EP1418555B1 - Präsenzmelder und dessen Verwendung - Google Patents

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EP1418555B1
EP1418555B1 EP04003170A EP04003170A EP1418555B1 EP 1418555 B1 EP1418555 B1 EP 1418555B1 EP 04003170 A EP04003170 A EP 04003170A EP 04003170 A EP04003170 A EP 04003170A EP 1418555 B1 EP1418555 B1 EP 1418555B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
room
sensor
image sensor
passive infrared
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP04003170A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1418555A1 (de
Inventor
Rolf Abrach
Hansjürg Dr. Mahler
Martin Dr. Rechtsteiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
Publication of EP1418555A1 publication Critical patent/EP1418555A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1418555B1 publication Critical patent/EP1418555B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/194—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems
    • G08B13/196—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems using television cameras
    • G08B13/19697—Arrangements wherein non-video detectors generate an alarm themselves

Definitions

  • the present invention relates to a presence detector with a passive infrared sensor for detecting the presence of persons in a room and with an operating in the visible spectral range and activatable by the passive infrared sensor image sensor for taking pictures of the space concerned.
  • a remote monitoring device with a camera, a passive infrared sensor, an infrared lamp and a radio transmitter having monitoring unit is described.
  • the passive infrared sensor turns on the infrared lamp and the camera and initiates the transfer of the images taken by the camera to a control center in which the images are evaluated.
  • the monitoring unit also includes an image processor whose function is to prepare the camera image for transmission.
  • this remote monitoring device is not suitable as a presence detector, since such is primarily expected to automatically actuate / control parameters related to the presence of persons in a room. And for such an automatic operation / control, it is unreasonable that the decision on the presence of persons in the room in question takes place in a remote from the presence detector and possibly even far away from the headquarters.
  • the passive infrared sensor is equipped with a so-called pyrosensor and means for focusing the falling from the space to be monitored on the pyrosensor heat radiation and detects based on the signal of the pyrosensor movements of different from the ambient temperature heat sources in the interstitial space (see, for example, the EP-A-0 303 913 ).
  • Such passive infrared sensors are available today in many designs and at low prices, but they are able to dormant, for example, working on a PC, people, poorly or not at all, and are therefore very suitable for use in presence detectors in office space , Nor is it possible to determine the occupancy rate of a room with the passive infrared sensors available on the market today.
  • the document FR-A-2700046 discloses a system for monitoring a location to be protected.
  • the system includes a variety of cameras and detectors connected to a central office. In the center, the images taken by the cameras and the detector signals are evaluated to detect an alarm.
  • the invention now provides a presence detector is specified, which does not have the disadvantages mentioned, and detects in particular even the smallest movements and recognizes the occupancy of space and are thus used for the automatic operation / control of hanging together with the presence of people in a room parameters can.
  • This object is achieved with a presence detector of the type mentioned above in that an evaluation for local and combined processing and evaluation of the sensor signals is provided in the presence detector, which for determining the presence of persons in the room in question, a combined evaluation of the signals originating from sensors performs and the evaluation controls the lighting and the heating / ventilation / air conditioning of the room in question based on the result or regulates.
  • a first preferred embodiment of the presence detector according to the invention is characterized in that the local processing of the signals of the image sensor takes place taking into account the signals of the passive infrared sensor.
  • the local and combined processing of the sensor signals results in a high-end occupancy detector that detects minute movements and can be used to control room lighting and other parameters.
  • the image sensor is formed by a CMOS image sensor, preferably an active pixel sensor.
  • the image sensor captures the space to be monitored by image technology, digitizes the image, and stores it as a reference image in a memory.
  • image technology digitizes the image
  • an active pixel sensor which is characterized by a very low power consumption, offers the possibility of accessing individual pixels. If the active pixel sensor consists of enough pixels, one obtains a screening, in which even small movements, such as hand movements, are detected.
  • the image sensor takes an image of the monitored space at intervals of fractions of a second, stores these images for a specific time and compares them with the reference image and / or with each other.
  • the presence detector is preferably used for the demand-driven actuation and / or control of conditioning devices of a room.
  • Conditioning devices are devices for influencing the prevailing ambient conditions in the respective room, such as room brightness or room climate to understand. Not least for reasons of saving energy is especially in lighting, heating, ventilation and air conditioning, a need for their shutdown or throttling in empty rooms and after their activation or conversion to normal operation as soon as a person enters the room.
  • Demand-driven control means about it
  • the control of heating / ventilation / air conditioning based on the number of people in a room.
  • the signal of the passive infrared detector is used for the activation of the image sensor and, if necessary, for switching on the room lighting and the signals of both sensors for controlling the heating and / or ventilation and / or air conditioning of the room.
  • the presence detector shown in Fig. 1 consists essentially of an image sensor 1, a passive infrared sensor 2 and connected to this evaluation 3 for controlling the sensors and for processing and evaluation of the sensor signals.
  • the image sensor 1 is equipped with a brightness sensor 4 for measuring the ambient brightness, which is also connected to the transmitter 3 and formed for example by a photodiode.
  • the image sensor 1 may be configured to measure the ambient brightness by measuring a magnitude for the brightness of the pixels in its field of view based on the known integration time. This quantity can be, for example, the mean value or a histogram or the maximum value of the brightness of the pixels.
  • the presence detector is intended to detect the presence of persons in a room and to control the lighting of the room as well as its heating / ventilation / air conditioning and possibly other conditioning devices based on the result of this monitoring. Under taxes, both rules and switching on and off should be understood.
  • the transmitter contains an output 5 for controlling the lighting and an output 6 for controlling the heating / ventilation / air conditioning of the room concerned.
  • the aim of such control is to design the room conditioning and lighting so that maximum comfort is achieved with minimal energy consumption. This means, among other things, to turn on the room lighting and leave it on only when there are people in the room, and also to coordinate the heating / ventilation / air conditioning of the room on the presence or non-presence of people in the room, the latter also knowing about the Room occupancy is desirable.
  • the image sensor 1 is sensitive in the visible light region; it can be obtained by a conventional CCD (charge-coupled device), CID (CID) or complementary metal oxide semiconductor (CMOS) process Metal oxide semiconductor structure]).
  • CCD charge-coupled device
  • CID CID
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • APS Active Pixel Sensor
  • APS Active Pixel Sensor
  • additional application-specific analog or digital functions for example simple image processing algorithms such as filters or exposure control, can be easily integrated.
  • APS will refer to the articles " A 128 x 128 CMOS Active Pixel Image Sensor for Highly Integrated Imaging Systems "by Sunetra K. Mendis, Sabrina E. Kennedy and Eric R.
  • the image sensor 1 is directed to the space to be monitored, detects this imagewise, digitizes the image and stores it as a reference image in a memory.
  • a memory For example, if the APS constituting the image sensor 1 is 256 by 256 pixels, using a wide-angle lens at a distance of 15 m in front of the image sensor 1, one pixel would have an area of approximately 12 by 12 cm.
  • Such a grid is suitable for detecting even small movements of body parts, for example a hand or the head.
  • the image sensor 1 In the active state of the device then makes the image sensor 1 at intervals of fractions of a second each one image of the monitored space, stores these images for a certain time and compares them with the reference image and / or each other. In this comparison, data relevant to movements in space, such as the number of pixels changed from the reference image or a movement of the objects, etc., are determined. If, for example, the number of changed pixels reaches a certain value, this is interpreted as movement in the monitored space.
  • the image sensor 1 Since the image sensor 1 is sensitive in the range of visible light, it requires sufficient room lighting in order to fulfill its function. This sufficient illumination is provided by the passive infrared sensor 2 by turning on the lighting, if necessary, immediately after entering the room by a person. Since entering the room is always associated with large movements, the passive infrared sensor 2 can respond safely and quickly. In this way, the image sensor 1 always finds a sufficiently lit room.
  • the image sensor 1 is advantageously switched off in the times when there is nobody in the room and is activated by the passive infrared sensor 2.
  • the brightness sensor 4 performs a cyclical measurement of the room brightness. In addition, based on the signal of the brightness sensor 4, the lighting can be switched off as soon as it is no longer needed for reasons of brightness.
  • a second criterion for switching off the lighting is the absence of persons in the room concerned. This shutdown takes place on the basis of the signal of the image sensor 1 in that, as soon as it no longer registers movement, it starts a counter provided in the processing stage 3, which is zero when a further movement signal, be it from the image sensor 1 or from the passive infrared sensor 2, occurs is set. If no motion signal occurs, then the counter continues to run and at a certain counter reading the lighting is switched off. To prevent unnecessary lighting, it is also possible to provide that a switched on illumination remains switched on only when a sufficiently large signal of the passive infrared detector 2 occurs with a sufficiently large time constant. One can fix the time constant, for example, at 45 to 60 minutes, because it can be assumed that a person working on a PC makes at least every 45 minutes detectable by the passive infrared sensor 2 movement.
  • Another possibility for increasing the robustness of the presence detector is to filter out or mask out repeatedly occurring movements in defined spatial areas, which are caused by oscillating objects, such as, for example, curtains, fans or plant leaves.
  • the APS forming the image sensor can be, for example, an active pixel sensor with additional signal evaluation in the pixels.
  • This signal evaluation may preferably consist in an amplification of temporal changes and an inhibitory interaction of adjacent pixels, so that moving contours are highlighted (so-called neuromorphic sensors or artificial retina).
  • an internal logic may, for example, count the number of pixels activated or measure the size of clusters, thus also estimating the number of people in the room and outputting a signal when thresholds are exceeded can be.
  • the field of view of the image sensor 1 can be subdivided into several subregions.
  • one gains (virtual) resolution so that an image sensor of lower resolution can be used for a constant spatial resolution. That the one-to-one spatial resolution is lost, does not matter, as long as the sensor should only detect movements.
  • the signal of the image sensor 2 can be analyzed for clearly moving objects or object tracking (tracking of the person's path) can be performed , This is useful because, according to experience, a person still moves relatively quickly shortly after entering a room and is therefore very easily recognizable by the image sensor 1.
  • the flow chart shown in Fig. 3 it can be seen that when a signal of the passive infrared detector 2, the image sensor 1 is activated with the image analysis. If the lighting conditions require it, the signal of the passive infrared detector 2, the room lighting is turned on. In the image analysis, the images taken by the image sensor 1 are examined for movement. If no movement is detected, the state of a counter is increased, with each detected movement, the count is reset to zero. In the active state of the image sensor 1, of course, the passive infrared sensor 2 continues to be active and also gives a reset command to the counter upon detection of a movement. Subsequently, the count is compared with a threshold and when this threshold is exceeded, the lighting is switched off.
  • the image sensor captures and examines an image every second, and if the presence detector time constant is set to turn off the room lighting 20 minutes after the last movement, then the counter reading must exceed 1'200 to allow the image sensor to go high Light is switched off.
  • the simple signal evaluation shown in FIG. 3 can be refined almost as desired.
  • the lighting is switched off when the passive infrared detector 2 does not supply a signal at specific intervals, and / or as a prerequisite for switching on a lighting that has just been switched on, it can be required that the image sensor 1 shortly after switching on the illumination by the passive infrared sensor 2 detects a movement.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Präsenzmelder mit einem Passiv-Infrarotsensor zur Detektion der Anwesenheit von Personen in einem Raum und mit einem im sichtbaren Spektralbereich arbeitenden und durch den Passiv-Infrarotsensor aktivierbaren Bildsensor für die Aufnahme von Bildern des betreffenden Raumes.
  • In der EP-A-0 591 585 ist eine Fernüberwachungseinrichtung mit einer eine Kamera, einen Passiv-Infrarotsensor, eine Infrarotlampe und einen Funksender aufweisenden Überwachungseinheit beschrieben. Im Fall eines unerwartenden Zustands schaltet der Passiv-Infrarotsensor die Infrarotlampe und die Kamera ein und löst die Übertragung der von der Kamera aufgenommenen Bilder an eine Zentrale aus, in der die Bilder ausgewertet werden. Die Überwachungseinheit enthält ausserdem einen Bild-Prozessor, dessen Funktion darin besteht, das Kamerabild für die Übertragung auf zu bereiten.
  • Es liegt auf der Hand, dass diese Fernüberwachungseinrichtung nicht als Präsenzmelder geeignet ist, da von einem solchen in erster Linie die automatische Betätigung/Steuerung von mit der Anwesenheit von Personen in einem Raum zusammen hängenden Parametern erwartet wird. Und für eine solche automatische Betätigung/Steuerung ist es unzumutbar, dass die Entscheidung über die Anwesenheit von Personen in dem betreffenden Raum in einer vom Präsenzmelder abgesetzten und unter Umständen sogar von diesem weit entfernten Zentrale erfolgt.
  • Der Passiv-Infrarotsensor ist mit einem sogenannten Pyrosensor und Mitteln zur Fokussierung der aus dem zu überwachenden Raum auf den Pyrosensor fallenden Wärmestrahlung ausgerüstet und detektiert anhand des Signals des Pyrosensors Bewegungen von sich von der Umgebungstemperatur unterscheidenden Wärmequellen im Überwachungsraum (siehe dazu beispielsweise die EP-A-0 303 913 ). Solche Passiv-Infrarotsensoren sind heute in vielen Ausführungen und zu günstigen Preisen erhältlich, sie vermögen aber ruhende, beispielsweise an einem PC arbeitende, Personen, nur schlecht oder gar nicht zu erkennen, und sind daher für die Verwendung in Präsenzmeldern in Büroräumen nur sehr bedingt geeignet. Es ist auch nicht möglich, mit den heute auf dem Markt erhältlichen Passiv-Infrarotsensoren den Belegungsgrad eines Raumes festzustellen.
  • Das Dokument FR-A-2700046 offenbart ein System zur Überwachung eines zu schützenden Ortes. Das System umfasst eine Vielzahl von Kameras und Detektoren, die mit einer Zentrale verbunden sind. In der Zentrale werden die von den Kameras aufgenommenen Bilder und die Detektorsignale zur Feststellung eines Alarms ausgewertet.
  • Durch die Erfindung soll nun ein Präsenzmelder angegeben werden, der die genannten Nachteile nicht aufweist, und der insbesondere auch kleinste Bewegungen detektiert und die Raumbelegung erkennt und dadurch für die automatische Betätigung/Steuerung von mit der Anwesenheit von Personen in einem Raum zusammen hängenden Parametern verwendet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Präsenzmelder der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass im Präsenzmelder eine Auswerteelektronik für die lokale und kombinierte Verarbeitung und Auswertung der Sensorsignale vorgesehen ist, welche zur Feststellung der Anwesenheit von Personen in dem betreffenden Raum eine kombinierte Auswertung des von Sensoren stammenden Signalen durchführt und die Auswerteelektronik die Beleuchtung sowie die Heizung / Lüftung / Klimatisierung des betreffenden Raumes anhand des Ergebnisses steuert beziehungsweise regelt.
  • Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Präsenzmelders ist dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Verarbeitung der Signale des Bildsensors unter Berücksichtigung der Signale des Passiv-Infrarotsensors erfolgt.
  • Durch die lokale und kombinierte Verarbeitung der Sensorsignale wird ein "high-end" Präsenzmelder erhalten, der kleinste Bewegungen erkennt und zur Steuerung der Raumbeleuchtung und anderer Parameter verwendet werden kann.
  • Vorzugsweise wird der Bildsensor durch einen CMOS-Bildsensor, vorzugsweise einen Aktiv Pixel Sensor, gebildet.
  • Der Bildsensor erfasst den zu überwachenden Raum bildtechnisch, digitalisiert das Bild, und legt es als Referenzbild in einem Speicher ab. Die Verwendung eines Aktiv Pixel Sensors, der sich durch einen sehr geringen Stromverbrauch auszeichnet, bietet die Möglichkeit des Zugriffs auf einzelne Pixel. Wenn der Aktiv Pixel Sensor aus genügend vielen Pixeln besteht, erhält man eine Rasterung, bei der auch kleine Bewegungen, wie beispielsweise Handbewegungen, erkannt werden. Im aktiven Zustand des Präsenzmelders macht der Bildsensor in Abständen von Sekundenbruchteilen jeweils ein Bild des überwachten Raumes, speichert diese Bilder für eine bestimmte Zeit und vergleicht sie mit dem Referenzbild und/oder untereinander.
  • Vorzugsweise wird der Präsenzmelder für die bedarfsgerechte Betätigung und/oder Steuerung von Konditionierungseinrichtungen eines Raumes verwendet.
  • Unter Konditionierungseinrichtungen sind Einrichtungen zur Beeinflussung der in dem jeweiligen Raum herrschenden Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Raumhelligkeit oder Raumklima, zu verstehen. Nicht zuletzt aus Gründen der Einsparung von Energie besteht besonders bei Beleuchtung, Heizung, Lüftung und Klimatisierung ein Bedarf nach deren Abschalten oder Drosselung in leeren Räumen und nach deren Einschalten oder Umstellung auf Normalbetrieb, sobald eine Person den Raum betritt. Bedarfsgerechte Steuerung bedeutet darüber hinaus die Steuerung von Heizung/Lüftung/Klimatisierung anhand der Anzahl der sich in einem Raum befindenden Personen.
  • Vorzugsweise wird das Signal des Passiv-Infrarotmelders für die Aktivierung des Bildsensors und, wenn nötig, für das Einschalten der Raumbeleuchtung verwendet und die Signale beider Sensoren für die Steuerung der Heizung und/oder Lüftung und/ oder Klimatisierung des Raumes.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt:
    • Fig. 1 ein Blockschema eines erfindungsgemässen Präsenzmelders,
    • Fig. 2 ein Schema zur Erklärung einer Detailvariante des Präsenzmelders von Fig. 1; und
    • Fig. 3 ein Flussdiagramm einer einfachen Signalauswertung.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Präsenzmelder besteht im wesentlichen aus einem Bildsensor 1, einem Passiv-Infrarotsensor 2 und einer an diese angeschlossenen Auswerteelektronik 3 zur Steuerung der Sensoren und zur Verarbeitung und Auswertung der Sensorsignale. Der Bildsensor 1 ist mit einem Helligkeitssensor 4 zur Messung der Umgebungshelligkeit ausgerüstet, welcher ebenfalls mit der Auswerteelektronik 3 verbunden und beispielsweise durch eine Fotodiode gebildet ist. Alternativ kann der Bildsensor 1 zur Messung der Umgebungshelligkeit ausgebildet sein, indem er eine Grösse für die Helligkeit der Pixel in seinem Sichtbereich anhand der bekannten Integrationszeit misst. Diese Grösse kann beispielsweise der Mittelwert oder ein Histogramm oder der Maximalwert der Helligkeit der Pixel sein.
  • Der Präsenzmelder ist dazu vorgesehen, die Anwesenheit von Personen in einem Raum festzustellen und anhand des Ergebnisses dieser Überwachung die Beleuchtung des Raumes sowie dessen Heizung/Lüftung/Klimatisierung und gegebenenfalls weitere Konditionierungseinrichtungen zu steuern. Unter Steuern soll dabei sowohl Regeln als auch Ein- und Ausschalten verstanden werden. Entsprechend dieser doppelten Funktion des Präsenzmelders enthält die Auswerteelektronik einen Ausgang 5 zur Regelung der Beleuchtung und einen Ausgang 6 zur Regelung der Heizung/Lüftung/Klimatisierung des betreffenden Raumes.
  • Das Ziel einer solchen Steuerung besteht darin, die Raumkonditionierung und -beleuchtung so zu gestalten, dass mit minimalem Energieaufwand ein maximaler Komfort erzielt wird. Das bedeutet unter anderem, die Raumbeleuchtung nur dann einzuschalten und eingeschaltet zu lassen, wenn sich Personen im Raum befinden, und die Heizung/Lüftung/Klimatisierung des Raums ebenfalls auf die Anwesenheit oder Nichtanwesenheit von Personen im Raum abzustimmen, wobei für letzteres auch Kenntnis über die Raumbelegung wünschenswert ist.
  • Der Bildsensor 1 ist im Bereich des sichtbaren Lichts empfindlich; er kann auf einem üblichen bildgebenden Verfahren (CCD [CCD: charge-coupled device], CID [CID: charge injection device] oder CMOS [CMOS: complementary metal oxide semiconductor = komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Struktur]) basieren. Vorzugsweise wird ein spezieller CMOS-Bildsensor, ein sogenannter APS [APS: Aktiv Pixel Sensor] verwendet, der sich durch einen sehr geringen Stromverbrauch und durch die Möglichkeit des Zugriffs auf einzelne Pixel auszeichnet. Ausserdem können in einem solchen APS zusätzliche applikationsspezifische analoge oder digitale Funktionen, zum Beispiel einfache Bildverarbeitungsalgorithmen wie Filter oder Belichtungssteuerung, einfach integriert werden. Bezüglich APS wird auf die Artikel "A 128 x- 128 CMOS Active Pixel Image Sensor for Highly Integrated Imaging Systems" von Sunetra K. Mendis, Sabrina E. Kennedy und Eric R. Fossum, IEDM 93-538 und "128X128 CMOS Photodiode-Type Active Pixel Sensor With On-Chip Timing, Control and Signal Chain Electronics" von R. H. Nixon, S. E. Kemeny, C. O. Staller und E. R. Fossum in SPIE Vol. 2415 / 117, verwiesen.
  • Der Bildsensor 1 ist auf den zu überwachenden Raum gerichtet, erfasst diesen bildtechnisch, digitalisiert das Bild und legt es als Referenzbild in einem Speicher ab. Wenn der den Bildsensor 1 bildende APS beispielsweise aus 256 mal 256 Pixeln besteht, dann würde bei Verwendung einer Weitwinkeloptik im Abstand von 15 m vor dem Bildsensor 1 einem Pixel eine Fläche von ungefähr 12 mal 12 cm entsprechen. Eine solche Rasterung ist geeignet, auch kleine Bewegungen von Körperteilen, beispielsweise einer Hand oder des Kopfes, zu detektieren.
  • Im aktiven Zustand der Einrichtung macht dann der Bildsensor 1 in Abständen von Sekundenbruchteilen jeweils ein Bild des überwachten Raums, speichert diese Bilder für eine bestimmte Zeit und vergleicht sie mit dem Referenzbild und/oder untereinander. Bei diesem Vergleich werden für Bewegungen im Raum relevante Daten, beispielsweise die Anzahl der gegenüber dem Referenzbild geänderten Pixel oder eine Bewegung der Objekte, usw. bestimmt. Wenn beispielsweise die Anzahl der veränderten Pixel einen bestimmten Wert erreicht, wird dies als Bewegung im überwachten Raum interpretiert.
  • Da der Bildsensor 1 im Bereich des sichtbaren Lichts empfindlich ist, benötigt er eine ausreichende Raumbeleuchtung, um seine Funktion erfüllen zu können. Diese ausreichende Beleuchtung wird durch den Passiv-Infrarotsensor 2 gewährleistet, indem dieser, falls erforderlich, unmittelbar nach dem Betreten des Raums durch eine Person die Beleuchtung einschaltet. Da das Betreten des Raums immer mit grossen Bewegungen verbunden ist, kann der Passiv-Infrarotsensor 2 darauf sicher und schnell reagieren. Auf diese Weise findet der Bildsensor 1 immer einen genügend beleuchteten Raum vor. Der Bildsensor 1 ist mit Vorteil in den Zeiten, wo sich niemand im Raum befindet, ausgeschaltet und wird durch den Passiv-Infrarotsensor 2 aktiviert. Damit die Beleuchtung nur dann eingeschaltet wird, wann eine solche benötigt wird, erfolgt durch den Helligkeitssensor 4 eine zyklische Messung der Raumhelligkeit. Ausserdem kann anhand des Signals des Helligkeitssensors 4 die Beleuchtung abgeschaltet werden, sobald sie aus Helligkeitsgründen nicht mehr benötigt wird.
  • Ein zweites Kriterium für das Abschalten der Beleuchtung ist die Nichtanwesenheit von Personen in dem betreffenden Raum. Dieses Abschalten erfolgt anhand des Signals des Bildsensors 1, indem dieser, sobald er keine Bewegung mehr registriert, einen in der Verarbeitungsstufe 3 vorgesehenen Zähler startet, der bei Auftreten eines neuerlichen Bewegungssignals, sei es vom Bildsensor 1 oder vom Passiv-Infrarotsensor 2, auf null gesetzt wird. Tritt kein Bewegungssignal auf, dann läuft der Zähler weiter und bei einem bestimmten Zählerstand wird die Beleuchtung ausgeschaltet. Zur Verhinderung von unnötiger Beleuchtung kann man auch vorsehen, dass eine eingeschaltete Beleuchtung nur dann eingeschaltet bleibt, wenn mit einer ausreichend grossen Zeitkonstante ein genügend grosses Signal des Passiv-Infrarotmelders 2 auftritt. Man kann die Zeitkonstante beispielsweise bei 45 bis 60 Minuten fixieren, weil man annehmen kann, dass auch eine an einem PC arbeitende Person zumindest alle 45 Minuten eine vom Passiv-Infrarotsensor 2 erkennbare Bewegung macht.
  • Eine weitere Möglichkeit, die Robustheit des Präsenzmelders zu erhöhen, besteht darin, in definierten Raumbereichen wiederholt auftretende Bewegungen, die durch oszillierende Objekte, wie beispielsweise Vorhänge, Ventilatoren oder Pflanzenblätter, verursacht sind, auszufiltern oder auszumaskieren.
  • Während für das Ein- und Ausschalten der Beleuchtung (Ausgang 5) eine integrale Bewegungsüberwachung über den gesamten Raum ausreichend ist, kann die für eine bedarfsgerechte Steuerung von Lüftung/Heizung/Klimatisierung (Ausgang 6) erforderliche Raumbelegung erst durch eine weitergehend Auswertung des Bildsignals gewonnen werden. Diese weitergehende Auswertung erfolgt beispielsweise dadurch, dass man den Sichtbereich des Bildsensors 1 in mehrere Teilbereiche unterteilt und das Sensorsignal für jeden Teilbereich separat auswertet. Dann kann man für jeden Teilbereich feststellen, ob sich eine Person in diesem aufhält. Auf diese Weise kann man die Belegung eines Raums zumindest abschätzen und die Lüftung/Heizung/Klimatisierung entsprechend steuern.
  • Der den Bildsensor bildende APS kann beispielsweise ein Aktiv Pixel Sensor mit zusätzlicher Signalauswertung in den Pixeln sein. Diese Signalauswertung kann vorzugsweise in einer Verstärkung zeitlicher Änderungen und einer hemmenden Wechselwirkung benachbarter Pixel bestehen, so dass sich bewegende Konturen hervorgehoben werden (sogenannte neuromorphische Sensoren oder artificial retina). Auf diese Weise wird direkt auf dem Chip eine Bewegungsdetektion durchgeführt, und eine interne Logik kann beispielsweise die Anzahl aktivierter Pixel zählen oder die Grösse von Pixelanhäufungen (clusters) messen, wodurch ebenfalls die Anzahl der Personen im Raum abgeschätzt und bei Überschreiten entsprechender Schwellen ein Signal ausgegeben werden kann.
  • Es wurde schon erwähnt, dass der Sichtbereich des Bildsensors 1 in mehrere Teilbereiche unterteilt werden kann. Anstatt diese Teilbereiche separat auszuwerten, kann man die Optik (nicht dargestellt) des Bildsensors 1 so ausbilden, dass gemäss Fig. 2 mehrere Teilbereiche T1 bis T4 auf denselben Bildbereich BB abgebildet werden. Man gewinnt durch diese mehrfache Ausnutzung des Bildsensors 1 an (virtueller) Auflösung, so dass für eine gleichbleibende Ortsauflösung ein Bildsensor geringerer Auflösung eingesetzt werden kann. Dass die eineindeutige Ortsauflösung verloren geht, spielt keine Rolle, so lange der Sensor nur Bewegungen erkennen soll.
  • Um ein längeres Anschalten der Beleuchtung aufgrund eines Fehlsignals des Passiv-Infrarotmelders 2 zu verhindern, kann man kurz nach dem Einschalten der Beleuchtung das Signal des Bildsensors 2 auf sich eindeutig bewegende Objekte hin analysieren oder auch ein Objekttracking (Verfolgung des Wegs der betreffenden Person) durchführen. Dies ist deswegen sinnvoll, weil sich eine Person erfahrungsgemäss kurz nach dem Betreten eines Raumes noch relativ stark bewegt und somit vom Bildsensor 1 sehr gut erkennbar ist.
  • Dem in Fig. 3 dargestellten Flussdiagramm ist zu entnehmen, dass bei Auftreten eines Signals des Passiv-Infrarotmelders 2 der Bildsensor 1 mit der Bildanalyse aktiviert wird. Falls die Beleuchtungsverhältnisse es erfordern, wird durch das Signal des Passiv-Infrarotmelders 2 auch die Raumbeleuchtung eingeschaltet. Bei der Bildanalyse erfolgt eine Untersuchung der vom Bildsensor 1 aufgenommenen Bilder auf Bewegungen. Wenn keine Bewegung festgestellt wird, wird der Stand eines Zählers erhöht, bei jeder festgestellten Bewegung wird der Zählerstand auf null zurückgesetzt. Im aktiven Zustand des Bildsensors 1 ist selbstverständlich auch der Passiv-Infrarotsensor 2 weiter aktiv und gibt ebenfalls bei Detektion einer Bewegung einen Rückstellbefehl an den Zähler ab. Anschliessend wird der Zählerstand mit einer Schwelle verglichen und bei Überschreiten dieser Schwelle wird die Beleuchtung abgeschaltet.
  • Wenn beispielsweise der Bildsensor jede Sekunde ein Bild aufnimmt und dieses untersucht, und wenn die Zeitkonstante des Präsenzmelders so eingestellt ist, dass 20 Minuten nach der letzten Bewegung die Beleuchtung des Raums abgeschaltet wird, dann muss der Zählerstand den Wert 1'200 überschreiten, damit das Licht abgeschaltet wird.
  • Wie schon erwähnt wurde, kann die in Figur 3 dargestellte einfache Signalauswertung nahezu beliebig verfeinert werden. So kann man beispielsweise vorsehen, dass die Beleuchtung abgeschaltet wird, wenn der Passiv-Infrarotmelder 2 nicht in bestimmten Abständen ein Signal liefert, und/oder man kann als Voraussetzung für das eingeschaltet Lassen einer soeben eingeschalteten Beleuchtung verlangen, dass der Bildsensor 1 kurz nach Einschalten der Beleuchtung durch den Passiv-Infrarotsensor 2 eine Bewegung detektiert.
  • Für die Regelung von Heizung/Lüftung/Steuerung (Ausgang 6 der Auswerteelektronik 3) wird die in Fig. 3 dargestellte Signalsauswertung sinngemäss erweitert.

Claims (2)

  1. Präsenzmelder mit einem Passiv-Infrarotsensor (2) zur Detektion der Anwesenheit von Personen in einem Raum und mit einem im sichtbaren Spektralbereich arbeitenden und durch den Passiv-Infrarotsensor (2) aktivierbaren Bildsensor (1) für die Erzeugung von Bildern des betreffenden Raumes und mit einer an die Sensoren (1, 2) angeschlossenen Auswerteelektronik (3), welche die von den Sensoren (1, 2) stammenden Signale verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (3) zur Feststellung der Anwesenheit von Personen in dem betreffenden Raum eine kombinierte Auswertung der von den Sensoren (1, 2) stammenden Signale durchführt und dass die Auswerteelektronik (3) die Beleuchtung sowie die Heizung/Lüftung/Klimatisierung des betreffenden Raumes anhand des Ergebnisses der Auswertung steuert beziehungsweise regelt.
  2. Präsenzmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (3) einen Ausgang (5) zur Regelung der Beleuchtung und einen Ausgang (6) zur Regelung der Heizung/Lüftung/Klimatisierung aufweist.
EP04003170A 1999-12-17 1999-12-17 Präsenzmelder und dessen Verwendung Expired - Lifetime EP1418555B1 (de)

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