JP2004501496A - Ｃｃｄセンサを用いた照明制御装置及び照明制御方法 - Google Patents

Abstract

照明制御装置は、室内の電磁放射、好ましくは可視光及び赤外光を測定できるセンサと、測定した電磁放射に応じて室内の照明を制御する制御手段とを有し、前記センサは、部屋の電気画像を形成し得るＣＣＤ（電荷結合素子）センサのようなビデオセンサを有する。

Description

【０００１】
本発明は、室内の電磁放射を測定することのできるセンサと、
測定した電磁放射の値に応じて室内の照明を制御しうる制御手段と
を有する照明制御装置に関するものである。
【０００２】
ここで、「電磁放射」とは、特に可視光及び近赤外光を意味するものと解釈すべきである。天井に備えつけらえた単一の光電セルであって、特定の観察角度で作業箇所を監視する当該光電セルを有するセンサにより作業部屋内の光のレベルを測定しかつ制御することは周知である。既知のセンサの欠点は、観察範囲におけるあらゆる光の合計の強度を測定することにある。観測範囲内に部分的に又は全体的に窓があると、窓を通して検出器に到達する光（例えば建物の外側の駐車場からの反射によりもたらされる光）の量が、光センサの全出力信号における重要な要素となるおそれがある。その結果、光制御作用によっても室内が暗くなりすぎるおそれがある。この起こり得る妨害は、天気の状況及び外部の明るさにかなり依存する。直射日光が窓を通って入り込み、極端に明るい光が当たる箇所を窓枠や、机の上に、又は床の上にさえ形成すると、同様の妨害が起こるおそれがある。これらの光が当たる箇所は、殆ど常にセンサの観測範囲の中に位置する。
【０００３】
上述した欠点のないセンサ（検出器）を提供する以外に、照明を遠隔制御により制御しうるようにする必要がある。さらに、照明は人の存在に基づき自動的に制御しうるようにする必要がある。この目的のために、既知のセンサでは、赤外線セル及び動き検出器をそれぞれ光電セルの付近に取り付けなければならない。
【０００４】
本発明の目的は、上述した複数の機能を低価格で実現しうるとともに、既知のシステムの欠点を低減する、効果的、実用的、かつ正確な照明制御装置を提供することにある。
【０００５】
この目的を達成するために、前記センサが、部屋の電気（ビデオ）画像を生ぜしめうるビデオセンサ、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）センサを有するようにする。このようなセンサはしばしばビデオカメラに使用され、その数が多いため経済的に生産できる。電気画像は制御手段により解析可能であり、この解析により室内の照明を正確に調整しうる。
【０００６】
好ましくは、センサ及び制御手段を適切に用いて、可視光及び赤外線放射の双方の測定された放射値に応じて照明を制御しうるようにする。このようにすると、例えば、センサに向けられた赤外線遠隔制御装置によっても照明を制御できるようになる。この目的のために、好ましくは、制御手段が遠隔制御装置により放出される信号に応答しうるようにする。センサは、室内が暗い場合に赤外線検出により人の存在を検出することもできる。この目的のために、例えば、ビデオセンサが感応しうる空間に近赤外線光源を存在させるべきである。
【０００７】
好ましくは、制御手段が、画像の放射値間のコントラストに対応して照明を制御できるようにする。この制御手段は、画像の予め定めた部分における可視光の放射値に応じて照明を制御し、太陽により明るく照らされた部屋の一部のような、画像に妨害を及ぼす部分を無視できるようにするのも好ましい。無視する部分は自動的に決定することもできるし、又は手で入力することもできる。
【０００８】
好ましくは、制御手段が、画像の色温度値に応じて照明を制御できるようにする。これにより、色温度を変化させることができる照明器具と関連させることにより、色温度を一定にすることができ、又逆に、目的に応じて照明を様々な色温度に調整できる。
【０００９】
好ましくは、制御手段が、人が部屋に入った時に照明をスイッチオンしうる動き検出手段を有するようにする。さらに好ましくは、この制御手段が、ＣＣＤビデオ画像内の特定の物体を認識しうる物体認識手段を有し、動かない物体（例えばじっとしている人）をも観測するようにする。
【００１０】
本発明は、さらに、室内の照明を制御する方法に関するもので、この方法においては、室内の電磁放射をセンサにより測定し、この測定した放射値に応じて室内の照明を制御手段により制御するもので、電磁放射は部屋の電気画像を生じるＣＣＤ（電荷結合素子）センサにより測定する。
【００１１】
本発明の上述の及びその他の観点は以下に記載の実施例の説明から明らかとなるであろう。
図１は、レンズを備えるＣＣＤセンサ（従ってＣＣＤセンサはＣＣＤカメラとも称することができる）により観測しうるような画像を示す。このＣＣＤセンサは、制御手段と相俟って照明制御装置の一部を形成し、天井に取り付けられている。この照明制御装置は、室内に設置されている様々な照明器具に接続され、これらの照明器具が室内の様々な地点を照射する強さを調整可能とする。この装置の目的は、作業箇所での照度を最も良好なものとすることである。ＣＣＤカメラを用いることにより、前述したセンサの欠点を解消できる。
【００１２】
静的マスキング
カメラの画像中での窓１の位置は分かっているので、これらの位置で観測される光を、制御手段で実行する計算アルゴリズムから排除できる。これは手動で調整することもできるし、又は自動（自己学習）処理とすることもできる。作業部屋の照明が点灯していない時に、例えば、複数の画像を集め、場合に応じコントラスト向上技術により、高輝度が観測される位置から１つの画像を構成する。この画像をフリーズさせ、後の段階で、すなわち窓１の妨害位置を取り除くためのデータ解析工程で使用する（計算に当たっては、位置／立体角とこれが光に及ぼす影響との双方を無視する）。このようなキーイング技術は、例えばカラーテレビジョン技術でも使用されており、このカラーテレビジョン技術では一般的に「クロマキーイング」と称される（色情報をキーイングするもので、一般的に青が選択される）。ここでは、青の背景を天気図で置き換える天気予報官の画像の場合と同様に、一種類の情報を別の種類の情報で置き換える。
【００１３】
光度マスキング
窓１を通して入る直射日光は、この日光が入射している机３上の光路２における光度に影響し、これら光度は日光の光路の外側の光度と比較して非常に高いものとなる。カメラにより得られた画像を読み取ると、これら日光の光路２のまさにエッジにおいて、ビデオラインＩのビデオ出力信号４中にかなり大きなサージが見られる（図２参照）。このビデオ出力信号４が予め定めた値５を超えると、これらの位置及び光の影響を情報の流れからキーイング処理して、図２に示すように処理された出力信号６が得られるようにもなる。
【００１４】
このような技術は、例えば交通整理を目的とする「閉回路テレビジョン」で採用されている。上述のようにして、例えばヘッドライトから出る過度の光（オーバーシュート）を抑圧できる。非常に明るい光は黒で示される。この適用分野では、この技術は「白色ピーク反転」と称される。従って、画像上に非常に白いシャツの人物が見えていることにより引き起こされる、光認識の妨害も除去可能なことが容易に理解できるであろう。
【００１５】
上述の技術を組み合わせることにより、通常の作業部屋に広がっている光の値に非常に良好な印象を受けることができる。その理由は、最も妨害のある要因が除去されているためである。
【００１６】
図３は、いかにして上述の技術を達成しうるかを図式的に示す。窓１のフリーズされた画像の比較出力７と、「生の」画像の比較出力７′とを一緒にＯＲ回路に通し、その出力を用いてカメラから生じる「生の」画像信号４から過度に明るい光をキーイング処理する。画像の開始時に積分器１３、１４のリセット１１、１２を行えば、画像の持続時間の終了時に、その画像の光の総計値（明るい光を除く）が積分器１４で得られ、かつ平均化を行うべきでない画像の持続時間が積分器１３で得られる。従って、（明るい光を除いた）平均の光の値は以下のとおりである。
Ｅ_{ａｖｅｒａｇｅｄ} ＝ （Ｅ_{ｔｏｔａｌ} ）／（画像持続時間 − Ｔ_ｍｉｎ ）
【００１７】
しかし、日光の寄与は作業部屋全体に亘って均一ではない。照明技術においては、この現象を昼光率と称する。この昼光率はある日光減少曲線を描く。窓１の近くでは、日光の寄与はより大きく、窓１に対する距離が増えるにつれて減少する。これは、非線形曲線となる。昼光率は季節にも依存する。センサの画像を、例えば２つの領域に、即ち窓１に近い領域と、窓１から遠い領域とに分けることにより（これらの領域は、更に、２列の照明器具の各列からの照明とそれぞれほぼ一致しなければならない）この日光の寄与の勾配を僅かに補償しうる。従って、カメラは様々な制御回路を同時に駆動することができる。言い換えれば、複数の従来のセンサを、一つのカメラにより置き換えることができ、このカメラは更に良好な機能する。
【００１８】
色認識
カラーのＣＣＤカメラを用いれば、色内容を用いることによりある判定を行うことができる。カラーＣＣＤカメラからの情報は、原則的に３つの画像、即ち、赤の画像、緑の画像、青の画像からなる。それぞれの成分に対してある重みを用いて、これらの３つの成分を加え合わせることにより、輝度（白−黒 ）を示す画像が得られる。この画像を上述の判定処理に用いる。
【００１９】
しかし、部屋に直接入る日光の赤に対する成分は、他の色の成分と比べて著しく高くなる。従って、この赤の成分を他の情報の大きさと適切に比較することにより、原理的に、直射日光が当たる箇所を認識することが可能なため、「光強度のマスキング」に関して前述した処理と同様の処理を行うことができる。
【００２０】
色温度の制御
カラーのＣＣＤは、光の分布色温度を示すこともできる。この情報を、照明器具と関連する制御回路を形成する上で使用することができ、これにより光の色温度を規制して光の色温度を制御できる。色温度制御の実際例としては、調光中色温度を一定に保ったり、従業員が好ましい設定値に意図的に制御したり、より高い生産性を促すために昼光の周期を模倣したりすること、等がある。
【００２１】
作業部屋の空間における人物の存在を検出するために（この情報に基づいて照明器具をスイッチオン又はスイッチオフするために）、従来では、受動的な赤外線検出器、超音波検出器、通常の音声検出器、又はレーダ検出器が用いられている。これらの検出方法は、一般的には、セキュリティシステム又は自動ドア開閉装置に用いられている。実際には、これらの検出技術は全て物理量の変化、つまり、前者の場合には、熱を放出する必要のある物体の移動、後者の場合には、ある量の電磁界を吸収する必要がある物体（５０から１００リットルの水）の移動に基づくものである。照明器具を自動的にスイッチオン又はスイッチオフするために使用される検出器は、一般に、この分野に対し最適化されている（天井に取り付けられ、手を動かすだけで座っている人間を検出する適切な感度になっている）。
【００２２】
現在使用されている光スイッチングシステム及び光制御システムにおいて、人が室内にいる時のみ人工光をオンとし、かつ同時に、日光が部屋に入っている時に人工光の量を制御できるようにすべき場合には、複数のセンサ（存在（人）を感知するセンサ及び光のセンサ）を組み合わせて用いる必要がある。
【００２３】
ＣＣＤカメラによる人物の存在 （ 人 ） の検出
安全確保の理由のためにビデオカメラを使用することは一般に知られている。過去には、例えばエプロンに停まっている無人飛行機を見張るために、ビデオ情報がしばしば用いられたが、このビデオの情報を、警報を自動的に発するためにも使用できることは、あまり知られていない。この場合に用いられる技術は、見張るべき物体の周囲にフレームを描くものである。このフレームの位置での前の画像のビデオ内容を新しい画像と比較する。これらの画像間での明らかな違いが、このフレームに侵入しようとしている何か又は何者かが存在することを意味し、この結果警報が発せられる。この技術は照明のスイッチを切り替えるのにも使用できる。
【００２４】
この例を図４に示す。天井に取り付けられているＣＣＤカメラの観測範囲内にいくつかの作業箇所１５がある。別々にスイッチの切り替えができる照明群を囲むフレーム１６を描く。人物１７がこのフレームに入ると、人物１７がこのフレームに入った位置でビデオ内容が変化する。この変化が起こった箇所に輪郭線１８を描いた。もし人物１７が完全にフレーム１６の内部にいると、ある表面積を囲む閉じた輪郭線１８が存在することになる。この表面積が充分に大きいと、この表面積が人間を示すと仮定しうる。この場合、照明がスイッチオンされる。この輪郭線１８（又は複数の輪郭線１８）がこのフレーム１６の中に位置する限り、たとえ人物１７が自分の机の陰で眠ってしまっても、照明はついたままである。この例では、図４Ｃの画像で照明がオンされ、図４Ｇの画像で照明がスイッチオフされる。カメラ画像により物体を認識する他の周知の方法も当然使用できる。
【００２５】
この種の画像処理が、ある量の光を必要とすることは明らかである。なぜなら、光無しでは画像も存在しないからである。真っ暗闇でも画像を生じるようにするには、赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）又はその他の赤外線光源を使用できる。赤外線の使用は、保安用カメラで採用されている周知の技術であり、この場合、しばしば、赤外線発光ダイオードのアレイがカメラのレンズの周りに配置されている。これらの光源は光を連続的に放つ必要はなく、画像の１走査当り１回閃光を放てば充分である。これらの場合には、カメラが近赤外光（８５０又は９５０ナノメートル）を感知しなければならないことは明らかである。
【００２６】
現在では、このような赤外線発光ダイオードは、赤外線遠隔制御コードの発信又は他のデータ通信のような他の業務に用いることもできる。一般的に遠隔制御については様々な技術を使用できる。非常に初期の段階の、テレビジョン受像機用の遠隔制御装置では、超音波信号が使用された。現在では、殆どのテレビジョン受像機用遠隔制御装置は赤外光に基づくものである。既に存在している無線周波遠隔制御装置の技術は、これらの無線周波の使用に関する国際法が最近採用されたため、利用できるようになったばかりである。これらの技術では双方とも、かなり複雑で大規模なコードを用いる必要がある。その理由は、これらの遠隔操作装置を同じ部屋内で様々な分野に用いうるようにする必要がある為である。例えば、テレビジョン、ビデオレコーダ、ビデオプロジェクタ、オーディオ、日よけ、及び照明に遠隔制御が用いられる。無線周波分野では、無線周波放射が壁をも通過しうるため、その適用空間を極めて広くすることができる。その範囲は５０から１００メートルの範囲である。
【００２７】
適用する赤外線プロトコル（フィリップス社の規格、ＲＣ−５）では、種々のコードブロックがこれらの異なる分野全てに割り当てられ、フィリップス社の照明制御により用いられるコードブロックでは、広い部屋の種々の照明群を個別に点灯し得るようにするためにサブブロックが規定されている。従って、デジタルメッセージには、このメッセージがどのシステムに対するものであるかを示す情報と、何をすべきかを示す情報とが含まれている。現在のところ、作業部屋の照明を点灯させるために、コードブロックが８つのサブブロックに分割され、各ブロック当り１５の独立した命令がある。
【００２８】
ＣＣＤカメラによる遠隔制御
ビデオカメラの走査周波数は、一般に光源（ランプ）の光度変化による干渉を避けるために電源周波数に関連させる。ヨーロッパでは、このことは１フレーム当り２０ミリ秒又は１画像当り４０ミリ秒を意味する。従って、ＣＣＤカメラにより達成できるサンプル速度は極めて低く、人間工学的な理由から２５０ミリ秒以内でメッセージを処理しうるようにする必要がある。従って、現在のＲＣ−５プロトコルは標準ＣＣＤカメラを用いることにより処理できないと結論づけられる。ＣＣＤカメラはエミッタ（又はその信号放出方向）を位置決めできるに過ぎないため、ＲＣ−５プロトコルの「オーバーヘッド」はカメラにとってあまりにも大きすぎる。このことから、命令の大部分を前もって推測できるようにする。
【００２９】
ドアの近くに取り付けられたエミッタは、原則的に２つの命令、即ち、「点灯」及び「消灯」を放出しうるようにする必要があるに過ぎない。命令「点灯」は、ある場合には、（人が作業箇所への道が分かるように）方向付け照明をスイッチオンしなければならない意味であり、他の場合には、（例えば清掃サービスのために）全ての照明をスイッチオンしなければならない意味であるという事実は、時計情報のような他の情報に基づいてシステムにより決定される。従って、カメラの画像では、（ドアに近い）領域を規定して、何らかで変調された光現象は、この領域で観察されたことを意味するようにすることができる。
【００３０】
このエミッタに室温機能を割り当てることも望ましい場合には、２つの命令、即ち、「暖房オン」及び「暖房オフ」を付け加える必要があるに過ぎない。その結果、全部で４つの命令があるに過ぎない。
【００３１】
作業箇所で使用できる携帯式エミッタでは、「光状態１」、「光状態２」、「光状態３」、及び「光オフ」のように、より多くの可能性が一般に望まれる。日よけについての機能、つまり「上げる」、「止める」、「下げる」をも追加すると、命令の総数は７となる。
【００３２】
図４の例に既に示したように、カメラが仕事場を含むフレーム内である光の変調を見つけると、この命令はこの作業箇所に対して実行される。
【００３３】
上述したところから明らかなように、必要なメッセージの数は実際には非常に少なくし得る。単純な、３−アウト・オブ−５コードでは、以下の式に示すように１０個の異なるメッセージを伝達することができる。
５！／（３！ × （５−３）！）＝１０
【００３４】
従って、メッセージが７つのサンプルのフレームに関し、そのうちの１番目のサンプルが常に「１」でなければならず、これに続いて５つのサンプルスロットがあり、そのうちの３つのみに「１」を含めることができ、７番目のサンプルが常に「０」である場合には、メッセージを７つのサンプルで伝送できる。この場合、最大で２８０ミリ秒必要となる。
【００３５】
前述したように、ＣＣＤカメラには赤外線発光ダイオードを設けることができる。遠隔制御エミッタに赤外線受信機をも設ける場合には、これらのエミッタは、例えば、カメラと同期させることもでき、又はこれらに異なる機能を与えることができ、又は設定（例えば温度エミッタの設定）を変えることができ、又はエミッタに質問を行うようにしうる（この場合、エミッタの出力は、「イエス」又は「ノー」となるようにする必要があるだけである）。このことは、多くのより実用的な可能性を導くものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＣＤセンサにより観察されたビデオ画像を示す。
【図２Ａ】図１に示すビデオ画像のビデオラインのビデオ信号を示す。
【図２Ｂ】ビデオ信号と関連する比較出力を示す。
【図２Ｃ】比較結果として得られる処理されたビデオ信号を示す。
【図３】図２の信号の処理回路を示す。
【図４】本発明の範囲内での物体認識処理を表す一連のビデオ画像を示す。

Claims (10)

1. 室内の電磁放射を測定することのできるセンサと、
   測定した電磁放射の値に応じて室内の照明を制御しうる制御手段と
   を有する照明制御装置において、
   前記センサが部屋の電気画像を撮像しうるビデオセンサを有することを特徴とする照明制御装置。
2. 請求項１に記載の照明制御装置において、前記ビデオセンサが電荷結合素子を有することを特徴とする照明制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の照明制御装置において、前記センサ及び前記制御手段は、可視光及び赤外線放射の双方の測定した放射値に応じて照明を制御できるように適切に用いうるようになっていることを特徴とする照明制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明制御装置において、前記制御手段が、画像の予め定めた部分における可視光の放射値に応じて照明を制御しうるようになっていることを特徴とする照明制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明制御装置において、前記制御手段が画像の色温度値に応じて照明を制御しうるようになっていることを特徴とする照明制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明制御装置において、前記制御手段が画像の放射値間のコントラストに応じて照明を制御しうるようになっていることを特徴とする照明制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明制御装置において、前記制御手段が動き検出手段を有していることを特徴とする照明制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明制御装置において、前記制御手段が物体認識手段を有していることを特徴とする照明制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明制御装置において、前記制御手段が遠隔制御装置により放出される信号に反応しうるようになっていることを特徴とする照明制御装置。
10. 室内の電磁放射をセンサにより測定し、室内の照明をこの測定した放射値に応じて制御手段により制御する室内照明制御方法において、電磁放射を電荷結合素子センサにより測定し、このセンサにより部屋の電気画像を発生されることを特徴とする室内照明制御方法。