JP5438414B2 - 明るさ検知システムおよびそれを用いた照明システム - Google Patents

Description

本発明は、明るさ検知システムおよびそれを用いた照明システムに関するものである。

従来より、明るさを検知するセンサとしてＣＣＤカメラを利用した照明システムが提供されている（例えば特許文献１参照）。この照明システムでは、ＣＣＤカメラで撮像した画像データにおける各画素の光の総計値を平均化したものを撮像範囲の明るさとして算出し、この算出結果に基づいて照明器具の調光率を上昇あるいは低下させることで対象空間の照度を略一定に保つことができるようになっている。

特表２００４−５０１４９６号公報（段落［００１６］、及び、第３図）

上述の特許文献１に示した照明システムでは、机上面に白紙が置かれることで机上面の反射率が変化すると、明るさの検出値が大きくなって机上面の照度が一定に保てない可能性があった。また、特許文献１の照明システムでは、明るさが一定の閾値を超える画素についてはすべて検出対象から除外されてしまうため、明るさ（反射率）が変化した画素領域のみを除外することができず、その結果対象空間の明るさを精度よく検出できない場合があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、対象空間の明るさを精度よく確実に検出できる明るさ検知システムおよびそれを用いた照明システムを提供することにある。

請求項１の発明は、対象空間を撮像する撮像手段と、当該撮像手段が撮像した画像に基づいて撮像範囲の明るさを演算する演算手段とを備え、演算手段は、撮像手段によって予め撮像された基準画像と今回撮像された対象画像との間で、画像全体の明るさの変化量と、所定数の画素からなる画素ブロックの明るさの変化量との差が所定の閾値以上である場合には、当該画素ブロックを比較対象から除外し、残りの画素に基づいて基準画像と対象画像の明るさを比較することを特徴とする。

請求項２の発明は、演算手段は、残りの画素の明るさの平均値に基づいて基準画像と対象画像の明るさを比較することを特徴とする。

請求項３の発明は、演算手段は、残りの画素の明るさの総和に基づいて基準画像と対象画像の明るさを比較することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の明るさ検知システムと、当該明るさ検知システムを構成する演算手段の比較結果に応じて対象空間の照度が一定となるように調光する照明器具とを備え、照明器具は、演算手段が基準画像よりも対象画像の方が明るいと判断した場合には調光率を低下させ、基準画像よりも対象画像の方が暗いと判断した場合には調光率を上昇させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、明るさの変化が画像全体に比べて大きい画素ブロックを抽出して基準画像および対象画像から除外しているので、対象空間で反射率が変化した領域を除いて明るさを検出することができ、その結果対象空間の明るさを精度よく確実に検出することができるという効果がある。

請求項２の発明によれば、両画像の明るさを比較する際に明るさの平均値を用いているので、この平均値から対象空間の照度値を容易に算出することができるという効果がある。

請求項３の発明によれば、両画像の明るさを比較する際に明るさの総和を用いているので、明るさの平均値を用いる場合に比べて平均値を計算するステップを省略することができるという効果がある。

請求項４の発明によれば、請求項１〜３の何れか１項に記載の明るさ検知システムを用いることによって、対象空間の明るさを精度よく確実に検出することができ、且つ、対象空間の照度を一定に保つことができる照明システムを提供することができるという効果がある。

本実施形態の照明システムの概略ブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）は同上の動作を説明するための概略構成図である。 （ａ）〜（ｃ）は同上に用いられる明るさ検知システムの動作を説明するための説明図である。

以下に、本発明に係る明るさ検知システムおよびそれを用いた照明システムの実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。本発明に係る明るさ検知システムは、例えば図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、照明器具Ａからの光が照射される所定の照射面Ｘの明るさ（照度）を検出するために用いられ、本発明に係る照明システムは、上記の明るさ検知システムを利用することで照射面Ｘへの照度を略一定に保つことができるようになっている。

本実施形態の明るさ検知システムは、図１に示すように、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどからなる撮像素子（撮像手段）２と、撮像素子２の視野範囲を決定するレンズ３と、撮像素子２が撮像した画像に基づいて撮像範囲（本実施形態では照射面Ｘ）の明るさを演算する明るさ演算部（演算手段）１ａを具備する制御部１とを備えている。

また、本実施形態の照明システムは、上記の制御部１、撮像素子２およびレンズ３に加えて、例えば白熱球や蛍光灯、ＬＥＤなどからなる照明負荷５と、制御部１から出力されるＰＷＭ信号のオンデューティに応じて照明負荷５に流れる電流を制御する電流制御部４とを備えており、照明負荷５は、上記のＰＷＭ信号に応じた調光レベルで調光点灯することになる。なお、図１中のＡＣは、照明負荷５に電力を供給するための商用交流電源である。

ここにおいて、本実施形態の照明システムでは、上記の撮像素子２によって予め撮像された４×５画素の基準画像Ｐ１（図３参照）が制御部１の記憶部（図示せず）に記憶されており、この基準画像Ｐ１の明るさと今回撮像された対象画像Ｐ２（図３参照）の明るさとが明るさ演算部１ａにおいて比較される。そして、上記の比較結果に応じたＰＷＭ信号が制御部１から電流制御部４に出力される。

一方、電流制御部４では、上記のＰＷＭ信号に応じて照明負荷５に電流を流し、例えば対象画像Ｐ２が基準画像Ｐ１よりも明るい場合には照明負荷５の調光率を低下させ、逆に対象画像Ｐ２が基準画像Ｐ１よりも暗い場合には照明負荷５の調光率を上昇させる。その結果、対象空間である照射面Ｘの照度を基準画像Ｐ１と略同じ照度に維持することができるのである。

図２（ａ）は本照明システムの概略構成図であり、照射面Ｘに対して照明器具Ａから光（図２（ａ）中の矢印ａ）が照射されると、照射面Ｘからの反射光（図２（ａ）中の矢印ｂ）が撮像素子２により撮像される。なお、このときの照明器具Ａの調光率を例えば５０％とし、また照射面Ｘの照度を７５０［ｌｘ］とする。また、図２（ａ）〜図２（ｃ）中のＢは照度計を示している。

ここで、図２（ｂ）に示すように照射面Ｘ内に白紙６を置くと、この白紙６によって照射面Ｘの反射率が上昇するため（図２（ｂ）中の矢印ｂ’）、撮像素子２で撮像された対象画像Ｐ２は基準画像Ｐ１に比べて明るくなってしまう。そのため、基準画像Ｐ１と同じ明るさにするために照明器具Ａの調光率が例えば４０％に下げられることになり（図２（ｃ）中の矢印ａ’）、その結果照射面Ｘの照度が例えば６００［ｌｘ］に低下し、基準画像Ｐ１と同じ照度を維持できなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、上記のように反射率が変化することで明るさが急激に変化する部分については、以下の手順により比較対象から除外することで基準画像Ｐ１と対象画像Ｐ２の比較精度を高めている。以下、手順について図３（ａ）〜図３（ｃ）に基づいて説明する。なお、図３（ａ）〜図３（ｃ）の画素中の番号はそれぞれ画素番号を示している。

まず、図３（ａ）に示すように、予め撮像された基準画像Ｐ１と今回撮像された対象画像Ｐ２についてそれぞれ全画素１〜２０の明るさの平均値を算出した上で、両平均値から明るさ比Ａ（Ａ＝対象画像Ｐ２の平均値／基準画像Ｐ１の平均値）を算出する。

次に、図３（ｂ）に示すように、対象画像Ｐ２の各画素１〜２０の明るさと、基準画像Ｐ１の対応する画素１〜２０の明るさからそれぞれ画素毎に明るさ比Ｂ（Ｂ＝対象画像Ｐ２の各画素の明るさ／基準画像Ｐ１の対応する画素の明るさ）を算出し、明るさ比Ｂが上記の明るさ比Ａの２倍以上または２分の１以下となる画素を抽出する。ここに、本実施形態では、１つの画素で１つの画素ブロックが構成されている。

例えば、上記の図３（ｂ）に示すステップにおいて画素１０，１６，１７が抽出された場合には、図３（ｃ）に示すように、各画像Ｐ１，Ｐ２について画素１０，１６，１７を除いた残りの画素で明るさの平均値が算出され、算出した明るさの平均値が対象画像Ｐ２の方が大きい場合には、照射面Ｘの照度が高くなっていると判断して制御部１から電流制御部４に照明負荷５の調光率を低下させるＰＷＭ信号が出力される。そして、電流制御部４がＰＷＭ信号に応じて照明負荷５に流れる電流を制御することで照明負荷５の調光率が低下し、その結果照射面Ｘの照度が基準画像Ｐ１と略同じ照度に維持されることになる。

また、算出した明るさの平均値が対象画像Ｐ２の方が小さい場合には、照射面Ｘの照度が低くなっていると判断して制御部１から電流制御部４に照明負荷５の調光率を上昇させるＰＷＭ信号が出力される。そして、電流制御部４がＰＷＭ信号に応じて照明負荷５に流れる電流を制御することで照明負荷５の調光率が上昇し、その結果照射面Ｘの照度が基準画像Ｐ１と略同じ照度に維持されることになる。

而して、本実施形態によれば、明るさの変化が画像全体に比べて大きな画素領域を抽出して基準画像Ｐ１および対象画像Ｐ２から除外しているので、照射面（対象空間）Ｘ内で反射率が変化した領域を除いて明るさを検出することができ、その結果照射面Ｘの明るさを精度よく確実に検出することができる。また、両画像Ｐ１，Ｐ２の明るさを比較する際に明るさの平均値を用いているので、この平均値から照射面Ｘの照度値を容易に算出することができる。

ここに、本実施形態では、各画像Ｐ１，Ｐ２の明るさの平均値に基づいて明るさを比較しているが、例えば明るさの総和を用いてもよく、明るさの平均値を用いる場合に比べて平均値を計算するステップを省略することができる。また、本実施形態の明るさ検知システムを用いることによって、照射面Ｘの明るさを精度よく確実に検出することができ、且つ、照射面Ｘの照度を一定に保つことができる照明システムを提供することができる。

なお、本実施形態では、比較対象から除外する画素を抽出するための閾値を、明るさ比Ａの２倍以上または２分の１以下に設定しているが、この閾値については本実施形態に限定されるものではなく、使用環境などに応じて任意に設定してもよい。また、本実施形態では、図３（ｂ）のステップにおいて１つの画素で１つの画像ブロックを構成しているが、例えば複数個の画素で１つの画像ブロックを構成してもよい。

さらに、本実施形態では、白紙６が照射面Ｘ内に置かれた場合を例に説明したが、例えば黒い髪の人が撮像範囲に入った場合でも同様に比較対象から除外することができ、その結果同様に照射面Ｘの照度を一定に保つことができる。また、本実施形態では、明るさの変化が大きい画素を抽出する際に両画像Ｐ１，Ｐ２の明るさ比を用いているが、例えば両画像Ｐ１，Ｐ２の明るさの差分を用いてもよい。

１ａ 明るさ演算部（演算手段）
２ 撮像素子（撮像手段）
Ｐ１ 基準画像
Ｐ２ 対象画像

Claims (4)

1. 対象空間を撮像する撮像手段と、当該撮像手段が撮像した画像に基づいて撮像範囲の明るさを演算する演算手段とを備え、前記演算手段は、前記撮像手段によって予め撮像された基準画像と今回撮像された対象画像との間で、画像全体の明るさの変化量と、所定数の画素からなる画素ブロックの明るさの変化量との差が所定の閾値以上である場合には、当該画素ブロックを比較対象から除外し、残りの画素に基づいて前記基準画像と前記対象画像の明るさを比較することを特徴とする明るさ検知システム。
2. 前記演算手段は、前記残りの画素の明るさの平均値に基づいて前記基準画像と前記対象画像の明るさを比較することを特徴とする請求項１記載の明るさ検知システム。
3. 前記演算手段は、前記残りの画素の明るさの総和に基づいて前記基準画像と前記対象画像の明るさを比較することを特徴とする請求項１記載の明るさ検知システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の明るさ検知システムと、当該明るさ検知システムを構成する前記演算手段の比較結果に応じて前記対象空間の照度が一定となるように調光する照明器具とを備え、前記照明器具は、前記演算手段が前記基準画像よりも前記対象画像の方が明るいと判断した場合には調光率を低下させ、前記基準画像よりも前記対象画像の方が暗いと判断した場合には調光率を上昇させることを特徴とする照明システム。