JP5519927B2

JP5519927B2 - 人の姿勢検出装置及びその姿勢検出装置を備えた照明システム

Info

Publication number: JP5519927B2
Application number: JP2008326422A
Authority: JP
Inventors: 加津己渡辺; 忠史村上; 公喜野口; 直宏戸田; 容子松林; 唯史西村; 良徳齋藤; 雅史藤野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: JP2010147001A

Description

本発明は、人の姿勢を検出する姿勢検出装置、及びその姿勢検出装置を備えた照明システムに関する。

従来から、居室の天井などに設置された画像センサが、撮像デバイスにより撮像した画像を用いて、室内における人の有無や人の位置を検出し、この画像センサからの検出結果に基いて室内の各照明器具に対する点滅・調光等の制御を行う照明システムが知られている。これらの撮像デバイスにより撮像された画像を用いた人体の検出処理は、一般的に一定の時間間隔を空けて撮像した２つ以上の画像を比較して、変化のある部分、すなわち移動しているとみなせる一定の画素の塊を特定することによって行われる。

しかしながら、上記従来の画像センサを用いた照明システムでは、検出できるのが人の有無や人の位置といった情報であるため、画像センサの検出範囲内（撮像デバイスの撮像エリア内）に複数の人が存在する場合には、それらの人が臥位であるか否かを検出することができない。ここで、臥位の人は、就寝中又は休んでいる状態であると考えられるため、臥位の人には眩しさを与えずにリラックスさせる必要があるが、臥位でない人（非臥位の人）は作業中であると考えられるため、非臥位の人には作業に必要な照度を与える必要がある。従って、画像センサが、人体が臥位であるか否かを検出することができれば、画像センサの検出範囲内に存在する人の状態に応じた照明を行うことが可能になる。

これに対して、人感センサ（焦電型の赤外線センサ）を用いた照明システムの分野では、所定の高さに取り付けた人感センサ（焦電型の赤外線センサ）を用いて人が起き上がったことを検出し、人が起き上がったときに、照明を点灯させるようにした照明器具が知られている（特許文献１参照）。しかしながら、この照明器具では、センサの検出範囲内に複数の人が存在する場合には、どの人が起きているかを判別することができず、それぞれの人の状態に応じた照明を行うことができない。

また、上記の人感センサを用いた照明システムの分野において、壁面に複数設けられたセンサで鉛直方向に分割された異なる範囲で人体を検知し、天井面又は床面に複数設けられたセンサで水平方向に分割された異なる範囲で人体を検知する制御システムが知られている（特許文献２参照）。この制御システムを照明システムに適用することにより、人体の高さを含めた人体の位置を検出して、人のいないところを低い照度にすることができる。しかしながら、この制御システムを照明システムに適用したとしても、人が臥位であるか否かを正確に検出することは難しい。特に、センサの検出範囲内に複数の人が存在する場合には、それぞれの人が臥位であるか否かを正確に検出することは不可能である。
特開２００１−２８４０６４号公報特開２００８−３２２７２号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、検出範囲内に複数の人が存在する場合でも、それぞれの人が臥位であるか否かを正確に検出することが可能な人の姿勢検出装置、及びその姿勢検出装置を備えた照明システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、監視対象となる部屋の天井面に取り付けられて、人の画像を含む画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像に基いて人の姿勢を検出する姿勢検出手段と、を有する人の姿勢検出装置において、前記撮像手段の撮像エリア内に人が存在しないときに前記撮像手段により撮像された背景画像を記憶する記憶手段をさらに備え、前記姿勢検出手段は、前記撮像手段によりリアルタイムに撮像されたリアルタイム画像と前記記憶手段に記憶された背景画像との差分画像において所定の大きさ以上の画像塊が存在するか否かを判別し、前記所定の大きさ以上の画像塊が存在する場合、前記画像塊を人体とみなし、前記画像塊に外接する矩形を求めて、前記矩形の縦の画素数と横の画素数との比（横の画素数／縦の画素数）が、０．５より大きく、かつ、２より小さいときは、該矩形に対応する画素塊が、非臥位の人の画素塊であると判定することにより、前記リアルタイム画像中の人が臥位であるか否かを検出するものである。ここで、「画像塊」とは、差分画像における画素の塊（複数の画素の集合）のことを意味し、ノイズ成分とみなせるような小さな画素の塊を除いた、人体形状であり得る程度の大きさを持つ画素の塊を指す。

請求項２の発明は、請求項１に記載の人の姿勢検出装置と、照明器具と、前記人の姿勢検出装置の検出結果に基づいて照明器具を制御する制御手段と、を備えた照明システムである。

請求項１の発明によれば、リアルタイムに撮像されたリアルタイム画像と前記記憶手段に記憶された背景画像との差分画像における画像塊に外接する矩形を求めて、この矩形の縦の画素数と横の画素数との比（横の画素数／縦の画素数）が、０．５より大きく、かつ、２より小さいときは、該矩形に対応する画素塊が、非臥位の人の画素塊であると判定することにより、リアルタイム画像中の人が臥位であるか否かを検出するようにした。これにより、装置の検出範囲内（撮像手段の撮像エリア内）に複数の人が存在する場合でも、それぞれの人が臥位であるか否かを正確に検出することができる。

請求項２の発明によれば、姿勢検出装置が、検出範囲内に複数の人が存在する場合でも、それぞれの人が臥位であるか否かを正確に検出することができるので、制御手段が、この検出結果を用いて、それぞれの人の状態に応じた照明を行うように照明器具を制御することができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態による人の姿勢検出装置（以下、「姿勢検出装置」と略す）を備えた照明システムのブロック構成を示す。照明システム１０は、検出エリア（後述する撮像デバイスの撮像エリア）内の人が臥位であるか否かを検出する姿勢検出装置１と、制御回路２と、点灯回路３と、（照明）器具本体４と、ランプ５とを備えている。制御回路２は、姿勢検出装置１から出力された在室中の人の「姿勢判定信号」（検出エリア内の人が臥位であるか否かの判定信号）に基づいて、点灯回路３、器具本体４、及びランプ５から構成される照明器具を制御する。ランプ５は、蛍光灯、HID（High Intensity Discharge Lamp)、LED(Light Emitting Diode)等のいずれの光源であってもよく、特に限定されない。

姿勢検出装置１は、人の画像を含む画像を撮像する撮像デバイス１１（撮像手段）と、撮像デバイス１１の撮像エリア内に人が存在しないときに撮像デバイス１１により撮像された背景画像を記憶する記憶装置１２（記憶手段）と、撮像デバイス１１により撮像された画像に基いて人の姿勢を検出するための演算・制御処理を行うプロセッサ１３（姿勢検出手段）とを備えている。撮像デバイス１１は、光学レンズ等の光学部材と、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の画像素子とを備えており、監視対象となる部屋の天井面に取り付けられて、室内の画像を天井面から撮像するものである。この撮像デバイス１１は、天井面に取り付けられてさえいれば、器具本体４に内蔵されていてもよく、器具本体４と分離されていてもよい。

次に、図２のフローチャートと図３を参照して、上記照明システム１０において行われる処理の全体について説明する。姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、初期設定時等に、予め、撮像デバイス１１の撮像エリア内に人が存在しない状態で、監視対象となる室内の背景画像２１（図３参照）を撮像デバイス１１に撮像させて（Ｓ１）、撮像した背景画像２１を記憶装置１２に記憶する（Ｓ２）。そして、撮像デバイス１１による室内の監視が始まると、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、撮像デバイス１１により、一定の時間間隔毎に、その時点における室内の様子をリアルタイムに撮像した画像であるリアルタイム画像２２（図３参照）を取得する（Ｓ３）。

次に、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、図３に示されるように、上記のリアルタイム画像２２と記憶装置１２に記憶された背景画像２１との差分画像２３を求める（Ｓ４）。そして、この差分画像２３における所定の大きさ以上の画像塊を「人体」とみなして、所定の大きさ以上の画像塊が存在するか否かという点に基づいて、監視対象となる室内に人が存在するか否かを判別する（Ｓ５）。この判別の結果、室内に人が存在する（在室者がいる）場合は（Ｓ６でＹＥＳ）、在室中の人の姿勢が、「臥位」であるか、「座位」や「立位」などの「非臥位」であるのかを、「姿勢判定アルゴリズム」によって判定する（Ｓ７）。この「姿勢判定アルゴリズム」の詳細については、後述する。姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、この「姿勢判定アルゴリズム」による判定結果と、上記Ｓ５における判別結果とに基づき、「姿勢判定信号」を生成して、照明システム１０の制御回路２に出力する。姿勢検出装置１から出力される姿勢判定信号には、（１）在室者ありかつ全員が「非臥位」、（２）在室者ありかつ全員が「臥位」、（３）在室者ありかつ「臥位」（の人）と「非臥位」（の人）が混在、（４）在室者なし、という４種類の信号がある。姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、上記Ｓ５における判別結果が、「在室者なし」のときは、上記（４）の姿勢判定信号を出力する。また、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、「姿勢判定アルゴリズム」による判定結果が、「在室者ありかつ全員が「非臥位」」のときは、上記（１）の姿勢判定信号を出力し、「姿勢判定アルゴリズム」による判定結果が、「在室者ありかつ全員が「臥位」」のときは、上記（２）の姿勢判定信号を出力する。さらにまた、「姿勢判定アルゴリズム」による判定結果が、「在室者ありかつ「臥位」と「非臥位」が混在」のときは、上記（３）の姿勢判定信号を出力する。

照明システム１０の制御回路２は、上記の姿勢判定信号が、（１）（在室者ありかつ全員が「非臥位」）の場合は（Ｓ８でＹＥＳ）、照明を全点灯させるように照明器具を制御する（Ｓ９）。上記の姿勢判定信号が、（２）（在室者ありかつ全員が「臥位」）の場合は（Ｓ８でＮＯ、Ｓ１０でＹＥＳ）、制御回路２は、照明を消灯、若しくは常夜灯を点灯（おやすみモードへ移行）させる（Ｓ１１）。上記の姿勢判定信号が、（３）（在室者ありかつ「臥位」と「非臥位」が混在）の場合は（Ｓ８でＮＯ、Ｓ１０でＮＯ）、制御回路２は、「臥位」状態の人が眩しくならないよう、照明器具による照明の配光、色温度、照度等を制御する（Ｓ１２）。また、上記の姿勢判定信号が、（４）（在室者なし）の場合は（Ｓ６でＮＯ）、制御回路２は、照明を消灯させるように照明器具を制御する（Ｓ１３）。

次に、図４のフローチャートと図５を参照して、上記図２中のＳ７に示される「姿勢判定アルゴリズム」について説明する。まず、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、上記図２のＳ４で求めた差分画像２３中の画像塊を求める。ここで、「画像塊」とは、差分画像２３における画素の塊（複数の画素の集合）のことを意味し、ノイズ成分とみなせるような小さな画素の塊を除いた、人体形状であり得る程度の大きさを持つ画素の塊を指す。そして、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、図５（ａ）に示されるように、差分画像２３中のそれぞれの画像塊２４、２５に外接する矩形（外接矩形）２４ａ、２５ａを求める（Ｓ２１）。

次に、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、上記Ｓ２１で求めた全ての外接矩形の縦横の寸法比を求める。具体的には、Ｓ２１で求めた外接矩形の数（画像塊の数も同じ）がｎ個であるとすると、１個目からｎ個目までの全ての画像塊の外接矩形について、１個目から順番に（Ｓ２２）、各外接矩形の横の画素数（Ｘ_ｋ）と縦の画素数（Ｙ_ｋ）との比（Ｘ_ｋ／Ｙ_ｋ）（請求項における「矩形の縦横の寸法比」）を算出する（Ｓ２３）。そして、この横と縦の画素数の比（Ｘ_ｋ／Ｙ_ｋ）が、０．５＜（Ｘ_ｋ／Ｙ_ｋ）＜２のときは（Ｓ２４でＹＥＳ）、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、ｋ個目の画像塊が「非臥位」（「座位」又は「立位」）であると判定する（Ｓ２５）。これに対して、各外接矩形の横と縦の画素数の比（Ｘ_ｋ／Ｙ_ｋ）が、（Ｘ_ｋ／Ｙ_ｋ）＜０．５か、（Ｘ_ｋ／Ｙ_ｋ）＞２のときは（Ｓ２４でＮＯ）、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、ｋ個目の画像塊が「臥位」であると判定する（Ｓ２６）。例えば、図５（ｂ）における例では、画像塊２４の外接矩形２４ａにおける、横の画素数（Ｘ₁）と縦の画素数（Ｙ₁）との比（Ｘ₁／Ｙ₁）が、０．５＜（Ｘ₁／Ｙ₁）＜２であるので、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、画像塊２４が「非臥位」であると判定する。また、画像塊２５の外接矩形２５ａにおける、横の画素数（Ｘ₂）と縦の画素数（Ｙ₂）との比（Ｘ_２／Ｙ_２）は、（Ｘ_２／Ｙ_２）＞２であるので、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、画像塊２５が「臥位」であると判定する。

姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、ｋの値をカウントアップさせながら（Ｓ２７）、１個目からｎ個目までの全て（ｎ個）の画像塊についての姿勢判定が終了するまで、上記のＳ２３乃至Ｓ２６の処理を繰り返す。そして、全ての画像塊についての姿勢判定が終了すると（Ｓ２８でＹＥＳ）、姿勢検出装置１のプロセッサ１３は、全ての画像塊についての姿勢判定処理の結果と、上記Ｓ５における判別結果とに基づいて、上記（１）〜（４）の４種類の姿勢判定信号を照明システム１０の制御回路２に出力する。

次に、図６及び図７を参照して、上記図４中のＳ２４に示される「非臥位」（「座位」又は「立位」）であるか否かの判定条件（０．５＜（Ｘ_ｋ／Ｙ_ｋ）＜２）の妥当性について説明する。なお、実際の姿勢判定処理には、差分画像２３が用いられるが、図６（ａ）、図７（ａ）では、在室者の姿勢を分かり易くするために、差分画像２３の代わりに、リアルタイム画像２２中に画像塊や外接矩形を描いている。

図６（ａ）に示されるように、監視対象となる室内に存在する人３１、３２が、２人とも座っているとき（座位のとき）は、撮像デバイス１１により撮像されたリアルタイム画像２２（図６（ｂ）参照）における座位の画像塊４１、４２の外接矩形４１ａ、４２ａの横と縦の画素数の比（Ｘ₁／Ｙ₁）、（Ｘ_２／Ｙ_２）は、いずれもほぼ１になる。また、図７（ａ）に示されるように、監視対象となる室内に２人の人５１、５２が存在し、一方の人５１が寝ており（臥位であり）、他方の人５２が立っているとき（立位のとき）は、リアルタイム画像２２（図７（ｂ）参照）における、臥位の人の画像塊６１の外接矩形６１ａの横と縦の画素数の比（Ｘ₁／Ｙ₁）は、ほぼ３分の１になり（０．５より小さくなり）、立位の人の画像塊６２の外接矩形６２ａの横と縦の画素数の比（Ｘ_２／Ｙ_２）は、ほぼ２分の１だが、０．５より大きくなる。また、図７（ｂ）中の立位の人の画像塊６２が時計回りの方向に９０度回転した場合には、回転する前と比べて、立位の人の画像塊６２の外接矩形６２ａの横と縦の画素数の比における分母と分子が逆になるため、横と縦の画素数の比は、２より小さくなる。また、図７（ｂ）中の臥位の人の画像塊６１が時計回りの方向に９０度回転した場合には、回転する前と比べて、臥位の人の画像塊６１の外接矩形６１ａの横と縦の画素数の比における分母と分子が逆になるため、横と縦の画素数の比は、ほぼ３になる（２より大きくなる）。

上記のように、座位又は立位の人（非臥位の人）の画像塊の外接矩形の横と縦の画素数の比は、０．５より大きく、２より小さくなるが、臥位の人の画像塊の外接矩形の横と縦の画素数の比は、０．５より小さくなるか、或いは２より大きくなる。なお、各画像塊の外接矩形が斜めに傾いている場合であっても、外接矩形における隣り合う辺のうち、一方の辺を横の辺とみなし、他方の辺を縦の辺とみなして、外接矩形の横と縦の画素数の比を求めればよい。

上述したように、本実施形態の姿勢検出装置１によれば、リアルタイムに撮像されたリアルタイム画像２２と記憶装置１２に記憶された背景画像２１との差分画像２３における画像塊に外接する矩形を求めて、この矩形の縦横の寸法比（横と縦の画素数の比）に基づき、リアルタイム画像２２中の人が臥位であるか否かを検出するようにした。これにより、姿勢検出装置１の検出範囲内（撮像デバイス１１の撮像エリア内）に複数の人が存在する場合でも、それぞれの人が臥位であるか否かを正確に検出することができる。これにより、照明システム１０の制御回路２が、この検出結果を用いて、それぞれの人の状態に応じた照明を行うように照明器具（点灯回路３、器具本体４、及びランプ５）を制御することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、照明システム内に芳香装置を設けて、「臥位」の人が在室しているときに、制御回路が、芳香装置を制御して、「臥位」の人をリラックスさせるような香りを出すようにさせてもよい。また、器具本体に配光制御部材を設けて、「臥位」の人と「非臥位」の人とが混在しているときに、「臥位」の人が眩しくならないように、制御回路が、上記の配光制御部材を制御することにより、ランプによる照明光が直接「臥位」の人を照射しないように調光してもよい。また、蛍光灯とＬＥＤといった複数の種類のランプを備えて、これらのランプを組み合わせて用いることにより、配光を制御してもよい。また、複数の色温度のランプを備えて、これらのランプからの光を混ぜ合わせて用いることにより、色温度を変更してもよい。

本発明の一実施形態に係る人の姿勢検出装置を備えた照明システムのブロック構成図。同照明システムにおける全体の処理を示すフローチャート。上記姿勢検出装置における差分画像取得処理の説明図。図２中の姿勢判定アルゴリズムの詳細処理を示すフローチャート。（ａ）（ｂ）は、それぞれ画像塊の外接矩形を求める処理と外接矩形における横と縦の画素数の比を求める処理の説明図。（ａ）は、座位の人が存在する室内の様子を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）の室内を撮像したときに得られる画像塊の外接矩形における横と縦の画素数の比を示す説明図。（ａ）は、臥位の人と立位の人が存在する室内の様子を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）の室内を撮像したときに得られる画像塊の外接矩形における横と縦の画素数の比を示す説明図。

符号の説明

１姿勢検出装置
２制御回路（制御手段）
３点灯回路（請求項における「照明器具」の一部）
４器具本体（請求項における「照明器具」の一部）
５ランプ（請求項における「照明器具」の一部）
１０照明システム
１１撮像デバイス（撮像手段）
１２記憶装置（記憶手段）
１３プロセッサ（姿勢検出手段）
２１背景画像
２２リアルタイム画像
２３差分画像
２４、２５、４１、４２、６１、６２画像塊
２４ａ、２５ａ、４１ａ、４２ａ、６１ａ、６２ａ外接矩形（外接する矩形）

Claims

監視対象となる部屋の天井面に取り付けられて、人の画像を含む画像を天井面から撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像に基いて人の姿勢を検出する姿勢検出手段と、を有する人の姿勢検出装置において、
前記撮像手段の撮像エリア内に人が存在しないときに前記撮像手段により撮像された背景画像を記憶する記憶手段をさらに備え、
前記姿勢検出手段は、
前記撮像手段によりリアルタイムに撮像されたリアルタイム画像と前記記憶手段に記憶された背景画像との差分画像において所定の大きさ以上の画像塊が存在するか否かを判別し、前記所定の大きさ以上の画像塊が存在する場合、前記画像塊を人体とみなし、前記画像塊に外接する矩形を求めて、
前記矩形の縦の画素数と横の画素数との比（横の画素数／縦の画素数）が、０．５より大きく、かつ、２より小さいときは、該矩形に対応する画素塊が、非臥位の人の画素塊であると判定することにより、前記リアルタイム画像中の人が臥位であるか否かを検出することを特徴とする人の姿勢検出装置。
請求項１に記載の人の姿勢検出装置と、照明器具と、前記人の姿勢検出装置の検出結果に基づいて照明器具を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする照明システム。