(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を出射してその方向に存在する物体からの反射光が戻ってくるまでの時間からその物体までの距離を測定するレーザー距離計と、
このレーザー距離計による測定方向を変える走査機構部と、
この走査機構部によって測定方向を変えながら前記レーザー距離計による測定を周期的に行うことにより、検知エリアを形成するとともにその検知エリア内における前記測定方向毎の距離情報を時系列で取得する距離情報取得部と、
前記レーザー距離計の設置状態情報を記憶する設置状態記憶部と、
前記測定方向毎に基準となる距離情報を検知エリア情報として記憶する検知エリア情報記憶部と、
前記距離情報取得部によって取得された距離情報から、前記検知エリア情報との比較によって判明する侵入または移動した物体のうちで人体に対応する可能性がある部分を抽出するとともに、そうして抽出された各抽出部分の時系列での移動状況に基づき、予め定めた所定時間内の移動距離が予め定めた所定距離内である前記抽出部分を除外した上で、残りの前記各抽出部分が人体であるか否かをそれぞれ判定する人体判定部と、
前記測定方向毎の前記検知エリア情報を予め定めた所定条件下で更新する検知エリア情報更新部と、
前記人体判定部によって人体が存在していると判定された場合に警告信号を出力する警告信号出力部と
を備え、
前記検知エリア情報更新部は、前記測定方向毎の前記距離情報から前記設置状態情報に基づいて算出される高さが予め定めた所定高さ以下である場合は、その測定方向の前記検知エリア情報を予め定めた所定割合で徐々に更新することを特徴とするレーザースキャンセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
前記検知エリア情報更新部による前記検知エリア情報の更新は、その測定方向の前記検知エリア情報を、その検知エリア情報と前記距離情報取得部によって取得された前記距離情報との重み付き平均値で置き換えることで行われ、前記距離情報の重みの方がより小さいことを特徴とするレーザースキャンセンサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
前記設置状態情報とは、少なくとも前記レーザー距離計の設置高さと測定向きとを含むことを特徴とするレーザースキャンセンサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
前記検知エリア情報更新部の有効・無効を切り替え可能な切替部をさらに備えることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
前記検知エリア情報は、前記距離情報取得部の動作開始直後または一定時間経過後の前記測定方向毎の前記距離情報であることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、建物の敷地内への侵入者などを検知するレーザースキャンセンサに関し、特に、警戒エリア設定後にその警戒エリア内に新たに無害な障害物が設置されたり自動車などが進入して駐車されたりした場合であっても、それらの存在に関わらず本来検知すべき侵入者を的確に検知可能なレーザースキャンセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザー光を光源としたレーザー距離計を使用して侵入者を検知するようにした「警備システム」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この「警備システム」は、光距離計の光を２次元スキャンさせるスキャン角度によって監視エリアを設定し、エリア内の侵入者を検知したとき、侵入者までの距離データおよび角度データを出力するセンサ部と、電動旋回台上に設置され、前記センサ部と連動して旋回する旋回カメラ部と、前記センサ部が前記距離データまたは前記角度データの変化を複数回連続して検出することにより侵入者の有無を検知するとともに、変化した前記センサ部からの前記距離データおよび前記角度データにより侵入者の位置を算出し、その位置データにより前記電動旋回台の前記旋回カメラ部を旋回させ、前記侵入者の画像データをモニタに表示させる機能を有する制御部と、を具備することを特徴とするものである。
【０００４】
また、防犯装置や警備システムとはやや異なるものの、レーザー光を使用して歩行者などを正確に識別可能な「エリアセンサによる物体識別方法」も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
この「エリアセンサによる物体識別方法」は、歩行者を誘導する歩行エリアと該歩行エリアの周辺エリアとをカバーする検出範囲に、レーザー感知器によるエリアセンサによりパルスレーザー光を投射しながら走査して光の反射時間を計測し、物体が存在しない時の反射時間と物体が存在する時の反射時間との差を走査各点ごとに求めることにより物体の形状と、大きさと、走査ごとの物体の位置の変化によるベクトルとを演算し、その演算信号から、歩行エリアを誘導方向に移動する物体と、歩行エリアを横切る方向に移動する物体とを識別することを特徴とするものである。
【０００６】
さらに、これらの従来技術の課題に鑑みて、実際の設置場所や警戒目的などに合わせて誤検知を極力防止できる適切な警戒領域を簡単に設定できるだけでなく、任意の警戒領域を容易に設定可能なレーザーエリアセンサを、本願の発明者は既に提案している（特許文献３参照）。
【０００７】
この「レーザーエリアセンサ」は、レーザー光を出射してその方向に存在する物体からの反射光が戻ってくるまでの時間からその物体までの距離を測定するレーザー距離計と、このレーザー距離計による測定方向を変える走査機構部と、この走査機構部によって測定方向を変えながら前記レーザー距離計による測定を周期的に行うことにより、検知エリアを形成するとともにその検知エリア内における方向毎の距離情報を時系列で取得する距離情報取得部と、この距離情報取得部によって取得された距離情報の中から人体に対応すると推測される部分を抽出するとともに、そうして抽出された部分の時系列での移動状況に基づいて人体であるか否かを判定する人体判定部と、この人体判定部によって人体が存在していると判定された場合に人体検知信号を出力する人体検知信号出力部とを備えていることを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３０１１１２１号公報
【特許文献２】特開２００４−１８５３６３号公報
【特許文献３】特開２００９−０９３４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えば、特許文献３に記載されているような従来技術では、取得された距離情報における検知物体の高さや幅などから人体に対応すると推測される部分を抽出するとともに、そうして抽出された部分の検知持続時間や時系列での移動状況などに基づいて実際に人体であるか否かを確定する判定を行っていた。
【００１０】
警戒エリア内に侵入した物体への追尾対応として、その物体が警戒エリア内に存在している限りは連続的に検知出力を行うように構成されている。そのため、例えば、警戒エリアに単に無害な自動車などが進入して駐車された場合にも連続的な検知出力が行われてしまうので、その自動車以外の物体や人体の侵入を実質的に検知することができなくなり得るという問題があった。
【００１１】
このような無害な自動車などの駐車、または、建物のリフォームなどに伴う設置物の移動などによって警戒エリアが変わる場合は、検知対象のエリアスキャンを一定時間毎に行ったり、あるいは外部トリガによる警戒開始で再スキャンを行わせたりする方法もある。
【００１２】
しかし、例えば、人通りが多い場所のように、警戒エリア内の人体の位置や物体の配置などの状態が頻繁に変わる設置場所では、一定時間間隔の再スキャンはあまり有効ではない。外部トリガによる警戒開始の場合は、そのようなトリガ信号による制御が必要になるなど、システム運用面でも問題があった。
【００１３】
従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、警戒エリア設定後にその警戒エリア内に自動車などが進入して駐車されたり新たに無害な障害物が設置されたりした場合であっても、それらの存在に関わらず本来検知すべき侵入者を的確に検知可能なレーザースキャンセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明のレーザースキャンセンサは、レーザー光を出射してその方向に存在する物体からの反射光が戻ってくるまでの時間からその物体までの距離を測定するレーザー距離計と、このレーザー距離計による測定方向を変える走査機構部と、この走査機構部によって測定方向を変えながら前記レーザー距離計による測定を周期的に行うことにより、検知エリアを形成するとともにその検知エリア内における前記測定方向毎の距離情報を時系列で取得する距離情報取得部と、前記レーザー距離計の設置状態情報を記憶する設置状態記憶部と、前記測定方向毎に基準となる距離情報を検知エリア情報として記憶する検知エリア情報記憶部と、前記距離情報取得部によって取得された距離情報から、前記検知エリア情報との比較によって判明する侵入または移動した物体のうちで人体に対応する可能性がある部分を抽出するとともに、そうして抽出された各抽出部分の時系列での移動状況に基づき、予め定めた所定時間内の移動距離が予め定めた所定距離内である前記抽出部分を除外した上で、残りの前記各抽出部分が人体であるか否かをそれぞれ判定する人体判定部と、前記測定方向毎の前記検知エリア情報を予め定めた所定条件下で更新する検知エリア情報更新部と、前記人体判定部によって人体が存在していると判定された場合に警告信号を出力する警告信号出力部とを備え、前記検知エリア情報更新部は、前記測定方向毎の前記距離情報から前記設置状態情報に基づいて算出される高さが予め定めた所定高さ以下である場合は、その測定方向の前記検知エリア情報を予め定めた所定割合で徐々に更新することを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記設置状態情報とは、少なくとも前記レーザー距離計の設置高さと測定向きとを含むことが好ましい。また、前記検知エリア情報は、例えば、前記距離情報取得部の動作開始直後または一定時間経過後の前記測定方向毎の前記距離情報を用いてもよい。
【００１６】
このような構成のレーザースキャンセンサによれば、警戒エリア設定後にその警戒エリア内に自動車などが進入して駐車されたり新たに無害な障害物が設置されたりした場合であっても、それらの存在に関わらず本来検知すべき侵入者を的確に検知することが可能になる。また、前記検知エリア情報の更新はあくまでも徐々に行われるので、警戒エリア内の瞬間的な変化やレーザー距離計の測定誤差などの偶発的な要因によって誤動作が生じることが極力抑制される。
【００１７】
また、本発明のレーザースキャンセンサにおいて、前記検知エリア情報更新部による前記検知エリア情報の更新は、その測定方向の前記検知エリア情報を、その検知エリア情報と前記距離情報取得部によって取得された前記距離情報との重み付き平均値（前記距離情報の重みの方がより小さい）で置き換えることで行ってもよい。
【００１９】
また、本発明のレーザースキャンセンサにおいて、前記検知エリア情報更新部の有効・無効を切り替え可能な切替部をさらに備えてもよい。
【００２０】
このような構成のレーザースキャンセンサによれば、必要に応じて検知エリア情報更新を行うか否かの切り替えが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のレーザースキャンセンサによれば、警戒エリア設定後にその警戒エリア内に自動車などが進入して駐車されたり新たに無害な障害物が設置されたりした場合であっても、それらの存在に関わらず本来検知すべき侵入者を的確に検知することが可能になる。また、前記検知エリア情報の更新はあくまでも徐々に行われるので、警戒エリア内の瞬間的な変化やレーザー距離計の測定誤差などの偶発的な要因によって誤動作が生じることが極力抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザースキャンセンサ１００の概略構成を示すブロック図である。
【図２】レーザースキャンセンサ１００によって形成される検知エリアを示す概略平面図である。
【図３】レーザースキャンセンサ１００が地面上方で下向きに設置されているところへ人間１０が侵入する例を示す概略斜視図である。
【図４】レーザースキャンセンサ１００の測定方向毎の基準距離データの更新処理の概略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
＜レーザースキャンセンサ１００の概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザースキャンセンサ１００の概略構成を示すブロック図である。図２は、このレーザースキャンセンサ１００によって形成される検知エリアを示す概略平面図である。なお、図２では隣接する距離測定方向の間隔を実際の間隔よりも遙かに広く描画してあるが、あくまでも説明の便宜のためである。図３はレーザースキャンセンサ１００が地面上方で下向きに設置されているところへ人間１０が侵入する例を示す概略斜視図である。
【００２５】
図１に示すように、レーザースキャンセンサ１００は、レーザー距離計１１０と、スキャン機構１２０と、距離データ取得部１３０と、人体判定部１４０と、警告出力制御部１５０と、メモリ１６０と、ＤＩＰスイッチ１７０とを備えている。
【００２６】
レーザー距離計１１０は、パルスレーザー光を出射し、その方向に存在する物体からの反射光が戻ってくるまでの微小な時間を精密に測定することによって、その物体までの距離を正確に測定する。レーザー距離計１１０におけるレーザー光の発光素子としては、例えば半導体レーザーダイオード（ＬＤ）などが挙げられる。受光素子としては、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などが挙げられる。発光素子の駆動制御や反射光が戻ってくるまでの時間測定などには専用のハードウェア回路などを設けることが望ましい。レーザー距離計の一般的な特徴としては、かなりの長距離まで精密な距離測定が可能であり、例えば、最大で数十ｍ、場合によってはそれより遙かに長距離であっても測定可能であるが、このレーザー距離計１１０では最大検知距離を３０ｍとしておく。
【００２７】
スキャン機構１２０は、不図示のモータなどを内蔵することで回転可能としてあり、レーザー距離計１１０による距離の測定方向（角度）を変えられるようにレーザー距離計１１０の少なくとも一部と機械的に連結されている。例えば、レーザー距離計１１０のうちで光学系の部分のみを回転させるような構成が考えられるが、レーザー距離計１１０全体を回転させるような構成でもよいし、それ以外の構成でもかまわない。そして、スキャン機構１２０が一定速度で所定方向に回転することにより、それに連動してレーザー距離計１１０による距離の測定方向が変化する。
【００２８】
距離データ取得部１３０は、スキャン機構１２０によって測定方向を変えながらレーザー距離計１１０による測定を周期的に繰り返すことによって、図２に示すような検知エリアＡ１００を形成するとともにその検知エリアＡ１００内における所定角度間隔の測定方向（「ステップ」ともいう）毎の距離データを所定時間毎に時系列で取得する。なお、距離データ取得部１３０の動作開始直後または一定時間経過後などに取得した測定方向毎の距離データを基準距離データとしてメモリ１６０に記憶させておく。
【００２９】
例えば、スキャン機構１２０によるスキャン周期Ｔを５０ｍｓ（１秒間に２０回のスキャンを行う）、１回転の半分の１８０度の範囲でパルスレーザー光を発光して距離を測定するものとして、パルスレーザー光のパルス幅を３４ｎｓ、その発光周期を３４．７μｓとすれば、１８０度の範囲で７２０回の距離測定ができる。この場合の距離測定の角度間隔は０．２５度で、これは３０ｍ先でも図２に示すように約１３ｃｍに過ぎないから、検知エリアＡ１００内の空間分解能としてはかなり高い。そのため、距離データ取得部１３０によって取得される距離データに基づいて検知物体の位置、大きさ（幅）、形状などをかなり正確に識別して人体か否かなどの判定をすることが可能であり、検知エリアＡ１００内に複数の人体が存在する場合であってもそれらを個別に識別することも可能である。そして、そのような距離データがスキャン周期Ｔである５０ｍｓ毎に得られることになる。なお、ここに示した数値はあくまでも例示に過ぎない。
【００３０】
図２では、レーザー距離計１１０を水平方向に設置するとともに、スキャン機構１２０によって地面と平行に測定方向を変えながらレーザー距離計１１０による測定を周期的に繰り返す場合を示しているが、このような設置状態に限らない。例えば、図３に示すように、地面から一定高さの位置に真下または斜め下に向けてレーザー距離計１１０を設置してもよい。この場合、そのような設置状態の情報、具体的には設置高さや測距向きなどをメモリ１６０に記憶させておけば、それらも併せて参照することで対象物の高さも算出することができる。
【００３１】
人体判定部１４０は、まず、距離データ取得部１３０によって取得された距離データを解析する。測定方向毎の距離データを、メモリ１６０に記憶されている対応する基準距離データと比較することで、距離データに変化があった測定方向にはなんらかの物体が侵入してきたか、または既に存在していた物体が移動した可能性があることが判明する。そして、距離データの各測定方向に基づいて２次元展開することによって、侵入または移動した物体の形状や範囲などから人体形状に対応すると推測される部分を抽出する。
【００３２】
例えば、図３に示すように、人体１０がレーザースキャンセンサ１００側の方向を向いている場合、胴体部分の幅Ｗは数十ｃｍ程度であるから仮に４０ｃｍとすれば、３０ｍの距離では約３個の隣接データに相当する。距離が短くなると隣接データ間の幅もそれに応じて狭くなり、例えば２０ｍの距離では約８．８ｃｍとなり、１０ｍの距離では約４．４ｃｍとなる。このとき、実際の同じ幅に対する隣接データの個数は逆に増えるので、例えば、１０ｍの距離では４０ｃｍの幅が約９個の隣接データに相当する。人体がレーザースキャンセンサ１００側の方向を向いておらず斜めや横向きであるときは、もちろん距離データに現れる幅は狭くなる。
【００３３】
また、小さな子供でない限り、人体１０の高さＨは通常１ｍ以上であろうと考えられる。検知物体の高さがこれより低ければ、たまたま迷い込んだ小動物などを検知した可能性が高い。一方、一般的な車両などを網羅することを想定すると、検知物体の高さとしては通常２ｍ未満になると考えられる。
【００３４】
距離データは距離データ取得部１３０によって時系列で取得されているので、次に、人体判定部１４０は、距離データ中に人体である可能性があると推測されて抽出された部分が、それ以降の距離データではどのように変化しているか、移動状況を把握する。移動の軌跡が著しく不連続であるときなどは人体ではない可能性が高いと判別できる。一方、完全に静止しているか、移動距離がごくわずかであるときは、少なくとも警戒すべき侵入者ではないと判別できる。さらに、移動方向なども考慮することによっても、警戒すべき侵入者であるのか、単に検知エリアＡ１００の境界付近を歩行している通行人なのかなどの判別をより的確に行うことができる。そして、以上の判別結果などを総合して、警戒すべき人体が存在しているか否かを判定する。
【００３５】
なお、仮に３０ｍ以上の距離にある物体を検知したとしても、検知エリアＡ１００外に相当するため、以上で述べた人体か否かの判定の対象としては扱わないものとしておくが、これに限るものではない。
【００３６】
また、基準距離データとしてメモリ１６０に記憶されたレーザースキャンセンサ１００の測定方向毎の距離データのうち、後述する所定条件のものについては自動的に更新を行うか否かを必要に応じて外部からの手動操作で切り替えられるようにするための検知エリア更新スイッチが、ＤＩＰスイッチ１７０が有する複数のスイッチの１つとして含まれている。
【００３７】
警告出力制御部１５０は、人体判定部１４０によって人体が存在していると判定された場合に警告信号Ｄｏｕｔ１を出力する。
【００３８】
なお、距離データ取得部１３０、人体判定部１４０、警告出力制御部１５０、およびメモリ１６０などは、例えば、機器組み込み用のワンチップマイコンとそのソフトウェア処理によって構成することが好ましい。上述した各判別処理などは、パターンマッチングなどの手法によって実現できるので、比較的コストの安いワンチップマイコンを採用することもでき、レーザースキャンセンサ１００全体としてのコストダウンに貢献することができる。ただし、必ずしもワンチップマイコンを使用しなくてもよい。
【００３９】
＜測定方向毎の基準距離データの更新処理＞
図４は、レーザースキャンセンサ１００の測定方向毎の基準距離データの更新処理の概略フローチャートである。なお、図１に示したレーザースキャンセンサ１００の概略構成からわかるように、この更新処理は人体判定部１４０によって行われることを想定しているが、人体判定部１４０とは別にこの更新処理を行うユニットなどを設けてもよい。
【００４０】
まず、検知エリア更新スイッチの状態がＯＮか否かを判別し（ステップＳ１）、ＮＯであれば、何もしないで更新処理を終了する。
【００４１】
ＹＥＳであれば、全測定方向についての処理を繰り返すループ制御用でレーザースキャンセンサ１００の測定方向に対応するカウンタａを１に初期化する（ステップＳ２）。
【００４２】
ループ制御の先頭では、カウンタａが７６１未満であるか否かを判別し（ステップＳ３）、ＮＯ（すなわちａ＝７６１）であれば、全測定方向についての処理が既に完了しているので更新処理を終了する。
【００４３】
ＹＥＳ（すなわち１≦ａ≦７６０）であれば、カウンタａに対応する測定方向の距離データ（距離データ［ａ］と記す）から算出された物体の地面からの高さが２ｍ未満か否かを判別し（ステップＳ４）、ＮＯであればステップＳ６へ直接進む。なお、ステップＳ４の判別で用いる閾値（２ｍ）は一般的な車両などを網羅する高さの閾値に相当するが、正確に２ｍでなければならないわけでない。例えば、この閾値を可変にしておき、設置する場所やそこへの侵入が想定されるもの（人物だけか、あるいは車両もあり得るか、など）によって予め適切な値に設定してもよいし、外部操作などによって変更可能にしておいてもよい。
【００４４】
ＹＥＳであれば、メモリ１６０に記憶されている対応する基準距離データのうちで、カウンタａに対応する測定方向の基準距離データ（基準距離データ［ａ］と記す）のみを次式に従った重み付き平均値に更新し（ステップＳ５）、ステップＳ６へ進む。
【００４５】
（１−ｗ）×基準距離データ［ａ］＋ｗ×距離データ［ａ］
ここで、ｗの値としては、例えば、１／１２８が挙げられるが、この値に限らない。
【００４６】
ステップＳ４で条件分岐したいずれの場合でも、カウンタａの値を１増加させてから（ステップＳ６）、ステップＳ３へと戻ってステップＳ６までの処理を繰り返す。
【００４７】
以上で説明した第１実施形態の構成によれば、レーザースキャンセンサ１００が警戒動作を開始して、警戒エリア設定後にその警戒エリア内に自動車などが進入して駐車されたり、または新たに無害な障害物が設置されたりした場合であっても、メモリ１６０に記憶されている基準距離データのうちで本来の検知対象である侵入者ではないものに対応する測定方向のものだけが所定割合で徐々に更新されていく。これにより、警戒エリア内の最新の状態変化にも順応して常に的確に侵入者の検知を行うことが可能となる。
【００４８】
また、例えば、レーザースキャンセンサ１００が外部からの衝撃などによって設置姿勢がわずかに変化し、それによって形成される警戒エリアが変わってしまった場合でも、警戒エリアが自動的に修正されることになる。これにより、誤認識や誤報につながることを極力抑制できる。
【００４９】
なお、上記の更新処理と組み合わせて、従来技術と同様に、例えば、レーザースキャンセンサ１００の警戒動作開始後の一定時間経過毎、または外部からのトリガ信号制御などによって、メモリ１６０に記憶されている基準距離データの全部または一部をその時点で距離データ取得部１３０によって取得された距離データで更新することをさらに行うようにしてもよい。
【００５０】
本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００５１】
１０      人体、人間
１００    レーザースキャンセンサ
Ａ１００  検知エリア
１１０    レーザー距離計
１２０    スキャン機構
１３０    距離データ取得部
１４０    人体判定部
１５０    警告出力制御部
１６０    メモリ
１７０    ＤＩＰスイッチ
【図１】
0005263692.tif 000002
【図２】
0005263692.tif 000003
【図３】
0005263692.tif 000004
【図４】
0005263692.tif 000005