WO2019031051A1 - 解析装置、監視システム及びプログラム - Google Patents

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WO2019031051A1
WO2019031051A1 PCT/JP2018/022160 JP2018022160W WO2019031051A1 WO 2019031051 A1 WO2019031051 A1 WO 2019031051A1 JP 2018022160 W JP2018022160 W JP 2018022160W WO 2019031051 A1 WO2019031051 A1 WO 2019031051A1
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WO
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distance
distance image
threshold
pixels
difference
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Application number
PCT/JP2018/022160
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English (en)
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Inventor
俊之 村松
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
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    • G—PHYSICS
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    • G08B13/181—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using active radiation detection systems
    • G—PHYSICS
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    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B25/00—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems
    • G08B25/01—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium
    • G08B25/04—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium using a single signalling line, e.g. in a closed loop

Definitions

  • the present invention relates to an analysis device, a monitoring system and a program.
  • a technique for detecting an object from a distance image obtained by a distance measuring device such as a laser radar is used.
  • the distance image is obtained by mapping the distance value to the object on two-dimensional coordinates.
  • the distance measuring device irradiates laser light or the like to the monitoring space, and measures the distance to the object by the time until light reflected from the object present in the monitoring space is received. Then, the irradiation direction of the laser light or the like is sequentially changed to scan the inside of the monitoring space in two axial directions, thereby generating a distance image.
  • the distance measuring device can not always be installed in a stable place such as a building, but is fixed to a movable installation tool such as a pole or tripod There is also a possibility. In this case, it is expected that the installation tool will shake due to natural wind and contact with people passing around.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and while detecting changes in the installation position or direction of the distance measuring device appropriately, it is intended to detect changes due to temporary swinging of the distance measuring device.
  • the issue is to exclude from
  • the invention scans a space in two axial directions, measures a distance to an object present in the space, and determines a distance image having this distance as a pixel value
  • Distance image acquisition means for acquiring a distance image from the distance measurement device generated at a time interval of 1 and a distance image between the pixels at mutually corresponding positions by comparing the distance image to be processed with the reference distance image generated at the time of reference Distance difference pixel number acquiring means for acquiring the number of distance difference pixels whose absolute value is the first threshold or more, and determining whether the number of distance difference pixels in the latest distance image is the second threshold or more And the number of distance difference pixels in the latest distance image and the latest distance when it is determined that the number of distance difference pixels in the latest distance image is equal to or greater than the second threshold.
  • a second change judging means for judging whether or not the absolute value of the difference in the number of distance difference pixels in the image is equal to or less than a third threshold, the number of distance difference pixels in the latest distance image and the distance one before It is determined that the installation position or direction of the distance measuring device has changed when the distance image in which the absolute value of the difference in the number of distance difference pixels in the image is determined to be less than or equal to the third threshold continues more than the fourth threshold And an installation abnormality determination unit.
  • the distance difference pixel number acquiring unit is based on a predetermined rule among the pixels of the distance image to be processed and the reference distance image. The number of distance difference pixels is acquired for the thinned pixels.
  • the invention according to claim 3 is the analysis device according to claim 1 or 2, wherein at least one of the first threshold, the second threshold, the third threshold and the fourth threshold is a monitoring target. It can be changed according to the environment in which the first threshold, the second threshold, the third threshold and the fourth threshold is a monitoring target. It can be changed according to the environment in which
  • the invention according to claim 4 is the analysis device according to any one of claims 1 to 3, wherein between the pixels at mutually corresponding positions between the latest distance image and the reference distance image.
  • the pixel whose absolute value of the distance difference is equal to or larger than the fifth threshold is extracted and the extracted pixel constitutes an area equal to or larger than a predetermined size, it is regarded as an intruder in the space and notified. Intruder notification means are provided.
  • the invention according to claim 5 is the analysis apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the second change judging means is configured to calculate the number of distance difference pixels in the latest distance image and the previous one.
  • the invention according to claim 6 scans a space in two axial directions, measures a distance to an object present in the space, and generates a distance image with the distance as a pixel value at predetermined time intervals.
  • a monitoring system comprising a device and an analysis device for analyzing a distance image generated by the distance measurement device, wherein the analysis device is a distance image acquisition means for acquiring a distance image from the distance measurement device; Distance difference to obtain the number of distance difference pixels whose absolute value of the distance difference between pixels at mutually corresponding positions is equal to or greater than the first threshold value by comparing the target distance image with the reference distance image generated at the time of reference
  • the invention according to claim 7 scans a computer in two axial directions in a space to measure a distance to an object present in the space, and generates a distance image with the distance as a pixel value at predetermined time intervals.
  • Distance image acquiring means for acquiring a distance image from the distance measuring device, comparing the distance image to be processed with the reference distance image generated at the time of reference, and the absolute value of the distance difference between pixels at mutually corresponding positions is the first Distance difference pixel number acquisition means for acquiring the number of distance difference pixels which are pixels equal to or greater than the threshold value, first change determination means for determining whether the number of distance difference pixels in the latest distance image is equal to or more than the second threshold value, When it is determined that the number of distance difference pixels in the latest distance image is greater than or equal to the second threshold, the number of distance difference pixels in the latest distance image and the distance image one before the latest distance image Distance at A second change determining unit that determines whether the absolute value of the difference in the number of difference pixels is less than or equal to a third threshold
  • the present invention it is possible to properly exclude the change due to the swing of the temporary distance measuring device from the detection target while appropriately detecting the change in the installation position or the direction of the distance measuring device.
  • FIG. 1 shows the configuration of a monitoring system 100 according to the present embodiment.
  • the monitoring system 100 includes a distance measurement device 10, an analysis device 20, and an alarm device 30.
  • the distance measuring device 10 is configured by a laser radar.
  • the example of the monitoring space of the distance measurement apparatus 10 is shown to FIG. 2A and 2B.
  • the horizontal axis viewed from the distance measuring device 10 is the X axis
  • the vertical axis is the Y axis
  • the X axis and the Z axis are directions orthogonal to the Y axis.
  • the distance measuring device 10 scans a space in the X-axis direction and the Y-axis direction to measure the distance to an object present in the space, and generates a distance image with the distance as a pixel value at predetermined time intervals.
  • the distance measurement device 10 outputs the generated distance image to the analysis device 20.
  • the distance measuring device 10 can measure distances in the range of the horizontal scanning angle ⁇ in the X-axis direction and in the range of the vertical scanning angle ⁇ in the Y-axis direction. In some cases, a distance image in which one round of distance value is obtained for each pixel in the scanning range may be expressed as a frame.
  • the analysis device 20 is a computer device that analyzes the distance image generated by the distance measurement device 10 and detects an abnormality. As shown in FIG. 1, the analysis device 20 includes a control unit 21, an operation unit 22, a display unit 23, a communication unit 24, a storage unit 25, and a random access memory (RAM) 26.
  • the control unit 21 is configured by a CPU (Central Processing Unit) or the like, and centrally controls the processing operation of each unit of the analysis apparatus 20. Specifically, the control unit 21 reads out various processing programs stored in the storage unit 25 and develops them in the RAM 26, and performs various processing in cooperation with the programs.
  • CPU Central Processing Unit
  • the operation unit 22 includes a keyboard having cursor keys, character input keys, various function keys and the like, and a pointing device such as a mouse, and the control unit 21 receives an operation signal input by a key operation on the keyboard or a mouse operation. Output to
  • the display unit 23 includes a monitor such as an LCD (Liquid Crystal Display), and displays various screens according to an instruction of a display signal input from the control unit 21.
  • a monitor such as an LCD (Liquid Crystal Display)
  • LCD Liquid Crystal Display
  • the communication unit 24 transmits and receives data to and from an external device connected by a cable or the like.
  • the communication unit 24 is configured by a network interface and the like, and transmits and receives data to and from an external device connected via a communication network such as a LAN (Local Area Network) or the Internet.
  • a communication network such as a LAN (Local Area Network) or the Internet.
  • the communication unit 24 receives a distance image from the distance measurement device 10.
  • the communication unit 24 also transmits a control signal for operating the alarm device 30 to the alarm device 30.
  • the storage unit 25 is configured by an HDD (Hard Disk Drive), a non-volatile semiconductor memory, and the like, and stores various processing programs, parameters, files, and the like necessary for executing the programs.
  • the storage unit 25 stores a first threshold, a second threshold, a third threshold, a fourth threshold, and a fifth threshold.
  • the RAM 26 is constituted by a volatile semiconductor memory, and forms a work area for temporarily storing various programs, input or output data, etc. read from the storage unit 25 in various processes executed by the control unit 21. .
  • the control unit 21 acquires a distance image generated at predetermined time intervals by the distance measurement device 10 from the distance measurement device 10 via the communication unit 24.
  • the control unit 21 compares the distance image to be processed with the reference distance image generated at the time of the reference, and the absolute value of the distance difference between pixels at mutually corresponding positions is equal to or greater than the first threshold
  • the number of distance difference pixels which are pixels of is acquired.
  • the first threshold is a threshold for determining whether or not there is a significant change in the distance value between pixels in corresponding positions of the distance image to be processed and the reference distance image.
  • the control unit 21 sets the number of distance difference pixels among the pixels of the distance image to be processed and the reference distance image for the pixels thinned out based on a predetermined rule (thinning out at a fixed interval, etc.). It may be acquired.
  • FIG. 3A shows an example of the installation position of the distance measuring device 10 at the reference time (position X1) and the comparison time (position X2).
  • FIG. 3B is an image view of a reference distance image generated by the distance measuring device 10 at the reference time.
  • FIG. 3C is an image view of a distance image generated by the distance measuring device 10 at the time of comparison.
  • the distance image is data having a distance value at each pixel.
  • the wall 40 and the trees 41 to 44 are illustrated as objects existing in the space.
  • a change occurs in the distance values of the pixels at the positions corresponding to each other between the two frames shown in FIGS. 3B and 3C.
  • the distance value is smaller than in the reference time illustrated in FIG. 3B.
  • the distance value becomes larger compared to the reference time shown in FIG. 3B.
  • the control unit 21 determines whether the number of distance difference pixels in the latest distance image (hereinafter referred to as the latest distance image) is equal to or greater than a second threshold.
  • the second threshold is a threshold for determining whether or not there is a predetermined change in the distance image between the latest distance image and the reference distance image. For example, as the second threshold, 50% of the number of pixels in a credible range among the pixels constituting the distance image is used.
  • the control unit 21 determines the number of distance difference pixels in the latest distance image and the latest distance image. It is determined whether the absolute value of the difference in the number of distance difference pixels in the previous distance image is less than or equal to a third threshold.
  • the third threshold is a threshold for determining whether a change in the distance image is within a predetermined range between the latest distance image and the immediately preceding distance image. As the third threshold, 10% or the like of the number of pixels in a credible range among the pixels constituting the distance image is used.
  • the control unit 21 determines that the absolute value of the difference between the number of distance difference pixels in the latest distance image and the number of distance difference pixels in the immediately preceding distance image is equal to or less than the third threshold. When the image is continuous with the fourth threshold or more, it is determined that the installation position or the orientation of the distance measurement device 10 has changed.
  • the fourth threshold is a threshold for determining whether the movement or swing of the distance measuring device 10 is stable.
  • At least one of the first threshold, the second threshold, the third threshold, and the fourth threshold can be changed according to the environment to be monitored.
  • the first threshold, the second threshold, the third threshold, and the fourth threshold are set by the user inputting a value from the operation unit 22 and are stored in the storage unit 25.
  • Each threshold may be set from an external device connected via a communication network.
  • the control unit 21 extracts, from the latest distance image, pixels having an absolute value of a distance difference between pixels at positions corresponding to each other between the reference distance image and the fifth threshold or more. If the extracted pixel constitutes an area of a predetermined size or more, it is regarded as an intruder in the space and notified.
  • the fifth threshold is a threshold for detecting foreign matter in comparison with the reference distance image, and is a value smaller than the first threshold. The fifth threshold can be changed according to the environment to be monitored. As the predetermined size, a value suitable for detecting foreign matter from within the space is used.
  • the alarm device 30 notifies intruder detection to the monitoring space, and abnormality detection on the installation position and direction of the distance measuring device 10, and notifies the abnormality by emitting light and sound.
  • the alarm device 30 may change the color or sound of the light emitting lamp according to the type of abnormality.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a first installation abnormality detection process performed by the analysis device 20.
  • the first installation abnormality detection process is realized by software processing in cooperation with the control unit 21 and the program stored in the storage unit 25.
  • the control unit 21 stores the initial value of the condition achieved continuous frame number as “0” in the RAM 26.
  • control unit 21 acquires a reference distance image generated at reference time from the distance measurement device 10 via the communication unit 24 (step S1).
  • the control unit 21 stores the reference distance image in the RAM 26.
  • the control unit 21 acquires the latest distance image from the distance measurement device 10 via the communication unit 24 (step S2).
  • the control unit 21 stores the latest distance image in the RAM 26.
  • the time interval for acquiring the distance image is a time interval (for example, a frame rate of 10 fps, 24 fps, etc.) at which the distance image is generated by the distance measuring device 10.
  • control unit 21 compares the latest distance image with the reference distance image, and obtains the number of distance difference pixels whose absolute value of the distance difference between pixels at corresponding positions is equal to or greater than the first threshold. (Step S3).
  • the control unit 21 stores the number of distance difference pixels in the latest distance image in the RAM 26.
  • the number of distance difference pixels in the latest distance image is a value indicating the degree of change from the reference distance image.
  • the distance (cm) in the reference distance image is updated for each pixel (specified by a pixel number consisting of a combination of the position x in the X axis direction and the position y in the Y axis direction) constituting the distance image.
  • Judgment result of distance image in distance image (cm) absolute value of distance difference between reference distance image and latest distance image (cm), whether it is distance difference pixel )It is shown.
  • 100 cm is used as the first threshold, and a pixel having an absolute value of 100 cm or more of the distance difference between the reference distance image and the latest distance image is determined as the distance difference pixel.
  • control unit 21 determines whether the number of distance difference pixels in the latest distance image is equal to or greater than a second threshold (step S4). When it is determined that the number of distance difference pixels is less than the second threshold (step S4; NO), the control unit 21 resets the number of continuous frames for achieving conditions stored in the RAM 26 to 0 (step S5). .
  • step S4 determines from the RAM 26 the number of distance difference pixels in the latest distance image and the latest The number of distance difference pixels in the immediately preceding distance image of the distance image is read out, and the absolute value of the difference between the number of distance difference pixels in the latest distance image and the number of distance difference pixels in the immediately preceding distance image is calculated (step S6).
  • the absolute value of the difference between the number of distance difference pixels in the latest distance image and the number of distance difference pixels in the immediately preceding distance image is a value indicating the degree of change between the last two frames.
  • the control unit 21 determines whether the absolute value of the difference between the number of distance difference pixels of the latest distance image and the number of distance difference pixels of the previous distance image is equal to or less than a third threshold (step S7). If it is determined that the absolute value of the difference between the distance difference pixel number of the latest distance image and the distance difference pixel number of the previous distance image is larger than the third threshold (step S7; NO), the control unit 21 It is determined that the distance measuring device 10 is in the process of swinging, and the condition achieving continuous frame number stored in the RAM 26 is reset to 0 (step S5).
  • step S7 If it is determined in step S7 that the absolute value of the difference between the number of distance difference pixels in the latest distance image and the number of distance difference pixels in the previous distance image is less than or equal to the third threshold (step S7; YES)
  • the control unit 21 adds 1 to the condition-achieved continuous frame number stored in the RAM 26 (step S8). That is, in step S7, it is continuously determined that the absolute value of the difference between the distance difference pixel number of the latest distance image and the distance difference pixel number of the previous distance image is equal to or less than the third threshold in step S7.
  • the number is
  • control unit 21 determines whether or not the condition-achieved consecutive frame number is equal to or greater than the fourth threshold (step S9). If it is determined that the condition-achieved consecutive frame number is less than the fourth threshold (step S9; NO), or after step S5, the process returns to step S2 and repeats the process.
  • step S9 when it is determined that the condition achievement continuous frame number is equal to or more than the fourth threshold (step S9; YES), the control unit 21 determines that the installation position or direction of the distance measuring device 10 has changed. (Step S10).
  • control unit 21 transmits a control signal for notifying installation abnormality of the distance measurement device 10 to the alarm device 30 via the communication unit 24 (step S11).
  • the alarm device 30 notifies that the installation position or direction of the distance measurement device 10 has changed by emitting light and sound. This is the end of the first installation abnormality detection process.
  • step S4 and step S7 in each of the continuously generated frames will be described.
  • n n + 1, n + 2,..., N + 13
  • the judgment result of in the case where it is equal to or less than the third threshold value, " ⁇ " is displayed) is shown.
  • step S4 For frames n to n + 4, since the number of distance difference pixels is less than the second threshold (step S4; NO), calculation of the absolute value of the difference between the number of distance difference pixels of this frame and the number of distance difference pixels of the immediately preceding frame is It is unnecessary. During this time, some distance difference pixels exist due to the intruder and measurement error. As in the frames n + 5 to n + 13, when the distance difference pixel number is equal to or larger than the second threshold (step S4; YES), that is, when the distance change occurs in a number of pixels which can not be achieved in normal operation. There is a possibility that the installation position or the orientation of the distance measurement device 10 has changed.
  • step S7 NO
  • step S7 YES
  • FIG. 7 is a flowchart showing an intruder detection process performed by the analysis device 20.
  • the intruder detection process is realized by software processing in cooperation with the control unit 21 and the program stored in the storage unit 25.
  • control unit 21 acquires a reference distance image generated at reference time from the distance measurement device 10 via the communication unit 24 (step S21).
  • the control unit 21 stores the reference distance image in the RAM 26.
  • control unit 21 acquires the latest distance image from the distance measurement device 10 via the communication unit 24 (step S22).
  • the control unit 21 stores the latest distance image in the RAM 26.
  • control unit 21 extracts, from the latest distance image, pixels having an absolute value of a distance difference between pixels at positions corresponding to each other between the reference distance image and the fifth threshold (step S23).
  • FIG. 8A is an image diagram of a reference distance image.
  • FIG. 8B is an image diagram of the latest distance image.
  • the distance image is data having a distance value at each pixel.
  • the portion which does not change from the reference distance image and the portion 60 where there is a difference of the fifth threshold or more in the distance between the reference distance image are separated. Extract a pixel with a large change in distance from the image.
  • FIG. 8C shows an example of the extracted pixel.
  • the control unit 21 divides the extracted pixels into regions considered to be the same object, using a method called Density Based Clustering (step S24). Specifically, as shown in FIG. 9A, first of all the extracted pixels, attention is paid to one pixel 61, and the pixel 62 within a predetermined distance from the pixel 61 is associated as a pixel indicating the same object. When finding a pixel 62 within a predetermined distance from one pixel 61, not only the distance in the distance image plane but also the distance value at both pixels 61 and 62 are considered. That is, when the position corresponding to the pixel 61 and the position corresponding to the pixel 62 are within a predetermined distance in the space to be monitored, they are associated as pixels indicating the same object.
  • pixels 63 within a predetermined distance from the associated pixels 62 are also associated as pixels indicating the same object. This is repeated in sequence, and as shown in FIG. 9B, the extracted pixels are divided for each of the areas 64 and 65 considered to be the same object. Thus, adjacent pixels within a predetermined distance are associated with each other to be recognized as the same object. In addition, pixels that are not within the predetermined distance, such as pixels included in the area 64 and pixels included in the area 65, are recognized as different objects (areas).
  • control unit 21 determines whether there is a region of a predetermined size or more among the regions considered to be the same object (step S25). For example, if the number of pixels included in the pixel group associated as the same object is equal to or more than a certain value, it is considered that an object that was not present at the time of reference is present instead of noise generated due to a distance measurement error. If it is determined that there is no area of a predetermined size or more (step S25; NO), the process returns to step S22 to repeat the process.
  • step S25 If it is determined in step S25 that there is a region of a predetermined size or more (step S25; YES), the control unit 21 regards the region as an intruder in the space and notifies intruder detection. Control signal is transmitted to the alarm device 30 via the communication unit 24 (step S26). The alarm device 30 notifies that an intruder has been detected by emitting light and sound. Thus, the intruder detection process ends.
  • step S9 of the first installation abnormality detection process when it is determined that the condition achievement continuous frame number is equal to or more than the fourth threshold (step S9; YES), the installation position or direction of the distance measurement device 10 has changed. It is considered stable in the state. At this time, since the installation position or direction of the distance measuring device 10 is largely deviated from the state at the reference time, the intruder may not be detected by comparison with the reference distance image, and the intruder detection process may be stopped. .
  • the installation position and the orientation of the distance measuring device 10 are considered to be in a normal state for the frames n to n + 4.
  • the person detection process makes it possible to detect an intruder.
  • the distance measurement device 10 is temporarily shaken, for example, because the distance change of the first threshold value or more is generated from the reference distance image at pixels of the second threshold value or more. Is considered to be in the middle of changing the installation position or orientation of the. In this case, since it is recognized by the intruder detection processing that the objects in the monitoring space are moving as a group, even before it is determined that the installation position or the direction of the distance measuring device 10 has changed, the abnormality is Can be detected.
  • the present embodiment first, when the number of distance difference pixels in the latest distance image is equal to or larger than the second threshold, that is, when there is a predetermined or more change in distance from the reference distance image. It is determined that the installation position or orientation of the distance measurement device 10 may have changed. Furthermore, when the absolute value of the difference between the distance difference pixel number in the latest distance image and the distance difference pixel number in the immediately preceding distance image is larger than the third threshold, that is, between the latest distance image and the immediately preceding distance image When the difference is large, it is determined that the distance measuring device 10 is in the middle of swinging, and is excluded from the determination of the change in the installation position or the direction of the distance measuring device 10.
  • the distance value between frames it is determined that the difference is eliminated, that is, the distance measuring device 10 is stable in the position or direction deviated from the initial installation state, and it is determined that the installation position or direction of the distance measuring device 10 has changed.
  • the distance measuring device 10 it is possible to exclude the change due to the temporary swing of the distance measuring device 10 from the detection target while appropriately detecting the change of the installation position or the direction of the distance measuring device 10. Specifically, when the absolute value of the difference in the number of distance difference pixels between the two most recent frames is equal to or less than the third threshold and the state is continuous, it is recognized that the distance image is stabilized between consecutive frames. be able to. Thereby, even in a situation where the distance measuring device 10 is fixed to an unstable installation tool such as a pole or a tripod, false detection due to temporary shaking is prevented, and the installation position and direction of the distance measuring device 10 are intended.
  • the second threshold and the third threshold may be determined according to the number of target pixels (thinning method) when sampling the distance difference pixel.
  • each threshold is adjusted to a value suitable for the environment by changing at least one of the first threshold, the second threshold, the third threshold, and the fourth threshold according to the environment to be monitored. Detection performance can be optimized.
  • the distance measuring device 10 is shaking because it is regarded as an intruder in the space ( Even in the middle of moving, in addition to the installation abnormality detection of the distance measuring device 10, the abnormality detection without a gap in time can be performed.
  • the second change judging means instead of the absolute value of the difference between the number of distance difference pixels in the latest distance image and the number of distance difference pixels in the immediately preceding distance image, Between the previous distance image, the number of pixels whose absolute value of the distance difference between pixels at mutually corresponding positions is equal to or greater than a sixth threshold is used.
  • the sixth threshold is stored in the storage unit 25. The sixth threshold can be changed according to the environment to be monitored.
  • the control unit 21 selects one of the latest distance image and the latest distance image. It is determined whether or not the number of pixels having an absolute value of the distance difference between pixels at positions corresponding to each other is equal to or less than a sixth threshold with respect to the previous distance image.
  • the sixth threshold is a threshold for determining whether or not there is a change in the distance value between the pixels at the corresponding positions of the latest distance image and the previous distance image.
  • the third threshold is a threshold for determining whether or not a change in the distance image is within a predetermined range between the latest distance image and the previous distance image, and the third threshold in the above embodiment. It may be a value different from the threshold.
  • the control unit 21 determines that the number of pixels having an absolute value of the distance difference between the pixels at positions corresponding to each other between the latest distance image and the previous distance image is equal to or greater than the sixth threshold. When the distance image determined to be equal to or less than the third threshold continues more than the fourth threshold, it is determined that the installation position or direction of the distance measuring device has changed.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a second installation abnormality detection process performed by the analysis device 20.
  • the second installation abnormality detection process is realized by software processing by cooperation of the control unit 21 and the program stored in the storage unit 25.
  • the control unit 21 stores the initial value of the condition achievement continuous frame number as “0” in the RAM 26.
  • steps S31 to S35 are the same as the processes of steps S1 to S5 of the first installation abnormality detection process (see FIG. 4), and thus the description thereof is omitted.
  • step S34 If it is determined in step S34 that the number of distance difference pixels in the latest distance image is greater than or equal to the second threshold (step S34; YES), the control unit 21 selects one of the latest distance image and the latest distance image from the RAM 26. The previous distance image is read out, and the number of pixels having the absolute value of the distance difference between the pixels at positions corresponding to each other between the latest distance image and the previous distance image is equal to or greater than the sixth threshold (step S36 ).
  • control unit 21 determines whether the number of pixels acquired in step S36 is equal to or less than the third threshold (step S37). If it is determined that the number of pixels acquired in step S36 is larger than the third threshold (step S37; NO), the control unit 21 determines that the distance measuring device 10 is in the process of being moved. The stored condition-achieved continuous frame number is reset to 0 (step S35).
  • step S37 when it is determined that the number of pixels acquired in step S36 is equal to or less than the third threshold (step S37; YES), the control unit 21 sets the number of continuous frames for condition achievement stored in the RAM 26. 1 is added (step S38).
  • control unit 21 determines whether the number of consecutive frames for which the condition is achieved is equal to or more than a fourth threshold (step S39). If it is determined that the condition-achieved continuous frame number is less than the fourth threshold (step S39; NO), or after step S35, the process returns to step S32 to repeat the process.
  • step S39 when it is determined that the condition achievement continuous frame number is equal to or more than the fourth threshold (step S39; YES), the control unit 21 determines that the installation position or direction of the distance measuring device 10 has changed. (Step S40).
  • control unit 21 transmits a control signal for notifying installation abnormality of the distance measurement device 10 to the alarm device 30 via the communication unit 24 (step S41).
  • the alarm device 30 notifies that the installation position or direction of the distance measurement device 10 has changed by emitting light and sound.
  • the second installation abnormality detection process ends.
  • the change due to the swing of the temporary distance measurement device 10 is detected It can be excluded from the subject.
  • the number of pixels where the absolute value of the distance difference between pixels at mutually corresponding positions is greater than or equal to the sixth threshold between the latest distance image and the immediately preceding distance image, more direct It can be determined whether the distance is stable between the two most recent frames.
  • the method of measuring the distance in the distance measuring device 10 is not limited to the above example, and a phase difference method, a triangulation method, or the like may be used.
  • step S7 a continuous time after the absolute value of the difference between the number of distance difference pixels of the latest distance image and the number of distance difference pixels of the previous distance image becomes equal to or less than a third threshold, or a second installation abnormality detection
  • step S37 of the process between the latest distance image and the immediately preceding distance image, the number of pixels having the absolute value of the distance difference between the pixels corresponding to each other of Whether or not the installation position or direction of the distance measurement device 10 is changed may be determined based on the duration after the threshold value or less is reached.
  • a message indicating that an abnormality has occurred may be displayed on the display unit 23 of the analysis device 20.
  • abnormality detection information indicating that an abnormality has occurred may be transmitted from the analysis device 20 to an external device such as a computer device or a portable telephone connected via a communication network, and a warning may be notified from the external device. .
  • the analysis device, the monitoring system, and the program according to the present invention may be used in the field of detecting intruders and vehicles in the monitoring space.
  • Reference Signs List 10 distance measuring device 20 analysis device 21 control unit 24 communication unit 25 storage unit 30 alarm device 100 monitoring system

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Abstract

距離測定装置の設置位置又は向きの変化を適正に検出しつつ、一時的な距離測定装置の揺れによる変化を検出対象から除外する。　空間に存在する物体までの距離を画素値とする距離画像を解析する解析装置において、最新距離画像を基準距離画像と比較し、対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第１閾値以上の距離差分画素の数を取得し（Ｓ３）、最新距離画像における距離差分画素数が第２閾値以上である場合に（Ｓ４；ＹＥＳ）、最新距離画像における距離差分画素数と一つ前の距離画像における距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値以下であるか否かを判断する（Ｓ７）。最新距離画像と一つ前の距離画像における距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値以下であると判断された距離画像が第４閾値以上連続する場合に（Ｓ９；ＹＥＳ）、距離測定装置の設置位置又は向きが変化したと判断する（Ｓ１０）。

Description

解析装置、監視システム及びプログラム
　本発明は、解析装置、監視システム及びプログラムに関する。
　近年、監視空間内の侵入者や車両を検出する目的で、レーザーレーダー等の距離測定装置（センサー）で得られた距離画像の中から物体を検出する技術が利用されている。ここで、距離画像とは、２次元座標に物体までの距離値がマッピングされたものである。具体的には、距離測定装置は、監視空間にレーザー光等を照射し、監視空間に存在する物体からの反射光を受光するまでの時間により、物体までの距離を計測する。そして、レーザー光等の照射方向を順次変えて監視空間内を２軸方向に走査することで、距離画像を生成する。
　監視システムに用いられる距離測定装置の設置位置や向きが侵入者により意図的に変えられてしまうと、本来の監視対象を監視することができなくなる。このような悪意のある行為に対する対策として、例えば、複数の走査方位と物体までの距離とを対応付けた測距データを生成する監視用センサーにおいて、過去の測距データである基準データと現在の測距データとを比較して、監視用センサーの向きが変化したと判定する技術が開示されている（特許文献１参照）。
特開２０１２－３２９１８号公報
　しかし、一時的なイベント等、監視対象が期間限定的な場合、必ずしも距離測定装置を建物のような安定した場所に設置できるとは限らず、ポールや三脚といった可動式の設置器具に固定するケースもあり得る。この場合、自然の風や、付近を通行する人・物との接触により、設置器具が揺れることが予想される。
　上記先行技術は、基準データと現在の測距データとの比較により監視用センサーの設置向きの変化を検知するものであるため、基準データからの差異が恒久的な設置位置のずれによるものなのか、一時的な揺れによるものなのかを区別することができないという問題があった。
　例えば、設置器具と一緒に監視用センサーが揺れているタイミングで比較用の測距データが生成されると、一時的な揺れの途中であるにもかかわらず、監視用センサーの設置向きが変化したと誤検出される可能性があった。
　本発明は、上記の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、距離測定装置の設置位置又は向きの変化を適正に検出しつつ、一時的な距離測定装置の揺れによる変化を検出対象から除外することを課題とする。
　上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、空間を２軸方向に走査して当該空間に存在する物体までの距離を測定し、この距離を画素値とする距離画像を所定の時間間隔で生成する距離測定装置から距離画像を取得する距離画像取得手段と、処理対象の距離画像を基準時に生成された基準距離画像と比較し、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第１閾値以上の画素である距離差分画素の数を取得する距離差分画素数取得手段と、最新の距離画像における距離差分画素の数が第２閾値以上であるか否かを判断する第１変化判断手段と、前記最新の距離画像における距離差分画素の数が前記第２閾値以上であると判断された場合に、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と当該最新の距離画像の一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が第３閾値以下であるか否かを判断する第２変化判断手段と、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と前記一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が前記第３閾値以下であると判断された距離画像が第４閾値以上連続する場合に、前記距離測定装置の設置位置又は向きが変化したと判断する設置異常判断手段と、を備える解析装置である。
　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の解析装置において、前記距離差分画素数取得手段は、前記処理対象の距離画像と前記基準距離画像の画素のうち、所定のルールに基づいて間引かれた画素を対象として、前記距離差分画素の数を取得する。
　請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の解析装置において、前記第１閾値、前記第２閾値、前記第３閾値及び前記第４閾値のうち、少なくとも一つは、監視対象となる環境に応じて変更可能である。
　請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の解析装置において、前記最新の距離画像から、前記基準距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第５閾値以上の画素を抜き出し、当該抜き出された画素が所定の大きさ以上の領域を構成している場合に、前記空間内への侵入者とみなして通知する侵入者通知手段を備える。
　請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の解析装置において、前記第２変化判断手段は、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と前記一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値に代えて、前記最新の距離画像と前記一つ前の距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第６閾値以上の画素の数を用いる。
　請求項６に記載の発明は、空間を２軸方向に走査して当該空間に存在する物体までの距離を測定し、この距離を画素値とする距離画像を所定の時間間隔で生成する距離測定装置と、当該距離測定装置により生成された距離画像を解析する解析装置と、を備える監視システムであって、前記解析装置は、前記距離測定装置から距離画像を取得する距離画像取得手段と、処理対象の距離画像を基準時に生成された基準距離画像と比較し、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第１閾値以上の画素である距離差分画素の数を取得する距離差分画素数取得手段と、最新の距離画像における距離差分画素の数が第２閾値以上であるか否かを判断する第１変化判断手段と、前記最新の距離画像における距離差分画素の数が前記第２閾値以上であると判断された場合に、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と当該最新の距離画像の一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が第３閾値以下であるか否かを判断する第２変化判断手段と、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と前記一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が前記第３閾値以下であると判断された距離画像が第４閾値以上連続する場合に、前記距離測定装置の設置位置又は向きが変化したと判断する設置異常判断手段と、を備える。
　請求項７に記載の発明は、コンピューターを、空間を２軸方向に走査して当該空間に存在する物体までの距離を測定し、この距離を画素値とする距離画像を所定の時間間隔で生成する距離測定装置から距離画像を取得する距離画像取得手段、処理対象の距離画像を基準時に生成された基準距離画像と比較し、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第１閾値以上の画素である距離差分画素の数を取得する距離差分画素数取得手段、最新の距離画像における距離差分画素の数が第２閾値以上であるか否かを判断する第１変化判断手段、前記最新の距離画像における距離差分画素の数が前記第２閾値以上であると判断された場合に、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と当該最新の距離画像の一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が第３閾値以下であるか否かを判断する第２変化判断手段、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と前記一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が前記第３閾値以下であると判断された距離画像が第４閾値以上連続する場合に、前記距離測定装置の設置位置又は向きが変化したと判断する設置異常判断手段、として機能させるためのプログラムである。
　本発明によれば、距離測定装置の設置位置又は向きの変化を適正に検出しつつ、一時的な距離測定装置の揺れによる変化を検出対象から除外することができる。
本発明の実施の形態における監視システムの構成を示す図である。 距離測定装置の監視空間の例を示す上面図である。 距離測定装置の監視空間の例を示す側面図である。 基準時（位置Ｘ１）及び比較時（位置Ｘ２）における距離測定装置の設置位置の例を示す図である。 基準時に生成された基準距離画像のイメージ図である。 比較時に生成された距離画像のイメージ図である。 第１の設置異常検出処理を示すフローチャートである。 距離差分画素の判断方法を説明するための図である。 連続して生成された各フレームにおける距離差分画素数に基づく処理を説明するための図である。 侵入者検出処理を示すフローチャートである。 基準距離画像のイメージ図である。 最新距離画像のイメージ図である。 基準距離画像と最新距離画像の比較により、変化部分が抜き出された例である。 抜き出された画素のうち、所定距離内にある画素同士を関連付ける処理を説明するための図である。 同一物体と考えられる領域ごとに、抜き出された画素を分ける処理を説明するための図である。 変形例における第２の設置異常検出処理を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して、本発明に係る監視システムの一実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
　図１に、本実施の形態における監視システム１００の構成を示す。
　図１に示すように、監視システム１００は、距離測定装置１０と、解析装置２０と、警報器３０と、を備える。
　距離測定装置１０は、レーザーレーダーにより構成されている。
　図２Ａ及び図２Ｂに、距離測定装置１０の監視空間の例を示す。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、距離測定装置１０から見た水平方向にＸ軸、垂直方向にＹ軸を取り、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向にＺ軸を取る。
　距離測定装置１０は、空間をＸ軸方向及びＹ軸方向に走査して当該空間に存在する物体までの距離を測定し、この距離を画素値とする距離画像を所定の時間間隔で生成する。図２Ａ及び図２Ｂにおいては、空間に存在する物体として、壁４０と木４１～４４を図示している。距離測定装置１０は、生成した距離画像を解析装置２０に出力する。距離測定装置１０は、Ｘ軸方向における水平走査角αの範囲、Ｙ軸方向における垂直走査角βの範囲で距離を測定可能である。走査範囲の各画素に対して一巡分の距離値が得られた距離画像をフレームと表現する場合もある。
　解析装置２０は、距離測定装置１０により生成された距離画像を解析し、異常を検出するコンピューター装置である。
　図１に示すように、解析装置２０は、制御部２１と、操作部２２と、表示部２３と、通信部２４と、記憶部２５と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２６と、を備える。
　制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、解析装置２０の各部の処理動作を統括的に制御する。具体的には、制御部２１は、記憶部２５に記憶されている各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ２６に展開し、当該プログラムとの協働により各種処理を行う。
　操作部２２は、カーソルキー、文字入力キー及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイスを備えて構成され、キーボードに対するキー操作やマウス操作により入力された操作信号を制御部２１に出力する。
　表示部２３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のモニターを備えて構成されており、制御部２１から入力される表示信号の指示に従って、各種画面を表示する。
　通信部２４は、ケーブル等により接続された外部機器との間でデータの送受信を行う。また、通信部２４は、ネットワークインターフェース等により構成され、ＬＡＮ（Local Area Network）、インターネット等の通信ネットワークを介して接続された外部機器との間でデータの送受信を行う。例えば、通信部２４は、距離測定装置１０から距離画像を受信する。また、通信部２４は、警報器３０に対して、警報器３０を作動させるための制御信号を送信する。
　記憶部２５は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や不揮発性の半導体メモリー等により構成され、各種処理プログラム、当該プログラムの実行に必要なパラメーターやファイル等を記憶している。例えば、記憶部２５は、第１閾値、第２閾値、第３閾値、第４閾値、第５閾値を記憶している。
　ＲＡＭ２６は、揮発性の半導体メモリーにより構成され、制御部２１により実行される各種処理において、記憶部２５から読み出された各種プログラム、入力若しくは出力データ等を一時的に記憶するワークエリアを形成する。
　制御部２１（距離画像取得手段）は、距離測定装置１０により所定の時間間隔で生成された距離画像を、通信部２４を介して距離測定装置１０から取得する。
　制御部２１（距離差分画素数取得手段）は、処理対象の距離画像を基準時に生成された基準距離画像と比較し、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第１閾値以上の画素である距離差分画素の数を取得する。基準時としては、距離測定装置１０を設置した時、監視システム１００の管理者が距離測定装置１０の設置環境を見回り、距離測定装置１０の設置位置及び向きを確認した時等が挙げられる。第１閾値は、処理対象の距離画像と基準距離画像の対応する位置の画素間で距離値に有意の変化があるか否かを判断するための閾値である。ここで、制御部２１は、処理対象の距離画像と基準距離画像の画素のうち、所定のルールに基づいて間引かれた画素（一定間隔で間引く等）を対象として、距離差分画素の数を取得することとしてもよい。
　図３Ａに、基準時（位置Ｘ１）及び比較時（位置Ｘ２）における距離測定装置１０の設置位置の例を示す。図３Ｂは、距離測定装置１０により基準時に生成された基準距離画像のイメージ図である。図３Ｃは、距離測定装置１０により比較時に生成された距離画像のイメージ図である。実際は、距離画像は、各画素に距離値を有するデータである。なお、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃにおいても、空間に存在する物体として、壁４０と木４１～４４を図示している。
　距離測定装置１０の設置位置が位置Ｘ１から位置Ｘ２に変わったことで、図３Ｂ及び図３Ｃに示す二つのフレーム間で、相互に対応する位置の画素の距離値に変化が生じる。例えば、図３Ｃに示す領域５０，５１（木４２，４４に対応する部分）では、図３Ｂに示す基準時と比較して、距離値が小さくなる。一方、図３Ｃに示す領域５２，５３（木４３、壁４０に対応する部分）では、図３Ｂに示す基準時と比較して、距離値が大きくなる。
　制御部２１（第１変化判断手段）は、最新の距離画像（以下、最新距離画像という。）における距離差分画素の数が第２閾値以上であるか否かを判断する。第２閾値は、最新距離画像と基準距離画像との間で、距離画像に所定の変化があるか否かを判断するための閾値である。例えば、第２閾値として、距離画像を構成する画素のうち、信用できる範囲の画素の数の５０％等が用いられる。
　制御部２１（第２変化判断手段）は、最新距離画像における距離差分画素の数が第２閾値以上であると判断された場合に、最新距離画像における距離差分画素の数と当該最新距離画像の一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が第３閾値以下であるか否かを判断する。第３閾値は、最新距離画像と一つ前の距離画像との間で、距離画像における変化が所定の範囲内であるか否かを判断するための閾値である。第３閾値として、距離画像を構成する画素のうち、信用できる範囲の画素の数の１０％等が用いられる。
　制御部２１（設置異常判断手段）は、最新距離画像における距離差分画素の数と一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が第３閾値以下であると判断された距離画像が第４閾値以上連続する場合に、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化したと判断する。第４閾値は、距離測定装置１０の動きや揺れが安定したか否かを判断するための閾値である。
　第１閾値、第２閾値、第３閾値及び第４閾値のうち、少なくとも一つは、監視対象となる環境に応じて変更可能である。例えば、第１閾値、第２閾値、第３閾値、第４閾値は、ユーザーが操作部２２から値を入力することにより設定され、記憶部２５に記憶される。また、各閾値は、通信ネットワークを介して接続された外部機器から設定されることとしてもよい。
　制御部２１（侵入者通知手段）は、最新距離画像から、基準距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第５閾値以上の画素を抜き出し、当該抜き出された画素が所定の大きさ以上の領域を構成している場合に、空間内への侵入者とみなして通知する。第５閾値は、基準距離画像との比較において、異物を検出するための閾値であり、第１閾値より小さい値である。第５閾値は、監視対象となる環境に応じて変更可能である。所定の大きさとしては、空間内から異物を検出する上で適した値を用いる。
　警報器３０は、監視空間に対する侵入者検出、距離測定装置１０の設置位置・向きに対する異常検出を通知するものであり、光及び音を発することで異常を通知する。警報器３０は、異常の種類に応じて、発光するランプの色又は音を変えるようにしてもよい。
　次に、監視システム１００における動作について説明する。
　図４は、解析装置２０により実行される第１の設置異常検出処理を示すフローチャートである。第１の設置異常検出処理は、制御部２１と記憶部２５に記憶されているプログラムとの協働によるソフトウェア処理によって実現される。第１の設置異常検出処理の開始にあたり、制御部２１は、条件達成連続フレーム数の初期値を「０」として、ＲＡＭ２６に記憶させる。
　まず、制御部２１は、通信部２４を介して、距離測定装置１０から基準時に生成された基準距離画像を取得する（ステップＳ１）。制御部２１は、基準距離画像をＲＡＭ２６に記憶させる。
　次に、制御部２１は、通信部２４を介して、距離測定装置１０から最新距離画像を取得する（ステップＳ２）。制御部２１は、最新距離画像をＲＡＭ２６に記憶させる。距離画像を取得する時間間隔は、距離測定装置１０により距離画像が生成される時間間隔（例えば、フレームレート１０ｆｐｓ，２４ｆｐｓ等）とする。
　次に、制御部２１は、最新距離画像を基準距離画像と比較し、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第１閾値以上の画素である距離差分画素の数を取得する（ステップＳ３）。制御部２１は、最新距離画像における距離差分画素数をＲＡＭ２６に記憶させる。最新距離画像における距離差分画素数は、基準距離画像からの変化の度合いを示す値である。
　ここで、図５を参照して、距離差分画素の判断方法の具体例について説明する。図５には、距離画像を構成する各画素（Ｘ軸方向の位置ｘ及びＹ軸方向の位置ｙの組み合わせからなる画素番号により特定される。）について、基準距離画像における距離（ｃｍ）、最新距離画像における距離（ｃｍ）、基準距離画像と最新距離画像の距離差分の絶対値（ｃｍ）とともに、距離差分画素であるか否かの判断結果（距離差分画素であれば、「○」と表示）が示されている。図５では、第１閾値として１００ｃｍを用い、基準距離画像と最新距離画像の距離差分の絶対値が１００ｃｍ以上の画素を距離差分画素と判断している。
　次に、制御部２１は、最新距離画像における距離差分画素数が第２閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ４）。
　距離差分画素数が第２閾値未満であると判断された場合には（ステップＳ４；ＮＯ）、制御部２１は、ＲＡＭ２６に記憶されている条件達成連続フレーム数を０にリセットする（ステップＳ５）。
　ステップＳ４において、最新距離画像における距離差分画素数が第２閾値以上であると判断された場合には（ステップＳ４；ＹＥＳ）、制御部２１は、ＲＡＭ２６から最新距離画像における距離差分画素数及び最新距離画像の一つ前の距離画像における距離差分画素数を読み出し、最新距離画像の距離差分画素数と一つ前の距離画像の距離差分画素数の差の絶対値を計算する（ステップＳ６）。最新距離画像の距離差分画素数と一つ前の距離画像の距離差分画素数の差の絶対値は、直近２フレーム間の変化の度合いを示す値である。
　次に、制御部２１は、最新距離画像の距離差分画素数と一つ前の距離画像の距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ７）。
　最新距離画像の距離差分画素数と一つ前の距離画像の距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値より大きいと判断された場合には（ステップＳ７；ＮＯ）、制御部２１は、距離測定装置１０が揺れている途中であると判断し、ＲＡＭ２６に記憶されている条件達成連続フレーム数を０にリセットする（ステップＳ５）。
　ステップＳ７において、最新距離画像の距離差分画素数と一つ前の距離画像の距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値以下であると判断された場合には（ステップＳ７；ＹＥＳ）、制御部２１は、ＲＡＭ２６に記憶されている条件達成連続フレーム数に１を加算する（ステップＳ８）。つまり、条件達成連続フレーム数は、ステップＳ７において、最新距離画像の距離差分画素数と一つ前の距離画像の距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値以下であると連続して判断された数である。
　次に、制御部２１は、条件達成連続フレーム数が第４閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ９）。
　条件達成連続フレーム数が第４閾値未満であると判断された場合（ステップＳ９；ＮＯ）、又は、ステップＳ５の後、ステップＳ２に戻り、処理を繰り返す。
　ステップＳ９において、条件達成連続フレーム数が第４閾値以上であると判断された場合には（ステップＳ９；ＹＥＳ）、制御部２１は、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化したと判断する（ステップＳ１０）。
　次に、制御部２１は、距離測定装置１０の設置異常を通知するための制御信号を、通信部２４を介して警報器３０に送信する（ステップＳ１１）。警報器３０は、光及び音を発することで、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化したことを通知する。
　以上で、第１の設置異常検出処理が終了する。
　ここで、図６を参照して、連続して生成された各フレームにおけるステップＳ４及びステップＳ７の処理について説明する。図６には、各フレームｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，・・・，ｎ＋１３に対して、距離差分画素数、距離差分画素数が第２閾値（１５０００）以上であるか否かの判断結果（第２閾値以上であれば、「○」と表示）、本フレームの距離差分画素数と直前フレームの距離差分画素数との差の絶対値、この値が第３閾値（２０００）以下であるか否かの判断結果（第３閾値以下であれば、「○」と表示）が示されている。
　フレームｎ～ｎ＋４については、距離差分画素数が第２閾値未満であるから（ステップＳ４；ＮＯ）、本フレームの距離差分画素数と直前フレームの距離差分画素数との差の絶対値の計算は不要である。この間にも、侵入者や測定誤差により、ある程度の距離差分画素は存在する。
　フレームｎ＋５～ｎ＋１３のように、距離差分画素数が第２閾値以上である場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）、すなわち、通常動作ではあり得ない程の数の画素で距離変化が生じた場合には、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化した可能性がある。
　しかし、フレームｎ＋５～ｎ＋８については、本フレームの距離差分画素数と直前フレームの距離差分画素数との差の絶対値が第３閾値より大きいため（ステップＳ７；ＮＯ）、本フレームは、条件達成連続フレーム数にはカウントされない。
　一方、フレームｎ＋９～ｎ＋１３については、本フレームの距離差分画素数と直前フレームの距離差分画素数との差の絶対値が第３閾値以下であるため（ステップＳ７；ＹＥＳ）、本フレームは、条件達成連続フレーム数としてカウントされる。直近２フレーム間の距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値以下に収まった状態が継続すれば、距離測定装置１０の設置位置が固定された（距離画像が安定した）と判断される。
　図７は、解析装置２０により実行される侵入者検出処理を示すフローチャートである。侵入者検出処理は、制御部２１と記憶部２５に記憶されているプログラムとの協働によるソフトウェア処理によって実現される。
　まず、制御部２１は、通信部２４を介して、距離測定装置１０から基準時に生成された基準距離画像を取得する（ステップＳ２１）。制御部２１は、基準距離画像をＲＡＭ２６に記憶させる。
　次に、制御部２１は、通信部２４を介して、距離測定装置１０から最新距離画像を取得する（ステップＳ２２）。制御部２１は、最新距離画像をＲＡＭ２６に記憶させる。
　次に、制御部２１は、最新距離画像から、基準距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第５閾値以上の画素を抜き出す（ステップＳ２３）。
　図８Ａは、基準距離画像のイメージ図である。図８Ｂは、最新距離画像のイメージ図である。実際は、距離画像は、各画素に距離値を有するデータである。図８Ｂに示す最新距離画像において、基準距離画像から変わらない部分と、基準距離画像との間で距離に第５閾値以上の差がある部分６０と、を分離し、最新距離画像から、基準距離画像からの距離変化が大きい画素を抜き出す。図８Ｃに、抜き出された画素の例を示す。
　次に、制御部２１は、Density Based Clusteringと呼ばれる方法を用い、抜き出された画素を同一物体と考えられる領域に分ける（ステップＳ２４）。具体的には、図９Ａに示すように、抜き出された画素のうち、まず一つの画素６１に注目し、その画素６１から所定距離内にある画素６２を、同一物体を示す画素として関連付ける。一つの画素６１から所定距離内にある画素６２を見つけ出す際には、距離画像平面内の距離だけでなく、両画素６１，６２における距離値も考慮する。つまり、画素６１に対応する位置と画素６２に対応する位置が、監視対象の空間内において所定距離内にある場合に、同一物体を示す画素として関連付ける。次に、関連付けられた画素６２から所定距離内にある画素６３についても、同一物体を示す画素として関連付ける。これを連鎖的に繰り返し、図９Ｂに示すように、同一物体と考えられる領域６４，６５ごとに、抜き出された画素を分ける。このように、所定距離内の近接する画素同士を関連付けて同一物体と認識する。また、領域６４に含まれる画素と、領域６５に含まれる画素のように、所定距離内にない画素は、別の物体（領域）として認識する。
　次に、制御部２１は、同一物体と考えられる領域のうち、所定の大きさ以上の領域があるか否かを判断する（ステップＳ２５）。例えば、同一物体として関連付けられた画素群に含まれる画素の数が一定の値以上であれば、距離の測定誤差等で発生したノイズではなく、基準時にはなかった物体が存在すると考えられる。
　所定の大きさ以上の領域がないと判断された場合には（ステップＳ２５；ＮＯ）、ステップＳ２２に戻り、処理を繰り返す。
　ステップＳ２５において、所定の大きさ以上の領域があると判断された場合には（ステップＳ２５；ＹＥＳ）、制御部２１は、当該領域を空間内への侵入者とみなし、侵入者検出を通知するための制御信号を、通信部２４を介して警報器３０に送信する（ステップＳ２６）。警報器３０は、光及び音を発することで、侵入者が検出されたことを通知する。
　以上で、侵入者検出処理が終了する。
　第１の設置異常検出処理（図４参照）と侵入者検出処理（図７参照）は、並行して行われている。
　第１の設置異常検出処理のステップＳ９において、条件達成連続フレーム数が第４閾値以上であると判断された場合には（ステップＳ９；ＹＥＳ）、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化した状態で安定していると考えられる。この時、距離測定装置１０の設置位置又は向きは基準時における状態から大きくずれているため、基準距離画像との比較では侵入者を検出できないとみなし、侵入者検出処理を停止させることとしてもよい。
　第１の設置異常検出処理において、図６に示す結果が得られた場合、フレームｎ～ｎ＋４については、距離測定装置１０の設置位置及び向きが正常な状態であると考えられるため、通常の侵入者検出処理により、侵入者の検出が可能である。
　一方、フレームｎ＋５～ｎ＋１３については、第２閾値以上の画素で基準距離画像から第１閾値以上の距離変化が生じているから、距離測定装置１０が一時的に揺れている等、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化している途中の状態であると考えられる。この場合、侵入者検出処理により、監視空間内の物体が纏まりとして移動していると認識されるため、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化したと判断される前であっても、異常を検出することができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、まず、最新距離画像における距離差分画素数が第２閾値以上である場合、すなわち、基準距離画像から所定以上の距離変化があった場合に、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化した可能性があると判断する。
　さらに、最新距離画像における距離差分画素数と一つ前の距離画像における距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値より大きい場合、すなわち、最新距離画像と一つ前の距離画像の間の差異が大きい場合に、距離測定装置１０が揺れている途中であると判断し、距離測定装置１０の設置位置又は向きの変化の判断から除外する。
　一方、最新距離画像における距離差分画素数と一つ前の距離画像における距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値以下のフレームが第４閾値以上連続する場合に、フレーム間の距離値に差異がなくなった、すなわち、距離測定装置１０が当初の設置状態から位置又は向きがずれた状態で安定したと判断し、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化したと判断する。
　このように、距離測定装置１０の設置位置又は向きの変化を適正に検出しつつ、一時的な距離測定装置１０の揺れによる変化を検出対象から除外することができる。具体的には、直近２フレーム間の距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値以下で、かつ、その状態が連続することで、連続するフレーム間で距離画像が安定したことを認識することができる。
　これにより、距離測定装置１０がポールや三脚等の不安定な設置器具に固定されている状況においても、一時的な揺れによる誤検出を防止するとともに、距離測定装置１０の設置位置や向きを意図的に変えるといった悪意のある行為を検出することができる。
　条件達成連続フレーム数に基づく判断を付加することで、距離測定装置１０の設置位置や向きが変化しつつある間は、設置位置や向きが変化したと判断されないため、不安定な設置環境における一時的な揺れに対する誤検出を防止することができる。
　また、距離差分画素の数を取得する際に、所定のルールに基づいて間引かれた画素を対象とする場合には、検出効果を維持しつつ、処理効率を上げることができる。この場合、距離差分画素をサンプリングする際の対象画素数（間引き方）に応じて、第２閾値及び第３閾値を決定すればよい。
　また、第１閾値、第２閾値、第３閾値及び第４閾値のうち、少なくとも一つを、監視対象となる環境に応じて変更することにより、各閾値を環境に適した値に調整し、検出性能を最適化することができる。
　また、基準距離画像からの変化が第５閾値以上の画素が所定の大きさ以上の領域を構成している場合に、空間内への侵入者とみなすため、距離測定装置１０が揺れている（動いている）途中であっても、距離測定装置１０の設置異常検出と併せて、時間的に隙間のない異常検出が可能となる。
〔変形例〕
　次に、変形例について説明する。
　変形例における監視システムは、上記実施の形態に示した監視システム１００と同様の構成であるため、図１を援用し、図示及び説明を省略する。以下、変形例に特徴的な構成及び処理について説明する。
　変形例では、第２変化判断手段による判断において、最新距離画像における距離差分画素の数と一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値に代えて、最新距離画像と一つ前の距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第６閾値以上の画素の数を用いる。第６閾値は、記憶部２５に記憶されている。第６閾値は、監視対象となる環境に応じて変更可能である。
　具体的には、制御部２１（第２変化判断手段）は、最新距離画像における距離差分画素の数が第２閾値以上であると判断された場合に、最新距離画像と最新距離画像の一つ前の距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第６閾値以上の画素の数が第３閾値以下であるか否かを判断する。第６閾値は、最新距離画像と一つ前の距離画像の対応する位置の画素間で距離値に変化があるか否かを判断するための閾値である。第３閾値は、最新距離画像と一つ前の距離画像との間で、距離画像における変化が所定の範囲内であるか否かを判断するための閾値であり、上記実施の形態における第３閾値とは異なる値であってもよい。
　制御部２１（設置異常判断手段）は、最新距離画像と一つ前の距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第６閾値以上の画素の数が第３閾値以下であると判断された距離画像が第４閾値以上連続する場合に、距離測定装置の設置位置又は向きが変化したと判断する。
　次に、変形例における動作について説明する。
　図１０は、解析装置２０により実行される第２の設置異常検出処理を示すフローチャートである。第２の設置異常検出処理は、制御部２１と記憶部２５に記憶されているプログラムとの協働によるソフトウェア処理によって実現される。第２の設置異常検出処理の開始にあたり、制御部２１は、条件達成連続フレーム数の初期値を「０」として、ＲＡＭ２６に記憶させる。
　ステップＳ３１～ステップＳ３５の処理は、第１の設置異常検出処理（図４参照）のステップＳ１～ステップＳ５の処理と同様であるため、説明を省略する。
　ステップＳ３４において、最新距離画像における距離差分画素数が第２閾値以上であると判断された場合には（ステップＳ３４；ＹＥＳ）、制御部２１は、ＲＡＭ２６から最新距離画像及び最新距離画像の一つ前の距離画像を読み出し、最新距離画像と一つ前の距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第６閾値以上の画素数を取得する（ステップＳ３６）。
　次に、制御部２１は、ステップＳ３６で取得された画素数が第３閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ３７）。
　ステップＳ３６で取得された画素数が第３閾値より大きいと判断された場合には（ステップＳ３７；ＮＯ）、制御部２１は、距離測定装置１０が揺れている途中であると判断し、ＲＡＭ２６に記憶されている条件達成連続フレーム数を０にリセットする（ステップＳ３５）。
　ステップＳ３７において、ステップＳ３６で取得された画素数が第３閾値以下であると判断された場合には（ステップＳ３７；ＹＥＳ）、制御部２１は、ＲＡＭ２６に記憶されている条件達成連続フレーム数に１を加算する（ステップＳ３８）。
　次に、制御部２１は、条件達成連続フレーム数が第４閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ３９）。
　条件達成連続フレーム数が第４閾値未満であると判断された場合（ステップＳ３９；ＮＯ）、又は、ステップＳ３５の後、ステップＳ３２に戻り、処理を繰り返す。
　ステップＳ３９において、条件達成連続フレーム数が第４閾値以上であると判断された場合には（ステップＳ３９；ＹＥＳ）、制御部２１は、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化したと判断する（ステップＳ４０）。
　次に、制御部２１は、距離測定装置１０の設置異常を通知するための制御信号を、通信部２４を介して警報器３０に送信する（ステップＳ４１）。警報器３０は、光及び音を発することで、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化したことを通知する。
　以上で、第２の設置異常検出処理が終了する。
　以上説明したように、変形例によれば、上記実施の形態と同様、距離測定装置１０の設置位置又は向きの変化を適正に検出しつつ、一時的な距離測定装置１０の揺れによる変化を検出対象から除外することができる。また、最新距離画像と一つ前の距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第６閾値以上の画素の数をカウントすることで、より直接的に、直近２フレーム間で距離が安定しているか否かを判断することができる。
　なお、上記実施の形態及び変形例における記述は、本発明に係る監視システムの例であり、これに限定されるものではない。システムを構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、距離測定装置１０における距離の測定方法は、上記の例に限定されず、位相差方式、三角測量方式等を用いることとしてもよい。
　また、条件達成連続フレーム数に基づいて、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化した状態で安定しているか否かを判断する代わりに、第１の設置異常検出処理（図４参照）のステップＳ７において、最新距離画像の距離差分画素数と一つ前の距離画像の距離差分画素数の差の絶対値が第３閾値以下となってからの継続時間、又は、第２の設置異常検出処理（図１０参照）のステップＳ３７において、最新距離画像と一つ前の距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第６閾値以上の画素数が第３閾値以下となってからの継続時間に基づいて、距離測定装置１０の設置位置又は向きが変化した状態で安定しているか否かを判断することとしてもよい。
　また、距離測定装置１０の設置異常又は侵入者検出を通知する際に、解析装置２０の表示部２３に異常が発生した旨のメッセージを表示することとしてもよい。また、解析装置２０から通信ネットワークを介して接続されたコンピューター装置、携帯電話機等の外部機器に、異常が発生したことを示す異常検出情報を送信し、外部機器において警告を通知することとしてもよい。
　本発明に係る解析装置、監視システム及びプログラムは、監視空間内の侵入者や車両を検出する分野において利用可能性がある。
１０　距離測定装置
２０　解析装置
２１　制御部
２４　通信部
２５　記憶部
３０　警報器
１００　監視システム

Claims (7)

  1. 　空間を２軸方向に走査して当該空間に存在する物体までの距離を測定し、この距離を画素値とする距離画像を所定の時間間隔で生成する距離測定装置から距離画像を取得する距離画像取得手段と、
    　処理対象の距離画像を基準時に生成された基準距離画像と比較し、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第１閾値以上の画素である距離差分画素の数を取得する距離差分画素数取得手段と、
    　最新の距離画像における距離差分画素の数が第２閾値以上であるか否かを判断する第１変化判断手段と、
    　前記最新の距離画像における距離差分画素の数が前記第２閾値以上であると判断された場合に、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と当該最新の距離画像の一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が第３閾値以下であるか否かを判断する第２変化判断手段と、
    　前記最新の距離画像における距離差分画素の数と前記一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が前記第３閾値以下であると判断された距離画像が第４閾値以上連続する場合に、前記距離測定装置の設置位置又は向きが変化したと判断する設置異常判断手段と、
    　を備える解析装置。
  2. 　前記距離差分画素数取得手段は、前記処理対象の距離画像と前記基準距離画像の画素のうち、所定のルールに基づいて間引かれた画素を対象として、前記距離差分画素の数を取得する請求項１に記載の解析装置。
  3. 　前記第１閾値、前記第２閾値、前記第３閾値及び前記第４閾値のうち、少なくとも一つは、監視対象となる環境に応じて変更可能である請求項１又は２に記載の解析装置。
  4. 　前記最新の距離画像から、前記基準距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第５閾値以上の画素を抜き出し、当該抜き出された画素が所定の大きさ以上の領域を構成している場合に、前記空間内への侵入者とみなして通知する侵入者通知手段を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の解析装置。
  5. 　前記第２変化判断手段は、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と前記一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値に代えて、前記最新の距離画像と前記一つ前の距離画像との間で、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第６閾値以上の画素の数を用いる請求項１から４のいずれか一項に記載の解析装置。
  6. 　空間を２軸方向に走査して当該空間に存在する物体までの距離を測定し、この距離を画素値とする距離画像を所定の時間間隔で生成する距離測定装置と、当該距離測定装置により生成された距離画像を解析する解析装置と、を備える監視システムであって、
    　前記解析装置は、
    　前記距離測定装置から距離画像を取得する距離画像取得手段と、
    　処理対象の距離画像を基準時に生成された基準距離画像と比較し、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第１閾値以上の画素である距離差分画素の数を取得する距離差分画素数取得手段と、
    　最新の距離画像における距離差分画素の数が第２閾値以上であるか否かを判断する第１変化判断手段と、
    　前記最新の距離画像における距離差分画素の数が前記第２閾値以上であると判断された場合に、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と当該最新の距離画像の一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が第３閾値以下であるか否かを判断する第２変化判断手段と、
    　前記最新の距離画像における距離差分画素の数と前記一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が前記第３閾値以下であると判断された距離画像が第４閾値以上連続する場合に、前記距離測定装置の設置位置又は向きが変化したと判断する設置異常判断手段と、
    　を備える監視システム。
  7. 　コンピューターを、
    　空間を２軸方向に走査して当該空間に存在する物体までの距離を測定し、この距離を画素値とする距離画像を所定の時間間隔で生成する距離測定装置から距離画像を取得する距離画像取得手段、
    　処理対象の距離画像を基準時に生成された基準距離画像と比較し、相互に対応する位置の画素間の距離差分の絶対値が第１閾値以上の画素である距離差分画素の数を取得する距離差分画素数取得手段、
    　最新の距離画像における距離差分画素の数が第２閾値以上であるか否かを判断する第１変化判断手段、
    　前記最新の距離画像における距離差分画素の数が前記第２閾値以上であると判断された場合に、前記最新の距離画像における距離差分画素の数と当該最新の距離画像の一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が第３閾値以下であるか否かを判断する第２変化判断手段、
    　前記最新の距離画像における距離差分画素の数と前記一つ前の距離画像における距離差分画素の数の差の絶対値が前記第３閾値以下であると判断された距離画像が第４閾値以上連続する場合に、前記距離測定装置の設置位置又は向きが変化したと判断する設置異常判断手段、
    　として機能させるためのプログラム。
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