JP2004118424A - 動き検出装置,動き検出方法,動き検出システム,およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で動き検出を行うことの可能な動き検出装置を提供する。
【解決手段】動き検出装置2は,映像信号から所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出する平均輝度レベル検出部21と,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積する平均輝度レベル累積部22と,累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,現在の平均輝度レベルで正規化し,現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出する輝度レベル正規化部23と,現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較する比較部24とを備えたことを特徴とする。所定時間ごとの平均輝度レベルを累積し,それをもとに現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出することで,明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で安定した検出を行うことができる。
【選択図】 図2
【解決手段】動き検出装置2は,映像信号から所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出する平均輝度レベル検出部21と,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積する平均輝度レベル累積部22と,累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,現在の平均輝度レベルで正規化し,現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出する輝度レベル正規化部23と,現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較する比較部24とを備えたことを特徴とする。所定時間ごとの平均輝度レベルを累積し,それをもとに現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出することで,明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で安定した検出を行うことができる。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,例えば,撮像装置を用いた監視システムなどに適用可能な動き検出装置,動き検出方法,動き検出システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年,多くの工事現場,大型プラント,コンビニエンスストアなどにおいて,安全性の確保や保安上の問題などから,監視カメラなどによって各所を集中的に監視する監視システムが導入されている。このような監視システムに用いられる監視装置は,撮影した監視領域の映像から,本来なんら動きがあってはならない領域に,例えば第三者の無断侵入などにより発生する動きを自動的に検出して警報を発するものである(かかる装置を以下「動き検出装置」と称する)。このようにして,監視要員が常に監視モニタにより視覚的に監視し続けることなく,事故や被害の発生を最小限に抑えることが可能となる。
【0003】
従来より用いられている動き検出装置は,入力映像信号の平均輝度レベルの変化を検出したり,物体が監視領域内に侵入することによって発生する入力信号の時間的な変動差分をフィールド単位で比較・検出し,その変化分が予め定めたしきい値を越えれば動きありと判定するものであった。すなわち,設定された検出枠における現フィールドの画像と前フィールドの画像の同一アドレスにおける差分値を求め,絶対値化した後,それをフィールド全体にわたって積分することにより算出される変動差分をもとに動きの有無を検出する方法が一般的であった。
【0004】
しかしながら,このような判定方法では,画像の明るさ(輝度)しだいでは,検出枠内において物体が同じように動いた場合でも,動きの有無を検出できない場合がある。すなわち,同じ程度だけ輝度が高くなった場合でも,もともと輝度が高い検出枠では輝度の変化の割合が小さく,またもともと輝度が低い検出枠では輝度の変化の割合が大きい。このため,同じ輝度だけ変化があった場合でも,その変化の割合が異なるため,動きの有無を検出することが難しい場合がある。
【0005】
このような不具合を回避するために,時間によってしきい値を変化させる技術がある(例えば,特許文献1参照)。この文献に開示された技術は以下の通りである。まず,監視エリアを複数に分割した枠ごとに,正常な状態における評価値の最大値と最小値をもとに算出した基準値をそれぞれ最大値レジスタおよび最小値レジスタに記憶しておく。そして,現在の評価値とレジスタの基準値とを,比較器において比較する。現在の評価値が最大値レジスタの基準値より大きいか,または最小値レジスタの基準値より小さい場合には,動きがあるものと判断する。さらに,日照変化による誤検出を防止するために,最大値レジスタおよび最小値レジスタの値を用いて前述した基準値を所定のタイミングで更新する。
【0006】
上記文献に開示された技術によれば,時間によってしきい値を変えることにより,日照変化等による被写体の輝度変化を被写体の動きと誤って検出しなくなる。しかしながら,時間によってしきい値を変化させる場合には,明るさのプロファイルを取る必要があったり,しきい値を切り換えるシステムが必要であり,かかる新たな構成要素が別途必要になるという別の問題が生ずる。
【0007】
また,上記文献に開示された技術において,動きがないとした基準の輝度レベルは予め設定された検出枠における平均輝度レベルである。一般に,検出枠の面積が大きくなるほど輝度レベルの変化に対する感度が鈍くなる。すなわち,例えば輝度レベルの変化が10であるとき,検出枠の面積が100の場合と10の場合では,単位面積あたりの変化の割合が異なるため,輝度レベルの変化に対する感度が鈍くなる。この問題を低減させるために面積に応じてしきい値を変更するシステムも提案されているが,改善はされているものの,実用上十分な程度まで感度が良好していないのが現状である。
【0008】
【特許文献1】
特開平9−102947号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は,従来の動き検出方法が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり,本発明の目的は,明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で動き検出を行うことの可能な,新規かつ改良された動き検出装置,動き検出方法,および動き検出システムを提供することである。
【0010】
さらに,本発明の別の目的は,検出面積が大きい場合であっても精度良く動き検出を行うことの可能な,新規かつ改良された動き検出装置,動き検出方法,および動き検出システムを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため,本発明の第1の観点によれば,撮像装置が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出装置が提供される。本発明の動き検出装置(2)は,映像信号から所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出する平均輝度レベル検出部(21)と,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積する平均輝度レベル累積部(22)と,累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,その現在の平均輝度レベルで正規化し,その現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出する輝度レベル正規化部(23)と,現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較する比較部(24)とを備えたことを特徴とする。
【0012】
かかる動き検出装置によれば,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積し,累積された平均輝度レベルと現在の平均輝度レベルとの差分を,その現在の平均輝度レベルで正規化して,その現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出することで,明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で安定した検出を行うことができる。すなわち,物体の反射率は一定であるので,照明の強さだけを変化させて,ある被写体が同じ場所で同じように動作した場合,変化の割合は同じである。従って,現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出することで,どのような照明環境下であっても,予め定められた一定のしきい値で動きを検出できる。なお,本明細書中,累積された平均輝度レベルをもとにして現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出することを,「輝度レベルの正規化」と称する。
【0013】
また,上記動き検出装置において,輝度レベルの正規化は以下の手順で行うことができる。なお,n:所定時間ごとに1ずつ増加する定数,y[n]:時刻nにおける平均輝度レベル,Y[n]:時刻nにおける累積された平均輝度レベル,D[n]:時刻nにおける平均輝度レベルの変化の割合,T:時定数とする。(a)平均輝度レベル累積部における平均輝度レベルの累積は,
Y[n+1]={(T−1)/T}*Y[n]+y[n]
により行うことができる。
(b)輝度レベル正規化部における現在の平均輝度レベルの変化の割合の算出は,
D[n]=|y[n]−Y[n]*(1/T)|/y[n]
により行うことができる。
【0014】
上述の輝度レベルの正規化を行うにあたり,平均輝度レベルを累積する際に,古い時刻に対する重み付けを変えることで,より精度の高い正規化を行うことができる。そこで,時定数Tは,古いデータであるほど現在のデータに与える影響を小さくするために用いられる。このように,時定数Tを用いた上記算式を利用することにより,より精度の高い輝度レベルの正規化を行うことができる。
【0015】
また,所定のエリアを複数のエリアに分割し,分割された各エリアに対して平均輝度レベルを時分割で検出することも可能である。これにより,1個の検出枠を複数個に分割し,分割された枠に対して時分割で動き検出をかけることで,検出精度を上げることができる。また,1個の検出枠に対して時分割で複数枠の検出を行えるため,検出ブロックを1つしか持たないシステムでも,複数箇所の検出枠を設定できるシステムを作成できる。
【0016】
また,上記課題を解決するため,本発明の第2の観点によれば,撮像装置が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出方法が提供される。本発明の動き検出方法は,入力された映像輝度信号から所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出して所定時間ごとの平均輝度レベルを累積し,累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,その現在の平均輝度レベルで正規化して,その現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出し,現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較することにより所定のエリアにおける動きを検出することを特徴とする。
【0017】
また,上記課題を解決するため,本発明の第3の観点によれば,撮像装置(1)と,撮像装置が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出装置(2)とを含み,さらに,撮像装置の出力を表示する表示装置(3),撮像装置の出力を記録する記録装置(4),または警報装置(5)のうち少なくとも1以上を含んで構成される動き検出システムが提供される。かかる動き検出システムにおいては,例えば上記第1の観点にかかる動き検出装置を用いることができる。そして,動き検出装置は,所定のエリアにおける動きを検出したときに,動きが検出されたエリアを表示装置に表示させる指示,記録装置を作動させる指示,または警報装置を作動させる指示,のうち少なくとも1以上の指示を出すことを特徴とする。
【0018】
また,本発明によれば,コンピュータを,上記第1の観点にかかる動き検出装置として機能させるためのプログラムが提供される。このプログラムは,コンピュータにより読み取り可能な記録媒体,例えばCD−ROMやフロッピーディスクあるいはDVD−ROMなどに記録させた形で有体物として市場を流通させることができるほか,インターネットなどのネットワークを介してダウンロードする形で商取引の対象となりうる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら,本発明にかかる動き検出装置,動き検出方法,および動き検出システムの好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書および図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0020】
(第1の実施の形態)
映像輝度信号の変動差分をもとにして動きの有無を検出する方法は,設定枠における過去の平均輝度レベルと現在の平均輝度レベルを比較し,ある一定値(しきい値)以上の差分があった場合,設定枠内において動きがありと判定するものである。しかしながら,このような判定方法では,検出枠における画像の明るさ(輝度)しだいでは,検出枠内において物体が同じように動いた場合でも,動きの有無を検出ができない場合がある。すなわち,同じ程度だけ輝度が高くなった場合でも,もともと輝度が高い検出枠では輝度の変化の割合が小さく,またもともと輝度が低い検出枠では輝度の変化の割合が大きい。このため,同じ輝度だけ変化があった場合でも,その変化の割合が異なるため,動きの有無を検出することが難しい場合がある。本実施の形態では,検出枠における画像の明るさに関係なく,予め定められた一定のしきい値で動きの有無を検出することの可能な動き検出システムについて説明する。
【0021】
図1は,本実施の形態にかかる動き検出システムの一構成例を示す説明図である。この動き検出システムは,図1に示したように,少なくとも動き検出の対象となる所定のエリアを撮像する撮像装置1と,撮像装置1が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出装置2と,撮像装置1の出力を表示する表示装置3と,動き検出装置2からの指示を受けて撮像装置1の出力を記録する記録装置4と,動き検出装置2からの指示を受けて警報動作を行う警報装置5を主に備えて構成されるシステムである。以下に,各構成要素について詳細に説明する。
【0022】
(撮像装置1)
撮像装置1は,被写体を撮像して映像信号に変換する装置であり,具体的には,ビデオカメラなどを想定している。撮像装置1は,図1に示したように,光学部品11と,被写体(入射される光信号)に対応する映像信号を生成する固体撮像素子(以下,CCDアレイという)12と,CCDアレイ12の出力に対して相関二重サンプリング(Correlation Double Sample−hold,以下CDSという)処理およびゲイン調整を行うCDS/AGC回路13と,CDS/AGC回路13の出力をディジタル信号(例えば,10ビットのディジタル信号)に変換するアナログ/ディジタル変換回路(Analog/Digital Converter,以下ADCという)14と,ADC14の出力に対して所定のカメラ信号処理を施すカメラ信号処理回路15とを主に備えて構成されている。これら各構成要素はすべてハードウェアとして構成することができる。また,これら構成要素の機能の一部あるいはすべてをソフトウェアとして構成することも可能である。以下に,各構成要素について詳細に説明する。
【0023】
(光学部品11)
光学部品11は,被写体からの光を集光するレンズと光学フィルタなどを含んで構成されている。このレンズの絞りは,マイクロコントローラによって制御可能であり,これによりCCD12への入射光量が調整される。光学フィルタは,例えば,赤外カットフィルタ(Infrared Cut Filter:IRCF)および/または光学ローパスフィルタ(Optical Low Pass Filer:OLPF)などで構成されており,被写体から入射された光に各種の処理を施すことができる。
【0024】
(CCD12)
上記のようにしてレンズによって絞り込まれ,光学フィルタを通過した光学像は,CCD12に入射される。このCCD12は,代表的な撮像素子(撮像デバイス)であり,受光面に配された複数の画素により,受光した当該光学像を光電変換して電気信号として出力することができる。なお,CCD12としては,例えば,補色単板CCD,3板CCDなどを採用することができる。
【0025】
かかるCCD12は,タイミングジェネレータにより駆動され(電子シャッター機能),光電変換された電気信号である画像信号を読み出す。なお,このタイミングジェネレータによるシャッタースピードは,マイクロコントローラによって制御可能である。撮像環境が比較的明るくCCD12への入射光量が多い場合には,シャッタースピードを速め,一方,撮像環境が比較的暗く入射光量が少ない場合には,シャッタースピードを遅くすることにより,露光量を調整することができる。
【0026】
(CDS/AGC回路13)
上記のようなCCD12から読み出された電気的な画像信号は,CDS/AGC回路13に入力される。CDS/AGC回路13は後段の信号処理部15による信号処理を行うための前処理を行う回路である。このCDS/AGC回路13では,画像信号にCDS処理を施した後,ゲインコントロールアンプ(AGC)によって必要に応じて好適な信号レベルに増幅(ゲイン調整)される。AGCのゲインは,マイクロコントローラによって制御可能である。
【0027】
CCD11のノイズには,アンプ雑音(受光部で検出した光電荷を増幅するときに生じる初段トランジスタ発生ノイズ),リセット雑音(読み出しのリセットをする際に発生する雑音),光ショットノイズ(入力光そのもののノイズ)などがある。CDS処理によれば,上記ノイズのうちリセット雑音を軽減する効果がある。CDS処理は,フィードスルーに含まれるノイズと信号に含まれるノイズが同じ相関を持っていることを利用してノイズを減少させるものである。フィードスルーレベルをクランプしたうえで,信号をサンプルホールドする。これにより,リセット雑音を除去することができる。
【0028】
(ADC14)
上記のAGCの出力は,黒レベル等を調整した後,ADC14により,アナログ信号からディジタル信号に変換されて,信号処理部15に出力される。
【0029】
(信号処理部15)
信号処理部15は,画像信号に対して,ガンマ補正,ダイナミックレンジ調整,アパーチャーによる輪郭補正,ホワイトバランス(WB)調整などの各種処理を施すとともに,画像信号の信号レベルや色情報などを検出する機能を有する。信号処理部15の出力は,撮像装置1の出力として後段の表示装置3および記録装置4に出力される。さらに,本実施の形態では,信号処理部15の出力は,動き検出装置2に送られる。動き検出装置2における信号処理については後述する。
【0030】
以上,撮像装置1の構成について,図1を参照しながら説明した。
次いで,撮像装置1が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出装置2について,図2及び図3を参照しながら説明する。図2は動き検出装置の一構成例を示す説明図である。図3は動き検出装置の一動作例を示す説明図である。
【0031】
(動き検出装置2)
動き検出装置2は,図2に示したように,撮像装置1が出力する映像信号から所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出する平均輝度レベル検出部21と,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積する平均輝度レベル累積部22と,累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,現在の平均輝度レベルで正規化し,現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出する輝度レベル正規化部23と,現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較する比較部24を主に備えて構成されている。
【0032】
動き検出装置2の各構成要素はすべてハードウェアとして構成することができる。また,これら構成要素の機能の一部あるいはすべてをソフトウェアとして構成することも可能である。動き検出装置2の機能の一部あるいはすべてをソフトウェアとして構成する場合,その機能を実現可能なソフトウェア(コンピュータプログラム)をコンピュータに読み取らせる(インストール)ことにより,コンピュータを動き検出装置2として機能させてもよい。以下に,動き検出装置2の各構成要素について詳細に説明する。
【0033】
(平均輝度レベル検出部21,ステップS1)
平均輝度レベル検出部21は,撮像装置1内のADC14からの映像信号を入力し,予め設定されている動き検出(映像信号の変動検出)の対象となるエリア(以下,検出枠という)内の輝度レベルを積分する。そして,その検出枠の面積(総画素数)で除すことにより,平均輝度レベルを算出する(ステップS1)。検出枠の設定は,本実施の形態にかかる動き検出システムを用いて動き検出を行う者(具体的には,監視エリアの監視を行う監視要員など)が表示装置3の画面を見ながら設定を行うことができる。
【0034】
なお,以下の説明において,nを所定時間ごとに1ずつ増加する定数とし,また逆に,定数nによって規定される時刻あるいは時間帯を「時刻n」という。時刻nにおける平均輝度レベルy[n]は,図2に示したように,後段の平均輝度レベル累積部22および輝度レベル正規化部23に出力される。以下に説明する平均輝度レベル累積部22および輝度レベル正規化部23においては,時刻nの平均輝度レベルy[n]が入力されて,平均輝度レベルの正規化処理を行う。以下に詳細に説明する。
【0035】
(平均輝度レベル累積部22,ステップS2)
平均輝度レベル累積部22は,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積する。平均輝度レベル累積部22は,平均輝度レベル検出部21により検出された平均輝度レベルy[n]を累積し,時刻nにおける累積輝度レベルY[n]を求める(ステップS2)。この累積輝度レベルY[n]は,現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出するために求められるものである。具体的には,累積輝度レベルY[n]は以下の(式1)で求められる。
Y[n+1]=Gain1*Y[n]+y[n]・・・(式1)
【0036】
ここで,Gain1は時定数Tを用いて以下のように与えられる。
Gain1=(T−1)/T
時定数Tは,古いデータであるほど現在のデータに与える影響を小さくするために用いられる。すなわち,平均輝度レベルを単純に累積していくと,無限に大きくなってしまう。そこで,所定の時間単位で平均化するために,時定数Tを用いて与えられるGain1を係数とする。これにより,例えば,現在のY[n]の所定割合(例えば90%)を次のY[n+1]にフィードバックするなどといった柔軟な制御が可能となる。
【0037】
平均輝度レベル累積部22は,(式1)の計算を行うための構成要素として,図2に示したように,保有部221と乗算部222と加算部223を備えている。保有部221は(式1)により計算された累積輝度レベルY[n]を一時的に保有する。乗算部222は保有部221が保有する累積輝度レベルY[n]と利得値Gain1との積を演算する。加算部223は乗算部222による演算結果と平均輝度レベルy[n]との和を演算する。加算部223による演算結果は再び保有部221にフィードバックされる。
【0038】
(輝度レベル正規化部23,ステップS3)
輝度レベル正規化部23は,累積された平均輝度レベルY[n]と現在の輝度レベルy[n]との差分を,現在の平均輝度レベルで正規化し,現在の平均輝度レベルの変化の割合(以下,単に「変化の割合」という。)を算出する(ステップS3)。具体的には,変化の割合D[n]は以下のように計算される。まず,平均輝度レベルy[n]と,現在の累積輝度レベルY[n]を比較する。累積輝度レベルY[n]は累積分だけ桁が大きくなっているため,桁合わせが必要になる。桁合わせのための利得値Gain2は次式であらわされる。
Gain2=1/T
【0039】
平均輝度レベルy[n]と累積輝度レベルY[n]とを比較し,絶対値を取って次段への出力d[n]する。差分d[n]は次式で求めることができる
d[n]=|y[n]−Y[n]*Gain2|・・・(式2)
【0040】
輝度レベル正規化部23は,(式2)の計算を行うための構成要素として,図2に示したように,乗算部231と加算部232と絶対値演算部233を備えている。乗算部231は輝度レベル累積部22内の保有部221が保有する累積輝度レベルY[n]と利得値Gain2との積を演算する。加算部232は平均輝度レベルy[n]と乗算部231による演算結果(Y[n]*Gain2)との差分を算出する。絶対値演算部233は加算部232による演算結果の絶対値(差分d[n])を算出する。
【0041】
(式2)で求めた差分d[n]は,設定枠における過去の輝度レベルと現在の輝度レベルの差分である。物体の反射率は一定であるので,照明の強さだけを変化させて,ある被写体が同じ場所で同じように動作した場合,変化の割合は同じはずである。従って,差分d[n]を現在の平均輝度レベルy[n]で正規化することにより,どのような照明環境下であっても,予め定められた一定のしきい値で動きを検出できる。ここでの正規化は次式で表される。
D[n]=d[n]/y[n]・・・(式3)
【0042】
輝度レベル正規化部23は,(式3)の計算を行うための構成要素として,図2に示したように,除算部234を備えている。除算部234はd[n]を平均輝度レベルy[n]で除した値を出力する。除算部234による演算結果,すなわち正規化された輝度レベルD[n]は後段の比較部24に出力される。
【0043】
(比較部24)
比較部24は,正規化された輝度レベルD[n]と外部から入力されたしきい値とを比較する比較手段である。動き検出の基準となるしきい値は予め設定される。そして,本実施の形態では,動き検出を行う際の明るさや検出枠の大きさなどによってしきい値を変えることはせず,予め定められた一定のしきい値をもって動き検出を行うことを特徴としている。すなわち,本実施の形態のしきい値の設定は,この動き検出システムの初期設定として位置づけられる。
【0044】
比較部24は,正規化された輝度レベルD[n]と外部から入力されたしきい値とを比較した結果によって出力される動き検出信号Out[n]を,後段の表示装置3,記録装置4,および警報装置5に対して出力する。動き検出信号Out[n]は,例えば,動き検出の有無を表す1ビットの信号として規定される。このようにして,画面上に設定した検出枠内に生じた動きを検出することができる。
【0045】
(ステップS4,ステップS5)
以上説明した動き検出装置2は,所定のエリアにおける動きを検出したときに(ステップS4),動きが検出されたエリアを表示装置3に表示させる指示,記録装置4を作動させる指示,または警報装置5を作動させる指示,のうち少なくとも1以上の指示を出す(ステップS5)。再び図1を参照しながら,撮像装置1および動き検出装置2の後段に接続された装置について説明する。
【0046】
(表示装置3)
表示装置3は,撮像装置1の出力を表示する装置であり,具体的には,CRT,TFTなどのモニタを想定している。表示装置3は,動き検出装置2が所定のエリアにおける動きを検出したときに,動き検出装置2からの指示(動き検出信号Out[n])を受けて撮像装置1の出力を表示する。表示装置3は,比較部24から動き検出信号Out[n]を受けたときにその検出枠を特定するための白枠信号を作成する回路を備える構成とすることもできる。
【0047】
(記録装置4)
記録装置4は,撮像装置1の出力を記録する装置であり,具体的には,ビデオテープレコーダ(VTR)などを想定している。記録装置4は,動き検出装置2が所定のエリアにおける動きを検出したときに,動き検出装置2からの指示(動き検出信号Out[n])を受けて撮像装置1の出力を記録する。記録装置4は,比較部24から動き検出信号Out[n]を受けたときにその検出枠を特定するための白枠信号を作成する回路を備える構成とすることもできる。
【0048】
(警報装置5)
警報装置5は,具体的には,サイレンやベル,警告音を発する装置などを想定している。警報装置5は,動き検出装置2が所定のエリアにおける動きを検出したときに,動き検出装置2からの指示(動き検出信号Out[n])を受けて,本実施の形態にかかる動き検出システムを用いて動き検出を行う者(具体的には,監視エリアの監視を行う監視要員など)の五感に訴える光や音などの警報を発する。
【0049】
なお,図1に示した動き検出システムの一例では,上記表示装置3,記録装置4,および警報装置5のすべてを備えた構成としているが,これらはすべてが必須のシステム構成要素ではなく,少なくともこれらの1つがシステム内に存在すれば足りるものである。
【0050】
以上説明したように,本実施の形態によれば,所定時間ごとの平均輝度レベルy[n]を累積し,累積された平均輝度レベルY[n]と現在の平均輝度レベルy[n]との差分d[n]を,その現在の平均輝度レベルy[n]で正規化して,その現在の平均輝度レベルの変化の割合D[n]を算出することで,明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で安定した検出を行うことができる。すなわち,物体の反射率は一定であるので,照明の強さだけを変化させて,ある被写体が同じ場所で同じように動作した場合,変化の割合は同じである。従って,現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出することで,どのような照明環境下であっても,予め定められた一定のしきい値で動きを検出できる。
【0051】
(第2の実施の形態)
上記第1の実施の形態では,検出枠の数を1つとし,その大きさについては特に限定されない実施の形態について説明した。本実施の形態では,検出面積が大きい場合の対処法として,検出枠の数を可変とする実施の形態について説明する。
【0052】
一般に,検出枠の面積が大きくなるほど輝度レベルの変化に対する感度が鈍くなる。すなわち,例えば輝度レベルの変化が10であるとき,検出枠の面積が100の場合と10の場合では,単位面積あたりの変化の割合が異なるため,輝度レベルの変化に対する感度が鈍くなる。この問題を低減させるために面積に応じてしきい値を変更するシステムも提案されているが,改善はされているものの,実用上十分な程度まで感度が良好していないのが現状である。そこで,本実施の形態では,検出枠を小さく分割することにより,この課題を解決する。もっとも,検出エリア全体を小さく分割し,それぞれに対して輝度レベル検出機能を持てば,理想的であるが,分割した数だけ検出枠が必要になり,ハードウェア資源が必要になる。そこで,本実施の形態では,検出枠を小さく分割しながらも,単一の輝度レベル検出機能で動き検出を行うことの可能なシステムについて説明する。
【0053】
説明を容易にするため,検出枠を4分割した場合について説明する。図4は,検出枠を縦横それぞれ2分し,4分割した場合の一例を示す説明図である。図2に示した動き検出装置2がシステム内に1つしか存在しない場合,同時に検出できる検出枠は1つだけである。しかしながら,動き検出装置2がシステム内に1つしか存在しない場合でも,時分割で検出を行えば,複数の検出枠に対するそれぞれの平均輝度レベルを求めることができる。
【0054】
本実施の形態における動き検出装置は,図2に示した動き検出装置2の構成要素のうち,保有部221を図5に示した構成とする。図5に示した保有部221’は,各検出枠に対応する累積平均輝度レベルY[n]を保持する保有部224,225,226,227と,検出枠1〜検出枠4を切り換えるカウンタ228を主に含んで構成されている。
【0055】
図6は,輝度信号を時分割で検出した場合の一例を示す説明図である。
図6の検出例に示すように,1つの検出エリアごとに検出枠1から検出枠4までを順次検出し,これを繰り返す。保有部224〜227は,カウンタ228のカウンタ値に対応した検出枠1〜検出枠4に応じて切り換えられる。このようにして,動き検出装置がシステム内に1つしか存在しない場合でも複数の検出枠に対する動き検出を行うことができる。そして,動き検出装置がシステム内に1つしか存在しない場合でも,分割した小さな検出枠に対する動き検出を行うことによって,検出枠の面積が大きくなるほど輝度レベルの変化に対する感度が鈍くなるという問題点を解決することができる。
【0056】
以上説明したように,本実施の形態によれば,1個の検出枠を複数個に分割し,分割された枠に対して時分割で動き検出を行うことで,検出精度を上げることができる。また,1個の検出枠に対して時分割で複数の検出枠に対する動き検出を行うことができるため,動き検出装置を1つしか持たないシステムでも,複数箇所の検出枠を設定できるシステムとすることができる。
【0057】
以上,添付図面を参照しながら本発明にかかる動き検出装置,動き検出方法,および動き検出システムの好適な実施の形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0058】
例えば,上記実施の形態で説明した動き検出装置2は,撮像装置1と一体に構成(内蔵)するようにしてもよい。また,表示装置3,記録装置4,あるいは警報装置5と一体に構成するようにしてもよい。いずれの場合も,動き検出装置の機能はソフトウェアとして実現してもよく,ハードウェアとして実現してもよい。
【0059】
また,本発明の本質的特徴は主に動き検出装置にあるため,特に撮像装置については,上記実施の形態の構成に限定されるものではない。すなわち,撮像装置の回路構成は,上記実施の形態の回路構成の例に限定されず,各種のセンサ,回路などを付加したり,もしくは削除したりしてもよい。例えば,画質調整機能として,AE機能およびAWB機能の少なくともいずれか一方を備える,もしくはこれら以外の画質調整機能をさらに備えた撮像装置であってもよい。また,例えば,同期信号,画像位置信号を作成する同期信号発生回路(SG回路)等の各種の回路および/またはセンサなどを備えた撮像装置であってもよい。
【0060】
また,上記第2の実施の形態では,検出枠の形状が矩形であり,数が4つの場合について説明したが,本発明はこれに限定されない。検出枠の数は任意であり,また,検出枠の形状は,矩形に限定されず,例えば丸形,楕円形,三角形,星形など多様に設定してもよい。また,例えば,窓がある室内を撮像する際に,窓から差し込む光線の昼夜の差により室内の明るさが変わってしまう場合などには,室内の輝度レベルを安定的に検波するため,窓を覆い隠すような検出枠を設定してもよい。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように,本発明によれば,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積し,それをもとに現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出すること(輝度レベルの正規化)で,明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で安定した検出を行うことができる。また,本発明によれば,1個の検出枠を複数個に分割し,分割された枠に対して時分割で動き検出をかけることで,検出精度を上げることができる。また,1個の検出枠に対して時分割で複数枠の検出を行えるため,検出ブロックを1つしか持たないシステムでも,複数箇所の検出枠を設定できるシステムを作成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】動き検出システムの一構成例を示す説明図である。
【図2】動き検出装置の一構成例を示す説明図である。
【図3】動き検出装置の一動作例を示す説明図である。
【図4】検出枠の分割を示す説明図である。
【図5】第2の実施の形態にかかる保有部を示す説明図である。
【図6】輝度信号を時分割で検出した場合の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 撮像装置
2 動き検出装置
3 表示装置
4 録画装置
5 警報装置
11 光学部品
12 CCD
13 CDS/AGC
14 ADC
15 信号処理部
21 平均輝度レベル検出部
22 平均輝度レベル累積部
23 輝度レベル正規化部
24 比較部
221 保有部
222 加算部
223 乗算部
231 乗算部
232 加算部
233 絶対値演算部
234 除算部
y[n] 平均輝度レベル
Y[n] 累積平均輝度レベル
d[n] 累積平均輝度レベルと現在の平均輝度レベルとの差分
D[n] 平均輝度レベルの変化の割合
Gain1,Gain2 利得値
T 時定数
【発明の属する技術分野】
本発明は,例えば,撮像装置を用いた監視システムなどに適用可能な動き検出装置,動き検出方法,動き検出システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年,多くの工事現場,大型プラント,コンビニエンスストアなどにおいて,安全性の確保や保安上の問題などから,監視カメラなどによって各所を集中的に監視する監視システムが導入されている。このような監視システムに用いられる監視装置は,撮影した監視領域の映像から,本来なんら動きがあってはならない領域に,例えば第三者の無断侵入などにより発生する動きを自動的に検出して警報を発するものである(かかる装置を以下「動き検出装置」と称する)。このようにして,監視要員が常に監視モニタにより視覚的に監視し続けることなく,事故や被害の発生を最小限に抑えることが可能となる。
【0003】
従来より用いられている動き検出装置は,入力映像信号の平均輝度レベルの変化を検出したり,物体が監視領域内に侵入することによって発生する入力信号の時間的な変動差分をフィールド単位で比較・検出し,その変化分が予め定めたしきい値を越えれば動きありと判定するものであった。すなわち,設定された検出枠における現フィールドの画像と前フィールドの画像の同一アドレスにおける差分値を求め,絶対値化した後,それをフィールド全体にわたって積分することにより算出される変動差分をもとに動きの有無を検出する方法が一般的であった。
【0004】
しかしながら,このような判定方法では,画像の明るさ(輝度)しだいでは,検出枠内において物体が同じように動いた場合でも,動きの有無を検出できない場合がある。すなわち,同じ程度だけ輝度が高くなった場合でも,もともと輝度が高い検出枠では輝度の変化の割合が小さく,またもともと輝度が低い検出枠では輝度の変化の割合が大きい。このため,同じ輝度だけ変化があった場合でも,その変化の割合が異なるため,動きの有無を検出することが難しい場合がある。
【0005】
このような不具合を回避するために,時間によってしきい値を変化させる技術がある(例えば,特許文献1参照)。この文献に開示された技術は以下の通りである。まず,監視エリアを複数に分割した枠ごとに,正常な状態における評価値の最大値と最小値をもとに算出した基準値をそれぞれ最大値レジスタおよび最小値レジスタに記憶しておく。そして,現在の評価値とレジスタの基準値とを,比較器において比較する。現在の評価値が最大値レジスタの基準値より大きいか,または最小値レジスタの基準値より小さい場合には,動きがあるものと判断する。さらに,日照変化による誤検出を防止するために,最大値レジスタおよび最小値レジスタの値を用いて前述した基準値を所定のタイミングで更新する。
【0006】
上記文献に開示された技術によれば,時間によってしきい値を変えることにより,日照変化等による被写体の輝度変化を被写体の動きと誤って検出しなくなる。しかしながら,時間によってしきい値を変化させる場合には,明るさのプロファイルを取る必要があったり,しきい値を切り換えるシステムが必要であり,かかる新たな構成要素が別途必要になるという別の問題が生ずる。
【0007】
また,上記文献に開示された技術において,動きがないとした基準の輝度レベルは予め設定された検出枠における平均輝度レベルである。一般に,検出枠の面積が大きくなるほど輝度レベルの変化に対する感度が鈍くなる。すなわち,例えば輝度レベルの変化が10であるとき,検出枠の面積が100の場合と10の場合では,単位面積あたりの変化の割合が異なるため,輝度レベルの変化に対する感度が鈍くなる。この問題を低減させるために面積に応じてしきい値を変更するシステムも提案されているが,改善はされているものの,実用上十分な程度まで感度が良好していないのが現状である。
【0008】
【特許文献1】
特開平9−102947号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は,従来の動き検出方法が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり,本発明の目的は,明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で動き検出を行うことの可能な,新規かつ改良された動き検出装置,動き検出方法,および動き検出システムを提供することである。
【0010】
さらに,本発明の別の目的は,検出面積が大きい場合であっても精度良く動き検出を行うことの可能な,新規かつ改良された動き検出装置,動き検出方法,および動き検出システムを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため,本発明の第1の観点によれば,撮像装置が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出装置が提供される。本発明の動き検出装置(2)は,映像信号から所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出する平均輝度レベル検出部(21)と,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積する平均輝度レベル累積部(22)と,累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,その現在の平均輝度レベルで正規化し,その現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出する輝度レベル正規化部(23)と,現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較する比較部(24)とを備えたことを特徴とする。
【0012】
かかる動き検出装置によれば,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積し,累積された平均輝度レベルと現在の平均輝度レベルとの差分を,その現在の平均輝度レベルで正規化して,その現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出することで,明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で安定した検出を行うことができる。すなわち,物体の反射率は一定であるので,照明の強さだけを変化させて,ある被写体が同じ場所で同じように動作した場合,変化の割合は同じである。従って,現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出することで,どのような照明環境下であっても,予め定められた一定のしきい値で動きを検出できる。なお,本明細書中,累積された平均輝度レベルをもとにして現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出することを,「輝度レベルの正規化」と称する。
【0013】
また,上記動き検出装置において,輝度レベルの正規化は以下の手順で行うことができる。なお,n:所定時間ごとに1ずつ増加する定数,y[n]:時刻nにおける平均輝度レベル,Y[n]:時刻nにおける累積された平均輝度レベル,D[n]:時刻nにおける平均輝度レベルの変化の割合,T:時定数とする。(a)平均輝度レベル累積部における平均輝度レベルの累積は,
Y[n+1]={(T−1)/T}*Y[n]+y[n]
により行うことができる。
(b)輝度レベル正規化部における現在の平均輝度レベルの変化の割合の算出は,
D[n]=|y[n]−Y[n]*(1/T)|/y[n]
により行うことができる。
【0014】
上述の輝度レベルの正規化を行うにあたり,平均輝度レベルを累積する際に,古い時刻に対する重み付けを変えることで,より精度の高い正規化を行うことができる。そこで,時定数Tは,古いデータであるほど現在のデータに与える影響を小さくするために用いられる。このように,時定数Tを用いた上記算式を利用することにより,より精度の高い輝度レベルの正規化を行うことができる。
【0015】
また,所定のエリアを複数のエリアに分割し,分割された各エリアに対して平均輝度レベルを時分割で検出することも可能である。これにより,1個の検出枠を複数個に分割し,分割された枠に対して時分割で動き検出をかけることで,検出精度を上げることができる。また,1個の検出枠に対して時分割で複数枠の検出を行えるため,検出ブロックを1つしか持たないシステムでも,複数箇所の検出枠を設定できるシステムを作成できる。
【0016】
また,上記課題を解決するため,本発明の第2の観点によれば,撮像装置が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出方法が提供される。本発明の動き検出方法は,入力された映像輝度信号から所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出して所定時間ごとの平均輝度レベルを累積し,累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,その現在の平均輝度レベルで正規化して,その現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出し,現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較することにより所定のエリアにおける動きを検出することを特徴とする。
【0017】
また,上記課題を解決するため,本発明の第3の観点によれば,撮像装置(1)と,撮像装置が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出装置(2)とを含み,さらに,撮像装置の出力を表示する表示装置(3),撮像装置の出力を記録する記録装置(4),または警報装置(5)のうち少なくとも1以上を含んで構成される動き検出システムが提供される。かかる動き検出システムにおいては,例えば上記第1の観点にかかる動き検出装置を用いることができる。そして,動き検出装置は,所定のエリアにおける動きを検出したときに,動きが検出されたエリアを表示装置に表示させる指示,記録装置を作動させる指示,または警報装置を作動させる指示,のうち少なくとも1以上の指示を出すことを特徴とする。
【0018】
また,本発明によれば,コンピュータを,上記第1の観点にかかる動き検出装置として機能させるためのプログラムが提供される。このプログラムは,コンピュータにより読み取り可能な記録媒体,例えばCD−ROMやフロッピーディスクあるいはDVD−ROMなどに記録させた形で有体物として市場を流通させることができるほか,インターネットなどのネットワークを介してダウンロードする形で商取引の対象となりうる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら,本発明にかかる動き検出装置,動き検出方法,および動き検出システムの好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書および図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0020】
(第1の実施の形態)
映像輝度信号の変動差分をもとにして動きの有無を検出する方法は,設定枠における過去の平均輝度レベルと現在の平均輝度レベルを比較し,ある一定値(しきい値)以上の差分があった場合,設定枠内において動きがありと判定するものである。しかしながら,このような判定方法では,検出枠における画像の明るさ(輝度)しだいでは,検出枠内において物体が同じように動いた場合でも,動きの有無を検出ができない場合がある。すなわち,同じ程度だけ輝度が高くなった場合でも,もともと輝度が高い検出枠では輝度の変化の割合が小さく,またもともと輝度が低い検出枠では輝度の変化の割合が大きい。このため,同じ輝度だけ変化があった場合でも,その変化の割合が異なるため,動きの有無を検出することが難しい場合がある。本実施の形態では,検出枠における画像の明るさに関係なく,予め定められた一定のしきい値で動きの有無を検出することの可能な動き検出システムについて説明する。
【0021】
図1は,本実施の形態にかかる動き検出システムの一構成例を示す説明図である。この動き検出システムは,図1に示したように,少なくとも動き検出の対象となる所定のエリアを撮像する撮像装置1と,撮像装置1が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出装置2と,撮像装置1の出力を表示する表示装置3と,動き検出装置2からの指示を受けて撮像装置1の出力を記録する記録装置4と,動き検出装置2からの指示を受けて警報動作を行う警報装置5を主に備えて構成されるシステムである。以下に,各構成要素について詳細に説明する。
【0022】
(撮像装置1)
撮像装置1は,被写体を撮像して映像信号に変換する装置であり,具体的には,ビデオカメラなどを想定している。撮像装置1は,図1に示したように,光学部品11と,被写体(入射される光信号)に対応する映像信号を生成する固体撮像素子(以下,CCDアレイという)12と,CCDアレイ12の出力に対して相関二重サンプリング(Correlation Double Sample−hold,以下CDSという)処理およびゲイン調整を行うCDS/AGC回路13と,CDS/AGC回路13の出力をディジタル信号(例えば,10ビットのディジタル信号)に変換するアナログ/ディジタル変換回路(Analog/Digital Converter,以下ADCという)14と,ADC14の出力に対して所定のカメラ信号処理を施すカメラ信号処理回路15とを主に備えて構成されている。これら各構成要素はすべてハードウェアとして構成することができる。また,これら構成要素の機能の一部あるいはすべてをソフトウェアとして構成することも可能である。以下に,各構成要素について詳細に説明する。
【0023】
(光学部品11)
光学部品11は,被写体からの光を集光するレンズと光学フィルタなどを含んで構成されている。このレンズの絞りは,マイクロコントローラによって制御可能であり,これによりCCD12への入射光量が調整される。光学フィルタは,例えば,赤外カットフィルタ(Infrared Cut Filter:IRCF)および/または光学ローパスフィルタ(Optical Low Pass Filer:OLPF)などで構成されており,被写体から入射された光に各種の処理を施すことができる。
【0024】
(CCD12)
上記のようにしてレンズによって絞り込まれ,光学フィルタを通過した光学像は,CCD12に入射される。このCCD12は,代表的な撮像素子(撮像デバイス)であり,受光面に配された複数の画素により,受光した当該光学像を光電変換して電気信号として出力することができる。なお,CCD12としては,例えば,補色単板CCD,3板CCDなどを採用することができる。
【0025】
かかるCCD12は,タイミングジェネレータにより駆動され(電子シャッター機能),光電変換された電気信号である画像信号を読み出す。なお,このタイミングジェネレータによるシャッタースピードは,マイクロコントローラによって制御可能である。撮像環境が比較的明るくCCD12への入射光量が多い場合には,シャッタースピードを速め,一方,撮像環境が比較的暗く入射光量が少ない場合には,シャッタースピードを遅くすることにより,露光量を調整することができる。
【0026】
(CDS/AGC回路13)
上記のようなCCD12から読み出された電気的な画像信号は,CDS/AGC回路13に入力される。CDS/AGC回路13は後段の信号処理部15による信号処理を行うための前処理を行う回路である。このCDS/AGC回路13では,画像信号にCDS処理を施した後,ゲインコントロールアンプ(AGC)によって必要に応じて好適な信号レベルに増幅(ゲイン調整)される。AGCのゲインは,マイクロコントローラによって制御可能である。
【0027】
CCD11のノイズには,アンプ雑音(受光部で検出した光電荷を増幅するときに生じる初段トランジスタ発生ノイズ),リセット雑音(読み出しのリセットをする際に発生する雑音),光ショットノイズ(入力光そのもののノイズ)などがある。CDS処理によれば,上記ノイズのうちリセット雑音を軽減する効果がある。CDS処理は,フィードスルーに含まれるノイズと信号に含まれるノイズが同じ相関を持っていることを利用してノイズを減少させるものである。フィードスルーレベルをクランプしたうえで,信号をサンプルホールドする。これにより,リセット雑音を除去することができる。
【0028】
(ADC14)
上記のAGCの出力は,黒レベル等を調整した後,ADC14により,アナログ信号からディジタル信号に変換されて,信号処理部15に出力される。
【0029】
(信号処理部15)
信号処理部15は,画像信号に対して,ガンマ補正,ダイナミックレンジ調整,アパーチャーによる輪郭補正,ホワイトバランス(WB)調整などの各種処理を施すとともに,画像信号の信号レベルや色情報などを検出する機能を有する。信号処理部15の出力は,撮像装置1の出力として後段の表示装置3および記録装置4に出力される。さらに,本実施の形態では,信号処理部15の出力は,動き検出装置2に送られる。動き検出装置2における信号処理については後述する。
【0030】
以上,撮像装置1の構成について,図1を参照しながら説明した。
次いで,撮像装置1が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出装置2について,図2及び図3を参照しながら説明する。図2は動き検出装置の一構成例を示す説明図である。図3は動き検出装置の一動作例を示す説明図である。
【0031】
(動き検出装置2)
動き検出装置2は,図2に示したように,撮像装置1が出力する映像信号から所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出する平均輝度レベル検出部21と,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積する平均輝度レベル累積部22と,累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,現在の平均輝度レベルで正規化し,現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出する輝度レベル正規化部23と,現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較する比較部24を主に備えて構成されている。
【0032】
動き検出装置2の各構成要素はすべてハードウェアとして構成することができる。また,これら構成要素の機能の一部あるいはすべてをソフトウェアとして構成することも可能である。動き検出装置2の機能の一部あるいはすべてをソフトウェアとして構成する場合,その機能を実現可能なソフトウェア(コンピュータプログラム)をコンピュータに読み取らせる(インストール)ことにより,コンピュータを動き検出装置2として機能させてもよい。以下に,動き検出装置2の各構成要素について詳細に説明する。
【0033】
(平均輝度レベル検出部21,ステップS1)
平均輝度レベル検出部21は,撮像装置1内のADC14からの映像信号を入力し,予め設定されている動き検出(映像信号の変動検出)の対象となるエリア(以下,検出枠という)内の輝度レベルを積分する。そして,その検出枠の面積(総画素数)で除すことにより,平均輝度レベルを算出する(ステップS1)。検出枠の設定は,本実施の形態にかかる動き検出システムを用いて動き検出を行う者(具体的には,監視エリアの監視を行う監視要員など)が表示装置3の画面を見ながら設定を行うことができる。
【0034】
なお,以下の説明において,nを所定時間ごとに1ずつ増加する定数とし,また逆に,定数nによって規定される時刻あるいは時間帯を「時刻n」という。時刻nにおける平均輝度レベルy[n]は,図2に示したように,後段の平均輝度レベル累積部22および輝度レベル正規化部23に出力される。以下に説明する平均輝度レベル累積部22および輝度レベル正規化部23においては,時刻nの平均輝度レベルy[n]が入力されて,平均輝度レベルの正規化処理を行う。以下に詳細に説明する。
【0035】
(平均輝度レベル累積部22,ステップS2)
平均輝度レベル累積部22は,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積する。平均輝度レベル累積部22は,平均輝度レベル検出部21により検出された平均輝度レベルy[n]を累積し,時刻nにおける累積輝度レベルY[n]を求める(ステップS2)。この累積輝度レベルY[n]は,現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出するために求められるものである。具体的には,累積輝度レベルY[n]は以下の(式1)で求められる。
Y[n+1]=Gain1*Y[n]+y[n]・・・(式1)
【0036】
ここで,Gain1は時定数Tを用いて以下のように与えられる。
Gain1=(T−1)/T
時定数Tは,古いデータであるほど現在のデータに与える影響を小さくするために用いられる。すなわち,平均輝度レベルを単純に累積していくと,無限に大きくなってしまう。そこで,所定の時間単位で平均化するために,時定数Tを用いて与えられるGain1を係数とする。これにより,例えば,現在のY[n]の所定割合(例えば90%)を次のY[n+1]にフィードバックするなどといった柔軟な制御が可能となる。
【0037】
平均輝度レベル累積部22は,(式1)の計算を行うための構成要素として,図2に示したように,保有部221と乗算部222と加算部223を備えている。保有部221は(式1)により計算された累積輝度レベルY[n]を一時的に保有する。乗算部222は保有部221が保有する累積輝度レベルY[n]と利得値Gain1との積を演算する。加算部223は乗算部222による演算結果と平均輝度レベルy[n]との和を演算する。加算部223による演算結果は再び保有部221にフィードバックされる。
【0038】
(輝度レベル正規化部23,ステップS3)
輝度レベル正規化部23は,累積された平均輝度レベルY[n]と現在の輝度レベルy[n]との差分を,現在の平均輝度レベルで正規化し,現在の平均輝度レベルの変化の割合(以下,単に「変化の割合」という。)を算出する(ステップS3)。具体的には,変化の割合D[n]は以下のように計算される。まず,平均輝度レベルy[n]と,現在の累積輝度レベルY[n]を比較する。累積輝度レベルY[n]は累積分だけ桁が大きくなっているため,桁合わせが必要になる。桁合わせのための利得値Gain2は次式であらわされる。
Gain2=1/T
【0039】
平均輝度レベルy[n]と累積輝度レベルY[n]とを比較し,絶対値を取って次段への出力d[n]する。差分d[n]は次式で求めることができる
d[n]=|y[n]−Y[n]*Gain2|・・・(式2)
【0040】
輝度レベル正規化部23は,(式2)の計算を行うための構成要素として,図2に示したように,乗算部231と加算部232と絶対値演算部233を備えている。乗算部231は輝度レベル累積部22内の保有部221が保有する累積輝度レベルY[n]と利得値Gain2との積を演算する。加算部232は平均輝度レベルy[n]と乗算部231による演算結果(Y[n]*Gain2)との差分を算出する。絶対値演算部233は加算部232による演算結果の絶対値(差分d[n])を算出する。
【0041】
(式2)で求めた差分d[n]は,設定枠における過去の輝度レベルと現在の輝度レベルの差分である。物体の反射率は一定であるので,照明の強さだけを変化させて,ある被写体が同じ場所で同じように動作した場合,変化の割合は同じはずである。従って,差分d[n]を現在の平均輝度レベルy[n]で正規化することにより,どのような照明環境下であっても,予め定められた一定のしきい値で動きを検出できる。ここでの正規化は次式で表される。
D[n]=d[n]/y[n]・・・(式3)
【0042】
輝度レベル正規化部23は,(式3)の計算を行うための構成要素として,図2に示したように,除算部234を備えている。除算部234はd[n]を平均輝度レベルy[n]で除した値を出力する。除算部234による演算結果,すなわち正規化された輝度レベルD[n]は後段の比較部24に出力される。
【0043】
(比較部24)
比較部24は,正規化された輝度レベルD[n]と外部から入力されたしきい値とを比較する比較手段である。動き検出の基準となるしきい値は予め設定される。そして,本実施の形態では,動き検出を行う際の明るさや検出枠の大きさなどによってしきい値を変えることはせず,予め定められた一定のしきい値をもって動き検出を行うことを特徴としている。すなわち,本実施の形態のしきい値の設定は,この動き検出システムの初期設定として位置づけられる。
【0044】
比較部24は,正規化された輝度レベルD[n]と外部から入力されたしきい値とを比較した結果によって出力される動き検出信号Out[n]を,後段の表示装置3,記録装置4,および警報装置5に対して出力する。動き検出信号Out[n]は,例えば,動き検出の有無を表す1ビットの信号として規定される。このようにして,画面上に設定した検出枠内に生じた動きを検出することができる。
【0045】
(ステップS4,ステップS5)
以上説明した動き検出装置2は,所定のエリアにおける動きを検出したときに(ステップS4),動きが検出されたエリアを表示装置3に表示させる指示,記録装置4を作動させる指示,または警報装置5を作動させる指示,のうち少なくとも1以上の指示を出す(ステップS5)。再び図1を参照しながら,撮像装置1および動き検出装置2の後段に接続された装置について説明する。
【0046】
(表示装置3)
表示装置3は,撮像装置1の出力を表示する装置であり,具体的には,CRT,TFTなどのモニタを想定している。表示装置3は,動き検出装置2が所定のエリアにおける動きを検出したときに,動き検出装置2からの指示(動き検出信号Out[n])を受けて撮像装置1の出力を表示する。表示装置3は,比較部24から動き検出信号Out[n]を受けたときにその検出枠を特定するための白枠信号を作成する回路を備える構成とすることもできる。
【0047】
(記録装置4)
記録装置4は,撮像装置1の出力を記録する装置であり,具体的には,ビデオテープレコーダ(VTR)などを想定している。記録装置4は,動き検出装置2が所定のエリアにおける動きを検出したときに,動き検出装置2からの指示(動き検出信号Out[n])を受けて撮像装置1の出力を記録する。記録装置4は,比較部24から動き検出信号Out[n]を受けたときにその検出枠を特定するための白枠信号を作成する回路を備える構成とすることもできる。
【0048】
(警報装置5)
警報装置5は,具体的には,サイレンやベル,警告音を発する装置などを想定している。警報装置5は,動き検出装置2が所定のエリアにおける動きを検出したときに,動き検出装置2からの指示(動き検出信号Out[n])を受けて,本実施の形態にかかる動き検出システムを用いて動き検出を行う者(具体的には,監視エリアの監視を行う監視要員など)の五感に訴える光や音などの警報を発する。
【0049】
なお,図1に示した動き検出システムの一例では,上記表示装置3,記録装置4,および警報装置5のすべてを備えた構成としているが,これらはすべてが必須のシステム構成要素ではなく,少なくともこれらの1つがシステム内に存在すれば足りるものである。
【0050】
以上説明したように,本実施の形態によれば,所定時間ごとの平均輝度レベルy[n]を累積し,累積された平均輝度レベルY[n]と現在の平均輝度レベルy[n]との差分d[n]を,その現在の平均輝度レベルy[n]で正規化して,その現在の平均輝度レベルの変化の割合D[n]を算出することで,明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で安定した検出を行うことができる。すなわち,物体の反射率は一定であるので,照明の強さだけを変化させて,ある被写体が同じ場所で同じように動作した場合,変化の割合は同じである。従って,現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出することで,どのような照明環境下であっても,予め定められた一定のしきい値で動きを検出できる。
【0051】
(第2の実施の形態)
上記第1の実施の形態では,検出枠の数を1つとし,その大きさについては特に限定されない実施の形態について説明した。本実施の形態では,検出面積が大きい場合の対処法として,検出枠の数を可変とする実施の形態について説明する。
【0052】
一般に,検出枠の面積が大きくなるほど輝度レベルの変化に対する感度が鈍くなる。すなわち,例えば輝度レベルの変化が10であるとき,検出枠の面積が100の場合と10の場合では,単位面積あたりの変化の割合が異なるため,輝度レベルの変化に対する感度が鈍くなる。この問題を低減させるために面積に応じてしきい値を変更するシステムも提案されているが,改善はされているものの,実用上十分な程度まで感度が良好していないのが現状である。そこで,本実施の形態では,検出枠を小さく分割することにより,この課題を解決する。もっとも,検出エリア全体を小さく分割し,それぞれに対して輝度レベル検出機能を持てば,理想的であるが,分割した数だけ検出枠が必要になり,ハードウェア資源が必要になる。そこで,本実施の形態では,検出枠を小さく分割しながらも,単一の輝度レベル検出機能で動き検出を行うことの可能なシステムについて説明する。
【0053】
説明を容易にするため,検出枠を4分割した場合について説明する。図4は,検出枠を縦横それぞれ2分し,4分割した場合の一例を示す説明図である。図2に示した動き検出装置2がシステム内に1つしか存在しない場合,同時に検出できる検出枠は1つだけである。しかしながら,動き検出装置2がシステム内に1つしか存在しない場合でも,時分割で検出を行えば,複数の検出枠に対するそれぞれの平均輝度レベルを求めることができる。
【0054】
本実施の形態における動き検出装置は,図2に示した動き検出装置2の構成要素のうち,保有部221を図5に示した構成とする。図5に示した保有部221’は,各検出枠に対応する累積平均輝度レベルY[n]を保持する保有部224,225,226,227と,検出枠1〜検出枠4を切り換えるカウンタ228を主に含んで構成されている。
【0055】
図6は,輝度信号を時分割で検出した場合の一例を示す説明図である。
図6の検出例に示すように,1つの検出エリアごとに検出枠1から検出枠4までを順次検出し,これを繰り返す。保有部224〜227は,カウンタ228のカウンタ値に対応した検出枠1〜検出枠4に応じて切り換えられる。このようにして,動き検出装置がシステム内に1つしか存在しない場合でも複数の検出枠に対する動き検出を行うことができる。そして,動き検出装置がシステム内に1つしか存在しない場合でも,分割した小さな検出枠に対する動き検出を行うことによって,検出枠の面積が大きくなるほど輝度レベルの変化に対する感度が鈍くなるという問題点を解決することができる。
【0056】
以上説明したように,本実施の形態によれば,1個の検出枠を複数個に分割し,分割された枠に対して時分割で動き検出を行うことで,検出精度を上げることができる。また,1個の検出枠に対して時分割で複数の検出枠に対する動き検出を行うことができるため,動き検出装置を1つしか持たないシステムでも,複数箇所の検出枠を設定できるシステムとすることができる。
【0057】
以上,添付図面を参照しながら本発明にかかる動き検出装置,動き検出方法,および動き検出システムの好適な実施の形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0058】
例えば,上記実施の形態で説明した動き検出装置2は,撮像装置1と一体に構成(内蔵)するようにしてもよい。また,表示装置3,記録装置4,あるいは警報装置5と一体に構成するようにしてもよい。いずれの場合も,動き検出装置の機能はソフトウェアとして実現してもよく,ハードウェアとして実現してもよい。
【0059】
また,本発明の本質的特徴は主に動き検出装置にあるため,特に撮像装置については,上記実施の形態の構成に限定されるものではない。すなわち,撮像装置の回路構成は,上記実施の形態の回路構成の例に限定されず,各種のセンサ,回路などを付加したり,もしくは削除したりしてもよい。例えば,画質調整機能として,AE機能およびAWB機能の少なくともいずれか一方を備える,もしくはこれら以外の画質調整機能をさらに備えた撮像装置であってもよい。また,例えば,同期信号,画像位置信号を作成する同期信号発生回路(SG回路)等の各種の回路および/またはセンサなどを備えた撮像装置であってもよい。
【0060】
また,上記第2の実施の形態では,検出枠の形状が矩形であり,数が4つの場合について説明したが,本発明はこれに限定されない。検出枠の数は任意であり,また,検出枠の形状は,矩形に限定されず,例えば丸形,楕円形,三角形,星形など多様に設定してもよい。また,例えば,窓がある室内を撮像する際に,窓から差し込む光線の昼夜の差により室内の明るさが変わってしまう場合などには,室内の輝度レベルを安定的に検波するため,窓を覆い隠すような検出枠を設定してもよい。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように,本発明によれば,所定時間ごとの平均輝度レベルを累積し,それをもとに現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出すること(輝度レベルの正規化)で,明るさに関係なく予め定められた一定のしきい値で安定した検出を行うことができる。また,本発明によれば,1個の検出枠を複数個に分割し,分割された枠に対して時分割で動き検出をかけることで,検出精度を上げることができる。また,1個の検出枠に対して時分割で複数枠の検出を行えるため,検出ブロックを1つしか持たないシステムでも,複数箇所の検出枠を設定できるシステムを作成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】動き検出システムの一構成例を示す説明図である。
【図2】動き検出装置の一構成例を示す説明図である。
【図3】動き検出装置の一動作例を示す説明図である。
【図4】検出枠の分割を示す説明図である。
【図5】第2の実施の形態にかかる保有部を示す説明図である。
【図6】輝度信号を時分割で検出した場合の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 撮像装置
2 動き検出装置
3 表示装置
4 録画装置
5 警報装置
11 光学部品
12 CCD
13 CDS/AGC
14 ADC
15 信号処理部
21 平均輝度レベル検出部
22 平均輝度レベル累積部
23 輝度レベル正規化部
24 比較部
221 保有部
222 加算部
223 乗算部
231 乗算部
232 加算部
233 絶対値演算部
234 除算部
y[n] 平均輝度レベル
Y[n] 累積平均輝度レベル
d[n] 累積平均輝度レベルと現在の平均輝度レベルとの差分
D[n] 平均輝度レベルの変化の割合
Gain1,Gain2 利得値
T 時定数
Claims (8)
- 撮像装置が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出装置であって,
前記映像信号から前記所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出する平均輝度レベル検出部と,
所定時間ごとの前記平均輝度レベルを累積する平均輝度レベル累積部と,
前記累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,前記現在の平均輝度レベルで正規化し,前記現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出する輝度レベル正規化部と,
前記現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較する比較部と,
を備えたことを特徴とする,動き検出装置。 - 前記平均輝度レベル累積部における前記平均輝度レベルの累積は,
Y[n+1]={(T−1)/T}*Y[n]+y[n]
により行われ,
前記輝度レベル正規化部における前記現在の平均輝度レベルの変化の割合の算出は,
D[n]=|y[n]−Y[n]*(1/T)|/y[n]
により行われる(ここで,nは前記所定時間ごとに1ずつ増加する定数,y[n]は前記平均輝度レベル,Y[n]は前記累積された平均輝度レベル,D[n]は前記現在の平均輝度レベルの変化の割合,Tは時定数)ことを特徴とする,請求項1に記載の動き検出装置。 - 前記所定のエリアを複数のエリアに分割し,前記分割された各エリアに対して前記平均輝度レベルを時分割で検出することを特徴とする,請求項1に記載の動き検出装置。
- 撮像装置が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出方法であって,
入力された映像輝度信号から前記所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出して所定時間ごとの前記平均輝度レベルを累積し,
前記累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,前記現在の平均輝度レベルで正規化して,前記現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出し,前記現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較することにより前記所定のエリアにおける動きを検出することを特徴とする,動き検出方法。 - 前記所定のエリアを複数のエリアに分割し,前記分割された各エリアに対して前記平均輝度レベルを時分割で検出することを特徴とする,請求項4に記載の動き検出方法。
- 撮像装置と,前記撮像装置が出力する映像信号を用いて所定のエリアにおける動きを検出する動き検出装置とを含み,さらに,前記撮像装置の出力を表示する表示装置,前記撮像装置の出力を記録する記録装置,または警報装置のうち少なくとも1以上を含んで構成される動き検出システムであって,
前記動き検出装置は,
前記映像信号から前記所定のエリアにおける平均輝度レベルを検出する平均輝度レベル検出部と,
所定時間ごとの前記平均輝度レベルを累積する平均輝度レベル累積部と,
前記累積された平均輝度レベルと現在の輝度レベルとの差分を,前記現在の平均輝度レベルで正規化し,前記現在の平均輝度レベルの変化の割合を算出する輝度レベル正規化部と,
前記現在の平均輝度レベルの変化の割合を,予め定められた一定のしきい値と比較する比較部とを備え,
前記動き検出装置は,前記所定のエリアにおける動きを検出したときに,前記動きが検出されたエリアを前記表示装置に表示させる指示,前記記録装置を作動させる指示,または前記警報装置を作動させる指示,のうち少なくとも1以上の指示を出すことを特徴とする,動き検出システム。 - 前記動き検出装置は,
前記所定のエリアを複数のエリアに分割し,前記分割された各エリアに対して前記平均輝度レベルを時分割で検出することを特徴とする,請求項6に記載の動き検出システム。 - コンピュータを,請求項1に記載の動き検出装置として機能させるためのプログラム。
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2002
- 2002-09-25 JP JP2002279262A patent/JP2004118424A/ja not_active Withdrawn
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