JP3159869B2 - 熱物体検出装置および測定法 - Google Patents
熱物体検出装置および測定法Info
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Description
して物体を検出する装置に関する。
て、室内にいる人間の有無や行動を検知する測定装置へ
の要求が高まりつつある。
温度分布を測定し、人体を検知する方法や、CCD可視
カメラによる人体判定の方法等が提案されている。
報により人体を判定する方法が特願平1−271266
に記載されている。
を求める方法には、特開昭64−88391、特開昭5
7−185695、特開平2−183752、特開平2
−196932等に記載のごとく、単一の焦電センサを
用いて、機構的に縦方向および横方向に方向走査させて
各方向毎の入力エネルギーを検知し、温度分布を求める
方法が知られている。
を用いた空間の温度分布を測定し、人体を検知する方法
は、簡易型2次元赤外線センサを用いた場合、体温と同
一物体が存在する場合などに人体と判別が付難く誤動作
をおこし、判定精度が悪くなる欠点がある。また、量子
型センサを用いた赤外線カメラは、測定温度精度と解像
度は高いがセンサ部分の冷却が必要であることから高価
なものとなり家庭用機器への利用にはそぐわないもので
ある。さらに、CCD可視カメラによる人体判定は人体
の切り出しが煩雑で、技術的に可能であるが、装置とし
ては、高価なものとなる。
ので、赤外線アレイセンサと超音波センサを用いて低コ
ストで小型の信頼性が高い熱物体検出装置を提供するこ
とを目的とするものである。
部をアレイ状に設けた焦電型赤外線アレイセンサ、前記
赤外線センサに入射する赤外線を集光する赤外線集光レ
ンズ、前記赤外線を断続的に遮断するチョッピング手段
及び、前記赤外線アレイセンサの対面方向を連続的に回
転させる赤外線センサ回転手段を有する赤外線検出手段
と、超音波を送波し反射波を受波する超音波センサによ
る物体認識手段及び、前記超音波センサの対面方向を連
続的に回転させる超音波センサ回転手段と、前記赤外線
検出手段および前記物体認識手段からの信号を重ね合わ
せ比較処理する処理手段とを備えた熱物体検出装置にお
いて、前記赤外線センサによりセンサ位置から見た2次
元の熱画像を検知し、前記超音波センサによりセンサ位
置から見た奥行き方向からなる2次元の物体情報を検知
し、予め、前記物体認識手段からの信号より所定空間の
2次元の背景物体位置を検知し、測定時における前記物
体認識手段からの信号により新規物体を検知し、前記処
理手段において、前記新規物体の検知結果と前記赤外線
検出手段からの信号による熱像を重ね合わせ比較処理す
ることにより、新規な熱物体を検知することを特徴とす
る熱物体検出装置である。
源により回転動作を行なうことで、正確に物体認識およ
び熱画像を検知し、比較処理することで熱物体を精度よ
く検出するものである。
て説明する。
す概略構成を示すものであって、受光部を複数個(例え
ばN個)垂直方向にライン状に設けた焦電型の赤外線セ
ンサ1と、該アレイセンサの前面に赤外線を該焦電セン
サアレイ1に集光するための赤外線レンズ2を設け一体
化し、さらに、レンズ2前面には該レンズ2に入射する
赤外線を断続的に遮断するための円筒状のチョッパ4を
設ける。一体化された前記赤外線センサ1と赤外線レン
ズ2は赤外線センサ回転手段3により水平回転走査を可
能とする。また、前記チョッパ4も変速器等を介して機
械的に前記赤外線センサ回転手段3に接続され、一定の
速度で回転するようになっている。そのため、赤外線セ
ンサ1の回転走査とチョッパ4とは一定の周期で同期駆
動ができるものである。
し、物体や人体からの反射波を受波する超音波振動子を
有する超音波センサ5を超音波センサ回転手段6上に設
置し、水平回転走査を可能とする。7は制御系であっ
て、前記センサの回転走査およびセンサからの信号処理
を行う。
サ回転手段3および超音波センサ回転手段6を同時にス
タートさせた場合、図2に示すタイミングで回転走査す
る。すなわち、赤外線センサ1はt1秒かけてθ1度連続
水平回転し、かつ、円筒状のチョッパ4により1回の開
/閉チョッピングがされる。このことにより、赤外線セ
ンサ4が対面しているスタート位置0度〜θ1度の範囲
にわたって平均的な水平方向の熱画像(例えばN*1)
が測定できる。と同時に、超音波センサ5は、スタート
信号と同期してステップ的に瞬時にθ1度連続水平回転
する。超音波センサ5はステップ回転終了後、直ちに作
動しスタート位置からθ1度方向へ超音波を送波し、反
射波を受波することによりθ1度方向のエコ−データを
計測する。
平方向θ1*m度の範囲にわたって、熱画像と超音波に
よる物体検知ができる。
向の2次元温度分布であり、超音波エコーによる物体像
は水平方向の2次元分布である。これら2つの熱画像と
物体像を重なり合わせることにより、発熱物体を精度良
く検知できる。
同一の超音波振動子を用いても良く、また、別々のもの
でも良い。
示す概略構成を示し、図4にその駆動および信号処理回
路のブロック図を示す。
を複数個(例えばN個)垂直方向にライン状に設けた焦
電型の赤外線センサ1と、該アレイセンサ1の前面に赤
外線を該焦電センサアレイに集光するための赤外線レン
ズ2を設け一体化し、固定する。さらに、レンズ2前面
には該レンズ2に入射する赤外線を断続的に遮断するた
めの円筒状のチョッパ4を設ける。前記チョッパ4は機
械的にチョッパ回転手段10に接続され、一定の速度で
回転する。8はフォトインタラプタ等から成るチョッピ
ング検知器である。前記赤外線センサユニット9と超音
波センサ5を一体化しセンサ回転手段11上に設置し、
水平回転走査を可能とする。7は制御系であって、前記
センサの回転走査およびセンサからの信号処理を行う。
回路1(23)を介してチョッパ回転手段10をスター
トさせて計測を開始する。チョッピング速度は例えば1
〜100Hzで駆動する。チョッピング検出器8はチョ
ッパの開/閉状態をセンシングし制御系7にLOW/HIGH信
号を送る。
1はチョッピング検出器8のLOW/HIGH信号を受けて、モ
ータ駆動回路2(24)を介して一定周期でチョッパの
開/閉回転と同期してステップ回転する。すなわち、赤
外線センサ1と超音波センサ5はチョッパ開状態と同時
に瞬時にθ1度ステップ水平回転し、一旦停止する。こ
の時、円筒状のチョッパ4により1回の開/閉チョッピ
ングがされる。このことにより、赤外線センサ1が対面
しているスタート位置からθ1度の方向の熱画像(例え
ばN*1)を信号処理回路21を介して測定しCPU2
6に送信する。と同時に、超音波センサ5も、直ちに作
動しスタート位置からθ1度方向へ超音波を送波し、反
射波を受波することによりθ1度方向のエコ−データを
計測し信号処理回路22を介してCPU26に転送す
る。
平方向θ1*m度の範囲にわたって測定し、CPU26
で2次元の熱画像と超音波による物体検知ができる。水
平回転走査角度を120度とするとθ1=1.5度の場
合、m=80となり、チョッピング速度は例えば1〜1
00Hzのときに8〜0.8秒間でN*80画素の熱画像
および物体像が得られる。
向の2次元温度分布であり、超音波エコーによる物体像
は水平方向の2次元分布である。これら2つの熱画像と
物体像は各画素が同一方向のデータであり、容易に比較
できることから、重なり合わせることにより、発熱物体
を精度良く検知できる。最終対面方向に対して計測終了
後、モータを一気に逆回転させることにより、初期の対
面方向に戻すことにより、繰り返し測定を可能とする。
には、タンス33とソファ32があり、本発明の熱物体
検出装置のセンサユニット31が設置されている。条件
として、外部より太陽光線が入射し、室内のソファが温
まっている状態を想定する。まず、超音波センサによ
り、予め、無人の室内のエコーパターンを測定してお
く。1人の人間が鞄を持って、室内に入った場合、セン
サを作動させて、赤外線センサによる2次元の熱画像
と、超音波センサによる物体エコーパターンを測定す
る。エコーパターンは予め計測した初期状態のエコーパ
ターンとの差分により、新たに出現した物体像を切り出
す。従って、ソファは当初から存在するので、物体像と
しては出力されない。その結果を、図7に熱画像ととも
に示す。黒部分は熱画像、斜線部分は、エコーパターン
である。熱画像は人体の位置とソファ近傍に確認され、
エコーパターンでは人体位置と鞄の位置が確認される。
侵入人体を検知する場合、熱画像のみで判定すると実際
の人体位置とソファ位置の2カ所に2人存在すると判定
され、又、超音波センサのみのデータで判定すると、実
際の人体位置と鞄の位置に侵入物体を確認し、やはり2
人が新たに存在する判定になる。しかし、熱画像と物体
検知を重ね合わせることにより、新たな侵入物体で熱画
像と重なるものが人体とすると1人の人体が判定され、
精度良く人体検知ができた。
に人が1人居る場合と、遠くに複数の人が一ヶ所に居る
場合とでは1回の測定温度分布では判別が困難である
が、取り込み温度分布の経時変化値から、経験的に判別
することが可能であった。また、判定にメンバーシップ
関数を用いたファジー推論を導入することによりさらに
精度よい判定が可能であった。
す。(a)は平面図、(b)は正面図である。赤外線セ
ンサ1および超音波センサ5を1つのステッピングモー
タ41により回転用ベルト42を介して回転走査させ
る。ステッピングモータの回転を伝達する手段として回
転用ベルトのほかにギア機構を用いても良い。前記形状
とすることで装置の薄型化が可能であった。
す。(a)は平面図、(b)は正面図である。ステッピ
ングモータによるセンサ回転手段11上に焦電素子を固
定した焦電素子固定部61と赤外線レンズ2およびチョ
ッパ4から成る赤外線検出手段の横に超音波検出部51
とホーン52からなる超音波センサ5を設置し、回転走
査させる。前記超音波検出部は、送波と受波を兼ねた機
能を有するものである。ステッピングモータは回転手段
に直接機械的に接続してもよく、また、回転を伝達する
手段として回転用ベルトを用いて間接的に駆動してもよ
い。前記形状とすることで装置の薄型化が可能であっ
た。
す。(a)は平面図、(b)は正面図である。ステッピ
ングモータによる回転手段11上に焦電素子を固定した
焦電素子固定部61と赤外線レンズ2およびチョッパ4
から成る赤外線検出手段の横に物体検出手段を設置し、
回転走査させる。前記物体検出手段は、超音波発信部5
3とホーン52から送波された超音波を超音波受信部5
4とホーン52で受波することで機能を発揮するもので
ある。ステッピングモータは回転手段に直接機械的に接
続してもよく、また、回転を伝達する手段として回転用
ベルトを用いて間接的に駆動してもよい。前記形状とす
ることで装置の薄型化が可能であった。
いて、テレビの上部に設置しテレビがON状態の時に間
欠的に測定を行なった。各測定時の超音波センサからの
信号と、予め、テレビが設置されている無人の室内の2
次元の背景物体位置情報(深夜)との比較により新規物
体を検知し、かつ、赤外線検出手段からの信号による2
次元の熱画像と重ね合わせ比較処理することにより、新
規熱物体を検知する赤外線検出手段からの信号により2
次元の熱画像を作成し、前記物体認識手段からの信号に
より2次元の物体位置画像を作成し、作成した前記2次
元熱画像と前記物体位置画像を重ね合わせることによ
り、熱物体を人体として判断することにより、実際にテ
レビを見ている人数を正確に検知できた。
は、精度良く測定空間に存在する熱物体を検知できると
いう効果を有するものである。
図。
方向のタイミング図。
成図。
タイミング図。
パターン図。
平面、正面図。
平面、正面図。
略平面、正面図。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数個の検出部をアレイ状に設けた焦電
型赤外線アレイセンサ、前記赤外線センサに入射する赤
外線を集光する赤外線集光レンズ、前記赤外線を断続的
に遮断するチョッピング手段及び、前記赤外線アレイセ
ンサの対面方向を連続的に回転させる赤外線センサ回転
手段を有する赤外線検出手段と、 超音波を送波し反射波を受波する超音波センサによる物
体認識手段及び、前記超音波センサの対面方向を連続的
に回転させる超音波センサ回転手段と、 前記赤外線検出手段および前記物体認識手段からの信号
を重ね合わせ比較処理する処理手段とを備えた熱物体検
出装置において、 前記赤外線センサによりセンサ位置から見た2次元の熱
画像を検知し、前記超音波センサによりセンサ位置から
見た奥行き方向からなる2次元の物体情報を検知し、 予め、前記物体認識手段からの信号より所定空間の2次
元の背景物体位置を検知し、測定時における前記物体認
識手段からの信号により新規物体を検知し、前記処理手
段において、前記新規物体の検知結果と前記赤外線検出
手段からの信号による熱像を重ね合わせ比較処理するこ
とにより、新規な熱物体を検知することを特徴とする熱
物体検出装置。 - 【請求項2】 前記赤外線センサ回転手段と超音波セン
サ回転手段が前記チョッピング手段と一定周期で同期
し、センサ体面方向が1ステップ回転する毎に少なくと
も整数倍の開/閉チョッピングは行われることを特徴と
する請求項1記載の熱物体検出装置。 - 【請求項3】 チョッピング手段の駆動状態を検知する
チョッピング信号検出器を有し、前記チョッピング信号
検出器からの整数倍の信号により、ステッピングモータ
を駆動させ、赤外線センサと超音波センサを駆動するこ
とを特徴とする請求項2記載の熱物体検出装置。 - 【請求項4】 赤外線センサ回転手段と超音波センサ回
転手段が1つのステッピングモータにより回転ベルトに
より機械的に接続し、同期して回転走査することを特徴
とする請求項1記載の熱物体検出装置。
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