JP2004198237A

JP2004198237A - 人体検知システム

Info

Publication number: JP2004198237A
Application number: JP2002366714A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Sekino; 博一関野; Kunio Tabata; 邦夫田端; Junichiro Shinozaki; 順一郎篠▲崎▼; Hideki Kojima; 英揮小島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】周囲空間内から人体を容易に検知し、人体が大人あるいは子供であるかを正確に判別できる人体検知システムを提供する。
【解決手段】前記赤外線計測装置によって所定の時間周期で計測された被検知体の２次元表面温度分布と、距離計測装置によって計測された被検知体の３次元距離分布から、所定の距離範囲に存在している２次元表面温度分布は同一の被検知体のものであると判定し、２次元表面温度分布の２次元中心座標の経時変化から被検知体が人体であることを判別する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人が行き交う建物内等において、移動する物体からの人体の検知および大人と子供の判別方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人や車などの物体が共存している環境において人を判別する手法として、赤外線計測装置、超音波センサ、マイクロ波センサ、音声認識など各種様々な例がある。
【０００３】
赤外線計測装置等、温度分布検出器により人体判別を行う方法としては、ある外気温での被検出範囲の２次元表面温度分布から、この外気温で人体が示すであろう温度分布が存在する場合、レーザー等によりその方位や距離を計測し、人体温度分布の面積を算出する。この面積を人体実面積データベースと比較して、人のサイズ範囲（子供以上大人以下）にあるか判定する。また人体温度分布の形状を人体形状テンプレートデータベースと比較して相関があるか判定し、相関があれば温度分布は人体の可能性があると判定するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
超音波センサおよび赤外線センサを用いた例としては、超音波センサによる検知信号から一定時間間隔毎に物体の高さを計測し、規定高さ範囲以内の計測高さが規定時間以上継続する場合に物体を人体として識別し、赤外線センサによる検知信号から信号周波数を計測し、計測周波数に規定周波数変化以上の変化が生じる場合に物体の挙動を人体の挙動として識別して、物体を人体であると検定するものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−５２０６４
【特許文献２】
特開平９−３１８７６５
【０００６】
【課題を解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の事例では、人体温度分布のある基準温度以上の面積の大きさから大人と子供を判別する場合、衣類の素材や色などにより、熱の吸収度や保温性能が異なることがあり、人体温度分布を正確に評価することは困難である。
【０００７】
また特許文献２の事例は、物体の上方からの計測に限られ、複数の人や物が存在し、かつ移動している環境において、側面方向から計測して人体を識別しなければならないような用途には適用し難い。
【０００８】
本発明は、側面方向から周囲空間内を移動する物体から人体を検知し、人体が大人あるいは子供であるかを判別できる人体検知システムを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、赤外線計測装置と距離計測装置を備えた人体検知システムにおいて、赤外線計測装置によって所定の時間周期で計測された被検知体の２次元表面温度分布と、距離計測装置によって計測された被検知体の３次元距離分布から、所定の距離範囲に存在している２次元表面温度分布は同一の被検知体のものであると判定し、２次元表面温度分布中心の２次元座標値の経時変化から被検知体が人体であることを判別する温度分布画像処理装置を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また距離計測装置が、所定の距離範囲に属する３次元距離分布をグループ化する手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また温度分布画像処理装置が、３次元距離分布のグループ情報を参照し、２次元表面温度分布をグループ化する手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また温度分布画像処理装置が、同一の被検知体の２次元表面温度分布を構成する各温度分布について、２次元表面温度分布全体の中心に対する相対位置の経時変化を分析する手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また温度分布画像処理装置が、計測された被検知体の２次元表面温度分布の２次元座標尺度を被検知体との距離に応じて変更する２次元座標補正手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
さらに温度分布画像処理装置が、計測された被検知体の２次元表面温度分布の上下端部座標を検出し、被検知体の実寸法を算出する物体高さ算出手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
【作用】
本発明の人体検知システムにおいては、赤外線計測装置により所定の時間間隔で計測された被検出体の２次元表面温度分布と、距離計測装置によって計測された被検知体の３次元距離分布から、所定の距離範囲に存在している２次元表面温度分布は同一の被検知体のものであると判定してグループ化し、そのグループ化した被検知体の２次元表面温度分布全体の中心座標について経時変化を分析し、その中心座標に変化が見られた場合に被検出体は移動体であると判定される。
【００１６】
またグループ化した被検出体の２次元表面温度分布の中心に対して、この２次元表面温度分布を構成する同一温度を示す各温度分布の２次元中心座標に経時変化が無い場合には、被検出体は固定物であると判定され、一方、同一温度を示す各温度分布の２次元中心座標に経時変化が確認された場合、被検出体は手や足などに相当するような部位を動かしながら移動する移動体、すなわち人であると判定される。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の人体検知システムの構成および検知方法を、図を基に説明する。
【００１８】
図１は本発明の人体検知システムにおける構成を示す図、図２はある時刻に計測された２次元表面温度分布の例を示す図、図３は図２と同じ時刻に計測された３次元距離分布の例を示す図、図４は計測時刻の異なる２つの２次元表面温度分布の例を示す図である。
【００１９】
本発明の人体検知システムでは、計測範囲内に存在する物体から放出される赤外線の強度を検出し、これを温度分布として出力するための赤外線計測装置と、計測範囲内に存在する物体の３次元距離分布を計測するための距離計測装置が備えられている。
【００２０】
赤外線計測装置には、物体の２次元表面温度分布を表示装置に直接画像表示できる赤外線サーモグラフィーなどを用いる。赤外線計測装置２によって被検知体１を含む計測範囲の２次元表面温度分布を所定の時間周期で計測し、その２次元表面温度分布画像を表示装置３に表示する。また計測された２次元表面温度分布は温度分布画像処理装置４に備えた記録媒体に保存される。なお計測周期は数ｍｓｅｃ〜数１００ｍｓｅｃが望ましい。
【００２１】
距離計測装置５は、赤外線計測装置２による２次元表面温度分布の最初の計測時刻に合わせて、赤外線計測装置２の計測範囲と同一の計測範囲内に存在する物体の３次元距離分布を計測し、その結果は３次元距離分布として温度分布画像処理装置４に備えた記録媒体に保存される。
【００２２】
２次元表面温度分布から静止物体と移動物体を判別する方法を説明する。
【００２３】
図２に示すように、赤外線計測装置２による最初の計測によって得られた２次元表面温度分布からは、計測範囲内には図２中において数種のハッチングで塗り分けて示したような異なる表面温度分布を持つ物体が存在することが確認される。
【００２４】
同時に、図３に示すように、距離計測装置５によって計測された３次元距離分布から、計測範囲内に存在する全ての物体の３次元距離が確認される。
【００２５】
図３中において数種のハッチングで塗り分けて示したように、所定の距離範囲で一致する３次元距離分布を、距離が近い方から順番にグループ化し、番号あるいは記号により番号付け（例えば、グループ１、グループ２、グループ３・・・・・）を行う。さらに各グループの３次元距離分布の中心座標を算出し、距離の数値およびグループ情報とともに温度分布画像処理装置４に備えた記録媒体に保存する。
【００２６】
さらに温度分布画像処理装置４において、保存された３次元距離分布のグループ情報と２次元表面温度分布を比較し、両分布が重なり合う部分の２次元表面温度分布をグループ化し、３次元距離分布と同一の番号付けを行うことにより、３次元距離情報を含む２次元表面温度分布としての取り扱いが可能となり、３次元距離分布の中心座標を２次元表面温度分布の中心座標として置き換えらえる。
【００２７】
このようにグループ化した情報を基に、図４に示したような計測時刻の異なる２次元表面温度分布（１ａ）、（１ｂ）の中心座標を分析すると、グループ２と５以外は（１ａ）と（１ｂ）の２次元座標が異なっていることがわかる。このことから、２次元座標が変化しないグループ２と５は静止物体の２次元表面温度分布であり、２次元座標が変化している他のグループは移動物体の２次元表面温度分布であり、すなわち、計測範囲内には移動する物体および静止する物体の両方が存在していることが検知できる。
【００２８】
次に、移動物体が人体であるか否かを判定する方法について説明する。
【００２９】
上記において移動物体であると検知されたグループの中から、例えばグループ１について２次元表面温度分布全体の中心を求める。
【００３０】
図５（２ａ）、（２ｂ）はグループ１について、計測時刻の異なる２次元表面温度分布全体の中心を、図中破線交点で示した赤外線計測装置２の表示範囲の中心に合わせ込んだ例を示す図である。これら中心位置補正された２次元表面温度分布について、ハッチングによって同一温度を示したそれぞれの温度分布の２次元座標についての経時変化を分析する。
【００３１】
なお分析方法としては、計測時刻が異なる中心位置補正された２つの２次元表面温度分布について、各２次元表面温度分布全体の外郭形状を比較する方法、またはこの２次元表面温度分布を構成する同一温度を示す各温度分布の中心座標を比較する方法が有効である。
【００３２】
ここで後者の方法を用いる場合には、２次元表面温度分布の中心を赤外線計測装置２の表示範囲の中心に合わせ込まなくとも、２次元表面温度分布の中心と同一温度を示す各温度分布の中心の距離を評価するのみで経時変化を分析できる。
【００３３】
以上のような方法により分析された結果として、２次元表面温度分布全体の中心に対して相対位置が変化していないと判定された温度分布は、車輪などで動く移動体に載せられた固定物などの温度分布であり、相対位置が大きく変化している温度分布は、手や足などに相当するような部位を動かしながら移動している物体、すなわち人体の温度分布であると判別される。移動物体の温度分布であると判定されたグループについても同様の分析を行うことにより、それらの温度分布が移動体などに載せられた固定物か、あるいは人体かを判別することができる。
【００３４】
このようにして、複数の人や物が存在する周囲の環境から人体を検知することができる。
【００３５】
なお本発明の人体検知システムを自律移動ロボットなどに搭載する場合、とりわけ移動している人と衝突することを防止することが目的であるため、静止している物体については特に人であるかを判別する必要はなく、この場合は自律移動ロボット自らが移動して距離が狭まった時に安全制御を施せば良い。
【００３６】
図６は２次元表面温度分布の２次元座標補正の例を示す図である。
【００３７】
２次元表面温度分布には、ある基準となる距離において実寸法を示す標準座標が設定されている。図６（３ａ）はその例であり、例えば被検知体１との距離２ｍを基準距離として、１目盛り当たり１ｍとなるような標準座標が設定されている。
【００３８】
温度分布画像処理装置４により、温度分布のグループに存在する被検知体１が人であることが判別された場合、被検知体１の高さ、すなわち身長を下記のようにして求める。
【００３９】
前述のように被検知体１との距離が丁度２ｍの場合には、標準座標をそのまま使用できるが、通常被検知体１は様々な距離で存在している。仮に被検知体１との距離が１ｍであると計測された場合には、赤外線計測装置２によって計測される２次元表面温度分布は、図６（３ｂ）中に示すように被検知体１は標準座標の画像に比べて大きく計測される。この状態で標準座標を適用してしまうと実際の寸法に比べ２倍の大きさで計測されてしまうため、温度分布画像処理装置４に備えられた２次元座標補正手段により、１目盛り当たり標準座標の半分の寸法である０．５ｍに補正される。
【００４０】
このような座標の補正により、被検出体１との距離がいかなる場合であっても、被検知体１の実寸法を求めることが可能となる。
【００４１】
物体高さ算出手段では、補正後の２次元座標において、被検知体１の温度分布のうち最も高い位置にある温度分布上端と、最も低い位置にある温度分布下端の各ｙ座標値の差を求めて、被検知体１の高さを算出する。
【００４２】
ここで、被検知体１が人体である場合、通常最も高い位置にある温度分布は頭部である。頭部の温度は周囲温度に比べ高く、周囲との温度分布の境界が明瞭に現われる。仮に、帽子などをかぶっている場合でも顔面は露出しており、また帽子によって隠される長さは身長に対して僅かな割合に過ぎないため、温度分布上端のｙ座標は比較的正確に求められる。
【００４３】
一方、最も低い位置の温度分布は足先である。足先は、人が移動している時の所定の時間周期での温度分布において、同一温度を示す温度分布のうち最も低い位置で中心座標が変化している温度分布に該当すると判断し、この温度分布下端のｙ座標を求める。
【００４４】
このようにして求めた身長が、例えば１ｍ未満の場合は幼児、例えば１．５ｍ未満の場合は小人、例えば１．５ｍ以上の場合は大人であると判別することができる。
【００４５】
なお図５で示したように、温度分布のグループに人体とそれ以外の物体が存在する場合には、足先であると判定された温度分布の鉛直上、最も高い位置にある温度分布を頭部と判断して、両温度分布の上下端ｙ座標を求めて身長を算出することができる。
【００４６】
以上のように、本発明の人体検出システムは、２次元表面温度分布と３次元距離分布を用いて、側面方向から周囲空間内の移動体および人体を検知することを可能としたものであり、例えばこれを自律移動するようなロボットに塔載した場合には、人体に対してより安全性を高めた動作制御ができ、とりわけ弱者である子供に対しては可能な限り安全性の高い動作制御を行うことにより、全ての人と同一環境で共存することが可能なロボットを構成することが可能となる。また子供にとって危険なエレベータやエスカレータなどの移動体に搭載した場合でも、より安全性の高い制御が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の人体検知システムにおける構成を示す図である。
【図２】ある時刻に計測された２次元表面温度分布の例を示す図である。
【図３】図２と同じ時刻に計測された３次元距離分布の例を示す図である。
【図４】計測時刻の異なる２つの２次元表面温度分布の例を示す図である。
【図５】計測時刻の異なる２つの２次元表面温度分布の中心と表示範囲の中心を合わせ込んだ例を示す図である。
【図６】２次元表面温度分布の２次元座標補正の例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・被検知体
２・・・赤外線計測装置
３・・・表示装置
４・・・温度分布画像処理装置
５・・・距離計測装置

Claims

赤外線計測装置と距離計測装置を備えた人体検知システムにおいて、前記赤外線計測装置によって所定の時間周期で計測された被検知体の２次元表面温度分布と、前記距離計測装置によって計測された前記被検知体の３次元距離分布から、所定の距離範囲に存在している前記２次元表面温度分布は同一の前記被検知体のものであると判定し、前記２次元表面温度分布中心の２次元座標値の経時変化から前記被検知体が人体であることを判別する温度分布画像処理装置を備えたことを特徴とする人体検知システム。
前記距離計測装置が、所定の距離範囲に属する３次元距離分布をグループ化する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載記載の人体検知システム。
前記温度分布画像処理装置が、３次元距離分布のグループ情報を参照し、２次元表面温度分布をグループ化する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載記載の人体検知システム。
前記温度分布画像処理装置が、同一の被検知体の２次元表面温度分布を構成する各温度分布について、前記２次元表面温度分布全体の中心に対する相対位置の経時変化を分析する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載記載の人体検知システム。
前記温度分布画像処理装置が、計測された被検知体の２次元表面温度分布の２次元座標尺度を前記被検知体との距離に応じて変更する２次元座標補正手段を備えたことを特徴とする請求項１記載記載の人体検知システム。
前記温度分布画像処理装置が、計測された被検知体の２次元表面温度分布の上下端部座標を検出し、前記被検知体の実寸法を算出する物体高さ算出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載記載の人体検知システム。