(57)【要約】    【課題】  安価なセンサシステムの構築を可能とすること。    【解決手段】  本発明では、コンピュータに複数のセンサを接続したセンサシステムであって、あらかじめ各センサで実測した出力信号間の相関性を関数としてコンピュータによって自動的に設定しておき、一つのセンサが正常に作動しない時には、各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かによって正常作動していないセンサを特定するとともに、そのセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいてコンピュータで補完することにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに複数のセンサを接続したセンサシステムであって、あらかじめ各センサで実測した出力信号間の相関性を関数としてコンピュータによって自動的に設定しておき、各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かを判断し、各センサでの出力信号が前記関数を満足していない場合に、前記関数を満足しないセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいてコンピュータで補完することを特徴とするセンサシステム。
【請求項２】
前記各センサでの出力信号が前記関数を満足していない場合に、再度各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かを判断し、再度各センサでの出力信号が前記関数を満足していないときには、そのセンサの出力信号を予め用意した補正関数で補正することを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
コンピュータに超音波センサ、赤外線センサ、撮像センサを接続した不審者検出システムであって、あらかじめ各センサで実測した出力信号間の相関性を関数としてコンピュータによって自動的に設定しておき、各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かを判断し、各センサでの出力信号が前記関数を満足していない場合に、前記関数を満足しないセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいてコンピュータで補完することを特徴とする不審者検出システム。
【請求項４】
前記各センサでの出力信号が前記関数を満足していない場合に、再度各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かを判断し、再度各センサでの出力信号が前記関数を満足していないときには、そのセンサの出力信号を予め用意した補正関数で補正することを特徴とする請求項３に記載の不審者検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセンサを有するセンサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のセンシングシステムの高度化に伴い、複数のセンサ信号を融合してより高次な判断を行ったり、欠落情報を他のセンサ信号で補完するセンサフュージョンシステムが多くの分野で適用され始めている（たとえば、非特許文献１参照。）。  
【０００３】
あるセンサの出力を他のセンサで補完するためには、両者の関係をプロットして近似曲線を作成するか、両者の間に成立する関係式を導出する必要がある。しかし、１つのセンサ出力を複数のセンサで補完する場合、近似曲線では表現できず、関係式の導出も容易でない。  
【０００４】
例えば、多次元の情報が必要な場合や危険性の高い環境には複数のセンサが取り付けられている。これは、１つのセンサが故障してもそれを他のセンサで補うためである。このためには、各センサの特性をあらかじめ計測し、センサ間の特性の相関をあらかじめ求めておく必要がある。    
【非特許文献１】山崎弘郎,石川正俊,「センサーフュージョン」,コロナ社,p.287（1992）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、センサ間の特性の相関性を求めるためには、人間によるデータ解析が必要であり、知識・経験・時間を要していた。  
【０００６】
また、一旦、相関性が求まったとしても、その相関性を満足するために、センサ素子およびその駆動回路の特性のばらつきをなくし、センサ単体の精度がある一定基準を満たす必要があった。このため、特性の優れた素子と回路特性の均一性が必要となり、装置の値段が高価になっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、請求項１に係る本発明では、コンピュータに複数のセンサを接続したセンサシステムであって、あらかじめ各センサで実測した出力信号間の相関性を関数としてコンピュータによって自動的に設定しておき、一つのセンサが正常に作動しない時には、各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かによって正常作動していないセンサを特定するとともに、そのセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいてコンピュータで補完することにした。  
【０００８】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記各センサでの出力信号が前記関数を満足していない場合に、再度各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かを判断し、再度各センサでの出力信号が前記関数を満足していないときには、そのセンサの出力信号を予め用意した補正関数で補正することにした。  
【０００９】
また、請求項３に係る本発明では、コンピュータに超音波センサ、赤外線センサ、撮像センサを接続した不審者検出システムであって、あらかじめ各センサで実測した出力信号間の相関性を関数としてコンピュータによって自動的に設定しておき、一つのセンサが正常に作動しない時には、各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かによって正常作動していないセンサを特定するとともに、そのセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいてコンピュータで補完することにした。  
【００１０】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記各センサでの出力信号が前記関数を満足していない場合に、再度各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かを判断し、再度各センサでの出力信号が前記関数を満足していないときには、そのセンサの出力信号を予め用意した補正関数で補正することにした。
【発明の効果】
【００１１】
そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。  
【００１２】
本発明では、あらかじめ各センサで実測した出力信号間の相関性を関数としてコンピュータによって自動的に設定しておき、一つのセンサが正常に作動しない時には、各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かによって正常作動していないセンサを特定するとともに、そのセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいてコンピュータで補完することにしているため、各センサ間の相関性をコンピュータで自動的に発見することができ、人間の知識・経験を必要とせず、解析時間を要しない。また、素子特性の均一性、回路特性の均一性を必要としない。そのため、安価なセンサシステムの構築が可能になる。  
【００１３】
また、センサに故障、劣化がある場合には、そのセンサを容易かつ即時に特定することができる。  
【００１４】
さらに、本発明では、各センサでの出力信号が前記関数を満足していない場合に、再度各センサでの出力信号が前記関数を満足するか否かを判断し、再度各センサでの出力信号が前記関数を満足していないときには、そのセンサの出力信号を予め用意した補正関数で補正することにしているために、一定の条件下で系統的に生じる誤差を排除することができ、測定誤差の影響を低減することができる。  
【００１５】
なお、本発明は、同一センサが複数ある場合と異なるセンサが複数ある場合のどちらにも適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るセンサシステムは、コンピュータに超音波センサ、赤外線センサ、撮像センサなどの複数のセンサを接続したものである。  
【００１７】
しかも、本発明に係るセンサシステムでは、あらかじめ各センサで実測した出力信号間の相関性を人工生命型関数発見システムを用いて関数としてコンピュータによって自動的に設定しておく。この人工生命型関数発見システムについては、S.Serikawa and T.Shimomura:"Proposal of a system of function-discovery using a bug type of artificial life",Trans IEE Japan.,Vol.C-118,No.2,pp.170-179(1998)やS.Serikawa,B.B.Chhetri and T.Shimomura:"Improvement of the Search Ability of S-System(A Function-Discovery System)",Trans IEE Japan,Vol.120-C,No.8/9,pp.1281-1282(2000)に開示されている。  
【００１８】
そして、一つのセンサが正常に作動しない時には、各センサでの出力信号が相関性を表す関数を満足するか否かによって正常作動していないセンサを特定するとともに、そのセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいてコンピュータで補完するようにしている。  
【００１９】
本発明では、図１に模式的に示す人工生命型関数発見システムを用いて各センサ間の相関性を関数として、コンピュータが自動的に発見する。このため、人間の知識・経験を必要とせず、解析時間を要しない。また、各センサ及び駆動回路に合わせて相関性を求めるため、センサ及び駆動回路にばらつきがあっても問題ない。さらに、関数と出力値の相関性から、センサに故障、劣化がある場合、その素子を特定できる。同一センサが複数ある場合と異なるセンサが複数ある場合のどちらにも適用できる。  
【００２０】
以下に、センサ間の出力信号の補完の考え方について図２を用いて説明する。  
【００２１】
ここでは、図２に示すように３種類のセンサが設置され、それぞれ異なる物理量を測定するものとする。また、各センサの出力値をＳ1,Ｓ2,Ｓ3とし、各センサの出力信号間には相関性（例えばＳ1が増加するとＳ2が低下する等）があるものとする。  
【００２２】
センサの出力信号Ｓ1がＳ2,Ｓ3と相関性があれば、以下の関係式が成立する。  
【００２３】
Ｓ1＝ｆ1（Ｓ2,Ｓ3）    ・・・（１）  ここで、ｆ1は、Ｓ2,Ｓ3を入力変数とする関数である。  
【００２４】
この関数ｆ1がわかれば、センサの故障によりＳ1が出力されない場合でも、Ｓ2,Ｓ3から出力Ｓ1が推定できることになる。つまり、Ｓ2,Ｓ3によってＳ1を補完できる。  
【００２５】
同様にＳ1,Ｓ2,Ｓ3に相関性があれば以下の２式が成立する。  
【００２６】
Ｓ2＝ｆ2（Ｓ1,Ｓ3）    ・・・（２）  Ｓ3＝ｆ3（Ｓ1,Ｓ2）    ・・・（３）  ここで、ｆ2は、Ｓ1,Ｓ3を入力変数とする関数、ｆ3は、Ｓ1,Ｓ2を入力変数とする関数である。  
【００２７】
そして、関数ｆ1,ｆ2,ｆ3を求めるために人工生命型関数発見システム（S-System）を利用している。このシステムは、入出力計測データを与えると、進化論的に探索を開始し、入出力の関係を表す近似関数を自動的に発見するシステムである。  
【００２８】
このシステムでは、関数ｆ1を導出するためには、信号Ｓ2,Ｓ3を入力データとし、Ｓ1を出力データとして関数探索を行えばよい。同様に、関数ｆ2を導出するためには、信号Ｓ1,Ｓ3を入力データとし、Ｓ2を出力データとして関数探索を行い、関数ｆ3を導出するためには、信号Ｓ1,Ｓ2を入力データとし、Ｓ3を出力データとして関数探索を行えばよい。  
【００２９】
このように、人工生命型関数発見システムを用いて各センサ間の相関性を関数として、コンピュータが自動的に発見する。このため、人間の知識・経験を必要とせず、解析時間を要しない。また、各センサ及び駆動回路に合わせて相関性を求めるため、センサ及び駆動回路にばらつきがあっても問題ない。さらに、関数と出力値の相関性から、センサに故障、劣化がある場合、その素子を特定できる。同一センサが複数ある場合と異なるセンサが複数ある場合のどちらにも適用できる。  
【００３０】
次に、上記センサシステムの適用例として、不審者検出システムを例に説明する。  
【００３１】
図３に示すように、不審者検出システム１では、３種類のセンサ、すなわち、超音波センサ２、赤外線センサ３、撮像センサとしてのカメラ４をコンピュータ５に接続している。  
【００３２】
そして、超音波センサ２で人物までの距離、赤外線センサ３で人の判別、カメラ４で人物の画像取得をそれぞれ行う。  
【００３３】
この不審者検出システム１では、人が近づくにつれて、３
つのセンサ2,3,4の出力が変化する。それを人工生命型関数発見システムを用いて、３つのセンサ出力値の相関関数を導出しておく。  
【００３４】
その結果、超音波センサ２が故障しても、赤外線センサ３とカメラ４から超音波センサ２の出力値を補完できる。同様に他のセンサが故障しても残りの２つのセンサで出力値を補完できる。  
【００３５】
ここでは、３つのセンサ2,3,4の出力を互いに補完するために、超音波センサ２により計測される人物までの距離をＳ1、赤外線センサ３により計測される赤外線の量をＳ2、カメラ４から抽出される顔の大きさをＳ3としている。なお、カメラ画像をエッジ抽出処理後、ハフ変換によって抽出した円の大きさを顔の大きさとみなした。  
【００３６】
まず、センサ出力の計測を行った。0〜4.0mの範囲で人を移動させ、0.5m毎に各センサの出力値Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3をコンピュータ５に取り込んだ。  
【００３７】
次に、Ｓ2,Ｓ3を入力データとみなしＳ1を出力データとして人工生命型関数発見システム（S-System）を用いて関数探索を行い、(1)式の関数ｆ1を導出した。  
【００３８】
その結果を図４に示す。図４(a)の黒丸印が実際に計測したセンサの出力値を表しており、曲面が関数ｆ1を表している。計測値に誤差が含まれていない場合、Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3の値は図中の曲面上に存在する。図４(b)に出力値Ｓ1と関数ｆ1による推定値ｆ1（Ｓ2,Ｓ3）との関係を示す。この図から実測値と推定値ｆ1（Ｓ2,Ｓ3）とがほぼ一致していることがわかる。このことから、Ｓ1はＳ2,Ｓ3によって補完できると言える。  
【００３９】
同様に、センサの出力値Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3から(2)式、(3)式の関数ｆ2,ｆ3を導出した結果を図５、図６に示す。これらの図からわかるように、実測値が曲面上に乗っており、Ｓ2は関数Ｓ1,Ｓ3によって、Ｓ3は関数Ｓ1,Ｓ2によって補完できると言える。以上より、本方法の妥当性が確認された。  
【００４０】
そして、本システムでは、一つのセンサが正常に作動しない時には、各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足するか否かによって正常作動していないセンサを特定する。  
【００４１】
それとともに、(1)式〜(3)式の関数を満足していないセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいて(1)式〜(3)式を用いてコンピュータで補完するようにしている。  
【００４２】
なお、本システムは、複数のセンサ部を有する装置の特性自動補正や特性自動調整に適用でき、出力信号を電気信号として出力するセンサであればセンサの種類には依存せず、あらゆるセンサに適用できる。  
【００４３】
さらに、本システムでは、上記した各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足するか否かを判断した時に、各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足していない場合に、直ちに(1)式〜(3)式の関数を満足していないセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいて(1)式〜(3)式を用いて補完するのではなく、再度各センサによって計測を行い、各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足するか否かを再度判断し、連続して各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足していないときだけ、そのセンサの出力信号を予め用意した補正関数で補正し、一方、各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足しているときには、(1)式〜(3)式の関数を満足していないセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいて(1)式〜(3)式を用いて補完するようにしてもよい。  
【００４４】
すなわち、図７に示すように、測定開始後に距離ｌでのあるセンサによる測定値ｘlと他のセンサの測定値から(1)式〜(3)式を用いて補完した真値ｔlとを比較することによって各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足するか否かを判断する。  
【００４５】
そして、測定値ｘlと真値ｔlとが一致する場合には、次の測定を行う。  
【００４６】
一方、測定値ｘlと真値ｔlとが一致しないばあいには、一致していないセンサに故障が発生していると特定し、再度、距離l+1での測定を行って測定値ｘl+1と真値ｔl+1とを比較することによって各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足するか否かを判断する。  
【００４７】
そして、測定値ｘl+1と真値ｔl+1とが一致する場合には、誤差の発生がランダムで測定ごとにばらつく偶然誤差であると判断して、先の測定値ｘlを真値ｔlに置き換える。  
【００４８】
一方、測定値ｘl+1と真値ｔl+1とが一致しない場合には、一定の条件下で系統的に生じる系統誤差であると判断して、測定値ｘlを予め用意した補正関数で補正する。  
【００４９】
ここで、補正関数は、図８に模式的に示すように、予め測定値Xと真値Tとの関係を測定し、測定値Xを補正した補正値Cが真値Tと等しくなるような関数、すなわち、T=ｆ(X)となる関数としておく。  
【００５０】
このように、各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足していない場合に、再度各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足するか否かを判断し、再度各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足していないときには、そのセンサの出力信号を予め用意した補正関数で補正することにしているために、一定の条件下で系統的に生じる誤差を排除することができ、測定誤差の影響を低減することができる。  
【００５１】
一方、再度各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足するか否かを判断し、各センサでの出力信号が(1)式〜(3)式の関数を満足しているときには、(1)式〜(3)式の関数を満足していないセンサの出力信号を他のセンサの出力信号に基づいて(1)式〜(3)式を用いて補完するようにしているために、誤差の発生がランダムで測定ごとにばらつく偶然誤差を排除することができ、これによっても測定誤差の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】人工生命型関数発見システムを示す模式図。
【図２】３つのセンサの出力信号間の信号補完を示す模式図。
【図３】不審者検出システムの構成を示す説明図。
【図４】超音波センサの補完を示すグラフ。(a)は補完関数のグラフ。(b)は真値と推測値との関係を示すグラフ。
【図５】赤外線センサの補完を示すグラフ。(a)は補完関数のグラフ。(b)は真値と推測値との関係を示すグラフ。
【図６】カメラの補完を示すグラフ。(a)は補完関数のグラフ。(b)は真値と推測値との関係を示すグラフ。
【図７】誤差補正のフローチャート。
【図８】誤差データの補正を示す模式図。
【符号の説明】
【００５３】
１  不審者検出システム  ２  超音波センサ  ３  赤外線センサ  ４  カメラ  ５  コンピュータ
【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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【図８】
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