JPH0688877A - 光学式物体検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遠方監視エリアの物体検出を可能にする。 【構成】 光学式物体検出装置は結像光学系１を備えて
おり、所定の監視エリアの結像を生成する。像面には受
光アレイ２が配置されており、区画化された複数の受光
単位を備え該結像を分割的に受光して受光単位毎に検出
信号を出力する。このアナログ検出信号はＡ／Ｄ変換器
５により対応するデジタルサンプルデータに変換され
る。受光単位Ｓ１ないしＳｎに対応したメモリ領域Ｍ１
ないしＭｎを有する記憶部７を備えており個々にサンプ
ルデータを格納する。判別部９は記憶部７から逐次サン
プルデータを読み出しその変化に応じて監視エリア内の
物体を判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学式物体検出装置に関
する。より詳しくは、結像光学系と受光アレイの組み合
わせからなる光学式物体検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、監視エリアに進入する物体を
検出する為に、発光体と受光体の組み合わせからなる光
学式物体検出装置が知られており、防犯や建物の出入り
管理等に広く用いられている。発光体は所定の監視エリ
アを光照射する。受光体は監視エリアからの反射光を受
光し、その光量に応じた電気信号を出力する。監視エリ
アに物体が進入すると、反射光量が変化するので電気信
号の変動となって現われ物体を検出する事ができる。発
光体を用いた所謂アクティブ方式では、光照射領域を限
定する事により監視エリアを明確に特定できるという利
点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、監視エ
リアが発光体から離間した遠方位置にある場合には、十
分な反射光量を得る事ができず、有効な物体検出が行な
えないという課題がある。監視エリアの距離が離れるに
従って、発光体の出力パワーを上げる必要があるが、動
作性能上限界があり、必然的に物体検出距離の制限を受
けるという問題点がある。又、比較的広い範囲の監視エ
リアを照射する場合には、集束ビームではなく発散ビー
ムを用いなければならない為、単位面積当たりの照度が
低下し反射光量が減少して有効な物体検出を行なう事が
できないという課題がある。特に、遠方に位置する監視
エリアを発散ビームで照射した場合には受光量が大幅に
低下してしまう。

【０００４】一方、発光体を利用したアクティブ方式と
は別に、ビデオカメラとモニタを組み合わせたエリア監
視装置も知られている。この場合には、周囲照明光が極
端に低くない限り、結像光学系を介して監視エリアの実
像が得られ、ＣＲＴ等のモニタ上に表示してエリア監視
を行なう事ができる。しかしながら、モニタを常時観察
する必要があり、物体の進入等を自動的に検出して警報
や通報等を発生する事はできない。換言すると、ビデオ
カメラとモニタを用いたエリア監視装置は、単に受動的
に遠隔で所定のエリアを監視するのみであり、積極的且
つ自動的に異物体の進入を検出できるものではない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した従来のアクティ
ブ方式物体検出装置の課題に鑑み、本発明は特に発光体
を用いる事なく結像光学系を利用して遠方の監視エリア
に対しても有効な物体検出を可能とする事を目的とす
る。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じた。即
ち、本発明の光学式物体検出装置は、所定の監視エリア
の結像を生成する結像光学系を備えている。この結像光
学系の像面には受光アレイが配置されており、区画化さ
れた複数の受光単位を備え該結像を分割的に受光して受
光単位毎に検出信号を出力する。受光アレイには変換部
が接続されており、アナログ検出信号を対応するデジタ
ルサンプルデータに変換する。この変換部には記憶部が
接続されており、個々の受光単位に対応したメモリ領域
を備え夫々サンプルデータを格納する。記憶部には判別
部が接続されており、格納されたサンプルデータを逐次
読み出しその変化に応じて監視エリア内の物体を判別す
る。

【０００６】本発明の一態様によれば、監視エリア特化
部が含まれており前記複数の受光単位の一部分又は対応
するメモリ領域の一部分を選択する事により限定的に監
視エリアの一部を有効化できる。

【０００７】前記判別部は比較手段を備えており、個々
の受光単位に対応して自己補正的に設定された参照値デ
ータに基きサンプルデータの変化を夫々検出する。ある
いは、これに代えて差分手段を備えており、サンプルデ
ータを逐次時間的に微分処理して差分データを生成し、
物体の移動判別を可能にしている。即ち、前者はスタテ
ィックな状態の物体を検出できるのに対して、後者は特
にダイナミックな物体の変化のみを検出する様にしてい
る。

【０００８】

【作用】本発明によれば、結像光学系を用いて所定の監
視エリアの結像を生成し、さらに受光アレイを用いて該
結像を分割受光して物体検出を行なっている。特に発光
体を用いる事なく、周囲照明光を利用して監視エリアの
結像を得ているので、遠方距離であっても何ら差し支え
なく物体検出を行なう事ができる。特に、長焦点距離の
結像光学系を採用する事により、遥か遠方の物体であっ
ても精度良く検出する事が可能になる。

【０００９】本発明では、受光アレイを区画化して得ら
れた複数の受光単位毎に光量変化を解析している。所定
の監視エリアに物体が進入すると、その物体像は特定の
受光単位に結像する。この受光単位では背景像が物体像
に変わるので受光量が顕著に変化する。この様に、個々
の受光単位毎に光量変化を解析する事により自動的な物
体検出を行なう事ができる。特に、結像光学系の視野範
囲から一部分のみを監視エリアとして特化したい場合に
は、対応する受光単位を選択し残りの部分には電気的な
マスクを施こせば良い。この様にして、光学式物体検出
装置の使用目的や設置個所に応じて柔軟に有効監視エリ
アを設定する事ができる。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる光学式物体検出
装置の第一実施例を示す模式的なブロック図である。図
示する様に、本装置は結像光学系１を備えており、所定
の監視エリア（図示せず）の結像を生成する。この結像
光学系１として比較的長焦点距離のものを用いれば、遠
方の監視エリアを鮮明に結像する事ができる。結像光学
系１の像面には受光アレイ２が配置されている。この受
光アレイ２は区画化された複数の受光単位Ｓ１，Ｓ２，
Ｓ３，…，Ｓｎを有し、監視エリアの結像を分割的に受
光して受光単位毎に検出信号を出力する。この検出信号
は受光量に応じた信号レベルを有する。本例では、一次
元的に拡がる監視エリアに対応して、リニア受光アレイ
が用いられている。なお、二次元的な拡がりを有する監
視エリアに対してはマトリクス状に区画化された受光単
位を有する二次元アレイを用いる事ができる。受光アレ
イ２としては例えばフォトダイオードアレイを用いる事
ができ、個々のフォトダイオード素子が受光単位Ｓ１，
Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓｎを構成する。あるいは、ＣＣＤア
レイを用いる事もできる。この場合には、各画素毎に受
光単位を構成しても良いが、好ましくは検出対象となる
物体のサイズに応じて画素群をグループ化し受光単位と
しても良い。この様にすれば、所定の分解能を確保でき
る一方、処理すべき検出信号の数を削減できる。受光ア
レイ２には前段ゲート部３及び増幅器（ＡＭＰ）４を介
してＡ／Ｄ変換器５が接続されている。前段ゲート部３
はアドレス信号Ａに応答して各受光単位Ｓ１ないしＳｎ
からの検出信号を逐次取り込み増幅器４に送出する。増
幅されたアナログ検出信号はＡ／Ｄ変換され対応するデ
ジタルサンプルデータが得られる。

【００１１】Ａ／Ｄ変換器５には中段ゲート部６を介し
て記憶部７が接続されている。この記憶部７は前述した
受光単位Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓｎに対応したメモリ
領域Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎを有し、個々にサンプ
ルデータを格納する。記憶部７には後段ゲート部８を介
して判別部９が接続されており、格納されたサンプルデ
ータを逐次読み出しその変化に応じて監視エリア内の物
体を判別する。判別部９は例えばマイクロコンピュータ
等から構成されており、前段ゲート部３及び中段ゲート
部６にアドレス信号Ａを繰り返し供給するとともに、後
段ゲート部８にアドレス信号Ｂを繰り返し供給する。判
別部９は比較手段を備えており、個々の受光単位に対応
して自己補正的に設定された参照値データに基きサンプ
ルデータの変化を夫々検出する。

【００１２】引き続き図１を参照して本発明にかかる光
学式物体検出装置の動作を詳細に説明する。先ず、結像
光学系１により生成された監視エリアの実像は受光アレ
イ２の各受光単位Ｓ１ないしＳｎにより分割的に受光さ
れる。前段ゲート部３にアドレス信号Ａが逐次供給され
各受光単位Ｓ１ないしＳｎを順次選択し単位毎の受光量
に応じて順次検出信号を増幅器４に送出する。受光単位
の選択を１サイクル終了すると再びアドレス信号Ａが供
給され上述した動作を所定の周期で繰り返す。即ち、前
段ゲート部３はマルチプレクサとして機能する。増幅さ
れた検出信号は順次Ａ／Ｄ変換されシリアルなサンプル
データが得られる。中段ゲート部６は同様にアドレス信
号Ａに応じて動作し、シリアルなサンプルデータを順次
記憶部７の対応するメモリ領域Ｍ１ないしＭｎに分配す
る。記憶部７に一端格納されたサンプルデータは後段ゲ
ート部８を介して順次読み出され判別部９により個々に
処理される。この後段ゲート部８はアドレス信号Ｂによ
り制御されている。アドレス信号ＡとアドレスＢは同一
の内容を有するが、両者の間に所定の遅延時間が与えら
れている。

【００１３】判別部９は初期において監視エリアの背景
情報のみを含むサンプルデータを逐次取り込み単位毎に
参照値データを設定する。この参照値データはリセット
可能であり、監視エリアの背景が異なる毎に自己補正的
に設定可能である。その後、検出動作に入り比較手段を
介して逐次サンプルデータを対応する参照値データに対
して比較処理する。例えば、監視エリアに進入した物体
がある受光単位上に結像すると、その反射率に応じて対
応するサンプルデータが背景レベルから顕著に変化す
る。この変化を検出する事により物体の進入を自動的に
判別できる。

【００１４】図２は、図１に示した判別部９の具体的な
構成例を表わしている。判別部９の入力段には切り換え
回路１２１が設けられている。この切り換え回路１２１
は例えば予め監視エリアに物体が不存在の時外部から入
力される制御信号に応答して、記憶部７（図示せず）か
ら読み出されるサンプルデータを一時的に切り換える為
のものである。なお、制御信号は物体検出装置に接続し
ている外部装置の制御回路から入力される。あるいは、
単にリセットスイッチを用いて入力しても良い。切り換
え回路１２１は例えば互いに並列接続された一対のトラ
ンスミッションゲート１２２及び１２３と、制御信号に
応答して一対のトランスミッションゲートを択一的に導
通させる為のインバータ１２４とから構成されている。

【００１５】一方のトランスミッションゲート１２３の
出力端子には参照値設定回路１２５が接続されている。
この参照値設定回路１２５はトランスミッションゲート
１２３を介して一時的に切り換えられたサンプルデータ
を逐次受け入れそのまま個別の参照値として設定し保持
する。即ち、個別参照値の初期設定が行なわれる。この
参照値設定回路１２５は例えば個々の受光単位に対応し
て設けられたサンプルアンドホールド回路等から構成さ
れている。

【００１６】比較回路１２６は参照値設定回路１２５に
直接接続されているとともに、切り換え回路１２１を介
して記憶部７（図示せず）にも接続されている。比較回
路１２６は、物体検出動作中において切り換え回路１２
１の他方のトランスミッションゲート１２２を介してサ
ンプルデータを逐次受け入れ対応する個別参照値と比較
し監視エリアにおける物体の有無を表わす判別信号をシ
リアルな形で出力する。この比較回路１２６は例えばウ
ィンドウコンパレータ等を内蔵しており、設定された参
照値に比較してサンプルデータが所定の許容範囲から外
れた場合にウィンドウコンパレータの出力レベルが反転
する様になっている。最後に、比較回路１２６の出力端
子にはゲート回路１２７が接続されている。このゲート
回路１２７は例えばアンドゲート回路等から構成されて
おり、制御信号が入力されている間判別信号の出力を強
制的に禁止し物体検出装置の誤動作を防止している。

【００１７】図３は、本発明にかかる光学式物体検出装
置の第二実施例を示すブロック図である。基本的に、図
１に示した第一実施例と同一の構成を有しており、理解
を容易にする為に対応する部分には対応する参照番号を
付している。異なる点は、アドレス信号Ａ及びアドレス
信号Ｂが監視エリア特化部１０から供給されている事で
ある。この監視エリア特化部１０は複数の受光単位Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓｎ又は対応するメモリ領域Ｍ
１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎの一部分を選択する事により
限定的に監視エリアの一部を有効化する。例えば、監視
エリア特化部１０は監視エリアを視野分割した複数のブ
ロックを記憶している。又、各視野ブロックに包含され
る受光単位及び対応するメモリ領域を予め記録してあ
る。初期的に特定の視野ブロックを選択すると、該当す
る受光単位及びメモリ領域のみを逐次アクセスする様に
アドレス信号Ａ及びアドレス信号Ｂが出力される。この
結果、当該視野ブロックに属する受光単位のみが有効化
され他は電気的にマスクされる。選択された視野ブロッ
クから得られるサンプルデータのみが判別部９に供給さ
れ物体の検出動作が行なわれる。例えば、物体検出装置
を特定の使用場所に設置した時、監視エリア内には特に
チェックを必要とする領域とチェックの不要な領域とが
含まれている場合がある。チェックの必要な領域を含む
視野ブロックのみを選択する事により効率的な物体検出
が行なえるとともに、ノイズを除去する事が可能にな
る。例えば、外来者が頻繁に出入りする屋内に物体検出
装置を設置した場合、特に重要な通路部分に該当する視
野ブロックを選択する事により、ノイズに惑わされない
チェックが行なえる。

【００１８】図４は、本発明にかかる光学式物体検出装
置の第三実施例を示すブロック図である。基本的に、図
１の第一実施例と同一の構造を有しており、対応する部
分には対応する参照番号を付して理解を容易にしてい
る。異なる点は、記憶部７と判別部９の間にラッチ回路
１１及び差分回路１２が介在している事である。ラッチ
回路１１は判別部９から送出されるクロック信号ＣＬＫ
に応答して記憶部７に格納されたサンプルデータをパラ
レルにラッチする。差分回路１２は今回ラッチされたパ
ラレルデータから前回ラッチされたパラレルデータを受
光単位毎に差し引き差分データを生成する。即ち、サン
プルデータを逐次時間的に微分処理して監視エリアにお
ける変化情報を抽出する。判別部９は差分データを処理
する事により監視エリア内に発生した何らかの光学的な
変化を判別する。本実施例は、特に本来静止状態にある
べき部所に何らかの突発的な変化等が生じた場合に直ち
に反応する事ができ、密室内の防犯や異常事態の発生検
出に有効である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、従
来の様に発光体を利用したアクティブ方式ではなく結像
光学系を用いて物体検出を行なっているので、通常の周
囲照明光が得られる限り、遠方監視エリアであっても有
効に動作するという効果がある。又、複数の受光単位を
含む受光アレイにより監視エリア像を分割的に受光して
サンプルデータを得ている。所望により、一部の受光単
位のみを有効化する事により監視エリアを適宜特化でき
個々の設置場所の状況に適応した物体検出が行なえると
いう効果がある。さらに、受光アレイから得られるサン
プルデータを差分処理する事により変化情報を抽出しダ
イナミックな物体検出を行なえるという効果がある。あ
るいは、監視領域の視野情報のみを含むサンプルデータ
を初期的に取り込む事により、設置場所に応じて自己補
正的に参照値データを記憶する事ができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光学式物体検出装置の第一実施
例を示すブロック図である。

【図２】第一実施例に含まれる判別部の具体的な構成例
を示すブロック図である。

【図３】本発明にかかる光学式物体検出装置の第二実施
例を示すブロック図である。

【図４】本発明にかかる光学式物体検出装置の第三実施
例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 結像光学系 ２ 受光アレイ ３ 前段ゲート部 ４ 増幅器 ５ Ａ／Ｄ変換器 ６ 中段ゲート部 ７ 記憶部 ８ 後段ゲート部 ９ 判別部 １０ 監視エリア特化部 １１ ラッチ回路 １２ 差分回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の監視エリアの結像を生成する結像
   光学系と、区画化された複数の受光単位を有し該結像を
   分割的に受光して受光単位毎に検出信号を出力する受光
   アレイと、該検出信号を対応するサンプルデータに変換
   する変換部と、該受光単位に対応したメモリ領域を有し
   個々にサンプルデータを格納する記憶部と、該記憶部か
   ら逐次サンプルデータを読み出しその変化に応じて監視
   エリア内の物体を判別する判別部とからなる光学式物体
   検出装置。
2. 【請求項２】 前記複数の受光単位の一部分又は対応す
   るメモリ領域の一部分を選択する事により限定的に監視
   エリアの一部を有効化する監視エリア特化部を備えた請
   求項１記載の光学式物体検出装置。
3. 【請求項３】 前記判別部は、個々の受光単位に対応し
   て自己補正的に設定された参照値データに基きサンプル
   データの変化を夫々検出する比較手段を有する請求項１
   記載の光学式物体検出装置。
4. 【請求項４】 サンプルデータを時間的に微分処理して
   差分データを生成し、物体の移動判別を可能にする差分
   手段を備えた請求項１記載の光学式物体検出装置。