JP5187004B2 - 通行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道の駅などに設置される自動改札装置のような通行制御装置に関し、特に、通路を通行する利用者が大人か子供かを判別するための技術に関する。

自動改札装置において、利用者が大人か子供かを判別するために、カメラを用いる方法が知られている。例えば、下記の特許文献１には、天井に取り付けられたカメラにより斜め上方から利用者を撮影し、得られた画像を用いて大人／子供の判別を行う技術が開示されている。本文献では、撮影された画像に対して、大人／子供の判別基準となる身長を基準線（閾値）として設定し、撮影された利用者の身長が基準線より大きければ大人と判断し、撮影された利用者の身長が基準線より小さければ子供と判断している。

特開平７−１４０３８号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、自動改札装置を通行する利用者の位置（通行方向の位置）によって、画像上の利用者の身長が異なり、カメラに近い位置では身長が高く、カメラから遠い位置では身長が低くなるため、大人／子供を誤判別してしまうおそれがある。このような誤判別があると、乗車券を持たない大人の無札客に対して通行を許可したり、正常な利用者である子供に対して通行を禁止したりするなどの誤った通行処理が行われることになる。

そこで、カメラを自動改札装置の本体に斜め上を向くように取り付けて、通路に進入する利用者の顔を撮像し、得られた顔画像から大人と子供とを判別する方法が考えられる。この方法によれば、原理上、利用者の位置によって画像上の身長が異なることに基因する誤判別は回避することができる。しかしながら、その一方で、カメラを取り付ける場所の制限や、使用するカメラの視野角の制限から、カメラの撮像範囲が限られたものとなって、完全な顔画像を取得できず、大人／子供の判別ができない場合がある。この対策としては、広範囲の撮像が可能な広角カメラを用いればよいが、このようなカメラは一般に高価であり、コストの点から採用が難しいという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑み、撮像範囲が限られている場合でも、大人と子供を判別することが可能な通行制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る通行制御装置は、通路を通行する利用者を撮像する撮像手段と、この撮像手段が撮像した画像から利用者の腕部および胴部を検出し、検出した腕部および胴部の特徴量に基づいて、当該利用者が大人か子供かを判別する判別手段と、この判別手段の判別結果に基づいて通行処理を行なう通行処理手段とを備える。

本発明においては、腕部と胴部の特徴量が大人と子供とで異なることを利用し、撮像手段で撮像した腕部と胴部の画像に基づいて大人／子供の判別を行うようにしているので、撮像範囲が限られていて利用者の顔画像を取得できなくても、大人と子供とを判別することができる。

本発明では、上記特徴量として、腕部と胴部とのなす角度を用いることが好ましい。

例えば、自動改札装置を通過する利用者は、ＩＣカードや磁気券のような乗車媒体を携帯しており、自動改札装置に入場する際には、アンテナ部に乗車媒体をかざしたり、投入口に乗車媒体を投入したりする必要があるため、利用者は必ず腕を伸ばした姿勢をとる。このとき、大人であれば、身長が高いことから、腕部と胴部とのなす角度は小さいが、子供であれば、身長が低いことから、腕部と胴部とのなす角度は大きくなる。

したがって、撮像手段が撮像した画像を解析して、腕部と胴部とのなす角度を算出し、角度が基準値以下であれば利用者を大人と判別し、角度が基準値を越えておれば利用者を子供と判別することができる。

本発明では、判別手段が、腕部の太さを算出し、算出された腕部の太さが所定範囲内にある場合は、撮像手段で撮像された被写体を人と判別し、算出された腕部の太さが所定範囲内にない場合は、撮像手段で撮像された被写体を物と判別するようにしてもよい。これによると、腕部の太さに基づいて、人と物とを判別することができる。

本発明では、乗車券や入退室カードのような媒体が受け付けられた時に、撮像手段が利用者を撮像するのが好ましい。媒体の受け付け時には、利用者は腕を伸ばした姿勢をとるので、このタイミングで撮像を行うことにより、腕部と胴部とのなす角度のような特徴量を正確に算出することができる。

本発明によれば、撮像範囲が限られていて顔画像を取得できない場合でも、腕部と胴部の画像に基づいて、利用者が大人であるか子供であるかを判別することが可能となる。

図１ないし図３は、本発明の実施形態に係る自動改札装置を示した図であり、図１は斜視図、図２は正面図、図３は側面図である。図において、５０は自動改札装置、５１は自動改札装置５０の本体、５２は自動改札装置５０の入口側（改札側）に設けられたゲート扉、５３は自動改札装置５０の出口側（集札側）に設けられたゲート扉、５４は自動改札装置５０で使用される非接触ＩＣカード（図示省略）との間で通信を行うアンテナ、５５はアンテナ５４で読み取った非接触ＩＣカードが正常な乗車媒体であるか否かを表示するランプ表示部、５６は利用者に対して通行許可や通行禁止等の各種メッセージを表示するメッセージ表示部、５７は本体５１の側部に設けられた側板、５８は側板５７の上面に設けられた小児／学生表示ランプ、５９は側板５７内に設けられているセンサやカメラ（後述）を覆うカバー、６０は本体５１の正面に設けられている通行可否表示部、６１は１対の自動改札装置５０により形成される改札通路である。

図３は、図１における右側の自動改札装置５０のカバー５９を取り外した状態の側面図である。４０は通行方向に直線状に複数個配列された人間位置追跡用のセンサであって、例えば透過型の光センサから構成されている。また、図１の左側の自動改札装置５０における側板５７にも、改札通路６１を挟んでセンサ４０のそれぞれと対向する位置に、透過型の光センサが複数個設けられている。そして、各自動改札装置５０においては、センサを構成する投光素子と受光素子とが通行方向に交互に配列されており、かつ、一方の自動改札装置５０の投光素子と他方の自動改札装置５０の受光素子とが改札通路６１を挟んで対向している。

図１に示すように、右側の自動改札装置５０の側板５７の内部には、カメラ１１が配備されている。このカメラ１１は、改札通路６１の出口側に設けられており、改札通路６１の入口側から入場する利用者を斜め下方向から撮像する。このため、カメラ１１は図３のように斜め上を向いて設置されている。

図２は、図１を出口側からみた図であって、一点鎖線はカメラ１１の撮像範囲を示しており、Ｐは改札通路６１を通行する利用者を示している。このように、カメラ１１の撮像範囲は、利用者Ｐの一部分しかカバーできない限られた範囲となっている。

以上のような自動改札装置５０は、例えば鉄道の駅に設置され、利用者が非接触ＩＣカードをアンテナ５４の上にかざすと、アンテナ５４が読み取った非接触ＩＣカードのデータが本体５１の内部に設けられている制御部に送られ、制御部が乗車媒体の適否を判定してゲート扉５２，５３の開閉を制御し、通行を許可または禁止する。

図４は、自動改札装置５０の電気的構成を示したブロック図である。１は自動改札装置５０の動作を制御する制御部としてのＣＰＵ、２はメモリから構成される記憶部である。記憶部２には、後述する判定結果を格納する判定結果エリア２ａと、カメラ１１で撮像した画像を格納する画像エリア２ｂとが設けられている。また、これ以外にも、乗車媒体から読み取った媒体情報が格納されるエリアや、ＣＰＵ１の動作プログラムが格納されるエリア、各種の制御パラメータが格納されるエリアなどを有している（図示省略）。３はゲート扉５２，５３を駆動する扉駆動部であって、扉開閉用のモータや、モータの駆動回路などから構成される。４は表示部であって、図１に示したランプ表示部５５、メッセージ表示部５６、小児／学生表示ランプ５８および通行可否表示部６０から構成される。５は上位装置であるホスト装置（図示省略）との間で通信を行うホスト通信部、６は自動改札装置５０の各部に電源を供給する電源部である。

７は撮像部であって、前述したカメラ１１とその駆動回路等から構成される。８は、カメラ１１で撮像された画像を処理する画像処理部であって、撮像画像から腕部と胴部との角度を検出するなどの処理（詳細は後述）を行う。９は人間検知部であって、図３に示したセンサ４０などから構成される。１０はアンテナ５４の動作を制御するアンテナ制御部であって、アンテナ５４は非接触ＩＣカードからなる非接触媒体７０との間で無線通信を行い、非接触媒体７０に記録されている媒体情報を非接触で読み取る。

以上において、ＣＰＵ１は、本発明における通行処理手段の一実施形態を構成し、撮像部７は本発明における撮像手段の一実施形態を構成している。また、ＣＰＵ１および画像処理部８は、本発明における判別手段の一実施形態を構成し、アンテナ５４は、本発明における読取手段の一実施形態を構成している。

次に、上述した自動改札装置５０における大人／子供の判別の原理について説明する。

図５において、自動改札装置５０に入場しようとする利用者Ｐは、破線で示すように腕を伸ばして、所持する非接触媒体７０（図４）をアンテナ５４（図１）の上にかざす。そして、アンテナ５４が非接触媒体７０を受け付けた時点、すなわち、アンテナ５４が非接触媒体７０から所定の情報を読み取って非接触媒体７０を検知した時点で、カメラ１１は撮像を開始し、図５の一点鎖線で示す撮像範囲を撮像する。このとき、カメラ１１は、連続してシャッターを切り、一定時間にわたって複数枚の画像を撮像する。

図６は、カメラ１１で撮像された画像を示している。画像処理部８では、この画像に対して以下のような処理を行う。まず、人体と背景とを区別するために、公知の方法を用いて人体のシルエットのエッジ（輪郭）を抽出する。次に、エッジの外部と内部とで画像を２値化する。例えば、図７に示すように、エッジＥの内部Ｙ１は白色とし、エッジＥの外部Ｙ２は黒色とする。勿論、この逆を採用してもよい。

続いて、図７の点線で示す部分Ｚを、例えば水平方向にサンプリングする。図６のように、利用者Ｐが腕を伸ばした状態では、画像上で腕部Ａは胴部Ｂから分離している。したがって、上記サンプリングにより、白色領域が黒色領域を挟んで分かれていることが検出されることで、腕部Ａと胴部Ｂとの分離を認識することができる。

次に、分離した腕部Ａについて、図６における腕の太さｄを算出する。そして、算出した腕の太さｄが、所定範囲内にあるか否かをチェックする。その結果、例えば、５ｃｍ≦ｄ≦１５ｃｍであれば、腕部Ａを人体の腕とみなし、被写体を「人」と判定する。また、ｄ＜５ｃｍまたは１５ｃｍ＜ｄであれば、腕部Ａを人体の腕ではないとみなし、被写体を「物」と判定する。なお、腕の太さｄの算出にあたっては、１箇所だけでなく複数箇所にわたって太さを算出し、それらの値の平均値を採用するようにしてもよい。

上記のようにして人体の腕が検出されると、次に、図６における腕部Ａと胴部Ｂとのなす角度θを算出する。そして、算出した角度θを基準値と比較し、その比較結果により大人／子供の判別を行う。利用者Ｐが大人であれば、身長が高いため腕部Ａと胴部Ｂとのなす角度θは小さく、例えば、θ＝５°〜４５°となる。これに対して、利用者Ｐが子供であれば、身長が低いため腕部Ａと胴部Ｂとのなす角度θは大きく、例えば、θ＝４６°〜８５°となる。したがって、４５°を基準値とし、角度θが基準値以下（例えば、θ＝３０°）であれば大人と判定し、角度θが基準値を超えておれば（例えば、θ＝６０°）子供と判定する。

図８は、自動改札装置５０の全体動作を示したフローチャートである。ステップＳ１で電源をＯＮにして装置を起動すると、ステップＳ２で待機状態となり、ステップＳ３で乗車媒体が受け付けられるのを待つ。非接触媒体７０がアンテナ５４にかざされて検知されると、媒体が受け付けられたと判断して（ステップＳ３：ＹＥＳ）、人／物の判定処理（ステップＳ４）と、それに続く大人／子供の判定処理（ステップＳ５）に移る。

図９は、図８におけるステップＳ４の人／物の判定処理の詳細手順を示したフローチャートである。先のステップＳ３で媒体が受け付けられた時点で、カメラ１１が駆動されて利用者の撮像が開始され（ステップＳ１１）、複数枚の画像が取得される（ステップＳ１２）。取得された画像は、記憶部２の画像エリア２ｂ（図４）に順次格納されて保存される（ステップＳ１３）。

次に、画像処理部８は、記憶部２の画像エリア２ｂから画像を１枚読み込み（ステップＳ１４）、この画像に対して、図６で説明した人体シルエットのエッジを抽出する（ステップＳ１５）。そして、抽出したエッジの外部と内部とで、図７で説明した黒色と白色の２値化処理を行う（ステップＳ１６）。続いて、図７の点線で示した部分Ｚについてサンプリングを行い（ステップＳ１７）、腕部が胴部から分離していることを確認する。

次に、サンプリングの結果から得られる分離部分について、太さｄ（図６）を算出し（ステップＳ１８）、前述した判定基準に基づいて、分離部分が腕か否かを判定する（ステップＳ１９）。判定の結果、分離部分が腕であれば（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、このときの画像の被写体は「人」であると判定し（ステップＳ２０）、ステップＳ２２へ進む。一方、判定の結果、分離部分が腕でなければ（ステップＳ１９：ＮＯ）、このときの画像の被写体は「物」であると判定し（ステップＳ２１）、ステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２では、画像の読み込みが終了したかどうか、すなわち、記憶部２の画像エリア２ｂから画像を全て読み込んだかどうかを判定する。画像を全て読み込んでなければ（ステップＳ２２：ＮＯ）、ステップＳ１４へ戻って次の画像を読み込み、ステップＳ１５以下の処理を実行する。一方、画像を全て読み込んでおれば（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２３では、ステップＳ２０またはステップＳ２１の判定結果を、記憶部２の判定結果エリア２ａへ出力する。この結果、判定結果エリア２ａには、例えば 図１１に示すような判定結果（１）の判定データが格納される。ステップＳ２３を実行した後は、図１０のステップＳ３１へ移行する。

図１０は、図８におけるステップＳ５の大人／子供の判定処理の詳細手順を示したフローチャートである。ステップＳ３１では、図９のステップＳ１９で腕と判定された画像を、画像処理部８に入力する。画像処理部８は、この画像を解析して、腕部と胴部とのなす角度θ（図６）を算出し（ステップＳ３２）、角度θが基準値以下か否かを判定する（ステップＳ３３）。そして、この判定の結果、角度θが基準値以下であれば（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、ステップＳ３４へ進んで、旅客を「大人」と判定する。一方、ステップＳ３３での判定の結果、角度θが基準値を超えておれば（ステップＳ３３：ＮＯ）、ステップＳ３５へ進んで、旅客を「子供」と判定する。ステップＳ３４、Ｓ３５を実行した後は、ステップＳ３６に移る。

ステップＳ３６では、ステップＳ３４またはステップＳ３５の判定結果を、記憶部２の判定結果エリア２ａへ出力する。この結果、判定結果エリア２ａには、例えば 図１１に示すような判定結果（２）の判定データが格納される。ステップＳ３６を実行した後は、図８のステップＳ６へ移行する。

図８のステップＳ６では、ＣＰＵ１は、記憶部２の判定結果エリア２ａに記録されている判定結果を参照し、当該判定結果に応じた改札処理を実行する。このとき、アンテナ５４が非接触媒体７０から読み取った媒体情報（例えば、有効期間、乗車区間など）も参照されることはいうまでもない。

上述した自動改札装置５０においては、腕部Ａと胴部Ｂのなす角度θが大人と子供とで異なることを利用し、カメラ１１で撮像した腕部Ａと胴部Ｂの画像に基づいて、大人／子供の判別を行うようにしている。このため、図２のようにカメラ１１の撮像範囲が限られていて、利用者Ｐの完全な顔画像を取得できない場合であっても、角度θから大人と子供とを判別することができる。

また、角度θに加えて腕部Ａの太さｄを算出し、腕部Ａの太さｄが所定範囲内にある場合は、カメラ１１で撮像された被写体を人と判別し、腕部Ａの太さｄが所定範囲内にない場合は、カメラ１１で撮像された被写体を物と判別するようにしているので、腕部Ａの太さｄに基づいて、人と物とを判別することができる。

さらに、非接触媒体７０がアンテナ５４で受け付けられた時に、カメラ１１が利用者Ｐを撮像するようにしているので、利用者Ｐが腕を伸ばした姿勢で撮像が行われ、腕部Ａと胴部Ｂとのなす角度θを正確に算出することができる。

本発明は、上述した実施形態以外にも、種々の実施形態を採用することができる。例えば、上記実施形態では、腕部Ａおよび胴部Ｂの特徴量として、双方のなす角度θを例に挙げたが、角度に代えて、腕部Ａと胴部Ｂの所定部位間の距離を特徴量としてもよい。

また、特徴量として、媒体受付時における腕部Ａおよび胴部Ｂのシルエットの何種類かのパターンを、大人と子供のそれぞれについてあらかじめ登録（記憶部２に記憶）しておき、カメラ１１で撮像した画像のパターンと、登録したパターンとの一致度により、大人／子供の判別を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、角度θのみで大人と子供の判別を行ったが、角度θと腕の太さｄの双方に基づいて、大人と子供の判別を行ってもよい。これは、算出された角度θの値が基準値付近にあって、大人／子供の区別が難しい場合に有効である。例えば、角度θが４５°であった場合、腕の太さｄが１０ｃｍであれば大人と判定し、腕の太さｄが５ｃｍであれば子供と判定することで、大人／子供の判別精度を高めることができる。

また、上記実施形態では、カメラ１１を自動改札装置５０の側板５７の内部に設置したが、自動改札装置５０の本体５１にカメラ１１を設置してもよく、カメラ１１の設置場所は任意である。

さらに、上記実施形態では、非接触媒体専用の自動改札装置５０を例に挙げたが、本発明は、非接触媒体と磁気券の両方に対応した自動改札装置や、磁気券のみに対応した自動改札装置にも適用することができる。また、本発明は、自動改札装置に限らず、入退出管理システムに用いられるゲート装置などにも適用することができる。

本発明の実施形態に係る自動改札装置を示した斜視図である。 本発明の実施形態に係る自動改札装置を示した正面図である。 本発明の実施形態に係る自動改札装置を示した側面図である。 自動改札装置の電気的構成を示したブロック図である。 非接触媒体をアンテナにかざすときの姿勢を説明する図である。 カメラで撮像された画像を示す図である。 エッジの外部と内部における２値化を説明する図である。 自動改札装置の全体動作を示したフローチャートである。 人／物の判定処理の詳細手順を示したフローチャートである。 大人／子供の判定処理の詳細手順を示したフローチャートである。 判定結果エリアに格納された判定データを示す図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
２ 記憶部
２ａ 判定結果エリア
２ｂ 画像エリア
７ 撮像部
８ 画像処理部
１１ カメラ
５０ 自動改札装置
５４ アンテナ
７０ 非接触媒体
Ａ 腕部
Ｂ 胴部
Ｅ エッジ
Ｐ 利用者
θ 角度

Claims (5)

1. 通路を通行する利用者を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段が撮像した画像から前記利用者の腕部および胴部を検出し、検出した腕部および胴部の特徴量に基づいて、当該利用者が大人か子供かを判別する判別手段と、
   前記判別手段の判別結果に基づいて通行処理を行なう通行処理手段と、
   を備えたことを特徴とする通行制御装置。
2. 請求項１に記載の通行制御装置において、
   前記特徴量が、腕部と胴部とのなす角度であることを特徴とする通行制御装置。
3. 請求項２に記載の通行制御装置において、
   前記判別手段は、前記角度が基準値以下の場合に、前記利用者を大人と判別し、前記角度が基準値を越える場合に、前記利用者を子供と判別することを特徴とする通行制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の通行制御装置において、
   前記判別手段は、さらに、検出した腕部の太さを算出し、算出された腕部の太さが所定範囲内にある場合は、前記撮像手段で撮像された被写体を人と判別し、算出された腕部の太さが所定範囲内にない場合は、前記撮像手段で撮像された被写体を物と判別することを特徴とする通行制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の通行制御装置において、
   前記利用者が所持する媒体を受け付けて、当該媒体に記録されている媒体情報を読み取る読取手段を備え、
   前記撮像手段は、前記読取手段が前記媒体を受け付けた時に、利用者を撮像することを特徴とする通行制御装置。

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