(57)【要約】【課題】照明領域の反射率によらず、調光制御に用いられるセンサ信号が所定の分解能を有する照明システムを提供することにある。【解決手段】照明システムは、照明器具３と、照明器具３の照明領域を撮像領域とするカメラ１と、カメラ１からの映像信号から求めた平均画素値が所定の画素値αとなるように照明器具３の調光レベルを調整する照明制御装置２とを備える。カメラ１は、撮像素子１１からの映像信号のγ特性を補正するγ特性補正手段１２と、γ特性補正手段１２からの出力の感度を補正する感度補正手段１３とを備える。γ特性補正手段１２及び感度補正手段１３は、照明領域が快適な明るさに設定された際に、カメラ１から出力される映像信号の平均画素値が画素値αとなり、且つ、照明領域の明るさに対する平均画素値が正比例となるように制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像信号のγ特性を補正するγ特性補正手段と、
前記撮像信号の感度を補正する感度補正手段と、
前記γ特性及び感度の補正がされた映像信号に基づいて、前記照明器具による照明領域の明るさを示す明るさ指標を出力する明るさ指標生成手段と、
前記明るさ指標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照明制御手段とを備え、
前記γ特性補正手段及び前記感度補正手段は、前記照明領域の明るさと前記明るさ指標とが正比例の関係となり、且つ、前記照明領域が所望の明るさである際に、前記明るさ指標が前記明るさ目標値となるよう前記撮像信号の補正を行うことを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記明るさ目標値は、前記明るさ指標の最大値に対して、略５０％の値となるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばフォトダイオードなどの明るさセンサによって照明器具による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ことで照明領域の明るさを一定に保つ照明システムが提供されている。
【０００３】
この種の照明システムにおいては、まず初期設定として、予め外光の入射しない環境で照明領域が適切な明るさとなるように照明器具の光出力を設定し、その時のフォトダイオードからの出力電圧を目標値として不揮発性メモリなどに記憶させる。その後、実際に運用が開始され、外光が窓から入射して照明領域が明るくなると、フォトダイオードからの出力電圧が上昇するので、照明制御回路によって照明器具の調光レベルを下げるよう制御が行われる。また、窓から外光が入射しなくなって照明領域が暗くなると、フォトダイオードからの出力電圧が低下するので、照明制御回路によって照明器具の調光レベルを上げるよう制御が行われる。これらの制御を目標値から所定の誤差範囲（通常、数％程度）に収まるまで行うことで、適切な明るさを保つようにしている。
【０００４】
ところで、フォトダイオードからの出力電圧は、照明領域の明るさが同じ場合であっても、被照射面の反射率が違えば、異なる出力電圧となる。すなわち、照明領域の反射率が高い場合には出力電圧は高く、反射率が低い場合には出力電圧が低くなる。ここで出力電圧が高くなると、照明制御回路にて処理可能な信号レベルを超える可能性があり、また、出力電圧が低くなると、照明制御回路における分解能が低下して、正常に調光レベルの制御を行うことが出来ない可能性がある。
【０００５】
そこで、この種の照明システムでは、フォトダイオードからの出力電圧のゲインを制御し、照明制御回路に入力される信号レベルが正常な範囲に収まるよう調整している。具体的には、図７に示すように、まず最も高いゲインであるゲインｇ１でフォトダイオードからの出力電圧を測定し、この値が所定値を超えている場合には、ゲインｇ１よりも低いゲインに設定されたゲインｇ２で出力電圧の測定を行う。ゲインｇ２でも出力電圧が所定値を超える場合には、さらに低いゲインに設定されたゲインｇ３で出力電圧の測定を行い、照明制御回路が処理可能な信号レベルの信号を入力する。このようにすることで、反射率や目標とする明るさが異なる場合であっても、適切な明るさに照明領域が保たれている。
【０００６】
ところで近年、人体を検知して点灯・消灯の切り替えを実現するため、照明領域に設けられた撮像領域を撮像するカメラを備えた照明システムが提案されている。このような照明システムでは、フォトダイオードのような明るさセンサの代わりとして、カメラを用いて照明領域の明るさを検出して、照明器具の調光レベルが調整されているものもある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１６２９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、一般的にカメラは、ＣＲＴや液晶パネルなどの表示デバイスと組み合わせて使用することがほとんどである。これらの表示デバイスは、γ特性値が２．０前後であるので、表示デバイスに撮像画像を表示した際に輝度や色合いの再現性を高めることを目的として、一般的なカメラのγ特性値は０．５程度に設定されている。
【０００９】
このようなカメラを、上述のような照明システムに用いた場合、照明領域の明るさと撮像画像の平均画素値との関係は正比例にはならず、従来の照明領域の反射率に応じてゲインを段階的に変更する単純な制御を適応することは出来なかった。
【００１０】
また、上述のようなゲインを段階的に変更する単純な制御の場合、照明領域の目標とする明るさが同じであっても、目標とするフォトダイオードからの出力電圧は図７のVAとVDのように大きく異なる場合がある。そのため、出力電圧がVBの場合（すなわち、反射率が高い場合）には、目標とする出力電圧がVAの場合（すなわち、反射率が低い場合）と比べて、調光制御回路に入力される入力信号の分解能が低く、上述の誤差範囲が狭くなるという問題があった。
【００１１】
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、照明器具によって照明される被照射面の反射率によらず、調光制御に用いられるセンサ信号が所定の分解能を有する照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、第１の発明では、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撮像信号を出力する撮像素子と、撮像信号のγ特性を補正するγ特性補正手段と、撮像信号の感度を補正する感度補正手段と、γ特性及び感度の補正がされた映像信号に基づいて、照明器具による照明領域の明るさを示す明るさ指標を出力する明るさ指標生成手段と、明るさ指標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照明制御手段とを備え、γ特性補正手段及び感度補正手段は、照明領域の明るさと明るさ指標とが正比例の関係となり、且つ、照明領域が所望の明るさである際に、明るさ指標が明るさ目標値となるよう撮像信号の補正を行うことを特徴とする。
【００１３】
第２の発明では、第１の発明において、明るさ目標値は、明るさ指標の最大値に対して、略５０％の値となるように設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、照明器具によって照明される被照射面の反射率によらず、調光制御に用いられるセンサ信号が所定の分解能を有する照明システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態にかかる照明システムを示す概略ブロック図である。
【図２】同照明システムの設置例を示す概略図である。
【図３】同照明システムにおける初期設定前の照明領域の明るさとカメラからの出力との関係を示すグラフである。
【図４】同照明システムにおけるγ特性値を補正する補正方法を説明するためのグラフである。
【図５】同照明システムにおける初期設定の動作を説明するためのグラフである。
【図６】同照明システムにおける初期設定の動作を説明するためのグラフである。
【図７】従来の照明システムにおける動作を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を図面（図１〜図６）に基づいて説明を行う。
【００１７】
本実施の形態にかかる照明システムは、図２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３と、照明領域の一部を撮像領域とするカメラ１と、カメラ１からの出力に基づいて照明器具３を制御する照明制御装置２とを備える。
【００１８】
照明器具３は、例えば蛍光ランプなどを光源（図示せず）と、光源の点灯電力を位相制御することで調光レベルを調整する調光回路（図示せず）とを備える。また照明器具３は、有線もしくは無線により照明制御装置２から送信される調光信号を受信可能としており、受信した照明制御装置２からの調光信号に基づいて、点灯、消灯、及び、調光レベルの調整などを行う。
【００１９】
照明制御装置２は、図１に示すように、カメラ１からの出力に基づいて照明器具３の調光レベルを調整するための照明制御部２１と、照明領域の快適な明るさを示す明るさ目標値を記憶する記憶部とを備える。また照明制御装置２は、例えば、リモコン送信機能付きの照度計（図示せず）から送信される無線信号を受信して、無線信号に含まれる照度を照明制御部２１に出力する受信部２３とを備える。なお、リモコン送信機能付きの照度計及び、照度計と受信部２３との間で行われる無線通信については、既知の技術であるので説明を省略する。
【００２０】
記憶部２２は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electical Erasable Programable ROM）などの不揮発性メモリであり、明るさ目標値として画素値αが記憶される。この画素値αは、後述する初期設定時において、カメラ１から出力される映像信号から求めた平均画素値であり、照明制御部２１によって記憶される。
【００２１】
照明制御部２１は、カメラ１から入力される映像信号の平均画素値を求め、この平均画素値を明るさ指標値とし、記憶部２２に記憶された画素値αと比較して、照明器具３の調光レベルを調整する調光信号を照明器具３に出力する。より具体的には、照明制御部２１は、映像信号から求めた平均画素値が記憶部２２に記憶された画素値αよりも高い場合には、照明器具３の調光レベルを下げる調光信号を照明器具３に送信する。また上記の平均画素値が記憶部２２に記憶された画素値αよりも低い場合には、照明器具３の調光レベルを上げる調光信号を照明器具３に送信する。照明制御部２１は、上記の平均画素値と画素値αとの差が所定の許容範囲内に納まるまで、上述の動作を繰り返し行うことで、照明領域の明るさを所望の範囲に保つ。
【００２２】
カメラ１は、カメラ１を総合的に制御する制御部１５と、例えばＣＭＯＳセンサなどの撮像素子１１とを備え、撮像素子１１の検知範囲が図２に示す撮像領域となるように設置されておいる。所定の周期ごとに撮像領域を撮像して撮像素子１から出力される映像信号は、カメラ１が備えるγ特性補正部１２及び感度補正部１３により補正され、照明制御装置２に出力される。
【００２３】
ここで、撮像素子１１に入射される光は、照明器具３により照明される被照射面で反射した光であるので、撮像素子１１から出力する映像信号は、照明領域が同じ明るさでの場合であっても被照射面となる床面の反射率によって異なる。すなわち、被照射面である床面の反射率が大きければ映像信号の出力は大きく、また、床面の反射率が小さければ映像信号の出力は小さくなる。
【００２４】
γ特性補正部１２は、後述の制御部１５からの制御信号に含まれる基準γ特性値に基づいて動作し、撮像素子１１から入力される映像信号のγ特性を補正して、感度補正部１３に出力する。
【００２５】
感度補正部１３は、後述の制御部１５からの制御信号に含まれる基準感度値に基づいて動作し、γ特性補正部１２から入力されるγ特性補正後の映像信号を所定の倍率で増幅することで、映像信号の感度を補正して後述の露光時間補正部１５に出力する。
【００２６】
またカメラ１は、制御部１５からの制御信号に含まれる基準露光値に基づいて動作する露光時間補正部１４を備え、例えば、撮像素子１１に設けられたアイリス（図示せず）をモータ等で開閉駆動することで、適正露出となるように制御を行っている。より具体的には、感度補正部１３から入力される撮像信号から、垂直同期期間ごとに画像の明るさを示す測光値を検出し、この測光値が制御信号に含まれる基準値となるように、アイリスを開閉駆動している。
【００２７】
またカメラ１は、例えばＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリからなる記憶部１６を備え、記憶部１６には制御部１５により上述の制御信号を生成するのに必要な基準γ特性値、基準感度値、及び、基準露光値が記憶されている。
【００２８】
制御部１５は、後述する初期設定において、露光時間補正部１４からの映像信号に基づいて、基準γ特性値、基準感度値、及び、基準露光値をそれぞれ求め、記憶部１６に記憶させる。また制御部１５は、初期設定が行われると、記憶部１６から各基準値（基準γ特性値、基準感度値、及び、基準露光値）を読み出して、γ特性補正部１２、感度補正部１３、及び、露光時間補正部１４に対応する基準値を含めた制御信号を送信する。
【００２９】
ここで、上述の照明システムにおける初期設定について説明を行う。なお、図３及び図５における床面ＦＬ１〜ＦＬ３の反射率は、床面ＦＬ１の反射率が最も高く、床面ＦＬ２、ＦＬ３となるに従って床面の反射率は低くなっている。すなわち、照明領域の明るさが同じ場合には、床面ＦＬ１における撮像素子１１に入射する光量は、他の床面ＦＬ２、ＦＬ３における撮像素子１１に入射する光量よりも多くなる。
【００３０】
まず、照明領域に外光が入射しない環境で、照明領域の明るさが所望する快適な明るさとなるように照明器具３の調光レベルを調整する。ここで、γ特性補正部１２の基準γ特性値が０．５に、また感度補正部１３の基準感度値が、増幅率が１となる感度値に、それぞれ設定されているとすると、各床面ＦＬ１〜ＦＬ３のカメラ１からの出力は、図３に示すグラフのようになる。図３のグラフは、横軸を照明領域の明るさとし、縦軸をカメラ１から出力された映像信号の平均画素値としたグラフであり、照明領域が快適な明るさである場合の平均画素値をそれぞれＰ１〜Ｐ３としている。すなわち、照明領域の明るさが同じ快適な明るさであっても、カメラ１から出力される映像信号の平均画素値Ｐ１〜Ｐ３は、各床面ＦＬ１〜ＦＬ３の反射率の違いによって、それぞれ異なることとなる。
【００３１】
ここで、カメラ１の制御部１５は、照明領域の明るさと映像信号から求まる平均画素値とが正比例の関係となり、且つ、この快適な明るさに設定された状態の平均画素値が目標値αとなるように基準γ特性値及び基準感度値を求めて、記憶部１６に記憶させる。
【００３２】
ここでは、γ特性補正部に設定する基準γ特性値を１に固定し、平均画素値が目標値αとなるように基準感度値を変化させていくことで、基準γ特性値及び基準感度値を求める方法について説明する。
【００３３】
γ特性補正部１２においてγ特性値を１とする方法としては、例えば、γ特性値を調整可能な一般的なカメラを用いることができる。このようなカメラでは、カメラの撮像素子１１における各画素の解像度を8bitとすると、撮像素子１１からの入力は256段階で変化し、この256段階中の幾つかの段階でのγ特性のもつ傾き係数が設定可能である。この傾き係数を各段階で同じ値に設定し、その間は線形補完を行うことで、容易にγ特性値を１とすることができる。図４に示す例では、256段階中所定の6段階において傾き係数が設定可能であり、各段階における傾き係数（図４におけるβ１〜β６）を所定の値（図４におけるγ１）に設定して、その間は線形補完を行う。これにより、γ特性補正部１２から出力される映像信号のγ特性値を１に設定することができ、感度補正部１４などでγ特性を変化させなければ、カメラ１から出力される映像信号の照明領域の明るさに対する平均画素の関係は直線とすることができる。
【００３４】
ここで、基準γ特性を１に固定すると、各床面ＦＬ１〜ＦＬ３の照明領域の明るさに対するカメラ１からの出力は、図５のグラフに示す関係となる。なお、図中のＰ１’〜Ｐ３’は、照明領域が快適な明るさである場合における、床面ＦＬ１〜ＦＬ３のカメラ１から出力される映像信号の平均画素値をそれぞれ示している。
【００３５】
床面ＦＬ１を例に、基準感度値を求める方法について説明を行うと、映像信号の増幅率が１倍である感度値に設定された際の平均画素値Ｐ１’は画素値αよりも大いので（図６を参照）、感度補正部１３での増幅率が徐々に小さくなるよう基準感度値を変化させる。具体的には、まず制御部１５は、感度補正部１３における増幅率が１倍よりも小さな（例えば０．９倍）感度値を基準感度値として感度補正部１３に出力する。ここで、感度補正部１３が入力された制御信号に基づいて感度を補正すると、制御部１５で求めた平均画素値は、Ｐ１’よりも小さなＰ１’’となる。この平均画素値Ｐ１’’は、まだ画素値αよりも大きいので、制御部１５はさらに小さな増幅率（例えば０．８倍）となるよう制御信号を感度補正部１３に出力する。さらに感度補正部１３が入力された制御信号に基づいて感度を補正すると、制御部１５で求めた平均画素値は、画素値αと略等しくなるので、制御部１５は、この感度値（すなわち、増幅率が０．８倍となる感度値）を基準感度値として記憶部１６に記憶させる。
【００３６】
この初期設定を、床面ＦＬ１〜ＦＬ３のそれぞれで行うことで、床面ＦＬ１〜ＦＬ３の反射率によらず、照明領域が快適な明るさである際にカメラ１出力される映像信号の平均画素は、画素値αとなる。また、カメラ１から出力される映像信号の平均画素値と照明領域の明るさの関係は正比例となる。
【００３７】
これにより、照明制御装置２において、照明器具３の調光レベルを制御する際の基準となる映像信号の平均画素値は、照明器具３の被照射面における反射率によらず所定の分解能を有する。さらに、被照射面における反射率によらず明るさ目標値となる画素値αを変化させる必要が無く、照明制御装置２は、単純な処理できめ細かな調光制御を行うことができる。
【００３８】
ここで、明るさ目標値である画素値αは、例えば照明制御装置２に入力可能な画素値の上限に近い値（図６の画素値α２）に設定すると、外光が入射して照明領域が明るくなった際に、画素値の上限を超えてしまい、正常な調光制御が困難になる。また、画素値の上限から大きく離れた値（図６の画素値α１）に設定した場合には、照明制御装置２の調光制御における分解能が十分ではないため、きめ細かな調光制御を行うことが出来なくなる。
【００３９】
本実施の形態においては、明るさ目標値となる画素値αは、照明制御装置２に入力可能な画素値の約５０％に設定されている。例えば、照明制御装置２における画素値の解像度を8bitとすると、画素値は0〜255の範囲であるので、画素値αを128に設定し、その前後10程度を許容範囲とする。
【００４０】
このようにすることで、外光が入射して照明領域が明るくなっても照明制御装置２での上限を超えることがなく、照明制御装置２の調光制御において所定の分解能を保ち、きめ細かな調光制御を行うことができる。
【００４１】
なお、γ特性値を調整可能な一般的なカメラにおいて、各段階の傾き係数をγ１よりも小さな値に設定することで、感度補正部１３における基準感度値を調整することなく、カメラ１からの出力を図６に直線で示したグラフのように設定することも可能である。すなわち、γ特性補正部１２が感度補正部１３を兼用して、照明領域の明るさと平均画素とが正比例の関係となり、且つ、快適な明るさである際の平均画素値を画素値αとなるよう撮像素子１からの映像信号を補正するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１          カメラ
１１        撮像素子
１２        γ特性補正部
１３        露光時間補正部
１４        制御部
１５        記憶部
１６        感度補正部
２          照明制御装置
２１        照明制御部
２２        記憶部
２３        受信部
３          照明器具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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