JP2009143722A - 人物追跡装置、人物追跡方法及び人物追跡プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のカメラ1により撮影された映像に写っている人物を検出する人物検出部8と、人物検出部8により検出された個々の人物をステレオ立体視して、個々の人物の3次元位置を推定する3次元位置推定部9とを設け、移動軌跡解析部10が3次元位置推定部9により推定された個々の人物の3次元位置の時間的変化を監視して、個々の人物の移動軌跡を解析する。
【選択図】図1
Description
多数のエレベータの群管理を効率的に行うには、“誰がどの階で乗って、どの階で降りたか”という乗客の移動履歴を計測して、その移動履歴を群管理システムに提供する必要がある。
例えば、以下の特許文献1には、予め記憶している背景画像と、カメラから随時取り込む入力画像との差分の画像(背景差分画像)を求めることにより、エレベータ内の乗客を検出して、エレベータ内で乗客数を検知する手法が開示されている。
しかし、非常に混み合っているエレベータでは、約25cm四方に一人の乗客が存在し、乗客が重なり合う状況が発生するため、背景差分画像は一塊のシルエットになる。
このため、背景差分画像から個々の人物を分離することは極めて困難である。
しかし、単純なパターンマッチングによる人物検出方法では、例えば、カメラから見て、ある人物が他の人物に隠れてしまっている場合など、遮蔽が生じている場合には、誤って人数をカウントしてしまうことがある。
また、エレベータのかご内に鏡が設置されている場合には、鏡に映っている人物を誤検出してしまうことがある。
図1はこの発明の実施の形態1による人物追跡装置を示す構成図であり、図において、カメラ1はエレベータのかご内(監視対象領域)の上部に複数台設置されており、複数のカメラ1はかご内の映像を撮影して、その映像を映像取得部2に出力する。なお、カメラ1は映像撮影手段を構成している。
ただし、カメラ1の種類は特に問わず、一般的な監視カメラのほかに、可視カメラ、近赤外線領域まで撮影可能な高感度カメラ、熱源を撮影することが可能な遠赤外線カメラなどでもよい。また、距離計測が可能な赤外線距離センサや、レーザーレンジファインダなどで代用してもよい。
映像取得部2はカメラ1により撮影された映像を取得する映像入力インタフェースである。
カメラパラメータ算出部4は映像解析部6による人物の検出処理が開始される前に、複数のカメラ1により撮影されたキャリブレーションパターンの映像の歪み具合を解析して、複数のカメラ1のカメラパラメータ(レンズの歪み、焦点距離、光軸、画像中心(principal point)に関するパラメータ)を算出する処理を実施する。なお、カメラパラメータ算出部4はパラメータ算出手段を構成している。
設置位置角度算出部5は映像解析部6による人物の3次元位置の推定処理が開始される前に、複数のカメラ1により撮影されたキャリブレーションパターンの映像から、エレベータのかご内の基準点に対する複数のカメラ1の設置位置及び設置角度を算出する処理を実施する。なお、設置位置角度算出部5は設置位置角度算出手段を構成している。
映像補正部7はカメラパラメータ算出部4により算出されたカメラパラメータを用いて、映像取得部2により取得された複数の映像の歪みを補正する処理を実施する。なお、映像補正部7は映像補正手段を構成している。
3次元位置推定部9は設置位置角度算出部5により算出された複数のカメラ1の設置位置及び設置角度を利用して、人物検出部8により検出された個々の人物をステレオ立体視することにより、個々の人物の3次元位置を推定する処理を実施する。なお、3次元位置推定部9は3次元位置推定手段を構成している。
移動軌跡解析部10は3次元位置推定部9により推定された個々の人物の3次元位置の時間的変化を監視して、個々の人物の移動軌跡を解析するなど処理を実施する。なお、移動軌跡解析部10は移動軌跡解析手段を構成している。
図2はこの発明の実施の形態1による人物追跡方法の一部(人物追跡装置の前処理部分)を示すフローチャートであり、図3はこの発明の実施の形態1による人物追跡方法の一部(人物追跡装置の後処理部分)を示すフローチャートである。
最初に、カメラキャリブレーション部3が実施する前処理について説明する。
カメラキャリブレーション部3のカメラパラメータ算出部4がカメラパラメータ(レンズの歪み、焦点距離、光軸、画像中心(principal point)に関するパラメータ)を算出するに際して、個々のカメラ1がキャリブレーションパターンを撮影する(図2のステップST1)。
キャリブレーションパターンとしては、例えば、大きさが既知の白黒のチェッカーフラグパターンなどが該当する(図4を参照)。
なお、キャリブレーションパターンは、10〜20通りの異なる角度からカメラ1により撮影される。
カメラパラメータの算出方法は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
例えば、図4に示すように、キャリブレーションパターンとしてチェッカーフラグパターンをかご内の床に敷いて、チェッカーフラグパターンが複数のカメラ1で同時に写るように撮影する。
図4の例では、キャリブレーションパターンとしてチェッカーフラグパターンをかご内の床に敷いているものを示しているが、これに限るものではなく、例えば、かご内の床に描かれた模様でもよい。この場合、床に描かれた模様の大きさを予め計測しておくようにする。
また、図5に示すように、キャリブレーションパターンとして、無人のかご内を撮影し、かご内の床と天井の四隅を選択したものでもよい。この場合、かごの内寸を計測しておくようにする。
具体的には、キャリブレーションパターンとして、例えば、白黒のチェッカーフラグパターンが用いられる場合、まず、複数のカメラ1により撮影されたチェッカーパターンに対するカメラ1の相対位置と相対角度を算出する。
次に、予め計測しているチェッカーパターンのオフセット(かご内の基準点であるかごの入口からの位置と角度)を複数のカメラ1の相対位置と相対角度に足し合わせることで、かご内の基準点に対する複数のカメラ1の設置位置と設置角度を求める。
この場合、かご内にカメラ1を設置するだけで、カメラ1の設置位置と設置角度を自動的に求めることが可能である。
映像解析部6が人物の検出処理や移動軌跡の解析処理などを実施するに際して、複数のカメラ1が運行中のエレベータのかご内の映像を繰り返し撮影する。
映像取得部2は、複数のカメラ1により撮影されたかご内の映像を時々刻々と取得する(図3のステップST11)。
映像の歪みを補正する方法は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
ここで、頭部の画像座標は、人間の頭部の領域を囲む矩形の中心座標のことである。
また、確信度は、人物検出部8の検出物が、どの程度、人間の頭部に近いかを表現する指標であり、確信度が高いほど、人間の頭部である確率が高く、確信度が低いほど、人間の頭部である確率が低いことを表している。
図6の例では、かご内の天井に2台のカメラ1が設置されており、2台のカメラ1がかご内の乗客(人物)を撮影し、人物検出部8が2台のカメラ1の映像に係る正規化画像から乗客の頭部を検出している。頭部の検出結果には確信度が付随している。人物検出部8の検出結果には、図6に示すように、誤検出が存在していることがある。
乗客の頭部は、例えば、以下の非特許文献1に開示されている顔検出手法を利用して検出すればよい。
即ち、“Rectangle Feature”と呼ばれるハール基底状のパターンをAdaboostにより選択して多数の弱判別機を取得し、これら弱判別機の出力と適当な閾値をすべて加算した値を確信度として利用することができる。
「Viola, P.; Jones, M., "Rapid Object Detection Using a Boosted Cascade of Simple Features", IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), ISSN: 1063-6919, Vol. 1, pp. 511-518, December 2001」
「田口 進也、神田 準史郎、島 嘉宏、瀧口 純一、"特徴量ベクトルの相関係数行列を用いた少ないサンプルでの高精度画像認識 : 道路標識認識への適用"電子情報通信学会技術研究報告. IE, 画像工学,Vol.106, No.537(20070216) pp. 55-60,IE2006-270」 なお、この実施の形態1では、人物検出部8が人物の頭部を検出するものを示しているが、検出対象は人物の特徴的な箇所であれば頭部に限るものではなく、例えば、人物の顔、肩や胴体などを検出するようにしてもよい。
即ち、3次元位置推定部9は、設置位置角度算出部5により算出された複数のカメラ1の設置位置及び設置角度を利用して、複数のカメラ1の中心と人物検出部8により検出された頭部を通る直線を求め、二つ以上の直線の交点又は近似的な交点を求めることで、人物の頭部の3次元位置を算出する。また、各直線に付随する確信度を加算して、その加算結果を頭部の3次元位置の確信度として出力する。
図7の例では、3次元位置推定部9が設置位置角度算出部5により算出された2台のカメラ1の設置位置及び設置角度と、人物検出部8により算出された頭部の画像座標とを用いて、図中左側のカメラ1の中心から頭部に向かう直線V1と、図中右側のカメラ1の中心から頭部に向かう直線V2とを描いて、二つの直線V1,V2の交点を頭部の3次元位置として推定する。
conf
=conf1+conf2
=200+100
=300
このような場合には、二つの直線V1,V2の距離を求め、この距離が一定範囲以内(例えば15cm以内)であれば、二つの直線V1,V2が交わっているとみなして、その近似的な交点を求めるようにしてもよい。
以下、二つの直線V1,V2の距離と、その近似的な交点の算出法について説明する。
ここでは説明の便宜上、二つの直線V1,V2上の点X1,X2の座標x1,x2が下記に示すように、パラメータ表示されるものとする。
x1=a1+t1*b1
x2=a2+t2*b2
ただし、a1,a2は原点から直線V1,V2までの3次元ベクトル、b1,b2は3次元の法線ベクトル、t1,t2はスカラーパラメータである。また、記号“*”は掛け算を意味するものとする。
このとき、ユークリッド距離d=||x1−x2||の最小値を二つの直線V1,V2の距離と定義して、ユークリッド距離dが最小になるようなパラメータt1,t2を求め、このときの点X1,X2の中間点を二つの直線V1,V2の近似的な交点と定義する。
ユークリッド距離dが最小になるための必要条件は、d2のt1とt2に関する変微分が0になることである。即ち、下式を満たすことである。
∂d2/∂t1=0
∂d2/∂t2=0
このことから、下式が得られる。
b1T*(a1+t1*b1−a2−t2*b2)=0
b2T*(a1+t1*b1−a2−t2*b2)=0
ただし、Tは転置記号である。
このような場合には、図中左側のカメラ1の中心から人物Bの頭部に向かう直線を描くことができず、人物Bの頭部において、二つ以上の直線の交点又は近似的な交点を求めることができない。
これにより、人物が一つのカメラにしか写らないような場合でも、その人物の頭部の3次元位置を暫定的に求めることが可能となる。
即ち、3次元位置推定部9は、人物検出部8が人物の頭部を誤検出することが原因で、頭部の3次元位置を誤って算出することがあるので、例えば、頭部の3次元位置が以下の条件(ア)〜(エ)に合致しない場合、その3次元位置の算出結果を破棄する。
条件(ア) 人物の身長が一定長(例えば、50cm)以上である
条件(イ) 人物が特定の領域内(例えば、かご内)に存在する
条件(ウ) 特定の範囲(例えば、25cm四方)には人物が一人しか存在できない
条件(エ) 頭部の確信度が一定値以上である
条件(イ)により、例えば、かご内に設置された鏡に映っている人物像について誤検出された頭部の3次元位置を破棄することができる。
条件(ウ)により、特定の領域内に存在する複数の頭部の3次元位置を一つにまとめて出力することが可能になる。
条件(エ)により、頭部である確率が低い物体の3次元位置を破棄することができる。
このような3次元位置のフィルタリングにより、図8(B)に示すような正しい3次元位置を算出することが可能になる。
以下、移動軌跡解析部10による移動軌跡の解析処理を具体的に説明する。
図11は移動軌跡解析部10による移動軌跡の解析処理を示す説明図である。
ただし、X1t-1は、移動軌跡解析部10が個々の人物を識別するために、移動軌跡解析部10によって“1”とラベル付けされた頭部の3次元位置であり、X2t-1は移動軌跡解析部10によって“2”とラベル付けされた頭部の3次元位置である。
また、3次元位置推定部9は、時刻tにおいて、未だラベル付けされていない3次元位置も算出する。
図11(B)の例では、時刻tにおける2つの3次元位置の中で、図中左側の3次元位置が時刻t−1における3次元位置X1t-1と最近傍であるため、図中左側の3次元位置に“1”のラベルを付けて、その3次元位置をX1tとする。
また、図中右側の3次元位置が時刻t−1における3次元位置X2t-1と最近傍であるため、図中右側の3次元位置に“2”のラベルを付けて、その3次元位置をX2tとする。
このように、時々刻々と最近傍に存在する頭部の3次元位置を探索し、同一のラベルを付けていくことにより、同一人物の頭部の3次元位置を時々刻々と追跡することができるようになる。
即ち、移動軌跡解析部10は、時刻t−1における3次元位置X1t-1の確信度がconf1t-1であり、時刻tにおける3次元位置X1tの確信度がconf1tであるとき、次式にしたがって時刻tにおける3次元位置X1tの確信度conf1tを更新する。
conf1t ← α*conf1t+β*conf1t-1+γ
ここで、α,β,γは確信度の更新程度を調整する適当なパラメータである。
例えば、人物検出部8が、時刻tにおいて、一度だけ頭部を誤検出したとき、例えば、α=0.5、β=0.5、γ=0と設定されていれば、その頭部の3次元位置の確信度が時間の経過と共に減衰していくので、確信度の閾値処理によって、その3次元位置を取り除くことが可能になる。
即ち、移動軌跡解析部10は、例えば、次式にしたがって時々刻々と確率分布P(Xt|Yt)を求める。
上記の確率分布P(Xt|Yt)はカルマンフィルタや“Particle Filter”によって計算することができ、最終的に確率分布P(Xt|Yt)を最大化するXtを求めて、このXtを頭部の3次元位置の推定値とする。
また、ΠP(yt n,conft k,n|xt m)は推定した3次元位置xt mが頭部である確からしさであり、この値が一定の閾値よりも低いものを削除することで、頭部の誤検出を削減することができる。
例えば、頭部の移動軌跡がエレベータの入口から開始していれば、該当の階から乗車していると判断し、また、移動軌跡がエレベータの出口で終了していれば、該当の階から降車していると判断する。
なお、停止階情報は、エレベータの制御機器から取得するようにしてもよいし、カメラ1により撮影された映像に写っているエレベータのコントローラの文字盤を認識して、画像処理によって停止階の情報を取得するようにしてもよい。
これにより、群管理システムでは、常に最適なエレベータの群管理を実施することが可能になる。
また、セキュリティニーズの高い場所を監視対象領域として、人物の移動履歴を求めることにより、不審な行動を監視することも可能である。
あるいは、駅や店舗などで、人物の移動軌跡を解析することにより、マーケティングなどに利用することもできる。
図12はこの発明の実施の形態2による人物追跡装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
感圧センサ11は監視対象領域であるエレベータのかご内の床に敷かれており、人物の体重によって圧力が掛かっている位置を示すセンサ信号を足跡解析部12に出力する。
足跡解析部12は感圧センサ11より出力されるセンサ信号から人物の足がある位置を特定する処理を実施する。
3次元位置推定部13は足跡解析部12により特定された人物の足がある位置を考慮して、個々の人物の3次元位置を推定する処理を実施する。なお、3次元位置推定部13は3次元位置推定手段を構成している。
具体的には、以下の通りである。
図13は3次元位置推定部13による3次元位置の推定処理を示す説明図である。
足跡解析部12は、感圧センサ11より出力されるセンサ信号から人物の足がある位置を特定する。
図13の例では、図中左側のカメラ1の中心から頭部に向かう直線V1と、図中右側のカメラ1の中心から頭部に向かう直線V2と、足跡解析部12により特定された人物の足がある位置から天井に向う直線V3とを描いて、三つの直線V1,V2,V3の交点又は近似的な交点を頭部の3次元位置として推定する。
その他の処理内容は、上記実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
Claims (10)
- 監視対象領域の映像を撮影する複数の映像撮影手段と、上記複数の映像撮影手段により撮影された映像に写っている人物を検出する人物検出手段と、上記人物検出手段により検出された個々の人物をステレオ立体視して、個々の人物の3次元位置を推定する3次元位置推定手段と、上記3次元位置推定手段により推定された個々の人物の3次元位置の時間的変化を監視して、個々の人物の移動軌跡を解析する移動軌跡解析手段とを備えた人物追跡装置。
- 複数の映像撮影手段により撮影されたキャリブレーションパターンの映像の歪み具合を解析して、上記複数の映像撮影手段のカメラパラメータを算出するパラメータ算出手段と、上記パラメータ算出手段により算出されたカメラパラメータを用いて、上記映像撮影手段により撮影された複数の映像の歪みを補正し、補正後の映像を人物検出手段に出力する映像補正手段とを設けたことを特徴とする請求項1記載の人物追跡装置。
- 複数の映像撮影手段により撮影されたキャリブレーションパターンの映像から、監視対象領域内の基準点に対する上記複数の映像撮影手段の設置位置及び設置角度を算出する設置位置角度算出手段を設け、3次元位置推定手段が上記設置位置角度算出手段により算出された設置位置及び設置角度と上記人物検出手段により検出された個々の人物の映像座標を用いて、個々の人物の3次元位置を推定することを特徴とする請求項1または請求項2記載の人物追跡装置。
- 3次元位置推定手段は、個々の人物の3次元位置の推定結果が所定の検出条件に合致しない場合、上記3次元位置の推定結果を破棄することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の人物追跡装置。
- 移動軌跡解析手段は、3次元位置推定手段が個々の人物の3次元位置を推定する際、上記3次元位置の確からしさを示す確信度を算出する場合、確信度が所定の閾値より低い3次元位置を除いて、個々の人物の移動軌跡を解析することを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の人物追跡装置。
- 移動軌跡解析手段は、監視対象領域がエレベータのかご内である場合、上記エレベータの停止階を示す停止階情報と個々の人物の移動軌跡とを照らし合わせて、どの人物がどの階で乗ってどの階で降りたかを示す移動履歴を求めることを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の人物追跡装置。
- 移動軌跡解析手段は、移動履歴を複数台のエレベータの運行を管理する群管理システムに出力することを特徴とする請求項6記載の人物追跡装置。
- 3次元位置推定手段は、監視対象領域の床に敷かれている感圧センサのセンシング結果を収集し、上記感圧センサのセンシング結果を考慮して、個々の人物の3次元位置を推定することを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の人物追跡装置。
- 映像撮影手段が監視対象領域の映像を撮影する複数の映像撮影ステップと、人物検出手段が上記複数の映像撮影手段により撮影された映像に写っている人物を検出する人物検出ステップと、3次元位置推定手段が上記人物検出手段により検出された個々の人物をステレオ立体視して、個々の人物の3次元位置を推定する3次元位置推定ステップと、移動軌跡解析手段が上記3次元位置推定手段により推定された個々の人物の3次元位置の時間的変化を監視して、個々の人物の移動軌跡を解析する移動軌跡解析ステップとを備えた人物追跡方法。
- 監視対象領域の映像を撮影する複数の映像撮影処理手順と、上記複数の映像撮影処理手順により撮影された映像に写っている人物を検出する人物検出処理手順と、上記人物検出処理手順により検出された個々の人物をステレオ立体視して、個々の人物の3次元位置を推定する3次元位置推定処理手順と、上記3次元位置推定処理手順により推定された個々の人物の3次元位置の時間的変化を監視して、個々の人物の移動軌跡を解析する移動軌跡解析処理手順とをコンピュータに実行させるための人物追跡プログラム。
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