JP2021013111A - カメラ配置評価装置、カメラ配置評価方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
従来より複数の監視カメラにより1つの監視空間を監視する場合に、監視カメラによって撮影されない死角領域をできるだけ少なくし、少ない台数の監視カメラでより広い領域を撮影することによって効率的な監視を行うことが提案されている。
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、複数の監視カメラの可視空間の重複空間の撮影状態を評価することを目的とする。
図1を参照する。実施形態のカメラ配置評価装置1は、例えばコンピュータにより構成され、記憶部2と、制御部3とを備える。
記憶部2は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶部2は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリを含んでよい。
以下に説明する制御部3の機能は、例えば、記憶部2に格納されたコンピュータプログラムであるカメラ配置評価プログラム20を、制御部3が備えるプロセッサが実行することによって実現される。
さらにカメラ配置評価装置1は、監視空間の3次元モデルに基づいて監視空間を表す仮想画像を生成する。カメラ配置評価装置1は、重複空間の撮影状態の評価値に応じて仮想画像上の重複空間の表示を設定する。
出力装置5は、ディスプレイ、プロジェクタ、プリンタなどであり、カメラ配置評価装置1が算出した評価値と、カメラ配置評価装置1が生成した仮想画像を出力する。
図2を参照する。いま、屋外空間や、構造物によって形成される屋内空間等である監視空間40を、複数の監視カメラ43a及び43bで撮影する場合を想定する。なお、監視空間40を撮影する監視カメラの個数は2個に限定されず、3個以上の監視カメラで監視空間40を撮影してもよい。
カメラ情報21は、いわゆるカメラパラメータであり、複数の監視カメラ43a及び43bの各々の配置条件として、3次元的な位置と、撮影方向を表すヨー角、ロール角及びピッチ角と、画角と、アスペクト比と、解像度と、焦点距離などの、監視カメラ43a及び43bの外部パラメータ及び内部パラメータを含む。監視カメラ43a及び43bの位置は典型的には焦点位置である。監視カメラ43a及び43bの位置を近似的にレンズ中心位置としてもよい。或いは、カメラ情報21に監視カメラ43a及び43bの設置位置や監視カメラ43a及び43bのカメラ構造を設定し、これらから焦点位置又はレンズ中心位置を求めるようにしてもよい。
カメラ情報21と構造物情報22に基づいて監視空間40内に監視カメラと構造物とを配置した一例を図3の(a)に示す。構造物情報22は、監視空間40内の構造物41及び42の幾何形状データを含む。また、カメラ情報21は、監視空間40における監視カメラ43a及び43bの配置条件を示す。
なお、これらの3次元の幾何形状データは四面体分割されていてもよい。四面体分割された3次元データを取り扱うことにより、後述の演算処理をより高速に実行することができる。
可視空間算出部30は、監視カメラ43a及び43bの各々の可視空間を算出する。可視空間は、監視カメラの位置から見える3次元的な範囲である。以下、複数の監視カメラ43a及び43bを総称して「監視カメラ43」と表記することがある。
図3の(b)を参照する。カメラ座標系として様々な座標系を採用できるが、例えばカメラの視軸が負のZ軸方向を向いた右手座標系としてよい。
次に、可視空間算出部30は、最低画素密度の設定入力を受け付ける。最低画素密度は、現実世界における単位長をカメラ画像中において最低何ピクセルで写す必要があるかを規定する下限値である。プランニング実施者は、入力装置4を用いて最低画素密度の設定値を入力する。
なお、視錐体50の底面の4角形を2つの3角形に分割して、2つの四面体の集合を監視カメラ43の視錐体としてもよい。
まず、可視空間算出部30は、構造物情報22に定義されている構造物と視錐体50との接触判定(交差判定)を行う。視錐体50並びに構造物が四面体で構成されている場合には、GPR(Ganovelli,Ponchio,Rocchini)アルゴリズムを用いることにより、四面体の間の接触判定をより高速に行うことができる。それ以外の場合には、バウンディングボックスやSAT(Separating Axis Theorem)アルゴリズムを用いて視錐体50と構造物とが接触(交差)しているか否かを判定できる。
可視空間算出部30は、構造物情報22に定義されている構造物のうち視錐体50に接触(交差)している構造物41、42を選択して以降の処理を行う。
可視空間算出部30は、これらの可視候補領域を三角形に分割してもよい。
可視空間算出部30は、領域41aが存在する平面61と、監視カメラ43の画角とアスペクト比で求められた視錐体50の斜辺50a〜50dとの交点61a、61b、61c及び61dを算出する。
図4の(a)の例では、交点61a〜61dを結んだ凸領域内に領域41aが全て含まれるので、領域41a全てが可視候補領域となる。
可視空間算出部30は、領域42aが存在する平面62と、視錐体50の斜辺50a〜50dとの交点62a、62b、62c及び62dを算出する。
可視空間算出部30は、交点62a〜62dを結んだ凸領域と領域42aとが2次元平面上で重複する領域42bを、領域42aと視錐体50との交差領域として算出し、可視候補領域とする。
ある可視候補領域が、監視カメラ43から見て手前の他の可視候補領域によって遮蔽される場合には、遮蔽される部分を除いて可視領域を算出する。
図5の(a)を参照して、構造物41の可視候補領域41aから可視領域を算出する処理を説明する。
監視カメラ43から見て可視候補領域41aの手前には、他の可視候補領域が存在しないので他の可視候補領域により遮蔽される部分はない。このため、可視空間算出部30は、可視候補領域41aの全ての領域を可視領域51とする。
可視空間算出部30は、監視カメラ43の位置と他の可視候補領域41aの頂点71a、71b、71c及び71dとを結んだ直線の延長線と可視候補領域42bが存在する平面との交点72a、72b、72c及び72dを算出する(交点72cは不図示)。
また、可視空間算出部30は、視錐体50の底面のうち構造物41、42の可視候補領域41a、42bによって遮蔽される領域を除いた範囲を、可視領域として算出する。
可視空間算出部30は、可視領域51a、51b及び52b、並びに背景面44上の可視領域についても同様に角錐を算出する。
可視空間算出部30は、これら算出した角錐が占める空間の集合を監視カメラ43の可視空間として算出する。以上により監視カメラ43の可視空間を求めることができる。
可視空間算出部30は、監視カメラ43の可視空間を求めることが可能な様々な算出方法を採用することができる。例えば、可視か否かを判定すべき点やボクセルを監視空間40内に離散的に配置して、これらの点又はボクセルが監視カメラ43から見えるか否かをレイトレーシング法によってそれぞれ判定して可視空間を算出してもよい。
例えば、上述したように可視空間を角錐の集合として算出した場合には、重複空間算出部31は、以下の方法によって重複空間を算出してよい。
この方法では、重複空間算出部31は、複数の監視カメラ43のうちの一対の監視カメラ43の全ての組み合わせについて各々の可視空間どうしの間の重複空間を算出する。重複空間算出部31は、全ての組み合わせについて算出した重複空間の全体が占める空間を、複数の監視カメラ43の可視空間どうしの重複空間として算出する。
角錐重複空間算出部34が、一対の監視カメラの可視空間を構成する角錐の各々の角錐重複空間を全て算出すると、重複空間算出部31は、角錐重複空間算出部34が算出した角錐重複空間を合計して、一対の監視カメラの可視空間どうしの重複空間を算出する。
図1を参照する。角錐重複空間算出部34は、境界面82a〜82eの各々を算出する境界面算出部35を備える。
境界面算出部35は、第1角錐80を形成する面80A、80B、80C及び80Dのうちいずれか1つの面を選択する。図7の(a)の例では面80Aを選択する。
図7の(b)を参照する。境界面算出部35は、選択した頂点81aと残りの頂点81b〜81dとを各々結ぶ線分83b、83c及び83dの全てが、選択した面80Aが存在する平面82と交差するか否かを判定する。すなわち、頂点81aから見て、頂点81b〜81dの全てが面80Aの裏側に存在するか否かを判断する。
境界面算出部35は、交点84b〜84dを結ぶ多角形84と面80Aとの重複領域(ハッチングされた領域)を境界面82bとして算出する。
一方で、線分83b〜83dの全てが平面82と交差しない場合には、交点84b〜84dを結ぶ多角形84を算出できないので境界面を算出できない。したがって、この場合には、面80Aと頂点81aとの組み合わせに関して境界面の算出を中止する。
例えば、上記のレイトレーシング法による可視空間の算出方法と同様に、重複空間算出部31は、同時に複数の監視カメラ43から可視な点又はボクセルが占める空間を重複空間として算出してよい。
図8の(a)を参照する。例えば重複評価部32は、評価地点に仮想的な単位球90の3次元モデルを配置する。重複評価部32は、単位球90の表面のどの部分が複数の監視カメラ43a及び43bの可視領域になっているのかそれぞれ算出する。図8の(a)の例では、太線の破線91aが監視カメラ43aの可視領域を示し、太線の一点鎖線91bが監視カメラ43aの可視領域を示す。
また、重複評価部32は、単位球90の表面上に離散的に配置した点の各々において複数の監視カメラ43a及び43bから見えるか否かをレイトレーシング法で判定して可視領域を算出してもよい。
重複評価部32は、単位球90の場合と同様に、可視領域93a及び93bに応じて重複空間の撮影状態の評価値を算出する。
図9を参照する。単位球90の表面上に離散的に点94を配置した場合を想定する。円プロットは監視カメラ43aのみから見える単位球90上の点を示し、四角プロットは監視カメラ43bのみから見える点を示し、三角プロットは監視カメラ43a及び43bから同時に見える点を示す。
重複評価部32は、複数の監視カメラ43a及び43bのいずれかから可視と判定された点94の総数と単位球90に配置した点94の総数との割合に応じて評価値を算出してよい。
単位球90に代えて、図8の(b)に示すような凹凸のあるオブジェクト92の表面上に離散的に点94を配置し、同様に評価値を算出してもよい。
例えば、複数の監視カメラ43が2台である場合には、評価地点から監視カメラ43の位置までの方向のなす角の正弦関数又は余弦関数の値を評価値として算出してよい。
また、例えば複数の監視カメラ43が3台以上である場合には、これらの監視カメラ43のうち一対の監視カメラ43の全ての組み合わせについて、評価地点から位置までの方向のなす角の正弦関数又は余弦関数をそれぞれ求め、これらの平均値、最小値、最大値、中間値などを評価値として算出してよい。
画像生成部33は、重複評価部32が算出した評価値に応じた表示態様で、仮想画像上に重複空間を表示する。
例えば画像生成部33は、重複空間Sopの表示態様として重複空間Sopの色彩、明度、ハッチングパターンなどを評価値に応じて設定してよい。
重複空間Sop内に複数の評価地点を設定した場合には、画像生成部33は、この評価地点における評価値の平均値、最大値、最小値、中間値に応じて重複空間Sopの表示態様を設定してよい。
重複評価部32は、評価地点の間の中間の地点の評価値を、例えば、当該地点の周りの評価地点の評価値を補間して求めてよい。画像生成部33は、補間により求めた評価値に応じて、評価地点の中間の地点の色彩や明度を設定してよい。画像生成部33は、当該地点の周りの評価地点の色彩や明度を補間して、評価地点の中間の地点の色彩や明度を設定してもよい。
以下、図11を参照して、実施形態のカメラ配置評価方法の一例を説明する。
ステップS1では、監視カメラの可視空間及びその重複空間を算出するのに先だって、監視空間40に存在する構造物の構造物情報22を取得または生成して、カメラ配置評価装置1の記憶部2に設定登録する。
ステップS2では、複数の監視カメラ43a及び43bの位置や、撮影方向、画角、アスペクト比、解像度、焦点距離などといったカメラ情報21を取得して、カメラ配置評価装置1の記憶部2に設定登録する。
ステップS4において重複空間算出部31は、監視カメラ43a及び43bの各々の可視空間Sa及びSbどうしが重複する重複空間Sopを算出する。
ステップS5において重複評価部32は、重複空間Sop内の代表地点として1個又は複数の評価地点を監視空間Sop内に設定する。
ステップS7において画像生成部33は、監視空間40の3次元モデルを表す構造物情報22に基づいて監視空間40を表す仮想画像100を生成する。画像生成部33は、重複評価部32が算出した評価値に応じた表示態様で、仮想画像100上に重複空間Sopを表示する。出力装置5は、仮想画像100を出力する。
(1)記憶部2は、複数の監視カメラ43a及び43bの位置、画角及び撮影方向を表すカメラ情報21を記憶する。可視空間算出部30は、カメラ情報21に基づいて、監視空間における複数の監視カメラ43a及び43bの可視空間Sa及びSbをそれぞれ算出する。重複評価部32は、可視空間Sa及びSbどうしの重複空間Sopを求め、重複空間Sop内の所定の評価地点から複数の監視カメラ43a及び43bの位置までのそれぞれの方向Dra及びDrbに応じて重複空間Sopの撮影状態の評価値を算出する。
これにより、複数の監視カメラ43a及び43bによる重複空間Sopの撮影状態を評価することができる。例えば、複数の監視カメラ43a及び43bが互いに近い方向から重複空間Sopを撮影しているのか、又は全く異なる方向から撮影しているのかを評価できる。
これにより、重複領域Sop内に存在する監視対象を複数の監視カメラ43a及び43から見た可視領域の重複度合いに応じて評価値を算出できる。
これにより、重複領域Sop内に存在する監視対象を複数の監視カメラ43a及び43から見た可視領域が、どの程度の監視対象をカバーしているかに応じて評価値を算出できる。
(4)重複評価部32は、評価地点から監視カメラ43a及び43bの位置までの方向Dra及びDrbを監視カメラ43a及び43bごとに求め、これらの方向どうしがなす角度に応じて評価値を算出する。
これにより、複数の監視カメラ43a及び43bが互いに近い方向から重複空間Sopを撮影しているのか、又は全く異なる方向から撮影しているのかを評価できる。
(5)重複評価部32は、評価地点に所定形状の3次元モデルを配置して、カメラ情報に基づいて3次元モデルの表面の各位置について可視判定を監視カメラ43a及び43bごとに行い、複数の監視カメラ43a及び43bから同時に可視と判定された位置の総数と複数の監視カメラ43a及び43bのいずれかから可視と判定された位置の総数との割合に応じて評価値を算出する。
これにより、重複領域Sop内に存在する監視対象を複数の監視カメラ43a及び43から見た可視領域の重複度合いに応じて評価値を算出できる。
(6)重複評価部32は、評価地点に所定形状の3次元モデルを配置して、カメラ情報に基づいて3次元モデルの表面の各位置について可視判定を監視カメラ43a及び43bごとに行い、複数の監視カメラ43a及び43bのいずれかから可視と判定された位置の総数と3次元モデルに配置した位置の総数との割合に応じて評価値を算出する。
これにより、重複領域Sop内に存在する監視対象を複数の監視カメラ43a及び43から見た可視領域が、どの程度の監視対象をカバーしているかに応じて評価値を算出できる。
これにより、複数の監視カメラ43a及び43bによる重複空間Sopの撮影状態を提示した仮想画像100を生成できる。
これにより、離散的な評価地点の間の中間の地点の評価値を算出することができる。
Claims (10)
- 複数のカメラの位置、画角及び撮影方向を含むカメラ情報を記憶する記憶部と、
前記カメラ情報に基づいて、監視空間における前記複数のカメラの可視空間をそれぞれ算出する可視空間算出部と、
前記可視空間どうしの重複空間を求め、該重複空間内の評価地点から前記複数のカメラの位置までのそれぞれの方向に応じて該重複空間の撮影状態の評価値を算出する重複評価部と、
を備えることを特徴とするカメラ配置評価装置。 - 前記重複評価部は、前記評価地点に所定形状の3次元モデルを配置して、前記カメラ情報に基づいて前記カメラごとに当該3次元モデルの表面の可視領域を算出し、当該可視領域の重複領域の面積と当該可視領域の論理和領域の面積との割合に応じて前記評価値を算出することを特徴とする請求項1に記載のカメラ配置評価装置。
- 前記重複評価部は、前記評価地点に所定形状の3次元モデルを配置して、前記カメラ情報に基づいて前記カメラごとに当該3次元モデルの表面の可視領域を算出し、当該可視領域の論理和領域の面積と当該3次元モデルの表面積の割合に応じて前記評価値を算出することを特徴とする請求項1に記載のカメラ配置評価装置。
- 前記重複評価部は、前記評価地点から前記カメラの位置までの方向を前記カメラごとに求め、当該方向どうしがなす角度に応じて前記評価値を算出することを特徴とする請求項1に記載のカメラ配置評価装置。
- 前記重複評価部は、前記評価地点に所定形状の3次元モデルを配置して、前記カメラ情報に基づいて当該3次元モデルの表面の各位置について可視判定を前記カメラごとに行い、複数のカメラから同時に可視と判定された前記位置の総数と複数のカメラのいずれかから可視と判定された前記位置の総数との割合に応じて前記評価値を算出することを特徴とする請求項1に記載のカメラ配置評価装置。
- 前記重複評価部は、前記評価地点に所定形状の3次元モデルを配置して、前記カメラ情報に基づいて当該3次元モデルの表面の各位置について可視判定を前記カメラごとに行い、複数のカメラのいずれかから可視と判定された前記位置の総数と前記3次元モデルに配置した前記位置の総数との割合に応じて前記評価値を算出することを特徴とする請求項1に記載のカメラ配置評価装置。
- 前記記憶部は、前記監視空間の3次元モデルをさらに記憶し、
前記3次元モデルに基づいて生成された前記監視空間を表す仮想画像上に、前記各カメラの前記重複空間を表した画像を生成し、前記評価値に応じて前記重複空間の表示を設定する画像生成部を更に備えることを特徴とする請求項1〜請求項6の何れか一項に記載のカメラ配置評価装置。 - 前記重複評価部は、前記重複空間内の複数の前記評価地点において前記評価値をそれぞれ算出し、算出した当該各評価値を用いて前記複数の評価地点の間の地点における評価値を算出することを特徴とする請求項1〜請求項7の何れか一項に記載のカメラ配置評価装置。
- コンピュータに、
複数のカメラの位置、画角及び撮影方向を含むカメラ情報を記憶装置から読み出す情報読出ステップと、
前記カメラ情報に基づいて、監視空間における前記複数のカメラの可視空間をそれぞれ算出する可視空間算出ステップと、
前記可視空間どうしの重複空間を求め、該重複空間内の評価地点から前記複数のカメラの位置までのそれぞれの方向に応じて該重複空間の撮影状態の評価値を算出する重複評価ステップと、
を実行させることを特徴とするカメラ配置評価方法。 - コンピュータに、
複数のカメラの位置、画角及び撮影方向を含むカメラ情報を記憶装置から読み出す情報読出ステップと、
前記カメラ情報に基づいて、監視空間における前記複数のカメラの可視空間をそれぞれ算出する可視空間算出ステップと、
前記可視空間どうしの重複空間を求め、該重複空間内の評価地点から前記複数のカメラの位置までのそれぞれの方向に応じて該重複空間の撮影状態の評価値を算出する重複評価ステップと、
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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