JP4087600B2 - 画像監視装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的な画像に基づいて監視対象領域を監視する画像監視装置に関し、特に画像を取得するカメラ等のレンズや監視窓などに付着する汚れ等を検知し、それに対する対処を容易とする技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、監視対象領域に向けてカメラを設置し、それにより取得される光学的な画像に基づいて、侵入者の出現等を検出する画像監視装置がある。この画像監視装置のカメラが設置される監視対象領域は様々である。そのため、カメラのレンズ面やカメラの収納ケースに設けられた監視窓の表面が、屋内においては例えばタバコのヤニ等で汚れることがあり、また屋外においては例えば風雨で埃や泥などで汚れることがある。このような汚れは、画像をぼやけさせたり霞ませて不鮮明なものとし、その画像に基づく監視の妨げとなり得る。
【0003】
このような汚れを、カメラにより取得された画像に基づいて検出する従来技術として、特開2001−119614号公報に開示される技術がある。当該従来技術では、汚れにより画像が不鮮明になると、画像内の被写体同士の境界等の被写体の外縁を示す部分(いわゆる、エッジ)における画素値の変化の急峻さ(エッジ量と称する)が低下することを利用し、エッジ量が所定値以下になったことに基づいてレンズ面等の汚れを検知している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の技術では、画像全体のエッジ量が低下することを以て、汚れ付着を判定し検知しているため、例えば、監視対象領域が暗いときのように画像全体のコントラストが低くなった場合を汚れ付着と判定することがあるという問題があった。
【0005】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、カメラが設置された環境に影響されにくく、汚れ等の監視障害物を検知することができる画像監視装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記問題点を解決する画像監視装置の実現のために研究を行い、その実験の結果、カメラのレンズ面等に汚れが付着すると、画像にてエッジ量が大きな領域の減少が比較的大きく、一方、エッジ量が小さな部分の領域の減少は比較的小さいこと、これに対し、照明変動などでは、通常程度のエッジ量の部分及びそれより大きなエッジ量の部分が同程度で変化することが判明した。本発明はこの知見を利用したものである。
【0007】
本発明に係る画像監視装置は、監視対象領域の光学像に対応した画像を生成する撮像手段と、前記画像の各画素について、当該画素の周辺画素との画素値の差分に基づいた画素値変化強度を算出する画素値変化強度算出手段と、第1の閾値を越える前記画素値変化強度を有する前記各画素についての当該画素値変化強度を合計した第1基準値と、前記第1の閾値より大きい第2の閾値を越える前記画素値変化強度を有する前記各画素についての当該画素値変化強度を合計した第2基準値とを求め、前記第1基準値に対する前記第2基準値の相対的な大きさに応じた比較評価値を算出する比較手段と、前記比較評価値が所定の判定基準値より小さいことに基づいて、前記監視対象領域と前記撮像手段との間の光路内における半透明の監視障害物を検知する障害物検知手段とを有するものである。
【0008】
他の本発明に係る画像監視装置は、監視対象領域の光学像に対応した画像を生成する撮像手段と、前記画像の各画素について、当該画素の周辺画素との画素値の差分に基づいた画素値変化強度を算出する画素値変化強度算出手段と、第1の閾値を越える前記画素値変化強度を有する前記画素の数である第1基準値と、前記第1の閾値より大きい第2の閾値を越える前記画素値変化強度を有する前記画素の数である第2基準値とを求め、前記第1基準値に対する前記第2基準値の相対的な大きさに応じた比較評価値を算出する比較手段と、前記比較評価値が所定の判定基準値より小さいことに基づいて、前記監視対象領域と前記撮像手段との間の光路内における半透明の監視障害物を検知する障害物検知手段とを有するものである。
【0009】
これらの本発明によれば、画素値変化強度がエッジ量を表す。相対的に低い第1の閾値と相対的に高い第2の閾値とが設定され、画素値変化強度が第1の閾値を越える画素の数又はそれらの画素での画素変化強度の合計値である第1の基準値と、画素値変化強度が第2の閾値を越える画素の数又はそれらの画素での画素変化強度の合計値である第2の基準値とに対して、上記知見を適用して、画像のぼやけや霞みの原因となるレンズの汚れ等の半透明の監視障害物を検知する。すなわち、ここで検知しようとする監視障害物が監視対象領域と撮像手段との間の光路に存在すると、第2基準値は比較的大きく減少するのに対し、第1基準値の減少は比較的小さい。一方、照明が暗いような場合には、第2基準値も第1基準値も一様に減少する。このように、半透明の監視障害物が存在する場合と、照明が暗い等のコントラスト低減要因による場合とでは、第1基準値に対する第2基準値の相対的な大きさが異なる。そこでこの相対的な大きさに対応した比較評価値に対し、適当な判定基準値を設定して、レンズの汚れ等の監視障害物が存在して画像がぼやけている場合と、照明が暗いといった監視障害物に起因しない要因によりコントラストが低下した場合とを判別することができる。
【0010】
本発明の好適な態様は、前記比較評価値が、前記第1基準値に対する前記第2基準値の比である画像監視装置である。
【0011】
半透明の監視障害物は、光路内に存在するタバコの煙などでもよいが、本発明の好適な態様は、前記障害物検知手段が、前記監視障害物として、前記光路上に配置される透明部材又は反射鏡に付着した汚れを検知する画像監視装置である。
【0012】
また、実験により経験的に、前記第1の閾値を、前記監視障害物が存在しない状態で取得された前記画像にて、前記監視対象領域内に位置する検出目的物の輪郭に対応して生じる前記画素値変化強度に応じた値とし、前記第2の閾値を、前記第1の閾値の2倍に応じた値とするのが好適である。
【0013】
本発明に係る画像監視装置においては、前記障害物検知手段は、前記比較評価値が前記判定基準値より小さい状態が所定時間継続すると、前記汚れが付着したと判定する。レンズ等に付着した汚れ等の監視障害物により比較評価値が低下する場合は、その状態が持続する。そのような持続性の監視障害物に対しては、例えば、監視センタ等から対処員を派遣して除去作業を行う必要がある。一方、煙や霧のような一過性のものに対しては、敢えて除去作業を行う必要性は低い。本発明によれば、持続性の監視障害物を検知し、例えば、その検知結果に基づいて監視センタ等への通報が行われる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態である侵入者監視装置について図面を参照して説明する。
【0015】
[実施形態1]
図1は、本発明に係る侵入者監視装置の概略のブロック構成図である。本装置は、監視対象領域を撮影可能なカメラ2と、カメラ2から得られた監視画像を処理する画像処理装置4とから構成される。
【0016】
画像処理装置4は、監視画像に基づいて監視対象領域に人影があるか否かを判断する侵入者検知処理部10に加えて、監視画像に基づいてカメラ2のレンズ等の光学部品や監視窓に付着するタバコのヤニや埃等の汚れを検知する汚れ検知処理部12を有する。
【0017】
侵入者検知処理部10は、従来より用いられている各種の画像認識技術に基づいて侵入者を検知し、監視員へ侵入者検知を通報する。一方、汚れ検知処理部12も汚れを検知すると、監視員へそれを通報する。侵入者検知処理部10、汚れ検知処理部12は、例えば、中央処理ユニット(CPU:Central Processing Unit)を用いて構成することができ、それら各処理部はこのCPU上で実行されるプログラムとして実現することができる。以下、本装置の特徴的部分である汚れ検知処理部12について詳しく説明する。
【0018】
図2は、汚れ検知処理部12の処理を示す処理フロー図である。また、図3〜図5は、汚れ検知処理部12の処理内容を説明する説明図であり、図3は監視対象領域の模式図である。また、図4、図5はそれぞれ、図3に示した走査線Lに沿った輝度値の変動の様子を示す模式的なグラフ(図4(a),図5(a))及び輝度値の空間的変化量の走査線Lに沿った変動を示す模式的なグラフ(図4(b),図5(b))を表す。図4はカメラ2のレンズ面等に汚れが付着していない状態を表す図であり、一方、図5は汚れが付着しコントラストが低下した状態を表す図である。また、図4(a),図5(a)において横軸が走査線方向の画素の並びを表し、縦軸が輝度値を表す。図4(b),図5(b)においては、横軸が走査線方向の画素の並びを表し、縦軸は輝度値変化量であり、この輝度値変化量の絶対値がエッジ量として定義される。
【0019】
汚れ検知処理部12による汚れ検知ロジックは一定時間おきに開始され実行される(S100)。汚れ検知処理部12は、カメラ2から入力された画像データを取得し(S105)、各画素のエッジ量を算出する(S110)。ある画素におけるエッジ量は、当該画素近傍における輝度値の変化量に基づいて求められる。例えば、エッジ量算出にはSobelフィルタを用いることができる。
【0020】
汚れ検知処理部12には、エッジ量に関し実験的に定められた2つの閾値TH1,TH2が設定されている。ここでTH1<TH2であり、第1の閾値であるTH1を通常閾値、第2の閾値であるTH2を高閾値と称する。例えば、TH1は、カメラ2に汚れが付着していない状態で取得された画像にて、監視対象領域内に現れる侵入者の輪郭が明確となるような輝度値変化量に応じたものである。一方、TH2は通常はTH1の2倍前後、例えば1.5〜3倍といった範囲内の値に設定することが好適である。
【0021】
汚れ検知処理部12は、画像を構成する画素のうち、TH1を越えるエッジ量を有する画素の数M(通常閾値エッジ数と称する)及び、TH2を越えるエッジ量を有する画素の数N(高閾値エッジ数と称する)をそれぞれカウントして求める(S115,S120)。ちなみに、高閾値エッジ数としてカウントされた画素は、空間的な輝度変化が大きい画素、すなわちコントラストが強い画素に相当する。
【0022】
M,Nが求まると、それらの比N/Mで定義される高閾値エッジ比率Aを比較評価値として算出する(S125)。
【0023】
なお、通常閾値エッジ数Mが0の場合には比N/Mの計算において零割りを生じる。またMが非常に小さい場合は、M及びNの統計的なばらつきに起因したAの誤差が大きくなり、後述する判定に用いることが不適切となる。そこで、比N/Mの算出処理S125は、Mが所定の閾値TH3より大きい場合にのみ行い、MがTH3以下である場合には比N/Mは計算しない(S130)。このようにMが非常に小さい値となるということは、一般に画像全体が輝度変化に乏しいことを意味する。その要因として、
(1)もともと監視対象領域が輝度変化に乏しい、
(2)カメラのレンズ面等の汚れがひどく、何も見えなくなっている、
(3)カメラの前方に故意に障害物が置かれ、監視が妨げられている、
といったことが挙げられる。これらのうち、特に要因(2)及び(3)は侵入者を検知できず不都合である。そのため、MがTH3以下の場合の高閾値エッジ比率Aには、後述する判定処理で異常として検知されるような値、例えば0が付与される(S135)。なお、閾値TH3は実験等に基づいて経験的に定めることができる。
【0024】
高閾値エッジ比率Aは、輝度変化があった画素のうち高い輝度変化があった画素の割合を表し、良好なコントラストが得られている画像ほど高い値をとる。例えば、これは、汚れが付着していない場合の画像に対応した図4(b)と、汚れが付着した場合の画像に対応した図5(b)とを対比することによって具体的に理解される。すなわち、図4(b)に示すように、コントラストの高い画像では、被写体の輪郭近傍の比較的少数の限られた画素において、絶対値がTH2を越えるような大きな輝度値変化量が生じるのに対し、図5(b)に示すように、汚れによってぼやけたコントラストの低い画像では、被写体の輪郭に対応した輝度値の変化が比較的多くの画素に分散する。そのため、汚れが付着した場合には、高閾値TH2を越える画素数Nが減少する。その一方で、TH2より小さなエッジ量を有する画素が増加し、これがMを増加させる方向に作用する。よって、汚れが付着した場合の高閾値エッジ比率Aは、汚れが付着していない場合の高閾値エッジ比率Aに比べて通常は低下する。
【0025】
ちなみに、照度低下によりコントラストが低下した場合には、高閾値TH2を越える画素数Nは低下するが、輪郭に対応して輝度値変化を生じる画素数の増加は基本的に生じず、ひいては通常閾値エッジ数Mの増加率は汚れ付着の場合ほどには大きくなりにくい。そのため、この場合の高閾値エッジ比率Aの減少は、汚れ付着の場合より小さくなり、コントラスト低下という点では同じであっても、高閾値エッジ比率Aに基づいて汚れ付着の場合と照度低下の場合とを弁別することが可能となる。
【0026】
この汚れ付着の場合と照度低下の場合との弁別を可能とするように、判定基準値TH4が実験等に基づいて設定される。高閾値エッジ比率AがTH4より大きい場合には(S140)、汚れ付着は生じていないと判断され、汚れカウントタイマはゼロクリアされる(S145)。一方、高閾値エッジ比率AがTH4以下である場合には、汚れ付着が生じているか、上述のMが非常に小さい場合であり、この場合には、汚れカウントタイマがカウントアップされる(S150)。ちなみに、汚れカウントタイマは、本装置の起動時にはゼロクリアされるが、一定時間おきに繰り返される汚れ検知ロジックの終了によってはゼロクリアされない。
【0027】
汚れカウントタイマは、ゼロクリアされない限り、汚れ検知ロジックの間隔においても所定クロックにしたがって計時するように構成することもできるし、各汚れ検知ロジックで例えば1ずつカウントアップするように構成することもできる。いずれにしても、汚れカウントタイマの値が所定の閾値T秒(例えば60秒)以上に相当する値となった場合には(S155)、高閾値エッジ比率Aの閾値TH4以下への低下が、外乱光等の影響による一時的なものではなく、レンズ面等に付着した汚れ等の持続性を有する異常状態であるとして、監視員等への発報が行われる(S160)。一方、汚れカウントタイマの値がT秒相当未満である場合には、今回の汚れ検知ロジックでは異常とは判断せずに(S165)、当該汚れ検知ロジックを終了する。
【0028】
なお、上述の構成では、高閾値エッジ比率Aは通常閾値TH1を越える画素数Mに対する高閾値TH2を越える画素数Nの比と定義したが、通常閾値TH1を越える画素でのエッジ量の積算値SUM1と高閾値TH2を越える画素でのエッジ量の積算値SUM2とをそれぞれ処理S115,S120にて算出し、それらを用いて処理S125においてA=SUM2/SUM1を算出し、そして、このAを比較評価値として処理S140での判定を行ってもよい。
【0029】
[実施形態2]
第2の実施形態に係る侵入者監視装置は図1に示す第1の実施形態の装置と同様のブロック構成を有し、また、処理内容も図2に示す第1の実施形態の装置の処理内容と共通するところが多い。そこで、以下、第1の実施形態と同様の構成要素及び処理ステップについては同一の符号を付して説明の簡素化を図る。
【0030】
図6、図7は、第2の実施形態の侵入者監視装置における汚れ検知処理部12の処理を示す処理フロー図であり、図6は汚れ付着判定の基準値設定に係る処理内容を示すフロー図である。また、図7は汚れ検知ロジックの処理内容を示すフロー図である。
【0031】
まず、図6に基づいて、汚れ付着判定の基準値設定について説明する。例えば、汚れ検知処理部12は汚れ判定処理を開始すると、以下に説明する処理S205〜S235からなる判定基準値パラメータ設定処理を行って、汚れ付着判定の基準値の設定に利用される判定基準値パラメータBを決定した後、汚れ検知ロジックS240の反復を開始する。
【0032】
判定基準値パラメータ設定処理は、基本的には、汚れが付着していない状態での画像に基づいた高閾値エッジ比率Aの決定処理S105〜S135と同様である。すなわち、汚れ検知処理部12はカメラ2から適当なタイミングで画像データを取得し(S205)、この画像に対して、エッジ量算出処理S210を行い、通常閾値エッジ数M、高閾値エッジ数Nを求め(S215,S220)、さらに高閾値エッジ比率N/Mを算出して、これを判定基準値パラメータBとする(S225)。なお、Mが閾値TH3以下の場合には(S230)、B=0にセットする(S235)。
【0033】
判定基準値パラメータBが決定されると、以降、汚れ検知ロジックS240が一定時間おきに繰り返される。次に、図7に基づいて、汚れ検知ロジックを説明する。本装置の汚れ検知ロジックが、上記第1の実施形態の汚れ検知ロジックと異なる点は、処理S125,S135で得られた高閾値エッジ比率Aに基づく汚れ付着判定処理S300にある。すなわち、処理S300において高閾値エッジ比率Aと比較される判定基準値は、判定基準値パラメータBに所定の倍率Rを乗じて定められる点が処理S140と異なる。
【0034】
第1の実施形態の判定処理S140で判定基準値として用いられる閾値TH4は、個々の監視対象領域に対応したものではないのに対し、この判定処理S300で判定基準値として用いられる積(R・B)は、パラメータBが個々の監視対象領域に応じて定められるので、Rを調整することによって、誤検出を抑制しつつ汚れ検知の感度を向上させることが容易となる。
【0035】
ここでは、判定基準値パラメータ設定処理を汚れ検知処理部12の起動時の初期処理として行うこととしたが、その後の適当なタイミング(汚れが付着していない状態)にて行うようにしてもよい。特に監視対象領域のレイアウト変更等により、侵入者等の移動体が存在しない状態にてカメラ2から得られる背景画像が変化した場合には、判定基準値パラメータ設定処理を改めて行い、パラメータBを更新することが好ましい。
【0036】
【発明の効果】
本発明の画像監視装置によれば、カメラのレンズ面等への汚れ等の監視障害物が精度良く検知される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る侵入者監視装置の概略のブロック構成図である。
【図2】 第1の実施形態に係る汚れ検知処理部の処理を示す処理フロー図である。
【図3】 監視対象領域を撮した画像の模式図である。
【図4】 カメラのレンズ面等に汚れが付着していない状態での輝度値及び輝度値変化量の一例を示すグラフである。
【図5】 カメラのレンズ面等に汚れが付着した状態での輝度値及び輝度値変化量の一例を示すグラフである。
【図6】 汚れ付着判定の基準値設定に係る処理内容を示すフロー図である。
【図7】 第2の実施形態に係る汚れ検知処理部の処理を示す処理フロー図である。
【符号の説明】
2 カメラ、4 画像処理装置、10 侵入者検知処理部、12 汚れ検知処理部。
Claims (6)
- 監視対象領域の光学像に対応した画像を生成する撮像手段と、
前記画像の各画素について、当該画素の周辺画素との画素値の差分に基づいた画素値変化強度を算出する画素値変化強度算出手段と、
第1の閾値を越える前記画素値変化強度を有する前記各画素についての当該画素値変化強度を合計した第1基準値と、前記第1の閾値より大きい第2の閾値を越える前記画素値変化強度を有する前記各画素についての当該画素値変化強度を合計した第2基準値とを求め、前記第1基準値に対する前記第2基準値の相対的な大きさに応じた比較評価値を算出する比較手段と、
前記比較評価値が所定の判定基準値より小さいことに基づいて、前記監視対象領域と前記撮像手段との間の光路内における半透明の監視障害物を検知する障害物検知手段と、
を有することを特徴とした画像監視装置。 - 監視対象領域の光学像に対応した画像を生成する撮像手段と、
前記画像の各画素について、当該画素の周辺画素との画素値の差分に基づいた画素値変化強度を算出する画素値変化強度算出手段と、
第1の閾値を越える前記画素値変化強度を有する前記画素の数である第1基準値と、前記第1の閾値より大きい第2の閾値を越える前記画素値変化強度を有する前記画素の数である第2基準値とを求め、前記第1基準値に対する前記第2基準値の相対的な大きさに応じた比較評価値を算出する比較手段と、
前記比較評価値が所定の判定基準値より小さいことに基づいて、前記監視対象領域と前記撮像手段との間の光路内における半透明の監視障害物を検知する障害物検知手段と、
を有することを特徴とした画像監視装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の画像監視装置において、
前記比較評価値は、前記第1基準値に対する前記第2基準値の比であることを特徴とする画像監視装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の画像監視装置において、
前記障害物検知手段は、前記監視障害物として、前記光路上に配置される透明部材又は反射鏡に付着した汚れを検知することを特徴とする画像監視装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の画像監視装置において、
前記第1の閾値は、前記監視障害物が存在しない状態で取得された前記画像にて、前記監視対象領域内に位置する検出目的物の輪郭に対応して生じる前記画素値変化強度に応じた値であり、
前記第2の閾値は、前記第1の閾値の2倍に応じた値であること、
を特徴とする画像監視装置。 - 請求項4記載の画像監視装置において、
前記障害物検知手段は、前記比較評価値が前記判定基準値より小さい状態が所定時間継続すると、前記汚れが付着したと判定することを特徴とする画像監視装置。
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