JP4798558B2 - Moving object detection apparatus and moving object detection method - Google Patents

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Description

本発明は、複数のフレームにおける各画素の輝度の変化に基づいて、動物体の移動方向および移動速度を検出する動物体検出装置および動物体検出方法に関する。   The present invention relates to a moving object detection apparatus and a moving object detection method for detecting a moving direction and a moving speed of a moving object based on a change in luminance of each pixel in a plurality of frames.

物体の移動方向、移動速度等の動きを検出する方式として、ブロックマッチング法を利用したものが知られている。このような方式においては、所定のフレームレートで撮像された複数のフレーム間で、フレームを適切なサイズに分割したブロック単位での画像の動きを検出することにより、動物体を検出することが行われている(例えば、特許文献1)。
特開2001−25021号公報
A method using a block matching method is known as a method for detecting a movement such as a moving direction and a moving speed of an object. In such a system, an object is detected by detecting the movement of an image in a block unit obtained by dividing a frame into an appropriate size between a plurality of frames captured at a predetermined frame rate. (For example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-25021

このようにブロックマッチング法を用いて動物体を検出する場合、ブロックサイズの制御が重要となる。例えば、ブロックサイズを大きくしすぎると、ブロック内に複数の動きが混在し、ブロック単位での動きを検出することが難しくなる。また、例えば、ブロックサイズを小さくしすぎると、関係のないブロックとマッチングされる可能性が高まり、動きの検出精度が低下してしまう。そして、適切なブロックサイズは検出対象の動物体により異なるため、ブロックサイズを適応的に制御するための複雑な処理が必要となる。   Thus, when detecting a moving body using a block matching method, control of a block size becomes important. For example, if the block size is too large, a plurality of movements are mixed in the block, and it becomes difficult to detect the movement in units of blocks. For example, if the block size is too small, the possibility of matching with an irrelevant block increases, and the motion detection accuracy decreases. Since an appropriate block size differs depending on the moving object to be detected, a complicated process for adaptively controlling the block size is required.

また、動物体の検出精度を高めるためには、フレームレートを高めることが有効であるが、フレームレートを高めることにより、1フレームの間の物体の移動距離が小さくなり、検出可能な移動速度の下限が高くなってしまう。つまり、例えば、1フレームの間の移動距離が1画素未満の場合、物体の移動速度を求めることができないこととなる。このような場合、動物体に応じてフレームレートを低くすることも考えられるが、制御が複雑になるとともに、高速に移動する物体の検出精度が低下してしまうこととなる。   In order to increase the detection accuracy of the moving object, it is effective to increase the frame rate. However, by increasing the frame rate, the moving distance of the object between one frame is reduced, and the detectable moving speed is increased. The lower limit becomes higher. That is, for example, when the moving distance between one frame is less than one pixel, the moving speed of the object cannot be obtained. In such a case, it is conceivable to lower the frame rate according to the moving object, but the control becomes complicated and the detection accuracy of an object moving at high speed is lowered.

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、ブロックサイズ制御等の複雑な処理を必要とせず、固定フレームレートで動物体を高精度に検出することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to detect a moving object with high accuracy at a fixed frame rate without requiring complicated processing such as block size control.

上記目的を達成するため、本発明の動物体検出装置は、配列状に設けられた複数のフォトダイオードにより構成され、フレーム画像を所定の時間間隔ごとに取得するフォトダイオードアレイと、前記複数のフォトダイオードに対応して配列状に設けられた複数の記憶素子により構成され、前記フォトダイオードアレイにより取得される前記フレーム画像を記憶するメモリアレイと、前記フォトダイオードアレイにより取得される前記フレーム画像と、前記メモリアレイに記憶されている前記フレーム画像とを用いて、動物体の移動方向及び移動速度を示す動き信号を生成して出力する処理回路と、を備え、前記処理回路は、第1フレームの1つの画素の輝度と第2フレームの1つの画素の輝度との差分と、前記第1フレームと前記第2フレームとの時間間隔とに基づいて動物体の移動方向及び移動速度を検出するとともに、前記第1フレームの第1位置にある1つの画素の輝度と前記第2フレームの前記第1位置の近傍にある画素の輝度の夫々との差分に基づいて画素毎の移動方向を更に検出する動物体検出部と、前記動物体検出部により検出される前記画素毎の移動方向に基づいて、動物体の奥行き方向の移動方向を検出する奥行き方向検出部と、前記第1フレームの前記第1位置にある前記1つの画素をぼかした場合の輝度である予測輝度をぼけフィルタによって生成する予測輝度生成部と、を備え、前記奥行き方向検出部は、前記画素毎の移動方向に基づいて、前記動物体が二次元方向において拡大しているか縮小しているかを判断し、前記動物体が縮小している場合には、前記動物体が手前から奥に移動していると判定し、前記動物体が拡大している場合には、前記動物体が奥から手前に移動していると判定するとともに、前記第1フレームの前記第1位置にある前記1つの画素の前記輝度を前記予測輝度から減算した第1の差分と、前記第1フレームの前記第1位置にある前記1つの画素の前記輝度を前記第2フレームの前記第1位置にある1つの画素の輝度から減算した第2の差分とを乗じた評価値を生成し、前記評価値が負の値である場合には、前記動物体が合焦位置に近づく方向に移動していると判定し、前記評価値が正の値である場合には、前記動物体が合焦位置から離れる方向に移動していると判定することとする。 In order to achieve the above object, an animal body detection device of the present invention is composed of a plurality of photodiodes arranged in an array, and obtains a frame image at a predetermined time interval, and the plurality of photodiodes. A memory array configured by a plurality of storage elements provided in an array corresponding to the diode, storing the frame image acquired by the photodiode array, the frame image acquired by the photodiode array, A processing circuit that generates and outputs a motion signal indicating a moving direction and a moving speed of the moving object using the frame image stored in the memory array, and the processing circuit includes: The difference between the luminance of one pixel and the luminance of one pixel of the second frame, the first frame and the second frame The moving direction and moving speed of the moving object are detected based on the time interval between and the brightness of one pixel at the first position of the first frame and the vicinity of the first position of the second frame. A moving object detection unit that further detects a moving direction for each pixel based on a difference from the luminance of each pixel, and a depth direction of the moving object based on the moving direction for each pixel detected by the moving object detection unit A depth direction detection unit that detects a moving direction of the first frame, and a predicted luminance generation unit that generates a predicted luminance that is a luminance when the one pixel at the first position of the first frame is blurred by a blur filter. The depth direction detection unit determines whether the moving object is expanding or contracting in a two-dimensional direction based on the moving direction of each pixel, and when the moving object is contracting , Determines that the serial animal body is moving from the front to the back, when the moving object is enlarged, the animal body with determined to be moving from the back to the front, of the first frame The first difference obtained by subtracting the luminance of the one pixel at the first position from the predicted luminance and the luminance of the one pixel at the first position of the first frame An evaluation value is generated by multiplying the second difference subtracted from the luminance of one pixel at the first position, and when the evaluation value is a negative value, the moving object approaches the in-focus position. When it is determined that the object is moving in the direction, and the evaluation value is a positive value, it is determined that the moving object is moving in a direction away from the in-focus position .

ブロックサイズ制御等の複雑な処理を必要とせず、固定フレームレートで動物体を高精度に検出することができる。   A moving object can be detected with high accuracy at a fixed frame rate without requiring complicated processing such as block size control.

==システム構成==
図1は、本発明の一実施形態であるイメージセンサを含んで構成される動物体検出システムの構成を示す図である。動物体検出システム1は、イメージセンサ(動物体検出装置)10、及び光学レンズ15を含んで構成されている。イメージセンサ10は、光学レンズ15から受光する画像を所定のフレームレートで撮像し、複数のフレームの情報に基づいて物体の移動方向や移動速度等を検出する回路である。また、光学レンズ15の焦点は固定されている。
== System configuration ==
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a moving object detection system including an image sensor according to an embodiment of the present invention. The moving object detection system 1 includes an image sensor (moving object detection apparatus) 10 and an optical lens 15. The image sensor 10 is a circuit that captures an image received from the optical lens 15 at a predetermined frame rate and detects the moving direction, moving speed, and the like of an object based on information of a plurality of frames. The focal point of the optical lens 15 is fixed.

==ハードウェア構成==
図2は、イメージセンサ10のハードウェア構成の一例を示す図である。イメージセンサ10は、制御回路21、フォトダイオードアレイ(以後「PDアレイ」と称する)22、メモリアレイ23、処理回路24、水平シフトレジスタ25、及び垂直シフトレジスタ26,27を備えている。
== Hardware configuration ==
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the image sensor 10. The image sensor 10 includes a control circuit 21, a photodiode array (hereinafter referred to as “PD array”) 22, a memory array 23, a processing circuit 24, a horizontal shift register 25, and vertical shift registers 26 and 27.

制御回路21は、イメージセンサ10の全体を制御する回路であり、各種の処理を制御するための制御信号を出力する。PDアレイ22は、配列状に設けられた複数のフォトダイオードにより構成されており、光学レンズ15から受光する画像を画素ごとのアナログ画像信号に変換して出力する。なお、PDアレイ22で撮像される1枚の画像のことをフレームといい、フレームの生成間隔のことをフレームレートという。本実施形態においては、例えば1000フレーム/秒程度の非常に高いフレームレートであることとする。   The control circuit 21 is a circuit that controls the entire image sensor 10 and outputs control signals for controlling various processes. The PD array 22 includes a plurality of photodiodes provided in an array, and converts an image received from the optical lens 15 into an analog image signal for each pixel and outputs the analog image signal. One image captured by the PD array 22 is referred to as a frame, and the frame generation interval is referred to as a frame rate. In the present embodiment, it is assumed that the frame rate is very high, for example, about 1000 frames / second.

そして、制御回路21の制御により、水平シフトレジスタ25にはPDアレイ22の列を指定するデータが設定され、垂直シフトレジスタ26にはPDアレイ22の行を指定するデータが設定される。つまり、PDアレイ22で撮像されたフレームのアナログ画像信号のうち、水平シフトレジスタ25及び垂直シフトレジスタ26で指定される画素のアナログ画像信号が読み出され、処理回路24に送信される。   Under the control of the control circuit 21, data designating the columns of the PD array 22 is set in the horizontal shift register 25, and data designating the rows of the PD array 22 is set in the vertical shift register 26. That is, among the analog image signals of the frames captured by the PD array 22, the analog image signals of the pixels specified by the horizontal shift register 25 and the vertical shift register 26 are read and transmitted to the processing circuit 24.

また、メモリアレイ23は、配列状に設けられた複数の記憶素子により構成されており、PDアレイ22で取得された過去数フレームの画像信号を記憶する。そして、処理回路24は、PDアレイ22から出力される最新フレームと、メモリアレイ23に記憶されている過去数フレームとを用いて、物体の移動方向や移動速度等を示す動き信号を生成して出力する。なお、処理回路24は、PDアレイ22及びメモリアレイ23からフレームを行単位で読み出し、複数列の画素に対する処理を並列に行うことにより高速な処理を可能としている。   The memory array 23 includes a plurality of storage elements provided in an array, and stores the past several frames of image signals acquired by the PD array 22. Then, the processing circuit 24 uses the latest frame output from the PD array 22 and the past several frames stored in the memory array 23 to generate a motion signal indicating the moving direction and moving speed of the object. Output. Note that the processing circuit 24 reads frames from the PD array 22 and the memory array 23 in units of rows, and performs high-speed processing by performing processing on a plurality of columns of pixels in parallel.

なお、PDアレイ22が本発明のフレーム取得部に該当し、メモリアレイ23が本発明のフレーム記憶部に該当する。   The PD array 22 corresponds to the frame acquisition unit of the present invention, and the memory array 23 corresponds to the frame storage unit of the present invention.

==機能構成==
図3は、イメージセンサ10の処理回路24により実現される機能の構成を示す図である。処理回路24は、動物体検出部31、中間輝度生成部32、奥行き方向検出部33、及び予測輝度生成部34を備えている。
== Functional configuration ==
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of functions realized by the processing circuit 24 of the image sensor 10. The processing circuit 24 includes a moving object detection unit 31, an intermediate luminance generation unit 32, a depth direction detection unit 33, and a predicted luminance generation unit 34.

動物体検出部31は、光学レンズ15から見た上下左右方向における物体の移動方向及び移動速度を検出する。また、中間輝度生成部32は、隣接する2つの画素の輝度に基づいて、これら2つの画素の間の輝度である中間輝度を生成する。つまり、中間輝度生成部32により生成される中間輝度は、隣接する2つの画素の間に位置する仮想的な画素の輝度を示すものである。なお、動物体検出部31は、中間輝度生成部32により生成される中間輝度を用いることにより、1フレームの間の移動距離が1画素未満の物体の移動速度を検出することができる。   The moving object detection unit 31 detects the moving direction and moving speed of the object in the vertical and horizontal directions viewed from the optical lens 15. The intermediate luminance generation unit 32 generates intermediate luminance that is luminance between these two pixels based on the luminance of two adjacent pixels. That is, the intermediate luminance generated by the intermediate luminance generation unit 32 indicates the luminance of a virtual pixel located between two adjacent pixels. Note that the moving object detection unit 31 can detect the moving speed of the object whose moving distance between one frame is less than one pixel by using the intermediate luminance generated by the intermediate luminance generating unit 32.

奥行き方向検出部33は、光学レンズ15から見た奥行き方向における物体の移動方向を検出する。また、予測輝度生成部34は、物体の動作により生じる各画素の輝度の変化を予測する。   The depth direction detection unit 33 detects the moving direction of the object in the depth direction viewed from the optical lens 15. Further, the predicted luminance generation unit 34 predicts a change in luminance of each pixel caused by the action of the object.

==上下左右の動き検出==
まず、イメージセンサ10における、物体の上下左右方向(二次元方向)における動きの検出について説明する。
== Up / down / left / right motion detection ==
First, detection of the movement of the object in the vertical and horizontal directions (two-dimensional direction) in the image sensor 10 will be described.

(1)動きの有無の検出
はじめに、上下左右方向における動きがあるかどうかを検出する動作について説明する。図4は、上下左右方向における動きがあるかどうかを検出する動作の概略を示す図である。図において、x軸およびy軸はフレーム内の画素位置を示す座標であり、x軸の正方向が右方向、x軸の負方向が左方向、y軸の正方向が上方向、y軸の負方向が下方向を示している。また、f軸はフレームの時系列を示しており、正方向が新しいフレーム、負方向が古いフレームを示している。なお、フレームfにおける位置(x,y)にある画素を画素(x,y)と表し、画素(x,y)の輝度をlf;x,yと表すこととする。
(1) Detection of presence / absence of motion First, an operation for detecting whether there is motion in the vertical and horizontal directions will be described. FIG. 4 is a diagram showing an outline of an operation for detecting whether there is a movement in the vertical and horizontal directions. In the figure, the x-axis and the y-axis are coordinates indicating the pixel position in the frame, the positive direction of the x-axis is the right direction, the negative direction of the x-axis is the left direction, the positive direction of the y-axis is the upward direction, The negative direction indicates the downward direction. The f-axis shows the time series of frames, with the positive direction indicating a new frame and the negative direction indicating an old frame. Note that the pixel at the position (x, y) in the frame f is represented as a pixel (x, y), and the luminance of the pixel (x, y) is represented as l f; x, y .

次式(1)は、画素(x,y)に動きがあるかどうかを判定するための評価値d(x,y)を求めるための式である。

Figure 0004798558
The following expression (1) is an expression for obtaining an evaluation value d (x, y) for determining whether or not the pixel (x, y) has a motion.
Figure 0004798558

イメージセンサ10の動物体検出部31は、式(1)に示すように、フレームfの画素(x,y)の輝度lf;x,yと、前後Nフレームの輝度lf-k;x,yとの差分に基づいて評価値dを求める。そして、動物体検出部31は、評価値dが所定の閾値以上であれば、画素(x,y)に動きがあると判定する。 As shown in Expression (1), the moving object detection unit 31 of the image sensor 10 has the luminance l f; x, y of the pixel (x, y) of the frame f and the luminance l fk; x, y of the preceding and following N frames. An evaluation value d is obtained based on the difference between Then, the moving object detection unit 31 determines that the pixel (x, y) has a motion if the evaluation value d is equal to or greater than a predetermined threshold value.

また、イメージセンサ10で必要となるメモリサイズの削減や、回路規模の削減等のために、評価値dを求めるために必要なフレームを2枚とすることもできる。図5は、2枚のフレームを用いて上下左右方向における動きがあるかどうかを検出する動作の概略を示す図である。そして、次式(2)が、その際の評価値dを求めるための式である。

Figure 0004798558
In addition, in order to reduce the memory size required for the image sensor 10 and the circuit scale, the number of frames necessary for obtaining the evaluation value d can be two. FIG. 5 is a diagram showing an outline of an operation for detecting whether there is a movement in the vertical and horizontal directions using two frames. The following equation (2) is an equation for obtaining the evaluation value d at that time.
Figure 0004798558

式(2)に示すように、動物体検出部31は、フレームfの画素(x,y)の輝度lf;x,yと、その一つ前のフレームf−1の画素(x,y)の輝度lf-1;x,yとの差分により、評価値dを求めることとしてもよい。 As shown in Expression (2), the moving object detection unit 31 calculates the luminance l f; x, y of the pixel (x, y) of the frame f and the pixel (x, y) of the previous frame f−1. ) Of the luminance l f-1; x, y may be used to obtain the evaluation value d.

(2)移動方向の検出
次に、物体の上下左右方向における移動方向を検出する動作について説明する。図6は、左右の移動方向を検出する動作の概略を示す図である。図6(a)に示すように、1フレームごとに画素を1つずつ右にずらして輝度の差分を求めることにより、右方向への移動を検出することができる。また、図6(b)に示すように、1フレームごとに画素を1つずつ左にずらして輝度の差分を求めることにより、左方向への移動を検出することができる。また、同様に、1フレームごとに画素を1つずつ上にずらして輝度の差分を求めることにより、上方向への移動を検出することができ、1フレームごとに画素を1つずつ下にずらして輝度の差分を求めることにより、下方向への移動を検出することができる。
(2) Detection of moving direction Next, an operation for detecting the moving direction of the object in the vertical and horizontal directions will be described. FIG. 6 is a diagram showing an outline of an operation for detecting the left and right moving directions. As shown in FIG. 6 (a), rightward movement can be detected by shifting the pixels one frame at a time to the right to obtain a luminance difference. Further, as shown in FIG. 6B, the leftward movement can be detected by shifting the pixels one frame at a time to the left to obtain the luminance difference. Similarly, it is possible to detect the upward movement by shifting the pixel up one frame at a time to obtain the luminance difference, and shifting the pixel down one frame at a time. Thus, the downward movement can be detected by obtaining the luminance difference.

次式(3)〜(6)は、このような上下左右方向への移動を検出するための評価値mup,mdown,mright,mleftを求めるための式である。

Figure 0004798558
The following equations (3) to (6) are equations for obtaining evaluation values m up , m down , m right , and m left for detecting such movement in the vertical and horizontal directions.
Figure 0004798558

式(3)に示すように、イメージセンサ10の動物体検出部31は、フレームfの画素(x,y)の輝度lf;x,yと、前後Nフレームの輝度lf-k;x,y-kとの輝度との差分により、上方向への移動を検出するための評価値mupを生成する。同様に、動物体検出部31は、式(4)〜(6)に示すように、下方向への移動を検出するための評価値mdown、右方向への移動を検出するための評価値mright、左方向への移動を検出するための評価値mleftを生成する。 As shown in Expression (3) , the moving object detection unit 31 of the image sensor 10 calculates the luminance l f; x, y of the pixel (x, y) of the frame f and the luminance l fk; x, yk of the preceding and following N frames. An evaluation value m up for detecting upward movement is generated based on the difference between the brightness and the brightness. Similarly, as shown in the equations (4) to (6), the moving object detection unit 31 has an evaluation value m down for detecting a downward movement and an evaluation value for detecting a rightward movement. m right , an evaluation value m left for detecting leftward movement is generated.

ここで、物体がある方向に移動したとすると、その方向の評価値は他の方向の評価値よりも小さくなる。したがって、動物体検出部31は、これらの評価値mup,mdown,mright,mleftと、前述した評価値dとに基づいて、評価値が最小である方向に物体が移動していると判定することができる。 Here, if the object moves in a certain direction, the evaluation value in that direction is smaller than the evaluation value in the other direction. Therefore, the moving object detection unit 31 moves the object in the direction in which the evaluation value is minimum based on the evaluation values m up , m down , m right , m left and the evaluation value d described above. Can be determined.

なお、動物体検出部31は、上下方向の移動と左右方向の移動とを別々に判定することとしてもよい。例えば、次式(7)に示すように、動物体検出部31は、評価値mup,mdownと、評価値dとで行列Mverticalを作成し、上下方向についてはMverticalの要素が最小の方向に移動していると判定することができる。また、次式(8)に示すように、動物体検出部31は、評価値mleft,mrightと、評価値dとで行列Mhorizontalを作成し、左右方向についてはMhorizontalの要素が最小の方向に移動していると判定することができる。

Figure 0004798558
Note that the moving object detection unit 31 may determine the vertical movement and the horizontal movement separately. For example, as shown in the following expression (7), the moving object detection unit 31 creates a matrix M vertical with the evaluation values m up and m down and the evaluation value d, and the element of M vertical is the minimum in the vertical direction. It can be determined that it is moving in the direction of. Further, as shown in the following equation (8), the moving object detection unit 31 creates a matrix M horizontal with the evaluation values m left and m right and the evaluation value d, and the element of M horizontal is the smallest in the left-right direction. It can be determined that it is moving in the direction of.
Figure 0004798558

また、イメージセンサ10で必要となるメモリサイズの削減や、回路規模の削減等のために、評価値mup,mdown,mright,mleftを求めるために必要なフレームを2枚とすることもできる。図7は、2枚のフレームを用いて上下左右の移動方向を検出する動作の概略を示す図である。そして、次式(9)〜(12)が、その際の評価値mup,mdown,mright,mleftを求めるための式である。

Figure 0004798558
In addition, in order to reduce the memory size required for the image sensor 10 and the circuit scale, the number of frames necessary for obtaining the evaluation values m up , m down , m right , m left is set to two. You can also. FIG. 7 is a diagram showing an outline of an operation for detecting the vertical and horizontal movement directions using two frames. The following formulas (9) to (12) are formulas for obtaining evaluation values m up , m down , m right , and m left at that time.
Figure 0004798558

動物体検出部31は、図7(a)及び式(9)に示すように、フレームf−1の画素(x,y)の輝度lf-1;x,yと、フレームfの画素(x,y)の上側に隣接する画素(x,y+1)の輝度lf;x,y+1との差分により、評価値mupを求めることができる。同様に、動物体検出部31は、図7(b)〜(d)及び式(10)〜(12)に示すように、評価値mdown,mright,mleftを求めることができる。 As shown in FIG. 7A and Expression (9), the moving object detection unit 31 performs luminance l f−1; x, y of the pixel (x, y) of the frame f−1 and the pixel ( The evaluation value m up can be obtained from the difference from the luminance l f; x, y + 1 of the pixel (x, y + 1) adjacent to the upper side of x, y). Similarly, the moving object detection unit 31 can obtain the evaluation values m down , m right , and m left as shown in FIGS. 7B to 7D and Equations 10 to 12.

==移動速度検出==
次に、イメージセンサ10における、物体の上下左右方向における移動速度の検出について説明する。物体の移動速度は、物体の移動距離を移動に要した時間で割ることにより求めることができる。本実施形態のイメージセンサ10のフレームレートは、毎秒1000フレーム程度の非常に高いものとなっている。そのため、物体が1フレームの間に移動する距離が1画素未満である場合も考えられる。このような場合に、単純に連続する2つのフレーム間における画素単位の移動距離をもとに移動速度を検出することとすると、移動速度の検出精度が低下してしまうこととなる。そこで、イメージセンサ10においては、「小数精度判定」および「検出間隔制御」という2つの方法を用いることにより物体の移動速度の検出を行っている。
== Moving speed detection ==
Next, detection of the moving speed of the object in the vertical and horizontal directions in the image sensor 10 will be described. The moving speed of the object can be obtained by dividing the moving distance of the object by the time required for the movement. The frame rate of the image sensor 10 of the present embodiment is very high at about 1000 frames per second. For this reason, the distance that the object moves during one frame may be less than one pixel. In such a case, if the moving speed is simply detected based on the moving distance in units of pixels between two consecutive frames, the detection accuracy of the moving speed is lowered. Therefore, the image sensor 10 detects the moving speed of the object by using two methods of “decimal precision determination” and “detection interval control”.

(1)小数精度判定
まず、小数精度判定による物体の移動速度の検出について説明する。図8は、小数精度により物体の移動速度を検出する動作の概略を示す図である。前述したように、1フレームの間では、物体が1画素移動していない場合がある。そこで、図8(a)に示すように、フレームfの画素(x,y)の輝度と、フレームfの画素(x,y+1)の輝度とに基づいて、画素(x,y)と画素(x,y+1)との間の仮想的な画素の輝度、すなわち小数精度の画素の輝度を求める。そして、小数精度の画素の輝度と、1つ前のフレームf−1の画素(x,y)の輝度と差分を求めることにより、上方向に1/2画素移動していることを検出することができる。同様に、図8(b)〜(d)に示すように、下方向に1/2画素、右方向に1/2画素、左方向に1/2画素移動していることを検出することができる。
(1) Decimal accuracy determination First, detection of the moving speed of an object by decimal accuracy determination will be described. FIG. 8 is a diagram showing an outline of an operation for detecting the moving speed of an object with decimal precision. As described above, the object may not move by one pixel during one frame. Therefore, as shown in FIG. 8A, based on the luminance of the pixel (x, y) of the frame f and the luminance of the pixel (x, y + 1) of the frame f, the pixel (x, y) and the pixel ( The luminance of the virtual pixel between x, y + 1), that is, the luminance of the pixel with decimal precision is obtained. Then, by detecting the difference between the brightness of the pixel with decimal precision and the brightness of the pixel (x, y) of the previous frame f−1, it is detected that the pixel has moved 1/2 pixel in the upward direction. Can do. Similarly, as shown in FIGS. 8B to 8D, it can be detected that the pixel has moved 1/2 pixel in the downward direction, 1/2 pixel in the right direction, and 1/2 pixel in the left direction. it can.

次式(13)〜(16)が、上下左右方向に1/2画素移動していることを検出するための評価値mup1/2,mdown1/2,mright1/2,mleft1/2を求めるための式である。

Figure 0004798558
Evaluation values m up1 / 2 , m down1 / 2 , m right1 / 2 , m left1 / 2 for detecting that the following expressions (13) to (16) are moved by 1/2 pixel in the vertical and horizontal directions : Is an expression for obtaining.
Figure 0004798558

式(13)に示すように、イメージセンサ10の中間輝度生成部32は、フレームf(請求項1:第1フレーム)の位置(x,y)(請求項1:第1位置)にある画素の輝度lf;x,yと、位置(x,y)の上側に隣接する位置(x,y+1)(請求項1:第2位置)にある画素の輝度lf;x,y+1とに基づいて、画素(x,y)と画素(x,y+1)との間の小数精度の画素の輝度(lf;x,y+1+lf;x,y)/2を求める。そして、動物体検出部31は、小数精度の画素の輝度と、フレームfの1つ前のフレームf−1(請求項1:第2フレーム)の位置(x,y)にある画素の輝度lf-1;x,yとの差分により、評価値mup1/2を生成する。同様に、式(14)〜(16)に示すように、中間輝度生成部32は、画素(x,y)の下側1/2画素の輝度、右側1/2画素の輝度、左側1/2画素の輝度を生成し、動物体検出部31は、評価値mdown1/2,mright1/2,mleft1/2を生成する。 As shown in Expression (13), the intermediate luminance generation unit 32 of the image sensor 10 is a pixel at the position (x, y) (Claim 1: first position) of the frame f (Claim 1: first frame). Luminance l f; x, y and the luminance l f; x, y + 1 of the pixel at the position (x, y + 1) adjacent to the upper side of the position (x, y) (Claim 1: the second position). Thus, the luminance (l f; x, y + 1 + l f; x, y ) / 2 of the decimal precision pixel between the pixel (x, y) and the pixel (x, y + 1) is obtained. Then, the moving object detection unit 31 detects the luminance of the pixel with decimal precision and the luminance l of the pixel at the position (x, y) of the frame f-1 (claim 1: the second frame) immediately before the frame f. The evaluation value m up1 / 2 is generated based on the difference from f−1; x, y . Similarly, as shown in Expressions (14) to (16), the intermediate luminance generation unit 32 generates the luminance of the lower half pixel, the luminance of the right half pixel, and the left 1 / left pixel (x, y). The luminance of two pixels is generated, and the moving object detection unit 31 generates evaluation values m down1 / 2 , m right1 / 2 , and m left1 / 2 .

そして、動物体検出部31は、フレームf−1とフレームfとの間に、評価値mup1/2,mdown1/2,mright1/2,mleft1/2が最小の方向に、物体が1/2画素移動していると判断し、物体の移動速度を算出する。このように、小数精度の画素の輝度を用いることにより、1フレーム間の移動距離が1画素未満の物体の移動速度の検出精度を向上させることができる。 The moving object detection unit 31 then sets the evaluation values m up1 / 2 , m down1 / 2 , m right1 / 2 , and m left1 / 2 in the direction in which the evaluation values m up1 / 2 , m down1 / 2 , and m left1 / 2 are minimum between the frames f−1 and f. It is determined that the pixel has moved by 1/2 pixel, and the moving speed of the object is calculated. Thus, by using the luminance of the pixel with decimal precision, it is possible to improve the detection accuracy of the moving speed of an object whose moving distance between one frame is less than one pixel.

なお、本実施形態においては、式(13)〜(16)に示すように、隣接画素の輝度を平均することにより、1/2画素の位置における中間輝度を求めることとしたが、中間輝度は1/2画素の位置に限らず、隣接画素の間の位置であればよい。つまり、隣接画素の輝度に対する重み付けを変更することにより、隣接画素の間の様々な位置における中間輝度を生成することができる。例えば、隣接する画素の一方の画素の輝度に1/3を乗じた値と、他方の画素の輝度に2/3を乗じた値とを加算することにより、1/3画素の位置における中間輝度を求めることが可能である。   In the present embodiment, as shown in equations (13) to (16), the average brightness at the position of 1/2 pixel is obtained by averaging the brightness of adjacent pixels. The position is not limited to a half pixel position, and may be a position between adjacent pixels. That is, by changing the weighting for the luminance of the adjacent pixels, it is possible to generate intermediate luminance at various positions between the adjacent pixels. For example, by adding a value obtained by multiplying the brightness of one pixel of adjacent pixels by 1/3 and a value obtained by multiplying the brightness of the other pixel by 2/3, an intermediate brightness at the position of 1/3 pixel is added. Can be obtained.

また、本実施形態においては、フレームfにおいて画素(x,y)の上下左右の中間輝度を生成し、その中間輝度とフレームf−1の画素(x,y)の輝度との差分により、評価値を得ることとしているが、フレームの順序関係は逆であってもよい。つまり、フレームf−1において画素(x,y)の上下左右の中間輝度を生成し、その中間輝度とフレームfの画素(x,y)の輝度との差分により、評価値を得ることとしてもよい。   Further, in the present embodiment, the vertical luminance of the pixel (x, y) in the frame f is generated, and evaluation is performed based on the difference between the intermediate luminance and the luminance of the pixel (x, y) in the frame f-1. Although the values are to be obtained, the frame order relationship may be reversed. In other words, it is also possible to generate an intermediate luminance of the pixel (x, y) in the frame f-1, and obtain an evaluation value based on a difference between the intermediate luminance and the luminance of the pixel (x, y) in the frame f. Good.

(2)検出間隔制御
次に、検出間隔制御による物体の移動速度の検出について説明する。図9は、検出間隔制御により物体の移動速度を検出する動作の概略を示す図である。前述したように、動物体検出部31は、フレームf(請求項5:第1フレーム)の位置(x,y)(請求項5:第1位置)にある画素の輝度lf;x,yと、次のフレームf+1の位置(x,y)の上下左右に隣接する位置にある画素の輝度との差分に基づいてmup,mdown,mright,mleftを求めることにより、1フレームの間に1画素分移動する物体の移動方向を検出することができる。つまり、動物体検出部31は、この物体がフレームfとフレームf+1との間に1画素移動したものとして、移動速度を検出することができる。
(2) Detection interval control Next, the detection of the moving speed of the object by detection interval control is demonstrated. FIG. 9 is a diagram showing an outline of an operation for detecting the moving speed of the object by the detection interval control. As described above, the moving object detection unit 31 detects the luminance l f; x, y of the pixel at the position (x, y) (claim 5: first position) of the frame f (claim 5: first frame). And m up , m down , m right , m left on the basis of the difference between the brightness of the pixel at the position adjacent to the top / bottom / left / right of the position (x, y) of the next frame f + 1, It is possible to detect the moving direction of an object that moves one pixel in between. That is, the moving object detection unit 31 can detect the moving speed on the assumption that the object has moved one pixel between the frame f and the frame f + 1.

さらに、動物体検出部31は、フレームfの位置(x,y)にある画素の輝度lf;x,yと、フレームf+1の次のフレームであり、フレームfと隣接しないフレームf+2(請求項5:第2フレーム)の位置(x,y)の上下左右に隣接する位置(請求項5:第2位置)にある画素の輝度との差分に基づいてmup,mdown,mright,mleftを求めることにより、2フレームの間に1画素分移動する物体の移動方向を検出することができる。そして、動物体検出部31は、この物体がフレームfとフレームf+2との間に1画素移動したものとして、移動速度を検出することができる。 Furthermore, the moving object detection unit 31 is a frame f + 2 that is the frame next to the frame f + 1 and is not adjacent to the luminance l f; x, y of the pixel at the position (x, y) of the frame f. 5: second frame) based on the difference from the brightness of the pixel at the position (x, y) adjacent to the top, bottom, left, and right (claim 5: second position), m up , m down , m right , m By obtaining left , it is possible to detect the moving direction of an object that moves by one pixel between two frames. The moving object detection unit 31 can detect the moving speed on the assumption that the object has moved one pixel between the frame f and the frame f + 2.

同様に、動物体検出部31は、3フレーム以上のフレームで1画素移動する物体の移動速度を検出することができる。このように、フレームレートは変更せずに、移動速度を検出する際に用いるフレームの間隔を変更することにより、1フレーム間の移動距離が1画素未満の物体の移動速度を検出することが可能となる。   Similarly, the moving object detection unit 31 can detect the moving speed of an object that moves by one pixel in three or more frames. In this way, it is possible to detect the moving speed of an object whose moving distance between one frame is less than one pixel by changing the frame interval used when detecting the moving speed without changing the frame rate. It becomes.

なお、本実施形態においては、フレームfの画素(x,y)の輝度と、フレームf+1の画素(x,y)の隣接画素の輝度との差分により、評価値を得ることとしているが、フレームの順序関係は逆であってもよい。つまり、フレームf+1の画素(x,y)の輝度と、フレームfの画素(x,y)の隣接画素の輝度との差分により、評価値を得ることとしてもよい。フレームf+2、フレームf+3についても同様である。   In the present embodiment, the evaluation value is obtained from the difference between the luminance of the pixel (x, y) of the frame f and the luminance of the adjacent pixel of the pixel (x, y) of the frame f + 1. These order relationships may be reversed. That is, the evaluation value may be obtained from the difference between the luminance of the pixel (x, y) of the frame f + 1 and the luminance of the adjacent pixel of the pixel (x, y) of the frame f. The same applies to the frame f + 2 and the frame f + 3.

また、図8及び式(13)〜(16)に示した小数精度判定を行う場合においても、検出間隔制御を行うことが可能である。例えば、フレームf+2において、画素(x,y)の上下左右の中間輝度を生成し、その中間輝度とフレームfの画素(x,y)の輝度との差分により、評価値を得ることもできる。   Further, even when the decimal accuracy determination shown in FIG. 8 and the equations (13) to (16) is performed, the detection interval control can be performed. For example, in the frame f + 2, it is possible to generate an intermediate luminance in the upper, lower, left, and right directions of the pixel (x, y), and obtain an evaluation value based on a difference between the intermediate luminance and the luminance of the pixel (x, y) in the frame f.

==奥行きの動き検出==
次に、イメージセンサ10における、物体の奥行きの動き検出について説明する。
== Depth motion detection ==
Next, object depth motion detection in the image sensor 10 will be described.

(1)奥行きの距離検出
動物体検出システム1における光学レンズ15は固定焦点であるため、合焦位置までの距離は定まっている。そこで、本実施形態では、焦点外れの程度を判定することにより、物体までの距離を検出することとしている。
(1) Depth Distance Detection Since the optical lens 15 in the moving object detection system 1 has a fixed focus, the distance to the in-focus position is fixed. Therefore, in this embodiment, the distance to the object is detected by determining the degree of defocus.

まず、イメージセンサ10の予測輝度生成部34は、ある画素(x,y)について、現在のフレームf(請求項5:第1フレーム)から将来のフレームf+k(請求項5:第2フレーム)の間に焦点外れの程度が増大すると仮定し、将来のフレームf+kの画素(x,y)の予測輝度lp;x,yを生成する。なお、予測輝度lp;x,yは、ローパスフィルタ等のぼけフィルタを用いることにより生成することができる。例えば、次式(17)に示すように、対象画素(x,y)の上下左右の画素との平均を取るフィルタ係数dを用いて求めることができる。

Figure 0004798558
First, the predicted luminance generation unit 34 of the image sensor 10 changes from a current frame f (Claim 5: first frame) to a future frame f + k (Claim 5: second frame) for a certain pixel (x, y). Assuming that the degree of defocus increases in the meantime, the predicted luminance l p; x, y of the pixel (x, y) in the future frame f + k is generated. Note that the predicted luminance l p; x, y can be generated by using a blur filter such as a low-pass filter. For example, as shown in the following equation (17), it can be obtained by using a filter coefficient d that takes an average of the upper, lower, left and right pixels of the target pixel (x, y).
Figure 0004798558

そして、奥行き方向検出部33は、将来のフレームf+kに至った際に、次式(18)により、評価値δx,yを生成する。

Figure 0004798558
Then, the depth direction detection unit 33 generates the evaluation value δ x, y by the following equation (18) when the future frame f + k is reached.
Figure 0004798558

予測が正しく焦点外れの程度が増大すれば、輝度lf;x,yに対する輝度lp;x,y及び輝度lf+k;x,yの増減方向は同一となるためδx,yは正の値となり、予測が外れて合焦の程度が増大すれば、輝度lf;x,yに対する輝度lp;x,y及び輝度lf+k;x,yの増減方向が逆になるためδx,yは負の値となる。なお、奥行き方向検出部33は、動物体検出部31により検出された画素(x,y)における物体の移動速度に応じてkの値を定めることができる。例えば、物体の移動速度が、3フレームの間に1画素移動する速さであればkの値を3とすることができる。このようにkの値を定めることにより検出精度を高めることができる。 If the prediction is increased the degree of correct defocus, brightness l f; x, luminance with respect to y l p; x, y and luminance l f + k; x, since the increase or decrease direction of the y is the same [delta] x, y are a positive value, if increased degree of focus off the prediction, luminance l f; brightness l p x, for y; x, y and luminance l f + k; x, the increase or decrease direction of the y-reversed Therefore , δ x, y is a negative value. The depth direction detection unit 33 can determine the value of k according to the moving speed of the object at the pixel (x, y) detected by the moving object detection unit 31. For example, the value of k can be 3 if the moving speed of the object is a speed at which one pixel moves during three frames. Thus, the detection accuracy can be increased by determining the value of k.

そして、図10は、物体の奥行き方向における距離を検出する動作の概略を示す図である。図10(a)に示すように、光学レンズ15から見て物体が遠ざかる場合、合焦位置よりも手前にある間は、徐々に合焦の程度が増大していくため評価値δx,yは負の値となっている。そして、物体が合焦位置を過ぎると、徐々に焦点外れの度合いが増大していくため評価値δx,yは正の値となる。したがって、奥行き方向検出部33は、評価値δx,yが負から正に変わる際(ゼロ交差する際)に、物体が合焦位置にあると判断し、その物体までの距離を求めることができる。 FIG. 10 is a diagram showing an outline of an operation for detecting the distance in the depth direction of the object. As shown in FIG. 10 (a), when the object moves away from the optical lens 15, the evaluation value δ x, y gradually increases as the degree of in-focus increases while it is in front of the in-focus position. Is negative. When the object passes the in-focus position, the degree of defocusing gradually increases, and thus the evaluation value δ x, y becomes a positive value. Therefore, when the evaluation value δ x, y changes from negative to positive (at the time of zero crossing), the depth direction detection unit 33 determines that the object is at the in-focus position, and obtains the distance to the object. it can.

また、図10(b)に示すように、光学レンズ15から見て物体が近づく場合においても、奥行き方向検出部33は、評価値δx,yが負から正に変わる際(ゼロ交差する際)に、物体が合焦位置にあると判断し、その物体までの距離を求めることができる。 As shown in FIG. 10B, even when the object approaches from the optical lens 15, the depth direction detection unit 33 changes the evaluation value δ x, y from negative to positive (when the zero crossing occurs). ), It can be determined that the object is at the in-focus position, and the distance to the object can be obtained.

(2)奥行き方向検出
また、奥行き方向検出部33は、奥行きの移動方向、つまり、物体が光学レンズ15から見て手前から奥に移動しているか、奥から手前に移動しているかを検出することができる。図11は、物体の拡大・縮小に基づいて奥行きの移動方向を検出する動作の概略を示す図である。奥行き方向検出部33は、動物体検出部31により検出された画素ごとの移動方向に基づいて、物体が二次元方向において拡大しているか縮小しているかを判断する。図11(a)に示すように、物体が拡大している場合、奥行き方向検出部33は、物体が光学レンズ15に近づいていると判定する。また、図11(b)に示すように、物体が縮小している場合、奥行き方向検出部33は、物体が光学レンズ15から遠ざかっていると判定する。
(2) Depth direction detection The depth direction detection unit 33 detects the depth movement direction, that is, whether the object is moving from the front to the back or the front from the back as viewed from the optical lens 15. be able to. FIG. 11 is a diagram illustrating an outline of an operation for detecting the moving direction of the depth based on the enlargement / reduction of the object. The depth direction detection unit 33 determines whether the object is enlarged or reduced in the two-dimensional direction based on the moving direction of each pixel detected by the moving object detection unit 31. As illustrated in FIG. 11A, when the object is enlarged, the depth direction detection unit 33 determines that the object is approaching the optical lens 15. Further, as illustrated in FIG. 11B, when the object is reduced, the depth direction detection unit 33 determines that the object is moving away from the optical lens 15.

さらに、前述した評価値δx,yを用いることにより、合焦位置との関係についても検出することができる。図12は、奥行きの移動方向と評価値δx,yとの関係を示す図である。つまり、図12(a)に示すように、物体が合焦位置へ近づく場合、評価値δx,yは負の値となっている。したがって、物体が拡大しており、かつ、δx,yが負の値である場合は、奥行き方向検出部33は、合焦位置よりも奥にある物体が近づいていると判定することができる。また、物体が縮小しており、かつ、δx,yが負の値である場合は、奥行き方向検出部33は、合焦位置よりも手前にある物体が遠ざかっていると判定することができる。 Furthermore, the relationship with the in-focus position can also be detected by using the evaluation value δ x, y described above. FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the moving direction of the depth and the evaluation value δ x, y . That is, as shown in FIG. 12A, when the object approaches the in-focus position, the evaluation value δ x, y is a negative value. Therefore, when the object is enlarged and δ x, y is a negative value, the depth direction detection unit 33 can determine that an object located behind the in-focus position is approaching. . When the object is reduced and δ x, y is a negative value, the depth direction detection unit 33 can determine that the object in front of the in-focus position is moving away. .

また、図12(b)に示すように、物体が合焦位置から遠ざかる場合、評価値δx,yは正の値となっている。したがって、物体が拡大しており、かつ、δx,yが正の値である場合は、奥行き方向検出部33は、合焦位置よりも手前にある物体が近づいていると判定することができる。また、物体が縮小しており、かつ、δx,yが正の値である場合は、奥行き方向検出部33は、合焦位置よりも奥にある物体が遠ざかっていると判定することができる。 Further, as shown in FIG. 12B, when the object moves away from the in-focus position, the evaluation value δ x, y is a positive value. Therefore, when the object is enlarged and δ x, y is a positive value, the depth direction detection unit 33 can determine that the object in front of the in-focus position is approaching. . In addition, when the object is reduced and δ x, y is a positive value, the depth direction detection unit 33 can determine that the object located behind the in-focus position is moving away. .

==処理説明==
次に、イメージセンサ10における処理の流れについて説明する。図13は、イメージセンサ10における処理の流れを示すフローチャートである。まず、イメージセンサ10におけるフレームレートが決定され(S1301)、決定されたフレームレートでの撮像が開始される。そして、動物体検出部31は、複数フレームの同じ位置(x,y)の画素を選択し(S1302)、フレーム間で輝度の絶対差分を求め、評価値d(x,y)を生成する(S1303)。
== Description of processing ==
Next, a processing flow in the image sensor 10 will be described. FIG. 13 is a flowchart showing the flow of processing in the image sensor 10. First, the frame rate in the image sensor 10 is determined (S1301), and imaging at the determined frame rate is started. Then, the moving object detection unit 31 selects pixels at the same position (x, y) in a plurality of frames (S1302), obtains an absolute difference in luminance between the frames, and generates an evaluation value d (x, y) ( S1303).

そして、イメージセンサ10では、物体の移動方向および移動速度を検出するための評価値を求めるために、次の4つの処理うちの何れかの処理が選択される。1つ目の処理では、動物体検出部31は、前述したように対象とする画素(x,y)の上下左右の画素を選択し(S1304)、式(3)〜(6)または(9)〜(12)に示したように、フレーム間で輝度の絶対差分を求め、評価値mup,mdown,mright,mleftを生成する(S1305)。 In the image sensor 10, one of the following four processes is selected in order to obtain an evaluation value for detecting the moving direction and moving speed of the object. In the first process, the moving object detection unit 31 selects the upper, lower, left, and right pixels of the target pixel (x, y) as described above (S1304), and formulas (3) to (6) or (9) ) To (12), absolute differences in luminance between frames are obtained, and evaluation values m up , m down , m right , and m left are generated (S1305).

2つ目の処理では、前述した小数精度判定の処理が行われる(S1306)。図14は、小数精度判定の処理の流れを示すフローチャートである。まず、中間輝度生成部32が、対象とする画素(x,y)の上下左右1/2画素の輝度を生成する(S1401)。そして、動物体検出部31は、式(13)〜(16)に示したように、フレーム間で輝度の絶対差分を求め、評価値mup1/2,mdown1/2,mright1/2,mleft1/2を生成する(S1402)。 In the second process, the decimal precision determination process described above is performed (S1306). FIG. 14 is a flowchart showing the flow of the decimal precision determination process. First, the intermediate luminance generating unit 32 generates the luminance of the upper, lower, left and right half pixels of the target pixel (x, y) (S1401). Then, the moving object detection unit 31 obtains an absolute difference in luminance between frames as shown in the equations (13) to (16), and evaluates values m up1 / 2 , m down1 / 2 , m right1 / 2 , m left1 / 2 is generated (S1402).

3つ目の処理では、前述した検出間隔制御の処理が行われる(S1307)。図15は、検出間隔制御処理の流れを示すフローチャートである。まず、動物体検出部31は、選択フレームとしてフレームfとフレームf+1とを選択し、フレームf+1の位置(x,y)の上下左右に隣接する位置にある画素を選択する(S1501)。そして、動物体検出部31は、フレームfの位置(x,y)にある画素の輝度と、フレームf+1の位置(x,y)の上下左右に隣接する位置にある画素の絶対差分を求め、評価値mup,mdown,mright,mleftを生成する(S1502)。 In the third process, the above-described detection interval control process is performed (S1307). FIG. 15 is a flowchart showing the flow of the detection interval control process. First, the moving object detection unit 31 selects the frame f and the frame f + 1 as the selection frames, and selects pixels at positions adjacent to the top and bottom, left and right of the position (x, y) of the frame f + 1 (S1501). Then, the moving object detection unit 31 obtains the absolute difference between the luminance of the pixel at the position (x, y) of the frame f and the pixel at the position adjacent to the top and bottom, left and right of the position (x, y) of the frame f + 1, Evaluation values m up , m down , m right , m left are generated (S1502).

そして、動物体検出部31は、フレームf+1の次のフレームであるフレームf+2を選択フレームとして選択する(S1503)。そして、動物体検出部31は、新たに選択されたフレームf+2と、フレームfとを用いて、評価値mup,mdown,mright,mleftを生成する(S1501〜S1503)。なお、フレームfに対していくつ先のフレームまで対象とするかは予め定められており、動物体検出部31は、対象フレームの処理が終了するまで、繰り返し処理を実行する(S1501〜S1504)。 Then, the moving object detection unit 31 selects a frame f + 2 that is a frame subsequent to the frame f + 1 as a selection frame (S1503). Then, the moving object detection unit 31 generates evaluation values m up , m down , m right , m left using the newly selected frame f + 2 and the frame f (S1501 to S1503). Note that the number of frames ahead of the frame f is determined in advance, and the moving object detection unit 31 repeatedly performs the processing until the processing of the target frame is completed (S1501 to S1504).

4つ目の処理では、小数精度処理(S1306)と検出間隔制御処理(S1307)とを組み合わせた処理が実行される(S1308)。   In the fourth process, a process combining the decimal precision process (S1306) and the detection interval control process (S1307) is executed (S1308).

このように、評価値dと、評価値mup,mdown,mright,mleft又は評価値mup1/2,mdown1/2,mright1/2,mleft1/2とが生成されると、動物体検出部31は、物体が上下左右の何れの方向に移動しているかを検出し(S1309)、物体の移動速度を検出する(S1310)。 In this way, when the evaluation value d and the evaluation values m up , m down , m right , m left or the evaluation values m up1 / 2 , m down1 / 2 , m right1 / 2 , m left1 / 2 are generated. The moving object detection unit 31 detects in which direction the object is moving up, down, left, or right (S1309), and detects the moving speed of the object (S1310).

そして、イメージセンサ10では、物体の奥行き方向における距離または移動方向を検出するために、次の3つの処理のうちの何れかの処理が選択される。1つ目の処理では、前述した奥行きの距離を検出する処理が行われる(S1311)。図16は、奥行きの距離を検出する処理の流れを示すフローチャートである。まず、予測輝度生成部34が、ぼけフィルタにより予測輝度lp;x,yを生成する(S1601)。そして、奥行き方向検出部33は、予測輝度lp;x,yと、実際の輝度lf+k;x,yとに基づいて評価値δx,yを生成する(S1602)。そして、評価値δx,yの正・負の判定により合焦位置にあるかどうかを判定することにより、奥行き方向の距離を検出する(S1603)。 Then, in the image sensor 10, in order to detect the distance or the moving direction in the depth direction of the object, one of the following three processes is selected. In the first process, the above-described depth distance detection process is performed (S1311). FIG. 16 is a flowchart showing a flow of processing for detecting a depth distance. First, the predicted luminance generation unit 34 generates predicted luminance l p; x, y using a blur filter (S1601). Then, the depth direction detection unit 33 generates an evaluation value δ x, y based on the predicted luminance l p; x, y and the actual luminance l f + k; x, y (S1602). Then, the distance in the depth direction is detected by determining whether the evaluation value δ x, y is in the in-focus position by positive / negative determination (S1603).

2つ目の処理では、前述した奥行きの移動方向を検出する処理が行われる(S1312)。図17は、奥行きの移動方向を検出する処理の流れを示すフローチャートである。まず、奥行き方向検出部33は、動物体検出部31により検出された上下左右方向における画素毎の移動方向に基づいて、物体の拡大率を算出する(S1701)。そして、奥行き方向検出部33は、物体が拡大している場合には、物体が光学レンズ15に近づいていることを検出し、物体が縮小している場合には、物体が光学レンズ15から遠ざかっていることを検出する(S1702)。   In the second process, the process of detecting the depth moving direction is performed (S1312). FIG. 17 is a flowchart showing a flow of processing for detecting the moving direction of the depth. First, the depth direction detection unit 33 calculates the enlargement ratio of the object based on the movement direction of each pixel in the vertical and horizontal directions detected by the moving object detection unit 31 (S1701). The depth direction detection unit 33 detects that the object is approaching the optical lens 15 when the object is enlarged, and moves away from the optical lens 15 when the object is reduced. (S1702).

3つ目の処理では、奥行き距離検出処理(S1313)と奥行き方向検出処理(S1314)とを組み合わせた処理が実行される。この場合、奥行き方向検出部33は、物体の拡大率と評価値δx,yとを用いて、物体の奥行きの移動方向とともに、物体が合焦位置の手前にあるか奥にあるかを検出することができる。 In the third process, a process combining the depth distance detection process (S1313) and the depth direction detection process (S1314) is executed. In this case, the depth direction detection unit 33 detects whether the object is in front of or behind the in-focus position, along with the moving direction of the depth of the object, using the magnification factor of the object and the evaluation values δ x, y. can do.

以上、本実施形態のイメージセンサ10について説明した。前述したように、イメージセンサ10では、小数精度の画素の輝度である中間輝度を生成することにより、1フレーム間の移動距離が1画素未満の物体の移動方向及び移動速度を検出することができる。   The image sensor 10 according to the present embodiment has been described above. As described above, the image sensor 10 can detect the moving direction and moving speed of an object whose moving distance between one frame is less than one pixel by generating intermediate luminance that is the luminance of the pixel with decimal precision. .

また、イメージセンサ10では、中間輝度を用いて移動方向及び移動速度を検出する際に、同一画素(x,y)の輝度値の差d(x,y)を評価値として用いることにより、物体が移動していないことを検出することができる。   The image sensor 10 uses the luminance value difference d (x, y) of the same pixel (x, y) as an evaluation value when detecting the moving direction and moving speed using the intermediate luminance. Can be detected as not moving.

また、イメージセンサ10では、移動方向及び移動速度の検出間隔を制御することにより、1フレーム間の移動距離が1画素未満の物体の移動方向及び移動速度を検出することができる。   Further, the image sensor 10 can detect the moving direction and moving speed of an object whose moving distance between one frame is less than one pixel by controlling the detection interval of the moving direction and moving speed.

また、イメージセンサ10では、移動方向及び移動速度の検出間隔を制御する場合においても、同一画素(x,y)の輝度値の差d(x,y)を評価値として用いることにより、物体が移動していないことを検出することができる。   Further, in the image sensor 10, even when the detection interval of the moving direction and the moving speed is controlled, the difference between the luminance values d (x, y) of the same pixel (x, y) is used as the evaluation value, so that the object is detected. It can be detected that it is not moving.

また、イメージセンサ10では、中間輝度を用いて移動方向及び移動速度を検出する場合においても、検出間隔を制御することにより、移動方向及び移動速度の検出可能範囲を広くすることができる。   Further, in the image sensor 10, even when the moving direction and the moving speed are detected using the intermediate luminance, the detection range of the moving direction and the moving speed can be widened by controlling the detection interval.

また、イメージセンサ10では、画素毎の移動方向に基づいて物体の拡大・縮小を判定することにより、物体の奥行き方向の移動方向を検出することができる。   Further, the image sensor 10 can detect the moving direction of the object in the depth direction by determining the enlargement / reduction of the object based on the moving direction of each pixel.

さらに、イメージセンサ10では、予測輝度lp;x,yと実際の輝度lf+k;x,yとに基づいた評価値δx,yを求めることにより、物体が合焦位置に近づいているか、合焦位置から遠ざかっているかを検出することができる。 Further, the image sensor 10 obtains an evaluation value δ x, y based on the predicted luminance l p; x, y and the actual luminance l f + k; x, y , whereby the object approaches the in-focus position. It is possible to detect whether it is far away from the in-focus position.

このように、イメージセンサ10では、各画素の輝度に基づいて物体の移動方向及び移動速度の検出処理が行われるため、ブロックサイズ制御等の複雑な処理が不要である。また、イメージセンサ10では、フレームレートを変更することなく動物体を高精度に検出することができる。   As described above, the image sensor 10 detects the moving direction and moving speed of the object based on the luminance of each pixel, so that complicated processing such as block size control is unnecessary. Further, the image sensor 10 can detect the moving object with high accuracy without changing the frame rate.

なお、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。   In addition, the said embodiment is for making an understanding of this invention easy, and is not for limiting and interpreting this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.

例えば、本実施形態においては、イメージセンサ10において検出処理を行う各部31〜35は回路により実現されることとしたが、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現されることとしてもよい。   For example, in the present embodiment, each unit 31 to 35 that performs detection processing in the image sensor 10 is realized by a circuit, but may be realized by a processor executing a program stored in a memory. Good.

本発明の一実施形態であるイメージセンサを含んで構成される動物体検出システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the moving body detection system comprised including the image sensor which is one Embodiment of this invention. イメージセンサのハードウェア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of an image sensor. イメージセンサの処理回路により実現される機能の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the function implement | achieved by the processing circuit of an image sensor. 上下左右方向における動きがあるかどうかを検出する動作の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the operation | movement which detects whether there exists a motion in an up-down-left-right direction. 2枚のフレームを用いて上下左右方向における動きがあるかどうかを検出する動作の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the operation | movement which detects whether there exists a motion in an up-down and left-right direction using two frames. 左右の移動方向を検出する動作の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the operation | movement which detects the left-right moving direction. 2枚のフレームを用いて上下左右の移動方向を検出する動作の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the operation | movement which detects the up / down / left / right moving direction using two frames. 小数精度により物体の移動速度を検出する動作の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the operation | movement which detects the moving speed of an object by decimal precision. 検出間隔制御により物体の移動速度を検出する動作の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the operation | movement which detects the moving speed of an object by detection interval control. 物体の奥行き方向における距離を検出する動作の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the operation | movement which detects the distance in the depth direction of an object. 物体の拡大・縮小に基づいて奥行きの移動方向を検出する動作の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the operation | movement which detects the moving direction of a depth based on expansion / contraction of an object. 奥行きの移動方向と評価値δx,yとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the moving direction of depth, and evaluation value (delta) x, y . イメージセンサにおける処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process in an image sensor. 小数精度判定の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of decimal precision determination. 検出間隔制御処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a detection interval control process. 奥行きの距離を検出する処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process which detects the distance of a depth. 奥行きの移動方向を検出する処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process which detects the moving direction of depth.

符号の説明Explanation of symbols

1 動物体検出システム 10 イメージセンサ(動物体検出装置)
15 光学レンズ 21 制御回路
22 フォトダイオードアレイ 23 メモリアレイ
24 処理回路 25 水平シフトレジスタ
26,27 垂直シフトレジスタ 31 動物体検出部
32 中間輝度生成部 33 奥行き方向検出部
34 予測輝度生成部
1 moving object detection system 10 image sensor (moving object detection device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Optical lens 21 Control circuit 22 Photodiode array 23 Memory array 24 Processing circuit 25 Horizontal shift register 26,27 Vertical shift register 31 Moving object detection part 32 Intermediate luminance generation part 33 Depth direction detection part 34 Predictive luminance generation part

Claims (1)

配列状に設けられた複数のフォトダイオードにより構成され、フレーム画像を所定の時間間隔ごとに取得するフォトダイオードアレイと、
前記複数のフォトダイオードに対応して配列状に設けられた複数の記憶素子により構成され、前記フォトダイオードアレイにより取得される前記フレーム画像を記憶するメモリアレイと、
前記フォトダイオードアレイにより取得される前記フレーム画像と、前記メモリアレイに記憶されている前記フレーム画像とを用いて、動物体の移動方向及び移動速度を示す動き信号を生成して出力する処理回路と、
を備え、
前記処理回路は、
第1フレームの1つの画素の輝度と第2フレームの1つの画素の輝度との差分と、前記第1フレームと前記第2フレームとの時間間隔とに基づいて動物体の移動方向及び移動速度を検出するとともに、前記第1フレームの第1位置にある1つの画素の輝度と前記第2フレームの前記第1位置の近傍にある画素の輝度の夫々との差分に基づいて画素毎の移動方向を更に検出する動物体検出部と、
前記動物体検出部により検出される前記画素毎の移動方向に基づいて、動物体の奥行き方向の移動方向を検出する奥行き方向検出部と、
前記第1フレームの前記第1位置にある前記1つの画素をぼかした場合の輝度である予測輝度をぼけフィルタによって生成する予測輝度生成部と、
を備え、
前記奥行き方向検出部は
前記画素毎の移動方向に基づいて、前記動物体が二次元方向において拡大しているか縮小しているかを判断し、前記動物体が縮小している場合には、前記動物体が手前から奥に移動していると判定し、前記動物体が拡大している場合には、前記動物体が奥から手前に移動していると判定するとともに、
前記第1フレームの前記第1位置にある前記1つの画素の前記輝度を前記予測輝度から減算した第1の差分と、前記第1フレームの前記第1位置にある前記1つの画素の前記輝度を前記第2フレームの前記第1位置にある1つの画素の輝度から減算した第2の差分とを乗じた評価値を生成し、
前記評価値が負の値である場合には、前記動物体が合焦位置に近づく方向に移動していると判定し、前記評価値が正の値である場合には、前記動物体が合焦位置から離れる方向に移動していると判定すること、
を特徴とする動物体検出装置。
A plurality of photodiodes arranged in an array, and a photodiode array that acquires frame images at predetermined time intervals;
A memory array configured by a plurality of storage elements provided in an array corresponding to the plurality of photodiodes, and storing the frame image acquired by the photodiode array;
A processing circuit that generates and outputs a motion signal indicating a moving direction and a moving speed of a moving object using the frame image acquired by the photodiode array and the frame image stored in the memory array; ,
With
The processing circuit includes:
Based on the difference between the luminance of one pixel of the first frame and the luminance of one pixel of the second frame and the time interval between the first frame and the second frame, the moving direction and moving speed of the moving object are determined. And detecting the moving direction of each pixel based on the difference between the luminance of one pixel at the first position of the first frame and the luminance of the pixel near the first position of the second frame. Furthermore, a moving body detection unit for detecting,
A depth direction detection unit that detects a movement direction in the depth direction of the moving object based on the moving direction of each pixel detected by the moving object detection unit;
A predicted luminance generation unit that generates a predicted luminance that is a luminance when the one pixel at the first position of the first frame is blurred by a blur filter;
With
The depth direction detection unit,
Based on the moving direction of each pixel, it is determined whether the moving object is expanding or contracting in a two-dimensional direction, and when the moving object is contracting, the moving object moves from the front to the back. When it is determined that the moving object is moving and the moving object is expanding, it is determined that the moving object is moving from the back to the front ,
The first difference obtained by subtracting the luminance of the one pixel at the first position of the first frame from the predicted luminance, and the luminance of the one pixel at the first position of the first frame. Generating an evaluation value multiplied by a second difference subtracted from the luminance of one pixel at the first position of the second frame;
When the evaluation value is a negative value, it is determined that the moving object is moving in a direction approaching the in-focus position, and when the evaluation value is a positive value, the moving object is aligned. Determining that it is moving away from the focal position ,
A moving object detecting device characterized by the above.
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