JP5624366B2

JP5624366B2 - 照明システム

Info

Publication number: JP5624366B2
Application number: JP2010120927A
Authority: JP
Inventors: 七原　淳郎; 淳郎七原; 松田　真二; 真二松田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: JP2011249130A

Description

本発明は、照明領域を撮像して照明器具の調光レベルを調整する照明システムに関するものである。

従来、照明器具による照明領域に設けられた撮像領域を撮像する画像センサを備え、この画像センサで撮像した撮像画像に基づいて人の検知や照明領域の明るさを検知し、照明器具の調光レベルを調整する照明システムが提供されている（例えば、特許文献１）。

この種の照明システムの画像センサとしては、CMOSセンサやCCDカメラなどが用いられており、画像センサが撮像した画像の平均画素値から照明領域の明るさを求め、この照明領域の明るさに基づいて照明器具の調光レベルを調整している。

より具体的には、まず初期設定として外光のない状態で照明領域を適切な明るさに保ち、照明領域内の撮像領域を画像センサを用いて撮像し、この撮像した画像の平均画素値を明るさ目標値として不揮発性メモリに記憶する。その後実際に運用を開始すると、画像センサが撮像した画像の平均画素値と不揮発性メモリに記憶した明るさ目標値とを比較して、平均画素値が明るさ目標値に近づくように照明器具の調光レベルを制御する。例えば、外光が窓などから入射して照明領域が明るくなると、画像センサが撮像した画像の平均画素値が上昇するので、平均画素値が明るさ目標値に近づくように照明器具の調光レベルを低下させる。これにより、照明領域の明るさを適切な明るさに保つことができ、外光が入射する昼間などでは照明器具が消費する電力を低減して、省エネを実現することができる。

特開２００１−２８１０５４号公報

ところで、上述の照明システムの画像センサは、入射する光を所定の分解能（例えば8bit）で画像化して出力するが、入射光が所定の明るさよりも明るい場合には、画素値を上限値（例えば255）として出力する。

ここで、例えば昼間などの外光の入射が多く照明領域が明るい場合、画像センサで撮像された画像は画素値が上限値に飽和した画素を多く含む画像となる。そのため、照明領域がさらに明るくなった場合でも既に画素値が上限値である画素の画素値は変化しないので、照明領域の明るさと画像の平均画素値との関係は図５のグラフのようになる。すなわち、照明領域の明るさが低い領域では直線的な比例関係であるが、明るさが高くなるにつれ比例関係の直線性が保てない場合がある。このように、照明領域の明るさと画像の平均画素値との関係が直線的な比例関係でなくなると、画像の平均画素値から照明領域の明るさを正確に求めることが困難となる。このため、実際の照明領域の明るさよりも暗い状態であると判断して、照明器具の調光レベルを理想値よりも高い状態に設定してしまい、照明器具において不要な電力を消費する可能性があった。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、明るさの範囲によらず照明領域の明るさと画像の平均画素値とを直線的な比例関係とし、照明器具の消費電力を低減した照明システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本願の照明システムは、照明器具と、照明器具によって照明される被照射面を撮像して複数の画素からなる撮像画像を出力する撮像素子と、撮像画像に基づいて被照射面の明るさを示す明るさ指標値を出力する明るさ指標値生成手段と、照明器具の調光レベルを制御する照明制御手段とを備え、照明制御手段は、動作モードとして、照明器具の調光レベルを最大に設定する初期設定モードと、明るさ指標値が所定の明るさ目標値に対して所定の範囲内に収まるよう照明器具の調光レベルを制御する調光制御モードとを有し、明るさ指標値生成手段は、照明制御手段の動作モードが初期設定モードであるときに撮像画像の画素のうち画素値が所定の閾値よりも大きな画素値である画素を除外した残りの画素を有効画素として、照明制御手段の動作モードが調光制御モードであるときに有効画素の画素値に基づいて明るさ指標値を出力することを特徴とする。

この照明システムにおいて、明るさ指標値生成手段は、照明制御手段の動作モードが調光制御モードであるときに有効画素の画素値から求めた明るさ検出値に所定の補正値を掛け合わせて、明るさ指標値を得ることが好ましい。

本願の照明システムによれば、照明領域の明るさと画像の平均画素値とを直線的な比例関係とすることができ、消費電力を低減した照明システムを提供することができる。

本発明にかかる照明システムを示す概略ブロック図である。（ａ）は同照明システムの構成を示す概略図であり、（ｂ）は同照明システムのカメラで撮像した画像の一例を示す概略図である。（ａ）及び（ｂ）は、同照明システムの初期設定モードを説明する為の概略図である。同照明システムの動作特性を示すグラフであり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後の動作特性を説明する為のグラフである。従来の照明システムを説明する為のグラフである。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施の形態にかかる照明システムは、図２（ａ）に示すように、例えば天井面に設置され下方を照明領域とする照明器具１と、照明領域の一部を撮像領域とするカメラ２と、カメラ２からの出力に基づいて照明器具１を制御する照明制御装置３とを備える。この照明システムは、カメラ２で撮像した撮像画像（図２（ｂ）を参照）に基づいて、人の有無や照明領域の明るさの変化を検知し、照明器具１の調光レベルを調整することで、照明領域内の人に快適な環境を提供するとともに消費電力を低減する。なお以下の説明では、照明領域の明るさの変化を検知して照明器具１の調光レベルを調整する点について説明を行う。

照明器具１は、商用電源（図示せず）から電力の供給を受けて点灯する例えばＬＥＤなどの光源を備え、照明制御装置３から入力される調光信号に基づいて光源の点灯、消灯、及び、調光レベルの調整などの調光動作を行う。なお、照明器具１における調光動作は既知の技術であるので、詳細な説明については省略する。

カメラ２は、図１に示すように、例えばCMOSセンサなどの撮像素子２１を備え、γ補正などの画像補正機能を有する一般的なカメラであり、撮像素子２１により撮像した映像信号に基づく画像データを照明制御装置３に出力する。

より具体的にカメラ２は、撮像素子２１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ２２と、ＡＤコンバータ２２からの出力を画像データとして成形するISP(Image Signal Processor)２３とを備える。ISP２３は、AGC(Auto Gain Control)機能を有しており、入力されるデジタル信号の信号レベルに基づいて、出力する撮像画像の画素ごとの信号増幅率を調整することが可能である。これにより、例えば撮像領域が暗い状態で撮像された際に、撮像素子２１から出力される信号レベルが低く画像全体が暗い場合でも、撮像領域を適切に識別可能な撮像画像を出力することが可能である。

照明制御装置３は、照明制御装置３の動作を統括する制御部３１と、カメラ２による撮像画像の各画素値から調光レベルの調整に利用する有効画素を設定し、有効画素の平均画素値に基づいて明るさ指標値を算出する画像処理部３２とを備える。また照明制御装置３は、画像処理部３２が算出した明るさ指標値に基づいて照明器具１の調光レベルを調整する為の調光信号を出力する調光制御部３３を備える。さらに照明制御装置３は、種々の情報が格納される記憶部３２と、リモコン（図示せず）からの操作信号を受信するリモコン受信部３３とを備える。

また照明制御装置３は、その動作モードとして初期設定モードと調光制御モードとを有し、例えばリモコン受信部３５が受信した操作信号に基づいてその動作モードを切り替えて動作する。初期設定モードは、カメラ２から出力された撮像画像のうち調光制御に用いる有効画素を設定するための動作モードであり、調光制御モードは、初期設定モードで設定された有効画素に基づいて照明器具１の調光レベルを調整するための動作モードである。

画像処理部３２は、制御部３１からの制御信号に応じて動作し、カメラ２が撮像した撮像画像のうち、画素値が所定の閾値よりも大きな画素を無効画素、それ以外の画素を有効画素と判定し、有効画素と判定した画素を示す位置情報を記憶部３４に記憶させる。また画像処理部３２は、有効画素と判定した各画素の画素値の平均値を求め、この平均画素値とカメラ２の分解能の上限値から補正値を求めて記憶部３４に記憶させる。

また画像処理部３２は、カメラ２で撮像された撮像画像の一部の画素、もしくは全て画素についての平均画素値を算出し、この平均画素値と記憶部３４に記憶させた補正値とを掛け合わせて明るさ指標値を求め、この明るさ指標値を調光制御部３４に出力する。

調光制御部３４は、画像処理部３２から入力された明るさ指標値が、予め設定された明るさ目標値に近づくように照明器具１の調光レベルを調整する調光信号を出力する。例えば、入力された明るさ指標値が明るさ目標値よりも大きい場合には、調光レベルを下げる調光信号を生成して照明器具１に出力し、これをその後入力される明るさ指標値が明るさ目標値から所定の誤差範囲に収まるまで繰り返し行う。

記憶部３４は、例えばDDRAM(Double Data Rate Synchronous DRAM)などの揮発性大容量メモリからなり、画像処理部３２により求められた有効画素の位置情報や、明るさ指標値などが記憶される。

ここで、この照明システムの動作について説明を行う。なお、以下の説明においてカメラ２は8bitの分解能を有し、カメラ２から出力される撮像画像の各画素は0〜255の範囲の画素値を示すものとして説明を行う。

まず、照明領域に外光の入射しない環境で使用者がリモコンを操作して、動作モードを初期設定モードに切り替える操作信号を照明制御装置３に向けて送信する。この操作信号を照明制御装置３のリモコン受信部３３が受信すると、制御部３１は照明制御装置３の動作モードを初期設定モードに切り替え、調光制御部３４を用いて照明器具１の調光レベルを最大に設定する。

次に制御部３１は、画像処理部３２を用いてカメラ２が撮像した撮像画像のうち、画素値が所定の閾値以下の画素を有効画素として記憶部３４に記憶させる。図３（ａ）は、この閾値を撮像画像の各画素が取りうる画素値の最大値(255)に設定した場合の有効画素・無効画素の分布を示している。この場合、画素値が飽和した（画素値＝255）画素群βを無効画素とし、画素群βを除く画素群α（画素値＜255）を有効画素として記憶部３４に記憶させる。

また図３（ｂ）は、この閾値を例えば200などの撮像画像の各画素が取りうる画素値の最大値(255)よりも小さな値に設定した場合における有効画素・無効画素の分布を示している。この場合、画素値が200〜254の範囲内である画素群γと、画素値が飽和した（画素値＝255）画素群βとを無効画素とし、画素群βを除く画素群α（画素値＜255）を有効画素として記憶部３４に記憶させる。このように、閾値を画素値の最大値よりも小さな値に設定することで、外光が入射して照明領域が明るくなった場合でも有効画素が飽和しないようにすることができる。

また画像処理部３２は、各有効画素の画素値から平均画素値を求め、平均画素値と補正値とを掛け合わせた値が上限値よりも小さな所定の範囲内に収まる補正値を算出して記憶部３４に記憶させる。例えば、有効画素の平均画素値が128であるとすると、平均画素値と補正値とを掛け合わせた値が画素値の最大値(255)の3/4程度の値となる1.5を補正値として設定する。

その後、制御部３１は動作モードを調光制御モードに移行する。調光制御モードに移行すると、カメラ２で撮像した撮像画像のうち記憶部３４に記憶させた有効画素の平均画素値を画像処理部３２が求め、この平均画素値と補正値とを掛け合わせた明るさ指標値に基づいて、調光制御部３３が調光レベルの調整を行う。

ここで、調光制御モードにおける照明領域の照度と明るさ指標値との関係を図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は、照明領域の照度とカメラ２で撮像された撮像画像の平均画素値との関係を示しており、グラフａは理想とする特性を示し、グラフｂ’は従来の照明システムを用いた場合の特性を示している。

本照明システムは、照明器具の出力を最大とした状態において、画素値が飽和する画素を無効画素とし、無効画素を除いた有効画素の平均画素値から明るさ指標値を求めている。このため、図４（ａ）のグラフｂに示すように照明領域が明るい状態となり、一部の画素の画素値が飽和したとしても直線的な比例関係を保つことができ、照明器具の明るさを調整する精度を高め、消費電力を低減した照明システムを提供することができる。

この場合、輝度値の大きな画素を除外することとなるので、理想の特性を示すグラフａと同様の直線的な比例関係を示すが、無効画素を除外する前と比較すると、平均画素値は小さな値となる。そこで本実施の形態においては、有効画素から求めた平均画素値に所定の補正値を掛け合わせて明るさ指標値を求めている。このため、図４（ｂ）のグラフｃに示すように、照明領域の明るさに対する明るさ指標値は理想とする特性を示すグラフａとほぼ等しい特性を示し、ダイナミックレンジを確保することができる。これにより、照明器具の明るさを調整する精度を高めることができ、照明領域が明るい状態であっても照明器具を適切な調光レベルに設定でき、消費電力を低減した照明システムを提供することができる。

１照明器具
２カメラ
２１撮像センサ
２２ＡＤコンバータ
２３ ISP
３照明制御装置
３１制御部
３２画像処理部
３３調光制御部
３４記憶部
３５リモコン受信部

Claims

照明器具と、前記照明器具によって照明される被照射面を撮像して複数の画素からなる撮像画像を出力する撮像素子と、前記撮像画像に基づいて前記被照射面の明るさを示す明るさ指標値を出力する明るさ指標値生成手段と、前記照明器具の調光レベルを制御する照明制御手段とを備え、
前記照明制御手段は、動作モードとして、前記照明器具の調光レベルを最大に設定する初期設定モードと、前記明るさ指標値が所定の明るさ目標値に対して所定の範囲内に収まるよう前記照明器具の調光レベルを制御する調光制御モードとを有し、
前記明るさ指標値生成手段は、前記照明制御手段の動作モードが前記初期設定モードであるときに前記撮像画像の画素のうち画素値が所定の閾値よりも大きな画素値である画素を除外した残りの画素を有効画素として、前記照明制御手段の動作モードが前記調光制御モードであるときに前記有効画素の画素値に基づいて前記明るさ指標値を出力することを特徴とする照明システム。
前記明るさ指標値生成手段は、前記照明制御手段の動作モードが前記調光制御モードであるときに前記有効画素の画素値から求めた明るさ検出値に所定の補正値を掛け合わせて、前記明るさ指標値を得ることを特徴とする請求項１記載の照明システム。