JP2007213444A - 侵入者検知装置、および、侵入者検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ自身が電波を発信することなく、既存の電波を用いて、より高い精度で侵入者を検知する。
【解決手段】侵入者検知装置１であって、電波を受信する受信アンテナ１１と、電波を所定の時間間隔で検波し、電圧レベルに変換する検波手段１２と、電圧レベルの時間微分値を算出し、算出した時間微分値の絶対値を記憶手段１４に記憶する微分処理手段１３と、記憶手段１４から所定の時間帯の複数の絶対値を読み出し、読み出した各絶対値を加算する加算処理手段１５と、加算処理手段が算出した加算値が所定の閾値を超えるか否かを判別し、閾値を超える場合、侵入者を検知したものと判定する判定手段１６と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電波を用いて侵入者を検知する侵入者検知装置および侵入者検知方法に関する。

近年、住宅やオフィス等の構造物に対する侵入窃盗が急増している。これに伴って、セキュリティ関連商品・サービスへの注目が高まり、市場が拡大している。なかでも、異常が発生したことを最初に検知するセンサ分野は、セキュリティ関連商品の中で、重要な位置を占めている。

現在、ホームセキュリティ用途の侵入者検知センサとしては、赤外線が多用されている。赤外線センサには主に２種類あり、１つは送信機と受信機間で赤外線を送受信し、物体によって赤外線が遮られ送受信ができない場合に異常（侵入者）を検知するものである。もう１つの赤外線センサは、人や動物が発する熱（赤外線）を感知し、異常を検知するものである。

また、赤外線以外の侵入者検知センサとしては、カメラを用いた画像センサや振動センサがある。画像センサは、カメラが撮像した画像の差分を解析し、その差分値に変化があった場合に異常を検知する。振動センサは、窓ガラス等に取り付けられ、窓ガラスが割られた場合に発生する振動を検知する。

また、最近では、電波を用いた侵入者検知センサが研究されている。例えば、非特許文献１には、一対の電波送受信アンテナケーブルを用いて電波を送受信し、侵入者を検知する侵入者検知システムが記載されている。
"電波を用いた「侵入検知システム」を開発"、[online]、［平成１８年１月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： http://www.mitsubishielectric.co.jp/news/2004/1116.htm＞

赤外線センサは、検知感度が高くホームセキュリティ用に多用されているが、感度が高いゆえにペットなどの体温を人の侵入と誤検知してしまう場合がある。また、画像センサは、撮像した各画像フレームの前後の差分から侵入者の検知を行うものであり、差分値の大きい部分の範囲から侵入者が人か人以外かを識別し、誤検知を低減する研究がなされている。しかしながら、画像を撮像することから、一般住居等では、プライバシーの侵害を引き起こす可能性がある。

また、電波を用いたセンサの場合、現在の電波法では防犯用途の電波センサとしては、１０ＧＨｚ帯と２４ＧＨｚ帯しか使用が許可されていない。そして、これらの周波数の電波を互いに近接して使った場合は、電磁干渉を引き起こす可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、センサ自身が電波を発信することなく、既存の電波を用いて、より信頼性の高い侵入者検知装置および侵入者検知方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、侵入者検知装置であって、電波を受信する受信アンテナと、前記電波を所定の時間間隔で検波し、電圧レベルに変換する検波手段と、前記電圧レベルの時間微分値を算出し、算出した時間微分値の絶対値を記憶手段に記憶する微分処理手段と、前記記憶手段から所定の時間帯の複数の絶対値を読み出し、読み出した各絶対値を加算する加算処理手段と、前記加算処理手段が算出した加算値が所定の閾値を超えるか否かを判別し、前記閾値を超える場合、侵入者を検知したものと判定する判定手段と、を有する。

また、本発明は、侵入者検知方法であって、電波を受信する受信ステップと、前記電波を所定の時間間隔で検波し、電圧レベルに変換する検波ステップと、前記電圧レベルの時間微分値を算出し、算出した時間微分値の絶対値を記憶部に記憶する微分処理ステップと、前記記憶部から所定の時間帯の複数の絶対値を読み出し、読み出した各絶対値を加算する加算処理ステップと、前記加算処理ステップで算出した加算値が所定の閾値を超えるか否かを判別し、前記閾値を超える場合、侵入者を検知したものと判定する判定ステップと、を行う。

本発明によれば、センサ自身が電波を発信することなく、既存の電波を用いて、より信頼性の高い侵入者検知装置および侵入者検知方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態が適用された侵入者検知装置（侵入者検知センサ）１の概略構成図である。本実施形態の侵入者検知装置１は、監視対象となる屋内（室内）の所定の場所に設置され、屋内への侵入者を電波によって検知する。図示する侵入者検知装置１は、受信アンテナ１１と、検波部１２と、微分処理部１３と、記憶部１４と、加算処理部１５と、判定部１６と、警報部１７と、閾値設定部１８と、を有する。

受信アンテナ１１は、テレビやラジオなどの放送波、携帯電話、無線ＬＡＮ（Local Area Network）など、屋内に既に存在する電波を受信する。なお、受信アンテナ１１は、放送波、携帯電話など広帯域に分散した複数の周波数を、高感度に受信できるものとする。

検波部１２は、受信アンテナ１１が受信した電波を、ダイオードなどの整流作用によって電圧レベル（電圧値）に変換する。微分処理部１３は、検波部１２が検波した電圧レベルの時間微分値の絶対値を算出し、記憶部１４に記憶する。加算処理部１５は、記憶部１４に記憶された所定の時間帯の時間微分値の絶対値を加算する。なお、記憶部１４には、侵入者検知装置１が有するメモリまたは外部記憶装置などが用いられる。

判定部１６は、加算処理部１５が算出した加算値が、閾値設定部１８が設定した閾値より大きいか否かを判別する。警報部１７は、加算値が閾値より大きい場合、警告音を出力するなどの所定の警報処理を行う。閾値設定部１８は、後述する閾値設定処理を事前に行い、メモリまたは外部記憶装置などに閾値を設定（記憶）する。

なお、侵入者検知装置１は、少なくともＣＰＵとメモリとを備えた汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。このコンピュータシステムにおいて、ＣＰＵがメモリ上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、侵入者検知装置１の各機能が実現される。

また、本実施形態の侵入者検知装置１は警報部１７を備えるが、侵入者検知装置１自体は警報部１７を備えることなく、警報部１７と同様の機能を有する警報装置を侵入者検知装置１に接続することとしてもよい。

次に、侵入者検知装置１の動作について説明する。

図２は、侵入者検知装置１の動作を示すフローチャートである。なお、侵入者検知装置１は、所定のタイミング（時間間隔）で、図示する処理を繰り返し行うものとする。

まず、検波部１２は、受信アンテナ１１が受信した電波を検波し、ダイオードなどの整流作用によって電圧レベルに変換する（Ｓ１１）。そして、微分処理部１３は、検波部１２が検波した電圧レベルの時間微分値を算出する（Ｓ１２）。

ここで、検波部１２がＳ１１で検波した時刻をｔとし、検波部１２は所定の時間ｐ毎に検波するものとすると、前回検波した時刻はｔ−ｐとなる。そして、検波した時点の時刻ｔにおける電圧レベルがＶ１で、前回の時刻ｔ−ｐにおける電圧レベルがＶ２であるものとする。この場合、微分処理部１３は、時刻ｔにおける電圧レベルＶ１と、時刻ｔ−ｐにおける電圧レベルＶ２から、時間微分値を算出する。

そして、微分処理部１３は、算出した時間微分値の絶対値（以下、「微分絶対値」）を、時刻ｔにおける微分絶対値として記憶部１４に記憶する（Ｓ１３）。そして、加算処理部１５は、所定の時間帯（時刻ｔから所定の時間過去に遡った時刻までの間）における微分絶対値を記憶部１４から読み出し、読み出した各微分絶対値を加算する（Ｓ１４）。

ここで、時刻ｔにおける微分絶対値をｎ［ｔ］、時刻ｔ−ｐにおける微分絶対値をｎ［ｔ−ｐ］とする。そして、加算処理部１５が、ｍ個の微分絶対値を加算する場合、時刻ｔにおける加算値Ｌ［ｔ］は、以下の式となる。

Ｌ[ｔ]＝ｎ[ｔ]＋ｎ[ｔ−ｐ]＋ｎ[ｔ−２ｐ]＋・・・・＋ｎ[ｔ−(ｍ−１)]
判定部１６は、Ｓ１４で算出した加算値と、閾値設定部１８が事前に設定した閾値とを比較し、加算値が閾値を超えるか否かを判別する（Ｓ１５）。加算値が閾値を超えない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｓ１７に進む。加算値が閾値を超える場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、判定部１６は、侵入者を検知したものとみなし、異常を検知したことを示す検知信号を警報部１７に出力する。

警報部１７は、判定部１６から検知信号を受け付けると、侵入者を検出したこと周囲に知らせる警告音（アラーム）を出力するなど、所定の警報処理を行う（Ｓ１６）。また、警報部１７は、検知信号を受け付けると、ネットワークを介して接続された集中管理センタなどのシステム（不図示）に、異常が発生したことを通知することとしてもよい。そして、所定の時間が経過した後（Ｓ１７：ＹＥＳ）、Ｓ１１に戻り、検波部１２は、受信アンテナ１１が受信した電波を検波し、電圧レベルに変換する。

図３は、Ｓ１１において、検波部１２が検波した電圧レベルの時間的な変化の一例を示す図である。図３の縦軸は電圧レベルであって、横軸は時間軸である。人（侵入者など）が動き回ることより、放送波などの既存の電波は乱れる。そのため、検波部１２が検波した電圧レベルは、電波の乱れに応じて変動する。図３では、人が移動することによる電圧レベルの変動例３１、３２、および、人の移動とは無関係の突発的な電圧レベルの変動例３３を示している。なお、突発的な電圧レベルの変動としては、電波内の信号データの粗密の変化や、放送局など電波の発信側の出力が変化していることなどが考えられる。

図４は、図３に示す電圧レベルにＳ１２およびＳ１３の処理を行って記憶部１４に記憶した、各時刻の微分絶対値を示す図である。図４の縦軸は微分絶対値であって、横軸は時間軸である。

図５は、図４に示す微分絶対値にＳ１４の加算処理を行った加算値を示す図である。図５の縦軸は加算値で、横軸は時間軸である。そして、人が動き回っている間（図３の符号３１、３２に相当する部分）の大部分の加算値５２、５３が、閾値５１を超えていることを示している。すなわち、侵入者検出センサ１の判定部１６は、加算値に基づいて、侵入者を迅速に検知することができる。

一方、突発的な電圧レベルの変動（図３の符号３３に相当する部分）の加算値５４は、閾値５１を超えていない。そのため、判定部１６は、突発的な電圧レベルの変動を、誤って侵入者である検知することを回避することができる。

次に、閾値設定部１８の処理について説明する。なお、ユーザは、侵入者検知装置１の使用を開始する前に、事前に以下の処理を行って閾値の設定をしておくものとする。

まず、侵入者検知装置１のユーザは、監視対象の室内（屋内）の任意の場所に、侵入者検知装置１を設置する。そして、ユーザは、侵入者検知装置１の操作ボタンなどの入力装置（不図示）に閾値設定指示を入力する。閾値設定部１８は、ユーザの閾値設定指示を受け付けると、ユーザに対して一定時間の静止および一定時間の移動を繰り返し行うよう指示する。

例えば、閾値設定部１８は、スピーカなどの出力装置（不図示）から、断続的に音を出力することにより、ユーザに指示することが考えられる。すなわち、ユーザは、音が鳴っている間は室内を動き回り、音が鳴り止んだら静止する。また、閾値設定部１８は、ライトなどの出力装置（不図示）から、断続的に発光することにより、ユーザに指示することが考えられる。すなわち、ユーザは、点灯時には室内を動き回り、消灯時には静止する。なお、ユーザは、閾値設定部１８から音や光により移動指示が出された場合は、監視対象の室内をくまなく動き回るようにする。

また、受信アンテナ１１、検波部１２、微分処理部１３および加算処理部１５は、ユーザの閾値設定指示を受け付けると、図２に示すＳ１１からＳ１４までの処理を所定の時間間隔で繰り返し行い、人が移動した際の電波の乱れ（電圧レベル、時間微分値、加算値）を実測する。

図６は、ユーザが屋内を複数回動き回った場合における、Ｓ１４の加算値の例を示す図である。図６の縦軸は加算値で、横軸は時間軸である。図示する例では、ユーザが２回動き回った際の、２回分の加算値の変動６１、６２を示している。

閾値設定部１８は、移動時における複数回の加算値の変動６１、６２を加算処理部１５から取得し、各加算値の変動６１、６２の中での最大値（または最小値）を特定する。そして、閾値設定部１８は、特定した各最大値（または最小値）が最も小さい加算値の変動を特定する。図示する例では、閾値設定部１８は、２回目の移動時の加算値の変動６２を特定する。そして、閾値設定部１８は、特定した加算値の変動６２の中で最大値６３を基準値とし、当該基準値より低い値を閾値６４に設定する。例えば、閾値設定部１８は、基準値から一定の割合下げた値を基準値とする。なお、この割合は、侵入者の検知感度を調整するために、ユーザが任意の割合を設定できるものとする。また、閾値設定部１８は、侵入者検知装置１が有するメモリまたは外部記憶装置に、設定した閾値を記憶する。

以上説明した本実施形態の侵入者検知装置１は、電波を用いて侵入者を検知する。これにより、赤外線センサや画像センサと比較して、本実施形態では、電波の透過性や伝搬特性から比較的広範囲の検知が可能となる。

また、本実施形態では、侵入者検知装置１自身が電波を発信することなく、放送波や無線ＬＡＮなどの既存の電波を用いて侵入者を検知する。これにより、センサが電波を発信する場合と比較して、本実施形態では、消費電力の低減、装置の小型化を実現することができる。また、本実施形態では、侵入者の検知のための電波を発信しないため、ユーザ（侵入者）は不要な電波を浴びることがない。

また、本実施形態では、電圧レベルの時間微分値の絶対値を所定の時間幅で加算する。これにより、侵入者が存在する場合の電圧レベルの変動が小さい場合であっても、より高い精度で侵入者を検知することができる。

また、本実施形態では、事前にユーザが監視対象の室内を動き回ることによる電圧レベルの変動を実測し、閾値設定部１８が適切な閾値を設定する。これにより、侵入者検知装置１の設置場所の環境に適合した閾値を設定することができる。また、適切な閾値を設定することにより、侵入者の検知精度をより向上することができる。

＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態が適用された侵入者検知装置（侵入者検知センサ）２の概略構成図である。本実施形態の侵入者検知装置２は、放送波や携帯電話などの既存の電波自身が、電磁環境の変化などにより変動する場合を考慮したものである。

図示する侵入者検知装置２は、周波数切替部２１を有する点において第１の実施形態の侵入者検知装置１と異なり、その他は第１の実施形態の侵入者検知装置１と同様である。

周波数切替部２１は、所定の時間内（微小時間内）に受信アンテナ１１の受信周波数を切り替える。これにより、受信アンテナ１１は、所定の時間内に時分割で複数の周波数の電波を受信することができる。

以下に、本実施形態の侵入者検知装置２の動作について説明する。なお、侵入者検知装置２は、第１の実施形態と同様に、所定のタイミング（時間間隔）で、以下に説明する処理を繰り返し行うものとする。

検波部１２は、周波数切替部２１が受信周波数を切り替えることにより、受信アンテナ１１が受信した複数の周波数の電波各々を、電圧レベルに変換する。なお、受信周波数の数がｐ個の場合、検波部１２は、ｐ個の電波をｐ個の電圧レベルに変換する。そして検波部１２は、変換した各電圧レベルを記憶部１４に記憶する。

そして、微分処理部１３は、記憶部１４に記憶された複数の電圧レベルを加算し、加算後の電圧レベルを用いて、第１の実施形態と同様に電圧レベルの時間微分値を算出する（図２：Ｓ１２参照）。なお、時間微分の算出に用いる前回の時刻における電圧レベルも、加算後の電圧レベルを用いる。そして、侵入者検知装置２は、第１の実施形態と同様の処理（図２：Ｓ１３〜Ｓ１７）を行う。

第２の実施形態では、複数の周波数の電圧レベルを加算し、加算後の電圧レベルを用いて時間微分し、一定時間内の微分絶対値の加算値が閾値を超えるか否かにより異常を検知する。このように、複数の周波数の電圧レベルを用いることにより、１つの既存の電波（所定の周波数の電波）が、電磁環境の変化や当該既存の電波自身の変動により、閾値を超えてしまうことを抑制する。これにより、侵入者検知装置２の誤検知をより低減し、信頼性をより向上することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。一般的に、放送波や携帯電話などの既存の電波は、室内の壁や家具などにより乱反射され、定在波分布を形成する。このような定在波分布を形成する室内において侵入者が侵入すると、室内の定在波分布（電界分布）が乱れる。しかしながら、侵入者による定在波分布の乱れの度合いは、受信する電波の周波数や受信アンテナの設置場所によって大きく異なる。そのため、第１の実施形態における加算値が、閾値より小さい値となってしまう場合がある。本実施形態は、この点を考慮したものである。

図８は、本発明の第３の実施形態が適用された侵入者検知装置（侵入者検知センサ）３の概略構成図である。

図示する侵入者検知装置３は、複数の受信アンテナ１１と電力合成部２２とを有する点で第１の実施形態の侵入者検知装置１と異なり、その他は第１の実施形態の侵入者検知装置１と同様である。なお、本実施形態では、２本の受信アンテナ１１を備えることとしているが、受信アンテナ１１は３本以上であってもよい。

電力合成部２２は、複数の受信アンテナ１１が受信した電波の電力を合成する。そして、検波部１２は、電力合成後の電波を、電圧レベルに変換する。ここで、複数の受信アンテナ１１を用いて１つの電波を受信した場合、各受信アンテナ１１で受信される電波に位相差が生じる。例えば、２本の受信アンテナ１１が振幅の等しい電波を受信した場合、電波の位相が１８０°反転していれば電力合成後の電圧レベルは０となり、電波の位相が同じであれば電力合成後の電圧レベルは２倍に増幅される。

本実施形態の侵入者検知装置３は、電力合成部２２が電力合成した電波を用いて、第１の実施形態と同様（図２参照）の処理を繰り返し行う。これにより、各受信アンテナ１１間に生じる電波の位相差による変動幅の拡大を、より大きな変動として捉えることができ、より検知精度を向上させることができる。すなわち、周波数や受信アンテナ１１の設置場所に起因する検知感度の低下を防止することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、第２の実施形態の侵入者検知装置２（図７参照）は、周波数切替部２１を有し、一本の受信アンテナ１１の受信周波数を切り替えることにより、複数の周波数の電波を受信する。しかしながら、侵入者検知装置２は、周波数切替部２１を備えることなく、替わりに複数の受信アンテナを有することとしてもよい。この場合の複数の受信アンテナは、それぞれ異なる周波数の電波を受信するように、各受信周波数が設定されているものとする。そして、検波部１２は、各受信アンテナ１１が受信した各周波数の電波を電圧レベルにそれぞれ変換し、記憶部１４に記憶する。

本発明の第１の実施形態に係る侵入者検知装置の概略構成を示すブロック図である。 侵入者検知装置の動作を示すフローチャートである。 受信電波の電圧レベルの変動の一例を示す図である。 電圧レベルの時間微分値の絶対値の一例を示す図である。 複数の時間微分値を加算した加算値の一例を示す図である。 閾値設定部が実測した加算値の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る侵入者検知装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る侵入者検知装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，２，３ 侵入者検知装置
１１ 受診アンテナ
１２ 検波部
１３ 微分処理部
１４ 記憶部
１５ 加算処理部
１６ 判定部
１７ 警報部
１８ 閾値設定部

Claims (8)

1. 侵入者検知装置であって、
   電波を受信する受信アンテナと、
   前記電波を所定の時間間隔で検波し、電圧レベルに変換する検波手段と、
   前記電圧レベルの時間微分値を算出し、算出した時間微分値の絶対値を記憶手段に記憶する微分処理手段と、
   前記記憶手段から所定の時間帯の複数の絶対値を読み出し、読み出した各絶対値を加算する加算処理手段と、
   前記加算処理手段が算出した加算値が所定の閾値を超えるか否かを判別し、前記閾値を超える場合、侵入者を検知したものと判定する判定手段と、を有すること
   を特徴とする侵入者検知装置。
2. 請求項１記載の侵入者検知装置であって、
   人が移動した時間帯の前記時間微分値の絶対値および前記加算値を取得し、取得した加算値より低い値を前記閾値として設定する閾値設定部を、さらに有すること
   を特徴とする侵入者検知装置。
3. 請求項１記載の侵入者検知装置であって、
   前記受信アンテナの受信周波数を切り替え、所定の時間内で複数の周波数の電波を前記受信アンテナに受信させる周波数切替手段を、さらに有し、
   前記検波手段は、前記複数の周波数の電波各々を検波し、複数の電圧レベルに変換し、
   前記微分処理手段は、前記複数の電圧レベルを加算した加算電圧レベルの時間微分値を算出し、算出した時間微分値の絶対値を記憶手段に記憶すること
   を特徴とする侵入者検知装置。
4. 請求項１記載の侵入者検知装置であって、
   複数の受信アンテナと、
   前記複数の受信アンテナが受信した各電波を合成する電力合成手段と、をさらに有し、
   前記検波手段は、前記電力合成手段が合成した電波を検波し、合成後の電波を電圧レベルに変換すること
   を特徴とする侵入者検知装置。
5. 侵入者検知方法であって、
   電波を受信する受信ステップと、
   前記電波を所定の時間間隔で検波し、電圧レベルに変換する検波ステップと、
   前記電圧レベルの時間微分値を算出し、算出した時間微分値の絶対値を記憶部に記憶する微分処理ステップと、
   前記記憶部から所定の時間帯の複数の絶対値を読み出し、読み出した各絶対値を加算する加算処理ステップと、
   前記加算処理ステップで算出した加算値が所定の閾値を超えるか否かを判別し、前記閾値を超える場合、侵入者を検知したものと判定する判定ステップと、を行うこと
   を特徴とする侵入者検知方法。
6. 請求項５記載の侵入者検知方法であって、
   人が移動した時間帯の前記時間微分値の絶対値および前記加算値を取得し、取得した加算値より低い値を前記閾値として設定する閾値設定ステップを、さらに行うこと
   を特徴とする侵入者検知方法。
7. 請求項５記載の侵入者検知方法であって、
   前記受信ステップは、受信アンテナの受信周波数を切り替え、所定の時間内で複数の周波数の電波を受信し、
   前記検波ステップは、前記複数の周波数の電波各々を検波し、複数の電圧レベルに変換し、
   前記微分処理ステップは、前記複数の電圧レベルを加算した加算電圧レベルの時間微分値を算出し、算出した時間微分値の絶対値を記憶部に記憶すること
   を特徴とする侵入者検知方法。
8. 請求項５記載の侵入者検知方法であって、
   前記受信ステップは、複数の受信アンテナを用いて電波を受信し、
   前記複数の受信アンテナが受信した各電波を合成する電力合成ステップを、さらに行い、
   前記検波ステップは、前記電力合成ステップで合成した電波を検波し、合成後の電波を電圧レベルに変換すること
   を特徴とする侵入者検知方法。

Images