JP5595828B2 - 赤外線人体検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、２次元に配置された赤外線検出素子を具備し、空間の温度検出を行って発熱物体を検出し、検出発熱体の位置情報、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、背景温度を出力。さらに、その発熱物体が人であるかその他の発熱体であるか判断し、人であると判断した場合、その発熱体が人であると示す情報、位置座標、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、発熱体周辺の背景温度を出力する赤外線人体検出装置に関するものである。

従来の人体検出装置は２次元状に配置された複数のサーモパイル素子で空間の各領域の温度を計測し、異なった計測時間での差分温度より人の存在を検出する人体検出装置が従来技術として知られている（特許文献１参照）。

特許第３８０５１６５公報

しかしながら、特許文献１で示される従来の人体検出装置では検出エリア内にテレビ等の電源を入れてから発熱を始める発熱体が存在した場合、テレビ等の温度上昇とともに時間軸での差分温度が発生してしまい、テレビ等を人体と誤検出してしまう問題がある。誤検出を長時間続けないために、長時間熱源のダイナミックな移動が無い場合人体検知情報はキャンセルされてしまい長時間のデスクワークをしている人体は検出できなくなってしまい無人の部屋となってしまう。

本発明に係る人体検出装置は、２次元に配置された赤外線検出素子を用いて繰り返し空間及び背景より放射される赤外線を検出し、赤外線量を温度換算することで空間の温度分布を計測し、その背景温度と異なる温度をもつ発熱体が空間に存在した場合、その発熱体の重心をもとめ、重心の位置座標を記録、マッピング処理を行っていき、検出した発熱体の重心座標を中心とする設定エリア内に記録された重心座標の数が設定値を超えたとき、その重心座標は人が長時間活動する場所であるとし、そこで検出した発熱体は人であると判断し、発熱体の位置座標、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、熱源周辺の背景温度を出力するものである。

本発明によれば、人体検出空間内に存在し温度変動する発熱体に惑わされることなく人体位置を検出することができ、且つ、人体の位置座標、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、熱源周辺の背景温度を得ることで、人体の活動状況、静止している人体であれば時系列での人体表面温度の変化と背景温度の変化により、人体が置かれている環境が快適な環境であるのか、不快な環境であるのか、または、快適な環境に移行しているのか、不快な環境に移行しているのか判断する情報を得ることができる。

本発明の実施例に係る赤外線人体検出装置のブロック図。 本発明の実施例に係る赤外線人体検出装置で計測した空間の温度分布を記憶部３に記憶し、2次元配列の状態で表した図。 本発明の実施例に係る赤外線人体検出装置の記憶部２に記憶されたラベリング処理後の2次元配列の状態を表した図。 本発明の実施例に係る赤外線人体検出装置の記憶部３に記憶された重心の軌跡を記録した2次元配列の状態を表した図。 本発明の実施例に係る赤外線人体検出装置で計測を開始し、一定時間が経過した後の検出空間の温度分布を記憶部１に記憶し、2次元配列の状態で表した図。 本発明の実施例に係る赤外線人体検出装置で計測を開始し、一定時間が経過した後の重心の軌跡を記憶部３に記憶し、2次元配列の状態で表した図。

図１は本発明の実施の形態を示す赤外線人体検出装置の説明図である。２次元赤外線検出素子１００が１６×１６、計２５６個の赤外線検出素子の場合を例にとり示す。２次元赤外線検出装置は検出空間を縦１６、横１６の２５６空間に分割し、分割された検出空間から放出される赤外線を個々の赤外線検出素子で検出する。

まず、ＣＰＵ１０２は２次元赤外線検出素子のマトリクススイッチを切り替え、個々の赤外線検出素子からの出力信号を信号処理回路１０１に出力する。信号処理回路１０１はこの赤外線検出素子からの信号を増幅、Ａ／Ｄ変換を行いＣＰＵ１０２にデジタルデータとして出力する。ＣＰＵ１０２は得られたデータを温度換算式に基づき温度データに変換後、記憶部１、１０３に順次記憶していく。記憶部１、１０３へは１６×１６＝２５６個を2次元配列データとして図２で示すように記憶していく。

ＣＰＵ１０２は検出空間全体２５６個のデータの記憶部１,１０３への記憶が終了すると記憶部１,１０３の温度データのヒストグラムを求める。図２で示す例の場合、分布が最大となる温度２５℃を背景温度とする。
ＣＰＵ１０２は得られた背景温度を用い、熱源を検出するための閾値温度を変換テーブルまたは計算式より求め、記憶部１,１０３のデータと比較演算、２値化、ラベリング処理を行い記憶部２、１０４にラベリング処理結果を記憶する（図３参照）。同時に各熱源の重心座標も計算する。図３の例では左上の熱源の重心座標が（ａ５，ｂ３）、右下の熱源の重心座標が（ａ１１，ｂ１０）と求まる。この時の各ラベルＮＯの数が抽出した熱源の大きさとなる。

次にＣＰＵ１０２は各熱源の重心座標と同じ記憶部３、１０５の座標に重心座標の軌跡のマッピング処理として（ａ５、ｂ３）、（ａ１１、ｂ１０）に１を書き込む（図４参照）。

次にＣＰＵ１０２は重心（ａ５，ｂ３）の周辺（ａ３，ｂ１）から（ａ７，ｂ５）の範囲に、また、（ａ１１，ｂ１０）の周辺（ａ９，ｂ６）から（ａ１３，ｂ１２）の範囲に過去に記録した重心が何ポイントあるか数える。図４の場合各熱源とも１ポイントであり、人体検出の閾値数が１０ポイント以上と設定されていれば、２つの熱源は人体と認識されない。まだ、その熱源が人体かどうかはわかっていないので、赤外線人体検知装置は、人体ではないというマーク信号を送出後、熱源の重心座標、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、背景温度を出力する。

本発明の赤外線人体検出装置は以上の処理を繰り返し行い、上記処理を繰り返す過程で動きのある熱源、すなわち人体であれば記憶部３、１０５にマッピングされた重心の軌跡は少しずつ拡大していき、動きの無い熱源は熱の揺らぎで重心の軌跡が多少拡大はするが熱源の範囲を超え大きく拡大することは無い。この時、記憶部３、１０５に記憶した重心の周辺を調べる範囲及び人体と判断する重心の数は、赤外線検出素子の数および人体検出を目的とする用途、検出範囲によってあらかじめ決定されている。

処理を繰り返す過程で図５のような２つの熱源を抽出した場合、重心座標（ａ５，ｂ３）、（ａ１０，ｂ１０）を得ることができ、この座標の軌跡は図６で示す記憶部３、１０５に重ね書きされると同時に、その周辺の重心の軌跡の数がカウントされる。重心座標（ａ５，ｂ３）を持つ熱源のカウント数は２であり、あらかじめ設定された１０より少ないため、この場所は人が活動する場所ではなく、検出された熱源は人体と認識しない。重心座標（ａ５，ｂ３）で抽出した熱源は、人体ではないとのマーク信号を送出後、重心座標データ（ａ５，ｂ３）、大きさ９、平均温度３０℃、最大温度３０℃、最小温度３０℃、背景温度２５℃を出力する。
重心座標（ａ１０，ｂ１０）を持つ熱源は周辺の重心の軌跡の数のカウント数が１０となりこの場所は人が活動する場所であり、この場所で検出された熱源は人体と判定し、ＣＰＵ１０２は接続された外部機器に対し人体であるとのマーク信号を送出後、重心座標データ（ａ１０，ｂ１０）、熱源の大きさ９、熱源内の平均温度３０℃、最高温度３０℃、最低温度３０度、背景温度２５℃を出力する。
本発明による赤外線人体検出装置は座標（ａ５，ｂ３）に存在する熱源の温度が変化しても重心座標は大きく変化しないため人の活動場所ではないと判断され、長時間この場所で検出する熱源を人体と間違って検出することは無い。

本発明の赤外線人体検出装置を空気調和装置のセンサとして利用した場合、検出した背景温度情報より人体にとって快適な温度環境であるかどうかの判断を行い、たとえば背景温度が３０℃以上である不快な環境であれば最短で快適な環境温度となるように最大出力で空調をおこない。人体ではない熱源の位置、大きさ、温度、そして、人体の位置の抽出、人体の表面温度の分布の状態、人体周辺の背景温度を時順次得ることで、過剰に人体周辺の温度を下げたりすることなく、いち早く快適で省エネルギーな運転状態へ移行することが可能となる。
また、本発明の赤外線検出装置の２次元に配列された赤外線検出素子の画素数を増やせば、より細かな人体の重心座標の変化追跡が可能となり、一定の座標間を移動するような動きと、時間帯とで、就寝状態の人体であると判断でき、検出面積の変動、重心位置の変動を追跡することで人体の寝返り等の動きが検出でき、レム睡眠状態であるか、ノンレム睡眠状態であるかの判定を行うことができると共に、空気調和装置の室温コントロールの結果が快適な眠りを提供できているかの判定も行うことが可能となる。

１００ ２次元に配列された赤外線検出素子。
１０１ 赤外線検出素子からの信号を増幅しＡ／Ｄ変換を行いデータとして出力する信号処理回路部。
１０２ 赤外線検出素子１００、信号処理回路部をコントロールし、各種演算処理をおこなう制御部。
１０３ 赤外線検出素子からの信号を温度データに変換し記憶する記憶部１。
１０４ 記憶部１に記憶された温度データを２値化、ラベリング処理した結果を記憶する記憶部２。
１０５ 記憶部２に記憶したデータの重心を計算し、重心の軌跡データとしてマッピング情報を記憶する記憶部３。

Claims (4)

1. 少なくとも１６×１６素子以上の２次元に配列された赤外線検出素子を備え、各素子が検出した空間から放射される赤外線強度を温度に換算し、各空間の温度として記憶する記憶手段を備え、計測した空間温度全体のヒストグラムをとり、分布の中心温度を背景温度として背景温度と設定温度以上の温度差のある空間を熱源として抽出し、抽出した熱源の重心座標を求め、重心座標記憶する記憶手段を備え、これらの処理を繰り返しながら、新たに抽出した熱源の重心座標周辺の設定エリア内に記憶されている重心の数が設定値以上になった時に熱源を検出した場所は人の活動する場所であるとし、抽出された熱源は人体であると判断する人体検出手段を備えたことを特徴とする赤外線人体検出装置。
2. 人体であると判断した場合、人体であるというマーク信号を送出後、人体の座標、大きさ、熱源の平均温度、最大温度、最小温度、熱源周辺の背景温度を出力することを特徴とする請求項１に記載の赤外線人体検出装置。
3. 抽出した熱源が人体と判断していない熱源であっても、人体ではないというマーク信号を送出後、各抽出した熱源の座標、大きさ、平均温度、最大温度、最小温度、背景温度の情報を出力することを特徴とする請求項１に記載の人体検出装置。
4. 前記熱源を抽出する際の背景温度との温度差は、計測される背景温度によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の人体検出装置。

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