JP5175562B2 - 人物位置検出装置および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、人物の位置を検出するための人物位置検出装置および、この人物位置検出装置を用いて人物の位置を検出して、人が快適になる各種制御、例えば人に気流が直接当たらないように空調制御を行う空気調和機に関する。

この種の従来の人物位置検出装置として、空気調和機の人体検知センサが特許文献１に開示されている。これを図１２に示している。

図１２は、特許文献１に開示されている従来の空気調和機の要部構成例を示すブロック図である。

図１２において、従来の空気調和機の制御装置１００は、人体の存在方向と空気調和機からの距離を検知する位置検知手段１０１と、空気調和機の主な制御を行う主制御手段１０２と、設定温度を変更する設定温度変更手段１０３と、送風方向を変更する風向変更手段１０４と、送風方向を上下左右に変更可能な風向制御翼１０５と、風向制御翼１０５を駆動する風向制御翼駆動手段１０６と、送風速度を変更する風速変更手段１０７と、送風を行う送風機１０８と、送風機１０８を駆動する送風機駆動手段１０９とを有している。

位置検知手段１０１は、人体が輻射する赤外線を検知する２個の赤外線センサと、赤外線センサに赤外線を集光するフレネルレンズと、赤外線センサの出力を増幅するアンプを実装しているアンプ基板とからなっている。

このように、人体の存在方向と空気調和機からの距離を赤外線により検知する位置検知手段１０１からの出力に基づいて、主制御手段１０２が、設定温度変更手段１０３により設定温度を変更し、風向変更手段１０４により送風方向を変更し、風速変更手段１０７により送風速度を変更する。これによって、わずらわしい設定操作を行わなくても、これによって、人物の動きに合わせて自動的にスポット運転が行われ、快適でかつ便利な空調が得られる。

一方、従来の人物位置検出装置として、画像センサによる画像情報から人体を検出してこれを空気制御に用いる空気調和装置が特許文献２に開示されている。

特許文献２では、画像情報を使用して室内に存在する人の位置およびその距離や人数などを検出すると共に、室内機の上下方向の風向きを制御する上下フラップと左右方向の風向きを制御する左右フラップを、人の居場所によらず自由に気流を制御するプラップ機構として気流を振り分けられる構成にすることで、これまでの住宅における空調空間はもちろん、近年の住宅に多い大形リビングやリビングダイニングや高天井の住宅においても、常に快適で省エネな空調運転を行うことを実現している。これによって、人の居場所を認識する空気調和装置において、自由に気流を制御できて、人の居場所や人数などにより、また、個人個人に対し快適な空調を行うことができる。

この画像センサによる検出は画像を区分けした各領域毎の空間、この区分けは厳密なもので無く複数に区分けした中心点である特定位置であっても良く、このような個々の空間毎に動きを検出し、その動き量を計算している。この動き量を複数回に分けて取りこみ風向き制御に使用するが、照明のオンオフ変化、複数の人が停止したり動いたりする錯綜する動き量など急激な変化を検知しないように、連続して画像記憶させ演算して行う動き量検出を間隔を置いて５回程度行い最大と最小を除いた残りの平均値を採用する。これにより同じ位置に人が居て、その部屋を人が通りすぎてもフラッパなど空調装置が反応して動くようなことが無いように出来る。即ちある場所の動き量の平均がある一定値である所定の閾値以下ならその場所の積算動き量を減らしていき閾値以上なら足していく。それによりその場所での重み付けが高くなり人の存在確率が高いことになる。長い時間動いていれば人がその場所で活動していると判断する一方、通りぬける人、例え少しの時間部屋にとどまろうといちいち反応しなくとも良く空調装置の無駄な動きを押さえることができる。このように部屋に居る人にとってはフラッパなどのバタバタとした動きがなく好ましい空調が続けられるので心理的な悪影響もなく不必要な風当てや風の変化を感じることがなく周囲環境にゆだね安心している状態が継続できる。
特許第２９２１２５６号（特開平５−１８７６８２号公報） 特開２００６−２２０４０５号公報

しかしながら、上記従来の特許文献１の構成では、２個の赤外線センサからの出力強度値の組合パターンから人体の存在方向を推定し、その出力強度値の絶対値から人体までの距離を推定している。このため、空気調和機から検出できる人体の方向は、温度の高い熱分布が分かるものの、空気調和機から検出できる人体までの距離については推定程度でしかわからず精度が低い。即ち、赤外線センサの場合、人体が輻射する熱の移動で感知するが、輻射熱は床や壁からの輻射熱や、日射による熱の移動、さらに暖房機器や電化製品や台所からの熱などさまざまな熱を感知してしまうため、人の居場所も遠い、近い、右側、左側などの分解能の荒い制御にしか適さない。この結果として、気流が人に直に当たってしまう場合も発生し、空気調和機の気流制御精度が低くなるという問題がある。また、赤外線センサを用いているため、室内に人が長くいて体の温度が下がっている場合など、計測対象である室内の温度変化が得られない場合、全く人体を検出できないという問題もある。さらに、エアコンの気流を制御する場合も、遠い、近い、右、左等のおおまかな風向制御のみであり、気流を制御するフラップもこれまでの通常の機構しか使われていなかったため、人の居場所によっては気流が届かず快適な居住空間が得られないという問題もあった。特に、近年の住宅に多い大形リビングや、リビングダイニング、高天井住宅等の住宅においては、制御できる範囲が制限され、居住空間全体を快適に制御することができなかった。このため快適性が居住場所によりムラが生じ、設定温度を居場所により設定しなおす必要があり、快適性、省エネ性に問題があった。これも、空気調和機自体の性能のこともあるが、空気調和機から人までの距離精度が低いことにも由来している。

次に、上記従来の特許文献２の構成では、画像情報を用いて室内にいる人体の方向と距離を検出するため、人体の方向の検出精度の向上は期待できるものの、画像センサからの画像情報により人の動きを検出して人の位置が分割されたどのエリアの方向に存在するか、エリアの中心までどのくらいの距離かなどを推定しているため、その分割エリアが荒ければ、当然、空気調和機から人体までの距離精度の向上は期待できない。また、画像情報から人がいる方向と距離を検出する場合、例えばステレオカメラによる三角測量で任意の複数のポイントを全部演算処理しようとすると、画像処理における計算量が膨大になるため、これの実現手段としては極端な高コストになることは避けられず、三角測量で任意の複数のポイントを面状に全部演算処理することは実現性に乏しい。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、複数のポイントを面状に全部演算処理する場合、計算量が膨大にならず、室内における人物の位置（方向と距離）の検出精度を高精度にできる人物位置検出装置および、この人物位置検出装置を用いた気流制御の高精度化により、省エネルギーおよび快適性の向上を図ることができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の人物位置検出装置は、投射光を出射する発光手段と、該投射光の室内空間からの反射光を受光して、該室内空間の物体までの距離に応じた距離情報を複数の受光部からそれぞれ出力するＴＯＦ（タイム・オブ・フライト）式距離画像センサとを有する人物位置検出装置であって、該ＴＯＦ式距離画像センサからの距離情報に基づいて、該室内空間の物体までの距離変位を検出する距離変位検出手段と、該距離変位検出手段によって該室内空間の物体までの距離変位が検出された距離変位領域を抽出し、該抽出された距離変位領域の形状の特徴を指標化した値と人物形状の特徴を指標化した値とを比較することにより該抽出された距離変位領域を形状特定化することによって人物かどうかを判別する人物判別手段とを有し、該人物として形状特定化された距離変位領域までの方向および距離を人物位置として検出するものであり、該人物形状の特徴を指標化した値は、人体を複数の部位に分割し、各部位での短辺長および長辺長の各比を算出して正規化されており、該距離変位検出手段は、該室内空間の物体までの距離をリアルタイムに計測し、計測した室内空間の各距離に基づいて、該室内空間の各距離の時間変化量を算出し、該時間変化量が所定閾値未満かどうかにより距離変位の有無を検出し、該距離変位検出手段は、該室内空間の物体までの距離の時間変化量をリアルタイムに計測し、計測した該距離の時間変化量が０に漸近することにより、該室内での距離が平衡状態であると判定する距離平衡状態判定手段を有し、そのことにより上記目的が達成される。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置において、前記距離が平衡状態であるとの判定は、前記物体位置に変化がない場合に相当する。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置における距離変位検出手段は、前記室内空間の距離平衡状態でのフレーム距離値と、前記ＴＯＦ式距離画像センサからの各フレーム距離値との距離差分値を算出し、該距離差分値が所定閾値以上でかつ設定時間以上だけ継続した場合に、該室内での距離が変位状態であると判定する距離変位状態判定手段を有する。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置における距離差分値は、距離変位確定精度向上のために、前記ＴＯＦ式距離画像センサの距離分解性能に応じて、計測距離範囲毎に距離フレーム差分閾値を設定し、該距離フレーム差分閾値を所定記憶部にテーブル形式で保持する。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置において、人物形状の特徴を指標化した値は、予めデータベースに登録されており、該人物形状の特徴を指標化した値は、人物の動作状態および静止状態について、立っている状態、座っている状態、寝転んでいる状態および体格の違いを表す。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置において、前記人物形状の特徴を指標化した値は、人体を頭部、胴体部、足部および手部の各部位に分割し、該各部位での短辺長および長辺長の各比を算出して正規化されている。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置において、前記人物形状の特徴を指標化した値は、少なくとも最大値および最小値を算出し、該最大値および該最小値から形状特徴パターンの指標値範囲を求める。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置において、前記人物形状の特徴を指標化した値は、少なくとも最大値、最小値および平均値を算出すると共に、該平均値を用いて標準偏差値を算出し、該最大値および該最小値から形状特徴パターンの指標値範囲を求め、比較精度向上のために、該標準偏差値から形状特徴パターンのばらつき度合いを求める。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置における発光手段は、前記投射光として近赤外のパルス光を一定周期で前記室内空間に照射する。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置における受光部は、光電変換部が中央に設けられ、該光電変換部の中心に対する点対称位置に、互いに相反するゲート信号が入力される二つの電荷転送ゲートをそれぞれ介して二つの画素出力電極Ｖ１，Ｖ２が設けられ、該二つの画素出力電極Ｖ１，Ｖ２から、前記距離情報として、前記物体までの距離に相当した光の飛行時間に依存して分配された信号電荷をそれぞれ出力する。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置において、前記二つの画素出力電極Ｖ１，Ｖ２からの信号電荷はそれぞれ前記距離に応じた出力電圧情報に変換されて、前記ＴＯＦ式距離画像センサから前記距離情報としてそれぞれ出力される。
さらに、好ましくは、本発明の人物位置検出装置において、前記人物として形状特定化した距離変位領域までの距離Ｌが、該人物までの光の飛行時間Ｔを検出して、Ｌ＝（１／２）・ｃ・Ｔから、既知の光の速度をｃとして求められる。
本発明の空気調和機は、本発明の上記人物位置検出装置を用いて人物位置（方向と距離）を検出し、検出した人物位置に応じて空調制御を行うものであり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。

本発明においては、ＴＯＦ式距離画像センサからの距離情報に基づいて、室内空間の物体までの距離変位を検出する距離変位検出手段と、検出された距離変位領域の形状特定化によって人物かどうかを判別する人物判別手段とを有し、人物として形状特定化された距離変位領域までの方向および距離を人物位置として検出する。これによって、複数のポイントを面状に全部演算処理する場合であっても、従来の三角測量法のように計算量が膨大にならず、室内における人物の位置（方向と距離）の検出精度を高精度に行うことが可能となる。したがって、この高精度の人物の位置の検出により、人物位置に応じて室内の温度、湿度および気流制御を正確に行うことが可能となって、省エネルギーおよび快適性の向上が図られる。

以上により、本発明によれば、ＴＯＦ式距離画像センサからの距離情報（距離に応じた出力電圧情報）に基づいて、室内空間の物体までの距離変位を検出する距離変位検出手段と、検出された距離変位領域の形状特定化によって人物かどうかを判別する人物判別手段とを有し、人物として形状特定化された距離変位領域までの方向および距離を人物位置として検出するため、複数のポイントを面状に全部演算処理する場合であっても、従来の三角測量法のように計算量が膨大にならず、室内における人物の位置（方向と距離）の検出精度を高精度に行うことができる。この高精度の人物の位置の検出により、人物位置に応じて室内の温度、湿度および気流制御を正確に行うことができて、省エネルギーおよび快適性を向上させることができる。

以下に、本発明の人物位置検出装置の実施形態を、その人物位置に応じて室内の温度、湿度および気流を調和制御する空気調和機の空調制御に用いた場合について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る人物位置検出装置の要部構成例を示すブロック図である。

図１において、本実施形態の人物位置検出装置１は、図２に示すように、距離計測の対象物体Ａに対して投射光を出射するための光源としての発光手段２と、その投射光の距離計測の対象物体Ａからの反射光を受光する受光手段３と、受光手段３からの受光情報に基づいて対象物体Ａとしての人物の位置を検出する人物位置検出制御手段４とを有しており、受光手段３からの受光情報に基づいて対象物体Ａまでの光の飛行時間Ｔを検出して既知の光の速度ｃからの逆算でその反射物（対象物体Ａ）までの距離Ｌを求めるＴＯＦ（タイム・オブ・フライト）技術を用いて、画素毎の複数点の位置情報を用いて立体的に高精度に人物の位置（方向と距離）を検出する。

発光手段２は、人物位置検出制御手段４により投射光の発光タイミングが制御されるパワーＬＥＤドライバ２１と、パワーＬＥＤドライバ２１により駆動されて複数のパワーＬＥＤ２２ａから投射光を発光するパワーＬＥＤモジュール２２と、複数のパワーＬＥＤ２２ａが設けられたパワーＬＥＤモジュール２２の前方位置に配置されて対象物体Ａに対する投射光の放射角を調整可能とする放射角調整レンズ２３とを有している。

受光手段３は、対象物体Ａからの反射光を受光して対象物体Ａまでの距離Ｌに応じた撮像信号を複数の画素でそれぞれ検出するＴＯＦ式距離画像センサ３１と、ＴＯＦ式距離画像センサ３１の前方位置に配置されて、対象物体Ａからの反射光が入射される視野角を調整可能とする視野角調整レンズ３２とを有している。

ＴＯＦ式距離画像センサ３１は、複数の受光部である画素アレイ部３１１と、各画素（受光部）からの信号読出用のタイミング信号を生成するタイミング生成部３１２と、各画素（受光部）を垂直方向に走査する垂直スキャナ部３１３および、各画素（受光部）を水平方向に走査する水平スキャナ部３１４と、このタイミング信号を用いて垂直スキャナ部３１３および水平スキャナ部３１４を制御して各画素（受光部）からの信号読み出しを駆動する画素ドライバ部３１５と、画素ドライバ部により画素アレイ部３１１から読み出された画像信号に対してノイズキャンセル処理を行うノイズキャンセラ部３１６と、ノイズキャンセラ部３１５からの出力信号をＡ／Ｄ変換して信号出力するＡ／Ｄコントローラ３１７とを有している。

画素アレイ部３１１は、対象物体Ａからの反射光を受光してそれぞれ光電変換して信号電荷をそれぞれ生成する複数の受光部（例えば約８万画素）が行列方向のマトリクス状で面状に配列されているが、ここでは、本発明の特徴構成を持った１画素単位の受光部を図３の平面構造図に示している。

図３に示すように、その１画素単位の受光部は、対象物体Ａからの反射光を受光する受光部が中央部に光電変換領域（電荷変換領域ＰＧ）として設けられており、この電荷変換領域ＰＧの左右位置に電荷転送ゲートＴＸ１，ＴＸ２をそれぞれ介して画素出力電極Ｖ１，Ｖ２がそれぞれ設けられ、各出力電極Ｖ１，Ｖ２から読み出される各信号電荷を、タイミング的に電荷転送ゲートＴＸ１，ＴＸ２への相反のゲート信号によって振り分けられている。

要するに、物体までの距離Ｌに相当した光の飛行時間（遅れ時間）に依存して分配された信号電荷をそれぞれ二つの画素出力電極Ｖ１，Ｖ２から出力し、その信号電荷はそれぞれ、距離に応じた出力電圧情報に変換されて、ＴＯＦ式距離画像センサ３１から距離情報としてそれぞれ出力される。

なお、ＣＤは電荷変換領域ＰＧの上下位置に設けられた背景光信号排出ゲートである。

ここで、図２に示すＴＯＦ（タイム・オブ・フライト）技術を用いて対象物体Ａまでの距離Ｌを複数点で立体的に求める原理について簡単に説明する。

まず、“電荷Ｑは、流れる電流をＩとすると、時間ΔＴの時間積分として求められ、Ｑ＝Ｉ・ΔＴで与えられる。また、電極に電圧ΔＶを印加して蓄積できる電荷Ｑは、誘電体の容量をＣとすれば、Ｑ＝Ｃ・ΔＶで与えられる。この２つの式より、出力端子電圧Ｖは、ΔＶ＝（１／Ｃ）・Ｉ・ΔＴで与えられる。

上記出力端子電圧Ｖを用いて、図４に示されるパルス投射光および信号電荷転送ゲートのタイミング図に基づいて、出力端子電圧ΔＶ１，ΔＶ２を以下に導出する。図４に示されるように、パルス投射光の点灯時間幅をＴ０、反射光の光電変換にて流れる光電流をＩｐｈ、光の速度をｃ、出力端子容量をＣ１、Ｃ２とする、出力端子電圧Ｖ１，Ｖ２は、次の［式１］（数１）のように求めることができる。

また、図３に示されるように、２つの出力端子の構造は同一のため、端子容量Ｃ１とＣ２は、Ｃ１＝Ｃ２となる。この条件を、上記［式１］（数１）に代入して距離Ｌを求めると、次ののように［式２］（数２）を求めることができる。

これによって、空間上の複数点での距離Ｌを測ることができる。

図１の説明に戻って、本実施形態の特徴構成の人物位置検出制御手段４は、人物位置検出装置１全体を制御するために必要な各種制御部から構成されており、パワーＬＥＤドライバ２１およびＴＯＦ式距離画像センサ３１の各駆動タイミングをそれぞれ制御するタイミング制御部４１と、ホスト側の空気調和機１１と交信するためのホストインターフェイス部４２と、ＴＯＦ式距離画像センサ３１からの出力データストリームを所定のフォーマットに変換するためのデータフォーマッタ部４３と、ＴＯＦ式距離画像センサ３１からの距離情報（距離に応じた出力電圧情報）に基づいて求めた室内空間の距離フレームから、室内空間の距離変位を検出する距離変位検出手段としての距離変位検出部４４と、検出された距離変位領域の形状特定化によって人物かどうかを判別する人物判別手段としての人物判別部４５とを有し、人物として形状特定化した距離変位領域までの方向（距離フレーム情報のＸＹ座標位置から求める）および距離（平均距離としてもよく距離集合体の範囲としてもよく特定位置、例えば頭部の特定位置としてもよい）を人物位置として検出する。

タイミング制御部４１は、複数のパワーＬＥＤモジュール２２をパワーＬＥＤドライバ２１を介して発光させるタイミングを制御すると共に、画素アレイ部３１１の各受光部毎の転送ゲートＴＸ１，ＴＸ２の開閉タイミングを図４に示すように時間経過に伴って信号を振り分けるようにそれぞれ相反に制御する。

ホストインターフェイス部４２は、制御対象の空気調和機１１のアプリケーションプロセッサ１１ａと交信して必要な情報をやり取りするためのインターフェイスであり、例えば室内に人を検知したときに「室内に人がいますよ」という人物の位置情報をＸＹＺの３次元空間座標でアプリケーションプロセッサ１１ａに情報通信する。この人物の位置情報のＸＹＺの３次元空間座標に基づいて空気調和機１１側では上下方向および左右方向の各ブレードの制御位置や送風機の駆動出力（風力）などを制御して、特に、人に気流が直に当たることがないようにその人の周囲の気流を効率よく入れ替えて人の周りの空気を新鮮にするように気流制御が為される。

データフォーマット部４３は、画素アレイ部３１１が複数の受光部として例えば８万画素からなっており、センサからの出力が、処理の高速化のために２画素単位の並列出力であり、１画素当りの出力情報が２つの端子の出力電圧のΔＶ１，ΔＶ２の形式で出力されるため、後段の信号処理として、演算処理が容易となるようにデータ形式の変換がされている。

距離変位検出部４４は、ＴＯＦ式距離画像センサ３１からの距離情報（距離に応じた出力電圧情報で、上記式１の情報）に基づいて室内空間の距離Ｌを上記式２によりリアルタイムに計測し、計測した距離Ｌ（距離フレーム）に基づいて、室内空間の距離の時間変化量（微分値）を算出して所定閾値と比較することにより距離変位の有無を検出する。

即ち、距離変位検出部４４は、人がいるかいないかを求めるのに「距離の変化」があるかどうかで求めている。１秒間に３０枚のフレーム情報が距離画像センサ３１から人物位置検出部４４に入ってくるが、人物位置検出部４４において、そのフレーム情報に基づいて距離が平衡状態になっているかどうかを求める。センサ出力フレーム情報を基に、上記［式２］より距離フレーム情報を算出する。この距離フレーム情報を基に、距離Ｌの時間に対する変換量（微分値）を算出する。この微分値は、距離Ｌの時間に対する変化がなければ、時間の経過と共に「０」へ漸近する。距離平衡状態を確定するために、距離Ｌの時間変化に対する閾値（距離フレーム差分閾値）を設定し、上記微分値が設定閾値以下となった場合、「距離の時間変化がない」距離平衡状態とし、そのときの距離フレームを距離平衡状態フレーム（Ｂｌａｎｃｅｄ Ｒａｎｇｅ Ｆｒａｍｅ；ＢＲＦ）と定義する。上記距離Ｌの時間変化に対する閾値（距離フレーム差分閾値）は、センサの距離分解能性能を考慮して、代表的な距離毎に、センサ距離分解能以上で、複数個、テーブル形式で用意しておく。距離平衡状態の確定は、上記微分値が設定閾値以下の期間が数秒から数十秒間続けば、距離平衡状態として確定する。

要するに、距離変位検出部４４は、ＴＯＦ式距離画像センサ３１からの距離情報（距離に応じた出力電圧情報で、上記式１の情報）に基づいて上式２により室内空間の距離Ｌ（フレーム距離値）を算出し、この室内空間の距離Ｌの時間変化量（図５の微分値）をリアルタイムに計測し、物体位置に変化がなければ、計測した距離Ｌの時間変化量が「０」に漸近することにより、室内での距離が平衡状態であると判定する距離平衡状態判定手段４４ａと、室内空間の距離平衡状態でのフレーム距離値を予め所定の記憶部に記憶しておき、その記憶した距離平衡状態でのフレーム距離値と、ＴＯＦ式距離画像センサ３１からの距離情報（距離に応じた出力電圧情報）から上記式２により算出したフレーム距離値（ＢＲＦ）との差分値を算出し、この差分値が所定閾値以上かつ設定時間以上だけ継続した場合に、室内での「距離が変位状態である」、例えば「人が室内に入ってきた」または「室内にいる人が動いた」と判定する距離変位状態判定手段４４ｂとを有している。この場合、距離変位確定精度向上のために、ＴＯＦ式距離画像センサ３１の距離分解能性能を考慮して設定する距離フレーム差分閾値（距離Ｌの時間変化に対する閾値）は、計測距離範囲毎に複数個用意し、テーブル形式で保持しておく。

距離平衡状態判定手段４４ａでは、図５に示すように、ＴＯＦ式距離画像センサ３１から出力される距離情報（距離に応じた出力電圧情報で、上記式１の情報）から上記式２により室内空間の距離Ｌ（フレーム距離値）を算出し、この距離Ｌの距離フレームを基に、図５に示すように、距離Ｌの時間に対する変化量（微分値）を算出する。この微分値は、距離Ｌの時間に対する変化がなければ、時間の経過と共に「０」へ漸近する。距離平衡状態を確定するために、距離Ｌの時間変化に対する閾値を設定し、上記微分値が設定閾値以下となった場合、「距離の時間変化がない」距離平衡状態とし、そのときの距離フレームを距離平衡状態フレーム（Ｂｌａｎｃｅｄ Ｒａｎｇｅ Ｆｒａｍｅ；ＢＲＦ）と定義する。

距離変位状態判定手段４４ｂでは、図６に示すように、距離平衡状態フレーム（ＢＲＦ）と、ＴＯＦ式距離画像センサ３１から出力される任意の距離情報（距離に応じた出力電圧情報で、上記式１の情報）から上記式２により計測された距離フレーム（Ｆｒａｍｅ）との間での距離差分をＢＲＦ距離差分フレーム（Ｒｓｕｂ ＢＲＦ）とする。上記ＢＲＦ距離差分フレーム（Ｒｓｕｂ ＢＲＦ）をモニタし、その値が、図６に示すように設定距離フレーム差分閾値以上で、その期間が設定距離変位確定期間（期間の所定閾値）以上になった場合、距離変位確定状態、距離Ｌに変化があったとして対象物体Ａが室内に現れたと判定する。なお、図１１（ａ）は計測形状フレーム、図１１（ｂ）は距離平衡状態フレーム、図１１（ｃ）は計測距離フレーム、図１１（ｄ）は検出距離変位フレームをそれぞれ示している。

人物判別手段４５は、その対象物体Ａが人かどうかを判定するわけであるが、図８に示すように、人物形状化特徴データベース（人物形状特徴ＤＢ）に予め格納された人物比較データとして、人物の動作状態および静止状態について、立っている状態、座っている状態、寝転んでいる状態、および体格の違い（成人と子供、男性と女性）により登録した人物形状の特徴を指標化した値と、図９に示すように距離変位があったと確定された距離変位領域から抽出された距離変位領域（人であれば人の形をしている）の形状特徴を指標化した値とを比較することにより人物かどうかを判別することができる。

この人物形状特徴ＤＢに登録した人物形状の特徴を指標化した値は、人体を頭部、胴体部（身体部）、足部および手部に分割し、その各部位の短辺長（幅）および長辺長（長さ）に基づいて、例えば胴体部幅（短辺長）に対する頭部幅（短辺長）の比、または／および例えば胴体部長（長辺長）に対する頭部長（長辺長）の比を算出して正規化することにより人物かどうかを判別する。この登録した人物形状の特徴を指標化した値は、最大値、最小値、平均値および標準偏差値の統計値を算出し、最大値および最小値から形状特徴パターンの指標値範囲を求め、標準偏差値から形状特徴パターンのばらつき度合いを求めたりする。形状特徴パターンの指標値範囲内かどうかで人かどうかを判定する。

即ち、その距離変位があったところが人であるかどうかを、形を特徴として人であるかどうかを判別しようとしている。図９に示すように、まず、その距離変位があったところの形を抽出する。各距離に対応した複数点からなる立体的な形を平面化した形が分かる。次に、指標を使って形を判別する。抽出された変位領域の形状を指標化した値と、人物形状化特徴データベース（人物形状特徴ＤＢ）の人物形状化特徴情報を指標化した値とを比較することにより「人であるかどうか」を判別する。図１０に示すように、頭と胴体の例えば各幅の比Ｗｈ／Ｗｂ、または／および、頭と胴体の例えば各長さの比Ｌｈ／Ｌｂを求める。これを判定処理しやすい数値範囲に正規化している。「成人」と「子供」および「男性」と「女性」で異なる比をそれぞれ持っている。

最後に、人物として形状特定化した距離変位領域までの方向（距離フレーム情報のＸＹ座標位置から求める）および距離（平均距離としてもよく距離集合体の範囲としてもよく特定位置、例えば頭部の特定位置としてもよい）を人物位置として検出する。

以上により、本実施形態１によれば、物体までの距離Ｌに相当した光の飛行時間（遅れ時間）に依存して分配された信号電荷をそれぞれ二つの画素出力電極Ｖ１，Ｖ２から出力し、その信号電荷はそれぞれ、距離に応じた出力電圧情報に変換されて、ＴＯＦ式距離画像センサ３１から距離情報としてそれぞれ出力される。このＴＯＦ式距離画像センサ３１からの距離情報に基づいて、光の飛行時間Ｔを検出して、Ｌ＝（１／２）・ｃ・Ｔから、既知の光の速度をｃとして、物体までの距離Ｌを求め、これに基づいて、室内空間の物体までの距離変位を検出する距離変位検出手段４４と、検出された距離変位領域の形状特定化によって人物かどうかを判別する人物判別手段４５とを有し、人物として形状特定化された距離変位領域までの方向および距離を人物位置として検出するため、複数のポイントを面状に全部演算処理する場合であっても、従来の三角測量法のように計算量が膨大にならず、室内における人物の位置（方向と距離）の検出精度を高精度に行うことができる。この高精度の人物の位置の検出により、人物位置に応じて室内の温度、湿度および気流制御を正確に行うことができて、省エネルギーおよび快適性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、本発明の人物位置検出装置を、その人物位置に応じて室内の温度、湿度および気流を調和制御する空気調和機１１の空調制御に用いた場合について説明したが、これに限らず、高精度の３Ｄでの室内の物体までの人物位置情報（方向と距離）を検出する人物位置検出装置１による人物位置情報を用いて制御できる電子機器であればどのようなものでもよい。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、人物の位置を検出するための人物位置検出装置および、この人物位置検出装置を用いて人物の位置を検出して、人が快適になる各種制御、例えば人に気流が直接当たらないように空調制御を行う空気調和機の分野において、ＴＯＦ式距離画像センサからの距離情報（距離に応じた出力電圧情報）に基づいて、該室内空間の物体までの距離変位を検出する距離変位検出手段と、検出された距離変位領域の形状特定化によって人物かどうかを判別する人物判別手段とを有し、人物として形状特定化された距離変位領域までの方向および距離を人物位置として検出するため、複数のポイントを面状に全部演算処理する場合であっても、従来の三角測量法のように計算量が膨大にならず、室内における人物の位置（方向と距離）の検出精度を高精度に行うことができる。この高精度の人物の位置の検出により、人物位置に応じて室内の温度、湿度および気流制御を正確に行うことができて、省エネルギーおよび快適性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る人物位置検出装置の要部構成例を示すブロック図である。 図１の人物位置検出装置で用いるＴＯＦ式距離計測原理を模式的に示す説明図である。 図１の画素アレイ部における１画素単位の受光部の平面構造図である。 図２のＴＯＦ式距離計測原理を説明するための各要部での信号のタイミング図である。 図１の距離平衡状態判定手段において、距離平衡状態かどうかを判定するための距離の画像情報の時間変化量を示す図である。 図１の距離変位状態判定手段において、距離変位確定状態かどうかを判定するための時間に対するＢＲＦ距離差分フレーム（Ｒｓｕｂ ＢＲＦ）を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１の距離変位状態判定手段において、距離平衡状態フレーム（ＢＲＦ）、入力距離フレーム（Ｆｒａｍｅ）およびそれらの距離差分であるＢＲＦ距離差分フレーム（Ｒｓｕｂ ＢＲＦ）を模式的に示す図である。 図１の人物判別手段で用いる形状特徴の種類と形状指標をテーブル形式で示した図である。 図１の人物判別手段の動作を示すフローチャートである。 図１の人物判別手段において形状を特徴化する指標値を説明するための図である。 （ａ）は計測形状フレーム、（ｂ）は距離平衡状態フレーム、（ｃ）は計測距離フレーム、（ｄ）は検出距離変位フレームをそれぞれ示す図である。 特許文献１に開示されている従来の空気調和機の要部構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 人物位置検出装置
２ 発光手段
２１ パワーＬＥＤドライバ
２２ パワーＬＥＤモジュール
２２ａ パワーＬＥＤ
２３ 放射角調整レンズ
３ 受光手段
３１ ＴＯＦ式距離画像センサ
３１１ 画素アレイ部
３１２ タイミング生成部
３１３ 垂直スキャナ部
３１４ 水平スキャナ部
３１５ 画素ドライバ部
３１６ ノイズキャンセラ部
３１７ Ａ／Ｄコントローラ
３２ 視野角調整レンズ
４ 人物位置検出制御手段
４１ タイミング制御部
４２ ホストインターフェイス部
４３ データフォーマッタ部
４４ 距離変位検出部
４４ａ 距離平衡状態判定手段
４４ｂ 距離変位状態判定手段
４５ 人物判別部
Ａ 対象物体
Ｔ 光の飛行時間
ｃ 光の速度
Ｃ１ 画素出力電極Ｖ１での容量
Ｃ２ 画素出力電極Ｖ２での容量
ＰＧ 電荷変換領域
ＴＸ１，ＴＸ２ 電荷転送ゲート
Ｖ１，Ｖ２ 画素出力電極
ΔＶ１、ΔＶ２ 画素出力電極での出力電圧
Ｔ０ パルス幅
Ｔｄ 反射光の遅れ時間
Ｉｐｈ 反射光による光電流

Claims (13)

1. 投射光を出射する発光手段と、該投射光の室内空間からの反射光を受光して、該室内空間の物体までの距離に応じた距離情報を複数の受光部からそれぞれ出力するＴＯＦ（タイム・オブ・フライト）式距離画像センサとを有する人物位置検出装置であって、
   該ＴＯＦ式距離画像センサからの距離情報に基づいて、該室内空間の物体までの距離変位を検出する距離変位検出手段と、該距離変位検出手段によって該室内空間の物体までの距離変位が検出された距離変位領域を抽出し、該抽出された距離変位領域の形状の特徴を指標化した値と人物形状の特徴を指標化した値とを比較することにより該抽出された距離変位領域を形状特定化することによって人物かどうかを判別する人物判別手段とを有し、該人物として形状特定化された距離変位領域までの方向および距離を人物位置として検出するものであり、
   該人物形状の特徴を指標化した値は、人体を複数の部位に分割し、各部位での短辺長および長辺長の各比を算出して正規化されており、
   該距離変位検出手段は、該室内空間の物体までの距離をリアルタイムに計測し、計測した室内空間の各距離に基づいて、該室内空間の各距離の時間変化量を算出し、該時間変化量が所定閾値未満かどうかにより距離変位の有無を検出し、
   該距離変位検出手段は、該室内空間の物体までの距離の時間変化量をリアルタイムに計測し、計測した該距離の時間変化量が０に漸近することにより、該室内での距離が平衡状態であると判定する距離平衡状態判定手段を有する、人物位置検出装置。
2. 前記距離が平衡状態であるとの判定は、前記物体位置に変化がない場合に相当する請求項１に記載の人物位置検出装置。
3. 前記距離変位検出手段は、前記室内空間の距離平衡状態でのフレーム距離値と、前記ＴＯＦ式距離画像センサからの各フレーム距離値との距離差分値を算出し、該距離差分値が所定閾値以上でかつ設定時間以上だけ継続した場合に、該室内での距離が変位状態であると判定する距離変位状態判定手段を有する請求項１に記載の人物位置検出装置。
4. 前記距離差分値は、距離変位確定精度向上のために、前記ＴＯＦ式距離画像センサの距離分解性能に応じて、計測距離範囲毎に距離フレーム差分閾値を設定し、該距離フレーム差分閾値を所定記憶部にテーブル形式で保持する請求項３に記載の人物位置検出装置。
5. 前記人物形状の特徴を指標化した値は、予めデータベースに登録されており、該人物形状の特徴を指標化した値は、人物の動作状態および静止状態について、立っている状態、座っている状態、寝転んでいる状態および体格の違いを表す請求項１に記載の人物位置検出装置。
6. 前記人物形状の特徴を指標化した値は、人体を頭部、胴体部、足部および手部の各部位に分割し、該各部位での短辺長および長辺長の各比を算出して正規化されている請求項５に記載の人物位置検出装置。
7. 前記人物形状の特徴を指標化した値は、少なくとも最大値および最小値を算出し、該最大値および該最小値から形状特徴パターンの指標値範囲を求める請求項６に記載の人物位置検出装置。
8. 前記人物形状の特徴を指標化した値は、少なくとも最大値、最小値および平均値を算出すると共に、該平均値を用いて標準偏差値を算出し、該最大値および該最小値から形状特徴パターンの指標値範囲を求め、比較精度向上のために、該標準偏差値から形状特徴パターンのばらつき度合いを求める請求項６に記載の人物位置検出装置。
9. 前記発光手段は、前記投射光として近赤外のパルス光を一定周期で前記室内空間に照射する請求項１に記載の人物位置検出装置。
10. 前記受光部は、光電変換部が中央に設けられ、該光電変換部の中心に対する点対称位置に、互いに相反するゲート信号が入力される二つの電荷転送ゲートをそれぞれ介して二つの画素出力電極Ｖ１，Ｖ２が設けられ、該二つの画素出力電極Ｖ１，Ｖ２から、前記距離情報として、前記物体までの距離に相当した光の飛行時間に依存して分配された信号電荷をそれぞれ出力する請求項１に記載の人物位置検出装置。
11. 前記二つの画素出力電極Ｖ１，Ｖ２からの信号電荷はそれぞれ前記距離に応じた出力電圧情報に変換されて、前記ＴＯＦ式距離画像センサから前記距離情報としてそれぞれ出力される請求項１０に記載の人物位置検出装置。
12. 前記人物として形状特定化した距離変位領域までの距離Ｌが、該人物までの光の飛行時間Ｔを検出して、Ｌ＝（１／２）・ｃ・Ｔから、既知の光の速度をｃとして求められる請求項１に記載の人物位置検出装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の人物位置検出装置を用いて人物位置（方向と距離）を検出し、検出した人物位置に応じて空調制御を行う空気調和機。