JPH0337357B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明はTVカメラによる監視画像の変化検知
により警報を発する画像監視方式に関するもので
ある。

［背景技術］ 本発明者らは現画像と基準画像との差画像の投
影より変化検知を行い、変化領域の画像情報を圧
縮して狭帯域伝送する方式を既に提案している
が、火災や、侵入者等の識別照合が確実な方式が
未だ完成していなかつた。

［発明の目的］ 本発明は上述の問題点に鑑みて為されたもの
で、その目的とするところは侵入者や、火災等の
異常による変化を確実に検知することができる画
像監視方式を提供するにある。

［発明の開示］ 本発明を以下実施例により説明する。

第１図は本実施例の全体構成を示しており、
CCD等の赤外領域まで感応する撮像素子を使用
したTVカメラ１により監視領域を撮像するよう
になつており、TVカメラ１は第４図に示すよう
に監視領域の天井などに取り付けられる。そして
このTVカメラ１は撮像する画像が赤外領域か、
可視光領域かを帯域フイルタ３２を切り換えるこ
とより選択ができるようになつている。Ａ／Ｄコ
ンバータ２はTVカメラ１からの映像信号をデジ
タル化するためのもので、デジタル化された画像
データはフレームバツフアに記憶される。この記
憶の取り込みと称し、通常この画像データの取り
込みは変化検知の対象物体の移動速度にもよるが
通常の侵入者検知の場合0.5秒程度に設定してあ
る。

実施例では３つのフレームバツフアを持ち、現
画像フレームバツフア３は最新の画像データを記
憶するためのものであり、基準画像フレームバツ
フア５は侵入者等が無い監視領域の背景画像のデ
ータを記憶するためのものである。そして前画像
フレームバツフア４は一つ前の取り込み画像が記
憶するためのものである。

ところで画像の変化検知は現画像と、背景の基
準画像との比較、或いは現画像と前画像との比較
の２種類があり、前者では侵入者が静止している
場合も変化有りと見なし、侵入者の全体が変化領
域として検出されるが、後者では侵入者が動いた
時に、動いた部分のみが変化領域と見なされ、前
画像の侵入者の位置と現画像の侵入者の位置とが
離れている場合には、前画像の侵入者の位置が現
画像では消失変化領域となり、現画像の侵入者の
位置が出現変化領域となる。従つて背景の基準画
像と現画像との比較においては、出現変化領域の
みとなる。

本発明の実施例は主に現画像と背景の基準画像
との比較による異常変化検知に対して、照度変化
に対して正規化された画像比較を行うか、照度変
化らしい場合に再度画像比較を行うことで、照度
変化を異常変化と見なさず、背景の基準画像を更
新する画像監視方式に関するものであるが、前画
像と現画像との比較においても、照度変化の兆候
を検出し、再度画像比較を行つたり、照度に対し
て正規化することを同様に行つても良いことは勿
論である。

さて本実施例では照度変化の兆候を検出する方
式を３種類採用しており、その方式の切換は照度
変化検知方式設定回路６で行えるようになつてい
る。

まずその３種類の方式の概略について述べる
と、第１の方式は照度計７の出力変化を照度変化
計算回路８で求めて行う方式であり、第２の方式
は画素毎の変化の大きさのヒストグラムをヒスト
グラム作成回路９で作成する方式であり、又第３
の方式は複数の画素の連続変化を判定する連続変
化判定回路１０を用いる方式である。

照度計７による方式は照度計７で検出した現画
像取り込み時点の照度と、基準画像（或いは前画
像）の取り込み時点の照度との間の変化量（偏
差）（或いは基準画像に対する前画像の照度の比
率）を照度変化計算回路８で計算する。このとき
照度変化量（偏差）がある設定値より大きい場合
には異常変化と見なさず、基準画像更新回路２４
により基準画像を現画像と更新させる。また照度
変化計算回路８の計算値より、現画像の照度と同
じ条件となるように基準画像の各画素を補正する
ための補正係数（関数）を、画素毎の変化の大き
さを求める計算回路２６の計算を基に、各画素毎
に補正係数（関数）計算回路１１により求め、求
めた補正係数（関数）を補正係数（関数）バツフ
ア１２に登録する。そして照度正規化演算回路１
３により上記登録した補正係数と上記計算した変
化量との積を基準画像の各画素毎に乗ずるか、或
いは関数を基準画像の各画素毎に乗ずることによ
り現画像と基準画像との比較において照度に対す
る正規化を行う。勿論補正量を減じたり加算した
りしてもよい。

ここでTVカメラ１のオートアイリス回路或い
は自動ゲイン調整回路が働いている場合の補正係
数は画像全体の明るさの平均値がほぼ一定に保た
れるため、照度が高くなつた場合に影になる部分
は、負の補正係数にる。つまり平均値を同じにし
た後で、画像の各画素の明るさを補正することに
なる。一方オートアイリス回路や自動ゲイン調整
回路の影響が無いようにした画像の場合の補正係
数は画像の各画素に写し出されている対象物体の
TVカメラ１方向への光りの反射率に相当し、た
とえば第２図に示すように構成された照度正規化
演算回路１３の補正演算部１３ａで補正演算した
後にゲイン調整部１３ｂでゲイン調整を行なえば
オートアイリス回路や、自動ゲイン調整回路をシ
ユミレートできる。

また監視領域の照明の条件が変化する場合には
影の部分も変化するので、その都度補正係数（関
数）を求めなければならないが、照明条件が一定
の場合は照明のオンオフや、日照変化の影響によ
る誤差が防げることになる。

次にヒストグラムによる照度変化の兆候検出に
ついて説明する。まず画像毎の変化のヒストグラ
ムは現画像と基準画像或いは前画像との差の絶対
値を変化検知格子の画素毎に求めた差画像の各画
素ごとの変化の大きさのヒストグラム（度数分
布）で、ヒストグラム作成回路９により画素毎の
変化の大きさのヒストグラムを作成する。ここで
照度変化がある場合全画像的に変化するためにあ
る設定値より小さな画素毎の変化の大きさの画素
（零画素）の割合（或いは個数）が小さくなるの
で、この状態を検定すれば次の画像と取り込みに
よる変化検知プロセスをスキツプさせることがで
きるのである。この変化検知スキツプは基準画像
更新判定回路２５により行うのである。勿論ヒス
トグラムによる方法は後述の投影を求めるための
画素毎の変化の大きさの検定に含めさせて、零画
素の割合が小さいときに照度変化として再度、次
の変化検知プロセスに移行させることもできる。

さて第１図実施例において、照度変化の正規化
を行わない場合、第１４図の写真で示すような照
明オフ画像を現画像とし、第１５図（第６図）の
写真で示すような照明オン画像を基準画像とした
例では現画像のヒストグラム（第１６図図示）
と、基準（背景）画像のヒストグラム（第１８図
図示）と比べれば平均値に大きな差が生じている
ことが分かる。ここで現画像のヒストグラムの平
均値は42で、基準画像のヒストグラムの平均値は
142である。この場合の差画像のヒストグラムは
第２０図のようになる。ここで上記基準画像更新
判定回路２５により後述の差画像の画素毎の変化
の大きさを検定するための設定値R1（第２０図の
閾値では32）より小さな変化の大きさの画素（零
画素）の個数がある値R6より小さいときに照度
変化の兆候有りと判定を行い、基準画像更新回路
２４に基準画像を現画像に更新させる指令を与え
るのである。ちなみに第３０図の写真のような照
明オンの画像同士の差画像のヒストグラムは第３
３図のようになり、設定値R1以下の零画素が殆
どで、零画素の個数が設定値R6を越えている。

又第５図、第６図の写真のような侵入検知例の
場合では、現画像（第５図）のヒストグラム（第
７図）と、基準画像（第６図）のヒストグラム
（第９図）とを比べると形状や平均値には殆ど差
がない。これはTVカメラ１のオートアイリス
（自動ゲイン調整回路）が有効に働いている場合
も同様である。この場合の差画像のヒストグラム
（第１１図）は設定値R1以下の零画素の個数が設
定値R6より大きいので照度変化の兆候は無いと
判定できるのである。

尚照度変化監視領域設定回路２７で監視領域を
設定して、その中の変化検知格子の数が変化する
場合にはヒストグラムの度数や設定値R6を変化
検知格子の数に対して正規化する必要がある。

かくして本ヒストグラムによる照度変化検知を
行えば照度計７を設けることなく照度変化による
誤報を防止できる。

さて次に照度計７やヒストグラムを用いずに照
度変化の兆候を判定する方式について述べる。こ
の方式は連続変化判定回路１０において設定値
R7以上に連続的な変化の回数が有ると判定され
た場合に異常変化と判定して警報を発し、設定値
R7より少ない回数の変化であれば、照明変化の
兆候有りと判定して、基準画像を更新する指令を
基準画像更新回路２４に与え、基準画像を現画像
に更新するのである。この照度変化の兆候を検出
する方式は照明のオンオフのように短時間に画像
全体が変化する場合に有効であるが、日射の変化
のように比較的緩やかな変化の場合には基準画像
と現画像との差が相当時間をかけて増大し、ある
時に異常変化とし判定される恐れがあるので、現
画像と基準画像との間で、変化無しと判定した場
合の現画像と基準画像との移動平均を計算してそ
の移動平均を基準画像としたり、或いは一定周期
で基準画像を更新することも併用する必要があ
る。

上記の照度変化の兆候を検出する各方式は監視
領域が屋内で、窓から太陽光が入射して、画像の
一部分だけが照らされる場合にも有効なもので、
特にヒストグラムによる方式では照度変化判定の
ために使用する画素の領域を照度変化監視領域と
して、太陽光に照らされる位置に限つて照度変化
監視領域設定回路２７で設定することにより、こ
の領域のみの差画像のヒストグラムで照度変化有
りと判定した場合に基準画像を正規化すれば良
い。

また画像の一部分だけが照らされている可能性
が少なく屋内の照明条件が固定されている場合
や、屋内で使用する場合、即ち監視領域全体の照
度変化に対して基準画像或いは現画像を正規化す
ることによつて緩やかな照度変化に対してもより
厳密な変化検知が可能である。

次に本実施例の変化検知プロセスについて説明
する。まず画素変化検定回路２８は画素毎の変化
の大きさを設定値R1で検定し、設定値R1より大
きな変化画素のみの大きさを投影計算回路１４に
よりＸ，Ｙの各座標軸と平行な各ライン毎に累加
算して投影を計算する。第１２図は第５図に現画
像と、第６図の基準画像とを比較してその変化画
素を１、零画素を０に２値化した変化画素の２値
画像を示したもので、変化検知格子（４画素毎）
の変化画素を黒い点で示しており、侵入者の輪郭
が現れている。尚第８図、第１０図は第５図、第
６図の２値画像のバツフアイメージを示す。２値
画像に対しては公知の処理方向による伝播、縮退
処理により輪郭画像を整形して、画像の特徴とし
てパターン認識や位置合わせに使われるが、この
ような２値化された変化画素の投影を求めること
も可能であり、侵入物体の識別と併用することに
なる。従つて侵入物体の識別のために重要な照明
条件が照度に対する正規化によつて実質的に一定
に保たれ、変化画素と零画素の基準値R1が明確
に定まり、変化画素の２値画素の抽出が容易にな
つて侵入物体や火災等の識別が確実になり、異常
変化判定の誤報が少ない画像監視が可能になると
いう効果を有する。又侵入物体に対しても背景に
対する補正係数を作用させるため、補正係数のミ
スマツチングにより、侵入物体の画素変化が顕著
になるので、変化画素の２値化も容易になる。但
し侵入物体の照合のためには、侵入物体にマツチ
した補正を行う。尚雑音が多くて変化画素の２値
化が困難な場合に、変化画素の大きさに上限を設
ければ、変化画素の大きさに巾を持たせると同時
に孤立点的な雑音による大きな差の値の変化画素
の影響を少なくできる。

第１３図ａは変化画素の大きさの累加算値によ
るＸ軸上の投影を示し、第１３図ｂはＹ軸上の投
影を示している。図中一点鎖線は設定値R2を、
二点鎖線は設定値R5である。この変化画素の大
きさの投影は背景と侵入物体との差に基づくの
で、侵入物体の識別には適さないが、変化画素の
２値画像の投影については変化物体が１個の場合
には変化物体の識別に役立つ。変化物体が複数の
場合には第１２図のような変化画素の２値画像の
レベルでこの変化物体の分離切り出しを変化物体
切り出し回路１５で行い、切り出した変化物体に
ついて投影を求めることで、変化物体照合識別回
路１６での照合・識別に役立つことになる。ここ
で変化物体照合識別回路１６は予め記録した標準
パターン２２を持ち、この標準パターン２２と変
化物体の切り出しデータや、投影計算のデータと
の比較で変化物体の照合識別を行えるのである。
更には差画像において変化画素の値を対応する現
画像の画素の値に置き換えて投影を計算し、変化
物体の照合・識別をより詳しく行うことができ
る。即ち火災の場合には変化画素の値が大きくな
る（発火性）ので、投影の強さも座標軸上の変化
領域の大きさの割には大きくなり、逆に侵入者等
の投影の強さは小さくなる。つまり各座標軸上の
投影を求めるときには累加算した変化画素の個数
（２値化変化画素の投影と同じ）によつて、現画
像の変化画素の投影の値を割つて１変化画素当た
りの変化物体の明るさを求め、この１変化画素当
たりの変化物体の明るさが異常に高い場合に火災
の可能性が高いと言える。この投影の変化画素毎
の正規化と明暗判定を行うのが明暗判定回路１７
である。

尚上記説明はモノクロ画像の場合であるが、カ
ラー画像の場合にはRGBの各色成分別に画像を
比較して変化画素を２値化し、その２値化後２値
化した変化画素を重ね合わせて変化画素を求め
る。

又火災と侵入者とを厳密に識別するために本実
施例では帯域フイルタ３２により赤外領域と、可
視光領域とに分けて、同時に別々にＡ／Ｄ変換し
て侵入者の場合には可視光領域の変化が主である
ことと、発火性物体の場合には赤外領域の変化も
大きくなることとで両者を識別するようにしてい
るが、白熱電球や、太陽光に対しても赤外領域で
の照明変化として同様に正規化することで、誤報
を防止できる。

さて投影による変化領域の検定は、第１２図の
ような変化画素の２値画像によつて変化範囲を求
めるよりも変化画素の孤立点のような雑音の影響
を受けにくく、変化が明瞭に検出できるという利
点がある。また複数の変化物体がある場合には変
化画素の２値画像によつて変化物体を切り出した
上で投影を求めることで、変化検知領域をより正
確に分離できる。

ここで変化領域投影検定回路１８において設定
値R2の越えた投影の座標軸上の範囲を、変化検
知領域検定回路１９において各座標軸毎に
（（X₁₁、X₁₂）…（Xn₁、Xn₂）、（Y₁₁、Y₁₂）…
（Yn₁、Yn₂）のように求め、（Xi₁、Xi₂）（Yi₁、
Yi₂）で定まる短形領域の大きさが、夫々設定値
RX3、RY3より大きなときに変化有りの判定し、
変化領域計算回路２０により投影に対する設定
R5を越えた区間を変化領域として求め、この短
形領域の画像を画像情報圧縮伝送回路２１にて適
宜圧縮符号化して電話回線等を通じて受信機側へ
伝送するのである。また変化領域投影検定回路１
８の検定データは変化物体移動判定追跡回路２３
へ上記変化物体照合識別回路１６からの変化物体
識別データと共に入力し、変化物体移動判定追跡
回路２３により変化物体の移動、追跡が行われ、
明暗判定回路１７で判定された明るい変化物体で
静止しているものは火災の発火場所、比較的暗い
変化物体で、移動するものは侵入者と判定され
る。ここで赤外領域の帯域フイルタ３２を介して
撮影して得られた赤外領域の現画像の変化画素の
投影の大きさを検定し、その大きさが可視光領域
の帯域フイルタ３２を介して撮影して得られた可
視光領域の変化画素の投影の大きさより大きい場
合には発熱性変化物体とし、逆の場合を受熱性変
化物体と判定することにより、上述の火災判定
と、侵入者判定は確実なものとなる。

ところで短形領域では無く変化画素のみを送り
たいときには変化画素判定の設定値R4（R4＜R1）
にして、変化画素を求めなおし現画像の変化画素
情報を伝送する。

以上の照度変化の兆候検出や、正規化の方式の
選択、組み合わせや、パラメータの設定は監視現
場の環境条件や、監視対象に応じて最適に設定す
る。これら設定は照度変化検知方式設定回路６
や、照度変化監視領域設定回路２７で行なう。

尚第１７図、第１９図は第１４図、第１５図の
現画像、基準画像の２値画像のバツフアイメージ
を示し、第２１図はその差画像のバツフアイメー
ジを示している。また第２２図ａ，ｂはその差画
像のＸ、Ｙの投影を示している。更に第２３図〜
第２９図ａ，ｂは夫々監視領域を定めた場合の第
５図の現画像のヒストグラム、その２値画像のバ
ツフアイメージ、第６図の基準画像のヒストグラ
ム、その２値画像のバツフアイメージ、それら画
像の差画像のバツフアイメージ、その差画像の
Ｘ、Ｙの投影を示している。

又第３１図は照度変化もなく侵入もない第３０
図の画像のヒストグラム、第３２図はその２値画
像のバツフアイメージ、第３４図は第３０図同士
の差画像の２値画像のバツフアイメージ、第３５
図ａ，ｂは差画像のバツフアイメージ、その差画
像のＸ、Ｙの投影を示している。

尚投影に対してスムージングを行なうこともあ
る。これは各点の投影を前後の投影の平均値や、
前後の投影の値に重みづけを行つた上で、平均値
を求めることによつて行う。このスムージングに
より細かな変化を除くことができる。

第３図は第１図実施例を変形させた実施例の要
部回路構成を示しており、この実施例では照度正
規化演算回路１３により照度正規化した画像を照
度正規化画像フレームバツフア２９に記憶し、こ
の正規化された画像と現画像の画素毎の変化の大
きさを計算回路２６で計算して差画像を求め、そ
の差画像を差画像フレームバツフア３０に記憶
し、画素変化検定回路２８により変化画素の値を
対応する現画像の画素の値に置き換え、変化画素
フレームバツフア３１に記憶し、上記差画像フレ
ームバツフア３０と変化画素フレームバツフア３
１の記憶データに基づいて投影計算回路１４によ
り差画像の投影、差画像の２値画像の投影、変化
画素の投影のいずれかを選択計算することができ
るようにしたものである。

［発明の効果］ 本発明は現画像と基準画像との差画像の画素毎
の変化の大きさを第１の設定値で検定して該設定
値以上の変化のあつた変化画素の変化の大きさを
Ｘ，Ｙの各座標軸と平行な各ライン毎に累加算し
て投影を求める過程を持つ画像監視方式におい
て、赤外領域と可視光領域を帯域フイルタで分け
て夫々の領域の画像信号をＡ／Ｄ変換して上記過
程において夫々の変化画素の投影を求め、可視光
領域に比べて赤外領域での変化画素の投影が大き
いときに発熱性変化物体とし、赤外領域に比べて
可視光領域での変化画素の投影が大きいとき受熱
性変化物体として判定する過程を持つので、火災
と非火災の変化物体の識別が確実となり、結果火
災、侵入者の識別が容易となつて、誤報が少なく
なり、また赤外領域の画像を使用するので、煙の
中での発火場所の確認も容易になるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の回路構成図、第２図
は同上の照度正規化演算回路、第３図は変化検知
プロセスの別の実施例の要部回路構成図、第４図
はTVカメラの配置例図、第５図乃至第３５図は
同上の動作説明図であり、１はTVカメラ、１４
は投影計算回路、１５は変化物体照合識別回路、
１７は明暗判定回路、１８は変化領域投影計算回
路、１９は変化検知領域検定回路、２０は変化領
域計算回路、３２は帯域フイルタである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 現画像と基準画像との差画像の画素毎の変化
   の大きさを第１の設定値で検定して該設定値以上
   の変化のあつた変化画素の変化の大きさをＸ，Ｙ
   の各座標軸と平行な各ライン毎に累加算して投影
   を求める過程を持つ画像監視方式において、赤外
   領域と可視光領域を帯域フイルタで分けて夫々の
   領域の画像信号をＡ／Ｄ変換して上記過程におい
   て夫々の変化画素の投影を求め、可視光領域に比
   べて赤外領域での変化画素の投影が大きいときに
   発熱性変化物体とし、赤外領域に比べて可視光領
   域での変化画素の投影が大きいとき受熱性変化物
   体として判定する過程を持つことを特徴とする画
   像監視方式。 ２ 帯域フイルタを切り換えて同一TVカメラで
   赤外領域、可視光領域の画像を得ることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の画像監視方式。