JP2014047998A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空調室内を撮像する撮像手段120と、撮像手段120から入力される画像情報に基づいて所定時間ごとに人体を検出する人体検出部131と、人体検出部131によって今回検出される一つ又は複数の人体の位置と、過去に検出された一つ又は複数の人体の位置と、の想定される組み合わせについて、それぞれに対応する移動距離又は活動量を比較し、当該比較の結果に基づいて人体の移動軌跡を推定する移動軌跡推定部135と、移動軌跡推定部135によって推定される移動軌跡に応じて空調制御を変更する駆動制御部137と、を備える。
【選択図】図3
Description
例えば、特許文献1には、室内機カメラから入力される顔画像を用いて在室者の性別、年齢層、及び体型を検出し、その検出結果を空調制御に反映させる空気調和機について記載されている。
このように、特許文献1に記載の技術では、在室者を高確率で検出することができず、室内機カメラの撮像結果を空調制御に有効に反映できない可能性がある。
本発明のその他の態様については、後記する実施の形態において説明する。
<空気調和機の構成>
図1は、本実施形態に係る空気調和機の室内機、室外機、及びリモコンの正面図である。図1に示すように、空気調和機Aは、室内機100と、室外機200と、リモコンReと、を備えている。室内機100と室外機200とは冷媒配管(図示せず)を介して接続され、周知の冷媒サイクルによって、室内機100が設置される室内(被空調空間)を空調する。また、室内機100と室外機200とは、通信ケーブル(図示せず)を介して互いに情報を送受信するようになっている。
撮像手段120は、室内機100の左右方向中央に位置し、外部に露出している。なお、撮像手段120の詳細については後記する。
室内熱交換器102は複数本の伝熱管102aを有し、送風ファン103によって室内機100に取り込まれた空気を、伝熱管102aを通流する冷媒との熱交換によって加熱又は冷却する。なお、伝熱管102aは、前記した冷媒配管(図示せず)と連通し、周知のヒートポンプサイクル(図示せず)の一部を構成している。
左右風向板104は、下部に設けた回動軸(図示せず)を支点にして、左右風向板駆動部104a(図3参照)によって回動される。
上下風向板105は、両端部に設けた回動軸(図示せず)を支点にして、上下風向板駆動部105a(図3参照)によって回動される。
なお、前記した送風ファン駆動部103a、左右風向板駆動部104a、及び上下風向板駆動部105aは、駆動制御部137(図3参照)からの指令に従って駆動する。
また、撮像手段120は、レンズ(図示せず)の光軸P(図7(a)参照)が水平面に対して俯角ε(図7(a)参照)だけ下方を向くように設置され、室内機100が設置される室内を適切に撮像できるようになっている。
記憶手段140は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)など含んで構成される。そして、ROMに記憶されたプログラムが制御手段130のCPU(Central Processing Unit)によって読み出されてRAMに展開され、各種処理が実行される。
その他、制御手段130によって制御される対象として、撮像手段120を左右方向に回動させる撮像手段駆動部(図示せず)、圧縮機(図示せず)を駆動するモータ(図示せず)、運転状態を表示する表示ランプ(図示せず)などがある。
図3に示すように、制御手段130は、人体検出部131と、座標変換部132と、移動距離算出部133と、活動量算出部134と、移動軌跡推定部135と、体感温度推定部136と、駆動制御部137と、を備えている。
人体検出部131は、撮像手段120から所定時間ごとに入力される画像情報に基づいて人体の位置を検出し、その検出結果を座標変換部132に出力する。ちなみに、前記した検出結果には、検出したそれぞれの人体の顔中心の座標(画面上の座標)と、顔の大きさ(画面上での縦方向の長さ)と、が含まれる。
移動距離算出部133は、座標変換部132から入力される各人体の位置と、過去(例えば、1sec前)に算出した人体の位置と、で想定される全ての組み合わせについて移動速度を算出し、それぞれに識別記号を付して活動量算出部134に出力する。
そして、移動軌跡推定部135は、推定した移動軌跡を各人体の活動量に反映させ、当該活動量と各人体の現在位置とを対応付けて、駆動制御部137に出力する。
また、前記した各種センサ信号に対応する情報は、例えば、室内温度センサ(図示せず)によって検出される室内温度や、湿度センサ(図示せず)によって検出される室内の湿度である。
なお、「空調制御のパラメータ」とは、送風ファン103の回転速度、左右風向板104の回動角度、及び上下風向板105の回動角度を含んでいる。図3に示すように、駆動制御部137から入力される指令信号に応じて、送風ファン駆動部103a、左右風向板駆動部104a、及び上下風向板駆動部105aがそれぞれ駆動する。
図4(a)は、撮像手段によって撮像される上下方向の撮像領域の説明図(側面図)である。図4(a)に示すように、撮像手段120が有するレンズ(図示せず)の焦点120aを通り、室内機100が設置される壁面Wに垂直な直線(室内側が正)をZ軸とする。また、室内機100の背面から、レンズの焦点120aまでの距離をΔdとする。
また、レンズの焦点120aよりも距離Δdだけ後方に位置する原点Oを通り、水平面と垂直な直線(室内機100の下側が正)をY軸とする。
撮像手段120は、レンズの光軸が水平面から俯角ε(図7(a)参照)だけ下方を向くように設置されている。なお、側面視で扇状に広がる撮像手段120の視野の上端は、前記したZ軸に略一致している。
すなわち、水平面と仮想平面a1とによって挟まれる領域をA1とし、仮想平面anと仮想平面a(n+1)とによって挟まれる領域をA(n+1)とする(ただし、n=1,…,4)。
なお、前記した領域A1,…,A5は、人体の検出結果などに応じて、駆動制御部137が上下風向板105の角度を制御する際に用いられる。
前記した原点Oを通り、Y軸及びZ軸に対して垂直な直線(室内機100に向かって左側が正)をX軸とする。
なお、領域B1,…,B10は、人体の検出結果に応じて駆動制御部137が左右風向板104の角度を制御する際に用いられる。
図4(b)に示すように、左領域は、領域B1,…,B4で構成される。当該左領域とは、撮像手段120によって撮像される3つの領域のうち、室内機100に向かって左側の領域である。なお、領域B1,…,B4の中心角θ2の合計(15°×4=60°)は、撮像手段120の視野角に等しい。
右領域は、領域B7,…,B10で構成される。前記した領域B4と同様の理由により、領域B7は、中央領域に属するとともに、右領域にも属するように設定される。
ちなみに、前記した上下方向に連なる領域A1,…,A5と、左右方向に連なる領域B1,…,B10とによって、空調室内は仮想的に50(=5×10)個の領域に分割される。制御手段130は、これら50個の領域における活動量の分布に応じて、左右風向板104及び上下風向板105の角度を調整する。
図5は、制御手段が実行する空調制御処理の概要を示す説明図である。図5に示す時刻t0は、人体検出に基づく空調制御の開始時刻である。また、図5は、左から右に向かうにつれて時間が経過するように記載している。
前記したように、制御手段130は、撮像手段120を往復させることによって、左領域→中央領域→右領域→中央領域→左領域→…のように空調室内を順次撮像する(撮像領域G1を参照)。
次に、時刻t2において制御手段130は、撮像手段120をさらに右向きに回動させ、例えば1secごとに右領域(領域B7,…,B10:図4(b)参照)を30回撮像し、右領域の在室者の人数、位置、及び活動量を算出し、記憶手段140に格納する(区間判定α1R:符号G2を参照)。
さらに、制御手段130は、1回目の検出処理が終了するまでは、左右風向板104及び上下風向板105を全幅で回動させる(符号G6,G7を参照)。
これによって、ユーザ(つまり、在室者)は、制御手段130が適切に在室者を検出していることを容易に確認できる。
そして、1回目の人体検出処理に応じた風向制御を行いつつ、制御手段130は時刻t3〜t5において2回目の人体検出処理を実行する。2回目の人体検出処理を行う際、制御手段130は撮像手段120を左回りに回動させ、右・中央・左領域を順次撮像する(符号G3を参照)。
2回目以後の撮像(右・中央・左領域)の結果を用いた空調制御は、前記した1回目の撮像を行う場合と同様である。このように制御手段130は、右・中央・左領域の画像情報を順次取得して人体検出処理を実行し、その検出結果を空調制御に反映させる。
図6は、制御手段が行う処理の流れを示すフローチャートである。なお、図6の処理は、例えば、人体検出を行う運転モードがユーザによって選択され、リモコンReから室内機100のリモコン受信部Q(図1参照)に所定の指令信号が入力されることによって開始される。
また、図6に示す「START」時は、前記した図5に示す時刻t0に対応し、撮像手段120は、空調室内の左領域を撮像する向きであるとする。
ステップS102において制御手段130は、撮像手段120から画像情報の入力を受け付ける。撮像手段120から入力される画像情報は、例えば、A/D変換されたデジタル信号である。当該画像情報は、画素を特定するピクセル数(縦方向・横方向)と、画素値と、を含んでいる。
制御手段130は、まず、撮像手段120から入力される画像情報を用いて人体の頭部及び肩部を検出する。当該検出処理は、例えば、エッジ抽出処理及びパターンマッチングによって実行できる。
また、制御手段130は、検出した人体の数(つまり、人数)と検出時の時刻情報とを対応付けて記憶手段140に格納する。
図7(a)は、光軸Pと垂直面Sとの関係を示す説明図である。図7(a)に示すように、撮像手段120の光軸Pは、水平面に対して俯角εを有している。垂直面Sは、光軸Pに垂直であるとともに、在室者の顔中心を通る仮想平面である。距離Lは、撮像手段120が有するレンズ(図示せず)の焦点120aと、在室者の顔中心との距離である。
なお、前記したように、室内機100が設置される壁面Wとレンズの焦点120aとの距離はΔdである。
画像面Rの中心から画像上の顔中心までのX方向、Y方向の画角をそれぞれδx,δyとすると、これらは以下に示す(数式3)、(数式4)で表される。ここで、xc,ycは、画像内の人体中心の位置(画像内でのX座標、Y座標)である。また、Tx[pixel]は撮像画面の横サイズであり、Ty[pixel]は撮像画面の縦サイズであり、それぞれ既知の値である。
例えば、Y≦0である場合や(通常、人体中心が水平面よりも上方に位置することはない)、Y≧2である場合(通常、人体中心が床面よりも下方に位置することはない)の画像情報を削除する。前記ノイズの例として、テレビ画面やポスターに映っている人物が挙げられる。
このように、誤検出した場合の画像情報を早期に削除することで、移動軌跡推定処理(S109)などを行う際の演算量を低減できる。
図8は、在室者の移動速度と活動量との関係を示すグラフである。図8に示すグラフの横軸は、在室者の移動速度[m/s]であり、縦軸は在室者の活動量[W/m2]である。図8に示すように、すなわち、移動速度が0.5m/s未満の領域において活動量は1(在室者は概ね静止している)である。また、移動速度が0.5m/s以上の領域において活動量は、移動速度に略比例して増加する。
ちなみに、図8に示す情報(移動速度と活動量との対応関係)は、予め記憶手段140(図3参照)に格納されている。
このように、所定条件を満たす組み合わせを予め除去することによって、過去に検出できなかった別の人体との取り違いを防止できる。また、後記する移動軌跡推定処理を行う際の演算負荷を軽減できる。
なお、この時点においても、今回検出した人体と過去に検出した人体との対応関係は判明していない。
1.在室者(1人目)が、位置Aから位置Cに移動した。
2.在室者(2人目)が、位置Bから位置Cに移動した。
すなわち、制御手段130は、前記した1,2のいずれが正しいかを、距離LACに対応する活動量MACと、距離LBCに対応する活動量MACとの大小を比較することによって判定する。前記したように、本実施形態では撮像を1secごとに行っているため、距離LAC,LBCを移動速度とみなすことができる。また、図8より、移動速度と活動量とは正の相関を有する。したがって、活動量の大小は、移動距離の長短にそのまま対応する。
制御手段130は、相対的に小さい活動量を与える移動軌跡を、在室者の実際の移動軌跡であると推定する。すなわち、制御手段130は、位置Aから位置Cに1人目の人体が移動したと推定し(図9(b)参照)、当該位置(A→C)と活動量MACとを対応付けて記憶手段140に格納する。
このように、最も距離の短い移動軌跡を実際の移動軌跡であると推定することによって、適切かつ容易に移動軌跡を特定できる。
図9(a)に示すように、移動距離の長短は、LCD<LCE<LBE<LBDとなっている。したがって、対応する活動量の大小は、MCD<MCE<MBE<MBDとなる。そして、制御手段130は、相対的に小さい活動量を与える移動軌跡、つまり、C→Dと活動量MCDとを対応付けて記憶手段140に格納する。
このようにして、制御手段130は、撮像手段120から画像情報が入力されるたびに在室者を検出し、その移動軌跡を推定する。
活動量の小さい人体から順に、移動軌跡を推定することによって、過去の動作履歴を活動量に反映させ、より効率的かつ適切に移動軌跡を推定できる。
また、図10に示す距離LAD,LBD,LDE,LDFは、それぞれ1.5m以上である(つまり、移動速度が1.5m/s以上である)とする。
したがって、制御手段130は、図9(a)の場合と同様の方法を用いて、1人目がA→C→Eのように移動し、2人目がB→□→Eのように移動したと推定する(図10(b)参照)。また、位置Dで検出した人体については、前記二者とは異なる人体(3人目)であると推定し(図10(b)参照)、記憶手段140に格納する。
n=Nである場合(S110→Yes)、制御手段130の処理はステップS112に進む。一方、n=Nでない、つまりn<Nである場合(S110→No)、制御手段130の処理はステップS111に進む。ステップS111において制御手段130は、nの値をインクリメントし、ステップS102の処理に戻る。
すなわち、制御手段130は、在室者の人数を、途中で見失った人体、及び最後まで追跡できた人体のうち、その検出率が20%以上である人体の数とする。図10(b)に示す例では、1人目の検出回数は30回の撮像のうち27回であり、検出率は90%である。同様に、2人目の検出率は50%であり、3人目の検出率は10%(<20%)である。
したがって、制御手段130は、3人目を誤検出であった(又は、途中で空調室内から退出した)とみなし、処理の対象外とする。
また、制御手段130は、それぞれの在室者の位置を、その領域(今回は左領域)において最後に検出できた位置とする。
さらに、制御手段130は、ステップS109で推定した移動軌跡に対応する活動量に関し、現在時刻に近いほど重み付けして和を算出し、在室者の位置と対応付けて記憶手段140に格納する。
ステップS114において制御手段130は、撮像手段120を所定角度だけ回動させ、次の領域の撮像を開始し、ステップS101の処理に戻る。例えば、左領域の撮像が完了した場合、制御手段130は撮像手段120を右向きに回動させ、中央領域の撮像を開始する。
すなわち、左・中央・右領域で取得した活動量を、それぞれの位置に対応付けて重ね合わせる。なお、検出領域が重なっている領域B4,B7(図4(b)参照)の両方で人体が検出され、かつ、人体の間隔が所定距離(例えば、2m)以内の場合、制御手段130は同一人物であると判定する。
この場合、検出時からの経過時間が短いほうを採用し、重複したぶん人数を減らす。
さらに制御手段130は、前記した上下方向の5つの領域(図4(a)参照)と、左右方向の10個の領域(図4(b)参照)とによって区画される50(=5×10)の各領域と、前記した活動量の分布とを対応付けて、記憶手段140に格納する。
同様に、上下方向において図4(a)の領域An(n=2,…,5)での活動量が大きい場合、制御手段130は、符号cnで示す方向に冷風を送風するように上下風向板105を回動させる。
同様に、左右方向において図4(a)の領域An(n=2,…,10)での活動量が大きい場合、制御手段130は、符号fnで示す方向に重点的に冷風を送風するように左右風向板104を回動させる。
このように、空調室内の活動量の分布、及び空調モードに応じて上下風向板105、左右風向板104の向きを制御する。
本実施形態に係る空気調和機Aによれば、撮像手段120から入力される画像情報を用いて人体検出を行うことによって、在室者の検出確率を高めることができる。
例えば、前記した特許文献1に記載の技術のように、顔検出機能を用いることによって在室者を検出する場合、顔検出を行うために高い解像度の撮像手段を用いても在室者の検出確率が低くなってしまう。この場合、撮像手段を用いて所定時間(例えば、1sec)ごとに室内を撮像しても在室者の移動軌跡を適切に推定できず、顔検出の結果が空調制御に有効に反映されない。
また、人体検出を行う場合、顔検出を行う場合よりも低い解像度で対応できる。したがって、撮像手段120にかかるコストを低減できる。
このように、活動量の小さい組み合わせ(つまり、単位時間当たりの移動距離が短い組み合わせ)から移動軌跡を順次特定することによって、適切かつ効率的に移動軌跡を推定できる。
これによって、誤検出を防止するとともに、その後の移動軌跡推定処理などに要する演算量を低減できる。
例えば、暖房運転時に活動量が小さい(体感温度が低い)人体に向けて重点的に温風を送風するように、送風ファン103の回転速度、左右風向板104の角度、及び上下風向板105の角度を制御する。これによって、体感温度の平均値よりも体感温度の低い在室者の快適性を保ちながら、設定温度を体感温度の平均値に応じて低くすることで消費電力を低減し、節電することができる。
以上、本発明に係る空気調和機Aについて前記実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記実施形態では、活動量に基づいて移動軌跡を推定する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、人体の移動距離を直接的に用いることによって、移動軌跡を推定してもよい。
また、移動軌跡を推定する際、過去に検出された一つ又は複数の人体に関して、当該過去の検出時までの移動距離(移動速度)が小さい人体から順に移動軌跡を推定してもよい。これによって、過去の動作履歴を反映させ、効率的かつ適切に移動軌跡を推定できる。
また、制御手段130が、上下風向板105及び左右風向板104の回動角度を調整し、人体の密度が高い領域を避けるように送風するようにしてもよい。
撮像手段120が十分な視野角を有する場合、撮像手段120を回動させることなく人体検出処理を行うことができる。この場合の移動軌跡の推定処理方法は、前記実施形態と同様の方法で行うことができる。
また、前記各実施形態では、移動軌跡推定処理の結果に応じて、送風ファン103の回転速度、左右風向板104の角度、及び上下風向板105の角度を変更する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、送風ファン103の回転速度、左右風向板104の角度、及び上下風向板105の角度のうち少なくとも一つを変更してもよい。
また、移動軌跡推定処理の結果に応じて空気調和機Aの設定温度を適宜変更し、これに伴って圧縮機(図示せず)に設置されるモータ(図示せず)の回転速度を変更してもよい。
100 室内機
103 送風ファン
103a 送風ファン駆動部
104 左右風向板
104a 左右風向板駆動部
105 上下風向板
105a 上下風向板駆動部
120 撮像手段
120a 焦点
130 制御手段
131 人体検出部(人体検出手段)
132 座標変換部
133 移動距離算出部
134 活動量算出部
135 移動軌跡推定部(移動軌跡推定手段)
136 体感温度推定部
137 駆動制御部(空調制御変更手段)
140 記憶手段
Claims (5)
- 室内機が設置される室内を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段から所定時間ごとに入力される画像情報に基づいて、人体の位置を検出する人体検出手段と、
前記人体検出手段によって今回検出される一つ又は複数の人体の位置と、過去に検出された一つ又は複数の人体の位置と、の想定される組み合わせについて、それぞれに対応する移動距離又は活動量を比較し、当該比較の結果に基づいて人体の移動軌跡を推定する移動軌跡推定手段と、
前記移動軌跡推定手段によって推定される移動軌跡に応じて空調制御を変更する空調制御変更手段と、を備えること
を特徴とする空気調和機。 - 前記移動軌跡推定手段は、
今回検出される人体の位置と、過去に検出された一つ又は複数の人体の位置と、の想定される前記組み合わせのうち、対応する移動距離又は活動量が最小となる組み合わせを、今回検出される一つ又は複数の人体ごとに順次特定することによって、前記移動軌跡を推定すること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 前記移動軌跡推定手段は、
前記移動軌跡を推定する際、前記移動距離が所定値以上となる組み合わせを、移動軌跡の推定対象から除外すること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 前記移動軌跡推定手段は、
前記移動軌跡を推定する際、前記過去に検出された一つ又は複数の人体に関して、前記過去の検出時までの活動量が小さい人体から順に移動軌跡を推定すること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 前記空調制御変更手段は、
前記移動軌跡推定手段によって推定される移動軌跡に応じて、送風ファンの回転速度、左右風向板の角度、及び上下風向板の角度のうち少なくとも一つを変更すること
を特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の空気調和機。
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