JP2001133561A - 像の検出方法及び検出装置 - Google Patents
像の検出方法及び検出装置Info
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Abstract
体の位置及び/又は移動を検出するのに使用され、アレ
イの明らかな解像度を増加させる像の検出方法及び検出
装置を提供する。 【解決手段】 一つの材料から構成され、アレイに物体
像を作るための光学システムを持つ、ピロ電気検出器ア
レイ中の1個の検出器の視界内の像の位置及び移動の少
なくとも一方を決定する方法は、サブ画素サイズの像を
含む第1検出器の位置を検出し、前記第1検出器を中に
して互いに反対側に位置する他の1対の検出器を選択
し、選択された各1対の検出器の各々からの信号の大き
さを比較し、その比較結果を使用して前記第1検出器内
の像の位置及び移動の少なくとも一方を決定する。
Description
イを用いて物体の位置及び/又は移動を検出する方法及
び装置に関する。本発明はピロ電気検出器のアレイによ
り以下に説明されるが、放射検出器を幾つかの他のアレ
イに同等に適用できる。
気センサは、上面および下面に電極を持つ一つの薄いピ
ロ電気材料からなっている。ピロ電気材料には、入射
(熱)エネルギーの変化を、信号処理用の適切な増幅器
を介して、電極から取り出し得る電気信号に変える特性
がある。
一つは、侵入者検出器および移動に触発される自動投光
器に使用される受動赤外線(PIR)検出器である。従
来のPIR検出器では、以下に詳述するように、視界を
定義し移動する人による変調信号を送る光学装置ととも
に少数のピロ電気センサが使用される。この装置では、
検出器の視界内の物体の位置を決定することができない
結果となり、またその検出方法を適用する全視界内に隙
間が生じて、盲点となる。
ピロ電気検出器のアレイと一体型光学システムに交換す
ることにより解決される。アレイの近接する検出器間の
物体の移動を追跡することにより、検出器に対する物体
の角度位置が分かる。この検出方法もまた以下に概説さ
れる。アレイを使用することによりまた、視界全体を通
して連続的な有効範囲を提供する。
出器の視界内の物体の移動の検出を可能にすることによ
り、アレイを基礎とする検出器の機能を高めるための手
段を提供する。
たは4個の高感度検出器を持つピロ電気センサ、これら
の検出器の視界を定義する光学装置、増幅器及び信号処
理回路から構成されるのが普通である。
うな幾つかの指状の検出区域にセンサの視界を向けるよ
うに配置されたレンズセグメントのアレイである。ピロ
電気センサに信号検出器がたった1個しかない場合、各
レンズセグメントは一つの検出区域を投影するが、ピロ
電気検出器が2個以上ある場合、各レンズセグメントは
センサ内の各検出器の検出区域を投影する。図1(a)
は最も一般的な配置を示し、センサ1内に検出器が2個
あり、各レンズセグメントA、B、C、D、Eは1対の
検出区域を投影する。有効範囲パターンの隙間は、これ
らの検出区域間に見受けられる。
集束されると正の信号を送り、熱が他方に集束されると
負の信号を送るように配置される。図1(a)に示され
たように、各レンズセグメントは1対の検出区域を投影
し、一つは正の検出、もう一つは負の検出である。ピロ
電気センサの性質は、入射放射の変化を検出するが固定
状態の放射を無視する。
矢印Xの方向に横切るとき、一つの検出区域内にいれ
ば、人からの放射(熱)が検出され、またこれらの区域
間の隙間に移動すると失われる。この過程では、人の固
定熱出力を、人が検出区域間にいる際に発生し、隙間で
無くなり、正および負の信号の変調列に変換する。この
変調信号が人と一致する大きさおよび時間特性を示す場
合、警報信号が検出器により発生される。レンズセグメ
ントの全ての検出区域が同一検出器に投影されるため、
どのレンズセグメントを通してエネルギーが集束されて
いるかを識別することができず、物体の位置は識別され
ない。人が検出区域の一つまたは隙間の一つ内で移動す
る場合、例えば検出器に向かって移動する場合、変調は
放射エネルギーに適用されず、人の移動は検出されな
い。
ーのアレイと交換されることが多いが、これらは光学的
に同等であるため、検出方法は本質的に同じである。
ンズの焦点面にアレイを配置することにより、視界全体
が通常のカメラの場合と同様に決定される。5×5の正
方形に配置された25個の検出器のアレイを使用するセ
ンサを考慮すると、視界が球面レンズを通ってこのアレ
イに集束されると、正方形パターンの25個の「画素」
に分割され、このアレイに合致する(図2(b)参
照)。それはあたかも視界全体が正方形の格子状に細分
された板(grid:以下、グリッドと略称する)にか
ぶせるように見え、アレイの各検出器はグリッドA1、
A2...B1、B2などの一つの正方形を観察する。
従来のピロ電気センサとは反対に、アレイ(画素)の各
検出器の視界は隣接するものと接触し、視界全体を通し
て連続的に有効範囲を提供する。
めの明らかな方法は、一つの検出器の視界から別の検出
器の視界への物体(または物体端部)の移動を検出する
ことである。これにより、アレイの各検出器により範囲
が定められた視界サイズに検出プロセスの解像度が制限
される。90°の視界で球面レンズの焦点に配置された
15×15のアレイの場合、各検出器の視界は検出器か
ら10m離れたところで、約1m幅の円弧に対する。こ
の画素内の物体移動はどれも検出されないため、物体の
指定移動量を検出する必要があるとき、これは要求され
る有効レンジに制限される。検出器が人の0.5m未満
の移動で警報を発生するよう要求された場合、上記の検
出器は5m未満に制限された有効レンジを持つ。この課
題はある応用領域の規定要件を満たす際に重要である。
の視界内の物体の位置及び/又は移動を検出するのに使
用され、アレイの明らかな解像度を増加させる。本発明
はまた、変調出力エネルギーを持つ静止物体と、中間位
置で振動する物体を区別するための機構を提供する。
適切な材料から構成されたアレイに適用され、アレイを
構成するのに使用する材料本体を通して近接検出器に拡
散される、アレイの1個の検出器に集束されたエネルギ
ーを利用する。このエネルギー拡散では、以前から像の
鮮明度を低減するような検出器の負の特性が考慮されて
きた。本発明は、この負の特性をこの検出器アレイの機
能を拡大する利点に変えるものである。
イに物体像を作るための光学システムを持つ、ピロ電気
検出器アレイ中の1個の検出器の視界内の像の位置及び
移動の少なくとも一方を決定する方法であって、(a)
サブ画素サイズの像を含む第1検出器の位置を検出し、
(b)前記第1検出器を中にして互いに反対側に位置す
る他の1対の検出器を選択し、(c)選択された各1対
の検出器の各々からの信号の大きさを比較し、(d)そ
の比較結果を使用して前記第1検出器内の像の位置及び
移動の少なくとも一方を決定する、像の検出方法を提供
する。
ない像を位置付けるための従来技術で公知の方法、例え
ば米国特許第5,229,594号のvilaireら
による方法などが多くあるため、上記(a)を達成する
ための方法はここに記載されない。以下の説明で、像は
特記しない限りサブ画素サイズとする。
テップ(c))は、第1検出器のいずれか一方の面で互
いに反対側に位置付けられた2個の検出器からの信号の
割合を決定することから成る。像がこれらの検出器の間
の中間にある場合、割合は等しく、また像が1個の検出
器に近づく場合、割合はその検出器に有利になるように
増大し、もう一方の検出器ではこれに対応して減少す
る。
の割合を平均することにより、第1検出器を中にして互
いに反対側に位置する1対の検出器の信号を比較するこ
とにより、第1検出器の視界内の物体の正味移動を決定
するのに使用される。第1検出器の視界の中間位置で振
動する物体は、信号を物体の振動周期より著しく長い周
期にわたって平均する場合、近接した1対の検出器から
の信号の等しい割合を生じる。
手段を持つ検出器を提供する。
実施形態に基づいて詳細に説明する。
れ、電極は適切な電極材料の配置により形成された、簡
単なピロ電気検出器アレイを示す。共通電極11は上面
に形成され、アレイの個々の検出器は下面に分割された
個別電極12により形成される。使用時、アレイは一般
的な場面を観察し、その場面からのエネルギーは適切な
光学部品によりアレイに集束される。1個の検出器に集
束されたエネルギー13は、材料の横方向に拡散し、近
接検出器に信号を発生する。
により簡単な構成で説明され、長方形グリッドは5×5
アレイを示し、縦列は1〜5、横列はA〜Eと表示され
ている。
3)に集束される場合、エネルギーは近接検出器(B
2、B3、B4、C2、C4、D2、D3およびD4)
に拡散する。エネルギーがC3の中心に集束される場
合、互いに反対側に位置する1対の近接検出器(C2/
C4、B2/D4、B3/D3、およびB4/D2)の
各検出器は等しい信号を持つ。対角対(B2/D4およ
びB4/D2)の信号の大きさは、C3からの異なる経
路長のため、垂直および水平対(C2/C4およびB3
/D3)のものと異なるが、これらの信号の割合は同じ
である。検出器C3に入射するエネルギーの焦点はその
検出器の1端部に対して、例えば検出器C2に向けて偏
位させる場合、エネルギーがその面で検出器にさらに拡
散する。従って、検出器C2とC4から発生した信号は
もはや等しくなく、検出器C2からの信号は検出器C4
からの信号よりも大きい。もう一方の1対の近接検出器
の割合で一致して変化が生じる。これらの1対の検出器
からの信号の割合を比較することにより、検出器C内の
入射エネルギーの焦点位置が計算される。
の視界を横切る物体検出は、図3により簡単な構成で説
明される。ピロ電気材料内の熱拡散長さが、検出器ピッ
チとほとんど同じであるとする。物体がC3の視界を通
過する時の3個の検出器C2、C3およびC4からの出
力信号変化は、アレイ下に示される。
像を考慮する。像が検出器の視界内に入った時、出力信
号が発生する。拡散効果が無い場合、信号は像が検出器
の境界を横切ったとき突然発生し、像が検出器を横断す
る際固定レベルに留まり、像が検出器の視界から出ると
き、再び突然初期値に戻る。
2を横切る間、図3の縦列2の下のセクションのC3の
出力プロットに見られるように、拡散効果のため、効果
的に像より先に起こる信号は検出器C3から現れ始め
る。この信号は、像がこれらの検出器間の境界を横切る
際最大値に達するまで、像がC2とC3間の境界に近づ
く際固定的に発生する。この信号レベルは像がC3の視
界を横切る際維持され、再び信号拡散効果により、信号
がC3を離れてC4を横切る際降下する。
位置「a」にて、C3からの信号は最大値にちょうど達
したばかりで、C2からの信号は降下し始めて、C4か
らの信号は上昇し始める。像が位置「b」と「c」を移
動する際、C3からの信号値に変化は無いが、C2とC
4からの信号はそれぞれ降下、上昇し続ける。像が視界
の中心位置「b」にあるとき、C2とC4からの信号は
等しく、位置「c」ではC2とC4からの信号により位
置「a」と比較してこれらの値は逆になる。この表現で
は、像がC3の視界に入ったとき、割合C2:C4は約
9:1となり、中間位置では1:1という直線状にな
り、像が視界を出るとき1:9となる。対向する1対の
検出器C2とC4からの信号の割合を比較することによ
り、物体がC3の視界を横切る間、C3の視界内の物体
位置が計算されるということがわかる。このプロセスが
物体検出器C2/C4、B2/D4、B3/D3、およ
びB4/D2に近接した対向する四対の検出器の全てに
等しく適用されるため、どの方向でも移動が検出され
る。
法はまた、エネルギー出力が変動しピロ電気検出器に対
して可視的になる静止物体と、移動物体を区別するため
の手段を提供する。上記したように、アレイ中の1個の
検出器の視界から出入りする移動物体は、その検出器に
入射されたエネルギー変化を発生する。しかし、変動エ
ネルギー出力を持つ静止物体はまた、その検出器に入射
したエネルギー変化を発生する。本発明の方法を適用す
ることにより、変動放射で移動物体と静止物体とを区別
することができる。移動物体の場合、入射エネルギーを
受ける検出器を中にして互いに反対側に位置する1対の
検出器の少なくとも一つからの信号の割合が、検出器の
視界を移動することにより前記したように変化する。第
1検出器の視界内に静止する変動エネルギー出力を持つ
物体の場合、第1検出器からの信号は変動とともに変化
するが、第1検出器を中にして互いに反対側に位置する
1対の検出器からの信号の全ての割合は一定のままとな
る。これは第1検出器の入射エネルギーの焦点が定位置
に留まり、近接検出器に拡散するこのエネルギーの割合
が一定のままであるからである。
界を移動する物体と他の物体の区別は、振動移動し、視
界を横切る正味移動を示さない物体、例えば揺れる電球
を識別することにより、さらに高められる。区別はま
ず、入射放射を受ける検出器を識別し、軸が物体移動に
本質的に平行な第1検出器付近の対向する1対の検出器
を選択することにより達成される。対向する1対の要素
からの信号の割合を、物体の振動周期よりも著しく長い
周期にわたって平均する。一方向の揺れにより達成され
た移動が戻し揺れの移動によりほとんど相殺されるた
め、視界を移動する物体と比較して、振れる物体はある
一定の周期にわたってごく少量の平均移動を示す。
れる別の機能は、前記静止物体による移動開始の初期検
出である。アレイのピロ電気検出器は静止物体に反応し
ないが、上記の同一機構により、近接して互いに反対側
に位置する1対の検出器にて、物体が移動し始めるとす
ぐに信号が現れる。この手段により、物体移動開始は第
1検出器の視界から離れる前に検出される。
で発生した信号の大きさは、物体とその背景間の温度差
に比例する。
プロセスの入射放射を受ける検出器付近で互いに反対側
に位置する1対の検出器からの信号の割合が使用される
ため、このプロセスは従来の検出方法による通常よりも
背景温度変化の効果に反応しない。入射放射を受ける検
出器からの信号と、互いに反対側に位置する検出器から
の信号の割合を決定することにより、物***置について
の一部の情報を得ることができる(割合が高ければ高い
ほど、物体は近接検出器に近づく)が、この計算は第1
検出器の像の大きさと位置から生じるエラーに対して影
響を受けない。
出区域の概略図と、これらの区域を横切る人の移動によ
り発生した一般電気信号を示す図。
出器の概略断面図と、大きな物体を観察する同一検出器
の平面図。
とともに検出器の5×5アレイを示す図。
Claims (7)
- 【請求項1】一つの材料から構成され、アレイに物体像
を作るための光学システムを持つ、ピロ電気検出器アレ
イ中の1個の検出器の視界内の像の位置及び移動の少な
くとも一方を検出する方法であって、(a)サブ画素サ
イズの像を含む第1検出器の位置を検出し、(b)前記
第1検出器を中にして互いに反対側に位置する他の1対
の検出器を選択し、(c)選択された各1対の検出器の
各々からの信号の大きさを比較し、(d)比較の結果を
使用して前記第1検出器内の像の位置及び移動の少なく
とも一方を検出する、 像の検出方法。 - 【請求項2】ステップ(c)が比較されている信号の割
合を決定する請求項1に記載の像の検出方法。 - 【請求項3】請求項1のステップが繰り返して適用さ
れ、結果の連続が像移動の速度及び方向の少なくとも一
方の計算に使用される請求項1又は2に記載の像の検出
方法。 - 【請求項4】前記比較結果が検出器の視界内で移動する
物体と、強度が変化する静止物体の区別に使用される請
求項3に記載の像の検出方法。 - 【請求項5】前記比較結果が前記検出器対を結合する線
方向に物体の正味移動を決定するのに使用される請求項
3に記載の像り検出方法。 - 【請求項6】前記比較結果が前記静止物体の移動開始を
検出するのに使用される請求項3に記載の方法。 - 【請求項7】一つの材料から構成されるピロ電気検出器
のアレイと、 前記アレイに物体像を作るための光学システムと、 サブ画素サイズの像を含む第1検出器の位置を検出する
手段、第1検出器を中にして互いに反対側に位置する他
の1対の検出器を選択する手段、選択された各1対の検
出器の各々からの信号の大きさを比較する手段及びこの
比較結果から検出器内の像の位置を決定するための手段
から成るサブ画素サイズの像の位置を決定する手段と、 を備えた像の検出装置。
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