(57)【要約】【課題】シェーディングを有効に補正することで被照射面の輝度の測定精度を向上させることのできる照明システムを提供する。【解決手段】照明負荷１０及び点灯制御部１１を有する照明器具１と、撮像部２０及び制御部２１を有する画像センサ２とを備え、点灯制御部１１は、制御部２１で演算された被照射面ア全体の輝度が所定の輝度となるように照明負荷１０の光出力を制御し、制御部２１は、被照射面アに一様に光を照射させるように点灯制御部１１を制御する処理と、被照射面アを撮像部２０に撮像させる処理と、撮像部２０が撮像して取得した画像データ３を構成する各画素の輝度を当該画像データ３の中央部３０の輝度に基づく基準値で除した補正率を画素毎に演算する処理とを行うシェーディング補正機能を有し、被照射面ア全体の輝度を演算する際に撮像部２０で撮像して取得した画像データの各画素の輝度に補正率を乗じた輝度を用いて演算する。【選択図】図１
2011249131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造営面に設置されて前記造営面と対向する被照射面を照明する照明負荷、及び前記照明負荷の光出力を制御する点灯制御部を有する照明器具と、前記造営面に設置されて前記被照射面を撮像する撮像部、及び前記撮像部で撮像して取得した画像データを構成する各画素の輝度に基づいて前記被照射面全体の輝度を演算する制御部を有する画像センサとを備え、前記点灯制御部は、前記制御部で演算された前記被照射面全体の輝度が所定の輝度となるように前記照明負荷の光出力を制御し、前記制御部は、前記被照射面に一様に光を照射させるように前記点灯制御部を制御する処理と、前記被照射面を前記撮像部に撮像させる処理と、前記撮像部が撮像して取得した画像データを構成する各画素の輝度を当該画像データの中央部の輝度に基づく基準値で除した補正率を画素毎に演算する処理とを行うシェーディング補正機能を有し、前記被照射面全体の輝度を演算する際に前記撮像部で撮像して取得した画像データの各画素の輝度に前記補正率を乗じた輝度を用いて演算することを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記基準値は、前記シェーディング補正機能において前記撮像部が撮像して取得した画像データの中心の輝度から一定の幅を持たせた値に設定されることを特徴とする請求項１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、被照射面における輝度を一定に保つように制御する照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被照射面における輝度を一定に保つように制御する照明装置（照明システム）が知られており、例えば特許文献１に開示されている。以下、このような照明システムの従来例について図面を用いて説明する。この従来例は、図４（ａ）に示すように、天井Ａに設置されて鉛直下方の空間を照明する照明負荷１１０（図５（ａ）参照）を備えた照明器具１００と、照明器具１００と共に天井Ａに設置されて鉛直下方の被照射面アを撮像する画像センサ１０１とから構成される。
【０００３】
照明器具１００は、例えば蛍光灯等から成る照明負荷１１０と、照明負荷１１０の点灯制御を行う点灯制御部（図示せず）とを備える。画像センサ１０１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等から成る撮像素子を有する撮像部（図示せず）を備える。そして、図４（ｂ）に示すように、画像センサ１０１は、撮像部において被照射面アを撮像し、得られた画像データ１０２に基づいて当該領域における人Ｂの存否を検出する。また、画像データ１０２は複数（例えば、６４０列×４８０行）の画素に分割されており、画像センサ１０１は、画像データ１０２の各画素の輝度に基づいて被照射面ア全体の輝度を求める。
【０００４】
而して、照明器具１００の点灯制御部は、画像センサ１０１で得られた被照射面アにおける人Ｂの存否の結果に基づいて照明負荷１１０への点灯電力の給電を開始し、照明負荷１１０を点灯させる。また、点灯制御部は、画像センサ１０１で得られた被照射面ア全体の輝度が予め設定された所定の輝度で一定となるように照明負荷１１０の光出力を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３３５０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来例のように画像センサ１０１で撮像して得られた画像データ１０２に基づいて被照射面ア全体の輝度を求める場合、シェーディングと呼ばれる現象が生じる。以下、シェーディングについて図面を用いて説明する。例えば、図５（ａ）に示すように、被照射面ア全体が一様な輝度となるように、複数の照明器具１００の照明負荷１１０で被照射面アを照明する場合を考える。この場合、画像センサ１０１で撮像して得られる画像データ１０２の各画素の輝度は全て一定値となるはずであるが、実際には、図５（ｂ）に示すように、中央部から周辺部に向かうにつれて暗くなる（輝度が小さくなる）画像データ１０２が得られる。この現象を一般的にシェーディングと呼び、撮像素子のレンズ収差やレンズ周辺の明るさの低下等の原因により生じる。
【０００７】
上記シェーディングを補正するために、画像センサ１０１が備えるＩＳＰ（Image Signal Processor）等の半導体プロセッサ（図示せず）によって予め設定された画一的な補正処理を行うのが一般的である。しかしながら、シェーディングの生じ方は、撮像素子のレンズの製造のバラツキ、撮像素子の設置位置によるバラツキ、撮像素子自体の特性のバラツキ、撮像素子の設置場所における被照射面アの反射率などによって異なる。このため、上記のように画一的な補正処理を行うだけでは、シェーディングを有効に補正することができず、被照射面アの実際の輝度を画像センサ１０１で正しく求めることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、シェーディングを有効に補正することで被照射面の輝度の測定精度を向上させることのできる照明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】
【０００９】
本発明の照明システムは、造営面に設置されて前記造営面と対向する被照射面を照明する照明負荷、及び前記照明負荷の光出力を制御する点灯制御部を有する照明器具と、前記造営面に設置されて前記被照射面を撮像する撮像部、及び前記撮像部で撮像して取得した画像データを構成する各画素の輝度に基づいて前記被照射面全体の輝度を演算する制御部を有する画像センサとを備え、前記点灯制御部は、前記制御部で演算された前記被照射面全体の輝度が所定の輝度となるように前記照明負荷の光出力を制御し、前記制御部は、前記被照射面に一様に光を照射させるように前記点灯制御部を制御する処理と、前記被照射面を前記撮像部に撮像させる処理と、前記撮像部が撮像して取得した画像データを構成する各画素の輝度を当該画像データの中央部の輝度に基づく基準値で除した補正率を画素毎に演算する処理とを行うシェーディング補正機能を有し、前記被照射面全体の輝度を演算する際に前記撮像部で撮像して取得した画像データの各画素の輝度に前記補正率を乗じた輝度を用いて演算することを特徴とする。
【００１０】
この照明システムにおいて、前記基準値は、前記シェーディング補正機能において前記撮像部が撮像して取得した画像データの中心の輝度から一定の幅を持たせた値に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、制御部のシェーディング補正機能によって、一様に光が照射された被照射面を撮像した画像データの各画素の輝度を補正することで各画素の輝度を均一にすることができ、したがってシェーディングを有効に補正することができる。而して、撮像部で撮像した画像データの輝度を被照射面の実際の輝度に近づけることができるため、被照射面の輝度の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る照明システムの実施形態を示す図で、（ａ）はシステムの概略図で、（ｂ）は撮像部で撮像された画像データの説明図である。
【図２】（ａ）は同上の画像センサ及び照明器具のブロック図で、（ｂ）は同上の撮像部のブロック図である。
【図３】同上の点灯制御の説明図で、（ａ）は夜間におけるシステムの概略図で、（ｂ）は昼間におけるシステムの概略図である。
【図４】従来の照明システムを示す図で、（ａ）はシステムの概略図で、（ｂ）は画像センサで撮像された画像の一例を示す平面図である。
【図５】同上のシェーディングの説明図で、（ａ）はシステムの概略図で、（ｂ）は画像センサで撮像された画像データを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る照明システムの実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１（ａ）に示すように、天井（造営面）Ａに設置されて鉛直下方の空間を照明する照明負荷１ａを備えた複数（図示では４つ）照明器具１と、照明器具１と共に天井Ａに設置されて鉛直下方の被照射面アを撮像する画像センサ２とから構成される。尚、同図では画像センサ２は複数の照明器具１に対して１つのみ設けられているが、複数の画像センサ２を設けてもよい。
【００１４】
照明器具１は、図２（ａ）に示すように、例えば蛍光灯等から成る照明負荷１０と、照明負荷１０の点灯制御を行う点灯制御部１１とを備える。点灯制御部１１は、後述する画像センサ２の制御部２１で演算された被照射面ア全体の輝度が予め設定された明るさ目標値（所定の輝度）となるように照明負荷１０の光出力を制御する。また、照明器具１には、後述する初期設定モードにおいて点灯制御部１１で設定される明るさ目標値を記憶する記憶部１２と、外部のリモコン（図示せず）からの無線信号（例えば、赤外線）を受信して点灯制御部１１に送る受信部１３とが設けられている。このリモコンには特別な機能は要求されず、一般的な赤外線リモコンや電波リモコン等を用いてよい。尚、上述のようにリモコンを用いて照明負荷１０の光出力を制御する照明器具１は従来周知であるので、ここでは照明器具１の各部の詳細な説明を省略する。
【００１５】
画像センサ２は、図２（ａ）に示すように、被照射面アを撮像して画像データ３（図１（ｂ）参照）を取得する撮像部２０と、画像データ３を構成する各画素の輝度に基づいて被照射面ア全体の輝度を演算する制御部２１とを備える。
【００１６】
撮像部２０は、図２（ｂ）に示すように、撮像素子２０ａと、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）２０ｂと、ＩＳＰ２０ｃとを備える。撮像素子２０ａは、従来例と同様にＣＣＤやＣＭＯＳ等から成り、受光した光信号をアナログ信号に変換して後段のＡＤＣ２０ｂに伝送する。ＡＤＣ２０ｂは、アナログ信号をディジタル信号に変換する回路であって、撮像素子２０ａから送られるアナログ信号をディジタル信号に変換して後段のＩＳＰ２０ｃに伝送する。ＩＳＰ２０ｃは、ＡＤＣ２０ｂから送られるディジタル信号を画像データ３として既定のデータフォーマットに適用させたデータに成形し、後段の制御部２１に伝送する。
【００１７】
ここで、撮像素子２０ａから取得する信号は微小信号であるため、ＩＳＰ２０ｃ内部のアンプで撮像素子２０ａから取得する信号を増幅した後に画像データ３に成形している。また、ＩＳＰ２０ｃでの信号の増幅が十分ではない場合には、得られる画像データ３が暗くなり、被写体を明確に表示することができない虞がある。そこで、画像センサ２を例えば検知領域における人の存否の検出に用いる場合には、ＩＳＰ２０ｃと併せてＡＧＣ（Auto Gain Control）を用いて、撮像素子２０ａから取得する信号を適切な大きさに増幅している。
【００１８】
但し、本実施形態のように画像センサ２を被照射面アの輝度を測定するために用いる場合には、前述のＡＧＣの機能を停止させる必要がある。というのも、仮にＡＧＣの機能を停止させない場合には、点灯制御部１１において照明負荷１０の光出力を制御する前に、ＡＧＣによって被照射面アを撮像した画像データ３の輝度を調整してしまうからである。そこで、画像センサ２を被照射面アの輝度を測定するために用いる場合には、ＡＧＣの機能を停止、即ち、ＡＧＣで制御される増幅度などのパラメータを固定し、照明負荷１０の光出力の変化のみによって画像データ３の輝度を変化させるようにしている。尚、この場合には、ＡＧＣの増幅度などのパラメータは、後述する初期設定モードにおける明るさ目標値の設定時のパラメータを再現する必要がある。したがって、明るさ目標値を設定する際に、ＡＧＣの各パラメータを明るさ目標値と併せて記憶させている。
【００１９】
制御部２１は、例えばＤＳＰ等の高度な処理を可能とする半導体プロセッサから成り、撮像部２０から伝送される画像データ３を取得する。そして、取得した画像データ３を構成する各画素の輝度の平均値を演算することで被照射面ア全体の輝度を求め、当該輝度のデータを点灯制御部１１に送信する。また、取得した画像データ３は、制御部２１に接続される記憶部２２に記憶させる（図２（ａ）参照）。記憶部２２は、例えばＤＲＡＭ等の揮発性大容量メモリから成り、制御部２１から送られる画像データ３や、後述する初期設定モードで設定される各画素の補正率を記憶する。
【００２０】
以下、初期設定モード及び本実施形態の点灯制御について説明する。初期設定モードは、照明空間が利用者の所望する明るさとなるように明るさ目標値を設定するためのモードである。先ず、各照明器具１の点灯制御部１１を初期設定モードに移行させるためには、利用者が外部のリモコンを操作してトリガ信号を各照明器具１の受信部１３に送信する。尚、各照明器具１に個別にトリガ信号を送信してもよいが、例えば部屋内の全ての照明器具１を一括して点灯制御する場合には、何れかの照明器具１の受信部１３のみにトリガ信号を送信するようにしてもよい。
【００２１】
ここで、明るさ目標値は、図３（ａ）に示すように、例えば夜間等の外光の無い環境下において設定する。同図の例では、照明負荷１０の光出力が全点灯を１００％とした時の７０％である場合を、利用者の所望する明るさとする。利用者が照明負荷１０の光出力を７０％に設定した後、画像センサ２の撮像部２０が被照射面アを撮像し、制御部２１において取得した画像データ３に基づいて被照射面ア全体の輝度を求める。同図の例では、被照射面ア全体の輝度はαとなる。この被照射面ア全体の輝度αが明るさ目標値であり、当該明るさ目標値は、照明器具１の記憶部１２に記憶される。明るさ目標値を設定した後は、利用者が外部のリモコンを操作してトリガ信号を送信することで、点灯制御部１１が初期設定モードから通常の点灯制御モードに移行する。
【００２２】
点灯制御部１１は、点灯制御モードにおいては被照射面ア全体の輝度が明るさ目標値となるように照明負荷１０の光出力を制御する。例えば、図３（ｂ）に示すように、昼間等の太陽光が差し込む環境下において、太陽光の影響により被照射面ア全体の輝度がαからβ（α＜β）に変化したものとする。この場合、点灯制御部１１は、被照射面ア全体の輝度βが記憶部１２に記憶されている明るさ目標値、即ち、被照射面ア全体の輝度αとなるように、照明負荷１０の光出力を制御する。而して、照明負荷１０の光出力を７０％から５０％に変化させることで、照明空間が利用者の所望する明るさで一定に保たれる。
【００２３】
ここで、本実施形態では、初期設定モードにおいて被照射面ア全体の輝度を求める前に、画像センサ２の制御部２１においてシェーディング補正を行っている。以下、この制御部２１のシェーディング補正機能について説明する。
【００２４】
先ず、制御部２１は、被照射面アに一様に光を照射させるように各照明器具１の点灯制御部１１を制御する処理を行う。このとき、少なくとも被照射面ア全体に光が照射されればよいので、全ての照明器具１の照明負荷１０を点灯させなくてもよい。次に、被照射面アを撮像部２０に撮像させる処理を行う。この処理で取得する画像データ３には、図５（ｂ）に示すように、中央部から周辺部に向かうにつれて暗くなるシェーディングが現れる。
【００２５】
そこで、シェーディングを補正するために、画像データ３の各画素の輝度が実際には全て同じであると見做し、画像データ３の中央部３０の各画素に基づく輝度を実際の輝度に相当する基準値として、他の画素の輝度を当該基準値に補正する。具体的には、画像データ３の中央部３０の各画素の輝度の平均値を演算して当該平均値を基準値とし、画像データ３の各画素の輝度を基準値で除した補正率を画素毎に演算する処理を行う。
【００２６】
例えば、図１（ｂ）に示すように、画像データ３がｍ行×ｎ列の画素から構成され、各画素の輝度がＰｉｊ（ｉ＝０〜ｍ，ｊ＝０〜ｎ）で表されるものとする。仮に、ｍ＝９，ｎ＝９とすれば、中央部３０の各画素の輝度はＰ４４，Ｐ４５，Ｐ５４，Ｐ５５となり、基準値はこれらの平均値となる。ここで、基準値がＡ、各画素の補正率がＲｉｊ（ｉ＝０〜ｍ，ｊ＝０〜ｎ）で表されるものとすると、各画素の補正率Ｒｉｊは次式で表される。
【００２７】
Ｒｉｊ＝Ａ／Ｐｉｊ  （ｉ＝０〜ｍ，ｊ＝０〜ｎ）
上記各画素の補正率Ｒｉｊは、画像センサ２の記憶部２２に記憶される。この記憶部２２に記憶された補正率Ｒｉｊは、以降、制御部２１において被照射面ア全体の輝度を演算する際に読み出される。そして、制御部２１は、撮像部２０で撮像して取得した画像データ３の各画素の輝度にそれぞれ対応する補正率Ｒｉｊを乗じることで各画素の輝度を均一に補正し、その後に被照射面ア全体の輝度を演算する。
【００２８】
上述のように、制御部２１のシェーディング補正機能によって、一様に光が照射された被照射面アを撮像して取得した画像データ３の各画素の輝度を補正することで各画素の輝度を均一にすることができ、したがってシェーディングを有効に補正することができる。而して、撮像部２０で撮像して取得した画像データ３の輝度を被照射面アの実際の輝度に近づけることができるため、被照射面アの輝度の測定精度を向上させることができる。
【００２９】
尚、本実施形態では、画像データ３の中央部３０を画像データ３の中心付近の２行×２列の各画素としているが、画像データ３の中心付近の１画素のみを中央部３０としてもよいし、３行×３列の各画素を中央部３０としてもよい。即ち、画像データ３の中央部３０に相当する画素数を適宜設定することで、基準値を画像データ３の中心の輝度から一定の幅を持たせた値に設定することができる。このように基準値を設定することで、状況に応じた柔軟なシェーディング補正を行うことができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  照明器具
１０  蛍光灯（照明負荷）
１１  点灯制御部
２  画像センサ
２０  撮像部
２１  制御部
３  画像データ
３０  中央部
Ａ  天井（造営面）
ア  被照射面
【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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