JPH0771286B2 - 画像監視方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は監視画像の変化検知により警報を発する画像監
視方式に関するものである。

［背景技術］ 既に本発明者はTVカメラより入力した画像を比較し、現
画像と基準画像（前画像）との間の変化の大きな変化画
素の値をＸ方向とＹ方向に夫々累加算した投影の大きさ
が、ある設定値より大きな場合、その矩形領域を変化領
域として検出し、その変化領域の画像を伝送する静止画
伝送方式を提案している。

変化画素の投影による変化検知では画像の輝度変化を検
出するので、照明や太陽光の変化や、影なども検知する
ことになる。従って、この方式では侵入物体等を検出す
るため、照明条件を一定にしたり、変化検知の有効時間
を設定、制御する必要があるという問題がある。

又本発明者は照度変化を検出し、基準画像を更新する画
像監視方式も提案しているが、この場合照度変化か侵入
物体による変化かを明確に区別する必要がある。

一方輝度変化でなく各画素の値が距離であるような距離
画像による監視方式が研究されている。この典型的な方
法は、レーザ光線を発してから反射して返って来たレー
ザ光線のスポットの位置により、距離を測定する三角測
量による方式と、パルス状のレーザ光線を発してから反
射して戻って来るまでの時間を測定するものである。こ
れらの場合スポットを対象物体上で走査しなければなら
ないので、この走査のためのスキャナーが必要である。
このスキャナーとしては機械式に反射鏡を回転させるも
のがあるが、機械式は精度や寿命の問題がある。

またスポットを走査するのと同様にスリット光（細い線
状の光）を投光し、このスリット光を走査しながらスリ
ットの像より三角測量で距離を測定して３次元の距離画
像を得る方法もあるが、スリット光と同様に走査しなが
ら逐次計算するため距離画像が得られるまでに計算時間
がかかるという問題がある。

尚機械部品のように形が決まったものを識別するために
距離画像を用いる公知例がある。

ところで画像監視の場合は侵入物体や変化が多様である
ため機械部品とは異なった特徴により、照合することが
必要になると思われる。

第３図は「三次元計測研究、最近の動向と展望」映像情
報６月号（1986年）より引用したスポット光による光レ
ーダ型レンジファインダの公知例を示しており、第３図
（ａ）の光パルス投光型の場合はパルスレーザ１により
発射されたレーザ光をビームスキャナー２によりターゲ
ット３に対して走査し、ターゲット３により反射された
反射ビームをフォトマルに４により受光し、閾値回路５
で受光レベルを弁別し、更に反射して戻って来るまでの
時間を時間−パルス高変換回路６によって変換し、変換
された信号の平均値を平均化A/D変換器７でデジタル変
換し、デジタル変換されたデータをコンピュータ８で処
理するようになっており、この例の場合1cmの距離を0.0
7nsの時間で往復するので時間分解能を高くしていると
言われている。また第３図（ｂ）の変調波投光位相差計
測法はHe-Neレーザ９をAGCで制御された変調器10で9MHz
に変調し、この変調光を分岐ミラー17で分岐し、更にネ
ットワークアナライザ14へ電気信号に変換して送るとと
もに、ビームスキャナ11でターゲット３に投光し、ター
ゲット３で反射した反射ビームを更にビームスキャナ11
で反射させてフォトマル12で受光し、その受光信号をフ
イルタ13を介してネットワークアナライザ14に送りそこ
で振幅データ及び位相差データを得て、コンピュータ15
で処理を行うもので、この方法では0.1度の位相差検出
精度で1cmの距離の検出精度があるといわれている。

この他のものとしては米国特許3,727,207号のように光
線が侵入物体に反射して返って来るまでの伝播時間が短
くなることを検出することにより侵入物体を識別するも
のもあるが、この従来例では侵入物体の大きさ等は識別
出来ない。

又上記の三角測量によるものとしては、特開昭60-18958
1号があり、更に２台のTVカメラの視差を利用したもの
としては特開昭60-119191号や、特開昭60-119192号等が
ある。

［発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的と
するところは照明のオンオフや、日照に急激な変化に対
して異常変化と見なさず、侵入者や火災等を検知するこ
とができる誤報の無い画像監視方式を提供するにある。

［発明の開示］ 本発明はスポット光によらず、散乱光の投光により距離
画像を得るもので、言わばストロボ発光器の発光時間を
極めて短くし、光がターゲットに反射して戻ってくるま
での時間により距離を測定するもので、しかも大きな対
物レンズで集光し、光電センサアレイ上の実像を用いる
ので、スポット光やスリット光のような走査を必要とし
ないことを特徴とする。

以下本発明を実施例により説明する。

第１図は実施例の全体の構成を示しており、投光器Ａは
タイミング回路36からのタイミング信号によりレーザ又
はLEDより成る発光要素18からの光を光ゲート19を介し
て1nsec程度の光パルスとして発生させるようになって
いる。この光パルスのパルス間隔の設定は光ゲート19に
より行う。光ゲート19を出た光パルスは光分岐ミラー20
により時間差計測部（又は位相差計測部）21のスタート
パルスとして分岐されるとともに、拡散レンズ22で拡散
されて散乱光となり、ターゲット３を照らす。

このターゲット３で反射された光パルスは対物レンズ23
で光電センサアレイ24に結像されて光電センサアレイ24
からストップパルスとして出力される。光電センサアレ
イ24上で実像を結ぶ時間は対象物の距離により各センサ
セルごとにまちまちの値となる。センサセルに使用して
いる光電センサ素子の応答時間は光パルスをパルスとし
て検出できる程度に高速なものとする。

而して各センサセル毎に光パルスのスタートからストッ
プまでの時間差を時間差計測部（又は位相差検出部）21
で計測することで約7nsecの時間差で1m単位の距離画像
を得ることができるが、本発明では距離計算部25で時間
差を距離に変換し、現画像フレームメモリ26に距離画像
を書き込むようになっている。ここで光パルスの幅を10
psec程度にして約0.07nsecの時間差で1cmの距離精度が
出せることになる。

通常距離画像を光波距離或いは変調波投光位相差測距で
計測するものでは、発光源の光と反射光との変調波の位
相差で距離を測定するが、距離の計測精度を高くするた
め、波長20mと2000mと言った２波を用いることが多い
が、計算時間や回路がやや複雑になるので、本実施例で
は原理的に簡単な光パルス投光型を用いている。

さて第１図の基準画像メモリ27は侵入者の存在しない背
景の距離画像が予め記憶されており、現画像と、基準画
像とを比較して侵入者等の異常な変化が無かった場合
に、基準画更新回路28により背景の基準画像が現画像に
更新されるようになっている。尚基準画像としては移動
平均をとる場合もある。

ここで現画像も基準画像も距離画像であるので、通常の
TVカメラの画像のような輝度変化の影響を受けない。

さて侵入物体等の変化物体があると距離画像が変化し、
現画像と基準画像との差がある設定値より大きな変化画
素が変化画素検出部29により検出される。

この変化画素検出部29で検出された変化画素は照明等の
輝度変化の影響を受けていないので、通常のTVカメラに
よる変化検知より誤報が少ない。

さて変化画素検出部29は変化画素の集まった領域の輪郭
を切り出すため、この変化画素データを形状パラメータ
抽出部30で、変化画素を所定の閾値で２値化し、この２
値化データにより連結領域の面積や外接する矩形等の形
状パラメータを抽出する。

この形状パラメータは照合・識別部31により判定基準値
として設定した基準パターン32とを比較されて照合・識
別される。照合・識別データは更に論理判断部33により
異常状態か否かが判断される。

ここで侵入者等は形が変化するので、形状パラメータと
して利用できるのは、面積や大きさなどの単純なもの
で、照合できる範囲も幅を持たせる必要がある。

而して論理判断部33は環境モデル判断条件34によって侵
入者は移動し、火災は静止して拡大するという性質を知
識ベースと持ち、更に他の防災、防犯センサなどの外部
センサ情報35からの情報を総合して推論し異常状態であ
るか否かを判断するのである。

以上のように本実施例では光パルスを用いてターゲット
３の距離画像を得て、距離画像からなる基準画像と現画
像との間の変化画素を検出することにより異常状態なの
かそうでないのかの判断を行うから照明のオン、オフや
日照の急激な変化（輝度変化）に対して誤報を起こさな
いのである。

第２図は距離画像を得るための具体的構成を示してお
り、次にこの回路構成に基づいて距離画像を得るまでの
動作を詳細に説明する。まずタイミング回路36のタイミ
ングパルスで投光器Ａより光パルスを発生させる。この
光パルスは分岐ミラー20で分岐されるとともに拡散レン
ズ22へ入光する。分岐ミラー20で分岐された光パルスは
時間差計測部21の集光レンズ21bを持つ光電センサ21aに
より電気的信号に変換され、アンプ21c,コンパレータ21
dを経てフリップフロップ21eをセットし、フリップフロ
ップ21eの出力でカウンタ21fをスタートさせる。つまり
分岐された光パルスは時間差計測部21のスタートパルス
となる。カウンタ21fはクロック発生器21gからのクロッ
クをカウントアップする。

一方拡散レンズ22で拡散した光パルスはターゲット３で
反射し、対物レンズ23で集光され光電センサアレイ24上
に実像を結ぶ。対物レンズ23と光電センサアレイ24との
間に設けられた電子シャッタ36は光電センサアレイ24に
光が入光するのに不要な時間帯に閉成するようになって
いる。

光電センサアレイ24はセンサセル24a毎に集光レンズ24b
が設けられており、各光電センサセル24aの受光部に周
囲の光が集められるようになっている。

さて反射光パルスがセンサセル24aに到達して電気的信
号に変換され、アンプ37、コンパレータ38を経てフリッ
プフロップ39をセットすると、フリップフロップ39はカ
ウンタ21fにストップパルスを与える。ここでフリップ
フロップ21e及びフリップフロップ39の出力は互いのリ
セット信号となっている。さてカウンタ21fはストップ
パルスが与えられると、クロックのカウント値を距離計
算部25の距離変換回路25aに出力する。距離変換回路25a
はカウント値（時間）を距離に変換する。ここでタイミ
ング回路36の出力は光電センサアレイ24のアドレス及び
現画像フレームメモリ26のアドレスを選択するので、デ
ータセレクタ25bを介して光電センサアレイ24上のセン
サセル24aの特定アドレスの距離データが現画像フレー
ムメモリ26の選択されたメモリセルに書き込まれる。ア
ドレスカウンタ40はタイミング回路７のタイミング信号
によりアドレスを設定するためのものである。

各センサセル24aより距離変換回路25aまでは各センサセ
ル24a毎に並列処理されるため、一つの光パルスに対し
て実像となる反射光パルス毎に距離画像が得られるが、
通常の検知器のように複数の光パルスに跨がる時定数の
移動平均をとることにより、外乱を除去することができ
る。

更には検知サイクル（周期）を長くすることが可能な場
合は各センサセル24a毎の距離計算はライン毎に並列化
したり、１個の光パルス毎に１個のセンサセル24aの実
像の距離画像を計算しても良い。

又上記実施例では光パルスを用いる代わりに変調光を用
いてもよく、この場合光ゲート19の代わりに変調器を、
時間差計測部21の代わりに位相差計測部を用いる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成したから光電センサアレイ上
の実像より距離画像を作成することができ、その為光パ
ルスや変調光を走査させる必要がなく、又並列処理によ
り高速に距離画像を作成することができ、しかも走査時
の機械的トラブルや、精度の不安定要因が除かれ、また
画像監視が距離画像により行なわれるので照明等の輝度
変化による誤報が少ないという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体構成図、第２図は同上の
要部の全体構成図、第３図は従来例の構成図である。 Ａ……投光器、３……ターゲット、21……時間差計測
部、24……光電センサアレイ、24a……センサセル、25
……距離計算部、26……現画像フレームメモリである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】散乱光からなる光パルスを発生させ、該光
   パルスと、ターゲットにより反射され、対物レンズで集
   光され実像として２次元配列した光電センサアレイで受
   光される受光パルスとの時間差より光電センサアレイの
   各センサセルの実像に対応するターゲットの距離を計算
   し、各センサセルに対応させてある現画像フレームメモ
   リセルに距離画像を形成したことを特徴とする画像監視
   方式。
2. 【請求項２】波長の長い変調波でレーザやLED等の発光
   要素の発光を変調して散乱光からなる変調光を発生さ
   せ、該変調光と、ターゲットにより反射され対物レンズ
   で集光された実像として２次元配列した光電センサアレ
   イで受光される受光変調光との位相差より光電センサア
   レイの各センサセルの実像に対応するターゲットの距離
   を計算し、各センサセルに対応させてある現画像フレー
   ムメモリセルに距離画像を形成したことを特徴とする画
   像監視方式。