JP6349075B2 - 心拍数測定装置及び心拍数測定方法 - Google Patents
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Description
被験者は、心拍数測定の対象となる人間であり、典型的には、心拍数を測定する心拍数測定装置(単にシステムともいう)のユーザである。しかし被験者は、システムのユーザ以外の人間であってもよい。
図1は、被験者の顔の動画に基づいて被験者の心拍数を測定できるシステム100を示す図である。心拍数測定システム100は、例えば、テレビ、携帯電話等のような電子装置の一部であり得る。システム100は、ビデオカメラ102から被験者の顔が含まれる動画データを受け取る。ビデオカメラ102は、システム100に含まれてもよい。例えばビデオカメラ102は、テレビの筐体内に設けられてもよい。代替として、ビデオカメラ102は、携帯電話機の筐体内に設けられてもよい。
図2は、ビデオカメラ102が撮像した動画の1枚のフレーム210を示す図である。顔認識器104は、ビデオ信号120をビデオカメラ102から受け取る。ビデオ信号120は、典型的にはデジタルビデオ信号であり、RGB表色系の三原色で動画を表現する。しかしビデオ信号120は、これには限定されず、HSV表色系又はYUV表色系の三原色で動画を表現してもよい。ビデオ信号120が、後述するノイズ低減器110で用いられる色に対応する画素データを持たない時は、ノイズ低減器110で用いられる色に対応する画素データに持つようビデオ信号120を変換すればよい。そのような信号変換器は、例えばビデオカメラ102と顔認識器104との間に設けられてもよく、顔認識器104に含まれてもよい。
図5は、被験者の顔310の一部である対象領域510を示す図である。対象領域切り出し器108は、被験者の目410、鼻412、及び口414の位置を表すデータを顔器官検出器106から受け取る。対象領域切り出し器108は、例えば、被験者の顔器官(例えば目410、及び口414)の位置に基づいて、心拍数測定に用いられる対象領域510をフレーム210から切り出す。対象領域切り出し器108は、目410、及び口414に加えて、又はこれら顔器官の代わりに、例えば鼻412に基づいて対象領域510を切り出してもよい。対象領域510は、例えば横100画素、縦100画素であり得るが、この具体的な値には限定されず、図示されるような長方形の領域であってもよい。
ノイズ低減器110は、対象領域510の画素値データを対象領域切り出し器108から受け取り、心拍成分以外の、ノイズ成分が低減された信号810を出力する。具体的には、ノイズ低減器110は、対象領域510の画素群の輝度値の平均を表す輝度信号と、ノイズ成分の信号との差分をとり、これを差分信号として出力する。
図9は、時系列データ810を周波数領域で表した周波数スペクトル900を示す図である。心拍数検出器112は、高速フーリエ変換により、正規化された差分成分(時系列データ810)を周波数成分に変換する。周波数帯域は、心拍数として取り得る範囲920、範囲920より周波数が低い範囲910、及び範囲920より周波数が高い範囲930の3つの範囲に区分できる。心拍数検出器112は、範囲920内でのピーク922を検出し、ピーク922に対応する周波数924を心拍数として表示装置114に出力する。図9の例ではピーク922の周波数924は、0.85Hzである。よって心拍数HRは、HR=0.85×60=51(bpm、毎分脈拍)となる。
ピーク周波数924を検出するために、簡単には、平面上の座標のうちy座標値が最も
大きい点がピークであるとみなすことができる。これに対して、心拍数検出器112は、より高い精度でピーク周波数を検出するために、好ましくは、直線フィッティング又は曲線フィッティングを利用する。これらフィッティングは、(x-1, y), (x, y), (x+1, y)の平面上の3点から、ピークに対応するx座標を求める手法である。
このようにピークを求める時に直線フィッティング又は曲線フィッティングを用いれば、ピーク周波数を決定時の分解能を改善し得る。
代替として、ノイズ低減器110は、移動平均との差分演算によってノイズ成分を低減してもよい。
図14は、システム100のハードウェアを示すブロック図である。心拍数を測定するシステム100は、例えばテレビ、携帯電話等の任意の適切な電子装置、又はそのような電子装置の一部であり得る。システム100は、プログラム実行部1400等を含む。システム100には、例えば、ビデオカメラ102、表示装置114等が結合される。ビデオカメラ102及び表示装置114は、システム100の筐体内に組み込まれてもよい。
乗除等の算術演算や、論理和、論理積、論理否定等の論理演算、ビット和、ビット積、ビット反転、ビットシフト、ビット回転等のビット演算等を行うことができる。CPU1402は、マルチメディア処理のための加減乗除等の飽和演算、及び三角関数等ベクトル演算を高速に行えるように構成されてもよい。CPU1402は、演算を高速に行うためにコプロセッサを備えてもよい。
有する。このフレームメモリは、例えば画像処理部1410によって処理された画像データを記憶する。
図15は、ノイズ低減器110の動作を実現するプログラムのフローチャート1500である。フローチャート1500で表されるプログラムは、例えば、ROM1404又は記録媒体1442からRAM1406上にロードされ、一時的に記憶される。その後、プログラムは、CPU1402によって実行され、心拍数を表すデータがバス1420を介して出力される。出力されたデータは、例えば、表示装置114上に表示されることによってユーザである被験者に提示される。
104 顔認識器
106 顔器官検出器
108 対象領域切り出し器
110 ノイズ低減器
112 心拍数検出器
114 表示装置
120 ビデオ信号
320 顔領域を表すデータ
410 目の位置を表すデータ
412 鼻の位置を表すデータ
414 口の位置を表すデータ
510 対象領域
810 ノイズが低減された信号
924 周波数スペクトルのピークの周波数
Claims (7)
- 被験者の心拍数を測定する装置であって、
前記被験者の画像における前記被験者の顔を認識する顔認識器と、
前記画像における前記顔の器官を検出する顔器官検出器と、
前記器官の位置に基づいて前記被験者の顔の画像から定められた領域を切り出す対象領域切り出し器と、
前記定められた領域中の画素群の輝度値の平均を表す輝度信号と、前記被験者の心拍に対応する心拍成分以外の、ノイズ成分の信号との差分を取ることによって、前記ノイズ成分が低減された差分信号を求めるノイズ低減器と、
前記差分信号に基づいて前記被験者の心拍数を検出する心拍数検出器と、
を備え、
前記ノイズ低減器は、
前記心拍成分及び前記ノイズ成分として、RGB表色系、HSV表色系若しくはYUV表色系の原色又は近赤外線領域の色を用い、かつ、
前記輝度信号の時間方向の移動平均を行い、前記ノイズ成分として、当該移動平均によって得られた信号を用いる、
心拍数測定装置。 - 前記ノイズ低減器は、
前記心拍成分及び前記ノイズ成分として、RGB表色系の原色である緑を用いる
請求項1に記載の心拍数測定装置。 - 前記心拍数検出器は、
前記差分信号を周波数スペクトルに変換し、前記心拍成分を含む周波数帯域におけるピークを求めることによって、前記ピークに対応する周波数を前記被験者の心拍数として出力する
請求項1に記載の心拍数測定装置。 - 前記心拍数検出器は、
直線フィッティング又は曲線フィッティングを用いることによって分解能を改善させる請求項1に記載の心拍数測定装置。 - 電子装置を用いて被験者の心拍数を測定する方法であって、
前記被験者の画像における前記被験者の顔を認識するステップと、
前記画像における前記顔の器官を検出するステップと、
前記器官の位置に基づいて前記被験者の顔の画像から定められた領域を切り出すステップと、
前記定められた領域中の画素群の輝度値の平均を表す輝度信号と、前記被験者の心拍に対応する心拍成分以外の、ノイズ成分の信号との差分を取ることによって、前記ノイズ成分が低減された差分信号を求めるステップと、
前記差分信号に基づいて前記被験者の心拍数を検出するステップと、
を備え、
前記差分信号を求めるステップでは、
前記心拍成分及び前記ノイズ成分として、RGB表色系、HSV表色系若しくはYUV表色系の原色又は近赤外線領域の色を用い、かつ、
前記輝度信号の時間方向の移動平均を行い、前記ノイズ成分として、当該移動平均によって得られた信号を用いる
心拍数測定方法。 - 1つ以上のプロセッサによって実行されるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
被験者の画像における前記被験者の顔を認識すること、
前記画像における前記顔の器官を検出すること、
前記器官の位置に基づいて前記被験者の顔の画像から定められた領域を切り出すこと、
前記定められた領域中の画素群の輝度値の平均を表す輝度信号と、前記被験者の心拍に対応する心拍成分以外の、ノイズ成分の信号との差分を取ることによって、前記ノイズ成分が低減された差分信号を求めること、及び
前記差分信号に基づいて前記被験者の心拍数を検出すること
を前記1つ以上のプロセッサに実現させるためのプログラムを記録し、
前記差分信号を求めることは、
前記心拍成分及び前記ノイズ成分として、RGB表色系、HSV表色系若しくはYUV表色系の原色又は近赤外線領域の色を用いること、及び、
前記輝度信号の時間方向の移動平均を行い、前記ノイズ成分として、当該移動平均によって得られた信号を用いることを含む、
コンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 1つ以上のプロセッサを備える電子装置に設けられた1つ以上のメモリ内に格納され、前記1つ以上のプロセッサによって実行されるプログラムであって、
被験者の画像における前記被験者の顔を認識すること、
前記画像における前記顔の器官を検出すること、
前記器官の位置に基づいて前記被験者の顔の画像から定められた領域を切り出すこと、
前記定められた領域中の画素群の輝度値の平均を表す輝度信号と、前記被験者の心拍に対応する心拍成分以外の、ノイズ成分の信号との差分を取ることによって、前記ノイズ成分が低減された差分信号を求めること、及び
前記差分信号に基づいて前記被験者の心拍数を検出すること
を前記1つ以上のプロセッサに実現させ、
前記差分信号を求めることは、
前記心拍成分及び前記ノイズ成分として、RGB表色系、HSV表色系若しくはYUV表色系の原色又は近赤外線領域の色を用いること、及び、
前記輝度信号の時間方向の移動平均を行い、前記ノイズ成分として、当該移動平均によって得られた信号を用いることを含む、
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