JP2015215751A - 浴室監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】入浴者の心理的抵抗に配慮しつつ、浴室内での異常を精度良く検知できる浴室監視システムを提供する。
【解決手段】本実施形態による浴室監視システムは、浴室１内の音情報を取得し、無線送信する計測装置２０と、計測装置２０に対し、電力を無線で送電する送電装置１０と、計測装置２０から送信される音情報を受信し、前記音情報に基づいて浴室１内での発生イベントを推定する解析装置３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、音情報を用いた浴室監視システムに関する。

浴室内事故を早期発見するために監視カメラや赤外線センサを利用して異常を検知するシステムが提案されている。カメラを用いたシステムでは、浴室の壁や天井にカメラを取り付け、浴室内の様子を居間やキッチンに取り付けた画面で監視できるようにしたり、浴室内の画像から入浴者の状態を識別したりしている。また、赤外線センサを用いたシステムでは、人体が発する赤外線を検知し、人体の位置を計測して、入浴者の状態を識別している。

しかし、入浴者の心理的抵抗から、浴室内へのカメラ設置は困難であった。また、熱源の多い浴室内で赤外線センサにより人体の位置を正確に計測することは困難であった。また、人体の位置情報のみから、転倒や溺水等の事故発生を検出することは困難であった。

特開２００２−１２５２２２号公報 特開２００７−１３３４５９号公報 特開２００３−７０７５６号公報

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、入浴者の心理的抵抗に配慮しつつ、浴室内での異常を精度良く検知できる浴室監視システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様による浴室監視システムは、浴室内の音情報を取得し、無線送信する計測装置と、前記計測装置に対し、電力を無線で送電する送電装置と、前記計測装置から送信される前記音情報を受信し、前記音情報に基づいて前記浴室内での発生イベントを推定する解析装置と、を備えるものである。

本発明の一態様による浴室監視システムにおいては、前記解析装置は、前記浴室内で発生するイベントの音に基づいて作成された複数の標準パターンを記憶する記憶部と、前記計測装置から受信した前記音情報から特徴量を抽出する抽出部と、前記特徴量と各標準パターンとを比較照合して類似度を算出し、前記類似度に基づいて前記浴室内での発生イベントを推定する照合部と、を有することを特徴とすることが好ましい。

本発明の一態様による浴室監視システムにおいては、前記特徴量は、ＭＦＣＣ（Mel-Frequency Cepstrum Coefficients）を含むことを特徴とすることが好ましい。

本発明の一態様による浴室監視システムにおいては、前記解析装置は、前記音情報の入力区間と無音区間とを判別する検知部をさらに有し、前記抽出部は、前記入力区間に対応する音情報から前記特徴量を抽出することを特徴とすることが好ましい。

本発明の一態様による浴室監視システムにおいては、前記検知部は、閾値を超える音情報の振幅について所定時間内の零交差数が所定数を超えたときに前記入力区間の始端を検知し、前記始端の検知後、閾値を超える音情報の振幅について所定時間内の零交差数が所定数以下となったときに前記入力区間の終端を検知することを特徴とすることが好ましい。

本発明の一態様による浴室監視システムにおいては、前記検知部は、前記始端を検知してから所定時間経過したときに、前記入力区間の終端を検知することを特徴とすることが好ましい。

本発明の一態様による浴室監視システムにおいては、前記計測装置は、前記送電部から送電された電力を受電する受電部と、前記受電部が受電した電力により動作する計測部と、を備え、前記計測部は、浴室内の音情報を取得するマイクロフォンと、前記音情報に対し信号処理を施す信号処理部と、前記信号処理が施された音情報を前記解析装置へ無線送信する通信部と、を有することを特徴とすることが好ましい。

本発明の一態様による浴室監視システムにおいては、前記計測装置及び前記送電装置は前記浴室の扉を挟んで配置されることを特徴とすることが好ましい。

本発明の一態様による浴室監視システムにおいては、前記計測装置及び前記送電装置は磁石を有することを特徴とすることが好ましい。

本発明によれば、入浴者の心理的抵抗に配慮しつつ、浴室内での異常を精度良く検知できる。

本実施形態に係る浴室監視システムの浴室への設置例を示す図である。 同実施形態に係る送電装置のブロック図である。 同実施形態に係る音声情報計測装置のブロック図である。 同実施形態に係る解析装置のブロック図である。 同実施形態に係る解析プログラムを実行することで実現される機能ブロック図である。 同実施形態に係る音情報入力検知方法を説明するフローチャートである。 同実施形態に係る特徴量抽出方法を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態による浴室監視システム（浴室内イベント検出システム）の浴室１への設置例を示している。浴室監視システムは送電装置１０、音情報計測装置２０、及び解析装置３０を備えている。送電装置１０と音情報計測装置２０は浴室扉５の透明部材６を挟んで設けられており、送電装置１０が浴室１の外側、音情報計測装置２０が浴室１の内側に配置される。透明部材６はガラスや樹脂からなる透明又は半透明の部材であり、送電装置１０及び音情報計測装置２０は磁石を用いて固定してもよいし、粘着テープ等を用いて固定してもよい。

送電装置１０は、電磁誘導方式の無線電力伝送により浴室１の中の音情報計測装置２０に電力を供給する。音情報計測装置２０は、送電装置１０から供給された電力を用いて動作する。音情報計測装置２０は、浴室１内の音情報を取得し、解析装置３０へ音情報を無線送信する。

解析装置３０は、浴室１の外側に配置され、音情報計測装置２０から受信した音情報を解析し、浴室１内でどのようなイベントが起きているかを推定する。

図２は、送電装置１０のブロック構成図である。図２に示すように、送電装置１０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１１、送電モジュール１２、及び送電電極１３を備えており、家庭用電源により駆動される。ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は、家庭用電源を電力伝送用のＲＦに変換する。送電モジュール１２は、必要な電力量を制御するとともに、送電装置１０の各部を制御する。送電電極１３は、送電コイルを有する。

図３は、音情報計測装置２０のブロック構成図である。図３に示すように、音情報計測装置２０は、受電部２１と、計測部２５とを備えている。

受電部２１は、受電電極２２、受電モジュール２３、及びＤＣ−ＤＣコンバータ２４を有する。受電電極２２は、送電装置１０の送電電極１３の送電コイルとの相互インダクタンスにより電力を受電する受電コイルや、受電コイルと接続されるキャパシタ部を有する。受電モジュール２３は、受電部２１の各部を制御する。また、受電モジュール２３は、キャパシタ部を介して受電した交流電力を直流電力に変換する整流器を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２４は、計測部２５の動作電圧に基づいて昇圧及び／又は降圧を行う。

本実施形態では、無線電力伝送により浴室１の外部から、浴室１内の音情報計測装置２０に電力を供給するため、水漏れによる漏電や、接点の劣化に伴う接続不良を防止できる。一般に、浴室扉５の透明部材６はガラスや樹脂等の非金属からなり、無線電力伝送への支障は殆ど無い。

計測部２５は、受電部２１のＤＣ−ＤＣコンバータ２４の出力電圧に基づいて駆動される。計測部２５は、マイクロフォン２６、信号処理部２７、及び通信部２８を有する。マイクロフォン２６は、例えば２０〜２００００［Ｈｚ］の周波数特性を有し、浴室１内の音情報を取得する。信号処理部２７は、マイクロフォン２６により取得された音情報に対し、アンチエイリアス処理、増幅処理、Ａ／Ｄ変換処理等を施す。例えば、Ａ／Ｄ変換処理はサンプリング周波数が１６［ｋＨｚ］、分解能が１６［ｂｉｔ］である。通信部２８は、信号処理部２７から出力される音情報データを、浴室１外の解析装置３０へ無線送信する。音情報データの無線送信には、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を用いることができる。

図４は、解析装置３０のハードウェア構成図である。図４に示すように、解析装置３０は、ＣＰＵ（中央演算処理部）３１、メインメモリ３２、ディスク装置３３、及び音情報計測装置２０の通信部２８から送信された音情報データを受信する受信部３４を有する。解析装置３０の各部はバス３５を介して接続されている。

ディスク装置３３は、ＣＰＵ３１により実行される解析プログラム３６、及び浴室１内で発生し得る音をもとに予め作成した標準パターンのデータベース３７を格納する。浴室１内で発生し得る音は、例えば、シャワー音、浴槽内の水をかき混ぜる音、溺水音（浴槽内で空気が漏れる音）、入浴者の転倒音などである。本実施形態では、これらの音から作成した標準パターンと、受信部３４により受信された音情報データを用いて後述する方法により作成された入力パターンとを比較照合することにより、浴室１内での発生イベントを推定する。

ディスク装置３３は例えばハードディスクドライブである。なお、解析プログラム３６は、ディスク装置３３でなく、ＲＯＭや磁気テープ（共に図示せず）に格納されていてもよい。

ＣＰＵ３１は、ディスク装置３３内の解析プログラム３６をメインメモリ３２にロードして、解析プログラム３６を実行する。

図５に、ＣＰＵ３１が解析プログラム３６を実行することで実現される機能ブロック図を示す。解析プログラム３６の実行により、検知部３０２、抽出部３０４、及び照合部３０６が実現される。

検知部３０２は、受信部３４により受信された音情報データから、音情報の始端と終端の検出を行い、音情報の入力区間と無音区間とを判別する。検知部３０２による音情報入力検知方法を図６に示すフローチャートを用いて説明する。

検知部３０２は、音情報の振幅と零交差数にもとづいて音情報の始端と終端を検出する。具体的には、一定時間内に閾値を超える振幅について零交差数が所定数を超えたとき（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、音情報の始端とする（ステップＳ１０２）。その後、一定時間内に閾値を超える振幅について零交差数が所定数以下となったとき（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、音情報の終端とする（ステップＳ１０４）。

浴室内の音情報には、換気扇音やシャワー音等の一定時間継続する音が含まれる。このような音が含まれている状況においても、入浴者の状態を細かく把握するため、本実施形態では、一定時間内に閾値を超える振幅について零交差数が所定数以下とならなくても（ステップＳ１０３のＮＯ）、音情報の始端から所定時間（例えば５秒）が経過した場合は（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、音情報の終端とする（ステップＳ１０４）。このことにより、音情報の始端から終端までの時間（入力区間）は、所定の上限（例えば５秒）を持つことになる。

検知部３０２により、音情報の入力区間と無音区間とを判別することで、後段（抽出部３０４、照合部３０６）の処理性能を向上させるとともに、演算量を削減することができる。検知部３０２は、入力区間の音情報を抽出部３０４に渡す。

抽出部３０４は、検知部３０２から受け取った入力区間の音情報から、特徴量を抽出する。特徴量には、１２次のＭＦＣＣ（Mel-Frequency Cepstrum Coefficients）、１２次のΔＭＦＣＣ、及び１次のΔ対数エネルギーからなる２５次元のベクトルを用いる。ＭＦＣＣは、人間の声や音楽情報を表す特徴ベクトルとして用いられ、非音声環境音の識別に対しても有効なものである。抽出部３０４による特徴量抽出方法を図７に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、音情報に窓関数をかけて波形を切り出す（ステップＳ２０１）。そして、窓関数をかけた結果をフーリエ変換し、スペクトル情報を求める（ステップＳ２０２）。次に、スペクトル情報に対し、人間の聴覚特性に合わせたフィルタ群（メルフィルタバンク）をかけ、各帯域の振幅スペクトルについて和をとり、圧縮する（ステップＳ２０３）。圧縮した数値列を対数変換し（ステップＳ２０４）、離散コサイン変換を行い（ステップＳ２０５）、メルケプストラムを得る。このメルケプストラム空間上の低次成分（１２次までの成分）を取り出すことで（ステップＳ２０６）、ＭＦＣＣを得ることができる。ＭＦＣＣを求めた後、ＭＦＣＣの変化量ΔＭＦＣＣを算出する（ステップＳ２０７）。

さらに、ステップＳ２０１で切り出した波形を用いて対数エネルギーを計算し（ステップＳ２０８）、対数エネルギーの変化量Δ対数エネルギーを求める（ステップＳ２０９）。

例えば、変化量の計算には、以下の数式１を用いることができる。ここでｉは回帰係数の分析窓幅であり、例えばｉ＝２として計算を行う。

特徴量は、このようにして求めたＭＦＣＣ、ΔＭＦＣＣ、Δ対数エネルギーから構成される。抽出部３０４は、この特徴量を入力パターンとして照合部３０６に渡す。

照合部３０６は、抽出部３０４から受け取った入力パターンと、ディスク装置３３に記憶されているデータベース３７内の標準パターンとを比較照合し、入力パターンと標準パターンとの類似度を求め、浴室内でどのようなイベントが発生したかを推定する。

以下の数式２、３に示すように、入力パターンＸは、２５次元のベクトルＮ個の時系列として構成される。

また、以下の数式４、５に示すように、標準パターンＲは、２５次元のベクトルＭ個の時系列として構成される。

一般的に入力パターンと標準パターンの長さは異なるため、入力パターンと標準パターンの類似度Ｄ（Ｘ、Ｒ）の計算において、時間軸を非線形に伸縮させ、パターンの長さを最適に揃える必要がある。この操作は、動的計画法を用いることで、再帰的に（ｘ［Ｎ−１］、ｒ［Ｍ−１］）へ至る最適な経路に沿った類似度を効率的に求めることができる。

類似度Ｄ（Ｘ、Ｒ）は以下の数式６〜８により求めることができる。数式８はマハラノビス汎距離を表しており、Σは共分散行列である。

このようにして入力パターンと各標準パターンとの類似度を算出し、最も類似度の高い標準パターンに対応するイベントが浴室内で発生していると推定する。推定されたイベントが溺水や転倒等の事故である場合、図示しない報知部が、警報音を出力したり、警報画面をディスプレイに表示したりして、事故発生を報知する。

（実施例１）上記実施形態による浴室監視システムを使用し、浴室内で起こり得る１６種の音響イベントを計測し、その識別率を求めた。以下の表１に音響イベントとその計測条件を示す。溺水の再現には、５００ｍｌの空気ポンプ一拍分による、浴槽内で空気が漏れる音を使用した。また、転倒の再現には、重さ約５０ｋｇのマネキンを使用した。

本実施例では、各音響イベントについて１００サンプルを用意し、雑音、溺水、転倒の各カテゴリーへの識別精度を交差確認法により評価した。具体的には、まず、標準パターンの集合（学習用データセット）をｍ（例えばｍ＝１０）個のグループに分割する。そして、ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍを満たす整数）番目のグループを除いたｍ−１個のグループで学習し、ｉ番目のグループを用いて識別率を算出する。この手順を全てのｉについて行い、ｍ個の識別率の平均を識別率の推定値とする。

本実施例によれば、溺水と転倒については１００％の精度で識別できた。また、雑音については９８％の精度で識別できた。

（実施例２）実際の浴槽内溺水事故を想定し、溺水の演技を行ったときの溺水検出率を評価した。想定される溺水事故は、顔を突っ伏した状態での溺水と、徐々に滑り落ちていくような溺水の２種類である。２種類の溺水についてそれぞれ１０回演技を行った結果、顔を突っ伏した状態での溺水は１０回中８回識別することができ、徐々に滑り落ちていくような溺水は１０回中９回識別することができた。

このように本実施形態による浴室監視システムによれば、音情報を用いて、浴室内での異常を含むイベントを精度良く検知できる。また、音情報を用いるため、カメラを使用したシステムと比較して、入浴者の心理的抵抗に配慮したものとすることができる。

また、浴室内の音情報計測装置２０には無線電力伝送により電力を供給するため、浴室内への配線が不要となり、漏電や接続不良の発生を防止することができる。また、音情報計測装置２０を浴室に容易に設置することができる。

上記実施形態では、送電装置１０及び音情報計測装置２０を浴室扉５の透明部材６に設置していたが、無線電力伝送を行うことができれば設置場所は限定されず、浴室１の壁等に設置してもよい。

また、上記実施形態において、解析装置３０は、入浴者の入浴中の発生イベントを蓄積し、入浴者の入浴時の行動をデータベース化してもよい。これにより、入浴者が、通常、どのような手順で入浴を行うかについてのデータベースを作成することができる。解析装置３０は、データベース化した通常の入浴手順と、現在の入浴手順とを比較し、両者の差が大きい場合、入浴者に身体的／精神的な異常が発生している可能性があると判断してもよい。このような比較を行うことで、入浴中に溺水や転倒の事故が発生していなくても、入浴者の身体能力や認知能力が低下している可能性があることを検知し、事故の発生を未然に防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ 浴室
５ 浴室扉
６ 透明部材
１０ 送電装置
２０ 音情報計測装置
３０ 解析装置

Claims (9)

1. 浴室内の音情報を取得し、無線送信する計測装置と、
   前記計測装置に対し、電力を無線で送電する送電装置と、
   前記計測装置から送信される前記音情報を受信し、前記音情報に基づいて前記浴室内での発生イベントを推定する解析装置と、
   を備えることを特徴とする浴室監視システム。
2. 前記解析装置は、
   前記浴室内で発生するイベントの音に基づいて作成された複数の標準パターンを記憶する記憶部と、
   前記計測装置から受信した前記音情報から特徴量を抽出する抽出部と、
   前記特徴量と各標準パターンとを比較照合して類似度を算出し、前記類似度に基づいて前記浴室内での発生イベントを推定する照合部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の浴室監視システム。
3. 前記特徴量は、ＭＦＣＣ（Mel-Frequency Cepstrum Coefficients）を含むことを特徴とする請求項２に記載の浴室監視システム。
4. 前記解析装置は、前記音情報の入力区間と無音区間とを判別する検知部をさらに有し、
   前記抽出部は、前記入力区間に対応する音情報から前記特徴量を抽出することを特徴とする請求項２又は３に記載の浴室監視システム。
5. 前記検知部は、
   閾値を超える音情報の振幅について所定時間内の零交差数が所定数を超えたときに前記入力区間の始端を検知し、
   前記始端の検知後、閾値を超える音情報の振幅について所定時間内の零交差数が所定数以下となったときに前記入力区間の終端を検知することを特徴とする請求項４に記載の浴室監視システム。
6. 前記検知部は、前記始端を検知してから所定時間経過したときに、前記入力区間の終端を検知することを特徴とする請求項５に記載の浴室監視システム。
7. 前記計測装置は、
   前記送電部から送電された電力を受電する受電部と、
   前記受電部が受電した電力により動作する計測部と、
   を備え、
   前記計測部は、
   浴室内の音情報を取得するマイクロフォンと、
   前記音情報に対し信号処理を施す信号処理部と、
   前記信号処理が施された音情報を前記解析装置へ無線送信する通信部と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の浴室監視システム。
8. 前記計測装置及び前記送電装置は前記浴室の扉を挟んで配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の浴室監視システム。
9. 前記計測装置及び前記送電装置は磁石を有することを特徴とする請求項８に記載の浴室監視システム。

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