JP5760090B2 - 生体認識装置 - Google Patents

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Description

本発明は、赤外線カメラによる撮像画像に基づいて生体を認識する生体認識装置に関する。
従来より、例えば車両に搭載された赤外線カメラにより撮像された車両周囲の撮像画像(グレースケール画像)を、所定の輝度閾値により2値化することにより、輝度閾値以上の輝度を有する生体(歩行者、野生動物等)の画像部分を抽出して、車両の周辺に存在する生体を認識するようにした装置が知られている(例えば、特許文献1参照)
特開2003−284057号公報
赤外線カメラとして、背景と対象物(生体等の監視対象物)間の温度差に応じて、背景よりも対象物の温度が高いほど対象物の画像部分の輝度が高くなり、背景よりも対象物の温度が低いほど対象物の画像部分の輝度が低くなる特性(以下、AC特性という)を有する赤外線カメラが用いられている。
AC特性の赤外線カメラを用いた場合、例えば、外気温が生体の温度よりも高い状況では、赤外線カメラによる撮像画像において、生体の画像部分の輝度が背景の画像部分よりも低くなる。そしてこの場合には、赤外線カメラの撮像画像を2値化した2値画像の白領域(高輝度領域)から、生体の画像部分を抽出して生体を認識することが困難になる。
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、生体が置かれた環境により、赤外線カメラの撮像画像に基づく生体の認識が困難になることを抑制した生体認識装置を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、赤外線カメラを用いて、背景と対象物間の温度差に応じて、背景よりも対象物の温度が高いほど対象物の画像部分の輝度が高くなり、背景よりも対象物の温度が低いほど対象物の画像部分の輝度が低くなる特性を有する撮像画像を取得する撮像画像取得部と、
前記撮像画像において、輝度についての第1閾値と該第1閾値よりも高い第2閾値とを設定し、輝度が前記第1閾値以下である領域の面積が、輝度が前記第1閾値よりも高い領域の面積よりも大きいか否かに関わらず、輝度が前記第1閾値以下である領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出する第1の生体画像抽出処理と、前記撮像画像の前記第1の生体画像抽出処理を行った範囲と同一の範囲に対して、輝度が前記第2閾値以上である領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出する第2の生体画像抽出処理とを実行する生体画像抽出部と、
前記生体画像抽出部により抽出された対象物の画像部分に基づいて、生体の存在を認識する生体認識部と
を備えたことを特徴とする(第1発明)。
第1発明によれば、前記生体画像抽出部は、前記撮像画像において輝度が前記第1閾値以下である領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出する第1の生体画像抽出処理を実行する。これにより、生体の温度が周囲の温度よりも低く、前記撮像画像における生体の画像部分の輝度が背景よりも低くなった状況においても、生体と想定される対象物の画像部分を抽出して、前記生体認識部により生体の存在を認識することができる。そのため、生体が置かれた環境により、赤外線カメラの撮像画像に基づく生体の認識が困難になることを抑制することができる。
また、前記生体画像抽出部は、前記第1の生体画像抽出処理と共に前記第2の生体画像抽出処理を実行することにより、生体の温度が周囲温度よりも低い場合と、生体の温度が周囲温度よりも高い場合の双方の状況において、生体と想定される対象物の画像部分を前記撮像画像から抽出することができる。
さらに、前記生体画像抽出部は、前記撮像画像の前記第1の生体画像抽出処理を行った範囲と同一の範囲に対して、前記第2の生体画像抽出処理を実行する。
なお、本発明における背景とは、赤外線カメラにより対象物を撮像するときに、対象物の背後に存在する物体(建物の壁面、路面等)を意味する。また、前記特性を有する撮像画像としては、前記特性を有する映像を出力する赤外線カメラによる撮像画像や、撮像対象の温度が高いほど対応する画素の輝度が高くなる通常の赤外線カメラの画像に、映像フィルタ処理等を施して前記特性をもたせた撮像画像を用いることができる。
また、第1発明において、前記生体画像抽出部は、前記撮像画像の各画素の輝度を反転させた反転撮像画像を生成し、該反転撮像画像において輝度が前記第1閾値に対応する反転閾値以上である領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出することによって、前記第1の生体画像抽出処理を実行することを特徴とする(第2発明)。
第2発明によれば、前記生体画像抽出部は、前記反転撮像画像に対して、高輝度の画像部分を抽出する一般的な画像部分の抽出処理を行うことで、前記撮像画像から低輝度の画像部分を抽出することができる。そのため、前記撮像画像から低輝度の画像部分を抽出するための処理プログラムを別個に用意する必要がない。
なお、各画素の輝度を反転させるとは、各画素の輝度を輝度範囲の最大値から減じて、輝度範囲の最小値からの高さを表していた各画素の輝度を、輝度範囲の最大値までの残りの高さに相当する輝度に置き換えることを意味する。
また、第1発明又は第2発明において、前記生体画像抽出部は、前記撮像画像の輝度分布に応じて、前記第1閾値と前記第2閾値とを設定することを特徴とする(第発明)。
発明によれば、前記撮像画像の輝度分布から、低輝度の対象物の画像部分と高輝度の対象物の画像部分を、効率良く抽出するための前記第1閾値と前記第2閾値を決定することができる。
また、第1発明から第発明のうちのいずれかにおいて、外気温を検出する外気温センサを備え、前記生体画像抽出部は、前記外気温センサの検出温度が所定温度以上であるときに、前記第1の生体画像抽出処理を実行することを特徴とする(第発明)。
発明によれば、外気温が前記所定温度以上であって、生体の温度よりも外気温の方が高くなった状況下において、前記第1の生体画像抽出処理を実行することにより、前記撮像画像において輝度が前記第1閾値以下である領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出することができる。
また、第1発明から第発明のうちのいずれかにおいて、降雨を検知する降雨検知部を備え、前記生体画像抽出部は、前記降雨検知部により降雨が検出されているときに、前記第1の生体画像抽出処理を実行することを特徴とする(第発明)。
発明によれば、降雨により生体の温度が周囲温度よりも低くなった状況下において、前記第1の生体画像抽出処理を実行することにより、前記撮像画像かにおいて輝度が前記第1閾値以下である領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出することができる。
また、第1発明から第発明のうちのいずれかにおいて、前記生体画像抽出部は、前記撮像画像のコントラストが所定幅以下であるときに、前記第1の生体画像抽出処理を実行することを特徴とする(第発明)。
発明において、前記撮像画像のコントラストが前記所定幅以下まで低くなっているときには、対象物及びその周囲の全てが高温の状況であると想定される。そして、このような状況では、通常時は高輝度になっている生体の画像部分が、低輝度になっている可能性が高い。そこで、この場合に、前記第1の生体画像抽出処理を実行することにより、低輝度の生体の画像部分が抽出されることが期待できる。
生体認識装置の実施形態の説明図。 生体認識装置の構成図。 対象物抽出処理のフローチャート。 2値化閾値の設定の説明図。 反転撮像画像の説明図。
本発明の生体認識装置の実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。図1を参照して、本実施形態の生体認識装置10は、車両1に搭載して使用される。生体認識装置10は、左カメラ21及び右カメラ22の撮像画像に基づいて、車両1の前方に存在する生体(歩行者、野生動物等)を認識する。
生体認識装置10は、車両1と車両1の前方に存在する対象物間の距離を所定の制御周期毎に検出して、対象物の位置を追跡し、対象物が車両1と接触するおそれがあるときに、表示器42に警報表示を行うと共にスピーカ41から警報音を出力する注意喚起処理を行って、車両1の運転者に対象物に対する注意を促す。
生体認識装置10は、左カメラ21及び右カメラ22の撮像範囲AR0内の、車両1の進行方向に設定したZ軸のZ1よりも近い領域に設定されて、車両1の車幅方向に設定したX軸方向に車両1の幅αに左右の余裕βを加えた幅をもつ接近判定領域AR1内にある対象物(図1ではP1を例示)を認識したときに、注意喚起処理を行う。
また、生体認識装置10は、接近判定領域AR1の左右に設定された進入判定領域AR2,AR3内に存在する対象物(図1ではP2,P3を例示)が、接近判定領域AR1内に進入する可能性があるときにも、注意喚起処理を行う。
左カメラ21及び右カメラ22は、背景と対象物間の温度差に応じて、背景よりも対象物の温度が高いほど対象物の画像部分の輝度が高くなり、背景よりも対象物の温度が低いほど対象物の画像部分の輝度が低くなる特性(AC特性)を有する赤外線カメラである。
左カメラ21及び右カメラ22は、車両1の横方向(車幅方向,X軸方向)の中心軸(Z軸)に対してほぼ対称な位置に配置されている。そして、左カメラ21と右カメラ22は、光軸が互いに並行となり、路面からの高さが等しくなるように固定されている。
次に、図2を参照して、生体認識装置10には、左カメラ21及び右カメラ22の映像信号が入力される。また、生体認識装置10には、車両1に搭載されたヨーレートセンサ31、車速センサ32、ブレーキセンサ33、及び外気温センサ34の各検出信号と、ワイパー35の作動状況を示す信号が入力される。さらに、生体認識装置10から出力される制御信号により、スピーカ41の出力と表示器42の表示が制御される。
生体認識装置10は、図示しないCPU、メモリ、インターフェース回路等により構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持された生体認識用のプログラムをCPUで実行することによって、左カメラ21及び右カメラ22から出力される映像信号をデジタル信号に変換し、左カメラ21及び右カメラ22による撮像画像のデータとして画像メモリ(図示しない)に保持する撮像画像取得部11、撮像画像から生体と想定される対象物の画像部分を抽出する生体画像抽出部12、ワイパー35の作動状況から降雨の有無を検知する降雨検知部13、生体画像抽出部12により抽出された対象物の画像部分から生体の存在を認識する生体認識部14、及び生体認識部14により認識された生体と車両1との接触可能性を判定する接触判定部15として機能する。
次に、図3に示したフローチャートに従って、生体認識装置10による車両1の前方に存在する生体の認識処理について説明する。生体認識装置10は、所定の制御サイクル毎に図3のフローチャートを実行して、車両1の前方に存在する生体を認識する。
図3のSTEP1は撮像画像取得部11による処理である。撮像画像取得部11は、左カメラ21及び右カメラ22から出力される映像信号をデジタル信号に変換し、左カメラ21及び右カメラ22の撮像画像(グレースケール画像)として画像メモリに保持する。
続くSTEP2〜STEP5及びSTEP20〜STEP22は、生体画像抽出部12による処理である。本実施形態では、生体画像抽出部12は、右カメラ22の撮像画像(以下では、単に撮像画像という)について、STEP2〜STEP5及びSTEP20〜STEP22の処理を実行する。
STEP2で、生体画像抽出部12は、撮像画像の輝度ヒストグラム(本発明の輝度分布に相当する)により、2値画像を生成するための第1閾値Yth1及び第2閾値Yth2を設定する。図4は、撮像画像の輝度ヒストグラムの例を、横軸を輝度に設定し、縦軸を各輝度を有する画素の出現頻度(画素の個数)に設定して示したものである。
図4の輝度ヒストグラムでは、頻度のピークが2個あり(Y1,Y2)、生体画像抽出部12は、低輝度側のピークY1に対応する画像部分を抽出するための2値化閾値である第1閾値Yth1と、高輝度側のピークY2に対応する画像部分を抽出するための2値化閾値である第2閾値Yth2を設定する。
第1閾値Yth1により、輝度が第1閾値Yth1以下である画素を黒(0)とし、輝度が第1閾値Yth1よりも高い画素を白(1)とする2値化処理を行うことで、2値画像の黒領域から、ピークY1に対応する画像部分を抽出することができる。そのため、外気温が生体の温度よりも高く、撮像画像において、生体の画像部分の輝度が背景の輝度よりも低くなっているような場合に、生体の画像部分を抽出することが可能になる。
また、第2閾値Yth2により、輝度が第2閾値Yth2以下である画素を黒(0)とし、輝度が第2閾値Yth2よりも高い画素を白(1)とする2値化処理を行うことで、2値画像の白領域から、ピークY2に対応する画像部分を抽出することができる。そのため、外気温が生体の温度よりも低く、撮像画像において、生体の画像部分の輝度が背景よりも高くなる一般的な状況下で、歩行者の画像部分を抽出することが可能になる。
次のSTEP3で、生体画像抽出部12は、第2閾値Yth2により2値画像(第2の2値画像)を生成する。また、STEP4で、生体画像抽出部12は、第2の2値画像の白領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出する。
ここで、生体と想定される対象物の画像部分とは、高さ、幅、路面からの高さ、輝度平均値、輝度分散等が、予め設定された範囲内(歩行者、野生動物等の生体を想定して設定される)である画像部分である。なお、STEP3〜STEP4の処理は、本発明の第2の生体画像抽出処理に相当する。
続くSTEP5で、生体画像抽出部12は、外気温センサ34により検出される外気温が所定温度以上であるか否かと、降雨検知部13により降雨が検知されているか否かを判断する。そして、外気温が所定温度以上であるか、又は降雨が検知されているときは、STEP20に分岐し、外気温が所定温度未満であり、且つ降雨が検知されていないときには、STEP6に進む。
STEP20に分岐した場合は、外気温が所定温度以上であって外気温が生体の温度よりも低くなるか、或いは、降雨により生体の温度が周囲温度よりも低くなって、撮像画像において、生体の画像部分の輝度が背景よりも低くなっている可能性がある。
そこで、この場合に、生体画像抽出部12は、STEP20〜STEP22により、撮像画像から輝度が低い対象物の画像部分を抽出する。STEP20で、生体画像抽出部12は、撮像画像の各画素の輝度を反転させた反転撮像画像を生成する。
ここで、図5は、撮像画像(原画像)50と、撮像画像50の各画素の輝度を反転させた反転撮像画像60を示したものである。撮像画像50においては、生体(歩行者)の画像部分51の輝度が背景よりも低くなっているが、反転撮像画像60においては、生体の画像部分61の輝度が背景よりも高くなっている。
なお、各画素の輝度の反転は、輝度の最大値から各画素の輝度を減じることにより行う。例えば、8bit諧調(輝度範囲:0〜255)の場合は、以下の式(1)により輝度を反転させる。
Yc=255−Y ・・・・・ (1)
但し、Yc:反転後の各画素の輝度、Y:撮像画像での各画素の輝度。
次のSTEP21で、生体画像抽出部12は、反転撮像画像を、第1閾値Yth1を反転した反転閾値Ythc(=輝度の最大値−Yth1)により2値化して、2値画像(反転2値画像)を生成する。反転2値画像は、撮像画像を第1閾値Yth1で2値化して生成した2値画像(第1の2値画像)の、白の画素と黒の画素を入れ替えたものになる。
そして、続くSTEP22で、生体画像抽出部12は、上述したSTEP4と同様の処理により、反転2値画像の白領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出して、STEP6に進む。
このように、反転2値画像を生成することによって、第1の2値画像の黒領域から対象物の画像部分を抽出する処理を、反転2値画像の白領域から対象物の画像部分を抽出する処理に置き換えることができる。なお、STEP20〜STEP22の処理は、本発明の第1の生体画像抽出処理に相当する。
この場合、2値画像から対象物の画像部分を抽出するためのプログラムとしては、2値画像の白領域から対象物の画像部分を抽出するプログラムのみをメモリに保持すればよく、2値画像の黒領域から対象物の画像部分を抽出するプログラムを別途用意する必要はない。そのため、生体を認識するためのプログラムを簡素化してプログラム容量を少なくすることができる。
STEP6〜STEP7は、生体認識部14及び接触判定部15による処理である。生体認識部14は、STEP6で、生体画像抽出部12により対象物の画像部分が抽出されたか否かを判断する。そして、対象物の画像部分が抽出されたときはSTEP7に進み、対象物の画像部分が抽出されなかったときには、STEP8に分岐して処理を終了する。
STEP7で、生体認識部14は、生体画像抽出部12により抽出された対象物の画像部分から、実空間における対象物の位置を認識する。この認識処理は、例えば上掲した特開2003−284057号公報に記載されている手法により、左カメラ21の撮像画像と右カメラ22の撮像画像間における対象物の画像の視差から算出される車両1と対象物間の距離に基づいて、撮像画像における対象物の画像部分の位置(カメラ座標)を、実空間位置(実空間座標)に変換することにより行う。
接触判定部15は、対象物の位置が接近判定領域AR1(図1参照)内であるとき、及び、車速センサ32により検出される車両1の走行速度、及びヨーレートセンサ31により検出される車両1のヨーレートを用いて算出した対象物の移動ベクトルから、対象物が進入判定領域AR2,AR3(図1参照)内から接近判定領域AR1に進入する可能性があるときに、表示器42に警報表示を行うと共にスピーカ41から警報音を出力する注意喚起処理を行う。
接触判定部15は、この注意喚起処理により、車両1の運転者に対象物に対する注意を促し、STEP8に進んで処理を終了する。なお、ブレーキセンサ33(図2参照)により、運転者によるブレーキ操作が検出されているときには、運転者が対象物の存在を認識して、接触を回避しようとしていると判断できるため、接触判定部15は、注意換気処理を行わない。
なお、本実施形態において、生体画像抽出部12は、図3のSTEP20〜STEP22の処理により、反転2値画像を生成して、反転2値画像の白領域から、撮像画像において輝度が背景よりも低くなった対象物の画像部分を抽出したが、反転2値画像を生成せずに、第1の2値画像(撮像画像を第1閾値Yth1で2値化した2値画像)の黒領域から、この対象物の画像部分を抽出するようにしてもよい。
また、本実施形態において、生体画像抽出部12は、図3のSTEP5で、外気温が所定温度以上、又は降雨が検知されているときに、STEP20に分岐して低輝度の画像部分を抽出する処理を行ったが、STEP5の条件を判断せずに、常にSTEP20以降の低輝度の画像部分を抽出する処理を行うようにしてもよい。
また、本実施形態では、図3のSTEP2において、生体画像抽出部12は、撮像画像の輝度ヒストグラムに基いて、第1閾値Yth1と第2閾値Yth2を設定したが、他の条件(外気温等)に応じて、第1閾値Yth1と第2閾費Yth2を設定してもよい。
また、本実施形態では、図3のSTEP3〜STEP4、及びSTEP20〜STEP22の処理により、2値画像を生成して、2値画像から対象物の画像部分を抽出したが、2値画像を生成せずに、撮像画像(グレースケール画像)から直接、輝度が第1閾値以下である領域から対象物の画像部分を抽出し、また、輝度が第2閾値以上である領域から対象物の画像部分を抽出するようにしてもよい。
また、本実施形態において、降雨検知部13は、ワイパー35の作動状況から降雨の有無を検知したが、雨滴センサにより降雨を検知してもよく、或いは、通信により天候情報を受信して降雨を検知するようにしてもよい。
また、本実施形態では、生体認識装置10を車両1に搭載した例を示したが、生体認識装置を道路や施設の出入口等に設ける場合にも、本発明の適用が可能である。
また、本実施形態では、図3のSTEP5で、外気温が所定温度以上であるときと、降雨が検知されたときに、STEP20に分岐して、反転撮像画像を用いて対象物の画像部分を抽出したが、さらに、撮像画像のコントラストが所定幅以下であるときにも、反転撮像画像を用いて対象物の画像部分を抽出するようにしてもよい。
また、本実施形態では、背景と対象物間の温度差に応じて、背景よりも対象物の温度が高いほど対象物の画像部分の輝度が高くなり、背景よりも対象物の温度が低いほど対象物の画像部分の輝度が低くなる特性(AC特性)を有する赤外線カメラ21,22を用いたが、撮像物の温度に応じて対応する画素の輝度が高くなる通常の赤外線カメラを用いてもよい。この場合には、赤外線カメラの画像に映像フィルタ処理等を施して、AC特性と同様の特性を有する撮像画像を生成すればよい。
また、本実施の形態では、左カメラ21及び右カメラ22という2台のカメラ(ステレオカメラ)を用いたが、1台のカメラ(単眼カメラ)による構成を採用してもよい。この場合には、単眼カメラによる時系列画像間での同一物体の画像部分の大きさの変化率等に基づいて、車両と対象物間の距離を検出すればよい。
1…車両、10…生体認識装置、11…画像取得部、12…生体画像抽出部、13…降雨検知部、14…生体認識部、15…接触判定部、21…左カメラ、22…右カメラ、31…ヨーレートセンサ、32…車速センサ、33…ブレーキセンサ、34…外気温センサ、35…ワイパー、41…スピーカ、42…表示器。

Claims (6)

  1. 赤外線カメラを用いて、背景と対象物間の温度差に応じて、背景よりも対象物の温度が高いほど対象物の画像部分の輝度が高くなり、背景よりも対象物の温度が低いほど対象物の画像部分の輝度が低くなる特性を有する撮像画像を取得する撮像画像取得部と、
    前記撮像画像において、輝度についての第1閾値と該第1閾値よりも高い第2閾値とを設定し、輝度が前記第1閾値以下である領域の面積が、輝度が前記第1閾値よりも高い領域の面積よりも大きいか否かに関わらず、輝度が前記第1閾値以下である領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出する第1の生体画像抽出処理と、前記撮像画像の前記第1の生体画像抽出処理を行った範囲と同一の範囲に対して、輝度が前記第2閾値以上である領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出する第2の生体画像抽出処理とを実行する生体画像抽出部と、
    前記生体画像抽出部により抽出された対象物の画像部分に基づいて、生体の存在を認識する生体認識部と
    を備えたことを特徴とする生体認識装置。
  2. 請求項1に記載の生体認識装置において、
    前記生体画像抽出部は、前記撮像画像の各画素の輝度を反転させた反転撮像画像を生成し、該反転撮像画像において輝度が前記第1閾値に対応する反転閾値以上である領域から、生体と想定される対象物の画像部分を抽出することによって、前記第1の生体画像抽出処理を実行することを特徴とする生体認識装置。
  3. 請求項1又は2に記載の生体認識装置において、
    前記生体画像抽出部は、前記撮像画像の輝度分布に応じて、前記第1閾値と前記第2閾値とを設定することを特徴とする生体認識装置。
  4. 請求項1からのうちのいずれか1項に記載の生体認識装置において、
    外気温を検出する外気温センサを備え、
    前記生体画像抽出部は、前記外気温センサの検出温度が所定温度以上であるときに、前記第1の生体画像抽出処理を実行することを特徴とする生体認識装置。
  5. 請求項1からのうちのいずれか1項に記載の生体認識装置において、
    降雨を検知する降雨検知部を備え、
    前記生体画像抽出部は、前記降雨検知部により降雨が検出されているときに、前記第1の生体画像抽出処理を実行することを特徴とする生体認識装置。
  6. 請求項1からのうちのいずれか1項に記載の生体認識装置において、
    前記生体画像抽出部は、前記撮像画像のコントラストが所定幅以下であるときに、前記第1の生体画像抽出処理を実行することを特徴とする生体認識装置。
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