JP2015055591A - 天候判断装置、電動ブラインドの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明によれば、全天の天空画像を撮像する撮像部と、太陽位置を算出する太陽位置算出部と、前記天空画像上に100以上のユニット領域を設定するユニット領域設定部と、前記ユニット領域の中から、前記太陽位置を含むように5以上の天候判断ユニット領域を選択する天候判断ユニット領域選択部と、前記天候判断ユニット領域のそれぞれについて、輝度値、R値、B値、G値の少なくとも1つからなる指標に基づいて領域状態を割り当てる状態割り当て部と、前記領域状態の分布に基づいて天候判断を行う天候判断部とを備える、天候判断装置が提供される。
【選択図】図4
Description
しかし、太陽の直射光による明るさは、通常の照明として要求されるレベルを大きく超えている。また、直射光を採り入れると、夏季においては無用な放射熱を採り入れることになり、空調効果を低下させてしまう。
好ましくは、前記太陽位置算出部は、前記太陽位置算出部が想定している方位と、前記天空画像の方位を一致させるように、前記天空画像の中心を軸にして前記太陽位置を回動させる。
好ましくは、前記ユニット領域は、20以上×20以上のマス目状である。
好ましくは、前記天候判断ユニット領域は、前記太陽位置を含む太陽ユニット領域と、前記太陽ユニット領域を取り囲む周縁ユニット領域を含む。
好ましくは、前記天候判断ユニット領域の数は、9以上である。
好ましくは、前記領域状態の種類は、3以上である。
好ましくは、前記指標は、輝度値と、R値、B値、及びG値の少なくとも1つとを含む。
好ましくは、前記状態割り当て部は、太陽の高度に応じて、異なる基準で前記領域状態の割り当てを行う。
好ましくは、前記天候判断部は、特定の領域状態が割り当てられた天候判断ユニット領域の数が基準値以上存在しているかどうかに基づいて天候判断を行う。
好ましくは、前記天候判断部は、太陽の高度に応じて、異なる基準で前記天候判断を行う。
好ましくは、前記天空画像から雲量を算出する雲量算出部を備え、前記撮像部は、前記雲量に応じて、異なる頻度で前記天空画像の撮像を行う。
好ましくは、上記記載の天候判断装置と、前記天候判断の結果に基づいて電動ブラインドの制御を行う電動ブラインド制御部を備える、電動ブラインド制御装置である。
好ましくは、前記撮像部は、前記撮像部に入射する光量に応じてシャッタースピードが変化するモードで前記天空画像の撮像を行い、前記電動ブラインド制御部は、前記シャッタースピードが基準値未満の場合には前記天候判断を行わずに前記電動ブラインドの制御を行う。
好ましくは、前記ユニット領域の一部を無効ユニット領域に設定する無効ユニット領域設定部を備え、前記電動ブラインド制御部は、前記太陽位置が前記無効ユニット領域にある場合には前記天候判断を行わずに前記電動ブラインドの制御を行う。
好ましくは、前記電動ブラインド制御部は、設置位置が異なる複数の電動ブラインドの制御を行い、前記複数の電動ブラインドのうちの何れが前記撮像部と前記太陽位置の間にある遮蔽物の影になるのかを判断する影判断部を備え、前記電動ブラインド制御部は、前記影判断部による判断結果に基づいて、前記複数の電動ブラインドの制御を行う。
好ましくは、前記天候判断部は、互いに異なる時刻に撮像された複数の天空画像のそれぞれについて割り当てられた領域状態の分布に基づいて、現在時刻の天候及び将来時刻の天候の判断を行い、前記電動ブラインド制御部は、現在時刻の天候及び将来時刻の天候に基づいて前記電動ブラインドの制御を行う。
好ましくは、日没後所定時間内の空の明るさを検出する空明るさ検出部を備え、前記電動ブラインド制御部は、前記空の明るさに基づいて、前記電動ブラインドの制御を行う。
図1は、天候判断装置を備えたブラインド制御装置を示す。天候判断装置1は、天空に向けて設置された魚眼レンズ2の下方にシャッターユニット3が配設され、そのシャッターユニット3の下方に例えばCCD素子のイメージセンサー4が配設されている。また、天候判断装置1にはCPU5及びメモリ6が備えられている。CPU5は、メモリ6に記憶されたプログラムを読みだして種々のデータ処理を行うことによって、単独で又は他の構成要素と協働して、特許請求の範囲の「撮像部」、「太陽位置算出部」、「ユニット領域設定部」、「天候判断ユニット領域選択部」、「状態割り当て部」、「天候判断部」、「雲量算出部」、「電動ブラインド制御部」、「無効ユニット領域設定部」、「影判断部」、「空明るさ検出部」等の種々の機能を実現する。
<ステップS1:日没後、日の出前であるかどうかの判断>
ステップS1では、CPU5は、現在時刻が日没後で日の出前であるかどうかを判断する。現在時刻が日没後で日の出前であれば、天候判断を行う必要がないので、最初にこの判断を行うことによって撮像回数を減らしてシャッターユニット3の負荷を低減する。この判断は、単純に行う場合には、例えば、現在時刻が夜の8:00〜朝の4:00の間であれば日没後で日の出前であると判断してもよく、より高精度に行う場合には、現在時刻が前日の日の入時刻と当日の日の出時刻の間であれば日没後で日の出前であると判断してもよい。現在時刻が日没後で日の出前であると判断されている間はステップS1が繰り返され(ステップS1のY)、現在時刻が日の出後であると判断されると(ステップS1のN)、ステップS2に移動する。
ステップS2では、CPU5は、シャッターユニット3を開閉駆動して、イメージセンサー4で天空画像を撮像する。この撮像動作は、あらかじめ設定された所定時間毎(例えば5分毎)に行われ、撮像された天空画像がメモリ6に格納される。
ステップS3では、CPU5は、格納した天空画像に図5(a)に示すように多数のユニット領域を設定する。図5(a)中の円Pは天空画像の撮像範囲を示している。また、図5(a)のユニット領域を天空画像に重ね合わせたものを図5(b)に示す。
次に、ステップS4では、CPU5は、ステップS3で設定したユニット領域の中から、天候判断を行うために用いる天候判断ユニット領域を選択する。本実施形態では、天候判断ユニット領域として、計算によって算出した太陽位置を含む太陽ユニット領域と、この太陽ユニット領域を取り囲む8つのユニット領域(「周縁ユニット領域」)を選択している。なお、太陽が複数のユニット領域にまたがって存在している場合には、これら複数のユニット領域のそれぞれについて平均輝度値を算出し、平均輝度値が最も高いユニット領域を太陽ユニット領域とすることができる。なお、天候判断ユニット領域の選択方法は、本実施形態のものに限定されず、ユニット領域の中から、太陽位置を含むように5以上の天候判断ユニット領域を選択すればよい。
ところで、太陽ユニット領域を選択するに際し、CPU5は、計算によって算出した太陽位置を天空画像に重ね合わせる。この際、CPU5(太陽位置算出部)が想定している方位と、天空画像の方位が完全に一致していれば、計算によって算出した太陽位置は、天空画像に写っている太陽位置に一致する。しかし、天候判断装置1を設置する際にその方位を厳密に合わせることは容易ではなく、図7(a)に示すように、天空画像の方位と、CPU5が想定している方位とずれる場合がある。その場合、図7(b)に示すように、計算によって算出した太陽位置SC1が、天空画像中の太陽位置SC2とずれる場合がある。そこで、このズレを補正すべく、天空画像の方位を正しい方位に直すために、天空画像を図7(b)の矢印X方向に天空画像を回転させることを試みた。しかし、このデータ処理を行うには、天空画像内の全ての点(400万画素のデータであれば400万個の点)のそれぞれについてデータ処理を行う必要があり、データ処理の負荷が大きい。そこで、本発明者は発想を変えて、CPU5が想定している方位を、天空画像の中心Cを軸にして図7(b)の矢印Y方向に回転させて天空画像の方位に合わせることにした。矢印Y方向への回転角度αは、計算によって算出した太陽位置SC1が、天空画像中の太陽位置SC2に一致するように設定される。この方法によれば、計算によって算出した太陽位置についてのみデータ処理を行えばいいので、データ処理の負荷が軽減される。また、このような方法は、計算によって算出した太陽の軌跡を、天空画像に重ね合わせる際にも利用することができる。この場合、太陽の軌跡を構成する曲線又は多数の点を回転角度αで図7(b)の矢印Y方向に回転させればよい。
ところで、特許文献1では太陽位置を中心とする領域の平均輝度値を算出するために、太陽位置を正確に算出することが必須である。このため、全ての撮像時刻に対応した太陽位置の算出が必須であるので、CPU5の負荷が大きい。一方、本発明では、太陽位置は、太陽ユニット領域を適切に選択できる程度に特定すればよく、全ての撮像時刻に対応した太陽位置の算出は必ずしも必要ない。例えば、撮像周期が1分間隔で、太陽が1ユニット領域を移動する時間が約10分であれば、太陽位置の更新は、数分おき(例えば5分おき)でよい。このように、本発明においては、ユニット領域を用いて天候判断を行うので、太陽位置の計算を適宜間引くことが可能にあり、CPU5の負荷を低減することができる。
次に、ステップS5では、CPU5は、ステップS4で選択した各天候判断ユニット領域について領域状態の割り当てを行う。この領域状態の割り当ては、本実施形態では、各天候判断ユニット領域について平均輝度値を算出し、この平均輝度値が第1閾値以上のものを状態1、第2閾値以上であって第1閾値未満のものを状態2、第2閾値未満のものを状態3としている。平均輝度値の範囲を0〜1とすると、第1及び第2閾値は、例えば、0.9,0.6といった値に設定することができる。第1及び第2閾値は、季節や太陽高度などに応じて適宜変更してもよい。
次に、ステップS6では、得られた領域状態の割り当て結果に基づいて天候判断を行う。以下、図9を用いて、領域状態の割り当て結果に基づく天候判断方法について説明する。
次に、ステップS7では、得られた天候判断結果に基づいてブラインド制御を行う。このブラインド制御は、予め設定されたブラインド制御条件に基づいて行われる。ユーザーは、どの天候のときに電動ブラインド10をどのように制御するのかを予め設定することができる。多くのユーザーは、天候判断結果が「濃い曇り又は雨」の場合にはスラットを水平方向に回動させるか又はスラットを引き上げることによって外光を取り入れ、天候判断結果が「快晴」の場合には直射光を遮る角度にスラットを回動させるが、「薄曇り」及び「濃い雲がある晴れ」の場合に、外光を取り入れたいかどうかはユーザーの好みによって異なる。外光を積極的に活用したいユーザーは、「薄曇り」と「濃い雲がある晴れ」のどちらの場合でも外光を取り入れるように設定し、外光をなるべく遮断したいユーザーは、「薄曇り」と「濃い雲がある晴れ」のどちらの場合でも外光を遮断するように設定し、その中間のユーザーは、「薄曇り」の場合は外光を取り入れ、「濃い雲がある晴れ」の場合は外光を遮断するように設定することができる。このように、本発明によれば、天候が4種類に分類され、各天候に対応させて電動ブラインド10の制御方法を設定することができるので、ユーザーの好みに合致した電動ブラインド10の制御が可能になる。
本実施形態は、第1実施形態に類似しているが、本実施形態では、図12に示すように、ステップS3の後に、ステップS8において、太陽位置が無効ユニット領域にあるかどうかの判断を行う。この判断は、ステップS4において太陽ユニット領域を決定した後に、太陽ユニット領域が無効ユニット領域であるかどうかに基づいて行ってもよい。
無効ユニット領域とは、山脈や建築物などの遮蔽物が写っているユニット領域であり、太陽位置が無効ユニット領域にある場合、太陽からの直射光は遮蔽物に遮られるので、電動ブラインド10は、開状態にすることができる。このため、ステップS8において、太陽位置が無効ユニット領域にあると(ステップS8のY)、ステップS6の天候判断が行われずに、現在の天候が「濃い曇り又は雨」と設定され、ステップS7に移動して、電動ブラインド10の制御が行われる。なお、太陽位置が無効ユニット領域にあると判断された後の処理は、現在の天候を「濃い曇り又は雨」と設定する代わりに「薄曇り」などの別の天候を設定して行ってもよく、「無効ユニット領域」という分類を設けて、「無効ユニット領域」である場合の電動ブラインド10の制御方法をユーザーが設定可能にしてもよい。
第1〜第2実施形態では、建築物の屋上などの高い位置に設置されることが多い天候判断装置1の設置位置を基準にして天候判断を行って、電動ブラインド10の制御を行っている。しかし、図14(a)に示すように、電動ブラインド10は、建築物21の低層階から高層階にまで多数設置され、高層階には直射光が照射される場合でも、低層階は、建築物23の影になって、直射光が入らない場合があるので、全ての電動ブラインド10を画一的に制御するのではなく、各電動ブラインド10の設置位置に基づいて電動ブラインド10の制御を個別に行うことが好ましい。
これまでの実施形態では、天空に存在する雲量を考慮することなく、所定時間毎に天空画像を撮像していたが、天空に雲がほとんど存在していない快晴の場合には、短時間で天候が大きく変化するとは考えにくいので、撮像周期を長くしても問題ない。そこで、本実施形態では、天空画像から雲量を算出し、算出した雲量に応じて天空画像の撮像周期を変化させる。これによって、撮像回数を減らしてシャッターユニット3の負荷を低減することができる。
これまでの実施形態では、ステップS6において、1枚の天空画像に基づいて天候判断を行い、その天候判断の結果に基づいて電動ブラインド10の制御を行っていたが、この方法による制御では、「濃い曇り又は雨」の状態から急に「快晴」に変わった場合には、電動ブラインド10が閉状態になるまでには若干のタイムラグがあるので、その間は、室内に強い太陽光が差し込んでしまうという問題があり得る。そこで、本実施形態では、このような問題を解消するために、複数枚の天空画像を用いて天候の変化を予測することによって、例えば、現時点の天候が電動ブラインド10を開状態にすべきものであったとしても、近い将来に電動ブラインド10を閉状態にすべき天候に変化することが予測される場合に、電動ブラインド10を予め閉状態にすることを可能にする。
ステップS1〜S3は、第1実施形態と同様である。
まず、図17(a)と図17(b)との比較から雲の移動方向と速度を算出する。次に、この移動方向と速度が継続すると仮定して、将来の任意の時刻での雲の位置を予測する。図17(c)は、将来時刻T3が、現在時刻T2から、(時刻T2−時刻T1)だけ経過した後の時刻であるときの、将来時刻T3の領域状態予測である。図17(a)で左下にあった薄い雲が右上に向かって移動した結果、図17(c)では、太陽ユニット領域のすぐ下に薄い雲がかかっていることが分かる。将来時刻T3の予測天候判断は、図17(c)のような将来時刻T3の領域状態予測に基づいて行う。なお、図17(a)〜(c)は、説明の便宜上、太陽ユニット領域の位置を移動させていないが、実際は、各時刻での太陽位置に基づいて太陽ユニット領域の位置が決定される。
本実施形態では、ステップS2の天空画像の撮像は、絞りを固定にしてシャッタースピードをオートにして行う。このようにして撮像を行うと、イメージセンサー4に取り込まれる光量が少ないほどシャッタースピードが遅くなる。従って、シャッタースピードが非常に遅いということは、天空全体が厚い雲で覆われていてイメージセンサー4に入射する光量が非常に少ないということを意味している。このような天候の場合には、ステップS3〜ステップS6での天候判断を行うことなく、天候は、「濃い曇り又は雨」であると判断することができる。
そこで、本実施形態では、図19に示すように、ステップS2の後に、シャッタースピードが基準値(例:1/50秒)以上であるかどうかを判断するステップS9を実行し、シャッタースピードが基準値以上である場合(ステップS9のY)にはステップS3以降の処理を実行し、シャッタースピードが基準値未満の場合(ステップS9のN)は、ステップS6の天候判断が行われずに、現在の天候が「濃い曇り又は雨」と設定され、ステップS7に移動して、電動ブラインド10の制御が行われる。
これまでの実施形態では、ステップS1においては、現在時刻が日没後で日の出前であるかどうかが判断され、日没後についてはステップS2の天空画像の撮像は行われなかった。従来の電動ブラインド10では、日没後は、空の明るさに基づく制御は行われておらず、単純に、開状態又は閉状態にされていた。しかし、日没後の所定時間(例えば1時間)は、外が明るい場合があり、この場合は、電動ブラインド10を閉めてしまうのはもったいない。
これまでの実施形態では、ステップS5において、各天候判断ユニット領域の平均輝度値に基づいて領域状態の割り当てを行い、各天候判断ユニット領域の色成分については、考慮していなかった。しかし、薄曇りの日の夕方には、太陽光がまぶしく感じられるにも関わらず、平均輝度値は低い場合があり、平均輝度値に基づく領域状態の割り当てでは、天候判断結果が人間の感覚からずれる場合がある。
2:魚眼レンズ
3:シャッターユニット
4:イメージセンサー
7:電動ブラインドシステム
8:メインコントローラー
9:通信線
10:電動ブラインド
11:ブラインドコントローラー
Claims (17)
- 全天の天空画像を撮像する撮像部と、
太陽位置を算出する太陽位置算出部と、
前記天空画像上に100以上のユニット領域を設定するユニット領域設定部と、
前記ユニット領域の中から、前記太陽位置を含むように5以上の天候判断ユニット領域を選択する天候判断ユニット領域選択部と、
前記天候判断ユニット領域のそれぞれについて、輝度値、R値、B値、G値の少なくとも1つからなる指標に基づいて領域状態を割り当てる状態割り当て部と、
前記領域状態の分布に基づいて天候判断を行う天候判断部とを備える、天候判断装置。 - 前記太陽位置算出部は、前記太陽位置算出部が想定している方位と、前記天空画像の方位を一致させるように、前記天空画像の中心を軸にして前記太陽位置を回動させる、請求項1に記載の天候判断装置。
- 前記ユニット領域は、20以上×20以上のマス目状である、請求項1又は請求項2に記載の天候判断装置。
- 前記天候判断ユニット領域は、前記太陽位置を含む太陽ユニット領域と、前記太陽ユニット領域を取り囲む周縁ユニット領域を含む、請求項1〜請求項3の何れか1つに記載の天候判断装置。
- 前記天候判断ユニット領域の数は、9以上である、請求項1〜請求項4の何れか1つに記載の天候判断装置。
- 前記領域状態の種類は、3以上である、請求項1〜請求項5の何れか1つに記載の天候判断装置。
- 前記指標は、輝度値と、R値、B値、及びG値の少なくとも1つとを含む、請求項1〜請求項6の何れか1つに記載の天候判断装置。
- 前記状態割り当て部は、太陽の高度に応じて、異なる基準で前記領域状態の割り当てを行う、請求項1〜請求項7の何れか1つに記載の天候判断装置。
- 前記天候判断部は、特定の領域状態が割り当てられた天候判断ユニット領域の数が基準値以上存在しているかどうかに基づいて天候判断を行う、請求項1〜請求項8の何れか1つに記載の天候判断装置。
- 前記天候判断部は、太陽の高度に応じて、異なる基準で前記天候判断を行う、請求項1〜請求項9の何れか1つに記載の天候判断装置。
- 前記天空画像から雲量を算出する雲量算出部を備え、
前記撮像部は、前記雲量に応じて、異なる頻度で前記天空画像の撮像を行う、請求項1〜請求項10の何れか1つに記載の天候判断装置。 - 請求項1〜請求項11の何れか1つに記載の天候判断装置と、
前記天候判断の結果に基づいて電動ブラインドの制御を行う電動ブラインド制御部を備える、電動ブラインド制御装置。 - 前記撮像部は、前記撮像部に入射する光量に応じてシャッタースピードが変化するモードで前記天空画像の撮像を行い、
前記電動ブラインド制御部は、前記シャッタースピードが基準値未満の場合には前記天候判断を行わずに前記電動ブラインドの制御を行う、請求項12に記載の天候判断装置。 - 前記ユニット領域の一部を無効ユニット領域に設定する無効ユニット領域設定部を備え、
前記電動ブラインド制御部は、前記太陽位置が前記無効ユニット領域にある場合には前記天候判断を行わずに前記電動ブラインドの制御を行う、請求項12又は請求項13に記載の電動ブラインド制御装置。 - 前記電動ブラインド制御部は、設置位置が異なる複数の電動ブラインドの制御を行い、
前記複数の電動ブラインドのうちの何れが前記撮像部と前記太陽位置の間にある遮蔽物の影になるのかを判断する影判断部を備え、
前記電動ブラインド制御部は、前記影判断部による判断結果に基づいて、前記複数の電動ブラインドの制御を行う、請求項12〜請求項14の何れか1つに記載の電動ブラインド制御装置。 - 前記天候判断部は、互いに異なる時刻に撮像された複数の天空画像のそれぞれについて割り当てられた領域状態の分布に基づいて、現在時刻の天候及び将来時刻の天候の判断を行い、
前記電動ブラインド制御部は、現在時刻の天候及び将来時刻の天候に基づいて前記電動ブラインドの制御を行う、請求項12〜請求項15の何れか1つに記載の電動ブラインド制御装置。 - 日没後所定時間内の空の明るさを検出する空明るさ検出部を備え、
前記電動ブラインド制御部は、前記空の明るさに基づいて、前記電動ブラインドの制御を行う、請求項12〜請求項16の何れか1つに記載の電動ブラインド制御装置。
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