JP2018011641A - 生体情報測定装置、生体情報測定方法、生体情報測定システム及びプログラム - Google Patents
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前記画像に基づいて、前記生体の肌の輝度に基づく第1評価値を計算する第1評価値計算部と、
前記画像に基づいて、前記生体の目の情報に基づく第2評価値を計算する第2評価値計算部と、
前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記生体情報の予測誤差を計算する予測誤差計算部と、
前記予測誤差に基づいて前記生体情報を生成する生成部と
を備える。
図1は、本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置の一例を示す概略図である。
図2は、本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図示するように、例えば、端末装置100は、撮像装置100H1と、CPU(Central Processing Unit)100H2と、記憶装置100H3と、入力装置100H4とを有する。さらに、端末装置100は、出力装置100H5と、I/F(interface)100H6とを有する。これらのハードウェアは、バス100H7によって接続される。
図3は、本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置による全体処理の一例を示すフローチャートである。
ステップS0101では、端末装置は、画像を入力する。具体的には、端末装置は、端末装置が有する撮像装置を起動して、撮像装置によって撮像して画像を入力する。撮像された画像を出力装置によって表示する。そして、生体の顔が、撮像される範囲に写るように、生体の姿勢又は撮像装置の姿勢が調整されるのが望ましい。以下、1フレームごとに、画像が入力される例で説明する。
ステップS0102では、端末装置は、画像に基づいて、肌の輝度及び目の情報を計算する。例えば、肌の輝度(以下単に「輝度」という場合もある。)は、以下のような処理によって計算される。
ステップS21では、端末装置は、顔における特徴点座標を算出する。具体的には、画像が示す生体の顔から目、口及び鼻等の特徴点の座標を検出する。なお、各部位の検出は、例えば、公知の顔認証技術等によって実現できる。また、計測は、撮像等であり、端末装置又は端末装置が有する撮像装置等が、生体から離れた位置にある、いわゆる非接触で行われるのが望ましい。
図4に戻り、ステップS22では、端末装置は、輝度の算出に用いる画素の領域を設定する。
図4に戻り、ステップS23では、端末装置は、輝度値を算出する。具体的には、ステップS23では、ステップS22で設定される領域に含まれる画素のGチャンネルが示す信号値を加算し、平均値を計算する。
ステップS31では、端末装置は、目の位置の座標を検出する。例えば、端末装置は、入力される画像に基づいて、ステップS21(図4)と同様に公知の顔認証技術等によって、上瞼及び下瞼のそれぞれの特徴点を抽出し、座標を検出する。
ステップS32では、端末装置は、位置変動を算出する。例えば、端末装置は、上瞼及び下瞼のそれぞれのY軸座標値(図8において縦方向の座標値である。)の差分を計算して、位置変動を算出する。具体的には、位置変動を計算すると、以下のような計算結果が得られる。
図3に戻り、ステップS0103では、端末装置は、所定時間が経過したか否かを判断する。なお、所定時間は、あらかじめ設定される値である。具体的には、脈波信号のLF(Low Frequency、低周波数成分(例えば、約0.04乃至0.15Hz))/HF(High Frequency、高周波数成分(例えば、約0.15乃至0.40Hz))値を算出する場合には、所定時間は、例えば、1分乃至3分程度である。
ステップS0104では、端末装置は、第1評価値及び第2評価値の例である、肌の輝度及び目の情報に基づくそれぞれの評価値を計算する。具体的には、ステップS0102で計算される変動値ごとに、評価値が、以下のように計算される。
ステップS41では、端末装置は、輝度が有するノイズを低減させる。なお、ノイズを低減させる方法は、公知の技術が用いられてもよい。例えば、ノイズを低減させる方法は、バンドパスフィルタ等を適用させる、いわゆるフィルタ補正技術等である。
図9に戻り、ステップS42では、端末装置は、ピーク時間を検出する。具体的には、ステップS42では、端末装置は、ステップS41で生成されるノイズが低減した信号からピーク時間を検出する。ヘモグロビンによって光が吸収されるため、ピークになると、信号値、すなわち、輝度は、小さくなる。これは、ヘモグロビン量が多いと、ヘモグロビンによって光が多く吸収され、輝度が低下するためである。これを利用して、ピーク時間は、各拍における信号値が極大となる時間から次に信号値が極大となるまでの時間区間で信号値が最小値となる時間を算出すると検出できる。
ステップS43では、端末装置は、ピーク時間を補正する。
図9に戻り、ステップS44では、端末装置は、脈拍間隔を算出する。例えば、端末装置は、隣り合う脈拍ピーク時刻同士の差分を計算して、脈拍間隔PPI(Peak to Peak Interval)を算出する。すなわち、i番目の補正脈拍ピーク時刻tp'[i]と、隣り合う次の補正脈拍ピーク時刻tp'[i+1]とから算出される脈拍間隔PPI[i]は、下記(2)式のように示せる。
図9に戻り、ステップS45では、端末装置は、パワースペクトルを算出する。例えば、端末装置は、上記(2)式で算出される脈拍間隔PPIを周波数解析してパワースペクトルを算出する。具体的には、まず、端末装置は、脈拍間隔PPIをスプライン補間する。その後、端末装置は、スプライン補間されたデータを所定の間隔に、等間隔にサンプリングする。そして、端末装置は、サンプリングによって得られるデータに対してFFT(Fast Fourier Transform、高速フーリエ変換)を行う。このようにすると、端末装置は、各周波数におけるそれぞれのパワーを算出して、パワースペクトルを算出することができる。なお、パワースペクトルは、例えば、MEM(Maximum Entropy Model、最大エントロピー法)等の他の公知技術によって算出されてもよい。
ステップS46では、端末装置は、評価値を算出する。例えば、端末装置は、検出される各ピーク時間に基づいて、脈拍数、脈拍ピーク間隔のゆらぎ又はこれらの組み合わせ等に基づいて、第1評価値を算出する。以下、評価値をパワースペクトルから算出するLF/HF値とする例で説明する。すなわち、評価値は、パワースペクトルにおいて、低周波数成分のパワー積分値(以下「低周波数成分LF」という。)と、高周波数成分のパワー積分値(以下「高周波数成分HF」という。)とをそれぞれ算出し、両者の比を計算することで計算される値である。このような評価値から、例えば、生体の疲労度が評価できる。
図3に戻り、ステップS0105では、端末装置は、予測誤差を計算する。なお、予測誤差は、ステップS0104で計算される評価値に基づいて計算される値である。例えば、予測誤差は、以下のような処理によって計算される。
ステップS51では、端末装置は、輝度特性値を計算する。なお、輝度特性値は、輝度の変動値に基づいて、上記(2)式によって計算される評価値、すなわち、LF/HF値の計算精度に与える影響を示す値である。例えば、輝度特性値は、輝度の変動量、SN比及び時間分解能等である。そして、輝度特性値は、値が大きいほど、評価値の予測誤差が減少する関係となる。なお、輝度特性値は、特に、図9のように、補正が行われる場合には、SN比の影響が大きい。したがって、輝度特性値には、SN比が含まれるのが望ましい。以下、輝度特性値がSN比である例で説明する。なお、輝度特性値には、輝度の変動量及び時間分解能等が用いられてもよい。例えば、輝度特性値は、以下のように計算される。
ステップS61では、端末装置は、パワースペクトルを算出する。具体的には、ステップS61では、まず、端末装置は、データ数が2の累乗となるように調整する。次に、端末装置は、調整されたデータに対して、高速フーリエ変換(FFT)を行う。続いて、端末装置は、各周波数におけるパワーをそれぞれ算出する。例えば、パワースペクトルは、以下のように算出される。
図12に戻り、ステップS62では、端末装置は、脈波周波数を検出する。この例では、脈波周波数Fpは、図13に示すように検出される。
図12に戻り、ステップS63では、端末装置は、信号及びノイズのそれぞれの周波数帯域を決定する。例えば、信号成分の周波数帯域は、ステップS62で検出される脈波周波数を中心として決定される。具体的には、図13では、信号成分の周波数帯域Fsは、「Fp−ΔF」乃至「Fp+ΔF」の帯域と決定される例である。なお、図13では、「ΔF」は、0.2ヘルツと設定された例である。また、「ΔF」は、あらかじめ設定される値である。例えば、「ΔF」は、パワースペクトルのピーク形状等を考慮して設定される。また、信号成分の周波数帯域Fsには、脈波周波数Fpの整数倍の周波数に現れる高調波のピークを含む周波数帯域が含まれてもよい。
図12に戻り、ステップS64では、端末装置は、SN比を計算する。具体的には、ステップS64では、まず、端末装置は、ステップS63で決定される信号成分の周波数帯域と、ノイズ成分の周波数帯域とに基づいて、信号成分である「Vs」及びノイズ成分である「Vn」をそれぞれ計算する。なお、「Vs」及び「Vn」は、例えば、各周波数帯域のそれぞれのパワーを平均してそれぞれ計算される。次に、端末装置は、計算される「Vs」及び「Vn」の比を取ってSN比を計算する。なお、SN比は、他の計算方法で計算されてもよい。
図11に戻り、ステップS52では、端末装置は、輝度の評価値の予測誤差を計算する。例えば、輝度の評価値の予測誤差(以下「第1予測誤差E1」という。)は、輝度特性値に基づいて、下記(4)式に示す関係式等から計算される。
図11に戻り、ステップS53では、端末装置は、位置特性値を計算する。位置特性値は、例えば、時間分解能及び空間分解能等である。具体的には、上記(3)式のように、評価時間Toを用いる場合には、時間分解能の影響が大きい。したがって、位置特性値には、時間分解能が含まれるのが望ましい。以下、位置特性値が時間分解能である例で説明する。この例では、位置特性値、すなわち、時間分解能は、例えば、各フレームの取得時間に基づいて、平均フレーム間隔を計算すると求まる値である。なお、フレームレートが一定である場合等では、時間分解能は、撮像装置100H1(図1)に設定されるフレームレートの値等でもよい。また、位置特性値には、撮像装置100H1の空間分解能が用いられてもよい。
図11に戻り、ステップS54では、端末装置は、位置の評価値の予測誤差を計算する。例えば、位置の評価値の予測誤差(以下「第2予測誤差E2」という。)は、位置特性値に基づいて、下記(5)式に示す関係式等から計算される。
図11に戻り、ステップS55では、端末装置は、生体情報の予測誤差を計算する。すなわち、端末装置は、第1予測誤差E1及び第2予測誤差E2に基づいて、生体情報の予測誤差(以下「第3予測誤差E」という。)を計算する。例えば、第3予測誤差Eは、第1予測誤差E1及び第2予測誤差E2に基づいて、下記(6)式によって計算される。
図3に戻り、ステップS0106では、端末装置は、生体情報を生成する。例えば、生体情報は、生体の疲労している度合いを示す疲労度T等である。例えば、疲労度Tは、下記(8)式によって計算される。
図3に戻り、ステップS0107では、端末装置は、生体情報を出力する。具体的には、例えば、生体情報が疲労度である場合には、端末装置は、上記(8)式で計算された値を出力する。
図14は、本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。例えば、端末装置100は、入力部100F1、第1評価値計算部100F2、第2評価値計算部100F3、予測誤差計算部100F4及び生成部100F5を備える。
第2実施形態は、例えば、第1実施形態と同様のハードウェア構成の生体情報測定装置が用いられる。したがって、重複する説明は省略し、以下異なる点を中心に説明する。第2実施形態は、第1実施形態と全体処理が異なり、例えば、以下のような全体処理が行われる。
ステップS0201では、端末装置は、撮像パラメータを初期化する。なお、撮像パラメータは、例えば、フレームレートである。すなわち、撮像パラメータによって、単位時間当たりに撮像されるフレーム数が設定される。例えば、撮像パラメータは、初期値として、最大となる値、すなわち、単位時間当たりに撮像されるフレーム数が最も多くなるように設定される。なお、設定されるフレームレートと、実際に撮像されるフレームレートとに差異が生じる場合がある。このような場合には、設定されるフレームレートと、実際に撮像されるフレームレートとの差異が少ない値まで、フレームレートは、下げられるのが望ましい。
ステップS0202では、端末装置は、以下に説明する撮像パラメータを変更を行うか否か等の判定に用いられる画像(以下「判定画像」という。)を入力する。例えば、判定画像は、ステップS0101と同様の方法で入力される。
ステップS0203では、端末装置は、判定画像に基づいて、肌の輝度及び目の情報を計算する。例えば、ステップS0203は、ステップS0202で入力される判定画像に基づいて、ステップS0102と同様の方法によって、肌の輝度及び目の情報を計算する。
ステップS0204では、端末装置は、所定のフレーム数が確保できたか否かを判断する。なお、所定のフレーム数は、あらかじめ設定される値である。具体的には、所定のフレーム数は、評価値が計算できるフレーム数である。より具体的には、例えば、輝度の評価値をSN比とする場合には、所定のフレーム数は、SN比が計算できる程度のフレーム数となる。
ステップS0205では、端末装置は、肌の輝度及び目の情報に基づくそれぞれの評価値を計算する。例えば、ステップS0205は、ステップS0104と同様の方法によって肌の輝度及び目の情報に基づくそれぞれの評価値を計算する。
ステップS0206では、端末装置は、予測誤差を計算する。例えば、ステップS0206は、ステップS0105と同様の方法、すなわち、上記(6)式等によって予測誤差を計算する。
ステップS0207では、端末装置は、予測誤差が閾値以下か、予測誤差が閾値より高い値、かつ、低フレームレートの設定が可能か、予測誤差が閾値より高い値、かつ、低フレームレートの設定が不可能のいずれかであるか判定する。なお、閾値は、あらかじめ設定される値である。
ステップS0208では、端末装置は、撮像パラメータを変更する。具体的には、端末装置は、設定されているフレームレートをより低い値に変更する。
図17は、本発明の第2実施形態に係る生体情報測定装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図14と比較すると、図17は、撮像パラメータ変更部100F6が追加される点が異なる。以下、異なる点を中心に説明する。
IMG 画像
To 評価時間
100F1 入力部
100F2 第1評価値計算部
100F3 第2評価値計算部
100F4 予測誤差計算部
100F5 生成部
Claims (8)
- 生体を示す画像を入力して生体情報を測定する生体情報測定装置であって、
前記画像に基づいて、前記生体の肌の輝度に基づく第1評価値を計算する第1評価値計算部と、
前記画像に基づいて、前記生体の目の情報に基づく第2評価値を計算する第2評価値計算部と、
前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記生体情報の予測誤差を計算する予測誤差計算部と、
前記予測誤差に基づいて前記生体情報を生成する生成部と
を備える生体情報測定装置。 - 前記生成部は、環境の変化に基づいて、前記生体情報の生成における前記第1評価値及び前記第2評価値の寄与率を変更する請求項1に記載の生体情報測定装置。
- 前記生成部は、前記寄与率に、前記予測誤差が最小となる値を設定する請求項2に記載の生体情報測定装置。
- 前記予測誤差に基づいて、前記画像を撮像する撮像パラメータを変更する撮像パラメータ変更部を更に備える請求項1乃至3のいずれか1項に記載の生体情報測定装置。
- 前記撮像パラメータは、前記画像を撮像するフレームレートである請求項4に記載の生体情報測定装置。
- 1以上の情報処理装置を有し、生体を示す画像を入力して生体情報を測定する生体情報測定システムであって、
前記画像に基づいて、前記生体の肌の輝度に基づく第1評価値を計算する第1評価値計算部と、
前記画像に基づいて、前記生体の目の情報に基づく第2評価値を計算する第2評価値計算部と、
前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記生体情報の予測誤差を計算する予測誤差計算部と、
前記予測誤差に基づいて前記生体情報を生成する生成部と
を備える生体情報測定システム。 - 生体を示す画像を入力して生体情報を測定する生体情報測定装置が行う生体情報測定方法であって、
前記生体情報測定装置が、前記画像に基づいて、前記生体の肌の輝度に基づく第1評価値を計算する第1評価値計算手順と、
前記生体情報測定装置が、前記画像に基づいて、前記生体の目の情報に基づく第2評価値を計算する第2評価値計算手順と、
前記生体情報測定装置が、前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記生体情報の予測誤差を計算する予測誤差計算手順と、
前記生体情報測定装置が、前記予測誤差に基づいて前記生体情報を生成する生成手順と
を含む生体情報測定方法。 - 生体を示す画像を入力して生体情報を測定するコンピュータに生体情報測定方法を実行させるためのプログラムであって、
前記コンピュータが、前記画像に基づいて、前記生体の肌の輝度に基づく第1評価値を計算する第1評価値計算手順と、
前記コンピュータが、前記画像に基づいて、前記生体の目の情報に基づく第2評価値を計算する第2評価値計算手順と、
前記コンピュータが、前記第1評価値及び前記第2評価値に基づいて、前記生体情報の予測誤差を計算する予測誤差計算手順と、
前記コンピュータが、前記予測誤差に基づいて前記生体情報を生成する生成手順と
を実行させるためのプログラム。
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