JP5222909B2 - Collapse detection system and collapse detection method - Google Patents
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Description
本発明は、崖崩れなどの崩落を映像により検知する崩落検知システム及び崩落検知方法に関し、特に、大規模崩落の前兆となる小石の落下などの微小な崩落現象を検知する崩落検知システム及び崩落検知方法に関する。 The present invention relates to a collapse detection system and a collapse detection method for detecting a collapse such as a cliff collapse, and more particularly, to a collapse detection system and a collapse detection for detecting a small collapse phenomenon such as a pebbles falling as a precursor of a large-scale collapse. Regarding the method.
一般に、崖崩れなどの監視においては、ワイヤセンサを用いて大きな岩の崩落等を検知している。災害現場における復旧工事など土砂災害危険箇所の作業においては、大規模な崩落の前兆となる小石の落下などの小さな崩落(以下、「小崩落」と記す)を発見することにより、未然に危険を回避することも重要である。通常、監視員を配置し、危険箇所の目視の監視を行うが、人間では広い範囲をカバーするのは困難であり、人間をサポートする手段として、機械による監視が望まれている。 In general, in monitoring of a landslide, a large rock collapse is detected using a wire sensor. In the work at the risk point of earth and sand disaster such as restoration work at the disaster site, it is possible to reduce the risk by discovering small collapses (hereinafter referred to as “small collapses”) such as pebbles falling as a precursor to a large collapse. It is also important to avoid it. Usually, a supervisor is assigned to visually monitor a dangerous spot. However, it is difficult for a human to cover a wide range, and monitoring by a machine is desired as a means for supporting a human.
土砂災害に特化した映像監視の先行事例は多くないが、小石の落下を移動物体とみなすと、人物や車両の監視の分野では、様々な移動物体検知技術が検討されている。しかしながら、監視映像において、小崩落が監視対象領域に比して非常に小さいこと、背景となる斜面と同系色であることから、通常の移動物体検知手法では、小崩落をノイズなどと識別することが困難という課題があった。この課題を解決する手法として、監視映像の各フレームを時系列的に並べた時空間上で、ノイズは孤立点になるのに対して、崩落は連続的な軌跡を形成することに着目し、ノイズとの識別性能を向上させることを特徴とした時空間ガボールフィルタを用いる手法がある(非特許文献1)。 There are not many precedent examples of video surveillance specializing in earth and sand disasters, but considering moving pebbles as moving objects, various moving object detection technologies are being studied in the field of monitoring humans and vehicles. However, in the surveillance video, the small collapse is very small compared to the monitored area, and the color is similar to the background slope, so the normal moving object detection method identifies the small collapse as noise etc. There was a problem that it was difficult. As a technique to solve this problem, focusing on the fact that noise becomes an isolated point in the space-time where the frames of the monitoring video are arranged in time series, the collapse forms a continuous trajectory, There is a technique using a spatio-temporal Gabor filter characterized by improving the discrimination performance from noise (Non-patent Document 1).
時空間ガボールフィルタは、ガウス関数を窓関数として正弦波を局在化した三次元ガボール関数によるたたみ込み演算により、入力画像の局所的な時空間周波数情報を得るものである。通常、複数の種類の時空間ガボールフィルタを用意し、フィルタセットを構成する。用意した全ての時空間ガボールフィルタで動きエネルギーを算出することで、様々な軌跡を生じる動きに対して応答を得ることが可能となる。具体的には、時空間ガボールフィルタには、対応するパラメータが物体の移動方向・速度と一致する場合に強く応答する性質があることを踏まえ、小崩落として想定される速度、移動方向等に対するガボールフィルタの応答(動きエネルギー)が予め定めた閾値を超えたときに小崩落が発生したと判断する。 The spatiotemporal Gabor filter obtains local spatiotemporal frequency information of an input image by a convolution operation using a three-dimensional Gabor function in which a sine wave is localized using a Gaussian function as a window function. Usually, a plurality of types of spatiotemporal Gabor filters are prepared and a filter set is configured. By calculating the motion energy with all the spatiotemporal Gabor filters prepared, it is possible to obtain a response to the motion that causes various trajectories. Specifically, given that the spatio-temporal Gabor filter has a strong response when the corresponding parameter matches the moving direction / velocity of the object, Gabor for the speed, moving direction, etc. that is assumed to be small collapse. When the filter response (kinetic energy) exceeds a predetermined threshold, it is determined that a small collapse has occurred.
ところで、映像監視においては、検知対象と映像に含まれるノイズとの識別に加えて、虫の飛翔などの崩落現象以外の変化(外乱現象)との識別も必要である。小崩落は斜面の上から下に向かって生じる現象であり、その方向は事前に想定できることから、斜面の上下方向の移動に強く応答する時空間ガボールフィルタを用いて、時空間ガボールフィルタの物体の移動方向に対する応答特性を利用すれば、一定レベルの小崩落と外乱現象の識別は可能である。 By the way, in video surveillance, in addition to identifying a detection target and noise included in the video, it is also necessary to identify a change (disturbance phenomenon) other than a collapse phenomenon such as flying insects. Small collapse is a phenomenon that occurs from the top to the bottom of the slope, and its direction can be assumed in advance, so a spatio-temporal Gabor filter that responds strongly to the vertical movement of the slope is used. If the response characteristic with respect to the moving direction is used, it is possible to distinguish a certain level of small collapse and disturbance.
しかしながら、時空間ガボールフィルタの応答は、検知対象の移動方向(時空間的な特徴)に加えて、検知対象の形状や背景とのコントラスト(輝度差)などの空間的な特徴にも影響を受ける。小崩落は、コントラストが低い順方向運動とみなせるが、例えば、背景とのコントラストの高い鳥が時空間ガボールフィルタの方向に直交運動を行う場合、両者の識別は原理的に困難である。即ち、移動方向・速度の時空間ガボールフィルタの応答特性に基づく手法では、必ずしも外乱現象と小崩落の識別ができなかった。 However, the spatio-temporal Gabor filter response is affected not only by the movement direction (spatio-temporal characteristics) of the detection target but also by spatial characteristics such as the shape of the detection target and the contrast (brightness difference) with the background. . The small collapse can be regarded as a forward motion with a low contrast, but for example, when a bird with a high contrast with the background performs an orthogonal motion in the direction of the spatiotemporal Gabor filter, it is theoretically difficult to distinguish between the two. That is, the method based on the response characteristics of the spatiotemporal Gabor filter in the moving direction and speed cannot always distinguish between the disturbance phenomenon and the small collapse.
本発明は、上述した従来の技術に鑑み、検知対象である崩落を外乱現象と識別して正確に検知することのできる崩落検知システム及び崩落検知方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a collapse detection system and a collapse detection method that can accurately detect a collapse that is a detection target as a disturbance phenomenon, in view of the conventional technology described above.
上記目的を達成するため、第1の態様に係る発明は、崩落を検知する崩落検知システムであって、検知対象の監視映像を撮影する撮影部と、異なる二つの移動方向に対して強く応答する二つの時空間ガボールフィルタを用いて、前記二つの移動方向毎に動きエネルギーを最大とする速度を、前記撮影部により撮影された映像内の各画素の二次元速度の当該方向への正射影成分とみなして二次元速度を算出する算出部と、前記二つの移動方向毎の動きエネルギーの最大値が所定の閾値以上であり、且つ、前記二次元速度が所定の範囲内にある場合、当該画素の箇所にて崩落が発生したと判定する判定部とを備えたことを要旨とする。 In order to achieve the above object, the invention according to the first aspect is a collapse detection system that detects a collapse, and strongly responds to two different moving directions from a shooting unit that captures a monitoring video to be detected. Using two spatio-temporal Gabor filters, the orthogonal projection component in the direction of the two-dimensional velocity of each pixel in the image captured by the imaging unit is set as the speed at which the movement energy is maximized for each of the two moving directions. A calculation unit that calculates a two-dimensional velocity by assuming that the maximum value of motion energy for each of the two moving directions is equal to or greater than a predetermined threshold, and the two-dimensional velocity is within a predetermined range, The gist of the present invention is that it includes a determination unit that determines that a collapse has occurred at the location.
第2の態様に係る発明は、第1の態様に係る発明において、前記時空間ガボールフィルタにより検知される二つの移動方向成分が互いに直交関係にあることを要旨とする。 The gist of the invention according to the second aspect is that, in the invention according to the first aspect, the two moving direction components detected by the spatiotemporal Gabor filter are orthogonal to each other.
第3の態様に係る発明は、第1又は第2の態様に係る発明において、前記時空間ガボールフィルタにより検知される移動方向の組を複数備え、前記算出部が、各移動方向の動きエネルギーが所定の閾値を超える前記時空間ガボールフィルタの組から算出される前記二次元速度の平均値をもって当該画素の前記二次元速度とすることを要旨とする。 The invention according to a third aspect is the invention according to the first or second aspect, comprising a plurality of sets of moving directions detected by the spatio-temporal Gabor filter, wherein the calculating unit has the movement energy in each moving direction. The gist is that an average value of the two-dimensional velocities calculated from the set of the spatio-temporal Gabor filters exceeding a predetermined threshold is used as the two-dimensional velocities of the pixel.
第4の態様に係る発明は、第1から第3のいずれかの態様に係る発明において、更に、前記撮影部により撮影された映像から得られるフレーム間差分値を元の画像に重ね合わせて崩落領域を強調する強調処理部を備えたことを要旨とする。 The invention according to a fourth aspect is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein the inter-frame difference value obtained from the video imaged by the imaging unit is superimposed on the original image and collapsed. The gist is that an enhancement processing unit for emphasizing a region is provided.
第5の態様に係る発明は、第1から第4のいずれかの態様に係る発明において、前記判定部が、空間的に孤立している画素を排除するモルフォロジー処理を実施し、そのモルフォロジー処理画像を用いて崩落が発生したか否かを判定することを要旨とする。 The invention according to a fifth aspect is the invention according to any one of the first to fourth aspects, wherein the determination unit performs a morphological process for excluding spatially isolated pixels, and the morphologically processed image thereof The gist is to determine whether or not a collapse has occurred.
また、上記目的を達成するため、第6の態様に係る発明は、崩落を検知する崩落検知方法であって、検知対象の監視映像を撮影する撮影ステップと、異なる二つの移動方向に対して強く応答する二つの時空間ガボールフィルタを用いて、前記二つの移動方向毎に動きエネルギーを最大とする速度を、前記撮影ステップで撮影された映像内の各画素の二次元速度の当該方向への正射影成分とみなして二次元速度を算出する算出ステップと、前記二つの移動方向毎の動きエネルギーの最大値が所定の閾値以上であり、且つ、前記二次元速度が所定の範囲内にある場合、当該画素の箇所にて崩落が発生したと判定する判定ステップとを備えたことを要旨とする。 In order to achieve the above object, the invention according to the sixth aspect is a collapse detection method for detecting collapse, and is strong against two different moving directions, and a shooting step for capturing a monitoring image to be detected. Using the two spatio-temporal Gabor filters that respond, the speed at which the movement energy is maximized in each of the two moving directions is determined so that the two-dimensional speed of each pixel in the image taken in the photographing step is positive in that direction. A calculation step of calculating a two-dimensional velocity by regarding it as a projection component, and when the maximum value of motion energy for each of the two movement directions is equal to or greater than a predetermined threshold, and the two-dimensional velocity is within a predetermined range, The gist of the invention is that it includes a determination step for determining that a collapse has occurred at the location of the pixel.
第7の態様に係る発明は、第6の態様に係る発明において、前記時空間ガボールフィルタにより検知される二つの移動方向成分が互いに直交関係にあることを要旨とする。 The gist of the seventh aspect of the invention is that, in the sixth aspect of the invention, the two moving direction components detected by the spatiotemporal Gabor filter are orthogonal to each other.
第8の態様に係る発明は、第6又は第7の態様に係る発明において、前記時空間ガボールフィルタにより検知される移動方向の組を複数備え、前記算出ステップで、各移動方向の動きエネルギーが所定の閾値を超える前記時空間ガボールフィルタの組から算出される前記二次元速度の平均値をもって当該画素の前記二次元速度とすることを要旨とする。 The invention according to an eighth aspect is the invention according to the sixth or seventh aspect, comprising a plurality of sets of movement directions detected by the spatio-temporal Gabor filter, wherein the movement energy in each movement direction is determined in the calculating step. The gist is that an average value of the two-dimensional velocities calculated from the set of the spatio-temporal Gabor filters exceeding a predetermined threshold is used as the two-dimensional velocities of the pixel.
第9の態様に係る発明は、第6から第8のいずれかの態様に係る発明において、更に、前記撮影ステップで撮影された映像から得られるフレーム間差分値を元の画像に重ね合わせて崩落領域を強調する強調処理ステップを備えたことを要旨とする。 The invention according to the ninth aspect is the invention according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein the inter-frame difference value obtained from the video shot in the shooting step is further superimposed on the original image and collapsed. The gist is that an emphasis processing step for emphasizing a region is provided.
第10の態様に係る発明は、第6から第9のいずれかの態様に係る発明において、前記判定ステップで、空間的に孤立している画素を排除するモルフォロジー処理を実施し、そのモルフォロジー処理画像を用いて崩落が発生したか否かを判定することを要旨とする。 The invention according to a tenth aspect is the invention according to any one of the sixth to ninth aspects, wherein a morphological process for excluding spatially isolated pixels is performed in the determination step, and the morphologically processed image The gist is to determine whether or not a collapse has occurred.
本発明によれば、検知対象である崩落を外乱現象と識別して正確に検知することのできる崩落検知システム及び崩落検知方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a collapse detection system and a collapse detection method that can accurately detect a collapse that is a detection target by identifying it as a disturbance phenomenon.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
まず、本発明の概要を説明する。すなわち、本発明では、異なる二つの移動方向に対して強く応答する二つの時空間ガボールフィルタのセットを用い、この二つの移動方向毎に動きエネルギーを最大とする速度を、画面上の二次元速度の当該方向への正射影成分とみなして二次元速度を算出する。これにより、監視画面の各画素の速度である二次元ベクトル量(以下、「速度ベクトル」や「二次元速度」と記す)を求めることを特徴とする。そして、時空間ガボールフィルタに対する応答(動きエネルギー)が所定の閾値以上あり、且つ、速度ベクトルが小崩落として想定される範囲内にあるか否かを判定する。このようにすれば、時空間ガボールフィルタのセットにより検知された画面上の移動物体が小崩落であるかその他の外乱現象であるかを識別することが可能となる。
(First embodiment)
First, the outline of the present invention will be described. That is, in the present invention, a set of two spatio-temporal Gabor filters that respond strongly to two different moving directions is used, and the speed at which the movement energy is maximized for each of the two moving directions is determined as a two-dimensional speed on the screen. The two-dimensional velocity is calculated by assuming that it is an orthogonal projection component in the corresponding direction. Thus, a two-dimensional vector amount (hereinafter referred to as “speed vector” or “two-dimensional speed”) that is the speed of each pixel on the monitoring screen is obtained. Then, it is determined whether or not the response (motion energy) to the spatiotemporal Gabor filter is greater than or equal to a predetermined threshold value and the velocity vector is within a range that is assumed to be small collapse. In this way, it is possible to identify whether the moving object on the screen detected by the set of spatio-temporal Gabor filters is a small collapse or other disturbance phenomenon.
図1は、本発明の実施の形態における崩落検知システム10の構成図である。この崩落検知システム10は、崖崩れなどの崩落を映像により検知するシステムであって、機能的には、撮影部11と、三次元データ作成部12と、算出部13と、判定部14と、出力部15と、記憶部15とを備えている。撮影部11は、検知対象の監視映像を撮影する。三次元データ作成部12は、撮影部11により撮影された映像を用いて二次元の画像×時間の三次元データを作成する。算出部13は、異なる二つの移動方向に対して強く応答する二つの時空間ガボールフィルタを用いて、二つの移動方向毎に動きエネルギーを最大とする速度を、三次元データ作成部12により作成された三次元データ(撮影部11により撮影された映像)内の各画素の二次元速度の当該方向への正射影成分とみなして二次元速度を算出する。判定部14は、二つの移動方向毎の動きエネルギーの最大値が所定の閾値以上であり、且つ、二次元速度が所定の範囲内にある場合、当該画素の箇所にて崩落が発生したと判定する。出力部15は、判定部14の判定結果を液晶ディスプレイ等に出力する。記憶部16は、判定部14の判定処理に用いられる各種パラメータ(動きエネルギーや速度ベクトル等)を記憶している。
FIG. 1 is a configuration diagram of a
図2は、本発明の実施の形態における崩落検知システム10の動作を示すフローチャートである。以下、図2を用いて崩落検知システム10の構成を動作とともに説明する。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the
まず、監視映像は、二次元の画像×時間の三次元データに変換され、その三次元データの時空間的な特徴抽出処理として時空間ガボールフィルタ処理が施される(ステップS1→S2→S3、S5)。時空間ガボールフィルタにより異なる二つの方向の速度成分を算出し(ステップS4、S6)、これをベクトル加算して二次元の速度ベクトルとして各画素の画面上の動きを捉え(ステップS7)、その結果を用いて小崩落の判定処理を実施する(ステップS8)。 First, the monitoring video is converted into two-dimensional image × time three-dimensional data, and a spatio-temporal Gabor filter process is performed as a spatio-temporal feature extraction process of the three-dimensional data (steps S 1 → S 2 → S 3, S5). The velocity components in two different directions are calculated by the spatio-temporal Gabor filter (steps S4 and S6), and these are added together to capture the movement of each pixel on the screen as a two-dimensional velocity vector (step S7). Is used to carry out a small collapse determination process (step S8).
時空間ガボールフィルタ処理は、入力画像の動きの特徴を捉える特徴抽出処理であり、具体的には、入力画像(I)と線形フィルタ(gφ)で畳み込み演算(*で表す)を施し、反応強度(rφ)から動きエネルギー(E)を得るものである。
なお、線形フィルタ(gφ)は以下の式で表される。
ここで、γは空間スケールの大きさ、σは空間平面に掛かるガウス関数の標準偏差、vは空間平面に掛かるガウス関数の中心位置を表す速度、λは空間的周期(1/λは空間周波数)、φは位相の補正、μtは時間方向に掛かるガウス関数の平均値、τは時間方向に掛かるガウス関数の標準偏差、θはフィルタの空間的方向を表す。θは崩落の方向に対応し、vは崩落の速度と対応する。反対方向に移動する場合、速度vは負の値となる。線形フィルタは、方向(θ)と速度(v)と周期(λ)のパラメータで構成されている。例えば、4×4pixel程度の下向きにフレーム毎に3ピクセル程度移動する崩落の検知を目的とする場合には、θ=0°(下向き)、v =3pixel/frame、λ=8pixelのような設定が適当である。無論、これ以外の値をパラメータとすることも可能であり、パラメータを変化させることで検知特性を変えることができる。 Where γ is the size of the spatial scale, σ is the standard deviation of the Gaussian function applied to the spatial plane, v is the velocity representing the center position of the Gaussian function applied to the spatial plane, λ is the spatial period (1 / λ is the spatial frequency) ), Φ is the phase correction, μ t is the average value of the Gaussian function applied in the time direction, τ is the standard deviation of the Gaussian function applied in the time direction, and θ represents the spatial direction of the filter. θ corresponds to the direction of collapse, and v corresponds to the speed of collapse. When moving in the opposite direction, the velocity v has a negative value. The linear filter is composed of parameters of direction (θ), velocity (v), and period (λ). For example, if you want to detect a collapse that moves about 3 pixels per frame downwards by about 4 x 4 pixels, you can set θ = 0 ° (downward), v = 3 pixels / frame, and λ = 8 pixels. Is appropriate. Of course, other values can be used as parameters, and the detection characteristics can be changed by changing the parameters.
異なる二つの方向の速度成分を求めるとは、二方向(θ1、θ2)に対して、各方向でそれぞれ動きエネルギー(E1、E2)を最大とする速度(v1、v2)を求めることである。図3は、二つの方向でそれぞれ求まった速度(v1、v2)と二次元の速度ベクトル(v)の関係を表したものである。この図に示すように、速度(v1、v2)は、速度ベクトル(v)を各方向(θ1、θ2)に対して正射影した値となる。二つの方向の単位ベクトルをe1、e2と置くと、二次元速度ベクトルは以下のように求まる。 Obtaining velocity components in two different directions means that the velocity (v 1 , v 2 ) maximizes the motion energy (E 1 , E 2 ) in each direction with respect to the two directions (θ 1 , θ 2 ). Is to seek. FIG. 3 shows the relationship between the velocity (v 1 , v 2 ) obtained in two directions and the two-dimensional velocity vector (v). As shown in this figure, the velocity (v 1 , v 2 ) is a value obtained by orthogonally projecting the velocity vector (v) with respect to each direction (θ 1 , θ 2 ). When unit vectors in two directions are set as e 1 and e 2 , the two-dimensional velocity vector is obtained as follows.
v=((v 1- v 2cos(Δθ))e 1+(v 2- v 1cos(Δθ)) e2) / (1- cos2(Δθ))
ただし、Δθ=θ1 - θ2
なお、二次元の速度ベクトルは、任意の異なる二つの移動方向の速度成分が求まれば算出可能である。二つの移動方向が互いに直交関係にあれば、速度ベクトル(v)は以下の式に簡略化することができる。
v = ((v 1 -v 2 cos (Δθ)) e 1 + (v 2 -v 1 cos (Δθ)) e 2 ) / (1- cos 2 (Δθ))
However, Δθ = θ 1 -θ 2
Note that the two-dimensional velocity vector can be calculated if velocity components in any two different moving directions are obtained. If the two moving directions are orthogonal to each other, the velocity vector (v) can be simplified to the following equation.
v=v 1e 1+v 2e2
図4は、判定部14の判定処理の一例を示すフローチャートである。まず、動きエネルギー(E1、E2)が予め定められた閾値を超えるか否かをもって、当該箇所に移動物体があるか否かを判定する(ステップS11→S12)。すなわち、動きエネルギー(E1、E2)が予め定められた閾値を超える場合は移動物体があると判定し、一方、動きエネルギー(E1、E2)が予め定められた閾値を超えない場合は移動物体がないと判定する(ステップS13)。次いで、速度ベクトル(v)が予め想定される範囲内にあるか否かをもって、検知対象である小崩落であるか否かを判定する(ステップS14)。すなわち、速度ベクトル(v)が予め想定される範囲内にある場合は小崩落であると判定し(ステップS16)、一方、速度ベクトル(v)が予め想定される範囲内にない場合は虫の飛翔などの外乱現象であると判定する(ステップS15)。
v = v 1 e 1 + v 2 e 2
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the determination process of the
図5は、速度ベクトル(v)による識別を説明するための図である。この図に示すように、監視対象斜面21と監視条件(撮影条件)が決まれば、その中で崩落として想定される速度ベクトルは一定の範囲22に限定される。そこで、判定部14は、動きエネルギー(E1、E2)により移動物体と認識された場所において、想定される範囲22内に速度ベクトル(v)が存在する場合、その移動物体は小崩落であると判定する。一方、想定される範囲22外に速度ベクトル(v´)が存在する場合、その移動物体は虫の飛翔などの外乱現象であると判定する。
FIG. 5 is a diagram for explaining identification by the velocity vector (v). As shown in this figure, if the
以上のように、本発明の第1の実施の形態における崩落検知システム10によれば、検知対象である崩落を外乱現象と識別して正確に検知することができる。すなわち、崖崩れや地すべり等をその前兆現象段階から虫の飛翔のような外乱現象と識別して自動検知できるようになるため、災害復旧活動現場その他、土砂災害危険箇所における作業の安全確保(災害の未然の防止)が容易になる。これらの自動検知システムでは誤報が問題となるが、本発明は外乱現象との識別における課題を解決するものであり、実用性の向上に寄与するものである。防災システムの一機能として、崩落発生の判定結果から監視センタや防災責任者へアラームやメール配信等の警報を自動発信する機能と組み合わせることで土砂災害監視における早期発見が可能になる。
As described above, according to the
なお、判定部14は、空間的に孤立している画素を排除するモルフォロジー処理を実施し、そのモルフォロジー処理画像を用いて崩落が発生したか否かを判定してもよい。時空間ガボールフィルタ処理(動きエネルギー(E1、E2))において、必ずしもノイズを完全に除去できるわけではないが、非特許文献1に開示されている通り、時空間ガボールフィルタ処理はノイズとの識別性能に優れており、一般的な孤立点除去手法であるモルフォロジー処理を組み合わせることで、さらに精度を向上させることも可能である。
Note that the
また、ここでは監視映像をそのまま利用することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、撮影部11により撮影された映像から得られるフレーム間差分値を元の画像に重ね合わせて崩落領域を強調する強調処理部を備えてもよい。具体的に説明すると、下記の式のように、各画素値の時間差分絶対値を取り、元画像に足し合わせることで、崩落に伴う僅かな変化を強調することができる。
ここで、I´tは強調後の時刻tのフレームの画素値、Itは時刻tのフレームの画素値、It-1は時刻t-1のフレームの画素値、αは強調の程度を示す係数、nは指数である。ノイズによる変化も強調されるため、過度にノイズが多い監視映像には適さないが、時空間ガボールフィルタはノイズとの識別性能が優れているため、コントラストが小さい映像で感度を上げるには有効である。 Here, I't is the pixel value of the frame at time t after enhancement, the pixel value of frame I t is the time t, the pixel value of the frame I t-1 at time t-1, alpha is the degree of emphasis The coefficient shown, n is an index. The change due to noise is also emphasized, so it is not suitable for surveillance images with excessive noise, but the spatio-temporal Gabor filter has excellent discrimination performance from noise, so it is effective for increasing the sensitivity of images with low contrast. is there.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態では、速度ベクトル(v)を算出するに際して、時空間ガボールフィルタのパラメータの組(θ1、θ2)を複数の方向の組み合わせで並列実施し、その結果の平均値に置き換える。すなわち、時空間ガボールフィルタにより検知される移動方向の組を複数備え、算出部13は、各移動方向の動きエネルギーが所定の閾値を超える時空間ガボールフィルタの組から算出される二次元速度の平均値をもって当該画素の二次元速度とする。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, when calculating the velocity vector (v), a set of parameters (θ 1 , θ 2 ) of the spatio-temporal Gabor filter is implemented in parallel in a plurality of directions, and the average value of the results is obtained. replace. That is, the
図6は、直交するパラメータ(θ1、θ2)を22.5°毎にずらした4組のフィルタ(以下「フィルタペア」と呼ぶ)を用いた場合を示し、図7は、この場合の崩落検知システム10の動作を示している。無論、フィルタペアの数は4組に限定されるものではない。本実施の形態は、基本的には、複数フィルタペアで求められた速度ベクトルを統合する平均処理(S31)が前記第1の実施の形態に加わるものである。ただし、この平均処理では動きエネルギー閾値による識別を行い、有効な速度ベクトルのみで平均処理を行う点(動きエネルギー閾値処理を行うプロセス)が単純な平均処理と異なる。動きエネルギー閾値は、記憶部16に予め記憶されている。判定部14は、平均処理する行程で動きエネルギーが閾値を超えるフィルタペアが存在しない場合、当該箇所には移動物体がないと判定する(ステップS32)。
FIG. 6 shows a case where four sets of filters (hereinafter referred to as “filter pairs”) in which orthogonal parameters (θ 1 , θ 2 ) are shifted every 22.5 ° are used, and FIG. The operation of the
崩落物、あるいは外乱現象の形状その他空間的な特徴によっては、時空間ガボールフィルタへの応答に方向依存性がある。複数のフィルタペアを用いて平均化することにより、これらの依存性の影響を軽減することが可能となる。また、時空間ガボールフィルタによる各方向の速度(v1、v2)算出においては、実用上、離散的な代表値の計算から求めることとなり、丸め誤差等を避けることは困難であるが、この平均化処理により丸め誤差等の影響を低減することも可能となる。他方、必要以上にフィルタを用意することは、計算コスト等の観点からは不利となる。しかしながら、計算機の能力に応じてフィルタペアを増やすことで、より精度の良い速度ベクトルの算出、延いては、小崩落と外乱現象の識別精度の向上が可能となる。 The response to the spatiotemporal Gabor filter has a direction dependency depending on the shape of the collapsed object, disturbance phenomenon, or other spatial characteristics. By averaging using a plurality of filter pairs, the influence of these dependencies can be reduced. Further, in calculating the velocity (v 1 , v 2 ) in each direction by the spatio-temporal Gabor filter, it is practically obtained from calculation of discrete representative values, and it is difficult to avoid rounding errors and the like. It is also possible to reduce the influence of rounding errors and the like by the conversion processing. On the other hand, providing a filter more than necessary is disadvantageous from the viewpoint of calculation cost and the like. However, by increasing the number of filter pairs in accordance with the ability of the computer, it is possible to calculate a speed vector with higher accuracy, and to improve the accuracy of identifying small collapses and disturbance phenomena.
以上のように、本発明の第2の実施の形態における崩落検知システム10によれば、複数フィルタペアで求められた速度ベクトルを統合する平均処理を行うようにしているので、より精度良く検知対象である崩落を外乱現象と識別することができる。
As described above, according to the
なお、本発明は、土砂災害前兆現象と同様の背景環境と同系色の微小体の移動検知全般に対しても有効である。例えば、照明が利用できない低コントラスト環境での生物の監視などへの適用も可能である。 It should be noted that the present invention is also effective for general movement detection of microscopic objects having the same color as the background environment similar to the landslide disaster precursor. For example, it can be applied to monitoring of living things in a low-contrast environment where illumination is not available.
10…崩落検知システム
11…撮影部
12…三次元データ作成部
13…算出部
14…判定部
15…出力部
16…記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
検知対象の監視映像を撮影する撮影部と、
異なる二つの移動方向に対して強く応答する二つの時空間ガボールフィルタを用いて、前記二つの移動方向毎に動きエネルギーを最大とする速度を、前記撮影部により撮影された映像内の各画素の二次元速度の当該方向への正射影成分とみなして二次元速度を算出する算出部と、
前記二つの移動方向毎の動きエネルギーの最大値が所定の閾値以上であり、且つ、前記二次元速度が所定の範囲内にある場合、当該画素の箇所にて崩落が発生したと判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする崩落検知システム。 A collapse detection system for detecting a collapse,
A shooting section for shooting the surveillance video to be detected;
Using two spatio-temporal Gabor filters that respond strongly to two different moving directions, the speed at which the movement energy is maximized for each of the two moving directions is determined for each pixel in the image taken by the photographing unit. A calculation unit that calculates a two-dimensional velocity by regarding the orthogonal projection component of the two-dimensional velocity in the direction;
A determination unit that determines that a collapse has occurred at a location of the pixel when the maximum value of the motion energy for each of the two moving directions is equal to or greater than a predetermined threshold and the two-dimensional velocity is within a predetermined range. When,
A collapse detection system characterized by comprising:
前記算出部は、各移動方向の動きエネルギーが所定の閾値を超える前記時空間ガボールフィルタの組から算出される前記二次元速度の平均値をもって当該画素の前記二次元速度とすることを特徴とする請求項1又は2記載の崩落検知システム。 A plurality of sets of moving directions detected by the spatiotemporal Gabor filter,
The calculation unit uses the average value of the two-dimensional velocities calculated from the set of spatio-temporal Gabor filters in which movement energy in each moving direction exceeds a predetermined threshold value as the two-dimensional velocity of the pixel. The collapse detection system according to claim 1 or 2.
検知対象の監視映像を撮影する撮影ステップと、
異なる二つの移動方向に対して強く応答する二つの時空間ガボールフィルタを用いて、前記二つの移動方向毎に動きエネルギーを最大とする速度を、前記撮影ステップで撮影された映像内の各画素の二次元速度の当該方向への正射影成分とみなして二次元速度を算出する算出ステップと、
前記二つの移動方向毎の動きエネルギーの最大値が所定の閾値以上であり、且つ、前記二次元速度が所定の範囲内にある場合、当該画素の箇所にて崩落が発生したと判定する判定ステップと、
を備えたことを特徴とする崩落検知方法。 A collapse detection method for detecting collapse,
A shooting step for shooting the surveillance video to be detected;
Using two spatio-temporal Gabor filters that respond strongly to two different movement directions, the speed at which the movement energy is maximized for each of the two movement directions is determined for each pixel in the image taken in the photographing step. A calculation step for calculating a two-dimensional velocity by regarding it as an orthogonal projection component in the direction of the two-dimensional velocity,
A determination step of determining that a collapse has occurred at the location of the pixel when the maximum value of the motion energy for each of the two moving directions is equal to or greater than a predetermined threshold and the two-dimensional velocity is within a predetermined range. When,
A collapse detection method characterized by comprising:
前記算出ステップでは、各移動方向の動きエネルギーが所定の閾値を超える前記時空間ガボールフィルタの組から算出される前記二次元速度の平均値をもって当該画素の前記二次元速度とすることを特徴とする請求項6又は7記載の崩落検知方法。 A plurality of sets of moving directions detected by the spatiotemporal Gabor filter,
In the calculating step, an average value of the two-dimensional velocities calculated from the set of the spatiotemporal Gabor filters in which the movement energy in each moving direction exceeds a predetermined threshold is used as the two-dimensional velocity of the pixel. The collapse detection method according to claim 6 or 7.
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