JPH0737057A - 監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 監視視野を通過する物体の監視における検出
精度を高めること。 【構成】 画像Ａ生成部１００によって生成された通過
領域画像内で、画像Ｂ生成部２００によって生成された
基準輪郭のマスク画像を用い、画像Ｃ生成部３００によ
って生成された現在の輪郭画像の輪郭成分を除去するこ
とで、画像Ｄ生成部４００による障害物の輪郭画像であ
る画像Ｄが生成される。 【効果】 物体の通過領域内で現在の輪郭成分から過去
の輪郭成分を除去するとともに、通過領域外の雑音の影
響を除去するようにし、監視視野を通過する物体の領域
内における障害物の存在の有無によって障害物の判断が
行われるので、障害物の検出精度を高めることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば軌道上を通行
する物体の安全を監視する監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の監視装置としては、赤外線やレー
ザ光を用いる光電式と、ループコイル式とがある。

【０００３】光電式の場合、たとえば図１に示すよう
に、軌道１の両側にこの軌道１に沿って対となる送光器
２Ａ，３Ａ及び受光器２Ｂ，３Ｂを配設するとともに、
送光器４Ａを軌道１の一側に配設し、受光器４Ｂを軌道
１の他側に配設している。

【０００４】これにより、軌道１の両側においては、送
光器２Ａ，３Ａから発せられた光が受光器２Ｂ，３Ｂに
よって受光されており、遮るものがなければ軌道１の両
側は安全であると判定される。また、送光器４Ａから発
せられた光を受光器４Ｂが受光し、この光を遮るものが
なければ軌道１上は安全であると判定される。

【０００５】一方、ループコイル式の場合、たとえば図
２に示すように、軌道１の両側の地中にループコイル５
Ａ，５Ｂが埋設されており、これらループコイル５Ａ，
５Ｂに金属体が近づくとこれらのインダクタンスが変化
するので、それを検出することで障害物の検知を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の監視装置では、光電式の場合、積雪等によって送光
器２Ａ，３Ａ，４Ａ及び受光器２Ｂ，３Ｂ，４Ｂが誤動
作を生じてしまい、正確な障害物の検出を行うことがで
きなかった。

【０００７】よってラッセル車で除雪する区間では、こ
れら送光器及び受光器が埋もれてしまうので使用するこ
とができないばかりか、レンズ面が汚れてくることから
年数回の清掃作業が必要となっている。また、赤外線ビ
ームは降雪や霧に対して減衰が大きいこと、レーザ式は
送受光器間の光軸ズレに弱いこと等の弱点をもってい
る。

【０００８】一方、ループコイル式の場合は、自動車の
金属による信号の変化量が少なく、気温、湿度等の影響
を受易い。しかもループコイルは埋設した後、その上を
コンクリート舗装する必要があり、設置コストが高くな
る等の問題がある。

【０００９】本発明は、このような事情に対処してなさ
れたもので、監視視野を通過する物体の領域を生成し、
その領域内に障害物が存在しているか否かを判断するこ
とにより、検出精度の高い監視装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、定まった軌道上を通行する物体を監視す
る監視装置において、前記監視視野内を通過する物体の
移動軌跡に基づいて前記物体の通過領域を生成する通過
領域生成手段と、この通過領域生成手段によって生成さ
れた前記通過領域内における現在の画像の輪郭成分から
変化が小さいとみなされた過去の輪郭成分を除去した輪
郭成分を抽出する輪郭成分抽出手段と、この輪郭成分抽
出手段によって抽出された輪郭成分の変動を、その画像
内に存在する上位数個の輪郭成分の大きさの変化に基づ
いて検出し、障害物であるか否かの判定を行う障害物判
定手段とが具備されていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の監視装置は、監視視野を通過する物体
の領域を生成するとともに、その領域内で現在の輪郭成
分から過去の輪郭成分を除去し、その画像内に存在する
上位数個の輪郭成分の大きさの変化に基づいて障害物で
あるか否かの判定を行うようにしたので、通過領域外の
雑音成分の影響が除去されることから、障害物の検出精
度が高められる。

【００１２】また、過去の輪郭成分の変動に基づく障害
物の判定を、上位数個の大きさの変化よって判定してい
るので、物体の通過する軌道が確保されているか否かを
簡便に判定していることになることから、監視視野を通
過する物体の監視を容易且つ確実に行うことができる。

【００１３】更には、物体の通過領域の生成が自動的に
行われるので、画像取込み装置（カメラ）の設置箇所の
制約が大幅に緩和される。更には、物体の通過領域の生
成が物体の通過毎に行われるので、画像取込み装置（カ
メラ）の設置箇所がズレたり、環境変化等が生じた場合
であっても、これらの変化に対する追従度も高められ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づい
て説明する。図３は、本発明の監視装置を、列車が通過
する踏切上を監視するための監視装置に適用した場合の
一実施例に係るシステム構成を示すものであり、通過領
域画像である画像Ａを生成するための画像Ａ生成部１０
０、基準輪郭のマスク画像を生成するための画像Ｂ生成
部２００、現在の輪郭画像である画像Ｃを生成するため
の画像Ｃ生成部３００、障害物の輪郭画像である画像Ｄ
を生成するための画像Ｄ生成部４００、初期設定部５０
０及び警報発生部６００が備えられている。

【００１５】続いて、このような構成の監視装置の動作
を、図４乃至図６を用いて説明する。まず、図６（ａ）
に示す画像Ａの生成について説明する。すなわち、カメ
ラ１０からの画像信号が画像Ａ生成部１００の画像メモ
リ１０１に取り込まれると、絶対値算出部１０３によっ
て画像メモリ１０１の画像信号の輝度成分と、画像メモ
リ１０１に取り込まれる画像信号の直前の画像信号を取
り込んでいる画像メモリ１０２の画像信号の輝度成分と
の差の絶対値が求められる。ここで、カメラ１０からの
入力画像は、横方向５１２、縦方向４３２、濃度８ビッ
ト（０〜２５５）のディジタル画像として蓄えられる。
２値化した画像は、同じ画素数で濃度が零かそれ以外の
定まった値のいずれかをもつものである。

【００１６】このような絶対値を求める演算が終了する
と、画像メモリ１０１に記憶されている現在の画像信号
が画像メモリ１０２に記憶され、次回の演算に備えられ
る。

【００１７】絶対値算出部１０３によって算出された画
像は、積算部１１０によって先の値と加算される。ま
た、積算部１１０による加算時においてはその数がカウ
ンタ１０９にて加算される。

【００１８】更に、絶対値算出部１０３によって算出さ
れた絶対値は、平均値生成部１０４によって平均化され
ることにより、画像全体の平均値が得られる。この値
は、積算部１０６にて加算されるとともに、その加算回
数がカウンタ１０５にてカウントされる。

【００１９】このようにして得られた画像全体の平均値
の集合は、平均値生成部１０７によって平均化されるこ
とにより、その平均化した時点での濃度平均値の移動平
均が求められる。比較部１０８は、平均値生成部１０４
の出力と平均値生成部１０７の出力とを比較する。

【００２０】ここで、物体が軌道上に存在していない時
には、殆どこの濃度平均値は変化しないと考えられる
が、物体が軌道上を通過している際には、カメラ１０か
ら入力される画像は、物体が通過する領域の変動は大き
く、そうでない領域の変動は小さいと予想される。

【００２１】したがって、画像の差の絶対値の平均値
は、物体が通過していないときは、ある小さいレベルに
収まっており、通過しているときにはそれよりもかなり
大きいレベルとなり、通過が終るまでこの状態が続くと
考えられる。

【００２２】比較部１０８では、このような大きいレベ
ルが２回以上連続していることを判定すると、通過物検
出信号を出力する。この通過物検出信号は、積算部１１
０及びカウンタ１０９の再起動信号とされ、通過する物
体を含む差の絶対値の積算のやり直しが行われる。これ
により、物体が通過している時の差の絶対値の画像のみ
が積算される。

【００２３】物体の通過が終了した時点では、比較部１
０８からの通過物検出信号の出力が無くなる。このと
き、積算部１１０の画像は、通過領域の値が大きく、そ
うでない領域の値が小さいものへとほぼ分割されている
と予想される。この積算部１１０の画像を、２値化部１
１１がカウンタ１０９の加算回数をパラメータとして２
値化することにより、画像Ａが生成される。

【００２４】通過する物体が短い場合には、通過領域が
適切に生成されない場合もあるので、物体が通過する度
に通過領域画像生成部１１２がこの画像を生成すると、
更新部１１３によりこれまでの通過領域画像と比較して
大きい方の通過領域をもった画像が選択される。

【００２５】次に、画像Ｂ及び画像Ｃを生成する場合に
ついて説明する。すなわち、まず基準輪郭のマスク画像
を生成するための画像Ｂ生成部２００においては、画像
メモリ１０１に記憶されている現在の画像信号に画像Ｃ
生成部３００のソーベル演算部３０１によるソーベル演
算子が作用されることにより、輪郭成分の強調が行わ
れ、ヒストグラム生成部３０４にてその画像の濃度値の
ヒストグラムが生成される。ヒストグラムが生成された
後、しきい値計算部３０５にて上位２５％の濃度が存在
する値をしきい値として計算する。

【００２６】ここで、ソーベル演算部３０１におけるソ
ーベル演算は、画像の輪郭成分を強調するために用いら
れるものであり、画像の個々の画素毎に以下の演算が行
われる。

【００２７】すなわち、図５に示すように、Ａ〜Ｉ迄の
画素が配列されている場合、中央の画素Ｅの位置の値
を、 ｜Ａ＋２×Ｄ＋Ｇ−Ｃ−２×Ｆ−Ｉ｜＋｜Ａ＋２×Ｂ＋
Ｃ−Ｇ−２×Ｈ−Ｉ｜ によって計算する。式の前半部分は横方向の微分に、後
半部分は縦方向の微分に相当する。平均化の作用も含ん
でいるので、ノイズに強いという特徴がある。

【００２８】この値を用いて輪郭強調画像を２値化部３
０２にて２値化することにより、画像信号の輪郭成分の
みが抽出される。２値化部３０２の出力に対してデータ
収縮部３０３により２値化データを収縮させることによ
り、微小な輪郭成分が除去されるので、これにより降
雨、除雪や小さなゴミ等による悪影響が低減される。

【００２９】ここで、データ収縮部３０３におけるデー
タ収縮について更に説明を加えると、図５におけるＥの
位置の画素が論理レベル１の時にＢ，Ｄ，Ｆ，Ｈのいず
れかに論理レベル０の画素が存在するときに、Ｅの位置
の画素の論理レベルを０とする。これにより、輪郭成分
の境界画素がけずられる。

【００３０】この画像は、上記の画像Ａとは異なり、物
体が通過していない場合にのみ積算部２０２にて積算が
行われる。すなわち、積算部２０２に対して通過信号
（ＰＳ）が供給されており、上記の比較部１０８からの
通過物検出信号が送出されていないときに、２値化画像
が積算部２０２にて加算され、併せてその加算回数がカ
ウンタ２０５にてカウントされる。ここで、カウンタ２
０５の値の１／２がしきい値とされ、この閾値を基に２
値化部２０３が積算部２０２の出力画像を２値化する。
この２値化されたものが、通過物がない場合の基準輪郭
となる。２値化部２０３の出力を反転部２０６が反転す
ることにより、基準輪部のマスク画像が生成される。

【００３１】ここで、カウンタ２０５の値がたとえば５
以下の場合には、基準輪部の精度がまだ低いので、上述
した通過信号（ＰＳ）の供給されている更新部２０４に
よって以前の基準輪郭を用い精度の維持がなされる。一
方、カウンタ２０５の値が５を上回る場合には、次回の
精度維持のために２値化部２０３の値を更新部２０４に
コピーしておく。

【００３２】次に、画像Ｄを生成する場合について説明
する。すなわち、まず障害物の輪郭画像である画像Ｄを
生成するための画像Ｄ生成部４００においては、論理積
部２０７の出力に基づいて障害物画像生成部４０３が障
害物画像を生成する。

【００３３】この障害物画像生成部４０３にて生成され
た障害物画像に対し、データ膨張部４０４がデータ膨張
を施すことにより、画像輪郭の切れの補足が行われる。
判定部４０５は、データ膨張部４０４の出力である障害
物の画像の大きさを判定するに際し、システム固有の値
である４，０００と比較し、障害物の有無を判定する。
障害物があると判定された場合には、図３に示した警報
発生部６００にて警報が発せられる。このとき、判定部
４０５からの積算抑制信号の送出によって障害物が含ま
れている２値化画像を積算部２０２に加えないようにす
るとともに、併せてカウンタ２０５に対し、積算抑制信
号を送出することで、カウンタ２０５におけるカウント
動作が停止される。

【００３４】次に、初期設定部５００の動作について説
明する。すなわち、初期設定部５００は、監視動作の初
期設定時における監視環境が整っているか否かの判定を
行うとともに、以下に示す２つの条件が同時に成立して
いるか否かをチェックする。

【００３５】その条件の一つとして、現在の画像全体の
平均値を平均値生成部５０６によって求め、この平均値
と上記の絶対値画像全体の平均値とを比較する。（差の
絶対値の平均）／（現在の画像の平均）の値がシステム
固有の値０．２より小さいか否かを比較する。ここで、
動く物体が無く監視環境が安定していれば、差の絶対値
の平均は小さくなるが、その値そのものは現在の濃度の
平均の値によって変動するので、値そのものの規格化が
行われる。

【００３６】他の条件として、システムが初期設定時の
障害物の検出を行うため、軌道上を監視しているので、
障害物が存在しない場合には軌道又はこの軌道の支持部
分等の輪郭が全体の輪郭の中で大きな比重を占め、ほぼ
同じ精度の輪郭がいくつか同時に検出される。一方、初
めから障害物が軌道上に存在している場合には、輪郭成
分が複雑に絡み合い、飛び抜けて大きな輪郭がいくつか
存在すると予想される。

【００３７】これらの区別を付けるために、収縮を行っ
た現在の画像の連結成分（上下又は左右に輪郭がつなが
っているもの）毎にラベル付け部５０１にてラベル付け
が行われ、ソート部５０２にてそれぞれのラベル番号毎
にその領域の大きさが求められるとともに、大きさによ
るソートがかけられる。ソートがかけられた後、サンプ
ル抽出部５０３にて上位１０個のサンプルが監視動作毎
に抽出される。

【００３８】それを積算部５０５に１０の値としてそれ
ぞれ蓄えるとともに、カウンタ５０４にその蓄えた回数
を記憶させる。ここで、積算部５０５は、（１０×１
０）の限定された記憶領域をもち、カウンタ５０４の値
をリングカウンタとして用いることによりその記憶領域
が巡回的に使用される。また、カウンタ５０４の値が４
以下であれば、比較部５０７は積算部５０５の１０個ず
つの値の組の上位１と２とが他の８ヶよりも飛び抜けて
大きいかどうかを比較する。飛び抜けて大きい場合に
は、障害物が存在していると判断して常にその値を出力
する。

【００３９】飛び抜けて大きい場合には、カウンタ５０
４の値を用いてそれまでの１０個単位の平均値をそれぞ
れ平均値生成部５０６により求める。この１０ヶの値と
現在の１０ヶの値との大きさをそれぞれ比較して、それ
らがシステム固有の値より小さい場合には障害物が存在
していないと判断する。

【００４０】論理積４０１によって、上記２つの判断結
果の論理積（両方が満たされているかそうでないか）が
求められると、これが通過画像領域を新規に生成するた
めの起動信号となる。通過信号が出てから起動信号が出
るまでの時間をタイマー４０２にて計測し、ある範囲内
で起動信号が出ない場合には軌道上に動く物体があるか
又は障害物が存在していると判断され警報が発生され
る。

【００４１】このように、本実施例によれば、物体の通
過領域である踏切上の通過領域を生成し、その領域内で
現在の輪郭成分から過去の輪郭成分を除去するととも
に、通過領域外の雑音の影響を除去するようにしたの
で、障害物の検出精度が高められる。また、過去の輪郭
成分の変動を上位数個の輪郭の大きさの変化によって判
定しているので、物体の通過する軌道が確保されている
かどうかを簡便に判定していることに等しく、これも通
行上の安全性の確保に寄与している。

【００４２】更に、通過領域を自動的に生成するように
したので、カメラ１０の設置場所に対する融通性が高め
られる。また、通過の度に通過領域及びマスク画像を生
成しているので、カメラ１０の位置ずれや日照量の変化
及び気象条件等に対する追随度が高められる。

【００４３】なお、本実施例では、軌道上を通過する物
の安全を地上のカメラを用いて監視する場合について説
明したが、この例に限らず、通過する物体上にカメラ１
０を設置するようにしてもよく、この場合には、同様の
領域生成方法で、軌道そのものの滑らかさの検出や滑ら
かな軌道上を走行する物体の物理的安定度の検出を行う
ことが可能となる。

【００４４】また、物体を静止させた場合には、同様の
領域生成の方法で他の物体が近づいてくることや遠ざか
ることを検出することで可能となる。しかも、領域の個
数を数えるようにした場合には、周囲を移動する他の物
体の個数も数えることができる。

【００４５】更に、本実施例では、本発明を、列車の通
過領域である踏切上を監視するための監視装置に適用し
た場合について説明したが、この例に限らず、たとえば
道路上の物体監視等に適用してもよい。

【００４６】また、本実施例では、濃度の変化を用いて
領域を設定した場合について説明したが、この例に限ら
ず、彩度の変化を用いても同様の領域の設定が可能であ
る。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の監視装置
によれば、監視視野を通過する物体の領域を生成すると
ともに、その領域内で現在の輪郭成分から過去の輪郭成
分を除去し、その画像内に存在する上位数個の輪郭成分
の大きさの変化に基づいて障害物であるか否かの判定を
行うようにしたので、通過領域外の雑音成分の影響が除
去されることから、障害物の検出精度が高められる。

【００４８】また、過去の輪郭成分の変動に基づく障害
物の判定を、上位数個の大きさの変化よって判定してい
るので、物体の通過する軌道が確保されているか否かを
簡便に判定していることになることから、監視視野を通
過する物体の監視を容易且つ確実に行うことができる。

【００４９】更には、物体の通過領域の生成が自動的に
行われるので、画像取込み装置（カメラ）の設置箇所の
制約が大幅に緩和される。更には、物体の通過領域の生
成が物体の通過毎に行われるので、画像取込み装置（カ
メラ）の設置箇所がズレたり、環境変化等が生じた場合
であっても、これらの変化に対する追従度も高められ
る。監視視野を通過する物体の領域を生成し、その領域
内に障害物が存在しているか否かを判断するようにした
ので、検出精度が高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光電式による監視装置を示す図である。

【図２】従来のループコイル式による監視装置を示す図
である。

【図３】本発明の監視装置の一実施例に係るシステム構
成を示す図である。

【図４】図３の監視装置における各構成部位の詳細を示
す図である。

【図５】図４の画像Ｃ生成部のソーベル演算部における
ソーベル演算子の動作を説明するための図である。

【図６】図３の監視装置における各構成部位によって生
成される画像を示す図である。

【符号の説明】

１０ カメラ １００ 画像Ａ生成部 ２００ 画像Ｂ生成部 ３００ 画像Ｃ生成部 ４００ 画像Ｄ生成部 ５００ 初期設定部 ６００ 警報発生器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０８Ｂ 25/00 ５１０ Ｍ 7323−5Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定まった軌道上を通行する物体を監視す
   る監視装置において、 前記監視視野内を通過する物体の移動軌跡に基づいて前
   記物体の通過領域を生成する通過領域生成手段と、 この通過領域生成手段によって生成された前記通過領域
   内における現在の画像の輪郭成分から変化が小さいとみ
   なされた過去の輪郭成分を除去した輪郭成分を抽出する
   輪郭成分抽出手段と、 この輪郭成分抽出手段によって抽出された輪郭成分の変
   動を、その画像内に存在する上位数個の輪郭成分の大き
   さの変化に基づいて検出し、障害物であるか否かの判定
   を行う障害物判定手段とが具備されていることを特徴と
   する監視装置。