JP6664689B2 - 炎検出装置 - Google Patents
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Description
炎の検出精度に悪影響を与える要因としては、イルミネーション等の外乱光以外にも、種々の要因が考えられる。また、特許文献1の技術は、大規模な空間における炎を早期発見することは困難である。そのため、種々の外乱要因の影響を抑えるとともに、広い空間における炎の早期発見を、画像処理技術を用いて高精度に検出する炎検出装置が望まれている。
本発明は、炎特有の揺らぎを指向性特徴として定量的に抽出し、特に、炎の一部が遮蔽された画像に対しても、炎検出の精度向上を実現することを技術的特徴とするものである。
図1は、本発明の実施の形態1における炎検出装置の構成図である。本実施の形態1における炎検出装置は、画像メモリ10、前処理部20、および炎検出部30を備えている。画像メモリ10は、カメラ1により撮像された画像を、過去一定期間分、時系列データとして記憶できるように、複数フレーム分の画像メモリとして構成されている。
まず始めに、カメラ1から取得された画像に対して、移動体に対応する画素の抽出を行う(ステップ1)。次に、抽出された画素を元に、炎候補領域を作成するとともに、重心位置を算出する(ステップ2)。次に、作成した炎候補領域内で、抽出された移動体の指向性特徴を重心位置を基準として計算する(ステップ3)。そして、最後に、その指向性特徴から炎らしさを判別し、火災の判定を行うこととなる(ステップ4)。
前処理部20は、カメラ1により取得されたカメラ映像から、移動している物体の抽出を行なう。図2は、本発明の実施の形態1における炎検出装置の前処理部20による移動体画素の抽出処理に関する説明図である。なお、図2では、説明をわかりやすくするために、本来の検出対象である炎の代わりに、歩行中の人を移動体として抽出する場合を示している。さらに、この移動体が、背景よりも明るいと仮定して説明する。
(画像a1)移動体が存在しない状態の基準画像(炎が存在しない背景画像に相当)であり、例えば、プログラム起動時などにあらかじめ取得される画像に相当する。
(画像a2)時系列で取得される1サイクル分の画像のうち、ある時刻t−1に取得された画像であり、左側に移動体が撮像された画像を例示している。
(画像a3)時系列で取得される1サイクル分の画像のうち、ある時刻tに取得された画像であり、時刻t−1において左側に存在した移動体が、中央寄りに移動した状態の画像を例示している。
(画像b1)画像a2と画像a3の差分画像であり、時系列差分画像を示している。具体的には、時系列である時刻t−1の画像a2と時刻tの画像a3に基づいて、両画像の対応する画素ごとに、両画素の輝度値(濃淡値)の差分の絶対値を求めることで生成される画像を、時系列差分画像と称している。
(画像b2)画像a1と画像a3の差分画像であり、背景差分画像を示している。具体的には、基準画像a1と時刻tの画像a3に基づいて、両画像の対応する画素ごとに、両画素の輝度値の差分の絶対値を求めることで生成される画像を、背景差分画像と称している。
(画像c1)画像b1に関して所定の閾値により2値化して得られる2値画像であり、時系列差分画像として、所定の閾値以上の差分を有する画素が抽出されることとなる。従って、炎のように揺れている場合には、時刻t−1と時刻tの画像で、一方の時刻のみ炎と検出された画素を抽出できることとなる。
(画像c2)画像b2に関して所定の閾値により2値化して得られる2値画像であり、背景差分画像として、所定の閾値以上の差分を有する画素が抽出されることとなる。従って、時刻tの画像で、炎と検出された画素を抽出できることとなる。
(画像d1)時系列差分に基づく2値画像c1と、背景差分に基づく2値画像c2に基づいて、少なくとも一方の画像で黒の画素を黒とし、両方の画像とも白の画素を白とすることで、炎検出領域を抽出することができる。
前処理部20により1サイクル処理ごとに特定される炎候補領域に対して、本実施の形態1における炎検出部30内の指向性特徴算出部31は、以下の2つの指向性特徴に基づく炎判別処理を行うこととなる。
[炎判別処理1]時系列差分画像に対して、あらかじめ設定した閾値以上の輝度値を有する画素を抽出し、1サイクル間に求まった背景差分画像の重心位置の平均値を基準として、抽出された各画素までの距離に関する角度分布を、極グラフとして算出し、その距離分布状態から炎判別を行う。
[炎判別処理2]時系列差分画像に対して、あらかじめ設定した閾値以上の輝度値を有する画素を抽出し、重心位置を基準として、抽出された各画素の個数に関する角度分布を、極グラフとして算出し、その個数分布状態から炎判別を行う。
Claims (5)
- 監視カメラにより撮像された画像に対して画像処理を施すことにより、炎の発生を検出する炎検出装置であって、
前記監視カメラにより時系列で撮像された複数の画像を時系列画像として記憶するとともに、検出対象である炎が発生していない基準画像を記憶する画像メモリと、
前記画像メモリに記憶された複数Nフレーム(Nは、2以上の整数)からなる1サイクル分の時系列画像に基づいて、画像内に存在する移動体を抽出し、炎の発生の有無を判断する指標となる指向性特徴を算出すべき領域を、候補領域として特定する前処理部と、
前記前処理部により特定された前記候補領域において、前記候補領域に限定して前記指向性特徴の抽出処理を行うことで、炎の発生の有無を判断する炎検出部と
を備え、
前記炎検出部は、前記時系列画像のうちの隣接する画像間の差分として得られる時系列差分画像のそれぞれについて、あらかじめ設定した閾値以上の輝度値を有する画素を前記候補領域に限定して抽出し、抽出した前記画素の前記候補領域内での分布から前記指向性特徴を算出し、算出した前記指向性特徴が所定範囲内の指向性を有している場合には、抽出した前記移動体が炎である可能性が高いと判定する
炎検出装置。 - 前記前処理部は、特定した前記候補領域内の各画素について、前記複数Nフレームからなる1サイクル分の時系列画像に基づいて、前記時系列画像と前記基準画像との差分として得られる背景差分画像の積算値に対する重心位置を算出し、
前記炎検出部は、前記候補領域を特定したサイクルの次のサイクルにおいて、前記時系列画像のうちの隣接する画像間の差分として得られる時系列差分画像のそれぞれについて、あらかじめ設定した閾値以上の輝度値を有する画素を前記候補領域に限定して抽出し、前記重心位置を基準としたときの、前記重心位置と抽出された各画素との位置関係から前記指向性特徴を算出し、算出した前記指向性特徴が所定範囲内の指向性を有している場合には、抽出した前記移動体が炎である可能性が高いと判定する
請求項1に記載の炎検出装置。 - 前記炎検出部は、
前記重心位置を基準としたときの抽出された各画素までの距離を算出するとともに、前記重心位置を通る水平線を基準線として、前記重心位置と前記抽出された各画素とを結ぶ線分の基準線に対する角度を算出し、それぞれの角度に応じた距離分布を距離の極グラフとして作成し、
最も大きい距離に対応する方向と2番目に大きい距離に対応する方向との角度差、および最も大きい距離に対応する方向と3番目に大きい距離に対応する方向との角度差が、ともに第1許容角度範囲内であれば、前記距離の極グラフが指向性を有していると判断し、抽出した前記移動体が炎である可能性が高いと判定する
請求項2に記載の炎検出装置。 - 前記炎検出部は、
前記重心位置を基準としたときの抽出された各画素までの距離を算出するとともに、前記重心位置を通る水平線を基準線として、前記重心位置と前記抽出された各画素とを結ぶ線分の基準線に対する角度を算出し、それぞれの角度に応じた距離分布を距離の極グラフとして作成し、
前記基準線からの角度を角度分解能毎にグループ化し、各グループ内に存在する前記抽出された画素の個数を算出し、それぞれの角度に応じた個数分布を個数の極グラフとして作成し、
前記個数の極グラフから、最も多い個数に対応する角度を第1角度、2番目に多い個数に対応する角度を第2角度、3番目に多い個数に対応する角度を第3角度として特定し、
前記距離の極グラフに関して全角度での平均距離を求め、前記第1角度に対応する方向の距離と前記平均距離との差の絶対値、および前記第3角度に対応する方向の距離と平均距離との差の絶対値が、ともに所定の許容距離範囲内にある場合には、抽出した前記移動体が炎でないと判定する
請求項2または3に記載の炎検出装置。 - 前記炎検出部は、
前記重心位置を通る水平線を基準線として、前記基準線からの角度を角度分解能毎にグループ化し、各グループ内に存在する前記抽出された画素の個数を算出し、それぞれの角度に応じた個数分布を個数の極グラフとして作成し、
最も多い個数に対応する方向と2番目に多い個数に対応する方向との角度差、および最も多い個数に対応する方向と3番目に多い個数に対応する方向との角度差が、ともに第2許容角度範囲内であれば、前記個数の極グラフが指向性を有していると判断し、抽出した前記移動体が炎である可能性が高いと判定する
請求項2から4のいずれか1項に記載の炎検出装置。
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