JP2013004312A

JP2013004312A - 照明制御システム

Info

Publication number: JP2013004312A
Application number: JP2011134410A
Authority: JP
Inventors: Junro Nanahara; 淳郎七原; Shinji Matsuda; 真二松田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】最適な照明環境を実現可能な照明制御システムを提供する。
【解決手段】照明制御システムＳは、複数の照明器具１と、これらの照明器具１を個別に調光制御するための照明制御端末２とを備える。各照明器具１はそれぞれ固有のアドレスを有しており、調光信号とともに照明制御端末２から伝送されるアドレスが自己のアドレスに一致する場合のみ調光制御される。照明制御端末２は撮像素子を有しており、全ての照明器具１の照明範囲が含まれるように撮像範囲が設定される。また照明制御端末２は、撮像画像における各照明器具１の照明領域を自動的に認識する照明領域認識モードを有しており、各照明器具１の照明領域が自動的に認識される。そして照明制御端末２は、何れかの照明領域において入室者４が検出されると、対応する照明器具１を所定の調光レベルで点灯させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明制御システムに関するものである。

従来より、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの画像センサによる人検知技術、明るさ検知技術を応用した照明制御システムが提供されている（例えば特許文献１参照）。この照明制御システムは、明るさ検出センサとしてのＴＶカメラと、ＰＣ端末等からなる演算制御装置と、演算制御装置に入力された画像データに基づいて出力される調光信号により光源の光出力が自動制御される複数の照明器具とで構成される。

この照明制御システムでは、ＴＶカメラを用いて被照明空間を撮像するとともに撮像した画像を複数のエリアに分割し、各分割エリア毎に人の有無を検出して照明制御を行っている。

特開２００２−２８９３７７号公報（段落［００３４］−段落［００３８］、及び、第１図−第３図）

上述の特許文献１に示した照明制御システムは、各分割エリア毎に人の有無を検出して照明制御を行うものではあるが、各分割エリアと各照明器具の照明範囲との間に関連性が無いため、必ずしも最適な照明環境を実現できるものではなかった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、最適な照明環境を実現可能な照明制御システムを提供することにある。

本発明の照明制御システムは、固有のアドレスを有し、外部からの調光信号に従って個別に調光制御が可能な複数の照明器具と、複数の照明器具の照明範囲が含まれるように撮像範囲が設定された撮像素子を有し、撮像素子による撮像画像に基づいて人の有無を検出し、人を検出した場合には当該人の位置に応じて対応する照明器具を調光制御する照明制御端末とを備え、照明制御端末は、外部からのトリガ信号により設定される照明領域認識モードを有し、照明領域認識モードに設定されると、複数の照明器具全てを同じ動作状態にして基準画像を取得した後、複数の照明器具を１台ずつ異なる動作状態にして比較画像を取得し、比較画像を基準画像と比較することで各照明器具の照明領域を認識することを特徴とする。ここに、上記の動作状態には照明器具を消灯させた状態と、照明器具を所定の調光レベルで点灯させた状態が含まれる。

この照明制御システムにおいて、照明制御端末は、複数の照明器具の照明範囲が重複する照明領域に対しては当該複数の照明器具を対応させるのが好ましい。

最適な照明環境を実現可能な照明制御システムを提供することができるという効果がある。

本実施形態の照明制御システムを示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はレイアウト図である。（ａ）は同上を構成する照明器具のブロック図、（ｂ）は同上を構成する照明制御端末のブロック図である。（ａ）〜（ｃ）は同上において用いられる差分画像を説明するための説明図である。同上において入室者の位置を検出する動作を説明するための説明図である。（ａ）〜（ｆ）は同上の照明領域認識モードを説明するための説明図である。（ａ）（ｂ）は同上の動作を説明するための説明図である。（ａ）（ｂ）は同上の動作を説明するための別の説明図である。

以下に、照明制御システムの実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。本実施形態の照明制御システムＳは、図１（ａ）（ｂ）に示すように天井５に設置され、照明制御端末２が備える画像センサ２１１（図２（ｂ）参照）の検知領域ｂ内に進入した入室者４を検出して照明器具１を自動的に点灯させるシステムである。

本実施形態の照明制御システムＳは、複数（図１（ｂ）では６台）の照明器具１と、通信線Ｌ１を介してこれらの照明器具１に接続される照明制御端末２とを備えている。なお、以下の説明において各照明器具１を区別する必要がある場合には、照明器具１Ａ〜１Ｆと表記して区別する。

図２（ａ）は各照明器具１のブロック図であり、各照明器具１は、調光信号生成部１１と、照明点灯部１２と、通信部１３と、記憶部１４と、光源１５とを主要な構成として備えている。

調光信号生成部１１は、例えばマイコンやＤＳＰなどのプロセッサからなり、通信部１３を介して受信した照明制御端末２からの通信信号に基づいて調光信号を生成する機能を有している。また調光信号生成部１１は、照明制御端末２からの通信信号に含まれるアドレスが予め自己に設定されたアドレスと一致するか否かを判別する機能も有している。

照明点灯部１２は、調光信号生成部１１で生成した調光信号に基づいて光源１５を調光点灯させる機能を有している。

通信部１３は、通信線Ｌ１を介して照明制御端末２の通信部２３との間で１対１の通信を行う機能を有している。なお、通信部１３は通信線Ｌ１を用いた有線通信に限定されるものではなく、各照明器具１と照明制御端末２とが１対１で通信できるようになっていれば電力線搬送通信や無線通信などであってもよい。

記憶部１４は、例えばＥＥＰＲＯＭやＦｌａｓｈＲｏｍなどの不揮発性デバイスからなり、この記憶部１４には各照明器具１にそれぞれ割り付けられた固有のアドレスが記憶されている。

光源１５は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）からなり、照明点灯部１２による調光制御によって点灯、消灯、又は調光レベルの調整が行われる。なお、光源１５を調光制御して所望の明るさで点灯させる方法については従来周知の技術であるので、詳細な説明については省略する。

図２（ｂ）は照明制御端末２のブロック図であり、この照明制御端末２は、センサ部２１と、通信信号生成部２２と、通信部２３と、記憶部２４とを主要な構成として備えている。

センサ部２１は、画像センサ２１１と、動き判断部２１２と、位置判断部２１３とで構成され、入室者４の有無を検出するとともに、検出した入室者４の画像中の位置を判別する機能を有している。

画像センサ２１１は、例えばＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどの撮像素子（図示せず）を具備しており、撮像素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、画像データ（撮像画像）に成形して動き判断部２１２に出力する。この画像センサ２１１は、照明制御システムＳが設置された室内全体が撮像領域として設定されており、動き判断部２１２からの要求に応じて撮像領域を撮像し、生成した画像データを動き判断部２１２に出力する。なお本実施形態の画像センサ２１１では、約３０分の１秒ごとに撮像領域を撮像し、その画像データを動き判断部２１２に出力している。

動き判断部２１２及び位置判断部２１３は、例えばＤＳＰなどのプロセッサからなり、動き判断部２１２では入室者４の動きを検出し、位置判断部２１３ではその動きのあった画像上での入室者４の位置を特定する。なお、動き判断部２１２及び位置判断部２１３の動作については後述する。

通信部２３は、通信線Ｌ１を介して各照明器具１の通信部１３との間で１対１の通信を行う機能を有している。なお、通信部２３についても通信線Ｌ１を用いた有線通信に限定されるものではなく、各照明器具１と照明制御端末２とが１対１で通信できるようになっていれば電力線搬送通信や無線通信などであってもよい。

記憶部２４は、例えばＥＥＰＲＯＭやＦｌａｓｈＲｏｍなどの不揮発性デバイスからなり、この記憶部２４には各照明器具１にそれぞれ割り付けられた固有のアドレスと、後述する撮像画像の照明領域ｄ１〜ｄ６（図５（ｆ）参照）とが対応する形で記憶されている。

通信信号生成部２２は、例えばマイコンやＤＳＰなどのプロセッサからなり、位置判断部２１３から送られてくる画像上の座標情報と、記憶部２４に記憶させた上記情報とから、この座標に対応付けられた照明器具１のアドレスを求める。また通信信号生成部２２は、照明器具１を調光制御するための制御信号と上記アドレスとを含む通信信号を生成し、通信部２３から各照明器具１に向けて送信させる。

一方、各照明器具１では、通信部１３を介して上記通信信号を受信すると、調光信号生成部１１が上記通信信号に含まれるアドレスと自己のアドレスとを比較し、上記両アドレスが一致する場合には上記通信信号に含まれる制御信号に基づいて調光信号を生成する。そして、調光信号生成部１１はこの調光信号を照明点灯部１２に出力し、照明点灯部１２はこの調光信号に応じた調光レベルで光源１５を点灯させる。また、上記両アドレスが一致しない場合には、調光信号生成部１１は上記通信信号を破棄する。

ここで図１（ｂ）は、照明制御システムＳを構成する照明器具１Ａ〜１Ｆ及び照明制御端末２のレイアウト図であり、照明制御端末２を中心として周りには６台の照明器具１Ａ〜１Ｆが一定の間隔を空けて配置されている。なお、図１（ｂ）中のｃは各照明器具１の照明範囲であり、本実施形態では非照明領域ができないように隣接する照明器具１，１の照明範囲ｃ，ｃを重複させている。また、図１（ｂ）では照明器具１Ａ〜１Ｃの照明領域ｃのみを図示しているが、実際には全ての照明器具１Ａ〜１Ｆに対して同様の照明領域ｃが設定される。

次に、照明制御端末２のセンサ部２１を構成する動き判断部２１２の動作を図３に基づいて説明する。動き判断部２１２には約３０分の１秒ごとに画像センサ２１１から画像データが送られてくるが、ある時点での画像データを背景画像を示す画像データとして記憶部（図示せず）に記憶させておき、画像センサ２１１から都度送られてくる画像データと比較することで室内への進入物を検出している。図３（ｂ）はある時点（入室者４が入室する前の時点）での背景画像を示す画像データであり、この画像データ中には机などに対応した画素群Ｐ１，Ｐ２が含まれている。また、図３（ａ）は画像センサ２１１から送られてきた現在の画像データであり、この画像データ中には机などに対応した画素群Ｐ１，Ｐ２と、入室者４に対応した画素群Ｐ３とが含まれている。そして、現在の画像データと背景画像を示す画像データの画素ごとの差分を２値化することで、現在の画像データと背景画像を示す画像データにおいて変化の無い画素（画素群Ｐ１，Ｐ２を含む）については輝度信号値は０となり、入室者４により変化のあった画素群Ｐ３については一定の輝度信号値を持つことになる。最後に、この画素群Ｐ３に含まれる画素数や画素群Ｐ３の大きさが予め設定された閾値を超えている場合には、動き判断部２１２は進入物が入室者４であると判断し、続けて後段の位置判断部２１３が入室者４の位置を判別する。

ここにおいて、背景画像を示す画像データを取得する方法として、現在の画像データを逐一背景画像として時系列で更新する方法や、入室者４が確実にいない環境での画像データをあるタイミングで取得しておき、この画像データを背景画像として常時使用する方法などがある。しかしながら、後者の画像データを背景画像とした場合には、入室者４以外の静止物が室内に入った場合でも検出するため、入室者４がいないにもかかわらず、照明器具１を継続して点灯させてしまう。したがって、時系列で背景画像を示す画像データを更新し、入室者４以外の静止物については背景化させるのが好ましい。

次に、照明制御端末２のセンサ部２１を構成する位置判断部２１３の動作を図４に基づいて説明する。動き判断部２１２により入室者４が検出されると、位置判断部２１３は動き判断部２１２からの差分画像に含まれる画素群Ｐ３の座標（ｘ，ｙ）を求め、記憶部（図示せず）に記憶させる。例えば画像センサ２１１による撮像画像がＶＧＡ画像である場合には、上記座標は（０，０）〜（６３９，４７９）のように画素に対応した値に定義付けることができる。なお、画素群Ｐ３の座標としては検出体（本例では入室者４）の中心座標を用いるのが好ましい。

図４に示す例では、入室者４が移動し始めた座標を（ｘ０，ｙ０）とすると、机３に向かって（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、…、（ｘｎ−１，ｙｎ−１）の順番に進んでいき、机３に到着したときの座標は（ｘｎ，ｙｎ）となる。ここに、動きが大きい場合には座標の変化率は大きく、動きが小さくなるほど座標の変化率は小さくなることから、予め設定された一定時間におけるフレーム（撮像画像）間の座標の変化率が一定値以下である場合には入室者４が静止していると判断し、この座標を位置座標として記憶する。

ところで、本実施形態の照明制御端末２には、撮像画像における各照明器具１Ａ〜１Ｆの照明領域を自動的に認識する照明領域認識モードが設けられている。なお、この照明領域認識モードは入室者４がなく、且つ、外光が入射しないようにして行うのが望ましく、例えば夜間に行うのがよい。以下、具体的に説明する。

照明制御端末２は、例えばタイマ（図示せず）から出力される信号をトリガ信号として照明領域認識モードに設定され、全ての照明器具１Ａ〜１Ｆを同じ動作状態に制御する。例えば照明制御端末２は、全ての照明器具１Ａ〜１Ｆに対して消灯信号を送信して消灯させ、このとき画像センサ２１１により撮像した画像（図５（ａ）参照）を基準画像として記憶部２４に一次的に記憶させる。

次に、照明制御端末２は各照明器具１Ａ〜１Ｆを１台ずつ順番に異なる動作状態に制御し、このとき画像センサ２１１により撮像した画像を比較画像として取得する。まず最初に、照明器具１Ａを、例えば最も高い光出力で点灯させて比較画像を取得した後、上記の基準画像と比較し、予め設定された一定以上の差分がある画素群を照明器具１Ａのアドレスと対応付ける形で記憶部２４に記憶させる（図５（ｂ）参照）。なお、図５（ｂ）中のｄ１は撮像画像における照明器具１Ａの照明領域である。

続けて、照明器具１Ａを消灯させるとともに照明器具１Ｂを点灯させて比較画像を取得し、同様に上記の基準画像と比較して得られた画素群を照明器具１Ｂのアドレスと対応付ける形で記憶部２４に記憶させる。なお、図５（ｃ）中のｄ２は撮像画像における照明器具１Ｂの照明領域である。以下同様にして、残りの照明器具１Ｃ〜１Ｆに対して同様の処理を行うことで、図５（ｆ）に示すような領域画像を取得することができる。なお、図５（ｄ）中のｄ３は撮像画像における照明器具１Ｃの照明領域、図５（ｅ）中のｄ４は撮像画像における照明器具１Ｄの照明領域である。また、図５（ｆ）中のｄ５は撮像画像における照明器具１Ｅの照明領域、図５（ｆ）中のｄ６は撮像画像における照明器具１Ｆの照明領域である。そして照明制御端末２は、全ての照明器具１Ａ〜１Ｆの照明領域ｄ１〜ｄ６を記憶部２４に記憶させると、照明領域認識モードを終了して通常モードに復帰する。

このように、本実施形態の照明制御端末２によれば、各照明器具１Ａ〜１Ｆと、撮像画像における照明領域ｄ１〜ｄ６の関係を示すデータテーブルを、設置環境に合わせて自動的に作成することができる。

次に、照明制御システムＳの動作を図１及び図６に基づいて説明する。なお、上述の照明領域ｄ１〜ｄ６は、それぞれ図６（ａ）（ｂ）中の照明領域Ａ〜Ｆに対応しているものとして説明する。まず、室内に入室者４がいない状態では、全ての照明器具１Ａ〜１Ｆが待機状態（消灯状態若しくは低出力点灯状態）にある。照明制御端末２のセンサ部２１により入室者４が検出されるとともにその位置が判別されると、通信信号生成部２２は上記位置情報と記憶部２４に記憶させた上記データテーブルとに基づいて対応する照明器具１のアドレスを求め、このアドレスと照明器具１を調光制御するための制御信号とを含む通信信号を生成する。例えば図６（ｂ）に示す例では、入室者４は照明領域Ａ（図５（ｆ）では照明領域ｄ１）にいるので、上記通信信号には照明器具１Ａのアドレスが含まれる。そして通信信号生成部２２は、上記通信信号を通信部２３から各照明器具１Ａ〜１Ｆに向けて送信させる。

一方、各照明器具１Ａ〜１Ｆでは、通信部１３が上記通信信号を受信すると、調光信号生成部１１が上記通信信号に含まれるアドレスと自己に設定されたアドレスとを比較する。その結果、上記両アドレスが一致する場合には、調光信号生成部１１は上記通信信号に含まれる制御信号を受信し、この制御信号に対応する調光信号を生成する。そして、調光信号生成部１１がこの調光信号を照明点灯部１２に出力すると、照明点灯部１２はこの調光信号に従って光源１５を所定の調光レベルで点灯させる。また、上記両アドレスが一致しない場合には、調光信号生成部１１は上記通信信号を破棄し、光源１５は待機状態を維持する。例えば図６（ｂ）に示す例では、照明器具１Ａのみが光源１５を所定の調光レベルで点灯させ、照明器具１Ｂ〜１Ｆは光源１５を待機状態に維持する。

次に、入室者４が退室した場合には、入室者４は何れの照明領域Ａ〜Ｆからも検出されなくなるため、通信信号生成部２２は、照明器具１Ａを待機状態に戻す制御信号を照明器具１Ａのアドレスとともに送信する。そして照明器具１Ａでは、上記制御信号を含む通信信号を受信すると、調光信号生成部１１が上記制御信号に従って光源１５を待機状態に戻すための調光信号を生成し、この調光信号に従って光源１５が待機状態に戻される。

また、図７（ａ）（ｂ）に示すように、隣接する照明器具１Ａ，１Ｂの照明範囲ｃ，ｃが重複する領域については上述した照明領域Ａ〜Ｆとは異なる照明領域として設定するのが好ましい。図７（ａ）（ｂ）に示す例では、照明器具１Ａのみで照明される照明領域をＡ、照明器具１Ｂのみで照明される照明領域をＣ、照明器具１Ａ，１Ｂの両方で照明される照明領域をＢと設定している。そして入室者４が照明領域Ｂにいる場合には、照明制御端末２の通信信号生成部２２は、上記通信信号に含めるアドレスとして照明器具１Ａ，１Ｂに対応するアドレスを選択し、光源１５を調光点灯させるための制御信号とともに各照明器具１Ａ〜１Ｆに向けて通信部２３から送信させる。

一方、照明制御端末２から送信される上記通信信号には照明器具１Ａ，１Ｂのアドレスが含まれているため、照明器具１Ｃ〜１Ｆでは上記通信信号が破棄され、光源１５は待機状態を維持する。また照明器具１Ａ，１Ｂでは、上記通信信号に含まれる制御信号に従って光源１５が所定の調光レベルで点灯する。なお図７（ａ）（ｂ）では、２台の照明器具１Ａ，１Ｂによる照明範囲ｃ，ｃの重複領域（図７（ａ）（ｂ）中の照明領域Ｂ）について説明したが、実際には６台の照明器具１Ａ〜１Ｆが設置されており、各照明器具１Ａ〜１Ｆによる照明範囲ｃの重複領域については同様に照明領域Ａ〜Ｆとは異なる照明領域として設定される。

而して本実施形態によれば、画像センサ２１１により撮像された画像中に入室者４を検出した場合には入室者４が存在する照明領域（図６（ｂ）に示す例では照明領域Ａ）を判別し、判別した照明領域のみを明るさ検出の対象とするので、この照明領域に存在する入室者４に対しては精度の高い一定照度の照明環境を提供することができる。また、残りの照明領域については、対応する照明器具１を消灯若しくは低出力で点灯させることで省エネを図ることができる。

さらに図７（ａ）（ｂ）に示すように、隣接する照明器具１Ａ，１Ｂの照明範囲ｃ，ｃが重複する照明領域Ｂに入室者４がいる場合には、照明器具１Ａ，１Ｂをともに調光点灯させるので、照明領域Ｂに対して十分な照度の照明環境を提供することができる。また、各照明器具１Ａ〜１Ｆの調光制御を行うタイミングは様々考えられるが、入室者４の有無に応じて行うことで省エネの面から大きな効果が期待できる。

また何れかの照明領域Ａ〜Ｆに複数の入室者４がいる場合には、最も明るさが不足している入室者４を基準として明るさ一定制御を行うことで、全ての入室者４に対して作業に適した照明環境を提供することができる。さらに何れかの照明領域Ａ〜Ｆに複数の入室者４がいる場合には、各入室者４の周囲の明るさ指標に対して平均を取ることで、各入室者４への照明確保と省エネのバランスが取れた照明環境を提供することができる。またセンサ部２１により入室者４がいる照明領域を特定した後、さらに継続して入室者４の位置を特定することで、入室者４の動作範囲をより限定的に特定することができ、その結果、より好ましい照明環境を提供することができる。

なお本実施形態では、上述した照明領域認識モードにおいて基準画像を取得する際に全ての照明器具１Ａ〜１Ｆを消灯させているが、例えば消灯できない場合には最も低い出力で点灯させてもいいし、所定の調光レベルで点灯させてもよい。これらの場合、比較画像を取得する際には各照明器具１を消灯させるか、異なる調光レベルで点灯させればよく、同様に各照明器具１の照明領域を自動的に認識することができる。また本実施形態では、照明領域認識モードへ移行する際のトリガ信号としてタイマ（図示せず）からの信号を例に説明したが、例えば人のスイッチ操作により出力される信号をトリガ信号としてもよく、本実施形態に限定されない。さらに、照明器具１の台数は本実施形態に限定されるものではなく、２台以上であればよい。

１照明器具
２照明制御端末
４入室者（人）
Ｓ照明制御システム

Claims

固有のアドレスを有し、外部からの調光信号に従って個別に調光制御が可能な複数の照明器具と、
前記複数の照明器具の照明範囲が含まれるように撮像範囲が設定された撮像素子を有し、前記撮像素子による撮像画像に基づいて人の有無を検出し、人を検出した場合には当該人の位置に応じて対応する前記照明器具を調光制御する照明制御端末とを備え、
前記照明制御端末は、外部からのトリガ信号により設定される照明領域認識モードを有し、前記照明領域認識モードに設定されると、前記複数の照明器具全てを同じ動作状態にして基準画像を取得した後、前記複数の照明器具を１台ずつ異なる動作状態にして比較画像を取得し、前記比較画像を前記基準画像と比較することで前記各照明器具の照明領域を認識することを特徴とする照明制御システム。
前記照明制御端末は、複数の照明器具の照明範囲が重複する照明領域に対しては当該複数の照明器具を対応させることを特徴とする請求項１記載の照明制御システム。