JPH09282569A - 侵入監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 背景の明るさの変化に左右されない侵入監視
方法を提供する。 【解決手段】 監視領域を繰り返し撮影し、各々の画像
中の所定位置の画素について撮影回毎の輝度差を求め、
これらの輝度差の値の集合の標準偏差を求め、この標準
偏差の大きさに合わせて背景の明るさの変化による輝度
差を除くためのしきい値を定め、しきい値を超える輝度
差を生じた画素を画像中より抽出し、この抽出結果に基
づき監視領域内への侵入を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、監視画像の明るさ
の変化から侵入を検出する侵入監視方法に係り、特に、
背景の明るさの変化に左右されない侵入監視方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】人や物の侵入を監視する方法として、監
視領域を撮影した画像を画像処理する方法がある。例え
ば、ＩＴＶカメラ等により撮影した画像について、予め
オペレータが指定した監視領域内に侵入物（侵入者、進
入物、進入者も同じ）が映っていると、その侵入物部分
に輝度変化が生じるので、この輝度変化から監視領域内
への侵入を検出する。輝度変化は、予め侵入物がないと
きに撮影した画像（基準画像又は背景画像と呼ぶ）と監
視時に撮影した画像（監視画像と呼ぶ）との差分画像か
ら求めることができる。図６はその手順を示すフローチ
ャートである。

【０００３】輝度変化から監視領域内への侵入を検出す
る方法を、ヒストグラムを用いて説明する。図７（ａ）
のヒストグラムは、基準画像と監視画像との差分画像に
ついて求めたものであり、その差分画像中の全画素の集
合における各画素の輝度のヒストグラムである。言い換
えると、ある輝度差を持つ画素が全画素中にどのくらい
の頻度で存在するかを示す。

【０００４】このヒストグラムにおいて、輝度差０付近
は最大頻度分布部分７１によって占めている。最大頻度
分布部分７１に含まれる画素は、監視画像のなかで侵入
物に無関係な画素ということになる。一方、予め設定し
ておいたしきい値τ_a よりも輝度差の絶対値が大きい部
分、例えば図示する７２の部分は、侵入物により輝度変
化が生じた画素からなる。この輝度変化が生じた画素の
個数を計数して、その計数結果から侵入物の有無、即ち
侵入を検出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の侵入監視方法で
は、監視領域内の背景の明るさが時間的に変化しないこ
とを前提として検出するようになっているため、太陽の
傾きや雲の動きによって背景の明るさが変化するとこれ
を誤って侵入として検出してしまう。即ち、輝度変化が
生じた画素の個数を計数するのみでは誤検出の問題が生
じる。

【０００６】図７（ｂ）は誤検出の問題が生じる場合の
ヒストグラムの例である。ここでは、輝度差０付近を占
める最大頻度分布部分７１の拡がりが図７（ａ）の場合
のそれよりも大きくなっている。言い換えると、頻度分
布の傾斜が緩やかである。このため、同じしきい値τ_a
を用いると、最大頻度分布部分７１の一部７３がしきい
値τ_a よりも輝度差の絶対値が大きい領域にかかってし
まう。この部分７３も侵入物により輝度変化が生じた画
素によるものとして扱われ、計数結果が大きくなるか
ら、実際には侵入物がないのに、侵入物ありと判定され
ることもある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、背景の明るさの変化に左右されない侵入監視方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第１の方法は、監視領域を繰り返し撮影し、
各々の画像中の所定位置の画素について撮影回毎の輝度
差を求め、これらの輝度差の値の集合の標準偏差を求
め、この標準偏差の大きさに合わせて背景の明るさの変
化による輝度差を除くためのしきい値を定め、しきい値
を超える輝度差を生じた画素を画像中より抽出し、この
抽出結果に基づき監視領域内への侵入を検出するもので
ある。

【０００９】また第２の方法は、監視領域を撮影した前
回画像と所定時間後に撮影した今回画像とから、両画像
中の所定領域内の各画素についてそれぞれ前回と今回と
の輝度差を求め、これらの輝度差の値の集合の標準偏差
を求め、この標準偏差の大きさに合わせて背景の明るさ
の変化による輝度差を除くためのしきい値を定め、しき
い値を超える輝度差を生じた画素を画像中より抽出し、
この抽出結果に基づき監視領域内への侵入を検出するも
のである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１１】図１は、本発明の第１の侵入監視方法に従
う手順を示すフローチャートである。この手順による
と、まず始めに監視領域を撮影して基準画像（又は背景
画像）を得る。その基準画像中の所定位置の画素（基準
画素と呼ぶ）の輝度値を記録する。基準画像は繰り返し
Ｎ個（Ｎは任意の整数）まで撮影し、その都度、基準画
素の輝度値を記録する。

【００１２】Ｎ個まで撮影した後は、監視に用いる監視
画像として引き続き同じ監視領域を撮影する。このよう
にして、順次新しい監視画像を得て、その都度、監視画
像中の基準画素の輝度値を記録する。そして、その都
度、Ｎ個の基準画像と監視画像とにおける基準画素の輝
度変化を計算する。具体的には撮影回毎の輝度差を求め
る。次いで、しきい値を計算する。しきい値は輝度差の
値の集合の標準偏差を求め、この標準偏差に適宜な係数
を掛けたものである。

【００１３】その次に、監視画像とＮ個目の基準画像
（背景画像）との差分画像を求める。これは、画像全体
のひとつひとつの画素について輝度差を求めることに等
しい。この輝度差がしきい値を超える画素を抽出し、そ
の個数を計数する。個数が予め定めた所定値より大きい
とき、侵入物ありと判定するようにして監視領域内への
侵入を検出する。

【００１４】ここで、順次新しい監視画像を得る都度し
きい値を更新すること、即ち監視画像毎のしきい値補正
について、その具体的方法を説明する。明るさが時間的
に連続な変化をしている画像を考えたとき、この画像
の、時刻ｔにおける位置（ｘ，ｙ）の画素の輝度をｆ_t
（ｘ，ｙ）とする。この画像中、侵入物が移動する領域
外に、言い換えると侵入物が入ることのない領域内に、
しきい値を求めるための基準画素を設定する。その位置
を（ｘ₀ ，ｙ₀ ）とする。これは、基準画素を侵入物が
移動する領域外に設定することで、基準画素の輝度変化
が侵入物によらないということを明確にするためであ
る。そして、時刻ｔにおける基準画素の輝度をｆ_t （ｘ
₀ ，ｙ₀ ）とする。この基準画素の輝度を時々刻々記録
していき、ある監視時刻ｔ_i において、次の輝度値の集
合を考える。

【００１５】ｆ_ti-N（ｘ₀ ，ｙ₀ ），ｆ
_ti-(N-1)（ｘ₀ ，ｙ₀ ），…，ｆ_ti-1（ｘ₀ ，ｙ₀ ），
ｆ_ti（ｘ₀ ，ｙ₀ ） これは、時刻ｔ_i-N から時刻ｔ_i までの、位置（ｘ₀ ，
ｙ₀ ）の基準画素における輝度値の集合である。この集
合を形成する輝度値の個数はＮ＋１個である。この個数
は常に一定とする。輝度の変化を知るために、時刻順の
輝度値の差分を次のように求める。

【００１６】ｇ_ti（ｘ₀ ，ｙ₀ ）＝ｆ_ti（ｘ₀ ，ｙ₀ ）
−ｆ_ti-1（ｘ₀ ，ｙ₀ ） そして、この差分値（輝度差の値）の集合を考える。

【００１７】ｇ_ti-(N-1)（ｘ₀ ，ｙ₀ ），…，ｇ
_ti-1（ｘ₀ ，ｙ₀ ），ｇ_ti（ｘ₀ ，ｙ₀ ） これは、時刻ｔ_i-N から時刻ｔ_i までの、位置（ｘ₀ ，
ｙ₀ ）の基準画素における輝度差の値の集合である。

【００１８】次に、この集合の標準偏差σ_tiを求める。
標準偏差σ_tiは、時刻ｔ_i-N から時刻ｔ_i までの基準画
素における輝度変化の程度（時間的なばらつき）を表し
ている。この標準偏差σ_tiに係数を掛けてしきい値とす
る。即ち、基準画素における輝度変化の時間的なばらつ
きが大きいときにはしきい値は大きくなり、逆に輝度変
化の時間的なばらつきが小さければしきい値も小さくな
る。このように、しきい値は純粋に背景と見なせる画像
領域における輝度変化に基づくものであるから、背景の
明るさの変化がしきい値に反映され、このしきい値によ
り背景の明るさの変化による輝度差が除外され、侵入物
によると思われる有意の輝度差を判定するので、背景の
明るさの変化に左右されない侵入監視に適している。

【００１９】具体例として図２を用いて説明する。図２
（ａ）に示される例は、最大頻度分布部分２１の拡がり
が狭いが、このとき複数回の輝度差の値の集合の標準偏
差は小さく、従ってしきい値τ_a は小さい。侵入物によ
り輝度変化が生じた画素からなる２２の部分は、しきい
値τ_a を超えているので検出できる。また、最大頻度分
布部分２１はしきい値τ_a にかからない。

【００２０】図２（ｂ）に示される例は、最大頻度分布
部分２１の拡がりが広いが、このとき複数回の輝度差の
値の集合の標準偏差は大きく、従ってしきい値τ_a は大
きい。侵入物により輝度変化が生じた画素からなる２２
の部分は、しきい値τ_a を超えているので検出できる。
また、最大頻度分布部分２１はしきい値τ_a にかからな
い。図７の従来例と比較すると、固定のしきい値を設定
するものは、最大頻度分布部分７１の拡がりが広くなる
と誤検出の問題が生じたが、輝度変化の程度に合わせた
しきい値が得られる本発明は、誤検出の問題が生じない
ことが判る。

【００２１】次に、本実施形態の装置構成と処理内容を
説明する。

【００２２】図３に示されるように、侵入監視装置は、
監視領域を撮影するＩＴＶカメラ等の撮影装置１と、本
発明の手順を実行する画像処理回路２と、検出結果を出
力する出力回路３とからなる。その動作は、まず、監視
処理を開始する前に、監視領域に侵入がないときの画像
を基準画像として撮影装置１で撮影し、画像処理回路２
のメモリに記憶させておく。このときの時刻をｔ₀ とす
る。また、同時に、基準画素の輝度値を画像処理回路２
のメモリに記憶させておく。次に、監視処理をするとき
と同様の時間間隔で再び画像を撮影装置１で撮影し、基
準画素の輝度値を画像処理回路２のメモリに記憶させて
おく。この処理を時刻ｔ_0+N-1 まで続ける。

【００２３】この状態で、監視処理を開始する。まず、
撮影装置１で監視画像を撮影する。この監視画像を画像
処理回路２に送り、また監視画像の基準画素の輝度値を
画像処理回路２のメモリに記憶させる。

【００２４】画像処理回路２では、時刻ｔ₀ から時刻ｔ
_0+N までの画像、つまり過去（ｔ_i+N −ｔ_i ）時間（ｔ
_i は任意の時刻）前までの画像、の毎回の基準画素の輝
度差の値の集合を求める。この集合の標準偏差を計算
し、係数を掛けることで今回の監視画像について使用す
るしきい値を求める。この際、時刻ｔ₀ から時刻ｔ_0+N
までの画像の基準画素の輝度値は画像処理回路２のメモ
リに引き続き記憶させておく。

【００２５】次に、基準画像と監視画像との対応する画
素の輝度値を画像処理回路２により減算し、差分画像と
する。

【００２６】次に、この差分画像の各画素の輝度値（輝
度差）の絶対値を求める。その値がしきい値以上である
画素の個数を画像処理回路２により計数する。この画素
個数が予め定めた別のしきい値より大きいとき、侵入物
ありと判定し、この検出結果を出力回路に送る。画素個
数がしきい値に達しないときは、侵入物なしと判定し、
この検出結果を出力回路３に送る。出力回路３は得られ
た検出結果を図示しない警報装置や監視所モニタ等に出
力する。

【００２７】これ以降も、上記処理を繰り返し、連続的
に侵入検出を行う。

【００２８】次に、本発明の第２の実施形態を説明す
る。

【００２９】図４は本発明の第２の侵入監視方法に従う
手順を示すフローチャートである。この手順によると、
まず始めに監視領域を撮影して基準画像（又は背景画
像）を得る。その基準画像中の所定領域（基準画素領域
と呼ぶ）内の各画素の輝度値を記録する。次に、監視画
像として同じ監視領域を撮影する。ここでも基準画素領
域内の各画素の輝度値を記録する。そして、両画像中の
基準画素領域内の各画素についてそれぞれ輝度変化を計
算する。具体的には基準画像と監視画像との輝度差を求
める。次いで、しきい値を計算する。しきい値は、輝度
差の値の集合の標準偏差を求め、この標準偏差に適宜な
係数を掛けたものである。その次に、監視画像と基準画
像（背景画像）との差分画像を求める。これは、画像全
体のひとつひとつの画素について輝度差を求めることに
等しい。この輝度差がしきい値を超える画素を抽出し、
その個数を計数する。個数が予め定めた所定値より大き
いとき、侵入物ありと判定するようにして監視領域内へ
の侵入を検出する。

【００３０】ここで、監視画像を得てからしきい値を計
算すること、即ち監視画像毎のしきい値補正について、
その具体的方法を説明する。画像中の侵入物が移動する
領域外に、言い換えると侵入物が入ることのない領域内
に、しきい値を求めるための基準画素領域を設定する。
これは、基準画素領域を侵入物が移動する領域外に設定
することで、基準画素領域内の各画素の輝度変化が侵入
物によらないということを明確にするためである。この
基準画素領域内の各画素について、輝度値の差をとり、
輝度差の値の集合を得る。この集合の標準偏差を求め
る。この標準偏差は、監視画像と基準画像との間に生じ
た輝度変化の程度（画素によるばらつき）を表してい
る。この標準偏差に係数を掛けてしきい値とする。即
ち、基準画素領域内で輝度変化の画素によるばらつきが
大きいときにはしきい値は大きくなり、逆に輝度変化の
画素によるばらつきが小さければしきい値も小さくな
る。このように、しきい値は純粋に背景と見なせる画像
領域における輝度変化に基づくものであるから、背景の
明るさの変化がしきい値に反映され、このしきい値によ
り背景の明るさの変化による輝度差が除外され、侵入物
によると思われる有意の輝度差を判定するので、背景の
明るさの変化に左右されない侵入監視に適している。

【００３１】具体例として図５を用いて説明する。図５
（ａ）に示される例は、最大頻度分布部分５１の拡がり
が狭いが、このとき基準画素領域内の複数画素の輝度差
の値の集合の標準偏差は小さく、従ってしきい値τ_a は
小さい。侵入物により輝度変化が生じた画素からなる５
２の部分は、しきい値τ_a を超えているので検出でき
る。また、最大頻度分布部分５１はしきい値τ_a にかか
らない。

【００３２】図５（ｂ）に示される例は、最大頻度分布
部分５１の拡がりが広いが、このとき基準画素領域内の
複数画素の輝度差の値の集合の標準偏差は大きく、従っ
てしきい値τ_a は大きい。侵入物により輝度変化が生じ
た画素からなる５２の部分は、しきい値τ_a を超えてい
るので検出できる。また、最大頻度分布部分５１はしき
い値τ_a にかからない。図７の従来例と比較すると、固
定のしきい値を設定するものは、最大頻度分布部分７１
の拡がりが広くなると誤検出の問題が生じたが、輝度変
化の程度に合わせたしきい値が得られる本発明は、誤検
出の問題が生じない。

【００３３】この実施形態のための装置構成は、前記実
施形態と同様、図３に示されるように、撮影装置１と画
像処理回路２と出力回路３とからなる。その動作は、ま
ず、監視処理を開始する前に、監視領域に侵入がないと
きの画像を基準画像として撮影装置１で撮影し、画像処
理回路２のメモリに記憶させておく。このときの時刻を
ｔ₀ とする。また、同時に、基準画素領域の各画素の輝
度値を画像処理回路２のメモリに記憶させておく。

【００３４】この状態で、監視処理を開始する。まず、
撮影装置１で監視画像を撮影する。この監視画像を画像
処理回路２に送り、また監視画像の基準画素領域の各画
素の輝度値を画像処理回路２のメモリに記憶させる。

【００３５】画像処理回路２では、基準画像の基準画素
領域の各画素の輝度値と監視画像の基準画素領域の対応
する各画素の輝度値との差を求める。この輝度差の値の
集合について標準偏差を計算し、係数を掛けることで今
回の監視画像について使用するしきい値を求める。

【００３６】次に、基準画像と監視画像との対応する画
素の輝度値を画像処理回路２により減算し、差分画像と
する。

【００３７】次に、この差分画像の各画素の輝度値（輝
度差）の絶対値を求める。その値がしきい値以上である
画素の個数を画像処理回路２により計数する。この画素
個数が予め定めた別のしきい値より大きいとき、侵入物
ありと判定し、この検出結果を出力回路３に送る。画素
個数がしきい値に達しないときは、侵入物なしと判定
し、この検出結果を出力回路３に送る。出力回路３は得
られた検出結果を図示されない警報装置や監視所モニタ
等に出力する。

【００３８】これ以降も、上記処理を繰り返し、連続的
に侵入検出を行う。

【００３９】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００４０】（１）第１の方法によれば、基準画素の時
間的に連続する輝度差の値の集合を得、この集合の標準
偏差の大きさに合わせてしきい値を求めることで、ヒス
トグラムの緩やかな傾斜を生じるような明るさの変化に
対応できるので、背景の明るさの変化に左右されない侵
入監視を行うことができる。

【００４１】（２）第２の方法によれば、基準画素領域
内の各画素の輝度差の値の集合を得、この集合の標準偏
差の大きさに合わせてしきい値を求めることで、ヒスト
グラムの緩やかな傾斜を生じるような明るさの変化に対
応できるので、背景の明るさの変化に左右されない侵入
監視を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の侵入監視方法に従う手順を示す
フローチャートである。

【図２】本発明の第１の侵入監視方法によるしきい値を
記入した輝度差のヒストグラムである。

【図３】本発明による侵入監視装置の構成図である。

【図４】本発明の第２の侵入監視方法に従う手順を示す
フローチャートである。

【図５】本発明の第２の侵入監視方法によるしきい値を
記入した輝度差のヒストグラムである。

【図６】従来技術の手順を示すフローチャートである。

【図７】従来技術によるしきい値を記入した輝度差のヒ
ストグラムである。

【符号の説明】

１ 撮影装置 ２ 画像処理回路 ３ 出力回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 監視領域を繰り返し撮影し、各々の画像
   中の所定位置の画素について撮影回毎の輝度差を求め、
   これらの輝度差の値の集合の標準偏差を求め、この標準
   偏差の大きさに合わせて背景の明るさの変化による輝度
   差を除くためのしきい値を定め、しきい値を超える輝度
   差を生じた画素を画像中より抽出し、この抽出結果に基
   づき監視領域内への侵入を検出することを特徴とする侵
   入監視方法。
2. 【請求項２】 監視領域を撮影した前回画像と所定時間
   後に撮影した今回画像とから、両画像中の所定領域内の
   各画素についてそれぞれ前回と今回との輝度差を求め、
   これらの輝度差の値の集合の標準偏差を求め、この標準
   偏差の大きさに合わせて背景の明るさの変化による輝度
   差を除くためのしきい値を定め、しきい値を超える輝度
   差を生じた画素を画像中より抽出し、この抽出結果に基
   づき監視領域内への侵入を検出することを特徴とする侵
   入監視方法。