(57)【要約】【課題】サーモパイルの起電力は非常に小さな電力であり、アンプ（増幅器）により、増幅する必要がある。サーモパイルの起電力には、サーモパイルを読み出す為のシステムクロックから、ノイズが混入することがある。微小な起電力にノイズが含まれた場合には、増幅率が大きいこともあって、測定結果に大きな誤差を与えると言った問題点があった。【解決手段】複数の受光ユニットから検出される検出信号を少なくとも過去３フレームを記憶し、前記過去３フレームから平均値を求める。平均値を出力する平均値出力回路を備え、前記平均値出力回路は、前記受光ユニットから検出される検出信号の代わりに、前記平均値を置き換えて出力する。【選択図】図３
2005308618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光ユニットを備える受光部と、
前記受光部の１つの受光ユニットから検出される検出信号の３回分のデータを記憶するメモリと、
前記３回のデータのうち、最新のデータを第１データとし、最新のデータより１つ古いデータを第２データとし、最新のデータより２つ古いデータを第３データとし、前記第１乃至第３データから平均値を求めると共に、前記平均値を出力する平均値出力回路とを備えることを特徴とする表示信号処理装置。
【請求項２】
複数の受光ユニットを備える受光部と、
前記受光部の１つの受光ユニットから検出される検出信号の３回分のデータを記憶するメモリと、
前記３回のデータのうち、最新のデータを第１データとし、最新のデータより１つ古いデータを第２データとし、最新のデータより２つ古いデータを第３データとし、重み付けをした前記第２データと、前記第１データ及び前記第３データから平均値を求めると共に、前記平均値を出力する平均値出力回路とを備えることを特徴とする表示信号処理装置。
【請求項３】
複数の受光ユニットを備える受光部と、
前記受光部の１つの受光ユニットから検出される検出信号の３回分のデータを記憶するメモリと、
前記３回のデータのうち、最新のデータを第１データとし、最新のデータより１つ古いデータを第２データとし、最新のデータより２つ古いデータを第３データとし、前記第１乃至第３データから平均値を求めると共に、前記平均値を出力する平均値出力回路と、
過去の平均値を保持する平均値保持回路とを備え、
前記平均値保持回路からの平均値に基づき、一定の範囲のしきい値を設け、前記第１乃至第３データのいずれかが前記一定の範囲のしきい値を超える場合には、前記一定の範囲のしきい値を超えるデータを除き、残りのデータから平均値を求めると共に、前記平均値を出力することを特徴とする表示信号処理装置。
【請求項４】
複数の受光ユニットを備える受光部と、
前記受光部の１つの受光ユニットから検出される検出信号の３回分のデータを記憶するメモリと、
前記３回のデータのうち、最新のデータを第１データとし、最新のデータより１つ古いデータを第２データとし、最新のデータより２つ古いデータを第３データとし、前記第１乃至第３データから平均値を求めると共に、前記平均値を出力する平均値出力回路と、
過去の平均値を保持する平均値保持回路とを備え、
前記平均値出力回路は、前記平均値保持回路から過去の平均値から、一定の範囲のしきい値を設け、前記第１乃至第３のいずれかが前記一定の範囲のしきい値を超える場合には、前記一定の範囲のしきい値を超えるデータを除き、前記第２データが前記一定の範囲のしきい値の範囲に納まる場合には、重み付けした前記第２データと、前記しきい値を超えない前記第１データ及び前記第３データから平均値を求めると共に、前記平均値を出力することを特徴とする表示信号処理装置。
【請求項５】
熱線探知器に用いたことを特徴する請求項１乃至４記載の表示信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体から放射される熱、例えば遠赤外線などにより、熱線画像検出を行い、火災や人の存在などや物体の温度を検知する表示信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電対は、微小な人体が発する遠赤外線であっても、入射する遠赤外線を熱に変換し、熱を直接電気に変換するゼーベック効果を用いて、直流電圧を発生する装置である。
上記のゼーベック効果とは、異種金属線の両端を接続し、その接点間の温度差を与えると熱起電力を生じる特性を言う。多数の熱電対を接続して出力電圧を高くしたものを熱電堆（サーモパイル）と言う。
【０００３】
上記のサーモパイルを縦横に組み合わせて、一定領域エリアの熱の変化量を測定できる様にしたものを２次元サーモパイルアレイと言う。
【０００４】
また、従来、２次元サーモパイルアレイは、電子レンジなどの天井面に装備され、温めたい被測定物の温度を、直接触れずに測定する装置として用いられている。
【０００５】
具体的には、電子レンジは、ターンテーブルを２次元サーモパイルアレイの測定エリアとし、ターンテーブルに乗せられた被測定物の温度分布を測定することが出来る。上記の技術は、参考文献１に記載されている。
【０００６】
また、上記の２次元サーモパイルアレイの技術は、人体検知の手法として取り入れられ、２次元サーモパイルアレイを内蔵した照明灯が提案されている。
【０００７】
サーモパイルは熱の変化量で火災や人の存在を検出することが出来、表示信号処理装置として有用である。近年、サーモパイルは火災報知器や人体検出のセキュリティ装置としても、大変期待されている。人体検出の技術は、参考文献２に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３５５８５３号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
サーモパイルは、シリコン基板上にＰ型とＮ型を対にしたポリシリコンからなる薄膜熱電対を多数直列に接続している。そして、サーモパイルは、基板中央部真下に空洞部を形成することにより、温接点部の熱容量を非常に小さくした構造となっている。
【０００９】
サーモパイルの動作原理は、赤外線を受光することにより発生した温接部の温度変化を、熱電対の起電力としている。上記の発生した起電力は非常に小さな電力であり、後段のアンプ（増幅器）により、数千倍程度に増幅する必要がある。
【００１０】
サーモパイルで発生する起電力には、サーモパイルを読み出す為のシステムクロックから、ノイズが混入することがある。微小な熱電対の起電力にノイズが含まれた場合には、増幅率が大きいこともあって、測定結果に大きな誤差を与える。その結果、微小な熱電対の起電力の測定結果を基に動作する測定器は、悪影響を受け、誤作動すると言った問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る主たる発明は、行方向と列方向に配置された複数の受光ユニットを備える受光部と、前記複数の受光ユニットから検出される検出信号と、前記検出信号を少なくとも過去３フレームを記憶する第１メモリと、前記過去３フレームのうち、最新のデータを第１データとし、最新のデータより１つ古い第２データとし、最新のデータより２つ古い第３データとし、前記第１データと前記第２データと前記第３データから平均値を求めると共に、前記平均値を出力する平均値出力回路とを備え、前記平均値出力回路は、前記受光ユニットから検出される検出信号の代わりに、前記平均値を置き換えて出力することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の受光ユニットから検出される検出信号を少なくとも過去３フレームを記憶する。前記過去３フレームから、平均値を求める。これにより、ノイズが混入した場合には、ノイズの影響を軽減できるといった利点があげられる。
【００１４】
また、熱線探知器に用いることにより、精度の良い火災報知器や人体検出のセキュリティ装置を作成できると共に、目ざわりなノイズや輪郭のザラつきを抑え込み、クッキリとした映像を映し出すといった利点があげられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の詳細を図面に従って具体的に説明する。図１は本発明の表示信号処理装置を示すブロック図である。同図に示す表示信号処理装置において、サーモパイル型遠赤外線エリアセンサ１は、内部に２次元サーモパイルアレイ２、スキャン回路３、温度センサデバイス４を有している。
【００１６】
被探知領域５は、温度測定を行いターゲットとなる領域を示している。
被探知領域５はレンズ６を通じて、サーモパイル型遠赤外線エリアセンサ１の内部に縮小して取り込まれる。２次元サーモパイルアレイ２は、レンズ６によって縮小された被探知領域５を３２（縦）×３２（横）に分割されたエリア毎に、遠赤外線の量を比例した微弱の起電力を得る。
【００１７】
上記微弱の起電力を基に、２次元サーモパイルアレイ２は、被探知領域５のエリア毎の温度情報を取得することが出来る。
【００１８】
実際に２次元サーモパイルアレイ２が得た被探知領域５のエリア毎の温度情報は、被探知領域５との２次元サーモパイルアレイ２自身との温度差である。２次元サーモパイルアレイ２は、各分割された被探知領域５のエリア毎に、自身との温度差のみを知ることが出来る。
【００１９】
２次元サーモパイルアレイ２自身の温度は、温度センサデバイス４によって、測定することが出来る。
【００２０】
従って、マイコン９は、温度センサデバイス４からの温度情報に２次元サーモパイルアレイ２で得た被探知領域５のエリア毎の温度情報を演算することで、被探知領域５の３２（縦）×３２（横）に分割されたエリア毎の絶対温度情報を得ることが出来る。
【００２１】
サーモパイル型遠赤外線エリアセンサ１に内蔵されたスキャン回路３は、外部からクロック信号とリセット信号が入力されている。スキャン回路３は、リセット信号が来る毎に、スキャン回路３の内部に搭載されたカウンタの値を初期化し、ゼロに戻す。
【００２２】
上記スキャン回路３の内部に搭載されたカウンタは、入力されるクロック信号の立ち上がりに同期して、カウンタの値は一つづつ増加して行く。
【００２３】
２次元サーモパイルアレイ２の３２（縦）×３２（横）で分割されたエリアは、上部左隅から順番にアドレスを所有している。スキャン回路３は、上記の一つづつ増加して行くカウントの値を利用して、２次元サーモパイルアレイ２に振られたアドレス値を２次元サーモパイルアレイ２に順番に出力して行く。
【００２４】
上記のアドレスを受けた２次元サーモパイルアレイ２は、順次対応するエリア毎に取得された温度差の情報を電位差（電圧）として出力する。
【００２５】
上記の電位差は、サーモパイル型遠赤外線エリアセンサ１の出力端子であるＰ端子、Ｎ端子から出力される。Ｐ端子はＰチャネル端子で極性はプラスを意味し、Ｎ端子はＮチャンネル端子で極性はマイナスを意味している。
【００２６】
サーモパイル型遠赤外線エリアセンサ１から出力されたＰ端子、Ｎ端子は、アンプ７に入力される。アンプ７は差分増幅回路となっており、Ｐ端子とＮ端子の電位差に応じて、電位差を増幅してアンプ７から出力信号として出力する。
【００２７】
２次元サーモパイルアレイ２で発生する起電力は微弱のため、アンプ７では高倍率で増幅する必要がある。
【００２８】
本実施例のアンプ７は、Ｐ端子のＮ端子の電位差を約数千倍に増幅し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）８へ出力される。
【００２９】
ＬＰＦ８は、抵抗とコンデンサから構成されるローパスフィルタである。ＬＰＦ８は、アンプ７で増幅された電位差に含まれる信号のうち、急激に高くなるノイズ成分を平滑化し、マイコン９内部の１２ビットＡ／Ｄコンバータ１０に出力する。
【００３０】
１２ビットＡ／Ｄコンバータ１０は、ＬＰＦ８から入力されたアナログ信号を、１２ビットのデジタルデータに変換する。
【００３１】
また、温度センサデバイス４は、２次元サーモパイルアレイ２自身の温度情報を電位差として出力する。
【００３２】
２次元サーモパイルアレイ２自身の温度情報は、１２ビットＡ／Ｄコンバータ１１に入力され、１２ビットＡ／Ｄコンバータ１１により、１２ビットのデジタルデータに変換される。
【００３３】
ＣＰＵ１２は、１２ビットＡ／Ｄコンバータ１１からの２次元サーモパイルアレイ２自身の温度情報と、１２ビットＡ／Ｄコンバータ１０からの各分割されたエリア毎の２次元サーモパイルアレイ２との温度差を示す電圧出力を演算して、３２（縦）×３２（横）に分割されたエリア毎の温度情報の絶対値を得る。
【００３４】
更に、ＣＰＵ１２はエリア毎の温度情報の絶対値を、ＣＰＵバスを介して、ＳＲＡＭ１（１４）に記憶させる。
【００３５】
被検知領域５の温度測定は１秒間に３回程測定され、ＳＲＡＭ１（１４）には、過去３回の測定結果が記憶されている。ＳＲＡＭ１（１４）は、随時、新しく温度測定される毎に、一番古い測定結果が消去され、更新され続けている。
【００３６】
また、１回に測定される３２×３２のエリア毎の温度情報は、１フレームと呼ばれており、１つの情報単位として、まとめて処理される。
【００３７】
ＳＲＡＭ１（１４）に記憶されたエリア毎の温度情報の絶対値は、ＬＰＦ８により非常に大きなノイズ成分は除去されているが、まだ多くのノイズ成分を含んでいることがある。
【００３８】
更にＣＰＵ１２は、ＳＲＡＭ１（１４）に含まれたノイズ成分を除去するため、ＰＲＯＭ１３に記憶されたプログラムに基づき、ノイズ成分を除去する。
【００３９】
プログラムに基づきノイズ成分を除去する手法は、一般的にデジタルフィルタと呼ばれており、ＰＲＯＭ１３に記憶された内容を変更するだけで、フィルタ特性を調整できると言った利便性を有している。ＰＲＯＭ１３に記憶されたプログラムは、図２のフローチャートに示される。
【００４０】
ＰＲＯＭ１３に記憶されたフローチャートの詳細を図２に従って説明する。  ＣＰＵ１２は、２次元サーモパイルアレイ２からの１フレーム（３２×３２）のデータをＳＲＡＭ１（１４）に記憶させる。（Ｓ１００）
ＳＲＡＭ１（１４）では、過去３回分（３フレーム）のデータを記憶することが出来る。最新のフレームを記憶すると共に、１番古いフレームを消去する（Ｓ２００）
ＣＰＵ１２は、ＳＲＡＭ１（１４）に記憶した過去３回分（３フレーム）のデータより、同じ位置の画素データ３個のＣＰＵ１２内部のレジスタに取得し、３画素の平均値を求める。
（Ｓ３００）
全画素が終了したか、判別する。（Ｓ４００）
全画素が終了していない場合（Ｓ４００：ＮＯ）、次の３画素を選択する。（Ｓ５００）
全画素が終了した場合（Ｓ４００：ＹＥＳ）、処理は終了する。
【００４１】
Ｓ３００の動作については、具体的に図３を用いて説明する。図３のＳＲＡＭ１（１４）の記載した様に、過去３回分（３フレーム）のデータを記憶することができる。ＣＰＵバスを通じて、被検知領域５の温度情報を、ＳＲＡＭ１（１４）に書き込むことが出来る。被検知領域５の温度情報は、１秒間に３回測定される。つまり、３００ｍｓ毎に一番古い温度情報に最新の温度情報が上書き更新される。
【００４２】
過去３回分（３フレーム）のデータから、同じ位置の画素データ３個をＣＰＵ１２内部の第１レジスタ１２１、第２レジスタ１２２、第３レジスタ１２３に記憶する。最新のデータは第１レジスタ１２１に記憶し、最新より１つ古いデータは第２レジスタ１２２に記憶し、最新より２つ古いデータは第３レジスタ１２３に記憶される。
【００４３】
図３では、第１レジスタ１２１に温度情報である「１１」、第２レジスタ１２２に温度情報である「１５」、第３レジスタ１２３に温度情報である「１３」が記憶された状態である。ＣＰＵ１２では、第１レジスタ１２１、第２レジスタ１２２、第３レジスタ１２３に記憶された値から平均値を求め、第２レジスタ１２２の値を出力せず、代わりに、平均値を出力する。
【００４４】
第２レジスタ１２２に記憶された代わりに、出力された平均値は、ＳＲＡＭ２（１５）に出力される。
【００４５】
ＳＲＡＭ２（１５）に蓄えられたデータは、１フレームの単位で、ＵＳＢ１６、ＵＡＲＴ１７を用いて、マイコン９から出力する。ＵＳＢやＵＡＲＴは、一般的なインターフェイスであり、パソコン１８において、ＳＲＡＭ２（１５）に記憶されたデータを入手することが出来、得られたデータをパソコン画面に表示することにより、火災や人を検知することが出来る。
【００４６】
図４（１）では、第１レジスタ１２１の値「１１」と第２レジスタ１２２の値「１５」と第３レジスタ１２３の値「１３」を足して、３で割って平均値を求め、第２レジスタ１２２の値「１５」の代わりに、平均値「１３」をＳＲＡＭ２（１５）出力する。実際の測定値の代わりに、平均値を出力する手法は、ノイズが混入した場合には、ノイズの影響を軽減する効果がある。
【００４７】
但し、常に平均値を求めることは、データの平滑化を行っているに過ぎない。仮に、被検知領域５に熱量を持つ動く物体がある場合には、物体と背景との間の境界線がハッキリせず、物体の外形を認識することが難しい自体となる。
【００４８】
そこで、図４（２）では、第２レジスタ「２５」の値を重み付けして、平均値を求めている。第２レジスタの値を３倍して、第１レジスタ１２１の値及び第３レジスタ１２３の値との平均値を求めている。ノイズが混入されていなければ、本来は、第２レジスタ「２５」の値をそのまま出力することが望ましい。重み付けをしない場合には平均値は１２であり、重み付けをした場合には、平均値は１７である。第２レジスタに記憶された値がノイズでない場合も考慮している。
【００４９】
重み付けを極端に行うと、今度は、ノイズを軽減する効果がなくなり、本実施例で示したように、重み付けする場合でも、他の値に比べて、２、３倍する程度が望ましい。
【００５０】
図５では、第１レジスタ１２１、第２レジスタ１２２、第３レジスタ１２３に記憶された値がノイズであるか判定するためにしきい値を設けている。本実施例では、しきい値を、前回求めた平均値から、上下に１０の範囲で設定している。設定されたしきい値を超える場合には、ノイズと判断する。ノイズと判断された場合には、平均値を求めるには際には、除く必要がある。
【００５１】
図５（１）では、第１レジスタ１２２の値がしきい値を超えたため、ノイズと判断し、平均値を求める際には、第２レジスタ１２２の「２５」を除き、平均値を求めている。
【００５２】
図５（２）では、第１レジスタ１２１の値がしきい値を超えたため、ノイズと判断し、平均値を求める際には、第２レジスタ１２１の「１１」を除き、平均値を求めている。
【００５３】
図５（３）では、第３レジスタ１２３の値がしきい値を超えたため、ノイズと判断し、平均値を求める際には、第３レジスタ１２３の「２５」を除き、平均値を求めている。
【００５４】
図６では、図４で行った重み付けと、図５で行ったしきい値によるノイズ判定を同時に行った場合を図示している。重み付けを行った第２レジスタ１２２の値がノイズであった場合には、重み付けにより３倍されることからも、ノイズの影響を更に大きく受けることとなる。したがって、図５で行ったノイズ判定を行い、ノイズであるのかの判別を行ってから、重み付けによる平均値を求め、ＳＲＡＭ２（１５）に出力している。上記の手法により、ノイズの影響を軽減しつつ、被検知領域５に熱量を持つ動く物体がある場合には、物体と背景との間の境界線を出来るだけハッキリさせることが出来る。
【００５５】
図６（１）では、第１レジスタ１２１、第２レジスタ１２２、第３レジスタ１２３は、すべての値がしきい値の範囲に含まれている。したがって、ノイズの混入はないと判断できる。第２レジスタ１２２の「２５」を重み付けしてから、平均値を求める。重み付けによる平均値は、数式に示されるように１７となる。
実際の測定値である第２レジスタ１２２の「２５」の代わりに、平均値１７を出力する。
【００５６】
図６（２）では、第１レジスタ１２１の「１１」がしきい値を超え、ノイズと判断され、平均値を求める際には除かれる。平均値は、数式に示されるように１５となる。第１レジスタ１２１の値が除かれ、第２レジスタ１２２の値が重み付けされることで、平均値は、第２レジスタ１２２の「１５」と等しくなっており、平均値処理による平滑化の影響を防いでいる。
【００５７】
図６（３）では、第３レジスタ１２３の「２５」がしきい値を超え、ノイズと判断され、平均値を求める際には除かれる。平均値は、数式に示されるように１３となる。第１レジスタ１２３の値が除かれ、第２レジスタ１２２の値が重み付けされることで、平均値は、第２レジスタ１２２の「１３」と等しくなっており、平均値処理による平滑化の影響を防いでいる。
【００５８】
図６（２）、及び図６（３）では、しきい値により、ノイズか、どうかの選別を行ってから、重み付けによる平均値を求めることで、ノイズの影響を軽減しつつ、同時に平滑化による悪い影響も軽減している。
【００５９】
また、図１に図示されたＳＲＡＭ１（１４）とＳＲＡＭ２（１５）は、個別に図示されている。ＣＰＵに用いられるメモリでは、一般的に全メモリをいくつかに区分して管理している。ＣＰＵからメモリへのアクセスが要求されると、メモリのアドレス情報などを基に、区分されたメモリの集合の中から対象の区分を1つ選び、読み出しあるいは書き込みを実行する。このときのメモリの区分をバンクと呼んでいる。
【００６０】
上記のバンクを用いて、メモリを２つのバンクに分け、各々をＳＲＡＭ１（１４）、ＳＲＡＭ２（１５）とし、１つのＳＲＡＭを２つ分けて使用しても良い。
【００６１】
このバンクを利用した場合には、ＳＲＡＭ１（１４）及びＳＲＡＭ２（１５）を個別に設けた場合と比較して、内蔵されているメモリアドレスデコーダの一部を共有することが出来るため、マイコン９のチップ面積を小さくすることが出来る。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施例に係る表示信号処理装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係る表示信号処理装置を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の一実施例に係る具体的な動作を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係る具体的な動作を示す図である。
【図５】本発明の一実施例に係る具体的な動作を示す図である。
【図６】本発明の一実施例に係る具体的な動作を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  サーモパイルアレイ、２  ２次元サーモパイルアレイ、３  スキャン回路、４  温度センサデバイス。
【図１】
2005308618.tif 000003
【図２】
2005308618.tif 000004
【図３】
2005308618.tif 000005
【図４】
2005308618.tif 000006
【図５】
2005308618.tif 000007
【図６】
2005308618.tif 000008