JP2011080663A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】障害物の有無を検知する撮像装置を設けた空気調和機であって、空調すべき領域を複数の障害物位置判別領域に分割し、撮像装置は、分割された各障害物位置判別領域における障害物の有無判定を、空調すべき領域の周囲に存在する壁とは区別して行う。
【選択図】図27
Description
また、このようにして認識した室内機の設置位置及び室内の形態に応じて、風向変更羽根と室内ファンを制御することで、空調制御を効率的に行っている(例えば、特許文献1 参照)。
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、空調すべき領域の周囲に存在する壁とは区別して障害物の位置を正確に認識することにより気流制御の幅を広げ、快適な空調空間を実現することができる空気調和機を提供することを目的としている。
一般家庭で使用される空気調和機は、通常冷媒配管で互いに接続された室外機と室内機とで構成されており、図1乃至図4は、本発明に係る空気調和機の室内機を示している。
図1に示されるように、前面パネル4の上部には、撮像センサユニット24が撮像装置として取り付けられており、撮像センサユニット24は、図3及び図4に示されるように、センサホルダ36に保持されている。
撮像センサユニット24による人位置推定を行うために、公知の技術である差分法を利用する。これは、人物が存在しない画像である背景画像と、撮像センサユニット24が撮像した画像の差分処理を行ない、差分が生じている領域には、人物が存在していると推定するものである。
ットによって撮像された連続した3フレームの画像を示した模式図である。図7(b)は図7(a)の次のフレームの画像を、図7(c)は図7(b)の次のフレームの画像を示している。また、図8(a)〜(c)は、図7の画像を利用して、フレーム間差分処理を行なった、フレーム間差分画像を示している。白い画素は差分が存在しない画素、黒い画素105は差分が生じている画素を示している。ここで、視野内で移動している物体は人物のみであるとすると、フレーム間差分画像において、差分が生じない領域には、人物が存在していないと考えられる。そこで、フレーム間差分が生じない領域においては、背景画像を現在のフレームの画像と置き換える。この処理をすることで、背景画像を自動的に作成することができる。図9(a)〜(c)は、それぞれ図7(a)〜(c)の各フレームにおける背景画像の更新を模式的に示した図である。斜線で示した領域106は、背景画像を更新した領域、黒領域107はまだ背景画像が作成されていない領域、白領域108は背景画像が更新されなかった領域を示している。つまり、図9の黒領域107と白領域108の合計領域が、図8の黒色領域と等しくなる。図に示したとおり、人物が動いている場合、黒領域107が徐々に小さくなり、自動的に背景画像が作成されていることがわかる。
を通るある直線上に存在することがわかる。
、人のいる時間が短い第2の領域(人が単に通過する領域、滞在時間の短い領域等の通過領域)と、人のいる時間が非常に短い第3の領域(壁、窓等人が殆ど行かない非生活領域)とに判別する。以下、第1の領域、第2の領域、第3の領域をそれぞれ、生活区分I、生活区分II、生活区分IIIといい、生活区分I、生活区分II、生活区分IIIはそれぞれ、領域特性Iの領域、領域特性IIの領域、領域特性IIIの領域ということもできる。また、生活区分I(領域特性I)、生活区分II(領域特性II)を併せて生活領域(人が生活する領域)とし、これに対し、生活区分III(領域特性III)を非生活領域(人が生活しない領域)とし、人の在否の頻度により生活の領域を大きく分類してもよい。
区分Iと判別された領域では、生活区分IIと判別された領域より短い時間間隔で人の存在が推定されるのに対し、その領域から人がいなくなった場合には、生活区分IIと判別された領域より長い時間間隔で人の不存在を推定することにより、在推定に要する時間を短く、不在推定に要する時間は長く設定されることになる。逆に、生活区分IIIと判別された領域では、生活区分IIと判別された領域より長い時間間隔で人の存在が推定されるのに対し、その領域から人がいなくなった場合には、生活区分IIと判別された領域より短い時間間隔で人の不存在を推定することにより、在推定に要する時間を長く、不在推定に要する時間は短く設定されることになる。さらに、上述したように長期累積結果によりそれぞれの領域の生活区分は変わり、それに応じて、在推定に要する時間や不在推定に要する時間も可変設定されることになる。
B. Triggs, “Histograms of Oriented Gradients for Human Detection”, In Proc. IEEE Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition, Vol.1, pp.886−893, 2005.)。HOG特徴量は、局所領域内におけるエッジ方向ごとのエッジ強度に着目した特徴量であり、この特徴量をSVM(Support Vector Machine)などにより学習・識別を行なうことにより、フレーム画像から人物領域を検出するようにしてもかまわない。
前述の撮像センサユニット24を利用して、障害物検出を行なう、この障害物検知手段について説明する。なお、本明細書で使用する「障害物」という用語は、室内機の吹出口10から吹き出され居住者に快適空間を提供するための空気の流れを妨げる物全般を指しており、例えばテーブルやソファー等の家具、テレビ、オーディオ等の居住者以外の物を総称したものである。
領域B:ポジションB1+B2
領域C:ポジションC1+C2
領域D:ポジションD1+D2
領域E:ポジションE1+E2
領域F:ポジションF1+F2
領域G:ポジションG1+G2
なお、図23の領域分割は、ポジションの領域数を人位置判別領域の領域数より多く設定しており、人位置判別領域の各々に少なくとも二つのポジションが属し、これら少なくとも二つの障害物位置判別領域を室内機から見て左右に配置しているが、各人位置判別領域に少なくとも一つのポジションが属するように領域分割して、空調制御を行うこともできる。
上述したように、本発明に係る空気調和機は、人体検知手段により領域A〜Gにおける人の在否を検知するとともに、障害物検知手段によりポジションA1〜G2における障害物の有無を検知し、人体検知手段の検知信号(検知結果)と障害物検知手段の検知信号(検知結果)に基づいて、風向変更手段である上下羽根12及び左右羽根14を駆動制御することにより、快適空間を提供するようにしている。
定する手法である。図24は、ステレオ法による障害物検出を説明するための模式図である。図において、撮像センサユニット24及び26を利用して、障害物である点Pまでの距離を計測している。また、fは焦点距離、Bは二つの撮像センサユニット24及び26の焦点間の距離、u1は撮像センサユニット24の画像上での障害物のu座標、また、u1の撮像センサユニット26の画像上での対応点のu座標をu2、Xは撮像センサユニットから点Pまでの距離を示している。また、2つの撮像センサユニット24及び26の画像中心位置は等しいとする。このとき、撮像センサユニットから点Pまでの距離Xは、次式より求められる。
素で視差を測定することで距離測定(障害物の位置検知)を行なう。
すると、位置Pは次の式で表される。
4.50mで部屋の壁を越えた位置(部屋の外側の位置)となり、全く意味を持たない距離番号であり、黒色で示している。
番号を除いて、残り4つの距離番号の平均値を取り、距離番号を確定するようにしたが、各画素で決定する距離番号は8つに限られるものではなく、平均値を取る距離番号も4つに限られるものではない。
上記障害物の存否判定に基づき、風向変更手段としての上下羽根12及び左右羽根14は、暖房時次のように制御される。
ブロックR:領域B,E
ブロックC:領域C,F
ブロックL:領域D,G
また、領域A〜Gは次のフィールドにそれぞれ属している。
フィールド2:領域B,D
フィールド3:領域C
フィールド4:領域E,G
フィールド5:領域F
さらに、室内機からの距離については次のように定義している。
中距離:領域B,C,D
遠距離:領域E,F,G
表7は、左右羽根14を構成する5枚の左羽根と5枚の右羽根の各ポジションにおける目標設定角度を示しており、数字(角度)に付した記号は、図28に示されるように、左羽根あるいは右羽根が内側に向く場合をプラス(+、表7では無記号)の方向、外側に向く場合をマイナス(−)の方向と定義している。
・高すぎる温度:例えば、56℃以上
・居住者に風を当てない風向制御:居住空間に風を送らないように、上下羽根12を角度制御して、風が天井に沿うように流れる風向制御
・最大風量位置の風向制御:空気調和機は、上下羽根12及び左右羽根14により気流
を曲げると必ず抵抗(損失)が発生することから、最大風量位置とは損失が限りなく0に近くなる風向制御(左右羽根14の場合、まっすぐ正面を向いた位置であり、上下羽根12の場合、水平から35度下を向いた位置)
表8は、障害物回避制御を行う場合の上下羽根12の各フィールドにおける目標設定角度を示している。なお、表8における上羽根の角度(γ1)及び下羽根の角度(γ2)は垂直線から上方向に測定した角度(仰角)である。
A.上下羽根制御
(1)領域B〜Gのいずれかに人がいて、人がいる領域の前方のポジションA1〜A3に障害物がある場合
上下羽根12の設定角度を通常のフィールド風向制御(表8)に対し表11のように補正し、上下羽根12を上向き設定した気流制御を行う。
通常自動風向制御を行う。
B.左右羽根制御
B1.領域A(近距離)に人がいる場合
(1)領域Aにおいて障害物のないポジションが一つの場合
障害物のないポジションの目標設定角度を中心として左右にスイング動作させ第1の気流制御を行う。例えば、ポジションA1,A3に障害物があり、ポジションA2に障害物がない場合、ポジションA2の目標設定角度を中心として左右にスイング動作させ、基本的には障害物のないポジションA2を空調するが、ポジションA1,A3に人がいないとは限らないので、スイング動作を加えることで、ポジションA1,A3に多少でも気流が振り分けられるようにする。
及び補正角度(スイング動作時の揺動角)は決定されるので、左羽根及び右羽根は共に10度を中心に、それぞれ±10度の角度範囲で止まることなく揺動(スイング)し続ける。ただし、左羽根と右羽根を左右に振るタイミングは同一に設定されており、左羽根と右羽根の揺動動作は連動している。
障害物のない二つのポジションの目標設定角度を両端としてスイング動作させ第1の気流制御を行うことで、基本的に障害物のないポジションを空調する。
障害物のない二つのポジションの目標設定角度を両端としてブロック停留稼動させ第2の気流制御を行う。
どこを狙っていいのか不明なので、ブロックNをブロック停留稼動させ第2の気流制御を行う。領域全体を狙うよりもブロック停留稼動の方が指向性のある風向となって遠くに届きやすく、障害物を回避できる可能性が高いからである。すなわち、領域Aに障害物が点在している場合でも、障害物と障害物との間には通常隙間があり、この障害物間の隙間を通して送風することができる。
領域Aの通常自動風向制御を行う。
(1)人がいる領域に属する二つのポジションの一方にのみ障害物がある場合
障害物のないポジションの目標設定角度を中心として左右にスイング動作させ第1の気流制御を行う。例えば、領域Dに人がいて、ポジションD2にのみ障害物がある場合、ポジションD1の目標設定角度を中心として左右にスイング動作させる。
人がいる領域を含むブロックをブロック停留稼動させ第2の気流制御を行う。例えば、領域Dに人がいて、ポジションD1,D2の両方に障害物がある場合、ブロックLをブロック停留稼動させる。
人がいる領域の通常自動風向制御を行う。
(1)人がいる領域の前方の中距離領域に属する二つのポジションの一方にのみ障害物がある場合(例:領域Eに人がいて、ポジションB2に障害物があり、ポジションB1に障害物がない)
(1.1)障害物があるポジションの両隣に障害物がない場合(例:ポジションB1,C1に障害物がない)
(1.1.1)障害物があるポジションの後方に障害物がない場合(例:ポジションE2に障害物がない)
障害物があるポジションを中心としてポジション停留稼動させ第2の気流制御を行う。例えば、領域Eに人がいて、ポジションB2に障害物があり、その両側にも後方にも障害物がない場合、ポジションB2にある障害物を横から避けて領域Eに気流を送り込
むことができる。
中距離領域で障害物がないポジションの目標設定角度を中心としてスイング動作させ第1の気流制御を行う。例えば、領域Eに人がいて、ポジションB2に障害物があり、その両側には障害物がないが、その後方に障害物がある場合、障害物がないポジションB1から気流を送り込むほうが有利である。
障害物がないポジションの目標設定角度を中心としてスイング動作させ第1の気流制御を行う。例えば、領域Fに人がいて、ポジションC2に障害物があり、ポジションC2の両隣のうちポジションD1に障害物があり、C1に障害物がない場合、障害物がないポジションC1からポジションC2の障害物を避けて気流を領域Fに送ることができる。
人がいる領域を含むブロックをブロック停留稼動させ第2の気流制御を行う。例えば、領域Fに人がいて、ポジションC1,C2の両方に障害物がある場合、ブロックCをブロック停留稼動させる。この場合、人の前方に障害物があり、障害物を避けようがないので、ブロックCに隣接するブロックに障害物があるかどうかに関係なく、ブロック停留稼動を行う。
(3.1)人がいる領域に属する二つのポジションの一方のポジションにのみ障害物がある場合
障害物がない他方のポジションの目標設定角度を中心としてスイング動作させ第1の気流制御を行う。例えば、領域Fに人がいて、ポジションC1,C2,F1に障害物がなく、ポジションF2に障害物がある場合、人がいる領域Fの前方は開放されているので、遠距離の障害物を考慮して障害物のない遠距離のポジションF1を中心に空調する。
人がいる領域を含むブロックをブロック停留稼動させ第2の気流制御を行う。例えば、領域Gに人がいて、ポジションD1,D2に障害物がなく、ポジションG1,G2の両方に障害物がある場合、人がいる領域Gの前方は開放されているが、この領域全体に障害物があり、どこを狙っていいのか不明なので、ブロックLをブロック停留稼動させる。
人がいる領域の通常自動風向制御を行う。
人と壁が同一領域に存在する場合、人は必ず壁よりも前に位置して壁に近接していることになり、暖房時においては、壁近傍に温風が滞留しやすく、壁近傍の室温が他の部分の室温に比べて高くなる傾向にあることから、人壁近接制御を行うようにしている。
正面:[66,15]〜[90,15]、[66,21]〜[90,21]、[66,27]〜[90,27]
右端:[138,15]、[142,15]、[138,21]、[142,21]、[138,27]、[142,27]
室内機から正面壁WC、左壁WL、右壁WRまでの距離番号決定に際し、表13に示されるように、まず上記各画素で壁面データを抽出する。
A.人が近距離領域あるいは中距離領域にいる場合
近距離領域及び中距離領域は、室内機から近い位置にあり、領域面積も小さいので、室温が上昇する度合いが高くなることから、リモコンで設定された設定温度を第1の所定温度(例えば、2℃)だけ低目に設定する。
B.人が遠距離領域にいる場合
遠距離領域は、室内機から遠い位置にあり、領域面積も大きいので、室温が上昇する度合いは近距離領域あるいは中距離領域より低いことから、リモコンで設定された設定温度を第1の所定温度より少ない第2の所定温度(例えば、1℃)だけ低目に設定する。
また、壁と障害物では、撮像センサユニットが検知する際の仰角が異なることから、壁検知時と障害物検知時とで、撮像センサユニットでの検知順番が異なるように制御することで壁と障害物を効率良く正確に検知することができる。
一方、障害物検知時には、遠距離に相当する仰角75度〜65度の範囲では、水平方向及び垂直方向をともに5度刻みで次の順番で距離測定を行う。
画素[10,1]→画素[21,1]→画素[21,2]→画素[10,2]→画素[10,3]→画素[21,3]→2回目の遠距離計測終了
画素[22,1]→画素[32,1]→画素[32,2]→画素[2 2,2]→画素[22,3]→画素[32,3]→最後の遠距離計測終了
また、中距離に相当する仰角70度〜55度の範囲では、水平方向及び垂直方向をともに5度刻みで次の順番で距離測定を行う。
画素[10,2]→画素[21,2]→画素[21,3]→画素[1 0,3]→画素[10,4]→画素[21,4]→画素[21,5]→画素[10,5]→2回目の中距離計測終了
画素[22,2]→画素[32,2]→画素[32,3]→画素[2 2,3]→画素[22,4]→画素[32,4]→画素[32,5]→画素[22,5]→最後の中距離計測終了
さらに、近距離に相当する仰角60度〜20度の範囲では、水平方向及び垂直方向をともに10度刻みで次の順番で距離測定を行う。
画素[10,4]→画素[21,4]→画素[21,6]→画素[1 0,6]→画素[10,8]→画素[21,8]→画素[21,10]→画素[10,10]→画素[10,12]→画素[21,12]→2回目の近距離計測終了
画素[22,4]→画素[32,4]→画素[32,6]→画素[22,6]→画素[22,8]→画素[32,8]→画素[32,10]→画素[22,10]→画素[22
,12]→画素[32,12]→最後の近距離計測終了
すなわち、遠距離に対応する各画素(仰角α:75度〜65度)及び中距離に対応する各画素(仰角α:70度〜55度)では垂直方向を5度刻みに走査する一方、近距離に対応する各画素(仰角α:60度〜20度)では垂直方向を10度刻みに走査することにより、各領域における検知セル数が略等しくなり、壁と障害物の分離検知を効率よく行うことができる。
、異なるステップのみ以下説明する。
て推定した画像上での人物の高さv2と、実際の差分画像から求めた人物の高さv3を比較することで、撮像センサユニット24と人物の間に障害物が存在するかどうかを推定する。図38、図39は、この処理を説明するための模式図である。図38は、図35と同様のシーンを示しており、撮像センサユニット24と人物の間に障害物が存在しないシーンを示した模式図である。一方、図39は障害物が存在するシーンを示した模式図である。図38において、撮像センサユニットと人物の間に障害物が存在しない場合、撮像センサユニット24から人物までの距離情報を利用して推定した画像上での人物の高さv2と、実際の差分画像から求めた人物123の高さv3はほぼ等しくなる。一方、図39において、撮像センサユニット24と人物の間に障害物が存在する場合、人物の一部が遮蔽されてしまい、遮蔽された領域は差分が存在しなくなる。ここで、空調空間内の遮蔽物は、ほとんどのものが床に置かれていることに着目すると、人物の下部領域が遮蔽されると考えられる。このことは、人物領域の最も画像上部のv座標であるv1を利用して人物までの距離を求めた場合、もし、撮像センサユニット24と人物の間に障害物が存在したとしても、距離は正確に求まることを示している。一方、もし、撮像センサユニット24と人物の間に障害物が存在する場合、実際の差分画像から求めた人物125の高さv3は、撮像センサユニット24と人物までの距離情報を利用して推定した画像上での人物の高さv2に比べ、小さくなると推測される。そのため、ステップS205において、v3がv2に比べ十分に小さいと判断された場合、ステップS206に移行し、撮像センサユニットと人物の間に障害物があると判断する。この際、撮像センサユニットと障害物との距離は、最も上部のv座標v1から求めた撮像センサユニットから人物までの距離に等しいとする。
熱交換器、 8 室内ファン、 10 吹出口、 12 上下羽根、 14 左右羽根、 16 フィルタ、 18,20 前面パネル用アーム、 24,26 撮像センサユニット、 28 投光部。
Claims (2)
- 室内機に、障害物の有無を検知する撮像装置を設けた空気調和機であって、
空調すべき領域を複数の障害物位置判別領域に分割し、前記撮像装置は、各障害物位置判別領域における障害物の有無判定を、空調すべき領域の周囲に存在する壁とは区別して行うようにしたことを特徴とする空気調和機。 - 前記複数の障害物位置判別領域のうち、正面の壁手前に相当する障害物位置判別領域は、前記撮像装置による障害物検知から除外されることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
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