CN108508493A - 探测装置以及控制系统 - Google Patents
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Abstract
在探测装置(1)中,信号处理部(12)具备判定部(12e)和输出部(12g)。判定部(12e)基于传感器信号来判定人体(200)是否为正在向接近传感器(11)的方向移动的接近状态,并且基于传感器信号来判定人体(200)是否为正在向远离传感器(11)的方向移动的远离状态。如果人体(200)是接近状态,输出部(12g)输出控制信号,如果人体(200)是远离状态,则不输出控制信号。
Description
技术领域
本公开涉及一种探测装置以及控制系统。
背景技术
以往,存在如下一种探测装置:发送单一频率的电波,输出包含物体的接近或远离的信息的传感器信号(例如,参照日本专利申请公开号2016-80509)。
该以往的探测装置在人体远离到了边界线的外侧的情况下,向照明装置输出熄灭信号以使照明装置熄灭。
上述的以往的探测装置在人体远离到了边界线的外侧的区域的情况下,输出了熄灭信号。即,即使人体向远离传感器的方向移动,只要人体存在于边界线的内侧的区域内,以往的探测装置就不输出熄灭信号。其结果,在以往的探测装置中,无论人体是否向远离传感器的方向移动,照明装置的点亮状态都会持续,因此点亮时间有可能变长至所需时间以上的时间。
发明内容
发明要解决的问题
本公开的目的在于,提供一种能够使控制信号迅速地反映物体正在向远离传感器的方向移动的探测装置以及控制系统。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式所涉及的探测装置具备传感器和信号处理部。所述传感器发送电波,接收所述电波被物体反射所得到的反射波,输出与到所述物体的距离对应的传感器信号。所述信号处理部被输入所述传感器信号。所述信号处理部具有判定部和输出部。所述判定部基于所述传感器信号来判定所述物体的状态。所述输出部根据所述判定部的判定结果来输出控制信号。而且,所述判定部基于所述传感器信号来判定所述物体是否为正在向接近所述传感器的方向移动的接近状态,并且基于所述传感器信号来判定所述物体是否为正在向远离所述传感器的方向移动的远离状态。如果所述物体是所述接近状态,则所述输出部输出所述控制信号,如果所述物体是所述远离状态,则所述输出部不输出所述控制信号。
本公开的一个方式所涉及的控制系统具备上述的探测装置以及自动门装置,其中,该自动门装置具有用于将人的出入口打开和关闭的门。所述控制信号是用于打开所述门的信号。所述自动门装置当接收到所述控制信号时对所述门进行打开控制,如果没有接收到所述控制信号则对所述门进行关闭控制。
发明的效果
如以上所说明的那样,本公开具有以下效果:能够使控制信号迅速地反映物体正在向远离传感器的方向移动。
附图说明
图1是表示实施方式的控制系统的结构的框图。
图2的A是从上方观察实施方式的控制系统的自动门装置的设置空间的关闭控制时的截面图。图2的B是从上方观察实施方式的控制系统的自动门装置的设置空间的打开控制时的截面图。
图3是表示实施方式的控制系统的探测装置的传感器与人体的位置关系的概要图。
图4是实施方式的控制系统的探测装置所使用的FMCW方式的说明图。
图5是实施方式的控制系统的探测装置的频率区域的传感器信号的说明图。
附图标记说明
1:探测装置;11:传感器;12:信号处理部;12e:判定部;12g:输出部;2:机器设备(设备);21:自动门装置;200:人体(物体);211、212:滑动门(门);503:出入口;S1:控制系统;T0:处理周期(周期);L(n):距离数据;Ls(n):平滑距离数据;Vs(n):平滑速度数据;ΔL(n):距离差分(距离的差分);ΔLa(n):距离差分(距离的移动平均的差分);ΔLs(n):距离差分(平滑距离数据的差分)。
具体实施方式
本公开涉及一种探测装置以及控制系统。更为详细地说,本公开涉及一种使用了电波式的传感器的探测装置以及控制系统。
图1表示本实施方式的控制系统S1的结构。控制系统S1具备探测装置1和机器设备2。探测装置1与机器设备2组合地使用。作为与探测装置1组合的机器设备2,能够列举自动门、照明装置、监视摄像头、数字标牌(Digital Signage)、自动售货机、电梯、空调装置、警报装置等。此外,与探测装置1组合的机器设备2的种类未被限定。
探测装置1具备传感器11和信号处理部12。
传感器11是发送电波、接收被物体反射的电波(反射波)并输出与到物体的距离对应的传感器信号的电波式的传感器。此外,在本实施方式中,作为物体,例示人体200。
而且,在以下的说明中,作为机器设备2,例示自动门装置21。图2的A、图2的B是从上方观察自动门装置21的设置空间的截面图。自动门装置21具备双向打开构造的一对滑动门211、212和控制装置213。图2的A表示关闭状态的滑动门211、212,图2的B表示打开状态的滑动门211、212。而且,在隔出两个空间501、502的隔壁500形成有人的出入口503。一对滑动门211、212以打开和关闭出入口503的方式安装。控制装置213根据从探测装置1输出的控制信号来控制一对滑动门211、212的开闭动作。而且,传感器11被配置在出入口503的上边的中央(或者中央附近),将空间501侧设为探测区域100。
人体200如图3所示那样正在空间501的地面400(包括地面)上移动。而且,设置于出入口503的上方的传感器11发送电波。将人体200移动的二维空间称为移动平面300。可以沿着地面400设定移动平面300,也可以以从地面400向上方离开规定距离(例如,0.8m至1m)的方式虚拟地设定移动平面300。
关于图2的A、图2的B的探测区域100,在移动平面300内将传感器11针对人体200的灵敏度(探测灵敏度)为固定水平以上的区域表示为探测区域100。
探测区域100在空间501侧形成为半圆形状。在俯视传感器11的设置空间(俯视移动平面300)的情况下,传感器11的设置点为上述的半圆的直径(搭在半圆的弧上的弦)的中点。此外,探测区域100的形状也可以形成为用短轴或长轴将长圆分割为两份所得到的其中一份那样的形状。
探测区域100的圆弧状的外缘110是使传感器11开始探测到人体200的最远点相接连所得到的线。具体地说,传感器11所发送的电波的电场强度在外缘110上为相同的值(或者大致相同的值)。因此,如果接收到的反射波的信号强度(接收强度)为预先决定的探测阈值以上,则探测装置1判定为人体200存在于探测区域100内。在该情况下,探测阈值被设定为与被存在于外缘110上的人体200反射所得到的反射波的接收强度相等。
而且,探测装置1求出到存在于探测区域100内的人体200的距离,基于到人体200的距离的历史记录来判别人体200在探测区域100内的状态。人体200的状态是人体200正在向接近传感器11的方向移动的接近状态、人体200正在向远离传感器11的方向移动的远离状态、人体200没有移动的停止状态等。
以下,详细地说明探测装置1的结构和动作(参照图1)。
传感器11具备发送控制部11a、发送部11b、发送天线11c、接收天线11d以及接收部11e。
发送部11b从发送天线11c发送电波。发送控制部11a对从发送天线11c发送的电波的频率、发送定时等进行控制。发送天线11c所发送的电波优选是频率为10GHz~30GHz的准毫米波。此外,发送天线11c所发送的电波并不限于准毫米波,也可以是毫米波、微波。另外,发送天线11c所发送的电波的频率的值没有特别地限定。
接收部11e经由接收天线11d接收被探测区域100内的人体200等物体反射所得到的反射波。接收天线11d优选是无指向性的。如果反射波的接收强度为预先决定的探测阈值以上,则接收部11e判定为人体200存在于探测区域100内,并输出与到人体200的距离对应的传感器信号。
根据发送天线11c或接收天线11d的指向性来形成上述的探测区域100。或者,也可以根据发送天线11c和接收天线11d各自的指向性来形成探测区域100。
具体地说,传感器11使所发送的电波的频率随着时间的经过而变化,并输出包含到人体200的距离的信息的传感器信号。例如,传感器11利用FMCW(Frequency-ModulatedContinuous-Wave:调频连续波)方式。如图4所示,发送控制部11a重复进行在使发送部11b发送的电波的频率(发送频率)fs上升之后下降的扫描处理。关于扫描处理,确定了扫描频宽Δfa、扫描时间T1。
如果将传感器11与人体200之间的距离设为L、将光速设为C,则接收部11e在Td=2L/C之后接收反射波(图4)。与发送频率fs同样地,反射波的频率(接收频率)fr根据扫描频宽Δfa、扫描时间T1而变化。而且,接收部11e生成等于发送频率fs与接收频率fr的频率差的频率fb的拍频信号,并作为传感器信号进行输出。拍频信号的频率fb为fb=[(Δfa·2L)/(C·T1)]。因此,到人体200的距离L用式(1)表示。
L=(fb·C·T1)/(2·Δfa)………式(1)
而且,信号处理部12基于式(1)求出到人体200的距离L。信号处理部12还能够基于距离L的信息判定人体200在探测区域100内的状态。此外,光速C、扫描时间T1以及扫描频宽Δfa是已知的,信号处理部12预先存储有光速C、扫描时间T1、扫描频宽Δfa各数据。
在图4中,使传感器11发送电波的扫描时间T1与传感器11不发送电波的休止时间T2交替地重复。在该情况下,如果将扫描处理的周期设为处理周期T0,则处理周期T0为扫描时间T1与休止时间T2之和。另外,传感器11也可以每隔扫描时间T1重复进行扫描处理。在该情况下,处理周期T0与扫描时间T1相等。此外,优选在例如50ms至100ms的范围内设定处理周期T0。
信号处理部12具有对从传感器11输出的传感器信号进行信号处理的功能。信号处理部12具备放大部12a、A/D变换部12b、频率分析部12c、校正部12d、判定部12e、存储部12f以及输出部12g。
放大部12a将从传感器11输出的传感器信号放大。放大部12a能够由例如使用了运算放大器的放大器构成。A/D变换部12b将由放大部12a放大后的传感器信号变换为数字的传感器信号并进行输出。
频率分析部12c将从A/D变换部12b输出的传感器信号变换为频率区域的传感器信号(频率轴信号),并提取为频带不同的滤波器组9a(参照图5)的群中的每个滤波器组9a的信号。频率分析部12c设定了规定个数(例如,16个)的滤波器组9a来作为滤波器组9a的群,但滤波器组9a的个数并未特别地限定。
频率分析部12c通过对从A/D变换部12b输出的传感器信号进行离散余弦变换(Discrete Cosine Transform:DCT)来变换为频率区域的传感器信号。另外,如图5所示,各滤波器组9a各自具有多个(在图示例中为5个)频率区段(frequency bin)9b。在DCT中利用的滤波器组9a的频率区段9b也被称为DCT区段。根据频率区段9b的频宽来决定滤波器组9a的分辨率。滤波器组9a各自的频率区段9b的个数并未特别地限定,既可以是5个以外的多个,也可以是1个。将从A/D变换部12b输出的传感器信号变换为频率区域的传感器信号的正交变换并不限于DCT,例如也可以是高速傅立叶变换(Fast Fourier Transformation:FFT)。另外,将从A/D变换部12b输出的传感器信号变换为频率区域的传感器信号的方式也可以是小波变换(Wavelet Transform:WT)。
校正部12d进行传感器信号的标准化处理、传感器信号的平滑处理以及从传感器信号去除背景信号的背景信号去除处理。
校正部12d在标准化处理中将由频率分析部12c输出的传感器信号进行标准化。校正部12d利用由频率分析部12c提取出的所有滤波器组9a各自的信号强度的总和来将通过了各个滤波器组9a的传感器信号的强度进行标准化。或者,校正部12d利用多个(例如,低频侧的4个)滤波器组9a各自的信号强度的总和来将通过了各个滤波器组9a的传感器信号的强度进行标准化。
另外,校正部12d具有以下两个平滑功能中的至少一个功能。第一平滑功能是以下功能:在各个滤波器组9a中,对传感器信号的信号强度在频率区域内(在频率轴方向上)进行平滑。第二平滑功能是以下功能:在各个滤波器组9a中,对传感器信号的信号强度在时间轴方向上进行平滑。信号处理部12能够通过这些平滑功能来降低杂音的影响。只要校正部12d具备第一平滑功能和第二平滑功能这两个功能,就能够进一步减轻杂音对传感器信号造成的影响。
另外,信号处理部12将推断背景信号的推断期间与进行判定处理的判定期间交替地切换。校正部12d在推断期间内推断背景信号,在判定期间内向判定部12e输出去除背景信号后的传感器信号。推断期间和判定期间并不限于相同的时间长度,也可以是互不相同的时间长度。
具体地说,校正部12d根据滤波器组9a各自的信号中包含的背景信号(杂音或者除检测对象(在此为人体200))以外的因素来推断传感器信号中包含的信号成分。校正部12d将在推断期间内针对各个滤波器组9a得到的信号推断为每个滤波器组9a的背景信号,并随时更新背景信号的数据。校正部12d在判定期间内从滤波器组9a各自的信号去除背景信号。
另外,根据探测装置1的周围环境,包含比较大的背景信号的频率区段9b有时是已知的。例如,设为在探测装置1的周边存在从商用电源进行电源供给的设备。在该情况下,在包含商用电源频率(例如,60Hz)的高次谐波成分(例如,60Hz、120Hz等)的频率区段9b的信号中包含比较大的背景信号的可能性高。
因此,校正部12d优选将稳定地包含背景信号的频率区段9b设为特定频率区段。而且,校正部12d使特定频率区段的信号无效,利用根据该特定频率区段的两侧的2个频率区段9b的信号强度推断出的信号来补充特定频率区段的信号。因而,校正部12d能够将稳定地产生的特定频率的背景信号从传感器信号减去。
另外,校正部12d还能够使用通过在频率区域(频率轴上)对背景信号进行滤波来去除背景信号的自适应滤波器(Adaptive filter)。作为这种自适应滤波器,优选为使用了DCT的自适应滤波器(Adaptive filter using Discrete Cosine Transform)。在该情况下,作为自适应滤波器的自适应算法,优选使用DCT的LMS(Least Mean Square:最小均方)算法。另外,自适应滤波器也可以是使用了FFT的自适应滤波器。在该情况下,作为自适应滤波器的自适应算法,优选使用FFT的LMS算法。
如上所述,由频率分析部12c输出的传感器信号通过校正部12d被标准化、平滑化,在进一步去除背景信号之后被输入到判定部12e。
判定部12e进行基于被输入的传感器信号来判定人体200在探测区域100内的状态的判定处理。
首先,当人体200进入探测区域100内且传感器11接收到具有探测阈值以上(或探测阈值+α的范围内)的接收强度的反射波时,输出包含从传感器11到人体200的距离的信息的传感器信号。信号处理部12将执行了上述放大部12a、A/D变换部12b、频率分析部12c、校正部12d的各处理所得到的传感器信号传递到判定部12e。
判定部12e基于被输入的传感器信号来求出到人体200的距离L。具体地说,判定部12e基于被输入的传感器信号来求出拍频信号的频率fb。在存储部12f中预先存储有光速C、扫描时间T1、扫描频宽Δfa各数据。判定部12e能够将拍频信号的频率fb、光速C、扫描时间T1、扫描频宽Δfa应用于上述的式(1)来求出距离L。
传感器11以上述的处理周期T0重复进行扫描处理,因此判定部12e能够求出每个处理周期T0的距离L。然后,判定部12e将求出的距离L的数据(距离数据)存储到存储部12f。其结果,在存储部12f中存储多个距离数据。多个距离数据是由判定部12e求出的距离L的历史记录,表示每个处理周期T0的距离L的时间序列的变化。
判定部12e基于存储部12f中存储的距离数据的历史记录来求出距离差分ΔL(n)。距离差分ΔL(n)用式(2)表示。此外,n是对每个处理周期T0的多个距离数据分别附加的编号(1以上的整数),n越小,为越追溯到过去的距离数据。即,距离数据用L(n)表示,L(n)是第n个距离数据。
ΔL(n)=L(n)-L(n-1)………式(2)
如果是人体200正在向接近传感器11的方向移动的接近状态,则距离L逐渐变短,因此距离差分ΔL(n)变得比0小。另外,如果是人体200正在向远离传感器11的方向移动的远离状态,则距离L逐渐变长,因此距离差分ΔL(n)变得比0大。另外,如果人体200的状态是停止状态,则距离差分ΔL(n)为0。
因此,如果求出的距离差分ΔL(n)比0小,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态为接近状态。另外,如果求出的距离差分ΔL(n)比0大,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态为分离状态。另外,如果求出的距离差分ΔL(n)为0,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态为停止状态。
另外,传感器11如果未接收到具有探测阈值以上(或探测阈值+α的范围内)的接收强度的反射波,则不会输出传感器信号。在该情况下,判定部12e判定为人体200未存在于探测区域100内。
输出部12g能够通过有线通信或无线通信向自动门装置21的控制装置213输出信号。在输出部12g与控制装置213之间进行有线通信的情况下,根据LAN(Local AreaNetwork:局域网)、专用线通信等来适当地选择有线通信的标准即可,有线通信的标准并不限定于特定的标准。另外,在输出部12g与控制装置213之间进行无线通信的情况下,根据无线LAN、Bluetooth(注册商标)等来适当地选择无线通信的标准即可,无线通信的标准不限定于特定的标准。
然后,输出部12g基于判定部12e的判定结果使控制信号的输出为通/断(ON/OFF)。输出部12g所输出的控制信号是用于将自动门装置21控制为特定的状态的信号。在该情况下,控制信号是用于将自动门装置21控制为打开状态的信号,下文称为打开控制信号。打开控制信号是请求对自动门装置21进行打开控制的信号。控制装置213如果没有接收到打开控制信号,则将滑动门211、212控制为关闭状态,仅在接收到打开控制信号的期间将滑动门211、212控制为打开状态。
如果人体200没有存在于探测区域100内,则输出部12g使打开控制信号的输出为断,从而不输出打开控制信号。即,输出部12g与控制装置213之间的通信路径成为没有传送打开控制信号的状态。在该情况下,控制装置213没有接收到打开控制信号,因此将滑动门211、212维持为关闭状态。
并且,输出部12g在判定部12e的判定结果为接近状态的期间使打开控制信号的输出为通,从而输出打开控制信号。即,输出部12g与控制装置213之间的通信路径成为正在传送打开控制信号的状态。控制装置213在接收到打开控制信号的期间将滑动门211、212维持为打开状态(参照图2的B)。
此外,也可以是,如果由判定部12e得到的最近的规定次数的判定结果中的固定次数以上的判定结果为接近状态,则输出部12g输出打开控制信号。例如,如果由判定部12e得到的最近的10次的判定结果中的6次以上的判定结果为接近状态,则输出部12g输出打开控制信号。
另外,也可以是,如果由判定部12e得到的最近的判定结果连续规定次数以上为接近状态,则输出部12g输出打开控制信号。例如,如果由判定部12e得到的最近的判定结果连续5次以上为接近状态,则输出部12g输出打开控制信号。
并且,输出部12g在判定部12e的判定结果为远离状态的期间使控制信号的输出为断,从而不输出打开控制信号。即,输出部12g与控制装置213之间的通信路径成为没有传送打开控制信号的状态。在该情况下,控制装置213没有接收到打开控制信号,因此将滑动门211、212维持为关闭状态(参照图2的A)。
如上所述,无论探测区域100内的人体200的距离L的大小如何(无论人体200相对于传感器11的远近),只要人体200的状态为远离状态,探测装置1的输出部12g就停止输出打开控制信号,从而不会输出打开控制信号。换句话说,如果探测区域100内的人体200的状态为远离状态,则探测装置1判定为人体200不会利用自动门装置21,从而使打开控制信号的输出为断。
其结果,探测装置1能够使控制信号的控制内容迅速地反映人体200正在向远离传感器11的方向移动的远离状态。因而,探测装置1能够使自动门装置21的关闭控制的定时提前。
一般地,当自动门装置21为打开状态时,空间501、502各自的空调环境有可能变动。例如,在空间501是屋外、空间502是屋内的情况下,空间502利用空调装置等来进行空调调整。但是,当自动门装置21为打开状态时,空间501的外部空气流入空间502,空间502的空调环境恶化。因此,探测装置1通过使自动门装置21的关闭控制的定时提前来尽量抑制自动门装置21的打开状态,由此能够抑制空间502的空调环境的恶化。
此外,也可以是,如果由判定部12e得到的最近的规定次数的判定结果中的固定次数以上的判定结果为远离状态,则输出部12g停止输出打开控制信号。例如,如果由判定部12e得到的最近的10次判定结果中的6次以上的判定结果为远离状态,则输出部12g停止输出打开控制信号。
另外,也可以是,如果由判定部12e得到的最近的判定结果连续规定次数以上为远离状态,则输出部12g停止输出打开控制信号。例如,如果由判定部12e得到的最近的判定结果连续5次以上为远离状态,则输出部12g停止输出打开控制信号。
在该情况下,探测装置1在人体200远离的可能性变高之后对自动门装置21进行关闭控制,因此能够尽量不损害通过出入口503的人的便利性。
此外,在探测区域100内存在多个人体200的情况下,只要接近状态的人体200为1个人,输出部12g就输出打开控制信号。
另外,如果判定部12e的判定结果为停止状态,则输出部12g使即将被判定为停止状态时的状态维持固定时间。而且,在使即将被判定为停止状态时的状态维持了固定时间的期间人体200移动时,输出部12g根据针对该人体200的移动的判定结果来使打开控制信号的输出为通/断(ON/OFF)。另外,当从维持即将被判定为停止状态时的状态起经过固定时间时,输出部12g使打开控制信号的输出为断,从而不会输出打开控制信号。
另外,也可以是,仅在最近的1个以上的距离数据L(n)为规定距离以下的情况下,如果判定部12e的判定结果为接近状态,则输出部12g输出打开控制信号。
接着,对探测装置1的第一变形例进行说明。
即使人体200停止,判定部12e求出的距离L有时也变动。即,在停止的人体200存在呼吸等轻微的动作的情况下或者在所发送的电波和反射波中的至少一方的路径上产生多路径的情况下,判定部12e所求出的距离L有可能产生波动。换句话说,针对人体200获得的距离数据L(n)的偏差的程度可能比较大。当距离数据L(n)的偏差的程度大时,判定部12e的判定处理的精度有可能降低。
因此,在第一变形例中,判定部12e基于存储部12f中存储的多个距离数据L(n)来求出距离L的移动平均La(n)。在移动平均La(n)是m个移动平均的情况下,移动平均La(n)用式(3)表示。
La(n)=L(n)+L(n-1)+………+L(n-m+1)………式(3)
每当新生成距离数据L(n)时,判定部12e求出移动平均La(n),并将移动平均La(n)的数据存储到存储部12f。即,存储部12f存储移动平均La(n)的历史记录。
然后,判定部12e基于存储部12f中存储的移动平均La(n)的历史记录来求出移动平均的距离差分ΔLa(n)。距离差分ΔLa(n)用式(4)表示。
ΔLa(n)=La(n)-La(n-1)………式(4)
如果人体200的状态为接近状态,则距离差分ΔLa(n)比0小。另外,如果人体200的状态为远离状态,则距离差分ΔLa(n)比0大。另外,如果人体200的状态为停止状态,则距离差分ΔLa(n)为0。
因此,如果求出的距离差分ΔLa(n)比0小,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态为接近状态。另外,如果求出的距离差分ΔLa(n)比0大,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态为分离状态。另外,如果求出的距离差分ΔLa(n)为0,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态为停止状态。
然后,输出部12g基于判定部12e的判定结果来与上述同样地使控制信号的输出为通/断(ON/OFF)。
如上所述,第一变形例利用距离数据的移动平均来判定人体200的状态。因而,第一变形例能够抑制距离数据的偏差的影响,因此人体200的状态判定的精度提高。
接着,对探测装置1的第二变形例进行说明。
如上所述,针对人体200获得的距离数据L(n)的偏差的程度有可能比较大。当距离数据L(n)的偏差的程度大时,判定部12e的判定处理的精度有可能降低。
因此,在第二变形例中,判定部12e具有αβ滤波器的功能。
关于判定部12e所具有的αβ滤波器的功能,通过利用例如以下的式(5)-(8)来一边使到人体200的距离接近真值一边进行跟踪。换句话说,判定部12e能够求出作为距离数据的预测值的预测距离数据Le(n)。此外,Ls(n)是抑制了距离数据L(n)的偏差使得接近真值的距离数据的平滑值,称为平滑距离数据Ls(n)。Vs(n)是抑制了距离数据L(n)的偏差使得接近真值的速度数据的平滑值,称为平滑速度数据Vs(n)。Er(n)是距离数据L(n)的误差。T0是由传感器11进行的扫描处理的处理周期。另外,α、β是按经验决定的常数,β为α的函数(β=f(α))。
Le(n)=Ls(n-1)-T0·Vs(n-1)………式(5)
Er(n)=L(n)-Le(n)………式(6)
Ls(n)=Ls(n-1)+α·Er(n)………式(7)
Vs(n)=Vs(n-1)+β·Er(n)/T0………式(8)
为了利用上述的式(5)-(8),需要与预测距离数据Le(n)有关的初始值以及与平滑速度数据Vs(n)有关的初始值。在此,与预测距离数据Le(n)有关的初始值用距离数据L(1)来替代(即,Le(1)=L(1))。另外,与平滑速度数据Vs(n)有关的初始值采用距离数据L(2)与距离数据L(1)之差(即,Vs(1)=L1(1)-L(2))。
而且,判定部12e每当利用式(5)求出预测距离数据Le(n)时,利用式(6)求出距离数据L(n)的误差Er(n)。然后,判定部12e将误差Er(n)代入式(7)、(8)来求出平滑距离数据Ls(n)和平滑速度数据Vs(n)。然后,判定部12e将平滑距离数据Ls(n)和平滑速度数据Vs(n)代入式(5),来求出预测距离数据Le(n)。
判定部12e通过反复进行利用了上述式(5)-(8)的处理来求出每个处理周期T0的平滑距离数据Ls(n),并将平滑距离数据Ls(n)存储到存储部12f。即,存储部12f对平滑距离数据Ls(n)的历史记录(平滑距离数据Ls(n)的时间序列)进行存储。
然后,判定部12e基于存储部12f中存储的平滑距离数据Ls(n)的历史记录来求出距离差分ΔLs(n)。距离差分ΔLs(n)用式(9)表示。
ΔLs(n)=Ls(n)-Ls(n-1)………式(9)
如果人体200的状态为接近状态,则距离差分ΔLs(n)比0小。另外,如果人体200的状态为远离状态,则距离差分ΔLs(n)比0大。另外,如果人体200的状态为停止状态,则距离差分ΔLs(n)为0。
因此,如果求出的距离差分ΔLs(n)比0小,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态为接近状态。另外,如果求出的距离差分ΔLs(n)比0大,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态为远离状态。另外,如果求出的距离差分ΔLs(n)为0,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态为停止状态。
然后,输出部12g基于判定部12e的判定结果来与上述同样地使控制信号的输出为通/断(ON/OFF)。
如上所述,第二变形例利用αβ滤波器的功能来对距离数据进行平滑。因而,第二变形例能够抑制距离数据的偏差的影响,因此人体200的状态判定的精度提高。
接着,对探测装置1的第三变形例进行说明。
与第二变形例同样地,第三变形例的判定部12e通过利用上述式(5)-(8)来以使到人体200的距离接近真值的方式进行跟踪。
判定部12e通过反复进行利用了上述式(5)-(8)的处理来求出每个处理周期T0的平滑速度数据Vs(n),并将平滑速度数据Vs(n)存储到存储部12f。即,存储部12f对平滑速度数据Vs(n)的历史记录(平滑速度数据Vs(n)的时间序列)进行存储。
如果人体200的状态为接近状态,则平滑速度数据Vs(n)比0大。另外,如果人体200的状态为远离状态,则平滑速度数据Vs(n)比0小。另外,如果人体200的状态为停止状态,则平滑速度数据Vs(n)为0。
因此,如果求出的平滑速度数据Vs(n)比0大,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态是接近状态。另外,如果求出的平滑速度数据Vs(n)比0小,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态是远离状态。另外,如果求出的平滑速度数据Vs(n)为0,则判定部12e判定为探测区域100内的人体200的状态是停止状态。
然后,输出部12g基于判定部12e的判定结果来与上述同样地使控制信号的输出为通/断(ON/OFF)。
如上所述,第三变形例通过αβ滤波器的功能来求出平滑速度数据Vs(n),基于平滑速度数据Vs(n)来判定人体200的状态。因而,第三变形例能够抑制距离数据的偏差的影响,因此人体200的状态判定的精度提高。
另外,在上述的实施方式和变形例中,在机器设备2是照明装置的情况下,输出部12g能够向照明装置输出指示点亮控制的点亮控制信号。例如,在照明装置是玄关灯的情况下,输出部12g在人体200的状态为向玄关接近的接近状态时输出点亮控制信号。而且,如果人体200的状态为远离玄关的远离状态,则输出部12g停止输出点亮控制信号。
在该情况下,探测装置1使照明装置的熄灭控制的定时提前,能够通过尽量抑制照明装置的点亮状态来抑制照明装置的电力消耗。
此外,机器设备2的种类和控制内容并不限定于特定的机器设备2以及控制内容。
另外,上述的第一变形例、第二变形例、第三变形例的各结构能够与实施方式中记载的各结构进行组合。
上述的探测装置1具备传感器11和信号处理部12。传感器11发送电波,接收所述电波被人体200(物体)反射所得到的反射波,输出与到人体200的距离对应的传感器信号。信号处理部12被输入传感器信号。信号处理部12具有判定部12e和输出部12g。判定部12e基于传感器信号来判定人体200的状态。输出部12g根据判定部12e的判定结果来输出用于将机器设备2(设备)控制为特定的状态的控制信号。而且,判定部12e基于传感器信号来判定人体200的状态是否为正在向接近传感器11的方向移动的接近状态,并且基于传感器信号来判定人体200的状态是否为正在向远离传感器11的方向移动的远离状态。如果人体200的状态是接近状态,则输出部12g输出控制信号,如果人体200的状态是远离状态,则输出部12g不输出控制信号。
即,无论探测区域100内的物体(人体200等)的距离L的大小如何,只要人体200的状态为远离状态,探测装置1就停止输出控制信号,从而不会输出控制信号。因而,探测装置1能够使控制信号迅速地反映物体(人体200等)正在向远离传感器11的方向移动。
另外,在使用了光学式的传感器的情况下,有可能发出由日光、车辆的头灯、照明等的光导致的误探测。但是,探测装置1通过具备电波式的传感器11,能够抑制由日光、车辆的头灯、照明等的光导致的误探测。
另外,关于实施方式所涉及的第二方式的探测装置1,优选的是,在第一方式中,如果由判定部12e得到的规定次数的判定结果中的固定次数以上的判定结果是接近状态,则输出部12g输出控制信号。
另外,关于实施方式所涉及的第三方式的探测装置1,优选的是,在第一方式中,在判定部12e连续规定次数以上地判定为人体200的状态是接近状态的情况下,输出部12g输出控制信号。
另外,关于实施方式所涉及的第四方式的探测装置1,优选的是,在第一方式至第三方式中的任一方式中,判定部12e被输入传感器信号,生成表示每个处理周期T0(规定的周期)的距离的多个距离数据L(n)。然后,判定部12e基于多个距离数据L(n)求出每个处理周期T0的距离的差分(距离差分ΔL(n)),基于距离差分ΔL(n)来判定人体200的状态。
因而,探测装置1利用作为测定结果的距离数据L(n)判定物体(人体200等)在探测区域100内的状态,因此能够比较简化判定处理。
另外,关于实施方式所涉及的第五方式的探测装置1,优选的是,在第一方式至第三方式中的任一方式中,判定部12e被输入传感器信号,生成表示每个处理周期T0(规定的周期)的距离的多个距离数据L(n)。然后,判定部12e基于多个距离数据L(n)求出每个处理周期T0的距离的移动平均的差分(距离差分ΔLa(n)),基于距离差分ΔLa(n)来判定人体200的状态。
因而,探测装置1利用距离数据的移动平均来判定物体(人体200等)在探测区域100内的状态。因而,探测装置1能够抑制距离数据L(n)的偏差的影响,因此物体的状态判定的精度提高。
另外,关于实施方式所涉及的第六方式的探测装置1,优选的是,在第一方式至第三方式中的任一方式中,判定部12e被输入传感器信号,生成表示每个处理周期T0(规定的周期)的距离的多个距离数据L(n)。然后,判定部12e基于多个距离数据L(n)的时间序列求出抑制了多个距离数据L(n)的偏差使得接近真值的多个平滑距离数据Ls(n),基于每个处理周期T0的平滑距离数据Ls(n)的差分(距离差分ΔLs(n))来判定人体200的状态。
因而,探测装置1利用抑制了偏差的平滑距离数据来判定物体(人体200等)在探测区域100内的状态,因此物体的状态判定的精度提高。
另外,关于实施方式所涉及的第七方式的探测装置1,优选的是,在第一方式至第三方式中的任一方式中,判定部12e被输入传感器信号,生成表示每个处理周期T0(规定的周期)的距离的多个距离数据L(n)。然后,判定部12e基于距离数据L(n)的时间序列求出抑制了偏差使得接近真值的、表示每个处理周期T0的人体200的速度的多个平滑速度数据Vs(n)。然后,判定部12e基于平滑速度数据Vs(n)来判定人体200的状态。
因而,探测装置1利用抑制了偏差的平滑速度数据来判定物体(人体200等)在探测区域100内的状态,因此物体的状态判定的精度提高。
另外,关于实施方式所涉及的第八方式的探测装置1,优选的是,在第一方式至第七方式中的任一方式中,传感器11按每个处理周期T0发送频率随时间经过而变化的电波。在该情况下,传感器信号包含按每个处理周期T0发送的电波与反射波的频率差的信息。
因而,探测装置1具备FMCW方式的传感器11,能够测定到探测区域100内的物体(人体200等)的距离。
另外,实施方式所涉及的第九方式的控制系统S1具备第一方式至第八方式中的任一方式中的探测装置1和自动门装置21。自动门装置21具有用于将人的出入口503打开和关闭的门(滑动门211、212)。控制信号是用于打开门的信号。自动门装置21在接收到控制信号(打开控制信号)时,对门进行打开控制,如果没有接收到控制信号(打开控制信号)则对门进行关闭控制。
因而,控制系统S1能够使自动门装置21的关闭控制的定时提前。其结果,控制系统S1能够通过尽量抑制自动门装置21的打开状态来抑制例如用自动门装置21分隔出的空间的空调环境的恶化。
另外,探测装置1搭载有由微计算机等构成的计算机。而且,优选的是,该计算机通过执行程序来实现频率分析部12c、校正部12d、判定部12e、输出部12g的各功能。此外,探测装置1上搭载的计算机具备按程序进行动作的处理器和界面来作为主要的硬件结构。作为这种处理器,包括DSP(Digital Signal Processor:数字信号处理器)、CPU(CentralProcessing Unit:中央处理单元)、MPU(Micro-Processing Unit:微处理器)等。而且,只要能够通过由处理器执行程序来实现频率分析部12c、校正部12d、判定部12e、输出部12g的各功能,就不考虑其种类。
另外,作为程序的提供方式,具有在计算机能够读取的ROM(Read Only Memory:只读存储器)、光盘等记录介质中预先进行存储的方式、经由包括因特网等的广域通信网来提供给记录介质的方式等。
即,程序优选使计算机作为频率分析部12c、校正部12d、判定部12e、输出部12g发挥功能。
对上述最佳方式和/或被认为其它实施例的实施例进行了说明,但也可以进行各种改变,本说明书中公开的主题可以利用各种方式和实施例来实施,而且,这些方式和实施例也可以被应用于多个应用程序,在本说明书中记载了其最佳的几个方式和实施例。通过权利要求书来请求涵盖在本公开的真正范围内的任意和所有的修改和变形。
Claims (9)
1.一种探测装置,具备:
传感器,其发送电波,接收所述电波被物体反射所得到的反射波,输出与到所述物体的距离对应的传感器信号;以及
信号处理部,其被输入所述传感器信号,
其中,所述信号处理部具有:
判定部,其基于所述传感器信号来判定所述物体的状态;以及
输出部,其根据所述判定部的判定结果来输出用于将设备控制为特定的状态的控制信号;
其中,所述判定部基于所述传感器信号来判定所述物体的状态是否为正在向接近所述传感器的方向移动的接近状态,并且基于所述传感器信号来判定所述物体的状态是否为正在向远离所述传感器的方向移动的远离状态,
如果所述物体的状态是所述接近状态,则所述输出部输出所述控制信号,如果所述物体的状态是所述远离状态,则不输出所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的探测装置,其特征在于,
如果由所述判定部得到的规定次数的判定结果中的固定次数以上的判定结果是所述接近状态,则所述输出部输出所述控制信号。
3.根据权利要求1所述的探测装置,其特征在于,
在所述判定部连续规定次数以上地判定为所述物体的状态是所述接近状态的情况下,所述输出部输出所述控制信号。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的探测装置,其特征在于,
所述判定部被输入所述传感器信号,生成表示每个规定的周期的所述距离的多个距离数据,基于所述多个距离数据求出每个所述周期的所述距离的差分,基于所述距离的差分来判定所述物体的状态。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的探测装置,其特征在于,
所述判定部被输入所述传感器信号,生成表示每个规定的周期的所述距离的多个距离数据,基于所述多个距离数据求出每个所述周期的所述距离的移动平均的差分,基于所述移动平均的差分来判定所述物体的状态。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的探测装置,其特征在于,
所述判定部被输入所述传感器信号,生成表示每个规定的周期的所述距离的多个距离数据,基于所述多个距离数据的时间序列求出抑制了所述多个距离数据的偏差使得接近真值的多个平滑距离数据,基于每个所述周期的所述平滑距离数据的差分来判定所述物体的状态。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的探测装置,其特征在于,
所述判定部被输入所述传感器信号,生成表示每个规定的周期的所述距离的多个距离数据,基于所述多个距离数据的时间序列求出抑制了偏差使得接近真值的、表示每个规定的周期的所述物体的速度的多个平滑速度数据,基于所述平滑速度数据来判定所述物体的状态。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的探测装置,其特征在于,
所述传感器按每个所述周期发送频率随时间经过而变化的所述电波,
所述传感器信号包含按每个所述周期发送的所述电波与所述反射波的频率差的信息。
9.一种控制系统,其特征在于,
具备根据权利要求1至8中的任一项所述的探测装置和自动门装置,该自动门装置具有用于将人的出入口打开和关闭的门,
所述控制信号是用于打开所述门的信号,
所述自动门装置当接收到所述控制信号时对所述门进行打开控制,如果没有接收到所述控制信号则对所述门进行关闭控制。
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