JP2018185108A - 温冷感推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体の表層の状況を考慮して、温冷感の推定が可能な温冷感推定装置を提供する。
【解決手段】人体の温冷感を推定する温冷感推定装置１であって、人体が発する赤外線を測定する第一カメラ１０１と、人体の表層の状況を検出する表層状況検出部１０７と、第一カメラ１０１の測定結果と表層状況検出部１０７の検出結果とに基づいて、人体の温冷感を推定する温冷感推定部１１０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、温冷感推定装置に関する。

人間の温冷感(暑い／寒いの感覚)が人間の申告なしに推定できれば、エアコンの効率的運転に大きく寄与できる。

人間の平均皮膚温と温冷感が高い相関を持つことはよく知られているが、平均皮膚温を計測して温冷感を推定するには、温度センサを皮膚に直接設置する必要があり、実生活で利用することは困難であった。

一方、皮膚から衣類を通して外界へ放出される人間の放熱量に着目し、サーモカメラで計測した人体表面温度と外界温度との差によって計算した人間の放熱量を元に温冷感を推定する方法の開示がされている（特許文献１参照）。

国際公開第２０１５／１２２２０１号

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、着衣及び／または体毛を含む人体の表層の影響を考慮しておらず、推定された温冷感と、実際に人間が感じた温冷感とに乖離が生じているのが実状である。

そこで、本発明は、人体の表層の状況を考慮して、温冷感の推定が可能な温冷感推定装置を提供することである。

本発明の一態様に係る温冷感推定装置は、人体の温冷感を推定する温冷感推定装置であって、人体が発する赤外線を測定する第一カメラと、人体の表層の状況を検出する表層状況検出部と、第一カメラの測定結果と表層状況検出部の検出結果とに基づいて、人体の温冷感を推定する温冷感推定部とを備える。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本発明によれば、人体の表層の状況を考慮して、温冷感の推定が可能な温冷感推定装置を提供することができる。

図１は、本実施の形態における温冷感推定装置の構成ブロックを示すブロック図である。 図２は、図１の温冷感推定装置を車に実装する場合の一例を示す模式図である。 図３は、実施の形態１に係る第一カメラで取得された熱画像の一例を示す説明図である。 図４は、図３の熱画像から抽出された人体領域を示す説明図である。 図５は、図３の熱画像から抽出された背景領域を示す説明図である。 図６は、図１の第二カメラが取得した画像から抽出された着衣領域を示す説明図である。 実施の形態１における温冷感推定装置で実行される温冷感推定方法の流れを示すフロー図である。 図８は、実施の形態２における温冷感推定装置の構成ブロックを示すブロック図である。 図９は、図８の第二カメラが取得した画像から抽出された着衣領域を示す説明図である。 図１０は、実施の形態３における温冷感推定装置の構成ブロックを示すブロック図である。 図１１は、人体と着衣のシワと第一カメラとの位置関係を示す模式的に示す拡大図である。 図１２は、補正前の表面温度分布と、補正後の表面温度分布とを示す説明図である。 図１３は、実施の形態４における温冷感推定装置の構成ブロックを示すブロック図である。

本発明の一態様に係る温冷感推定装置は、人体の温冷感を推定する温冷感推定装置であって、人体が発する赤外線を測定する第一カメラと、人体の表層の状況を検出する表層状況検出部と、第一カメラの測定結果と表層状況検出部の検出結果とに基づいて、人体の温冷感を推定する温冷感推定部とを備えている。

これによれば、第一カメラが測定した人体からの赤外線を用いることで、人体からの放熱量を求めることができ、当該放熱量に基づいて温冷感を推定することができる。また、表層状況検出部では、人体の表層の状況を検出しているので、第一カメラだけでは検出できない人体の表層の状況を検出することができる。そして、この表層状況検出部の検出結果と第一カメラの測定結果とに基づいて温冷感推定部が人体の温冷感を推定しているので、人体の表層の状況を考慮して温冷感を推定することができる。

例えば、温冷感推定装置は、第一カメラが測定する赤外線よりも短い波長であり、可視光以上の波長の電磁波を測定する第二カメラを備え、表層状況検出部は、第二カメラの測定結果に基づいて、人体の表層の状況を検出してもよい。

ここで、前述したように第一カメラは人体が発する赤外線を測定する。具体的には、第一カメラは人体が発する中赤外線及び遠赤外線を測定する。中赤外線及び遠赤外線を測定するカメラだけでは、人体の表層の状況を撮像できないが、第二カメラであれば、第一カメラよりも短い波長であり、可視光以上の波長の電磁波を測定するので、人体の表層の状況を撮像することで確実に検出できる。

例えば、温冷感推定装置は、さらに、日射量を測定する日射量計を備え、表層状況検出部は、人体が装着している衣類の明度を、表層の状況として検出し、温冷感推定部は、日射量計の測定結果及び表層状況検出部の検出結果により算出された日射受熱量と、第一カメラの測定結果とに基づいて、人体の温冷感を推定してもよい。

これによれば、表層状況検出部は、人体の表層の状況の一つである着衣の明度を検出する。この明度と日射量とによって日射受熱量が算出される。温冷感推定部は、日射受熱量と第一カメラの測定結果とに基づいて人体の温冷感を推定することができる。

例えば、表層状況検出部は、人体が装着している衣類のシワを検出し、温冷感推定部は、表層状況検出部が検出したシワに基づく対流熱伝達率と、第一カメラの測定結果とに基づいて前記人体の温冷感を推定してもよい。

これによれば、表層状況検出部は、人体の表層の状況の一つである着衣のシワを検出する。温冷感推定部は、表層状況検出部が検出したシワと、第一カメラの測定結果とに基づいて人体の温冷感を推定することができる。

例えば、表層状況検出部は、人体が装着している衣類のシワを検出し、温冷感推定装置は、表層状況検出部が検出したシワに基づいて、第一カメラの測定結果を補正する補正部を有してもよい。

これによれば、表層状況検出部が検出したシワに基づいて、補正部が第一カメラの測定結果を補正するので、補正後の測定結果に基づいて、温冷感推定部が人体の温冷感を推定することができる。

例えば、表層状況検出部は、人体の体毛を検出し、温冷感推定部は、表層状況検出部が検出した体毛に基づく対流熱伝達率と、第一カメラの測定結果とに基づいて、人体の温冷感を推定してもよい。

これによれば、表層状況検出部は、人体の表層の状況の一つである人体の体毛を検出する。温冷感推定部は、表層状況検出部が検出した体毛と、第一カメラの測定結果とに基づいて人体の温冷感を推定することができる。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
実施の形態１では、例えば車内のような不均一な温熱環境下において、人体の温冷感を推定する温冷感推定装置について説明する。そして、実施の形態１では、人体の表層の状況として、人体が装着している衣類の明度を検出し、当該検出結果を温冷感推定に用いる場合について説明する。

図１は、本実施の形態における温冷感推定装置１の構成ブロックを示すブロック図である。また、図２は、図１の温冷感推定装置１を車に実装する場合の一例を示す模式図である。

温冷感推定装置１では、運転者の温冷感を推定することを目的とし、推定された温冷感は、カーエアコンの制御に使用され、冷やしすぎ、暖めすぎを防ぎ、空調に消費される余分なエネルギーを車の移動にまわすことで、車の航続距離を伸ばす効果が得られる。

図１に示すように、温冷感推定装置１は、第一カメラ１０１と、第二カメラ１０２と、日射量計１０３と、人体領域抽出部１０４と、背景領域抽出部１０５と、暫定放熱量計算部１０６と、表層状況検出部１０７と、日射受熱量計算部１０８と、人体放熱量計算部１０９と、温冷感推定部１１０とを備えている。

第一カメラ１０１は、赤外線による撮像により熱画像を取得することにより、人体が発する赤外線を測定するサーモカメラである。具体的には、第一カメラ１０１は、赤外線のうち、中赤外線及び遠赤外線による撮像を行うことで熱画像を取得している。つまり、第一カメラ１０１は、人体が発した中赤外線及び遠赤外線を測定する。また、図２で示したとおり、実施の形態１では、運転席に着座した運転者の全身が映る位置に第一カメラ１０１が設置されている。これにより、第一カメラ１０１によって人体の全身の熱画像が取得される。なお、複数の第一カメラ１０１を車内の異なる位置に設置し、各第一カメラ１０１によって運転者を分割して撮影することで複数の熱画像を取得し、これらの熱画像を合成することで、全身の熱画像を取得することも可能である。

図３は、実施の形態１に係る第一カメラ１０１で取得された熱画像の一例を示す説明図である。図３の熱画像Ｇ１においては、温度の高い部分が濃い色で、温度が低い部分が薄い色で示されている。

第二カメラ１０２は、人体の表層の状況を測定する表層状況検出部の一例である。具体的には、第二カメラ１０２は、第一カメラ１０１が測定する赤外線よりも短い波長であり、可視光以上の波長の電磁波を測定するカメラである。ここでは、第一カメラ１０１は、可視カメラとする。また、図２で示したとおり、実施の形態１では、運転席に着座した運転者の全身が映る位置に第二カメラ１０２が設置されている。具体的には、第二カメラ１０２は、第一カメラ１０１と同じ位置に配置されており、その撮影範囲も第一カメラ１０１と概ね同様に調整されている。これにより、第二カメラ１０２によって人体の全身の画像が取得される。なお、複数の第二カメラ１０２を車内の異なる位置に設置し、各第二カメラ１０２によって運転者を分割して撮影することで複数の画像を取得し、これらの画像を合成することで、全身の画像を取得することも可能である。

日射量計１０３は、日射量を測定する計測器である。なお、日射量計１０３は、温冷感推定の精度を上げるべく、運転者に対する日射量と同等の日射量が測定できる位置に配置されていることが望まれる。具体的には、図２で示したとおり、日射量計１０３は、ダッシュボード上に設置されていてもよいし、シートの近傍に設置されていれていてもよい。

人体領域抽出部１０４は、第一カメラ１０１で取得された熱画像Ｇ１から、人体に相当する人体領域Ｇ２を抽出する。人体領域抽出部１０４は、例えば、熱画像Ｇ１に対してエッジ処理を施すことで、人体の輪郭を特定し、この輪郭の内部を人体領域Ｇ２として抽出する。なお、この画像抽出処理は、周知のその他の手法を用いることが可能である。

図４は、図３の熱画像Ｇ１から抽出された人体領域Ｇ２を示す説明図である。図４において、斜線のハッチングが施された箇所は無視される領域である。

人体領域抽出部１０４は、図４に示す人体領域Ｇ２に基づいて、当該人体領域Ｇ２の平均温度を算出することにより、人体の表面平均温度Ｔｃｌを求める。

背景領域抽出部１０５は、第一カメラ１０１で取得された熱画像Ｇ１から、背景に相当する背景領域Ｇ３を抽出する。背景領域抽出部１０５は、例えば、熱画像Ｇ１に対してエッジ処理を施すことで、人体の輪郭を特定し、この輪郭の外部を背景領域Ｇ３として抽出する。

図５は、図３の熱画像Ｇ１から抽出された背景領域Ｇ３を示す説明図である。図５において、斜線のハッチングが施された箇所は無視される領域である。

背景領域抽出部１０５は、図５に示す背景領域Ｇ３に基づいて、当該背景領域Ｇ３の平均温度を算出することにより、背景平均温度Ｔｂを求める。

暫定放熱量計算部１０６は、人間が外界に対して放熱する放熱量を算出する。人間が外界に放熱する経路は、対流（伝導含む）、放射、呼気や汗の蒸発の３種類がある。平静状態では、呼気や汗の蒸発は一定であると考え、暫定放熱量計算部１０６は、温冷感に支配的な項目である対流と放射による放熱を計算する。暫定放熱量計算部１０６は、空気と人体の対流による放熱量と、全身における放射による放熱量を計算する。

対流による放熱量は、人体の表面温度と気温との差に、対流熱伝達率ｈｃを乗算することで計算される。人体の表面温度は表面平均温度Ｔｃｌとする。気温は背景平均温度Ｔｂとする。また、人体における対流熱伝達率ｈｃは、基本的には固定値であるので、あらかじめ設定された値を用いる。

放射による放熱量は、人体を取り囲む平均放射温度と人体の表面温度との差に、放射熱伝達率ｈｒを乗算することで計算される。実施の形態１では、背景平均温度Ｔｂを平均放射温度とみなして計算する。放射熱伝達率ｈｒは固定値であり、あらかじめ設定された値を用いる。

そして、暫定放熱量計算部１０６は、暫定放熱量Ｈｔを以下の式（１）により求める。

Ｈｔ＝（ｈｃ＋ｈｒ）×（Ｔｃｌ＋Ｔｂ）・・・（１）

表層状況検出部１０７は、第二カメラ１０２の測定結果に基づいて人体の表層の状況を検出する。具体的には、表層状況検出部１０７は、第二カメラ１０２で取得された画像から、着衣に相当する着衣領域Ｇ４を抽出する。表層状況検出部１０７は、例えば、第二カメラ１０２が取得した画像に対してエッジ処理を施すことで、着衣の輪郭を特定し、この輪郭の内部を着衣領域Ｇ４として抽出する。

図６は、図１の第二カメラ１０２が取得した画像から抽出された着衣領域Ｇ４を示す説明図である。図６においては、着衣領域Ｇ４を白抜きで表現しているが、この着衣領域Ｇ４内では、実際の着衣がカラー画像若しくは明度画像として表現されている。なお、図５において、斜線のハッチングが施された箇所は、背景を示しており無視される領域である。また、図５において、点のハッチングが施された箇所は、人体における着衣から露出した部分を示しており無視される領域である。

表層状況検出部１０７は、図６に示す着衣領域Ｇ４に基づいて、当該着衣領域Ｇ４の平均明度を算出することにより着衣平均明度Ｉｃｌを求める。そして、表層状況検出部１０７は、着衣平均明度Ｉｃｌに基づいて、着衣領域Ｇ４における日射吸収率を算出する。ここで、着衣の明度によって日射吸収率は０．０５〜０．５まで変化することが知られている。このため、着衣の明度がわかれば日射吸収率を算出することが可能である。着衣の日射吸収率Ａｃｌは、以下の式（２）により求められる。

Ａｃｌ＝Ｆｉａ（Ｉｃｌ）・・・（２）

ここで、Ｆｉａは明度を日射吸収率に変換するための関数である。Ｆｉａは、種々の実験、シミュレーション、経験則、自然法則等により、求めることができる。

日射受熱量計算部１０８は、日射によって着衣が受ける日射受熱量Ｈｓを計算する。具体的には、日射受熱量計算部１０８は、以下の式（３）により日射受熱量Ｈｓを計算する。

Ｈｓ＝Ａｃｌ×Ｆｈｓ（Ｈｓａｌｌ）・・・（３）

ここで、Ｈｓａｌｌは、日射量計１０３が計測した日射量である。また、Ｆｈｓは、日射量を受熱量に変換するための関数である。Ｆｈｓは、種々の実験、シミュレーション、経験則、自然法則等により、求めることができる。

人体放熱量計算部１０９は、着衣の影響を考慮した人体放熱量Ｈを計算する。具体的には、人体放熱量計算部１０９は、以下の式（４）により人体放熱量Ｈを計算する。

Ｈ＝Ｈｔ−Ｈｓ・・・（４）

このように、人体放熱量Ｈは、第一カメラ１０１の測定結果から算出された暫定放熱量Ｈｔと、表層状況検出部１０７の検出結果から算出された日射受熱量Ｈｓとに基づいて求められている。

温冷感推定部１１０は、人体放熱量Ｈに基づいて人体の温冷感を推定する。具体的には、温冷感推定部１１０は、以下の式（５）により温冷感Ｔｓを計算する。

Ｔｓ＝Ｆｈｔ（Ｈ）・・・（５）

ここで、Ｆｈｔは、放熱量を温冷感に変換するための関数である。Ｆｈｔは、種々の実験、シミュレーション、経験則、自然法則等により、求めることができる。

なお、人体領域抽出部１０４、背景領域抽出部１０５、暫定放熱量計算部１０６、表層状況検出部１０７、日射受熱量計算部１０８、人体放熱量計算部１０９及び温冷感推定部１１０の一部または全部は、温冷感推定装置１に備わるプロセッサ（不図示）がプログラムを実行することでソフトウェア的に実現されてもよいし、専用回路によりハードウェア的に実現されてもよい。また、上記構成要素が処理に用いる情報は、温冷感推定装置１が備えるメモリ（不図示）又はストレージ（不図示）に格納されているとする。

図７は、本実施の形態における温冷感推定装置１で実行される温冷感推定方法の流れを示すフロー図である。

ステップＳ１において、第一カメラ１０１は運転者の全身の熱画像を取得する。

ステップＳ２において、第二カメラ１０２は運転者の全身の画像を取得する。

ステップＳ３において、人体領域抽出部１０４は、熱画像Ｇ１から人体領域Ｇ２を抽出して、表面平均温度Ｔｃｌを求める。

ステップＳ４において、背景領域抽出部１０５は、熱画像Ｇ１から背景領域Ｇ３を抽出して、背景平均温度Ｔｂを求める。

ステップＳ５において、暫定放熱量計算部１０６は、式（１）に基づいて、暫定放熱量Ｈｔを算出する。

ステップＳ６において、表層状況検出部１０７は、第二カメラ１０２で取得された画像から、着衣に相当する着衣領域Ｇ４を抽出する。

ステップＳ７においては、表層状況検出部１０７は、式（２）に基づいて、着衣の日射吸収率Ａｃｌを算出する。

ステップＳ８において、日射受熱量計算部１０８は、式（３）に基づいて、日射受熱量Ｈｓを計算する。

ステップＳ９において、人体放熱量計算部１０９は、式（４）に基づいて、人体放熱量Ｈを計算する。

ステップＳ１０において、温冷感推定部１１０は、式（５）に基づいて、温冷感Ｔｓを計算する。

以上のように、本実施の形態に係る温冷感推定装置１は、人体の温冷感を推定する温冷感推定装置１であって、人体が発する赤外線を測定する第一カメラ１０１と、人体の表層の状況を検出する表層状況検出部１０７と、第一カメラ１０１の測定結果と表層状況検出部１０７の検出結果とに基づいて、人体の温冷感を推定する温冷感推定部１１０とを備えている。

これによれば、第一カメラ１０１が測定した人体からの赤外線を用いることで、人体からの放熱量を求めることができ、当該放熱量に基づいて温冷感を推定することができる。また、表層状況検出部１０７では、人体の表層の状況を検出しているので、第一カメラ１０１だけでは検出できない人体の表層の状況を検出することができる。そして、この表層状況検出部１０７の検出結果と第一カメラ１０１の測定結果とに基づいて温冷感推定部１１０が人体の温冷感を推定しているので、人体の表層の状況を考慮して温冷感を推定することができる。

また、温冷感推定装置１は、第一カメラ１０１が測定する赤外線よりも短い波長であり、可視光以上の波長の電磁波を測定する第二カメラ１０２を備え、表層状況検出部１０７は、第二カメラ１０２の測定結果に基づいて、人体の表層の状況を検出している。

ここで、前述したように第一カメラ１０１は人体が発する赤外線を測定する。具体的には、第一カメラ１０１は人体が発する中赤外線及び遠赤外線を測定する。中赤外線及び遠赤外線を測定するカメラだけでは、人体の表層の状況を撮像できないが、第二カメラ１０２であれば、第一カメラよりも短い波長であり、可視光以上の波長の電磁波を測定するので、人体の表層の状況を撮像することで確実に検出できる。

また、温冷感推定装置１は、さらに、日射量を測定する日射量計１０３を備え、表層状況検出部１０７は、人体が装着している衣類の明度を、表層の状況として検出し、温冷感推定部１１０は、日射量計１０３の測定結果及び表層状況検出部１０７の検出結果により算出された日射受熱量Ｈｓと、第一カメラ１０１の測定結果とに基づいて、人体の温冷感を推定している。

これによれば、表層状況検出部１０７は、人体の表層の状況の一つである着衣の明度を検出する。この明度と日射量とに基づいて、日射受熱量計算部１０８が衣類の日射受熱量Ｈｓを算出する。温冷感推定部１１０は、算出された日射受熱量Ｈｓと第一カメラ１０１の測定結果とに基づいて人体の温冷感を推定することができる。

そして、温冷感推定装置１で求められる温冷感が、暑くも寒くもない、という値になるように、カーエアコンを制御することができる。これにより、運転者に対して、空調のやり過ぎで不快を感じさせることなく、余分な空調のためのエネルギーを節約できる。特に、本実施の形態の温冷感推定装置１を自動車に適用した場合は、空調のための無駄なエネルギーを省くことができ、自動車の航続距離が伸びるという格別の効果が得られる。

なお、本実施の形態では、第二カメラ１０２が可視カメラである場合を例示した。第二カメラ１０２は、第一カメラ１０１が測定する赤外線よりも短い波長であり、可視光以上の波長の電磁波を測定するカメラであればよい。可視カメラ以外のカメラとしては、ステレオカメラ、近赤外線カメラ、ＴＯＦ（Time of Flight）カメラなどが挙げられる。ステレオカメラの場合には、可視カメラと同様に着衣の色を撮像することができるので、表層状況検出部１０７で着衣の明度を検出することができる。また、近赤外線カメラ若しくはＴＯＦカメラの場合には、着衣における近赤外線画像を撮像することができるので、表層状況検出部１０７は、近赤外線画像に基づいて着衣の近赤外線吸収率を取得し、当該近赤外線吸収率によって衣類の明度を検出することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２においては、人体の表層の状況として、人体が装着している衣類のシワを検出し、当該検出結果を温冷感推定に用いる場合について説明する。なお、以降の説明において、実施の形態１と同等の部位においては、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図８は、本実施の形態における温冷感推定装置１Ａの構成ブロックを示すブロック図である。

図８に示すように、温冷感推定装置１Ａは、第一カメラ１０１と、第二カメラ１０２と、人体領域抽出部１０４と、背景領域抽出部１０５と、表層状況検出部１０７ａと、対流熱伝達率計算部１１１と、人体放熱量計算部１０９と、温冷感推定部１１０とを備えている。

表層状況検出部１０７ａは、第二カメラ１０２の測定結果に基づいて人体の表層の状況を検出する。具体的には、表層状況検出部１０７ａは、第二カメラ１０２で取得された画像から、着衣に相当する着衣領域Ｇ５を抽出する。表層状況検出部１０７ａは、例えば、第二カメラ１０２が取得した画像に対してエッジ処理を施すことで、着衣の輪郭を特定し、この輪郭の内部を着衣領域Ｇ５として抽出する。さらに、表層状況検出部１０７ａは、着衣領域Ｇ５に対してエッジ処理を施すことで、シワｗの外形を検出する。

図９は、第二カメラ１０２が取得した画像から抽出された着衣領域Ｇ５を示す説明図である。図９においては、着衣領域Ｇ５を白抜きで表現しているが、この着衣領域Ｇ５内においては、実際の着衣がカラー画像若しくは明度画像として表現されている。また、図９では、着衣領域Ｇ５内にシワｗが一つしか示されていないが、これは説明の便宜上、簡略化して図示したためであり、実際には複数のシワが着衣領域Ｇ５内に存在している。なお、図９において、斜線のハッチングが施された箇所は、背景を示しており無視される領域である。また、図９において、点のハッチングが施された箇所は、人体における着衣から露出した部分を示しており無視される領域である。

表層状況検出部１０７ａは、シワｗの外形を検出すると、第二カメラ１０２が撮像する動画上でそのシワｗの動きを追跡することで、シワｗの動きの幅を検出する。このシワｗの動きの幅に基づいて、表層状況検出部１０７ａは、シワｗにおける着衣と肌との間隔ｇを検出する。なお、表層状況検出部１０７ａは、着衣領域Ｇ５に対して周知の画像処理を施すことで、着衣の種類（Ｙシャツ、Ｔシャツ、浴衣等）を特定し、その特定結果を間隔ｇの検出に用いてもよい。これは、シワｗにおける着衣と肌との間隔ｇは、着衣の種類に依存して決まっているためである。

対流熱伝達率計算部１１１は、シワｗにおける着衣と肌との間隔ｇに基づいて、対流熱伝達率ｈｃを求める。ここで、対流熱伝達率ｈｃは、シワｗ近傍の風速ｖ及び間隔ｇの少なくとも一方が大きくなると、増加することが知られている。これは、シワｗの近傍で乱流が発生することに起因している。

このため、対流熱伝達率計算部１１１は、カーエアコンによる送風の風速に基づいて、着衣周辺の風速ｖを求めている。具体的には、例えば車両の工場出荷時に、あらかじめ、カーエアコンの設定パラメータ（送風の強度や、足元送風か上半身への送風か、冷風か温風かなどのパラメータ）毎に、シートに座った人体と送風との接触点付近の風速を風速計（図示省略）によって測定し、対流熱伝達率計算部１１１に記録しておくものであってもよい。この場合、運転者が着座し、カーエアコンが運転された際に、対流熱伝達率計算部１１１は、カーエアコンの設定パラメータを読み出し、設定パラメータごとに保存された風速ｖを読み出す。

そして、対流熱伝達率計算部１１１は、以下の式（６）により対流熱伝達率ｈｃを計算する。

ｈｃ＝Ｆｇｈ（ｇ，ｖ）・・・（６）

ここで、Ｆｇｈは、シワｗ近傍の風速及び間隔を対流熱伝達率に変換するための関数である。Ｆｇｈは、種々の実験、シミュレーション、経験則、自然法則等により、求めることができる。

人体放熱量計算部１０９は、式（４）に基づいて着衣の影響を考慮した人体放熱量Ｈを計算する。温冷感推定部１１０は、式（５）に基づいて人体の温冷感を推定する。

なお、人体領域抽出部１０４、背景領域抽出部１０５、表層状況検出部１０７ａ、対流熱伝達率計算部１１１、人体放熱量計算部１０９及び温冷感推定部１１０の一部または全部は、温冷感推定装置１Ａに備わるプロセッサ（不図示）がプログラムを実行することでソフトウェア的に実現されてもよいし、専用回路によりハードウェア的に実現されてもよい。また、上記構成要素が処理に用いる情報は、温冷感推定装置１Ａが備えるメモリ（不図示）又はストレージ（不図示）に格納されているとする。

以上のように、本実施の形態の温冷感推定装置１Ａは、表層状況検出部１０７ａは、人体が装着している衣類のシワｗを検出し、温冷感推定部１１０は、表層状況検出部１０７ａが検出したシワｗに基づく対流熱伝達率ｈｃと、第一カメラ１０１の測定結果とに基づいて人体の温冷感を推定している。

これによれば、表層状況検出部１０７ａが検出したシワｗと、第一カメラ１０１の測定結果とに基づいて人体の温冷感を推定することができる。

なお、本実施の形態では、第二カメラ１０２が可視カメラである場合を例示したが、これ以外にもステレオカメラ、近赤外線カメラ、ＴＯＦカメラなどを第二カメラとして用いることができる。近赤外線カメラの場合には、可視カメラと同様にシワｗのエッジが撮像されているので、表層状況検出部１０７ａでシワｗの外形を検出することができる。また、ステレオカメラ若しくはＴＯＦカメラの場合には、着衣表面の立体形状が撮像されているので、表層状況検出部１０７ａは、取得した着衣表面の立体形状に基づいてシワｗの外形を検出することができる。

（実施の形態３）
実施の形態２では、人体の表層の状況として、人体が装着している衣類のシワを検出し、当該シワから対流熱伝達率を算出して温冷感推定に用いる場合について説明した。この実施の形態３では、検出したシワに基づいて人体領域Ｇ２の測定温度を補正し、その補正結果に基づいて温冷感推定を行う。なお、以降の説明において、実施の形態１と同等の部位においては、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図１０は、本実施の形態における温冷感推定装置１Ｂの構成ブロックを示すブロック図である。

図１０に示すように、温冷感推定装置１Ａは、第一カメラ１０１と、第二カメラ１０２と、人体領域抽出部１０４ｂと、背景領域抽出部１０５と、表層状況検出部１０７ｂと、補正部１１２と、人体放熱量計算部１０９と、温冷感推定部１１０とを備えている。

人体領域抽出部１０４ｂは、人体領域Ｇ２（図４参照）に基づいて、当該人体領域Ｇ２の表面温度分布を求める。

表層状況検出部１０７ｂは、第二カメラ１０２の測定結果に基づいて人体の表層の状況を検出する。具体的には、表層状況検出部１０７ｂは、第二カメラ１０２で取得された画像から、着衣に相当する着衣領域Ｇ５（図９参照）を抽出する。表層状況検出部１０７ｂは、例えば、第二カメラ１０２が取得した画像に対してエッジ処理を施すことで、着衣の輪郭を特定し、この輪郭の内部を着衣領域Ｇ５として抽出する。さらに、表層状況検出部１０７ｂは、着衣領域Ｇ５に対してエッジ処理を施すことで、シワｗの外形を検出する。

表層状況検出部１０７ｂは、シワｗの外形を検出すると、着衣領域Ｇ５におけるシワｗの面積比率を算出する。

補正部１１２は、人体領域抽出部１０４ｂが求めた人体領域Ｇ２の表面温度分布を、シワｗの面積比率に基づいて補正する。

図１１は、人体Ｐと着衣Ｂのシワｗと第一カメラ１０１との位置関係を示す模式的に示す拡大図である。なお、図１１においては、着衣Ｂと人体Ｐとの断面を拡大して示している。図１１に示すように、着衣Ｂにあるシワｗは、人体Ｐから浮いている。このシワｗは、第一カメラ１０１に対して影Ｓを作る。この影Ｓの部分は、第一カメラ１０１では撮影されないために、人体領域Ｇ２の表面温度分布に反映されていない。補正部１１２では、このシワｗを起因とした影Ｓの部分を、表面温度分布に盛り込む補正を行う。

図１２は、補正前の表面温度分布と、補正後の表面温度分布とを示す説明図である。補正部１１２は、補正前の表面温度分布の各ヒストグラムのうち、肌に着衣が密着した部分の温度に相当するヒストグラムを推定する。そして、補正部１１２は、推定したヒストグラムを増加することで補正する。このときの増加量Ｕは、着衣領域Ｇ５におけるシワｗの面積比率に基づいて決定する。具体的には、面積比率が大きければ増加量Ｕを多くし、面積比率が小さければ増加量Ｕを小さくする。なお、この図１２では、一つのヒストグラムのみを増加させた場合を例示しているが、複数のヒストグラムを増加させてもよい。そして、補正部１１２は、補正後の表面温度分布から人体の表面平均温度Ｔｃｌを求める。

人体放熱量計算部１０９は、式（４）に基づいて着衣の影響を考慮した人体放熱量Ｈを計算する。温冷感推定部１１０は、式（５）に基づいて人体の温冷感を推定する。

なお、人体領域抽出部１０４ｂ、背景領域抽出部１０５、表層状況検出部１０７ｂ、補正部１１２、人体放熱量計算部１０９及び温冷感推定部１１０の一部または全部は、温冷感推定装置１Ｂに備わるプロセッサ（不図示）がプログラムを実行することでソフトウェア的に実現されてもよいし、専用回路によりハードウェア的に実現されてもよい。また、上記構成要素が処理に用いる情報は、温冷感推定装置１Ｂが備えるメモリ（不図示）又はストレージ（不図示）に格納されているとする。

以上のように、本実施の形態によれば、表層状況検出部１０７ｂは、人体Ｐが装着している着衣Ｂのシワｗを検出し、温冷感推定装置１Ｂは、表層状況検出部１０７ｂが検出したシワｗに基づいて、第一カメラ１０１の測定結果を補正する補正部１１２を有している。

これによれば、表層状況検出部１０７ｂが検出したシワｗに基づいて、補正部１１２が第一カメラ１０１の測定結果を補正するので、補正後の測定結果に基づいて、温冷感推定部１１０が人体の温冷感を推定することができる。

なお、本実施の形態では、第二カメラ１０２が可視カメラである場合を例示したが、これ以外にもステレオカメラ、近赤外線カメラ、ＴＯＦカメラなどを第二カメラとして用いることができる。近赤外線カメラの場合には、可視カメラと同様にシワｗのエッジが撮像されているので、表層状況検出部１０７ｂがシワｗを起因とした影Ｓの部分を検出することができる。また、ステレオカメラ若しくはＴＯＦカメラの場合には、着衣表面の立体形状が撮像されているので、表層状況検出部１０７ｂは、取得した着衣表面の立体形状に基づいてシワｗの外形を検出して、当該シワｗを起因とした影Ｓの部分を検出することができる。

（実施の形態４）
実施の形態４では、第二カメラ１０２で取得された画像を、例えばカーエアコンの送風口から人体までの距離の測定に用いる場合について説明する。なお、以降の説明において、実施の形態１と同等の部位においては、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図１３は、本実施の形態における温冷感推定装置１Ｃの構成ブロックを示すブロック図である。

図１３に示すように、温冷感推定装置１Ｃは、第一カメラ１０１と、第二カメラ１０２ｃと、人体領域抽出部１０４と、背景領域抽出部１０５と、暫定放熱量計算部１０６ｃと、風温計１１３と、風温補正部１１４と、風速計１１５と、風速補正部１１６と、対流熱伝達率計算部１１１ｃと、第二暫定放熱量計算部１１７と、面積比計算部１１８と、人体放熱量計算部１０９ｃと、温冷感推定部１１０とを備えている。

第二カメラ１０２ｃは、例えばステレオカメラ、ＴＯＦカメラなどの、対象物までの距離を測定可能なカメラである。

表層状況検出部１０７ｃは、第二カメラ１０２の測定結果に基づいて人体の表層の状況を検出する。具体的には、表層状況検出部１０７ｃは、第二カメラ１０２で取得された画像に基づいて、送風口から人体までの距離を算出する。

風温計１１３は、例えばカーエアコンの風温計であり、カーエアコンの送風口での風温を検出している。

風温補正部１１４は、風温計１１３が検出した風温を補正して、補正風音を算出する。具体的には、風温補正部１１４は、表層状況検出部１０７ｃが求めた距離に基づいて、風温を補正する。送風口から人体までの距離が大きくなるほど、人体での風温は低下するので、風温補正部１１４はこの関係性を基に風温を距離に基づいて補正している。

風速計１１５は、例えばカーエアコンの風速計であり、カーエアコンの送風口での風速を検出している。

風速補正部１１６は、風速計１１５が検出した風速を補正して、補正風速を算出する。具体的には、風速補正部１１６は、表層状況検出部１０７ｃが求めた距離に基づいて、風速を補正する。送風口から人体までの距離が大きくなるほど、人体での風速は低下するので、風速補正部１１６はこの関係性を基に風温を距離に基づいて補正している。

対流熱伝達率計算部１１１ｃは、補正された風速に基づいて、対流熱伝達率ｈｃを求める。

第二暫定放熱量計算部１１７は、送風状態の空気と人体の対流による放熱量を計算する。具体的には、第二暫定放熱量計算部１１７は、表面平均温度Ｔｃｌと、背景平均温度Ｔｂと、補正風温と、対流熱伝達率ｈｃとによって、第二暫定放熱量Ｈｔ２を算出する。

暫定放熱量計算部１０６ｃは、対流熱伝達率ｈｃを用いずに、表面平均温度Ｔｃｌと、背景平均温度Ｔｂとによって第一暫定放熱量Ｈｔ１を算出する。このように、第一暫定放熱量Ｈｔ１は、対流による放熱が考慮されていない。

面積比計算部１１８は、第一カメラ１０１で取得した熱画像Ｇ１から、人体における風に晒された部分の面積と、全身の表面積との面積比を計算する。人体における風に晒された部分は、他の部分よりも温度が低いために、その温度差によって特定することが可能である。

人体放熱量計算部１０９は、第一暫定放熱量Ｈｔ１と、第二暫定放熱量Ｈｔ２とを、面積比で重み付け平均を取ることにより、人体放熱量Ｈを計算する。

温冷感推定部１１０は、式（５）に基づいて人体の温冷感を推定する。

なお、人体領域抽出部１０４、背景領域抽出部１０５、暫定放熱量計算部１０６ｃ、風温補正部１１４、風速補正部１１６、対流熱伝達率計算部１１１ｃ、第二暫定放熱量計算部１１７、面積比計算部１１８、人体放熱量計算部１０９ｃ及び温冷感推定部１１０の一部または全部は、温冷感推定装置１Ｃに備わるプロセッサ（不図示）がプログラムを実行することでソフトウェア的に実現されてもよいし、専用回路によりハードウェア的に実現されてもよい。また、上記構成要素が処理に用いる情報は、温冷感推定装置１Ｃが備えるメモリ（不図示）又はストレージ（不図示）に格納されているとする。

また、本実施の形態では、第二カメラ１０２がステレオカメラまたはＴＯＦカメラである場合を例示したが、これ以外にも可視カメラ、近赤外線カメラなどを第二カメラとして用いることができる。可視カメラまたは近赤外線カメラの場合には、これらから得られた２Ｄ画像を、表層状況検出部１０７ｃが画像解析することで、シートの位置変化を判定することにより、送風口から人体までの距離を検出することが可能である。

（その他）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記各実施の形態を説明した。しかしながら、各実施の形態における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記各実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

例えば、実施の形態１などでは、表層状況検出部１０７が人体の表層の状況として着衣の状況（色、シワ等）を検出している場合を例示した。しかしながら、表層状況検出部は、人体の体毛を検出することで、人体の表層の状況を検出することも可能である。この場合、温冷感推定部は、表層状況検出部が検出した体毛に基づく対流熱伝達率と、第一カメラの測定結果とに基づいて、人体の温冷感を推定する。なお、着衣の状況と体毛の状況との両者を検出して、これらの検出結果を複合的に温冷感推定に用いることも可能である。

また、上記実施の形態１などにおいては、第二カメラ１０２が撮像した画像に基づいて、表層状況検出部１０７が人体の表層の状況を検出している場合を例示した。しかし、その他の装置によって得られた人体の表層の状況に基づいて、表層状況検出部が人体の表層の状況を検出してもよい。その他の装置としては、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）などが挙げられる。

また、上記実施の形態１などでは、着衣の状況として、表層状況検出部１０７が着衣の色やシワ等を検出する場合を例示した。しかし、表層状況検出部１０７は、着衣の状況として、着衣表面の襟、襞、毛羽立ち、凹凸等を検出してもよい。

また、表層状況検出部１０７は、背広や、Ｔシャツ、ドレス、ダウンジャケットなどの、着衣の種類そのものを着衣の状況として検出してもよい。この検出結果に応じて、各着衣の種類毎に適切な対流熱伝達率を設定することが可能である。また、着衣の凹凸の影になって見えない部分の表面温度の補正は、実施の形態２または実施の形態３で説明した内容と同様である。 また、上記実施の形態１などにおいては、人体領域抽出部１０４が熱画像Ｇ１から人体領域Ｇ２を抽出する場合を例示した。しかしながら、人体領域抽出部１０４は、第二カメラ１０２が取得した画像から人体領域の輪郭を特定し、その輪郭に基づいて熱画像から人体領域Ｇ２を抽出することも可能である。例えば、人体と周辺環境との温度差があまりない場合を想定する。この場合であると、熱画像に人体と周辺環境との境界に大きな温度差が生じないために、エッジ処理などによる人体領域の抽出が困難となる。一方、上記したように、第二カメラ１０２が取得した画像から人体領域の輪郭を特定し、その輪郭に基づいて熱画像から人体領域Ｇ２を抽出する手法であれば、人体と周辺領域とに温度差がそれほどなくとも人体領域Ｇ２を確実に抽出することが可能となる。

また、上記実施の形態１などにおいては、温冷感推定装置１がカーエアコンに適用された場合を例示して説明した。しかし、温冷感推定装置１は、例えば建物内の空調を行う、その他の空調装置に対しても適用可能である。

また、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態の情報提示装置などを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。

以上、一つまたは複数の態様に係る温冷感推定装置などについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、推定した温冷感に基づいて、快適で省エネルギーな冷房、暖房設備の制御に利用可能である。また、冷房や暖房以外にも、温冷感に応じた情報の提示を行う装置などに利用可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 温冷感推定装置
１０１ 第一カメラ
１０２、１０２ｃ 第二カメラ
１０３ 日射量計
１０４、１０４ｂ 人体領域抽出部
１０５ 背景領域抽出部
１０６、１０６ｃ 暫定放熱量計算部
１０７、１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ 表層状況検出部
１０８ 日射受熱量計算部
１０９、１０９ｃ 人体放熱量計算部
１１０ 温冷感推定部
１１１、１１１ｃ 対流熱伝達率計算部
１１２ 補正部
１１３ 風温計
１１４ 風温補正部
１１５ 風速計
１１６ 風速補正部
１１７ 第二暫定放熱量計算部
１１８ 面積比計算部
Ｂ 着衣
Ｇ１ 熱画像
Ｇ２ 人体領域
Ｇ３ 背景領域
Ｇ４、Ｇ５ 着衣領域
Ｐ 人体
Ｓ 影
Ｕ 補正量
ｗ シワ

Claims (6)

1. 人体の温冷感を推定する温冷感推定装置であって、
   前記人体が発する赤外線を測定する第一カメラと、
   前記人体の表層の状況を検出する表層状況検出部と、
   前記第一カメラの測定結果と前記表層状況検出部の検出結果とに基づいて、前記人体の温冷感を推定する温冷感推定部とを備える
   温冷感推定装置。
2. さらに、前記第一カメラが測定する赤外線よりも短い波長であり、可視光以上の波長の電磁波を測定する第二カメラを備え、
   前記表層状況検出部は、前記第二カメラの測定結果に基づいて、前記人体の表層の状況を検出する
   請求項１に記載の温冷感推定装置。
3. さらに、日射量を測定する日射量計を備え、
   前記表層状況検出部は、前記人体が装着している衣類の明度を、前記表層の状況として検出し、
   前記温冷感推定部は、前記日射量計の測定結果及び前記表層状況検出部の検出結果により算出された日射受熱量と、前記第一カメラの測定結果とに基づいて、前記人体の温冷感を推定する
   請求項１または２に記載の温冷感推定装置。
4. 前記表層状況検出部は、前記人体が装着している衣類のシワを検出し、
   前記温冷感推定部は、前記表層状況検出部が検出した前記シワに基づく対流熱伝達率と、前記第一カメラの測定結果とに基づいて、前記人体の温冷感を推定する
   請求項１または２に記載の温冷感推定装置。
5. 前記表層状況検出部は、前記人体が装着している衣類のシワを検出し、
   前記温冷感推定装置は、前記表層状況検出部が検出した前記シワに基づいて、前記第一カメラの測定結果を補正する補正部を有する
   請求項１または２に記載の温冷感推定装置。
6. 前記表層状況検出部は、前記人体の体毛を検出し、
   前記温冷感推定部は、前記表層状況検出部が検出した前記体毛に基づく対流熱伝達率と、前記第一カメラの測定結果とに基づいて、前記人体の温冷感を推定する
   請求項１または２に記載の温冷感推定装置。