JP4803376B2 - カメラ妨害検知方式 - Google Patents

Description

本発明は、カメラ妨害検知方式に関し、特に、画像処理によりカメラ妨害を検知する方式に関する。

監視カメラを用いたセキュリティ装置において、監視員が監視カメラ画像のモニタを常時チェックし続けることは難しい。そのため、異常が起きた映像のみを録画保存する監視装置システムは多く考えられている。異常現象として、例えば、侵入者やカメラ妨害や照明変化がある。カメラ妨害にも種々のものがある。カメラの信号線が切断された場合には、画像信号線からの信号が無くなることで検出する。電源線を切断された場合は、断線で判断して警告を発する。以下に、これに関連する従来技術の例をいくつかあげる。

特許文献１に開示された「監視用カメラに対する撮影妨害の検出方法」は、監視用カメラに対する撮影妨害を自動的に検出して対処させる方法である。図３（ａ）に示すように、CPU、ROM、RAM、演算プロセッサ、フレームメモリ、通信制御部より成る第１の監視装置で、監視用カメラにより撮影した監視対象物の静止画像を圧縮処理して、画像データとして送信する。CPU、ROM、RAM、演算プロセッサ、フレームメモリ、表示装置、通信制御部、警報装置より成る第２の監視装置で、第１の監視装置からの画像データを、通信回線を介して受信して伸張処理を施し、監視対象物の静止画像に復元して表示させて監視を行う。監視用カメラにより撮影した画像を、第１の監視装置で圧縮処理した画像データのデータ量が、予め設定してあるデータ量の閾値より減少したことが検出されたときは、監視カメラによる撮影に異状が発生したことを、第２の監視装置により表示・警報する。

特許文献２に開示された「監視カメラシステム」は、監視カメラの視野が妨害された場合に、これを検出して警報を出力するものである。図３（ｂ）に示すように、妨害検出手段で、撮像手段の視野が妨害されたか否かを検出する。妨害検出手段の検出結果に基づいて、警報手段で警報を出力する。

特許文献３に開示された「画像監視装置」は、監視領域の監視中に、撮像手段や動き検出部の異常発生やいたずらに伴う異常が生じたかどうかを自己診断できる画像監視装置である。図３（ｃ）に示すように、CCDカメラで、エレベータのかご内を撮像する。CCDカメラで得た画像データを、画像圧縮部で圧縮する。圧縮した画像データを、画像格納部に格納する。かご内の状態変化を、動き検出部で検出する。画像圧縮部か画像格納部から、異なる時点での２つの圧縮画像データを取り込む。診断手段で画像データ量を比較して診断する。動き検出部でかご内の状態変化を検出する前後の圧縮画像データ量を比較して、撮像異常判定部によりCCDカメラの異常を検出する。かご内の状態変化を検出していないときに圧縮画像データ量の変化を検出すると、検出異常判定部により、動き検出部が異常であると判定する。

特許文献４に開示された「監視カメラシステム」は、監視カメラの視野が妨害された場合にこれを検出して、警報を出力するものである。妨害検出手段で、撮像手段の視野が妨害されたか否かを検出する。妨害検出手段の検出結果に基づいて、警報手段で警報を出力する。妨害検出手段は、監視領域の照度を検出する照度センサーを備えている。撮像手段にて撮像した画像の輝度値が所定値以下になった場合で、かつ照度センサーにて検出した照度が所定値以上の場合に、妨害行為として検出する。

特許文献５に開示された「妨害検知機能付監視カメラ」は、映像信号の中から、監視領域の明るさの変化の影響を受けずに、画面の解像度の悪化状態を正確に検出するものである。図３（ｄ）に示すように、映像信号中の２MHz〜５MHzの信号成分の減少によって、高周波輪郭信号の変化を検出するフォーカス良否検出部を設ける。監視カメラのレンズ面へ半透明な遮光物を貼り付けられた状態を的確に検出できる。

特許文献６に開示された「カメラ監視装置」は、真の異常発生と環境変化によるものとの区別を、比較的簡易な処理で実現する背景差分方式によるカメラ監視装置である。図３（ｅ）に示すように、カメラよりのアナログ映像信号は、A/D変換部でディジタル映像信号に変換される。画像メモリの背景画像用メモリ部及び入力画像用メモリ部に格納される。同画像メモリの格納データそれぞれをもとに、画像処理部において背景画像に対する入力画像の差分が所定の閾値を超える領域を抽出する。その領域の時間変化をシステムメモリに蓄積する。これら画像処理部及びシステムメモリそれぞれにおけるデータをもとに、判定部において異常の有無を判定する。この判定部は、所定の閾値を超える領域の大きさ、その時間変化等から、照明等の環境変化、侵入者等、カメラに対する妨害又は映像入力断等のいずれであるかを判定し、真の異常発生時には警報を発する。

特許文献７に開示された「監視カメラ妨害検知装置」は、エッジ数が異なる様々な情景においても、一部のみで明度変化が生じるような監視対象であっても、安定して妨害検知を行うものである。図３（ｆ）に示すように、画像入力部で、入力された画像を取込む。侵入者検出部で、入力画像から侵入者を検出する。基準画像取込み部で、入力画像に対して妨害行為が行われているかどうかの判断基準となる基準画像を自動的に取込む。基準画像更新タイミング発生部で、基準画像を取込む指示信号を基準画像取込み部に与える。取り込まれている複数の基準画像の各々と入力画像との間で、画像比較部で画像特徴を比較して、画像間の不一致度を求め、最も低い不一致度を、入力画像の不一致度として出力する。入力画像の不一致度の大きさ及び時間的変化と、侵入者検出部の出力信号とに基づいて、妨害行為が行われているかどうかを、妨害判定部で判定する。

特開平09-074553号公報 特開2000-222646号公報 特開2000-293766号公報 特開2001-218189号公報 特開2001-238204号公報 特開2001-333417号公報 特開2005-252479号公報

しかし、従来のカメラ妨害検知方式には、次のような問題がある。映像信号の有無で断線を判断する方法では、カメラレンズをふさぐ行為や、向き変えの行為など、断線以外のカメラ妨害行為が行われた場合は、認識することができない。また、異常現象は種々あるため、異常現象として録画した全ての録画映像を再生し、どの現象が起きたのかを実際に確認する必要がある。すなわち、侵入者であるのか、カメラ妨害が起きたのか、照明変化だったのか等を確認する必要があるが、従来の方法では、どのようなカメラ妨害があったのか、短時間で確認することが容易にはできない。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、監視カメラ装置などにおいて、どのようなカメラ妨害行為があったかを容易に区別して確認できるようにすることである。

上記課題を解決するために、本発明では、カメラ妨害検知方式を、基準画像を保持するメモリと、監視カメラの画像と前記基準画像を比較して画素ごとに輝度差分を算出する輝度差分算出部と、輝度差分が第１閾値以上の画素を変化画素として抽出して計数する変化画素抽出部と、画像の突然の変化を検出する突然変化検出部と、前記変化画素の数と画像の突然の変化の有無とに基づいてカメラ妨害の有無を判定するカメラ妨害判定部と、カメラ妨害を検出した場合に警告を発する警告発報部とを具備し、前記カメラ妨害判定部は、前記変化画素の数が第２閾値以上のときカメラ妨害の可能性ありと判定する手段と、画像を一色に変化させる単色化妨害を検出する単色化妨害検出手段と、画像全体のシーンを変化させる混合変化妨害を検出する混合変化妨害検出手段とを備え、前記混合変化妨害検出手段は、前記基準画像の画素の輝度に第１閾値を加えた輝度以上に明るい明変化画素の数を計数する手段と、前記基準画像の画素の輝度から第１閾値を引いた輝度以下に暗い暗変化画素の数を計数する手段と、前記明変化画素の数と前記暗変化画素の数の比率に基づいて混合変化妨害の有無を判定する手段とを備える構成とした。

上記のように構成したことにより、監視カメラ装置などにおけるカメラ妨害を、画像処理のみで容易に判断できる。すなわち、画像上の異常現象が、異物侵入によるものなのか、カメラ妨害によるものなのか、照明変化によるものなのかを、画像処理のアルゴリズムで判断することにより、確認したい異常現象のみを容易にチェックできるようになる。特に、カメラ妨害を異物侵入や照明変化と誤認識することなく判断できるので、カメラ妨害が多様化している状況において、あらゆるカメラ妨害行為をそれぞれ正しく識別して、適切に対応して処理することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１と図２を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例は、監視カメラの画像と基準画像とを比較して画素ごとの輝度の差分を求め、輝度差分値が第１閾値以上であれば変化画素とし、変化画素が第２閾値以上生じた場合に、突然の変化があればカメラ妨害の種別を判定して警告を発するカメラ妨害検知方式である。

図１は、本発明の実施例におけるカメラ妨害検知方式の機能ブロック図と、画像変化の様子を示す概念図である。図２は、カメラ妨害検知方式の処理手順を示す流れ図である。図１において、監視カメラ１は、テレビカメラである。一般にはデジタルスチルカメラなどの２次元光学センサーでもよい。画像処理部２は、撮影した画像を処理してカメラ妨害を検出する手段である。画像取得部３は、カメラから画像を取得する手段である。輝度差分算出部４は、取得した画像と基準画像を比較して、画素ごとに輝度の差分を求める手段である。変化画素抽出部５は、輝度差分が閾値以上の変化画素を抽出する手段である。突然変化検出部６は、フレーム間で閾値以上の輝度変化がある画素数が所定値以上である場合に画像に突然の変化があると判定する手段である。カメラ妨害判定部７は、輝度差分のデータを統計処理して、カメラ妨害の種別を判定する手段である。基準画像保存部８は、比較の基準となる画像を保持するメモリである。警告発報部９は、カメラ妨害を検出したことを報知する手段である。

上記のように構成された本発明の実施例におけるカメラ妨害検知方式の機能と動作を説明する。最初に、カメラ妨害検知方式の機能の概要を説明する。監視カメラに対する妨害行為としては、手でカメラレンズを覆うこと、スプレーで色を塗ること、ガムテープなどの粘着物を貼り付けること、カメラの向きを変えること、カメラコードを切ることなどがある。カメラ妨害の画像上での見え方は大きく分けて２種類になる。第１の単色変化は、手でカメラレンズを覆うこと、スプレーで色を塗ること、ガムテープなどの粘着物を貼り付けること、カメラコードを切ることなどの妨害行為の際に見られる画像変化で、画像が一色に変化する態様である。第２の混合変化は、カメラの向きを変えるなどの妨害行為の際に見られる画像変化で、基準画像と比較すると明るくなっている部分と暗くなっている部分が入り乱れた変化になる態様である。画面を縞模様や砂嵐に変える妨害の場合も、同様に混合変化である。

設置された監視カメラにこのような妨害が加えられた場合に、画像処理によりカメラ妨害行為が行われたことを検知し警告を発する。カメラ妨害行為が行なわれた場合に、あらかじめ取り込んだ基準画像と比較することにより、どのように基準画像と変化したかを判別し、照明変化や突然の日照変化をカメラ妨害と誤判断することなく、カメラ妨害行為のみを正しく判断して警告を発する。侵入者検知等の画像処理を用いた監視システムにおいて、カメラ妨害を検知するための別の装置や手段を用いることなく、画像処理のみでカメラ妨害を判断できる。また、監視カメラの映像をカメラ妨害種別などの情報とともに記録しておくことで、カメラ妨害の種別や異物の侵入などの区別をキーとして検索することにより、特定の異常状態の発生のみを簡単に素早く選び出すことができる。

具体的には、監視カメラの画像を画素ごとに基準画像と比較して輝度差分を求めて、変化画素を抽出する。基準画像としては、一定時間前の画像を用いる。１分前の画像でもよいし、１秒前の画像でもよい。固定したカメラの場合は、常に一定の画像としてもよい。輝度差分が第１閾値以上の変化画素の数を計数し、変化画素の数が第２閾値以上のとき、カメラ妨害の可能性ありと判定する。さらに、画像の突然の変化の有無を調べる。画像の突然の変化があれば、画素の輝度分散を求め、輝度分散が閾値より小さいときに単色化妨害と判定する。また、明るく変化した画素と暗く変化した画素が同程度あれば、混合変化妨害があると判定する。カメラ妨害を検出した場合に、単色化妨害発生か混合変化妨害かを区別して警告を発する。

次に、図１（ａ）を参照しながら、カメラ妨害検知方式の各機能部の動作を説明する。監視カメラ１は、１台でもよいし複数台あってもよい。それぞれの監視カメラ１についてカメラ妨害を調べる。画像処理部２で画像処理し、輝度変化のある画素について統計処理して、単色変化妨害と混合変化妨害を検出する。基準画像保存部８のメモリに、比較の基準となる画像を保持しておく。画像取得部３で、監視カメラ１から画像を取得する。輝度差分算出部４で、取得した画像と基準画像を比較して、画素ごとに輝度の差分を求める。変化画素抽出部５で、輝度差分が第１閾値以上の変化画素を抽出する。突然変化検出部６では、フレーム間で閾値以上の輝度変化がある画素数が所定値以上である場合に画像に突然の変化があると判定する。カメラ妨害判定部７で、変化画素のデータから、カメラ妨害が単色化妨害か混合変化妨害かを判定する。警告発報部９で、カメラ妨害を検出したことを報知する。

次に、図１（ｂ）〜（ｇ）を参照しながら、画像変化の様子について説明する。（＋）は、基準画像と比べて、閾値以上に明るく変化した画素の領域を示す。すなわち、（基準値＋閾値）より明るい画素である。（−）は、基準画像と比べて、閾値以上に暗く変化した画素の領域を示す。すなわち、（基準値−閾値）より暗い画素である。＋側の閾値と−側の閾値は、同じにしてもよいし異なる値としてもよい。図１（ｂ）に示すように、全体が明るい方向に変化するのは、照明や日照が明るく変化した場合である。図１（ｃ）に示すように、全体が暗い方向に変化するのは、照明や日照が暗く変化した場合である。図１（ｄ）や（ｅ）に示すように、一部が明るい方向に変化して一部が暗い方向に変化し、その比率が１に近い場合は、シーンが大きく変化した場合である。すなわち、カメラの向きが変化した場合である。図１（ｆ）や（ｇ）に示すように、一部が明るい方向に変化して一部が暗い方向に変化し、その比率が１とかなり異なる場合は、シーンの一部が大きく変化した場合である。すなわち、大きな異物が侵入した場合である。

次に、図２を参照しながら、カメラ妨害検知方式の処理手順を説明する。カメラ妨害の可能性がある場合は、変化の種別を判断し警告を発する。ステップ１で、基準画像を取得する。ステップ２で、カメラから画像を取得する。ステップ３で、常時（または一定時間おきに）現在の取得画像と基準画像との各画素における輝度差分値を求める。ステップ４で、輝度差分値が第１閾値以上であれば画像上に変化があった画素とする。ステップ５で、変化があった画素をカウントする。ステップ６で、全画素について調べるまで繰り返す。

ステップ７で、変化画素量をチェックする。第２閾値以上の変化画素がなければ、ステップ８で、異物侵入かどうかチェックする。異物侵入でなければ終了する。異物侵入であれば、異物侵入の警告を発する。全画素に対して変化画素が第２閾値以上生じた場合にカメラ妨害や照明変化の可能性ありとする。第２閾値以上の変化画素があれば、ステップ９で、突然の変化かどうかチェックする。例えば、過去数フレームから、突然大きな変化が起きたかどうかを確認する。突然の変化がなければ、ステップ８で、異物侵入かどうかチェックする。異物侵入のチェック方法は従来と同じである。突然の変化があれば、ステップ10で、単色変化かどうか調べる。単色変化であれば、その旨の警報を出す。単色変化でなければ、ステップ11で、混合変化かどうか調べる。混合変化であれば、その旨の警報を出す。カメラ妨害の可能性がある場合は、変化の種別を判断し警告を発する。混合変化でなければ、照明変化の通知をする。

突然の変化かどうかのチェック方法を説明する。異物が画面遠方から近くに向かってきた場合や画面手前を横切る場合、画像上では第２閾値以上となる大きな変化になったとしても、その変化は滑らかに生じている。カメラ妨害や照明変化のような瞬間的に起きる変化とは異なる。そのため、突然の変化であるかどうかを判断し、突然の変化の場合のみ、カメラ妨害や照明変化の可能性ありとする。突然の変化であるかどうかの判断の基準は様々である。例１としては、フレーム間差分で第１閾値以上の輝度変化がある変化画素量を調べる。フレーム間差分での変化画素量が第２閾値以上ある場合に、突然の大きな変化とする。この場合の閾値は、他の閾値を用いてもよい。例２としては、過去数フレームにおいて各フレームの平均輝度値を算出し、過去数フレームに対して重みをつけた平均輝度値の分散値を計算し、分散値が所定の閾値以上となった場合に、突然の大きな変化とする。例３としては、過去数フレームにおいて各フレームの変化画素量を算出し、過去数フレームに対して重みをつけた変化画素量の分散値を計算し、分散値が所定の閾値以上となった場合に、突然の大きな変化とする。

単色変化妨害の検出方法を説明する。取得画像の全画素における輝度値の分散値を求める。分散値が小さい場合は単色変化が起きたとする。分散が実質的にゼロであるほど小さいということは、輝度値がある値に集中しているということである。実際のカメラ妨害行為において、カメラの断線の場合は完全な単色（黒）になる可能性があるが、手やスプレー、テープでのカメラを覆う行為では全画素が完全な単色となることはなく、多少の輝度むらが生じる。また、カメラの自動補正により何色に変化するのかはわからない。手で覆う場合は最初暗くなるが、手が近づくにつれてカメラの自動補正により白っぽく変化する。よって分散値をみることにより、いかなる色に変化したとしても単色か否かがわかり、多少の輝度むらがあっても単色変化とみなすことができる。

混合変化妨害の検出方法を説明する。輝度差分値が第１閾値以上で明るく変化している明変化画素と、輝度差分値の絶対値が第１閾値以上で暗く変化している暗変化画素との割合を比較する。図１（ｄ）や（ｅ）に示すように、割合の偏りが少ない場合は、混合変化が起きたとする。例えば、明るく変化した画素数と暗く変化した画素数の割合が全画素の半分以上で、それらの互いの比率が0.5〜2.0の場合に、混合変化と判断する。この割合は、監視状況などに応じて決める。図１（ｂ）や（ｃ）に示すように、画像が全体的に明るくなったり暗くなったりしている場合は、照明変化や突然の日照変化が起きたとする。照明変化や突然の日照変化の場合は、カメラ妨害とはみなさない。図１（ｆ）や（ｇ）に示すように、単色変化でもなく混合変化でもない場合は、カメラ妨害ではなく、大きな異物の侵入が起きたと判断する。

上記のように、本発明の実施例では、カメラ妨害検知方式を、監視カメラの画像と基準画像とを比較して画素ごとの輝度の差分を求め、輝度差分値が第１閾値以上であれば変化画素とし、変化画素が第２閾値以上生じた場合に、突然の変化があればカメラ妨害の種別を判定して警告を発する構成としたので、画像処理のみでカメラ妨害を判断できる。

本発明のカメラ妨害検知方式は、監視カメラを覆ったり監視カメラの向きを変えたりするなどのカメラ妨害を、妨害態様まで区別して簡単確実に検知する方式として最適である。

本発明の実施例におけるカメラ妨害検知方式の機能ブロック図である。 本発明の実施例におけるカメラ妨害検知方式の処理手順を示す流れ図である。 従来のカメラ妨害検知方式を示す概念図である。

符号の説明

１・・・監視カメラ、２・・・画像処理部、３・・・画像取得部、４・・・輝度差分算出部、５・・・変化画素抽出部、６・・・突然変化検出部、７・・・カメラ妨害判定部、８・・・基準画像保存部、９・・・警告発報部。

Claims (6)

1. 基準画像を保持するメモリと、監視カメラの画像と前記基準画像を比較して画素ごとに輝度差分を算出する輝度差分算出部と、輝度差分が第１閾値以上の画素を変化画素として抽出して計数する変化画素抽出部と、画像の突然の変化を検出する突然変化検出部と、前記変化画素の数と画像の突然の変化の有無とに基づいてカメラ妨害の有無を判定するカメラ妨害判定部と、カメラ妨害を検出した場合に警告を発する警告発報部とを具備し、
   前記カメラ妨害判定部は、前記変化画素の数が第２閾値以上のときカメラ妨害の可能性ありと判定する手段と、画像を一色に変化させる単色化妨害を検出する単色化妨害検出手段と、画像全体のシーンを変化させる混合変化妨害を検出する混合変化妨害検出手段とを備え、
   前記混合変化妨害検出手段は、前記基準画像の画素の輝度に第１閾値を加えた輝度以上に明るい明変化画素の数を計数する手段と、前記基準画像の画素の輝度から第１閾値を引いた輝度以下に暗い暗変化画素の数を計数する手段と、前記明変化画素の数と前記暗変化画素の数の比率に基づいて混合変化妨害の有無を判定する手段とを備えることを特徴とするカメラ妨害検知方式。
2. 前記単色化妨害検出手段は、全画素の輝度分散を求める手段と、輝度分散が実質的にゼロであるときに単色化妨害ありと判定する手段とを備えることを特徴とする請求項１記載のカメラ妨害検知方式。
3. 基準画像を保持するメモリと、監視カメラの画像と前記基準画像を比較して画素ごとに輝度差分を算出する輝度差分算出部と、輝度差分が第１閾値以上の画素を変化画素として抽出して計数する変化画素抽出部と、画像の突然の変化を検出する突然変化検出部と、前記変化画素の数と画像の突然の変化の有無とに基づいてカメラ妨害の有無を判定するカメラ妨害判定部と、カメラ妨害を検出した場合に警告を発する警告発報部とを具備し、
   前記突然変化検出部は、フレーム間で前記第１閾値以上の輝度変化がある画素数が前記第２閾値以上である場合に画像に突然の変化があると判定する手段を備えることを特徴とするカメラ妨害検知方式。
4. 監視カメラの画像とメモリに保存された基準画像を比較して画素ごとに輝度差分を算出する輝度差分算出工程と、輝度差分が第１閾値以上の画素を変化画素として抽出して計数する変化画素抽出工程と、画像の突然の変化を検出する突然変化検出工程と、前記変化画素の数と画像の突然の変化の有無とに基づいてカメラ妨害の有無を判定するカメラ妨害判定工程と、カメラ妨害を検出した場合に警告を発する警告発報工程とを有し、
   前記突然変化検出工程は、フレーム間で前記第１閾値以上の輝度変化がある画素数が前記第２閾値以上である場合に画像に突然の変化があると判定する工程を有することを特徴とするカメラ妨害検知方式におけるカメラ妨害検知方法。
5. 全画素の輝度分散を求め、輝度分散が実質的にゼロであるときに単色化妨害と判定することを特徴とする請求項４記載のカメラ妨害検知方式におけるカメラ妨害検知方法。
6. 前記基準画像の画素の輝度に第１閾値を加えた輝度以上に明るい明変化画素の数を計数し、前記基準画像の画素の輝度から第１閾値を引いた輝度以下に暗い暗変化画素の数を計数して、前記明変化画素の数と前記暗変化画素の数の比率に基づいて混合変化妨害の有無を判定することを特徴とする請求項４記載のカメラ妨害検知方式におけるカメラ妨害検知方法。
   

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