JP2009100259A - 監視カメラおよび画像監視システム - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、異常発生箇所の画像データを高精度に解析することが可能な監視カメラおよび画像監視システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明による監視カメラ2は、水平m画素、垂直nラインのm×n画素の画像データを複数ブロックに分割するCPU26と、各複数ブロックの状態変化の有無を検知する画像データ処理部23、CPU26と、画像データをデジタル圧縮する画像データ圧縮部24と、圧縮した画像データを伝送するLAN接続部25とを備え、状態変化のブロック数が所定値未満の時、画像データは水平p(<m)画素、垂直q(<n)ラインのp×q画素の画像データに変換後に第1のデジタル圧縮して伝送し、状態変化のブロック数が所定値以上の時、少なくとも状態変化を検知したブロックを含む特定ブロックのみをp×q画素より多くかつm×n画素以下の画像データに変換後に第2のデジタル圧縮して伝送することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】本発明による監視カメラ2は、水平m画素、垂直nラインのm×n画素の画像データを複数ブロックに分割するCPU26と、各複数ブロックの状態変化の有無を検知する画像データ処理部23、CPU26と、画像データをデジタル圧縮する画像データ圧縮部24と、圧縮した画像データを伝送するLAN接続部25とを備え、状態変化のブロック数が所定値未満の時、画像データは水平p(<m)画素、垂直q(<n)ラインのp×q画素の画像データに変換後に第1のデジタル圧縮して伝送し、状態変化のブロック数が所定値以上の時、少なくとも状態変化を検知したブロックを含む特定ブロックのみをp×q画素より多くかつm×n画素以下の画像データに変換後に第2のデジタル圧縮して伝送することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、監視エリアを撮像している画像の状態変化を検知する監視カメラおよび画像監視システムに関する。
従来の画像監視システムは、通常状態では監視エリアの画像を静止画として圧縮送信し、異常状態を検知すると動画として圧縮送信することによって、異常時のみ時間軸上に詳細データを送信するため伝送路の負担が軽減されて回線使用コストを削減している(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の画像監視システムは、異常を検知した箇所の動画の画像解像度が通常の静止画の解像度と略同一であるため、異常発生箇所をより高精度に解析することに対する効果は小さい。
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、異常発生箇所の画像データを高精度に解析することが可能な監視カメラおよび画像監視システムを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明による監視カメラは、水平にm画素、垂直にnラインからなるm×n画素の監視エリアの画像データを複数のブロックに分割する手段と、複数のブロックの各々に対して状態変化の有無を検知する手段と、画像データをデジタル圧縮する手段と、圧縮された画像データを伝送する手段とを備え、状態変化のブロック数が所定値未満のとき、画像データは水平にp(<m)画素、垂直にq(<n)ラインからなるp×q画素の画像データに変換した後に第1のデジタル圧縮して伝送し、状態変化のブロック数が所定値以上のとき、少なくとも状態変化を検知したブロックを含む特定ブロックのみをp×q画素より多くかつm×n画素以下の画像データに変換した後に第2のデジタル圧縮して伝送することを特徴とする。
本発明は、請求項1に記載のように、状態変化のブロック数が所定値未満のとき、画像データは水平にp(<m)画素、垂直にq(<n)ラインからなるp×q画素の画像データに変換した後に第1のデジタル圧縮して伝送し、状態変化のブロック数が所定値以上のとき、少なくとも状態変化を検知したブロックを含む特定ブロックのみをp×q画素より多くかつm×n画素以下の画像データに変換した後に第2のデジタル圧縮して伝送するため、異常発生箇所の画像データを高精度に解析することができる。
本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
図1は、本発明の実施形態による画像監視システム1の構成図である。図1に示すように、画像監視システム1は、監視エリアを撮影してネットワーク配信が可能な監視カメラ2と、監視カメラ2で撮影した画像データを入力して記録や表示処理などを行なう機能を有する監視端末装置3と、監視端末装置3にて処理された画像データを表示する表示装置4とから構成される。
監視カメラ2は、可視光を集光するレンズユニット21と、CCDやCMOSなどで構成され、レンズユニット21によって集光された可視光を画像データに変換するイメージセンサー22と、イメージセンサー22から入力された画像データの解像度調整やCPU26とともに状態変化検知処理を行なう画像データ処理部23と、画像データ処理部23から入力された画像データをJPEG(Joint Photographic Experts Group)方式などによって情報量制御、すなわちデジタル圧縮を行なう画像データ圧縮部24と、監視端末装置3との間でデジタルデータの送受信を行なうLAN接続部25と、各部22〜25の制御を行うとともに、水平にm画素、垂直にnラインからなるm×n画素の監視エリアの画像データを複数のブロックに分割し、複数のブロックの各々に対して状態変化の有無を検知するCPU(Central Processing Unit)26とから構成される。
監視端末装置3は、監視カメラ2によって撮影されて処理された画像データや画像データの付加情報などをLANなどの伝送網を介して送受信するLAN接続部31と、CPUやメモリーで構成され、各構成要素を制御する制御部32と、受信した圧縮画像データを記録する記憶装置33と、デジタル圧縮された画像データに復号化処理を行なうとともに、画像データに対して特定ブロック部の画像データを書き換える圧縮データ伸張部34と、表示装置4に画像を表示させるための表示ドライバー35とから構成される。
ここで、監視カメラ2におけるレンズユニット21は、焦点距離が3〜9mmの固定焦点、バリフォーカル、数10mmの望遠レンズなど設置環境に応じて多様である。なお、本発明においてこれらの仕様が特定されるものではない。
また、イメージセンサー22は、レンズユニット21によって集光された可視光をCCDやCMOSなどのセンサーアレーで画素ごとの画像データに変換し、内蔵しているAD変換器によってデジタル信号に変換している。変換画素サイズは、一般的には水平に640画素、垂直に480ラインのVGA(Video Graphics Array)対応であるが、近年は高精細画の要求と半導体プロセスの進歩とから水平1280画素、垂直1024ラインのSXVGA(Super eXtended Video Graphics Array)対応の撮像素子も使用されている。なお、本発明の実施形態では、水平に1280画素、垂直に960ラインのVGAの4倍密度撮像素子を使用した白黒画像について説明する。
画像データ処理部23は、イメージセンサー22から入力された画像データについて、内部に設けられたバッファメモリーに1280画素、960ラインからなる1フレーム分を一時的に蓄えて、画像監視システム1で制御された解像度の設定や、画像データの変化から状態変化を検知する、少なくとも2種類の処理を行なう。
次に、解像度設定の必要性と解像度設定の処理について簡単に説明する。
本発明の実施形態による画像監視システム1は、監視カメラ2と監視端末装置3とを直結しているが、複数の監視カメラ2をLANを介して監視端末装置3に接続することも想定される。LANの実行伝送容量が50Mbps程度の条件下において、監視カメラ2と監視端末装置3とを直結した場合には、25Mbps程度に画像圧縮されたメガピクセル画像でも高レートで授受可能である。しかし、監視カメラ2の台数が多くなると、監視端末装置3が各監視カメラ2から送信される画像を正確に取得するためには画像データの情報量を減らすために解像度またはコマ数を落とす必要がある。監視画像システム1では、異常発生の瞬間の画像データを確実に得る必要があるため極端に少ないコマレートは不適切である。従って、通常時は解像度をVGAや320×240画素のQVGA(Quarter Video Graphics Array)とした方が適切である。
図2および図3は、本発明の実施形態による画像データの画素配置を示す図である。本発明の実施形態では、図2に示すような画像データ処理部23のバッファメモリーに蓄えられている1280×960画素のSXVGA解像度をライン方向および垂直方向ともにそれぞれ奇数値の画素のみをサンプルし、図3に示すような640×480画素のVGA解像度として画像データ圧縮部24に出力する。なお、図3において、●は有効画素を示し、×はリジェクトした画素を示している。また、図3では奇数値の画素のみをサンプルしたが偶数値の画素のみをサンプルしてもよく、他の方法としては左右上下4画素から求めた平均値で640×480画素を生成すればより高品位な画像になる。
画像監視システム1は、監視エリアの異常状態を確実に検出することが重要であるため、一般的には監視員が表示装置を常時モニタすることが考えられる。しかし、異常状態はいつ発生するのか分からないため、常時モニタのみでは見落としやすくなってしまう。本発明の実施形態では、画像情報の変化から状態変化を自動的に検出し、異常発生時の前後の画像を所定期間記録するアラーム記録や、監視カメラ2から監視端末装置3へ伝送する画像の条件を切り替えるトリガを生成している。
次に、状態変化を検知する処理について詳細に説明する。
画像データ処理部23内のバッファメモリーに一時的に保存されている1280画素×960ラインからなる1フレーム分の画像データを、CPU26の処理によって16画素×16ラインを1ブロックとする80×60のエリアに分割する。そして、各ブロック内の画像データの輝度信号値を平滑化し、各ブロックごとの平滑画像データとしてCPU26内の現在画レジスタに一時保存する。また、CPU26内には直前画レジスタがあり、現在画レジスタに平滑画像データを保存するとともに現在画レジスタに保存されていた直前の平滑画像データを直前画レジスタに移している。直前画レジスタに保存された平滑画像データと現在画レジスタに保存された平滑画像データとを比較し、例えば図4に示すような通常状態から図5に示すような異常状態へと画面が状態変化した場合には、所定値以上の輝度信号変化があるブロックに対して状態変化”有”と判断してフラッグ”1”を立てる。上記の方法で80×60の全ブロックに対して状態変化の有無をチェックし、フラッグ”1”のブロックの連なり度数や絶対数が所定値以上になった画像データについては状態変化”有”として検知信号を生成する。
本発明の実施形態では、16画素×16ラインを1ブロックとする80×60のエリアに分割したが、画像信号のエッヂノイズや自然界の微小な変動による過剰な状態変化の検知をフィルタリングするために重要なことである。また、状態変化の有無を検知する対象となるブロックサイズを、画像データ圧縮時の情報源符号化単位と同じあるいは整数倍となるように設定すれば、圧縮画像データと状態変化を検知する対象となるブロックとの相関を得ることができる。本発明の実施形態では、画像の圧縮にJPEG(Joint Photographic Experts Group)方式を採用しており、圧縮符号化は8画素×8ラインを1ブロックとするDCT(Discrete Cosine Transform)符号化方式である。従って、状態変化の有無を検知する対象となるブロックサイズ(16×16)は、画像データ圧縮時の情報源符号化単位(8×8)の整数倍となっており、16×16からなる画像データをVGA解像度で画像圧縮する場合のDCT符号化ブロック(8×8)に対応付けている。
画像データ圧縮部24は、画像データ処理部から入力された画像データを、DCT符号化方式やエントロピー符号化方式を採用したJPEG方式によって情報量を圧縮する。CPU26にて状態変化が検知されなかった画像データは、640×480画素のVGA解像度画像データとして画像データ圧縮部24に入力され、画像データの情報量を30K〜40Kバイトに圧縮してLAN接続部25に出力する。
LAN接続部25は、画像データ圧縮部24から入力された圧縮画像データや、CPU26にて検知した状態変化検知信号などの付加情報を、所定のLANプロトコルに従って処理して監視端末装置3のLAN接続部31に送信する。
監視端末装置3は、監視カメラ2と伝送路を介してLAN接続部31で接続されており、デジタル圧縮された画像データに復号化処理を行なって画像表示させるとともに、画像データに対して状態変化”有”の特定ブロック部の画像データを置き換えて画像表示する。
制御部32はCPUやメモリーなどで構成され、LAN接続部31から入力された圧縮画像データや付加情報の処理を行なう。記憶装置33は、受信した圧縮画像データを記録する。圧縮データ伸張部34では、圧縮画像データに対して復号化処理を行なってVGA解像度の画像データに戻す。圧縮データ伸張部34にて復号化された画像データは、表示ドライバー35によって表示装置4に表示される。なお、圧縮データ伸張部34は、復号化された画像データを処理するために数Mバイトのビデオメモリーを備えており、該ビデオメモリー内に直前に受信した状態変化”無”画面のVGA解像度の画像データを保存しておくための直前VGA画保存領域を設けている。
次に、監視エリアの状態変化が検知される状況、および監視カメラ2において状態変化”有”画面が検知されたときの動作について説明する。
画像監視システム1において、監視員による常時モニタにより異常を迅速かつ正確に把握する体制がとられており、画面に大きく映し出される異常状態は容易に発見できるが、図5に示すような無人の敷地の遠くに現れた侵入者を見落とすことが多く、仮に発見できたとしても人物の特定が困難であるという問題がある。本発明の実施形態による状態検知処理で異常の検知をしてアラーム発報することによって、監視員が見落とす頻度が大幅に改善されるものの、異常物が小さくて特定できないという問題があった。
本発明の実施形態では、異常物が含まれるエリアの解像度を上げることによって、小さい異常物を特定することを実現する。図5に示すように無人の敷地内への侵入者(異常)によって状態変化が生じると、画像データの16画素×16ラインの1ブロックを状態変化検知ブロック単位とする全80×60ブロックのうちの状態変化が生じたブロックに対して検知フラッグ”1”がセットされる。なお前述の通り、状態変化検知ブロックは状態変化”無”時のVGA解像度で画像圧縮された画像データのDCT符号化ブロックに対応付けている。
監視カメラ2の画像データ処理部23では、図6に示すように、状態変化”有”を検知した画面の検知フラッグ”1”がセットされているブロックを含む斜線ブロックを特定エリアの画像とし、最大解像度であるSXVGAの画素に対応付けて画像データ圧縮部24に出力する。
なお、画像データ処理部23から出力された画像データは、解像度をVGAからSXVGAに変更したことによって単位エリアの情報量が4倍になるが、圧縮処理を特定エリアに限定して行なうため、状態変化”無”のときのVGA解像度の画像データ量よりも少なくなる。従って、画像データ圧縮部24はSXVGA解像度の特定エリア画像に対する圧縮率をVGA解像度の画像データより下げることが可能となるため、解像度と相俟ってより高品位な圧縮画像データの生成が可能である。すなわち、水平にm画素、垂直にnラインからなるm×n画素の監視エリアの画像データがある場合において、状態変化”無”
(状態変化のブロック数が所定値未満)のとき、画像データは水平にp(<m)画素、垂直にq(<n)ラインからなるp×q画素の画像データに変換した後にデジタル圧縮(第1のデジタル圧縮)し、状態変化”有”(状態変化のブロック数が所定値以上)のとき、少なくとも状態変化を検知したブロックを含む特定ブロックのみをp×q画素より多くかつm×n画素以下の画像データに変換した後にデジタル圧縮(第2のデジタル圧縮)する。
(状態変化のブロック数が所定値未満)のとき、画像データは水平にp(<m)画素、垂直にq(<n)ラインからなるp×q画素の画像データに変換した後にデジタル圧縮(第1のデジタル圧縮)し、状態変化”有”(状態変化のブロック数が所定値以上)のとき、少なくとも状態変化を検知したブロックを含む特定ブロックのみをp×q画素より多くかつm×n画素以下の画像データに変換した後にデジタル圧縮(第2のデジタル圧縮)する。
CPU26では、画像圧縮された特定エリアの画像データを、状態変化”無”時のVGA解像度の画像データエリアに対応付けて張り替えるための付加情報を生成する。生成された付加情報は圧縮画像データに関連付けられてLAN接続部25からLANなどの伝送網を介して監視端末装置3に送信される。
監視カメラ2から送信された圧縮画像データおよび付加情報は、監視端末装置3のLAN接続部31から受信され、制御部32によって記憶装置33に記憶したり、圧縮データ伸張部34で復号化処理を行なう。
状態変化”無”時では、圧縮データ伸張部34にてVGA解像度の画像データに戻し、表示ドライバー35によって表示装置4に画像表示する。すなわち、第1のデジタル圧縮された画像データを復号化処理し第1の画像表示する。一方、状態変化”有”時では、
圧縮データ伸張部34にてSXVGA解像度の画像データに戻し、圧縮データ伸張部34内のビデオメモリー(直前VGA画保存領域)に保存されている直前のVGA解像度の画像データに対して、付加情報から求めた特定エリア部の画像データを置き換えた後に表示ドライバー35によって表示装置4に画像表示する。すなわち、第2のデジタル圧縮された特定ブロック部の画像データを復号化処理し第1の画像表示の対応部分に置き換えて第2の画像表示する。
圧縮データ伸張部34にてSXVGA解像度の画像データに戻し、圧縮データ伸張部34内のビデオメモリー(直前VGA画保存領域)に保存されている直前のVGA解像度の画像データに対して、付加情報から求めた特定エリア部の画像データを置き換えた後に表示ドライバー35によって表示装置4に画像表示する。すなわち、第2のデジタル圧縮された特定ブロック部の画像データを復号化処理し第1の画像表示の対応部分に置き換えて第2の画像表示する。
以上のことから、監視エリアの異常時に撮像した特定エリアの解像度は通常時の4倍の解像度であり、画像データの圧縮率も通常時より低いため高精細な画像表示が可能である。従って、通常時の画像データに対して異常時の特定エリア部分を置き換えて画像表示し、異常が生じた特定エリアの画像を拡大表示することによって高精度に画像データを解析することでき、より正確な異常状態の検知を確認することが可能となる。
なお、本発明の実施形態では白黒画像について説明したが、RGBや色差コンポネント(Y、Cb、Cr)信号によるカラー画像データについても、色差信号を輝度信号と関連付けて同様に区分し、特定エリアを設定して同様の処理を行なえば異常エリアの高精細表示が得られる。
1 画像監視システム、2 監視カメラ、3 監視端末装置、4 表示装置、21 レンズユニット、22 イメージセンサー、23 画像データ処理部、24 画像データ圧縮部、25 LAN接続部、26 CPU、31 LAN接続部、32 制御部、33 記憶装置、34 圧縮データ伸張部、35 表示ドライバー。
Claims (4)
- 水平にm画素、垂直にnラインからなるm×n画素の監視エリアの画像データを複数のブロックに分割する手段と、
前記複数のブロックの各々に対して状態変化の有無を検知する手段と、
前記画像データをデジタル圧縮する手段と、
前記圧縮された画像データを伝送する手段と、
を備え、
前記状態変化のブロック数が所定値未満のとき、前記画像データは水平にp(<m)画素、垂直にq(<n)ラインからなるp×q画素の画像データに変換した後に第1のデジタル圧縮して伝送し、前記状態変化のブロック数が所定値以上のとき、少なくとも状態変化を検知したブロックを含む特定ブロックのみをp×q画素より多くかつm×n画素以下の画像データに変換した後に第2のデジタル圧縮して伝送することを特徴とする、監視カメラ。 - 前記第1のデジタル圧縮よりも、前記第2のデジタル圧縮の方が低圧縮率であることを特徴とする、請求項1に記載の監視カメラ。
- 前記状態変化の有無を検知する対象となるブロックサイズは、画像データ圧縮時の情報源符号化単位と同じあるいは整数倍とすることを特徴とする、請求項1に記載の監視カメラ。
- 請求項1に記載の監視カメラと、
前記監視カメラと伝送路を介して接続された監視端末装置と、
を備え、
前記監視端末装置は、前記第1のデジタル圧縮された画像データを復号化処理し第1の画像表示するとともに、前記第2のデジタル圧縮された前記特定ブロック部の画像データを復号化処理し前記第1の画像表示の対応部分に置き換えて第2の画像表示することを特徴とする、画像監視システム。
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