JPH03184197A - 動体画像検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学レンズによって捉えられた、静止状態に
あるあらゆる複写体中の動的部分の有無、及び発生を検
知し警報を出力する検出器に関する。

〔従来の技術〕

従来、人間の視覚に代って異常を検知する検出器には、
例えば侵入警報装置（盗難防止装置）、煙検出器（火災
報知器）、漏水検出器等がある。

これらは、侵入警報装置であれば、遮光式の赤外線のセ
ンサーを用いることにより、発光・受光素子間に異常物
体が入れば、遮光によりこれを検知し警報することがで
きる。

又、煙検出器は、煙の粒子を赤外線センサーを用いて検
出するのが一般的である。

更に、漏水等の検出には、導体間の電気的抵抗の変化の
有無を検知して警報する方式がとられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、これら従来の技術による検出器は、いず
れも機能が単能的であった。即ち、侵入警報装置におい
ては、あらかじめ固定された発光・受光センサー間の異
常物体の検出のみが可能であった。煙検出器は、あらか
じめ固定された場所における煙の有無のみの検出が可能
であり、漏水検出器においては、あらかじめ導体を配置
した部分のみの漏水の検出が可能であった。

又、工業ＴＶによれば、画像による異常の監視が可能で
あるが、常時人間が見ていなければならない。これを人
間に代えて画像識別機能で画像の監視をしようとすれば
、極めて複雑で高価な画像処理技術を必要とし、実質上
不可能であった。

〔課題を解決するための手段〕

本検出機は静止状態にあるあらゆる被写体中の動的部分
の有無、及び発生を検知し警報を出力する検出器である
。本体は光学レンズ、焦点面にマトリクス状に設置され
た可視及び赤外線受光素子、検出用アナログ及びデジタ
ル回路、警報出力部、電源、シャーシより構成され、レ
ンズの視野内におけるあらゆる光学的変化を伴う動きに
対して反応するものである。

〔作　用〕

光学レンズの焦点面にマトリクス状に設置された受光素
子群には、被写体中の各部分の明るさに対応する信号が
得られる。この信号を経時的に比較することにより、変
化即ち変動の有無を検出できる。この変化が一定範囲内
であれば、警報を警報装置により発生することにより、
異常の有無を検出することができる。

従って、この動体画像検出器によれば、光学レンズによ
って捉えられる被写体中の異常がすべて検出でき、且つ
簡単な回路構成により簡易な検出器が実現できる。即ち
、侵入警報装置、盗難防止装置、火災報知器、煙検出装
置、荷崩れ検出装置、ライン停滞及び停止監視装置、遮
光式センサーが使用できない場所での物体のカウント及
び検出、遠距離での物体の検出監視（望遠レンズ使用）
等に適用が可能である。

〔実施例〕

第１図は本発明の動体画像検出器の光学部及びセンサ一
部の説明である。

本検出器は、／Ｘｍ個のマトリックス状に配列された受
光素子１をレンズ２の焦点面に設置し、ｊｌＸｍ分割さ
れた被写体空間（風景）３のそれぞれの画素の平均的な
輝度情報を基に対象物の変化もしくは異常の発生を検出
するものである。レンズ系によってセンサー面上に結像
した被写体の輝度情報は、各受光素子によってそれぞれ
の明るさに対応した電流情報に変換され、アナログスイ
ッチ又はアナログマルチプレクサ−による走査回路によ
って順次読み出され増幅器へ入力される。増幅器は固定
ゲインのものとＡＧＣ回路による追従方式のものと２種
類ある。前者は一定照明下に於いて厳密な測定を行なう
場合であり、後者は野外等の常に変化する光源の下での
監視に対応するものである。増幅器により最適ゲインを
与えられた被写体の電圧情報は次に示す２通りの方法に
よって分析評価され、被写体に生じた何らかの変化を検
出する。

１つは増幅器よりの電圧信号をサンプルホールド回路又
はウィンドコンパレーター等のアナログ回路によって直
接処理をするアナログ方式であり、１つはＡ／Ｄ変換器
によりデジタル信号に変えられた数値情報をマイクロコ
ンピュータ−等によって演算処理をするデジタル方式で
ある。両者ともコンデンサー又はメモリー等に時間的に
平均化されて貯えられた基準情報と現在のリアルタイム
の情報とを比較し、その差が一定の基準値の範囲を超え
た場合に警報を出力する。以下に両者の構成と各部の詳
細を記す。

第２図は本発明の動体画像検出器の第１の実施例（アナ
ログ方式）のブロック図である。センサ一部１１は、単
体もしくは複合化されたフォトトランジスター又はフォ
トダイオードを１行ｍ列のマトリックス状に配列して構
成したものである。

受光素子を比較的少数に限定する事により、対象物を空
間的に捉えながら且つ検出回路の簡略化を図ったもので
ある。受光素子の素材としてはシリコン半導体や金属間
化合物半導体等が用いられている。本実施例においては
、４行４列系１６の受光素子を用いている。

検出回路（アナログ信号部）は、受光素子走査用アナロ
グマルチプレクサ−９，１２、ヘッドアンプ８、ＡＧＣ
回路１３、サンプル電圧保持用アナログマルチプレクサ
−（Ｓ／Ｈ回路）１５、及び光量変化検出用ウィンドコ
ンパレータ一部（電圧比較回路）１８より構成される。

受光素子により光電流に変えられた各セルの輝度情報は
ヘッドアンプ８により電圧に変えられ増幅されたのちア
ナログマルチプレクサ−９，１２によりマトリックスス
キャンされてＡＧＣ回路１３に入力される。

ＡＧＣ回路１３により最適ゲインを与えられた信号は２
系統に分けられ、一方は長時間積分器を兼ねたサンプル
ホールド回路７へ、他方は電圧比較回路１８へ接続され
る。サンプルホールド回路７は／Ｘｍチャンネルのアナ
ログマルチプレクサ−１５とホールド用コンデンサーで
構成され受光素子の走査に同期して電圧情報を蓄積する
。又、積分回路により平均化され時間遅延を受けた電圧
情報をインピーダンス変換回路を通じて電圧比較回路１
８へ供給する。電圧比較回路１８はサンプルホールド回
路７よりの電圧を基準として、ＡＧＣ回路１３からの現
在の信号が設定された電圧範囲内に入っているか否かを
判定する。又この電圧比較回路１８は信号のノイズや揺
ぎの成分に対して余裕度を持たせるために基準電圧Ｖ　
ｓ　／　ｈに対して±ｄＶのマージンを持ったウィンド
コンパレーターとして構成されている。仮に今ある受光
素子（ｎ）からの信号Ｖ　（ｎ）が、時間ｔで積分され
記憶されたサンプルホールド回路の基準電圧Ｖｓ／ｈ（
ｎ）±ｄＶの範囲を超えた場合、その受光素子上に焦点
を結んだ対象物の区画に何らかの異常が発生したと判断
できるものである。

又、これらの信号処理は被写体の照明光源が蛍光灯等の
フリッカ−を生ずる光源である事も考えられ、商用電源
に同期した適切なタイミングで処理されるものである。

更に、電源投入時や照明点灯時等の光源の急激な変化に
対して迅速に対応することができるように、ＡＧＣ回路
、サンプルホールド回路ともに長短２種類の積分時定数
が用意され、設定された上限数を超える数の受光素子に
異常が認められた場合には、速やかに光量の変化に追従
するように回路構成されている。例えば、１６個のセル
の内、１５個以上が異常を検出した場合、光源の変化と
みなして、ＡＧＣ回路の積分時定数を短かく（速く）す
る。かかる場合は、異常として扱かわず、異常検出セル
の値が最小検出値以下になった状態で引続き監視動作に
移行する。

第３図（ａ）〜（ｈ）は、各タイミングの波形を示すタ
イムチャートである。

商用電源と同期して照明光量が変動する場合を考慮して
、各種のタイミング信号は、商用電源に同期して取出さ
れる。そして、サンプルホールド回路出力波形と、セン
サー増幅回路出力波形の比較は、商用電源の先頭値にタ
イミングを合せて行なわれる。比較器には、許容信号変
動範囲があり、サンプルホールド回路出力とセンサー増
幅回路出力がこの範囲を越えた場合には、異常と判定さ
れ、異常検出波形が生じる。この図では、Ｎ、Ｎ＋１゜
Ｎ＋４、では正常であり、Ｎ＋３が異常である。

第４図は、本発明の第２の実施例の動体画像検出器のブ
ロック図である。

受光素子群ｊ＋Ｘｍ個のフォトダイオード又はフォトト
ランジスターをマトリックス状に配列し、レンズにより
結像した画像を電気信号に変換する。

ＡＸｍ個の受光素子をアナログスイッチもしくはアナロ
グマルチプレクサ−３２によって走査し、素子のアドレ
スに対応した電気信号を取り出す。

受光素子のアドレス信号はマイクロコンピュータ−３０
によって順次加算され、各素子が選択される。

受光素子からの電気信号はプログラマブルゲイン可変回
路３３の付いた増幅器２８によって増幅される。マイク
ロコンピュータ−３０は全ての受光素子の平均レベルを
モニターしながら最適ゲインを算出し、プログラマブル
ゲイン可変増幅回路３３にそのデーターをセットする。

このため、照明光の変化に追従して検出のダイナミック
レンジを広げることも、固定ゲインにして厳密な測定を
することもプログラムによって自由に設定できる。

増幅された信号はローパスフィルター３４によって不要
なノイズ成分を除去されサンプルホールド回路３５に入
力される。サンプルホールド回路３５によってホールド
された信号はＡ／Ｄコンバーター３６によってＮビット
のデジタル信号に変換され、Ｉ１０ポートを介してマイ
クロコンピュータ−３０に入力される。

サンプルホールド回路、Ａ／Ｄコンバーター及び受光素
子走査用アドレス信号は全て同期回路３７により商用電
源周波数に同期したタイミングで制御される。マイクロ
コンピュータ−３０は同期回路３７からの信号を基に、
内部のプログラムタイマー等を使って適切なタイミング
信号を作り出す。信号のサンプル及びＡ／Ｄ変換は光源
の光量が最大値に達する点で行われる。

マイクロコンピュータ−３０はＩ１０ポート４３より取
り込んだ現在のリアルタイムな画像情報と内部のメモリ
ー４４に記憶された参照データーとを比較し、その差が
ある設定された値を超えた場合に警報回路４１により警
報を出力する。参照データーは初期設定の段階で取り込
んだ画像情報のみを基にする固定式のものと、時間Ｔで
積分され遅延を受けた情報を基にするリフレッシュタイ
プのものがある。

検出回路（デジタル信号部）は、マイクロコンピュータ
−３０によって構成され、受光素子走査用カウンター、
タイミング発生、上限下限計数機能などを有しアナログ
検出部のコントロール及び１走査期間中における異常発
生件数のカウントを行なう。走査用カウンターは受光素
子マトリックススキャナー及びサンプルホールド回路に
アドレス信号を供給する。走査のタイミングは商用電源
に同期し、照明光源の光量が最小になる点で受光素子の
チャンネルの切り換えが行われる。これにより微小信号
時の受光素子蓄積電荷による影響、及びアナログスイッ
チの切り換えに伴うノイズの影響を最小限に押さえるこ
とができる。タイミング発生回路は電源部よりのＡＣ入
力を同期回路３７によりゼロクロス検出した信号を基に
タイマー及び遅延回路により構成される。発生するタイ
ミング信号は上記の走査用クロック信号の他にＡＧＣ及
びサンプルホールド回路のためのゲート信号、電圧比較
器の出力信号をホールドするクロック信号等である。Ａ
ＧＣ及びサンプルホールド回路は光源の照度が最大値に
達する時点に於いて、且つ信号の時間的変化を無視でき
る最少限の間隔でアナログ的にゲートされ、その電位を
積分／ホールドする。これにより蛍光灯等の脈動する放
電照明下に於いても自然光と何ら変わる所なく安定な動
作をすることが可能となる。上限下限計数機能は１走査
期間中に何らかの異常を検出したセルの個数をカウント
し、その値が上下限設定スイッチ３８によって設定され
た上限値及び下限値の範囲内であれば警報回路４１に信
号を送るものである。

これにより検出する物体の大きさをある程度自由に設定
することが可能になり本検出器の適応範囲を状況に応じ
て拡充する事ができるものである。

又、風に揺れる木立や稼働するベルトコンベアーのよう
に、常に何らかの変動のある被写体に於いても、検出下
限値を適当に設定する事により不要な変動成分を取り除
く事ができる。更に検出上限値を設定する事により照明
点灯時や日照状態の急激な変化等の極端な状況変化に対
しても対応する事ができ、誤報の発生を押さえる事がで
きるものである。尚、検出上限値の設定は解除する事も
可能である。

警報回路４１は、マイクロコンピュータ−３０よりの信
号を受けて外部に対して警報出力を発生する回路である
。出力形式はリレー接点出力、オープンコレクター又は
＋１２Ｖ出力で、タイマーにより一定時間警報出力を発
生する。又、必要に応じて警報音を出力する事も可能で
ある。更に電動機等による電源ノイズの影響（蛍光灯等
の場合、数サイクルに渡り光量が著しく減少する）を押
さえるために一定走査期間以上の信号がなければ警報を
発生させないように工夫がなされている。

マイクロコンピュータ−３０は画像の監視の他に外部ホ
ストコンピューター間の通信機能を有する。何らかの異
常が検出された場合マイクロコンピュータ−は通信回線
インターフェース回路４２を通じて自己のＩＤコード、
異常の種類、程度、空間座標、進行方向等の情報を報告
する。又、モデムを使用して電話回線に接続することも
可能である。

上下限設定用スイッチ３８は、受光素子マトリクスを構
成する各セルの変動許容振幅の設定異常判定セル数の上
限及び下限値の設定、及び本検出器の動作モードの選択
を行なう。変動許容振幅の設定は、マイクロコンピュー
タ−の内部メモリーに記憶された各受光電子画素（セル
）ごとの参照データー［Ｍｎ：］　と受光素子からのリ
アルタイムな輝度情報（Ｒｎ、：Ｉを比較する際に、許
容されるべき変動幅（異常として判断しない）〔Ｐ〕を
デイツプスイッチ等で指定するものである。

Ｍｎ−Ｒｎ１＞Ｐ４　　異常 Ｍｎ−Ｒｎ１≦Ｐ　　→　　正常 これにより両面全体にわたって何らかの揺らぎや変動の
ある対象物の監視に於いても誤報の発生を抑えることが
できる。上限、下限値の設定は１０ｍ個のセルの中で異
常を検出したセルの数（ａ）をもとに警報を発生する際
に、基準どなる上限数［Ｌｕ］及び下限数ＣＬ　ｄ’ｌ
を指定するものである。

Ｌｄ＜ａ＜Ｌｕ　　→　警報出力 Ｌｄ≧ａ≧Ｌｕ　　→　出力しない 異常セル数〔ａ〕が上限数［Ｌｕ］を超える場合は日照
の急激な変化や照明光の変動が起こった場合であり、用
途に応じてこれは異常と見做してはならない場合があり
除外する必要がある。但しこの設定は〔Ｌｕ〕を最大値
に指定することにより解除できる。下限数（Ｌｄ）の設
定は（ａ）がこの数以下では警報を発生させないための
ものである。この設定は警報を発するには至らない小さ
な変動や散発的なノイズ威勢を除外する。又、上限数及
び下限数を適当に設定することにより、ある大きさの物
体のみを検出するように設定することも可能である。動
作モードの選択は、データーの参照方式（固定式もしく
は追従リフレッシュ方式）、通信の有無又はその方式、
表面回路に関する設定その他である。又、これら上記の
設定はスイッチによる設定とは別に通信用インターフェ
ース４２を通じてホストコンピューターもしくは他の端
末ターミナルより制御することができる。その場合、前
述の変動許容振幅ＣＰ）を（Ｐ　ｎ：ｌとして各セルご
とに独立に設定することも可能である。又、Ａ’Ｘｍに
分割された画面を幾つかの領域に分け、その領域毎上限
下限値を設定することも可能である。

表示回路４０は設置時の視野の設定や異常検出箇所の表
示を行なうものである。又、通信インターフェース４２
を介してパラメーターの指定をする際に各セルの設定状
況をここに表示する。表示は、ＣＲＴ又は液晶デイスプ
レィなどにより行なわれる。

動作モード選択スイッチにより通信インターフェースを
介したパラメーター設定を選択すると、−度設定したデ
ーターはバッテリーバックアップをされたマイクロコン
ピュータ−内部のメモリーに記憶され、以後そのデータ
ーを基に判定が行われる。

〔発明の効果〕

従来の赤外線警報装置、遮光型センサー、超音波センサ
ー等はその構造上検出可能領域が限定され、対象とする
事象も限られたものであった。又、ビデオカメラによる
監視装置に於いても、人間による監視業務を自動化し装
置自体に識別機能を持たせて警報を発生させるためには
高度な画像処理技術が要求され、従ってコストの高い物
になる傾向があった。これに対して、本動体画像検出器
は監視する対象物を２次元的な画像として捕らえながら
画素数を比較的少数に限定することにより検出回路を簡
略化し大幅なコストの軽減を図ることができる。又、本
検出器は事象を問わず対象物のあらゆる変化に対して反
応するものであり、侵入警報装置から火災及び煙感知装
置に至るあらゆる機能を兼備えた総合的なセンサーとし
て機能することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動体画像検出器の光学部及びセンサ一
部の説明図、第２図は本発明の動体画像検出器の第１の
実施例のブロック図、第３図（ａ）〜（ｈ）はタイムチ
ャート、第４図は本発明の動体画像検出器の第２の実施
例のブロック図である。 １・・・Ａ’Ｘｍ受光素子マトリクス、２・・・光学レ
ンズ、３・・・被写体、４・・・異常発生部、８，２８
・・・増幅器、１８・・・電圧比較回路、３ｏ・・・マ
イクロコンピュータ、２２．４１・・・警報回路。 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光学レンズと、該レンズの焦点面にマトリックス状に設
   置された受光素子群と、各受光素子によって検出された
   明るさに対応する信号を増幅する増幅器と、該増幅器の
   出力信号を比較する比較手段と、比較の結果各受光素子
   によって検出された明るさの変化が一定範囲であれば警
   報を発生する警報装置とからなる動体画像検出器。