JP2012522241A - 自動存在検出のためのセンサのエネルギ効率の良いカスケード接続 - Google Patents

Abstract

本発明は、所定の空間内の存在を検出するための方法及びシステムに関する。前記システムは、カスケード接続されるセンサｓ_１、ｓ_２、…、ｓ_ｎと、出力装置１と、制御ユニット２と、処理ユニット３とを有する。前記方法は、前記カスケード内の最初のセンサｓ_１を起動させるステップと、前記最初のセンサが存在を検出するまで待つステップとを有する。存在が検出される場合、前記カスケード内の次のセンサｓ_２、…、ｓ_ｎが起動され、前記次のセンサｓ_２、…、ｓ_ｎも存在を検出する場合、前記カスケード内の全てのセンサが起動されるまで、前記次のセンサを起動させるステップが繰り返される。前記次のセンサｓ_２、…、ｓ_ｎが存在を検出しない場合には、前記方法は、前記最初のセンサの前記待つステップに戻る前記カスケード内の最終センサｓ_ｎが存在を検出する場合、確認メッセージが前記出力装置１に送信される。

Description

本発明は、広くは、存在を検出するための方法及びシステムに関し、より詳しくは、高い検出精度を維持しながら、エネルギ消費を最小限にするカスケード接続センサのシステムに関する。

自動存在検出は、ビル制御、照明調節若しくは暖房制御、監視システム、盗難警報機、個人用安全システム又は駐車補助器具などの様々な目的のために利用可能である。

これらのアプリケーション全てにとって精度が重要であるけれども、様々な理由で、様々な面の精度が重要である。駐車補助器具の場合は、検出漏れ表示は、ユーザの車の損傷を招くかもしれないが、誤検出表示は、おそらく、ちょっとした迷惑にしかならない。逆に、個人用安全システムにおける誤検出表示は、人々を怖がらせることになり得る。監視システムにおける誤検出表示の繰り返しは、調査領域を調査するよう割り当てられた警備員に「オオカミ少年」効果を与え、将来の正しい表示が無視されることを招くかもしれない。暖房又は照明システムを起動させる誤検出表示は、電力消費を著しく増大させるであろう。大体の場合、これらの誤った表示には自然の原因があるが、時々、センサの機能が故意に改竄される。幾つかのアプリケーション、例えば、監視又は盗難警報機は、特に改竄を受けやすく、それ故、このようなアプリケーションにおいて用いられるセンサは不正操作するのが困難であることが望ましい。

様々な種類のセンサが、存在を検出するのに利用可能である。それらは、様々な物理的原理に基づき、様々な電源条件を持ち、精度の点で様々な強みを持つ。

存在を検出するための最も一般的な方法の１つは、赤外線検出器を用いることである。赤外線光のビームが、センサに対して放射され、センサは、いつビームが遮断されているかを、非常に正確に検出するであろう。このようなセンサは、多くの場合、例えば、店の入口、即ち、かなり狭く限定されている通路において用いられる。この種の赤外線センサをベースにしたシステムによる分散空間における存在の検出は、検出漏れ表示の問題の発生を防止するために多数のビームを必要とする。例えば、泥棒は、簡単に、ビームを遮断せずに、ビームの上又は下を、歩き回る。

それ故、この技術に基づく存在検出器は、実現するのが困難であり、非実用的であり、多数の放射される赤外線光ビームの電力需要のため、電力を消費する。更に、前記システムは、ビームを遮断するあらゆる物体を記録し、生命のない物体と人間を区別することができない。赤外線ビーム検出器は、人間の存在の検出器として用いられれば、高い誤検出表示率をもたらすであろう。

しかしながら、受動赤外線検出器（ＰＩＤ）は、全ての物体は、人間の目には見えないが、このような目的のために設計される電子装置によって検出され得る黒体放射線、実際には、赤外線を放射するという事実を用いる。ＰＩＤは、その視野において物体から放射される赤外線光を測定する。人間などの或る温度を持つ赤外線供給源が、壁などの別の温度を持つ赤外線供給源の前を通過する場合、明らかな運動が検出される。

この例における受動という用語は、ＰＩＤ装置は、赤外線ビームを放射せず、単に、入って来る赤外線を受動的に受け入れることを意味する。それ故、それは、上記の能動赤外線検出器と比べて電力消費が著しく少ない。しかしながら、ＰＩＤをベースにしたシステムは、場合によっては、その視野内で動くあらゆるものに基づいて表示をし、即ち、高い誤検出表示率を与えるであろう。通常、ＰＩＤは、いかなる精度でも人間と他の移動物体とを区別することができず、移動物体が、止まり、静止する場合には、ＰＩＤは、前記移動物体を見失い得る。最後に、連続的な明るい光は、ＰＩＤセンサを飽和状態にし、ＰＩＤセンサを、他の情報を記録することができない状態にし得る。この特徴は、それを、屋外の存在検出器として信頼できなくし、それを、相対的に不正操作しやすくする。

人間の存在を検出する他の方法は、超音波センサを含む。

超音波センサは、ソナーと同様の原理に従って動作し、予め送信された信号からのエコーを分析することによって、ターゲットの属性を評価する。信号の送信とエコーの受信との間の時間間隔が、計算され、次いで、物体までの距離及び物体の速度を決定するのに用いられる。超音波センサは、静止した物体の検出においてはあまり優れていない。更に、超音波センサをベースにしたシステムは、物体を覆う材料の表面形状、密度又は粘度が、物体を超音波センサでは見えなくするのに十分にエコーを小さくすることができるという事実のため、不正操作を受けやすいかもしれない。

より正確な存在検出は、例えばオーディオ又はビデオ分析などのより複雑な方法を必要とするであろう。ビデオ分析は、人間と物体との間の区別を可能にするだけでなく、個人間の区別、並びに個人の追跡、及び移動及び動作の検出も可能にする。ビデオカメラを用いる別の利点は、静止した個人が検出され得ることである。マイクが、部屋の中の音と、典型的な音響パターンを認識するよう仕込まれたアルゴリズムとを記録するオーディオ分析は、様々な動作を区別するのに用いられ得る。

オーディオ／ビデオシーン分析は、非常に複雑な処理である。堅牢さを達成するためには、アルゴリズムは、計算要求がきびしいはずである。チップ上でこのようなアルゴリズムを絶え間なく走らせるのに必要とされる平均電力消費量はかなりのものである。

上記の例を見て分かるように、高い精度は、一般に、高い電力消費量を伴う。従って、高い検出精度を達成しながら電力消費量を維持する存在検出システムのニーズがある。

従って、本発明は、好ましくは、添付の特許請求項に記載の方法及びシステムを供給することによって、上で確認した当該技術における不足及び不利な点の１つ以上を、単独で又は任意の組み合わせにおいて、軽減し、改善し、又は取り除き、少なくとも上記の問題を解決しようとする。

本発明で解決されるべき問題は、検出漏れ表示の数と誤検出表示の数との両方を減らすことにより高い精度を得ながら、全体として低い電力消費量を維持する方法及びシステムを作成することである。

本発明の或る態様によれば、前記問題は、様々な種類のセンサをカスケードに接続し、次いで、より単純なセンサが存在を示した場合に、より正確な、より電力を消費するセンサを徐々に起動させ、これらのセンサによって得られた情報を活用して、更により多くの電力を消費する分析が更に要求されるかどうかを決定し、それにより、前記存在検出システムの全体的な電力消費量を低いレベルに保つことによって、解決される。

本発明の別の態様は、より正確なセンサが起動されるときに、各中間センサを停止させることによって、前記全体的な電力消費量を更に減らすことである。

本発明の別の態様は、前のセンサが存在を検出してない場合であっても、前記カスケード内の最終センサをランダムに又は周期的に起動させることによって、検出漏れ表示の数を更に減らすことである。

本発明の別の態様は、検出後センサを起動させ、前記検出後センサによって集められる情報を収集し、収集された前記情報を処理し、動作メッセージを出力装置に送信することによって、検出した物体又は人の動作分析を可能にすることである。

請求項において規定されるような本発明は、以下の図面を参照してよりよく理解され得る。図面内の構成要素は、必ずしも互いに対して縮尺通りではなく、その代わりに、本発明の原理を明らかに図示する強調がされている。

存在検出システムの概略的な図面である。 本発明の方法を図示するフローチャートである。 本発明の他の実施例を図示するフローチャートである。 本発明の別の実施例を図示するフローチャートである。

以下に記載される本発明は、存在検出に適用でき、より詳しくは、高い検出精度を維持しながら、電力消費量を最小限にするカスケード接続センサのシステムに適用できる。

当業者が本発明を実施することができるように、以下で、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施例をより詳細に記載する。しかしながら、本発明は、多様な形で実施されるかもしれず、ここに記載されている実施例に限定されるように解釈されるべきではない。もっと正確に言えば、これらの実施例は、この開示が完全且つ徹底的になるように与えられており、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるであろう。実施例は、本発明を限定せず、本発明は、添付の特許請求項によってしか限定されない。更に、添付の図面において図示されている特定の実施例の詳細な説明において用いられている用語は、本発明の限定となるよう意図されていない。

図１に配置されているようなシステムは、４つのセンサｓ_１、ｓ_２、ｓ_３、ｓ_４を有する。更に、システムは、出力装置１と、制御ユニット２と、処理装置３とを有する。

システムの第１の好ましい実施例においては、３つのセンサｓ_１、ｓ_２、ｓ_３が、カスケードに接続され、制御ユニット２が、センサの各々に接続される。

第１センサｓ_１は、運動を検出するための受動赤外線検出器（ＰＩＤ）を有する。ＰＩＤ ｓ_１は、検出した物体までの距離を検出することはできず、その感知範囲内のどこかで動作があることだけを検出することができる。ＰＩＤ ｓ_１は常に作動されるが、ＰＩＤ ｓ_１は、最初に赤外線光を放射することなしに動作することから、このことは、全体的な電力消費量をほんの少ししか上げない。ＰＩＤ ｓ_１は、時々、例えば入射日光により、誤検出表示をし得る。低い電力消費量は、ＰＩＤ ｓ_１の相対的に低い精度も埋め合わせる。

第２センサｓ_２は超音波センサを有する。前記超音波センサは、第１センサｓ_１が制御ユニット２に存在を知らせ、制御ユニット２が超音波センサｓ_２に起動するよう命令を与えるまで、停止したままである。超音波センサｓ_２は、ＰＩＤ ｓ_１よりわずかに多くの電力を消費するが、代わりに、より正確な存在検出を供給する。例えば、超音波センサは、入射日光に影響されない。これは、この態様の前のセンサの弱点が補償されることを意味する。超音波センサｓ_２が存在を検出しない場合には、制御ユニット２は、超音波センサｓ_２を再び停止させる。

超音波センサｓ_２がＰＩＤ ｓ_１の検出を支持し、検出した物体が所定の距離内にある場合には、制御ユニット２は、ビデオカメラを有する第３センサｓ_３に起動するように命令し、同時に、超音波センサｓ_２に停止するように命令する。ビデオ信号は、処理ユニット３に含まれる処理手段を用いて分析され、移動物体が人間であることが確認される場合には、制御ユニット２は、出力装置１に確認メッセージを送信する。前記出力装置１は、コンピュータ画面、音響警笛、又は別のシステム、例えば、ビル制御システム、又は照明、暖房若しくはメディアシステムを起動させるよう設計された起動装置であり得る。

別の実施例においては、ビデオカメラｓ_３は、確認メッセージが送信された後も、検出後情報を収集し続け、処理ユニット３は、情報を処理し続けて、どのタイプの動作が続いているのかを演繹する。次いで、動作メッセージが出力装置１に送信される。最近、リアルタイムで、画像と前記画像の奥行きとの両方を同時に取得することができるセンサが開発された。飛行時間カメラ（ＴＯＦ）は、このようなセンサであり、これは、既知の周波数で脈動する多数の赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）で現場を照明し、赤外線光を検出できるカメラで、照明した現場をとらえる。ＬＥＤによって放射された信号と、カメラによって全ての画素においてとらえられた信号との光学相関が与えられれば、センサによってとらえられた現場のカメラからの距離を計算することが可能である。

構造化光走査は同様の結果をもたらす。既知のパターンの光が物体上に投影され、同時に、前記物体がビデオカメラによってとらえられる場合には、既知の空間分布を用いることによって取得画像の奥行きを得ることが可能である。これらの方法は、リアルタイム顔認識及び識別のために用いられ得る。これらのセンサの不利な点は、またしても、大きな電力消費量である。

更に別の実施例においては、マイクを有するオーディオセンサｓ_ｎ＋１が、検出後の使用のためにシステムに接続される。オーディオセンサｓ_ｎ＋１は、制御ユニット２が確認メッセージを送信するときに起動され、処理ユニット３における複合オーディオ／ビデオ分析によって、検出した人について、例えば、前記人の動作のタイプ、特性及び身元などの付加的な情報が得られ得る。

更に別の実施例においては、制御ユニット２は、超音波センサを有する第２センサｓ_２が、予め存在を検出していなくても、断続的に、ビデオカメラを有する第３センサｓ_３に、起動するように命令する。これは、推定上誰もいない所定の空間に本当に誰もいないことを確認するためである。このタイプの反復起動は、周期的に又はランダムになされ得る。これは、前のセンサの、例えば静止した物体を検出する能力の制限又は他の誤った表示を減らし、一般に、動作不良又は不正操作などの他のエラーの源の影響も減らす。この実施例の他のバージョンにおいては、センサ（ｓ_２、…ｓ_ｎ）の中の別のセンサが反復的に起動される。

これらの実施例全てに共通しているのは、システムに含まれるセンサは、電力消費量に従って配置されるべきであるということである。従って、本明細書が、ＰＩＤが第１センサであり、超音波センサが第２センサであると記載していても、センサの今後の進歩に依存して、将来においては、逆になり得ることを理解されたい。しかしながら、個々のセンサの強み及び弱みにも注意が払われるべきである。２種類のセンサが、カスケードの或るレベルに合う電力消費量を持つ場合には、カスケードに含まれる他のセンサの弱みを補償する又は強みを補うことができるセンサが選ばれるべきである。多数のセンサの使用と、それらが配設されるカスケードの特定の構成とのこの組み合わせにより、正しい検出の数が最大化されることができ、電力消費量が最小限にされる。

本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの任意の組み合わせを含む任意の適切な形態で実施され得る。本発明の実施例の素子及び構成要素は、物理的に、機能的に及び論理的に、任意の適切な方法で実施され得る。実際、機能は、単一のユニットで実施されてもよく、複数のユニットで実施されてもよく、又は他の機能ユニットの一部として実施されてもよい。従って、本発明は、単一のユニットで実施されてもよく、又は様々なユニット及びプロセッサの間で物理的に及び機能的に分散されてもよい。

図２は、本発明による方法の第１実施例を図示するフローチャートである。最初のステップ１００においては、図１に図示されている制御ユニット２が、第１センサｓ_１を起動させる。その後、制御ユニット２は、ステップ１０２において、第１センサｓ_１が存在を検出するのを待つ。存在が検出される場合、制御ユニット２は、ステップ１０４において、第２センサｓ_２を起動させる。第１センサｓ_１が、存在を検出しない場合、制御ユニット２は、第１センサｓ_１が存在を検出するまで待ち続けるであろう。その後、ステップ１０６において、制御ユニット２は、所定の時間、第２センサｓ_２が存在を検出するのを待つ。第２センサｓ_２が適切な走査をするのに十分に長いような所定の時間が設定される。その所定の時間内に第２センサｓ_２によって検出がされない場合、制御ユニット２は、ステップ１０２に戻る。

しかしながら、第２センサｓ_２が、第１センサｓ_１の検出を確認する場合、制御ユニット２は、ステップ１０８において第３センサｓ_３を起動させるであろう。ステップ１１０においては、制御ユニット２は、第３センサｓ_３が適切な走査をするまで所定の時間待つ。その所定の時間内に検出がされない場合、制御ユニット２は、ステップ１０２に戻る。しかしながら、第３センサｓ_３が検出をした場合、制御ユニット２は、ステップ１１２において、出力装置１に確認メッセージを送信する。確認メッセージは、ディスプレイ上のメッセージ、音声メッセージ、又はシステムのユーザに検出を確信させる何らかの他の手段であり得る。

図３は、本発明による方法の第２実施例を図示するフローチャートである。第２実施例は、図２に関連して記載されているものにほぼ対応する。従って、ステップ１２０乃至１３２は、図１におけるステップ１００乃至１１２と同一であり、それ故、再度は記載しない。しかしながら、第２実施例は、図２に図示されている方法と平行して走るステップ１３４も含む。第１実施例においては、前のセンサが存在を検出した場合にだけ、次のセンサが起動される。別の方法として、センサは、ステップ１３４において、断続的にも又はランダムにも、起動され得る。これは、第１又は第２センサが、正常に動作せず、誤った表示をする、又は不正に変更されている場合に有利であろう。なぜなら、前のセンサが存在を検出していない場合であっても、何らかの所定の頻度で、又はランダムに、第３センサｓ_３が起動されるからである。

図４は、同様に、図２に示されている実施例にほぼ対応する方法の実施例を、図３に示されている追加のステップと一緒に示している。図２及び３のステップと同じである図４のステップは、再度は記載しない。図４による方法は、確認メッセージが送信された後に始動される２つの付加的なステップ１５６及び１５８を含む。ステップ１５６においては、制御ユニット２は、前のセンサによって検出された物体についての情報を集める検出後センサを起動させる。従って、前記検出後センサは、存在を検出するためのシステムが設置されている空間内で続いている動作についての情報を集める。ステップ１５８においては、この動作の報告が、適切な出力装置に送信される。

断続的なステップ１５４のない図２に示されている方法に、直接、ステップ１５６及び１５８を付加することも可能であることは理解されたい。

上では、本発明は、特定の実施例に関して記載されているが、本発明は、ここに記載されている特定の形態に限定されるよう意図されてはいない。もっと正確に言えば、本発明は、添付の請求項によってしか限定されず、上記の特定の実施例以外の実施例も、同様に、これらの添付の請求項の範囲内にあり得る。例として、本発明はまた、完全なシステムとして展開されてもよく、又は１つ以上のモジュールとして展開されてもよい。

請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップの存在を除外しない。更に、複数の手段、素子又は方法ステップは、別々に挙げられていても、例えば単一のユニット又はプロセッサによって実施され得る。更に、個々の特徴が、異なる請求項に含まれているかもしれないが、これらは、おそらく、有利に組み合わされ得る。異なる請求項に含まれていることは、特徴の組み合わせが、実行可能ではなく、且つ／又は有利ではないことを意味しない。更に、単一の参照符号は、複数性を除外しない。単数形表記、「第１」、「第２」などの用語は、複数性を除外しない。請求項における参照符号は、単に、理解しやすくする例として示されているだけであり、如何なる形であれ本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. カスケード接続されるセンサを有するシステムを用いて、所定の空間内の存在を検出するための方法であって、
   前記カスケード内の最初のセンサを起動させるステップａ）と、
   前記最初のセンサが存在を検出するまで待つステップｂ）と、
   存在が検出される場合、前記カスケード内の次のセンサを起動させるステップｃ）と、
   前記次のセンサが存在を検出する場合、前記カスケード内の全てのセンサが起動されるまでステップｃ）を繰り返し、又は前記次のセンサが存在を検出しない場合、ステップｂ）に戻るステップｄ）と、
   前記カスケード内の最終センサが存在を検出するのに応じて確認メッセージを出力装置に送信するステップｅ）とを有する方法。
2. 同時には、前記カスケード内の中間センサのうちの１つしか作動中ではない請求項１に記載の存在を検出するための方法。
3. 前のセンサが存在を検出していない場合であっても、前記カスケード内の他のセンサをランダムに又は周期的に起動させるステップを更に含む請求項１に記載の存在を検出するための方法。
4. 前記他のセンサが前記最終センサである請求項３に記載の存在を検出するための方法。
5. 前記確認メッセージの送信が、前記最終センサによって集められる情報を収集するステップを始動させる請求項１に記載の存在を検出するための方法。
6. 前記確認メッセージの送信が、検出後センサを起動させるステップと、前記検出後センサによって集められる情報を収集するステップとを始動させる請求項１に記載の存在を検出するための方法。
7. 前記確認メッセージの送信が、収集された前記情報を処理するステップと、動作メッセージを前記出力装置に送信するステップとを始動させる請求項６に記載の存在を検出するための方法。
8. 少なくとも３つのカスケード接続されるセンサと、前記センサを、前のセンサが存在を検出するときに、前記カスケード内の次のセンサが起動されるように、制御するための制御ユニットと、最終センサが存在を検出するのに応じてメッセージを送信するよう構成される出力装置とを有する、所定の空間内の存在を検出するためのシステムであって、前記センサが、前記カスケードにおいて、前記センサの各々の電力消費量に従って、並べられるシステム。
9. 前記システムが、カスケード接続される検出後センサと、前記最終センサ及び／又は前記検出後センサによって集められる情報の収集及び分析を実施し、それに応じて動作メッセージを前記出力装置に送信するよう構成される処理ユニットとを有することを更に特徴とする請求項８に記載の所定の空間内の存在を検出するためのシステム。
10. 前記カスケード内の前記センサのうちの少なくとも１つが、赤外線センサである請求項８に記載の所定の空間内の存在を検出するためのシステム。
11. 前記カスケード内の前記センサのうちの少なくとも１つが、超音波ソナーである請求項８に記載の所定の空間内の存在を検出するためのシステム。
12. 前記カスケード内の前記センサのうちの少なくとも１つが、ビデオカメラである請求項８に記載の所定の空間内の存在を検出するためのシステム。
13. 前記検出後センサがマイクを有する請求項９に記載の所定の空間内の存在を検出するためのシステム。
14. 前記センサの少なくとも１つによって集められるオーディオ又はビデオ情報を処理するためのオーディオ又はビデオ処理装置を持つ処理ユニットを更に有する請求項８に記載の所定の空間内の存在を検出するためのシステム。

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