JP6581280B1 - 監視装置、監視システム、監視方法、監視プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態の監視装置100の構成を示すブロック図である。
なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な構成を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
撮影部110は、監視対象領域を撮影する、いわゆる監視カメラである。図2には、撮影部110が天井に取り付けられている例を示したが、取り付け場所は、監視対象領域に応じて適宜変更可能である。
本実施形態の撮影部110は、撮像素子111と、撮影レンズ112と、画像処理部113とを備えている。
演算処理部120は、撮影部110から画像データを受信可能なように撮影部110と接続されている。この接続には、専用の通信ケーブルを利用した有線接続としてもよいし、有線LANを用いてもよい。さらに、有線接続に限らず、無線LANや近距離無線通信、携帯電話回線等の各種無線通信を用いてもよい。また、演算処理部120は、撮影部110の近傍に配置せずに、撮影部110から離れた遠隔地に配置してもよい。
第1実施形態の演算処理部120は、座標設定部121と、入力部122と、監視対象特定部123と、位置特定部124と、異常行動検出部125とを備えている。
また、入力部122は、撮影部110が撮影する映像光の光軸の向き(鉛直方向(Z方向)に対する角度α)の入力を受け付ける。
入力部122は、演算処理部120に設けられたキーボード等の汎用の入力装置を介して入力される値を受け付けてもよいし、設定値が保存された記憶媒体を介して入力される値を受け付けてもよいし、ネットワーク等を介して入力される値を受け付けてもよい。
位置特定部124は、監視対象特定部123が特定した監視対象の実際の位置を、座標設定部121が設定した座標に基づいて特定する。
異常行動検出部125は、位置特定部124が特定した監視対象の実際の位置に基づいて、監視対象が異常行動を行っているか否かを判断する。
監視対象特定部123、位置特定部124、異常行動検出部125の具体的な動作については、後述する。
なお、上記における「監視対象の実際の位置」とは、「監視対象」が実際に存在している「監視領域」を構成する3次元空間内において、特定の座標で規定することができる監視対象の位置のことを言う。
上述したように、座標設定部121は、撮影部110が撮影した撮影画像中の床面又は地面に相当する位置を実寸法と関連付けて特定可能な座標を設定する処理を行う。この座標設定部121が行う座標の設定は、監視を実行するよりも先に行われることが好ましい。より具体的には、座標設定部121が行う座標の設定は、例えば、監視装置100を設置したときに適切に行われていることが好ましく、これにより、その後、撮影部110の配置を変更したりしない限り、再度の設定を不要とすることができる。
この座標設定部121が設定する座標とは、撮影部110が撮影する撮影画像中において、ある任意の位置を特定し、その位置が床面又は地面にあるとしたときに、その床面又は地面が実際の監視領域の空間においてどの位置に相当するのか特定可能な座標である。すなわち、この設定される座標上の位置は、実寸法と関連付けて設定される。
撮影部110が撮影する撮影画像は、二次元の画像情報であることから、撮影画像中である位置を選択(特定)したとしても、実際の三次元空間上のどの位置であるのかを特定することができない。しかし、床面、又は、地面上に実寸法と関連付けた座標を設定した上で、撮影画像中で選択(特定)する位置を、床面、又は、地面であると限定すれば、撮影画像中で選択(特定)された位置が実空間(監視領域)のどの位置の床面、又は、地面であるのかを特定可能となる。そこで、座標設定部121は、床面、又は、地面に対応させた座標を設定する。
図2に示すように、撮影部110が撮影する撮影画像中における、中心位置に存在する床面又は地面の実際の中心位置PO、すなわち、撮影レンズ112の光軸Oが床面又は地面と交わる中心位置POは、幾何学的に特定可能である。具体的には、撮影部110が設置されている位置の床面又は地面からの高さhと、光軸Oの向きを特定可能な角度α(光軸Oと鉛直方向Gとのなす角度)とを取得できれば、撮影部110の真下の位置から位置POまでの距離LOを求めることができる。また、垂直方向画角θは、撮像素子111のサイズと撮影レンズ112の諸元から一義的に決まる既知の値であるので、中心位置POから撮影範囲の最近点P1までの距離L1と、中心位置POから撮影範囲の最遠点P2までの距離L2とについても、幾何学的に求めることができる。同様に、これらの中間の任意の位置についても、画像中の位置と実際の位置(実寸法、実距離)とを関連付けることができる。
また、上述した奥行方向(図中のY方向)と同様に、左右方向(図中のX方向)についても、画像中の位置と実際の位置(実寸法、実距離)とを関連付けることができる。
したがって、座標設定部121は、撮影画像中に実際の位置と関連付けされた座標を設定することが可能である。
座標設定部121が設定する座標は、床面501(又は地面)が無限に広がっていると仮定して設定されるので、これを説明するために、あえて壁面502や陳列棚503等に対してもグリッドを重ねて表示した。
撮影画像では、実寸法が同じであっても、近くの位置よりも遠くの位置の方が小さく見える。よって、設定された座標において、実寸法上で等間隔のグリッドは、遠方の方が小さくなるように設定される。このように、本実施形態の座標設定部121が設定する座標は、実際の位置(実寸法、実距離)と関連付けられている。
ここで、本実施形態の撮影部110は、赤外線等を照射して距離測定を行う距離測定部に相当する構成を備えていない。したがって、特に高さhに関しては、監視装置100が自動的に得られる値ではない。撮影部110が設置される高さは、監視を行う現場に応じて様々である。
そこで、本実施形態の監視装置100では、入力部122が高さhの入力を受け付けることで、適切な高さhを取得する。
なお、光軸Oの向きを変更できない簡素な構成の撮影部110の場合には、この角度αは、その規定値を用いればよいので、入力部122による角度αの入力を省略可能である。
図5は、第1実施形態の監視装置100の動作の流れを示すフローチャートである。
ステップ(以下、Sとする)11では、座標設定部121が、座標設定処理を行う。
図6は、第1実施形態における座標設定処理の動作の流れを示すフローチャートである。
S101では、入力部122が、高さhと角度αの入力を受け付ける。
S102では、座標設定部121が、座標を設定する座標設定処理を行い、座標設定処理を終了する。
なお、第1実施形態では、上述したように、入力部122を用いて、高さhと角度αの入力が行われれば、上述したように座標の演算自体は、容易であるので、ここでの重複する説明は省略する。
図7は、監視撮影における撮影画像の一例を示す図である。
図8は、図7の撮影画像の例において、監視対象を検出して、その結果を座標のグリッドとともに撮影画像と重ねて表示した例である。
なお、表示部は、監視装置100において必須の要件ではないが、ここでは理解を容易にするために、表示例を示す。
OpenPoseを用いれば、撮影画像中から人物を抽出できるだけなく、図7に示すように人物の骨格Bを大まかにではあるが抽出できる。
図9は、抽出した監視対象の骨格Bと座標のグリッドとを重ねて示した図である。
位置特定部124は、図9に示すように、骨格Bの足下の位置が、どの座標にあるかによって、監視対象の位置を特定する。すなわち、抽出された骨格Bの足の先端部の位置を監視対象の足下の位置と推定して、この骨格Bの足の先端部の座標位置を、監視対象の位置であると特定する。図9中には、特定した座標の対応するグリッド位置にハッチングを付して示した。
例えば、異常行動検出部125は、監視対象が進入禁止の位置に浸入したことを検知したり、一定の位置に所定時間以上留まっていること、或いは、短時間のうちに一定の位置の周囲を徘徊する行動等、を検知したりした場合等に、異常行動を行っていると判断する。なお、異常行動検出部125の上記判断例は、簡単な構成を例示したに過ぎず、様々な条件の組み合せからより高度な異常行動の検出を行うことが可能である。
なお、上述の説明では、簡単のため、監視対象を単数である例を挙げて説明したが、店舗等での使用を想定すると、監視対象は複数検出されることが通常である。したがって、本実施形態の監視装置100においても、複数の監視対象に対して対応可能である。複数の監視対象が検出された場合には、例えば、S13からS17の動作を監視対象ごとに並列で処理を行う。
図10は、第2実施形態における座標設定処理の動作の流れを示すフローチャートである。
第2実施形態は、座標設定処理の動作が異なる他は、第1実施形態と同様な形態である。よって、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
第2実施形態において座標設定処理を開始すると、S201では、高さh及び角度αの入力を行うか否かを判断する。この判断は、例えば、不図示の表示部等を利用して、作業者による選択入力の結果に応じて行われる。入力を行う場合(S201、Yes)には、S202へ進み、入力を行わない場合(S201、No)には、S204へ進む。
S202では、入力部122が、高さhと角度αの入力を受け付ける。
S203では、座標設定部121が、座標を設定する座標設定処理を行い、座標設定処理を終了する。なお、このS202,S203の動作は、第1実施形態のS101,S102と同様な処理である。
S206では、座標設定部121が、基準被写体に基づいて座標設定処理を行う。
図11は、設定用被写体を含めて背景の撮影を行った撮影画像を示す図である。図11のように、床面に置かれた設定用被写体Sの形状及び寸法が既知であることから、撮影画像中で設定用被写体Sがどのような寸法で撮影されているのかに基づいて、床面又は地面と撮影部110との位置関係と撮影部110の向きを求めることができ、精度の高い座標を設定可能である。
なお、図11では、設定用被写体Sは、正方形に形成された単純なものを床面に沿って置く例を示した。特に正方形の設定用被写体Sを用いれば、撮影画像内で認識される設定用被写体Sの各辺の寸法差に基づいて、幅方向と奥行き方向の座標系を、より簡易な演算で高精度に設定することができる。これに限らず、例えば、自動検出用のマークや目盛等が設けられた形態としてもよいし、床面に垂直に立てて配置するものであってもよい。また、設定用被写体Sは、正方形に限らず、長方形や三角形等、他の形状であってもよい。
図12は、第3実施形態の監視装置200の構成を示すブロック図である。
第3実施形態の監視装置200は、撮影部110に駆動部114と光軸検出部115とを備える点と、座標設定部121による座標設定の動作が異なる他は、第1実施形態の監視装置100と同様な構成をしている。よって、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
駆動部114は、撮影部110の向きを移動させる駆動機構である。よって、駆動部114の駆動によって、撮影レンズ112の光軸Oの向き、すなわち、撮影される監視領域を変更させることができる。駆動部114の具体的な構成については、従来から様々な構成が公知であり、そのうちのどのような構成を採用してもよい。例えば、天井に取り付けられる撮影部110においては、鉛直方向に平行な軸まわりにおける回転(φz)と、この鉛直方向の軸に直交する方向の軸(水平方向に平行な軸、例えばX軸)まわりにおける回転(φx)との2つの回転を組み合わせる構成を採用すれば、広範囲の監視が可能である。
光軸検出部115は、撮影レンズ112の光軸Oの向きを取得できるように構成されている。例えば、ロータリーエンコーダ等のセンサを備えたり、駆動部114の駆動用にステッピングモーターを用いていたりすることにより、撮影レンズ112の光軸Oの向きを取得可能である。
第3実施形態では、第1実施形態のような高さhと角度αの入力を行わず、複数回の撮影を行うことにより、座標設定を自動的に行うことが可能である。
S302では、座標設定部121が、撮影部110を制御して撮影部110を第1の方向に向けたまま第1の撮影を行う。
S304では、座標設定部121が、撮影部110を制御して撮影部110を第2の方向に向けたまま第2の撮影を行う。
また、ここでは、第1の方向と第2の方向の2方向それぞれの位置で撮影を行う例を示したが、より多くの方向で撮影を行って座標を設定してもよいし、駆動部114を駆動しながら連続的に撮影を行いながら座標を求めるようにしてもよい。
図14は、第4実施形態の監視装置400の構成を示すブロック図である。
第4実施形態は、第1実施形態の座標設定部121が行なう座標設定に相当する処理を行なわずに、監視対象の実際の位置を特定するようにした形態である。前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
条件設定部421は、撮影部110の設置状況、より具体的には、地面(床面)と撮影部110の撮影範囲との位置関係の条件を設定する。
入力部422は、撮影部110から床面又は地面までの距離(高さh)について、外部からの入力を受け付ける。
監視対象特定部423は、監視動作中に、撮影画像中の人物等を自動的に抽出して、これを監視対象として特定し、監視を続ける。
位置特定部424は、監視対象特定部123が特定した監視対象の実際の位置を特定する。第4実施形態では、この位置特定部424の機能が、第1実施形態と大きく異なっている。
異常行動検出部425は、位置特定部124が特定した監視対象の実際の位置に基づいて、監視対象が異常行動を行っているか否かを判断する。
図15は、第4実施形態の監視装置400の動作の流れを示すフローチャートである。
S411では、条件設定部421が、条件設定処理を行う。
図16は、第4実施形態における条件設定処理の動作の流れを示すフローチャートである。
S421では、入力部122が、高さhの入力を受け付ける。
S422では、条件設定部121が、消失点Vと、消失点Vから撮影部110へ引かれる仮想直線L0が床面(又は、地面)とのなす角度β0を求める。
本実施形態では、基準被写体として、図17中の壁面Wを用いている。この壁面Wの上端部のラインL1と下端部のラインL2とは、実物では、両者が平行であって、かつ、水平に延在しているが、撮影画像中では、遠くに行くにしたがって両者の間の間隔が狭くなって撮影される。そして、これら2本のラインL1、L2を仮想的に図中の一点鎖線のように延長して交わる点が、消失点Vとなる。
消失点Vが撮影画像中で特定できたら、その消失点Vの撮影画像中における縦方向の座標値を求める。以下、この撮影画像中における縦方向の座標をSY座標、横方向の座標をSX座標と呼び、実際の空間において設定したX座標、及び、Y座標と区別することとする。したがって、SY座標、SX座標は、画素単位の数値で位置を表すことになる。
消失点Vの撮影画像中における縦方向の座標値VSYを求めたら、以下の式により、角度β0を求めることができる。なお、角度β0は、監視対象のある床面又は地面の位置から撮影部110へ向けて引いた仮想線が床面となす角度である。
β0=θY−(K×VSY) ・・・式(1)
ここで、θYは、撮影部110の縦方向(SY方向)の画角である。また、Kは、撮影部係数である。
監視対象の実際の位置を特定するためには、先ず、監視対象のY方向の実際の位置として、撮影部110直下から監視対象までのY方向の実際の距離LY(監視対象が人であれば、その足下までのY方向の距離)を求める。
図19は、撮影部110と監視対象との関係を上方から見た状態として模式的に示す図である。
図20は、撮影部110と監視対象との関係を横方向から模式的に示す図である。
先ず、図19、図20中に示した距離LYを、以下の式により求める。
β1=PSY/(PNSY/θY)−β0 ・・・式(2)
LY=h/(tan(β1)) ・・・式(3)
ここで、PSYは、撮影画像中の縦方向(SY方向)の座標値(画素数)であり、PNSYは、撮影画像全体の縦方向(SY方向)の座標値(画素数)である。
X方向の位置を考慮するために、図21に示す各寸法をさらに求める。
先ず、撮影画像のX方向における中心線Oから監視対象のSX方向の座標値(画素数)である画像中距離を求める。
PX=|PSX−(PNSX/2)| ・・・式(4)
ここで、PSXは、監視対象の撮影画像中の横方向(SX方向)の座標値(画素数)であり、PNSXは、撮影画像全体の縦方向(SY方向)の座標値(画素数)である。
β2=90−(PX×(θX/PNSX) ・・・式(5)
ここで、θXは、撮影部110のX方向における画角である。
LP=LY/sin(β2) ・・・式(6)
このようにして、本実施形態の位置特定部424は、監視対象の位置を具体的に特定することができる。
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
110 撮影部
111 撮像素子
112 撮影レンズ
113 画像処理部
114 駆動部
115 光軸検出部
120 演算処理部
121 座標設定部
122 入力部
123 監視対象特定部
124 位置特定部
125 異常行動検出部
200 監視装置
400 監視装置
420 演算処理部
421 条件設定部
422 入力部
423 監視対象特定部
424 位置特定部
425 異常行動検出部
501 床面
502 壁面
503 陳列棚
Claims (15)
- 撮影部と、
前記撮影部が撮影した撮影画像中の監視対象を特定する監視対象特定部と、
前記監視対象特定部が特定した監視対象の実際の位置を前記撮影部が撮影した撮影画像に基づいて特定する位置特定部と、
前記撮影部が撮影した撮影画像中の床面又は地面に相当する位置を実寸法と関連付けて特定可能な座標を前記撮影部が撮影した撮影画像に基づいて設定する座標設定部を備え、
前記撮影部は、
前記撮影部が撮影する映像光の光軸の向きを変更可能な駆動部と、
前記撮影部が撮影する映像光の光軸の向きを検出可能な光軸検出部と、
を備え、
前記座標設定部は、複数の異なる前記光軸の向きにおいて前記撮影部が撮影する複数の撮影画像に含まれている共通の被写体の形状、寸法、撮影画面中における位置の変化、及び、前記光軸検出部が検出した前記映像光の光軸の向きを用いて座標を設定し、
前記位置特定部は、前記座標設定部が設定した座標に基づいて監視対象の位置を特定する監視装置。 - 請求項1に記載の監視装置において、
前記座標設定部は、監視を実行するよりも先に、座標の設定を行うこと、
を特徴とする監視装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の監視装置において、
前記座標設定部は、前記撮影部から床面又は地面までの距離と、前記撮影部が撮影する映像光の光軸の向きと、前記撮影部が撮影する撮影画像の画角とを用いて座標を設定すること、
を特徴とする監視装置。 - 請求項3に記載の監視装置において、
少なくとも前記撮影部から床面又は地面までの距離について、外部からの入力を受け付ける入力部を備えること、
を特徴とする監視装置。 - 請求項4に記載の監視装置において、
前記入力部は、前記撮影部が撮影する映像光の光軸の向きの入力を受け付けること、
を特徴とする監視装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれかに記載の監視装置において、
前記座標設定部は、基準被写体を前記撮影部により撮影した撮影画像を用いて座標を設定すること、
を特徴とする監視装置。 - 請求項6に記載の監視装置において、
前記基準被写体は、座標設定時に撮影範囲内に設置される寸法が既知の設定用被写体であること、
を特徴とする監視装置。 - 請求項7に記載の監視装置において、
前記基準被写体は、座標設定時に撮影範囲内に含まれる背景物品であること、
を特徴とする監視装置。 - 請求項1から請求項8までのいずれかに記載の監視装置において、
当該監視装置を構成する部位のうちの少なくとも1つは、他の部位から離れた場所に配置されており、通信を介して接続されていること、
を特徴とする監視装置。 - 複数の撮影部と、
前記撮影部が撮影した撮影画像中の監視対象を特定する監視対象特定部と、
前記監視対象特定部が特定した監視対象の実際の位置を前記撮影部が撮影した撮影画像に基づいて特定する位置特定部と、
前記撮影部が撮影した撮影画像中の床面又は地面に相当する位置を実寸法と関連付けて特定可能な座標を前記撮影部が撮影した撮影画像に基づいて設定する座標設定部を備え、
前記撮影部は、
前記撮影部が撮影する映像光の光軸の向きを変更可能な駆動部と、
前記撮影部が撮影する映像光の光軸の向きを検出可能な光軸検出部と、
を備え、
前記座標設定部は、複数の異なる前記光軸の向きにおいて前記撮影部が撮影する撮影画像に含まれている共通の被写体の形状、寸法、撮影画面中における位置の変化、及び、前記光軸検出部が検出した前記映像光の光軸の向きを用いて座標を設定し、
前記位置特定部は、前記座標設定部が設定した座標に基づいて監視対象の位置を特定する監視システム。 - 請求項10に記載の監視システムにおいて、
前記座標設定部は、複数の前記撮影部が撮影する撮影画像における座標を同一の座標として共通化すること、
を特徴とする監視システム。 - 撮影部が撮影を行う撮影ステップと、
監視対象特定部が、撮影画像中の監視対象を特定する監視対象特定ステップと、
位置特定部が、前記監視対象特定部が特定した監視対象の実際の位置を特定する位置特定ステップと、
座標設定部が、前記撮影部が撮影した撮影画像中の床面又は地面に相当する位置を実寸法と関連付けて特定可能な座標を前記撮影部が撮影した撮影画像に基づいて設定する座標設定ステップと、
を備え、
前記撮影部は、
前記撮影部が撮影する映像光の光軸の向きを変更可能な駆動部と、
前記撮影部が撮影する映像光の光軸の向きを検出可能な光軸検出部と、
を備え、
前記座標設定部は、複数の異なる前記光軸の向きにおいて前記撮影部が撮影する撮影画像に含まれている共通の被写体の形状、寸法、撮影画面中における位置の変化、及び、前記光軸検出部が検出した前記映像光の光軸の向きを用いて座標を設定し、
前記位置特定部は、前記座標設定部が設定した座標に基づいて監視対象の位置を特定する監視方法。 - 請求項12に記載の監視方法において、
前記座標設定ステップは、前記撮影部の設置後少なくとも1回行われ、
前記撮影ステップと、前記監視対象特定ステップと、前記位置特定ステップとは、繰り返し行われること、
を特徴とする監視方法。 - 監視装置又は監視システムのコンピュータに、
撮影部が撮影を行う撮影ステップと、
監視対象特定部が、撮影画像中の監視対象を特定する監視対象特定ステップと、
位置特定部が、前記監視対象特定部が特定した監視対象の実際の位置を特定する位置特定ステップと、
座標設定部が、前記撮影部が撮影した撮影画像中の床面又は地面に相当する位置を実寸法と関連付けて特定可能な座標を撮影画像に基づいて設定する座標設定ステップと、
を実行させるための監視プログラムであって、
前記撮影部は、
前記撮影部が撮影する映像光の光軸の向きを変更可能な駆動部と、
前記撮影部が撮影する映像光の光軸の向きを検出可能な光軸検出部と、
を備え、
前記座標設定部は、複数の異なる前記光軸の向きにおいて前記撮影部が撮影する撮影画像に含まれている共通の被写体の形状、寸法、撮影画面中における位置の変化、及び、前記光軸検出部が検出した前記映像光の光軸の向きを用いて座標を設定し、
前記位置特定部は、前記座標設定部が設定した座標に基づいて監視対象の位置を特定する監視プログラム。 - 請求項14に記載の監視プログラムにおいて、
前記座標設定ステップは、前記撮影部の設置後少なくとも1回行われ、
前記撮影ステップと、前記監視対象特定ステップと、前記位置特定ステップとは、繰り返し行われること、
を特徴とする監視プログラム。
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