１】
通常は、図８（ａ）に示すように、カバー８１は、カメラ１１の撮像方向と反対側に位置している。カメラ１１の制御部１５から動体接近信号が出力された場合、その動体接近信号は、不図示の回転体駆動回路によって、回転体８２を１８０度回転させる制御をする。回転体８２が１８０度回転することにより、連結部材８３も回転し、カバー８１が、カメラ１１の撮像方向側に移動し、カメラ１１の前面すなわち撮像レンズ１３を覆い隠す位置になる。したがって、接近してくる動体によるカメラ１１の破壊や、テープ等を貼られることにより監視不能な状態にされるのを防ぐことができる。
【００４２】
さらに、カメラ１１の制御部１５は、スピーカ７４から警告音を発する制御を行う。
上記実施形態では、カメラの近くにスピーカを設置したが、離れた場所（例えば表示装置１２が設置された、監視者がいる監視ルーム）にスピーカを設置し、その場所まで動体接近信号を送り、その場所のスピーカから警告音を発してもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、接近者への警告をスピーカからの音で行うこととしたが、スピーカの代わりに光源を設置し、光によって警告を行ってもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、監視装置の撮像手段に接近する物体を検知できるので、接近者によって、監視装置が破壊されたり監視不能な状態にされることを防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の監視装置の構成を示す図。
【図２】動体検出センサの概略構成を示す模式回路図。
【図３】異値検出回路の構成を示す模式回路図。
【図４】画像信号生成回路の構成を示す模式回路図。
【図５】動体検出後の画像の変化の例を示す図。
【図６】動体検出後の画像の変化の例を示す図。
【図７】本実施形態の監視装置を設置した状態の例を示す図。
【図８】本実施形態の監視装置を設置した状態の例を示す図。
【符号の説明】
１１：カメラ、１２：表示装置、１３：レンズ、１４：動体検出センサ、１５：制御部、１６：伝送路、７２：支柱、７３：回転機構、７４：スピーカ、８１：カバー、８２：回転体、８３：連結部材、１０１：画素、１０２ａ、１０２ｂ：垂直読み出し線、１０３：異値検出回路、１０４：シフトレジスタ、１０６：画像信号生成回路、１０７：水平読み出し線、ＱＨ１、ＱＨ２、ＱＡ、ＱＴ、ＱＰ、ＱＸ、ＱＲ、ＱＳ、ＱＶ：トランジスタ、ＰＤ：フォトダイオード、ＣＲ、ＣＳ、ＣＶ：コンデンサ、ＸＡ：比較回路。

Claims (4)

1. 予め決められた被写界内にある物体からの光を集光する光学系と、
   前記光学系を通して入射された入射光によって形成される前記物体の像の変化を、前記像を繰り返し撮像して変換された電気信号によって示される前記入射光の強度の変化に基づいて検出し、前記被写界内にある物体に動体が含まれることを示す動体信号を生成して、前記電気信号に応じた画像信号と前記動体信号とを出力する撮像手段と、
   前記撮像手段から出力される前記動体信号によって動体が含まれることが検出された場合であって、前記画像信号に基づき、前記検出された像の大きさが大きくなると判定された場合に、前記被写界内にある物体が前記光学系に接近してくる物体として検知して、前記検知されたことを示す検知信号を生成する検知手段と、
   を備え、
   前記検知信号にしたがって、前記光学系を保護する
   ことを特徴とする監視装置。
2. 請求項１に記載の監視装置であって、
   前記検知手段からの検知信号に基づき、前記光学系に接近してくる物体を検出した場合に警告を発する警告手段
   を備えたことを特徴とする監視装置。
3. 請求項１に記載の監視装置であって、
   前記検知手段からの検知信号に基づき、前記光学系に接近してくる物体から遠ざける方向に、前記光学系を退避させる退避手段
   を備えたことを特徴とする監視装置。
4. 請求項１に記載の監視装置であって、
   前記検知手段からの検知信号に基づき、前記光学系を覆って保護する保護手段
   を備えたことを特徴とする監視装置。

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