JP4874150B2 - 移動物体追跡装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、交差前の各々の移動物体に関する特徴量(色ヒストグラム)を記憶しておき、交差が解消されたことが検出された場合には、記憶してある特徴量と、交差解消後に各々の移動物体に関して得られる特徴量とを比較して、交差前後の移動物体の対応関係を決定する物体追跡方法が開示されている。
また本装置1は、上記入力画像中における複数の移動物体の移動による交差した状態を検知する交差検知部80を有している。
上記追跡部は、交差した状態の移動物体を追跡する第1追跡部40を有している。また、上記追跡部は、交差検知部80が交差した状態を検知していないと、第1追跡部40より処理負担の少ない追跡処理にて移動物体それぞれを追跡する第2追跡部90を更に有している。
入力部60は、入力インターフェースであり、外部から本装置1により追跡される移動物体の画像を入力する働きを主に有する。入力された画像は、記憶部20に記憶される。本装置1の入力部60には、図1に示すように、外部のカメラ61が接続されている。例えば、カメラ61が画像データをアナログ信号で出力する場合には、このアナログ信号をデジタル信号に変換して、本装置1の各構成要素に出力できるように、入力部60は、A/D変換機能を有していることが好ましい。
本装置1では、カメラ61により、所定の間隔で1フレームの画像が撮像されて、この画像が入力部60に出力される。
記憶部20は、図1に示すように、背景画像記憶領域21と、追跡情報記憶領域22と、過去画像記憶領域23とを有している。また記憶部20には、制御部10が使用するプログラム、各種設定ファイル、パラメータなどが記憶されている。このプログラムとしては、例えば抽出処理、追跡処理、交差検知処理および更新処理に用いるものがある。各種設定ファイルまたはパラメータとしては、例えば、各処理で用いられる閾値または処理の状態を表すフラグなどがある。また記憶部20は、各プログラムが実行される場合のワークエリアを有している。
抽出部30は、入力画像から、移動物体により生じた変化領域を抽出し、この変化領域を用いて、移動物体に、移動物体の交差した状態を検知するための交差検知用テンプレート、および、交差した状態の移動物体を追跡するために用いられる追跡用テンプレートを生成して関連づける。抽出部30は、図1に示すように、差分処理手段31と、ラベリング手段32と、テンプレート生成手段33とを有している。
具体的には本装置1では、差分処理手段31が、まずカメラ61により取得された入カ画像と、背景画像記憶領域21に記憶されている背景画像との差分の絶対値を画素毎に求めて、差分画像を作成し、次にこの差分画像を、記憶部20に記憶されている2値化の閾値にしたがって2値化処理を行う。このように差分処理手段31は、入カ画像から所定の値以上の変化が生じた画素を、移動物体の属性を有する画素として上記差分画像から抽出して、2値画像を作成する。
上記基準としては、例えば中心画素に対して、上下左右方向の計4画素を連結させること、または、斜め方向の画素を含めた計8画素を連結させることが挙げられる。
この移動速度については、カメラ61による撮像条件を正確に把握して、画像中の移動距離を実際の撮像領域の距離に換算して、実際の移動速度として求めても良い。
また、テンプレート生成手段33は、交差検知部80が、移動物体の現時点の交差した状態を検知した場合に、交差した状態にある移動物体それぞれに対して、変化領域を用いて、追跡用テンプレートを生成して関連づける。
入力画像における交差した状態にある移動物体の位置および寸法は、上述した変化領域の情報として追跡情報記憶領域22に記憶されている。追跡用テンプレートおよび交差検知用テンプレートの生成に際しては、この情報が用いられる。
カメラ61の視野内を人が立って歩行している場合には、図2(a)〜(e)に示すように、人の形状は細長い。したがって、立って歩行する人から抽出された変化領域は、細長い形状を有している。そこで、この変化領域の長手方向の軸である主軸を求め、それを基準に対称性などを考慮して、幾何学的に追跡用テンプレートを生成する方法がある。
図2(a)〜(e)に示す例では、いずれにおいても、頭部は、その輪郭全体が覆われるように、1つの追跡用テンプレートが生成して配置されている。
一般に、人を追跡する際には、生成する追跡用テンプレートの数は、2〜8個、特に3〜5個であることが、上述した観点から好ましい。
上述した幾何学的に追跡用テンプレートを生成する方法は、単純であり画像処理が容易である。
また、移動物体の特徴的な部分に着目し、その部分を含むように追跡用テンプレートを生成することができる。移動物体間で異なる部分の指標となる特徴量としては、例えばテクスチャまたは色などの情報を用いることができる。
まず、複数の移動物体それぞれを、テクスチャを測度として、複数のセグメントに領域分割(セグメンテーション)して、テンプレートを生成する。
上述した追跡用テンプレートを生成する方法は、複数の移動物体の画像情報それぞれについて、他の移動物体とは異なる特徴的な部分に着目するので、移動物体の高い追跡精度が期待できる。
また、追跡用テンプレート内の輝度分散が大きくなるように、すなわち、追跡用テンプレート内に多くの輝度値が含まれるように追跡用テンプレート生成してもよい。
具体的には、追跡用テンプレートを移動物体の主軸上で中心の位置をずらし、該追跡用テンプレート内部の輝度分散を計算しながら、複数の追跡用テンプレートを生成し、生成した追跡用テンプレートを、その輝度分散の値が大きい順に並べる。そして、輝度分散の値が大きい順から必要な数だけの追跡用テンプレートを選択して、移動物体に関連づけてもよい。
また、前述の幾何学的な方法によりテンプレートを生成した場合、移動物体によってはテンプレート内の輝度分散がごく小さくなることがある。このような場合、テンプレートが単輝度(単色)となってしまい、テンプレート追跡においてその一致箇所を一意に特定できない、という問題(開口問題と呼ばれる)が起こり得る。本手法を用いてテンプレートを作成すれば、このような問題を回避し、安定に追跡を行うことができる。
交差した状態にある移動物体それぞれは、図5(a)に示す例のように、他の移動物体との重なり部分と、重なっていない部分とを有している。交差した状態にある移動物体それぞれを追跡するには、他の移動物体と重なっていない部分に着目することが好ましい。
そこで、交差した状態の移動物体それぞれに対して、他の移動物体と重なっている部分を含まないように、追跡用テンプレートを生成して関連づける。
この一体化した変化領域S3から、1つ前の過去の時点の一方の移動物体M2の変化領域S2を減算処理することにより、図5(b)に示すように、1つ前の過去の時点の他方の移動物体M1に対して、現時点において一方の移動物体M2と重なっていない部分の変化領域S1´が求められる。同様にして、1つ前の過去の時点の一方の移動物体M2に対して、現時点において他方の移動物体M1と重なっていない部分の変化領域S2´が求められる。
第1追跡部40は、交差した状態にある全ての移動物体に対して、この移動物体に関連づけられている各追跡用テンプレートを用いて、移動物体の追跡処理を行う。
以下、第1追跡部40の各手段について説明する。
予測された追跡用テンプレートの位置は、移動物体に関連づけられて、追跡情報記憶領域22に記憶される。
なお、本実施形態では、予測手段41にてテンプレートの位置を予測しているが、コンピュータの処理負荷に余裕があれば予測手段41を省略し、画像全体に対してマッチングスコアを求めるようにしてもよい。
上述したマッチング手段42で用いられる、最大マッチングスコアの判定に使用される閾値、および、上記所定の期間は、記憶部20に記憶されている。
このような場合には、判定手段43が、以下に述べるように、重み付きの評価処理を行うことによって、対応する移動物体を決定する。
次に、判定手段43は、各追跡用テンプレートについて、追跡用テンプレートと入力画像との一致の度合いを表わす量δmを求める。δmは、例えば、最大マッチングスコアの時間平均から求めることができる。
そして、判定手段43は、最大の評価値を有する変化領域に、現時点の移動物体が対応すると考える。このようにして、移動物体の現時点の位置が追跡される。
本装置1の第2追跡部90は、入力画像中の交差した状態にない移動物体に対して、公知の追跡する方法を用いて追跡を行う。
交差検知部80は、抽出部30により生成された変化領域を用いて、画像中における複数の移動物体が、移動により交差した状態を検知する。この交差した状態は、例えば、ある移動物体が、移動により、他の移動物体の前方もしくは後方に位置したり、または隣に接して並んだりすることにより、入力画像において、2つの移動物体が重なったり、くっついた状態にあることである。
このように、複数の移動物体が移動により交差すると、それらに対応した変化領域は結合し、抽出部30により抽出される変化領域は、複数の変化領域が一体化した変化領域となる。
次に、交差検知部80が、移動物体の交差した状態を検知する動作を、図6および図7を参照しながら、以下に説明する。
まず、ステップS10において、交差検知部80は、現時点の入力画像において、ある移動物体の予測領域と他の移動物体の予測領域との交差部分があるのかを判断し、該交差部分がある場合には、この交差部分に変化領域があるのかどうかを判断する。
もし、予測領域同士が交差部分を有する移動物体の組み合わせが存在する場合には、交差検知部80は、次に、予測領域同士の交差部分に、現時点の入力画像の移動物体から抽出された変化領域があるのかを調べる。
一方、これらの移動物体の予測領域が交差部分を有さないか、または、交差部分を有していても、予測領域同士の交差部分に移動物体の変化領域がない場合には、交差検知部80はNoと判断して、ステップS17の次に進む。
次に、ステップS16に進む。
一方、交差した状態にあると検知された移動物体に追跡用テンプレートが既に生成されている場合には、次にステップS17の次に進む。
更新部50は、図1に示すように、背景画像更新手段51と、テンプレート更新手段52とを有している。
カメラ61の視野の状況には、例えば、日照変動により、明るさまたは影の形状などに経時変化がある。そこで、視野内に移動物体が存在しないという条件のもと、背景画像更新手段51により、背景画像が更新される。上記基準としては、例えば、所定の時間間隔を用いてもよい。
この方法では、ある一定の間隔(例えば5フレームごとなど)をあけて、追跡用テンプレートの更新処理が行われる。
この方法では、マッチング手段42により得られた上記最大マッチングスコアの値が、所定の値以下になった場合に、追跡用テンプレートの更新処理が行われる。つまり、過去の時点の最大マッチングスコアと比べて現時点での最大マッチングスコアが減少して、追跡用テンプレートが有する誤差が大きくなったと判断された場合に、追跡用テンプレートが更新される。
マッチング手段42でヒストグラムマッチング法が用いられた場合、この方法では、マッチング手段42によって上記最大マッチングスコアが得られた位置における入力画像の輝度ヒストグラムと、追跡用テンプレートの輝度ヒストグラムとを用いて、各輝度ヒストグラムに重みづけをして線形和をとり、この線形和を更新された追跡用テンプレートとすることもできる。
詳述すると、複数の追跡用テンプレートの中から基準となる基準追跡用テンプレートを選択し、この基準追跡用テンプレートから所定の距離以上を離れた、乖離テンプレートを、基準追跡用プレートの位置を加味して、この乖離テンプレートの位置を修正する。上記基準追跡用テンプレートとしては、例えば最大マッチングスコアが最も高い値を有する追跡用テンプレートを選択することが、関連付けられている移動物体の動きを適切にとらえる観点から好ましい。上記乖離テンプレートの位置の修正方法としては、例えば、乖離テンプレートの位置の変化量(例えば重心の位置の変化量)と、基準追跡用テンプレートの変化量とに、所定の重みを付けて線形和をとる方法が挙げられる。この重みは、固定値でもよいし、または、基準追跡用テンプレートと乖離テンプレートとの間の距離にしたがって大きくしてもよい。また上記重みは、追跡用テンプレートごとに異なった値を有していてもよい。
出力部70は、本装置1の処理の結果などを外部に出力する。出力部70は、画面、プリンタ、出力インターフェースなどの出力手段を有している。本装置1が、監視装置の一部として用いられている場合には、移動物体に関する追跡結果が、監視装置本体に、出力部70から出力される。追跡結果の内容は、具体的には、移動物体の番号、移動物体から抽出された変化領域の番号、各時点における位置および速度などの情報がある。また、追跡している移動物体の動きが、所定の基準にしたがって異常と判断される場合には、異常の警報を、出力部70から出力してもよい。
制御部10は、記憶部20に記憶されているプログラムに基づいて、上述した各構成要素の処理を制御する。また制御部10は、外部から入力される画像などのデータを、入力部60により入力する処理を制御し、追跡結果などの情報を、出力部70から外部に出力する処理を制御する。
一方、移動物体が交差した状態にない場合には、ステップS114において、第2追跡部90が、この移動物体の追跡処理を行った後、S111の後ろに進み次の移動物体の追跡処理を行う。
一方、既に追跡用テンプレートが生成されている場合には、そのままステップS108に進む。
図10(a)に示すように、もし、1つの変化領域に、ある移動物体に関連づけられている全ての追跡用テンプレートが対応しているのならば、S200の判断はYesであり、次に、ステップS204の前に進む。
図10(a)に示す例では、移動物体M1から抽出された変化領域S1には、移動物体に関連づけられている全ての追跡用テンプレートM1−1、M1−2、M1−3が対応している。
図10(b)に示す例では、移動物体M1から抽出された変化領域S1に、2つの追跡用テンプレートM1−1、M1−2が対応しており、移動物体M2から抽出された変化領域S2に、追跡用テンプレートM1−3が対応している。この追跡用テンプレートM1−3は、移動物体M1に関連づけられていた追跡用テンプレートである。実際には、この段階では、変化領域S1が移動物体M1に対応しており、変化領域S2が移動物体M2に対応しているとは判断されていない。
図10(c)に示す例では、変化領域S1に対応している追跡用テンプレートM1−1、M1−2の重みが、それぞれ、0.7、1.2であり、変化領域S2に対応している追跡用テンプレートM1−3の重みが、1.0となっている。
図10(d)に示す例では、変化領域S1に関する評価値は、1.9であり、変化領域S2に関する評価値は1.0である。
図10(e)に示す例のように、変化領域S1が、追跡用テンプレートM1−1およびM1−2と対応付けられることにより、変化領域S1が移動物体M1であると判断される。
この移動物体M1のように、追跡を誤って追跡用テンプレートの数が減少した場合には、残された追跡用テンプレートを参照して、テンプレート生成手段33により、新たな追跡用テンプレートを生成して移動物体M1に関連づけてもよい。
図12に示す例では、追跡情報記憶領域22に記憶されている記憶内容として、時点、移動物体番号、変化領域番号、移動物体に対応づけられている追跡用テンプレート番号、状況および追跡状態が示されている。
追跡情報記憶領域22には、移動物体M1に関連した情報として、移動物体番号、変化領域番号が記憶される。また、こうした状況と、追跡開始の状態が記憶される。
この状態は判定手段43により、交差状態と判定され、追跡情報記憶領域22には、図12に示すように、時点T3の状況が、交差と記憶される。
そして、移動物体M1および移動物体M2の追跡処理は、第2追跡部90から第1追跡部40に引き継がれる。
そして、移動物体M1および移動物体M2の追跡処理は、第1追跡部40から第2追跡部90に引き継がれる。つまり、個別の移動物体M1、M2の追跡が、公知の追跡方法により継続される。
また、本発明は、交差した状態にある1つの移動物体に複数の追跡用テンプレートを生成して関連付け、この複数の追跡用テンプレートを用いて、交差した状態にある該移動物体それぞれを追跡することにより、交差の前後にわたり、移動物体それぞれを正確に追跡することができる。特に、複数の追跡用テンプレートを用いて、追跡することにより、追跡精度をさらに高めることができる。また、本発明は、交差した状態にない移動物体については、処理負担の少ない追跡方法を用いることにより、移動物体を追跡する全体としての画像処理の負担を少なくできる。
10 制御部
20 記憶部
21 背景画像記憶領域
22 追跡情報記憶領域
23 過去画像記憶領域
30 抽出部
31 差分処理手段
32 ラベリング手段
33 テンプレート生成手段
40 第1追跡部
41 予測手段
42 マッチング手段
43 判定手段
50 更新部
51 背景画像更新手段
52 テンプレート更新手段
60 入力部
61 カメラ
70 出力部
80 交差検知部
90 第2追跡部
Claims (4)
- 順次入力される入力画像から同一移動物体を追跡部にて追跡する移動物体追跡装置であって、
前記入力画像中における複数の前記移動物体が交差した状態を検知する交差検知部と、
前記移動物体に関連づけられるテンプレートを生成するテンプレート生成手段とを有し、
前記テンプレート生成手段は、前記交差検知部が交差した状態を検知すると、前記交差した状態が生じる以前の画像を用いて、前記交差した状態の前記移動物体それぞれに複数の前記テンプレートを生成し、
前記追跡部は、前記交差検知部が交差した状態を検知すると、前記複数のテンプレートを用いて、前記交差した状態の前記移動物体それぞれを追跡する第1追跡部を具備することを特徴とする移動物体追跡装置。 - 前記テンプレート生成手段は、前記交差した状態の前記移動物体それぞれに対して、該交差した状態における他の移動物体と重なっている部分を含まないように、前記テンプレートを生成する請求項1に記載の移動物体追跡装置。
- 前記入力画像から前記移動物体に起因する変化領域を抽出する抽出部と、
前記変化領域から異なる複数の前記テンプレートを生成する前記テンプレート生成手段と、
前記移動物体と前記複数のテンプレートとを関連づけて記憶した記憶部と、を有し、
前記第1追跡部は、前記記憶部に記憶している前記テンプレートと前記入力画像との類似したテンプレート候補を抽出するマッチング手段と、前記テンプレート候補が前記入力画像にて抽出された変化領域に対応づくか否かを判定する判定手段と、を有し、
前記判定手段が対応づくと判定したテンプレート候補にて前記記憶部のテンプレートを更新する更新手段を有する請求項1または2に記載の移動物体追跡装置。 - 前記交差検知部は、前記入力画像において現時点以前において追跡されている複数の移動物体が現時点における予測領域が交差しており、該交差部分が現時点の入力画像における変化領域と重なることを少なくとも交差検知の条件とする請求項1から3のいずれか一項に記載の移動物体追跡装置。
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