JP6074709B2 - 照明制御システム及び照明制御端末 - Google Patents

Description

本発明は、照明制御システム及び照明制御端末に関する。

照明光の配光を調整する技術としては、下記の特許文献１が知られている。この特許文献１には、器具本体に取り付けられるＬＥＤ発光部と、略山形状に形成されてＬＥＤ発光部からの光を反射させるための反射板と、反射板の前面に配置されるパネルカバーとを備え、反射板の表面に凹凸部を設ける照明器具が開示されている。

特開２０１３−２５９９３号公報

しかしながら、特許文献１の照明器具はパネル面を均一に発光することはできるが、照明器具に対する所望の方向に照明することはできない。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、照明器具から所望の方向に照明光を照射することができる照明制御システム及び照明制御端末を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る照明制御システムは、照明光の照射方向が調整可能な照明器具と、前記照明器具と一体又は近傍に設けられた複数の目印部と、ユーザの操作に応じて前記目印部を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像した撮像画像に含まれる前記目印部の位置関係に基づいて前記照明器具に対するユーザの位置を算出する演算部と、前記演算部により算出された前記ユーザの位置に基づいて照明光の照明方向を調整する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る照明制御システムは、上記第１の態様の照明制御システムであって、前記目印部は、前記撮像部が撮像可能な範囲に対して特定の目印部が他の目印部と区別可能に構成されていることを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る照明制御システムは、上記第２の態様の照明制御システムであって、前記演算部は、前記撮像部により撮像した撮像画像に含まれる前記目印部の位置関係に基づいて前記撮像部の向きを推定し、当該撮像部の向きから前記ユーザの向きを推定し、前記制御部は、前記推定したユーザの向きにおける前方と後方とで照明状態を変化させることを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る照明制御システムは、上記第２又は第３の態様の照明制御システムであって、前記演算部は、前記撮像部により撮像した撮像画像に含まれる前記目印部の位置関係に基づいて前記照明器具と前記撮像部との距離を推定し、前記制御部は、前記推定された距離に基づいて前記照明光の配光角度を調整することを特徴とする。

本発明の第５の態様に係る照明制御システムは、上記第１乃至第４の態様の何れかの態様の照明制御システムであって、照度計測部を備え、前記制御部は、前記照度計測部により計測した照度が予め設定した照度となるように前記照明器具から照射する照明光の輝度を制御することを特徴とする。

本発明の第６の態様に係る照明制御システムは、上記第１乃至第５の態様の何れかの態様の照明制御システムであって、前記制御部は、前記演算部により算出されたユーザの位置周辺に照射する照明光と、当該ユーザの位置周辺以外に照射する照明光とで異なるものとすることを特徴とする。

本発明の第７の態様に係る照明制御システムは、上記第１乃至第６の態様の何れかの態様の照明制御システムであって、前記照明器具を複数有し、前記制御部は、単一の照明器具から照射された照明光により調整された照射方向における照度が所定の照度より低い場合に、他の照明器具から照明光を照射させることを特徴とする。

本発明の第８の態様に係る照明制御システムは、上記第７の態様の照明制御システムであって、前記複数の照明器具のそれぞれ特定する識別子を設け、それぞれの照明器具からユーザに向けて照明光を照射することを特徴とする。

本発明の第９の態様に係る照明制御端末は、光源による照明光の照射方向が調整可能な照明器具を制御する照明制御端末であって、前記光源の近傍に設けられた複数の目印部を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像した撮像画像に含まれる前記目印部の位置関係に基づいて前記照明器具に対するユーザの位置を算出する演算部と、前記演算部により算出された前記ユーザの位置に基づいて、前記照明器具から照射される照明光の照明方向を調整する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の第１０の態様に係る照明制御端末は、上記第９の態様の照明制御システムであって、周囲の照度を計測する照度計測部を備え、前記照度計測部により計測された照度に基づいて、前記照明器具から照射される照明光の輝度を制御することを特徴とする。

本発明によれば、ユーザの位置を演算し、照明器具から所望の方向に照明光を照射することができる。

本発明の実施形態として示す照明制御システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、照明制御端末の一例を示す外観図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、照明器具及び照明制御端末の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおける動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおける目印部の配置を示す図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおける照明光の照射形態を示す図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、（ａ）は照明器具とユーザとの距離がＤ１のときの照射形態であり、（ｂ）は照明器具とユーザとの距離がＤ２のときの照射形態を示す。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、照明器具及び照明制御端末の他の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、ユーザがいる領域とユーザがいない領域とで照明光を変化させている状態を示す図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、（ａ）は単一の照明器具から照明光を照射した様子を示し、（ｂ）は、複数の照明器具から照明光を照射した様子を示す図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、複数の照明器具を有する構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、複数の光源と照射方向との関係を示す図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、（ａ）は光学中心と画像平面と目印部との関係を示し、（ｂ）は目印部同士の関係を示す図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、目印部のベクトルの関係を示す図である。 本発明の実施形態として示す照明制御システムにおいて、他の目印部のベクトルの関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明の実施形態として示す照明制御システムは、例えば図１に示すように構成される。この照明制御システムは、光源を含む照明器具１、目印部２ａ、２ｂ、２ｃ（以下、総称する場合には単に「目印部２」と呼ぶ。）、及び、照明制御端末１０とを含む。

照明器具１は、照明光の照射方向が調整可能なものである。

目印部２ａ、２ｂ、２ｃは、光源を含む照明器具１と一体又は照明器具１の近傍に設けられた複数の目印からなる。この目印部２ａ、２ｂ、２ｃは、照明制御端末１０に撮像される。目印部２ａ、２ｂ、２ｃは、照明制御端末１０により撮像された撮像画像内において認識可能な形態であればよい。目印部２ａ、２ｂ、２ｃは、撮像画像内で識別可能な形状や色、材料で構成されていればよい。また、目印部２ａ、２ｂ、２ｃは、所定の３つのＬＥＤによって構成してもよい。これにより目印部２ａ、２ｂ、２ｃは照明器具１と一体に構成できる。

照明制御端末１０は、例えばユーザＰに操作される情報携帯端末によって構成される。また、照明制御端末１０は、ユーザＰに操作される照明器具１のリモコンなどであってもよい。さらに、照明制御端末１０は、図１に示すようにユーザＰに保持されて操作される装置であればよい。

照明制御端末１０は、例えば図２に示すように、ユーザＰの手Ｈによって操作され、照明器具１の制御が可能なものである。照明制御端末１０は、表示画面１００にタッチパネル機構が内蔵されている。照明制御端末１０は、表示画面１００に照明器具１のオン／オフを選択する操作メッセージ１００ａを表示させる。照明制御端末１０は、オン又はオフの表示箇所が押圧されることにより、ユーザＰの操作を受け付ける。照明制御端末１０は、ユーザＰの操作を受け付けると、照明器具１に制御信号を出力する。

このような照明制御システムは、例えば図３に示すように、照明制御端末１０及び照明器具１が構成される。

照明制御端末１０は、信号出力部２１、位置演算部２２、撮像部２３、及び、操作入力部２４を含む。

操作入力部２４は、ユーザＰの操作を受け付ける。操作入力部２４は、上述したタッチパネル機構であってもよく、その他の機械的な操作を受け付ける構成であってもよい。操作入力部２４は、画像を撮像する操作や、照明器具１を制御する操作を受け付ける。照明器具１の制御内容としては、照明器具１の点灯又は消灯、明るさ、色温度の調整が挙げられる。

撮像部２３は、照明制御端末１０に内蔵された小型カメラによって実現できる。撮像部２３は、ユーザＰの操作に応じて画像を撮像し、撮像画像を生成する。本実施形態において、撮像部２３は、少なくとも目印部２を撮像し、撮像画像を生成する。

位置演算部２２は、撮像部２３により撮像した撮像画像に含まれる目印部２の位置関係に基づいて照明器具１に対する照明制御端末１０の位置を算出する。位置演算部２２は、算出した照明制御端末１０の位置から、ユーザＰの位置を算出する。なお、位置演算部２２による照明制御端末１０の位置の算出方法の詳細については後述する。

信号出力部２１は、照明器具１を制御する制御信号を送出する。信号出力部２１は、照明器具１の制御信号に、位置演算部２２により演算されたユーザＰの位置情報を含める。これにより、照明制御端末１０は、照明器具１に制御信号及びユーザＰの位置情報を受信させることができる。

照明器具１は、信号入力部１１、照明制御部１２、照明部１３を有する。また、照明器具１は、図１に示したように、目印部２を備えている。

信号入力部１１は、照明制御端末１０から照明器具１の制御信号を入力する。信号入力部１１は、照明制御端末１０から送信された無線信号を受信すると、当該無線信号を制御信号に変換して照明制御部１２に出力する。また、この制御信号には、ユーザＰの位置情報が含められている。

照明部１３は、例えば所定の配列に従って設置された複数のＬＥＤからなる。照明部１３は、光源としてのＬＥＤによる照明光の照射方向が調整可能である。照明部１３は、例えば、照射したい照射方向のＬＥＤのみを点灯又は輝度を高くすることができる。照明部１３は、照明制御部１２から供給された調光信号に従って動作する。

照明制御部１２は、信号入力部１１から供給された制御信号に従って調光信号を生成する。照明制御部１２は、調光信号を照明部１３に供給する。これにより、照明制御部１２は、照明部１３による照明光の点灯又は消灯、明るさ、色温度を制御する。

また、照明制御部１２は、制御信号に含まれている照明器具１を基準とするユーザＰの位置に向けて照明光の照射方向を制御する。これにより、照明器具１は、ユーザＰの位置に基づいて照明光の照射方向を調整できる。例えば、照明器具１は、図１に示すように、ユーザＰが居る検出範囲Ｄの照度を高くする照明光Ｌ１を照射する。一方、照明器具１は、ユーザＰがいないＴＶには照度を低くする照明光Ｌ２を照射する。

これにより、照明制御システムは、照明制御部１２によって、照明制御端末１０により算出されたユーザＰの位置に基づいてユーザＰに向けて照明光の照明方向を調整できる（制御部）。

具体的には、照明制御システムは、図４に示すような一連の処理をすることによって照明光の照射方向を制御する。

先ずステップＳ１において、照明制御端末１０は、ユーザＰの操作に応じて操作入力部２４により照明器具１を制御する制御信号を入力する。

次のステップＳ２において、照明制御端末１０は、撮像部２３により目印部２を撮影する。このとき、照明制御端末１０は、自動的に撮影してもよく、ユーザＰの操作によって撮影してもよい。

次のステップＳ３において、照明制御端末１０は、位置演算部２２によって、撮影した目印部２を含む撮像画像から、照明器具１を基準とする照明制御端末１０の位置を算出する。

次のステップＳ４において、照明制御端末１０は、位置演算部２２によって、ステップＳ３にて算出した照明制御端末１０の位置から、ユーザＰの位置を算出する。さらに、照明制御端末１０は、照明器具１に対し、照明器具１の制御信号及びユーザＰの位置情報を送信する。

次のステップＳ５において、照明器具１は、照明制御端末１０から送信された照明器具１の制御信号に従って照明器具１の点灯状態を制御する。また、照明器具１は、ユーザＰの位置情報に基づいて照明光の照射方向を調整する。これにより、照明器具１は、ユーザＰの位置に対して照明光を照射できる。

以上のように、照明制御システムは、光源による照明光の照射方向が調整可能な照明部（１）と、光源の近傍に設けられた複数の目印部（２）とを備える。さらに照明制御システムは、ユーザの操作に応じて目印部（２）を撮像する撮像部（２３）と、撮像部により撮像した撮像画像に含まれる目印部（２）の位置関係に基づいて照明器具（１）に対するユーザＰの位置を算出する演算部（２２）を有する。さらに、照明制御システムは、演算部（２２）により算出されたユーザＰの位置に基づいて照明光の照明方向を調整する制御部（１２）を備える。

これにより、照明制御システムは、照明器具１から所望の方向に照明光を照射することができる。また、この照明制御システムによれば、操作者を基準とした照明制御を行う場合に、操作者が自分の位置を入力する必要がない。

上述した照明制御システムにおいて、目印部２は、撮像部２３が撮像可能な範囲に対して特定の目印部が他の目印部と区別可能に構成されていることが望ましい。

例えば、図１等に示したように、３つのＬＥＤを目印部２ａ、２ｂ、２ｃによって構成した場合、図５に示すように、二等辺三角形のように、一点の目印部２ａだけが他の２つの目印部２ｂ、２ｃと異なるように配置する。これにより、撮像部２３によって撮像された撮像画像において、位置演算部２２は、目印部２ａ、２ｂ、２ｃ間の距離から、目印部２ｂ、２ｃから離れた目印部２ａを認識できる。そして、位置演算部２２は、目印部２ａと、他の目印部２ｂ、２ｃとの位置関係から、照明制御端末１０の位置を推定できる。

上述した照明制御システムにおいて、位置演算部２２は、撮像部２３の向きを推定して、ユーザＰの向きを推定してもよい。位置演算部２２は、撮像部２３により撮像した撮像画像に含まれる目印部２の位置関係に基づいて撮像部２３の向きを推定する。位置演算部２２は、当該撮像部２３の向きからユーザＰの正面方向を推定する。

照明制御端末１０は、照明器具１の制御信号、ユーザＰの位置情報に加えて、ユーザＰの向き情報を送信する。照明器具１は、ユーザＰの向き情報を受信すると、照明制御部１２によって照明部１３の照明状態を制御する。照明制御部１２は、照明制御部１２は、推定したユーザの向きにおける前方と後方において照明状態を変化させる。

例えば、図６に示すように、ユーザＰ１の向きを演算していない状態では、ユーザＰ１の前方及び後方で一様な照明光Ｌ１１を照射する。ここで、ユーザＰ１、Ｐ２が保持している照明制御端末１０の表示画面１０Ａ、１０Ｂが上方向となっている。この状況で、ユーザＰ１、Ｐ２に対する照明制御端末１０が存在する方向が、ユーザＰ１、Ｐ２の前方であることが分かる。なお、図６では、照明制御端末１０によって照明器具１周囲の画像１０１を表示させて撮影していることを示している。

したがって、照明制御システムは、ユーザＰの位置情報のみならず、照明制御端末１０の位置情報を照明制御端末１０から照明器具１に送信することが望ましい。そして、照明制御部１２は、ユーザＰの位置に対して照明制御端末１０が存在する方向をユーザＰの前方であると判断できる。また、照明制御部１２は、照明制御端末１０が存在しない方向をユーザＰの後方であると判断できる。

これにより、照明器具１は、ユーザＰ２の正面方向から先方に明るい照明光Ｌ１２を照射する。一方、ユーザＰ２の後方は、照明光Ｌ１２’の照明量を減少させることができる。これにより、ユーザＰ２の後方の照度よりも、ユーザＰ２の前方における照度を高くすることができる。また、照明器具１は、照度のみならず、色温度などを変更してもよい。

上述した照明制御システムにおいて、位置演算部２２は、撮像部２３により撮像した撮像画像に含まれる目印部２の位置関係に基づいて照明器具１（照明部１３）と撮像部２３との距離を推定してもよい。そして、照明制御部１２は、推定された距離に基づいて照明光の照明方向を調整してもよい。

図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、照明器具１に対する照明制御端末１０の距離がＤ１とＤ２のように異なる場合、同じ２メートルの範囲に照射するために必要な配光角度は、Ａ１とＡ２のように異なる。そこで、位置演算部２２は、撮像画像に含まれる目印部２の位置関係から、照明器具１と照明制御端末１０との距離を演算する。さらに位置演算部２２は、演算した照明器具１と照明制御端末１０との距離から所定範囲に照射するための照明光の配光角度を演算する。

このような照明制御システムによれば、照明器具１から照明制御端末１０までの距離を演算でき、当該距離から照明光の配光方向を制御できる。

上述した照明制御システムは、照度計測部を備えていてもよい。これにより、照明制御部１２は、照度計測部により計測した照度が予め設定した照度となるように照明部１３から照射する照明光の輝度を制御できる。

図８に示すように、照明制御端末１０に照度計測部２５を設けてもよく、照明器具１に照度計測部１４を設けてもよい。

照度計測部２５は、照明制御端末１０の周囲の照度を計測する。これにより、照度計測部２５は、照明制御端末１０がユーザＰに把持された状況においてユーザＰの周囲の照度を計測する。計測された照度は、位置演算部２２により演算されたユーザＰの位置情報と共に信号出力部２１から照明器具１に送信される。

照度計測部１４は、照明器具１による照明光の照射範囲における照度を計測する。照度計測部１４は、信号入力部１１から供給されたユーザＰの位置情報から、ユーザＰの周囲における照度を計測する。照度計測部１４によって計測したユーザＰの周囲の照度は、照明制御部１２に供給される。

照明制御部１２は、照明制御端末１０から送信された又は照度計測部１４により計測されたユーザＰの周囲の照度を取得する。照明制御部１２は、計測したユーザＰの周囲の照度が予め設定した照度となるように照明部１３から照射する照明光の輝度を制御する。

このような照明制御システムは、ユーザＰの周囲を所望の照度となるよう照明光を照射できる。したがって、照明制御システムは、ユーザＰによって照度を調整しなくても、自動的に所望の照度となるよう制御できる。

上述した照明制御システムにおいて、照明制御部１２は、図９に示すように、位置演算部２２により算出されたユーザＰの位置周辺に照射する照明光Ｌｂと、当該ユーザＰの位置周辺以外に照射する照明光Ｌａとで異なるものとしてもよい。

照明制御部１２は、例えば、照明光Ｌの照射範囲と照明部１３におけるＬＥＤとの対応関係を記憶している。照明制御部１２は、照明器具１から送信されたユーザＰの位置情報から、ユーザＰ周囲以外に照明光Ｌａを照射するＬＥＤと、ユーザＰ周囲に照明光Ｌｂを照射するＬＥＤとを区別する。照明制御部１２は、ユーザＰ周囲以外に対応したＬＥＤから色温度が低い照明光Ｌａを照射させるよう制御する。一方、照明制御部１２は、ユーザＰ周囲に対応したＬＥＤから色温度が高い照明光Ｌｂを照射させるよう制御する。また、照明制御部１２は、照明光Ｌａ、Ｌｂとで照明光の明るさを変化させてもよいことは勿論である。

上述した照明制御システムにおいて、照明器具１を複数有していてもよい。そして、照明制御部１２は、単一の照明器具１から照射された照明光により調整された照射方向における照度が所定の照度より低い場合に、他の照明器具１から照明光を照射させる。

例えば図１０（ａ）に示すように、照明器具１Ａから１００％の輝度で照明光Ｌ２１をユーザＰに向けて照射する。その結果、所望とする照度１００に対し、実際の照度は５０となっている。これに対し、照明制御システムは、図１０（ｂ）に示すように、他の照明器具１ＢからユーザＰに向けて照明光Ｌ２２を照射する。これにより、ユーザＰが存在する領域の照度を所望の照度の１００にすることができる。

この照明制御システムにおいて、複数の照明器具１Ａ、１Ｂは、図１０（ｂ）及び図１１に示すように、通信線２００で接続する。それぞれの照明器具１Ａ、１Ｂは、図１１に示すように、信号入力部１１、照明制御部１２、照明部１３、及び、目印部２を有している。

この照明制御システムは、複数の照明器具１Ａ，１Ｂのそれぞれを特定する識別子Ａ，Ｂを設ける。各照明器具１は、例えば、他の照明器具１の識別子及び自身に対する方向を記憶しておく。照明器具１は、他の照明器具１からも照明光を照射させる場合、ユーザＰが存在する方向に位置する他の照明器具１に制御信号及びユーザＰの位置情報を送信する。

ユーザＰの位置情報が送信された照明器具１は、当該ユーザＰの位置情報に向けて照明光を照射する。これにより、照明制御システムは、図１０（ｂ）に示したように、複数の照明器具１Ａ，１ＢからユーザＰに向けて照明光Ｌ２１、照明光Ｌ２２を照射できる。

つぎに、上述した環境判断システムにおいて、照明器具１による複数方向への照明方法について説明する。

第１の照明方法は、照明器具１に複数の光源を設け、当該光源のオン又はオフを制御して、複数の方向に照明光を照射する。例えば、図１２に示すように、４つの光源３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより構成される照明器具１において、それぞれの光源３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのオンオフを制御する。これにより、照明器具１は、４方向に照明できる。

第２の照明方法は、照明器具１内にアクチュエータにより可動する光源部を備える。照明制御部１２は、ユーザＰの位置情報を取得して照明方向が決定された場合には、アクチュエータにより光源部を照明方向に向ける。これにより、照明器具１は、複数の方向に照明できる。

第３の照明方法は、照明器具１内に可動するプリズムを備える。照明制御部１２は、ユーザＰの位置情報を取得して照明方向が決定された場合には、プリズムの向きを変化させ、光源部から照射される光を屈折させる。これにより、照明器具１は、複数の方向に照明できる。

つぎに、上述した照明制御システムにおいて、ユーザＰの位置を推定する方法について説明する。

ユーザＰの位置（照明器具１から見たユーザＰの方向及び距離）を推定するためには、目印部２が撮影された画像から目印部２の３次元的な姿勢を推定する必要がある。一例として目印部２は３つの目印により構成される場合、目印部２の３次元的な姿勢を推定することは、３点の目印部２によりできる三角形の法線ベクトルを求めることに相当する。

以下の方法は、目印部２における１つの目印部を他の目印部と区別できる場合に、ユーザＰの位置を求める方法である。

第１の目印部２の姿勢推定方法は、方向を推定できるものである。この姿勢推定方法は、３点の目印部２により形成される三角形の１辺の長さとその両端の内角の角度が既知であることを用いる。目印部２の姿勢は、撮像部２３の光学中心から各目印部２までのベクトルの関係を表現した方程式を解くことで推定できる。なお、この方法では照明器具１から目印部２までの距離について不定性が残る。

第２の目印部２の姿勢推定方法は、おおよその方向及び距離を推定できるものである。この姿勢推定方法は、配置が既知である３点の目印部２によりできる三角形を用いて、事前に様々な回転と平行移動を加えて画像面に投影した画像と、その画像に対応する三角形の法線ベクトルを保存しておく。

実際に照明制御端末１０により撮影された画像から三角形の法線ベクトルと距離を推定する場合には、保存した様々な画像と三角形の形状のマッチングを行う。これにより、一番見えの近い画像の法線ベクトルと距離を推定結果とする。なお、この姿勢推定方法は、事前に様々な画像を作る際に撮像部２３の内部パラメータが未知であるため、正確な投影画像が作成でないことから正確な方向及び距離は推定できない。

第３の目印部２の姿勢推定方法は、高精度に方向及び距離を推定できるものである。上記２つの姿勢推定方法において、事前にカメラキャリブレーションを行い撮像部２３の内部パラメータ（レンズ中心・焦点距離）を求めておく。これにより、第３の姿勢推定方法は、目印部２の方向及び距離を高精度に推定することができる。

つぎに、上述した照明制御システムにおいて、目印部２の姿勢推定方法について説明する。

３点の目印部２を撮像部２３で撮影したときの画像平面と３次元空間中の目印部２との関係を考える。

図１３（ａ）に示すように、光学中心Ｏから画像平面までの距離ｆを１として、光学中心Ｏから画像中の３点の目印座標（ｕ１，ｖ１）、（ｕ２，ｖ２）、（ｕ３，ｖ３）までのベクトルをそれぞれｐ１、ｐ２、ｐ３とする。ここで、上述の図５に示したように、他の目印部２と区別された目印部２ａを基準目印とする。基準目印をｐ１とし、ｐ１から反時計回りに他の目印部２ｂ、２ｃをｐ２、ｐ３とする。画像中の目印座標は、３次元空間に存在する３点の目印部２を画像平面に投影した点である。このため、光学中心Ｏから３次元空間中の３点の目印部２までのベクトルＰ１、Ｐ２、Ｐ３はｐ１，ｐ２，ｐ３の定数倍となる。この定数をα、β、γとするとそれぞれのベクトルの関係は下記の式１のように表される。

上記式１におけるｐ１、ｐ２、ｐ３は式２のようになる。上記式１におけるＰ１、Ｐ２、Ｐ３は式３のようになる。上記式２、３における（ｕｃ，ｖｃ）は撮像部２３のレンズ中心であり、撮像部２３の内部パラメータが未知の場合は画像の中心とする。

図１３（ｂ）に示すように、ベクトルＰ１、Ｐ２、Ｐ３により構成される三角形の３つの内角をθ１、θ２、θ３とすると、各内角を構成するベクトルと内角の関係はベクトルの内積により式４−１のように表される。また、Ｐ１−Ｐ２の辺の長さをｌ、Ｐ２−Ｐ３の辺の長さをｍ、Ｐ３−Ｐ１の辺の長さをｎとすると各頂点と各辺の関係は式４−２のように表される。

ｐ１、ｐ２、ｐ３とθ１、θ２、θ３及びｌ、ｍ、ｎが既知であるため、式４−１及び式４−２の関係式からα、β、γを求めることで、目印部２の姿勢（目印部２によって構成される三角形の法線ベクトル）を推定することができる。

推定するパラメータはα、β、γの３パラメータであるため、上記関係式内から３つの式を選択し、連立方程式を立てる必要がある。しかし、上記関係式から例えば式２−１の３つの式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を選んだ場合、この関係式は三角形の３つの角の角度の関係を示しており、この連立方程式では相似形の自由度を含むためパラメータを推定できない。そこで、三角形の合同定理に基づき３つの式を選択する。下記に三角形の合同条件及び式選択例を示す。

合同条件１：３辺がそれぞれ等しい（式選択例：式４-２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ））
合同条件２：２辺とその間の角がそれぞれ等しい（式選択例：式４-２の（ａ）、（ｂ）、式４-１の（ｂ））
合同条件３：１辺とその両端の角がそれぞれ等しい（式選択例：式４-２の（ａ）、式４-１の（ａ）、（ｂ））
上記で選択された式は非線形の関係式であるため、線形最小二乗法ではパラメータを推定できない。そのため、以下で説明するニュートン法による非線形最小二乗法によりパラメータα、β、γを求める。ニュートン法はパラメータの初期値を与え、そのパラメータの微小変化量ｄ＊を推定し、微小変化量ｄ＊を用いてパラメータを更新することを繰り返すことで最適なパラメータを推定する手法である。

以下では三角形の合同条件３を例にしたパラメータ推定方法について述べる。

まず、式４−１の（ａ）について目的関数を考える。図１４のように、Ｐ１からＰ２へのベクトルをＶ１、Ｐ１からＰ３へのベクトルをＶ２として下記の式５のように定義する。

Ｖ１、Ｖ２の内積は２つのベクトルのなす角θ１を用いて下記の式６ように表すことができる。

上記式６を目的関数（誤差関数）δ１とし、推定するパラメータの関数ｇ１として下記の式７のように定義する。

推定するパラメータにおける目的関数δ１はパラメータの微小変化量ｄ＊を用いて下記の式８のように表される。下記式８におけるα、β、γは初期値または前回計算されたパラメータである。

前回計算値（または初期値）が変化量ｄ＊に十分近い場合、上記式８の目的関数を１次のテーラー近似することができ、下記式９ように表される。

式９においてｇ１（α，β，γ）は初期値または前回計算値から計算される値であるため既知であり、式９で推定するパラメータはｄα、ｄβ、ｄγである。

次に式４−１の（ｂ）について目的関数を考える。式４−１の（ａ）の目的関数と同様に、図１５に示すように、Ｐ１とＰ２により構成されるベクトルをＶ３、Ｐ３とＰ２により構成されるベクトルをＶ４とする。ベクトルＶ３、Ｖ４となす角θ２により定義される目的関数δ２は下記の式１０−３のようになる。

最後に式４−２の（ａ）について目的関数を考える。式４−２の（ａ）は式１１のように表すことができる。

式１１を目的関数δ３とし、推定するパラメータの関数ｇ３として下記の式１２のように定義する。

δ１、δ２と同様にδ３を変化量ｄ＊を用いて表し、１次のテーラー近似することで、式１３−１、１３−２のように表される。

以上、求めた式９、式１０−３、式９の目的関数は全て線形の方程式であるため、この３つの方程式から最小二乗法を用いて微小変化量ｄ＊を推定することができる。

つぎに、上述した３つの方程式を用いた最小二乗法によるパラメータ推定方法について述べる。

目的関数δ１、δ２、δ３を用いた最小二乗法は、下記の式１４の目的関数ベクトルΔの二乗であるΔＴΔを最小とする問題である。式１４における目的関数δ１、δ２、δ３は、それぞれ、式１５−１，１５−２，１５−３のようになる。式１４におけるＡは式１６のようになり、ｑは式１７のようになり、Ｂは式１８のようになる。

誤差の自乗和Ｓ＝ΔＴΔを最小とする解ｑは下記式２０を満たす。

上記式２０を満たす解ｑは下記式２１により求めることができる。

上記式２１により求まった微小変化量ベクトルｑを用いて、α、γ、βを下記式２２により更新する。ここで、添字がｏｌｄであるパラメータは前回計算値、ｎｅｗであるパラメータが今回推定されたパラメータである。

更新されたα、β、γを用いて上記の最小二乗法による微小変化量推定と更新を繰返し、微小変化量が閾値以下となったときの更新されたα、β、γを推定結果とする。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

上述した実施形態では、演算部が照明制御端末１０に設けられ、制御部が照明器具１に設けられた構成を説明したが、これに限るものではない。例えば、演算部を照明器具１に設け、照明制御端末１０により撮像された撮像画像から照明器具１に対するユーザＰの位置を演算してもよい。また、制御部を照明制御端末１０に設けてもよい。この場合、照明制御端末１０は、演算部によってユーザＰの位置情報を演算すると共に照明器具１の制御信号も生成して、照明器具１に送信する。これにより、照明器具１は、制御信号に従って照明部１３を動作させることができる。

１ 照明器具
２ 目印部
１０ 照明制御端末
１２ 照明制御部
１３ 照明部
１４、２５ 照度計測部
２２ 位置演算部
２３ 撮像部

Claims (10)

1. 照明光の照射方向が調整可能な照明器具と、
   前記照明器具と一体又は近傍に設けられた複数の目印部と、
   ユーザの操作に応じて前記目印部を撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像した撮像画像に含まれる前記目印部の位置関係に基づいて前記照明器具に対するユーザの位置を算出する演算部と、
   前記演算部により算出された前記ユーザの位置に基づいて照明光の照明方向を調整する制御部と
   を備えることを特徴とした照明制御システム。
2. 前記目印部は、前記撮像部が撮像可能な範囲に対して特定の目印部が他の目印部と区別可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明制御システム。
3. 前記演算部は、前記撮像部により撮像した撮像画像に含まれる前記目印部の位置関係に基づいて前記撮像部の向きを推定し、当該撮像部の向きから前記ユーザの向きを推定し、
   前記制御部は、前記推定したユーザの向きにおける前方と後方とで照明状態を変化させることを特徴とする請求項２に記載の照明制御システム。
4. 前記演算部は、前記撮像部により撮像した撮像画像に含まれる前記目印部の位置関係に基づいて前記照明器具と前記撮像部との距離を推定し、
   前記制御部は、前記推定された距離に基づいて前記照明光の配光角度を調整することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の照明制御システム。
5. 照度計測部を備え、
   前記制御部は、前記照度計測部により計測した照度が予め設定した照度となるように前記照明器具から照射する照明光の輝度を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の照明制御システム。
6. 前記制御部は、前記演算部により算出されたユーザの位置周辺に照射する照明光と、当該ユーザの位置周辺以外に照射する照明光とで異なるものとすることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の照明制御システム。
7. 前記照明器具を複数有し、
   前記制御部は、単一の照明器具から照射された照明光により調整された照射方向における照度が所定の照度より低い場合に、他の照明器具から照明光を照射させること
   を特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の照明制御システム。
8. 前記複数の照明器具のそれぞれ特定する識別子を設け、それぞれの照明器具からユーザに向けて照明光を照射することを特徴とする請求項７に記載の照明制御システム。
9. 光源による照明光の照射方向が調整可能な照明器具を制御する照明制御端末であって、
   前記光源の近傍に設けられた複数の目印部を撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像した撮像画像に含まれる前記目印部の位置関係に基づいて前記照明器具に対するユーザの位置を算出する演算部と、
   前記演算部により算出された前記ユーザの位置に基づいて、前記照明器具から照射される照明光の照明方向を調整する制御部と
   を備えることを特徴とした照明制御端末。
10. 周囲の照度を計測する照度計測部を備え、
    前記照度計測部により計測された照度に基づいて、前記照明器具から照射される照明光の輝度を制御すること
    を特徴とする請求項９に記載の照明制御端末。

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