JPH01299488A

JPH01299488A - 生物体検知装置

Info

Publication number: JPH01299488A
Application number: JP63128521A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Ishino; 石野　喜信
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-05-27
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1989-12-04
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JP2823564B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の属する技術分野）本発明は生物体の検知装置に関し、特に生物体からの分
光反射率を可視光および赤外線の面領域にわたる特徴か
ら生物体を検出することに係る。

（従来の技術）反射光の分光強度あるいは分光反射率をもとにした物体
識別は従来から見られ、カラーカメラの色分解機能を利
用したＲＯＢ色度による特定色物体の検出装置などとし
て実用されている。また最近では色フィルタを使用した
小型の３色分解用半導体素子も見受けられる。

物体の種別判定のためには可視領域以外の反射率も有用
な情報として利用され、高空から地表面の利用形態を調
査する場合には、赤外線帯域を含む反射光のスペクトル
情報が用いら九でいる０例えば文献［鈴木光雄、農業に
みるリモートセンシング技術、センサ技術、　Ｖｏｌ、
６　、　Ｎｏ、１．　ｐ３２（１９８６年１月）］では
土壌、岩石、水、雪のほか植生の分光反射率が示されて
おり、特に植生に関しては、反射率が葉の種類、健康度
、含水率の変化を反映するものとして農業の分野で利用
されている。

一方、今後のオフィスや家庭に於けるオートメーション
化では、人間を中心とする生物体を自動検知し、これを
機能の高度化に役立てたいという希望が強まっている。

従来生物体の検出のためには波長５〜ｌＯミクロンの赤
外線に感応動作するセンサが用いられることが多い。し
かし、そのセンサは基本的には発熱体の検出を行うもの
であり、必ずしも生物体に限定される特徴を利用してい
るわけではない。このため誤って生物体以外の発熱体を
も検知するといった問題がある。

（発明の目的）本発明は物体からの分光反射率を可視光および赤外線の
面領域にわたる特徴から、生物体のみを的確に識別検出
することを目的とするものである。

（発明の構成）（発明の特徴と従来技術との差異）本発明は光源からの光の部分波長帯に含まれる強度を測
定する強度測定部を複数の部分波長帯の各々に対応して
備えた分光強度測定手段と、予め設定した検知対象物体
の分光強度の特徴を記録した記憶手段と、前記分光強度
測定手段の出力を前記記憶手段の内容と比較する比較手
段から構成され、任意検知対象物体について前記分光強
度測定手段により得られた分光強度と前記記憶手段の内
容の類似度に応じて、前記比較手段より数値等の類似度
情報を出力するとき、前記強度測定部の中心波長の設定
を規定することを最も主要な特徴とする。

従来の技術とは、生物体による反射光のうち、波長１．
０００ｎｍまでの近赤外線領域のスペクトル特徴に着目
した波長を選定して組み合せ、背景の中から生物体のみ
を的確に識別検知する点が異なる。

（実施例）第１図および第２図は本発明の各実施例を示す。

第１図で、１−１から１−ｎはｎチャンネルの光強度測
定部で、それぞれは互いに異なる中心波長を持った帯域
フィルタ２−１から２−　ｎを備えており、それらの出
力は別々に蓄積部３に蓄積される。すなわち、これらは
全体で通常の分光強度測定部４を構成し、光源６で照明
された物体５の表面からの反射光の分光強度を測定する
。蓄積部３からの出力は比較部８に入力される。記憶部
７には検知対象物体からの分光強度の特徴に関するデー
タが記録されており、比較部８では蓄積部３の出力と記
憶部７の記憶内容とが比較され、その結果両者の類似程
度に関する出力信号が出力端子９に出力される。

第２図は物体５の表面からの反射光が対物レンズ１０を
通過したのち１回折格子２′により分光される場合で、
光強度測定部１−１から１−ｎには互いに異なった波長
の光が入射し、全体で分光強度が測定される。

第１図はカラーカメラのようにチャンネル数が少なく帯
域幅の大きい場合に適した構成であり、第２図はいわゆ
る分光測定器のようにチャンネル数が多く帯域幅の小さ
い場合に適したものである。

第３図は強度測定部１−１．１−２．・・・１−　ｎ等
を半導体光電気変換素子としたもので、それぞれの受光
部は帯域フィルタ２−１．２−２・・・２−ｎ等で覆わ
れている。このような半導体素子は小型で使い勝手もよ
く、ファクトリ−オートメーション（ＦＡ）の分野で色
による部品の選別装置のセンサとして近年多用されてい
る。

このように分光強度測定部４には目的に応じて種々の構
成が実用されているが１本発明はそれらの構成方法自体
には無関係で、後述のように光強度測定部の中心波長の
設定を規定する点に特徴を有する。

また物体５の表面からの反射光の分光強度は物体に固有
の分光反射率と、照明光源の分光強度分布の相乗値とし
て現れるから、蓄積部３が分光強度を出力するものであ
れば、記憶部７には光源の種類毎の特徴が記憶されると
ともに、比較部８に出力される特徴を光源の種類に対応
して選択する機能が必要である。しかしながら、蓄積部
３に二つの蓄積部と、両者間の除算を行う機能とがあれ
ば、初めに物体からの反射光の、ついで標準白色板から
の反射光の分光強度を測定し、これらを別々に蓄積して
置き両者の比を取ることにより、物体に固有の分光反射
率を比較部８に出力することが可能となる。明らかにこ
の場合には記憶部７は分光反射率の特徴のみが記憶され
ていれば十分である。

次に本発明を実施するための中心波長の設定方法とその
効果を、実測結果などを引用して説明する。種々の物質
の分光反射率を、例えば第３図に示した構成の生物体検
知装置を用い、ＪＩＳに示された「１光路の分光測定器
を使用する場合」に準じて測定し、次のような結果が得
られた。

第４図は、Ｊ　Ｉ　Ｓ準拠の標準色票（三属性表示で５
ＹＲ３／２）の場合を示す。図の場合、反射率は可視領
域の波長６００ｎｍで最大で近赤外線の領域１１０００
ｎ付近までほぼ一定である。この他に日常使用する紙類
、木材、皮革類、布地、プラスチックス、塗装金属面な
ど非生物体ではいずれの場合にも反射率は、波長７５０
〜１０００ｎｒａの範囲で一定か。

または波長が増すとともに増加する特性を示すことが認
められた。

これに対して、生物体として、人間の皮膚、魚肉、果物
類の表面の場合には、反射率が７５０〜８００ｎｍ付近
で極大値を取るが、それ以上の波長では減少し、波長９
７Ｏｎｍ付近で極小値をとることが分かった。人間の皮
膚の値と、上記色票の値とを第１表に示す。

この表では各波長４５４．５３４．６１４ならびに９７
４ｎｍに於ける反射率を８００ｎ＋ｍに於ける反射率で
規格化した値が示されている。ちなみに前３波長は、Ｎ
ＴＳＣ方式のカラーテレビに於ける３原色の中心波長に
ほぼ等しい。表のように生物体の場合には９７４ｎｍの
反射率が非生物の場合により小さくなることが特徴での
この事実を生物体の検出に利用することが本発明の要点
である。

なお、比較のために、３原色に於ける反射率を規格化し
たものを第２表に示す。

また１周知のように全反射率は各波長毎に対象物体の反
射光強度の光源の強度の比を取ったものであるが、上記
のような規格化は対象物体と光源の距離の影響を除く効
果がある。

分光反射率の差異に基づいて生物体の検出は、第１表の
数値を要素とするベクトルの類似度判定により行うこと
となるが、その具体的手順を、人間の皮膚の場合を例に
取り以下に述べる。

（ア）ベクトル間の距離としてはユークリッド距離を初
めとして、数種類の概念が定義されているが１個々では
要素間の相関を取り込むことが可能なマハラノビス平方
距離を用いた。

（イ）人間の皮膚の母集団ベクトルを求めるため、合計
３５人については分光反射率を実測し、個々のデータか
ら第１表に示したような要素をそれぞれ抽出した。これ
ら３５例から、皮膚の母平均ベクトルと母分散・共分散
マトリクスを算出した。

（つ）任意の供試ベクトルと、皮膚の母平均ベクトルの
間のマハラノビス平方距離りを、母分散・共分散マトリ
クスを用いて算出した。Ｄがカイ２乗分布に従うことを
利用して供試ベクトルと、母平均ベクトルの類似度に関
する帰無仮説検定を行った。

マハラノビス平方距離りの算出結果を第５図に示す。同
図で縦軸はＤを表す。横軸（ａ）は有意水準％に対応す
るＤ値を表している。（ｂ）は標準色票のＤ値を示す部
分、（ｃ）は皮膚以外に測定した物質等のＤ値である。

この場合、掌と果物は有意水準９９％で皮膚との差があ
るとは認められないという結果が得られたが、標準色票
については、測定した７３例全てが、有意水準９９％皮
膚と識別されたことが分かる。

これらに対して、第６図は前記第２表のような３原色の
反射率を要素とするベクトルを考え、やはりＤ値による
検定を行った結果であり、可視領域に於ける分光反射率
が皮膚のそれに近い皮革の場合のＤ値が第５図よりも小
さくなり、又皮膚に近い色の３種の色票については皮膚
との識別が不可能という結果となっている。しかし、こ
れらについても、赤外線領域に於ける生物体の特徴を考
慮した類似度検定を実施すれば生物体か否かの区別をつ
けることが可能となり、このことによって第５図に見ら
れるような皮膚との識別を行うことができた。

以上述べたように本発明のよる生物体検知装置では、赤
外線の特定の波長領域の反射率に生物体と非生物体の間
で明確な差異のあることに着目し、この波長領域を分光
測定部の中心波長に含めた構成としたので、生物体の識
別検出を高い精度で行うことができる。

上記の検定例では赤外線領域で二つの中心波長を設定し
て、これを可視領域のスペクトル情報と併用する場合を
示した。しかし、上記作用の説明のように生物体の識別
のためには赤外線領域の２波長の強度比が要点となって
いるから、これのみを用いる構成としてもよい。可視領
域の情報は検出精度をさらに高めるための効果を持つこ
とはいうまでもない。また可視領域と併用する場合には
。

赤外線領域の波長を波長！１７４ｎｍの唯ひとつとし又
も本発明による効果は変わらない。

本発明の応用例として、カメラにより得られた画像から
人間等の特定の生物体を検出する場合が考えられる。こ
の目的のため、従来手法による場合には、可視領域のカ
ラーカメラ画像中から対象物体に対応した特定の色度座
標部分を抽出することになる。しかし、人間の肌を検出
する場合を例に取ると、日常の情景中には茶系の壁、家
具など人肌に類似した色度を持つ物体は多く見られるか
ら、肌の部分のみを高い精度で抽出することは一般には
困難である。このような場合に本発明のように赤外線領
域への強度測定帯域の追加、具体的には赤外線カメラに
よる画像を追加することによって、前述で効果を示した
ように非生物体を除外することが可能となり、検出精度
を飛躍的に高めることができる。赤外線情報のみによる
場合には夜間等での検知にも使用できる。これらの結果
、オフィス／ホームオートメーションやセキュリティ分
野への効果的な応用が期待できる。

なお、本発明では赤外線領域を１００Ｏｒ＋ｍ以下に限
定したが、このことは第３図で述べた半導体素子を用い
る場合の装置構成上の利点となっている。

すなわち、シリコン素子のような量子型の光電気変換素
子は、高感度かつ高応答速度であるため広く使用されて
いる。しかしこの特性は波長ＬＯＯＯｎｍ以下の場合で
あり、それ以上の長波長では感度が急激に低下する。従
って、対象波長を１１０００ｎ以下とすることにより、
第３図の構成ですべての強度測定部を同じ材質とし、帯
域フィルタのみを異ならせればよく、このことは実用上
の大きな利点である。

（発明の効果）以上のべたように本発明は、赤外線の特定の波長領域の
反射率に生物体と非生物体の間で明確な差異のあること
に着目し、この波長領域を分光測定部の中心波長に含め
た構成により、生物体の識別検出を高い精度で行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の各実施例のｔＪ成図、第
４図は標準色票の分光反射率測定の一例、第５図は皮膚
を検知対象として本発明を実施した場合の識別結果を示
す図、第６図は同じ検知対象について従来手法を適用し
た場合の識別結果を示す図である。１−１〜１−ｎ　　・・・光強度測定部、　２−１〜２
−ｎ　　・・・中心波長の異なる帯域フィルタ、　３・
・・分光放射強度の蓄積部、４　・・・分光強Ｋａ＋ｉ
定部、　５　・・・測定対象物体、　６　・・　光源、
　７・・−測定対象物体の反射率情報の記憶部、　８・
・・比較部、９　・・・出力端子、　２′・・・回折格
子、１０・・・　レンズ。特許出願人　日本電信電話株式会社第２図４ケ丸弧度涜・〕良仲第３図粗第４図貧丸反射つ相対ヤ □濾長第５図有倉水７　　　　　　保工ＰＪ工　　　　灰層以外ｔ【
矛まし１；力田ｌ第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源からの光の部分波長帯に含まれる強度を測定
する強度測定部を複数の部分波長帯の各々に対応して備
えた分光強度測定手段と、予め設定した検知対象物体の
分光強度の特徴を記録した記憶手段と、前記分光強度測
定手段の出力を前記記憶手段の内容と比較する比較手段
から構成され、任意検知対象物体について前記分光強度
測定手段により得られた分光強度と前記記憶手段の内容
の類似度に応じて、前記比較手段より数値等の類似度情
報を出力するときの前記複数の部分波長帯は、赤外線領
域を２以上に設定したことを特徴とする生物体検知装置
。
（２）光源からの光の部分波長帯に含まれる強度を測定
する強度測定部を複数の部分波長帯の各々に対応して備
えた分光強度測定手段と、予め設定した検知対象物体の
分光強度の特徴を記録した記憶手段と、前記分光強度測
定手段の出力を前記記憶手段の内容と比較する比較手段
から構成され、任意物体について前記分光強度測定手段
により得られた分光強度と前記記憶手段の内容の類似度
に応じて、前記比較手段より数値等の類似度情報を出力
するときの前記複数の部分波長帯の１以上は可視領域に
あり、かつ１以上は赤外線領域にあることを特徴とする
生物体検知装置。