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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Lebensmittelaufnahme unter Berücksichtigung des Essverhaltens.
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Ernährungs-Apps sind weit verbreitet und hinreichend bekannt. Sie verzeichnen ein reges Interesse bei gesundheitsbewussten Nutzern. Sie funktionieren in der Regel wie ein Ernährungstagebuch, in das der Nutzer täglich einträgt oder einscannt, was er an Kalorien zu sich nimmt und/oder wie viele Kalorien er durch Bewegung verbraucht. Nachteilig an all diesen Systemen ist die manuelle Eingabe von Daten.
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Aus der
US 9,230,194 B2 der Google Inc. ist es bereits bekannt, das Essen zu fotografieren und über eine App zu erfahren wie viele Kalorien auf dem Teller sind. Hierbei erfasst die App die Tiefe der Pixel auf dem Foto und vergleicht das Essen mit bereits vorhandenen Fotos. Über einen entsprechenden Algorithmus wird errechnet, wie groß die Portion auf dem Foto und damit auf dem Teller ist. Nicht berücksichtigt bei diesem Verfahren wird allerdings eine Überprüfung wie viel Nahrung von dem Teller der Nutzer tatsächlich zu sich nimmt.
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Aus der
US 20130044042 A1 der Google Inc. ist eine Brille bekannt, die dem Träger den erweiterten Funktionsumfang eines Miniaturcomputers bietet. Die Bedienung erfolgt per Stimme, Kopfbewegung oder durch Berührung des Touchpads am rechten Bügel. Die Brille ist auch unter dem Markennamen Google Glass bekannt.
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Aus der
US 2010/0173269 A1 ist ein System bekannt mit dem das Essen auf einem Teller erkannt wird und das Volumen eines jeden Nahrungsmittels auf dem Teller bestimmt wird. Hierzu wird eine Vielzahl von Bildern von dem Teller mit der zu bestimmenden Nahrung gemacht und über 3D Rekonstruktion das Volumen der entsprechenden Nahrung bestimmt.
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Aus der
US 2011/0182477 A1 ist es bekannt die Auswertung verschiedener Aufnahmen aus unterschiedlichen Positionen dazu zu benutzen das Volumen eines Lebensmittels zu bestimmen.
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Aus der
US 2015/0132722 A1 ist es bekannt, die von einem Nutzer tatsächlich aufgenommene Nahrung dadurch zu ermitteln, dass über die Anzahl und die Zeitdauer des Kauens zusammen mit einer Schätzung des Volumens eines jeden Bissens, die Nahrungsmenge bestimmt wird.
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Aus der
DE 10 2004 040 308 A1 ist ein Verfahren und ein System zur automatischen individuellen Ernährungsberatung bekannt, bei dem eine individuelle Information darüber geliefert wird, ob ein bestimmtes Lebensmittel nach ernährungswissenschaftlichen Grundsätzen mit einem Benutzerprofil in Einklang steht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen zum einen die tatsächlich durch den Nutzer aufgenommene Nahrung ermittelt wird und zum anderen das Essverhalten des Nutzers ermittelt wird. Diese Daten dienen in weiteren Schritten als Grundlage für die Ermittlung der tatsächlich aufgenommenen Kalorien, Vitamine, Mineralstoffe usw., zum Abgleich der Daten mit hinterlegen nutzerspezifischen Gesundheitsdaten, um als Ergebnis dem Nutzer spezifischen Hinweise und Vorschläge zur weiteren Ernährung und zum Essverhalten zu liefern.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7.
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Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen darin, dass nicht nur eine ungefähre Nahrungsaufnahme geschätzt wird, sondern diese über eine sehr genaue Gewichtsbestimmung der Lebensmittel ermittelt wird. Des weiteren wird das Essverhaltens des Nutzers bestimmt über das Gewicht der jeweiligen Bissen und Kauzeiten für die Bissen. Anhand dieser Daten kann man den Essrhythmus bestimmen und so leichter Dysfunktionen bei der Nahrungsaufnahme ermitteln. Diese geben Aufschluss darüber ob z. B. eine beginnende Essstörung diagnostiziert werden kann oder Dysfunktionen wie zu schnelles Essen (Schlingen) oder zu langsames Essen (der Nutzer kommt nicht auf seine benötigten Kalorien weil die Sättigung einsetzt) vorliegen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Lebensmittelaufnahme beispielhaft mit den nachfolgenden Verfahrensschritten. Zunächst wird die Person identifiziert, die die Nahrung aufnehmen will. In einem nächsten Schritt wird über die gespeicherten Daten in einem Datenbankspeicher das für die die erkannte Person gespeicherten Gesundheits- und/oder Ernährungsprofils ermittelt. Danach erfolgt die Erkennung und Bestimmung, eines oder mehrerer auf einer Unterlage befindlichen Lebensmittel mittels Datenbankabgleich über eine entsprechende Vorrichtung. In einem nächsten Schritt erfolgt die Ermittlung des Gewichtes des oder der auf der Unterlage befindlichen Lebensmittel. Danach erfolgt die Bestimmung des Gewichtes eines jeden Bissens der in den Mund genommen wird. Anschließend wird die Zeit bis zum nächsten Bissen der in den Mund genommen wird bestimmt und/oder Bestimmung die Zeit, die der Bissen im Mund verbleibt. Nun erfolgt die Bestimmung der Gesamtzeit der Nahrungsaufnahme. Schließlich werden die ermittelten Daten auf einem Datenspeicher abgespeichert. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass nicht nur die aufgenommenen Lebensmittel, ohne große Recherchen durch den Nutzer, ermittelt und gespeichert werden, sondern das zusätzlich die tatsächlich aufgenommene Nahrung genau bestimmt und weiterhin das Essverhalten des Nutzers über Größe der Bissen und Zeitdauer des Kauens bestimmt wird, da gerade auch das Kauverhalten für die Ernährung von wesentlicher Bedeutung ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Erkennung des Lebensmittels über Farberkennung und/oder die Erkennung der Oberflächenstruktur.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Ermittlung des Gewichtes des Lebensmittels über einen Algorithmus, der anhand von Pixelerkennung ein Volumen des Lebensmittels und durch Abgleich mit gespeicherter Daten in internen oder externen Datenbanken das Gewicht des Lebensmittels bestimmt. Hierdurch werden manuelle Eingaben des Nutzers hinsichtlich der aufgenommenen Nahrung weitestgehend überflüssig.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Gewicht des Lebensmittels mittels einer Gewichtserkennungsvorrichtung bestimmt. Durch einen zusätzlichen Datenbankabgleich können dann die aufgenommen Kalorien, Vitamine, Mineralstoffe ermittelt und gespeichert werden.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform werden dann die gespeicherten Daten mit dem gespeicherten Gesundheits- und/oder Ernährungsprofil, insbesondere speziellen Wünschen hinsichtlich Makro- und/oder Mikronährstoffen abgeglichen und das Ergebnis ausgewertet und angezeigt wird, wobei die Ergebnisanzeige auch Verbesserungsvorschläge für künftige Nahrungsaufnahmen beinhalten kann.
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Eine beispielhafte vorteilhafte Vorrichtung zur Bestimmung der Lebensmittelaufnahme gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens eine Kamera mit mindestens einem internen und/oder externen Datenspeicher, insbesondere eine Handykamera, zur Aufnahme von Farbe und Volumen des zu bestimmenden Lebensmittels, wobei die Kamera mit mindestens einer Lebensmittel- und/oder Rezeptdatenbank verbunden ist. Hierbei befinden sich die zu bestimmenden Lebensmittel auf einer Unterlage, insbesondere einem Teller, der mit mindestens einer Gewichtsbestimmungsvorrichtung und Zeitmesseinrichtung verbunden ist.
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Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung zusätzlich ein Besteck zur Nahrungsaufnahme insbesondere in Form einer Gabel oder eines Löffels auf, welches eine Gewichtsbestimmungseinrichtung aufweist, die mit dem Datenspeicher verbunden ist. Weiterhin weist die Vorrichtung zusätzlich ein Display und eine Bedieneinrichtung und/oder eine Spracherkennungseinrichtung zur Eingabe von Befehlen und Daten auf. Hierdurch ist es möglich sowohl automatische Erkennungen und Bestimmungen durchzuführen, als auch die Daten durch manuelle Eingaben über Sprache oder Bedienfeld zu ergänzen.
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Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Verfahrensflussdiagramm mit beispielhaften Schritten zur Erkennung
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von Nahrung und Nahrungsaufnahme gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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2 eine beispielhafte Hardwarearchitektur eines Nahrungserkennungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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3 weitere beispielhafte Elemente der Hardwarearchitektur zur Ermittlung von Gewichts- und Zeitdaten gemäß der vorliegenden Erfindung
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In 1 ist ein Verfahrensflussdiagramm mit beispielhaften Verfahrensschritten zur Erkennung sowohl von Nahrung als auch der tatsächlichen Nahrungsaufnahme gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt a wird zunächst die Person ermittelt, für die eine neue Nahrungsaufnahme erkannt und gespeichert werden soll. Hierzu werden in eine entsprechende Erfassungsvorrichtung 180 entweder manuell oder automatisch beispielsweise über Bilderkennung die personenspezifischen Daten eingespeist. Wie aus der 2, welche eine beispielhafte Hardwarearchitektur eines Nahrungserkennungssystems gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, erkennbar, kann die Erfassungsvorrichtung 180 hierbei beispielsweise ein Computer in Form eines Laptops oder eines Desktopcomputers 110 sein, die jeweils mit einer Bilderfssungseinrichtung 111, einem Bedienfeld 112, einer Spracheingabevorrichtung 113, einem Display 114, sowie der notwendigen, nicht näher dargestellten Software und dem notwendigen Speicher ausgestattet sind. Die Software kann hierbei auch in Form einer App vorhanden sein. Der Speicher kann sowohl ein interner, wie auch ein externer Speicher sein. Als weitere Beispiele für die Erfassungsvorrichtung 180 bieten sich sowohl ein Smartphone 150, als auch eine unter dem Markennamen Goggle Glass bekannte Brille 160 an, die ebenfalls mindestens über die Elemente 111, 112, 113 und 114, sowie interne und externe Speicher vertilgen. Auch weitere, hier nicht näher aufgeführte Erfassungsgeräte sind möglich.
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Wie aus 1 zu sehen, folgt nun in einem weiteren Verfahrensschritt b die Ermittlung des für die erkannte Person gespeicherten Gesundheits-/bzw. Ernährungsprofils. Hierzu gehören beispielsweise Daten zu möglichen Allergien (insbesondere bezüglich Gluten und Laktose usw.), weiterhin zu Makro- und Mikroernährung, Diabetes, Histamin Intoleranz, Gicht, sowie allgemein eine mögliche Health-Anamnese und die verwendeten Medikamente. Anhand dieser Daten können speziell auf die Nutzer angepasste Ernährungsprofile erstellt werden und Vorschläge in Bezug auf die Mikroernährung gemacht werden (so würde beispielsweise bei einer Histamin Intoleranz der Nutzer vor dem Verzehr von histaminreichen Lebensmitteln wie z. B. lange gereiften Käse oder Hartkäse wie Emmentaler oder Austern usw. gewarnt werden. Demgegenüber würde der Nutzer Empfehlungen in der Mikroernährung zur Erhöhung der Vitamin B6- und Vitamin C-Aufnahme und der diesbezüglich zu empfehlenden Lebensmittel erhalten. Hierdurch würde eine eventuell verminderte Diaminoxydase (DAO) normalisiert bzw. gesteigert werden und so ein Histaminabbau im Körper gefördert.) Diese Daten, sowie die zugehörigen bereits ermittelten und gespeicherten Daten aus zurückliegenden Nahrungsaufnahmen sind personenbezogen in einem internen oder externen Datenspeicher hinterlegt und über die Erfassungsvorrichtung 180 zugänglich.
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Nun erfolgt im Verfahrensschritt c die Erkennung und Bestimmung eines oder mehrerer Lebensmittel 310, die die Person beabsichtigt zu sich zu nehmen. Die Lebensmittel befinden sich, wie in 3 dargestellt auf einer Unterlage 300 beispielsweise einem Teller. Die Ermittlung und Bestimmung der auf der Unterlage befindlichen Lebensmittel 310 erfolgt nun mit Hilfe der in 2 dargestellten beispielhaften Vorrichtung 100. Die Erkennung und Bestimmung kann zum einen manuell über die Eingabehilfen 112 und/oder 113 erfolgen, oder automatisiert über die Kamera 111 der Erfassungsvorrichtungen 180, die über Datenleitungen 170 (beispielsweise Kabel, USB, LAN, WLAN, Bluetooth oder Zellennetzwerken usw.) mit dem Internet 200 oder anderen internen und externen Speichern (Clouds) verbunden sind und somit Zugang zu umfangreichen Datenbanken, wie beispielsweise Ernährungsdatenbanken, Rezeptdatenbanken, Lebensmitteldatenbanken usw. und den dort gespeicherten Ernährungsdaten sowie Bildern der unterschiedlichsten Lebensmittel haben. Selbsverständlich können diese Daten auch teilweise auf den internen Speichern der Erfassungsgeräte vorhanden sein. Mithilfe der Kamera 111 der Erfassungsvorrichtungen 180 werden nun Bilder aus verschiedenen Perspektiven von dem zu erkennenden und bestimmenden Lebensmittel 310 gemacht. Diese Bildern werden nun mit Bildern aus den verschiedenen Datenbanken abgeglichen und so das Lebensmittel 310 bestimmt. Der Abgleich und die Bestimmung erfolgt hierbei beispielsweise über Farberkennung und/oder die Erkennung der Oberflächenstruktur. Mit jeden richtig erkannten Lebensmittel oder durch den Nutzer korrigierten Lebensmittel wird die Erkennungsrate immer weiter verbessert durch Deep Learning Algorhytmen und künstliche Neurale Netzwerke. Dadurch werden Ungenauigkeiten mit jeder Benutzung verringert.
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Im Verfahrensschritt d erfolgt nun die Bestimmung des Gewichtes des oder der identifizierten, auf der Unterlage 300 befindlichen Lebensmittel 310. Dies geschieht mit Hilfe den in 3 dargestellten weiteren beispielhaften Elementen der Hardwarearchitektur zur Ermittlung von Gewichts- und Zeitdaten gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Unterlage 300 also beispielsweise der Teller mit den Lebensmitteln 310 befindet sich auf einer Gewichtsbestimmungsvorrichtung 320. Hierbei kann es sich um eine handelsübliche Haushaltswaage, eine Matte mit Gewichtssensoren oder sonstigen bekannten Gewichtsbestimmungsvorrichtungen handeln. Natürlich können sich die Gewichtssensoren auch in der Unterlage 300 selbst befinden. Je nach Ausführungsform der Gewichtsbestimmungsvorrichtung 320 kann diese weitere Elemente, wie beispielsweise ein eine Gewichtsanzeige 330, ein Bedienfeld 340 und eine Zeitanzeigevorrichtung 350 aufweisen. Über das Bedienfeld 340 kann weiterhin eine Zeitmesseinrichtung innerhalb oder außerhalb der Gewichtsbestimmungsvorrichtung 320 in Gang gesetzt werden. Die Gewichtsbestimmungsvorrichtung 320 ist zum Austausch der Daten mit der Erfssungsvorrichtung 180 über eine entsprechende Datenleitung 170 verbunden. Wenn sich mehrere Lebensmittel auf der Unterlage 300 befinden sollen, so kann die Gewichtsbestimmungsvorrichtung 320 beim Befüllen der Unterlage 300, nach jeden Lebensmittel 310 wieder auf Null gestellt werden, damit die Gewichte der unterschiedlichen Lebensmittel 310 erfasst werden. Alternativ kann zur Gewichtsbestimmung der Lebensmittel 310 auch ein entsprechendes Besteck in Form einer Gabel 321 bzw. eines Löffels 322 verwendet werden. Die Gabel 321 bzw. der Löffel 322 sind in diesem Fall mit entsprechenden Gewichtssensoren 323 und vorteilhafterweise weiterhin mit Bewegungssensoren 324 ausgestattet. Das Besteck ist zum Austausch der ermittelten Daten dann ebenfalls mit der Erfassungsvorrichtung 180 über eine entsprechende Datenleitung 170 verbunden. Die Erfassung der unterschiedlichen Lebensmittel erfolgt hierbei beispielsweise über die Kamera 111 der Erfassungsvorrichtung 100. Alternativ erfolgt die Ermittlung des Gewichts des Lebensmittels über einen Algorithmus, der anhand von Pixelerkennung der Bilder aus den verschiedenen Perspektiven ein Volumen des Lebensmittels ermittelt. Natürlich kann das Gewicht auch manuell eingegeben werden.
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Im Verfahrensschritt e wird nun das Gewicht eines jeden Bissens, der in den Mund genommen wird bestimmt. Auch hierbei gibt es wieder verschiedene Möglichkeiten. Die Art des Lebensmittels 310 wird vorteilhafterweise über die Kamera 111 erfasst. Die Gewichtsbestimmung erfolgt entweder über eine Gewichtsdifferenzmessung mittels der Gewichtsbestimmungsvorrichtung 320 oder mittels Gewichtsbestimmung über das Besteck in Form der Gabel 321 bzw. dem Löffel 322. Über die Bewegungssensoren 324 kann die Bewegung erfasst werden.
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In einem Verfahrensschritt f erfolgt nun Bestimmung der Zeit bis zum nächsten Bissen der in den Mund genommen wird und/oder Bestimmung der Zeit, die der Bissen im Mund verbleibt. Diese Zeitbestimmung erfolgt beispielsweise wieder mittels der Kamera 111 oder mittels Gewichtsdifferenzmessung mit der Gewichtsbestimmungsvorrichtung 320 und einer entsprechenden Zeitmesseinrichtung 351 oder mittels der Bewegungssensoren 324 im Besteck. Natürlich sind wie bei jedem anderem vorhergehenden oder nachfolgenden Verfahrensschritt auch manuelle Dateneingaben oder die Bestimmung mittels sonstiger bekannter Elemente möglich.
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Die Verfahrensschritte e und f werden nun wiederholt, bis die Nahrungsaufnahme beendet ist. Dies wird dadurch bestimmt, dass sich entweder kein Lebensmittel 310 mehr auf der Unterlage befindet, was beispielsweise über die Kamera 111 ermittelt oder sich das Gewicht Null auf der Gewichtsbestimmungsvorrichtung 320 ergibt.
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Im Verfahrensschritt g wird dann die Gesamtzeit für die Nahrungsaufnahme ermittelt. Alle Daten werden entweder nach jedem Verfahrensschritt an die Erfassungsvorrichtung 180 übertragen und von dieser in einem internen oder externen Speicher gespeichert, und/oder am Ende der Nahrungsaufnahme in einem Verfahrensschritt h.
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Die Erfindung zeigt somit Lösungen zur automatisierten Datenerfassung bei der Nahrungsaufnahme. Hierbei werden jedoch nicht nur die zu sich genommenen Lebensmittel automatisch erfasst, sondern auch das Essverhalten. Durch den Abgleich mit einem personenbezogenen Profil können nun Vorschläge zur Ernährungskorrektur und/oder -ergänzung gemacht werden. Dies erfolgt vorteilhafterweise über eine App in direkter Kommunikation mit dem Nutzer.
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Aus all diesen Darstellungen zeigt sich die extrem einfache automatische Erkennung der tatsächlich aufgenommenen Nahrung und die universelle Verwendbarkeit und die Vielfalt bei der medizinischen Ernährungsberatung. Die einzelnen beschriebenen unterschiedlichen Hardwareelemente die an dieser Stelle beispielhaft beschrieben wurden sind nicht alle abschließend aufgeführt worden. Es sind weiter Elemente bekannt und denkbar, die im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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Bezugszeichenliste
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- a ... h
- Verfahrensschritte
- 100
- Vorrichtung zur Bestimmung der Lebensmittelmitnahme
- 110
- Computer
- 111
- Kamera
- 112
- Bedienfeld
- 113
- Mikrofon
- 114
- Display
- 150
- Smartphone
- 160
- Google Glass
- 170
- Datenleitung
- 180
- Erfassungsvorrichtung
- 200
- Internet
- 300
- Unterlage
- 310
- Lebensmittel
- 320
- Gewichtsbestimmungsvorrichtung
- 321
- Gabel
- 322
- Löffel
- 323
- Gewichtssensor
- 324
- Bewegungssensor
- 330
- Gewichtsanzeige
- 340
- Bedienfeld
- 350
- Zeitanzeige
- 351
- Zeitmesseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 9230194 B2 [0003]
- US 20130044042 A1 [0004]
- US 2010/0173269 A1 [0005]
- US 2011/0182477 A1 [0006]
- US 2015/0132722 A1 [0007]
- DE 102004040308 A1 [0008]
