JP2013008461A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人の存在する位置を検知し、人の周囲の照度を所定の照度に制御する照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、天井１１に設置されオフィスなどの室内の全部または一部を照明範囲とする光源２１と、光源２１と一体に設置され照明範囲と重なる範囲の人の位置を検知するセンサ３０とを備える。センサ３０は、人の動きを検知する人判断部３３および人の位置を検知する位置判断部３４を備える。照明装置は、人５１の位置を含む予め規定された範囲である対象エリア９２の測定照度を、センサ３０から与えられる情報を基に算出する照度算出部３６を備える。照明装置は、照度算出部３６の算出した測定照度が目標照度設定部３５に記憶した目標照度に近づくように光源２１の光出力を制御し、人の周囲の作業面の照度が目標照度に維持されるように照明範囲を照明する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人の存否の検知および照度の検知を行い、それらの検知に基づいて光源の光出力を制御する照明装置に関する。

従来から、人の存否の検知および照度の検知を行い、それらの検知に基づいて光源の光出力を制御する照明装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載される照明装置は、検知範囲を予め複数のエリアに分割しており、エリアごとに人の存否および照度を検知する。この照明装置は、あるエリアにおいて人の存在を検知した場合、当該エリアの照度を基に光源の光出力を制御し、人の存在が検知されたエリアの照度を予め設定された目標照度に維持する。特許文献１に記載される照明装置においては、人の存否の検知および照度の検知を行うセンサとして、ＴＶカメラ（イメージセンサ）が用いられている。

このような照明装置は、例えば、オフィスにおいて、人の周囲の作業面（オフィスにおいては、机上面）の照度を目標とする照度に維持するために用いられる。

特開２００２−２８９３７７号公報

特許文献１に記載された照明装置は、検知範囲を予め複数のエリアに分割しており、あるエリアにおいて人の存在が検知された場合、当該エリア内における人の位置によらず、当該エリア全体の照度を目標照度に維持する。照度を目標照度に維持する対象となる範囲には、本来照度の維持が必要である人の周囲の作業面以外に、エリア内の他の不要な範囲も含まれているため、不要な範囲の照度を含めた照度が目標照度に維持される。そのため、エリア全体の照度としては目標照度に維持されていても、検知された人の周囲の照度が作業に適した照度になっていない場合がある。

上記の問題を解決するには、検知範囲内の作業面を予め特定しておき、人の存在が検知されたエリアの作業面の照度を目標照度に維持することが考えられる。しかし、その場合、照明装置の施工時などにおいて、検知範囲内の作業面を特定するために人による手作業が必要となる。

本発明は、上記の事由に鑑みて為されたものであり、検知された人の周囲に限定された範囲の照度のみを目標照度に維持する対象とし、作業面を特定する手作業を行うことなく、人の周囲の照度を作業に適した照度にすることができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、光源と、光源が照明する範囲に重なる範囲を検知範囲とし検知範囲の人の存否および少なくとも１人の人の位置を検知する人感センサと、検知範囲内における位置ごとの照度を検知する照度センサと、人感センサから与えられる前記人の位置および照度センサから与えられる位置ごとの照度に基づいて調光信号を生成する照度算出部と、照度算出部からの調光信号を受けて光源の光出力を制御する調光制御部とを備え、照度算出部は、前記人の位置を基準として前記人の周囲に規定される範囲を対象エリアに設定し、対象エリアにおいて照度センサから得られた照度を用いて対象エリアに関する測定照度を算出し、測定照度を予め設定された目標照度に近づけるように指示する調光信号を、調光制御部に与えることを特徴とする。

この照明装置において、人感センサは、検知範囲を撮像するイメージセンサを備えており、イメージセンサが撮像した画像に基づいて、検知範囲の人の存否および人の位置を検知し、照度センサは、イメージセンサからなり、画像から得られる各画素の濃淡値に基づいて、検知範囲内における位置ごとの照度を検知することが望ましい。

この照明装置において、照度算出部は、人感センサが複数の人を検知した場合、複数の人ごとに設定された対象エリアごとの平均の照度を求め、平均の照度の中の最小値を測定照度とすることがより望ましい。

この照明装置において、照度算出部は、人感センサが複数の人を検知した場合、複数の人ごとに設定された対象エリアごとの平均の照度を求め、平均の照度の平均値を測定照度とすることがより望ましい。

この照明装置において、照度算出部は、人感センサから与えられる検知範囲に占める人の範囲に基づいて前記人の向きを推定し、前記人の後方を含まないように対象エリアを設定することがより望ましい。

本発明の構成によれば、検知された人の周囲に限定された範囲の照度のみを目標とする照度に維持する対象とし、作業面を特定する手作業を行うことなく、人の周囲の照度を目標とする照度にすることができるという利点がある。

本実施形態を示すブロック図である。 同上の設置例を示す図である。 同上のイメージセンサが撮像する範囲を示す図である。 同上の画像の差分画像の取得を示す図である。 同上のセンサの視野範囲における人の動作の一例を示す図である。 同上の目標照度を設定するための基準範囲を示す図である。 同上のセンサの視野範囲における人の動作の他例を示す図である。 同上のセンサの視野範囲における人の動作の他例を示す図である。 同上の目標照度と光源の光出力および測定照度の変化とを示す図である。 同上の対象エリアの変更を示す図である。

以下では、照明装置の一例として、図２に示すように、器具本体２２にセンサ３０を一体に備える照明器具１を説明する。本実施形態の照明器具１は、例えばオフィスなど室内の天井１１に設置され、室内の全体または一部を照明範囲とし、照明範囲に重なる範囲の人の動きおよび人の位置をセンサ３０により検知する。

照明器具１は、センサ３０が検知した人の周囲の照度を、予め設定された目標照度に近づけるように、光源２１の光出力を制御する。これにより、照明器具１は、人の周囲の作業面（例えば、オフィスにおける机上面）の照度を目標照度に近づけ、当該作業面を作業に適した照度にする。

図１に示すように、センサ３０は、エリア型の撮像素子と撮像光学系（図示せず）とからなるイメージセンサ３１を備え、撮像光学系により規定される視野範囲３２（図２参照）を撮像する。撮像素子としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などが用いられる。本実施形態のイメージセンサ３１は、視野範囲３２の濃淡画像を生成する。したがって、撮像した画像の画素ごとの濃淡値を用いて照度を求めることができる。図２に示すように、センサ３０は、天井１１から下向きに視野の中心を向け、視野範囲３２が照明器具１の照明範囲に重なるように設置される。センサ３０は、毎秒３０フレーム程度の画像を撮像する。図３は、天井１１に設置されたセンサ３０が撮像する視野範囲３２を天井１１から見た図であり、イメージセンサ３１の視野範囲３２に人５１と机６１とが位置する場合を示している。

センサ３０は、撮像した画像に基づいて、人の動きを検知する人判断部３３および人の位置を検知する位置判断部３４を備える。つまり、本実施形態のセンサ３０は、視野範囲３２を検知範囲とする人感センサとして、人の存否および人の位置を検知する。

人判断部３３および位置判断部３４は、ＤＤＲＡＭなどの揮発性メモリとＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリとからなる記憶部、およびＤＳＰ（Digital Signal Processor）や高度イメージプロセッサなどからなる制御部により実現される。記憶部は、センサ３０の動作に必要なプログラムや後述する背景画像などの画像データを記憶し、一時的に計算値などを保存するために用いられる。制御部は、記憶部に記憶されたプログラムに従って人の動きを検知する機能や人の位置を検知する機能を実現する処理を行う。なお、人判断部３３および位置判断部３４は、記憶部および制御部を共用してもよく、それぞれ記憶部および制御部を備えてもよい。

また、照明器具１は、目標照度を記憶する目標照度設定部３５と、検知した人の周囲の照度をセンサ３０から与えられる情報を基に測定照度として算出する照度算出部３６と、照度算出部３６からの指示により光源２１の光出力を制御する調光制御部４１とを備える。照度算出部３６は、測定照度を目標照度設定部３５の目標照度に近づけるように調光信号を生成し、照度算出部３６から調光信号を受けた調光制御部４１が光源２１の光出力を制御する。

目標照度設定部３５は、上述した記憶部により実現される。照度算出部３６は、上述した記憶部および制御部により実現される。目標照度設定部３５および照度算出部３６は、人判断部３３および位置判断部３４とは別に設けた記憶部および制御部で構成してもよい。

照明器具１には、人の検知をする際に使用する背景画像を取得し目標照度を設定する設定モードと、人の検知を行い光源２１の光出力を制御する通常稼動モードとの２つの動作モードを備える。

本実施形態のセンサ３０は、通常稼動モードにおいて、人判断部３３がセンサ３０の視野範囲３２における変化を侵入物（人）とみなすことにより、人を検知する。

人判断部３３は、人を検知するにあたって記憶部に記憶した背景画像を用いる。背景画像としては、センサ３０の視野範囲３２に人が位置しない状態において撮像した撮像画像が使用される。人判断部３３は、イメージセンサ３１が撮像した撮像画像と背景画像との差分画像により人を検知する。

各画像は、図４を例とすると、左上隅の画素の座標を（０，０）とし、右向きをｘ方向とし下向きをｙ方向とする。以下では、各画素の座標を（ｘ，ｙ）の形式で表わす。例えば、横６４０画素×縦４８０画素の画像の各画素には、座標（０，０）〜（６３９，４７９）が割り当てられる。また、撮像画像、背景画像、および差分画像において、同じ位置の画素は、同じ座標（ｘ，ｙ）を割り当てる。

差分画像は、撮像画像と背景画像との同じ位置の画素ごとに濃淡値の差分を取ることにより得られる。２つの画像間で実質的に変化のない画素と同じ座標である差分画像の画素の画素値は、理想的には０になる。一方、２つの画像間で人の侵入などにより変化のある画素と同じ座標である差分画像の画素の画素値は、予め設定した閾値よりも大きくなる。

人判断部３３は、１つの撮像画像を背景画像として常に使用する場合と、背景画像を更新する場合とがある。

１つの撮像画像を背景画像として常に使用する場合は、設定モードにおいてセンサ３０の視野範囲３２に人が確実に存在しない状態で撮像した撮像画像を、背景画像とする。当該撮像画像は、センサ３０の視野範囲３２に人が存在しないことを人が目視により確認して撮像したり、センサ３０の視野範囲３２に人が存在しないことが保証される時間帯に撮像するなどして取得される。

一方、背景画像を更新する場合は、例えば、一定時間間隔でサンプリングした２つの撮像画像を比較し、差分画像を生成する。当該差分画像の画素の画素値の総和が予め設定した基準値を超えない場合、当該２つの撮像画像を撮像したフレーム間には変化がない（つまり、人が侵入してない）と判断する。フレーム間に変化がないという判断が、複数回連続して行われた場合、センサ３０の視野範囲３２に人がいないとみなして、当該２つの撮像画像のうちより新しい撮像画像を背景画像として更新する。サンプリングの周期は適宜に設定され、例えば数秒に設定される。

１つの撮像画像を背景画像として常に使用する場合、通常動作モードにおいて背景画像を更新するための処理が必要なく、人判断部３３の処理負荷が軽減される。ただし、センサ３０の視野範囲３２に人の侵入以外による変化が生じた場合（例えば、机を動かした場合）も、人の侵入として検知してしまうことがある。一方、背景画像を更新する場合は、机を動かすなどの人の侵入以外による変化が生じたとしても、変化は背景化されるので、人以外を人と誤検知をする可能性が低減される。そのため、背景画像は適時に更新されることが望ましい。

通常稼動モードにおいて、人判断部３３は、上述の処理によって取得した背景画像７１（図４（ａ）参照）と、センサ３０が撮像した撮像画像７２（図４（ｂ）参照）との差分画像７３を生成する（図４（ｃ）参照）。図４（ａ）に示すように、背景画像７１には、第１の物体８１と第２の物体８２とが含まれているものとし、図４（ｂ）に示されるように、撮像画像７２には、第１の物体８１と第２の物体８２と第３の物体８３とが含まれているものとする。この場合、撮像画像７２における第３の物体８３の画素の座標と同じ座標である差分画像７３の画素の画素値は、閾値より大きくなる。

そこで、人判断部３３は、差分画像７３において、閾値より大きい画素値を有する画素の連結成分の大きさが基準値以上である場合に、センサ３０の視野範囲３２への人の侵入として検知する。なお、連結成分は、閾値より大きい画素値を有し４連結（あるいは８連結）でつながった画素の集合を意味している。また、連結成分の大きさに加えて、当該連結成分の各画素の画素値の合計が予め設定した基準値以上であるかどうかを、人の侵入検知の条件に加えてもよい。

次に、通常稼動モードにおいて人の位置を判断する処理について説明する。

位置判断部３４には、例えば数秒間隔など予め設定した処理フレームごとに人判断部３３から差分画像が与えられる。上述したようにセンサ３０の視野範囲３２への人の侵入は、差分画像に閾値以上の画素値を有する画素の連結成分として表れる。位置判断部３４は、差分画像における連結成分の位置として、連結成分の代表点の位置座標（ｘ，ｙ）を算出し、記憶する。連結成分の代表点としては、例えば、連結成分の重心や、連結成分の外接矩形の対角線の交点や、連結成分の外接矩形の各頂点などを用いる。連結成分の重心は、連結成分を構成する各画素の座標の平均を用いる。

図５に示すように、センサ３０の視野範囲３２への侵入の開始が検出された時点の人５１の位置座標を（ｘ０，ｙ０）とする。そして、机６１へ移動しているときの人５１の位置座標の変化が（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ−１，ｙｎ−１）として検出され、机６１に着席した時点の人５１の位置座標が（ｘｎ，ｙｎ）として検出されたとする。隣接する処理フレーム間の人５１の移動距離（処理フレームのある時点をｍとした場合、（ｘｍ，ｙｍ）−（ｘｍ−１，ｙｍ−１）間の距離）は、人５１が机６１に向っている途中では大きく、着席した後に小さくなる。そこで、この移動距離（すなわち、位置の変化率）が予め設定した規定値より小さい状態のまま予め設定した規定時間を経過したとき、人５１が静止したと判断し、当該処理フレームにおける人５１の位置座標（ｘ，ｙ）を記憶する。これにより、位置判断部３４は、静止状態の人の位置座標を取得することが可能となる。

以下、目標照度および測定照度の算出について説明する。

目標照度は、設定モードにおいて外光の入射しない環境（夜間などが望ましい）で予め使用者が必要とする照度になるように光源２１の光出力を制御した状態で、撮像画像から取得する。照明器具１は、当該撮像画像の濃淡値から求めた目標照度を目標照度設定部３５に記憶する。例えば、図６に示すように、センサ３０の視野範囲３２において予め規定された画素の範囲である中央部分を基準範囲９１に設定し、基準範囲９１の画素の濃淡値の平均値が目標照度として用いられる。基準範囲９１をセンサ３０の視野範囲３２の中央部分に設定することにより、センサ３０の直下の一定範囲から目標照度が算出される。

次に、照度算出部３６における測定照度の算出について説明する。

通常稼動モードにおいて、照度算出部３６は、位置判断部３４の処理フレームごとに位置判断部３４から、人の位置座標が与えられる。図７に示すように、照度算出部３６は、位置判断部３４から与えられた人５１の位置座標を基準として人５１の周囲に規定される範囲を対象エリア９２として設定する。対象エリア９２は、人５１が作業を行う範囲にできるだけ限定され、人５１の位置座標を連結成分の重心としたときにはその重心を中心とする小領域（例えば、１ｍ四方の正方形）に設定される。

照度算出部３６は、撮像画像における対象エリア９２の平均の濃淡値を測定照度として算出し、測定照度を目標照度に近づけるように指示する調光信号を調光制御部４１に与える。照度算出部３６から調光信号が与えられた調光制御部４１は、光源２１の光出力を制御する。これにより、対象エリア９２（人５１の周囲）の照度が、目標照度に維持される。

図９は、測定照度を目標照度に近づける光源２１の光出力の制御の一例を示している。照明器具１は、測定照度（図９中の曲線Ａ）が目標照度（図９中の直線Ｂ）に近づくように、光源２１の光出力（図９中の曲線Ｃ）を大きくする。本実施形態においては、図９に示すように、測定照度が時間の経過に伴って目標照度に向って徐々に変化するように、光源２１の光出力が制御される。

ところで、人の位置座標の数は、センサ３０の視野範囲３２に存在する人数に応じて変化する。図８に示すように、複数の人５１が存在する場合、照度算出部３６に与えられる位置座標の数も複数になる。この場合、照度算出部３６は、それぞれの人５１の位置座標を基準として人５１の周囲に規定される範囲を対象エリア９２として設定し、撮像画像における対象エリア９２ごとの平均の濃淡値を算出する。照度算出部３６は、当該平均の濃淡値の中で最小値を測定照度とする。これにより、照明器具１は、最も照度が不足している対象エリア９２を基準として光源２１の光出力を制御し、全ての対象エリア９２の照度を目標照度に維持できる。

他にも、撮像画像における対象エリア９２ごとの平均の濃淡値を算出し、当該平均の濃淡値の平均値を測定照度としてもよい。これにより、照明器具１は、上記の場合よりも消費電力を低減できるとともに、全ての対象エリア９２の照度をできるだけ目標照度に近づけることができる。

また、対象エリア９２には、図１０（ａ）に示すように、人５１の全周囲が含まれており、人５１の前方（机６１など作業面がある方向）だけでなく、人５１の後方（机６１など作業面のない方向）も含まれている。そのため、さらに精度よく作業面の照度を目標照度に近づけるために、図１０（ｂ）に示すように、人５１の後方を削除範囲９３として削除範囲９３を含まないように対象エリア９２を設定することが望ましい。

そのため、照度算出部３６は、撮像画像から視野範囲３２に占める人５１の範囲に基づいて人５１の向き（つまり、前後方向）を推定する。差分画像の対照エリア９２において、人５１の前方では手などの動きにより閾値より大きい画素値を有する画素が多く出現するが、人５１の後方では動きがほとんどないため、閾値より大きい画素値を有する画素がほとんど出現しないことを利用する。すなわち、一定時間における閾値より大きい画素値を有する画素の量について比較し、多いほうを前方とし、前後方向を推定する。

照度算出部３６は、人判断部３３から与えられる情報を基に、対象エリア９２の各画素について変化の頻度を管理する。人５１の動作は主に人５１の前方で行われ、人５１の後方の画素はほどんど変化しない。そのため、対象エリア９２において、人５１の後方の画素は、変化の頻度は人５１の前方の画素に比べて相対的に少なくなる。そこで、対象エリア９２の人５１の前後方向において、変化の頻度が少ない方を人５１の後方とみなし、当該部分を削除範囲９３として対象エリア９２から除外する。画素の変化としては、例えば、差分画像の対象エリア９２内において、予め設定した閾値より大きいの画素値を有する画素は、人５１が位置するか、作業などで人５１の手などが動いているなど変化のある画素とみなす。

これにより、照明器具１は、目標照度を維持する必要がない人５１の後方に位置する削除範囲９３を対象エリア９２から除外し、目標照度を維持する必要がある人５１の作業範囲をより特定することができる。これにより、さらに精度よく人５１の周囲の作業面の照度を目標照度に近づけることができる。

また、上記の処理によらず、対象エリア９２の全画素中で、変化の頻度が少ない所定割合の画素を対象エリア９２から除去しても、上記と同様の効果が期待できる。所定割合としては、例えば、変化の頻度が少ない方から３０％の画素としてもよい。

なお、本実施形態では、単一の光源２１の光出力の制御について説明したが、本発明の技術は、複数の光源２１に対しても適用可能である。目標照度の設定において、基準範囲９１は、センサ３０の視野範囲３２の中央部分に限らず、適宜位置および範囲を設定してもよい。また、光源２１の光出力の制御や目標照度の設定などの開始の指示は、リモコンなどの手段を用いて適宜行えることが望ましい。

本実施形態では、光源２１とセンサ３０とを一体に備えた照明器具１を例示して照明装置を説明したが、照明装置は、光源２１とセンサ３０を別体として備えた構成であってもよい。

２１ 光源
３１ イメージセンサ
３６ 照度算出部
４１ 調光制御部
５１ 人
９２ 対象エリア

Claims (5)

1. 光源と、前記光源が照明する範囲に重なる範囲を検知範囲とし前記検知範囲の人の存否および少なくとも１人の人の位置を検知する人感センサと、前記検知範囲内における位置ごとの照度を検知する照度センサと、前記人感センサから与えられる前記人の位置および前記照度センサから与えられる前記位置ごとの照度に基づいて調光信号を生成する照度算出部と、前記照度算出部からの前記調光信号を受けて前記光源の光出力を制御する調光制御部とを備え、前記照度算出部は、前記人の位置を基準として前記人の周囲に規定される範囲を対象エリアに設定し、前記対象エリアにおいて前記照度センサから得られた照度を用いて前記対象エリアに関する測定照度を算出し、前記測定照度を予め設定された目標照度に近づけるように指示する前記調光信号を、前記調光制御部に与えることを特徴とする照明装置。
2. 前記人感センサは、前記検知範囲を撮像するイメージセンサを備えており、前記イメージセンサが撮像した画像に基づいて、前記検知範囲の人の存否および人の位置を検知し、前記照度センサは、前記イメージセンサからなり、前記画像から得られる各画素の濃淡値に基づいて、前記検知範囲内における位置ごとの照度を検知することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記照度算出部は、前記人感センサが複数の人を検知した場合、前記複数の人ごとに設定された前記対象エリアごとの平均の照度を求め、前記平均の照度の中の最小値を前記測定照度とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 前記照度算出部は、前記人感センサが複数の人を検知した場合、前記複数の人ごとに設定された前記対象エリアごとの平均の照度を求め、前記平均の照度の平均値を前記測定照度とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
5. 前記照度算出部は、前記人感センサから与えられる前記検知範囲に占める人の範囲に基づいて前記人の向きを推定し、前記人の後方を含まないように前記対象エリアを設定することを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の照明装置。
   

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