JP2002345783A

JP2002345783A - 足跡分析装置

Info

Publication number: JP2002345783A
Application number: JP2001152196A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Nishibe; 邦彦西部; Satoru Sugitani; 悟杉谷; Naoki Suganuma; 直樹菅沼
Original assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Current assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】歩行訓練のデータを記録して、訓練状況を定
量的に把握し、過去のデータとの比較により訓練データ
を診断装置に応用することができる足跡分析装置を提供
すること。【解決手段】歩行画像を取り込む複数の画像取り込み
装置２ａ、２ｂと、この画像取り込み装置２ａ、２ｂの
画像を演算処理する画像演算装置３と、この画像演算装
置３の演算結果を表示する表示装置４と、演算結果を記
憶する記憶装置とを備え、画像演算装置３が、取り込ま
れた複数の画像のそれぞれにおいて足の影が略同一形状
になるように画像変換を行うとともに、それぞれの画像
変換結果の差分画像を取ることにより足の影１０ｂ、１
１ｂを抹消する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高齢者や足腰の不
自由な人、足腰などの手術後のリハビリ患者などの使用
に適した足跡分析装置に関し、特に、訓練のデータを記
録することができる足跡分析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】足跡分析装置は、高齢者や足腰の不自由
な人、手術後の患者等のリハビリにおいて使用される。
従来の足跡分析装置は、歩行後に足又は靴などに付けた
粉の位置から足跡位置の解析を行ったり、床全面に張り
巡らせた歩行位置検出センサを用いて、歩行後に解析し
たり、足に赤外線を反射するマーカーを取り付け、赤外
線カメラでその歩行挙動を解析するとともに床に設けた
足の力を検出する床反力計によりその足跡位置を分析す
るものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の足跡分析装置においては、足の裏に粉を付けたり、
足にマーカーを付けたりするわずらわしさがあったり、
床全面に張り巡らせた歩行位置検出センサは価格が高か
ったり、赤外線カメラによるマーカーの挙動解析は床反
力計と同時に用いるため価格が高かったりすることか
ら、実質的には普及率が低いという現状がある。したが
って、歩行訓練を実施しても、歩行挙動に関する定量的
な訓練データの把握が困難となり、これにより、医者や
理学療法士において、訓練状況の定量的な把握がしにく
い問題点があった。

【０００４】本発明は、上記従来の足跡分析装置が有す
る問題点に鑑み、歩行訓練のデータを記録して、訓練状
況を定量的に把握し、過去のデータとの比較により訓練
データを診断装置に応用することができる足跡分析装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の足跡分析装置は、歩行画像を取り込む複数
の画像取り込み装置と、該画像取り込み装置の画像を演
算処理する画像演算装置と、該画像演算装置の演算結果
を表示する表示装置と、該演算結果を記憶する記憶装置
とを備え、前記画像演算装置が、取り込まれた複数の画
像のそれぞれにおいて足の影が略同一形状になるように
画像変換を行うとともに、それぞれの画像変換結果の差
分画像を取ることにより前記足の影を抹消することを特
徴とする。

【０００６】この足跡分析装置は、画像演算装置が、取
り込まれた複数の画像のそれぞれにおいて足の影が略同
一形状になるように画像変換を行うとともに、それぞれ
の画像変換結果の差分画像を取ることにより前記足の影
を抹消することから、歩行者の影の影響を除いて足の位
置を明確に識別することができ、これにより、歩行訓練
者の挙動を確実に捉えて足跡分析を正確に行うことがで
きる。

【０００７】この場合において、歩行面上に識別部材を
設け、前記画像演算装置が、複数の画像取り込み装置が
取り込んだ画像のそれぞれにおいて該識別部材の位置又
は形状が略一致するように画像変換を行うことができ
る。

【０００８】これにより、容易に足の影が略同一形状に
なるように画像変換を行うことができる。

【０００９】また、画像演算装置が、前記差分画像の変
化する動画像又は変化しない静止画像から各足の床面接
触位置を演算することができる。

【００１０】これにより、歩行者の影の影響を除いて、
各足の床面接触位置を正確に演算することができる。

【００１１】また、前記画像演算装置が、歩行者の歩行
速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前後
の間隔、及び／又は左右のふらつきを演算することがで
きる。

【００１２】これにより、歩行訓練者は、自らの歩行姿
勢、すなわち足や膝の傾き、場合によっては腰の左右の
傾きやバランスなどを自らの目で視認しながら歩行をす
ることができる。

【００１３】さらに、前記記憶装置が、歩行者記号、歩
行速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前
後の間隔、及び／又は左右のふらつきの演算結果、また
は統計演算処理結果を測定毎に記憶し、前記画像演算装
置が、測定毎のデータの比較演算を行うことができる。

【００１４】これにより、過去のデータとの比較などに
より、訓練の進歩状況や回復度などを定量的に把握する
ことができ、上記データとともに有効に活用することに
より、医者や理学療法士は患者の歩行訓練を有効に進め
ることが可能となり、短期間の歩行訓練を実現すること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の足跡分析装置の実
施の形態を図面に基づいて説明する。

【００１６】図１に、本発明の足跡分析装置の一実施例
を示す。図において、１は歩行者、１０は右足、１１は
左足を示し、左右の足１０、１１は両足先１０ａ、１１
ａとも着地している。この場合、周囲の光環境は図示し
ていないが、例えば、天井の蛍光灯などの影響により、
歩行者の右足１０からは影１０ｂが、左足１１からは影
１１ｂがそれぞれ歩行床面５の上に生じる。

【００１７】一方、２はビデオカメラなどの画像取り込
み装置で２ａ、２ｂと複数台設置し、歩行者１の歩行挙
動や床面５、中央線６などを取り込み、パソコンなどの
画像処理装置３に電送し、内蔵する画像演算装置により
歩行足跡の分析を行い、内蔵する記憶装置に処理結果を
記憶し、表示装置４に結果を表示する。２台の画像取り
込み装置２ａ、２ｂは、歩行訓練者の前面側で、略同一
高さで水平方向の位置を違えて配設されており、斜め上
方から角度の異なる画像をそれぞれ撮影するように設置
されている。

【００１８】歩行の正確さや、回復度合い、リハビリテ
ーションの効果などの評価を受ける歩行者１は、できる
だけ歩行床面５上の中央線６に沿って、画像取り込み装
置２ａ、２ｂの中央に向かって歩行する。このとき、画
像取り込み装置２は歩行者１の挙動を取り込み、その画
像信号を画像処理装置３に電送する。この画像信号は、
例えば図２のようになる。ここで、図２（ａ）はカメラ
２ａ、図２（ｂ）はカメラ２ｂからの画像信号であり、
いずれの画面においても少なくとも歩行者１の右足１
０、左足１１は必ず画面内に存在する。

【００１９】この場合、通常の照明下では、歩行面５上
に影１０ｂ、１１ｂが現れ、これらの影１０ｂ、１１ｂ
も右足１０、左足１１と同時に画面内に存在することに
なる。したがって、このままで足位置を演算しようとし
ても、従来の足跡分析装置では、足位置と影との区別が
付かなかった。

【００２０】しかしながら、本実施例の場合は歩行床面
５の形状は長方形であり、この歩行床面５を識別部材と
して、画像内において歩行者と十分区別して認識するこ
とは可能である。すなわち、図３に示すように、画像処
理装置３により、歩行床面５が長方形となるように、各
画像取り込み装置２ａ、２ｂが取り込んだ画像を平面視
の状態に画像変換を行う。この場合、図３（ａ）は図２
（ａ）を、図３（ｂ）は図２（ｂ）をそれぞれ画像変換
したものとして示している。したがって、歩行床面５の
奥の部分は左右に拡大した画像となり、また、歩行者１
は、図３（ａ）においては右側に、図３（ｂ）において
は左側に傾いた形となるが、歩行床面５上の物体、すな
わち右足先１０ａ、左足先１１ａ、及び影１０ｂ、１１
ｂはいずれの画像においても同位置となり、一方右足１
０、足１１など歩行床面５上から離れた立体状の物体は
両者の画像において別の位置となる。

【００２１】したがって、両者の画像を重ね合わせ、そ
の差分を取ると、図４の破線で示すように、歩行床面５
を含む歩行床面５上の物体、すなわち右足先１０ａ、左
足先１１ａ、及び影１０ｂ、１１ｂは抹消され画面上に
は現れない。これに対し、右足１０、足１１などの歩行
床面５上にない立体状の物体のみが画面上に残ることと
なり、これにより、歩行面５上の立体状の物体のみを他
と区別して認識することが可能となる。

【００２２】このように、移動体としての歩行者１の存
在は容易に把握でき、また、画面の下側から順次走査す
ることにより、足１０、１１（厳密には足首）位置の存
在を容易に把握することができる。また、歩行を行え
ば、必ず左足、右足と交互に足位置が画面の下方向に移
動することや、片足が移動中は反対側の足位置は停止し
ていること、足位置は一般には画面において、歩行者の
最下側に位置すること、画面を左右に分割した場合に右
足１０は画面の左側に位置すること、左足１１は画面の
右側に位置すること等の条件から右足１０と左足１１と
を容易に区別してその挙動を把握することができる。

【００２３】また、両足が同時に移動することはなく、
片足が動き始めたときには反対側の足は必ず止まってい
ることから、止まっている足位置を演算することができ
る。さらに、動画像（動いている足）と静止画像（止ま
っている足）との違いは、前画面と次画面とを常時比較
演算することにより簡単に区別することができる。ただ
し、片足が固定していても、足首などは微妙に動くの
で、このような微少運動は無視し、事前に定めた一定位
置以上に大きく動く場合を動画像と決めることができ
る。

【００２４】また、画像処理装置３において、画面の奥
から手前（上から下）にかけての位置をＸ座標、左から
右方向をＹ座標と定義すると、その各足位置が、画面の
どの位置に存在するかを見ることにより、床面５におけ
る各足位置のＸ座標、Ｙ座標を容易に知ることができ
る。

【００２５】一方、歩行者の各足の位置とその時間変化
から演算した足位置をＸ−Ｙ平面上にプロットすると、
例えば図５のようになる。図において、３０、３２、３
４は右足の、３１、３３、３５は左足の足跡を示してい
る。ここで必要とする歩行の演算内容には左右の足幅４
０、左足のステップ幅４１、右足のステップ幅４２、ス
トライド４３、図示しないが、歩行速度などがある。な
お、左足のステップ幅４１、右足のステップ幅４２を加
算したものがストライド４３となる。これらの演算結
果、得られた足幅４０、左足のステップ幅４１、右足の
ステップ幅４２、ストライド４３、歩行速度などは瞬時
値、及び平均値などに区別されて、表示装置４に表示さ
れ、さらにはパソコン３に保存される。

【００２６】図６は、安定した正常な歩行状況を示した
ものであり、横軸は時間経過、縦軸は画像演算装置によ
り演算された各足毎のＸ位置の変化状況を示している。
人の歩行では必ず交互に各足を前に出しながら歩行する
ため、必ず、着地している足と移動している足に分離す
ることができる。床面に着地していても足首は微少な動
きをしているが、そのような微少運動を無視すると、同
図に示すごとく時間経過に対して停滞する領域３０、３
１、３２、３３、３４などが存在し、これらが、着地時
の足の位置を示し、これらの間に移動している足位置の
データが続く。すなわち、３０、３２、３４は右足の、
３１、３３は左足の足跡を示している。このとき、３０
と３１の距離４１が左足のステップ幅、３１と３２の距
離４２が右足のステップ幅であり、両者の加算結果４３
がストライドとなる。歩行速度はこれらデータ全体の傾
斜から容易に計算できる。実際の歩行では、これらのデ
ータは一歩一歩ばらつきがあるので平均値を計算し、表
示するとよい。左右の足幅は両足の着地位置におけるＹ
値より簡単に算出できる。

【００２７】一方、図７は左足が悪く、右足を大きく前
に踏み出せない人の歩行状況を示したものであり、横軸
は時間経過、縦軸は画像演算装置により演算された各足
毎のＸ位置の変化状況を示している。この場合も、演算
方法は共通であるが、左足が悪いため、４１の大きさに
比べて４２の大きさが小さいことがわかる。このよう
に、左右のステップ幅のアンバランスデータから不具合
個所が明確になり、今後の治療方針の決定、また過去の
データとの対比などにより、歩行の回復度なども知るこ
とができる。

【００２８】図８は、本実施例の足跡分析装置の信号の
流れを示したものであり、画像取り込み装置２で取り込
んだ画像信号は、図示しない画像入力ボードを介して画
像処理装置３に送られて演算処理を行う。画像処理装置
３は、平均化処理などの統計処理機能も合わせ持ってお
り、これらの画像処理装置としては、例えばパソコンな
どを使用することができる。その演算結果は表示装置４
に表示され、また記憶装置によりこれらの演算結果のデ
ータを記憶したり、読み出したりする。また、記憶装置
では、パソコン等を用いて、画像処理装置３において得
られた訓練データを、フロッピディスク等の可搬記録媒
体に記録することができる。表示装置４では、演算結果
の時間的な変動値の表示、フロッピディスク等の記録媒
体から読み出した過去の訓練データとの比較表示などを
行う。また、過去の訓練結果との比較、再生なども可能
であり、その結果は表示装置４に送られ、表示される。

【００２９】図９は、足跡分析装置の他の実施例を示し
たものであり、歩行者１と歩行床面を明確に区別するた
めに歩行床面５の両側部にＬＥＤ等の識別部材（発光
体）２５、２６等を複数個、この場合には、２列に各４
個づつ配設している。識別部材の位置はあらかじめ既知
である。

【００３０】この足跡分析装置の動作を説明すると、歩
行者の歩行挙動を測定する前にまずＬＥＤ２５、２６の
全てに電源を入れ、発光又は点滅などをさせる。このと
き、画像取り込み装置２の画像信号において識別部材の
点灯前の画像と比較することにより、これら複数の識別
部材の位置を容易に認識することができる。これらの識
別部材２５、２６の位置はあらかじめ画像処理装置３の
中にプログラムしておく。そして、以下図４で説明した
方法と同様な画像処理をすることによって、識別部材２
５、２６の位置が重なるように画像変換し、両者の差分
を取ることにより図４と同様な画像を得ることができ
る。図４で説明した方法とは、歩行床面５の形状を一致
させたか、識別部材２５、２６の位置を一致させたかの
違いがあるものの、その他の画像演算処理の内容は同一
である。なお、歩行床面５の色が周囲の他の部材の色と
ほとんど似通っている場合には、この発光体のような識
別部材２５、２６を使用することにより、歩行床面５の
位置を明確に区別することができ、本装置の信頼性の向
上を図ることができる。

【００３１】なお、識別部材は必ずしも光るものである
必要性はなく、他と明確に区別できるものであれば例え
ば白色、または黒色のマーカーなどであってもよい。要
は画像取り込み装置２により取り込んだ画像において明
確にその位置が区別できるコントラストがあれば十分で
ある。また、識別部材又はマーカーなどの取り付け位置
は上記の実施例に限るものではなく、歩行面上のその他
の位置に取り付けてもよい。

【００３２】かくして、本発明の各実施例の足跡分析装
置では、複数台の画像取り込み装置を用いるとともに、
画像演算装置が、取り込まれた複数の画像のそれぞれに
おいて足の影が略同一形状になるように画像変換を行う
とともに、それぞれの画像変換結果の差分画像を取るこ
とにより前記足の影を抹消することから、歩行者の影の
影響を除いて足の位置を明確に識別することができ、こ
れにより、歩行訓練者の挙動を確実に捉えて足跡分析を
正確に行うことができる。また、あらかじめ形状が既知
の歩行床面５の形状を識別部材として捉えるか、または
ＬＥＤなどの識別部材２５、２６を捉えることにより、
画像取り込み装置２ａ、２ｂの位置を測定の都度取り外
したとしても、その都度正確な位置合わせにするととも
に、画像演算装置が、複数の画像取り込み装置２ａ、２
ｂが取り込んだ画像のそれぞれにおいて該識別部材５、
２５、２６の位置又は形状がほぼ一致するように画像変
換を行うことにより、容易に足１０、１１の影１０ｂ、
１１ｂが略同一形状になるように画像変換を行うことが
できる。

【００３３】さらに、各実施例の足跡分析装置では、歩
行訓練者の足跡分析結果を演算、表示、記憶するととも
に、過去のデータとの比較などにより、訓練の進歩状況
や回復度などを定量的に把握することができ、また、歩
行速度や、歩幅、左右の歩幅の違いなども同様に、演
算、表示、記憶することができ、これらのデータを有効
に活用することにより、医者や理学療法士が患者の歩行
訓練を有効に進めることができ、その結果、短期間に訓
練を実施することが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の足跡分析装置によれば、画像演
算装置が、取り込まれた複数の画像のそれぞれにおいて
足の影が略同一形状になるように画像変換を行うととも
に、それぞれの画像変換結果の差分画像を取ることによ
り前記足の影を抹消することから、歩行者の影の影響を
除いて足の位置を明確に識別することができ、これによ
り、歩行訓練者の挙動を確実に捉えて足跡分析を正確に
行うことができる。

【００３５】また、歩行面上に識別部材を設け、前記画
像演算装置が、複数の画像取り込み装置が取り込んだ画
像のそれぞれにおいて該識別部材の位置又は形状が略一
致するように画像変換を行うことにより、容易に足の影
が略同一形状になるように画像変換を行うことができ
る。

【００３６】さらに、画像演算装置が、前記差分画像の
変化する動画像又は変化しない静止画像から各足の床面
接触位置を演算することにより、歩行者の影の影響を除
いて、各足の床面接触位置を正確に演算することができ
る。

【００３７】また、前記画像演算装置が、歩行者の歩行
速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前後
の間隔、及び／又は左右のふらつきを演算することによ
り、歩行訓練者は、自らの歩行姿勢、すなわち足や膝の
傾き、場合によっては腰の左右の傾きやバランスなどを
自らの目で視認しながら歩行をすることができる。

【００３８】さらに、前記記憶装置が、歩行者記号、歩
行速度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前
後の間隔、及び／又は左右のふらつきの演算結果、また
は統計演算処理結果を測定毎に記憶し、前記画像演算装
置が、測定毎のデータの比較演算を行うことにより、過
去のデータとの比較などにより、訓練の進歩状況や回復
度などを定量的に把握することができ、上記データとと
もに有効に活用することにより、医者や理学療法士は患
者の歩行訓練を有効に進めることが可能となり、短期間
の歩行訓練を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の足跡分析装置の一実施例を示す斜視図
である。

【図２】同足跡分析装置における２台の画像取り込み装
置における画像の取り込み例を示し、（ａ）は左側から
の画像を示す図、（ｂ）は右側からの画像を示す図であ
る。

【図３】図２（ａ）（ｂ）の画像をそれぞれ画像変換し
た後の画像を示す図である。

【図４】図３に示す画像変換結果の差分画像を取った状
態を示す図である。

【図５】歩行後の各足の着地位置を連続的に表示した図
である。

【図６】正常な人の歩行状況を示すグラフである。

【図７】正常でない人の歩行状況を示すグラフである。

【図８】データ処理の流れを示すチャート図である。

【図９】同足跡分析装置において発光体による識別部材
を配設した例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１歩行者１０右足１０ａ右足先１０ｂ右足の影１１左足１１ａ左足先１１ｂ左足の影２ａ、２ｂ画像取り込み装置３画像処理装置４表示装置５歩行床面６中央線２５識別部材２６識別部材３０、３２、３４右足の足跡３１、３３、３５左足の足跡４０左右の足幅４１左足のステップ幅４２右足のステップ幅４３ストライド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C038 VA12 VB14 VC05 5B057 AA07 BA02 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB11 CB16 CD11 CE08 DA08 DA16 DB02 DB06 DB09 DC09 DC32 DC36 5L096 AA06 AA09 BA06 BA18 CA05 EA18 FA69 GA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】歩行画像を取り込む複数の画像取り込み
装置と、該画像取り込み装置の画像を演算処理する画像
演算装置と、該画像演算装置の演算結果を表示する表示
装置と、該演算結果を記憶する記憶装置とを備え、前記
画像演算装置が、取り込まれた複数の画像のそれぞれに
おいて足の影が略同一形状になるように画像変換を行う
とともに、それぞれの画像変換結果の差分画像を取るこ
とにより前記足の影を抹消することを特徴とする足跡分
析装置。
【請求項２】歩行面上に識別部材を設け、前記画像演
算装置が、複数の画像取り込み装置が取り込んだ画像の
それぞれにおいて該識別部材の位置又は形状が略一致す
るように画像変換を行うことを特徴とする請求項１記載
の足跡分析装置。
【請求項３】前記画像演算装置が、前記差分画像の変
化する動画像又は変化しない静止画像から各足の床面接
触位置を演算することを特徴とする請求項１又は２記載
の足跡分析装置。
【請求項４】前記画像演算装置が、歩行者の歩行速
度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前後の
間隔、及び／又は左右のふらつきを演算することを特徴
とする請求項１、２又は３記載の足跡分析装置。
【請求項５】前記記憶装置が、歩行者記号、歩行速
度、左右の足の間隔、前後の足の間隔、片足毎の前後の
間隔、及び／又は左右のふらつきの演算結果、または統
計演算処理結果を測定毎に記憶し、前記画像演算装置
が、測定毎のデータの比較演算を行うことを特徴とする
請求項１、２、３又は４記載の足跡分析装置。