JP4691701B2 - 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、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等、撮影環境によって人数推定精度が変動してしまう。また、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、人物の人数を判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、撮影環境すなわち観測環境の影響を受けることなく、人物の人数を比較的簡単な信号処理によって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、所定の監視領域内に存在する人物の人数を判定する装置であって、前記所定の監視領域内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レーダと、前記各位置における距離情報に基づいて人物の高さを判定し、当該高さを標準的な体格を有する人物の首から頭部までの高さ範囲に相当する閾値と比較することにより監視領域内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。

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、所定の監視領域内に存在する人物の人数を判定する方法であって、前記所定の監視領域内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人物の高さを判定し、当該高さを標準的な体格を有する人物の首から頭部までの高さ範囲に相当する閾値と比較することにより監視領域内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。

本発明によれば、人物が存在し得る所定の監視領域内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高さを判定し、当該高さを標準的な体格を有する人物の首から頭部までの高さ範囲に相当する閾値と比較することにより監視領域内に存在する人物の人数を判定するので、観測環境の影響を受けることなく、監視領域内に存在する人物の人数を比較的簡単な信号処理によって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、レーザレーダヘッド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、レーザレーダヘッド１と制御・信号処理部２とはレーザレーダを構成しており、したがって本人数検出装置は、レーザレーダと人数判定部３とを組み合わせることにより構成されている。

レーザレーダヘッド１は、図２に示すように、所定の照射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）を照射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、このレーザレーダヘッド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、照射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。なお、上記照射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、この監視領域Ｒは、例えば多くの人物が通行する歩道や各種の公共施設である。

このようなレーザレーダヘッド１は、図１に示すように、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、レーザレーダヘッド１から照射領域に照射されるレーザパルス（計測光）は、揺動ミラー１ｄによって図２に示すレーザレーダヘッド１から照射領域に対する垂直角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されながら照射領域に照射される。そして、この計測光の照射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である。

制御・信号処理部２は、上記レーザレーダヘッド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、上記垂直角θ及び水平角φによって規定される計測方向における計測光の反射位置までの距離を演算する。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を設定し、当該各計測点Ｐまでの距離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、これら各計測点Ｐに関する距離Ｌ、仰角θ及び方向角φを観測データとして人数判定部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、上述した観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はレーザレーダが取得した観測データに基づいて人物の人数を判定するので、レーザレーダにおける計測点Ｐを照射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及び図４に示すフローチャートを用いて説明する。

図３はレーザレーダヘッド１から照射領域に計測光が照射される様子を示した図である。図３において、主走査方向をＸ軸、副走査方向をＹ軸、これらのＸＹ平面に垂直の方向をＺ軸とし、レーザレーダヘッド１はＺ軸上に設置されているとする。また、以下の説明では、任意の計測点Ｐの位置を計測点Ｐ_ｉｊと表記する。ここで、計測点Ｐ_ｉｊとは、副走査方向におけるｉ番目の走査ライン上に存在し、主走査方向においてｊ番目に位置する計測点Ｐを意味する。すなわち、図３に示すように、副走査方向における走査ライン数をｍとし、主走査方向における計測数をｎとすると、計測開始時の計測点ＰはＰ_１１、計測終了時の計測点ＰはＰ_ｍｎとなる。

まず、図３に示すように、制御・信号処理部２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を制御し、計測光を計測開始点である計測点Ｐ_１１に照射する（この時、レーザ光源１ａからタイミング信号Ｓiが制御・信号処理部２に出力される）。計測点Ｐ_１１からの反射光は、揺動ミラー１ｄ、ポリゴンミラー１ｃ及び集光レンズ１ｅを介して受光器１ｆに集光される。受光器１ｆは、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。

そして、制御・信号処理部２は、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、下記関係式（１）から計測点Ｐ_１１までの距離Ｌ（Ｌ_１１）を算出する。
Ｌ＝Ｌ_１１＝Δｔ・ｃ／２ （１）
上式において、ｃは計測光（レーザパルス）の伝播速度である。

制御・信号処理部２は、上記のように算出した距離Ｌ_１１に加えて、計測点Ｐ_１１における垂直角θ（θ_１１）及び水平角φ（φ_１１）を計測点Ｐ_１１に関する観測データとして人数判定部３へ出力する。

続いて、制御・信号処理部２は、計測光を計測点Ｐ_１２に照射して上記と同様に計測点Ｐ_１２までの距離Ｌ_１２を算出し、計測点Ｐ_１２に関する観測データとして距離Ｌ_１２、垂直角θ_１２及び水平角φ_１２を人数判定部３へ出力する。以下同様に、制御・信号処理部２は計測点Ｐ_１ｎまでの距離Ｌを順次算出し、各計測点Ｐ_１ｊに関する観測データを人数判定部３へ出力する。そして、制御・信号処理部２は、１番目の走査ラインが終了すると、２番目の走査ラインの計測開始点Ｐ_２１に計測光を照射し、上記と同様に順次各計測点Ｐ_２ｊに関する観測データを人数判定部３へ出力する。このように、制御・信号処理部２は、最後の計測点Ｐ_ｍｎまでの各計測点Ｐ_ｉｊに関する観測データ（距離Ｌ_ｉｊ、垂直角θ_ｉｊ、水平角φ_ｉｊ）を順次人数判定部３へ出力する。

図４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人数判定部３の動作フローチャート図である。

人数判定部３は、上記のように制御・信号処理部２から各計測点Ｐ_ｉｊに関する観測データ（距離Ｌ_ｉｊ、垂直角θ_ｉｊ、水平角φ_ｉｊ）を取得すると（ステップＳ１）、これら距離Ｌ_ｉｊ、垂直角θ_ｉｊ、水平角φ_ｉｊで表される３次元極座標をＸＹＺ直交座標に変換する（ステップＳ２）。

図５は、計測点Ｐ_ｉｊに関する観測データ（距離Ｌ_ｉｊ、垂直角θ_ｉｊ、水平角φ_ｉｊ）である３次元極座標をＸＹＺ直交座標に変換する方法の説明図である。この図のように、監視領域Ｒ内に人物Ａが存在する場合、計測点Ｐ_ｉｊに計測光を照射した時に人物Ａに当該計測光が反射して得られた観測データを距離Ｌ_ｉｊ、垂直角θ_ｉｊ、水平角φ_ｉｊとし、レーザレーダヘッド１が設置されている高さをＺ_０とすると、計測点Ｐ_ｉｊのＸ座標Ｐ_Ｘ、Ｙ座標Ｐ_Ｙ、Ｚ座標Ｐ_Ｚは下記関係式（２）、（３）、（４）で表される。
Ｐ_Ｘ＝Ｌ_ｉｊ・ｓｉｎθ_ｉｊ・ｃｏｓφ_ｉｊ （２）
Ｐ_Ｙ＝Ｌ_ｉｊ・ｓｉｎθ_ｉｊ・ｓｉｎφ_ｉｊ （３）
Ｐ_Ｚ＝Ｚ_０−Ｌ_ｉｊ・ｃｏｓθ_ｉｊ （４）
上式（４）において、人物Ａが存在しない場合はＰ_Ｚ＝０となり、この時の計測点Ｐ_ｉｊのＸＹＺ直交座標（Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｚ）はＸＹ平面上の位置を示すものであるが、人物Ａが存在する場合の計測点Ｐ_ｉｊのＸＹＺ直交座標（Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｚ）は、人物Ａの表面上において計測光が照射（反射）された位置を示すものである。

上記のように、人数判定部３はステップＳ２で上記関係式（２）〜（４）によって、計測点Ｐ_ｉｊに関する観測データ、すなわち３次元極座標である距離Ｌ_ｉｊ、垂直角θ_ｉｊ、水平角φ_ｉｊをＸＹＺ直交座標（Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｚ）に変換する。このような座標変換は、計測光の照射領域における全計測点Ｐ_ｉｊに関する観測データについて行われる。

次に、上記のようにして得た計測点Ｐ_ｉｊのＸＹＺ直交座標（Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｚ）を用いて人物Ａを検出する方法について説明する。図６（ａ）は、ＺＹ平面をＸ軸方向から見た図（人物Ａの側面から見た図）である。図６（ｂ）はＺＸ平面をＹ軸方向から見た図（人物Ａの正面から見た図）である。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、人物Ａが監視領域Ｒ内に存在する場合、人物Ａの足から頭部にかけて複数箇所に計測光が照射されるので、この時の各計測点Ｐ_ｉｊのＸＹＺ直交座標（Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｚ）は、Ｚ軸方向にある値（高さ）を持つことになる。従って、Ｚ軸方向に高さを持つ複数の計測点Ｐ_ｉｊを抽出し、これらの計測点Ｐ_ｉｊがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の一定の範囲内で密集していればそれらをグループ化することで人物Ａの存在を検出することができる。より具体的には、近接する複数の計測点Ｐ_ｉｊ間のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の距離が一定の閾値内であればグループ化を行うようにする。このようなグループ化を行うための閾値を以下ではグループ化条件と記す。

上記ような人物検出方法によると、確かに人物が一人の場合、若しくは複数の人物が互いに離れて存在している場合には、人物検出すなわち人物の数を検出することができる。しかしながら、例えば、図７に示すように人物Ａ、Ｂ、Ｃが互いの体が接触する程に密接して存在している場合、当該人物Ａ、Ｂ、Ｃから計測光が反射されて得られた各計測点Ｐ_ｉｊのＸＹＺ直交座標（Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｚ）は、人物ＡとＢ、またはＣが密接している部分で非常に近い値となるためグループ化条件を満たしてしまい、人物Ａ、Ｂ、Ｃが一人の人物としてグループ化されてしまう可能性がある。

そこで、人数判定部３は、ステップＳ２で各計測点Ｐ_ｉｊのＸＹＺ直交座標（Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｚ）を求めると、図８に示すように、閾値Ｈ_０（基準高さ）以上の高さを持ち、且つ所定範囲ΔＨ（Ｚ方向有効範囲）内の高さを持つ計測点Ｐ_ｉｊのみを抽出する（ステップＳ３）。上記基準高さＨ_０は、標準的な体格を有する人物の身長に対して首より高く設定されており、また、Ｚ方向有効範囲ΔＨは上記のような人物の頭部が含まれるような値に設定されている。具体的には上記基準高さＨ_０は、例えば、ある年齢範囲に該当する複数の人物の平均身長の統計データに基づいて設定される。

そして、人数判定部３は、上記のように抽出した計測点Ｐ_ｉｊのＸＹＺ直交座標（Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｚ）に対して、グループ化を行う（ステップＳ４）。すなわち、人数判定部３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各々のグループ化条件を満たすような近接した状態にある計測点Ｐ_ｉｊをグループ化していく。このようにグループ化した計測点Ｐ_ｉｊ群は、図８のように人物Ａ、Ｂ、Ｃの頭部に計測光が反射されて得られたものである。頭部は、例え図８のように人物Ａ、Ｂ、Ｃが密接した状態であっても、各々の頭部間には比較的大きな距離が生じることになる。従って、人物Ａ、Ｂ、Ｃの各頭部間の距離はグループ化条件を満たすことなく、各人物Ａ、Ｂ、Ｃがそれぞれ一人の人物としてグループ化されることになる。

なお、上記人数判定部３のステップＳ３、Ｓ４の動作は、監視領域Ｒ内の計測点Ｐ_ｉｊのＸＹＺ直交座標（Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｚ）に対してのみ行われる。

人数判定部３は、ステップＳ４でグループ化された計測点Ｐ_ｉｊ群を人物として判別し、
それらグループの総数を算出して監視領域Ｒ内における人数を判定する（ステップＳ５）。

上記のような制御・信号処理部２及び人数判定部３の動作は一定周期で繰り返され、監視領域Ｒ内における人数の変化を時系列的に監視している。

以上にように、本人数検出装置によると、人物に計測光が反射して得られた各計測点Ｐ_ｉｊのＸＹＺ直交座標（Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｚ）の内、基準高さＨ_０以上の高さを持ち、且つＺ方向有効範囲ΔＨ内の高さを持つ計測点Ｐ_ｉｊのみを抽出する、すなわち、人物の頭部を抽出するので、複数の人物が密接した状態であっても各人物をそれぞれ分離して抽出（グループ化）することができ、その結果、比較的簡単な信号処理で人数を判定することが可能である。

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、レーザレーダヘッド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、人数判定部３の詳細処理を示すフローチャート図である。 本発明の一実施形態の人数判定部３の動作における計測点Ｐ_ｉｊに関する観測データ（３次元極座標）をＸＹＺ直交座標に変換する方法の説明図である。 本発明の一実施形態に係わる人数検出装置において、計測光が人物Ａに照射される様子を示した模式図である。 本発明の一実施形態に係わる人数検出装置において、人物Ａ、Ｂ、Ｃが密接して存在する場合のグループ化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において、人物Ａ、Ｂ、Ｃの頭部を抽出する方法の説明図である。

符号の説明

１…レーザレーダヘッド、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 (2)

1. 所定の監視領域内に存在する人物の人数を判定する装置であって、
   前記所定の監視領域内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レーダと、
   前記各位置における距離情報に基づいて人物の高さを判定し、当該高さを標準的な体格を有する人物の首から頭部までの高さ範囲に相当する閾値と比較することにより監視領域内に存在する人物の人数を判定する人数判定部と
   を具備することを特徴とする人数検出装置。
2. 所定の監視領域内に存在する人物の人数を判定する方法であって、
   前記所定の監視領域内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人物の高さを判定し、当該高さを標準的な体格を有する人物の首から頭部までの高さ範囲に相当する閾値と比較することにより監視領域内に存在する人物の人数を判定する第２の工程と
   を有することを特徴とする人数検出方法。
   
   
   
   
   

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