JP3350721B2

JP3350721B2 - 着衣量測定装置および着衣量計測方法

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Publication number: JP3350721B2
Application number: JP24390494A
Authority: JP
Inventors: 良井尻; 陽吉田; 子泉洪
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 2002-11-25
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: US5805718A; JPH08105851A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、室内環境制御や人間
情報測定の際に用いられるパラメータの一つである着衣
量を計測する着衣量計測方法、および、その着衣量計測
方法を用いた着衣量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】衣服には、人間を装飾して外観を良くす
るという目的の他に、自然に対して人体を保護して人間
の健康を維持するという目的がある。そのために、人間
生理学等の研究においては着衣量を測定することは重要
な意味がある。

【０００３】衣服重量は衣服の保温効果と密接な関係が
あり(米田「新衣服衛生学」第７章“衣服と身体活動”p
125〜p126)、厚着や薄着の判定あるいは気候の相違や季
節の推移に対する衣料の調節状況等を衣服重量からある
程度判断できる。そのために、従来は、着衣量を測定す
る場合には、衣服重量を着衣量に換算する方法がとられ
ている。

【０００４】また、内部に発熱体を取り付けたマネキン
(サーマルマネキン)に衣服を着せてコンピュータによっ
てマネキン内部の発熱量や表面温度等を制御し、衣服の
熱抵抗値を測定して着衣量を測定する方法もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の着衣量測定方法には以下のような問題がある。すな
わち、上記衣服重量を着衣量に換算する方法の場合に
は、人間の体格の大きさが衣服重量に影響することと、
衣服の素材や形状や縫い方等の着衣量に影響を及ぼす重
要な要素が考慮されていないことから、測定精度が悪い
という問題がある。また、上記サーマルマネキンを用い
る方法の場合には、装置が大型で高価であり、簡便に着
衣量を測定できないという問題がある。さらに、何れの
方法も、人間が着衣した状態で測定したり、非接触で測
定したりすることができず、実際に即した着衣量の測定
ができないという問題もある。

【０００６】そこで、この発明の目的は、人間の面積,
人間の着衣表面温度,人間の皮膚温度,人間の輻射温度か
ら人間が着衣した状態で非接触で人間の着衣量を測定で
きる着衣量測定装置、および、着衣量計測方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、撮像部によって取り込まれ
た画像を処理する画像処理部と,輻射温度を検出する輻
射センサと,上記画像処理部および輻射センサの出力に
基づいて着衣量を算出する着衣量演算部を備えた着衣量
測定装置であって、上記画像処理部は、上記撮像部によ
って取り込まれた画像から人体画像を認識する人体画像
認識手段と,この認識された人体画像上における人体の
位置および面積を検出する画像位置・面積検出手段を有
し、上記着衣量演算部は、上記人体画像上における人体
の位置及び面積と上記輻射温度とに基づいて着衣表面温
度を算出する着衣表面温度算出手段と,上記人体画像に
基づく情報によって人体の皮膚温度を算出する皮膚温度
算出手段と,上記着衣表面温度および人体の皮膚温度を
用いて着衣の熱抵抗値を算出する熱抵抗算出手段を有す
ることを特徴としている。

【０００８】又、請求項２に係る発明は、請求項１に係
る発明の着衣量測定装置において、上記撮像部によって
捕捉される領域の環境温度を得る環境温度取得部を備え
ると共に、上記着衣量演算部は、上記人体画像上におけ
る人体の位置および面積に基づいて実空間上における人
体の位置及び面積を算出する実空間位置・面積算出手段
と、上記画像処理部による人体画像の認識結果を参照し
て上記輻射温度に基づいて人体のみの輻射温度を算出す
る輻射温度算出手段を有して、上記着衣量演算部におけ
る着衣表面温度算出手段は、上記環境温度と,実空間上
における人体の位置および面積と,人体のみの輻射温度
を用いて上記着衣表面温度を算出することを特徴として
いる。

【０００９】又、請求項３に係る発明は、請求項２に係
る発明の着衣量測定装置において、上記皮膚温度算出手
段は、連続して取り込まれた人体画像に基づいて算出さ
れた人間の活動量を上記情報として用い、この人間の活
動量と上記環境温度に基づいて上記人体の皮膚温度を算
出することを特徴としている。

【００１０】又、請求項４に係る発明の着衣量計測方法
は、温度センサで環境温度Ｔoを検出し、輻射センサで
検出された輻射温度に基づいて人体の輻射温度Ｖを求
め、撮像手段からの人体の画像に基づいて実際の人体の
位置Ｌおよび人体の面積Ａを求めた後、上記環境温度Ｔ
o,人体の輻射温度Ｖ,人体の位置Ｌおよび人体の面積Ａ
を用いて、式 σ(Ｔcl⁴−Ｔo⁴)＝(１/Ｃ)・Ｖ・Ｌ²/Ａ σ,Ｃは定数によって着衣表面温度Ｔclを求め、上記人体の画像に基
づいて人体の移動速度を求め、この人体の移動速度に基
づいて人体の活動量を求め、この人体の活動量に基づい
て人体の皮膚温度の増加量ΔＴ２を求めた後、上記環境
温度Ｔoおよび人体の皮膚温度の増加量ΔＴ２を用い
て、式Ｔsk＝Ｔ１＋ａ・Ｔo＋ｂ・ΔＴ２Ｔ１,ａ,ｂは定数によって人体の皮膚温度Ｔskを求め、上記環境温度Ｔo
と着衣表面温度Ｔclと人体の皮膚温度Ｔskから着衣の熱
抵抗値を着衣量として求めることを特徴としている。

【００１１】

【作用】請求項１に係る発明では、画像処理部の人体画
像認識手段によって、撮像部によって取り込まれた画像
から人体画像が認識される。さらに、画像位置・面積検
出手段によって上記人体画像上における人体の位置およ
び面積が検出される。そうすると、着衣量演算部の着衣
表面温度算出手段によって、上記人体画像上における人
体の位置及び面積と輻射センサによって検出された輻射
温度とに基づいて、着衣表面温度が算出される。さら
に、皮膚温度算出手段によって、上記人体画像に基づく
情報によって人体の皮膚温度が算出される。そして、上
記着衣表面温度および人体の皮膚温度を用いて、熱抵抗
算出手段によって、着衣の熱抵抗が着衣量として算出さ
れる。

【００１２】また、請求項２に係る発明では、上記着衣
量演算部の実空間位置・面積算出手段によって、上記画
像処理部からの人体画像上における人体の位置および面
積に基づいて実空間上における人体の位置および面積が
算出される。さらに、輻射温度算出手段によって、上記
画像処理部による人体画像の認識結果が参照されて上記
輻射温度に基づいて人体のみの輻射温度が算出される。
そうすると、上記着衣表面温度算出手段によって、環境
温度取得部で得られた環境温度と、上記実空間上におけ
る人体の位置および面積と、上記人体のみの輻射温度が
用いられて、上記着衣表面温度が算出される。

【００１３】また、請求項３に係る発明では、上記皮膚
温度算出手段によって、連続して取り込まれた人体画像
に基づいて上記情報としての人間の活動量が算出され
る。そして、この人体の活動量と上記環境温度に基づい
て上記人体の皮膚温度が算出される。

【００１４】また、請求項４に係る発明では、温度セン
サで環境温度Ｔoが検出され、輻射センサで検出された
輻射温度に基づいて人体の輻射温度Ｖが求められ、撮像
手段からの人体の画像に基づいて実際の人体の位置Ｌお
よび人体の面積Ａが求められると、上記環境温度Ｔo,人
体の輻射温度Ｖ,人体の位置Ｌおよび人体の面積Ａを用
いて、式 σ(Ｔcl⁴−Ｔo⁴)＝(１/Ｃ)・Ｖ・Ｌ²/Ａ σ,Ｃは定数によって着衣表面温度Ｔclが求められる。さらに、上記
人体の画像に基づいて人体の移動速度が求められ、この
人体の移動速度に基づいて人体の活動量が求められ、こ
の人体の活動量に基づいて人体の皮膚温度の増加量ΔＴ
２が求められると、上記環境温度Ｔoおよび人体の皮膚
温度の増加量ΔＴ２を用いて、式Ｔsk＝Ｔ１＋ａ・Ｔo＋ｂ・ΔＴ２Ｔ１,ａ,ｂは定数によって人体の皮膚温度が求められる。そして、上記環
境温度Ｔoと着衣表面温度Ｔclと人体の皮膚温度Ｔskか
ら、着衣の熱抵抗値が着衣量として求められる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。図１は本実施例の着衣量測定装置における概
略ブロック図である。この着衣量測定装置は、被写体の
画像を取り込む上記撮像部としてのテレビカメラ(以
下、単にカメラと言う)１、このカメラ１で取り込まれ
た画像から人体画像を認識する画像処理部２、被写体周
辺の輻射温度を検出する輻射センサ３、および、画像処
理部２からの出力と輻射センサ３からの出力とに基づい
て着衣量算出する着衣量演算部４から構成される。

【００１６】図２は、上記画像処理部２および着衣量演
算部４の詳細なブロック図である。上記カメラ１によっ
て着衣した人間の画像が取り込まれて画像処理部２に送
出される。画像処理部２では、人体画像認識手段２１に
よってカメラ１からの画像データに基づいて人体画像を
認識し、画像位置・面積検出手段２２によって人体画像
上における人体の位置および面積を検出する。輻射セン
サ３は、環境の輻射温度や(人体＋環境)の輻射温度を検
出する。

【００１７】そうすると、上記着衣量演算部４は、画像
処理部２からの人体画像上における人体の位置および面
積の検出結果から、実空間位置・面積算出手段４１によ
って実空間上における人体の位置および面積を算出す
る。また、輻射センサ３による各輻射温度の検出結果か
ら、輻射温度算出手段４２によって人体のみの輻射温度
を算出する。そして、実空間上における人体の位置およ
び面積の算出結果と人体のみの輻射温度の算出結果とか
ら、着衣表面温度算出手段４３によって人体の着衣表面
温度を算出する。また、皮膚温度算出手段４４によっ
て、人体画像認識手段２１によって認識された人体画像
を用いて人間の活動量を算出して人体の皮膚温度を算出
する。そして最後に、上記算出された着衣表面温度と人
体の皮膚温度に基づいて、熱抵抗算出手段４５によって
着衣の熱抵抗値を算出する。こうして、人間の着衣の熱
抵抗値を算出することによって着衣量が得られるのであ
る。

【００１８】図３は、上記カメラ１によって画像を取り
込む際におけるレンズの焦点距離ｆと傾き角度θと高さ
ｈを示す概念図である。これらの値は、本着衣量測定装
置を設置する際に予め測定しておく。

【００１９】上記焦点距離ｆは、できるだけ人間の立位
状態における人間像の全体を撮像できるように無限大に
合わせる。その際に、焦点が合わない場合にはそのこと
を無視する。このように設置されたカメラ１によって取
り込まれた画像から、画像処理部２は人体画像を認識す
る。

【００２０】以下、上述した画像処理部２による人体画
像の認識から着衣量演算部４による着衣の熱抵抗値算出
までを、順を追って説明する。

【００２１】図４は、上記画像処理部２における人体画
像認識手段２１によって実行される人体画像認識処理動
作のフローチャートである。以下、図４に従って人体画
像認識処理動作について説明する。ステップＳ1で、動
きのある物体の画像を認識するために、カメラ１からの
画像が連続して２回取り込まれる。ステップＳ2で、取
り込まれた２つの画像の画像データの絶対差を演算する
ことによって、２つの画像の差分が取られる。ステップ
Ｓ3で、上記ステップＳ2において得られた差分画像が２
値化されて、動きのある部分の２値画像が抽出される。
ここで、上記取り込まれた２つの画像に動きのある物体
の画像があれば、両画像における動きのある部分の輝度
差は大きく、背景等の動きの無い部分の輝度差は大略
“０"となる。したがって、２つの画像の差分画像を得
ることによって画像から動きのある部分を抽出できるの
である。

【００２２】ステップＳ4で、抽出された２値画像の面
積が動きを加味した人間の像の面積として妥当な閾値１
と閾値２との範囲内にあるか否かが判別される。その結
果、上記範囲内になければ、上記ステップＳ1に戻って
次の２つの画像に対する処理に移行する。一方、範囲内
にあればステップＳ5に進む。つまり、本ステップで
は、抽出された動きのある部分の面積が上記範囲内にあ
る場合には上記動きのある部分は人体画像である可能性
が高いとし、次の人間の識別処理に移行するのである。

【００２３】もし、上記取り込まれた２つの画像に動き
のある人間の像が存在するにも拘わらず動きのある部分
の輝度差が小さい場合には、得られる２値画像の面積は
上記範囲内にはなく無視されることとなる。しかしなが
ら、人間の着衣状態は動きのある毎に変化するものでも
ないことから、室内環境制御に必要なパラメータの１つ
である着衣量の測定は立位状態(動きのある状態)の人間
と認識できる場合のみ測定できれば室内環境制御用のパ
ラメータとしては十分である。

【００２４】以下、上記動きのある部分が人間の画像で
あるのか否かの識別処理が実行される。尚、本実施例に
おいては、人間の頭部の特徴に基づいて人間の識別処理
を行うのである。ステップＳ5で、上記ステップＳ3にお
いて抽出された２値画像から、動体のｘ方向とｙ方向の
位置が決められる。ステップＳ6で、上記動体のｘ方向
とｙ方向の位置に基づいて人間の頭部の位置が決められ
る。ステップＳ7で、頭髪部の形が認識される。ステッ
プＳ8で、上記認識された頭髪部の形が、弓形であるか
否かが判別される。その結果、弓形でなければ当該動き
のある部分は人体画像ではないとして上記ステップＳ1
に戻って、次の２つの画像に対する処理に移行する。一
方、弓形であればステップＳ9に進む。ステップＳ9で、
当該動きのある部分は人体画像であると認識されて人体
画像認識処理動作を終了する。

【００２５】次に、上記ステップＳ5〜ステップＳ9の動
作を更に詳細に説明する。一般に、人間の頭髪部は弓形
であるという特徴を有している。女性の場合にはヘアー
バンドをしたりパーマネントを掛けたりして髪形が複雑
ではあるが、頭髪部の上縁に限って言えば弓形が崩れる
ような髪型は非常に少ない。また、帽子等で頭髪部が隠
れる場合もあるが、着衣量の測定は室内で行うことが多
いために帽子等での頭髪部の変形は少ない。

【００２６】以上のことから、人間の識別は、上記抽出
された２値画像から頭髪部に相当する図形を抽出し(上
記ステップＳ5,Ｓ6)、この抽出図形の上縁が弓形である
か否かに基づいて抽出図形が人間の頭部であるかを判断
する(上記ステップＳ7,Ｓ8)のである。ここで、上記抽
出図形の上縁が弓形であるか否かは、上記抽出図形の上
縁の曲率変化が所定値以内であるか否かに基づいて判定
する。

【００２７】すなわち、図形の上縁が弓形である場合に
は、図５に示すように各外接線の交点間の距離が短くて
曲率変化が少ない。これに対して、図形の上縁が弓形で
ない場合には、図６に示すように各外接線の交点間の距
離が長くて曲率が不安定に変化する。そこで、上記抽出
図形に対して可能な限り多くの外接線を引いた際におけ
る各外接線の交点間の平均距離をもって曲率変化値と
し、この曲率変化値が所定の範囲内にある場合に当該抽
出図形を人間の頭髪部であるとする。そして、当該抽出
図形の基となる２値画像は人体画像であると認識するの
である。

【００２８】このようにして人体画像が認識されると、
引き続き、画像処理部２における画像位置・面積検出手
段２２によって、人体画像上における人体の位置および
面積を検出する。そして、この検出された人体画像上に
おける人体の位置および面積を用いて、着衣量演算部４
における実空間位置・面積算出手段４１は、実空間上に
おける人体の実際の位置およびシルエットの面積(以下、
単に面積と言う)を算出する。以下、この人体画像上に
おける人体の位置および面積の検出から実空間上におけ
る人体の位置および面積の算出までについて詳細に説明
する。

【００２９】先ず、人体画像上における頭髪部と認識さ
れた箇所から頭髪部画像の横幅Ｗを画像位置・面積検出
手段２２によって検出する。そして、実空間位置・面積
算出手段４１によってカメラ１から人間までの距離Ｄo
を算出する。図７に示すように、上記カメラ１の撮像面
６上における頭髪部画像の横幅Ｗとカメラ１のレンズ５
から実空間上における人間の頭髪部７までの距離Ｄoに
は、式(１)で示される関係がある。Ｄo＝(Ｗo/Ｗ)・Ｄi …（１）但し、Ｗo：実際の頭髪部７の横幅Ｄi：レンズ５と撮像面６との距離(定数）したがって、実際の頭髪部７の横幅Ｗｏを仮定すること
によってレンズ５から頭髪部７までの距離(つまり、人
体の実際の位置)Ｄoを算出できる。

【００３０】次に、人間の高さを算出する。上記画像位
置・面積検出手段２２によって人体画像から画像上にお
ける頭頂部の座標を検出する。そして、実空間位置・面
積算出手段４１によって頭頂部の座標,レンズ５の焦点
距離ｆ,レンズ５の傾き角度θ,レンズ５の高さｈから、
透視投影の原理によって人間の高さを算出する。ここ
で、上記透視投影の原理を簡単に説明する。図８に示す
ように、実際の３次元空間上にある点Ｐ(Ｘ,Ｙ,Ｚ)は、
視点(透視中心)ＯからＺ軸上を距離ｂだけ離れた点Ｐ'
(０,０,ｂ)に原点を有するＸＹ平面に平行な２次元の画
像平面(ｘｙ平面)上にｐ'＝(ｘ,ｙ)なる透視像を形成す
る。その際に、３次元空間上の点Ｐと２次元画像平面上
の透視像ｐ'とには、式(２)および式(３)で示すような
簡単な幾何学的関係が成立する。Ｘ＝ｘ(Ｚ/ｂ) …（２）Ｙ＝ｙ(Ｚ/ｂ) …（３）

【００３１】ここで、図８に図７を当て嵌めると、上記
レンズ５の傾き角度θおよびレンズ５の高さｈが共に
“０"であり、レンズ５の焦点距離ｆが“ｂ"であり、レ
ンズ５から頭髪部７までの距離Ｄoが“Ｚ"であると考え
ることができる。したがって、式(２)および式(３)を用
いて、画像平面上における頭頂部の座標(ｘ,ｙ)から実
空間上における頭頂部７の座標(Ｘ,Ｙ,Ｚ)を算出でき、
人間の高さを算出できるのである。尚、説明を簡単にす
るために、レンズ５の高さｈおよびレンズ５の傾き角度
θと共に“０"としているが、共に“０"でない場合でも
同様にして算出できる。

【００３２】ところで、式(１)においては実際の頭髪部
の横幅Ｗoを定数としている。そのために、撮像面６上
における頭髪部の横幅Ｗの値の大人と子供の差に応じ
て、距離Ｄoが大人と子供とで異なることになる。しか
しながら、上述したように、着衣量測定は立位状態を想
定しているので、身長から大人と子供とを識別できる。
したがって、上述のようにして人間の高さを測定し、そ
の測定された人間の高さの値がある閾値を越えた場合に
実際の頭髪部７の横幅Ｗoの値を切り替えることによっ
て、大人と子供とによる距離Ｄoの変化をある程度補正
できるのである。

【００３３】例えば、大人の身長の閾値を１５０cmと
し、大人の頭髪部の横幅Ｗoを２０cmとし、子供の頭髪
部の横幅Ｗoを１７cmとする。カメラ１によって子供を
補捉した場合には、式(１)において実際の頭髪部の横幅
Ｗoを２０cmとして距離Ｄoを算出すると、実際の距離Ｄ
oより大きな値が得られる。次に、その得られた距離Ｄo
を用いて式(３)より人間の高さを求めると、頭髪部の横
幅Ｗoの誤差分だけ大きくなる。そして、その誤差を含
めても、得られた人間の高さの値が１５０cmを越えない
場合には、カメラ１によって補捉されているのは子供で
あると判断する。そして、実際の頭髪部の横幅Ｗoの値
を子供用の１７cmに変更して、距離Ｄoの算出を再度行
うのである。こうして、人間の高さに基づいて補正され
た正しい距離Ｄoが算出される。

【００３４】上記実空間上における人体の面積は次のよ
うにして算出する。上記撮像面６上における人体像の輪
郭からその輪郭内に含まれる画素数を計測し、得られた
画素数と画素面積とから上記撮像面６上における人体面
積が算出できる。一方、図８から、上記撮像面６上にお
ける人体面積ｓと実際の人体面積Ｓとには式(４)の関係
がある。Ｓ＝ｓ(Ｚ/ｂ)² …（４）そこで、“Ｚ"をレンズＬから頭髪部までの距離Ｄoと
し、“ｂ"をレンズＬの焦点距離とすることによって、
式(４)から実際の人体の面積を算出できるのである。こ
うして、実空間上における人体の面積が算出される。

【００３５】次に、上記着衣量演算部４の輻射温度算出
手段４２による人体のみの輻射温度の算出について詳細
に説明する。上記輻射センサ３からは検出された輻射温
度の結果が送出されてくる。その際に、人体画像認識手
段２１による人体画像認識処理動作における上記ステッ
プＳ4で抽出された２値画像の面積が上記範囲内にない
と判別されることが所定回数連続した時期に、輻射セン
サ３から送出されてくる輻射温度を「背景(環境)の輻射
温度」とする。そして、それ以外の輻射温度を「(人体＋
環境)の輻射温度検」とするのである。

【００３６】ここで、上記時期は、画像内には人間の画
像が存在して偶然動いていない時期であったとも考えら
れる。しかしながら、よほど意識しない限り、人体の一
部はある程度の時間が経てば動く。したがって、人体画
像であると認識できなくとも動きのある物体の画像は検
知でき、“ある程度の時間"動きのある物体が検知され
ない場合には、その時間内に取り込まれた画像は背景画
像であるとすることができるのである。そこで、上記
“ある程度の時間"を１分とした際には、１分間動く物
体が検知されない場合に輻射センサ３によって検出され
た輻射温度を環境の輻射温度であるとし、動く物体が検
知された場合に検出された輻射温度を“人体＋環境"の
輻射温度であるとするのである。

【００３７】図９は、上記カメラ１によって人間を含む
背景の画像を補捉した場合の概念図である。輻射センサ
３によって検出される環境の輻射温度には、人間がいる
場合に人間によって隠れる部分の背景からの輻射温度も
含まれている。したがって、単純に「“人体＋環境"の輻
射温度」から「環境の輻射温度」を差し引くと「人間の輻射
温度」から「人間によって隠れる部分の背景の輻射温度」
が差し引かれた輻射温度が算出される。そこで、「人間
によって隠れる部分の背景の輻射温度」を補完する必要
がある。その際には、人間によって隠れる部分の背景か
らの熱輻射も人間によって隠れない背景からの熱輻射も
一様であると考え、「“人体＋環境"の輻射温度」と「環境
の輻射温度」との差に「人間の面積分の環境の輻射温度」
を加えて、「人間のみの輻射温度」を算出するのである。

【００３８】尚、上記「人間の面積分の環境の輻射温度」
は、「環境の輻射温度」×(実空間上における人間の面積)
/(輻射センサ３の検出面積)によって算出すればよい。
こうして、人体のみの輻射温度が算出される。

【００３９】次に、上記着衣表面温度算出手段４３によ
る着衣表面温度算出について説明する。人間から距離Ｌ
の位置にある輻射センサ３は、人間からの輻射熱を受け
て人間の輻射温度を出力する。その際における輻射セン
サ３の出力は熱源面積(上記人体の面積)Ａに比例し、熱
源までの距離Ｌの二乗に反比例することから、式(５)が
成立する。 σ(Ｔcl⁴−Ｔo⁴)＝(１/Ｃ)・Ｖ・Ｌ²/Ａ …（５）但し、 σ：定数Ｔcl：着衣表面温度Ｔo：環境温度Ｃ：輻射センサ３によって決まる定数Ｖ：人間のみによる輻射センサ３の出力値そこで、上記人間から輻射センサ３までの距離Ｌを人間
からカメラ１のレンズ５までの距離Ｄoとし(すなわち、
輻射センサ３をレンズ５の近傍に位置させ)、環境温度
Ｔoとして上記「環境の輻射温度」を適用する(すなわち、
上記環境温度取得部を輻射センサ３で兼用する)ことに
よって、式(５)から着衣の表面温度Ｔclを算出できるの
である。

【００４０】ここで、人間の輻射センサ３に対する向き
が正面と側面とでは熱源面積Ａに差が生じるために、人
間の姿勢によって得られる着衣表面温度Ｔclが異なるこ
とが考えられる。ところが、人間のみの輻射センサ３の
出力値Ｖと人間の面積Ａとは比例関係にあるから式(６)
が得られる。Ｖf/Ａf＝Ｖs/Ａs …（６）但し、Ｖf：人間が正面を向いている場合の人間のみ
による輻射センサ３の出力値Ａf：人間が正面を向いている場合の熱源面積Ｖs：人間が側面を向いている場合の人間のみによる輻
射センサ３の出力値Ａs：人間が側面を向いている場合の熱源面積式(６)は
式(８)に変形できる。Ｖf・Ｌ²/Ａf＝Ｖs・Ｌ²/Ａs …（７）Ｔf・Ｃ＝Ｔs・Ｃ …（８）但し、Ｔf：人間が正面を向いている場合のσ(Ｔcl⁴
−Ｔo⁴) Ｔs：人間が側面を向いている場合のσ(Ｔcl⁴−Ｔo⁴) したがって、式(５)は人間の向きには関係なく成立す
る。以上のことから、上記着衣表面温度Ｔclは、人間の
姿勢に関係なく測定できるのである。

【００４１】次に、上記皮膚温度算出手段４４によって
行われる人間の皮膚温度算出について説明する。図１０
は気温と人間の皮膚温度との関係を示し、気温と皮膚温
度とは比例関係にある。また、図１１は人間の活動量と
皮膚温度の増加量との関係を示し、活動量と温度増加量
とは比例関係にある。したがって、気温(環境温度)から
得られる皮膚温度に人間の活動量による補正を行うこと
によって、人間の皮膚温度を正しく測定できる。

【００４２】ここで、上記カメラ１によって取り込まれ
た画像から人間の活動量を検出する際には次のようにす
る。すなわち、画像処理部２は、先ず、上述した人体画
像認識処理動作によって人間の画像であると認識した際
に用いた差分画像を用い、この差分画像における移動前
の人間の像の位置と移動後の人間の像の位置とから人間
の移動距離を得る。そして、この人間の移動距離とカメ
ラ１が連続して画像を取り込む際の速度から人間の移動
速度を算出する。一方、人間の活動量と移動速度とには
図１２に示すような比例関係がある。したがって、図１
２の比例関係を用いて、上記算出した移動速度からその
際における活動量を算出する。次に、図１１に示す人間
の活動量と皮膚温度の増加量との関係から、上記算出さ
れた活動量における皮膚温度上昇量を求めるのである。

【００４３】式(７)は、人間の活動量による補正を加え
た人間の皮膚温度Ｔskの算出式である。Ｔsk＝Ｔ１＋ａ・Ｔo＋ｂ・ΔＴ２ …（９）但し、Ｔ１：定数 ΔＴ２：人間の活動による皮膚温度上昇量ａ,ｂ：比例定数この式(７)に、上記算出された人間の活動による皮膚温
度上昇量ΔＴ２と環境温度Ｔo(本実施例においては「環
境の輻射温度」)を代入することによって、人間の皮膚温
度Ｔskが算出される。

【００４４】最後に、上記熱抵抗算出手段４５によって
行われる熱抵抗値算出について説明する。図１３は人間
の放熱形態を模式的に示す。人間は常に熱を放出してい
る。その際に、図１３に示すように、人間の放熱形態を
伝導,対流および輻射のみによるものとすれば、着衣は
人間の皮膚から放出される熱の抵抗となると考えること
ができる。つまり、人間が輻射と対流とによって放出し
た熱量は着衣を伝導する際に着衣の熱抵抗によって減少
しつつ着衣表面に至り、さらに着衣表面から輻射と対流
とによって放射される。したがって、式(１０)が成立す
る。Ｅ１＋Ｅ２＝１/Ｉcl(Ｔsk−Ｔcl) …（１０）但し、Ｅ１：人間からの輻射による放熱量Ｅ２：人間からの対流による放熱量Ｉcl：着衣の熱抵抗

【００４５】また、上記人間からの輻射による放熱量Ｅ
１は、Ｅ１＝(１/Ｃ)・Ｖ・Ｌ²/Ａ …（１１）であり、人間からの対流による放熱量Ｅ２は、Ｅ２＝ｈc(Ｔcl−Ｔo) …（１２）但し、ｈc：対流熱伝達率である。したがって、式(１１),式(１２)及び式(５)か
ら、式(１０)が式(１３)の如く変形できる。Ｉcl＝(Ｔsk−Ｔcl)/{(１/Ｃ)・Ｖ・Ｌ²/Ａ＋ｈc(Ｔcl−Ｔo)} ＝(Ｔsk−Ｔcl)/{σ(Ｔcl⁴−Ｔo⁴)＋ｈc(Ｔcl−Ｔo)} …（１３）

【００４６】ここで、一般に、上記対流熱伝達率ｈcは
表１に示す値を呈する。

【表１】そこで、式(１３)の対流熱伝達率ｈcとして表１におけ
る立位の際における対流熱伝達率ｈcを用い、着衣表面
温度Ｔclとして着衣表面温度算出手段４３によって式
(５)で算出した値を用い、人間の皮膚温度Ｔskとして皮
膚温度算出手段４４によって式(９)で算出した値を用
い、環境温度Ｔoとして上記「環境の輻射温度」を適用す
ることによって、着衣の熱抵抗Ｉcl即ち着衣量を算出で
きるのである。

【００４７】上述のように、上記画像処理部２は、人体
画像認識手段２１によってカメラ１で取り込まれた２つ
の連続画像から差分画像を求めて人体画像を認識し、画
像位置・面積検出手段２２によって人体画像上における
人体の位置および人体の面積を検出する。上記着衣量演
算部４は、画像処理部２で検出された人体の位置と面積
とに基づいて、実空間位置・面積算出手段４１によって
実空間上における人体の位置Ｄoおよび面積Ａを算出す
る。また、輻射温度算出手段４２によって、上記画像処
理部２の人体画像認識結果に応じて輻射センサ３からの
輻射温度を(人体＋環境)の輻射温度と環境の輻射温度と
に区別して取り込む。そして、この両輻射温度から人体
のみの輻射温度Ｖを算出する。

【００４８】さらに、上記着衣量演算部４は、着衣表面
温度算出手段４３によって人体の位置Ｌ(Ｄo)及び面積
Ａと人体のみの輻射温度Ｖとを用いて着衣表面温度Ｔcl
を算出し、皮膚温度算出手段４４によって画像処理部２
で求めた差分画像に基づいて人間の活動量を求めて人間
の皮膚温度Ｔskを算出する。そして、熱抵抗算出手段４
５によって上記着衣表面温度Ｔclおよび人間の皮膚温度
Ｔskを用いて人体の着衣量である着衣の熱抵抗Ｉclを算
出する。

【００４９】したがって、本実施例によれば、サーマル
マネキンのようにマネキンおよびマネキン制御用のコン
ピュータ等を必要とはせず、小型で安価な着衣量測定装
置を可能にする。また、本実施例によれば、人間が着衣
した状態で測定した人間の面積Ａ,人間の着衣表面温度
Ｔcl,皮膚温度Ｔskおよび人間の放射熱量Ｖの値から人
間の着衣量を算出するので、人間の体格の影響を無く
し、衣服の素材や形状や縫い方等の要素を加味して総合
的に精度良く人間の着衣量を測定できる。また、本実施
例によれば、人間が着衣した状態で非接触で人間の着衣
量を測定できるので、実際に即した着衣量の測定を行う
ことができる。

【００５０】上記実施例においては、上記画像処理部２
において連続した２つの画像の差分画像を求めて人体画
像を認識している。しかしながら、この発明はこれに限
定されるものではなく、例えば焦電型赤外線センサ等を
利用して人体を検知してもよい。また、上記実施例にお
いては、頭髪部の弓形を判定するのに外接線の交点間の
距離を用いているが、これに限定されるものではない。
また、上記実施例においては、人体画像の認識は頭髪部
の形が弓形か否かで行っているが、他の方法によって認
識しても何等差し支えない。

【００５１】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明の着衣量測定装置は、画像処理部に人体画像認識
手段および画像位置・面積検出手段を設ける一方、着衣
量演算部に着衣表面温度算出手段および皮膚温度算出手
段を設けて、撮像部からの人体画像上における人体の位
置及び面積と輻射センサからの輻射温度とに基づいて着
衣表面温度を算出し、上記人体画像に基づく情報によっ
て人体の皮膚温度を算出し、この着衣表面温度および人
体の皮膚温度を用いて着衣の熱抵抗値を算出するので、
人間が着衣した状態で非接触で人間の着衣量を測定でき
る。したがって、人間の体格や大きさに影響されること
なく実際に即した着衣量を精度よく測定できる。また、
サーマルマネキンやサーマルマネキン制御用のコンピュ
ータ等を必要とはせず、小型で安価な着衣量測定装置を
提供できる。

【００５２】また、請求項２に係る発明の着衣量測定装
置は、上記着衣量演算部に実空間位置・面積算出手段お
よび輻射温度算出手段を設けると共に、上記着衣表面温
度算出手段は、環境温度取得部で得られた環境温度と上
記実空間位置・面積算出手段で算出された実空間上にお
ける人体の位置及び面積と上記輻射温度算出手段で算出
された人体のみの輻射温度を用いて上記着衣表面温度を
算出するので、人間の面積,人間の着衣表面温度,人間の
皮膚温度および人間の輻射温度から着衣量を測定でき
る。したがって、衣服の素材や形状や縫い方等の着衣量
に影響を及ぼす要素を加味して、総合的に精度よく着衣
量を測定できる。

【００５３】また、請求項３に係る発明の着衣量測定装
置は、上記皮膚温度算出手段によって、連続して取り込
まれた人体画像に基づいて算出された人間の活動量を上
記情報とし、この人間の活動量と上記環境温度に基づい
て上記人体の皮膚温度を算出するので、人間の活動状態
も加味してより精度よく着衣量を測定できる。

【００５４】また、請求項４に係る発明の着衣量計測方
法は、環境温度Ｔoを検出し、人体の輻射温度Ｖ,実際の
人体の位置Ｌおよび人体の面積Ａを求めた後、上記環境
温度Ｔo,人体の輻射温度Ｖ,人体の位置Ｌおよび人体の
面積Ａを用いて、式 σ(Ｔcl⁴−Ｔo⁴)＝(１/Ｃ)・Ｖ・Ｌ²/Ａ σ,Ｃは定数によって着衣表面温度Ｔclを求め、さらに、人体の活動
量に基づいて人体の皮膚温度の増加量ΔＴを求めた後、
上記環境温度Ｔoおよび人体の皮膚温度の増加量ΔＴ２
を用いて、式Ｔsk＝Ｔ１＋ａ・Ｔo＋ｂ・ΔＴ２Ｔ１,ａ,ｂは定数によって人体の皮膚温度Ｔskを求め、こうして得られた
上記環境温度Ｔoと着衣表面温度Ｔclと人体の皮膚温度
Ｔskから着衣の熱抵抗値を着衣量として求めるので、人
間の面積,人間の着衣表面温度,人間の皮膚温度および人
間の輻射温度から人間が着衣した状態での非接触での着
衣量を計測できる。したがって、この発明を用いれば、
安価に高精度で着衣量を計測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の着衣量測定装置における概略ブロッ
ク図である。

【図２】図１における画像処理部および着衣量演算部の
詳細なブロック図である。

【図３】図１におけるカメラのレンズの焦点距離,傾き
角度及び高さの説明図である。

【図４】図２における人体画像認識手段によって実行さ
れる人体画像認識処理動作のフローチャートである。

【図５】弓形における外接線の交点間距離の説明図であ
る。

【図６】非弓形における外接線の交点間距離の説明図で
ある。

【図７】実際の頭髪部と撮像面上における頭髪部画像の
関係を示す図である。

【図８】透視投影の説明図である。

【図９】図１におけるカメラによって捕捉された人間を
含む背景画像の概念図である。

【図１０】人間の皮膚温度と気温との関係を示す図であ
る。

【図１１】人間の皮膚温度の増加量と活動量との関係を
示す図である。

【図１２】人間の移動速度と活動量との関係を示す図で
ある。

【図１３】人間の放熱形態を模式的示す図である。

【符号の説明】

１…カメラ、２…画像処理部、
３…輻射センサ、４…着衣量演算
部、５…レンズ、６…撮像面、
７…頭髪部、２１…人体画像認識
手段、２２…画像位置・面積検出手段、４１…実空
間位置・面積算出手段、４２…輻射温度算出手段、
４３…着衣表面温度算出手段、４４…皮膚温度算
出手段、４５…熱抵抗算出手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田陽大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者洪子泉東京都世田谷区北沢３丁目５番18号株式会社イーゼル内 (56)参考文献特開平５−322285（ＪＰ，Ａ) 特開平６−209200（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−209157（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 25/00 G01N 25/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像部によって取り込まれた画像を処理
する画像処理部と、輻射温度を検出する輻射センサと、
上記画像処理部および輻射センサの出力に基づいて着衣
量を算出する着衣量演算部を備えた着衣量測定装置であ
って、上記画像処理部は、上記撮像部によって取り込まれた画
像から人体画像を認識する人体画像認識手段と、この認
識された人体画像上における人体の位置および面積を検
出する画像位置・面積検出手段を有し、上記着衣量演算部は、上記人体画像上における人体の位
置及び面積と上記輻射温度とに基づいて着衣表面温度を
算出する着衣表面温度算出手段と、上記人体画像に基づ
く情報によって人体の皮膚温度を算出する皮膚温度算出
手段と、上記着衣表面温度および人体の皮膚温度を用い
て着衣の熱抵抗値を算出する熱抵抗算出手段を有するこ
とを特徴とする着衣量測定装置。
【請求項２】請求項１に記載の着衣量測定装置におい
て、上記撮像部が捕捉している領域の環境温度を得る環境温
度取得部を備えると共に、上記着衣量演算部は、上記人体画像上における人体の位
置および面積に基づいて実空間上における人体の位置お
よび面積を算出する実空間位置・面積算出手段と、上記
画像処理部による人体画像の認識結果を参照して上記輻
射温度に基づいて人体のみの輻射温度を算出する輻射温
度算出手段を有して、上記着衣量演算部における着衣表面温度算出手段は、上
記環境温度と、実空間上における人体の位置および面積
と、人体のみの輻射温度を用いて上記着衣表面温度を算
出することを特徴とする着衣量測定装置。
【請求項３】請求項２に記載の着衣量測定装置におい
て、上記皮膚温度算出手段は、連続して取り込まれた人体画
像に基づいて算出された人間の活動量を上記情報として
用い、この人間の活動量と上記環境温度に基づいて上記
人体の皮膚温度を算出することを特徴とする着衣量測定
装置。
【請求項４】温度センサによって環境温度Ｔoを検
出し、輻射センサによって検出された輻射温度に基づい
て人体の輻射温度Ｖを求め、撮像手段からの人体の画像
に基づいて実際の人体の位置Ｌおよび人体の面積Ａを求
めた後、上記環境温度Ｔo,人体の輻射温度Ｖ,人体の位
置Ｌおよび人体の面積Ａを用いて、式 σ(Ｔcl⁴−Ｔo⁴)＝(１/Ｃ)・Ｖ・Ｌ²/Ａ σ,Ｃは定数によって着衣表面温度Ｔclを求め、上記人体の画像に基づいて人体の移動速度を求め、この
人体の移動速度に基づいて人体の活動量を求め、この人
体の活動量に基づいて人体の皮膚温度の増加量ΔＴ２を
求めた後、上記環境温度Ｔoおよび人体の皮膚温度の増加量ΔＴ２
を用いて、式Ｔsk＝Ｔ１＋ａ・Ｔo＋ｂ・ΔＴ２Ｔ１,ａ,ｂは定数によって人体の皮膚温度Ｔskを求め、上記環境温度Ｔoと着衣表面温度Ｔclと人体の皮膚温度
Ｔskから着衣の熱抵抗値を着衣量として求めることを特
徴とする着衣量計測方法。