JPH0750825A - 人間動物監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】建物の外または内部に設置したＴＶカメラや赤
外線カメラを通して監視領域に侵入した人間や動物を監
視するシステムを提供する。 【構成】本システムは、撮像装置と回転台と画像処理装
置で構成し、監視領域を撮像し背景から移動体領域を抽
出するプロセスと、移動体領域を人間または動物に分離
するプロセスと、次のシーンにおける移動体領域の位置
を予測しその方向に撮像装置を向けるプロセスと、移動
体領域を追跡し高さ、幅、面積などの特徴の時系列デー
タを得るプロセスと、そのデータから歩行のリズムを抽
出するプロセスと、リズムに基づいて人間か動物かを判
定し、その位置と速度を出力するプロセスからなる。本
システムは人間または動物を歩行のリズムに基づいて認
識しているので、天候や距離、服装によらず認識率が高
く、様々な環境における人間または動物の監視システム
として有効である。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］この発明は建物の外または内部に
設置したＴＶカメラや赤外線カメラで監視領域内に侵入
した人間を検出する警備システム、または農場に設置し
たＴＶカメラで柵の外を監視し接近する害獣や害鳥を検
出する農場用監視システムに応用する。

［従来の技術］従来の警備システムには、光センサーを
用いるシステムとＴＶカメラを用いるシステムがある。
前者は、複数の光ビームとセンサーをドアの入り口や窓
に配置し、人間が光ビームを横切ったとき警報を鳴らす
システムである。後者は、白黒ＴＶカメラで監視領域を
撮像し、時間的に連続するフレーム間で画像を差分し、
差分画像を２値化して移動体を検出するか、または赤外
線カメラで温度画像を撮像し、計算機で処理して周囲よ
り温度の高い領域を検出して人間と判定するシステムで
ある。ＴＶカメラを使う農場用監視システムは未だ実現
されていない。

［発明が解決しようとする問題点］従来の光システムは
障害物のない小さな空間でしか利用出来ず、建物の周辺
全体を監視の対象にすることはできない。また、ＴＶカ
メラを用いるシステムは、動くものは何でも検出してし
まい、人間または動物などの移動体と、自動車などの動
く機械や風にそよぐ樹木などの自然の物との区別が出来
ない欠点があり、赤外線ＴＶカメラを用いるシステムで
は、自動車などの発熱体と動物の区別が出来ない欠点が
ある（電子情報通信学会誌、１９９２年、Ｖｏｌ．７
５，Ｎｏ．６，ｐｐ．５９１−５９５）。本発明は、広
範囲な自然環境を監視領域とし、動く機械や自然のもの
と人間や動物を区別し、さらに人間や動物の種類を認識
する方法を提供することである。

［問題点を解決する手段］この発明による人間動物監視
システムは、第１図に示すように、監視領域の画像を撮
像する撮像装置と、撮像装置を垂直方向と水平方向に回
転させる回転台と画像処理装置からなる。本システムは
第２図に示すように、監視領域を走査するために撮像装
置の載った回転台を制御する監視領域走査プロセスと、
画像を撮像し移動体領域を検出して２値画像で表す撮像
・２値化プロセスと、移動体領域を個々の人間または人
物に分離する移動体領域分離プロセスと、移動体領域の
有無を判定する移動体判定プロセスと、次のシーンにお
ける移動体領域の位置を予測しその方向に撮像装置を向
ける予測位置注視プロセスと、注視領域の撮像・２値化
プロセスと、移動体領域を追跡し高さ幅、面積などの特
徴の時系列データを得る移動体領域追跡プロセスと、特
徴の時系列データからリズムを取り出すリズム抽出プロ
セスと、リズムに基づいて人間か動物かを判定する人間
動物判定プロセスと、人間または動物だったら、その種
類と位置、速度を出力する警報出力部からなる。本発明
の原理は、人間や動物の固有の歩行リズムに着目し、こ
のリズムにより人間と動物の認識をすることである。本
装置は、歩行のリズムを識別因子とすることにより、天
候や時間、距離、服装の影響を受けない認識ができるこ
とを特徴とする。

［作用］本考案による人間動物監視システムにおいて、
撮像部は、白黒ＴＶカメラを用いる場合と赤外線ＴＶカ
メラを用いる場合がある。ともに監視する領域を向けて
設置する。移動体領域検出プロセスは、白黒ＴＶ画像の
場合はフレーム間差分画像を２値化し差分値はしきい値
以上の画素を”１”としそれ以下の画素を”０”とす
る。赤外線画像においては、温度がしきい値以上の画素
を”１”としそれ以下の画素を”０”とする。どちらの
場合でも”１”の領域を移動体領域とする。こうして得
られた画像を２値画像と名付ける。移動体分離プロセス
は、２値画像のノイズを除去したあと、人間や動物の大
きさに関する統計量から、それらの大きさを透視変換に
より予測し、個々の移動体領域を囲むウインドウを２値
画像上に設定する。移動体領域追跡プロセスは、前のシ
ーンからそのウインドウの位置を予測して設定し、ウィ
ンドウ内の特徴量を計測する。リズム抽出プロセスは特
徴量の時系列データからＦＦＴによりリズムを抽出す
る。

［実施例］以下本考案の一実施例を図面を参照しつつ説
明する。監視対象を人間とする。第３図に示すように、
世界座標系ＸＹＺの原点をカメラの真下の路面上の点と
し、Ｚ軸をカメラの光軸の路面への垂直投影線とし、Ｚ
軸に垂直上方にＹ軸を、ＹＺ軸に垂直右方向にＸ軸をと
る 画面座標系ξηの原点を画面の中心に設定し、原点
を通って垂直上方向にη軸を水平右方向にξ軸をとる。
ξηの単位は画素とする。カメラの高さをＨ［ｍ］、光
軸の俯角をθ［度］とし、カメラ焦点距離をｆ［画素］
とする。服を着た人間の平均身長をＬ［ｍ］、平均幅を
Ｗ［ｍ］とし、足元の座標を（Ｘ，０．Ｚ）とすると、
足元の画面上の位置（ξ，η）、人間の像の高さｌ［画
素］と幅ｗ［画素］は次の式で与えられる。

η＝ｆ（Ｚｓｉｎθ−Ｈｃｏｓθ）／（Ｈｓｉｎθ＋Ｚｃｏｓθ）（１） ξ＝ｆＸ／（Ｈｓｉｎθ＋Ｚｃｏｓθ） （２） ｌ＝ｆＬｃｏｓθ／（Ｈｓｉｎθ＋Ｚｃｏｓθ） （３） ｗ＝ｆＷ／（Ｈｓｉｎθ＋Ｚｃｏｓθ） （４） 移動体領域分離プロセスのアルゴリズムを、第４図を用
いて次の１）から４）で説明する。

１）２値画像を垂直帯状領域Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎ
に分ける。領域Ａｉの左端と右端のξをξ０、ξ１とす
る。ＡｉとＡｉ＋１は領域の左右が重なるようにξ０と
ξ１を決める。

２）領域Ａｉの水平方向投影ｈｉ（η）をとる。ηの値
の小さい方からｈｉ（η）を調べていき、最初にしきい
値α［画素］以上のηをη０とする。（１）式を、ηを
変数Ｚを関数とする式に変形する。そしてη０を与えて
Ｚ０を求める。（３）式と（４）式からＺ０を与えて１
０とｗ０を求める。区間［η０，η０＋１０］の（ｈｉ
（η）−α）の積分値、第４図の斜線の部分、がしきい
値βを越えるとき、人間の像が領域Ａｉにあったとす
る。

３）水平方向区間［ξ０，ξ１］の領域Ａｉにおいて、
垂直方向区間［η０，η０＋１０］の垂直方向投影ｖ
（ξ）をとる。ｖ（ξ）をしきい値γ［画素］でスライ
スして複数のγ以上の区間に分ける この区間の幅がｗ
０の０．５±ε倍以下ならノイズとして除去し、１．５
±ε倍以上ならばこの区間を区間幅がｗ０の区間と残り
の区間に分割する。この操作を繰り返して全ての区間幅
が０．５±εと１．５±ε倍の間にあるようにする。こ
うして得られた区間の左端と右端の座標をξＬとξＲと
する。ξＬとξＲを通りξ軸に平行な２本の線分と，η
０とη０＋１０を通りη軸に平行な２本の線分が作る矩
形を辺とするウィンドウΩを設定する。このウィンドウ
は２値画像を個々の人の全身像領域に分離する。人の左
足と右足を検出するために、Ωの下部の１／５の領域を
左右に２分割しΩＬ，ΩＲとする。すなわち、ΩＬとΩ
Ｒは、ξＬと（ξＬ＋ξＲ）／２，ξ１を通りξ軸に平
行な３本の線分と、η０とη０＋１０／５を通りη軸に
平行な２本の線分が作る矩形を辺とする２つのウィンド
ウである。

４）以上の操作を全ての垂直帯状領域について行う。移
動体判定プロセスはウィンドウΩが１つでもあれば、移
動体ありと判定し、移動体の画像上の位置を［（ξＬ＋
ξＲ）／２，η０］とする。ウィンドウが複数あるとき
は、画面上でもっとも下にあるウィンドウから選び、追
跡の対象とする。移動体領域追跡プロセスは撮像・２値
化プロセスで得た２値画像にウィンドウΓＬとΓＲを設
定する。ΓＬとΓＲは、ΩＬとΩＲ左辺を−ξ方向に右
辺を＋ξ方向にδだけ動かし、上辺をη方向に下辺を−
η方向にδだけ動かしたものである。すなわち、ΓＬと
ΓＲはΩＬとΩＲを長さと幅について２δだけ拡張した
ものである。この２つのウィンドウ内で、水平方向投影
ｈ（ξ）と垂直方向投影ｖ（η）を求め２）と３）で述
べた方法でη０とξＬ、ξＲを求め、新しく求めた値に
よりΩＬとΩＲを設定し直す。新しく求めた値による
（（ξＬ＋ξＲ）／２，η０）を移動体の足元を表す座
標とする。ΩＬとΩＲの内部の２値画像の面積ＡＬとＡ
Ｒを求め記憶する。ＡＬとＡＲの時系列データを｛ＡＬ
ｉ｝と｛ＡＲｉ｝とする。ただし、ｉはシーンの番号
で、ｉ＝１，２，・・・，ｍである。予測位置注視プロ
セスは、追跡開始後２番目のシーンから作動する。前の
シーンのウィンドウΩＬとΩＲが画面の周辺部に来たと
き、それらが中央にくるようにカメラ回転台を制御す
る。そして、回転した分だけη０とξＬ、ξＲを補正す
る。リズム抽出プロセスは、｛ＡＬｉ｝と｛ＡＲｉ｝を
ＦＦＴで周波数分析をし、その第１周波数成分をＦＬ、
ＦＲ［Ｈｚ］とする。人間の歩行周期の平均値と標準偏
差をμ［Ｈｚ］とσ［Ｈｚ］としたとき、ＦＬとＦＲが
μ±２σの間にあるとき移動体は人間と判定する。警報
出力プロセスは、カメラ光軸の方向と俯角と検出した人
間の足元を表す座標を出力する。本発明を４足動物に適
用するときは、上述の説明中、Ｌとｗを動物の身長と幅
にし、μとσを動物の歩行の周期とする。

［発明の効果］本発明は人間または動物の身長と幅、お
よび歩行のリズムを特徴にして認識しているので、認識
が天候や距離、人間の服装によらず認識率が高く、処理
が高速で監視システムに応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による人間動物監視システムの構成図、
第２図は画像処理システムにおける処理の流れを示すブ
ロック図である。第３図は移動体とカメラと世界座標系
の関係を示す図で、第４図は移動体分離の方法を説明す
る図である。 （符号の説明） １０１・・・撮像装置 １０２・・・回転台 ３０１・・・カメラ ３０２・・・人間 ３０３・・人
間の像 ４０１・・・人間の像 ４０２・・・ウィンドウΩ ４０３・・・ウィンドウΩＬ ４０４・・・ウィンドウ
ΩＲ ４０５・・・（ｈｉ（η）−α）の積分値 ４０６・・
・γ以上の区間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 1/00 7/00 Ｇ０８Ｂ 25/00 ５１０ Ｍ 7323−5Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フレーム間差分画像または赤外線画像から得た移動体領
   域の特徴を周波数分析して、その周波数成分から人間ま
   たは動物の歩行のリズムを検出し、移動する人間または
   動物を検出する監視システム