JP2011065203A - ゲートシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 ゲート通路の不正な通過を確実に判定して、不正な通過を未然に防止することのできるゲートシステムを提供する。
【解決手段】 ゲート装置のゲート通路３付近の領域に光を二次元領域に走査させてこの二次元領域における各画素の距離値を検出する距離画像センサと、距離画像センサから入力される各画素の距離値に基づいて生成された差分画像に基づいて固体画像を抽出しこの固体画像に基づいてゲート通路３を通過する固体の状態を判定する画像データ処理装置と、画像判定部５２からの画像判定結果に基づいてゲート装置を制御するゲート制御装置９と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明はゲートシステムに係り、特に、プレーナ型アクチュエータなどの二次元スキャナを用いた距離画像センサによりゲート装置の利用者の状態を検出することを可能としたゲートシステムに関するものである。

従来から、不正な入場などを防止するため、例えば、ビルの入口や駅の改札には、ゲート装置が設置されている。このようなゲート装置としては、例えば、ゲート装置を構成する一対のゲート壁の互いに対向する面に、複数の赤外線の発光素子および受光素子を設け、発光素子から照射された赤外線を受光素子により受光している場合は、各ゲート壁の間に人物などが存在しないと判断し、赤外線を遮断した場合に人物の通過状態を認識するようにしていた。

また、ゲート通路の通過状態を検出する他の手段として、自動改札機の改札通路の上方に反射型センサを設け、この反射型センサにより、改札通路に向けて光線を照射し、その反射光を検出することにより、改札通路を通過する人物が大人であるか子供であるかを判定するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−１０５７４４号公報

しかしながら、前記従来の赤外線により人物を検出する技術においては、人物の移動状態や複数の人物が同時に通過するいわゆる共連れを検出するために、ゲート通路の通過方向に沿って複数の赤外線の発光素子および受光素子を配置する必要があり、ゲート装置が人物の通過方向にある程度の長さ寸法が必要となり、ゲート装置が大型化してしまうという問題を有している。また、赤外線の光路を遮断するか否かで人物の状態を判断するものであるため、複数の人物が密着して通過した場合には、一人の人物であると判断してしまい、ゲート通路の不正な通過を見逃してしまうおそれがあるという問題を有している。

さらに、赤外線の発光素子および受光素子は、一般に、人物の腰あたりの高さ位置に設置されるものであるが、この発光素子および受光素子を避けるように潜って通過してしまうと人物の判断をすることができない。そのため、人物の足下にも発光素子および受光素子を設置することで、潜り抜けを防止するようことができる。しかしながら、例えば、車いすでゲート通路を通過しようとすると、この足下の赤外線光路のみが遮断されて不正な通過であると誤って判断してしまうおそれがあるという問題を有している。

また、前記特許文献１に記載の技術では、人物が大人であるか子供であるかは判断できるものの、やはり人物の共連れや潜り抜けなどのゲート通路の不正な通過を正確に判定することができないという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、ゲート通路の不正な通過を確実に判定して、不正な通過を未然に防止することのできるゲートシステムを提供することを目的とするものである。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１の発明に係るゲートシステムは、ゲート装置のゲート通路付近の領域に光を二次元領域に走査させてこの二次元領域における各画素の距離値を検出する距離画像センサと、
前記距離画像センサから入力される各画素の距離値に基づいて背景画像を生成するとともにこの背景画像の距離値に基づいて差分画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部により生成された差分画像に基づいて固体画像を抽出するための固体抽出部と、前記固体画像に基づいて前記ゲート通路を通過する固体の状態を判定する画像判定部とを備えた画像データ処理装置と、
前記画像判定部からの画像判定結果に基づいて前記ゲート装置を制御するゲート制御装置と、
を備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記距離画像センサは、プレーナ型アクチュエータからなり、前記二次元領域に光を走査させる二次元スキャナを備えていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記光は、レーザ光であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、前記距離画像センサは、前記ゲート装置１のゲート通路の上方に設置されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、画像生成部により、距離画像センサから入力される各画素の距離値に基づいて背景画像および差分画像を生成するとともに、この差分画像に基づいて、固体抽出部により固体画像を抽出し、この固体画像に基づいて画像判定部により、ゲート通路における人物などの状態を判定するようにしているので、確実に人物などの状態を判定することができ、ゲート通路の不正な通過などを未然に防止することができる。

請求項２に係る発明によれば、距離画像センサは、プレーナ型アクチュエータからなり、二次元領域に光を走査させる二次元スキャナを備えているので、光の走査を高速にかつ確実に行うことができる。

請求項３に係る発明によれば、距離画像センサによりレーザ光を照射してその反射光を受光することにより、距離画像を生成するものであるため、例えば、距離画像センサの受光素子に太陽光などの外光が入射した場合でも、確実にレーザ光の受光を行うことができ、外部要因に影響を受けることなく、正確な距離画像を生成することができる。

請求項４に係る発明によれば、距離画像センサを、ゲート通路の上方に設置するようにしているので、ゲート通路を通過する人物などを上方から確実に判定することができる。

本発明に係るゲートシステムの実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係るゲートシステムに用いられる距離画像センサの実施形態を示す構成図である。 本発明に係るゲートシステムの距離画像センサに用いられる二次元スキャナの実施形態を示す概略図である。 本発明に係るゲートシステムに用いられる画像データ処理装置の実施形態を示す構成図である。 本発明に係るゲートシステムの画像処理動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に係るゲートシステムの実施形態を示したものであり、ゲートシステムは、ゲート装置１を備えており、このゲート装置１は、所定の間隔を持って立設された一対のゲート壁２，２を備えている。そして、ゲート壁２の間に、人などが通過するゲート通路３が構成されるようになっている。このゲート装置１としては、例えば、セキュリティを行う必要があるビルの入口ゲート装置１や列車駅の改札ゲート装置１など種々のゲート装置１がある。各ゲート壁２の互いに対向する面には、ゲート通路３を塞ぐゲートドア４が開閉自在に設けられている。

また、一方のゲート壁２の側面には、ゲート通路３を通過するを許可するための認証カード（図示せず）の情報を読み取るための認証部５が形成されている。認証カードとしては、ＩＣカードや磁気カードなどがある。

また、本実施形態においては、ゲートシステムを構成する距離画像センサ７は、ゲート装置１のゲート通路３の上方に設けられており、距離画像センサ７により、ゲート通路３付近の人物の状態などを上方から検出するようになっている。また、距離画像センサ７には、画像データ処理装置８が接続されており、画像データ処理装置８には、ゲート装置１の制御を行うゲート制御装置９が接続されている。

次に、距離画像センサ７について説明する。

図２に示すように、距離画像センサ７は、二次元スキャナ１０を備えており、本実施形態においては、二次元スキャナ１０として、プレーナ型アクチュエータを用いている。

本実施形態の二次元スキャナ１０は、図３に示すように、図示しないデバイス基板上に設置された枠状の固定部１１を備えている。この固定部１１の内側には、第２トーションバー１２を介して枠状の第２可動部１３が揺動自在に支持されており、この第２可動部１３の内側には、第１トーションバー１４を介して第１可動部１５が揺動自在に支持されている。すなわち、第１可動部１５と第２可動部１３とは、第２トーションバー１２を介して互いに直交する方向に揺動自在とされており、第１可動部１５と第２可動部１３とは、異なる駆動周波数で駆動されるように構成されている。なお、これら固定部１１、第２可動部１３、第１可動部１５、第１トーションバー１４および第２トーションバー１２は、一体的に形成されている。

第１可動部１５上には、第１可動部１５を駆動するための図示しない駆動コイルが、第２可動部１３上には、第２可動部１３を駆動するための図示しない駆動コイルがそれぞれ設けられており、固定部１１の周囲には、第１可動部１５を挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される二対の静磁界発生部材（図示せず）が配置されている。なお、静磁界発生部材は、永久磁石でも電磁石でもよい。

また、図２に示すように、距離画像センサ７は、制御部２０を備えており、この制御部２０には、レーザ光およびスキャナを制御するためのレーザコントローラ２１が設けられている。制御部２０には、レーザコントローラ２１からの内軸駆動信号および外軸駆動信号が入力されるスキャナドライバ２２が設けられており、このスキャナドライバ２２は、二次元スキャナ１０に対して、レーザコントローラ２１から出力される内軸駆動信号および外軸駆動信号に基づいて、第１可動部１５を駆動させるための内軸駆動パルスを出力するとともに、第２可動部１３を駆動させるための外軸駆動パルスを出力するように構成されている。制御部２０のレーザコントローラ２１には、二次元スキャナ１０の図示しない検出装置から第１可動部１５および第２可動部１３の駆動位置を検出するためのスキャナ同期信号がフィルタ２３を介して送られるように構成されている。

また、距離画像センサ７は、レーザ投光部２４を備えており、レーザ投光部２４には、レーザ光を発光するためのレーザ素子２５が設けられている。レーザ投光部２４には、レーザコントローラ２１から送られるレーザ放射タイミング信号に基づいてレーザ素子２５に投光駆動パルスを出力するレーザドライバ２６が設けられている。レーザ投光部２４には、レーザ素子２５から出射されるレーザ光をビームスプリッタ２７を介して二次元スキャナ１０に投光させるための、例えば、ミラーやレンズなどで構成される投光光学装置２８が設けられている。さらに、投光光学装置２８には、レーザ光の投光タイミングを監視する発光モニタ２９が接続されている。発光モニタ２９は、図示しない受光素子を備えており、この受光素子により、投光光学装置２８から投光されるレーザ光を受光することにより、投光光学装置２８による投光タイミングを監視するようになっている。

さらに、距離画像センサ７は、レーザ受光部３０を備えており、レーザ受光部３０には、レーザ光を受光するための受光素子３１が設けられている。レーザ受光部３０には、レーザ素子２５から投光光学装置２８を介して投光され二次元スキャナ１０で反射されたレーザ光を受光素子３１に受光させるための、例えば、ミラーやレンズなどで構成される受光光学装置３２が設けられている。レーザ受光部３０には、受光素子３１からの受光信号を増幅するプリアンプ３３が設けられている。

距離画像センサ７は、測距計測部３４を備えており、この測距計測部３４には、レーザ受光部３０のプリアンプ３３から送られる受光信号を検出するための共振回路３５および立ち上がり回路３６がそれぞれ設けられている。共振回路３５は、主として測定する距離が比較的長い場合に用いられ、立ち上がり回路３６は、主として測定する距離が比較的短い場合に用いられるものである。測距計測部３４には、共振回路３５および立ち上がり回路３６を介して送られる受光信号に基づいて受光素子３１により受光したタイミングを生成するストップタイミング生成回路３７，３７が設けられている。測距計測部３４には、ストップタイミング生成回路３７により生成された受光タイミングと、発光モニタ２９から送られる投光タイミングとから、投光タイミングから受光タイミングまでの時間を計測するための時間計測回路３８，３８が設けられている。

また、制御部２０には、距離値算出回路３９が設けられており、時間計測回路３８による時間データは、Ａ／Ｄ変換器４０，４０を介して距離値算出回路３９に送られるようになっている。そして、距離値算出回路３９は、時間計測回路３８による時間データに基づいて、距離値を取得することができるように構成されており、取得した距離値は、外部インタフェース４１を介して後述する画像データ処理装置８に出力されるように構成されている。すなわち、二次元スキャナ１０の第１可動部１５および第２可動部１３を動作させながら、この二次元スキャナ１０にレーザ投光部２４からレーザ光を投光させることにより、二次元領域でレーザ光を走査させ、二次元スキャナ１０から投光されて物体で反射されたレーザ光を二次元スキャナ１０で反射されてレーザ受光部３０により受光することにより、二次元スキャナ１０により走査した範囲における各画素における距離値を取得することができるものである。なお、レーザ受光部３０には、プリアンプ３３から出力される受光信号をＡ／Ｄ変換して受光量として距離値算出回路３９に送るＡ／Ｄ変換器４２が設けられている。

さらに、制御部２０には、制御部２０および測距計測部３４に電源を供給するための主電源４３が設けられており、さらに、主電源４３からの電源供給を受けてレーザドライバ２６、プリアンプ３３およびスキャナドライバ２２に電源を供給するＨＶ電源４４が設けられている。

次に、ゲートシステムの画像データ処理装置８について図４を参照して説明する。

画像データ処理装置８は、前述の距離画像センサ７から入力される距離値に基づいて画像を生成する画像生成部５０を備えている。この画像生成部５０は、二次元スキャナ１０により走査された各画素において取得された距離値から二次元のフレーム画像を生成することができるものであり、二次元領域を１回走査することで１つのフレーム画像を取得することができるものである。画像生成部５０は、これら各画素における距離値を、二次元スキャナ１０による各走査毎に記憶するように構成されており、各画素において距離値の最も大きい値、すなわち最も遠い距離値により生成される画像を背景画像として記憶するように構成されている。そして、画像生成部５０は、各画素における最も遠い距離値を基準として、この距離値と、新たに取得された距離値との差分を求めることにより、差分画像を生成するように構成されている。

また、画像データ処理装置８には、画像生成部５０により生成された差分画像に基づいて固体画像を抽出するための固体抽出部５１が設けられている。固体抽出部５１は、差分画像のうち、一定の距離値の画素が集中している箇所を固体として抽出するものであり、この抽出した固体画像の距離値と座標位置とを記憶するように構成されている。ここで、固体とは、ゲート通路３を通過する人物および車いすやかばんなどの物体を意味する。

さらに、画像データ処理装置８には、固体抽出部５１により抽出された画像に基づいて人物あるいは物体などの固体を判定する画像判定部５２が設けられている。画像判定部５２は、固体抽出部５１により抽出された固体画像に基づいて、人物を判定するようになっており、この人物の頭部の高さ位置に基づいて人物の身長を判定するものである。また、画像判定部５２は、固体抽出部５１の固体画像の座標位置をフレームごとに比較し、時間あたりの移動量を算出することにより、移動速度を検出するとともに、この固体の速度方向を同時に検出するものである。そして、この固体の移動方向を検出することにより、例えば、固体がゲート通路３の入口側から出口側に向かう方向に移動しているか、逆方向に移動しているかを判断することができるものである。また、画像判定部５２は、人物以外の物体として、例えば、固体画像に基づいて車いすやかばんなどの物体を判定するものである。

また、画像データ処理装置８の画像判定部５２による判定結果は、ゲート制御装置９に出力されるように構成されている。ゲート制御装置９においては、認証部５により認証された認証カードの情報に応じて適正にゲート通路３の通過が行われているかを判断して、ゲート通路３のゲートドア４を制御するものである。すなわち、例えば、認証部５に対して認証カードにより一人の通過許可があった場合に、画像判定部５２により判定された人物が一人であれば、そのままゲート通路３の通過を許可するものである。一方、一人の通過許可にもかかわらず、いわゆる共連れなど複数の人物がゲート通路３を通過していると判定した場合には、ゲートドア４を閉じるように制御してゲート通路３の通過を許可しないように制御するものである。さらに、認証カードの認証に基づいて、例えば、車いすに乗った人物および車いすを押す人物がゲート通路３を通過する場合と、共連れなどのように不正に通過する場合とを区別することにより、適正なゲート通路３の通過制御を行うことができるものである。この場合に、ゲート制御装置９は、ゲート通路３の不正な通過が行われた場合には、ゲートドア４の閉制御のほか、音声による警告あるいは表示器による警告を発するように制御するようにしてもよい。

次に、本実施形態の作用について説明する。

まず、レーザコントローラ２１からスキャナドライバ２２に内軸駆動信号および外軸駆動信号を出力させることにより、スキャナドライバ２２から二次元スキャナ１０に内軸駆動パルスおよび外軸駆動パルスを出力させることにより、二次元スキャナ１０の駆動コイルに通電させ、これにより、第１可動部１５および第２可動部１３を揺動動作させる。

この状態で、レーザコントローラ２１からレーザ投光部２４にレーザ放射タイミング信号を出力させ、レーザドライバ２６から投光駆動パルスをレーザ素子２５に出力させることにより、レーザ素子２５から投光光学装置２８を介してレーザ光が二次元スキャナ１０に投光される。

そして、二次元スキャナ１０により二次元領域でレーザ光を走査させ、二次元スキャナ１０から投光されて物体で反射されたレーザ光は、二次元スキャナ１０で反射されて受光光学装置３２を介してレーザ受光部３０により受光される。この受光信号は、共振回路３５または立ち上がり回路３６を介してストップタイミング生成回路３７に出力され、時間計測回路３８により、ストップタイミング生成回路３７により生成された受光タイミングと、発光モニタ２９から送られる投光タイミングとから、投光タイミングから受光タイミングまでの時間が計測されて距離値算出回路３９に出力される。そして、距離値算出回路３９により、時間計測回路３８による時間データに基づいて、二次元スキャナ１０により走査した範囲における各画素における距離値を算出し、この距離値は、画像データ処理装置８に送られる。

次に、画像データ処理装置８による画像処理動作について図６に示すフローチャートを参照して説明する。

画像データ処理装置８により距離値が取得されると（ＳＴ１）、画像生成部５０により、各画素における距離値から背景画像を生成する（ＳＴ２）。そして、画像生成部５０により、各画素における最も遠い距離値を基準として、この距離値と、新たに取得された距離値との差分を求めることにより、差分画像を生成する（ＳＴ３）。

その後、差分画像におけるノイズを除去した後（ＳＴ４）、固体抽出部５１により、差分画像に基づいて固体画像を抽出し（ＳＴ５）、その固体座標を検出し記憶しておく（ＳＴ６）。

そして、画像判定部５２により、抽出した固体画像に基づいて人物あるいは物体を判定するととともに、固体画像の座標位置をフレームごとに比較し、時間あたりの移動量を算出することにより、固体の移動速度を検出する。そして、画像判定部５２により、固体の種類や移動方向などの固体の状態を判定するようになっている（ＳＴ７）。

また、画像データ処理装置８の画像判定部５２による判定結果は、ゲート制御装置９に出力され、ゲート制御装置９により、例えば、画像判定部５２による判定結果に基づいて、認証部５により認証された認証カードの情報に応じて適正にゲート通路３の通過が行われているかを判断して、ゲート通路３のゲートドア４を制御するものである。

以上述べたように、本実施形態においては、距離画像センサ７による距離値に基づいて生成された距離画像に基づいて固体の種類や移動方向などを検出することにより、ゲート通路３を通過する固体の状態を判定するようにしているので、人物などが適正にゲート通路３を通過しているか否かを判定することができ、その結果、ゲート通路３の不正な通過を未然に防止することができる。しかも、従来のように赤外線の発光素子および受光素子を複数配列する必要がないので、ゲート壁２の長さ寸法を小さく形成することができは、ゲート装置１の小型化を図ることができる。

また、距離画像センサ７によりレーザ光を照射してその反射光を受光することにより、距離画像を生成するものであるため、例えば、距離画像センサ７の受光素子３１に太陽光などの外光が入射した場合でも、確実にレーザ光の受光を行うことができ、外部要因に影響を受けることなく、正確な距離画像を生成することができる。

なお、前記実施形態においては、距離画像センサ７をゲート通路３の上方に設置した場合について説明したが、ゲート通路３の側方に設置し、ゲート通路３を通過する固体に対して横方向から検出するようにしてもよい。

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

１ ゲート装置
２ ゲート壁
３ ゲート通路
４ ゲートドア
５ 認証部
７ 距離画像センサ
８ 画像データ処理装置
９ ゲート制御装置９
１０ 二次元スキャナ
１１ 固定部
１３ 第２可動部
１５ 第１可動部
２０ 制御部
２１ レーザコントローラ
２２ スキャナドライバ
２４ レーザ投光部
２５ レーザ素子
２６ レーザドライバ
２８ 投光光学装置
２９ 発光モニタ
３０ レーザ受光部
３１ 受光素子
３２ 受光光学装置
３４ 測距計測部
３７ ストップタイミング生成回路
３８ 時間計測回路
３９ 距離値算出回路
５０ 画像生成部
５１ 固体抽出部
５２ 画像判定部

Claims (4)

1. ゲート装置のゲート通路付近の領域に光を二次元領域に走査させてこの二次元領域における各画素の距離値を検出する距離画像センサと、
   前記距離画像センサから入力される各画素の距離値に基づいて背景画像を生成するとともにこの背景画像の距離値に基づいて差分画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部により生成された差分画像に基づいて固体画像を抽出するための固体抽出部と、前記固体画像に基づいて前記ゲート通路を通過する固体の状態を判定する画像判定部とを備えた画像データ処理装置と、
   前記画像判定部からの画像判定結果に基づいて前記ゲート装置を制御するゲート制御装置と、
   を備えていることを特徴とするゲートシステム。
2. 前記距離画像センサは、プレーナ型アクチュエータからなり、前記二次元領域に光を走査させる二次元スキャナを備えていることを特徴とする請求項１に記載のゲートシステム。
3. 前記光は、レーザ光であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のゲートシステム。
4. 前記距離画像センサは、前記ゲート装置１のゲート通路の上方に設置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のゲートシステム。

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