JP5288606B2 - 照明システム - Google Patents

Description

本発明は、照明システムに係り、特に行動予測機能を備えた照明システムに関する。

省エネルギー化の観点では、オフィス空間における均一な照明設計は電力の無駄が生じていると考えられている。
そのため、オフィスではタスク（視作業）・アンビエント（環境）照明方式が提唱されている（例えば特許文献１）。これは、タスク照明とアンビエント照明の役割を分割して、それぞれにあわせた照度レベルで制御する方式である。アンビエント照明としては、歩行用照度レベル300〜400[lx]を確保し、タスク照明では視作業内容に適したこれよりも高い照度レベルを確保するように設計している。さらに、アンビエント照明では、歩行用照度レベルだけでは、室内を陰鬱に感じ不快な思いをさせることになるので、視野角の大部分を占める壁面の照度レベルを高め室内全体の明るさ感を維持するような設計も考えられている。

一般に、照明器具の点灯制御は壁などに設置されたスイッチや赤外線等によるリモコンを用いて行われている。ところが近年、照明器具の多灯化や、ユーザー（作業者）の様々な作業への対応や省エネルギー化を目的として、より細かな照明制御が要求されており、上記のような方法では操作を行うユーザーの負担が大きくなる。廊下や玄関、トイレなどにおいては、赤外線センサを用いた在／不在検出により、照明制御を行う照明システムが実用化されているが、ユーザーの視作業に応じた照明制御など、ユーザーの行為に応じた照明制御には対応することができなかった。

一方、ユーザーの手や顔の状態を認識することで照明制御を行う方法も提案されている（特許文献２）。
すなわち上記発明では、顔または手の画像を撮影し、顔画像の有無、手の形状の画像、顔または、手の上方向および下方向の動作の画像、或いは、手が差し出す上方向および下方向の画像情報などのような、複数種の画像情報を認識して識別し、前記複数種の識別結果に基づいて、照度設定、照度増加または照度減少のための照明制御情報を出力するようにしている。
上記発明では、画像認識技術により顔の方向や手によるゼスチャをシステムが認識することで、ユーザーは照明制御指示を容易にシステムへ伝達することが可能となる。

また、特許文献３では、人の全体または一部の形態を認識して、その認識結果に基づいて照明を制御する照明システムが提案されている。しかしながらこの照明システムでは、通常行なわれない形態、例えば「万歳」のポーズや、「大の字」のポーズなど不審侵入者などが行なわないポーズにかかる形態などを、コンピュータにより認識する。これにより、正当な住人であるか否か、照明を点灯し続ける或いは点滅させるなどの照明制御や、光源を点滅させるなどにより視覚的に刺激を与えるあるいは、違和感を生じさせるなどの警報動作を生ぜしめる。このように、特許文献２の照明システムでは、通常行なわれない形態を検出することで、照明動作の起動或いは変更を実現する。

特開平１１−２８３４１２号公報 特開２００８−１６２８９号公報 特開２００８−１５２９５０号公報

このように、特許文献２の照明システムでは、照明制御の必要性をユーザー自らが認識した上で、意識的に手や顔によるジェスチャーや身振りを行う必要があり、リモコンやスイッチの代替となる照明制御操作手法を提供するものである。
また、特許文献３の照明システムでも、通常行われない形態を検出し、この検出結果に基づき、照明装置の制御や動作の起動を行なうようにしている。しかしながら、その都度、意志表示をし、その動作を画像センサで検出して制御を行う必要があり、ユーザーが、規定の動作を学習して動作の中に取り入れることが必須であった。このため、ユーザーが、別途動作に関する規定を学習し、作業中にその意志表示をしなければならず、思考を中断してしまうなど、集中して作業を行なう場合には問題があった。

このように、照明器具と、照明器具を点灯制御する点灯制御部と、を有し、空間内のユーザーの状況を検知して光を照射する照明システムでは、例えば人検情報に連動して照明器具を点灯制御する場合、省エネルギー化等には貢献するものの、ユーザーの行為（読書や会話等）に応じた適切な照明制御を行うことは困難であった。

従って、行為に応じて人（以下ユーザー）がそれを意識する必要なく照明制御を自動化するための技術の確立が求められている。

特に、照明（光）は視覚情報の確保において重要な役割を担っており、ユーザーが視作業時に操作を意識することなく、最適な照明環境を提供することは大変有意義である。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、空間を撮影した画像情報（画像データ）からユーザーの視作業行為を検出して、視作業を支援するための照明システムを提供するものである。
すなわち、本発明は、ユーザー自身が動作を指示するのではなく、システム側でユーザーの動作を検知し、動作に適した照明を提供することのできる、照明システムを提供することを目的とする。

そこで本発明は、予め決定された空間内の画像データを取得する画像データ取得手段と、前記画像データ取得手段の出力に基づき、人（ユーザー）および人の行為の内容を推定する演算処理部と、前記演算処理部の出力に基づいて照明器具の点灯制御を行う点灯制御部と、前記点灯制御部により点灯制御され、光を照射する照明器具とを有する照明システムであって、前記画像データ取得手段は、予め設定されたユーザー検出領域と視作業領域とを検出対象とするものであり、前記演算処理部が、ユーザーが存在すると判断しかつ、取得された前記画像データにユーザーの眼が存在しない場合には、前記点灯制御部は、前記視作業領域に光を照射するように照明器具を点灯制御させるようにしたことを特徴とする。
この構成によれば、ユーザーの視線方向を特定し、これに応じて視作業領域（手元領域）に光を照射するので、ユーザーの行為に応じた適切な照明制御を行うことができる。

また、本発明は、上記照明システムにおいて、前記演算処理部が、前記画像データ取得手段により取得された前記ユーザー検出領域の前記画像データから前記ユーザーの眼を抽出するように構成されたものを含む。

また、本発明は、上記照明システムにおいて、前記演算処理部が、前記画像データ取得手段により取得された前記視作業領域の前記画像データから、新たなオブジェクトを抽出し、前記点灯制御部が、前記視作業領域に新たなオブジェクトが検出された場合にのみ、眼の未検出をもって視作業領域に対して光を照射するように構成されたものを含む。
この構成によれば、検出領域に視作業対象が存在しない場合には光を照射しないので、誤作動を防止するとともに省エネルギー化となる。

また、本発明は、上記照明システムにおいて、前記演算処理部が、単位時間当たりのユーザーの眼の検出頻度が一定のしきい値よりも小さい場合に、ユーザーの眼が存在しないと判断するものを含む。
この構成により、点灯制御部は、単位時間当たりのユーザーの眼の検出頻度が一定のしきい値よりも小さい場合に、ユーザーの眼が存在しないと判断するので、ユーザーの眼の細やかすぎる動きによる点灯制御の切替多発を防止することができる。

また、本発明は、上記照明システムにおいて、前記点灯制御部は、単位時間当たりのユーザーの眼の検出頻度に応じて、前記照明器具の点灯出力を調整するものを含む。
この構成により、ＯＮ／ＯＦＦ制御ではなく、視対象への視線の集中度合いに応じて出力調整（調光）が行われるので、急激な点灯や消灯の多発を防止することができる。

また、本発明は、上記照明システムにおいて、前記演算処理部が、前記画像データ取得手段で取得された画像データにユーザーが存在しないと判断してから、一定時間経過後に、前記点灯制御部は、前記照明器具の出力を低下するものを含む。
この構成により、保持時間点灯後に消灯するので、省エネルギーとなる。

上記構成によれば、省エネルギーでかつ明るさ感、作業効率を維持した室内環境を実現することができ、特別な意思表示を行なうことなく、視作業内容にあわせて必要な照度レベルとし、明るさ感、作業効率を低下させないようにすることができる。

次に本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
まず本発明の実施の形態１の照明システムのシステム構成について説明する。
図１はシステムブロック図であり、予め決定された空間内の画像データを取得する画像データ取得手段としてのＣＣＤカメラからなるカメラ１と、カメラ１の出力に基づき、ユーザーおよびユーザーの行為の内容を推定する演算処理部２と、前記演算処理部２の出力に基づいて照明器具の４点灯制御を行う点灯制御部３と、前記点灯制御部３により点灯制御され、光を照射する照明器具とを有する照明システムであって、前記カメラ１は、予め設定されたユーザー検出領域Ｒａと視作業領域Ｒｓとを検出対象とするものであり、前記演算処理部２が、ユーザーが存在すると判断しかつ、取得された前記画像データにユーザーの眼が存在しない場合には、前記点灯制御部３は、前記視作業領域に光を照射するように照明器具４を点灯制御させるようにしたことを特徴とする。

ここでカメラは、ユーザーの顔面位置を含む空間（検出領域）Ｒａを撮像し、その画像データを演算処理部２へ送る。
また演算処理部２は、カメラ１により取得された画像情報を基に、ユーザーの存在有無および視作業を行っているかどうかを予測・判定して、照明の点灯状態の決定を行う。
点灯制御部３は、演算処理部２が決定した照明器具４の点灯状態に応じて当該照明器具４の点灯状態を制御する。また、ユーザーが操作部を介して行ったマニュアル操作にも対応して照明器具４の制御を行う。
更に照明器具４は、ユーザーの視作業領域を中心に照明するための光源であり、ＬＥＤ、蛍光灯、有機ＥＬ素子など適宜選択可能であり、その種類は問わない。
ここで操作部５は、ユーザーが自動制御とは独立してマニュアル制御を行うためのインターフェース部であり、スイッチやインジケーター、タッチパネルなどにより構成される。また、検出領域の設定などの初期設定もこれにより行われる。

次に光源を構成する照明器具４とカメラ１の位置関係を図２に示す。カメラ１はユーザーが主に滞在すると想定される位置の（ユーザーに対して）前方上方からユーザーの顔面を含む空間を撮像する。照明器具４はユーザーの視作業域を含む居住空間を照射範囲とする。なお、光源としての照明器具４とカメラ１は一体であっても個別であっても構わない。

図２は、ソファで着座した状態を示す。ここで視作業領域Ｒｓは検出領域Ｒａの範囲内にあるものとする。

図３は、ダイニングで着座した状態を示す。６はダイニングテーブルを示す。ここでは視作業領域Ｒｓは検出領域Ｒａからはずれた領域を含む。

さらにまた、カメラ１により撮影したユーザーの画像とユーザーの視作業判定の概略を図４に示す。視作業以外の会話中やテレビ視聴中など、視線を前方に向けている場合では、その画像中にユーザーＭの“眼”７を確認することができる。一方、図５に示すように、視作業中においては、ユーザーは視線を連続的に下方に向けて、書類８をみているため、上方前方に設置したカメラ１からの映像では“眼”７を確認することができない。

したがって、このような画像中のユーザーの“眼”７の検出有無によって、視作業の有無の判定を簡易に行うことができる。

なお、眼の検出には、カメラ等で広く利用されている顔認識技術を用いれば良い。画像のエッジ抽出とパターンマッチング等により、画像データから眼に対応する画像データを容易に取り出することができる。

ただし、ユーザーＭの画像における眼７の検出の有無のみによる視作業判定においては、以下の例のようにユーザーが考え事をしたり眠ってしまったりすることで下を向いた場合に“視作業中”と誤判定される場合がある。

そこで、図６および図７に示すように、ユーザーの検出領域Ｒａと視作業領域Ｒｓを設定し、ユーザーが検出領域に出現する以前の画像情報と出現後の画像情報を比較する。そして、ユーザー出現後に視作業領域に何らかのオブジェクトが出現し、かつユーザーの眼が検出できなくなった場合のみに「視作業中」と判定することで、上記のような誤判定を回避または低減することが可能となる。

ユーザーの存在を検出するための検出領域Ｒａと視作業領域Ｒｓを図６及び図７に示すように設定する。それぞれは個別のカメラで撮影しても、１台のカメラで撮影した画像情報に２つの領域を設定してもかまわない。

このようにして、ユーザーの画像における眼の検出有無のみによる視作業判定においては、図６に示すように、書類８が視作業領域Ｒｓ内に存在しない場合には、“視作業中”と判定しないようにすることで、ユーザーが考え事をしたり眠ってしまったりすることで下を向いた場合に“視作業中”と誤判定されるのを防ぐことができる。
一方、図７に示すように、書類８が視作業領域Ｒｓ内に存在する場合には、検出領域Ｒａ内に眼が存在しない場合、視作業領域Ｒｓに書類８が存在することで“視作業中”と正しく判定することができる。

次に上記照明システムを用いた本発明における照明制御フローを図８に示す。
まず、ユーザーＭが検出領域Ｒａに存在していない時点では照明器具４は消灯状態、もしくは歩行に最低限必要な明るさを確保した減光状態とされている（ステップＳ１００１）。

ユーザー検出領域における画像データの取得を定期的に行う（ステップＳ１００２）。ここでは３分おきあるいは５分おき・・というように、所定の時間間隔で単位時間前の画像と比較して輝度情報の変化の有無からユーザーが検出領域Ｒａに入ったかどうかの判定を行う（ステップＳ１００３）。

輝度情報に変化が無い場合は、単位時間待って次の画像を取得（ステップＳ１００２へ）、変化がある場合はユーザーが検出領域へ入ったと判定し、照明器具４をまずは低い照度で点灯する（ステップＳ１００４）。この時の照度は、視作業を行わなければ快適に過ごせる程度とし、明るさを抑えて省エネルギー化を図る。

そしてユーザーＭが検出領域に存在している間、眼の検出処理を行い、単位時間当たりに眼を検出した時間を算出する（例えば、３０秒中、何秒間眼を検出できたかを測定する；ステップＳ１００５）。

ここでユーザー検出領域の画像を再度取得し（ステップＳ１００６）、取得画像における輝度情報の変化から、ユーザーが検出領域から退出したと判定した場合は、再び照明を消灯する（ステップＳ１００１へ）。ここでのユーザーの退出は、無人状態で撮影された画像との比較により判定しても、輝度情報が連続的に変化しないことから判定しても良い。

ユーザーが検出領域Ｒａに存在し続け、かつ、ステップＳ１００５で算出した単位時間内の眼の検出時間が、閾値を下回る場合はユーザーが視作業を行っていると判定し（ステップＳ１００７）、光源を高照度で点灯させて眼の検出過程（ステップＳ１００５）へ戻る。なおここでいう高照度とは、快適な視作業を行うために十分な明るさを確保するものである。

また、閾値より大きい場合は視作業をしていないと判定して低照度での点灯を維持する（ステップＳ１００４へ）。

さらにステップＳ１００７の判定において、視作業領域Ｒｓにおける画像をユーザーが検出領域Ｒａに出現する前後で比較し、何らかのオブジェクト（ここでは書類８）が存在して、かつ、眼７の検出時間が設定した閾値より小さい場合に視作業中と判定することで、判定精度を向上させることができる。

このループを繰り返すことにより、ユーザーの視作業に対応した照明の自動制御が実現される。
また、この方法によれば、点灯制御部３は、単位時間当たりのユーザーＭの眼７の検出頻度が一定のしきい値よりも小さい場合に、ユーザーの眼が存在しないと判断するようにしているため、ユーザーの眼の細やかすぎる動きによる点灯制御の切替多発を防止することができる。

また、本実施の形態では、上記照明システムにおいて、前記演算処理部が、前記画像データ取得手段で取得された画像データにユーザーが存在しないと判断してから、一定時間経過後に、点灯制御部は、照明器具の出力を低下あるいは減光しているため、省エネルギー化を図ることができる。

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。
前記実施の形態１では、照明制御は、閾値を設定して２段階で点灯出力を変化させるようにしたが、本実施の形態では、単位時間当たりの眼の検出時間に応じて無段階で（アナログ制御で）点灯出力を決定し点灯するものである。
装置構成としては前記実施の形態１で説明した照明システムと同様のものを使用するが、本実施の形態２では、点灯制御部３が、単位時間当たりのユーザーの眼の検出頻度に応じて、前記照明器具の点灯出力を調整するようにしている。
この構成により、ＯＮ／ＯＦＦ制御ではなく、視対象への視線の集中度合いに応じて出力調整（調光）が行われるので、急激な点灯や消灯の多発を防止することができる。

また、本実施の形態でも、前記演算処理部が、前記画像データ取得手段で取得された画像データにユーザーが存在しないと判断してから、一定時間経過後に、点灯制御部は、照明器具の出力を低下あるいは減光している。

となり、調光比75％の出力で点灯させる。また同様に、眼を30秒、45秒検出した場合はそれぞれ、50％、25％の調光比となる。ただし、眼を60秒間検出し続けた場合に調光比0%となって消灯しないよう、下限値は任意に設定する必要がある。

本実施の形態では、照明器具として有機ＥＬを用いた面発光モジュールを用いて、印加電圧をアナログ的に変化させることで所望の光量を得るように構成される。

次に、この制御方法におけるフローチャートを図９を参照して説明する。
ステップＳ２００１−２００３については、前記実施の形態１と同様であり、ステップＳ１００１−１００３と同様である。
すなわち、ユーザーがユーザー検出領域Ｒａに存在していない時点では照明器具４は消灯状態、もしくは歩行に最低限必要な明るさを確保した減光状態とされている（ステップＳ２００１）。

そして、ユーザー検出領域Ｒａにおける画像データの取得を定期的に行い（ステップＳ２００２）、単位時間前の画像と比較して輝度情報の変化の有無からユーザーが検出領域Ｒａに入ったかどうかの判定を行う（ステップＳ２００３）。

そして、輝度情報に変化が無い場合は、単位時間待って次の画像を取得（ステップＳ２００２へ）、そして変化がある場合はユーザーが検出領域Ｒａへ入ったと判定し、照明器具を下限調光比にて点灯する（ステップＳ２００４）。この時の照度は、視作業を行わなければ快適に過ごせる程度とし、明るさを抑えて省エネルギー化を図る。

ユーザーが検出領域に存在している間、眼の検出処理を行い、単位時間当たりに眼を検出した時間を算出する（例えば、６０秒中何秒間眼を検出できたかを測定する；ステップＳ２００５）。

ここでユーザー検出領域の画像を再度取得し（ステップＳ２００６）、取得画像における輝度情報の変化から、ユーザーが検出領域から退出したと判定した場合は、再び照明を消灯する（ステップＳ２００1）。ここでのユーザーの退出は、無人状態で撮影された画像との比較により判定してもよいし、輝度情報が連続的に変化しないことから判定しても良い。

ユーザーが検出領域Ｒａに存在し続けた場合、上記式に従い、眼の検出時間から調光比を算出し（ステップＳ２００７）、その調光比で光源を点灯させ（ステップＳ２００８）、そして眼の検出過程（ステップＳ２００５）へ戻る。

なお、点灯出力を変化させる場合は、フェードカーブを用いて緩やかに変化させるなど、照明環境を急激に変化させないように配慮することが望ましい。単位時間での測定を数秒ずつずらして行うことで、緩やかな変化となるようにしても良い。

このループを繰り返すことにより、ユーザーの視作業に対応した照明の自動制御が実現される。
また、単位時間当たりのユーザーの眼の検出頻度に応じて、前記照明器具の点灯出力を調整するようにしているため、ＯＮ／ＯＦＦ制御ではなく、視対象への視線の集中度合いに応じて出力調整（調光）が行われるため、急激な点灯や消灯の多発を防止することができる。

本発明の実施の形態１の照明システムを示すブロック図 本発明の実施の形態１の照明システムにおける照明器具とカメラとの関係を示す図 本発明の実施の形態１の照明システムにおける照明器具とカメラとの関係を示す図 本発明の実施の形態１の照明システムにおける検出領域と視作業領域を示す図 本発明の実施の形態１の照明システムにおける検出領域と視作業領域を示す図 本発明の実施の形態１の照明システムにおける検出領域と視作業領域を示す図 本発明の実施の形態１の照明システムにおける検出領域と視作業領域を示す図 本発明の実施の形態１の照明システムの動作を示すフローチャート図 本発明の実施の形態２の照明システムの動作を示すフローチャート図

符号の説明

１ センサ
２ 演算処理部
３ 点灯制御部
４ 照明器具
５ 操作部
６ ダイニングテーブル
７ 眼
８ 書類
Ｒａ 検出領域
Ｒｓ 視作業領域

Claims (6)

1. 予め決定された空間内の画像データを取得する画像データ取得手段と、
   前記画像データ取得手段の出力に基づき、人および人の行為の内容を推定する演算処理部と、
   前記演算処理部の出力に基づいて照明器具の点灯制御を行う点灯制御部と、
   前記点灯制御部により点灯制御され、光を照射する照明器具とを有する照明システムであって、
   前記画像データ取得手段は、予め設定されたユーザー検出領域と視作業領域とを検出対象とするものであり、
   前記演算処理部が、人が存在すると判断しかつ、取得された前記画像データに人の眼が存在しない場合には、前記点灯制御部は、前記視作業領域に光を照射するように照明器具を点灯制御させるようにした照明システム。
2. 請求項１に記載の照明システムであって、
   前記演算処理部は、前記画像データ取得手段により取得された前記ユーザー検出領域の前記画像データから前記ユーザーの眼を抽出するように構成された照明システム。
3. 請求項２に記載の照明システムであって、
   前記演算処理部は、前記画像データ取得手段により取得された前記視作業領域の前記画像データから、新たなオブジェクトを抽出し、
   前記点灯制御部は、前記視作業領域に新たなオブジェクトが検出された場合にのみ、眼の未検出をもって視作業領域に対して光を照射するように構成された照明システム。
4. 請求項２または３に記載の照明システムであって、
   前記演算処理部は、単位時間当たりの人の眼の検出頻度が一定のしきい値よりも小さい場合に、人の眼が存在しないと判断する照明システム。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載の照明システムであって、
   前記点灯制御部は、単位時間当たりの人の眼の検出頻度に応じて、前記照明器具の点灯出力を調整する照明システム。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の照明システムであって、
   前記演算処理部が、前記画像データ取得手段で取得された画像データに人が存在しないと判断してから、一定時間経過後に、前記点灯制御部は、前記照明器具の出力を低下する照明システム。