JP2012037408A - Infrared-ray human body detector - Google Patents
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本発明は、2次元に配置された赤外線検出素子を具備し、空間の温度検出を行って発熱物体を検出し、検出発熱体の位置情報、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、背景温度を出力。さらに、その発熱物体が人であるかその他の発熱体であるか判断し、人であると判断した場合、その発熱体が人であると示す情報、位置座標、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、発熱体周辺の背景温度を出力する赤外線人体検出装置に関するものである。 The present invention includes two-dimensionally arranged infrared detection elements, detects a heating object by detecting the temperature of the space, and detects position information, size, average temperature, maximum temperature, minimum temperature, background of the detection heating element Output temperature. Furthermore, it is determined whether the heating object is a person or another heating element, and if it is determined that the heating element is a person, information indicating that the heating element is a person, position coordinates, size, average temperature, maximum temperature The present invention relates to an infrared human body detection device that outputs a minimum temperature and a background temperature around a heating element.
従来の人体検出装置は2次元状に配置された複数のサーモパイル素子で空間の各領域の温度を計測し、異なった計測時間での差分温度より人の存在を検出する人体検出装置が従来技術として知られている(特許文献1参照)。 A conventional human body detection device is a human body detection device that measures the temperature of each region of a space with a plurality of thermopile elements arranged in a two-dimensional manner, and detects the presence of a person based on a difference temperature at different measurement times. It is known (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1で示される従来の人体検出装置では検出エリア内にテレビ等の電源を入れてから発熱を始める発熱体が存在した場合、テレビ等の温度上昇とともに時間軸での差分温度が発生してしまい、テレビ等を人体と誤検出してしまう問題がある。誤検出を長時間続けないために、長時間熱源のダイナミックな移動が無い場合人体検知情報はキャンセルされてしまい長時間のデスクワークをしている人体は検出できなくなってしまい無人の部屋となってしまう。
However, in the conventional human body detection device disclosed in
本発明に係る人体検出装置は、2次元に配置された赤外線検出素子を用いて繰り返し空間及び背景より放射される赤外線を検出し、赤外線量を温度換算することで空間の温度分布を計測し、その背景温度と異なる温度をもつ発熱体が空間に存在した場合、その発熱体の重心をもとめ、重心の位置座標を記録、マッピング処理を行っていき、検出した発熱体の重心座標を中心とする設定エリア内に記録された重心座標の数が設定値を超えたとき、その重心座標は人が長時間活動する場所であるとし、そこで検出した発熱体は人であると判断し、発熱体の位置座標、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、熱源周辺の背景温度を出力するものである。 The human body detection device according to the present invention repeatedly detects infrared rays emitted from the space and the background using infrared detection elements arranged in two dimensions, measures the temperature distribution of the space by converting the amount of infrared rays into temperature, If a heating element with a temperature different from the background temperature exists in the space, the center of gravity of the heating element is obtained, the position coordinates of the center of gravity are recorded, mapping processing is performed, and the center of gravity coordinates of the detected heating element are centered. When the number of barycentric coordinates recorded in the setting area exceeds the set value, the barycentric coordinates are assumed to be a place where a person is active for a long time, and the heating element detected there is determined to be a person. It outputs position coordinates, size, average temperature, maximum temperature, minimum temperature, and background temperature around the heat source.
本発明によれば、人体検出空間内に存在し温度変動する発熱体に惑わされることなく人体位置を検出することができ、且つ、人体の位置座標、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、熱源周辺の背景温度を得ることで、人体の活動状況、静止している人体であれば時系列での人体表面温度の変化と背景温度の変化により、人体が置かれている環境が快適な環境であるのか、不快な環境であるのか、または、快適な環境に移行しているのか、不快な環境に移行しているのか判断する情報を得ることができる。 According to the present invention, the human body position can be detected without being confused by the heating element that exists in the human body detection space and fluctuates in temperature, and the position coordinates, size, average temperature, maximum temperature, and minimum temperature of the human body are detected. By obtaining the background temperature around the heat source, the environment in which the human body is placed is comfortable due to the activity status of the human body, the change of the human body surface temperature in time series and the change of the background temperature if the human body is stationary It is possible to obtain information for determining whether the environment is an unpleasant environment, a transition to a comfortable environment, or a transition to an unpleasant environment.
図1は本発明の実施の形態を示す赤外線人体検出装置の説明図である。2次元赤外線検出素子100が16×16、計256個の赤外線検出素子の場合を例にとり示す。2次元赤外線検出装置は検出空間を縦16、横16の256空間に分割し、分割された検出空間から放出される赤外線を個々の赤外線検出素子で検出する。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an infrared human body detection device showing an embodiment of the present invention. The case where the two-dimensional
まず、CPU102は2次元赤外線検出素子のマトリクススイッチを切り替え、個々の赤外線検出素子からの出力信号を信号処理回路101に出力する。信号処理回路101はこの赤外線検出素子からの信号を増幅、A/D変換を行いCPU102にデジタルデータとして出力する。CPU102は得られたデータを温度換算式に基づき温度データに変換後、記憶部1、103に順次記憶していく。記憶部1、103へは16×16=256個を2次元配列データとして図2で示すように記憶していく。
First, the
CPU102は検出空間全体256個のデータの記憶部1,103への記憶が終了すると記憶部1,103の温度データのヒストグラムを求める。図2で示す例の場合、分布が最大となる温度25℃を背景温度とする。
CPU102は得られた背景温度を用い、熱源を検出するための閾値温度を変換テーブルまたは計算式より求め、記憶部1,103のデータと比較演算、2値化、ラベリング処理を行い記憶部2、104にラベリング処理結果を記憶する(図3参照)。同時に各熱源の重心座標も計算する。図3の例では左上の熱源の重心座標が(a5,b3)、右下の熱源の重心座標が(a11,b10)と求まる。この時の各ラベルNOの数が抽出した熱源の大きさとなる。
The
The
次にCPU102は各熱源の重心座標と同じ記憶部3、105の座標に重心座標の軌跡のマッピング処理として(a5、b3)、(a11、b10)に1を書き込む(図4参照)。
Next, the
次にCPU102は重心(a5,b3)の周辺(a3,b1)から(a7,b5)の範囲に、また、(a11,b10)の周辺(a9,b6)から(a13,b12)の範囲に過去に記録した重心が何ポイントあるか数える。図4の場合各熱源とも1ポイントであり、人体検出の閾値数が10ポイント以上と設定されていれば、2つの熱源は人体と認識されない。まだ、その熱源が人体かどうかはわかっていないので、赤外線人体検知装置は、人体ではないというマーク信号を送出後、熱源の重心座標、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、背景温度を出力する。
Next, the
本発明の赤外線人体検出装置は以上の処理を繰り返し行い、上記処理を繰り返す過程で動きのある熱源、すなわち人体であれば記憶部3、105にマッピングされた重心の軌跡は少しずつ拡大していき、動きの無い熱源は熱の揺らぎで重心の軌跡が多少拡大はするが熱源の範囲を超え大きく拡大することは無い。この時、記憶部3、105に記憶した重心の周辺を調べる範囲及び人体と判断する重心の数は、赤外線検出素子の数および人体検出を目的とする用途、検出範囲によってあらかじめ決定されている。
The infrared human body detection apparatus of the present invention repeats the above processing, and in the process of repeating the above processing, the moving heat source, that is, the locus of the center of gravity mapped to the
処理を繰り返す過程で図5のような2つの熱源を抽出した場合、重心座標(a5,b3)、(a10,b10)を得ることができ、この座標の軌跡は図6で示す記憶部3、105に重ね書きされると同時に、その周辺の重心の軌跡の数がカウントされる。重心座標(a5,b3)を持つ熱源のカウント数は2であり、あらかじめ設定された10より少ないため、この場所は人が活動する場所ではなく、検出された熱源は人体と認識しない。重心座標(a5,b3)で抽出した熱源は、人体ではないとのマーク信号を送出後、重心座標データ(a5,b3)、大きさ9、平均温度30℃、最大温度30℃、最小温度30℃、背景温度25℃を出力する。
重心座標(a10,b10)を持つ熱源は周辺の重心の軌跡の数のカウント数が10となりこの場所は人が活動する場所であり、この場所で検出された熱源は人体と判定し、CPU102は接続された外部機器に対し人体であるとのマーク信号を送出後、重心座標データ(a10,b10)、熱源の大きさ9、熱源内の平均温度30℃、最高温度30℃、最低温度30度、背景温度25℃を出力する。
本発明による赤外線人体検出装置は座標(a5,b3)に存在する熱源の温度が変化しても重心座標は大きく変化しないため人の活動場所ではないと判断され、長時間この場所で検出する熱源を人体と間違って検出することは無い。
When two heat sources as shown in FIG. 5 are extracted in the process of repeating the process, the center-of-gravity coordinates (a5, b3) and (a10, b10) can be obtained. The locus of these coordinates is stored in the
The heat source having the center-of-gravity coordinates (a10, b10) has a count of the number of trajectories of the surrounding center of gravity, and this place is a place where people are active. The heat source detected at this place is determined to be a human body, After sending a mark signal indicating that it is a human body to the connected external device, the center of gravity coordinate data (a10, b10), the size of the
The infrared human body detection device according to the present invention is determined not to be a place of human activity because the center of gravity coordinates do not change greatly even if the temperature of the heat source existing at the coordinates (a5, b3) changes, and the heat source detected at this place for a long time. Is not mistakenly detected as a human body.
本発明の赤外線人体検出装置を空気調和装置のセンサとして利用した場合、検出した背景温度情報より人体にとって快適な温度環境であるかどうかの判断を行い、たとえば背景温度が30℃以上である不快な環境であれば最短で快適な環境温度となるように最大出力で空調をおこない。人体ではない熱源の位置、大きさ、温度、そして、人体の位置の抽出、人体の表面温度の分布の状態、人体周辺の背景温度を時順次得ることで、過剰に人体周辺の温度を下げたりすることなく、いち早く快適で省エネルギーな運転状態へ移行することが可能となる。
また、本発明の赤外線検出装置の2次元に配列された赤外線検出素子の画素数を増やせば、より細かな人体の重心座標の変化追跡が可能となり、一定の座標間を移動するような動きと、時間帯とで、就寝状態の人体であると判断でき、検出面積の変動、重心位置の変動を追跡することで人体の寝返り等の動きが検出でき、レム睡眠状態であるか、ノンレム睡眠状態であるかの判定を行うことができると共に、空気調和装置の室温コントロールの結果が快適な眠りを提供できているかの判定も行うことが可能となる。
When the infrared human body detection device of the present invention is used as a sensor of an air conditioner, it is determined whether the temperature environment is comfortable for the human body from the detected background temperature information. For example, the background temperature is unpleasant at 30 ° C. or more. Air conditioning is performed at maximum output so that the environment temperature is the shortest and comfortable in the environment. By extracting the position, size, and temperature of the heat source that is not the human body, the position of the human body, the distribution of the surface temperature of the human body, and the background temperature around the human body, the temperature around the human body can be excessively lowered. This makes it possible to quickly shift to a comfortable and energy-saving driving state.
In addition, if the number of pixels of the infrared detection elements arranged in two dimensions of the infrared detection device of the present invention is increased, it becomes possible to track changes in the center of gravity of the human body more finely, and to move between certain coordinates. It is possible to determine that the human body is in a sleeping state, and by detecting changes in the detection area and fluctuations in the position of the center of gravity, it is possible to detect movements such as turning the human body, and whether it is a REM sleep state or a non-REM sleep state. It is possible to determine whether the result of the room temperature control of the air conditioner can provide a comfortable sleep.
100 2次元に配列された赤外線検出素子。
101 赤外線検出素子からの信号を増幅しA/D変換を行いデータとして出力する信号処理回路部。
102 赤外線検出素子100、信号処理回路部をコントロールし、各種演算処理をおこなう制御部。
103 赤外線検出素子からの信号を温度データに変換し記憶する記憶部1。
104 記憶部1に記憶された温度データを2値化、ラベリング処理した結果を記憶する記憶部2。
105 記憶部2に記憶したデータの重心を計算し、重心の軌跡データとしてマッピング情報を記憶する記憶部3。
100 Infrared detectors arranged in two dimensions.
101 A signal processing circuit unit that amplifies a signal from an infrared detection element, performs A / D conversion, and outputs the result as data.
102 A control unit that controls the
103 A
104 A
105 A
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