CN105188522A - 脉搏波传播速度的测定方法、测定系统及摄像装置 - Google Patents

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CN105188522A CN201380074359.7A CN201380074359A CN105188522A CN 105188522 A CN105188522 A CN 105188522A CN 201380074359 A CN201380074359 A CN 201380074359A CN 105188522 A CN105188522 A CN 105188522A
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Abstract

本发明提供一种一般利用者能够日常使用且低成本、测定精度难以受到姿势等的影响的脉搏波传播速度的测定方法、测定系统及摄像装置。本发明通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而取得在时间序列上连续的图像数据。接下来，基于图像数据中的人体的不同的部位的时间性的像素值变化，分别检测人体的不同的部位的脉搏波。并且，基于人体的不同的部位的脉搏波的时间差，算出人体的脉搏波传播速度。

Description

脉搏波传播速度的测定方法、测定系统及摄像装置
技术领域
本发明涉及脉搏波传播速度的测定方法、测定系统及摄像装置，尤其是涉及基于人体的不同的部位中的脉搏的时间差来测定人体的脉搏波传播速度的技术。
背景技术
以往，作为动脉硬化等的循环系统中的评价指标的一个而使用脉搏波传播速度(PWV：PulseWaveVelocity)。作为测定脉搏波传播速度的方法，基于在人体的不同的部位测定的脉派的时间差(脉搏波传播时间)和所测定的两个部位间的距离来算出脉搏波传播速度的方式已经被实用化。另外，公开了利用脉搏波传播速度与血压存在关联，而基于在手腕和手指这两个部位所测定的脉搏波的时间差(脉搏波传播时间)来算出血压的技术(参照专利文献1)。
但是，上述脉搏波传播速度测定装置需要在颈部和大腿部、上臂和足关节的那样离开较远距离的两处部位上安装测定用的传感器，不适合于日常性地利用。如果将脉搏波传感器安装在手腕和手指等能够比较容易安装的部位，则一般利用者有可能能够日常性地利用，但是存在需要高时间分辨能力而成本变高、由于关节的状况等而测定误差变大等问题。
另外，公开了基于在生物体的一个部位测定的脉搏波所包含的前进波成分和反射波成分的时间差来进行测定的方法(参照专利文献2)。由此，能够比较容易地安装脉搏波传感器，一般利用者有可能能够日常地利用。但是，脉搏波所包含的反射波成分受姿势的变化等引起的血管的状态变化影响较大，因此存在难以准确地测定的问题。
另一方面，在专利文献3公开了以将手指抵接于带相机的手机的相机的开口部的状态进行摄像，对手指图像的时间性的变化进行检测而对脉搏数进行测定的技术。
另外，在专利文献4中公开了如下技术：使用红外线相机对生物体的表面(皮肤)温度进行检测，根据生物体的温度信息的时间变化提取与对应于生物体的心搏的频率频带的频率成分对应的频率数据，并基于该频率数据，对生物体的心搏数进行计测。
专利文献
专利文献1：日本特开2011-104208号公报
专利文献2：日本特开2003-10139号公报
专利文献3：日本特开2007-319246号公报
专利文献4：日本特开2010-264095号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，专利文献3所公开的技术的目的是测定生物体的脉搏数，并以基于在将手指抵接于相机的开口部的状态下拍摄生物体的一个部位的图像数据(指图像数据)而测定脉搏数为前提，存在难以提供基于同时拍摄生物体的不同的两个部位的各种功能的问题。
另外，在专利文献4公开的技术中，为了取得温度信息而必须使用红外线相机，无法有效地利用一般利用者日常性地利用的电子设备(例如手机等)，导致成本提高，存在难于向一般利用者普及的问题。另外，该文献公开了使用可见光相机对用户的部位进行特定并由红外线相机取得该部位的温度信息的技术，必须并用可见光相机和红外线相机，导致成本提高，认为难于向一般利用者普及。
本发明鉴于这种情况而作出，目的在于提供一般利用者能够日常性地利用，低成本且测定精度难于受到姿势等的影响的脉搏波传播速度的测定方法、测定系统及摄像装置。
用于解决课题的手段
作为本发明的第一方面的脉搏波传播速度的测定方法具备：摄像步骤，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；脉搏波检测步骤，基于图像数据中的人体的不同的部位的时间性的像素值变化，分别检测人体的不同的部位的脉搏波；及脉搏波传播速度计算步骤，基于人体的不同的部位的脉搏波的时间差，算出人体的脉搏波传播速度。
作为本发明的第二方面的脉搏波传播速度的测定方法具备：摄像步骤，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；光信息检测步骤，基于图像数据中的人体的不同的部位以外的基准区域的时间性的像素值变化，检测照射到人体的不同的部位的照明光的光量或颜色中的至少一方的时间性的变化信息；校正步骤，基于在光信息检测步骤中检测出的变化信息，对图像数据进行校正以消除照明光的光量或颜色的时间性的变化所带来的影响；脉搏波检测步骤，基于由校正步骤校正后的图像数据中的人体的不同的部位的时间性的像素值变化，分别检测人体的不同的部位的脉搏波；及脉搏波传播速度计算步骤，基于人体的不同的部位的脉搏波的时间差，算出人体的脉搏波传播速度。
作为本发明的第三方面的脉搏波传播速度的测定方法具备：摄像步骤，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；插值步骤，生成对图像数据中的人体的不同的部位的时间性的像素值变化进行时间性地插值所得的插值数据；脉搏波检测步骤，基于插值数据，分别检测人体的不同的部位的脉搏波；及脉搏波传播速度计算步骤，基于人体的不同的部位的脉搏波的时间差，算出人体的脉搏波传播速度。
作为本发明的第四方面的脉搏波传播速度的测定系统具备：摄像部，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；脉搏波检测部，基于图像数据中的人体的不同的部位的时间性的像素值变化，分别检测人体的不同的部位的脉搏波；及脉搏波传播速度计算部，基于人体的不同部位的脉搏波的时间差，算出人体的脉搏波传播速度。
作为本发明的第五方面的摄像装置具备：摄像部，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；及跟踪处理部，在构成图像数据的多个图像中，在第一图像中将人体的不同的部位所存在的区域设定为跟踪区域，并从跟踪区域的图像中提取特征量，在时间序列上后续于第一图像的第二图像中，检测与特征量的类似度最高的图像区域作为人体的不同的部位存在的区域，由此进行人体的不同的部位的跟踪处理。
作为本发明的第六方面的摄像装置具备：摄像部，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；及引导框显示部，在显示由摄像部拍摄的图像的画面上显示与人体的不同的部位对应的摄影引导框。
发明效果
根据本发明，能够基于由单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位的图像数据，根据人体的不同的部位的像素值的时间性的变化而对脉搏波传播速度进行测定，因此一般利用者能够日常使用且能够以低成本、不受姿势等的影响地提高脉搏波传播速度的测定精度。
附图说明
图1是表示第一实施方式的脉搏波传播速度的测定系统的整体结构的概略图。
图2是表示摄像装置的结构的框图。
图3是表示横向摄影时的摄影引导框的一例的图。
图4是表示纵向摄影时的摄影引导框的一例的图。
图5是表示以脸和手与摄影引导框重合的方式摄影时的状态的图。
图6是表示被摄体检测部的结构的框图。
图7是表示脉搏波传播速度计算装置的结构的框图。
图8是表示运算部的结构的框图。
图9是用于对由脉搏波检测部进行的处理进行说明的图。
图10是表示第一及第二测定部位的像素值变化的曲线图。
图11是用于对脉搏波信号模型进行说明的图。
图12是表示第一及第二测定部位的像素值变化与心电波形的关系的图。
图13是用于对脉搏波传播速度的算出方法进行说明的图。
图14是表示在第一实施方式中由摄像装置进行的处理的流程图。
图15是表示用于动态图像摄影开始的操作画面的图。
图16是表示被摄体检测处理的流程图。
图17是表示在第一实施方式中由脉搏波传播速度计算装置进行的处理的流程图。
图18是表示图像解析处理的流程图。
图19是表示在脉搏波传播速度计算装置的显示部的画面上显示测定结果的状态的图。
图20是表示在摄像装置的显示部的画面上显示测定结果的状态的图。
图21是表示第二实施方式的脉搏波传播速度计算装置的运算部的结构的框图。
图22是表示照明光的光量与像素值之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的优选的实施方式详细地进行说明。
(第一实施方式)
首先，对本发明的第一实施方式的脉搏波传播速度系统的概要进行说明。
图1是表示本实施方式的脉搏波传播速度的测定系统的整体结构的概略图。如图1所示，本实施方式的脉搏波传播速度的测定系统具备摄像装置100和脉搏波传播速度计算装置(以下，称作“PWV计算装置”)200。摄像装置100与PWV计算装置200例如经由互联网等网络300而以能够收发各种数据的方式连接。
摄像装置100例如由智能手机、带相机的手机、数码相机、摄像机、Web相机等带有一般的摄像功能(可见光相机)的终端装置构成。在本例中，摄像装置100由智能手机构成。摄像装置100以非接触状态对人体的不同的两个部位(以下，称作“测定部位”)进行摄像，并输出在时间序列上连续的图像数据(RGB形式的图像数据)。图像数据不限于动态图像数据，也可以是多个静态图像数据。在本例中，以通过由多帧图像构成的动态图像数据构成图像数据为一例进行说明。
作为由摄像装置100拍摄的测定部位，是人体的远离的位置的皮肤区域即可，而不作特别限定，但是若考虑一般利用者的利便性，优选的是脸区域和手区域，其中优选的是脸颊区域和手掌区域。人体的皮肤区域对应于脉搏波(脉动)而血流量发生变化，因此在后述的PWV计算装置200中，通过对该皮肤区域的像素值的时间性的变化(皮肤的颜色变化)进行检测，而能够取得振幅对应于脉搏波而变化的脉搏波信号(脉搏波数据)。另外，脸颊区域和手掌区域比脸区域、手区域的其他区域皮肤区域广，而能够以尽可能抑制了噪声的影响的状态可靠地对皮肤的颜色变化进行检测。
PWV计算装置200由普通的个人计算机构成，例如设置于医院等医疗施设等。PWV计算装置200基于由摄像装置100拍摄的、包含人体的不同的两个部位(测定部位)的图像数据，对各测定部位的像素值变化进行检测，由此取得振幅对应于脉搏波而变化的脉搏波信号(脉搏波数据)。并且，根据各测定部位的脉搏波信号的时间差算出脉搏波传播速度，并将该结果输出到监视器等显示部。另外，关于各测定部位的像素值变化，检测出RGB图像的各颜色成分中的R成分、G成分或B成分的像素值的时间性的变化即可。
根据本实施方式的脉搏波传播速度的测定系统，摄像装置100由智能手机、带相机的手机、数码相机及摄像机等构成，使用以非接触状态拍摄人体的不同的两个部位(测定部位)的图像数据而进行脉搏波传播速度的测定，因此一般利用者容易日常性地利用，能够低成本且不会受到姿势等的影响地实现高精度的测定。以下，对构成脉搏波传播速度的测定系统的各部的结构进行说明。
图2是表示摄像装置100的结构的框图。如图2所示，摄像装置100具备：摄像部102、控制部104、存储部106、显示部108、操作部110、通信部112、被摄体检测部116、跟踪处理部118及摄影支援部119。
摄像部102具备摄影透镜和接收可见光的可见光用摄像元件(例如CCD传感器、CMOS传感器)，将通过摄影透镜而在摄像元件上成像的被摄体像在该摄像元件中转换为电信号而形成图像数据。此外，摄像部102对图像数据实施降噪处理、黑电平减法运算处理、混色校正、阴影校正、白平衡校正、伽玛校正、去马赛克算法处理、RGB/YC转换处理等信号处理。在本例中，从摄像部102输出RGB形式的图像数据。
显示部108例如是由液晶、有机EL等构成的显示器(例如触摸面板显示器等)，显示由摄像部102取得的图像数据、用于对摄像装置100进行操作的GUI(GraphicalUserInterface：图形用户界面)等。
通信部112经由后述的PWV计算装置200的通信部202和互联网等网络而进行各种数据的收发。
存储部106例如由ROM(ReadOnlyMemory：只读存储器)、RAM(RandomAccessMemory：随机存取存储器)等构成，存储由控制部104执行的操作系统的程序及各种应用软件等、由摄像部102取得的图像数据等。
控制部104例如由CPU、微型计算机等构成，通过执行存储于存储部106的操作系统的程序、各种应用软件而进行摄像装置100整体的动作控制。
摄影支援部119(相当于本发明的“引导框显示部”)例如由CPU、微型计算机等构成，进行在显示部108的画面上将摄影引导框合成于摄影图像而显示的处理。例如，在摄像装置100中当开始动态图像摄影时，如图3、图4所示，在显示部108的画面上作为摄影引导框而显示脸引导框140和手引导框142。摄影引导框的形状不作特别限定，能够设为各种形状。另外，在显示部108的画面的上部，例如显示“请在框内对脸和手进行摄影”的通知消息144。由此，如图5所示，利用者以与脸引导框140和手引导框142一致的位置和大小对脸和手进行动态图像摄影。因此，能够取得在适当的位置拍摄的脸和手的图像数据，并能够高精度地求出各测定部位的脉搏波数据。
另外，关于脸引导框140、手引导框142、通知消息144等的摄影支援功能，也可以设为利用者选择性地对它们的显示/非显示进行选取。例如图5所示的例子中，将通知消息144设为非显示。
操作部110由数字键、用于选择各种功能的按钮或触摸面板等构成，与显示部108一起构成GUI。操作部110在用于使动态图像摄影开始或结束的输入操作等各种操作中使用。
被摄体检测部116根据由摄像部102取得的图像数据中的例如最初输入的帧图像(初始帧图像)，作为特定的被摄体区域而检测人体不同的两个部位(第一及第二测定部位)。在本例中，作为第一测定部位而对脸颊区域进行检测，作为第二测定部位而对手掌区域进行检测。作为检测各测定部位的方法，例如，能够使用基于模式匹配的方法或利用通过使用了人物的脸、手的多个采样图像的学习而得到的使用判别器的方法等。另外，也可以在ROM中预先注册人体的脸，在检测出被摄体后进行脸识别，由此对特定的脸进行识别。另外，也可以如图5所示，在显示部108的画面上，在与作为被摄体区域而检测出的各测定部位(即脸颊区域和手掌区域)对应的位置显示有被摄体框150、152。
图6是表示被摄体检测部116的结构的框图。如图6所示，被摄体检测部116具备：对被摄体的人体区域进行检测的人体区域检测部120、从人体区域对脸区域进行检测的脸区域检测部122及从人体区域对手区域进行检测的手区域检测部124。此外，被摄体检测部116具备：从脸区域对脸颊区域进行检测的脸颊区域检测部126、从脸区域对额头区域进行检测的额头区域检测部128、从手区域对手掌区域进行检测的手掌区域检测部130及从手区域对手指区域进行检测的手指区域检测部132。如此，通过构成被摄体检测部116，而能够从人体区域遍及细节地阶段式地对各部进行检测。
另外，在检测出多个脸区域、手区域的情况下，难以对脸区域与手区域建立关联，因此优选的是向利用者通知错误消息而催促进行再摄影。但是，在一个部位检测出脸区域、在两个部位检测出手区域的情况下，是同一人物的可能性较高，所以在该情况下，也可以将上述区域作为被摄体区域而检测。
返回图2，跟踪处理部118将在被摄体检测部116中检测出的第一及第二测定部位即脸颊区域和手掌区域作为跟踪区域而进行跟踪处理。具体来说，从现帧图像中搜索前帧图像内的跟踪区域的图像的特征量与现帧图像的跟踪候选区域的图像的特征量的类似度最高的区域(该区域是原帧图像中的跟踪区域)。
对跟踪区域进行特定的信息例如包含表示跟踪区域的位置的信息、表示跟踪区域的颜色及亮度的信息等。当跟踪处理部118从存储部106取得了现帧图像时，从现帧图像检测出在前帧图像中特定的跟踪区域的位置附近的预定区域的与跟踪区域的颜色及亮度接近的区域，而对跟踪区域进行特定。并且，跟踪处理部118基于在现帧图像中特定的跟踪区域的位置及跟踪被摄体的颜色及亮度，而重复从依次存储于存储部106的帧图像对跟踪区域进行特定。如此进行跟踪处理，跟踪处理部118以最适合于对作为跟踪区域的各测定部位(第一及第二测定部位)进行摄像的方式对各种摄像参数(焦点、明亮度等)进行调整。
图7是表示PWV计算装置200的结构的框图。如图7所示，PWV计算装置200具备：通信部202、存储部204、显示部206、操作部208、控制部210及运算部212。另外，PWV计算装置200不限于在物理上由一台计算机构成，也可以由彼此连接于网络的多台计算机构成。
存储部204例如由ROM、RAM或HDD(HardDiskDrive：硬盘)等构成，存储由控制部210执行的操作系统的程序及各种应用软件等。另外，存储部204作为暂时存储从摄像装置100取得的图像数据的图像存储器而发挥作用。
显示部206由能够进行彩色显示的液晶监视器等显示器构成，显示从控制部210输出的各种管理信息等。
操作部208由鼠标、键盘等构成。将通过操作部208而进行操作后的结果向控制部210输入，并对是否进行了输入、进行了哪个按钮的输入等进行检测。
通信部202经由摄像装置100的通信部112和互联网等网络而进行数据的收发。
控制部210例如由CPU、微型计算机等构成，通过执行存储于存储部204的操作系统的程序、各种应用软件而进行PWV计算装置200整体的动作控制。
运算部212例如由CPU、微型计算机等构成，根据来自控制部210的指示而进行各种运算处理。
图8是表示运算部212的结构的框图。如图8所示，运算部212具备：区域检测部226、区域追踪部227、脉搏波检测部216、脉搏数计算部218、脉搏波传播速度计算部220、健康状态推定部222及输出部224。
区域检测部226及区域追踪部227是用于从图像数据的各帧图像中提取第一及第二测定部位的功能模块，进行与摄像装置100中的被摄体检测部116及跟踪处理部118相同的处理。即，通过区域检测部226而例如从最初输入的帧图像(初始帧图像)中作为第一及第二测定部位而检测出脸颊区域和手掌区域后，将上述区域作为跟踪区域，通过区域追踪部227而对其接下来的帧图像进行跟踪处理。将该跟踪处理的结果(跟踪信息)输出至脉搏波检测部216。另外，PWV计算装置200在能够取得摄像装置100的跟踪处理部118的跟踪处理的结果(跟踪信息)的情况下，能够利用该跟踪信息。在该情况下，在运算部212中也可以不设置区域检测部226及区域追踪部227。
脉搏波检测部216基于从区域追踪部227或摄像装置100的跟踪处理部118取得的跟踪信息，而从各帧图像中提取各测定部位，并对各测定部位的像素值变化进行检测。具体来说，例如如图9所示，在各帧图像F0～Fn中，求出属于脸颊区域(第一测定部位)的各像素的像素值的平均像素值D1和属于手掌区域(第二测定部位)的各像素的像素值的平均像素值D2。由此，得到例如图10所示的那样的表示像素值变化的曲线图。另外，在图10中，横轴是帧序号(时间轴)，纵轴是像素值(平均值)。另外，在图10中由实线表示的波形是根据各帧图像中的各测定部位的像素值(黑球部分)而算出的波形，该波形是具有与脉搏波对应的振幅的脉搏波信号(脉搏波数据)。
然而，在根据各帧图像的像素值(图10的黑球部分)求出脉搏波信号时，若帧频较高则有能够以较高的时间分辨能力求出脉搏波信号，但是一般利用者日常性地利用的相机的帧频是30fps以下，认为有时难以实现需要数毫秒的时间分辨能力的植物性神经状态的推定。另外，仅进行血压、脉搏的测定的话，100毫秒左右的时间分辨能力就足够了。
因此，本实施方式中，为了即使在图像数据是30fps以下的帧频的情况下也能够以较高的时间分辨能力求出脉搏波信号，例如存储部204中预先存储图11所示的那样的多个脉搏波信号模型(波形模型)P1～Pn。并且，从存储部204对脉搏波检测部216赋予各脉搏波信号模型P1～Pn(参照图8)。另外，各脉搏波信号模型P1～Pn由彼此不同的多个波形图案(脉搏波形)构成。
脉搏波检测部216作为本发明的“插值步骤”而对各脉搏波信号模型P1～Pn分别拟合各测定数据(各帧图像的像素值)，而在其中选择类似度最高的脉搏波信号模型。并且，使用所选择的脉搏波信号模型来推定无法取得的帧图像间的像素值变化。由此，即使在图像数据是30fps以下的帧频的情况下中，也能够基于脉搏波信号模型对帧图像间的未取得的像素值变化进行推定，能够以较高的时间分辨能力高精度地求出图10所示的那样的脉搏波信号。
图12是表示第一及第二测定部位的像素值变化与心电波形的关系的图。如图12所示，各测定部位的像素值变化和心电波形具有相关性，作为振幅对应于脉搏波(脉动)而变化的脉搏波信号(脉搏波数据)能够使用各测定部位的像素值变化。这是因为人体的脸、手的皮肤区域中，血流量对应于心搏而变化，各测定部位的像素值的振幅对应于脉搏波(脉动)而变化。因此，通过对作为皮肤区域的人体的脸区域、手区域(优选的是脸颊区域、手掌区域)的像素值变化进行检测，而能够作为振幅对应于脉搏波而变化的脉搏波信号(脉搏波数据)而使用。将这样检测出的各测定部位的脉搏波信号输出到脉搏数计算部218及脉搏波传播速度计算部(以下，称作PWV计算部)220。
在本实施方式中，优选的是，在算出各测定部位的像素值前，对图像数据实施使用了空间滤波器的滤波处理。具体来说，在各帧图像中提取了第一及第二测定部位后，对于属于各测定部位的全部像素，使用关注像素和其周边像素(M×N像素)的像素值而对关注像素的像素值进行转换。作为空间滤波器，优选的是平滑化滤波器(例如平均化滤波器)、中值滤波器或将上述滤波器组合而使用。作为滤波器尺寸，例如使用3×3、5×5、7×7像素的滤波器，根据像素值的变动量决定即可。
如此，通过对图像数据实施使用了空间滤波器的滤波处理，而能够不受由皮肤的颜色的偏差、电气性的噪声、光的投射方位、身体的移动、相机的移动及各测定部位的检测误差等引起的噪声的影响地，高精度地对各测定部位的像素值变化进行检测。另外，作为对图像数据进行了降噪的处理后的时间信号的脉搏波信号，有时仍然残留有噪声成分。对此，也可以对脉搏波信号进行频率平滑化滤波、均值滤波、中值滤波等降噪处理。
另外，也可以替代空间滤波器，或者与空间滤波器组合地实施使用了二维的空间频率滤波器的滤波处理。由此，能够从图像数据除去不需要的频率的噪声成分。另外，也可以进行偏离值处理。
返回图8，脉搏数计算部218基于由脉搏波检测部216检测出的各测定部位的脉搏波信号，算出各测定部位的脉搏数，并将该结果输出至健康状态推定部222及输出部224。
PWV计算部220基于由脉搏波检测部216检测出的各测定部位的脉搏波信号而算出脉搏波传播速度，并将该计算结果分别输出至健康状态推定部222及输出部224。具体来说，例如如图13所示，求出由脉搏波检测部216检测出的各测定部位的脉搏波信号的基准点(例如上升点)的时间差(脉搏波传播时间)T〔秒〕，在将各测定部位间距心脏的距离差设为L〔m〕时，能够通过下式(1)算出脉搏波传播速度V〔m/秒〕。
V＝L/T…(1)
另外，也可以与由脉搏波检测部216检测出的各测定部位的脉搏波信号同时求出脉搏波传播速度V。
另外，能够通过下式(2)求出脉搏波传播时间T〔秒〕。
T＝(C/360)×(tan-1(H(y)/y)-tan-1(H(x)/x))…(2)
在此，x和y是某两个测定部位的脉搏波信号，H(x)和H(y)是各自的希尔伯特变换，C〔秒〕是脉搏波信号x或者y的周期或两者的平均值。
另外，关于距离L，也可以为预先在存储器(未图示)中对于测定部位的各组合注册多个图案，并根据由被摄体检测部116检测出的被摄体(测定部位)来决定。例如，也可以是当用户输入年龄、性别、身高、体重等体型信息时，决定最适合于该体型信息的距离L。
健康状态推定部222基于由脉搏数计算部218算出的脉搏数和由PWV计算部220算出的脉搏波传播速度，对由摄像装置100拍摄的人体的健康状态进行推定。该健康状态推定部222具备对血压进行推定的血压推定部228、对动脉硬化状态进行推定的动脉硬化状态推定部230及对自主神经活动状态进行推定的自主神经活动状态232，并将上述推定结果输出至输出部224。
输出部224将由运算部212求出的各种信息(即脉搏数、脉搏传播速度、血压、动脉硬化状态及自主神经活动状态)例如输出到显示部206、存储部204等。
另外，在本实施方式中，也可以是将脉搏波传播时间T从PWV计算部220输出至健康状态推定部222，并在健康状态推定部222中利用脉搏波传播时间T来对人体的健康状态进行推定。
具体来说，能够求出对人体施加刺激前的脉搏波传播时间T1和对人体施加刺激后的脉搏波传播时间T2的差R(即R＝|T2-T1|)，并根据该差R对人体的精神、身体状态进行推定。康健者因刺激而变化较大，但是在不健康的情况下变化较小。作为施加于生物体的刺激，可以想到以下的那样的刺激。
对于五感的刺激：闪光灯、好闻的气味、较大的声音、将酢放入口中等
精神性的刺激：攀谈、让其观看映像、让其听音乐等。
对于肌肉的刺激：跑、站立，抬起重物等
接下来，对在第一实施方式中进行的处理进行说明。图14是表示在第一实施方式中由摄像装置100进行的处理的流程图。
首先，开始作为本发明的“摄像步骤”的动态图像摄影(步骤S10)。具体来说，如图15所示，在摄像装置100的显示部108的画面上显示了“动态图像摄影菜单”的状态下，当用户选择了“脉搏波传播速度测定模式”时，通过控制部104而开始摄像部102的动态图像摄影。另外，作为“脉搏波传播速度测定模式”的动作选项而准备有选择测定部位的子菜单，默认地作为测定部位(第一及第二测定部位)而选择了脸和手。在变更测定部位的情况下，打开该子菜单，通过将与测定部位对应的勾选框设为选择或非选择，而能够变更为所期望的测定部位。另外，在利用者进行自己的摄影的情况下，能够使用摄像装置100的内置相机功能。
当这样开始动态图像摄影时，通过摄影支援部119而在显示部108的画面上显示摄影引导框(步骤S12)。例如如图3、图4所示，在显示部108的画面上显示脸引导框140和手引导框142。如此，通过在显示部108的画面上显示与测定部位对应的摄影引导框，而例如如图5所示，利用者以分别与脸引导框140及手引导框142对应的位置、大小对脸和手进行摄影。由此，容易对各测定部位的位置、大小进行特定，因此能够缩短测定部位的检测处理、跟踪处理所需要的时间，并且能够稳定且高精度地进行测定。
接下来，进行作为本发明的“被摄体检测步骤”的被摄体检测处理(步骤S14)。具体来说，在被摄体检测部116中，在由摄像部102取得的图像数据中的例如最初输入的帧图像(初始帧图像)中，作为特定的被摄体区域而检测出人体的不同的两个部位(第一及第二测定部位)。
图16是被摄体检测处理的流程图。首先，被摄体检测部116的人体区域检测部120对被摄体的人体区域进行检测(步骤S30)，接下来，脸区域检测部122对脸区域进行检测，此外通过脸颊区域检测部126及额头区域检测部128而对脸颊区域和额头区域进行检测(步骤S32)。接下来，手区域检测部124对手区域进行检测，通过手掌区域检测部130及手指区域检测部132而对手掌区域和手指区域进行检测(步骤S34)。然后，结束被摄体检测处理。
返回图14，对是否由被摄体检测部116检测出了脸颊区域和手掌区域进行判定(步骤S16)。当步骤S14为肯定时，跟踪处理部118将脸颊区域和手掌区域设定为跟踪区域，如图5所示，在各跟踪区域将跟踪框154、156显示在显示部108的画面上(步骤S18)。另外，跟踪框154、156是将被摄体框150、152的显示颜色变更后的框。并且，跟踪处理部118对上述跟踪区域进行跟踪处理(步骤S20)作为本发明的“跟踪处理步骤”。在跟踪处理中，从现帧图像的中搜索前帧图像内的跟踪区域的图像的特征量与现帧图像的跟踪候选区域的图像的特征量的类似度最高的区域(该区域为原帧图像的跟踪区域)。
接下来，跟踪处理部118对是否正常地进行了跟踪处理(即是否从现帧图像中检测到了与前帧图像内的跟踪区域的类似高的区域及是否保持了与并行实施的区域检测处理结果的位置关系)进行判定(步骤S22)。当步骤S22为肯定时，跟踪处理部118经由控制部104而以最适合于对跟踪区域进行摄像的方式对各种摄像参数(焦点、明亮度等)进行调整(步骤S24)。
另一方面，在步骤S16或步骤S22为否定的情况下，由于未适当地进行区域检测处理或跟踪处理，因此作为本发明的“通知步骤”，在显示部108的画面上显示通知利用者进行被摄体的再摄像的通知消息(步骤S29)。并且，返回步骤S14，再次进行区域检测处理以后的处理。另外，控制部104及显示部108相当于本发明的“通知部”。
在进行了步骤S24后，对是否发出了动态图像摄影的结束指示进行判定(步骤S26)。在步骤S26为否定的情况下，返回步骤S20，重复进行被摄体跟踪处理以后的处理。另一方面，在步骤S26为肯定的情况下，通过控制部104的控制而使动态图像摄影结束(步骤S26)。然后，当通过对操作部110进行操作而发出了图像数据的发送指示时，将图像数据经由网络而发送至PWV计算装置200(步骤S28)，并结束全部的处理。
图17是表示在第一实施方式中由PWV计算装置200进行的处理的流程图。
如图17所示，PWV计算装置200取得从摄像装置100发送的图像数据(步骤S40)。将由PWV计算装置200取得的图像数据暂时存储于存储部204。
接下来，运算部212读出存储于存储部204的图像数据，并进行用于算出脉搏波传播速度的解析处理(步骤S42)。
并且，运算部212输出通过解析处理而得到的结果(脉搏数、脉搏传播速度、血压、动脉硬化状态及自主神经活动状态)(步骤S44)。
在此，对由运算部212进行的解析处理进行说明。图18是图像解析处理的流程图。
首先，脉搏波检测部216取得存储于存储部204的图像数据(步骤S50)。另外，脉搏波检测部216也可以从摄像装置100直接取得图像数据。
接下来，作为本发明的“脉搏波检测步骤”，脉搏波检测部216基于从摄像装置100输出的图像数据，分别对人体的不同的两个部位(第一及第二测定部位)即脸颊区域和手掌区域的像素值变化进行检测，从而取得各测定部位的脉搏波信号(脉搏波数据)(步骤S52、S54)。
接下来，作为本发明的“脉搏波传播速度计算步骤”，脉搏波传播速度计算部220根据各测定部位的脉搏波信号的时间差来算出脉搏波传播速度(步骤S56)。
接下来，作为本发明的“健康状态推定步骤”，健康状态推定部222基于由脉搏波传播速度计算部220算出的脉搏波传播速度，作为由摄像装置100拍摄的人体的健康状态，而对血压、动脉硬化状态及自主神经活动状态进行推定(步骤S58)。
例如如图19所示，这样求出的各种信息(脉搏波传播速度、血压、动脉硬化状态及自主神经活动状态)显示在PWV计算装置200的显示部206的画面上。由此，在设置了PWV计算装置200的医院等中，医师通过对显示于该显示部206的画面上的各种信息进行确认，从而不与由摄像装置100拍摄的利用者(患者等)直接会面，就能够容易地远程掌握利用者的健康状态。另外，由于能够在早期阶段掌握利用者的身体条件，因此能够将疾病防患于未然。另一方面，对于利用者来说，能够以简单的方法对健康状态进行测定，提高了利便性。另外，也可以如图20所示，脉搏波传播速度、血压、动脉硬化状态及自主神经活动状态显示在摄像装置100的显示部108的画面上。由此，摄像装置100的利用者能够日常性地掌握自己的健康状态。
如以上那样，根据本实施方式，基于通过单一的可见光相机以非接触状态对人体的不同的两个部位(第一及第二测定部位)同时拍摄的图像数据而求出脉搏波传播速度，因此一般利用者能够日常性地利用，并能够低成本且不受姿势等的影响地提高脉搏波传播速度的测定精度。另外，由于在各测定部位以非接触状态进行图像数据的摄像，因此与安装脉搏波传感器的情况不同，能够不受来自外部的压力的影响地稳定且高精度地求出脉搏波传播速度。
另外，本实施方式中，虽然在PWV计算装置200中进行脉搏波传播速度的算出处理、健康状态的推定处理，但是不限于此，也可以通过摄像装置100实施上述处理。由此，能够一边拍摄人体的不同的两个部位一边实时地算出脉搏波传播速度等，摄像装置100的利用者能够简单地掌握自己的健康状态。
(第二实施方式)
接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。以下，对与第一实施方式共通的部分省略说明，以本实施方式的特征部分为中心进行说明。
图21是表示第二实施方式的PWV计算装置200的运算部212的结构的框图。图21中，对与图8共通的结构要素附以相同的附图标记，并省略其说明。
在第二实施方式中，在运算部212中设有基准区域检测部234，为了在各帧图像中对照明光的光量或颜色的时间性的变化进行检测而对基准区域的像素值的时间性的变化(皮肤的颜色变化)进行检测。另外，基准区域检测部234是进行本发明的“光信息检测步骤”的处理部。以下，以照明光的光量时间性地变化的情况为一例进行说明，但是对于照明光的颜色时间性地变化的情况也相同。
基准区域是用于对照明光的光量的时间性的变化进行检测的区域。因此，需要是像素值不因脉动(血流)而变化且能够观测到与成为测定对象的人体的体表面相同的照明变动的部位。另外，作为基准区域，优选的是区域的波动较小，且一定程度宽阔的区域。根据上述内容，作为基准区域，优选的是皮肤以外的区域，例如可以想到衣服、眼镜、白眼珠、牙齿、基准卡片等。另外，上述中白眼珠更好，能够稳定且可靠地对照明光的明亮度、颜色的时间性的变化进行检测，而不受利用者的状态左右。另外，基准区域中的各像素的像素值与上述测定部位相同地包含各种噪声成分，因此优选的是实施基于各种滤波器(移动平均滤波器、中值滤波器、空间频率滤波器)的滤波处理、偏离值处理，由此，能够不受噪声的影响地检测出照明光的光量的时间性的变化。
将基准区域检测部234的检测结果(即基准区域的像素值变化)输出至脉搏波检测部216。
作为本发明的“校正步骤”，脉搏波检测部216基于由基准区域检测部234检测出的基准区域的像素值变化，对各测定部位的像素值进行校正。具体来说，各测定部位的像素值与照明光的光量变动成正比地变化，因此能够对各测定部位的像素值(测量值)除以光量的变动量的比例来进行校正。
例如如图22所示，将基准区域的基准像素值(例如时间平均像素值)设为A，将光量变动时的基准区域的像素值设为B，另外，将此时的测定部位(第一或第二测定部位)的像素值设为C时，测定部位的校正像素值X能够由下式(3)求出。
X＝A×C/B…(3)
作为本发明的“脉搏波检测步骤”，脉搏波检测部216替代校正前的像素值C而使用校正像素值X来进行脉搏波的检测。由此，能够不受照明光的光量或颜色的时间性的变化的影响地稳定且可靠地对脉搏波进行检测，由此能够高精度地算出脉搏波传播速度。
以上，对本发明的脉搏波传播速度的测定方法、测定系统及摄像装置详细地进行了说明，但是本发明不限于以上的例子，在不脱离本发明的要旨的范围中，当然也可以进行各种改良、变形。
附图标记说明
100…摄像装置，102…摄像部，104…控制部，106…存储部，108…显示部，110…操作部，112…通信部，116…被摄体检测部，118…跟踪处理部，119…摄影支援部，120…人体区域检测部，122…脸区域检测部，124…手区域检测部，126…脸颊区域检测部，128…额头区域检测部，130…手掌区域检测部，132…手指区域检测部，140…脸引导框，142…手引导框，144…通知消息，150…被摄体框，152…被摄体框，154…跟踪框，156…跟踪框，200…脉搏波传播速度计算装置(PWV计算装置)，204…存储部，206…显示部，208…操作部，210…控制部，212…运算部，216…脉搏波检测部，218…脉搏检测部，220…脉搏波传播速度计算部(PWV计算部)，222…健康状态推定部，224…输出部，226…区域检测部，227…区域追踪部，228…血压推定部，230…动脉硬化状态推定部，232…自主神经活动状态推定部，234…基准区域检测部。

Claims (16)

1.一种脉搏波传播速度的测定方法，具备：
摄像步骤，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；
脉搏波检测步骤，基于所述图像数据中的所述人体的不同的部位的时间性的像素值变化，分别检测所述人体的不同的部位的脉搏波；及
脉搏波传播速度计算步骤，基于所述人体的不同的部位的脉搏波的时间差，算出所述人体的脉搏波传播速度。
2.根据权利要求1所述的脉搏波传播速度的测定方法，其中，
还具备被摄体检测步骤，从由所述摄像步骤拍摄的图像中检测所述人体的不同的部位。
3.根据权利要求2所述的脉搏波传播速度的测定方法，其中，
还具备通知步骤，在无法通过所述被摄体检测步骤从所述图像中检测出所述人体的不同的部位的情况下，通知再次拍摄所述人体的不同的部位。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的脉搏波传播速度的测定方法，其中，
包括跟踪处理步骤，在构成所述图像数据的多个图像中，在第一图像中将所述人体的不同的部位所存在的区域设定为跟踪区域，并从所述跟踪区域的图像中提取特征量，在时间序列上后续于所述第一图像的第二图像中，检测与所述特征量的类似度最高的图像区域作为所述人体的不同的部位存在的区域，由此进行所述人体的不同的部位的跟踪处理。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的脉搏波传播速度的测定方法，其中，
所述人体的不同的部位是脸和手。
6.一种脉搏波传播速度的测定方法，具备：
摄像步骤，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；
光信息检测步骤，基于所述图像数据中的所述人体的不同的部位以外的基准区域的时间性的像素值变化，检测照射到所述人体的不同的部位的照明光的光量或颜色中的至少一方的时间性的变化信息；
校正步骤，基于在所述光信息检测步骤中检测出的变化信息，对所述图像数据进行校正以消除所述照明光的光量或颜色的时间性的变化所带来的影响；
脉搏波检测步骤，基于由所述校正步骤校正后的所述图像数据中的所述人体的不同的部位的时间性的像素值变化，分别检测所述人体的不同的部位的脉搏波；及
脉搏波传播速度计算步骤，基于所述人体的不同的部位的脉搏波的时间差，算出所述人体的脉搏波传播速度。
7.根据权利要求6所述的脉搏波传播速度的测定方法，其中，
所述基准区域是所述人体的皮肤以外的区域。
8.根据权利要求7所述的脉搏波传播速度的测定方法，其中，
所述基准区域是所述人体的白眼珠。
9.一种脉搏波传播速度的测定方法，具备：
摄像步骤，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；
插值步骤，生成对所述图像数据中的所述人体的不同的部位的时间性的像素值变化进行时间性地插值所得的插值数据；
脉搏波检测步骤，基于所述插值数据，分别检测所述人体的不同的部位的脉搏波；及
脉搏波传播速度计算步骤，基于所述人体的不同的部位的脉搏波的时间差，算出所述人体的脉搏波传播速度。
10.根据权利要求9所述的脉搏波传播速度的测定方法，其中，
所述插值步骤中，从预先准备的多个波形模型中选择与所述人体的不同的部位的时间性的像素值变化最为拟合的波形模型，并基于所选择的所述波形模型而生成所述插值数据。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的脉搏波传播速度的测定方法，其中，
还具备健康状态推定步骤，基于由所述脉搏波传播速度计算步骤算出的所述脉搏波传播速度，对血压、动脉硬化状态或自主神经的活动状态进行推定。
12.一种脉搏波传播速度的测定系统，具备：
摄像部，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；
脉搏波检测部，基于所述图像数据中的所述人体的不同的部位的时间性的像素值变化，分别检测所述人体的不同的部位的脉搏波；及
脉搏波传播速度计算部，基于所述人体的不同部位的脉搏波的时间差，算出所述人体的脉搏波传播速度。
13.一种摄像装置，具备：
摄像部，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；及
跟踪处理部，在构成所述图像数据的多个图像中，在第一图像中将所述人体的不同的部位所存在的区域设定为跟踪区域，并从所述跟踪区域的图像中提取特征量，在时间序列上后续于所述第一图像的第二图像中，检测与所述特征量的类似度最高的图像区域作为所述人体的不同的部位存在的区域，由此进行所述人体的不同的部位的跟踪处理。
14.根据权利要求13所述的摄像装置，其中，
还具备：
被摄体检测部，从由所述摄像部拍摄的图像中检测所述人体的不同的部位；及
通知部，在无法通过所述被摄体检测部从所述图像中检测出所述人体的不同的部位的情况下，所述通知部通知再次拍摄所述人体的不同的部位。
15.一种摄像装置，具备：
摄像部，通过单一的可见光相机以非接触状态同时拍摄人体的不同的部位，而生成在时间序列上连续的图像数据；及
引导框显示部，在显示由所述摄像部拍摄的图像的画面上显示与所述人体的不同的部位对应的摄影引导框。
16.根据权利要求15所述的摄像装置，其中，
还具备用户能够设定所述人体的不同的部位的操作部。
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