JP5099904B2 - 照明システム - Google Patents

Description

本発明は、照明システムに係り、特に照明空間に存在する人の状態を検知し、この検知結果に基づいて室内の照明器具を調光制御する照明装置に関する。

居室の天井などに設置された画像センサによって、室内の人間の在／不在、滞在位置などを判別し、室内の各照明器具を適切に点滅・調光を行う照明制御装置が提案されている。
画像センサによる人の検知は一般的に、一定時間間隔をおいて撮像した２つ以上の画像を比較して変化のある部分、すなわち、移動しているとみなせる一定の画素の塊を特定することによって行われる。人間が移動した後に静止した場合には上記手順では、人が存在するにもかかわらず検知できないことになるので、以前に動いていた画素塊は静止しても人間であると判断するというような判断回路を導入することによってこれを回避している。

しかしながら画像センサの視野内（画像内）で移動するものは人間以外にも、例えば、窓からの風で揺れるカーテンやブラインドがあり、上記技術ではこれらを人間であると判断して誤動作するケースがあるため、人が不在であるにもかかわらず、照明器具が点灯する誤動作が発生することがあり、人に不快感を与えることがあった。また、不要な点灯は、無駄な電力を消費することにつながり、できる限り回避する必要がある。

室内の電磁放射、好ましくは可視光及び赤外光を測定できるセンサと、測定した電磁放射に応じて室内の照明を制御する制御部とを有し、前記センサは、部屋の電気画像を形成し得るＣＣＤ（電荷結合素子）センサなどの固体撮像素子を用いたビデオセンサを有する照明制御装置が提案されている(特許文献１)。

また、上記特許文献においては、制御手段が、下記特性値に応じて照明を制御しうる、または、下記手段を有していることが記載されている。
・画像の予め定めた部分における可視光の放射値
・画像の色温度値
・画像の放射値間のコントラスト
・動き検出手段を有している
・物体認識手段を有している
・遠隔制御装置により放出される信号に反応しうる
上記装置では、カメラの画像中で見える窓の位置を、あらかじめ特定し、その位置付近で光が観測された場合に、通常の処理系統から排除し照明器具の誤動作を防止するようになっている。また、光度のスレッシュレベル（基準値）を設定し、スレッシュレベルを超えるか超えないかで照明器具の制御を変える方法がとられ、例えば光度がスレッシュレベルを超えると処理系統から排除し照明器具の誤動作を防止するように構成されている。

しかしながら、上記装置では、シーンを切り替えたときに生じる影に起因する誤差が生じ易いという問題があった。ここでシーン設定を変更するのは区画を分ける線ＤＬを境にして領域ＲＡ、領域ＲＢにわけたとき、照明する領域を変更する場合をいうものとする。ここでは領域ＲＡには２つのダウンライトＬ１、Ｌ２、領域ＲＢには２つのダウンライトＬ３、Ｌ４があり、これらの点灯が制御されるものとする。
例えば図１２（ａ）に示すように、区画を分ける線Ｄを隔てて左側に位置する第１の領域ＲＡにはダウンライトＬ１、Ｌ２が配設されており、まずこの状態で画像センサによって出力される画像情報を基準画像としてデータ出力する。この基準画像を図１２（ｂ）に示す。
そして人が入室し、一旦すべての器具が点灯してから人の検知位置に合わせて対象となるダウンライトＬ１、Ｌ２のみを点灯した状態を図１３（ａ）に示した。このときの画像センサの出力を取り出し、基準画像との差分をとったときの出力値を図１３（ｂ）に示す。
そして照明シーン制御終了後の画像を図１４（ｂ）に示す。このとき影に起因する誤差を生じていることがわかる。

また、環境光の変動に起因した受光出力に変動を与えることなく、同じ振幅の画素値を得ることができるようにするために、光照射時の出力と、非照射時の出力との差分をとることで、物体の特徴量を得る際、類似度を得ることができるようにした画像処理法も提案されている（特許文献２）。

特表2004-501496号公報 特開2006-155422号公報

しかしながら、上記システムでは、特許文献１の場合と同じように、シーン設定における、影などに起因する輝度変化に対して、人以外であると判別できないため、人であると判別して照明器具を誤点灯させてしまうという問題は否めなかった。

このように、特許文献１および２のいずれの照明システムにおいても、カメラで人の存在やその位置は特定できても、影の動きに対して、人以外であると判別できないため、照明器具を誤点灯させてしまうという問題は、依然として残っていた。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであって、画像センサを用いて人間を検知し、照明器具群の制御を行うに際し、影など人間以外の移動物体などの誤検知を低減し、信頼性の高い点灯制御を行うことの可能な照明制御システムを提供することを目的とする。

そこで本発明の照明システムは、光源と、画像を検出する画像センサと、前記画像センサからの画像情報に応じて人の位置を特定する演算部と、前記演算結果に基づいて、光源の点灯を制御する制御部とを具備した照明システムであって、シーン設定データを記憶する記憶部を具備し、前記制御部は、前記画像センサの出力と前記記憶部の出力から、シーン設定データを再現するように光源を点灯制御するとともに、シーン設定データの再現を切替えた場合には、切替に伴う前記画像センサの出力変化をキャンセルして、前記光源の点灯の制御内容を算出し、前記光源の点灯を制御し、前記記憶部は、前記シーン設定データと、人の位置を検出するための輝度差を計算する基準となる基準画像データとを格納し、前記制御部は、前記基準画像データと前記画像センサの出力とから、人の位置情報を出力し、前記演算部は、前記基準画像データと前記評価対象の画像データとの差分をとることにより人の位置変化を検出するように構成されたことを特徴とする。
この構成によれば、シーン切り替えに伴う画像データの変更を人の存在と誤検知することを防止することができる。

また本発明は、上記照明システムにおいて、前記制御部は、前記光源の点灯を制御する照明制御部と、前記照明制御部の制御期間、前記演算部が、前記画像データから輝度差の検出をキャンセルし、位置検出を停止する輝度差検出キャンセル部を具備したものを含む。

また本発明は、上記照明システムにおいて、前記演算部は、第１の時刻における入力画像と、第２の時刻における入力画像との差分をとる背景差分法により人の位置変化を検出するように構成されたものを含む。

以上説明してきたように、本発明によれば、影に起因する画像変化を抑制し、信頼性の高い点灯制御を実現することができる。

以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の照明システムに用いられる魚眼レンズ付きカメラから見た部屋の画像を示す説明図であり、（ａ）は基準画像、（ｂ）は評価画像、（ｃ）は（ａ）の基準画像と、（ｂ）の評価画像との輝度差を算出し、２値化した結果を示す図である。このように、シーン設定を変更する際、シーン制御前後での差分を取ることで、影による誤認に起因する誤動作を防止するものである。ここでシーン設定を変更するのは区画を分ける線ＤＬを境にして領域ＲＡ、領域ＲＢにわけたとき、照明する領域を変更する場合をいうものとする。ここでは領域ＲＡには２つのダウンライトＬ１、Ｌ２、領域ＲＢには２つのダウンライトＬ３、Ｌ４があり、これらの点灯が制御されるものとする。
図２はこの照明システムのブロック図である。この照明システムは、図１に室内の状況を示すように、天井などに取り付けられた光源５００と、画像を検出する画像センサ１００と、画像センサ１００を用いて撮像することで得られる画像情報に基づき、前記画像センサからの画像情報に応じて人の位置を特定する演算部と、前記演算結果に基づいて、光源の点灯を制御する制御部４００とを具備した照明システムであって、シーン設定データを記憶する記憶部３００を具備し、前記制御部４００は、前記画像センサ１００の出力と前記記憶部３００の出力から、シーン設定データを再現するように光源５００を点灯制御するとともに、シーン設定データの再現を切替えた場合には、切替に伴う前記画像センサの出力変化をキャンセルして、前記光源の点灯の制御内容を算出し、前記光源の点灯を制御するように構成されたことを特徴とする。そしてここで演算部は人の位置を検出する位置検出部２０１を含む。また、記憶部は基準画像データ３０１と、シーン設定データ３０２とを格納している。さらにまた制御部４００は、光源５００（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）の点灯を制御する照明制御部４０１と、照明制御部４０１の制御期間、演算部が、画像データから輝度差の検出をキャンセルし、位置検出を停止する輝度差検出キャンセル部４０２を具備したことを特徴とする。

これにより、シーン設定前後における影に起因する誤動作を防止し、連続画像上で動く輝度塊である人情報のみに基づいて光源の点灯制御を行なうことができ、影などによる輝度変化を人の動きによる輝度変化と誤認識しないようにしている。

次に、この画像センサ１００は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサのような固体撮像素子を用いたカメラであり、レンズとしては広角レンズ、魚眼レンズなどを用いる。このようなセンサは所定時間間隔で撮像した画像情報を出力する。また、画像センサから出力される画像のアナログ信号は、演算部２００においてＡ／Ｄ変換されることによってデジタル信号に変換される。ただし、デジタル信号を出力する機能を備えたＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合には、演算部２００におけるＡ／Ｄ変換は不要になる。画像センサで撮像する画像としては、カラー画像を用いることも可能であるが、本実施形態においてはモノクロの濃淡画像を用いるものとする。画像センサが撮像する時間間隔は、当該時間間隔で得られる時系列の画像から移動物体の存否を判断できる程度の範囲で適宜設定すればよい。

また、この画像センサ１００は室内の制御領域を俯瞰できるように天井に設置されることが多いが、本発明の目的とする検知が達成できる範囲であれば、これに限定されるわけではなく、壁や床に設置されていてもよい。また、単独で設置される他、照明器具の１ユニットとして、照明器具と一体化されていてもよい。ここでは、例えば、部屋の中央付近の天井に単独で設置される。画像センサが画像内に捉えるべき制御領域は、あらかじめユーザーが任意に設定可能である。そしてさらにこの制御領域内で、ドアの近傍など特定領域を設定する。

演算部２００は、マイコンで構成され、画像センサ１００から入力された輝度分布データから人の位置を特定する人の位置検出部２０１を具備している。

記憶部３００にはあらかじめ、人の在室位置や人数などのパターンに応じて照明器具を点滅・調光する制御内容が格納されている。具体的には、ユーザが設定した、制御対象となる照明器具５００（Ｌ１．Ｌ２、Ｌ３）と、その調光信号データと含む設定データ３０２と、人の位置を検出するための輝度差を計算する基準となる画像である基準画像データ３０１とが含まれている。

また、制御部４００は、演算部２００からの人検知データと、記憶部３００に記憶されたデータとから、所定の照明器具５００を制御する照明制御部４０１と、画像の変化をキャンセルする輝度差キャンセル部４０２とを含む。ここで照明制御部４０１は、演算部２００とのデータの送受信も行い、照明器具５００とのデータの送受信は、有線の他に、可視光通信、赤外線データ通信の規格（IrDA）、ＲＦ（Radio Frequency)、Bluetooth（登録商標）、無線ＬＡＮの規格（IEEE802.11)、イーサネット（登録商標)などの有線ＬＡＮの規格や電力線通信などの他の通信手法が用いられてもよい。
また、演算部２００、記憶部３００、照明制御部４０１は同一基板上に実装されてもよい。

次に本実施の形態の照明システムを用いた照明制御動作について詳細に説明する。
図３は制御動作を示すフローチャートである。図４乃至図７は各段階での部屋の画像（ａ）と、（ａ）の画像を２値化した画像（ｂ）を示す。
まず、撮影に先立ち、あらかじめ撮像しておいた基準画像を記憶部３００に格納する（ステップＳ１００１）。ここではまず図４（ａ）に示すように全照明器具が点灯した状態の基準画像を画像情報とする。そして図４（ｂ）に示すこの基準画像の２値化データも格納する。そして画像センサ１００は室内の特定の制御領域の俯瞰画像を常時撮影し、画像情報を生成する（ステップＳ１００２）。演算部２００の人の位置検出部にて基準画像と入力画像との輝度差を算出し、２値化データを作成する（ステップＳ１００３）。そして人の位置検出部で、人の位置を特定する（ステップＳ１００４）。

このようにして、比較分析し、一定の輝度塊に動きがあるかどうか判定する（ステップＳ１００５）。そして人を新しく検知するあるいは人のいる位置の変化を検出したとき、人であると認識した場合には、位置情報データから制御対象となる照明器具とその調光信号データを記憶部３００から抽出する（ステップＳ１００６）。そして照明制御部４０１にて、照明器具を点滅・調光する（ステップＳ１００７）。
このようにして人が入室し、図５（ａ）に示すように一度すべての器具が点灯してから人の検知位置にあわせて対象となる照明器具だけを点灯する。このときの２値データは図５（ｂ）に示すように基準画像との差分をとることで人データのみの輝度画像が得られる。

そして照明器具を制御している間、輝度差検出キャンセル部にて演算部の人の位置検出部の動作を停止する（ステップＳ１００８）。このように図６（ａ）に示すように照明器具の制御が終了すると（ステップＳ１００９）、図６（ｂ）に示すように左側の領域ＲＡにある照明器具のみ点灯されているため机などに起因する影が生じている。このように影に起因する輝度差が生じているが、照明器具を制御する直前と直後の輝度差を輝度差検出キャンセル部４０２にて消去する（ステップＳ１０１０））。ここでは全点灯時の画像（図５（ｂ））と点灯制御後の画像（図６（ｂ））との差分をとる。そしてステップＳ１００２に戻り、次の制御を行なう。図７（ａ）は、シーン切り替え後の点灯制御を再開した際の画像であり、左側の領域ＲＡに人が存在しており、この状態で点灯制御を行なう。
また、判断ステップＳ１００５で人のいる位置に変化がない場合にも、消灯状態を維持し、再度ステップＳ１００２に戻り、次の制御を行なう。

このように、複数の照明器具Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を用いて照明する場合、点灯制御中に点灯する照明器具の位置によって影が生じ、この影が誤動作の原因となり易いが、本実施の形態によればシーン切り替え時にキャンセル処理することで、誤動作をなくすことが可能となる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、シーン切替えの他の例について説明する。照明システムについては図２に示した前記実施の形態１の照明システムと同様の装置を用いている。本実施の形態においても、シーン設定を変更する際、シーン制御前後での差分を取ることで、影による誤認に起因する誤動作を防止するものである。ここでシーン設定を変更するのは区画を分ける線ＤＬを境にして玄関である領域ＲＡ、廊下である領域ＲＢにわけたとき、照明する領域を変更する場合をいうものとする。ここでは領域ＲＡには１つのダウンライトＬ１、領域ＲＢには２つのダウンライトＬ２、Ｌ３があり、これらの点灯が制御されるものとする。

次に本実施の形態の照明システムを用いた照明制御動作について詳細に説明する。
図８乃至図１１は各段階での部屋の画像（ａ）と、（ａ）の画像を２値化した画像（ｂ）を示す。
まず、撮影に先立ち、あらかじめ撮像しておいた基準画像を記憶部３００に格納する（ステップＳ１００１）。ここではまず図８（ａ）に示すように全照明器具が点灯した状態の基準画像を画像情報とする。そして図８（ｂ）に示すこの基準画像の２値化データも格納する。そして画像センサ１００は室内の特定の制御領域の俯瞰画像を常時撮影し、画像情報を生成する（ステップＳ１００２）。演算部２００の人の位置検出部にて基準画像と入力画像との輝度差を算出し、２値化データを作成する（ステップＳ１００３）。そして人の位置検出部で、人の位置を特定する（ステップＳ１００４）。

このようにして、比較分析し、一定の輝度塊に動きがあるかどうか判定する（ステップＳ１００５）。そして人を新しく検知するあるいは人のいる位置の変化を検出したとき、人であると認識した場合には、位置情報データから制御対象となる照明器具とその調光信号データを記憶部３００から抽出する（ステップＳ１００６）。そして照明制御部４０１にて、照明器具を点滅・調光する（ステップＳ１００７）。
このようにして人が玄関ＲＡに入り、図９（ａ）に示すように一度すべての器具が点灯してから人の検知位置にあわせて対象となる照明器具だけを点灯する。このときの２値データは図９（ｂ）に示すように基準画像との差分をとることで人データのみの輝度画像が得られる。

そして照明器具を制御している間、輝度差検出キャンセル部にて演算部の人の位置検出部の動作を停止する（ステップＳ１００８）。このように図１０（ａ）に示すように照明器具の制御が終了すると（ステップＳ１００９）、図１０（ｂ）に示すように玄関である領域ＲＡにある照明器具のみ点灯されているが、ここでは玄関であり、何も配置していないため、机などに起因する影も生じていない。しかしながらこのように影に起因する輝度差が生じてない場合も、照明器具を制御する直前と直後の輝度差を輝度差検出キャンセル部４０２にて消去する（ステップＳ１０１０））。ここでは全点灯時の画像（図１０（ｂ））と点灯制御後の画像（図１１（ｂ））との差分をとる。そしてステップＳ１００２に戻り、次の制御を行なう。図１１（ａ）は、シーン切り替え後の点灯制御を再開した際の画像であり、廊下である領域ＲＢに人が存在しており、この状態で点灯制御を行なう。
また、判断ステップＳ１００５で人のいる位置に変化がない場合にも、消灯状態を維持し、再度ステップＳ１００２に戻り、次の制御を行なう。

このように、複数の照明器具Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を用いて照明する場合、点灯制御中に点灯する照明器具の位置によって影が生じ、この影が誤動作の原因となり易いが、本実施の形態によればシーン切り替え時にキャンセル処理することで、誤動作をなくすことが可能となる。

なお前記実施の形態１，２において、輝度塊を追跡する過程で、予め定められた一定時間内に輝度塊が動かない場合に、この輝度変化をキャンセルするようにしてもよい。
これにより、輝度塊を追跡する過程で、予め定められた一定時間内に輝度塊が動かない場合に、この輝度変化をキャンセルするので誤検知をさらに抑制することができる。また時間制限を設けることで、特定領域で輝度変化が生じた時点で一旦制御を開始するが、予め定められた一定時間内に輝度塊Ｍが動かない場合には制御をキャンセルするという制御も可能となる。

また、人の位置を検出する方法としてはあらかじめ用意された背景画像と現在の入力画像との差分をとることにより処理すべき対象を得る方法である背景差分法を用いるほか、時刻（ｔ）の入力画像と時刻（ｔ−ｎ）の入力画像との差分をとることにより処理すべき対象を得るフレーム間差分法を用いるようにしてもよい。
いずれの方法においても基準画像と評価画像との輝度差を算出し２値化することで対象となる人を検出する。

なお、本発明は上記実施の形態の構成に限定するものではなく、室内に不審者の侵入がないか監視するシステムにおいての不審者検知装置としても利用可能である。例えば、通常制御から、セキュリテーモードに切り替えておくことによって、夜間就寝後や、留守中に、不審者が窓から室内に侵入した場合に、照明器具が点灯したり、警報音が鳴ったり、居住者に通報するなどのアクションを発生することができる。

本発明の実施の形態１の照明システムを示す説明図 本発明の実施の形態１の照明システムを示すブロック図 本発明の実施の形態１の照明システムの制御動作を示すフローチャート図 本発明の実施の形態１の照明システムを示す説明図 本発明の実施の形態１の照明システムを示す説明図 本発明の実施の形態１の照明システムを示す説明図 本発明の実施の形態１の照明システムを示す説明図 本発明の実施の形態２の照明システムを示す説明図 本発明の実施の形態２の照明システムを示す説明図 本発明の実施の形態２の照明システムを示す説明図 本発明の実施の形態２の照明システムを示す説明図 従来例の照明システムの概念を示す説明図 従来例の照明システムの概念を示す説明図 従来例の照明システムを示す説明図

符号の説明

１００ 画像センサ
２００ 処理部
３００ 記憶部
４００ 制御部
５００ 照明器具
Ｃ カーテン
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２ 照明器具

Claims (3)

1. 光源と、
   画像を検出する画像センサと、
   前記画像センサからの画像情報に応じて人の位置を特定する演算部と、
   前記演算結果に基づいて、光源の点灯を制御する制御部とを具備した照明システムであって、
   シーン設定データを記憶する記憶部を具備し、
   前記制御部は、前記画像センサの出力と前記記憶部の出力から、シーン設定データを再現するように光源を点灯制御するとともに、シーン設定データの再現を切替えた場合には、切替に伴う前記画像センサの出力変化をキャンセルして、前記光源の点灯の制御内容を算出し、前記光源の点灯を制御し、
   前記記憶部は、前記シーン設定データと、人の位置を検出するための輝度差を計算する基準となる基準画像データとを格納し、
   前記制御部は、前記基準画像データと前記画像センサの出力とから、人の位置情報を出力し、
   前記演算部は、前記基準画像データと前記評価対象の画像データとの差分をとることにより人の位置変化を検出するように構成された照明システム。
2. 請求項１に記載の照明システムであって、
   前記制御部は、前記光源の点灯を制御する照明制御部と、前記照明制御部の制御期間中は、前記演算部が、前記画像データから輝度差の検出をキャンセルし、位置検出を停止する輝度差検出キャンセル部を具備した照明システム。
3. 請求項１に記載の照明システムであって、
   前記演算部は、第１の時刻における入力画像と、第２の時刻における入力画像との差分をとる背景差分法により人の位置変化を検出するように構成された照明システム。

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