JP2011204643A - Lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明システムに関するものである。 The present invention relates to a lighting system.
従来、例えばフォトダイオードなどの明るさセンサによって照明器具による照明領域の明るさを検知し、照明器具の調光レベルを調整することで照明領域の明るさを一定に保つ照明システムが提供されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been provided an illumination system that keeps the brightness of an illumination area constant by detecting the brightness of an illumination area by a lighting fixture using a brightness sensor such as a photodiode and adjusting the dimming level of the lighting fixture. .
この種の照明システムにおいては、まず初期設定として、予め外光の入射しない環境で照明領域が適切な明るさとなるように照明器具の光出力を設定し、その時のフォトダイオードからの出力電圧を目標値として不揮発性メモリなどに記憶させる。その後、実際に運用が開始され、外光が窓から入射して照明領域が明るくなると、フォトダイオードからの出力電圧が上昇するので、照明制御回路によって照明器具の調光レベルを下げるよう制御が行われる。また、窓から外光が入射しなくなって照明領域が暗くなると、フォトダイオードからの出力電圧が低下するので、照明制御回路によって照明器具の調光レベルを上げるよう制御が行われる。これらの制御を目標値から所定の誤差範囲(通常、数%程度)に収まるまで行うことで、適切な明るさを保つようにしている。 In this type of lighting system, as an initial setting, the light output of the luminaire is set in advance so that the illumination area has an appropriate brightness in an environment where no external light is incident, and the output voltage from the photodiode at that time is set as a target. The value is stored in a nonvolatile memory or the like. After that, when the operation is actually started and the illumination area becomes brighter when external light enters from the window, the output voltage from the photodiode increases, so the lighting control circuit controls the lighting device to lower the dimming level. Is called. Further, when the outside light is no longer incident from the window and the illumination area becomes dark, the output voltage from the photodiode is lowered. Therefore, the illumination control circuit performs control to increase the dimming level of the luminaire. By performing these controls from the target value until it falls within a predetermined error range (usually about several percent), appropriate brightness is maintained.
ところで、フォトダイオードからの出力電圧は、照明領域の明るさが同じ場合であっても、被照射面の反射率が違えば、異なる出力電圧となる。すなわち、照明領域の反射率が高い場合には出力電圧は高く、反射率が低い場合には出力電圧が低くなる。ここで出力電圧が高くなると、照明制御回路にて処理可能な信号レベルを超える可能性があり、また、出力電圧が低くなると、照明制御回路における分解能が低下して、正常に調光レベルの制御を行うことが出来ない可能性がある。 By the way, even if the brightness of the illumination region is the same, the output voltage from the photodiode becomes a different output voltage if the reflectance of the irradiated surface is different. That is, when the reflectance of the illumination area is high, the output voltage is high, and when the reflectance is low, the output voltage is low. When the output voltage increases, the signal level that can be processed by the lighting control circuit may be exceeded. When the output voltage decreases, the resolution in the lighting control circuit decreases, and the dimming level is controlled normally. May not be possible.
そこで、この種の照明システムでは、フォトダイオードからの出力電圧のゲインを制御し、照明制御回路に入力される信号レベルが正常な範囲に収まるよう調整している。具体的には、図7に示すように、まず最も高いゲインであるゲインg1でフォトダイオードからの出力電圧を測定し、この値が所定値を超えている場合には、ゲインg1よりも低いゲインに設定されたゲインg2で出力電圧の測定を行う。ゲインg2でも出力電圧が所定値を超える場合には、さらに低いゲインに設定されたゲインg3で出力電圧の測定を行い、照明制御回路が処理可能な信号レベルの信号を入力する。このようにすることで、反射率や目標とする明るさが異なる場合であっても、適切な明るさに照明領域が保たれている。 Therefore, in this type of illumination system, the gain of the output voltage from the photodiode is controlled so that the signal level input to the illumination control circuit falls within a normal range. Specifically, as shown in FIG. 7, first, the output voltage from the photodiode is measured at the gain g1, which is the highest gain, and if this value exceeds a predetermined value, the gain is lower than the gain g1. The output voltage is measured with the gain g2 set to. If the output voltage exceeds the predetermined value even with the gain g2, the output voltage is measured with the gain g3 set to a lower gain, and a signal having a signal level that can be processed by the illumination control circuit is input. By doing so, the illumination area is maintained at an appropriate brightness even when the reflectance and the target brightness are different.
ところで近年、人体を検知して点灯・消灯の切り替えを実現するため、照明領域に設けられた撮像領域を撮像するカメラを備えた照明システムが提案されている。このような照明システムでは、フォトダイオードのような明るさセンサの代わりとして、カメラを用いて照明領域の明るさを検出して、照明器具の調光レベルが調整されているものもある(例えば、特許文献1)。 By the way, in recent years, an illumination system including a camera that captures an imaging region provided in an illumination region has been proposed in order to detect a human body and realize switching between lighting and extinguishing. In such a lighting system, instead of a brightness sensor such as a photodiode, the brightness of an illumination area is detected using a camera, and the dimming level of the lighting fixture is adjusted (for example, Patent Document 1).
ところで、一般的にカメラは、CRTや液晶パネルなどの表示デバイスと組み合わせて使用することがほとんどである。これらの表示デバイスは、γ特性値が2.0前後であるので、表示デバイスに撮像画像を表示した際に輝度や色合いの再現性を高めることを目的として、一般的なカメラのγ特性値は0.5程度に設定されている。 Incidentally, in general, a camera is mostly used in combination with a display device such as a CRT or a liquid crystal panel. Since these display devices have a γ characteristic value of around 2.0, for the purpose of enhancing the reproducibility of luminance and hue when a captured image is displayed on the display device, the γ characteristic value of a general camera is It is set to about 0.5.
このようなカメラを、上述のような照明システムに用いた場合、照明領域の明るさと撮像画像の平均画素値との関係は正比例にはならず、従来の照明領域の反射率に応じてゲインを段階的に変更する単純な制御を適応することは出来なかった。 When such a camera is used in an illumination system as described above, the relationship between the brightness of the illumination area and the average pixel value of the captured image is not directly proportional, and the gain is set according to the reflectance of the conventional illumination area. A simple control that changes in stages could not be applied.
また、上述のようなゲインを段階的に変更する単純な制御の場合、照明領域の目標とする明るさが同じであっても、目標とするフォトダイオードからの出力電圧は図7のVAとVDのように大きく異なる場合がある。そのため、出力電圧がVBの場合(すなわち、反射率が高い場合)には、目標とする出力電圧がVAの場合(すなわち、反射率が低い場合)と比べて、調光制御回路に入力される入力信号の分解能が低く、上述の誤差範囲が狭くなるという問題があった。 Further, in the case of simple control in which the gain is changed stepwise as described above, the output voltage from the target photodiode is VA and VD in FIG. 7 even if the target brightness of the illumination area is the same. There are cases where it is very different. Therefore, when the output voltage is VB (that is, when the reflectance is high), it is input to the dimming control circuit compared to when the target output voltage is VA (that is, when the reflectance is low). There is a problem that the resolution of the input signal is low and the above-described error range is narrowed.
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、照明器具によって照明される被照射面の反射率によらず、調光制御に用いられるセンサ信号が所定の分解能を有する照明システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and the object of the present invention is that the sensor signal used for dimming control is a predetermined signal regardless of the reflectance of the irradiated surface illuminated by the lighting fixture. It is to provide an illumination system having a resolution.
上記目的を達成するために、第1の発明では、照明器具と、照明器具によって照明される被照射面を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、撮像信号のγ特性を補正するγ特性補正手段と、撮像信号の感度を補正する感度補正手段と、γ特性及び感度の補正がされた映像信号に基づいて、照明器具による照明領域の明るさを示す明るさ指標を出力する明るさ指標生成手段と、明るさ指標が所定の明るさ目標値に対して、所定の範囲内に収まるよう照明器具の調光レベルを制御する照明制御手段とを備え、γ特性補正手段及び感度補正手段は、照明領域の明るさと明るさ指標とが正比例の関係となり、且つ、照明領域が所望の明るさである際に、明るさ指標が明るさ目標値となるよう撮像信号の補正を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a lighting fixture, an imaging device for imaging an irradiated surface illuminated by the lighting fixture and outputting an imaging signal, and a γ characteristic for correcting the γ characteristic of the imaging signal. A brightness index that outputs a brightness index that indicates the brightness of the illumination area by the luminaire based on the correction means, the sensitivity correction means that corrects the sensitivity of the imaging signal, and the video signal that has been corrected for the γ characteristic and the sensitivity A generation unit, and an illumination control unit that controls a dimming level of the luminaire so that the brightness index is within a predetermined range with respect to a predetermined brightness target value, and the γ characteristic correction unit and the sensitivity correction unit are The imaging signal is corrected so that the brightness index becomes a brightness target value when the brightness of the illumination area is directly proportional to the brightness index and the illumination area has a desired brightness. And
第2の発明では、第1の発明において、明るさ目標値は、明るさ指標の最大値に対して、略50%の値となるように設定されることを特徴とする。 According to a second aspect, in the first aspect, the brightness target value is set to be a value of about 50% with respect to the maximum value of the brightness index.
本発明によれば、照明器具によって照明される被照射面の反射率によらず、調光制御に用いられるセンサ信号が所定の分解能を有する照明システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an illumination system in which a sensor signal used for dimming control has a predetermined resolution regardless of the reflectance of an irradiated surface illuminated by a lighting fixture.
以下に本発明の実施の形態を図面(図1〜図6)に基づいて説明を行う。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings (FIGS. 1 to 6).
本実施の形態にかかる照明システムは、図2に示すように、例えば天井面に設置され下方を照明領域とする照明器具3と、照明領域の一部を撮像領域とするカメラ1と、カメラ1からの出力に基づいて照明器具3を制御する照明制御装置2とを備える。
As shown in FIG. 2, the lighting system according to the present embodiment includes, for example, a
照明器具3は、例えば蛍光ランプなどを光源(図示せず)と、光源の点灯電力を位相制御することで調光レベルを調整する調光回路(図示せず)とを備える。また照明器具3は、有線もしくは無線により照明制御装置2から送信される調光信号を受信可能としており、受信した照明制御装置2からの調光信号に基づいて、点灯、消灯、及び、調光レベルの調整などを行う。
The
照明制御装置2は、図1に示すように、カメラ1からの出力に基づいて照明器具3の調光レベルを調整するための照明制御部21と、照明領域の快適な明るさを示す明るさ目標値を記憶する記憶部とを備える。また照明制御装置2は、例えば、リモコン送信機能付きの照度計(図示せず)から送信される無線信号を受信して、無線信号に含まれる照度を照明制御部21に出力する受信部23とを備える。なお、リモコン送信機能付きの照度計及び、照度計と受信部23との間で行われる無線通信については、既知の技術であるので説明を省略する。
As shown in FIG. 1, the
記憶部22は、例えばEEPROM(Electical Erasable Programable ROM)などの不揮発性メモリであり、明るさ目標値として画素値αが記憶される。この画素値αは、後述する初期設定時において、カメラ1から出力される映像信号から求めた平均画素値であり、照明制御部21によって記憶される。
The
照明制御部21は、カメラ1から入力される映像信号の平均画素値を求め、この平均画素値を明るさ指標値とし、記憶部22に記憶された画素値αと比較して、照明器具3の調光レベルを調整する調光信号を照明器具3に出力する。より具体的には、照明制御部21は、映像信号から求めた平均画素値が記憶部22に記憶された画素値αよりも高い場合には、照明器具3の調光レベルを下げる調光信号を照明器具3に送信する。また上記の平均画素値が記憶部22に記憶された画素値αよりも低い場合には、照明器具3の調光レベルを上げる調光信号を照明器具3に送信する。照明制御部21は、上記の平均画素値と画素値αとの差が所定の許容範囲内に納まるまで、上述の動作を繰り返し行うことで、照明領域の明るさを所望の範囲に保つ。
The
カメラ1は、カメラ1を総合的に制御する制御部15と、例えばCMOSセンサなどの撮像素子11とを備え、撮像素子11の検知範囲が図2に示す撮像領域となるように設置されておいる。所定の周期ごとに撮像領域を撮像して撮像素子1から出力される映像信号は、カメラ1が備えるγ特性補正部12及び感度補正部13により補正され、照明制御装置2に出力される。
The
ここで、撮像素子11に入射される光は、照明器具3により照明される被照射面で反射した光であるので、撮像素子11から出力する映像信号は、照明領域が同じ明るさでの場合であっても被照射面となる床面の反射率によって異なる。すなわち、被照射面である床面の反射率が大きければ映像信号の出力は大きく、また、床面の反射率が小さければ映像信号の出力は小さくなる。
Here, since the light incident on the
γ特性補正部12は、後述の制御部15からの制御信号に含まれる基準γ特性値に基づいて動作し、撮像素子11から入力される映像信号のγ特性を補正して、感度補正部13に出力する。
The γ
感度補正部13は、後述の制御部15からの制御信号に含まれる基準感度値に基づいて動作し、γ特性補正部12から入力されるγ特性補正後の映像信号を所定の倍率で増幅することで、映像信号の感度を補正して後述の露光時間補正部15に出力する。
The
またカメラ1は、制御部15からの制御信号に含まれる基準露光値に基づいて動作する露光時間補正部14を備え、例えば、撮像素子11に設けられたアイリス(図示せず)をモータ等で開閉駆動することで、適正露出となるように制御を行っている。より具体的には、感度補正部13から入力される撮像信号から、垂直同期期間ごとに画像の明るさを示す測光値を検出し、この測光値が制御信号に含まれる基準値となるように、アイリスを開閉駆動している。
In addition, the
またカメラ1は、例えばEEPROMなどの不揮発性メモリからなる記憶部16を備え、記憶部16には制御部15により上述の制御信号を生成するのに必要な基準γ特性値、基準感度値、及び、基準露光値が記憶されている。
In addition, the
制御部15は、後述する初期設定において、露光時間補正部14からの映像信号に基づいて、基準γ特性値、基準感度値、及び、基準露光値をそれぞれ求め、記憶部16に記憶させる。また制御部15は、初期設定が行われると、記憶部16から各基準値(基準γ特性値、基準感度値、及び、基準露光値)を読み出して、γ特性補正部12、感度補正部13、及び、露光時間補正部14に対応する基準値を含めた制御信号を送信する。
The
ここで、上述の照明システムにおける初期設定について説明を行う。なお、図3及び図5における床面FL1〜FL3の反射率は、床面FL1の反射率が最も高く、床面FL2、FL3となるに従って床面の反射率は低くなっている。すなわち、照明領域の明るさが同じ場合には、床面FL1における撮像素子11に入射する光量は、他の床面FL2、FL3における撮像素子11に入射する光量よりも多くなる。
Here, the initial setting in the above-described illumination system will be described. 3 and 5, the floor surface FL1 to FL3 has the highest reflectance of the floor surface FL1, and the floor surface has a lower reflectance as it becomes the floor surfaces FL2 and FL3. That is, when the brightness of the illumination area is the same, the amount of light incident on the
まず、照明領域に外光が入射しない環境で、照明領域の明るさが所望する快適な明るさとなるように照明器具3の調光レベルを調整する。ここで、γ特性補正部12の基準γ特性値が0.5に、また感度補正部13の基準感度値が、増幅率が1となる感度値に、それぞれ設定されているとすると、各床面FL1〜FL3のカメラ1からの出力は、図3に示すグラフのようになる。図3のグラフは、横軸を照明領域の明るさとし、縦軸をカメラ1から出力された映像信号の平均画素値としたグラフであり、照明領域が快適な明るさである場合の平均画素値をそれぞれP1〜P3としている。すなわち、照明領域の明るさが同じ快適な明るさであっても、カメラ1から出力される映像信号の平均画素値P1〜P3は、各床面FL1〜FL3の反射率の違いによって、それぞれ異なることとなる。
First, the dimming level of the
ここで、カメラ1の制御部15は、照明領域の明るさと映像信号から求まる平均画素値とが正比例の関係となり、且つ、この快適な明るさに設定された状態の平均画素値が目標値αとなるように基準γ特性値及び基準感度値を求めて、記憶部16に記憶させる。
Here, the
ここでは、γ特性補正部に設定する基準γ特性値を1に固定し、平均画素値が目標値αとなるように基準感度値を変化させていくことで、基準γ特性値及び基準感度値を求める方法について説明する。 Here, the reference γ characteristic value and the reference sensitivity value are set by fixing the reference γ characteristic value set in the γ characteristic correction unit to 1 and changing the reference sensitivity value so that the average pixel value becomes the target value α. A method for obtaining the value will be described.
γ特性補正部12においてγ特性値を1とする方法としては、例えば、γ特性値を調整可能な一般的なカメラを用いることができる。このようなカメラでは、カメラの撮像素子11における各画素の解像度を8bitとすると、撮像素子11からの入力は256段階で変化し、この256段階中の幾つかの段階でのγ特性のもつ傾き係数が設定可能である。この傾き係数を各段階で同じ値に設定し、その間は線形補完を行うことで、容易にγ特性値を1とすることができる。図4に示す例では、256段階中所定の6段階において傾き係数が設定可能であり、各段階における傾き係数(図4におけるβ1〜β6)を所定の値(図4におけるγ1)に設定して、その間は線形補完を行う。これにより、γ特性補正部12から出力される映像信号のγ特性値を1に設定することができ、感度補正部14などでγ特性を変化させなければ、カメラ1から出力される映像信号の照明領域の明るさに対する平均画素の関係は直線とすることができる。
As a method of setting the γ characteristic value to 1 in the γ
ここで、基準γ特性を1に固定すると、各床面FL1〜FL3の照明領域の明るさに対するカメラ1からの出力は、図5のグラフに示す関係となる。なお、図中のP1’〜P3’は、照明領域が快適な明るさである場合における、床面FL1〜FL3のカメラ1から出力される映像信号の平均画素値をそれぞれ示している。
Here, if the reference γ characteristic is fixed to 1, the output from the
床面FL1を例に、基準感度値を求める方法について説明を行うと、映像信号の増幅率が1倍である感度値に設定された際の平均画素値P1’は画素値αよりも大いので(図6を参照)、感度補正部13での増幅率が徐々に小さくなるよう基準感度値を変化させる。具体的には、まず制御部15は、感度補正部13における増幅率が1倍よりも小さな(例えば0.9倍)感度値を基準感度値として感度補正部13に出力する。ここで、感度補正部13が入力された制御信号に基づいて感度を補正すると、制御部15で求めた平均画素値は、P1’よりも小さなP1’’となる。この平均画素値P1’’は、まだ画素値αよりも大きいので、制御部15はさらに小さな増幅率(例えば0.8倍)となるよう制御信号を感度補正部13に出力する。さらに感度補正部13が入力された制御信号に基づいて感度を補正すると、制御部15で求めた平均画素値は、画素値αと略等しくなるので、制御部15は、この感度値(すなわち、増幅率が0.8倍となる感度値)を基準感度値として記憶部16に記憶させる。
The method for obtaining the reference sensitivity value will be described using the floor surface FL1 as an example. The average pixel value P1 ′ when the gain value of the video signal is set to 1 is larger than the pixel value α. Therefore (see FIG. 6), the reference sensitivity value is changed so that the amplification factor in the
この初期設定を、床面FL1〜FL3のそれぞれで行うことで、床面FL1〜FL3の反射率によらず、照明領域が快適な明るさである際にカメラ1出力される映像信号の平均画素は、画素値αとなる。また、カメラ1から出力される映像信号の平均画素値と照明領域の明るさの関係は正比例となる。
By performing this initial setting on each of the floor surfaces FL1 to FL3, regardless of the reflectance of the floor surfaces FL1 to FL3, the average pixel of the video signal output from the
これにより、照明制御装置2において、照明器具3の調光レベルを制御する際の基準となる映像信号の平均画素値は、照明器具3の被照射面における反射率によらず所定の分解能を有する。さらに、被照射面における反射率によらず明るさ目標値となる画素値αを変化させる必要が無く、照明制御装置2は、単純な処理できめ細かな調光制御を行うことができる。
Thereby, in the
ここで、明るさ目標値である画素値αは、例えば照明制御装置2に入力可能な画素値の上限に近い値(図6の画素値α2)に設定すると、外光が入射して照明領域が明るくなった際に、画素値の上限を超えてしまい、正常な調光制御が困難になる。また、画素値の上限から大きく離れた値(図6の画素値α1)に設定した場合には、照明制御装置2の調光制御における分解能が十分ではないため、きめ細かな調光制御を行うことが出来なくなる。
Here, when the pixel value α that is the brightness target value is set to a value close to the upper limit of the pixel value that can be input to the
本実施の形態においては、明るさ目標値となる画素値αは、照明制御装置2に入力可能な画素値の約50%に設定されている。例えば、照明制御装置2における画素値の解像度を8bitとすると、画素値は0〜255の範囲であるので、画素値αを128に設定し、その前後10程度を許容範囲とする。
In the present embodiment, the pixel value α that is the brightness target value is set to about 50% of the pixel value that can be input to the
このようにすることで、外光が入射して照明領域が明るくなっても照明制御装置2での上限を超えることがなく、照明制御装置2の調光制御において所定の分解能を保ち、きめ細かな調光制御を行うことができる。
By doing in this way, even if external light enters and the illumination area becomes bright, the upper limit of the
なお、γ特性値を調整可能な一般的なカメラにおいて、各段階の傾き係数をγ1よりも小さな値に設定することで、感度補正部13における基準感度値を調整することなく、カメラ1からの出力を図6に直線で示したグラフのように設定することも可能である。すなわち、γ特性補正部12が感度補正部13を兼用して、照明領域の明るさと平均画素とが正比例の関係となり、且つ、快適な明るさである際の平均画素値を画素値αとなるよう撮像素子1からの映像信号を補正するようにしてもよい。
In a general camera capable of adjusting the γ characteristic value, by setting the slope coefficient of each step to a value smaller than γ1, the sensitivity from the
1 カメラ
11 撮像素子
12 γ特性補正部
13 露光時間補正部
14 制御部
15 記憶部
16 感度補正部
2 照明制御装置
21 照明制御部
22 記憶部
23 受信部
3 照明器具
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記照明器具によって照明される被照射面を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像信号のγ特性を補正するγ特性補正手段と、
前記撮像信号の感度を補正する感度補正手段と、
前記γ特性及び感度の補正がされた映像信号に基づいて、前記照明器具による照明領域の明るさを示す明るさ指標を出力する明るさ指標生成手段と、
前記明るさ指標が所定の明るさ目標値に対して、所定の範囲内に収まるよう照明器具の調光レベルを制御する照明制御手段とを備え、
前記γ特性補正手段及び前記感度補正手段は、前記照明領域の明るさと前記明るさ指標とが正比例の関係となり、且つ、前記照明領域が所望の明るさである際に、前記明るさ指標が前記明るさ目標値となるよう前記撮像信号の補正を行うことを特徴とする照明システム。 Lighting equipment,
An imaging device that images an irradiated surface illuminated by the lighting fixture and outputs an imaging signal;
Γ characteristic correcting means for correcting the γ characteristic of the imaging signal;
Sensitivity correction means for correcting the sensitivity of the imaging signal;
Brightness index generating means for outputting a brightness index indicating the brightness of the illumination area by the luminaire based on the video signal in which the γ characteristic and sensitivity are corrected,
Illumination control means for controlling the dimming level of the luminaire so that the brightness index falls within a predetermined range with respect to a predetermined brightness target value;
The γ characteristic correcting unit and the sensitivity correcting unit have a direct proportional relationship between the brightness of the illumination area and the brightness index, and the brightness index is the desired brightness when the illumination area has a desired brightness. An illumination system, wherein the imaging signal is corrected so as to be a brightness target value.
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