JP6927752B2 - 温度分布検出装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の赤外線センサで得られた熱画像に基づいて、室内の温度分布を検出する温度分布検出技術に関する。
従来、室内環境を自動制御する技術の１つとして、例えば壁や天井に取り付けたサーモパイルアレイセンサなどの複数の赤外線センサで室内の熱画像（サーモグラフィ）を検出し、得られた熱画像のうちから人の表面温度を示す人領域を検索することにより在室者として検知し、在室者のいる部屋やエリアに限定して快適な空調環境に制御し、在室者のいない部屋やエリアについては、空調や照明を停止させる技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
また、複数の赤外線センサを用いて温度を計測する際に、素子間のばらつきにより同一温度を計測したとしても、計測温度が等しくならない場合がある。この問題を解決するために、従来、隣り合う赤外線センサ間で測定領域が重複する重複領域の検出温度より温度差を算出し、得られた温度差に基づいて、赤外線センサ間で検出温度を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献２など参照）。
特開２０１２−０５７８４０号公報 特開２０１４−０１６２２３号公報
しかしながら、このような従来技術では、隣り合う赤外線センサ間の重複領域から検出した検出温度より温度差を算出しているが、双方の検出温度が必ずしも同一物体の温度を示しているとは限らないため、異なる対象の代表検出温度より温度差を算出した場合には、赤外線センサ間で検出温度を精度よく補正することができないという問題点があった。
例えば、重複領域内に間仕切り（セパレーション）などの障害物が配置されており、障害物の片側に人など発熱体が隠れて存在していた場合、一方の赤外線センサからは障害物の影に発熱体が存在しているため発熱体の影響がない温度が検出温度として検出されるが、他方の赤外線センサからは発熱体の影響を含む温度を検出温度として検出することになる。特に、障害物の表面において反射率が高い場合、異なる位置の温度が検出されることになる。このような場合には、双方の赤外線センサで異なる物体の温度に基づいて赤外線センサ間の検出温度を補正することになるため、精度よく補正することができなくなる。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、赤外線センサ間の検出温度を精度よく補正できる温度分布検出技術を提供することを目的としている。
このような目的を達成するために、本発明にかかる温度分布検出装置は、空間に配置された複数の赤外線センサから熱画像を取得し、これら熱画像から検出した検出温度に基づいて前記空間の温度分布を検出する温度分布検出装置であって、前記複数の赤外線センサのうち隣り合う２つの赤外線センサについて、これら赤外線センサの熱画像のうち互いに重複する重複領域における温度分布の変化が基準値より小さい領域を温度安定領域として特定する温度安定領域特定部と、前記隣り合う２つの赤外線センサの熱画像のうち、それぞれの前記温度安定領域で検出した代表検出温度の温度差を計算する温度差計算部と、前記温度差に基づいて前記複数の赤外線センサの間における相対温度誤差を推定し、得られた相対温度誤差に基づいて前記複数の赤外線センサの熱画像から得られた検出温度を補正することにより、前記空間の温度分布を生成する温度分布生成部とを備えている。
また、本発明にかかる上記温度分布検出装置の一構成例は、前記温度安定領域特定部が、前記重複領域のうちから移動する発熱体を検出し、前記重複領域のうち前記発熱体を除いた他の領域における温度分布の変化が基準値より小さい領域を温度安定領域として特定するようにしたものである。
また、本発明にかかる上記温度分布検出装置の一構成例は、前記温度分布生成部が、前記隣り合う２つの赤外線センサに関する前記代表検出温度の時間変化について一定の相関関係が得られない場合、これら２つの赤外線センサに関する温度差を前記相対温度誤差の推定から除外するようにしたものである。
また、本発明にかかる温度分布検出方法は、空間に配置された複数の赤外線センサから熱画像を取得し、これら熱画像から検出した検出温度に基づいて前記空間の温度分布を検出する温度分布検出装置で用いられる温度分布検出方法であって、温度安定領域特定部が、前記複数の赤外線センサのうち隣り合う２つの赤外線センサについて、これら赤外線センサの熱画像のうち互いに重複する重複領域における温度分布の変化が基準値より小さい領域を温度安定領域として特定する温度安定領域特定ステップと、温度差計算部が、前記隣り合う２つの赤外線センサの熱画像のうち、それぞれの前記温度安定領域で検出した代表検出温度の温度差を計算する温度差計算ステップと、温度分布生成部が、前記温度差に基づいて前記複数の赤外線センサの間における相対温度誤差を推定し、得られた相対温度誤差に基づいて前記複数の赤外線センサの熱画像から得られた検出温度を補正することにより、前記空間の温度分布を生成する温度分布生成ステップとを備えている。
本発明によれば、重複領域のうち、温度分布が安定している温度安定領域から検出された代表検出温度の温度差が、相対温度誤差の推定に用いられることになる。したがって、障害物や人などの発熱体による影響がない温度に基づいて、相対温度誤差が推定されるため、赤外線センサ間においてそれぞれの検出温度を精度よく補正することが可能となる。
温度分布検出装置の構成を示すブロック図である。 空間における赤外線センサの設置例である。 赤外線センサの検出範囲を示す説明図である。 温度分布検出処理を示すフローチャートである。
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［温度分布検出装置］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる温度分布検出装置１０について説明する。図１は、温度分布検出装置の構成を示すブロック図である。
この温度分布検出装置１０は、全体としてサーバ装置、パーソナルコンピュータ、産業用コントローラ、などの情報処理装置からなり、対象となる空間２０に設置された複数の赤外線センサＡＳから通信回線Ｌ１を介して熱画像を取得し、これら熱画像から検出した検出温度に基づいて、各赤外線センサＡＳの検出温度に対する相対温度誤差をそれぞれ推定し、これら相対温度誤差で検出温度を補正することにより、空間２０における温度分布データを生成する機能を有している。
図２は、空間における赤外線センサの設置例であり、図２（ａ）は空間の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。ここでは、平面視矩形状の空間２０の天井２１に、サーモパイルアレイセンサなどからなる複数の赤外線センサＡＳが、格子状に等間隔で設置されている。赤外線センサＡＳは、格子の交点に設置されており、それぞれ天井２１から床２２に対して垂直な方向に、略正方形状の検出範囲Ｒを有している。
図３は、赤外線センサの検出範囲を示す説明図である。この例では、床２２において、隣り合う赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２間で検出範囲Ｒの一部が重なる重複領域Ｑが設けられている。なお、天井２１から床２２に対して垂直な方向に検出範囲Ｒを形成した場合を例として説明したが、垂直ではなく斜め方向に形成してもよい。また、天井２１に赤外線センサＡＳを設置せず、床２２や壁２３に設置してもよい。
図３に示すように、重複領域Ｑに間仕切り（セパレーション）などの障害物Ｓが配置されており、障害物ＳのＡＳ２側に人などの発熱体Ｈが存在していた場合、ＡＳ１の熱画像Ｐ１には発熱体Ｈが含まれないが、ＡＳ２の熱画像Ｐ２には発熱体Ｈが含まれることになる。このため、Ｐ１のうちＱに相当する重複領域Ｑ１から得られた検出温度Ｔ１と、Ｐ２のうちＱに相当する重複領域Ｑ２から得られた検出温度Ｔ２とは、異なる温度を示すことになる。
本発明は、Ｐ１，Ｐ２について重複領域Ｑ１，Ｑ２における温度分布の変化を監視し、これらＱ１，Ｑ２から温度変化が基準値より小さい領域を温度安定領域Ｖ１，Ｖ２として特定し、これら温度安定領域Ｖ１，Ｖ２から得られた検出温度に基づいて、各赤外線センサＡＳの相対的な検出温度を補正するようにしたものである。
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる温度分布検出装置１０の構成について詳細に説明する。
温度分布検出装置１０には、主な機能部として、センサＩ／Ｆ部１１、熱画像取得部１２、記憶部１３、温度安定領域特定部１４、温度差計算部１５、温度分布生成部１６、および通信Ｉ／Ｆ部１７が設けられている。これら機能部のうち、温度安定領域特定部１４、温度差計算部１５、および温度分布生成部１６は、中央処理装置（ＣＰＵ）とプログラムとが協働することにより実現される。
センサＩ／Ｆ部１１は、通信回線Ｌ１を介して各赤外線センサＡＳとデータ通信を行う機能を有している。
熱画像取得部１２は、センサＩ／Ｆ部１１および通信回線Ｌ１を介して各赤外線センサＡＳから一定周期で熱画像を取得して、記憶部１３に時系列で保存する機能を有している。
記憶部１３は、ハードディスクや半導体メモリなどの記憶装置からなり、各赤外線センサＡＳの配置位置、熱画像、相対温度誤差、温度分布データなど、温度分布検出処理に用いる各種の処理データやプログラムを記憶する機能を有している。
温度安定領域特定部１４は、隣り合う２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２について、記憶部１３に保存されているそれぞれの熱画像Ｐ１，Ｐ２のうち、互いに重複する重複領域Ｑに相当するＰ１，Ｐ２内の重複領域Ｑ１，Ｑ２における温度分布の時間変化を監視する機能と、これらＱ１，Ｑ２のうちから、互いに同一の位置であって、かつ、温度の時間変化が基準値より小さい領域を温度安定領域Ｖ１，Ｖ２として特定する機能とを有している。
この際、温度安定領域特定部１４は、重複領域Ｑ１，Ｑ２のうちから移動する発熱体を検出し、重複領域Ｑ１，Ｑ２のうち発熱体を除いた他の領域における温度分布の変化が基準値より小さい領域を温度安定領域Ｖ１，Ｖ２として特定するようにしてもよい。
温度差計算部１５は、隣り合う２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２の熱画像Ｐ１，Ｐ２のうち、それぞれの温度安定領域Ｖ１，Ｖ２で検出した代表検出温度Ｔ１，Ｔ２の温度差ΔＴを計算する機能を有している。
温度分布生成部１６は、温度差計算部１５で計算した温度差ΔＴに基づいて、それぞれの赤外線センサＡＳの間における相対温度誤差を推定する機能と、得られた相対温度誤差に基づいてこれら赤外線センサＡＳの熱画像から得られた検出温度を補正することにより、空間２０の温度分布を生成する機能と、得られた温度分布データを記憶部１３に保存する機能とを有している。
この際、温度分布生成部１６は、隣り合う２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２に関する代表検出温度Ｔ１，Ｔ２の時間変化について一定の相関関係が得られない場合、これら２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２に関する温度差ΔＴを相対温度誤差の推定から除外するようにしてもよい。
通信Ｉ／Ｆ部１７は、通信回線Ｌ２を介して上位システム３０とデータ通信を行うことにより、記憶部１３に保存されている温度分布データなどの各種データをやり取りする機能を有している。
［本実施の形態の動作］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかる温度分布検出装置１０の動作について説明する。図４は、温度分布検出処理を示すフローチャートである。
ここでは、記憶部１３に各赤外線センサＡＳから取得した熱画像が時系列で保存されているものとする。
まず、温度安定領域特定部１４は、各赤外線センサＡＳのうちから未選択の、隣接する２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２の組合せを選択し（ステップ１００）、記憶部１３からＡＳ１，ＡＳ２の熱画像Ｐ１，Ｐ２を取得する（ステップ１０１）。
続いて、温度安定領域特定部１４は、Ｐ１，Ｐ２の重複領域Ｑ１，Ｑ２のうちから、互いに同一の位置であって、かつ、温度の時間変化が基準値より小さい領域を温度安定領域Ｖ１，Ｖ２として特定する（ステップ１０２）。
次に、温度差計算部１５は、ＡＳ１，ＡＳ２の熱画像Ｐ１，Ｐ２のうち、それぞれのＶ１，Ｖ２から代表検出温度Ｔ１，Ｔ２を検出し（ステップ１０３）、これらＴ１，Ｔ２の温度差ΔＴを計算する（ステップ１０４）。Ｔ１，Ｔ２については、Ｖ１，Ｖ２における温度分布の平均値、最高値、最低値、中央値などの統計処理して得られた代表温度を用いればよい。
この後、温度安定領域特定部１４は、隣接する２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２の組合せをすべて選択したか確認し（ステップ１０５）、未選択の組合せがある場合には（ステップ１０５：ＮＯ）、ステップ１００へ戻る。
一方、隣接する２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２の組合せをすべて選択した場合（ステップ１０５：ＹＥＳ）、温度分布生成部１６は、温度差計算部１５で計算した温度差ΔＴに基づいて、それぞれの赤外線センサＡＳの間における相対温度誤差を推定する（ステップ１０６）。
相対温度誤差の推定については、特許文献２と同様の手法を用いればよい。例えば、基準となる赤外線センサＡＳ０と各赤外線センサＡＳとの間の相対温度誤差と、ＡＳの組合せごとに計算した温度差ΔＴとの関係を示す方程式を、組合せごとに生成し、これら方程式を連立させて最小二乗法で解くことにより、これら相対温度誤差を推定すればよい。
次に、温度分布生成部１６は、得られた相対温度誤差に基づいてこれら赤外線センサＡＳの熱画像から得られた検出温度を補正することにより、空間２０の温度分布を生成し、得られた温度分布データを記憶部１３に保存して（ステップ１０７）、一連の温度分布検出処理を終了する。
なお、図４では、理解を容易とするため、赤外線センサＡＳの相対温度誤差と空間２０の温度分布を一括して求める場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。一般に、赤外線センサＡＳの相対温度誤差は比較的安定しており、短期間で変動する傾向はない。このため、通常は、所定の間隔で相対温度誤差を推定して記憶部１３に保存しておき、温度分布を求める際に、この相対温度誤差を記憶部１３から読み出して使用することになる。
［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、温度安定領域特定部１４が、複数の赤外線センサＡＳのうち隣り合う２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２について、これらＡＳ１，ＡＳ２の熱画像Ｐ１，Ｐ２のうち互いに重複する重複領域Ｑ１，Ｑ２における温度分布の変化が基準値より小さい領域を温度安定領域Ｖ１，Ｖ２として特定し、温度差計算部１５が、これらＡＳ１，ＡＳ２の熱画像Ｐ１，Ｐ２のうち、それぞれの温度安定領域Ｖ１，Ｖ２で検出した代表検出温度Ｔ１，Ｔ２の温度差ΔＴを計算し、温度分布生成部１６が、温度差ΔＴに基づいて各赤外線センサＡＳの間における相対温度誤差を推定し、得られた相対温度誤差に基づいて各ＡＳの熱画像から得られた検出温度を補正することにより、空間２０の温度分布を生成するようにしたものである。
これにより、重複領域Ｑ１，Ｑ２のうち、温度分布が安定している温度安定領域Ｖ１，Ｖ２から検出された代表検出温度Ｔ１，Ｔ２の温度差ΔＴが、相対温度誤差の推定に用いられることになる。したがって、障害物や人などの発熱体による影響がない温度に基づいて、相対温度誤差が推定されるため、赤外線センサＡＳ間においてそれぞれの検出温度を精度よく補正することが可能となる。
また、本実施の形態において、温度安定領域特定部１４が、重複領域Ｑ１，Ｑ２のうちから移動する発熱体を検出し、重複領域Ｑ１，Ｑ２のうち発熱体を除いた他の領域における温度分布の変化が基準値より小さい領域を温度安定領域Ｖ１，Ｖ２として特定するようにしてもよい。これにより、重複領域Ｑ１，Ｑ２のうち、人などの発熱体が存在しない領域からＶ１，Ｖ２が特定されるため、より正確に相対温度誤差を推定することができる。さらに、従来は発熱体の影響を受けないよう夜間や人のいないときに相対温度誤差の推定を行っていたが、本実施の形態によれば、発熱体の影響を抑制できるため、人がいる昼間など、任意の実行タイミングで相対温度誤差の推定を行うことができる。
また、本実施の形態において、温度分布生成部１６が、隣り合う２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２に関する代表検出温度Ｔ１，Ｔ２の時間変化について一定の相関関係が得られない場合、これら２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２に関する温度差ΔＴを相対温度誤差の推定から除外するようにしてもよい。
これにより、Ｔ１，Ｔ２を検出した温度安定領域Ｖ１，Ｖ２のいずれかまたは両方が、何らかの影響を受けて温度が変化する領域であることが予測でき、このような温度差ΔＴを相対温度誤差の推定から除外できるため、より正確に相対温度誤差を推定することができる。なお、温度差ΔＴについては、隣接する２つの赤外線センサＡＳ１，ＡＳ２の組合せの全てについて必要となるものではない。各赤外線センサＡＳがいずれかの組合せに含まれていれば、すべてのＡＳに関する相対温度誤差を推定できる。
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
１０…温度分布検出装置、１１…センサＩ／Ｆ部、１２…熱画像取得部、１３…記憶部、１４…温度安定領域特定部、１５…温度差計算部、１６…温度分布生成部、１７…通信Ｉ／Ｆ部、２０…空間、３０…上位システム、ＡＳ，ＡＳ１，ＡＳ２…赤外線センサ、Ｌ１，Ｌ２…通信回線、Ｐ１，Ｐ２…熱画像、Ｑ，Ｑ１，Ｑ２…重複領域、Ｖ１，Ｖ２…温度安定領域、Ｔ１，Ｔ２…代表検出温度、ΔＴ…温度差、Ｓ…障害物、Ｈ…発熱体。

Claims (4)

  1. 空間に配置された複数の赤外線センサから熱画像を取得し、これら熱画像から検出した検出温度に基づいて前記空間の温度分布を検出する温度分布検出装置であって、
    前記複数の赤外線センサのうち隣り合う２つの赤外線センサについて、これら赤外線センサの熱画像のうち互いに重複する重複領域における温度分布の変化が基準値より小さい領域を温度安定領域として特定する温度安定領域特定部と、
    前記隣り合う２つの赤外線センサの熱画像のうち、それぞれの前記温度安定領域で検出した代表検出温度の温度差を計算する温度差計算部と、
    前記温度差に基づいて前記複数の赤外線センサの間における相対温度誤差を推定し、得られた相対温度誤差に基づいて前記複数の赤外線センサの熱画像から得られた検出温度を補正することにより、前記空間の温度分布を生成する温度分布生成部と
    を備えることを特徴とする温度分布検出装置。
  2. 請求項１に記載の温度分布検出装置において、
    前記温度安定領域特定部は、前記重複領域のうちから移動する発熱体を検出し、前記重複領域のうち前記発熱体を除いた他の領域における温度分布の変化が基準値より小さい領域を温度安定領域として特定することを特徴とする温度分布検出装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の温度分布検出装置において、
    前記温度分布生成部は、前記隣り合う２つの赤外線センサに関する前記代表検出温度の時間変化について一定の相関関係が得られない場合、これら２つの赤外線センサに関する温度差を前記相対温度誤差の推定から除外することを特徴とする温度分布検出装置。
  4. 空間に配置された複数の赤外線センサから熱画像を取得し、これら熱画像から検出した検出温度に基づいて前記空間の温度分布を検出する温度分布検出装置で用いられる温度分布検出方法であって、
    温度安定領域特定部が、前記複数の赤外線センサのうち隣り合う２つの赤外線センサについて、これら赤外線センサの熱画像のうち互いに重複する重複領域における温度分布の変化が基準値より小さい領域を温度安定領域として特定する温度安定領域特定ステップと、
    温度差計算部が、前記隣り合う２つの赤外線センサの熱画像のうち、それぞれの前記温度安定領域で検出した代表検出温度の温度差を計算する温度差計算ステップと、
    温度分布生成部が、前記温度差に基づいて前記複数の赤外線センサの間における相対温度誤差を推定し、得られた相対温度誤差に基づいて前記複数の赤外線センサの熱画像から得られた検出温度を補正することにより、前記空間の温度分布を生成する温度分布生成ステップと
    を備えることを特徴とする温度分布検出方法。
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