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JP5410351B2 - Security device and security method - Google Patents

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JP5410351B2
JP5410351B2 JP2010082940A JP2010082940A JP5410351B2 JP 5410351 B2 JP5410351 B2 JP 5410351B2 JP 2010082940 A JP2010082940 A JP 2010082940A JP 2010082940 A JP2010082940 A JP 2010082940A JP 5410351 B2 JP5410351 B2 JP 5410351B2
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康貴 田中
伸一 田中
益巳 谷本
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SOHGO SECURITY SERVICES CO.,LTD.
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Description

本発明は、警備装置および警備方法に関する。   The present invention relates to a security device and a security method.

監視カメラにより撮像した画像、センサの検知信号、およびマイクにより集音した音声等により、監視領域での不審者の侵入などを検知する警備装置が知られている。例えば、特許文献1では、マイクロホンを用いて収音した音の発生位置から侵入者の移動経路を検知する検知装置が提案されている。特許文献1では、住宅を囲うように複数のマイクロホンを設置すること、および、複数のマイクロホンを所定間隔で配置したマイクアレイを用いてもよいことが記載されている。また、特許文献2では、マイクロホンアレーを使用して検知した車両の音から音源方向を特定し、車両が駐車枠内に存在することを判断する車両検出方法が提案されている。   2. Description of the Related Art A security device that detects an intrusion of a suspicious person in a monitoring area from an image captured by a monitoring camera, a detection signal from a sensor, and a sound collected by a microphone is known. For example, Patent Document 1 proposes a detection device that detects a movement path of an intruder from a position where a sound collected using a microphone is generated. Patent Document 1 describes that a plurality of microphones may be installed so as to surround a house, and a microphone array in which a plurality of microphones are arranged at predetermined intervals may be used. Patent Document 2 proposes a vehicle detection method in which a sound source direction is specified from the sound of a vehicle detected using a microphone array, and it is determined that the vehicle is present in a parking frame.

特開2009−105612号公報JP 2009-105612 A 特開2005−115813号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-115813

しかしながら、例えば特許文献1および2などのように広い範囲の音を集音する必要がある場合、遠方の音を検知するためにマイクロホンの感度上げると、マイクロホンの近くで大きな音が発生した場合、オーバーフローが発生し、集音した音による検知処理の精度が低下する可能性があるという問題があった。   However, when it is necessary to collect a wide range of sounds as in Patent Documents 1 and 2, for example, if a microphone is increased in order to detect a distant sound, a loud sound is generated near the microphone. There has been a problem that overflow may occur and the accuracy of detection processing by the collected sound may be reduced.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マイクロホンを用いた監視対象の検知処理をより高精度に実行することができる警備装置および警備方法を提供することを目的とする。   This invention is made in view of the above, Comprising: It aims at providing the guard apparatus and guard method which can perform the detection process of the monitoring object using a microphone with higher precision.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、監視対象が移動する移動面に対して略垂直方向に配置される複数のマイクロホンを有し、前記監視対象から発生される音を集音するマイクロホンアレーと、前記マイクロホンアレーに集音された音に基づいて、前記マイクロホンアレーに対する前記監視対象の方向を検出する方向検出部と、前記監視対象の方向に応じて前記マイクロホンアレーの感度を補正する感度補正部と、前記監視対象の方向に基づいて異常の発生を判断する異常判断部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a plurality of microphones arranged in a direction substantially perpendicular to a moving surface on which a monitoring target moves, and a sound generated from the monitoring target. A microphone array that collects the sound, a direction detection unit that detects a direction of the monitoring target with respect to the microphone array based on sound collected by the microphone array, and a microphone array according to the direction of the monitoring target. A sensitivity correction unit that corrects sensitivity and an abnormality determination unit that determines occurrence of abnormality based on the direction of the monitoring target are provided.

本発明によれば、マイクロホンを用いた監視対象の検知処理をより高精度に実行することができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that detection processing of a monitoring target using a microphone can be executed with higher accuracy.

図1は、本実施の形態にかかる警備装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a security device according to the present embodiment. 図2は、マイクロホンアレーの構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a microphone array. 図3は、侵入者検知処理を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the intruder detection process. 図4は、警備装置による侵入者検知処理の全体の流れの一例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing an example of the entire flow of intruder detection processing by the security device. 図5は、集音感度補正処理の概要を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the outline of the sound collection sensitivity correction process. 図6は、感度補正処理の具体例を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a specific example of the sensitivity correction process. 図7は、感度補正処理を行わない場合の信号波形の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a signal waveform when the sensitivity correction process is not performed. 図8は、感度補正処理を行う場合の信号波形の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a signal waveform when the sensitivity correction process is performed.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる警備装置および警備方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a security device and a security method according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施の形態にかかる警備装置の構成例を示すブロック図である。図1に示すように、警備装置10は、本体部100と、マイクロホンアレー200とを備えている。図1では省略しているが、警備装置10は、ネットワークを介して監視センタに接続されている。監視センタは、警備装置10から、監視領域における異常を検知した旨の通報を受信した場合に、待機中の警備員に対して異常が検知された監視領域へ向かう旨の指示を出すとともに、必要に応じて警察や消防など関係機関への通報を行うセンタである。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a security device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the security device 10 includes a main body 100 and a microphone array 200. Although omitted in FIG. 1, the security device 10 is connected to a monitoring center via a network. When the monitoring center receives a notification from the security device 10 that an abnormality has been detected in the monitoring area, the monitoring center issues an instruction to the waiting guard to go to the monitoring area where the abnormality is detected, and is necessary. It is a center that reports to related organizations such as the police and fire department according to the situation.

マイクロホンアレー200は、複数のマイクロホンを有し、監視対象を含む音源から発生される音を集音する。マイクロホンアレー200は、複数のマイクロホンを所定方向に配列して構成する。これにより、音源の方向が推定可能となる。図2は、マイクロホンアレー200の構成例を示す図である。   The microphone array 200 has a plurality of microphones and collects sound generated from a sound source including a monitoring target. The microphone array 200 is configured by arranging a plurality of microphones in a predetermined direction. As a result, the direction of the sound source can be estimated. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the microphone array 200.

図2に示すように、空間的に配置された複数のマイクロホンで音響信号を受音すると、各受音信号の間には、音波の到来時間の差に応じた時間差や振幅差が生じる。音源方向検出部103は、マイクロホンアレー200を用いることにより、これらの信号の差を利用して音源の方向を推定する。   As shown in FIG. 2, when an acoustic signal is received by a plurality of spatially arranged microphones, a time difference or an amplitude difference corresponding to the difference in arrival time of sound waves is generated between the received sound signals. The sound source direction detection unit 103 uses the microphone array 200 to estimate the direction of the sound source using the difference between these signals.

一般に、マイクロホンアレー200を用いることにより、以下のような機能を実現できる。
(1)マイクロホンアレー200を構成するマイクロホンを縦一列に配置することにより、音到来方向の上下方向を推定する。
(2)マイクロホンアレー200を構成するマイクロホンを横一列に配置することにより、音到来方向の左右方向を推定する。
(3)マイクロホンアレー200から出力される音響信号の信号処理により、特定方向からの音のみ集音感度を上げる。
(4)マイクロホンアレー200から出力される音響信号の信号処理により、特定方向からの音のみ集音感度を下げ、その方向からの雑音を低減する。
In general, by using the microphone array 200, the following functions can be realized.
(1) By arranging the microphones constituting the microphone array 200 in a vertical line, the vertical direction of the sound arrival direction is estimated.
(2) The left and right directions of the sound arrival directions are estimated by arranging the microphones constituting the microphone array 200 in a horizontal row.
(3) The sound collection sensitivity of only sound from a specific direction is increased by signal processing of the acoustic signal output from the microphone array 200.
(4) By the signal processing of the acoustic signal output from the microphone array 200, the sound collection sensitivity is reduced only for the sound from a specific direction, and the noise from that direction is reduced.

本実施の形態では、侵入者等が監視領域内で移動する移動面(地面)に対してマイクロホンアレー200を構成するマイクロホンを縦一列(略垂直方向)に配置する場合を例に説明する。なお、マイクロホンをさらに移動面に対して横一列に配置し、音源の左右方向も推定可能とするように構成してもよい。   In the present embodiment, an example will be described in which microphones constituting the microphone array 200 are arranged in a vertical row (substantially vertical direction) with respect to a moving surface (ground) on which an intruder or the like moves in a monitoring area. Note that the microphones may be further arranged in a horizontal row with respect to the moving surface so that the horizontal direction of the sound source can also be estimated.

図1に戻り、本体部100は、データベース121と、記憶部122と、AD(アナログデジタル)変換部101と、不審音判定部102と、音源方向検出部103と、足音判定部104と、異常判断部105と、警報出力処理部106と、補正量算出部107と、を備えている。   Returning to FIG. 1, the main unit 100 includes a database 121, a storage unit 122, an AD (analog / digital) conversion unit 101, a suspicious sound determination unit 102, a sound source direction detection unit 103, a footstep determination unit 104, an abnormality A determination unit 105, an alarm output processing unit 106, and a correction amount calculation unit 107 are provided.

データベース121は、足音判定部104が足音であると判定するときに参照する足音の特徴量を記憶する。なお、以下では人物を監視対象とし、集音された音が人物の足音であることを判定する場合を例に説明するが、監視対象は人物に限られるものではなく、また、判定する音は足音に限られるものではない。監視対象が、地面等の所定の移動面を移動するとき音として予め定められた特定音であればあらゆる音を対象とすることができる。この場合、データベース121は、当該特定音の特徴量を記憶しておけばよい。   The database 121 stores a footstep feature amount referred to when the footstep determination unit 104 determines that it is a footstep. In the following, a case is described in which a person is a monitoring target and it is determined that the collected sound is a footstep sound of the person, but the monitoring target is not limited to a person, and the sound to be determined is It is not limited to footsteps. If the monitoring target is a specific sound that is predetermined as a sound when moving on a predetermined moving surface such as the ground, any sound can be targeted. In this case, the database 121 may store the feature amount of the specific sound.

音の特徴量としては、音響信号を周波数解析して得られる音の周波数特徴など、従来から用いられているあらゆる特徴量を用いることができる。   As the feature amount of sound, any feature amount conventionally used, such as frequency feature of sound obtained by frequency analysis of an acoustic signal, can be used.

記憶部122は、音源方向情報、不審音検知時刻情報、監視領域情報、および異常判定値情報などの各種情報を記憶する。音源方向情報は、音源方向検出部103が検出した音源の方向を表す情報である。不審音検知時刻情報は、不審音判定部102が不審音を検知した時刻を表す。監視領域情報は、監視領域の範囲、マイクロホンアレー200に対する監視領域の位置などを特定する情報である。異常判定値情報は、異常判断部105が、異常が発生したか否かを判断する際に参照する情報である。監視領域情報および異常判定値情報は、初期設定として与えられる。   The storage unit 122 stores various types of information such as sound source direction information, suspicious sound detection time information, monitoring area information, and abnormality determination value information. The sound source direction information is information indicating the direction of the sound source detected by the sound source direction detecting unit 103. The suspicious sound detection time information represents the time when the suspicious sound determination unit 102 detects the suspicious sound. The monitoring area information is information that identifies the range of the monitoring area, the position of the monitoring area with respect to the microphone array 200, and the like. The abnormality determination value information is information that the abnormality determination unit 105 refers to when determining whether an abnormality has occurred. The monitoring area information and the abnormality determination value information are given as initial settings.

AD変換部101は、マイクロホンアレー200により集音されたアナログ信号である音響信号をディジタル信号に変換する。また、AD変換部101は、集音感度を調整する集音感度補正部101aを備えている。集音感度補正部101aは、補正量算出部107により算出された補正量に従いマイクロホンアレー200の集音感度を調整する。   The AD conversion unit 101 converts an acoustic signal that is an analog signal collected by the microphone array 200 into a digital signal. In addition, the AD conversion unit 101 includes a sound collection sensitivity correction unit 101a that adjusts sound collection sensitivity. The sound collection sensitivity correction unit 101 a adjusts the sound collection sensitivity of the microphone array 200 according to the correction amount calculated by the correction amount calculation unit 107.

不審音判定部102は、音源方向検出部103による音源方向の推定処理、足音判定部104による足音判定処理の事前処理として、大きな音などの不審音を抽出する。例えば、不審音判定部102は、変換されたディジタル信号から音の音圧レベルを算出し、算出した値が所定の閾値より大きい場合に、不審音であると判定する。   The suspicious sound determination unit 102 extracts a suspicious sound such as a loud sound as pre-processing of the sound source direction estimation processing by the sound source direction detection unit 103 and the footstep determination processing by the footstep determination unit 104. For example, the suspicious sound determination unit 102 calculates the sound pressure level of the sound from the converted digital signal, and determines that the sound is suspicious when the calculated value is greater than a predetermined threshold.

音源方向検出部103は、不審音判定部102により抽出された不審音の音源方向を算出する。例えば、音源方向検出部103は、垂直下方向に対する不審音の方向を表す角度αを算出する。   The sound source direction detection unit 103 calculates the sound source direction of the suspicious sound extracted by the suspicious sound determination unit 102. For example, the sound source direction detection unit 103 calculates an angle α that represents the direction of the suspicious sound relative to the vertically downward direction.

足音判定部104は、不審音判定部102により抽出された不審音が足音であるかを判定する。例えば、足音判定部104は、不審音を解析して不審音の特徴量を算出し、算出した特徴量がデータベース121に記憶した足音の特徴量と一致または類似し、かつ、不審音の音源方向が、足音が検出されると想定される予め定められた方向の範囲内である場合に、不審音が足音であると判定する。   The footstep determination unit 104 determines whether the suspicious sound extracted by the suspicious sound determination unit 102 is a footstep. For example, the footstep determination unit 104 analyzes the suspicious sound and calculates a feature amount of the suspicious sound. The calculated feature amount matches or is similar to the footstep feature amount stored in the database 121, and the sound source direction of the suspicious sound However, it is determined that the suspicious sound is the footstep when the footstep is within the range of a predetermined direction in which the footstep is assumed to be detected.

異常判断部105は、音源の方向を参照して異常の発生を判断する。例えば、異常判断部105は、足音の方向情報(音源方向情報)、および音源方向情報の時間変化を用いて、異常判定ポイントの加算および減算を行う。異常判定ポイントとは、異常が発生したか否かを判定するための値である。異常判断部105は、異常判定ポイントが所定の閾値を超えた場合に異常が発生したと判定する。   The abnormality determination unit 105 determines the occurrence of abnormality with reference to the direction of the sound source. For example, the abnormality determination unit 105 performs addition and subtraction of abnormality determination points using the footstep direction information (sound source direction information) and the temporal change of the sound source direction information. The abnormality determination point is a value for determining whether or not an abnormality has occurred. The abnormality determination unit 105 determines that an abnormality has occurred when the abnormality determination point exceeds a predetermined threshold.

警報出力処理部106は、異常判断部105により異常が発生したと判断されたとき、警報出力を行う。例えば、警報出力処理部106は、図示しないスピーカ等から警報を出力する。また、警報出力処理部106は、ネットワークを介して監視センタに異常の検知を通報する。   The alarm output processing unit 106 outputs an alarm when the abnormality determination unit 105 determines that an abnormality has occurred. For example, the alarm output processing unit 106 outputs an alarm from a speaker or the like (not shown). Further, the alarm output processing unit 106 notifies the monitoring center of abnormality detection via the network.

補正量算出部107は、足音の方向情報、および方向情報の時間変化を用いて、マイクロホンアレー200の集音感度の補正量を算出する。算出された補正量は、AD変換部101に伝達される。   The correction amount calculation unit 107 calculates the correction amount of the sound collection sensitivity of the microphone array 200 using the direction information of the footsteps and the time change of the direction information. The calculated correction amount is transmitted to the AD conversion unit 101.

次に、図3を用いて本実施の形態の警備装置10による侵入者検知処理の概要について説明する。図3は、侵入者検知処理を説明するための図である。   Next, an overview of intruder detection processing by the security device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the intruder detection process.

図3に示すように、本実施の形態では、縦一列に配置されたマイクロホンアレー200を用いることにより、集音された音の上下方向を推定する。図3は、目標物である建物の窓付近に縦型のマイクロホンアレー200を設置し屋外を警戒する場合の例を示している。図3に示すように、マイクロホンアレー200の設置位置、および監視領域の境界の位置が決定されると、マイクロホンアレー200からこの境界までの方向を示す監視境界角度αthが決定される。   As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the up-down direction of the collected sound is estimated by using microphone arrays 200 arranged in a vertical row. FIG. 3 shows an example in which a vertical microphone array 200 is installed in the vicinity of a window of a building that is a target and the outdoors is wary. As shown in FIG. 3, when the installation position of the microphone array 200 and the position of the boundary of the monitoring area are determined, the monitoring boundary angle αth indicating the direction from the microphone array 200 to this boundary is determined.

検知された不審音の方向推定結果を表す角度αがαthよりも大きいときは(α>αth)、異常判断部105は、検知した不審音は監視領域境界よりも外側で発生した音であり、雑音であると判断する。   When the angle α representing the direction estimation result of the detected suspicious sound is larger than αth (α> αth), the abnormality determining unit 105 detects the detected suspicious sound outside the monitoring region boundary, Judged as noise.

検知された不審音の方向推定結果を表す角度αがαthよりも小さいときは(α<αth)、足音判定部104が、音の周波数的特徴等から人の足音であるか否かを判断する。このとき、防犯砂利等の足音を増幅する音発生手段を地面に敷設し、足音を認識しやすくしてもよい。   When the angle α representing the direction estimation result of the detected suspicious sound is smaller than αth (α <αth), the footstep determination unit 104 determines whether or not it is a human footstep from the frequency characteristics of the sound. . At this time, sound generation means for amplifying footsteps such as crime prevention gravel may be laid on the ground to make it easier to recognize the footsteps.

ある時刻t1のときに検知された足音の方向をα(t1)、時刻t1以降の時刻t2のときに検知された足音の方向をα(t2)とすると、異常判断部105は、侵入者の移動を以下の通りに判断する。
α(t2)>α(t1):足音が遠ざかったと判断
α(t2)<α(t1):足音が接近したと判断
When the direction of the footstep detected at a certain time t1 is α (t1) and the direction of the footstep detected at time t2 after time t1 is α (t2), the abnormality determination unit 105 The movement is judged as follows.
α (t2)> α (t1): it is determined that the footsteps are far away α (t2) <α (t1): it is determined that the footsteps are approaching

異常判断部105は、監視領域内で足音が検知されたとき、角度に応じて異常判定ポイントPを与える。例えば、異常判断部105は、αthに対して角度が十分に小さいとき(十分目標物に接近しているとき)に、高い異常判定ポイントPを与える。異常判定ポイントPは、足音が接近すると加算され、遠ざかると減算される。足音が接近を続け、異常判定ポイントPが所定の設定値Pthを超えた場合、異常判断部105は、侵入者による異常と判断する。そして、警報出力処理部106が、警報出力や監視センタへの通報等の処置を行う。異常判定ポイントPに応じて適宜威嚇出力等の処置を行ってもよい。   The abnormality determination unit 105 gives an abnormality determination point P according to the angle when a footstep is detected in the monitoring area. For example, the abnormality determination unit 105 gives a high abnormality determination point P when the angle is sufficiently small with respect to αth (when sufficiently close to the target). The abnormality determination point P is added when the footstep approaches, and is subtracted when the footstep moves away. When the footsteps continue to approach and the abnormality determination point P exceeds a predetermined set value Pth, the abnormality determination unit 105 determines that an abnormality has occurred due to an intruder. Then, the alarm output processing unit 106 performs measures such as alarm output and notification to the monitoring center. Depending on the abnormality determination point P, appropriate measures such as threatening may be performed.

次に、本実施の形態の警備装置10による侵入者検知処理について説明する。図4は、警備装置10による侵入者検知処理の全体の流れの一例を示すフローチャートである。   Next, intruder detection processing by the security device 10 of the present embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an example of the overall flow of the intruder detection process by the security device 10.

マイクロホンアレー200により集音が開始されると(ステップS101)、音源方向検出部103は、集音された音の方向を表す角度αを算出する(ステップS102)。異常判断部105は、角度αが監視境界角度αthより小さいか否かを判断し(ステップS103)、小さくない場合(ステップS103:No)は、ステップS101に戻り処理を繰り返す。   When sound collection is started by the microphone array 200 (step S101), the sound source direction detection unit 103 calculates an angle α representing the direction of the collected sound (step S102). The abnormality determination unit 105 determines whether or not the angle α is smaller than the monitoring boundary angle αth (step S103). If not smaller (step S103: No), the process returns to step S101 and repeats the process.

角度αが監視境界角度αthより小さい場合(ステップS103:Yes)、足音判定部104が、集音した音が足音か否かを判定する(ステップS104)。なお、上述のように不審音判定部102が、集音した音が不審音であるか否かを判定し、足音判定部104は、不審音である場合に不審音が足音か否かを判定する。不審音判定部102による処理は省略してもよい。   When the angle α is smaller than the monitoring boundary angle αth (step S103: Yes), the footstep determination unit 104 determines whether or not the collected sound is a footstep (step S104). As described above, the suspicious sound determination unit 102 determines whether or not the collected sound is a suspicious sound, and the footstep determination unit 104 determines whether or not the suspicious sound is a footstep when it is a suspicious sound. To do. The processing by the suspicious sound determination unit 102 may be omitted.

集音した音が足音でない場合(ステップS104:No)、ステップS101に戻り処理を繰り返す。集音した音が足音である場合(ステップS104:Yes)、異常判断部105は、足音の検知が初回か否かを判断する(ステップS105)。初回の場合(ステップS105:Yes)、異常判断部105は、異常判定ポイントPの初期値を設定する(ステップS106)。異常判定ポイントPの初期値は、例えば角度αが小さいときに大きくなるような値を設定する。   If the collected sound is not a footstep (No at Step S104), the process returns to Step S101 and the process is repeated. When the collected sound is a footstep (step S104: Yes), the abnormality determination unit 105 determines whether or not the detection of the footstep is the first time (step S105). In the first case (step S105: Yes), the abnormality determination unit 105 sets an initial value of the abnormality determination point P (step S106). The initial value of the abnormality determination point P is set to a value that increases when the angle α is small, for example.

初回でない場合(ステップS105:No)、または、異常判定ポイントPの初期値を設定した後、マイクロホンアレー200の集音感度を補正する集音感度補正処理が実行される(ステップS107)。集音感度補正処理の詳細は後述する。なお、集音感度補正処理の実行タイミングは図4に示すタイミングに限られるものではなく、音源の方向を表す角度αが得られた後であればいずれのタイミングでもよい。   If it is not the first time (step S105: No), or after setting the initial value of the abnormality determination point P, a sound collection sensitivity correction process for correcting the sound collection sensitivity of the microphone array 200 is executed (step S107). Details of the sound collection sensitivity correction processing will be described later. Note that the execution timing of the sound collection sensitivity correction processing is not limited to the timing shown in FIG. 4, and any timing may be used as long as the angle α representing the direction of the sound source is obtained.

次に、異常判断部105は、角度αの時間変化を判定する。例えば、異常判断部105は、前回足音を集音した時刻t1での角度α(t1)より、現在の時刻t2での角度α(t2)が小さいか否かを判断する(ステップS108)。   Next, the abnormality determination unit 105 determines a time change of the angle α. For example, the abnormality determination unit 105 determines whether or not the angle α (t2) at the current time t2 is smaller than the angle α (t1) at the time t1 when the previous footstep was collected (step S108).

角度α(t2)が角度α(t1)より小さくない場合(ステップS108:No)、異常判断部105は、さらに角度α(t2)が角度α(t1)より大きいか否かを判断する(ステップS109)。角度α(t2)が角度α(t1)より大きい場合(ステップS109:Yes)、異常判断部105は、異常判定ポイントPを減算する(ステップS110)。角度α(t2)が角度α(t1)より大きくない場合(ステップS109:No)、角度αが変化していないため、異常判断部105は異常判定ポイントPを減算せず、ステップS101に戻り処理を繰り返す。   When the angle α (t2) is not smaller than the angle α (t1) (step S108: No), the abnormality determining unit 105 further determines whether the angle α (t2) is larger than the angle α (t1) (step S108). S109). When the angle α (t2) is larger than the angle α (t1) (step S109: Yes), the abnormality determination unit 105 subtracts the abnormality determination point P (step S110). If the angle α (t2) is not larger than the angle α (t1) (step S109: No), the angle α has not changed, so the abnormality determination unit 105 does not subtract the abnormality determination point P and returns to step S101. repeat.

角度α(t2)が角度α(t1)より小さい場合(ステップS108:Yes)、異常判断部105は、異常判定ポイントPを加算する(ステップS111)。   When the angle α (t2) is smaller than the angle α (t1) (step S108: Yes), the abnormality determination unit 105 adds the abnormality determination point P (step S111).

次に、異常判断部105は、異常判定ポイントPが設定値Pthより大きいか否かを判断する(ステップS112)。異常判定ポイントPが設定値Pthより大きくない場合(ステップS112:No)、ステップS101に戻り処理を繰り返す。   Next, the abnormality determination unit 105 determines whether or not the abnormality determination point P is greater than the set value Pth (step S112). When the abnormality determination point P is not larger than the set value Pth (step S112: No), the process returns to step S101 and is repeated.

異常判定ポイントPが設定値Pthより大きい場合(ステップS112:Yes)、警報出力処理部106は、スピーカ等からの警報の出力(ステップS113)、および、ネットワークを介した通報(ステップS114)を実行する。   When the abnormality determination point P is larger than the set value Pth (step S112: Yes), the alarm output processing unit 106 outputs an alarm from a speaker or the like (step S113) and reports via the network (step S114). To do.

次に、ステップS107の集音感度補正処理について説明する。   Next, the sound collection sensitivity correction process in step S107 will be described.

一般に、音波のエネルギー(音圧レベル)は、音源からの距離の2乗に反比例して減衰する。音圧レベルを用いて足音を検知する場合、音源までの距離が遠いときには、音圧レベルが減衰し、検知漏れが生じる可能性がある。このときマイクロホンの集音感度を上げることで遠くの音を採取可能となる。しかし、遠くの音が採取可能な集音感度のまま近くの大きな音を採取すると、採取音の音響信号の振幅が所定の上限値を超えるなどのオーバーフローが生じる恐れがある。オーバーフローが発生すると、正確に音響信号を捉えられず、周波数解析等に障害を及ぼす可能性がある。   In general, the energy of sound waves (sound pressure level) attenuates in inverse proportion to the square of the distance from the sound source. When footsteps are detected using the sound pressure level, if the distance to the sound source is long, the sound pressure level may be attenuated, resulting in detection failure. At this time, it is possible to collect a sound far away by increasing the sound collection sensitivity of the microphone. However, if a nearby large sound is collected with the sound collecting sensitivity that can collect a distant sound, an overflow may occur such that the amplitude of the acoustic signal of the collected sound exceeds a predetermined upper limit value. When an overflow occurs, the acoustic signal cannot be accurately captured, and there is a possibility that the frequency analysis or the like may be disturbed.

そこで、本実施の形態では、マイクロホンアレー200を用いることにより得られる音源方向(角度)を用いて集音感度を補正する。   Therefore, in the present embodiment, the sound collection sensitivity is corrected using the sound source direction (angle) obtained by using the microphone array 200.

図5は、集音感度補正処理の概要を説明するための図である。以下に、図5で用いる記号の定義について記載する。
L[m]:マイクロホンアレー200の地面からの設置高さ
t1、t2:足音を検知したときの時刻(t2>t1)
d[m]:マイクロホンアレー200から足音発生位置(地面)までの距離
α[°]:足音音源方向の角度
S[dB]:足音の音圧レベル
FIG. 5 is a diagram for explaining the outline of the sound collection sensitivity correction process. The definitions of symbols used in FIG. 5 are described below.
L [m]: Installation height of microphone array 200 from the ground t1, t2: Time when footsteps are detected (t2> t1)
d [m]: Distance from microphone array 200 to footstep generation position (ground) α [°]: Angle in footstep sound source direction S [dB]: Sound pressure level of footstep

(式の導出)
図5より、音源までの距離dは以下の(1)式により算出される。
d=L/cosα ・・・(1)
(Derivation of formula)
From FIG. 5, the distance d to the sound source is calculated by the following equation (1).
d = L / cos α (1)

対象音である足音は点音源と考えられるので、距離減衰式は以下の(2)式の通りとなる。なお、S(t)は、時刻tでの足音の音圧レベルを表す。
S(t1)−S(t2)=−20log(d(t1)/d(t2)) ・・・(2)
Since the footstep sound as the target sound is considered as a point sound source, the distance attenuation formula is as shown in the following formula (2). S (t) represents the sound pressure level of footsteps at time t.
S (t1) -S (t2) =-20log (d (t1) / d (t2)) (2)

(1)式を(2)式に代入すると、感度の補正量Cを算出する感度補正式として以下の(3)式が得られる。
C=S(t1)−S(t2)
=−20log(cosα(t2)/cosα(t1)) ・・・(3)
Substituting equation (1) into equation (2) yields the following equation (3) as a sensitivity correction equation for calculating the sensitivity correction amount C.
C = S (t1) −S (t2)
= -20log (cosα (t2) / cosα (t1)) (3)

補正量算出部107は、上記(3)式により、角度αに応じたマイクロホンアレー200の感度の補正量Cを算出する。そして、集音感度補正部101aは、算出された補正量Cを用いて、マイクロホンアレー200の感度を補正する。   The correction amount calculation unit 107 calculates the correction amount C of the sensitivity of the microphone array 200 according to the angle α by the above equation (3). Then, the sound collection sensitivity correction unit 101a corrects the sensitivity of the microphone array 200 using the calculated correction amount C.

これにより、建物の窓等に設置されたマイクロホンアレー200により、比較的広い範囲の監視領域の音を集音する場合であっても、マイクロホンアレー200の感度を適切に補正できる。すなわち、補正後の音圧レベルが補正前と等しくなるように集音感度を調整し、最適な集音を維持することができる。また、集音感度が過大に設定されることによるオーバーフローの発生を抑止できる。すなわち、マイクロホンを用いた監視対象の検知処理をより高精度に実行することができる。   As a result, the sensitivity of the microphone array 200 can be appropriately corrected even when the microphone array 200 installed in a building window or the like collects sounds from a relatively wide monitoring area. That is, it is possible to maintain the optimum sound collection by adjusting the sound collection sensitivity so that the corrected sound pressure level becomes equal to that before the correction. In addition, it is possible to suppress the occurrence of overflow due to excessively high sound collection sensitivity. That is, it is possible to execute the detection process of the monitoring target using the microphone with higher accuracy.

なお集音感度の初期値については、監視領域内の最も距離の遠い位置で発生した足音を集音可能な感度にあらかじめ設定しておく。   Note that the initial value of the sound collection sensitivity is set in advance to a sensitivity at which footsteps generated at the farthest position in the monitoring area can be collected.

次に、感度補正処理の具体例について図6〜図8を用いて説明する。図6は、感度補正処理の具体例を説明するための図である。   Next, a specific example of the sensitivity correction process will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram for explaining a specific example of the sensitivity correction process.

以下では、足音方向の推定角度αが60°、45°、30°、および15°のように変化する場合を例に説明する。図6の足音発生位置P1〜P4は、それぞれ角度αが60°、45°、30°、および15°に対応する音源(足音)の位置を表す。なお、以下では、足音発生位置P(P1〜P4)での角度αおよび足音の音圧レベルを、それぞれα(P)およびS(P)と表す。   Hereinafter, a case where the estimated angle α of the footstep direction changes as 60 °, 45 °, 30 °, and 15 ° will be described as an example. Footstep generation positions P1 to P4 in FIG. 6 represent positions of sound sources (footsteps) corresponding to angles α of 60 °, 45 °, 30 °, and 15 °, respectively. Hereinafter, the angle α and the sound pressure level of the footsteps at the footstep generation position P (P1 to P4) are respectively expressed as α (P) and S (P).

(1)角度α(P1)=60°からα(P2)=45°に移動したとき
上記(3)式に角度の値を代入すると、以下のように補正量Cを得ることができる。
C=S(P1)−S(P2)
=−20log{cosα(p2)/cosα(p1)}
=−20log(2/√2)
=−3.01[dB]
(1) When the angle α (P1) = 60 ° is moved from α (P2) = 45 ° When the angle value is substituted into the above equation (3), the correction amount C can be obtained as follows.
C = S (P1) -S (P2)
= -20 log {cos α (p2) / cos α (p1)}
= -20log (2 / √2)
= −3.01 [dB]

したがって、集音感度補正部101aは、マイクロホンアレー200の集音感度を−3.01dB補正する。   Therefore, the sound collection sensitivity correction unit 101a corrects the sound collection sensitivity of the microphone array 200 by −3.01 dB.

(2)角度α(P2)=45°からα(P3)=30°に移動したとき
上記(3)式に角度の値を代入すると、以下のように補正量Cを得ることができる。
C=S(P2)−S(P3)
=−20log{cosα(p3)/cosα(p2)}
=−20log(√6/2)
=−1.76[dB]
(2) When the angle α (P2) = 45 ° is moved to α (P3) = 30 ° When the angle value is substituted into the above equation (3), the correction amount C can be obtained as follows.
C = S (P2) -S (P3)
= −20 log {cos α (p3) / cos α (p2)}
= -20log (√6 / 2)
= -1.76 [dB]

したがって、集音感度補正部101aは、マイクロホンアレー200の集音感度を−1.76dB補正する。   Therefore, the sound collection sensitivity correction unit 101a corrects the sound collection sensitivity of the microphone array 200 by −1.76 dB.

図7は、このような感度補正処理を行わない場合の信号波形の一例を示す図である。図8は、感度補正処理を行う場合の信号波形の一例を示す図である。図7および図8は、図6のように足音発生位置がP1〜P4に変化する場合の信号波形を表している。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a signal waveform when such sensitivity correction processing is not performed. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a signal waveform when the sensitivity correction process is performed. 7 and 8 show signal waveforms when the footstep generation position changes from P1 to P4 as shown in FIG.

図7に示すように、感度補正処理を行わない場合は、目標物に接近して角度αが小さくなるにしたがい、信号波形の振幅が上限を超えるオーバーフローが発生する(P3およびP4)。一方、図8に示すように、感度補正処理を行う場合は、角度αに応じて感度が調整されるため、感度の初期値が適切に設定されていれば、信号波形のオーバーフローの発生を回避可能となる。   As shown in FIG. 7, when the sensitivity correction process is not performed, an overflow in which the amplitude of the signal waveform exceeds the upper limit occurs as the angle α decreases as it approaches the target (P3 and P4). On the other hand, as shown in FIG. 8, when the sensitivity correction process is performed, the sensitivity is adjusted according to the angle α. Therefore, if the initial sensitivity value is set appropriately, the occurrence of overflow of the signal waveform is avoided. It becomes possible.

10 警備装置
100 本体部
101a 集音感度補正部
101 AD変換部
102 不審音判定部
103 音源方向検出部
104 足音判定部
105 異常判断部
106 警報出力処理部
107 補正量算出部
121 データベース
122 記憶部
200 マイクロホンアレー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Security apparatus 100 Main body part 101a Sound collection sensitivity correction part 101 AD conversion part 102 Suspicious sound determination part 103 Sound source direction detection part 104 Foot sound determination part 105 Abnormality determination part 106 Alarm output process part 107 Correction amount calculation part 121 Database 122 Storage part 200 Microphone array

Claims (6)

監視対象が移動する移動面に対して略垂直方向に配置される複数のマイクロホンを有し、前記監視対象から発生される音を集音するマイクロホンアレーと、
前記マイクロホンアレーに集音された音に基づいて、前記マイクロホンアレーに対する前記監視対象の方向を検出する方向検出部と、
前記監視対象の方向に応じて前記マイクロホンアレーの感度を補正する感度補正部と、
前記監視対象の方向に基づいて異常の発生を判断する異常判断部と、
を備えることを特徴とする警備装置。
A microphone array having a plurality of microphones arranged in a direction substantially perpendicular to a moving surface on which the monitoring target moves, and collecting sounds generated from the monitoring target;
A direction detection unit that detects a direction of the monitoring target with respect to the microphone array, based on sound collected by the microphone array;
A sensitivity correction unit for correcting the sensitivity of the microphone array according to the direction of the monitoring target;
An abnormality determination unit that determines the occurrence of an abnormality based on the direction of the monitoring target;
A security device comprising:
前記感度補正部は、前記監視対象の方向が略垂直方向に近いほど、前記マイクロホンアレーの感度を小さくすること、
を特徴とする請求項1に記載の警備装置。
The sensitivity correction unit reduces the sensitivity of the microphone array as the direction of the monitoring target is closer to a substantially vertical direction;
The security device according to claim 1.
前記方向検出部は、時刻tでの垂直下方向に対する前記監視対象の方向を表す角度α(t)を検出し、
時刻t1での前記マイクロホンアレーの感度に対する時刻t2(t2>t1)での前記マイクロホンアレーの感度の補正量Cを、C=−20log(cosα(t2)/cosα(t1))により算出する補正量算出部をさらに備え、
前記感度補正部は、算出された前記補正量Cにより前記マイクロホンアレーの感度を補正すること、
を特徴とする請求項1に記載の警備装置。
The direction detection unit detects an angle α (t) indicating the direction of the monitoring target with respect to a vertical downward direction at time t,
Correction amount C of sensitivity of the microphone array at time t2 (t2> t1) with respect to sensitivity of the microphone array at time t1 is calculated by C = −20log (cosα (t2) / cosα (t1)). A calculation unit;
The sensitivity correction unit corrects the sensitivity of the microphone array by the calculated correction amount C;
The security device according to claim 1.
前記方向検出部は、時刻tでの垂直下方向に対する前記監視対象の方向を表す角度α(t)を検出し、
前記異常判断部は、前記角度α(t)と予め定められた閾値とを比較し、前記角度α(t)が前記閾値より小さい場合に、異常が発生したと判断すること、
を特徴とする請求項1に記載の警備装置。
The direction detection unit detects an angle α (t) indicating the direction of the monitoring target with respect to a vertical downward direction at time t,
The abnormality determination unit compares the angle α (t) with a predetermined threshold and determines that an abnormality has occurred when the angle α (t) is smaller than the threshold;
The security device according to claim 1.
前記マイクロホンアレーに集音された音の特徴量を算出し、算出した特徴量と前記監視対象が前記移動面を移動する音を表す予め定められた特定音の特徴量とを比較し、算出した特徴量と前記特定音の特徴量とが一致する場合に、前記マイクロホンアレーに集音された音が前記特定音であると判定する判定部をさらに備え、
前記異常判断部は、前記判定部により前記マイクロホンアレーに集音された音が前記特定音であると判定された場合に、前記角度α(t)と前記閾値とを比較し、前記角度α(t)が前記閾値より小さい場合に、異常が発生したと判断すること、
を特徴とする請求項4に記載の警備装置。
The feature amount of the sound collected by the microphone array is calculated, and the calculated feature amount is compared with the feature amount of a predetermined specific sound representing the sound that the monitoring target moves on the moving surface. A determination unit that determines that the sound collected by the microphone array is the specific sound when the characteristic amount matches the characteristic amount of the specific sound;
The abnormality determining unit compares the angle α (t) with the threshold when the sound collected by the microphone array by the determining unit is determined to be the specific sound, and compares the angle α (t determining that an abnormality has occurred when t) is less than the threshold;
The security device according to claim 4.
監視対象が移動する移動面に対して略垂直方向に配置される複数のマイクロホンを有し、前記監視対象から発生される音を集音するマイクロホンアレーを備える警備装置で実行される警備方法であって、
前記マイクロホンアレーに集音された音に基づいて、前記マイクロホンアレーに対する前記監視対象の方向を検出する方向検出ステップと、
前記監視対象の方向に応じて前記マイクロホンアレーの感度を補正する感度補正ステップと、
前記監視対象の方向に基づいて異常の発生を判断する異常判断ステップと、
を含むことを特徴とする警備方法。
A security method executed by a security device having a plurality of microphones arranged in a substantially vertical direction with respect to a moving surface on which a monitoring target moves and having a microphone array for collecting sounds generated from the monitoring target. And
A direction detecting step for detecting a direction of the monitoring target with respect to the microphone array, based on sound collected by the microphone array;
A sensitivity correction step of correcting the sensitivity of the microphone array according to the direction of the monitoring target;
An abnormality determination step for determining occurrence of an abnormality based on the direction of the monitoring target;
Security method characterized by including.
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