JP2004328735A - 動き検出装置および動き検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低電力で解像度も高くできる動き検出方法と装置とを提供する。
【解決手段】動き検出装置（７００）は、ノーマル・モードと低電力消費スリープ・モードを備え、周期的に前記スリープ・モードを出て、前記ノーマル・モードに入り、前記ノーマル・モードにおいて、あるシーンの低解像度画像を捕捉し、次に、前記スリープ・モードに戻るように構成されている低解像度画像センサ（１００）と、前記低解像度画像センサによって捕捉された画像に基づいて動きが生じたか否かを判定するためのコントローラ（１０４）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、動き検出器に関するものであり、とりわけ、低電力動き検出装置に関するものである。

動きを検出する既存の装置には、受動赤外線（ＰＩＲ）動き検出器がある。ＰＩＲ動き検出器は、人間または動物が放射するエネルギなどの、放射エネルギを検出する。ＰＩＲ動き検出装置は、一般に、コストが約２０ドルかかり、通常、１２ボルトで１０〜２０ミリアンペア（すなわち、１２０〜２４０ミリワット（ｍＷ））を消費する。典型的な９ボルト電池は、５６５ミリアンペア時（ｍＡＨ）を供給するが、これによって、こうしたＰＩＲ装置の場合、約５時間（比較的短い持続時間）の連続動作が可能になる。

監視カメラ・システムには、ＰＩＲ動き検出器を用いて、動きを検出し、監視カメラを起動するものもある。ビデオ監視カメラ・システムの場合、画像に現れる個人の顔を認識できるようにといった、さまざまな理由から、高解像度の画像を捕捉することが望ましい。高解像度の画像を捕捉する監視カメラ・システムは、比較的大電力を消費するので、通常は、バッテリによる電力供給を受けないか、あるいは、バッテリによる電力供給を受ける場合には、大電力消費のため、バッテリの寿命が短くなる。多くの監視カメラ・システムは、さらに、動きがある場合だけではなく、常時、記憶するように構成されているので、ビデオ・テープまたはディジタル記憶空間を浪費することになる。

したがって、本発明の目的は低電力で解像度も高くできる動き検出装置と動き検出方法の提供である。

本発明の形態の１つによれば、ノーマル・モードと低電力消費スリープ・モードを備えた低解像度画像センサを含む、低電力動き検出装置が得られる。このセンサは、周期的に、スリープ・モードを出て、ノーマル・モードに入り、ノーマル・モードにおいて、あるシーンの低解像度の画像を捕捉し、その後、スリープ・モードに戻るように構成されている。このシステムには、該センサによって捕捉された画像に基づいて動きが生じたか否かを判定するためのコントローラが含まれている。

望ましい実施態様に関する下記の詳細な説明において、その一部を形成し、例証のため、本発明の実施が可能な特定の実施態様が示された添付の図面が参照される。もちろん、本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施態様を利用することもできるし、あるいは、構造または論理上の変更を加えることも可能である。従って、下記の詳細な説明は、制限の意味にとるべきではなく、本発明の範囲は、付属の請求項によって定義される。

図１は、本発明の実施態様の１つによる低電力動き検出器１００の主要構成部品を例示したブロック図である。動き検出器１００には、画像集録システム１０２、ディジタル信号プロセッサ（コントローラ）１０４、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス１０６、メモリ１０８、及び、レンズ１１０が含まれている。

実施態様の１つでは、画像集録システム１０２には、１０００ピクセル未満の低解像度のＣＭＯＳ画像センサ（例えば、１６×１６ピクセルのセンサ）が含まれている。動作時、実施態様の１つによれば、動き検出器１００の視野内の光学像が、レンズ１１０によって、画像集録システム１０２のＣＭＯＳ画像センサに送られる。動き検出器１００の視角は、検出器１００の光学素子を変更することによって容易に修正される。画像集録システム１０２は、プログラムされたフレーム・レート（例えば、毎秒１フレーム）で、連続して画像を捕捉して、捕捉画像をディジタル化し、通信リンク１０３を介して、ディジタル信号プロセッサ１０４にディジタル画像を供給する。ディジタル信号プロセッサ１０４は、受信したディジタル画像（フレーム）をメモリ１０８に記憶する。実施態様の１つでは、ディジタル・プロセッサ１０４は、捕捉フレームを互いに比較して、動きが生じたか否かを判定し、動きが検出されると、通信リンク１０５を介して、動きフラグをＩ／Ｏインターフェイス１０６に出力する。動きフラグは、Ｉ／Ｏインターフェイス１０６によって、通信リンク１０７を介して出力される。

ディジタル信号プロセッサ１０４は、多種多様な技法を用いて、動きが生じたか否かを判定する。ディジタル信号プロセッサ１０４の実施態様によって用いられる動き検出技法のいくつかの例については、以下に述べることにする。動き検出技法は、一般に、２つの画像間の変化を識別して、変化量を定量化し、変化量としきい値を比較して、その変化が動きフラグを発生するのに十分なほど大きいか否かを判定することを目的としたものである。実施態様の１つでは、ディジタル信号プロセッサ１０４によって用いられるしきい値は、ユーザによるプログラミングが可能であり、用いられる特定の動き検出技法に従って、ピクセル毎に、または、全フレームについて、設定することが可能である。例えば、１つ以上のピクセルについて、動きフラグの誤認発生が生じる場合、それら特定のピクセルに関するしきい値をさらに高く設定することが可能である。

実施態様の１つでは、動き検出は、ディジタル信号プロセッサ１０４が、新たに捕捉されたサンプル・フレームと前に捕捉した基準フレームを比較することによって実施される。本発明の形態の１つでは、ディジタル信号プロセッサ１０４は、各サンプル・フレーム毎に平均強度値を計算し、その平均強度値と、前に捕捉された基準フレームについて計算された平均強度値を比較する。２つのフレームに関する平均強度間の差が所定のしきい値を越えると、ディジタル信号プロセッサ１０４は動きフラグを出力する。しきい値に選択される値は、動き検出の所望の感度によって決まる。比較的大きいしきい値を利用すると、動きフラグは、人間の動作のような大きい動きについてのみ発生し、小動物の動作のようなより小さい動きについては発生しなくなる。

もう１つの実施態様では、動き検出は、ディジタル信号プロセッサ１０４が、ピクセル毎に、サンプル・フレームと前に補足した基準フレームを比較して、２つのフレーム間に変化があるか否かを判定することによって実施される。本発明の１実施形態では、ディジタル信号プロセッサ１０４は、比較される２つのフレームのピクセルに排他的論理和（ＸＯＲ）演算を施して、変化したピクセルを識別する。あるフレームにおけるピクセルが、もう１つのフレームにおける対応するピクセルと同じであれば、ＸＯＲ演算の結果は、そのピクセルに関して論理「０」になる。あるフレームにおけるピクセルが、もう１つのフレームにおける対応するピクセルと異なる場合、ＸＯＲ演算の結果は、そのピクセルに関して論理「１」になる。実施態様の１つにおいて、あるフレームから次のフレームの間に変化したピクセルの数が、所定のしきい値を超えると、ディジタル信号プロセッサ１０４は、動きフラグを出力する。ピクセルに変化がなければ、あるいは、変化したピクセル数が、しきい値未満であれば、ディジタル信号プロセッサ１０４は動きフラグを出力しない。

さらにもう１つの実施態様では、動き検出は、ディジタル信号プロセッサ１０４が、各フレーム毎に、さまざまな試行シフトまたは並進を施すことによって実施されるが、この場合、フレーム内の全てのピクセルがある特定の方向にシフトさせられる。シフトされるフレームのそれぞれ、及び、もとの（非シフト）フレームは、個別に、前に捕捉された基準フレームと相関させられる。もとの（非シフト）フレームによって、基準フレームとの最良の相関が得られる場合、動きフラグは発生しない。シフト・フレームの１つによって、基準フレームとの最良の相関が得られる場合、ディジタル信号プロセッサ１０４は、動きフラグを出力する。

捕捉画像に基づいて動き検出を実施するためのさまざまな技法について上述したが、通常の当該技術者には明らかなように、本発明のそれ以外の実施態様では、他の動き検出技法を利用することも可能である。

実施態様の１つでは、動き検出器１００は、Ａｇｉｌｅｎｔ ＡＤＮＳ−２０２０画像センサのようなアジレント・テクノロジー社製の低電力ＣＭＯＳ画像センサを用いて実施される。実施態様の１つでは、動き検出器１００によって捕捉される毎秒フレーム数は、プログラム可能であり、動き検出器１００は、毎秒数千フレームまでの、任意の数のフレームを毎秒捕捉するようにプログラム可能である。

実施態様の１つでは、動き検出器１００は、毎秒１フレームを捕捉するように構成されている。本発明の形態の１つでは、動き検出器１００は、主として、低電力消費スリープ・モードで動作させられ、毎秒１回検出器１００を目覚めさせるための内部タイマ（不図示）を含んでいる。動き検出器１００は、目覚める毎に、別の画像を捕捉して、動きが生じたか否かを判定し、その後、動きが生じていなければ、スリープ・モードに戻る。本発明の形態の１つでは、各１秒の動作毎に、動き検出器１００は、約９／１０秒間に渡ってスリープ・モードにあり、その後、約１／１０秒間目覚めて、画像を捕捉し、その画像と前に捕捉した画像との比較を行って、動きが生じたか否かを判定する。このように、低フレーム・レート及びスリープ・モードで動き検出器１００を動作させることによって、かなりの電力が節約される。別の実施態様では、動き検出器１００は、毎秒１フレームより多く、あるいは、少なく捕捉を行うように構成されている。

図２は、本発明の実施態様の１つによる、図１に示す画像集録システム１０２の主要構成部品を例示したブロック図である。画像集録システム１０２には、ピクセル・アレイ２００、マルチプレクサ（ＭＵＸ）２０２、増幅器（ＡＭＰ）２０４、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０６、システム・コントローラ２１０、及び、露出コントローラ２１２が含まれている。実施態様の１つにおいて、画像集録システム１０２の動作は主にシステム・コントローラ２１０によって制御され、それはマルチプレクサ２０２、Ａ／Ｄ変換器２０６、露出コントローラ２１２に結合されている。実施態様の１つによれば、動作時、受光した光は、レンズ１１０（図１）によって、ピクセル・アレイ２００内の感光性光検出器に送られる。

ピクセル・アレイ２００には、複数のピクセル回路（ピクセル）が含まれている。本発明の１実施形態では、ピクセル・アレイ２００は、アレイ２００内の各ピクセル毎に光検出器（例えば、フォトダイオード）と複数のＣＭＯＳトランジスタを含んでいる、ＣＭＯＳピクセル・アレイである。実施態様の１つでは、アレイ２００内のピクセルは、約０．０２インチ×０．０２インチ（０．５ｍｍ×０．５ｍｍ）といったように、比較的大きい。比較的サイズの大きいピクセルを少数用いるＣＭＯＳピクセル・アレイの使用により、電力消費が少なくなる。

電荷蓄積時間中、電荷がアレイ２００の各光検出器に蓄積され、光検出器に入射する光の強度に関連した電圧が生じる。電荷蓄積時間の終了時には、マルチプレクサ２０２によって、各光検出器が、順々に、増幅器２０４及びＡ／Ｄ変換器２０６に接続され、各光検出器からの電圧が増幅され、ディジタル値に変換される。次に、光検出器を放電して、充電プロセスを繰り返すことが可能になる。

各光検出器からの電圧レベルに基づいてＡ／Ｄ変換器２０６は、電圧レベルを表わした適正な解像度（例えば、８ビット）のディジタル値を発生する。このディジタル値は、レンズ１１０によってピクセル・アレイ２００に送られる光学画像のディジタル画像またはディジタル表現を表わしている。ディジタル値は、Ａ／Ｄ変換器２０６によって、通信リンク１０３を介して、ディジタル信号プロセッサ１０４（図１）に出力される。

実施態様の１つでは、ディジタル信号プロセッサ１０４にディジタル画像を供給する以外に、Ａ／Ｄ変換器２０６は、ディジタル画像データを露出コントローラ２１２にも出力する。露出コントローラ２１２は、順次画像の露出が同様になることを保証するのに役立ち、また、ディジタル値がある値に対して飽和しないようにするのに役立つ。コントローラ２１２は、ディジタル画像値をチェックして、最小値が多すぎないか、または、最大値が多すぎないかを確認する。最小値が多すぎる場合、コントローラ２１２は、ピクセル・アレイ２００の電荷蓄積時間を延長する。最大値が多すぎる場合、コントローラ２１２は、ピクセル・アレイ２００の電荷蓄積時間を短縮する。

本発明の形態の１つでは、アレイ２００内のピクセルの部分集合が、「マスク・アウト」されるか、または、非活性になるようにプログラムされる。例えば、アレイ２００内のピクセルのいくつかに送られる画像は、動きが生じそうにない領域（例えば、部屋の天井）からのものとなることがある。アレイ２００内のピクセルの部分集合が非活性になるようにプログラムし、活性ピクセルだけを読み取ることによって、さらに電力が節約される。もう１つの実施態様では、アレイ２００内の全てのピクセルの出力が、Ａ／Ｄ変換器２０６によってディジタル化され、関心を引かない領域に対応するピクセル・データは、ディジタル信号プロセッサ１０４（図１）によって処理されないか、または、無視される。

通常の当該技術者には明らかなように、動き検出器１００によって実施される機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または、その任意の組み合わせによって実施することが可能である。その実施は、マイクロプロセッサ、プログラマブル論理装置、または、状態機械を介して可能になる。本発明の構成部品は、１つ以上のコンピュータ可読媒体のソフトウェア内に存在することが可能である。本明細書において用いられる限りにおいて、コンピュータ可読媒体という用語は、フロッピ・ディスク、ハード・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、及び、ランダム・アクセス・メモリといった、揮発性または不揮発性の任意の種類のメモリを含むものと定義される。

図３は、本発明の実施態様の１つによる順次画像に基づく動きを検出するための方法３００を例示した流れ図である。実施態様の１つにおいて、動き検出器１００は、方法３００を実施するように構成されている。方法３００のステップ３０２において、動き検出器１００は、スリープ・モードから目覚める。ステップ３０４において、動き検出器１００の画像集録システム１０２が、動き検出器１００の視野内にあるシーンのサンプル・フレームを捕捉する。ステップ３０８において、ディジタル信号プロセッサ１０４は、捕捉したサンプル・フレームと、メモリ１０８に記憶されている、前に捕捉した基準フレームを比較する。ステップ３１２において、ディジタル信号プロセッサ１０４は、サンプル・フレームと基準フレームとの間の差すなわち変化が、変化のしきい値レベルを超えるか（比較的大きい動きが生じたことを表わすか）否かを判定する。ステップ３１２において、変化がしきい値レベル以下であると判定されると、この方法は、ステップ３１４（以下に述べる）に移行する。

ステップ３１２において、変化がしきい値を超えると判定されると、ステップ３１６において、ディジタル信号プロセッサ１０４は、Ｉ／Ｏインターフェイス１０６を介して動きフラグを出力し、この方法は、ステップ３１４に移行する。ステップ３１４において、ディジタル信号プロセッサ１０４は、メモリ１０８に記憶されている現在の基準フレームを、ステップ３０４において捕捉されたサンプル・フレームに置き換えることによって、基準フレームを更新する。従って、ステップ３０４において捕捉されたサンプル・フレームが、方法３００の次の繰り返しのための次の基準フレームになる。

ステップ３１０において、動き検出器１００は、スリープ・モードに戻る。ステップ３０６において、動き検出器は、次のサンプル・フレームを捕捉する前のある時間期間にわたって、休止または遅延する。実施態様の１つでは、遅延期間は、１秒よりわずかに短い（例えば、約９／１０秒）。この方法は、次に、ステップ３０２に戻り、プロセスが繰り返される。

図３に示す、上述の実施態様の場合、基準フレームは、ステップ３１２においてなされる判定の結果に関係なく、方法３００の各繰り返し中に更新される（ステップ３１４）。従って、ステップ３０８において比較されるフレームは、順次フレームである（すなわち、基準フレームとサンプル・フレームとの間に介在するフレームがない）。

図４は、本発明の実施態様の１つによる非順次画像に基づく動き検出方法４００を例示した流れ図である。実施態様の１つでは、動き検出器１００は、方法４００を実施するように構成されている。方法４００のステップ４０２において、動き検出器１００は、スリープ・モードから目覚める。ステップ４０４において、動き検出器１００の画像集録システム１０２が、動き検出器１００の視野内にあるシーンのサンプル・フレームを捕捉する。ステップ４０６において、ディジタル信号プロセッサ１０４は、捕捉したサンプル・フレームと、メモリ１０８に記憶されている、前に捕捉した基準フレームを比較する。ステップ４１０において、ディジタル信号プロセッサ１０４は、サンプル・フレームと基準フレームとの間の差すなわち変化が、変化のしきい値レベルを超えるか（比較的大きい動きが生じたことを表わすか）否かを判定する。ステップ４１０において、変化がしきい値レベル以下であると判定されると、この方法は、ステップ４１２（以下に述べる）に移行する。

ステップ４１０において、変化がしきい値を超えると判定されると、ステップ４１４において、ディジタル信号プロセッサ１０４は、Ｉ／Ｏインターフェイス１０６を介して動きフラグを出力し、この方法は、ステップ４１６に移行する。ステップ４１６において、ディジタル信号プロセッサ１０４は、メモリ１０８に記憶されている現在の基準フレームを、ステップ４０４において捕捉されたサンプル・フレームに置き換えることによって、基準フレームを更新する。従って、ステップ４０４において捕捉されたサンプル・フレームが、方法４００の次の繰り返しのための次の基準フレームになる。

ステップ４１２において、動き検出器１００は、スリープ・モードに戻る。ステップ４０８において、動き検出器は、次のサンプル・フレームを捕捉する前のある時間期間にわたって、休止または遅延する。実施態様の１つでは、遅延期間は、１秒よりわずかに短い（例えば、約９／１０秒）。この方法は、次に、ステップ４０２に戻り、プロセスが繰り返される。

図４に示す、上述の実施態様の場合、基準フレームが更新されるのは（ステップ４１６において）、ステップ４１０において、フレーム間の変化がしきい値を超える場合に限られる。ステップ４１０において、フレーム間の変化がしきい値以下であると判定されると、前に用いられた基準フレームが、方法４００の次の繰り返し（おそらくは、方法４００の数回の繰り返し）のための基準フレームのままである。実施態様の１つでは、現在のサンプル・フレームと基準フレームとの差がしきい値を超えるまで、同じ基準フレームが用いられる。従って、一般には、基準フレームが更新される前に、複数サンプル・フレームが捕捉されるので、ステップ４０６において比較されるフレームは、一般に、非順次フレームである。

順次画像を利用してより緩やかな動きを検出するには、比較的しきい値の小さい変化を利用すべきである。しかし、小さいしきい値を利用すると、重要ではない事象によって生じる望ましくない動きが報告され、相応じて、電力消費が増すことになる確率が高くなる。非順次画像を利用すると、より高い変化しきい値を利用することが可能になり、結果として、誤認による動き警報が減少し、電力消費が減少し、動きが極めて緩やかに発生する場合でも、そのシーンにおける重要な変化を検出することが可能になる。

方法４００の例示の実施態様の場合、動きフラグをトリガするには、単一事象で十分である。換言すれば、ステップ４１０において、フレーム間の変化がしきい値を超えると判定される場合にはいつでも、動きフラグを発生する。方法４００のもう１つの実施態様では、動きフラグを発生する前に、こうした事象が２つ以上必要になるが、これは、日の出または日没といった照度の変化から、誤認による動き警報が発生するのを防ぐのに役立つ。

図５〜図１４は、本発明の実施態様による低電力動き検出器１００のさまざまな応用例を例示して説明するための図である。図５は、本発明の実施態様の１つによる低電力無線事象検出装置５００を例示したブロック図である。システム５００には、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）５０２、警報発生器５０６、携帯情報端末（ＰＤＡ）５１０、及び、無線動き検出器５１４が含まれている。図５に示すように、警報発生器５０６、携帯端末（ＰＤＡ）５１０、及び、無線動き検出器５１４には、それぞれ、互いに無線通信するためのアンテナ５０４、５０８、及び、５１２が含まれている。実施態様の１つでは、警報発生器５０６は、有線接続を介してパーソナル・コンピュータ５０２に接続されており、パーソナル・コンピュータ５０２との通信が行えるようになっている。もう１つの実施態様では、警報発生器５０６は、独立型装置であり、パーソナル・コンピュータには接続されていない。

図５に示すように、無線動き検出器５１４のレンズ１１０は、ドア５１６を含むシーンに向けられている。本発明の形態の１つでは、無線動き検出器５１４は、ドア５１６の開／閉といった動きを検出し、動きを検出すると、アンテナ５１２を介して動き検出信号を無線で同報通信するように構成されている。検出器５１４によって同報通信される動き検出信号は、アンテナ５０４を介して警報発生器５０６によって受信され、アンテナ５０８を介して携帯情報端末５１０によって受信される。実施態様の１つでは、警報発生器５０６は、動き検出信号を受信すると、動きが検出されたことを表示する可聴及び／または可視警報信号を出力する。警報発生器５０６は、動きが検出されたことを表わした信号をパーソナル・コンピュータ５０２にも出力する。実施態様の１つでは、パーソナル・コンピュータ５０２は、検出された動きの日付、時間、及び、位置といった、動き検出の統計的データを把握するように構成されている。

実施態様の１つでは、携帯情報端末５１０は、無線動き検出器５１４から動き検出信号を受信すると、動きが検出されたことを表示する可聴及び／または可視警報信号を出力する。本発明の形態の１つでは、携帯情報端末５１０は、検出された動きの日付、時間、及び、位置といった、動き検出の統計的データを把握するように構成されている。実施態様の１つでは、無線動き検出器５１４は、携帯情報端末５１０、警報発生器５０６、及び／または、パーソナル・コンピュータ５０２から無線でプログラムされるように構成されている。

図６は、本発明の実施態様の１つによる、図５に示す無線動き検出器５１４の主要構成部品を例示したブロック図である。無線動き検出器５１４には、アンテナ５１２、無線通信モジュール６０４、メモリ６０２、バッテリ６０６、及び、動き検出器１００が含まれている。無線通信モジュール６０４及び動き検出器１００は、通信リンク１０７を介して、互いに、及び、メモリ６０２に結合されている。無線通信モジュール６０４及び動き検出器１００は、電力線６０７を介してバッテリ６０６による電力供給を受けている。実施態様の１つでは、無線通信モジュール６０４は、ブルートゥース無線通信プロトコルに基づいている。もう１つの実施態様では、無線通信モジュール６０４は、ＩＥＥＥ ８０２．１１（ｂ）、ＨｏｍｅＲＦ、または、他のプロトコルなどの別の無線通信プロトコルに基づいている。実施態様の１つでは、メモリ６０２には、動き検出器１００の構成を制御する１つ以上のプログラマブル・レジスタが含まれている。

実施態様の１つでは、動き検出器１００は、上述のように画像を捕捉し、比較して、動きが生じたか否かを判定し、動きが検出されると、動きフラグを無線モジュール６０４に出力する。本発明の１実施形態では、動き検出器１００は、動きを検出すると、１つ以上の捕捉画像を無線モジュール６０４に出力する。

無線通信モジュール６０４は、アンテナ５１２を介して、動き検出器１００から受信した動きフラグ及び画像を同報通信する。無線通信モジュール６０４は、また、携帯情報端末５１０、警報発生器５０６、及び／または、パーソナル・コンピュータ５０２から構成情報も受信する。無線通信モジュール６０４は、受信した構成情報に基づいてメモリ６０２にプログラミングを施す。実施態様の１つでは、動き検出器１００には、メモリ６０２のレジスタの内容を変更することによって設定または修正可能な、いくつかのプログラマブル・オプションが含まれている。実施態様の１つによるこうしたプログラマブル・オプションには、フレーム・レート、ある事象が生じたか否かを判定するために用いられるしきい値、関心を引かないシーン領域の画定またはマスク・アウト、並びに、他のオプションが含まれている。無線動き検出器５１４によって無線送信され、パーソナル・コンピュータ５０２及び携帯情報端末５１０によって受信される画像によって、ユーザは、無線動き検出器５１４の視野からのシーンを遠隔検分することが可能になる。この遠隔検分機能は、ユーザが検出器５１４を正確に構成するのに役立ち、ユーザによる検出事象の画像検分を可能にする。実施態様の１つでは、無線通信モジュール６０４は、主としてスリープ・モードで動作し、毎秒１回目覚めるように構成されているので、バッテリの電力が節約される。

図７は、本発明の実施態様の１つによる低電力無線事象検出及びカメラ・システム７００を例示したブロック図である。システム７００の例示の実施態様は、カメラ７０２が追加された点を除けば、システム５００（図５）と同じである。無線動き検出器５１４とカメラ７０２の組み合わせは、本明細書において、無線動き検出及びカメラ・システム７０１と呼ばれる。

本発明の形態の１つでは、カメラ７０２は、電力を節約するため、通常はオフである。動きが生じると、無線動き検出器５１４によって検出され、カメラ７０２がオンになって、動き検出をトリガ（起動）した事象の高解像度の画像が記録される。実施態様の１つでは、カメラ７０２には、数十万または数百万のピクセルを備えた、高解像度の相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサ（例えば、６４０×４８０ピクセルのセンサ）が含まれている。もう１つの実施態様では、カメラ７０２の高解像度のＣＭＯＳ画像センサは、複数のより解像度の低いＣＭＯＳ画像センサによって実施される。

実施態様の１つでは、カメラ７０２をオンにした後、動き検出器５１４によって、所定の時間期間内に別の動きフラグが発生しない場合、動き検出器５１４は、カメラ７０２に制御信号を送って、カメラ７０２の電源をオフにする。

図８〜１０は、図７に示す無線動き検出及びカメラ・システム７０１の３つの実施態様を例示した図である。図８〜１０に示す３つの実施態様は、それぞれ、参照番号７０１Ａ、７０１Ｂ、及び、７０１Ｃによって識別される。

図８は、本発明の実施態様の１つによる、図７に示す無線動き検出及びカメラ・システム７０１の主要構成部品を例示したブロック図である。システム７０１Ａには、無線動き検出器５１４とカメラ７０２が含まれている。無線動き検出器５１４には、アンテナ５１２、無線通信モジュール６０４、メモリ６０２、バッテリ６０６、及び、動き検出器１００が含まれており、これらは、図６に例示された、上述のものと同様に構成されている。カメラ７０２には、カメラ・モジュール７０２Ａと、関連レンズ７０２Ｂが含まれている。カメラ・モジュール７０２Ａは、電力線６０７を介して、バッテリ６０６による電力供給を受け、通信リンク１０７に結合されて、無線通信モジュール６０４、メモリ６０２、動き検出器１００と通信が行えるようになっている。

レンズ７０２Ｂは、光学画像をカメラ・モジュール７０２Ａに送り込む。実施態様の１つでは、動き検出器１００によって、カメラ７０２の電源がオンになると、カメラ・モジュール７０２Ａが、受信した光学画像に基づく高解像度のディジタル画像を発生して、メモリ６０２に送信し、記憶されることになる。本発明の形態の１つにおいて行われるように、動きがあった場合に限って、カメラ７０２をオンにすることによって、電力消費が減少し、記憶空間の消費が減少するので、記憶画像の探索が容易になる。

本発明の１実施形態では、動き検出器１００によって動きが検出され、カメラ７０２の電源がオンになると、カメラ・モジュール７０２Ａによって、高解像度のディジタル画像が無線通信モジュール６０４に送られ、無線通信モジュール６０４によって、前記画像が無線で送信される。送信画像は、パーソナル・コンピュータ５０２、携帯情報端末５１０を介して受信し、検分することもできるし、あるいは、警備会社、地元警察、携帯電話、または、他の宛先といった、別の宛先に伝送することも可能である。

本発明の形態の１つでは、カメラ・モジュール７０２Ａによって捕捉された画像は、システム７０１Ａによって現地で処理されて、画像が重要な事象（例えば、人、壊れたガラス等）を示しているか否かが判定され、重要な事象を示している場合に限って、通信モジュール６０４を介して送信されることになる。

実施態様の１つでは、システム７０１Ａによって無線で送信される動きフラグ及び画像は、既存の通信インフラ（例えば、携帯電話ネットワーク、ＷｉＦｉまたは有線ネットワーク、ページャ・ネットワーク、または、他の既存の通信インフラ、または、これらの任意の組み合わせ）によって受信され、その情報は、そこからユーザの受信装置５０２及び／または５１０（例えば、ページャ、携帯電話、携帯情報端末、または、特殊目的受信機のような携帯電子装置、あるいは、パーソナル・コンピュータまたは特殊機密保護ワークステーションのような非携帯装置）に転送される。もう１つの実施態様では、システム７０１Ａによって無線で送信される動きフラグ及び画像は、基地局装置５０６によって受信され、そこから、既存の通信インフラに送られ、その情報は、さらに、そこからユーザの受信装置５０２及び／または５１０に転送される。実施態様の１つでは、システム７０１Ａによって無線で送信される動きフラグには、動き検出器１００及び／またはカメラ・モジュール７０２Ａによって捕捉される画像に基づく画像データが含まれている。

図９は、本発明の第２の実施態様による、図７に示す無線動き検出及びカメラ・システム７０１の主要構成部品を例示したブロック図である。システム７０１Ｂには、無線動き検出器５１４及びカメラ・モジュール７０２Ａが含まれている。無線動き検出器５１４には、アンテナ５１２、無線通信モジュール６０４、メモリ６０２、バッテリ６０６、及び、動き検出器１００が含まれており、これらは、図６に例示された、上述のものと同様に構成されている。カメラ・モジュール７０２Ａは、図８に例示された、上述のものと同様に構成されている。

図９に示すように、カメラ・モジュール７０２Ａ及び動き検出器１００のために個別レンズを設けるのではなく、システム７０１Ｂは、単一レンズ９０４及び光スプリッタ９０２を利用する。光学画像は、レンズ９０４によって光スプリッタ９０２に送り込まれ、光スプリッタによって、カメラ・モジュール７０２Ａと動き検出器１００の両方に送られる。カメラ・モジュール７０２Ａ及び動き検出器１００は、上述したと同様のやり方で、光学画像を捕捉して、ディジタル化する。

図１０は、本発明の第３の実施態様による、図７に示す無線動き検出及びカメラ・システム７０１の主要構成部品を例示したブロック図である。システム７０１Ｃには、アンテナ５１２、無線通信モジュール６０４、メモリ６０２、及び、バッテリ６０６が含まれており、これらは、図６に例示された、上述のものと同様に構成されている。システム７０１Ｃには、動き検出器及びカメラ一体化装置１００２も含まれている。装置１００２は、カメラ・モジュール７０２Ａと動き検出器１１０の機能を組み合わせて、単一の一体化装置をなすようにされている。実施態様の１つでは、装置１００２は、図１及び２に示されるものとほぼ同様に構成されているが、ピクセル・アレイ２００（図２）は、高解像度アレイ（例えば、６４０×４８０ピクセル）であり、動き検出に利用されるのは、アレイ２００の部分集合（例えば、１６×１６ピクセル）にすぎない。アレイ２００の残りのピクセルは、動きが検出されるまで、電源を落としたままである。動きが検出されると、アレイ２００全体が起動し、動き検出をトリガした事象の高解像度の画像を捕捉するために利用される。

図１１は、本発明の実施態様の１つによる動き検出制御スイッチ装置１１００を例示した図である。スイッチ装置１１００には、取り付け板１１０２、ネジ穴１１０４Ａ及び１１０４Ｂ、押しボタン・スイッチ１１０６、３位置スイッチ１１０８、及び、動き検出器１００が含まれている。スイッチ装置１１００は、照明灯、コンピュータ、空調設備、または、他の装置といったほぼ任意のタイプの装置の電源状態の制御に利用可能である。説明を簡略化するため、スイッチ装置１１００の説明は、照明灯の制御に関連して行うことにする。

スイッチ装置１１００は、穴１１０４Ａ及び１１０４Ｂにネジを挿入して、壁面にねじ込むことによって壁面に取り付けることが可能である。スイッチ１１０８には、位置１１１０Ａ、１１１０Ｂ、及び、１１１０Ｃが含まれている。位置１１１０Ａは、「オン」状態に対応し、スイッチ装置１１００に結合された照明灯をオンにする。位置１１１０Ｃは、「オフ」状態に対応し、スイッチ装置１１００に結合された照明灯をオフにする。位置１１１０Ｂは、「動き」状態に対応し、スイッチ装置１１００に結合された照明灯の電源状態が、押しボタン・スイッチ１１０６及び動き検出器１００によって制御される。実施態様の１つでは、スイッチ１１０８が「動き」位置１１１０Ｂにある場合、スイッチ装置１１００に結合された照明灯は、動き検出器１００によって動きが検出されると、自動的にオンになるが、押しボタン・スイッチ１１０６を押すことにより、手動でオン／オフすることも可能である。

図１２は、本発明の実施態様の１つによる図１１に示す制御スイッチ装置１１００の主要構成部品を例示したブロック図である。制御スイッチ装置１１００には、電源回路１２０４と、動き検出装置１２１０が含まれている。電源１２０２によって、制御される照明灯１２０６、電源回路１２０４、及び、動き検出装置１２１０のために電力が供給される。実施態様の１つでは、電源１２０２は、商用電源である。電源１２０２は、電力線１２０３Ｃで電力を供給する。電力線１２０３Ｃは、電源回路１２０４に電力を供給する電力線１２０３Ｂに結合されている。電源回路１２０４は、動き検出器１２１０に電力を供給し、また、ユーザが、スイッチ１１０６または１１０８（図１１）によって、照明灯１２０６を手動でオンにする場合には、電力線１２０３Ａ及び１２０３Ｄを介して、照明灯１２０６に選択的に電力を供給する。

動き検出装置１２１０は、図１及び図２に関連して上述のように、捕捉された画像に基づいて動きを検出するように構成されている。動き検出装置１２１０は、動きを検出すると、スイッチ（リレー）１２０８をトリガして、電力線１２０３Ｃ及び１２０３Ｄが互いに接続されるようにし、その結果、照明灯１２０６に電力が供給されることになる。

図１３は、本発明の実施態様の１つによる、図１２に示す動き検出装置１２１０の主要構成部品を例示したブロック図である。動き検出装置１２１０には、タイミング回路１３０４、動き検出器１００、及び、増幅器１３１２が含まれている。タイミング回路１３０４には、押しボタン・スイッチ１１０６（図１１）に結合された入力１３０２が含まれている。タイミング回路１３０４は、動き検出器１００に照明灯オン／オフ制御信号１３０８を出力し、動き検出器１００からタイマ・リセット信号１３０６を受信する。実施態様の１つでは、タイミング回路１３０４は、図１４に関連してさらに詳細に後述するように、３０分間のカウントダウン、及び、２秒間のカウントダウンを実施する。他の実施態様には、他のカウントダウン値を利用することが可能なものもある。

本発明の形態の１つでは、タイミング回路１３０４が、３０分間のカウントダウンを実施していて、動き検出器１００が動きを検出すると、動き検出器１００は、タイマ・リセット信号１３０６をタイミング回路１３０４に出力し、３０分間のカウント・ダウンがリセットされることになる。

実施態様の１つでは、動き検出器１００は、動きを検出すると、または、タイミング回路１３０４から照明灯オン／オフ制御信号１３０８を受信すると、通信リンク１３１０を介して電源制御信号を出力するように構成されている。電源制御信号は、増幅器１３１２によって増幅され、通信リンク１３１４を介してリレー１２０８に出力される。リレー１２０８は、電源制御信号を受信すると、照明灯１２０６の電源状態を変更する（すなわち、現在オフであれば、照明灯１２０６をオンにするか、または、現在オン状態であれば、照明灯１２０６をオフにする）。

図１４は、本発明の実施態様の１つによる、図１１に示す制御スイッチ装置１１００を用いて照明灯１２０６を制御するための方法１４００を例示した流れ図である。方法１４００は、照明灯１２０６がオフ状態にある、ステップ１４０４から開始される。ステップ１４０６に示されるように、事象が検出されない限りにおいて、照明灯１２０６は、オフ状態のままである。ステップ１４０２において、押しボタン・スイッチ１１０６を押すと、この方法はステップ１４１０に移行する。ステップ１４１０では、照明灯１２０６がオンになり、タイミング回路１３０４が３０分間のカウントダウンを開始する。実施態様の１つでは、タイミング回路１３０４は、入力１３０２を介して押しボタン・スイッチ１１０６が押されたのを検知すると、照明灯オン／オフ制御信号１３０８を動き検出器１００に出力し、動き検出器１００は、通信リンク１３１０を介して、照明灯１２０６に電力を供給する電源制御信号を出力する。

ステップ１４１２では、３０分間のカウントダウン中に、押しボタン・スイッチ１１０６が押されると、照明灯１２０６がオンになり、タイミング回路１３０４が、３０分間のカウントダウンをリセットする。ステップ１４１４では、３０分間のカウントダウン中に、動き検出器１００によって、動きが検出されると、照明灯１２０６がオンになり、動き検出器１００が、タイマ・リセット信号１３０６をタイミング回路１３０４に出力して、３０分間のカウントダウンがリセットされる。従って、動きが検出されるか、あるいは、押しボタン・スイッチ１１０６が、３０分毎に少なくとも１回押される限りにおいて、照明灯１２０６はオンのままである。３０分間のカウントダウンが満了したのに、押しボタン・スイッチ１１０６が押されていないか、あるいは、動きが検出されていない場合、ステップ１４４２に示すように、無事象状態に入り、この方法は、ステップ１４２８に移行する。

ステップ１４２８では、照明灯１２０６がオフになる。実施態様の１つでは、３０分間のカウントダウンが満了すると、タイミング回路１３０４は、照明灯オン／オフ制御信号１３０８を動き検出器１００に出力し、動き検出器１００は、通信リンク１３１０を介して、照明灯１２０６の電源をオフにする電源制御信号を出力する。ステップ１４３０で示されるように、照明灯１２０６は、タイミング回路１３０４によってカウントダウンされる２秒の期間にわたってオフのままである。ステップ１４２４では、この２秒の期間中に、押しボタン・スイッチ１１０６が押されると、この方法は、ステップ１４１０に戻り、照明灯１２０６はオンに戻り、３０分間のカウントダウンがリセットされる。この２秒の期間中に、押しボタン・スイッチ１１０６が押されなければ、ステップ１４２６で示されるように、無事象状態に入り、この方法は、ステップ１４１８に移行する。

ステップ１４１８では、照明灯１２０６がオンになる。実施態様の１つでは、２秒間のカウントダウンが満了すると、タイミング回路１３０４は、照明灯オン／オフ制御信号１３０８を動き検出器１００に出力し、動き検出器１００は、通信リンク１３１０を介して、照明灯１２０６の電源をオンにする電源制御信号を出力する。ステップ１４２０で示されるように、照明灯１２０６は、タイミング回路１３０４によってカウントダウンされる２秒の期間にわたってオンのままである。ステップ１４１６では、この２秒の期間中に、押しボタン・スイッチ１１０６が押されるか、または、動きが検出されると、この方法は、ステップ１４１０に戻り、照明灯１２０６はオンのままで、３０分間のカウントダウンがリセットされる。この２秒の期間内に、押しボタン・スイッチ１１０６が押されないか、あるいは、動きが検出されなければ、ステップ１４０８で示されるように、無事象状態に入り、この方法は、ステップ１４０４に戻って、照明灯１２０６がオフになる。ある人物が照明灯１２０６のある室内にいて、動かない場合、照明灯１２０６は、３０分後にオフになるが、その後、２秒間にわたって点滅するので、動き検出器１００に対して、その個人が腕を振るとか、または、別様の信号を送ることにより、少なくともさらに３０分間にわたって、照明灯をオンのままにしておくことが可能になる。

本発明の１実施形態によれば、既存の動き検出器よりも安価で、電力消費の少ない、低電力、低コストの動き検出器が得られる。実施態様の１つでは、動き検出器は、主として低電力のスリープ・モードで動作する、Ａｇｉｌｅｎｔ ＡＤＮＳ２０２０画像センサ・チップをベースにしており、３．３ボルトで約５００マイクロアンペア（１．５ミリワット）を消費するので、９ボルト電池を用いると、約３８６時間の使用が可能になるし、あるいは、「単一」電池を２つ用いると、約１１，４００時間の使用が可能になる。本発明の形態の１つでは、低電力動き検出器を特定の用途に対して最適化することによって、電力消費をさらに減少させ、２つの「単一」電池で約５年以上にわたる使用を可能にできる。例えば、画像センサ・チップにおけるゲート数を減少させ、スリープ時間を延長することによって、電力消費をさらに減少させることが可能になる。

本発明の態様の１つによる動き検出器において用いられる画像センサ（例えば、上記ＡＤＮＳ２０２０）には、制限された量の支援ハードウェア（例えば、安価な光学レンズ、バッテリ、回路基板、及び、ハウジング）だけしか使われていないので、低コストの動き検出解決手段が得られる。実施態様の１つでは、動き検出器は、極めて小さいモジュールを介して実施される。本発明の１実施形態では、動き検出器モジュールのサイズは、約３０×５０×３０ミリメートルである。さらに、本発明の実施態様の１つで用いられる動き検出器によれば、より小さいシーンの細部を一般的なＰＩＲ動き検出器よりも良好に検出することが可能になる。

本発明の形態の１つによれば、消費電力が比較的少量で、高解像度の画像を捕捉する、動き検出保安用カメラ・システムが得られる。本発明の形態の１つである保安用カメラ・システムでは、比較的低コストで、低電力消費のＣＭＯＳ画像センサが利用される。本発明の実施態様の１つであるカメラ・システムは、バッテリ電源式である。本発明の形態の１つによれば、先行技術によるカメラ・システムよりも節電効果の大きいカメラ・システムが得られる。本発明の実施態様によって得られる節電効果によって、バッテリ寿命が長くなり、かつ、より小型のバッテリを利用できるようになるか、あるいは、そのいずれかが可能になる。

望ましい実施態様の解説のため、特定の実施態様について例示し、解説してきたが、通常の当該技術者には明らかなように、本発明の範囲を逸脱することなく、図示され、解説された特定の実施態様の代わりに、多種多様な代替及び／または同等実施例を用いることも可能である。機械、電気機械、電気、及び、コンピュータ技術者にはすぐ分るように、本発明は、多種多様な実施態様で実施可能である。本出願は、本明細書において論考の望ましい実施態様に対するいかなる改変または変更をも包含することを意図したものである。従って、本発明は、明らかに、請求項及びその同等物による制限だけしか受けないことを意図したものである。

本発明の広範囲な応用の可能性を考え、以下に本発明のさらなる実施態様を記載して本発明の実施の参考の供する。該記載にあたり、上記実施例の含まれる部分には、実施例での参照番号を付して本発明の理解を容易にする。

（実施態様１）：ノーマル・モードと低電力消費スリープ・モードを備え、周期的に前記スリープ・モードを出て、前記ノーマル・モードに入り、前記ノーマル・モードにおいて、あるシーンの低解像度画像を捕捉し、次に、前記スリープ・モードに戻るように構成されている低解像度画像センサ（１００）と、前記低解像度画像センサによって捕捉された画像に基づいて動きが生じたか否かを判定するためのコントローラ（１０４）とを備える、動き検出装置（７００）。

（実施態様２）：さらに、前記コントローラに結合された高解像度カメラ（７０２）を備え、前記コントローラが、動きを検出すると、前記カメラの電源をオンにし、その結果、該カメラによって、前記シーンの高解像度の画像が捕捉されることを特徴とする、実施態様１に記載の動き検出装置。

（実施態様３）：さらに、前記カメラに結合されて、前記捕捉した高解像度の画像を無線で伝送する無線通信モジュール（６０４）を具備することを特徴とする、実施態様２に記載の動き検出装置。

（実施態様４）：さらに、前記コントローラに結合されて、前記コントローラによって動きが検出されると、動き検出信号を無線で伝送する第１の無線通信モジュール（６０４）を具備することを特徴とする、実施態様１に記載の動き検出装置。

（実施態様５）：さらに、前記動き検出信号を受信するように構成された第２の無線通信モジュール（５０４または５０８）を具備することを特徴とする、実施態様４に記載の動き検出装置。

（実施態様６）：さらに、第２の無線通信モジュールに結合されて、前記動き検出信号を受信すると、警報表示を発生する警報発生器（５０６）を備えることを特徴とする、実施態様５に記載の動き検出装置。

（実施態様７）：前記第２の無線通信モジュールが、携帯用電子装置（５１０）に実装されることと、前記携帯用電子装置が、前記動き検出信号を受信すると、警報表示を発生するように構成されていることを特徴とする、実施態様５に記載の動き検出装置。

（実施態様８）：前記低解像度画像センサが、前記携帯用電子装置から無線でプログラムされるように構成されていることを特徴とする、実施態様７に記載の動き検出装置。

（実施態様９）：動き検出方法であって、（ａ）ノーマル・モード及び低電力消費スリープ・モードを備えた低解像度画像センサ（１００）を設けるステップと、（ｂ）前記スリープ・モードから前記ノーマル・モードにスイッチするステップ（３０２）と、（ｃ）前記ノーマル・モードにおいて、前記低解像度画像センサによりシーンのサンプル・フレームを捕捉するステップ（３０４）と、（ｄ）前記サンプル・フレームと前に捕捉した基準フレームに基づいて動きが生じたか否かを判定するステップ（３０８及び３１２）と、
（ｅ）前記ノーマル・モードから前記スリープ・モードにスイッチするステップ（３１０）と、（ｆ）周期的にステップ（ｂ）〜（ｅ）を繰り返すステップ、とを有する、
動き検出方法。

（実施態様１０）：画像センサ（１００）で動きを検出する方法であって、（ａ）前記画像センサでシーンのサンプル・フレームを捕捉するステップ（４０４）と、（ｂ）前記サンプル・フレームと前記シーンの現在の基準フレームとの差を識別するステップ（４０６）と、（ｃ）前記差がしきい値を超えるか否かを識別するステップ（４１０）と、（ｄ）前記差が前記しきい値を超えると、動き検出表示を発生するステップ（４１４）と、（ｅ）前記差が前記しきい値を超える場合に限って、前記現在の基準フレームを前記サンプル・フレームに置き換え、それによって前記サンプル・フレームを前記現在の基準フレームとするステップ（４１６）と、（ｆ）ステップ（ａ）から（ｅ）を周期的に繰り返すステップとを有する、動き検出方法。

本発明の実施態様の１つによる低電力動き検出器の主要構成部品を例示したブロック図である。 本発明の実施態様の１つによる図１に示す画像捕捉システムの主要構成部品を例示したブロック図である。 本発明の実施態様の１つに従って、順次画像に基づいて動きを検出するための方法を例示した流れ図である。 本発明の実施態様の１つに従って、非順次画像に基づいて動きを検出するための方法を例示した流れ図である。 本発明の実施態様の１つによる低電力無線事象検出装置を例示したブロック図である。 本発明の実施態様の１つによる図５に示す無線動き検出器の主要構成部品を例示したブロック図である。 本発明の実施態様の１つによる低電力無線事象検出及びカメラ・システムを例示したブロック図である。 本発明の実施態様の１つによる図７に示す無線動き検出及びカメラ・システムの主要構成部品を例示したブロック図である。 本発明の第２の実施態様による図７に示す無線動き検出及びカメラ・システムの主要構成部品を例示したブロック図である。 本発明の第３の実施態様による図７に示す無線動き検出及びカメラ・システムの主要構成部品を例示したブロック図である。 本発明の実施態様の１つによる動き検出制御スイッチ装置を例示した図である。 本発明の実施態様の１つによる図１１に示す動き検出制御スイッチ装置の主要構成部品を例示したブロック図である。 本発明の実施態様の１つによる図１２に示す動き検出装置の主要構成部品を例示したブロック図である。 本発明の実施態様の１つに従って、図１１に示す制御スイッチ装置によって照明灯を制御するための方法を例示した流れ図である。

符号の説明

１００ 画像センサ
１０４ コントローラ
５０４ 第２の無線通信モジュール
５０６ 警報発生器
５０８ 第２の無線通信モジュール
５１０ 携帯用電子装置
６０４ 無線通信モジュール
７００ 低電力動き検出装置
７０２ 高解像度カメラ

Claims (1)

1. ノーマル・モードと低電力消費スリープ・モードを備え、周期的に前記スリープ・モードを出て、前記ノーマル・モードに入り、前記ノーマル・モードにおいて、あるシーンの低解像度画像を捕捉し、次に、前記スリープ・モードに戻るように構成されている低解像度画像センサと、
   前記低解像度画像センサによって捕捉された画像に基づいて動きが生じたか否かを判定するためのコントローラと
   を備える動き検出装置。

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