JP6256137B2

JP6256137B2 - センサ装置及びセンサ装置を用いる制御システム

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Publication number: JP6256137B2
Application number: JP2014060700A
Authority: JP
Inventors: 森本　康司; 康司森本
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: JP2015185364A; CN104954662A

Description

本発明の実施形態は、センサ装置及びセンサ装置を用いる制御システムに関する。

従来、照明等の電気機器を制御する種々の制御システムが開発されている。例えば、人やものなどが感知エリアの中で動いたときに、その動きを検知して照明を制御する照明制御システムが商品化されている。人の検知には画像センサが用いられることがある。画像センサの出力に対する画像解析によって人を検知するのである。

更に、画像センサの出力の画素値を用いて、画像の平均的な輝度から照度を求める装置も開発されている。例えば、画像センサを天井等に設置して床面側を撮影し、撮像出力の輝度から照度を求める。このような画像センサを用いて照明制御システムを構築した場合には、例えば、照度検出の結果室内が明る過ぎる場合には照明を暗くし、室内が暗過ぎる場合には照明を明るくする等の制御が行われる。

しかしながら、このような照度を求めるための画像センサにおいては、種々の外乱や画像センサの特性によって、正確な照度を求めることができないことがあり、結果として各種制御が最適に行われないことがあるという問題があった。

特開２０１３−８４６１号公報

本発明の実施形態は、照度を高精度に求めることを可能にするセンサ装置及びセンサ装置を用いる制御システムを提供することを目的とする。

実施形態に係るセンサ装置は、撮影範囲の撮像画像を得るセンサ部と；前記撮像画像中の人の画像部分を判定する人判定部と；前記撮像画像の輝度を判定して、所定の連続した領域の画素間で所定値以上の差が生じない画素領域である判定結果を得る輝度判定部と；前記撮像画像中の人の画像部分及び所定の連続した領域の画素間で所定値以上の差が生じない画素領域を除外範囲に設定する除外範囲判定部と；前記撮像画像から前記除外範囲の画素を除く画素の画素値を照度算出に使用させる出力部と；を具備する。

本発明の実施形態によれば、照度を高精度に求めることを可能にするという効果を有する。

本発明の第１の実施の形態に係るセンサ装置を示すブロック図。図１のセンサ装置を用いる制御システムの一例である照明制御システムを示す説明図。第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。本発明の第２の実施の形態を示すブロック図。第２の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。

実施形態に係るセンサ装置は、撮影範囲の撮像画像を得るセンサ部と；前記撮像画像中の人の画像部分を判定する人判定部と；前記人判定部が判定した人の画像部分を除外範囲に設定する除外範囲判定部と；前記撮像画像から前記除外範囲の画素を除く画素の画素値を照度算出に使用させる出力部と；を具備する。

また、実施形態に係るセンサ装置は、前記撮像画像の輝度を判定して、輝度が所定の閾値よりも高い画素領域である第１の判定結果、所定の連続した領域の画素間で所定値以上の差が生じない画素領域である第２の判定結果、及び所定の時間で所定値以上の輝度差が生じない画素領域である第３の判定結果のうちの少なくとも１つの判定結果を得る輝度判定部を具備し；前記除外範囲判定部は、前記人判定部の判定結果及び前記輝度判定部が得た判定結果に基づいて前記除外範囲を設定する。

また、実施形態に係るセンサ装置を用いる制御システムは、被制御対象と；請求項１のセンサ装置と；前記センサ装置の出力に基づいて得た照度によって前記被制御対象を制御する制御部と；を具備する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係るセンサ装置を示すブロック図である。

本実施の形態においては、画像センサ１１からの画像出力のうち人の画像部分と判定された画素の画素値を、照度算出に用いる画素値から除外することで、照度検出精度を向上させるようになっている。

図１において、センサ部１２は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の図示しない撮像素子を有しており、撮像素子は撮影範囲内を撮像して、撮像画像を出力する。センサ部１２は所定のフレームレートで動画像の撮像を行うものがよいが、センサ部１２として静止画を撮影するものを採用してもよい。例えば、センサ部１２は、照度を求める室内等の天井近傍に配置されて、室内の床側を撮影範囲として撮影を行うようになっている。なお、センサ部１２は、照度を求める範囲を撮影することができればよく、設置場所は特に限定されない。

センサ部１２からの撮像画像は出力部１３及び人判定部１４に出力される。人判定部１４は公知の手法によって、撮像画像に含まれる人の画像部分を判定して判定結果を除外範囲判定部１５に出力する。人判定部１４は、例えば、撮像画像のフレーム間で各画素毎に差分を求め、差分値が所定の閾値を超えた画像部分を動く人の画像部分であると判定するようにしてもよい。また、例えば、人判定部１４は、人の画像パターンを記憶したメモリを用いて、撮像画像とのパターン比較によって人を判定するようにしてもよい。本実施の形態においては人の判定方法は特に限定されるものではない。

除外範囲判定部１５は、人判定部１４の出力が与えられ、撮像画像中の人の画像の画素位置を判定して判定結果を除外範囲として図示しないメモリに記憶させると共に、出力部１３に出力するようになっている。出力部１３は、センサ部１２からの撮像画像のうち除外範囲判定部１５によって人の画像の画素位置を含む領域が除外範囲として指定され、除外範囲内の画素を除外した撮像画像の画素の画素値を照度算出部２１に出力する。

照度算出部２１は、公知の手法によって、入力された画素値、即ち、輝度の情報を照度に変換する演算を行って照度を求める。照度算出部２１が算出した照度は、照明制御システム等の各種制御システムにおいて利用することができる。

照度算出部２１は、撮像画像の画素値が与えられ、画像の平均的な輝度に応じて照度を求める。即ち、照度は、撮像画像の輝度と、床や机等の反射物の反射係数等に基づく所定の係数とを用いた演算によって求められる。しかし、人物が撮像範囲内に進入すると、例えば、人物の頭部等の極めて低い反射率で反射された光や人物の動きに応じて異なる反射率で人物から反射した光がセンサ部１２に入射されることになり、想定された反射率及び照度算出に用いる係数を用いた照度計算では、照度計算の誤差が大きくなってしまう。

そこで、本実施の形態においては、撮像画像の画素値のうち人物の画像部分の画素の画素値を除外して照度算出部２１に与えることで、照度算出部２１における照度算出の誤差を抑制して、高精度の照度算出を可能にしている。

図２は図１のセンサ装置を用いる制御システムの一例である照明制御システムを示す説明図である。図２に示す照明制御システムは、例えば、オフィスビルや各種施設などの各フロアや各エリアなどの照明エリア毎に設置されて、例えば伝送ライン３２に接続された複数の照明用機器を、照明制御装置３１によって集中制御するものである。

伝送ライン３２に接続される複数の照明用機器としては、例えば、ランプや発光ダイオードなどの光源を用いた照明器具Ｋ１，Ｋ２だけでなく、所定の照明エリア内の人体を検出する人感センサＳＳ、所定の照明エリア内の照度を求める照度検出部ＳＬ、照明器具を手動で切換指令するスイッチ部ＳＷ等もある。照明制御装置３１は、これらの機器を遠隔監視すると共に、複数の照明器具を遠隔制御する。

例えば、照明制御装置３１はスイッチ部ＳＷから送信されるオンオフ制御信号に応じて、対応する照明器具Ｋ１へ照明制御信号を送信して点灯制御を行うことができる。

照度検出部ＳＬは、所定の照明範囲の明るさを検出するものである。照度検出部ＳＬが検出した照度の情報は、伝送ライン３２を介して照明制御装置３１に伝送され、照明制御装置３１は、照度の検出結果に基づいて、対応する照明器具Ｋ１等に照明制御信号を送信して、照明制御を行うことができる。また、照度検出部ＳＬは、照度検出結果を照明器具Ｋ２に直接与えて、照明器具Ｋ２の照明を制御することも可能である。

これにより、照度検出部ＳＬの照度検出結果に応じて照明器具Ｋ１，Ｋ２の照明光量を制御することができる。例えば、照度が閾値よりも明るい場合には、照明器具Ｋ１，Ｋ２の照明光量を低下させ、照度が閾値よりも暗い場合には、照明器具Ｋ１，Ｋ２の照明光量を増大させる等の制御が可能である。

本実施の形態においては、照度検出部ＳＬとして、図１のセンサ装置を採用することにより、高精度の照度検出が可能であり、実際の照度に応じた照明制御が可能である。

次に、このように構成された実施の形態の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。

図３のステップＳ１において、センサ部１２は室内等の照度を算出する領域を撮像して、撮像画像を出力する（ステップＳ２）。この撮像画像は出力部１３を介して照度算出部２１に供給されると共に、人判定部１４にも与えられる。人判定部１４は、ステップＳ３において、撮像画像中に撮像されている人の検出処理を行う。人判定部１４は、例えば、撮像画像に対する複数フレーム期間に亘る動き判定処理によって人の検出を行うこともある。

人物が検出されると、処理はステップＳ４からステップＳ５に移行し、除外範囲判定部１５は検出された人の画素位置を除外範囲として求めてその情報を出力部１３に出力する。出力部１３は除外範囲判定部１５から人の画像の画素位置が除外範囲の情報とて与えられた場合には、撮像画像の出力から人物の画像部分の画素位置の画素値を除外して照度算出部２１に出力する。なお、出力部１３は、除外範囲判定部１５から人の画像の画素位置の情報が与えられない場合には、センサ部１２からの撮像画像出力をそのまま照度算出部２１に出力する。

こうして、照度算出部２１は、センサ部１２の撮像画像がそのまま与えられるか又は人の画像部分の画素値が除外されて与えられる。照度算出部２１は、撮像画像の画素値を用いて、撮像範囲における照度を算出する（ステップＳ７）。照度算出部２１が算出した照度は、例えば、図２の照明制御システム等の制御システムに与えられる。

なお、図３では表されていないが、人の判定周期と照度算出周期とは独立して制御可能である。例えば、人の判定は毎秒数回行い、照度算出は数秒に１回行うようにしてもよく、逆に、照度の算出周期を人の判定周期よりも短くしてもよい。

照度算出部２１が照度の算出に用いる撮像画像には、人の画像部分の画素値が含まれないことから、撮像範囲内の人によって照度算出が影響を受けることはなく、常に高精度の照度算出が可能である。

このように本実施の形態においては、撮像画像から人の画像部分の画素値を除外した輝度情報を照度算出に用いるようにしているので、人の有無に拘わらず、常に高精度の照度算出を可能にすることができる。

（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。図４において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。第１の実施の形態においては、除外範囲として人の画像部分の画素が指定され、この除外範囲を除く撮像画像の画素を用いて照度が算出された。本実施の形態においては、更に、所定の条件の輝度値を有する領域を除外範囲に加えて、除外範囲を除く撮像画像の画素によって照度を算出することで、照度の算出精度を一層向上させるものである。

本実施の形態は、除外範囲を追加するための輝度判定部１６を付加した画像センサ１８を採用した点が第１の実施の形態と異なる。一般的に、センサ部１２の撮像素子のダイナミックレンジは比較的狭い。従って、極めて照度が高い領域に対応する画素値は、飽和状態となりやすく、所謂白飛び状態となる。このような画素値を照度計算に用いると、正確な照度を算出することができない。そこで、輝度判定部１６は、輝度が所定の閾値よりも高い画素を検出して第１の判定結果として除外範囲判定部１５に出力することができるようになっている。

また、床や机上面等から反射した光は、センサ部１２の撮像面までの距離に応じて減衰する。従って、撮像画像の隣接する画素の画素値同士は、所定値以上の差が生じることが一般的である。即ち、撮像素子の画素のうち所定の連続した領域の画素間で所定値以上の差が生じない場合には、例えば白飛びの状態や黒つぶれの状態等のように、当該画素の情報では照度を正しく再現することができないことが考えられる。そこで、輝度判定部１６は、所定の連続した領域の画素間で所定値以上の差が生じないことを検出して第２の判定結果として除外範囲判定部１５に出力することができるようになっている。

また、床や机上面等における照度は、常に一定であることはまれで、ある時間が経過すると、輝度に変化が生じることが一般的である。即ち、所定の時間で所定値以上の輝度差が生じない画素の領域は、例えば白飛びの状態や黒つぶれの状態等のように、当該画素の情報では照度を正しく再現することができないことが考えられる。そこで、輝度判定部１６は、所定の時間で所定値以上の輝度差が生じない画素領域を第３の判定結果として検出して除外範囲判定部１５に出力することができるようになっている。

除外範囲判定部１５は、人判定部１４による判定結果及び輝度判定部１６による第１乃至第３の判定結果に基づく画素領域を除外範囲に設定して、除外範囲の情報を出力部１３に出力するようになっている。

なお、輝度判定部１６の第１乃至第３の判定結果の検出周期は、それぞれ独立に制御されるものであり、また、人判定部１４の判定処理及び照度算出部２１の照度算出処理の処理周期とも異なることがある。

また、輝度判定部１６は、第１乃至第３の判定結果を出力するものとして説明したが、第１乃至第３の判定結果の少なくとも１つを出力するための少なくとも１つの判定処理を行うものであってもよい。

次に、このように構成された実施の形態の動作について図５のフローチャートを参照して説明する。図５において図３と同一の手順には同一符号を付して説明を省略する。

図５のステップＳ１１では、人物の検出処理及び輝度の検出処理が行われる。センサ部１２からの撮像画像は人判定部１４及び輝度判定部１６に与えられる。人判定部１４は撮像画像中の人画像部分を検出し、輝度判定部１６は、輝度が所定の閾値よりも高い画素領域である第１の判定結果、所定の連続した領域の画素間で所定値以上の差が生じない画素領域である第２の判定結果、及び所定の時間で所定値以上の輝度差が生じない画素領域である第３の判定結果を求める。人判定部１４及び輝度判定部１６の判定結果は除外範囲判定部１５に与えられる。

除外範囲判定部１５は、ステップＳ２１において、人判定部１４の出力に基づいて、撮像画像中の人の画像部分の画素領域を除外範囲に決定して、図示しないメモリに記憶されている除外範囲の情報を更新する（ステップＳ２２）。

同様に、除外範囲判定部１５は、撮像画像中に輝度が所定の閾値よりも高い画素領域が存在する場合には、処理をステップＳ１３からステップＳ２３に移行して、第１の判定結果に基づいて除外範囲を決定し、図示しないメモリに記憶されている除外範囲の情報を更新する（ステップＳ２４）。

また、除外範囲判定部１５は、撮像画像中に所定の連続した領域の画素間で所定値以上の差が生じない画素領域が存在する場合には、処理をステップＳ１４からステップＳ２５に移行して、第２の判定結果に基づいて除外範囲を決定し、図示しないメモリに記憶されている除外範囲の情報を更新する（ステップＳ２６）。

更に、除外範囲判定部１５は、撮像画像中に所定の時間で所定値以上の輝度差が生じない画素領域が存在する場合には、処理をステップＳ１５からステップＳ２７に移行して、第３の判定結果に基づいて除外範囲を決定し、図示しないメモリに記憶されている除外範囲の情報を更新する（ステップＳ２８）。

こうして、更新された除外範囲の情報が、除外範囲判定部１５から出力部１３に供給される。出力部１３は、撮像画像から除外範囲の画素の画素値を除いた撮像画像を照度算出部２１に出力する。これにより、照度算出部２１は、撮像画像のうち除外範囲の画素を除く画素の画素値を用いて照度の算出を行う。

照度算出部２１が照度の算出に用いる撮像画像には、人の画像部分の画素値、輝度が所定の閾値よりも高い画素領域の画素値、所定の連続した領域の画素間で所定値以上の差が生じない画素領域の画素値及び所定の時間で所定値以上の輝度差が生じない画素領域の画素値が含まれないので、撮像範囲内の人の影響、センサ部１２のダイナミックレンジ等の悪影響を受けることはなく、常に高精度の照度算出が可能である。

なお、図５では輝度判定部１６が第１乃至第３の判定結果を得るものとして説明したが、輝度判定部１６はこれらの第１乃至第３の判定結果の少なくとも１つの判定結果を得るための少なくとも１つの判定処理を行うものであってもよい。

このように本実施の形態においては、撮像画像から人の画像部分の画素値だけでなく、白飛びや黒つぶれなど、本来の照度を再現することができない画素の画素値が除外されて照度計算が行われるので、常に高精度の照度算出を可能にすることができる。

また、本実施の形態においても図２に一例を示したセンサ装置を用いる制御システムに適用可能である。

なお、上記各実施の形態においては、画像センサを用いた照度算出の結果を照明制御システムに利用する例を説明したが、センサ装置を用いる制御システムとしては照明制御に限らず各種システムに利用可能である。例えば、照度に応じて温度を制御するシステムや、照度に応じてドアの開閉を制御するシステム等の各種の制御システムに利用可能である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１１…画像センサ、１２…センサ部、１３…出力部、１４…人判定部、１５…除外範囲判定部、２１…照度算出部。

Claims

撮影範囲の撮像画像を得るセンサ部と；
前記撮像画像中の人の画像部分を判定する人判定部と；
前記撮像画像の輝度を判定して、所定の連続した領域の画素間で所定値以上の差が生じない画素領域である判定結果を得る輝度判定部と；
前記撮像画像中の人の画像部分及び所定の連続した領域の画素間で所定値以上の差が生じない画素領域を除外範囲に設定する除外範囲判定部と；
前記撮像画像から前記除外範囲の画素を除く画素の画素値を照度算出に使用させる出力部と；を具備することを特徴とするセンサ装置。
撮影範囲の撮像画像を得るセンサ部と；
前記撮像画像中の人の画像部分を判定する人判定部と；
前記撮像画像の輝度を判定して、所定の時間で所定値以上の輝度差が生じない画素領域である判定結果を得る輝度判定部と；
前記撮像画像中の人の画像部分及び所定の時間で所定値以上の輝度差が生じない画素領域を除外範囲に設定する除外範囲判定部と；
前記撮像画像から前記除外範囲の画素を除く画素の画素値を照度算出に使用させる出力部と；
を具備することを特徴とするセンサ装置。
被制御対象と；
請求項１または請求項２のセンサ装置と；
前記センサ装置の出力に基づいて得た照度によって前記被制御対象を制御する制御部と；
を具備したことを特徴とする制御システム。