JP5513036B2 - Detection device - Google Patents

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Description

本発明は、赤外線等の熱放射線センサの出力の変動に基づいて所定のエリア内に入った被検知体を検知する検知装置に係り、特に、被検知体が人であるか否かを判断することができる検知装置に関する。   The present invention relates to a detection device that detects a detected object that enters a predetermined area based on fluctuations in the output of a thermal radiation sensor such as infrared rays, and in particular, determines whether or not the detected object is a person. It is related with the detection apparatus which can be.

受動型赤外線センサは、赤外線検知素子を用いて熱線(遠赤外線、以下、単に赤外線と記す)のエネルギを検知するセンサである。赤外線検知素子は、集光光学系を用いた焦電素子等を用い、検知対象となるエリア(検知エリア)内にある物体から放射される赤外線を集光する。そして、その変動量を検出し、変動量が所定の閾値を超えた場合に検知エリアへ人や動物が入ったと判断する。このような受動型赤外線センサは、現在、自動ドアの開閉や警備システムの侵入者検知に使用されている。   A passive infrared sensor is a sensor that detects energy of heat rays (far infrared rays, hereinafter simply referred to as infrared rays) using an infrared detection element. The infrared detection element uses a pyroelectric element or the like using a condensing optical system, and condenses infrared rays radiated from an object in an area to be detected (detection area). Then, the fluctuation amount is detected, and when the fluctuation amount exceeds a predetermined threshold, it is determined that a person or an animal has entered the detection area. Such passive infrared sensors are currently used to open and close automatic doors and to detect intruders in security systems.

ただし、受動型赤外線センサは、赤外線を検知するものであるから、赤外線を放射しているのが動物であるか、人であるかを判断することはできない。また、太陽光等の外乱によって誤報が発生する可能性もある。
上記した不具合を解消するため、人体だけを検知することが可能な種々の受動型赤外線センサが提案されている。人体だけを検知する受動型赤外線の一つに、光学系と受光素子とを組合わせて構成されるユニットを2組備え、2組のユニットを検知エアリアにおいて上下に配置し、赤外線の変動が検知エリア内の所定の範囲以上の規模で生じたか否か判断するものがある。
However, since the passive infrared sensor detects infrared rays, it cannot determine whether an infrared ray is emitted from an animal or a person. In addition, misinformation may occur due to disturbance such as sunlight.
In order to solve the above-described problems, various passive infrared sensors capable of detecting only a human body have been proposed. One of the passive infrared rays that detects only the human body is equipped with two sets of units composed of a combination of an optical system and a light-receiving element. Two sets of units are placed up and down in the detection aerial to detect infrared fluctuations. There is one that determines whether or not it has occurred at a scale larger than a predetermined range in the area.

すなわち、2組のユニットを有する受動型赤外線センサは、上下に設けられた2組のユニットの両方により、閾値以上の赤外線の変動が検出された場合にのみ人体を検知したことを示す人体検知信号を出力する。このため、検知エリアよりも遠方に存在する熱源、直射日光、検知エリアに入った小動物を人体と誤判断することを防ぐことができ、赤外線検知システムの検出精度を高めることができる。なお、このような受動型赤外線センサの従来技術としては、例えば、特許文献1に記載されたものがある。   That is, the passive infrared sensor having two sets of units is a human body detection signal indicating that a human body is detected only when a change in infrared rays exceeding a threshold is detected by both of the two sets of upper and lower units. Is output. For this reason, it is possible to prevent a heat source, direct sunlight, and a small animal that has entered the detection area farther than the detection area from being erroneously determined as a human body, and to improve the detection accuracy of the infrared detection system. In addition, as a prior art of such a passive infrared sensor, there exists what was described in patent document 1, for example.

特許第3086406号Patent No. 3086406

図6は、特許文献1に記載されている受動型赤外線式検知装置(以下、単に検知装置と記す)を説明するための図である。この説明では、特許文献1に記載されている文言をそのまま使用するものとする。
図6に示した検知装置は、壁面20における成人のほぼ腰に相当する高さ位置に取り付けられる。壁面20に取り付けられるハウジング21には、受光素子1と光学系3とからなる第1センサユニット5と、受光素子2と光学系4とからなる第2センサユニット6が、上下に位置して収納されている。
FIG. 6 is a diagram for explaining a passive infrared detection device (hereinafter simply referred to as a detection device) described in Patent Document 1. In this description, the wording described in Patent Document 1 is used as it is.
The detection device shown in FIG. 6 is attached to a height position on the wall surface 20 corresponding to an adult's waist. In the housing 21 attached to the wall surface 20, a first sensor unit 5 composed of the light receiving element 1 and the optical system 3 and a second sensor unit 6 composed of the light receiving element 2 and the optical system 4 are stored vertically. Has been.

センサユニット5、6は、図中に二点鎖線で示した不法侵入者を警戒すべき所定の区域Z内において、上下に離れた互いに異なる領域からそれぞれ放射される赤外線エネルギを個々に集光する向きに配置されている。すなわち、上方の第1センサユニット5は、検知対象の人体Hの上半身に向けて受光方向がほぼ水平に配置されて、上記警戒区域Z内の上方の空間に、地面Gに達しない第1の検知エリアA1が設定される。また、下方の第2センサユニット6は、壁面20から所定の検知距離Lだけ離れた地面Gに受光方向を向けて配置されており、警戒区域Z内の下方空間に第2の検知エリアA2が設定される。
ここで、検知距離Lは、壁面20から、略、第2センサユニット6により設定した第2の検知エリアA2の中心線Cと地面Gとが交わる位置までの距離である。検知距離L、第1の検知エリアA1の高さ、第1及び第2の検知エリアA1、A2の幅(図の紙面に直交する方向の寸法)から、警戒区域Zが定められる。
The sensor units 5 and 6 individually collect infrared energy radiated from different regions that are vertically separated from each other in a predetermined zone Z to be warned of illegal intruders indicated by two-dot chain lines in the figure. It is arranged in the direction. That is, the upper first sensor unit 5 is arranged so that the light receiving direction is substantially horizontal toward the upper half of the human body H to be detected, and the first sensor unit 5 does not reach the ground G in the upper space in the alert zone Z. Detection area A1 is set. In addition, the lower second sensor unit 6 is disposed with the light receiving direction directed to the ground G that is separated from the wall surface 20 by a predetermined detection distance L, and the second detection area A2 is located in the lower space in the alert zone Z. Is set.
Here, the detection distance L is a distance from the wall surface 20 to a position where the center line C of the second detection area A2 set by the second sensor unit 6 and the ground G intersect. From the detection distance L, the height of the first detection area A1, and the widths of the first and second detection areas A1 and A2 (dimensions in the direction perpendicular to the drawing sheet), a warning zone Z is determined.

受光素子1、2から出力される電気信号は、それぞれ増幅回路8、9で増幅され、この増幅信号の信号強度、すなわち赤外線光束の変動量が比較回路からなるレベル検出回路10、11によって常時監視されている。レベル検出回路10、11は、入力される電気信号の信号レベルを検出レベル設定部12、13に設定された所定の検出レベルと常時比較している。レベル検出回路10、11によって電気信号が検出レベルを超える変動が検知されたときに、ハイレベルの検出信号が出力される。つまり、レベル検出回路10、11は、ハイレベルの検出信号とローレベルの非検出信号からなる2値信号を出力する。アンド回路からなる人体検知回路14は、両レベル検出回路10、11からハイレベルの検出信号が出力されたとき、人体検知回路14から人体検知信号aを出力する。警報信号発生回路17は、人体検知信号aの入力により作動して照明灯、ブザーまたはサイレン等の警報発生機器(図示せず)を作動させるための警報信号bを発生する。   The electric signals output from the light receiving elements 1 and 2 are amplified by the amplifier circuits 8 and 9, respectively, and the signal intensity of the amplified signals, that is, the fluctuation amount of the infrared light beam, is constantly monitored by the level detection circuits 10 and 11 including a comparison circuit. Has been. The level detection circuits 10 and 11 constantly compare the signal level of the input electric signal with a predetermined detection level set in the detection level setting units 12 and 13. When the level detection circuits 10 and 11 detect the fluctuation of the electric signal exceeding the detection level, a high level detection signal is output. That is, the level detection circuits 10 and 11 output a binary signal composed of a high level detection signal and a low level non-detection signal. The human body detection circuit 14 composed of an AND circuit outputs a human body detection signal a from the human body detection circuit 14 when a high level detection signal is output from both level detection circuits 10 and 11. The alarm signal generation circuit 17 is activated by the input of the human body detection signal a and generates an alarm signal b for operating an alarm generation device (not shown) such as an illumination lamp, a buzzer or a siren.

従来の検知装置は、両受光素子1、2から出力される電気信号の信号レベルが同時に検出レベルを超えた場合のみ、人体検知信号aを出力する。例えば、第1の検知エリアA1の遠方にボイラのような高温発生源が存在し、この高温発生源の前を物体が通過したり、第1の検知エリアA1の遠方の道路を自動車やトラックが通過した場合、これらから放射される赤外線エネルギが上方の第1センサユニット5のレンズ3を通じて受光素子1に入射する。受光素子1は入射赤外線エネルギ量の大きな変動に応じた信号レベルの電気信号を出力し、これを検出したレベル検出回路10から検出信号が出力される。   The conventional detection device outputs the human body detection signal a only when the signal levels of the electrical signals output from both the light receiving elements 1 and 2 simultaneously exceed the detection level. For example, there is a high temperature generation source such as a boiler far from the first detection area A1, and an object passes in front of the high temperature generation source, or a car or a truck travels on a road far from the first detection area A1. When passing, the infrared energy radiated from these enters the light receiving element 1 through the lens 3 of the upper first sensor unit 5. The light receiving element 1 outputs an electric signal having a signal level corresponding to a large variation in the amount of incident infrared energy, and a detection signal is output from the level detection circuit 10 that detects this.

しかし、下方の第2センサユニット6のレンズ4には、これの受光方向が下方を向いていることから、上記した赤外線エネルギが殆ど入光しない。したがって、下方の受光素子2からの電気信号の信号レベルは殆ど変化せず、レベル検出回路11の出力はローレベルに保持される。その結果、人体検知回路14は、人体検知信号aを誤出力することがない。   However, since the light receiving direction of the lens 4 of the lower second sensor unit 6 is directed downward, the above-described infrared energy hardly enters. Therefore, the signal level of the electrical signal from the lower light receiving element 2 hardly changes, and the output of the level detection circuit 11 is held at a low level. As a result, the human body detection circuit 14 does not erroneously output the human body detection signal a.

また、昼間において太陽光が直射した場合、上記と同様に上方の第1センサユニット5の受光素子1から出力される電気信号の信号レベルが高くなるように変化するだけであり、やはり人体検知信号aは出力されない。
一方、犬や猫などの小動物Mが警戒区域Z内に入り込んだ場合、小動物Mから放射される赤外線エネルギは、下方の第2センサユニット6のレンズ4を介して受光素子2に入射するが、受光方向をほぼ水平に向けて配置された上方の第1センサユニット5には殆ど入光されない。したがって、下方の受光素子2から出力される電気信号のみが所定レベルを超えるから、この場合も人体検知信号aが誤出力することがない。
In addition, when sunlight is directly irradiated in the daytime, the signal level of the electric signal output from the light receiving element 1 of the upper first sensor unit 5 is changed so as to be high as described above. a is not output.
On the other hand, when a small animal M such as a dog or a cat enters the warning area Z, infrared energy emitted from the small animal M is incident on the light receiving element 2 via the lens 4 of the second sensor unit 6 below. Almost no light is incident on the upper first sensor unit 5 arranged with the light receiving direction substantially horizontal. Accordingly, since only the electric signal output from the lower light receiving element 2 exceeds a predetermined level, the human body detection signal a is not erroneously output in this case.

一方、人体Hが警戒区域Zに入り込んだ場合には、両検知エリアA1、A2が共に遮られるので、人体Hから放射する赤外線エネルギが確実に上下のセンサユニット5、6のレンズ3、4を介して各受光素子1、2に入射する。このため、各受光素子1、2の電気信号が共に所定レベルを超え、両レベル検出回路10、11から共に検出信号が出力される。これにより、両検知エリアA1、A2において設定された警戒区域Z内に入り込んだ人体Hを確実に検知して、人体検知信号aを出力できるようになる。   On the other hand, when the human body H enters the warning zone Z, both the detection areas A1 and A2 are shielded, so that the infrared energy radiated from the human body H is surely connected to the lenses 3 and 4 of the upper and lower sensor units 5 and 6. Through the light receiving elements 1 and 2. For this reason, the electrical signals of the light receiving elements 1 and 2 both exceed a predetermined level, and both level detection circuits 10 and 11 output detection signals. As a result, it is possible to reliably detect the human body H that has entered the alert zone Z set in both the detection areas A1 and A2, and to output the human body detection signal a.

しかしながら、上記した従来技術では、図7に示したように、人体であっても、その身長が低い場合には上側のセンサユニット5に入光する赤外線が充分な量にならず、受光素子1によって出力される信号レベルが所定レベル以下になる。このような場合、検知エリア内に人体があるにも関わらず、警報信号を出すことができない。
また、図8に示すように、小動物等がセンサの近傍を通過した場合、上側と下側の検知エリアを同時にまたぐことがあり、両方のセンサユニットに入光する赤外線が十分な量となり、人体ではないにも関わらずに検知されて誤報を発生することがある。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、人体だけを正確に検知し、外乱や他の赤外線を放射する物体(被検知体)によって誤報を発することがない高精度の検知装置を提供することを目的とする。
However, in the above-described prior art, as shown in FIG. 7, even when the human body is short, the infrared light incident on the upper sensor unit 5 is not sufficient when the height is low. The signal level output by the signal becomes lower than a predetermined level. In such a case, although there is a human body in the detection area, an alarm signal cannot be output.
In addition, as shown in FIG. 8, when a small animal or the like passes near the sensor, it may straddle the upper and lower detection areas at the same time, and the amount of infrared light incident on both sensor units becomes a sufficient amount. Although it is not, it may be detected and cause false alarms.
The present invention has been made in view of such a point, and accurately detects only a human body, and does not generate false alarms due to disturbances or other objects that emit infrared rays (detected body). An object is to provide an apparatus.

以上の課題を解決するため、本発明の請求項1に記載の検知装置は、互いに異なる検知エリアにおける赤外線を検出し、それぞれが検出された赤外線の変動量に応じた電気信号を出力する赤外線センサ(赤外線センサ101a、101b:図1)を、少なくとも2つ備えた熱放射線検知手段(ツインミラー型赤外線センサ101:図1)と、赤外線の変動量に応じた電気信号の周波数にかかる情報を示す特徴量に基づいて作成された確率モデルを複数記憶するモデル記憶手段(モデル記憶部106:図1)と、前記熱放射線検知手段(ツインミラー型赤外線センサ101:図1)が備えた前記少なくとも2つの赤外線センサのうちの第1の赤外線センサによって出力された第1の電気信号の周波数にかかる第1の情報と、前記少なくとも2つの赤外線センサのうちの第2の赤外線センサによって出力された第2の電気信号の周波数にかかる第2の情報とをそれぞれ独立に算出して連結した特徴量を抽出する特徴量抽出手段(特徴量抽出部103)と、前記特徴量抽出手段(特徴量抽出部103:図1)によって抽出された特徴量と、前記モデル記憶手段(モデル記憶部106:図1)によって記憶されている確率モデルとの尤度に基づいて、前記複数の確率モデルの中から特徴量に対応する確率モデルを検出する確率モデル検出手段(認識処理部104:図1)と、前記確率モデル検出手段(認識処理部104:図1)によって検出された確率モデルに基づいて、前記検知エリアに入った被検知体を認識する被検知体認識手段(認識処理部104:図1)と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the detection device according to claim 1 of the present invention detects infrared rays in different detection areas, and outputs an electrical signal corresponding to the detected amount of variation in each infrared ray. (Infrared sensors 101a and 101b: FIG. 1) Thermal radiation detection means (twin mirror type infrared sensor 101: FIG. 1) provided with at least two, and information concerning the frequency of the electrical signal according to the amount of infrared fluctuation Model storage means (model storage unit 106: FIG. 1) for storing a plurality of probability models created based on the feature quantity, and at least two of the thermal radiation detection means (twin mirror type infrared sensor 101: FIG. 1). First information on the frequency of the first electrical signal output by the first infrared sensor of the two infrared sensors, and the at least two Feature extraction means for extracting a second feature quantity and the second information relating to the frequency were ligated calculated independently of the electrical signal output by the second infrared sensor of the infrared sensor (feature amount extraction Unit 103), the feature quantity extracted by the feature quantity extraction unit (feature quantity extraction unit 103: FIG. 1), and the probability model stored by the model storage unit (model storage unit 106: FIG. 1) Probability model detection means (recognition processing unit 104: FIG. 1) for detecting a probability model corresponding to a feature quantity from the plurality of probability models based on likelihood, and the probability model detection means (recognition processing unit 104: A detected object recognition means (recognition processing unit 104: FIG. 1) for recognizing the detected object that has entered the detection area based on the probability model detected by FIG. That.

本発明の請求項2に記載の検知装置は、請求項1に検記載の発明において、前記熱放射線検知手段が、前記赤外線センサとして赤外線の検出素子(例えば図3に示した焦電素子301a、301b、301c、301d)を1つの筐体内(例えば図3に示したケース300)に複数備え、前記筐体から同時に複数の前記電気信号(例えば図3に示したセンサ出力1、センサ出力2)を出力することを特徴とする。   The detection device according to claim 2 of the present invention is the detection device according to claim 1, wherein the thermal radiation detection means is an infrared detection element (for example, the pyroelectric element 301a shown in FIG. 301b, 301c, 301d) are provided in a single housing (for example, the case 300 shown in FIG. 3), and a plurality of the electrical signals (for example, sensor output 1 and sensor output 2 shown in FIG. 3) are simultaneously provided from the housing. Is output.

発明の請求項に記載の検知装置は、請求項1または2項に記載の発明において、前記特徴量抽出手段(特徴量抽出部103:図1)が、前記第1の電気信号および前記第2の電気信号を、所定の時間ごとに区分して複数のフレームを生成し、各フレームに含まれる複数の周波数に対する各周波数の成分比を表す第1特徴量をそれぞれ前記第1の情報および前記第2の情報として算出することを特徴とする。
また、本発明の請求項4に記載の検知装置は、請求項3に記載の発明において、前記第1特徴量において、前記成分比が対数によって表されることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the detection device according to the first or second aspect, wherein the feature amount extraction means (feature amount extraction unit 103: FIG. 1) includes the first electric signal and the The second electrical signal is divided at predetermined time intervals to generate a plurality of frames, and a first feature amount representing a component ratio of each frequency with respect to a plurality of frequencies included in each frame is set as the first information and It is calculated as the second information .
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the third aspect, the component ratio is represented by a logarithm in the first feature amount.

請求項5に記載の検知装置は、請求項1から4のいずれか1項に記載の発明において、前記特徴量抽出手段(特徴量抽出部103:図1)が、前記第1の電気信号および前記第2の電気信号を、所定の時間ごとに区分して複数のフレームを生成し、前記複数のフレームのうちの一のフレームである第1フレームと、時間において、前記第1フレームの直前または直後に位置する第2フレームとの各周波数の成分比を表す第2特徴量をそれぞれ前記第1の情報および前記第2の情報として算出することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the detection device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the feature amount extraction unit (feature amount extraction unit 103: FIG. 1) includes the first electrical signal and The second electrical signal is divided at predetermined time intervals to generate a plurality of frames, and a first frame that is one of the plurality of frames and a time immediately before the first frame or A second feature amount representing a component ratio of each frequency with the second frame located immediately after is calculated as the first information and the second information , respectively.

請求項6に記載の検知装置は、請求項5に記載の発明において、記第2特徴量において、前記成分比が対数によって表されることを特徴とする。
請求項7に記載の検知装置は、請求項1からのいずれか1項に記載の発明において、前記特徴量抽出手段(特徴量抽出部103:図1)が、前記第1の電気信号および前記第2の電気信号を、所定の時間ごとに区分して複数のフレームを生成し、前記第1の電気信号と前記第2の電気信号との相関を前記フレームごとに表す第3特徴量を抽出することを特徴とする。
Sensing apparatus according to claim 6 is the invention according to claim 5, Oite before Symbol second feature quantity, the component ratio is characterized by being represented by the logarithm.
According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to sixth aspects, the feature amount extraction means (feature amount extraction unit 103: FIG. 1) includes the first electrical signal and The second electrical signal is divided at predetermined time intervals to generate a plurality of frames, and a third feature amount representing a correlation between the first electrical signal and the second electrical signal for each frame. It is characterized by extracting.

請求項1に記載の検知装置によれば、それぞれ異なるエリアに入った被検知体を2つの
赤外線センサによって検知することができる。また、赤外線センサによって出力された電気信号の周波数にかかる情報を特徴量として抽出するから、電気信号の周波数にかかる相違を検出することができる。また、特徴量に対応する確率モデルを予め記憶しておき、記憶されている特徴量に確率モデルに対照することができる。さらに、確率モデルのうち、この特徴量が抽出される確率が最も高い確率モデルを検出し、検出された確率モデルに合致する被検知体を検知エリアに入った被検知体であると認識することができる。
According to the detection apparatus of Claim 1, the to-be-detected body which entered into each different area can be detected with two infrared sensors. Moreover, since the information concerning the frequency of the electric signal output by the infrared sensor is extracted as the feature amount, the difference concerning the frequency of the electric signal can be detected. In addition, a probability model corresponding to the feature amount can be stored in advance, and the stored feature amount can be compared with the probability model. Furthermore, a probability model having the highest probability that this feature amount is extracted is detected from among the probability models, and a detected object that matches the detected probability model is recognized as a detected object that has entered the detection area. Can do.

請求項2に記載の検知装置によれば、複数の焦電素子を備えた赤外線センサを、本発明の熱放射線検知手段として用いることができる。
請求項3に記載の検知装置によれば、検知装置において確率モデルを記憶しておくことができる。このため、検知装置が置かれた環境や位置等に即した確率モデルを予め作成し、作成された確率モデルを使って被検知体を検知することができる。
According to the detection device of the second aspect, an infrared sensor having a plurality of pyroelectric elements can be used as the thermal radiation detection means of the present invention.
According to the detection device of the third aspect, the probability model can be stored in the detection device. For this reason, it is possible to create a probabilistic model according to the environment, position, etc. in which the detection device is placed in advance, and to detect the detected object using the created probabilistic model.

請求項4に記載の検知装置によれば、複数のフレームの各々にフレームに含まれる複数の周波数に対する各周波数の成分比を表す第1特徴量に基づいて、検知エリアにおける赤外線の変化を示す電気信号の周波数変化を検出することができる。このため、赤外線の振幅の変化の大きさによらず、検知エリアにおける赤外線の変化を検出することができる。
したがって、被検知体による赤外線の変化量が小さい場合であっても検知エリアに被検知体が入ったことを検知することができる。
According to the detection device of the fourth aspect of the present invention, the electricity indicating the change in the infrared rays in the detection area based on the first feature amount representing the component ratio of each frequency to the plurality of frequencies included in each of the plurality of frames. A change in frequency of the signal can be detected. For this reason, it is possible to detect a change in the infrared rays in the detection area regardless of the magnitude of the change in the amplitude of the infrared rays.
Therefore, even if the amount of change in infrared rays by the detected object is small, it can be detected that the detected object has entered the detection area.

請求項5に記載の検知装置によれば、複数のフレームのうち、一のフレームである第1フレームと、時間において、前記第1フレームの直前または直後に位置する第2フレームとの各周波数の成分比を表す第2特徴量を抽出することができる。このため、検知エリアにおける赤外線の時間的変化を示す電気信号の周波数変化を検出することができるので、赤外線の振幅の変化の大きさによらず、検知エリア内の被検知体を検知することができる。したがって、被検知体による赤外線の変化量が小さい場合であっても検知エリアに入った被検知体の動きを検知することができる。   According to the detection device of claim 5, each frequency of a first frame that is one frame among a plurality of frames and a second frame that is positioned immediately before or immediately after the first frame in time. A second feature amount representing the component ratio can be extracted. For this reason, since the frequency change of the electrical signal which shows the time change of the infrared rays in a detection area can be detected, the to-be-detected body in a detection area can be detected irrespective of the magnitude | size of the change of the amplitude of an infrared ray. it can. Therefore, even if the amount of change in infrared rays by the detected object is small, the movement of the detected object that has entered the detection area can be detected.

請求項6に記載の検知装置によれば、第1特徴量、第2特徴量の少なくとも一方において成分比が対数によって表されるので、特徴量を常に絶対値として得て、以降の制御に使用しやすいものにすることができる。
請求項7に記載の検知装置によれば、少なくとも2つの赤外線センサによってそれぞれ検出された2つの電気信号の相関をフレームごとに表す第3特徴量を抽出することができる。このため、2つの赤外線センサのうち、被検知体が両方に同時に検知される大きさを有するか否かを判断することができる。したがって、被検知体の大凡の大きさにより、被検知体が人であるか否かを判断することができる。
According to the detection device of the sixth aspect, since the component ratio is represented by logarithm in at least one of the first feature value and the second feature value, the feature value is always obtained as an absolute value and used for the subsequent control. Can be easy to do.
According to the detection device of the seventh aspect, it is possible to extract the third feature amount that represents the correlation between the two electric signals respectively detected by the at least two infrared sensors for each frame. For this reason, it can be judged whether a to-be-detected body has a magnitude | size detected simultaneously by both among two infrared sensors. Therefore, it is possible to determine whether or not the detected object is a person based on the approximate size of the detected object.

本発明の一実施形態の検知装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection apparatus of one Embodiment of this invention. 図1に示した特徴量抽出部によってなされる特徴量の抽出を説明するための 図である。It is a figure for demonstrating extraction of the feature-value performed by the feature-value extraction part shown in FIG. 本発明の一実施形態の変形例の焦電センサを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pyroelectric sensor of the modification of one Embodiment of this invention. 本発明の検知装置の、実験例1の結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the result of Experimental example 1 of the detection apparatus of this invention. 本発明の検知装置の、実験例2の結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the result of Experimental example 2 of the detection apparatus of this invention. 特許文献1に記載されている受動型赤外線式検知装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the passive infrared detection apparatus described in patent document 1. FIG. 特許文献1に記載されている受動型赤外線式検知装置を説明するための他の図である。It is another figure for demonstrating the passive type infrared detection apparatus described in patent document 1. FIG. 特許文献1に記載されている受動型赤外線式検知装置を説明するための他の図である。It is another figure for demonstrating the passive type infrared detection apparatus described in patent document 1. FIG.

以下、本発明の一実施形態の検知装置について、図面を用いて説明する。
・全体構成
図1は、本発明の一実施形態の検知装置を説明するための図である。本実施形態の検知装置は、ツインミラー型赤外線センサ101と、2つのA/D変換器102a、102bと、特徴量抽出部103と、モデル記憶部106と、認識処理部104と、を備えている。なお、図中のモデル生成部105は、モデル記憶部106に記憶される確率モデルを記憶する生成する構成である。本実施形態では、モデル生成部105は検知装置の外部にあって、予め確率モデルを作成し、作成された確率モデルがモデル記憶部106に保存されるものとする。
Hereinafter, a detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Overall Configuration FIG. 1 is a diagram for explaining a detection device according to an embodiment of the present invention. The detection device according to the present embodiment includes a twin mirror infrared sensor 101, two A / D converters 102a and 102b, a feature amount extraction unit 103, a model storage unit 106, and a recognition processing unit 104. Yes. Note that the model generation unit 105 in the figure is configured to store and generate a probability model stored in the model storage unit 106. In the present embodiment, it is assumed that the model generation unit 105 is outside the detection device, creates a probability model in advance, and the created probability model is stored in the model storage unit 106.

ツインミラー型赤外線センサ101は、被検知体から放出される赤外線の変化量を電気信号に変換し、アナログ信号として出力する赤外線センサ101a、101bを備えている。つまり、赤外線センサ101a、101bは、それぞれ図6で示したセンサユニット5、増幅回路8を組み合わせた構成、またはセンサユニット6、増幅回路9を組合わせた構成と同様の機能を有する構成である。ツインミラー型赤外線センサ101は、図6の増幅回路8、9が出力する信号と同様の信号を出力する。   The twin mirror type infrared sensor 101 includes infrared sensors 101a and 101b that convert the amount of change in infrared rays emitted from the detected object into an electrical signal and output it as an analog signal. That is, the infrared sensors 101a and 101b have the same function as the configuration in which the sensor unit 5 and the amplifier circuit 8 shown in FIG. 6 are combined, or the configuration in which the sensor unit 6 and the amplifier circuit 9 are combined. The twin mirror infrared sensor 101 outputs a signal similar to the signal output from the amplifier circuits 8 and 9 in FIG.

A/D変換器102a、102bは、ツインミラー型赤外線センサ101の2つのアナログ出力信号をそれぞれデジタル信号に変換する。本実施形態では、A/D変換器102aから出力されたセンサ出力をセンサ出力A、A/D変換器102bから出力されたセンサ出力をセンサ出力Bと記す。特徴量抽出部103は、センサ出力A、センサ出力Bから特徴量データを算出する。   The A / D converters 102a and 102b convert the two analog output signals of the twin mirror infrared sensor 101 into digital signals, respectively. In this embodiment, the sensor output output from the A / D converter 102a is referred to as sensor output A, and the sensor output output from the A / D converter 102b is referred to as sensor output B. The feature amount extraction unit 103 calculates feature amount data from the sensor output A and the sensor output B.

なお、特徴量データとは、センサ出力A、センサ出力Bの各々について、比較的短い時間における周波数に関する情報である。特徴量データ及びこの抽出方法については後述する。
モデル記憶部106は、特徴量抽出部103によって抽出された特徴量データに基づいて生成されたモデルを記憶する記憶装置である。認識処理部104は、モデル記憶部106に記憶されたモデルの内容と、特徴量抽出部103で抽出された特徴量データとに基づいて、ツインミラー型赤外線センサ101が被検知体を検知可能な範囲(検知エリア)内に存在する被検知体の属性情報を認識する構成である。
The feature amount data is information regarding the frequency in a relatively short time for each of the sensor output A and the sensor output B. The feature amount data and this extraction method will be described later.
The model storage unit 106 is a storage device that stores a model generated based on the feature amount data extracted by the feature amount extraction unit 103. Based on the model contents stored in the model storage unit 106 and the feature amount data extracted by the feature amount extraction unit 103, the recognition processing unit 104 can detect the object to be detected by the twin mirror infrared sensor 101. It is the structure which recognizes the attribute information of the to-be-detected body which exists in a range (detection area).

なお、モデル記憶部106によって記憶されるモデルは、特徴量データをHMM(Hidden Markov Model,隠れマルコフモデル)にモデル化することによって作成される。HMMとは、は確率モデルの一つであって、現象が未知のパラメータを含むマルコフ過程により進行すると仮定し、観測可能な情報から未知のパラメータを推定するものである。なお、推定されるパラメータには、状態遷移確率、シンボル出力確率がある。
本実施形態では、特徴量抽出部103によって抽出された特徴量を蓄積しておき、モデル生成部105によって予め作成されたモデルをモデル記憶部106に記憶させておくものとする。
Note that the model stored in the model storage unit 106 is created by modeling the feature data into an HMM (Hidden Markov Model). HMM is one of probabilistic models, and estimates an unknown parameter from observable information on the assumption that a phenomenon proceeds by a Markov process including an unknown parameter. The estimated parameters include a state transition probability and a symbol output probability.
In the present embodiment, the feature amount extracted by the feature amount extraction unit 103 is accumulated, and the model created in advance by the model generation unit 105 is stored in the model storage unit 106.

以下、上記した各構成について、より詳細に説明する。
・特徴量抽出部
図2は、特徴量抽出部103によってなされる特徴量の抽出を説明するための図である。図2中に示したセンサ出力Aは、前記したように、図1に示したA/D変換器102aから出力されたセンサ出力である。また、センサ出力Bは、図1に示したA/D変換器102bから出力されたセンサ出力である。センサ出力A、センサ出力Bは、各々短い区間(所定の時間内にA/D変換器から出力されたセンサ出力)に区切られており、区間の1つ1つを、以降フレームと記す。
Hereafter, each above-mentioned structure is demonstrated in detail.
Feature Quantity Extraction Unit FIG. 2 is a diagram for explaining feature quantity extraction performed by the feature quantity extraction unit 103. The sensor output A shown in FIG. 2 is the sensor output output from the A / D converter 102a shown in FIG. 1 as described above. The sensor output B is the sensor output output from the A / D converter 102b shown in FIG. The sensor output A and the sensor output B are each divided into short sections (sensor outputs output from the A / D converter within a predetermined time), and each section is hereinafter referred to as a frame.

上記した各フレームは、時系列に配置される。なお、各フレームは、互いに、時間的にオーバーラップするものであってもよい。図2において、センサ出力Aを区切って生成された複数のフレームsA-1、sA-2、sA-3、sA-4は、互いに隣り合うフレーム区間同士において、フレーム区間の半分が互いにオーバーラップしている。また、センサ出力Bを区切って生成された複数のフレームsB-1、sB-2、sB-3、sB-4も、互いに隣り合うフレーム区間同士において、フレーム区間の半分が互いにオーバーラップしている。   Each frame described above is arranged in time series. Each frame may overlap in time with each other. In FIG. 2, a plurality of frames sA-1, sA-2, sA-3, and sA-4 generated by dividing the sensor output A are overlapped with each other in the frame sections adjacent to each other. ing. Also, in the plurality of frames sB-1, sB-2, sB-3, and sB-4 generated by dividing the sensor output B, half of the frame sections overlap each other in the adjacent frame sections. .

フレームに区分されたセンサ出力が示すデータは、フレーム単位で特徴量データに変換される。本実施形態では、特徴量として、第1特徴量(第1特徴量データ)、第2特徴量(第2特徴量データ)、第3特徴量(第3特徴量データ)の3つの特徴量を抽出する。
第1特徴量データとは、各フレームの信号をFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)により周波数領域の信号であるスペクトルに変換し、さらに、変換後のスペクトルを各周波数成分の比率に変換し、ダイナミックレンジを確保するために対数をとったものである。
The data indicated by the sensor output divided into frames is converted into feature data in units of frames. In the present embodiment, three feature quantities, ie, a first feature quantity (first feature quantity data), a second feature quantity (second feature quantity data), and a third feature quantity (third feature quantity data) are used as feature quantities. Extract.
The first feature value data is obtained by converting each frame signal into a spectrum that is a frequency domain signal by FFT (Fast Fourier Transform), and further converting the converted spectrum into a ratio of each frequency component. The logarithm is taken to ensure the dynamic range.

第1特徴量データは、センサ出力A及びセンサ出力Bで独立に算出される。センサ出力Aから算出された第1特徴量データfA1-1、fA1-2、fA1-3、fA1-4は、センサ出力Bから算出された第1特徴量データfB1-1、fB1-2、fB1-3、fB1-4のうち、それぞれセンサ出力のタイミングが同じものと連結される。連結後の第1特徴量データを図中にf1-1、f1-2、f1-3、f1-4と記す。
また、第2特徴量データとは、各フレームの信号をFFTにより周波数領域の信号であるスペクトルに変換し、周波数成分ごとに、あるフレーム(第1フレーム)と、このフレームの直前または直後(本実施形態では直前のフレームとする)に出力されたフレーム(第2フレーム)とのスペクトルの比をとり、この比の対数をとったものをいう。
The first feature amount data is calculated independently for the sensor output A and the sensor output B. The first feature quantity data fA1-1, fA1-2, fA1-3, and fA1-4 calculated from the sensor output A are the first feature quantity data fB1-1, fB1-2, and fB1 calculated from the sensor output B. -3 and fB1-4 are connected to the same sensor output timing. The first feature amount data after connection is denoted as f1-1, f1-2, f1-3, and f1-4 in the drawing.
The second feature amount data is obtained by converting a signal of each frame into a spectrum that is a frequency domain signal by FFT, and for each frequency component, a certain frame (first frame) and immediately before or immediately after this frame (this In the embodiment, the ratio of the spectrum with the frame (second frame) output in the immediately preceding frame is taken and the logarithm of this ratio is taken.

以上述べた第1特徴量データ及び第2特徴量データによれば、センサ出力の振幅の変化ではなく、センサ出力の内容(周波数に関する変化)によって検知エリアにおける変化を検出して被検知体の有無を検知することができる。したがって、第1特徴量データ及び第2特徴量データは、センサ出力の信号振幅に対する依存度が低いパラメータであるから、センサ出力の振幅が小さくなる場合であっても、信号振幅がより大きい場合と同様に被検知体検知のパラメータとして使用することができる。   According to the first feature value data and the second feature value data described above, the presence or absence of the detected object is detected by detecting the change in the detection area based on the content (change in frequency) of the sensor output, not the change in the amplitude of the sensor output. Can be detected. Therefore, since the first feature value data and the second feature value data are parameters having a low dependency on the signal amplitude of the sensor output, even when the amplitude of the sensor output is small, the signal amplitude is large. Similarly, it can be used as a parameter for detecting an object to be detected.

センサ出力の振幅は、例えば、環境の温度(背景温度)が高く、被検知体と背景温度との差が小さい場合、あるいは被検知体が検知エリアを短時間で通過した(かすめた)場合に小さくなる。しかし、第1特徴量データ及び第2特徴量データによれば、従来技術では検知しきれなかった状況においても、被検知体の検知が可能となる。
第2特徴量データは、センサ出力A及びセンサ出力Bで独立に算出される。センサ出力Aから算出された第2特徴量データfA2-1、fA2-2、fA2-3、fA2-4は、センサ出力Bから算出された第2特徴量データfB2-1、fB2-2、fB2-3、fB2-4のうち、それぞれ出力のタイミングが同じものと連結される。連結後の第特徴量データを図中にf2-1、f2-2、f2-3、f2-4
と記す。
The amplitude of the sensor output is, for example, when the environmental temperature (background temperature) is high and the difference between the detected object and the background temperature is small, or when the detected object passes through the detection area in a short time Get smaller. However, according to the first feature value data and the second feature value data, it is possible to detect the detected object even in a situation that cannot be detected by the prior art.
The second feature amount data is calculated independently for sensor output A and sensor output B. The second feature value data fA2-1, fA2-2, fA2-3, and fA2-4 calculated from the sensor output A are the second feature value data fB2-1, fB2-2, and fB2 calculated from the sensor output B. -3 and fB2-4 are connected to the same output timing. The second feature data after concatenation is shown in the figure as f2-1, f2-2, f2-3, f2-4
.

さらに、第3特徴量データとは、センサ出力Aのフレームとセンサ出力Bのフレームとの間において、同時に出力されたフレームの相関係数である。図中、フレームごとに算出された第3特徴量データをf3-1、f3-2、f3-3、f3-4と記す。
第3特徴量データの絶対値は、ツインミラー型赤外線センサ101の2つのセンサのうち、両方のセンサの検知エリアに被検知体が同時に入った場合に大きくなる。一方、2つのセンサのうち、一方のセンサの検知エリアにのみ被検知体が入った場合に小さくなる。したがって、第3特徴量データによれば、被検知体が、2つのセンサの検知エリアに同時に入る大きさを持つものであるか否かを判断することができる。判断結果は、被検知体が人間であるか小動物等であるかを判断する指針になる。
Further, the third feature amount data is a correlation coefficient of frames output simultaneously between the frame of sensor output A and the frame of sensor output B. In the figure, the third feature amount data calculated for each frame is denoted as f3-1, f3-2, f3-3, and f3-4.
The absolute value of the third feature amount data increases when the detected object enters the detection areas of both of the two sensors of the twin mirror type infrared sensor 101 at the same time. On the other hand, it becomes smaller when the detected object enters only the detection area of one of the two sensors. Therefore, according to the third feature amount data, it is possible to determine whether or not the detected object has a size that can simultaneously enter the detection areas of the two sensors. The determination result serves as a guideline for determining whether the detected object is a human or a small animal.

また、第3特徴量データは、フレーム単位で計算されるので、第3特徴量データの時間的な変動を観察することができる。このような本実施形態は、2つのセンサユニットのセンサ出力の瞬時値によって被検知体の有無を判断する従来技術よりも、被検知体の有無を正確に判断することができる。
さらに、相関係数である第3特徴量データは、センサ出力A、センサ出力Bの振幅とは無関係に、両者の差異を±1の範囲で表すことができる。このような第3特徴量データと、センサ出力の振幅に依存しない第1特徴量データ及び第2特徴量データとを用いることにより、本実施形態は、従来よりもセンサ出力の振幅(強度)の変化が小さい場合にも被検知体を検知することが可能になる。
第3特徴量f3-1、f3-2、f3-3、f3-4は、図示したように、第1特徴量データf1-1、f1-2、f1-3、f1-4及び第2特徴量データf2-1、f2-2、f2-3、f2-4と共に時系列に連結される。
Further, since the third feature value data is calculated in units of frames, it is possible to observe the temporal variation of the third feature value data. In this embodiment, the presence / absence of the detected object can be determined more accurately than the prior art that determines the presence / absence of the detected object based on the instantaneous values of the sensor outputs of the two sensor units.
Further, the third feature amount data as the correlation coefficient can represent the difference between the two in a range of ± 1 regardless of the amplitudes of the sensor output A and the sensor output B. By using such third feature amount data, and the first feature amount data and the second feature amount data that do not depend on the amplitude of the sensor output, the present embodiment has a higher amplitude (intensity) of the sensor output than in the past. It is possible to detect the detection target even when the change is small.
The third feature values f3-1, f3-2, f3-3, and f3-4 are, as illustrated, the first feature value data f1-1, f1-2, f1-3, f1-4, and the second feature. Along with the quantity data f2-1, f2-2, f2-3, and f2-4, they are linked in time series.

・モデルの生成
次に、モデル生成部105について説明する。本実施形態では、モデル生成部105を検知装置の外部に設けられるものとする。モデル生成部105は、他の検知装置で取得された特徴量や、過去自装置で取得された特徴量等を蓄積したデータに基づいて、予め確率モデルを作成する。このような本実施形態によれば、検知装置の出荷時に予め確率モデルをモデル記憶部106に保存しておくことができる。このため、検知装置は、出荷直後から多数の特徴量に基づいて作成された確率モデルを使用して被検知体を判定することが可能になる。
Model Generation Next, the model generation unit 105 will be described. In this embodiment, it is assumed that the model generation unit 105 is provided outside the detection device. The model generation unit 105 creates a probability model in advance based on data obtained by storing feature amounts acquired by other detection devices, feature amounts acquired by the device itself, and the like. According to the present embodiment as described above, the probability model can be stored in the model storage unit 106 in advance at the time of shipment of the detection device. For this reason, the detection apparatus can determine the detection target using a probability model created based on a large number of feature values immediately after shipment.

モデル生成部105は、特徴量抽出部103で抽出された特徴量データに基づいて、確率モデルであるHMMを生成する。HMMの生成は、認識処理部104において実行される認識処理の準備として行われるものであるから、一度生成されてモデル記憶部106に記憶されたHMMは以降動作することがない。なお、HMM及びHMMの生成手法は周知であるので、本明細書ではこれ以上の説明を省く。   The model generation unit 105 generates an HMM that is a probability model based on the feature amount data extracted by the feature amount extraction unit 103. Since the generation of the HMM is performed as preparation for recognition processing executed in the recognition processing unit 104, the HMM generated once and stored in the model storage unit 106 does not operate thereafter. Since the HMM and the method for generating the HMM are well known, further description is omitted in this specification.

このとき、本実施形態では、作成されたHMMのパラメータに基づいて、各HMMと赤外線変動の原因とを対応付けておくものとする。このようすれば、HMMの各々と赤外線の変動の原因とを対応付けることができる。なお、赤外線の変動の原因として、被検知体が人体、被検知体が人体以外の2種類を対応付けるようにしてもよい。また、被検知体が人体、被検知体が人体以外、外乱等の2種類以上を対応付けるものであってもよい。   At this time, in the present embodiment, it is assumed that each HMM is associated with the cause of infrared fluctuation based on the parameters of the created HMM. In this way, each HMM can be associated with the cause of infrared fluctuations. In addition, as a cause of the fluctuation | variation of infrared rays, you may make it make a detected body match | combine two types other than a human body and a detected body other than a human body. Further, the detected body may be a human body, the detected body is other than a human body, and two or more types such as disturbances may be associated.

・認識処理部
認識処理部104は、特徴量抽出部103で生成された第1特徴量データ、第2特徴量データ及び第3特徴量データと、モデル記憶部106に記憶されているHMMとに基づき、被検知体の属性を認識する。
本実施の形態では、認識処理部104が、公知の最尤系列推定(MLSE:Maximum Likelihood Sequence Estimation)を用い、モデル記憶部106に記憶されているHMMから、特徴量抽出部103で算出された第1特徴量データ、第2特徴量データ、第3特徴量データが生成される可能性が最も高いHMMを検出する。
Recognition processing unit The recognition processing unit 104 includes the first feature value data, the second feature value data, and the third feature value data generated by the feature value extraction unit 103, and the HMM stored in the model storage unit 106. Based on the attribute of the object to be detected.
In the present embodiment, the recognition processing unit 104 is calculated by the feature amount extraction unit 103 from the HMM stored in the model storage unit 106 using a known maximum likelihood sequence estimation (MLSE). The HMM that is most likely to generate the first feature value data, the second feature value data, and the third feature value data is detected.

(変形例)
以上述べた実施形態は、熱放射線検知手段として、ツインミラー型赤外線センサ101を使用している。しかし、本発明の実施形態は、熱放射線検知手段としてツインミラー型赤外線センサ101を用いる構成に限定されるものではない。すなわち、本実施形態は、互いに異なる検知エリアにおける赤外線を検出できる赤外線センサを少なくとも2つ備えた構成であれば、どのようなものであっても熱放射線検知手段として使用することが可能である。また、赤外線センサとしては、赤外線の変動量に応じた電気信号を出力することができるものであればよい。
(Modification)
The embodiment described above uses the twin mirror type infrared sensor 101 as the thermal radiation detection means. However, the embodiment of the present invention is not limited to the configuration using the twin mirror type infrared sensor 101 as the thermal radiation detection means. That is, this embodiment can be used as thermal radiation detection means as long as it has at least two infrared sensors that can detect infrared rays in different detection areas. In addition, the infrared sensor may be any sensor that can output an electrical signal corresponding to the amount of variation in infrared rays.

このような熱放射線検知手段の他の例には、例えば、1つの筐体内に焦電素子を複数備えた構成が挙げられる。焦電素子の各々または複数の焦電センサのうちの一部から1つの電気信号を出力させることにより、1つの筐体から合計して複数の電気信号を取り出す構成を、本実施形態の熱放射線検知手段に用いることができる。このような熱放射線検知手段を本実施形態では焦電センサと記すものとする。   As another example of such thermal radiation detection means, for example, a configuration in which a plurality of pyroelectric elements are provided in one housing can be cited. The thermal radiation according to the present embodiment has a configuration in which one electrical signal is output from each of the pyroelectric elements or a part of the plurality of pyroelectric sensors to extract a plurality of electrical signals in total from one housing. It can be used as a detection means. Such thermal radiation detection means is referred to as a pyroelectric sensor in this embodiment.

本明細書では、周囲の温度の変化に応じて自発分極を持つセラミック(チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等)の焦電体板表面に帯電する電荷が増加する現象を利用して赤外線を検出する素子を焦電素子という。焦電体板には抵抗素子や電界効果トランジスタが付加されて電荷の増加が電気信号として出力される。本明細書でいう焦電センサは、このような焦電素子を複数1つのパッケージに封入して構成された赤外線センサを指す。   In this specification, infrared rays are detected by utilizing the phenomenon that the charge on the pyroelectric plate surface of ceramics (such as lead zirconate titanate (PZT)) with spontaneous polarization increases according to changes in ambient temperature. The element that performs this is called a pyroelectric element. A resistance element and a field effect transistor are added to the pyroelectric plate, and an increase in charge is output as an electric signal. The pyroelectric sensor referred to in the present specification refers to an infrared sensor configured by enclosing a plurality of such pyroelectric elements in one package.

図3(a)、(b)は、本実施形態の変形例の焦電センサを説明するための図である。図3(a)は、焦電センサに備えられる焦電素子を説明するための図である。図3(b)は、図3(a)に示した焦電素子の電気的な接続状態を説明するための等価回路である。
図3(a)に示したように、変形例の赤外線センサは、1つのケース300内に、4つの焦電素子301a、301b、301c、301dを備えている。そして、4つの焦電素子のうち、焦電素子301a、301bから電気信号であるセンサ出力1を出力させ、焦電素子301b、301cからセンサ出力2を出力させる。
このためには、図3(b)に示したように、焦電素子301aと焦電素子301bとを直列に接続させ、焦電素子301cと焦電素子301dとを直列に接続させる。そして、焦電素子301bと焦電素子301cとの間をグラウンドに接続させる。そして、焦電素子301a、焦電素子301dから各々センサ出力を取り出すようにすればよい。
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining a pyroelectric sensor according to a modification of the present embodiment. FIG. 3A is a diagram for explaining a pyroelectric element included in the pyroelectric sensor. FIG. 3B is an equivalent circuit for explaining the electrical connection state of the pyroelectric element shown in FIG.
As shown in FIG. 3A, the infrared sensor according to the modification includes four pyroelectric elements 301 a, 301 b, 301 c, and 301 d in one case 300. Of the four pyroelectric elements, the sensor output 1 that is an electrical signal is output from the pyroelectric elements 301a and 301b, and the sensor output 2 is output from the pyroelectric elements 301b and 301c.
For this purpose, as shown in FIG. 3B, the pyroelectric element 301a and the pyroelectric element 301b are connected in series, and the pyroelectric element 301c and the pyroelectric element 301d are connected in series. Then, the pyroelectric element 301b and the pyroelectric element 301c are connected to the ground. Then, the sensor outputs may be extracted from the pyroelectric elements 301a and 301d, respectively.

また、このような焦電センサの前面にミラーやレンズを設ければ、焦電素子の赤外線検出範囲を広げることができる。なお、本実施形態の変形例の焦電センサは、焦電素子を4つ備える構成に限定されるものでなく、2つ、あるいはさらに多くの焦電素子を備えるものであってもよい。
さらに、複数の焦電素子を備えた焦電センサは既存の構成である。ただし、既存の焦電センサでは、複数の焦電素子を全て直列に接続して1つのセンサ出力を得ている。本実施形態では、既存の焦電センサにおける焦電素子の電気的な接続を変更し、熱放射線検知手段として流用することも可能である。
Moreover, if a mirror or a lens is provided in front of such a pyroelectric sensor, the infrared detection range of the pyroelectric element can be expanded. In addition, the pyroelectric sensor of the modification of this embodiment is not limited to the structure provided with four pyroelectric elements, and may be provided with two or more pyroelectric elements.
Furthermore, a pyroelectric sensor including a plurality of pyroelectric elements has an existing configuration. However, in the existing pyroelectric sensor, a plurality of pyroelectric elements are all connected in series to obtain one sensor output. In the present embodiment, the electrical connection of pyroelectric elements in an existing pyroelectric sensor can be changed and used as thermal radiation detection means.

(実施形態の効果を確認するための実験)
次に、以上述べた本実施形態の効果を確認するための実験例1、実験例2について説明する。
[実験例1]
実験例1は、市販のツインミラー型侵入検知センサに本発明を適用した検知装置(以下、本発明の侵入検知センサと記す)を用い、被検知体が人であるか否かを判断したものである。
図4は、実験例1の結果を説明するための図である。図4に示したグラフの横軸は被検知体となった被験者の身長の範囲(身長カテゴリ)、縦軸は各身長カテゴリに対応する識別率である。識別率とは、被検知体が検知エリア内に入った回数のうち、被検知体が人体であると正しく判断された回数の確率をいう。また、図中に示した従来技術は本発明が適用されていない状態の市販のツインミラー型侵入検知センサ(以下、市販侵入検知センサという)である。本発明とは、上記した本発明の侵入検知センサである。本発明の侵入検知センサ、市販の侵入検知センサでは、被検知体が人であると判断された場合に警報を発するものとする。このため、前記した識別率は、被検知体が検知エリアに入った回数のうち、警報が発生された回数の確率をいう。
(Experiment for confirming the effect of the embodiment)
Next, Experimental Example 1 and Experimental Example 2 for confirming the effects of the present embodiment described above will be described.
[Experimental Example 1]
Experimental Example 1 uses a detection device in which the present invention is applied to a commercially available twin mirror type intrusion detection sensor (hereinafter referred to as the intrusion detection sensor of the present invention), and determines whether or not the detected object is a person. It is.
FIG. 4 is a diagram for explaining the results of Experimental Example 1. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 4 is the height range (height category) of the subject who is the detected object, and the vertical axis is the identification rate corresponding to each height category. The identification rate refers to the probability of the number of times that the detected object is correctly determined to be a human body among the number of times that the detected object enters the detection area. The prior art shown in the figure is a commercially available twin mirror type intrusion detection sensor (hereinafter referred to as a commercially available intrusion detection sensor) in a state where the present invention is not applied. The present invention is the above-described intrusion detection sensor of the present invention. In the intrusion detection sensor and the commercially available intrusion detection sensor of the present invention, an alarm is issued when it is determined that the detected object is a person. For this reason, the above-described identification rate refers to the probability of the number of times that an alarm is generated out of the number of times that the detected object enters the detection area.

実験例1では、被験者を被検知体として検知エリアを通過させ、本発明の侵入検知センサ及び市販の侵入検知センサを使って被検知体が人であるか否か判断した。各身長カテゴリと被験者の人数は以下のとおりである。
身長100cm未満 7名
身長100cm以上115cm未満 7名
身長115cm以上130cm未満 7名
身長130cm以上145cm未満 7名
身長145cm以上160cm未満 7名
身長160cm以上175cm未満 7名
身長175cm以上 7名
計49名
In Experimental Example 1, a subject was passed through a detection area as a detected body, and it was determined whether or not the detected body was a person using the intrusion detection sensor of the present invention and a commercially available intrusion detection sensor. Each height category and number of subjects is as follows.
Height: Less than 100cm 7: Height: 100cm to less than 115cm 7: Height: 115cm to less than 130cm 7: Height: 130cm to less than 145cm 7: Height: 145cm to less than 160cm 7: Height: 160cm to less than 175cm 7: Height: 175cm to 7: Total 49

実験例1では、いずれの身長の被験者も、検知エリアの端から端までを通常の歩行速度で歩行している。歩行回数は一人当たり100回であり、歩行したコースは検知エリアに対する縦、横、斜めの直線であって検知エリアを満遍なくカバーしている。
また、実験例1では、人以外の温かい被検知体を被験者と同様のコースを移動させ、データを取得している。取得されたデータ数は1800サンプルである。
なお、被検知体が人体である場合にも、人体以外である場合にも、本発明の侵入検知センサは、床から高さ2.5mの位置に設置されている。
In Experimental Example 1, subjects of any height are walking at the normal walking speed from end to end of the detection area. The number of walks is 100 per person, and the walked course is a vertical, horizontal, and diagonal straight line with respect to the detection area, covering the detection area evenly.
In Experimental Example 1, data is acquired by moving a warm detected object other than a person on the same course as the subject. The number of acquired data is 1800 samples.
Note that the intrusion detection sensor of the present invention is installed at a height of 2.5 m from the floor regardless of whether the body to be detected is a human body or a body other than the human body.

実験例1では、以上の条件で本発明の侵入検知センサのセンサ出力を取得した。そして、センサ出力を第1特徴量データと第2特徴量データとに変換した。また、変換された特徴量データを学習データとして用い、人の確率モデルを9個、人以外の被検知体の確率モデルを7個作成した。そして、変換された全ての特徴量データを評価データとして用い、確率モデルに基づいて、被検知体が人であるか否かを識別した。   In Experimental Example 1, the sensor output of the intrusion detection sensor of the present invention was acquired under the above conditions. The sensor output is converted into first feature value data and second feature value data. Also, using the converted feature data as learning data, nine probability models of humans and seven probability models of detected objects other than humans were created. Then, all the converted feature data is used as evaluation data, and whether or not the detected object is a person is identified based on the probability model.

この結果、図4に示したように、本発明の侵入検知センサの識別率は、市販の侵入検知センサの識別率に対して、全ての被験者カテゴリにおいて高い値となっている。特に、身長の低い被験者に対する識別率が大幅に向上していることが分かる。また、同様の実験により、人体以外の被検知体の識別率を測定したところ、本発明の侵入検知センサでは100%、市販の侵入検知センサでは99.7%の識別率を得た。このような結果から、本願発明の人体認識装置は、市販の侵入検知センサよりも高い精度で正確に人体だけを検知することができるものといえる。   As a result, as shown in FIG. 4, the discrimination rate of the intrusion detection sensor of the present invention is higher in all subject categories than the discrimination rate of the commercially available intrusion detection sensor. In particular, it can be seen that the discrimination rate for subjects with a short height is greatly improved. Further, when the discrimination rate of the detected object other than the human body was measured by the same experiment, the discrimination rate of 100% was obtained for the intrusion detection sensor of the present invention, and 99.7% was obtained for the commercially available intrusion detection sensor. From these results, it can be said that the human body recognition apparatus of the present invention can accurately detect only the human body with higher accuracy than a commercially available intrusion detection sensor.

[実験例2]
図5は、実験例2を説明するための図である。実験例2は、人体以外の被検知体の識別率について実験したものである。実験例2では、侵入検知センサの設置高さを変えている。図5の横軸は侵入検知センサの設置高さを示し、縦軸は各設置高さに対応する識別率を示している。識別率とは、被検知体が検知エリア内に入った回数のうち、被検知体が人体でないと正しく判断された確率をいう。本発明の侵入検知センサ及び市販の侵入センサは、被検知体が人体であると判断された場合にのみ警報を発する。このため、図5の縦軸に示した識別率は、被検知体が検知エリアに入った回数のうち、警報が発生しなかった回数の確率をいう。
[Experiment 2]
FIG. 5 is a diagram for explaining Experimental Example 2. Experimental Example 2 is an experiment on the identification rate of a detected object other than a human body. In Experimental Example 2, the installation height of the intrusion detection sensor is changed. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the installation height of the intrusion detection sensor, and the vertical axis indicates the identification rate corresponding to each installation height. The identification rate refers to the probability of correctly determining that the detected object is not a human body out of the number of times the detected object has entered the detection area. The intrusion detection sensor and the commercially available intrusion sensor of the present invention issue an alarm only when it is determined that the detected object is a human body. For this reason, the identification rate shown on the vertical axis in FIG. 5 refers to the probability of the number of times that an alarm has not occurred among the number of times the detected object has entered the detection area.

侵入検知センサの設置高さとしては、0.8m、0.5m、0.2mの3種類が設定される。人体以外の被検知体は、実験例1と同様の検知エリアを実験例1と同様のコースで移動する。また、実験例2では、侵入検知センサの1つの設置高さについて160サンプルのデータが取得されている。
以上の条件で出力されたセンサ出力は、第1特徴量データ、前記第2特徴量データ、第3特徴量データに変換される。また、実験例2では、実験例1で生成した被検知体が人体である確率モデルを9個、人体以外の被検知体の確率モデルを7個保存しておく。つまり、実験例2で使用される確率モデルは、侵入検知センサの設置高さが2.5mである場合に得られる特徴量に基づいて作成されたもののみである。
As the installation height of the intrusion detection sensor, three types of 0.8 m, 0.5 m, and 0.2 m are set. A body to be detected other than a human body moves in the same detection area as in Experimental Example 1 along the same course as in Experimental Example 1. In Experimental Example 2, 160 samples of data are acquired for one installation height of the intrusion detection sensor.
The sensor output output under the above conditions is converted into first feature value data, second feature value data, and third feature value data. In Experimental Example 2, nine probability models in which the detected object generated in Experimental Example 1 is a human body and seven probability models of detected objects other than the human body are stored. That is, the probability model used in Experimental Example 2 is only created based on the feature amount obtained when the installation height of the intrusion detection sensor is 2.5 m.

図5によれば、本発明の侵入センサは、設置高さによらず市販侵入センサよりも高い識別率を得られることが分かる。なお、実験例2で使用した確率モデルを用い、被検知体が人であると識別する識別率を算出した。この結果、第1実験例で得られた結果と同様の結果が得られた。
以上の結果から、本発明は、従来の検知装置である市販の侵入センサよりも被検知体が人体であるか否かを正確に判断することができ検知装置を提供できるものといえる。
According to FIG. 5, it can be seen that the intrusion sensor of the present invention can obtain a higher identification rate than the commercially available intrusion sensor regardless of the installation height. Note that, using the probability model used in Experimental Example 2, an identification rate for identifying the detected object as a person was calculated. As a result, the same result as that obtained in the first experimental example was obtained.
From the above results, it can be said that the present invention can more accurately determine whether or not the detected object is a human body than a commercially available intrusion sensor that is a conventional detection apparatus, and can provide a detection apparatus.

101 ツインミラー型赤外線センサ
101a,101b 赤外線センサ
102a,102b 変換器
103 特徴量抽出部
104 認識処理部
105 モデル生成部
106 モデル記憶部
300 ケース
301a、301b、301c、301d 焦電素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Twin mirror type infrared sensor 101a, 101b Infrared sensor 102a, 102b Converter 103 Feature-value extraction part 104 Recognition processing part 105 Model production | generation part 106 Model storage part 300 Case 301a, 301b, 301c, 301d Pyroelectric element

Claims (7)

互いに異なる検知エリアにおける赤外線を検出し、それぞれが検出された赤外線の変動量に応じた電気信号を出力する赤外線センサを、少なくとも2つ備えた熱放射線検知手段と、
赤外線の変動量に応じた電気信号の周波数にかかる情報を示す特徴量に基づいて作成された確率モデルを複数記憶するモデル記憶手段と、
前記熱放射線検知手段が備えた前記少なくとも2つの赤外線センサのうちの第1の赤外線センサによって出力された第1の電気信号の周波数にかかる第1の情報と、前記少なくとも2つの赤外線センサのうちの第2の赤外線センサによって出力された第2の電気信号の周波数にかかる第2の情報とそれぞれ独立に算出して連結した特徴量抽出する特徴量抽出手段と、
前記特徴量抽出手段によって抽出された特徴量と、前記モデル記憶手段によって記憶されている確率モデルとの尤度に基づいて、前記複数の確率モデルの中から特徴量に対応する確率モデルを検出する確率モデル検出手段と、
前記確率モデル検出手段によって検出された確率モデルに基づいて、前記検知エリアに入った被検知体を認識する被検知体認識手段と、
を備えることを特徴とする検知装置。
Thermal radiation detection means comprising at least two infrared sensors that detect infrared rays in different detection areas and output an electrical signal corresponding to the detected amount of variation in the infrared rays;
Model storage means for storing a plurality of probability models created on the basis of feature quantities indicating information relating to the frequency of the electrical signal according to the amount of variation in infrared rays;
A first information according to the frequency of the first electrical signal output by the first infrared sensor of said which is the heat radiation detecting means comprises at least two infrared sensors, of said at least two infrared sensors Feature amount extraction means for extracting feature amounts extracted by connecting independently the second information relating to the frequency of the second electrical signal output by the second infrared sensor , and
A probability model corresponding to the feature quantity is detected from the plurality of probability models based on the likelihood of the feature quantity extracted by the feature quantity extraction means and the probability model stored by the model storage means. A probability model detection means;
Based on the probability model detected by the probability model detection means, detected object recognition means for recognizing the detected object that has entered the detection area;
A detection device comprising:
前記熱放射線検知手段は、前記赤外線センサとして赤外線の検出素子を1つの筐体内に複数備え、前記筐体から同時に複数の前記電気信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の検知装置。   2. The detection device according to claim 1, wherein the thermal radiation detection unit includes a plurality of infrared detection elements as one of the infrared sensors in one casing, and outputs a plurality of the electrical signals simultaneously from the casing. . 前記特徴量抽出手段は、
前記第1の電気信号および前記第2の電気信号を、所定の時間ごとに区分して複数のフレームを生成し、各フレームに含まれる複数の周波数に対する各周波数の成分比を表す第1特徴量をそれぞれ前記第1の情報および前記第2の情報として算出することを特徴とする請求項1または2に記載の検知装置。
The feature amount extraction means includes:
A first feature amount representing a component ratio of each frequency with respect to a plurality of frequencies included in each frame by dividing the first electric signal and the second electric signal at predetermined time intervals to generate a plurality of frames. the sensing device according to claim 1 or 2, characterized in that respectively calculated as the first information and the second information.
前記第1特徴量において、前記成分比が対数によって表されることを特徴とする請求項3に記載の検知装置。The detection apparatus according to claim 3, wherein the component ratio is represented by a logarithm in the first feature amount. 前記特徴量抽出手段は、
前記第1の電気信号および前記第2の電気信号を、所定の時間ごとに区分して複数のフレームを生成し、前記複数のフレームのうちの一のフレームである第1フレームと、時間において、前記第1フレームの直前または直後に位置する第2フレームとの各周波数の成分比を表す第2特徴量をそれぞれ前記第1の情報および前記第2の情報として算出することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の検知装置。
The feature amount extraction means includes:
The first electrical signal and the second electrical signal are divided at predetermined time intervals to generate a plurality of frames, and the first frame, which is one of the plurality of frames, and in time, The second feature amount representing a component ratio of each frequency with a second frame located immediately before or after the first frame is calculated as the first information and the second information , respectively. 5. The detection device according to any one of 1 to 4.
記第2特徴量において、前記成分比が対数によって表されることを特徴とする請求項5に記載の検知装置。 Oite before Symbol second feature amount detection apparatus according to claim 5, wherein the component ratio is characterized by being represented by the logarithm. 前記特徴量抽出手段は、
前記第1の電気信号および前記第2の電気信号を、所定の時間ごとに区分して複数のフレームを生成し、前記第1の電気信号と前記第2の電気信号との相関を前記フレームごとに表す第3特徴量を抽出することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の検知装置。
The feature amount extraction means includes:
The first electric signal and the second electric signal are divided at predetermined time intervals to generate a plurality of frames, and the correlation between the first electric signal and the second electric signal is calculated for each frame. The detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein a third feature amount represented by (2) is extracted.
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