光発信形センサ、及びこれを用いた環境監視システム
【課題】 本発明は、空間内の検出センサからの信号とその位置とを細かく、容易に設定することが可能で、そのセンサの検出情報の分布を容易に監視することが可能な光発信形センサ、及びそれを用いた環境監視システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 物理量を測定するセンサと、センサによって得られた情報と対応するように、予め設定された発光パターン信号を生成し、外部に光発信する光発信形センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを複数、被監視領域内に予め設定配置し、この被監視領域を撮像するカメラ１１で撮像し、光発信形センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの取付け位置情報及びその検出情報とを合成表示することで検出情報の分布を容易に監視することが可能な環境監視システム。
【解決手段】 物理量を測定するセンサと、センサによって得られた情報と対応するように、予め設定された発光パターン信号を生成し、外部に光発信する光発信形センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを複数、被監視領域内に予め設定配置し、この被監視領域を撮像するカメラ１１で撮像し、光発信形センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの取付け位置情報及びその検出情報とを合成表示することで検出情報の分布を容易に監視することが可能な環境監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型センサを被監視環境内に複数配置し、複数のセンサの検出情報の分布から環境を監視する環境監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の環境を監視するネットワークセンシングシステムとして、例えば、照明モジュールに光通信機能を持たせて、隣接した照明モジュール間同士でケーブルレスの通信を可能にしたアクセス空間光センサ通信装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなアクセス空間光センサ通信装置を図１４示す。アクセス空間光センサ通信装置１００は、各々光送信部および光受信部を収容したＮ個（Ｎ≧３）の光送受信部１１０、１２０、１３０と、これら光送受信部間を接続する内部バス１０１、１０２と、制御部１７０と、通常の照明用ランプの口金と同じ給電用インターフェース部１とを備え、少なくとも２つの光送受信部１１０、１２０は、隣接するアクセス空間光センサ通信装置間１００の光通信に使用し、残りの少なくとも１つの光送受信部１３０は、照明及び照明配下の通信装置との光通信に使用することを特徴としている。
【０００４】
図１５に示すように、このようなアクセス空間光センサ通信装置１００を複数、所定の空間に配置して、ケーブルレスで、且つ、別途給電設備を必要としないアクセス空間光センサネットワークシステムを構成している。
【０００５】
例えば、地域温度、湿度、ＣＯ２等の検出システムを構成する場合には、図１６に示すように、各アクセス空間光センサ通信装置１００に気温、湿度、気圧匂い、マイク、カメラ、ガス検出等のセンサを備え、センサ検出ネットワークを実現可能にし、また、このアクセス空間光センサ通信装置１００との通信に必要な手段を備えた端末が照明下に存在する場合には、その端末同士がセンサネットワークを介して通信が可能な構成としている。
【特許文献１】特開２００５−１２４１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の空間の環境を監視するネットワークセンシングシステムの検出センサの検出単位エリアは、電球の口金が設けられる照明空間をセンシングの単位エリアとするもので、地域等の広域の環境監視を行うものに適したシステムである。
【０００７】
しかしながら、検出単位エリアとセンシング位置が固定されたこのシステムでは、居住空間内の環境などの微小空間内の温度や振動などについて任意の位置で、それらの検出情報の分布を細かく監視する場合には問題がある。
【０００８】
また、夫々のセンサは、その配置位置を変更した場合には、センサの位置情報を新たに設定することが必要で、センサの取付け箇所の変更にも手間が掛かる問題があった。
【０００９】
本発明は、環境監視システムにおいて、多数の検出センサからの信号を光信号で送信し、被監視環境空間内のセンサの位置情報を監視したい箇所に細かく、且つ、容易に設定することが可能で、これらの複数のセンサの検出情報の分布を容易に監視することが可能な光発信形センサ及びそれを用いた環境監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサは、物理量を測定するセンシング手段と、前記センシング手段によって得られた検出情報と対応するように、予め設定された発光パターン信号を生成する発光パターン信号生成手段と、前記発光パターン信号生成手段の出力で光素子を可視光領域で発光させる発光手段と、前記センシング手段、前記発光パターン信号生成手段、及び前記発光手段を収納し、前記発光手段からの発光が外部から計測可能なケースとを備え、前記検出情報を、光信号として発光させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサは、前記発光パターン信号生成手段は、前記検出情報と対応するように、前記発光手段を発光させるための光素子の駆動信号の周波数を変える周波数変換、パルス幅を変えるパルス幅変換、振幅を変える振幅変換、色相を変える色相変換、符号化する符号化変換の少なくともいずれか一つの変換処理を行う変換処理手段とすることを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサは、前記光パターン信号生成手段は、前記検出情報と、予め設定された前記検出情報の基準値との差を求める差分検出手段と、前記差分検出手段の出力が予め設定された値以上となったことを判定する差分判定手段とを備え、前記差分判定手段の出力で前記発光手段の発光を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサは、前記ケース外から照射される光を受光する受光素子と、前記受光素子の出力から照射された前記光が予め設定された発光パターンであるか否かを判定する判定手段とを備える受光手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の複数の光発信形センサと、被監視領域内の複数の監視箇所に配置された複数の前記光発信形センサの発光部を含み前記被監視領域を撮像するカメラと、前記カメラの撮像信号から前記光発信形センサの前記被測定領域内の位置情報と前記センシング手段の検出情報とを抽出する画像処理手段と、前記カメラの撮像信号と前記画像処理手段で抽出された前記光発信形センサの位置情報及び検出情報とを合成し、合成された合成画像を表示する表示手段とを備え、前記監視領域内の前記光発信形センサの検出情報の分布状態を表示するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、前記表示手段の画像合成は、前記カメラで所定の間隔をおいて撮像した２つの画像データの差を求め、前記被監視領域内の背景画像を削除、または、背景画像をと前記画像処理手段の出力とのコントラストを変えて、前記画像処理手段の出力と合成し、前記光発信形センサの前記位置情報及び前記検出情報を容易に可視化可能にしたことを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、請求項１乃至請求項４に記載のいずれか１項に記載の前記光発信形センサを前記被監視領域内に複数配置し、複数の前記光発信形センサの発光部を含み前記被監視領域内をステレオ視するように配置された複数の前記カメラと、複数の前記カメラの撮像信号から前記光発信形センサの発光部の３次元位置情報求め、前記カメラの撮像信号から前記センシング手段の検出情報を抽出する画像処理手段と、前記カメラの映像信号と前記光発信形センサの前記位置情報及び前記検出情報とを対応付けて表示する表示手段とを備え、前記監視領域内の前記光発信形センサの検出情報の３次元分布を可視化表示するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、前記センシング手段の検出情報は、温度、湿度、振動、圧力、ガス濃度、騒音の少なくともいずれか一つ以上の検出情報であることを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、前記カメラの撮像のフレームレートは、前記光発信形センサの発光周波数の２倍以上とすることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、前記カメラにはＧＰＳセンサを搭載し、前記カメラの絶対位置を求める位置検出手段を備え、前記カメラの絶対位置を求め、複数の前記被監視領域内の前記前記光発信形センサの検出情報の分布を求めるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、センサからの検出情報を予め設定された発光パターンの光信号に変換する光発信形センサで検出し、この光発信形センサを被監視環境の監視箇所に複数配置して、夫々の光発信形センサからの光信号をカメラで捉え、被監視環境内の位置情報とその検出情報とを同時に画像処理によって抽出し、且つ、背景画像から検出情報が見やすいようにコントラストを付けて表示するようにしたので、被監視環境内のセンサの検出情報の分布を容易に可視化することが可能な光発信形センサ、及びそれを用いた環境監視システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例１について、図１乃至図１２を参照して説明する。先ず、図６に示すような環境監視システムに使用される光発信形センサ１０について図1乃至図５を参照して説明し、次に図７乃至図１２を参照して、この光発信形センサ１０を用いた環境監視システムについて説明する。
【００２３】
図１（ａ）に、光発信形センサ１０の構成図を、図１（ｂ）にその外観斜視図を示す。光発信形センサ１０は、温度、湿度、加速度、圧力、ＣＯ２ガス濃度、またはＯ２ガス濃度等のガス濃度、騒音等の環境測定のためのセンサ１の少なくとも1つ以上と、このセンサ１で検出した信号を、発光素子の発光信号に変換するための発光パターン信号生成回路２と、発光パターン信号生成回路２の出力で発光素子を発光させる発光部３と、これらに電源を供給する電池４と、これらを収納し、発光部４からに光を放射する放射口６ａを供えるケース６とからなる。
【００２４】
また、センサ１、発光パターン信号生成回路２、及び発光部３は、小型、低消費電力などを実現するため、半導体微細加工をベースとしたシリコン基板上に微細な機械構造でチップ化されてセラミックス基板５上に集積実装される。
【００２５】
このような小型モジュールは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）などの微細加工技術によって成形される。
【００２６】
この技術で成形される各部の詳細について説明する。センサ１は、例えば、半導体の温度特性を利用したＩＣ化された温度センサなど、オンチップ化が可能なものとする。
【００２７】
発光パターン信号生成回路２は、図２に示すように、例えば、センサ１の検出信号の基準値を発生する基準値発生回路２ａと、この基準値と検出される検出信号との差を求める差分検出回路２ｂと、差分検出回路２ｂの出力が所定の値以上であることを判定する差分判定回路２ｃと、差分判定回路２ｃの出力で後述する発光部３へ供給される発光パターン信号を生成する発光パターン信号変換回路２ｄとからなる。
【００２８】
また、図１に示すように、発光部３はＬＥＤなどの高輝度な発光素子３ｂと、発光パターン信号変換回路２ｄの出力で発光素子３をドライブするための発光素子駆動回路３ａとからなる。
【００２９】
次に、発光パターン信号変換回路２ｄで生成される発光パターン信号について図３を参照して説明する。例えば、センサ１が、半導体の特性を利用した温度センサの発光パターン信号は、この温度に対応して発生する電圧出力を電圧に比例する周波数の矩形波信号に変換する。
【００３０】
夫々の波形は、横軸を時間軸とし、縦軸を発光部３を点灯をハイレベル、非点灯を低レベルとするパルス信号で示したものである。
【００３１】
この発光パターン信号への変換としては、図３（ａ）に示す周波数変換、図３(ｂ)に示すパルス幅変換、図３（ｃ）に示す振幅変換、図３（ｄ）に示す色相変換、及び図３（ｅ）に示すデジタル符号変換などが可能である。
【００３２】
いずれの発光パターン信号の場合でも、その最大周波数は、読み取る受光センサがサンプリング方式で読み取る場合、そのサンプリング周波数の１／２以下，もしくは、最大周波数の２倍以上のサンプリング周波数を有する受光センサを予め設定しておく必要がある。
【００３３】
例えば、受光センサとして汎用のカメラを使用する場合には、１フレームあたりの時間分解能は1／３０(秒)となるので、発光パターン信号の最大周波数は１５Ｈｚ以下としておく。
【００３４】
次に、図３に示す夫々の光パターン信号について、汎用のカメラで発光パターン信号を検出する場合について説明する。図３（ａ）に示す周波数変換では、変換する温度範囲についてその分解能を１％程度とすると、低温側を０．１５Ｈｚ、高温側を１５Ｈｚ（１／１５秒）以下で点滅させる発光パターン信号とする。
【００３５】
また、図３（ｂ）に示すパルス幅変換の場合、変換する温度範囲について低温側から高温側の範囲で光パターン信号のパルス幅を変える。この場合もパルス幅の変化範囲は、汎用のカメラで識別可能なパルス幅を確保するように設定する。
【００３６】
また、図３（ｃ）に示す振幅変換の場合、変換する温度範囲について低温側から高温側の範囲で光パターン信号の振幅を変え、発光する素子の輝度範囲が汎用のカメラで輝度分解が可能な範囲に設定する。
【００３７】
同様に、図３(ｄ)に示す色相変換の場合、変換する温度範囲について低温側から高温側の範囲で、発光させる赤色、緑色、青色の３つのＬＥＤ素子の光パターン信号の振幅を相対的に変えて、発光する素子の色相が汎用のカラーカメラで識別しやすい範囲に設定する。
【００３８】
この色相変換の場合、高温側を赤色、低音側を青色、その間を中間色として発光させ、この発光パターンをカラーカメラで撮像すれば、センサ１で捉えた温度の検出値との対比が視覚で容易に観察しやすいモニタ画像が生成できる。
【００３９】
また、図３(ｅ)に示すデジタル符号変換の場合、変換する温度範囲について低温側から高温側の範囲で、デジタル信号として数値化された光パターン信号を発光させる。
【００４０】
この場合の光パターン信号は、送信開始信号Ｔｒ、検出情報信号Ｔｓ、及び送信終了信号Ｔｆで構成される。即ち、この場合には、受信側でこの信号を読み取る手段が必要になる。
【００４１】
次に、この発光する発信形センサ１０の他の構成の例を図４に示す。この光発信形センサ１０について、図１に示す光発信形センサ１０の各部と同一部分は同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４２】
図４に示す光発信形センサ１０が図１の光発信形センサ１０と異なるのは、受光素子７ａと判定回路７ｂとから成る受光部７を備えたことにある。受光素子７ａはケース６の外壁に外部からの光が受光できるように設けられる。
【００４３】
この受光部７は、予め定められる特定の光を光発信形センサ１０の外部から照射して光発信形センサ１０の動作を制御するもので、この特定の光を受光素子７ａで受光して、さらに、判定回路７ｂでこの受光信号のパターンを判定して、発光パターン生成回路２の動作を制御するものである。
【００４４】
この特定の光は、図示しない別の発光装置から投光するもので、例えば、赤外線を使用した特定のパターン赤外光線を投光し、受光部７でこの信号判定し、自身への動作の指令であるかを判定するようにする。
【００４５】
このように受光部７を光発信形センサ１０に備えることで、外部から特定の光を照射して複数の発信形センサ１０を識別して指定し、発信形センサ１０自身が自身への出力要求であるか否かを判定して制御動作を開始する。
【００４６】
したがって、複数の光発信形センサ１０の発光信号の干渉を避けるように検出情報を異なる時間で発光させることもできるので、光発信形センサ１０が高密度に集積された場合でも発光パターン信号を分離して検出することが可能となる。
【００４７】
次に、センサ１が温度センサで受光部７を備えた光発信形センサ１０の場合の検出動作について、図４及び図５を参照して説明する。
【００４８】
先ず、電池４から電圧が供給されると、基準値発生回路２ａの出力及び発光パターン信号変換回路２ｄを初期化する（ｓ１）。
【００４９】
次に、外部から基準値を読み込むためのトリガーとなる特定の光を図示しない発信装置から送信し、この光を受光部７で受光し、自光発信形センサ１０への制御指令要求であるか否かを判定する（ｓ２）。
【００５０】
次に、受光部７で特定の光であることが判定されると、センサ１から検出された信号を基準値として取り込み記憶する（ｓ３）。
【００５１】
受光部７を備えていない光発信形センサ１０の場合には、予め校正された基準値を設定するようにしておけばよい。
【００５２】
そして、予め設定された周期の時間が経過する毎に（ｓ４）、検出信号と読み込んだ基準信号との差を差分検出回路２ｂで求め、この差があらかじめ設定した値以上であることを差分判定回路２ｃで判定し、差分に相当する光信号を光発生パターン変換回路２ｄで生成し（ｓ６）発光部３に送る。
【００５３】
このように光発信形センサ１０は、検出情報を自身の発光素子を発光させて外部に発光パターン信号を発信する。
【００５４】
次に、室内や装置の温度分布の状態を細かく監視するための光発信形センサ１０を多数備えた環境監視システムについて、図６を参照して説明する。
【００５５】
図６は、室内等の被測定対象空間の温度分布を細かく監視する環境監視システムの構成を示し、ｚ―ｙ平面に設けられた多数の光発信形センサ１０と、光発信形センサ１０の発光状態を撮像するカメラ１１とから成る。
【００５６】
上述したような光発信形センサ１０は、小型で、且つ、ワイヤレスで動作が可能であるので温度監視が要される箇所毎に、任意の個数、任意の場所に取り付けることができる。ここでは、説明のため３個の場合で図示している。
【００５７】
同図において、この環境監視システムは、光発信形センサ１０ａ、光発信形センサ１０ｂ、光発信形センサ１０ｃの３つのセンサと、これらの光発信形センサ１０及びその設置周辺の環境を同時に撮像するカメラ１１と、カメラ１１で撮像した撮像信号から、光発信形センサ１０の取り付けられている位置情報を検出する位置情報抽出処理部１２ａと位置情報抽出処理部１２ａで抽出された位置の画像からセンサ１の検出情報を検出する発光パターン信号抽出処理部１２ｂとを備える画像処理部１２とからなる。
【００５８】
さらに、カメラ１１の撮像信号から光発信形センサ１０以外の背景部分の画像を処理し、画像処理部１２で処理された光発信形センサ１０の位置情報と検出情報とを合成処理する画像合成部１３ａと画像合成部１３ａの出力を表示するモニタ１３ｂとを備える表示部１３とからなる。
【００５９】
表示部１３は、監視領域に配置された光発信形センサ１０の検出情報とその分布を監視しやすく表示させるための機能を備えるもので、監視領域の背景画像と検出情報を合成して、検出情報とその位置情報とを同時に容易に可視化できるように表示させる。
【００６０】
例えば、背景信号と検出情報とのコントラストを画像合成部１３ａで変えたり、画像処理部１２で処理された検出情報のみを抽出して表示させたりして、監視目的によって表示内容を変えることが可能である。
【００６１】
また、発光パターン信号を色相表示させ、この状態をカメラ１１で撮像してカメラ１１の撮像信号をそのままモニタ１３ｂで表示させ、画像処理部１２での処理を不要とする構成で監視することも可能である。
【００６２】
次に、このように構成された環境監視システムの動作について、図７及び図８を参照して説明する。
【００６３】
図７（ａ）は、カメラ１１で撮像された光発信形センサ１０ａ、及び光発信形センサ１０ｃを含む周囲の背景画像ｓＢＫの撮像信号のモニタで、図７（ｂ）は、光発信形センサ１０の周囲の背景画像ｓＢＫを消去し、カメラ１１の撮像信号から抽出された夫々の光発信形センサ１０の部分のみを表示した合成画像を示す。
【００６４】
夫々の光発信形センサ１０ａ乃至光発信形センサ１０ｃの検出情報は、合成画像では位置情報ｓ１０１ａ１乃至位置情報ｓ１０１ｃ１と、対応する検出情報ｓ１０１ａ乃至検出情報ｓ１０１ｃとが表示されたモニタを示す。
【００６５】
また、図７(ｃ)は、カメラ１１の撮像画像を画像処理部１２に取り込む処理動作を説明するためのタイムチャートを示す。
【００６６】
図７（ｃ）のタイムチャートの（１）は、周期Ｔで発光する検出情報をカメラ１１のフレームレートのサンプリング周期Ｔｐで検出する様子を図示したもので、前述したようにＴ≧２Ｔｐ以上としてサンプリングする。
【００６７】
次に、このように構成された環境監視システムにおいて、カメラ１１の撮像信号から位置情報と検出情報とを抽出する画像処理部１２の処理動作について説明する。
【００６８】
先ず、その処理フローの概略を図８で説明する。光発信形センサ１０を強制的に点滅させ、撮像した映像信号のフレーム間の差分を加算して、予め定められる値以上の差がある部分を抽出し、この画像の部分をセンサ１からの検出情報を抽出する代表画素位置として、位置情報抽出処理部１２ａの図示しない画像メモリに予め記憶しておく（ｓ１１）。
【００６９】
次に、抽出された代表画素について、夫々の発光状態を時系列に図示しない画像メモリに記憶してゆく（ｓ１２）。
【００７０】
夫々の代表画像について、記憶した時系列の発光パターンから、予め記憶した発光パターンと照合して検出情報を認識し、出力する（ｓ１３）。
【００７１】
以上の処理手順で処理された位置情報と検出情報とは、表示部１３の映像合成部１３ａに送信し、モニタ１３ｂに表示する。
【００７２】
次に、図８に示した処理動作の各ステップの詳細動作について図９乃至図１２を参照して説明する。図９は、カメラ１１で撮像した光発信形センサ１０ａ乃至光発信形センサ１０ｃの画像メモリ状態を示す図で、カメラ１１の分解能及びその画像メモリのサイズは、予め必要な分解能に設定される。
【００７３】
光発信形センサ１０の発光領域は、画像処理部１２の図示しない画像メモリに記憶されるが、この時の撮像画像の水平方向ｘ番目、垂直方向ｙ番目、時刻ｔにおける画素の輝度信号をＰ（ｘ、ｙ、ｔ）として順次、画像メモリに記憶する。
【００７４】
そして、発光領域に対応する発光領域画像Ｓｅから図８のステップｓ１１の処理が行われ光発信形センサ１０の存在領域Ｓｒが判定記憶される。以下その詳細を図１０乃至図１１で説明する。
【００７５】
先ず、図１０は、発光領域の抽出処理を示すフロー図である。時刻Ｔ０で画像メモリの内容を初期化（ｓ１１１）し、予め設定される１０００フレーム分の画像を予め記憶する（ｓ１１２乃至ｓ１１４）。
【００７６】
次に、各画素について時刻Ｔｎ＋１と時刻Ｔｎの輝度変化の差を書き式で求め、
輝度変化の差＝｜Ｐ（ｘ、ｙ、Ｔｎ＋１）−Ｐ（ｘ、ｙ、Ｔｎ）｜
ｎが０から１０００までの１０００点分について加算する。
【００７７】
そして、この加算値が所定の値Ｃ以上の箇所が光発信形センサ１０の存在量域Ｓｒとして記憶される（ｓ１１５）。
【００７８】
次に、抽出された複数個の存在領域に対して、夫々の存在領域の代表画素Ｐｓを抽出する。その処理を図１１に示す。
【００７９】
先ず、存在領域の隣接するもの同士を同じ存在領域としてグルーピング処理する（ｓ１２１）。そして、それぞれのグループのｘ座標、ｙ座標の平均位置座票を求め、求めた平均座標に最も近い座標位置をそのグループの代表画素Ｐｓを、撮像領域内からＭmax個抽出する（ｓ１２２乃至ｓ１２５）。
【００８０】
この代表画素の設定は、測定中のセンサ１からの信号で処理することも可能であるが、光発信形センサ１０の出力を強制的に発光させて、予め代表画素の位置を記憶するようにしても良い。
【００８１】
次に、抽出されたＭmax個の代表画素Ｐｓの夫々の検出情報を時系列に記憶する図８のステップｓ１２及びｓ１３に相当する処理の詳細を図１２に示す。
【００８２】
まず、代表画素Ｐｓについてその発光パターンを時系列に記憶してゆく。この発光パターンを予め記憶した検出情報の発光パターンと比較して、その発光パターンから検出情報を認識処理する（ｓ１３１乃至ｓ１３４）。
【００８３】
この発光パターンの認識処理については、発光パターンに応じて、既存の種々のパターン認識方法が適用できるので、詳細は割愛する。
【００８４】
このように構成された環境監視システムにおいては、監視したい被測定対象の任意の位置に、光発信形センサ１０を取付け、この光発信形センサ１０からの発光の状態をカメラ１１の視野内に収まるように配置することで、監視したい位置の検出情報の監視が容易に行える。
【００８５】
また、本実施例では、センサ１が温度センサの場合について説明したが、被監視対照の検出情報が振動数、またはガス濃度、または騒音などのセンサの場合であっても、センサを置き換えることで同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００８６】
以下、本発明の実施例２について、図１３を参照して説明する。図１３の各部について、図１乃至図１２に示した実施例１の環境監視システムの各部と同一部は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８７】
実施例２が実施例１と異なる点は、実施例１においては、１台のカメラ１１の映像信号から被監視対象を撮像し、監視対象に取り付けられた光発信形センサ１０の奥行き方向の位置は同じであるとして、２次元の位置情報として処理する位置情報処理部１２ａを備えたが、実施例２では２台のカメラ１１ａ及びカメラ１１ｂを備え、光発信形センサ１０の位置を、位置情報抽出処理部１２ａに変えて、３次元の位置情報として処理する３次元位置情報抽出処理部１４ａを備えるようにしたことにある。
【００８８】
例えば、光発信形センサ１０ｄ乃至光発信型センサ１０ｆは凹凸のある、ｘ、ｙ、ｚ座標内の３次元空間に配置されているとする。
【００８９】
そして、この３次元空間の光発信形センサ１０ｄ乃至光発信型センサ１０ｆの夫々を、２台のカメラ１１ａ及びカメラ１１ｂで撮像し、同一の観測点を異なる位置から観測するステレオ視（両眼立体視とも言う）が可能な配置に設定しておく。
【００９０】
そして、３次元空間に配置された光発信形センサ１０ｄ乃至光発信型センサ１０ｆの夫々を発光させ、夫々のカメラ１１ａ及びカメラ１１ｂで撮像した同一の位置情報から、実施例１同様に代表画素を抽出し、光発信形センサ１０ｄ乃至光発信型センサ１０ｆの代表画素の３次元座標位置を３次元位置情報処理部１４ａで求める。
【００９１】
したがって本発明によれば、光発信形センサを３次元空間に設置して、３次元空間の光発信形センサ１０の検出情報の３次元分布状態を監視することができる。
【００９２】
また、夫々の光発信形センサ１０には、ＧＰＳセンサ１５を取付け、複数の異なる被監視環境の絶対位置と対応付けることで、さらに広い領域の検出情報の監視の検出情報の分布を細かく監視することが可能な環境監視システムを構築することも出来る。
【００９３】
本発明は上述したような実施例に何ら限定されるものでなく、光発信形センサを取り付ける監視対象物の形状と照明環境、及び光発信形センサの形状及び発光部の発光態様によってモニタの表示方法が監視しやすいように、本趣旨を逸脱しない範囲で適宜調整することが可能である。
【００９４】
また、光発信形センサの電池を太陽電池とその発電電力を蓄電する二次電池で構成し、所定の蓄電量以上で作動する、省エネ型の構成とことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の光発信形センサの構成図。
【図２】本発明の光発信形センサの光発生パターン信号生成回路の構成図。
【図３】本発明の光発生パターン信号の説明図。
【図４】本発明の受光素子を備える光発信形センサの構成図。
【図５】本発明の光発信形センサの動作を説明するフローチャート。
【図６】本発明の環境監視システムの実施例１のシステム構成図。
【図７】本発明の環境監視システムの実施例１の検出情報の抽出処理動作を説明するタイムチャート。
【図８】本発明の環境監視システムの実施例１の検出情報の抽出処理動作を説明するフローチャート。
【図９】本発明の画像処理部でのメモリ記憶される撮像画像の説明図。
【図１０】本発明の光発信形センサの存在領域の抽出処理動作のフロー図。
【図１１】本発明の光発信形センサの代表画素の抽出処理動作のフロー図。
【図１２】本発明の光発信形センサの検出情報の処理動作のフロー図。
【図１３】本発明の環境監視システムの実施例２のシステム構成図。
【図１４】従来の光アクセス空間センサ通信装置の構成図。
【図１５】従来の光アクセスセンサネットワークの構成図。
【図１６】従来の地域温度・湿度・ＣＯ２等の検出システムの実施例。
【符号の説明】
【００９６】
１ センサ
２ 発光パターン信号生成回路
２ａ 差分検出回路
２ｂ 基準値発生回路
２ｃ 差分判定回路
２ｄ 光パターン信号変換回路
３ 発光部
３ａ 発光素子駆動回路
３ｂ 発光素子
４ 電池
５ セラミックス基板
６ ケース
６ａ 放射口
７ 受光部
７ａ 受講素子
７ｂ 判定回路
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ 光発信形センサ
１１、１１ａ、１１ｂ カメラ
１２ 画像処理部
１２ａ 位置情報抽出処理部
１２ｂ 光パターン信号抽出処理部
１３ 表示部
１３ｂ 画像合成部
１３ｃ モニタ
１４ａ 三次元位置情報抽出処理部
１５ ＧＰＳセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型センサを被監視環境内に複数配置し、複数のセンサの検出情報の分布から環境を監視する環境監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の環境を監視するネットワークセンシングシステムとして、例えば、照明モジュールに光通信機能を持たせて、隣接した照明モジュール間同士でケーブルレスの通信を可能にしたアクセス空間光センサ通信装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなアクセス空間光センサ通信装置を図１４示す。アクセス空間光センサ通信装置１００は、各々光送信部および光受信部を収容したＮ個（Ｎ≧３）の光送受信部１１０、１２０、１３０と、これら光送受信部間を接続する内部バス１０１、１０２と、制御部１７０と、通常の照明用ランプの口金と同じ給電用インターフェース部１とを備え、少なくとも２つの光送受信部１１０、１２０は、隣接するアクセス空間光センサ通信装置間１００の光通信に使用し、残りの少なくとも１つの光送受信部１３０は、照明及び照明配下の通信装置との光通信に使用することを特徴としている。
【０００４】
図１５に示すように、このようなアクセス空間光センサ通信装置１００を複数、所定の空間に配置して、ケーブルレスで、且つ、別途給電設備を必要としないアクセス空間光センサネットワークシステムを構成している。
【０００５】
例えば、地域温度、湿度、ＣＯ２等の検出システムを構成する場合には、図１６に示すように、各アクセス空間光センサ通信装置１００に気温、湿度、気圧匂い、マイク、カメラ、ガス検出等のセンサを備え、センサ検出ネットワークを実現可能にし、また、このアクセス空間光センサ通信装置１００との通信に必要な手段を備えた端末が照明下に存在する場合には、その端末同士がセンサネットワークを介して通信が可能な構成としている。
【特許文献１】特開２００５−１２４１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の空間の環境を監視するネットワークセンシングシステムの検出センサの検出単位エリアは、電球の口金が設けられる照明空間をセンシングの単位エリアとするもので、地域等の広域の環境監視を行うものに適したシステムである。
【０００７】
しかしながら、検出単位エリアとセンシング位置が固定されたこのシステムでは、居住空間内の環境などの微小空間内の温度や振動などについて任意の位置で、それらの検出情報の分布を細かく監視する場合には問題がある。
【０００８】
また、夫々のセンサは、その配置位置を変更した場合には、センサの位置情報を新たに設定することが必要で、センサの取付け箇所の変更にも手間が掛かる問題があった。
【０００９】
本発明は、環境監視システムにおいて、多数の検出センサからの信号を光信号で送信し、被監視環境空間内のセンサの位置情報を監視したい箇所に細かく、且つ、容易に設定することが可能で、これらの複数のセンサの検出情報の分布を容易に監視することが可能な光発信形センサ及びそれを用いた環境監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサは、物理量を測定するセンシング手段と、前記センシング手段によって得られた検出情報と対応するように、予め設定された発光パターン信号を生成する発光パターン信号生成手段と、前記発光パターン信号生成手段の出力で光素子を可視光領域で発光させる発光手段と、前記センシング手段、前記発光パターン信号生成手段、及び前記発光手段を収納し、前記発光手段からの発光が外部から計測可能なケースとを備え、前記検出情報を、光信号として発光させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサは、前記発光パターン信号生成手段は、前記検出情報と対応するように、前記発光手段を発光させるための光素子の駆動信号の周波数を変える周波数変換、パルス幅を変えるパルス幅変換、振幅を変える振幅変換、色相を変える色相変換、符号化する符号化変換の少なくともいずれか一つの変換処理を行う変換処理手段とすることを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサは、前記光パターン信号生成手段は、前記検出情報と、予め設定された前記検出情報の基準値との差を求める差分検出手段と、前記差分検出手段の出力が予め設定された値以上となったことを判定する差分判定手段とを備え、前記差分判定手段の出力で前記発光手段の発光を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサは、前記ケース外から照射される光を受光する受光素子と、前記受光素子の出力から照射された前記光が予め設定された発光パターンであるか否かを判定する判定手段とを備える受光手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の複数の光発信形センサと、被監視領域内の複数の監視箇所に配置された複数の前記光発信形センサの発光部を含み前記被監視領域を撮像するカメラと、前記カメラの撮像信号から前記光発信形センサの前記被測定領域内の位置情報と前記センシング手段の検出情報とを抽出する画像処理手段と、前記カメラの撮像信号と前記画像処理手段で抽出された前記光発信形センサの位置情報及び検出情報とを合成し、合成された合成画像を表示する表示手段とを備え、前記監視領域内の前記光発信形センサの検出情報の分布状態を表示するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、前記表示手段の画像合成は、前記カメラで所定の間隔をおいて撮像した２つの画像データの差を求め、前記被監視領域内の背景画像を削除、または、背景画像をと前記画像処理手段の出力とのコントラストを変えて、前記画像処理手段の出力と合成し、前記光発信形センサの前記位置情報及び前記検出情報を容易に可視化可能にしたことを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、請求項１乃至請求項４に記載のいずれか１項に記載の前記光発信形センサを前記被監視領域内に複数配置し、複数の前記光発信形センサの発光部を含み前記被監視領域内をステレオ視するように配置された複数の前記カメラと、複数の前記カメラの撮像信号から前記光発信形センサの発光部の３次元位置情報求め、前記カメラの撮像信号から前記センシング手段の検出情報を抽出する画像処理手段と、前記カメラの映像信号と前記光発信形センサの前記位置情報及び前記検出情報とを対応付けて表示する表示手段とを備え、前記監視領域内の前記光発信形センサの検出情報の３次元分布を可視化表示するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、前記センシング手段の検出情報は、温度、湿度、振動、圧力、ガス濃度、騒音の少なくともいずれか一つ以上の検出情報であることを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、前記カメラの撮像のフレームレートは、前記光発信形センサの発光周波数の２倍以上とすることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明による光発信形センサを用いた環境監視システムは、前記カメラにはＧＰＳセンサを搭載し、前記カメラの絶対位置を求める位置検出手段を備え、前記カメラの絶対位置を求め、複数の前記被監視領域内の前記前記光発信形センサの検出情報の分布を求めるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、センサからの検出情報を予め設定された発光パターンの光信号に変換する光発信形センサで検出し、この光発信形センサを被監視環境の監視箇所に複数配置して、夫々の光発信形センサからの光信号をカメラで捉え、被監視環境内の位置情報とその検出情報とを同時に画像処理によって抽出し、且つ、背景画像から検出情報が見やすいようにコントラストを付けて表示するようにしたので、被監視環境内のセンサの検出情報の分布を容易に可視化することが可能な光発信形センサ、及びそれを用いた環境監視システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例１について、図１乃至図１２を参照して説明する。先ず、図６に示すような環境監視システムに使用される光発信形センサ１０について図1乃至図５を参照して説明し、次に図７乃至図１２を参照して、この光発信形センサ１０を用いた環境監視システムについて説明する。
【００２３】
図１（ａ）に、光発信形センサ１０の構成図を、図１（ｂ）にその外観斜視図を示す。光発信形センサ１０は、温度、湿度、加速度、圧力、ＣＯ２ガス濃度、またはＯ２ガス濃度等のガス濃度、騒音等の環境測定のためのセンサ１の少なくとも1つ以上と、このセンサ１で検出した信号を、発光素子の発光信号に変換するための発光パターン信号生成回路２と、発光パターン信号生成回路２の出力で発光素子を発光させる発光部３と、これらに電源を供給する電池４と、これらを収納し、発光部４からに光を放射する放射口６ａを供えるケース６とからなる。
【００２４】
また、センサ１、発光パターン信号生成回路２、及び発光部３は、小型、低消費電力などを実現するため、半導体微細加工をベースとしたシリコン基板上に微細な機械構造でチップ化されてセラミックス基板５上に集積実装される。
【００２５】
このような小型モジュールは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）などの微細加工技術によって成形される。
【００２６】
この技術で成形される各部の詳細について説明する。センサ１は、例えば、半導体の温度特性を利用したＩＣ化された温度センサなど、オンチップ化が可能なものとする。
【００２７】
発光パターン信号生成回路２は、図２に示すように、例えば、センサ１の検出信号の基準値を発生する基準値発生回路２ａと、この基準値と検出される検出信号との差を求める差分検出回路２ｂと、差分検出回路２ｂの出力が所定の値以上であることを判定する差分判定回路２ｃと、差分判定回路２ｃの出力で後述する発光部３へ供給される発光パターン信号を生成する発光パターン信号変換回路２ｄとからなる。
【００２８】
また、図１に示すように、発光部３はＬＥＤなどの高輝度な発光素子３ｂと、発光パターン信号変換回路２ｄの出力で発光素子３をドライブするための発光素子駆動回路３ａとからなる。
【００２９】
次に、発光パターン信号変換回路２ｄで生成される発光パターン信号について図３を参照して説明する。例えば、センサ１が、半導体の特性を利用した温度センサの発光パターン信号は、この温度に対応して発生する電圧出力を電圧に比例する周波数の矩形波信号に変換する。
【００３０】
夫々の波形は、横軸を時間軸とし、縦軸を発光部３を点灯をハイレベル、非点灯を低レベルとするパルス信号で示したものである。
【００３１】
この発光パターン信号への変換としては、図３（ａ）に示す周波数変換、図３(ｂ)に示すパルス幅変換、図３（ｃ）に示す振幅変換、図３（ｄ）に示す色相変換、及び図３（ｅ）に示すデジタル符号変換などが可能である。
【００３２】
いずれの発光パターン信号の場合でも、その最大周波数は、読み取る受光センサがサンプリング方式で読み取る場合、そのサンプリング周波数の１／２以下，もしくは、最大周波数の２倍以上のサンプリング周波数を有する受光センサを予め設定しておく必要がある。
【００３３】
例えば、受光センサとして汎用のカメラを使用する場合には、１フレームあたりの時間分解能は1／３０(秒)となるので、発光パターン信号の最大周波数は１５Ｈｚ以下としておく。
【００３４】
次に、図３に示す夫々の光パターン信号について、汎用のカメラで発光パターン信号を検出する場合について説明する。図３（ａ）に示す周波数変換では、変換する温度範囲についてその分解能を１％程度とすると、低温側を０．１５Ｈｚ、高温側を１５Ｈｚ（１／１５秒）以下で点滅させる発光パターン信号とする。
【００３５】
また、図３（ｂ）に示すパルス幅変換の場合、変換する温度範囲について低温側から高温側の範囲で光パターン信号のパルス幅を変える。この場合もパルス幅の変化範囲は、汎用のカメラで識別可能なパルス幅を確保するように設定する。
【００３６】
また、図３（ｃ）に示す振幅変換の場合、変換する温度範囲について低温側から高温側の範囲で光パターン信号の振幅を変え、発光する素子の輝度範囲が汎用のカメラで輝度分解が可能な範囲に設定する。
【００３７】
同様に、図３(ｄ)に示す色相変換の場合、変換する温度範囲について低温側から高温側の範囲で、発光させる赤色、緑色、青色の３つのＬＥＤ素子の光パターン信号の振幅を相対的に変えて、発光する素子の色相が汎用のカラーカメラで識別しやすい範囲に設定する。
【００３８】
この色相変換の場合、高温側を赤色、低音側を青色、その間を中間色として発光させ、この発光パターンをカラーカメラで撮像すれば、センサ１で捉えた温度の検出値との対比が視覚で容易に観察しやすいモニタ画像が生成できる。
【００３９】
また、図３(ｅ)に示すデジタル符号変換の場合、変換する温度範囲について低温側から高温側の範囲で、デジタル信号として数値化された光パターン信号を発光させる。
【００４０】
この場合の光パターン信号は、送信開始信号Ｔｒ、検出情報信号Ｔｓ、及び送信終了信号Ｔｆで構成される。即ち、この場合には、受信側でこの信号を読み取る手段が必要になる。
【００４１】
次に、この発光する発信形センサ１０の他の構成の例を図４に示す。この光発信形センサ１０について、図１に示す光発信形センサ１０の各部と同一部分は同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４２】
図４に示す光発信形センサ１０が図１の光発信形センサ１０と異なるのは、受光素子７ａと判定回路７ｂとから成る受光部７を備えたことにある。受光素子７ａはケース６の外壁に外部からの光が受光できるように設けられる。
【００４３】
この受光部７は、予め定められる特定の光を光発信形センサ１０の外部から照射して光発信形センサ１０の動作を制御するもので、この特定の光を受光素子７ａで受光して、さらに、判定回路７ｂでこの受光信号のパターンを判定して、発光パターン生成回路２の動作を制御するものである。
【００４４】
この特定の光は、図示しない別の発光装置から投光するもので、例えば、赤外線を使用した特定のパターン赤外光線を投光し、受光部７でこの信号判定し、自身への動作の指令であるかを判定するようにする。
【００４５】
このように受光部７を光発信形センサ１０に備えることで、外部から特定の光を照射して複数の発信形センサ１０を識別して指定し、発信形センサ１０自身が自身への出力要求であるか否かを判定して制御動作を開始する。
【００４６】
したがって、複数の光発信形センサ１０の発光信号の干渉を避けるように検出情報を異なる時間で発光させることもできるので、光発信形センサ１０が高密度に集積された場合でも発光パターン信号を分離して検出することが可能となる。
【００４７】
次に、センサ１が温度センサで受光部７を備えた光発信形センサ１０の場合の検出動作について、図４及び図５を参照して説明する。
【００４８】
先ず、電池４から電圧が供給されると、基準値発生回路２ａの出力及び発光パターン信号変換回路２ｄを初期化する（ｓ１）。
【００４９】
次に、外部から基準値を読み込むためのトリガーとなる特定の光を図示しない発信装置から送信し、この光を受光部７で受光し、自光発信形センサ１０への制御指令要求であるか否かを判定する（ｓ２）。
【００５０】
次に、受光部７で特定の光であることが判定されると、センサ１から検出された信号を基準値として取り込み記憶する（ｓ３）。
【００５１】
受光部７を備えていない光発信形センサ１０の場合には、予め校正された基準値を設定するようにしておけばよい。
【００５２】
そして、予め設定された周期の時間が経過する毎に（ｓ４）、検出信号と読み込んだ基準信号との差を差分検出回路２ｂで求め、この差があらかじめ設定した値以上であることを差分判定回路２ｃで判定し、差分に相当する光信号を光発生パターン変換回路２ｄで生成し（ｓ６）発光部３に送る。
【００５３】
このように光発信形センサ１０は、検出情報を自身の発光素子を発光させて外部に発光パターン信号を発信する。
【００５４】
次に、室内や装置の温度分布の状態を細かく監視するための光発信形センサ１０を多数備えた環境監視システムについて、図６を参照して説明する。
【００５５】
図６は、室内等の被測定対象空間の温度分布を細かく監視する環境監視システムの構成を示し、ｚ―ｙ平面に設けられた多数の光発信形センサ１０と、光発信形センサ１０の発光状態を撮像するカメラ１１とから成る。
【００５６】
上述したような光発信形センサ１０は、小型で、且つ、ワイヤレスで動作が可能であるので温度監視が要される箇所毎に、任意の個数、任意の場所に取り付けることができる。ここでは、説明のため３個の場合で図示している。
【００５７】
同図において、この環境監視システムは、光発信形センサ１０ａ、光発信形センサ１０ｂ、光発信形センサ１０ｃの３つのセンサと、これらの光発信形センサ１０及びその設置周辺の環境を同時に撮像するカメラ１１と、カメラ１１で撮像した撮像信号から、光発信形センサ１０の取り付けられている位置情報を検出する位置情報抽出処理部１２ａと位置情報抽出処理部１２ａで抽出された位置の画像からセンサ１の検出情報を検出する発光パターン信号抽出処理部１２ｂとを備える画像処理部１２とからなる。
【００５８】
さらに、カメラ１１の撮像信号から光発信形センサ１０以外の背景部分の画像を処理し、画像処理部１２で処理された光発信形センサ１０の位置情報と検出情報とを合成処理する画像合成部１３ａと画像合成部１３ａの出力を表示するモニタ１３ｂとを備える表示部１３とからなる。
【００５９】
表示部１３は、監視領域に配置された光発信形センサ１０の検出情報とその分布を監視しやすく表示させるための機能を備えるもので、監視領域の背景画像と検出情報を合成して、検出情報とその位置情報とを同時に容易に可視化できるように表示させる。
【００６０】
例えば、背景信号と検出情報とのコントラストを画像合成部１３ａで変えたり、画像処理部１２で処理された検出情報のみを抽出して表示させたりして、監視目的によって表示内容を変えることが可能である。
【００６１】
また、発光パターン信号を色相表示させ、この状態をカメラ１１で撮像してカメラ１１の撮像信号をそのままモニタ１３ｂで表示させ、画像処理部１２での処理を不要とする構成で監視することも可能である。
【００６２】
次に、このように構成された環境監視システムの動作について、図７及び図８を参照して説明する。
【００６３】
図７（ａ）は、カメラ１１で撮像された光発信形センサ１０ａ、及び光発信形センサ１０ｃを含む周囲の背景画像ｓＢＫの撮像信号のモニタで、図７（ｂ）は、光発信形センサ１０の周囲の背景画像ｓＢＫを消去し、カメラ１１の撮像信号から抽出された夫々の光発信形センサ１０の部分のみを表示した合成画像を示す。
【００６４】
夫々の光発信形センサ１０ａ乃至光発信形センサ１０ｃの検出情報は、合成画像では位置情報ｓ１０１ａ１乃至位置情報ｓ１０１ｃ１と、対応する検出情報ｓ１０１ａ乃至検出情報ｓ１０１ｃとが表示されたモニタを示す。
【００６５】
また、図７(ｃ)は、カメラ１１の撮像画像を画像処理部１２に取り込む処理動作を説明するためのタイムチャートを示す。
【００６６】
図７（ｃ）のタイムチャートの（１）は、周期Ｔで発光する検出情報をカメラ１１のフレームレートのサンプリング周期Ｔｐで検出する様子を図示したもので、前述したようにＴ≧２Ｔｐ以上としてサンプリングする。
【００６７】
次に、このように構成された環境監視システムにおいて、カメラ１１の撮像信号から位置情報と検出情報とを抽出する画像処理部１２の処理動作について説明する。
【００６８】
先ず、その処理フローの概略を図８で説明する。光発信形センサ１０を強制的に点滅させ、撮像した映像信号のフレーム間の差分を加算して、予め定められる値以上の差がある部分を抽出し、この画像の部分をセンサ１からの検出情報を抽出する代表画素位置として、位置情報抽出処理部１２ａの図示しない画像メモリに予め記憶しておく（ｓ１１）。
【００６９】
次に、抽出された代表画素について、夫々の発光状態を時系列に図示しない画像メモリに記憶してゆく（ｓ１２）。
【００７０】
夫々の代表画像について、記憶した時系列の発光パターンから、予め記憶した発光パターンと照合して検出情報を認識し、出力する（ｓ１３）。
【００７１】
以上の処理手順で処理された位置情報と検出情報とは、表示部１３の映像合成部１３ａに送信し、モニタ１３ｂに表示する。
【００７２】
次に、図８に示した処理動作の各ステップの詳細動作について図９乃至図１２を参照して説明する。図９は、カメラ１１で撮像した光発信形センサ１０ａ乃至光発信形センサ１０ｃの画像メモリ状態を示す図で、カメラ１１の分解能及びその画像メモリのサイズは、予め必要な分解能に設定される。
【００７３】
光発信形センサ１０の発光領域は、画像処理部１２の図示しない画像メモリに記憶されるが、この時の撮像画像の水平方向ｘ番目、垂直方向ｙ番目、時刻ｔにおける画素の輝度信号をＰ（ｘ、ｙ、ｔ）として順次、画像メモリに記憶する。
【００７４】
そして、発光領域に対応する発光領域画像Ｓｅから図８のステップｓ１１の処理が行われ光発信形センサ１０の存在領域Ｓｒが判定記憶される。以下その詳細を図１０乃至図１１で説明する。
【００７５】
先ず、図１０は、発光領域の抽出処理を示すフロー図である。時刻Ｔ０で画像メモリの内容を初期化（ｓ１１１）し、予め設定される１０００フレーム分の画像を予め記憶する（ｓ１１２乃至ｓ１１４）。
【００７６】
次に、各画素について時刻Ｔｎ＋１と時刻Ｔｎの輝度変化の差を書き式で求め、
輝度変化の差＝｜Ｐ（ｘ、ｙ、Ｔｎ＋１）−Ｐ（ｘ、ｙ、Ｔｎ）｜
ｎが０から１０００までの１０００点分について加算する。
【００７７】
そして、この加算値が所定の値Ｃ以上の箇所が光発信形センサ１０の存在量域Ｓｒとして記憶される（ｓ１１５）。
【００７８】
次に、抽出された複数個の存在領域に対して、夫々の存在領域の代表画素Ｐｓを抽出する。その処理を図１１に示す。
【００７９】
先ず、存在領域の隣接するもの同士を同じ存在領域としてグルーピング処理する（ｓ１２１）。そして、それぞれのグループのｘ座標、ｙ座標の平均位置座票を求め、求めた平均座標に最も近い座標位置をそのグループの代表画素Ｐｓを、撮像領域内からＭmax個抽出する（ｓ１２２乃至ｓ１２５）。
【００８０】
この代表画素の設定は、測定中のセンサ１からの信号で処理することも可能であるが、光発信形センサ１０の出力を強制的に発光させて、予め代表画素の位置を記憶するようにしても良い。
【００８１】
次に、抽出されたＭmax個の代表画素Ｐｓの夫々の検出情報を時系列に記憶する図８のステップｓ１２及びｓ１３に相当する処理の詳細を図１２に示す。
【００８２】
まず、代表画素Ｐｓについてその発光パターンを時系列に記憶してゆく。この発光パターンを予め記憶した検出情報の発光パターンと比較して、その発光パターンから検出情報を認識処理する（ｓ１３１乃至ｓ１３４）。
【００８３】
この発光パターンの認識処理については、発光パターンに応じて、既存の種々のパターン認識方法が適用できるので、詳細は割愛する。
【００８４】
このように構成された環境監視システムにおいては、監視したい被測定対象の任意の位置に、光発信形センサ１０を取付け、この光発信形センサ１０からの発光の状態をカメラ１１の視野内に収まるように配置することで、監視したい位置の検出情報の監視が容易に行える。
【００８５】
また、本実施例では、センサ１が温度センサの場合について説明したが、被監視対照の検出情報が振動数、またはガス濃度、または騒音などのセンサの場合であっても、センサを置き換えることで同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００８６】
以下、本発明の実施例２について、図１３を参照して説明する。図１３の各部について、図１乃至図１２に示した実施例１の環境監視システムの各部と同一部は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８７】
実施例２が実施例１と異なる点は、実施例１においては、１台のカメラ１１の映像信号から被監視対象を撮像し、監視対象に取り付けられた光発信形センサ１０の奥行き方向の位置は同じであるとして、２次元の位置情報として処理する位置情報処理部１２ａを備えたが、実施例２では２台のカメラ１１ａ及びカメラ１１ｂを備え、光発信形センサ１０の位置を、位置情報抽出処理部１２ａに変えて、３次元の位置情報として処理する３次元位置情報抽出処理部１４ａを備えるようにしたことにある。
【００８８】
例えば、光発信形センサ１０ｄ乃至光発信型センサ１０ｆは凹凸のある、ｘ、ｙ、ｚ座標内の３次元空間に配置されているとする。
【００８９】
そして、この３次元空間の光発信形センサ１０ｄ乃至光発信型センサ１０ｆの夫々を、２台のカメラ１１ａ及びカメラ１１ｂで撮像し、同一の観測点を異なる位置から観測するステレオ視（両眼立体視とも言う）が可能な配置に設定しておく。
【００９０】
そして、３次元空間に配置された光発信形センサ１０ｄ乃至光発信型センサ１０ｆの夫々を発光させ、夫々のカメラ１１ａ及びカメラ１１ｂで撮像した同一の位置情報から、実施例１同様に代表画素を抽出し、光発信形センサ１０ｄ乃至光発信型センサ１０ｆの代表画素の３次元座標位置を３次元位置情報処理部１４ａで求める。
【００９１】
したがって本発明によれば、光発信形センサを３次元空間に設置して、３次元空間の光発信形センサ１０の検出情報の３次元分布状態を監視することができる。
【００９２】
また、夫々の光発信形センサ１０には、ＧＰＳセンサ１５を取付け、複数の異なる被監視環境の絶対位置と対応付けることで、さらに広い領域の検出情報の監視の検出情報の分布を細かく監視することが可能な環境監視システムを構築することも出来る。
【００９３】
本発明は上述したような実施例に何ら限定されるものでなく、光発信形センサを取り付ける監視対象物の形状と照明環境、及び光発信形センサの形状及び発光部の発光態様によってモニタの表示方法が監視しやすいように、本趣旨を逸脱しない範囲で適宜調整することが可能である。
【００９４】
また、光発信形センサの電池を太陽電池とその発電電力を蓄電する二次電池で構成し、所定の蓄電量以上で作動する、省エネ型の構成とことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の光発信形センサの構成図。
【図２】本発明の光発信形センサの光発生パターン信号生成回路の構成図。
【図３】本発明の光発生パターン信号の説明図。
【図４】本発明の受光素子を備える光発信形センサの構成図。
【図５】本発明の光発信形センサの動作を説明するフローチャート。
【図６】本発明の環境監視システムの実施例１のシステム構成図。
【図７】本発明の環境監視システムの実施例１の検出情報の抽出処理動作を説明するタイムチャート。
【図８】本発明の環境監視システムの実施例１の検出情報の抽出処理動作を説明するフローチャート。
【図９】本発明の画像処理部でのメモリ記憶される撮像画像の説明図。
【図１０】本発明の光発信形センサの存在領域の抽出処理動作のフロー図。
【図１１】本発明の光発信形センサの代表画素の抽出処理動作のフロー図。
【図１２】本発明の光発信形センサの検出情報の処理動作のフロー図。
【図１３】本発明の環境監視システムの実施例２のシステム構成図。
【図１４】従来の光アクセス空間センサ通信装置の構成図。
【図１５】従来の光アクセスセンサネットワークの構成図。
【図１６】従来の地域温度・湿度・ＣＯ２等の検出システムの実施例。
【符号の説明】
【００９６】
１ センサ
２ 発光パターン信号生成回路
２ａ 差分検出回路
２ｂ 基準値発生回路
２ｃ 差分判定回路
２ｄ 光パターン信号変換回路
３ 発光部
３ａ 発光素子駆動回路
３ｂ 発光素子
４ 電池
５ セラミックス基板
６ ケース
６ａ 放射口
７ 受光部
７ａ 受講素子
７ｂ 判定回路
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ 光発信形センサ
１１、１１ａ、１１ｂ カメラ
１２ 画像処理部
１２ａ 位置情報抽出処理部
１２ｂ 光パターン信号抽出処理部
１３ 表示部
１３ｂ 画像合成部
１３ｃ モニタ
１４ａ 三次元位置情報抽出処理部
１５ ＧＰＳセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を測定するセンシング手段と、
前記センシング手段によって得られた検出情報と対応するように、予め設定された発光パターン信号を生成する発光パターン信号生成手段と、
前記発光パターン信号生成手段の出力で光素子を可視光領域で発光させる発光手段と、
前記センシング手段、前記発光パターン信号生成手段、及び前記発光手段を収納し、前記発光手段からの発光が外部から計測可能なケースとを
備え、
前記検出情報を、光信号として発光させるようにしたことを特徴とする光発信形センサ。
【請求項２】
前記発光パターン信号生成手段は、前記検出情報と対応するように、前記発光手段を発光させるための光素子の駆動信号の周波数を変える周波数変換、パルス幅を変えるパルス幅変換、振幅を変える振幅変換、色相を変える色相変換、符号化する符号化変換の少なくともいずれか一つの変換処理を行う変換処理手段とすることを特徴とする請求項１に記載の光発信形センサ。
【請求項３】
前記発光パターン信号生成手段は、前記検出情報と、予め設定された前記検出情報の基準値との差を求める差分検出手段と、
前記差分検出手段の出力が予め設定された値以上となったことを判定する差分判定手段とを備え、
前記差分判定手段の出力で前記発光手段の発光を制御するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光発信形センサ。
【請求項４】
前記ケース外から照射される光を受光する受光素子と、前記受光素子の出力から照射された前記光が予め設定された発光パターンであるか否かを判定する判定手段とを備える受光手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光発信形センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の複数の光発信形センサと、
被監視領域内の複数の監視箇所に配置された複数の前記光発信形センサの発光部を含み前記被監視領域を撮像するカメラと、
前記カメラの撮像信号から前記光発信形センサの前記被測定領域内の位置情報と前記センシング手段の検出情報とを抽出する画像処理手段と、
前記カメラの撮像信号と前記画像処理手段で抽出された前記光発信形センサの位置情報及び検出情報とを合成し、合成された合成画像を表示する表示手段とを
備え、
前記監視領域内の前記光発信形センサの検出情報の分布状態を表示するようにしたことを特徴とする環境監視システム。
【請求項６】
前記表示手段の画像合成は、前記カメラで所定の間隔をおいて撮像した２つの画像データの差を求め、前記被監視領域内の背景画像を削除、または、背景画像をと前記画像処理手段の出力とのコントラストを変えて、前記画像処理手段の出力と合成し、前記光発信形センサの前記位置情報及び前記検出情報を容易に可視化可能にしたことを特徴とする請求項５に記載の環境監視システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４に記載のいずれか１項に記載の前記光発信形センサを前記被監視領域内の複数の監視箇所に複数配置し、
複数の前記光発信形センサの発光部を含み前記被監視領域内をステレオ視するように配置された複数の前記カメラと、
複数の前記カメラの撮像信号から前記光発信形センサの発光部の３次元位置情報求め、前記カメラの撮像信号から前記センシング手段の検出情報を抽出する画像処理手段と、
前記カメラの映像信号と前記光発信形センサの前記位置情報及び前記検出情報とを対応付けて表示する表示手段とを
備え、
前記監視領域内の前記光発信形センサの検出情報の３次元分布を可視化表示するようにしたことを特徴とする環境監視システム。
【請求項８】
前記センシング手段の検出情報は、温度、湿度、振動、圧力、ガス濃度、騒音の少なくともいずれか一つ以上の検出情報であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の環境監視システム。
【請求項９】
前記カメラの撮像のフレームレートは、前記光発信形センサの発光周波数の２倍以上とすることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の環境監視システム。
【請求項１０】
前記カメラにはＧＰＳセンサを搭載し、前記カメラの絶対位置を求める位置検出手段を備え、
前記カメラの絶対位置を求め、複数の前記被監視領域内の前記光発信形センサの検出情報の分布を求めるようにしたことを特徴とする請求項５乃至請求項９のいずれか１項に記載の環境監視システム。
【請求項１】
物理量を測定するセンシング手段と、
前記センシング手段によって得られた検出情報と対応するように、予め設定された発光パターン信号を生成する発光パターン信号生成手段と、
前記発光パターン信号生成手段の出力で光素子を可視光領域で発光させる発光手段と、
前記センシング手段、前記発光パターン信号生成手段、及び前記発光手段を収納し、前記発光手段からの発光が外部から計測可能なケースとを
備え、
前記検出情報を、光信号として発光させるようにしたことを特徴とする光発信形センサ。
【請求項２】
前記発光パターン信号生成手段は、前記検出情報と対応するように、前記発光手段を発光させるための光素子の駆動信号の周波数を変える周波数変換、パルス幅を変えるパルス幅変換、振幅を変える振幅変換、色相を変える色相変換、符号化する符号化変換の少なくともいずれか一つの変換処理を行う変換処理手段とすることを特徴とする請求項１に記載の光発信形センサ。
【請求項３】
前記発光パターン信号生成手段は、前記検出情報と、予め設定された前記検出情報の基準値との差を求める差分検出手段と、
前記差分検出手段の出力が予め設定された値以上となったことを判定する差分判定手段とを備え、
前記差分判定手段の出力で前記発光手段の発光を制御するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光発信形センサ。
【請求項４】
前記ケース外から照射される光を受光する受光素子と、前記受光素子の出力から照射された前記光が予め設定された発光パターンであるか否かを判定する判定手段とを備える受光手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光発信形センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の複数の光発信形センサと、
被監視領域内の複数の監視箇所に配置された複数の前記光発信形センサの発光部を含み前記被監視領域を撮像するカメラと、
前記カメラの撮像信号から前記光発信形センサの前記被測定領域内の位置情報と前記センシング手段の検出情報とを抽出する画像処理手段と、
前記カメラの撮像信号と前記画像処理手段で抽出された前記光発信形センサの位置情報及び検出情報とを合成し、合成された合成画像を表示する表示手段とを
備え、
前記監視領域内の前記光発信形センサの検出情報の分布状態を表示するようにしたことを特徴とする環境監視システム。
【請求項６】
前記表示手段の画像合成は、前記カメラで所定の間隔をおいて撮像した２つの画像データの差を求め、前記被監視領域内の背景画像を削除、または、背景画像をと前記画像処理手段の出力とのコントラストを変えて、前記画像処理手段の出力と合成し、前記光発信形センサの前記位置情報及び前記検出情報を容易に可視化可能にしたことを特徴とする請求項５に記載の環境監視システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４に記載のいずれか１項に記載の前記光発信形センサを前記被監視領域内の複数の監視箇所に複数配置し、
複数の前記光発信形センサの発光部を含み前記被監視領域内をステレオ視するように配置された複数の前記カメラと、
複数の前記カメラの撮像信号から前記光発信形センサの発光部の３次元位置情報求め、前記カメラの撮像信号から前記センシング手段の検出情報を抽出する画像処理手段と、
前記カメラの映像信号と前記光発信形センサの前記位置情報及び前記検出情報とを対応付けて表示する表示手段とを
備え、
前記監視領域内の前記光発信形センサの検出情報の３次元分布を可視化表示するようにしたことを特徴とする環境監視システム。
【請求項８】
前記センシング手段の検出情報は、温度、湿度、振動、圧力、ガス濃度、騒音の少なくともいずれか一つ以上の検出情報であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の環境監視システム。
【請求項９】
前記カメラの撮像のフレームレートは、前記光発信形センサの発光周波数の２倍以上とすることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の環境監視システム。
【請求項１０】
前記カメラにはＧＰＳセンサを搭載し、前記カメラの絶対位置を求める位置検出手段を備え、
前記カメラの絶対位置を求め、複数の前記被監視領域内の前記光発信形センサの検出情報の分布を求めるようにしたことを特徴とする請求項５乃至請求項９のいずれか１項に記載の環境監視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−１６４５０６（Ｐ２００７−１６４５０６Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６０４２０（Ｐ２００５−３６０４２０）
【出願日】平成１７年１２月１４日（２００５．１２．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１４日（２００５．１２．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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