JP5243173B2 - 人体検知器 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線量が人体検知用の閾値を超える変化を検出した後に計時する判定時間内に、同様の変化を所定の判定回数検出したときに異常出力する人体検知器に関する。

従来、焦電素子やサーモパイル等の赤外線検出素子を用いて監視領域から放射される赤外線量の変化から人体を検知する人体検知器として、例えば下記特許文献１に開示される熱線式人体検出器が知られている。

この特許文献１の熱線式人体検出器では、一対の熱線検出素子から出力される波形において、所定レベルを超える信号波形のピークを検出し、このピークの検出信号が最初に得られた時から予め定めた一定時間後の所定時間（判定時間）以内に次のピークの検出信号が得られた時に警報を出力している。

すなわち、従来の人体検知器では、ノイズや小動物などによる誤報を防止するため、赤外線量の変化を検出した後に計時する予め定めた判定時間内に赤外線量の変化を所定回数（特許文献１の場合、１回）検出したときに人体検知出力を行っていた。
特開平０３−５９４９０号公報

ところで、上述した従来の人体検知器における判定時間は、人体が監視領域に実際に侵入したにも関わらず人体を検知しなかったという失報を防止するために、通常、長めの時間で予め定めていた。

しかしながら、前記判定時間を長めの時間で固定にしていると、この判定時間内にノイズや小動物などの誤報要因による変化を所定回数検出して誤報が生じてしまう可能性がそれだけ高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、誤報防止と失報防止とを両立することができる人体検知器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された人体検知器は、設定された監視領域から放射される赤外線の変化量を検出する赤外線検出手段と、該赤外線検出手段が検出した前記赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超える変化を検出した後に所定の判定時間を計時し、当該判定時間内に前記変化を所定の判定回数検知すると人体と判定する人体判定処理を行う人体判定部とを備えた人体検知器であって、
前記赤外線の変化量が前記人体検知用の閾値より小さい所定の正常範囲を逸脱してから当該正常範囲に復帰するまでの変動時間を計時する変動時間計時部と、
前記人体判定処理を行う都度、前記人体判定処理において前記変化を最初に検出したときに計時された前記変動時間に前記判定回数を乗じた値に相当する時間を用いて前記判定時間の長さを設定する判定時間設定部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、赤外線量の変化を検出する都度、移動物体の速度に応じた適切な判定時間を設定することができ、誤報防止と失報防止とを両立した人体判定を行うことができる。

以下、本発明に係る人体検知器について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る人体検知器の全体構成を示すブロック図、図２は本発明に係る人体検知器の人体判定処理に関するフローチャート、図３（ａ）は本発明に係る人体検知器において人体が監視領域内を移動した場合のタイミングチャートの一例を示す図、図３（ｂ）は本発明に係る人体検知器において誤報要因としての小動物が監視領域内を移動した場合のタイミングチャートの一例を示す図である。

本発明は、物体が監視領域を移動した場合、赤外線検出手段から出力される赤外線変化量を縦軸にとり、時間を横軸にとって波形を描くと、正弦波に近似した波形が得られ、このような波形を考えたときに、物体の移動速度に略比例して波長の長さが変化する点に着目したものである。この着目点に基づいた本発明に係る人体検知器は、赤外線量が人体検知用の閾値を超える変化を検出した後に計時する判定時間内に、同様の変化を所定の判定回数検出したときに異常出力するものであって、特に、赤外線量の変化検出の都度、異常の判定時間を必要十分な長さに設定できるように、最初の変化検出の際に、赤外線の変化量が正常範囲から逸脱して再び正常範囲に復帰するまでの変動時間を計測し、この変動時間に判定回数を乗じた時間を、その後に計時する判定時間として動的に設定する機能を有している。以下、具体的にその構成及び動作について説明する。

本例の人体検知器１は、図１に示すように、光学手段２、赤外線検出手段３、増幅部４、人体判定部５、計時部６、記憶部７、出力部８を備えて概略構成される。

光学手段２は、例えばレンズやミラー等で構成され、予め設定された監視領域から放射される赤外線を赤外線検出手段３に集光させている。この光学手段２は、監視領域の内側に、赤外線を集光する集光領域を複数形成する構造を備えている。

赤外線検出手段３は、例えば焦電素子やサーモパイル等の赤外線検出素子で構成され、光学手段２にて集光された赤外線を受光し、受光した赤外線量の変化量を電気信号として出力している。

具体的には、２個の焦電素子を逆極性で直列に接続したデュアルタイプの素子を赤外線検出手段３として用いている。尚、焦電素子やサーモパイル等の単一素子によって赤外線検出手段３を構成することもできる。

ここで、上記監視領域について説明する。本例では、赤外線を集光する集光領域を複数形成する構成を光学手段２が備え、複数の赤外線検出素子が隣接して接続される構成を赤外線検出手段２が備えている。

従って、１つの集光領域内には、赤外線を検出する検出領域が互いに隣接して赤外線検出素子の数分だけ（図１の例ではＡ，Ｂ）が形成されることになる。

増幅部４は、赤外線検出手段３から出力された電気信号を増幅する回路で構成され、赤外線検出手段３からの電気信号を増幅して人体判定部５に出力している。

人体判定部５は、例えばＣＰＵ等で構成され、増幅部４が出力する電気信号から得られる赤外線の変化量に基づいて人体の有無を判定している。この人体判定部５では、人体判定処理として、赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超える変化を検出した後に所定の判定時間を計時し、この判定時間内に、赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超える変化を所定の判定回数検知したときに人体と判定している。

そして、このような判定処理を行う人体判定部５は、変動時間計時部５ａ、判定時間設定部５ｂ、検知回数判定部５ｃを備えている。また、人体判定部５には計時部６及び記憶部７が接続されており、これら計時部６及び記憶部７は人体判定部５によって制御される。計時部６は、人体判定部５が計時を行う際に用いられる。また、記憶部７は、人体判定部５が後述する図２の人体判定処理を実行するための動作プログラム、人体検知用の閾値、判定回数、正常範囲、計時部６の計時に基づく変動時間や判定時間等の時間情報を記憶している。

ここで、人体判定用の閾値は、次のようにして決定する。まず、監視領域とする環境に人体検知器１を設置し、監視領域を人体が通行する場合に想定される様々な速度で人体を通過させる実験を行う。そして、そのときの赤外線の変化量よりも若干余裕をもたせた小さい値に閾値を決定する。人体検知用の閾値を実験での赤外線の変化量よりも十分に小さい値にしないのは、ノイズや小動物などの誤報要因による変化で極力人体検知用の閾値を超えないようにするためである。

尚、本例では、記憶する判定回数は１回としており、人体判定処理全体で人体検知用の閾値を２回超えたときに人体と判定するようにしている。人体判定処理全体における人体と判定する回数（２回）を集光領域内の検出領域の数（２つ）に一致させることで、集光領域単位での人体判定を可能にしている。

変動時間計時部５ａは、監視領域の環境に変化がない場合に赤外線が変化し得る範囲を正常範囲とし、この正常範囲から赤外線の変化量が逸脱したことを検知している。また、変動時間計時部５ａは、赤外線の変化量が正常範囲から逸脱したことを検知した後に、再び正常範囲に復帰したことを検知している。

ここで、本例における上記正常範囲について説明すると、この正常範囲は以下の手順に従って決定している。まず、環境変化の無い状況下で赤外線の変化量がどのくらい変動するかを計測する。続いて、このような状況下で赤外線の変化量が逸脱しないような範囲を実験的に求める。そして、この実験的に求めた範囲より大きく、かつ、人体検知用の閾値よりも小さい範囲の間で正常範囲を決定する。そして、決定した正常範囲は、予め記憶部７に記憶させておく。

そして、変動時間計時部５ａは、赤外線の変化量が正常範囲からの逸脱を検知したときに、計時部６を作動させて計時を開始し、その後に正常範囲への復帰を検知したときに計時部６を停止し、このときの計時時間を変動時間として計時している。

このように、変動時間計時部５ａは、赤外線の変化量が予め決められた正常範囲を逸脱してから正常範囲に復帰するまでの変動時間を計時している。

判定時間設定部５ｂは、後述する人体判定処理において赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超える変化を最初に検出したときに計時された変動時間を用いて判定時間を設定している。具体的には、変動時間計時部５ａにて計時された変動時間に判定回数を乗じた値に相当する時間を判定時間として記憶部７に設定記憶している。

尚、本例では、判定回数が１回なので、乗算の処理をせずに変動時間計時部５ａが計時した変動時間をそのまま記憶部７に設定記憶しているが、判定回数が複数である場合には、変動時間に判定回数を乗じる処理を行う。

検知回数判定部５ｃは、判定時間設定部５ｂにて設定された判定時間の計時を行い、判定時間内に、赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超える変化が判定回数あるか否かを判定している。そして、検知回数判定部５ｃは、判定時間内に、赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超える変化が判定回数に達した場合に、人体と判定して人体検知信号を出力している。

出力部８は、外部に異常出力する出力部で、人体判定部５ａの検知回数判定部５ｃにて人体を判定したときに人体検知信号を外部の警報装置等に出力している。尚、出力部８の異常出力はＬＥＤによる表示や、ブザーによる鳴動などであってもよい。

次に、上記のように構成された人体検知器１の人体判定部５が実行する人体判定処理について図２のフローチャートを参照しながら説明する。

人体検知器１の電源がＯＮすると、変動時間計時部５ａが変動時間計時処理を実行する。この変動時間計時処理では、変動時間計時部５ａが、まず光学手段２、赤外線検出手段３、増幅部４を介して入力される出力値（赤外線の変化量）が正常範囲を超えたか否かを判別する（ＳＴ１）。そして、出力値が正常範囲を超えたと判断すると（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、計時部６による計時を開始する（ＳＴ２）。

続いて、変動時間計時部５ａは、計時部６の計時を開始してからの出力値が正常範囲に復帰したか否かを判別する（ＳＴ３）。そして、変動時間計時部５ａは、出力値が正常範囲に復帰したと判断すると、計時部６による計時を停止する（ＳＴ４）。その後、判定時間設定部５ｂが判定時間設定処理を実行する。

判定時間設定処理では、判定時間設定部５ｂが、変動時間計時部５ａによるＳＴ２からＳＴ４までの計時時間中の出力値の最大値が人体検知用の閾値を超えたか否かを判別する（ＳＴ５）。そして、判定時間設定部５ｂは、変動時間計時部５ａによる計時時間中の最大値が人体検知用の閾値以下と判断すると（ＳＴ５−Ｎｏ）、計時部６による計時をクリアし（ＳＴ６）、変動時間計時部５ａによる変動時間計時処理に戻る。これに対し、判定時間設定部５ｂは、変動時間計時部５ａによる計時時間中の最大値が人体検知用の閾値を超えたと判断すると（ＳＴ５−Ｙｅｓ）、そのとき計時された変動時間（計時時間）に基づいて判定時間を設定する。そして、このときの判定時間を記憶部７に記憶した後、計時部６による計時をクリアし（ＳＴ７）、検知回数判定部５ｃが検知回数判定処理を実行する。

検知回数判定処理では、検知回数判定部５ｃが、計時部６による計時を開始し（ＳＴ８）、判定時間設定処理で設定された判定時間内に、出力値が人体検知用の閾値を超えたか否かを判別する（ＳＴ９）。そして、検知回数判定部５ｃは、判定時間内に、出力値が人体検知用の閾値を超えたと判断すると（ＳＴ９−Ｙｅｓ）、出力部８に人体検知信号を出力し、それまで記憶部７に記憶していた判定時間及び計時部６による計時をクリアし（ＳＴ６）、変動時間計時部５ａによる変動時間計時処理に戻る。これに対し、検知回数判定部５ｃは、判定時間内の出力値が人体検知用の閾値以下と判断すると（ＳＴ９−Ｎｏ）、計時部６の計時時間が判定時間を経過したか否かを判別する（ＳＴ１１）。そして、検知回数判定部５ｃは、計時部６の計時時間が判定時間を経過したと判断すると（ＳＴ１１−Ｙｅｓ）、それまで記憶部７に記憶していた判定時間及び計時部６による計時をクリアし（ＳＴ６）、変動時間計時部５ａによる変動時間計時処理に戻る。

尚、本発明の人体判定処理は、本実施例においては変動時間計時処理を開始し（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、判定時間設定処理を行って、検知回数判定処理を終了する（ＳＴ６）までの一連の処理に相当する。

次に、上記のように構成される人体検知器１の具体的動作例について図２及び図３を参照しながら説明する。ここでは、赤外線検出素子Ａ，Ｂが近接して逆極性で直列接続された赤外線検出手段３を用い、判定回数を１回とし、赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超える変化を人体判定処理全体で２回検出したら異常出力（人体検知信号を出力）するものとしている。

本例では、赤外線の変化はプラス方向への変化とマイナス方向への変化とがあるので、人体検知用の閾値（図中の「閾値」に相当する）は、プラス側とマイナス側で２つ設定されている。また、正常範囲内と正常範囲外を定める閾値も同様にプラス側とマイナス側で設定されている。本発明において赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超えることは、本例ではプラス側で設定された閾値を上回ること、または、マイナス側で設定された閾値を下回ることに相当する。尚、赤外線の変化量の絶対値をとって、その赤外線の変化量の絶対値が人体検知用の閾値を超えるか否かを検出する場合は、プラス側だけで閾値を設定すればよい。

まず、人体が監視領域内を移動した場合の人体検知器１の具体的動作例について図３（ａ）を参照しながら説明する。

人体が監視領域内を移動して図３（ａ）に示すような赤外線の変化を示し、赤外線の変化量が正常範囲内に収まっている状態から正常範囲を外れると（図中（イ））、計時部６による計時を開始する。そして、計時部６による計時を開始した後、赤外線の変化量が正常範囲に復帰すると（図中（ロ））、計時部６による計時を停止する。このとき、計時部６による計時中に赤外線の変化量の最大値が人体検知用の閾値を超えているので（図中（ハ））、計時部６が計時を開始してから停止するまでの計時時間（ｔ１）を変動時間として計時し、この計時した変動時間（計時時間ｔ１）をそのまま判定時間として設定し、計時部６の計時をクリアする。その後、計時部６による計時を開始する。このときの検知回数判定部５ｃが行う計時部６による計時開始は、図３（ａ）の出力値が正常範囲に収まっている範囲内（例えば、図中の時点Ａ，Ｂ，Ｃ）であればどこから開始しても良い。そして、計時部６による計時を開始してから判定時間内に赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超えるので（図３（ａ）中のニ）、異常出力として出力部８に人体検知信号を出力する。その後、記憶部７に記憶された判定時間と計時部６の計時をクリアして変動時間計時処理に戻る。

次に、小動物が監視領域内を移動した場合の人体検知器１の具体的動作例について図３（ｂ）を参照しながら説明する。

ここでは、天井に設置された人体検知器１の下に戸棚が配置され、戸棚の上部が人体検知器１の監視領域の一部に含まれてしまっている場合を例として想定している。このような場合、戸棚の上部の小動物は、床面の小動物よりも人体検知器１に近く、人体検知器１からは大きな物体に見えるため、小動物が移動したときの赤外線の変化量もそれに比例して大きなものとなる。その結果、前述した人体検知用の閾値を超えてしまう場合がある。以下の動作例では、小動物が、一度監視領域を通過して、しばらく経ってから再び監視領域を通過した場合について説明する。

小動物が監視領域内を移動すると、図３（ｂ）に示すような赤外線の変化を示す。赤外線の変化量が正常範囲内に収まっている状態から正常範囲を外れると（図中（ホ））、計時部６による計時を開始する。そして、計時部６による計時を開始した後、赤外線の変化量が正常範囲に復帰すると（図中（ヘ））、計時部６による計時を停止する。このとき、計時部６による計時中に赤外線の変化量の最大値が人体検知用の閾値を超えているので（図中（ト））、計時部６が計時を開始してから停止するまでの計時時間（ｔ２）を変動時間として計時する。そして、この計時した変動時間（計時時間ｔ２）をそのまま判定時間として設定し、計時部６の計時をクリアする。その後、計時部６による計時を開始する。ここで、人体検知器１の近くを小動物が通過した場合の赤外線の変化は、計時部６による計時を開始してから判定時間が経過するまでの間に赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超えるほど大きいものではないので、人体検知信号を出力することなく、記憶部７に記憶された判定時間と計時部６の計時をクリアして変動時間計時処理に戻る。

その後、小動物が監視領域を再び通過して、人体検知用の閾値を超えたとしても（図中（チ））、このときには、検知回数判定部５ｃによる検知回数判定処理を行っていないので、人体検知信号を出力しない。この場合には、変動時間計時処理の開始によって始まる人体判定処理を新たに実行し、変動時間を用いた判定時間を設定し直すので、人体判定処理を実行する都度、適切な判定時間で人体を判定できる。

このように、本発明に係る人体検知器によれば、赤外線の変化量が正常範囲から逸脱してから正常範囲に復帰するまでの時間を計時し、この計時した変動時間を用いて、その後に計時する判定時間を動的に設定している。これにより、赤外線量の変化を検出する都度、移動物体の速度に応じた適切な判定時間を設定することができ、誤報防止と失報防止とを両立した人体判定を行うことができる。

ところで、上述した実施形態では、赤外線を検出する検出領域が隣接して形成される構成としているので、変動時間計時部５ａにて計時された変動時間を用いて判定時間を設定するにあたって、判定時間設定部５ｂが検出領域間の人体の移動時間を考慮していないが、赤外線検出手段３による検出領域が離れている場合（図１におけるＡとＢとの間が離れている場合）には、検出領域間の人体の移動時間を予め記憶しておき、判定時間設定部５ｂが、検出領域間の移動時間を加算して判定時間を設定すればよい。

また、判定時間設定部５ｂが変動時間を用いて判定時間を設定するにあたって、計時した変動時間に判定回数を乗じた値に相当する時間をそのまま判定時間として設定するだけではなく、変動時間に判定回数を乗じた値に相当する時間に、予め記憶した猶予時間を加算した時間を判定時間とする構成であってもよい。

このようにすれば、監視領域内で人体の移動速度が遅くなって、変動時間に判定回数を乗じた値に相当する時間を若干経過して人体検知用の閾値を超えた場合でも、加算した猶予時間内であれば人体と判定することができるので、失報を防止しつつも、移動速度に応じた判定時間の設定が可能となる。

本発明に係る人体検知器の全体構成を示すブロック図である。 本発明に係る人体検知器の人体判定処理に関するフローチャートである。 （ａ） 本発明に係る人体検知器において人体が監視領域内を移動した場合のタイミングチャートの一例を示す図である。 （ｂ） 本発明に係る人体検知器において誤報要因としての小動物が監視領域内を移動した場合のタイミングチャートの一例を示す図である。

符号の説明

１ 人体検知器
２ 光学手段
３ 赤外線検出手段
４ 増幅部
５ 人体判定部
５ａ 変動時間計時部
５ｂ 判定時間設定部
５ｃ 検知回数判定部
６ 計時部
７ 記憶部
８ 出力部

Claims (1)

1. 設定された監視領域から放射される赤外線の変化量を検出する赤外線検出手段と、該赤外線検出手段が検出した前記赤外線の変化量が人体検知用の閾値を超える変化を検出した後に所定の判定時間を計時し、当該判定時間内に前記変化を所定の判定回数検知すると人体と判定する人体判定処理を行う人体判定部とを備えた人体検知器であって、
   前記赤外線の変化量が前記人体検知用の閾値より小さい所定の正常範囲を逸脱してから当該正常範囲に復帰するまでの変動時間を計時する変動時間計時部と、
   前記人体判定処理を行う都度、前記人体判定処理において前記変化を最初に検出したときに計時された前記変動時間に前記判定回数を乗じた値に相当する時間を用いて前記判定時間の長さを設定する判定時間設定部とを備えたことを特徴とする人体検知器。

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