JP2006162463A

JP2006162463A - 人体検知器

Info

Publication number: JP2006162463A
Application number: JP2004355221A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Sakaguchi; 典久阪口
Original assignee: Takenaka Engineering Co Ltd
Current assignee: Takenaka Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】熱源体のサイズに関する情報を導き出す信号処理手段を備えた複眼式防犯用センサーシステムにおいて、背景との温度差が大きな検出対象物体を正確に検知すること。
【解決手段】水平方向の熱源体の移動を時差的に検出するための焦電素子のツイン配列を上下に複数列設けてなる複眼式防犯用センサーシステムを用い、上部の焦電素子の出力、下部の焦電素子の出力の、複数の出力から熱源体のサイズに関する情報を導き出す信号処理手段を備えた人体検知器において、焦電素子の出力を増幅するアンプとして、入力が小さい場合には増幅度を高くし、入力が大きい場合には増幅度を低くする非線形のアンプを採用した。
【選択図】図１

Description

本発明は、上下ツイン素子による２つ以上の信号から、監視領域に侵入した物体の温度差の高低、及びサイズ情報を得て、これらの情報を処理することにより、警報出力の判断を行う人体検知器に関するものである。

水平方向の熱源体の移動を時差的に検出するための焦電素子のツイン配列を上下２列設けてなるデュアルツイン型防犯用センサを用い、上部の焦電素子ツインの出力をアナログ値ａ、下部の焦電素子ツインの出力をアナログ値ｂとし、これらの出力信号を用いて、熱源体による平時との温度差の情報、及び熱源体のサイズに関する情報を導き出し、所定の値以上の温度差、及び所定の値以上のサイズの種々の組合せにより、熱源体が、侵入した人間である可能性が高いと判断した場合に、警報を発するという検知物体判定方法を採用した人体検知器が考え出されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５―１４３８７３号公報

焦電素子を用いた人体検知器は、設置場所となる室内の壁や床面の温度と、人体表面の温度との温度差によって検知出力を得るものである。原理上、夏と冬、日中と夜中といった気温の変化による、検知能力の変化は避けられないが、極力このような環境の影響を受けないようにしている。例えば、背景温度が高くなり、人間の体温付近の温度に近づく夏には、焦電素子の出力を増幅するアンプの増幅度を大きくし、背景温度が低くなり、人間の体温付近の温度との差が大きくなる冬には、焦電素子の出力を増幅するアンプの増幅度を低くし、感度を適正化しようとする試みもある。しかし、侵入者が、常に顔や手などの皮膚を露出させているとは限らず、冬に検知感度を低下させても構わないといった前提は成り立たない。

また、水平方向の熱源体の移動を時差的に検出するための焦電素子のツイン配列を上下２列設けてなる複眼式防犯用センサーシステムを用い、上部の焦電素子の出力をアナログ値ａ、下部の焦電素子の出力をアナログ値ｂとし、｜ａ｜と｜ｂ｜の大きさの比較から熱源体のサイズに関する情報を導き出す信号処理手段を備えた人体検知器では、設置場所となる室内の壁や壁面の温度と、検出対象物体（熱源体）表面の温度との温度差が、大きくなりすぎると、サイズに関する情報を正確に導き出せないという問題が生じる。これは、焦電素子の出力を増幅するアンプが、大きな入力により飽和してしまい、アンプ出力｜Ｖａ｜と｜Ｖｂ｜の比が、実際の熱源の大きさに対応したものにならないからである。

上記課題を解決するために、本発明は、人体検知器の焦電素子の出力を増幅するアンプとして、入力が小さい場合には増幅度を高くし、入力が大きい場合には増幅度を低くする非線形のアンプを採用した。

アンプの入力と出力レベルの関係を非線形になるようにし、入力が大きい場合には、増幅度の低い状態が維持されるため、ネズミなどの小動物の表面温度と背景温度との差が大きくなる冬でも、これらの小動物が、人体検知器の警戒エリア内を動き回る際のアンプの出力レベルの飽和現象を防ぐことができる。入力が小さい場合には、増幅度の高い状態が維持されるため、背景温度が人間の体温付近の温度に近づく夏でも、精度良く人間を検出することができる。アンプが、大信号の入力により飽和しないため、アンプの出力信号の大きさが、入力（実際の焦電素子の出力）の大きさに対応したものになり、検知物体判定精度が向上する。また、従来の信号処理部（アンプの出力をＡ／Ｄ変換して、マイコンによる信号処理をおこなう）をそのまま流用することができ、Ａ／Ｄ変換器を特別なものに変更するといった必要もなく、コストの上昇を避けることができる。

図２は、従来の人体検知器のアンプの入力と出力の関係を示したグラフである。従来のアンプでは、入力が小さい場合には出力は飽和しないが、入力が大きくなると、出力は飽和してしまう。図２の直線（イ）が、この特性を示している。飽和領域では、入力信号の大きさに応じた信号出力は得られず、出力信号の最大値は規制されてしまう。そこで、出力の飽和を防ぐために、増幅度を直線（イ）から直線（ロ）のように下げると、入力が大きくても、出力は飽和しないようになるが、同図左下方に示されるように、入力が小さい場合には、出力が小さくなるため、接続されるＡ／Ｄ変換器の閾値以下となり、読み出そうとする信号がノイズに埋もれてしまうなどの変換時の誤差による影響が大きくなり、精度が悪くなる。

本発明のアンプでは、その入出力特性が、図１に示すようになるようにした。こうすることにより、入力が小さい場合には、直線（イ）によって与えられる高い増幅度が維持され、入力が大きくなると、直線（ハ）によって与えられる低い増幅度に切り替えられ、出力は飽和しないようになる。

次に、アンプが飽和しないことが、検出対象物体（熱源体）表面の温度と、背景の温度との温度差から、サイズに関する情報を正確に導きだすことに繋がる理由について説明する。図３から図５は、水平方向の熱源体の移動を時差的に検出するための焦電素子のツイン配列を上下２列設けた複眼式防犯用センサーシステムの１系統の光学系によって形成される検知ゾーンと、その検知ゾーンに対応した焦電素子の信号出力の波形を示している。上部の検知ゾーンをＡ、それに対応した焦電素子の出力をアナログ値ａ、下部の検知ゾーンをＢ、それに対応した焦電素子の出力をアナログ値ｂとしている。ＡとＢは、ツイン配列を上下２列設けたものであるが、図面上では、簡略化して表示している。

図３と図４は、検知ゾーンＡ、検知ゾーンＢがともに壁面に達している状態を示しており、図３は人間が検知ゾーンを横切った場合の信号波形である。人間は縦方向に長いため、検知ゾーンＡ、検知ゾーンＢの両方を同時に横切る。表面温度が均一であると仮定すると、焦電素子の出力のアナログ値ａ、アナログ値ｂは、ほぼ同じ大きさとなる。背景の温度が、人間の表面温度に近づいて、焦電素子の出力が小さくなっても、ａとｂの比は変わることはないので、横切った物体が、人間であるという推定は可能である。図４は小動物が横切った場合の信号波形である。小動物は小さいため、検知ゾーンＡ、検知ゾーンＢの両方を同時に横切ることはない。焦電素子の出力のアナログ値ａは変化せず、アナログ値ｂのみが観測される。背景の温度が、小動物の表面温度からかけ離れて、焦電素子の出力が大きくなっても、ａは変化しない状態が維持されるので、横切った物体が、小動物であるという推定は可能である。このような条件のもとでは、アンプ出力が飽和しても、アンプ出力の比が、実際の熱源の大きさに対応したものになり、人間と小動物の判別は可能である。

しかし、図５に示すように、検知ゾーンＡが壁面に達し、検知ゾーンＢの大部分が床に達しているような状態では、状況が変わってくる。小動物は小さいが、検知ゾーンＡと検知ゾーンＢは接近しているため、両方をかすめる形で横切ることになる。小動物が部屋の隅をまっすぐに横切ったと仮定すると、アナログ値ａは小さな出力となり、アナログ値ｂはそれよりも大きな出力となって観測される。背景の温度が、小動物の表面温度からかけ離れて、焦電素子の出力が大きくなると、アンプ出力が飽和して、出力ＶａとＶｂの比が、実際の入力の大きさに対応したものにならなくなる。図６はこのときのアンプの出力波形を示している。｜Ｖａ｜と｜Ｖｂ｜の大きさが、ほぼ同じ大きさとなり、横切った物体が、人間であるという誤った判定がなされる可能性がでてくる。

このようにアンプの出力が飽和すると、｜Ｖａ｜と｜Ｖｂ｜の大きさの比が｜ａ｜と｜ｂ｜の大きさの比を示さなくなり、検知物体判定精度が低下してしまうのである。小動物が、検知ゾーンＡと検知ゾーンＢの両方をかすめる形で横切るような条件は、図５に示された状態だけでなく、検知ゾーンＡと検知ゾーンＢが、ともに床に達しているような状態では多く出現する。従来の人体検知器においては、床面の温度との温度差が大きくなるように温度制御された疑似小動物を、長時間検知エリア内で移動させると、検知信号を発してしまうことがまれにあったが、本発明のアンプを採用することにより、このような誤動作がなくなることが確認できた。

本発明により、背景との温度差が小さな移動物体に対しては、アンプの増幅度が高い状態で信号処理が成されるので、Ａ／Ｄ変換誤差による影響を少なくでき、背景との温度差が大きな移動物体に対しては、アンプの増幅度が低い状態で信号処理が成されるので、アンプが飽和するまでの識別可能な温度差の範囲を従来よりも広くとることができる。このため、夏と冬、日中と夜中といった気温の変化による影響を受けることなく、人体と小動物の判別精度が向上し、人体のみを確実に検知する人体検知器が実現される。

本発明の人体検知器のアンプの入力と出力の関係を示したグラフである。従来の人体検知器のアンプの入力と出力の関係を示したグラフである。人体検知器の検知ゾーンと、その検知ゾーンに対応した焦電素子の信号出力の波形を示した図である。人間が検知ゾーンを横切った場合の信号波形である。人体検知器の検知ゾーンと、その検知ゾーンに対応した焦電素子の信号出力の波形を示した図である。小動物が検知ゾーンを横切った場合の信号波形である。人体検知器の検知ゾーンと、その検知ゾーンに対応した焦電素子の信号出力の波形を示した図である。検知ゾーンＡが壁面に達し、検知ゾーンＢの大部分が床に達している状態における説明図である。アンプ出力が飽和して、出力ＶａとＶｂの比が、実際の入力の大きさに対応したものにならなくなったときのアンプの出力波形を示した図である。

符号の説明

Ａ・・・検知ゾーン
Ｂ・・・検知ゾーン
ａ・・・焦電素子の信号出力の波形
ｂ・・・焦電素子の信号出力の波形
Ｖａ・・・アンプの出力波形
Ｖｂ・・・アンプの出力波形

Claims

水平方向の熱源体の移動を時差的に検出するための焦電素子のツイン配列を上下に複数列設けてなる複眼式防犯用センサーシステムを用い、上部の焦電素子の出力、下部の焦電素子の出力の、複数の出力から熱源体のサイズに関する情報を導き出す信号処理手段を備えた人体検知器において、前記焦電素子の出力を増幅するアンプとして、入力が小さい場合には増幅度を高くし、入力が大きい場合には増幅度を低くする非線形のアンプを採用したことを特徴とする人体検知器。