JP2009281981A - 人体検出装置、および、それを用いた人体検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】焦電型赤外線センサを用いた人体検出装置において、屋外で使用する際にも、太陽光や風などによる熱的影響や植物の揺らぎや小動物によって誤検知をしないような、安価で取扱いの容易なものにする。
【解決手段】人体検出装置において、検知領域の大きさの異なる複数の焦電型赤外線センサを用いて、複数の焦電型赤外線センサのなかから赤外線センサ選択条件によって、例えば、太陽光センサーにより測定されたそのときの環境条件にしたがって、熱的外乱の影響の少ない最適な焦電型赤外線センサを選択する。また、熱的外乱と人体であるか否かを、選択した焦電型赤外線センサの一定時間内の検知回数を人体検出条件によって判定する。さらに、焦電型赤外線センサの一定時間内の検知回数として、不審者判定条件を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、人体検出装置に係り、特に、焦電型赤外線センサにより、人体を検出する機構を有する装置に用いて好適な人体検出装置に関する。

近年、空調や照明などの機器制御やセキュリティを目的とした赤外線センサの利用が増えている。赤外線センサは、熱型と量子型に大別されるが、熱型のなかでも焦電型は低コストなため、特に多く利用されている。

この焦電型赤外線センサは、検知領域の赤外線の変化量によって熱物体を検知するセンサである。そのため、人体の検出を目的にしている場合においても、検出領域周辺で熱的変動があれば誤検知してしまう可能性が高い。特に屋外では、太陽光や風などによる熱的外乱の影響を受けやすい。また、植物が風によって揺らぐことで赤外線センサの検知領域を遮ることや、犬や虫などの小動物が検知領域を遮ることもある。したがって、誤検知率を低減することが焦電型赤外線センサを用いた人体検出装置を提供するときの課題となっている。

従来技術に係る焦電型赤外線センサには、焦電素子を複数並べてそれぞれに異なる極性を与え、焦電素子の検知範囲を光学レンズによって投影することより、検知可能な範囲と距離を構成しているものがある。この従来の焦電型赤外線センサは、検知範囲全体に及ぶような熱変動があった場合には、焦電素子の出力電圧は各素子の極性によって相殺するため、結果的に検知しないようになされている。

赤外線センサを用いて誤検知を低減する特許文献として、特許文献１に、赤外線検知装置が出力する赤外線出力に応じて、予め設定されたパルスカウント時間やパルスカウント数を自動的に変更設定できるようにして、風や太陽光の影響による誤検知を低減する方法が開示されている。また、特許文献２には、赤外線センサと超音波センサを併用して誤検知を防止する装置が開示されている。

特開平８−１７９０５０号公報 特開２００５−２１４９４６号公報

上記特許文献は、いずれも赤外線センサーを用いた検知装置において、特殊な機構を付加することにより、誤検知を防ぐためようにしている。

しかしながら、特に人体の動きを想定しにくい屋外で使用する場合には、人体検出装置は熱的外乱がある環境下においても人体を精度良く検知し、なるべく検知領域の広い手段を備えた安価な装置が必要である。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、屋外で使用する際にも、太陽光や風などによる熱的影響や植物の揺らぎや小動物によって誤検知をしないような、安価で取扱いの容易な人体検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の人体検出装置では、検知領域の大きさの異なる複数の焦電型赤外線センサを用いて、複数の焦電型赤外線センサのなかから赤外線センサ選択条件によって、そのときの環境条件にしたがって、熱的外乱の影響の少ない最適な焦電型赤外線センサを選択する。また、熱的外乱と人体であるか否かを、選択した焦電型赤外線センサの一定時間内の検知回数を人体検出条件によって判定する。

本発明によれば、屋外で使用する際にも、太陽光や風などによる熱的影響や植物の揺らぎや小動物によって誤検知をしないような、安価で取扱いの容易な人体検出装置を提供することができる。

以下、本発明に係る各実施形態を、図１ないし図５を用いて説明する。

〔実施形態１〕
先ず、本発明に係る第一の実施形態の人体検出装置の構成について説明する。
図１は、本発明に係る第一の実施形態の人体検出装置の構成図である。

本実施形態に係る人体検出装置０は、図１に示されるように、焦電型赤外線センサ１、測定部３、制御部４、通信部５、電源部６、クロック７、記憶部８、太陽光センサー９により構成されている。

焦電型赤外線センサ１は、物体の発生する赤外線を受光し、それを熱に変え、その熱を素子の焦電効果で電荷に変えるセンサーである。焦電型赤外線センサ１には、プラスとマイナスの極性をそれぞれ与えた複数の焦電素子で構成されている。焦電素子の数によって例えば、デュアルタイプ、クワッドタイプと呼称するものがある。また、焦電素子を４個以上用いて構成したものでもよい。

焦電型赤外線センサ１には、フレネルレンズ２が焦電型赤外線センサ１の受光部に付属しており、焦電型赤外線センサ１の検知領域を複数の方向に投影し、検知距離と検知範囲すなわちセンサとしての検知領域を決定している。このように焦電型赤外線センサの焦電素子数とフレネルレンズの形状によって、容易にセンサの検知領域を決定することができる。検知領域のタイプとしては、例えば、数十センチの微動を検知可能なものや、検知角度が２０度以下のスポットタイプのものや、検知距離が数十ｍに及ぶものなどがある。検知領域ｐはプラスの極性を持ち、検知領域ｍはマイナスの極性を持っている。

測定部３は、外部の環境に関する条件を測定する部分であり、例えば、太陽光センサー、温度センサーである。

制御部４は、各部からの信号を受け、動作の条件に関する演算をおこない各部に指示を与えるプロセッサである。制御部４の特に重要な処理は、焦電型赤外線センサ１からの出力として信号を受け、人体の検出の判定をおこなうことである。

通信部５は、ネットワークに接続するためのインタフェースを司る部分である。通信部５は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格準拠の無線通信機器やシリアル通信機器などがある。この人体検出装置０は、通信部５により接続されたネットワークにより、必要な情報を取り込み、人体の検出結果をネットワークを介して出力することができる。通信部６からネットワークに出力される情報によって、例えば、無線中継器や警報機などへ送信され、セキュリティや機器制御に用いることができる。

記憶部８は、不揮発性または揮発性の半導体メモリであり、制御部４を実行させるためのプログラムと、各種の動作条件に関するデータ、一時的なデータが記憶される。各種の動作条件に関するデータとしては、焦電型赤外線センサ１の赤外線センサ選択条件、人体検出条件、誤検知判定条件などがある。各種の動作条件に関するデータは、通信部によって受信するようにしてもよいし、個々の人体検出装置０に入力して設定してもよい。

クロック７は、人体検出装置０の各部が、動作するときに、同期を取るための周期的な信号を生成する。通常は、水晶振動子を利用した発振回路が用いられる。

電源６は、人体検出装置０の各部に対して電力を供給する部分である。家庭用の交流電源を直流電源に変換する回路であってもよいし、電池によるものであってもよい。

次に、図２および図３を用いて焦電型赤外線センサの切替えについて説明する。
図２は、焦電型赤外線センサを切替えている様子を説明する図である。
図３は、各々のセンサの検知領域を説明する図である。

本実施形態では、人体検出装置０が二つの焦電型赤外線センサ１ａ、１ｂを持っている場合を例にとって説明する。なお、図２では、人体検出装置０の各部は説明に必要なもののみ図示し、他は省略している。

制御部５は、人体検出装置０の周囲の環境条件に従って、焦電型赤外線センサ１ａおよび焦電型赤外線センサ１ｂのいずれかを選択し、切替える機能を有する。

図１の（ａ）に示されるのは、焦電型赤外線センサ１ａが選択されている状態であり、図１の（ｂ）に示されるのは、焦電型赤外線センサ１ｂが選択されている状態である。

ここで、焦電型赤外線センサ１ａは、プラスの極性を持った検知領域ｐａと、マイナスの極性を持った検知領域ｍａを有している。また、焦電型赤外線センサ１ｂは、プラスの極性を持った検知領域ｐｂと、マイナスの極性を持った検知領域ｍｂを有している。

焦電型赤外線センサ１ａは、センサーの正面から見ると、図３（ａ）に示されるようになり、焦電型赤外線センサ１ｂは、図３（ｂ）に示されるようなって、焦電型赤外線センサ１ａの方が、焦電型赤外線センサ１ｂより広くなっている。焦電型赤外線センサ１ａ、焦電型赤外線センサ１ｂの検知領域は、各々受光部に備えるフレネルレンズ３ａ、３ｂにより形成される。

次に、図４を用いて本発明の第一の実施形態に係る人体検出装置０の動作について説明する。

図４は、人体検出装置０の動作を示すフローチャートである。

先ず、通信部６によって外部から赤外線センサ選択条件と人体検出条件を受信し、制御部５を介して、記録部８に記録する（Ｓ１）。

次に、 制御部５によって、記録部８に記録されている赤外線センサ選択条件に基づき焦電型赤外線センサ１ａか赤外線センサ１ｂのいずれかを選択する（Ｓ２）。

焦電型赤外線センサ１と焦電型赤外線センサ７のいずれかを選択する目的は、検出範囲の異なるセンサを選択することによって、熱的外乱の影響が多い場合は、検知範囲の狭い焦電型赤外線センサを選択することを選択の基本方針とする。例えば、太陽光が差し込み木々などの植物が存在する屋外において、本実施形態の人体検出装置を用いて路地の監視をおこなう場合、昼間は、太陽光の影響によってバックグランドとなる地面と影となる部分の温度差は大きくなる。このとき、風によって木々などの植物が揺らぎ焦電型赤外線センサ１の検知領域を遮ると、焦電型赤外線センサ１は検知してしまう。したがって、このような場合には、制御部５によって、検知領域が狭い方の焦電型赤外線センサ１ｂを選択する。焦電型赤外線センサ１ｂは、検知領域が狭いため木々が風によって揺らいでも検知領域を遮ることはない。少なくとも焦電型赤外線センサ１ｂの検知領域には、木々などの影響がないようにする。

本実施形態では、２種類の検知領域のセンサを選択するものとしたが、２種類以上であってもよく、人体検出装置の設置場所に合わせて焦電型赤外線センサやフレネルレンズを選択することが可能である。

上記の基本方針に従い、本実施形態では、検知領域の狭い焦電型赤外線センサ１ａは、昼間に選択し、検知領域の広い焦電型赤外線センサ１ａは、昼間以外に選択する。太陽光の影響のない夜間は、センサの検知領域が広く木々などがわずかにあっても熱的外乱によって誤検知することは少ないと考えられるためである。この選択は、昼間時間帯を決めておき、焦電型赤外線センサの選択をしてもよいし、図１に示した測定部３により太陽光や気温を検知して、それを制御部４に伝えることにより焦電型赤外線センサの選択をするようにしてもよい。

また、熱的外乱、風などの場合に、人体検出装置０が反応する場合のパターンを誤検知判定条件として設けておき、この誤検知判定条件が一定時間繰返し、起こる場合には、検知領域の狭い焦電型赤外線センサを選択するようにしてもよい。

そして、制御部５によって一定時間内の検知回数をカウントする（Ｓ３）。Ｓ２のステップで、検知範囲の異なるセンサのいずれかを選択することによって、熱的外乱を考慮した適切な焦電型赤外線センサを選択したが、このＳ３のステップにおいては、熱的外乱であるか人体であるか否かを判定するために、焦電型赤外線センサの一定時間内の検知回数をカウントし、そのカウント数を利用する。例えば、人体がセンサの検知領域を通過する場合においては、ある一定秒間に２回カウントするものとする。このように何回カウントされた場合には、人体が検出されたものとする条件は、人体検出条件として、外部のネットワークから通知されることにしてもよいし、予め人体検出装置０に設定するようにしてもよい。

また、不審者は対象物付近でうろつくため、単なる通過者と不審者ではカウント数に違いが生じる。そのため、人体検出装置０を、ドア付近や盗難対象物を監視する目的で使用し、不審者を判別したい場合は、ある一定秒間に５回カウントするなど、人体検出条件のバリエーションとして、不審者検出条件を設けて、それを記憶部８に記憶し、不審者検出に利用してもよい。

次に、制御部５は、Ｓ３のステップにより得た一定時間内の検知回数から人体であるか否かを判定する（Ｓ４）。また、人体検出条件の内容としては、人体を検出した場合に、その人物が不審者であるかを判定する。

そして、通信部６によって人体検出の判定結果を外部に通知する（Ｓ５）。

上記以外にも、センサ選択条件と人体判定条件を組み合わせて、熱的外乱と人体を判定することも可能である。例えば、人体判定条件よりも少ない検知回数の条件として、赤外線センサ選択条件を設けておき、一定時間の検知回数が、人体判定条件における人体であると判定する回数には満たないが、センサ選択条件より多い場合には、検知範囲の狭いセンサを選択するものとする。これによって、センサの検知がなくなるならば熱的外乱であると判定する。

〔実施形態２〕
以下、本発明に係る第二の実施形態を、図５を用いて説明する。
本実施形態では、第一の実施形態に係る人体検出装置を用いた人体検出システムについて説明する。
図５は、人体検出装置を用いた人体検出システムの構成図である。

本実施形態の人体検出装置を用いた人体検出システムは、一つの親機１００と、複数の人体検出装置ノード１１０が、メッシュ型の無線ネットワークで接続された構成である。

この無線ネットワークは、例えば、物理層と、ＭＡＣ層にＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いたＺｉｇＢｅｅ（ＺｉｇＢｅｅは、登録商標）を用いることができる。

親機１００は、システムに一台存在し、例えば、ＺｉｇＢｅｅの通信インタフェースを有するパーソナルコンピュータであり、システムの設定条件を保持しておりこれを各ノードに配布したり、各人体検出装置ノード１１０の検出結果を受信し表示する機器であり、ＺｉｇＢｅｅの規格では、ＺＣ（ZigBee Coordinator）にあたる機器である。

親機１００は、ＣＰＵ１０１、記憶部１０２、通信部１０３、記憶装置インタフェース１０４、表示装置インタフェース１０５からなる。

ＣＰＵ１０１は、各部を制御するプロセッサであり、必要なプログラムを実行する。

記憶部１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラムと、一時的なデータを保持する。

記憶装置インタフェース１０４は、外部記憶装置２００を接続するインタフェースである。

表示装置インタフェース１０５は、表示装置３００を接続するインタフェースである。

外部記憶装置２００は、大容量の記憶容量を持つ装置であり、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）である。また、外部記憶装置２００は、不揮発メモリなどの半導体メモリで構成してもよい。

表示装置３００は、情報を表示する装置であり、例えば、ＬＣＤ（liquid Crystal Display）である。

通信部１０３は、アンテナ１０６を介して人体検出装置ノード１１０と無線通信するためのインタフェースである。

外部記憶装置２００には、赤外線センサ選択条件２０、人体検出条件２１、誤検知判定条件２２が保持されている。これは、各ノードに共通であってもよいし、各ノード毎に異なった値を用いてもよい。

また、外部記憶装置２００には、移動経路判定プログラム３０が保持されている。移動経路解析プログラム３０は、各人体検出装置ノード１１０からの情報により、人体が検出された人物の移動経路を解析するプログラムである。

人体検出装置ノード１１０は、第一の実施形態で説明した人体検出装置０で構成されるネットワークのノードであり、ＺｉｇＢｅｅの規格では、ＺＲ（ZigBee Router）にあたる機器である。

図５では、一部省略されているが、人体検出装置ノード１１０も第一の実施形態の人体検出装置０と同様の構成要素を有し、検出領域の広い焦電型赤外線センサ１１１ａと、検出領域の狭い焦電型赤外線センサ１１１ｂを切替える機能を有する。

また、通信部１１３は、アンテナ１１４を介して、親機１００および他の人体検出装置ノード１１０と無線通信することが可能である。

本実施形態では、各人体検出装置ノード１１０では、人体を検出した情報を、（ノード番号、人体検出した時刻）というデータ構造により、メッシュネットワークのデータ中継機能をいかして、親機１００に送信する。親機１００は、これを受信すると、記憶部１０２か記憶装置２００に記憶する。

親機１００は、記憶された各人体検出装置ノード１１０の情報に基づき、ＣＰＵ１０１が、移動経路解析プログラム３０を実行することより、これらの人体検出装置ノード１１０を集約・解析して、検出された人体の移動経路を特定する。このとき、表示装置３００に表示される地図上に経路を実線または点線などにより表示してもよい。

このように、人体検出装置をある敷地に複数個配置した場合には、各人体検出装置の人体の判定情報から、人体が通過した順路などを特定することができる。これは、例えば、果樹園、施設などのセキュリティ管理に用いて好適である。

さらに、複数個の人体検出装置ノード１１０が、人体の移動速度では通常起こりえない複数個の人体検出装置から人体検知と判定した情報が通信された場合には、これは風の影響や大規模の熱的外乱が生じたと判別することができる。

本発明に係る第一の実施形態の人体検出装置の構成図である。 焦電型赤外線センサを切替えている様子を説明する図である。 各々のセンサの検知領域を説明する図である。 人体検出装置０の動作を示すフローチャートである。 人体検出装置を用いた人体検出システムの構成図である。

符号の説明

０…人体検出装置
１…焦電型赤外線センサ
２…フレネルレンズ
３…測定部
４…制御部
５…通信部
６…電源部
７…クロック
８…記憶部
ｐａ…焦電型赤外線センサ１ａの極性がプラスの検知領域
ｍａ…焦電型赤外線センサ１ａの極性がマイナスの検知領域
ｐｂ…焦電型赤外線センサ１ｂの極性がプラスの検知領域
ｍｂ…焦電型赤外線センサ１ｂの極性がマイナスの検知領域。

Claims (7)

1. 複数の検知領域の大きさの異なる焦電型赤外線センサと、
   前記焦電型赤外線センサを選択するための赤外線センサ選択条件と、前記焦電型赤外線センサから出力から人体を検出したと判定するための人体検出条件とを保持する記憶部と、
   前記赤外線センサ選択条件に基づき、前記複数の焦電型赤外線センサを選択して、選択した焦電型赤外線センサから出力を受け取り、前記焦電型赤外線センサの出力から、前記人体検出条件に基づき、人体検出の結果の情報を出力する制御部と、
   前記人体検出の結果の情報を、外部に通信する通信部とを備えたことを特徴とする人体検出装置。
2. さらに、測定部を有し、
   前記測定部は、太陽光センサーであって、
   前記測定部によって測定された太陽光が多いときには、前記制御部は、検知領域が小さい焦電型赤外線センサを選択し、
   前記測定部によって測定された太陽光が少ないときには、前記制御部は、検知領域が大きい焦電型赤外線センサを選択することを特徴とする請求項１記載の人体検出装置。
3. 前記記憶部は、誤検知判定条件を有し、
   前記焦電型赤外線センサの出力が、前記誤検知判定条件に一定時間合致する場合には、前記制御部は、前記制御部は、検知領域が小さい焦電型赤外線センサを選択することを特徴とする請求項１記載の人体検出装置。
4. 前記人体検出条件が、前記焦電型赤外線センサから出力される前記焦電型赤外線センサの一定時間の検知回数であることを特徴とする請求項１記載の人体検出装置。
5. 前記人体検出条件が定める前記焦電型赤外線センサの一定時間の検知回数とは、異なった検知回数が定められた不審者検出条件を、前記記憶部に保持することを特徴とする請求項５記載の人体検出装置。
6. 前記通信部が、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格に準拠して動作することを特徴とする請求項１記載の人体検出装置。
7. 一つの親機と、
   複数の人体検出装置ノードとからなり、
   前記親機と前記人体検出装置ノード、前記複数の人体検出装置ノード間は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格により通信し、
   前記人体検出装置ノードは、
   複数の検知領域の大きさの異なる焦電型赤外線センサと、
   前記焦電型赤外線センサを選択するための赤外線センサ選択条件と、前記焦電型赤外線センサから出力から人体を検出したと判定するための人体検出条件とを保持する記憶部と、
   前記赤外線センサ選択条件に基づき、前記複数の焦電型赤外線センサを選択して、選択した焦電型赤外線センサから出力を受け取り、前記焦電型赤外線センサの出力から、前記人体検出条件に基づき、人体検出の結果の情報を出力する制御部と、
   前記親機または前記他の人体検出装置ノードと通信し、前記人体検出の結果の情報を、外部に通信する通信部とを備えた人体検出装置であって、
   前記親機は、
   処理を実行し、各部を制御するＣＰＵと、
   プログラムとデータを保持する記憶部と、
   表示装置を接続する表示インタフェースと、
   外部記憶装置を接続する記憶装置インタフェースと、
   前記人体検出装置ノードと通信する通信部とを備え、
   前記外部記憶装置は、
   赤外センサ選択条件と、
   人体検出条件と、
   移動経路解析プログラムとを保持し、
   前記親機は、前記赤外線センサ選択条件と、前記人体検出条件とを各人体検出装置ノードに送信し、受信した各人体検出装置ノードは、受信した人体検出条件とを各人体検出装置ノードを自らの記憶部に保持し、
   前記人体検出装置ノードは、前記人体検出の結果の情報を、ノードを識別する情報と人体検出した時刻のぺアとして、他の人体検出装置ノードを介して、または、直接、前記親機に送信し、
   前記親機は、前記人体検出装置ノードから前記人体検出の結果の情報を受信して、前記記憶部に保持し、
   前記制御部は、前記移動経路解析プログラムを実行して、前記記憶部に保持された複数の人体検出装置ノードの前記人体検出の結果の情報から、検出された人体の人物の移動経路を算出して、前記表示装置に表示することを特徴とする人体検出システム。

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