JPH10271486A - 動体検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動体検出に関する処理の迅速化とロバスト性
の向上とを図り、迅速で効率良い動体検出を行う。 【解決手段】 入力フレームのうちの少なくとも１枚を
サーチ対象フレーム３０とする。そして、全画素から最
大濃度値（第一の閾値）ＳＨと、最低濃度値（第二の閾
値）ＳＬと、これらの差分である第三の閾値ＳＰＰを算
出する。更に、上記入力フレームのうち上記サーチ対象
フレーム３０を除く残りのフレームをテンプレートフレ
ーム３１とする。そして、全画素から最大濃度値ＤＨと
最低濃度値ＤＬとこれらの差分ＤＰＰとを算出する。こ
れら最大濃度値ＤＨ及び最低濃度値ＤＬが、いずれも上
記第一、第二の各閾値ＳＨ、ＳＬを越えた場合で、上記
差分ＤＰＰが上記第三の閾値ＳＰＰ以上である場合に、
テンプレートフレーム３１に動体が存在すると判断す
る。この場合にのみ次のベクトル生成処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一連の動画像中
から動体のみを抽出する動体検出方法に係り、特に、動
体検出に係わる処理を迅速に行え、しかもロバスト性を
向上させることのできる動体検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セキュリティシステムの一つとして、従
来から監視装置が広く知られている。従来の公知である
監視装置は、ディスプレイに映し出された画像を監視者
人が見続け、この監視者の判断により、不審人物（動
体）の検出を行うものであった。このため、動体を検出
する作業は面倒で、場合によっては見落とすこともあ
り、確実性にかけるものであった。

【０００３】かかる現状に鑑みて、本発明者は、先に動
体検出方法及び動体検出装置を発明した（特願平８−２
１４１１４号）。先ず、この先発明に係る動体検出方法
及び動体検出装置について、簡単に説明する。

【０００４】上記先発明の動体検出方法とその装置のう
ち、方法の発明は、先ず、撮像手段により得られた入力
フレームの量子化方向を交互に反転することにより、図
３に示すように、ポジフレーム１とネガフレーム２とを
交互に出力する。そして、順方向に隣接するポジフレー
ム１とネガフレーム２とに共通する静止部分３の濃度値
を均一化することにより、動体検出用フレーム４を出力
する。

【０００５】この動体検出用フレーム４においては、上
記静止部分３の濃度値が均一となっているため、動体部
分５が浮かび上がってくる。尚、図３に「和／２」と記
載してあるのは、各フレーム１，２の濃度値を減算する
処理を表している。即ち、上記動体検出用フレーム４を
出力する場合、上記ポジフレーム１とネガフレーム２と
を、単に重ね合わせただけでは、２画面分の濃度情報を
持つため、極端に濃度値の高い画像になってしまう。こ
のため、適切な量の定数値を減算する。

【０００６】先発明の動体検出方法は、上述のように構
成されるため、量子化方向を交互に反転することにより
得られたポジフレーム１とネガフレーム２とのうち、時
間の流れに沿って隣接するポジフレーム１とネガフレー
ム２とを重ね合わせ、これら各フレーム１、２に共通す
る静止部分の濃度値を均一化すれば、この静止部分が打
ち消されるため、動体部分５を抽出することができる。

【０００７】また、装置の発明は、従来知られたＣＣＤ
カメラと同様、光入力を電荷信号に変換し、蓄積する光
電変換手段を備えている。この光電変換手段は、入力さ
れた光情報を、その輝度が所定値以上のものをハイレベ
ルとし、所定値未満のものをローレベルとして（正論理
で）量子化する第一の量子化と、その輝度が所定値以上
のものをローレベルとし、所定値未満のものをハイレベ
ルとして（負論理で）量子化する第二の量子化とを交互
に施す。

【０００８】即ち、この光電変換手段１０は、図４に示
すように、レンズ１１、撮像素子１２を介して入力され
た光情報を、信号処理回路１３によって正論理で濃度値
を電荷に変換する。次いで、同じくこの信号処理回路１
３により上記電荷を蓄えたまま、負論理で濃度値を電荷
に変換する。そして、上記第一の量子化を施された（正
論理で電荷に変換された）画像フレームと、この第一の
量子化に続く第二の量子化を施された（負論理で電荷に
変換された）画像フレームとを比較し、両者で同じ輝度
の画素を打ち消し合わせることにより、動体と見做され
るこれら両者で異なる輝度の画素を抽出自在としたもの
である。この一連の処理を終えたならば、電荷を解放
し、同様の処理を繰り返す。尚、図４で符号１４は同期
回路、符号１５は撮像素子１２を駆動させるための素子
駆動回路である。また、図５は、上記信号処理回路１３
を構成する、動体検出用フレームを得るための回路（Ａ
ＲＣ回路）１７の具体的構成を示している。

【０００９】先発明の動体検出装置は、上述のように構
成されるため、光情報が入力されると、この入力された
光情報は光電変換手段１０によって第一の量子化と第二
の量子化とを交互に施される。これら第一、第二の各量
子化の量子化方向は、互いに逆であるため、上記第一の
量子化を施された画像フレームと、この第一の量子化に
続く第二の量子化を施された画像フレームとを重ね合わ
せれば、これら各フレームに共通する静止部分である両
者で同じ輝度の画素が互いに打ち消し合うため、動体と
見做される、これら両フレームで異なる輝度の画素を抽
出できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した先
発明に係る動体検出方法及び動体検出装置においては、
いずれもポジフレーム（第一の量子化を施された画像フ
レーム）及びネガフレーム（第二の量子化を施された画
像フレーム）を得るための量子化（第一、第二の量子
化）を施し、これら各フレームに共通する静止部分を抽
出する際に、いわゆるパターンマッチングと称される処
理を行っている。このパターンマッチングは、各種部材
の位置決め、文字認識、欠陥検査等に広く利用されてお
り、ＦＡ（ファクトリーオートメーション）の中核とな
る画像技術である。先発明に係る動体検出方法における
パターンマッチングは、上記ポジフレームとネガフレー
ムとを重ね合わせた画像フレーム（動体検出用フレー
ム）に、動体が存在するか否かを迅速に判断するために
行うものであり、濃淡画像による相関を用いてその処理
を行う。このようなパターンマッチングは、周知のよう
に、図２に示すようなスキップ処理とベクトル生成処理
と判定処理とから構成される。このうち、上記スキップ
処理は、濃度値等によって動体が存在しないと推定され
る画像フレームに、次のベクトル生成処理行程を省略さ
せるために行うものである。従って、このスキップ処理
を確実に行えれば、動体検出に要する時間が短縮され
る。更に、有効にスキップ処理を行うことは、ロバスト
性の向上を図ることができ、この点からも好ましい。

【００１１】上述した先発明構造を含む従来構造におい
ては、動体検出に係るパターンマッチングのうち、上述
したスキップ処理に改良の余地があり、この点を改良す
ることにより、動体検出に要する時間の短縮及びロバス
ト性の向上を図ることが望まれていた。

【００１２】この発明は、係る現状に鑑みて創案された
もので、その目的とするところは、動体検出に係わる処
理をより一層迅速に行え、しかも、ロバスト性を向上で
きる動体検出方法を提供しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る動体検出
方法は、請求項１に記載したように、撮像手段により得
られた入力フレームの量子化方向を交互に反転して再量
子化することによりポジフレームとネガフレームとを交
互に出力し、更に、順方向に隣接するポジフレームとネ
ガフレームとに共通する静止部分の濃度値を均一化する
ことにより動体部分を抽出する動体検出方法に関する。
特に、この発明の動体検出方法においては、上記入力フ
レームのうちの少なくとも１枚をサーチ対象フレームと
し、このサーチ対象フレームを構成する全画素から最大
濃度値と最低濃度値とを算出して、それぞれを第一の閾
値及び第二の閾値とするとともに、上記最大濃度値と最
低濃度値との差分を算出して第三の閾値とする。また、
上記入力フレームのうち上記サーチ対象フレームを除く
残りのフレームをテンプレートフレームとし、これらテ
ンプレートフレームを構成する全画素から最大濃度値と
最低濃度値とを算出する。そして、これらテンプレート
フレームから得られた最大濃度値並びに最低濃度値が、
それぞれ上記第一の閾値並びに第二の閾値を越えている
か否かを比較判別し、これら最大濃度値並びに最低濃度
値がいずれも上記第一、第二の各閾値を越えない場合
に、上記テンプレートフレームには動体が存在しないも
のと判断する。

【００１４】更に、上記テンプレートフレームから得ら
れた最大濃度値及び最低濃度値が、いずれも上記第一、
第二の各閾値を越えた場合には、上記テンプレートフレ
ームから得られた最大濃度値と最低濃度値との差分と、
上記第三の閾値と、を比較し、上記差分が上記第三の閾
値よりも小さければ上記テンプレートフレームには動体
が存在しないと判断する。一方、上記テンプレートフレ
ームから得られた最大濃度値及び最低濃度値が、いずれ
も上記第一、第二の各閾値を越えた場合で、上記差分が
上記第三の閾値以上である場合には、上記テンプレート
フレームに動体が存在すると判断する。そして、このよ
うに動体が存在すると判断された際には、従来と同様、
パターンマッチングを構成するベクトル処理に進む。

【００１５】この発明に係る動体検出方法の作用につい
て簡潔に説明すると、前記動体検出用フレームおいて
は、時間的に前のフレームに対して動きのない箇所は中
間濃度値となる（例えば、８ビット濃淡画像では、１２
８前後）。この発明は、このような特性を利用して、テ
ンプレートフレームを構成する画素中に、予め求めてお
いた第一、第二の各閾値よりも突出した画素が存在する
か否かを検出するのである。このような検出は、先ず、
テンプレートフレームの画素中に、上記第一、第二の各
閾値を越える濃度値が存在するか否かを調べ、この濃度
値が第一、第二の各閾値を越えない場合には、テンプレ
ートフレーム内に動体は存在しないと判断する。更に、
上記第一、第二の閾値を越えた場合には、ピーク値によ
る判定を行う。すなわち、サーチ対象フレームによって
得られる第三の閾値と、テンプレートフレームによって
得られる上記差分とを比較し、この差分値が第三の閾値
よりも小さければ、テンプレートフレームに動体が存在
しないと判断する。このように、この発明においては、
２段階に亙ってスキップ処理を施すため、パターンマッ
チング処理の高速化と、ロバスト性の向上とを図れる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の一形態例
について説明する。尚、この発明は、動体の有無を検出
すべくポジフレームとネガフレームとを重ね合わせてな
る画像フレーム（動体検出用フレーム）のうち、動体が
存在しないと推定されるものに対して、パターンマッチ
ングを構成するベクトル生成処理をスキップする処理
に、その特徴を有する。その他の構成並びに作用は、前
述した先発明に係る構造と同様である。したがって、先
発明と同等部分の説明は省略もしくは簡略化し、以下、
この発明の特徴部分を中心に説明する。

【００１７】本形態例においては、先ず、ＣＣＤカメラ
等の撮像素子によって撮影された入力フレームの量子化
方向を交互に反転して再量子化することによりポジフレ
ームとネガフレームとを交互に出力し、更に、順方向に
隣接するポジフレームとネガフレームとに共通する静止
部分の濃度値を均一化して前記動体検出用フレームを得
る。このような前処理は、前述した先発明に係る動体検
出方法と同様である。特に、この発明の動体検出方法に
おいては、図１のフローチャートに示すように、前処理
を施された画像フレームのうちの少なくとも１枚をサー
チ対象フレーム３０とし、このサーチ対象フレーム３０
を構成する全画素から最大濃度値（ＳＨ）と最低濃度値
（ＳＬ）とを算出して、それぞれを第一の閾値ＳＨ及び
第二の閾値ＳＬとする。これとともに、上記最大濃度値
（ＳＨ）と最低濃度値（ＳＬ）との差分（ＳＰＰ）を算
出して第三の閾値ＳＰＰとする（ステップ１）。

【００１８】また、ステップ１と並行するステップ２と
して、上記画像フレームのうち上記サーチ対象フレーム
３０を除く残りのフレームをテンプレートフレーム３１
とし、これらテンプレートフレーム３１を構成する全画
素から最大濃度値ＤＨと最低濃度値ＤＬとを算出する。
このように、サーチ対象フレーム３０及びテンプレート
フレーム３１において、それぞれ各値ＳＨ、ＳＬ、Ｄ
Ｈ、ＤＬを求めたならば、ステップ３として、これらテ
ンプレートフレーム３１から得られた最大濃度値ＤＨ並
びに最低濃度値ＤＬが、それぞれ上記第一の閾値ＳＨ並
びに第二の閾値ＳＬを越えているか否かを比較判別す
る。そして、これら最大濃度値ＤＨ並びに最低濃度値Ｄ
Ｌがいずれも上記第一、第二の各閾値ＳＨ、ＳＬを越え
ない場合（ＤＨ＜ＳＨ、かつ、ＤＬ＞ＳＬ）に、上記テ
ンプレートフレーム３１には動体が存在しないものと判
断し、ベクトル生成処理をスキップする（ステップ
４）。

【００１９】一方、上記テンプレートフレーム３１から
得られた最大濃度値ＤＨ及び最低濃度値ＤＬが、いずれ
も上記第一、第二の各閾値ＳＨ、ＳＬを越えた場合（Ｄ
Ｈ＞＝ＳＨ、かつ、ＤＬ＜＝ＳＬ）には、次のステップ
５に進み、上記テンプレートフレーム３１から得られた
最大濃度値ＤＨと最低濃度値ＤＬとの差分ＤＰＰと、上
記第三の閾値ＳＰＰと、を比較する。尚、上記差分ＤＰ
Ｐは、ステップ２で予め算出しておく。そして、上記差
分ＤＰＰが上記第三の閾値ＳＰＰよりも小さければ（Ｄ
ＰＰ＜ＳＰＰ）、上記テンプレートフレーム３１には動
体が存在しないと判断し、上記ステップ４に跳んでベク
トル生成処理をスキップする。

【００２０】これに対して、上記テンプレートフレーム
３１から得られた最大濃度値ＤＨ及び最低濃度値ＤＬ
が、いずれも上記第一、第二の各閾値ＳＨ、ＳＬを越え
た場合（ＤＨ＞＝ＳＨ、かつ、ＤＬ＜＝ＳＬ）で、上記
差分ＤＰＰが上記第三の閾値ＳＰＰ以上（ＤＰＰ＞＝Ｓ
ＰＰ）である場合には、上記テンプレートフレーム３１
に動体が存在すると判断し、ステップ６のベクトル生成
処理に進む。ベクトル生成処理以降の処理は、前述した
先発明や従来知られた構造と同様である。

【００２１】本形態例の動体検出方法は、上述のように
構成されるため、動体の有無を判定するための処理を迅
速に行える。すなわち、２段階に亙ってスキップ処理を
施すため、パターンマッチング処理の高速化とロバスト
性の向上とを図れる。また、テンプレートフレーム３１
の各濃度値が各閾値を越えているか否かを、高濃度側と
低濃度側との両側に亙って検出するため、偶発的なデー
タスキップの可能性を排除できる。更に、第一、第二、
第三の各閾値を、サーチ対象フレーム３０の全画素から
求めるため、これら各閾値自体も入力画像条件に適した
値を取ることが可能である。

【００２２】尚、上記第一、第二、第三の各閾値ＳＨ、
ＳＬ、ＳＰＰは、以下の式により算出する。

【００２３】

【数１】

【００２４】

【数２】

【００２５】

【数３】

【００２６】但し、上記数１、数２、数３において、Ａ
ｖｅはサーチ対象フレームの全画素数をｎ、各画素の濃
度値をｘとした場合の平均値を表し、ρは分散を表して
いる。上記平均値Ａｖｅは数４により、上記分散ρは数
５により与えられる。尚、上記ＤＨ、ＤＬ、ＤＰＰも同
様にして算出する。

【００２７】

【数４】

【００２８】

【数５】

【００２９】尚、この発明に係る動体検出方法を適用し
た装置としては、前記図４、図５に示す先発明構造に上
述した各値（ＳＨ等）の算出及び比較判断機能を持たせ
ることにより構成できる。即ち、図４に示すように光入
力を電荷信号に変換し、蓄積する光電変換手段１０を備
える。この光電変換手段１０は、光情報を入力するレン
ズ１１と、撮像素子（ＣＣＤ）１２と、信号処理回路１
３と、同期回路１４と、上記撮像素子１２を駆動させる
ための駆動手段１５と、を備える。上記信号処理回路１
３は、ノイズを除去し、映像信号のみを取り出す回路で
あるＣＤＳ１６を含んでいる。このような構成は、従来
から知られたＣＣＤカメラと同様である。そして、上記
レンズ１１と撮像素子１２とが特許請求の範囲に記載し
た撮像手段をなす。

【００３０】更に、上記信号処理回路１３に動体検出処
理回路１７を設けている。この動体検出処理回路１７
は、図５に示すように、入力された光情報をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換器１８と、動体検出処理を施すための各
種前処理を行う前処理回路１９と、正論理により濃度値
を電荷に変換し、更に、この電荷に変換された画像フレ
ームを蓄積するためのフレームメモリ２０と、負論理に
より濃度値を電荷に変換する反転回路２１と、これらフ
レームメモリ２０と反転回路２１とによりそれぞれ得ら
れた画像フレームを合成する合成回路２２と、この合成
回路２２により得られた信号をＤ／Ａ変換して出力する
Ｄ／Ａ変換器２３と、を備えている。符号２４は、入力
された信号の一部をスルー出力信号として送り出すため
の分配器である。

【００３１】上記フレームメモリ２０は、上記前処理回
路１９を介して送られてきた、Ａ／Ｄ変換後の信号を、
その輝度が所定値以上のものをハイレベルとし、所定値
未満のものをローレベルとして（正論理で）量子化する
第一の量子化を施す。そして、この第一の量子化を施さ
れた画像データを蓄積する。一方、上記反転回路２１
は、上記Ａ／Ｄ変換後の信号を、その輝度が所定値以上
のものをローレベルとし、所定値未満のものをハイレベ
ルとして（負論理で）量子化する第二の量子化とを施
す。即ち、上記フレームメモリ２０では、入力された信
号を正論理で濃度値を電荷に変換し、上記反転回路２１
では、入力された信号を負論理で濃度値を電荷に変換す
る。

【００３２】そして、上記フレームメモリ２０に蓄積さ
れた画像フレームと、上記反転回路２１により第二の量
子化を施された画像フレームとを、合成回路２２に送
り、この合成回路２２で両者を合成し比較する。この合
成回路２２において、上記両者で同じ輝度の画素を打ち
消し合わせる。言い換えれば、両者の静止部分の濃度を
均一化する。上記合成回路２２における処理により、Ｄ
／Ａ変換を施されて出力された出力信号においては、上
記静止部分の濃度が均一化されていると共に、動体と見
做されるこれら両者で異なる輝度の画素が抽出されたも
のとなっている。従って、出力された信号中には、上記
動体が浮かび上がった状態となっている。上記合成回路
２２に画像フレーム信号を送った後のフレームメモリ２
０及び反転回路２１は、次の信号を入力し、同様の処理
を行う。又、上記合成回路２２は、出力信号を送り出す
ことによって、新たな入力を待つべく待機する。

【００３３】更に、この動体検出装置は、上記前処理回
路１９等に設けた演算装置（ＭＰＵ、ＣＰＵ）等に、上
述した図１に記載した機能を持たせている。このよう
に、本形態例における動体検出方法を適用した動体検出
装置は、上記演算装置に、図１に示すように作用する機
能のプログラムを記憶させておけば良いため、先発明に
係る装置を利用して容易に構成できる。

【００３４】尚、上記動体検出装置においては、入力画
像をグレースケールとする。入力画像がフルカラー画像
であっても動体の検出を行えるが、フルカラー画像は細
かな色差や彩度差を表現可能であるため、出力画像に余
分な情報を載せてしまう。このため、入力画像としては
グレースケールが好ましい。また、上記装置により動体
の検出を行う場合、当該装置の位置及びアングル、更に
焦点距離は、固定されている必要がある。これらが変化
した場合、この変化によるずれが全て抽出されてしまう
からである。

【００３５】また、従来から広く普及しているパーソナ
ルコンピュータを利用して、この発明に係る動体検出方
法を適用した動体検出装置を構成することもできる。例
えば、前記図４に示す構成各回路１３、１４を一のボー
ド３３上に組みつけ、このボード３３を、パーソナルコ
ンピュータの拡張スロットに装着自在とする。上記ボー
ド３３には、各種前処理とこの発明の特徴部分をなすパ
ターンマッチングとを行う機能を設けることは言うまで
もない。

【００３６】

【発明の効果】この発明に係る動体検出方法は、上述の
ように構成され作用するため、動体検出に関する処理の
迅速化を達成できるとともに、ロバスト性の向上も図る
ことができる。また、偶発的なスキップの可能性を排除
できる。この結果、迅速で効率良い動体検出を行うこと
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本原理を説明するためのフローチャ
ートである。

【図２】パターンマッチングを説明するための略図であ
る。

【図３】動体検出用フレームを得るための原理を示す
図。

【図４】先発明構造を示すブロック図である。

【図５】動体検出処理回路の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１２ 撮像素子 １３ 信号処理 １７ 動体検出処理回回路 ２０ フレームメモリ ２１ 反転回路 ２２ 合成回路 ３０ サーチ対象フレーム ３１ テンプレートフレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小牧 俊一 東京都品川区大崎１丁目６番４号 株式会 社ユーエスシー内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像手段により得られた入力フレームの
   量子化方向を交互に反転して再量子化することによりポ
   ジフレームとネガフレームとを交互に出力し、更に、順
   方向に隣接するポジフレームとネガフレームとに共通す
   る静止部分の濃度値を均一化することにより動体部分を
   抽出する動体検出方法であって、上記入力フレームのう
   ちの少なくとも１枚をサーチ対象フレームとし、このサ
   ーチ対象フレームを構成する全画素から最大濃度値と最
   低濃度値とを算出して、それぞれを第一の閾値及び第二
   の閾値とするとともに、上記最大濃度値と最低濃度値と
   の差分を算出して第三の閾値とし、上記入力フレームの
   うち上記サーチ対象フレームを除く残りのフレームをテ
   ンプレートフレームとし、これらテンプレートフレーム
   を構成する全画素から最大濃度値と最低濃度値とを算出
   し、これらテンプレートフレームから得られた最大濃度
   値並びに最低濃度値が、それぞれ上記第一の閾値並びに
   第二の閾値を越えているか否かを比較判別し、これら最
   大濃度値並びに最低濃度値がいずれも上記第一、第二の
   各閾値を越えない場合に、上記テンプレートフレームに
   は動体が存在しないものと判断し、上記テンプレートフ
   レームから得られた最大濃度値及び最低濃度値が、いず
   れも上記第一、第二の各閾値を越えた場合に、上記テン
   プレートフレームから得られた最大濃度値と最低濃度値
   との差分と、上記第三の閾値と、を比較し、上記差分が
   上記第三の閾値よりも小さければ上記テンプレートフレ
   ームには動体が存在しないと判断し、上記テンプレート
   フレームから得られた最大濃度値及び最低濃度値が、い
   ずれも上記第一、第二の各閾値を越えた場合で、上記差
   分が上記第三の閾値以上である場合に、上記テンプレー
   トフレームに動体が存在すると判断することを特徴とす
   る動体検出方法。