JP5410351B2 - 警備装置および警備方法 - Google Patents

Description

本発明は、警備装置および警備方法に関する。

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。

特開２００９−１０５６１２号公報 特開２００５−１１５８１３号公報

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。

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。

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。

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。

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２は、マイクロホンアレーの構成例を示す図である。 図３は、侵入者検知処理を説明するための図である。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

次に、ステップＳ１０７の集音感度補正処理について説明する。

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。

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。

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

（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）

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）

（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）

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。

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。

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。

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。

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。

（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］

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。

（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］

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。

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。

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。

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

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
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。

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