JP3477166B2

JP3477166B2 - 監視装置

Info

Publication number: JP3477166B2
Application number: JP2000372820A
Authority: JP
Inventors: 広宙青木; 真人中島; 安弘竹村; 一弘味村
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Keio University
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Keio University
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2003-12-10
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: CA2430535C; WO2002045585A1; EP1350466A1; CA2430535A1; EP1350466A4; US7431700B2; US20040082874A1; JP2002175582A; EP1350466B1; ATE524109T1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、監視装置
に関するものである。さらに詳しくは、就寝者の体動な
どを画像計測により被接触で監視することができる監視
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】高齢化福祉社会を迎え、疾病
予防やセルフケアのための在宅下での健康モニターの重
要性がますます高まるものと考えられており、各種の生
体計測方法が提案されている。在宅下での健康モニター
の対象者としては、高齢であっても特に健康に異常がな
く、普通の生活ができる者が想定される。このような人
々は、健康管理が差し迫って必要な状態にないため、わ
ざわざ面倒な機器操作をしてまで健康管理を心掛けよう
という意識が乏しいの現状である。このため、機器操作
を必要とせず、無意識のうちに生体情報の計測を実施す
ることができる種々の生体計測機器が提案されている。
このような生体計測機器に採用されている計測方法とし
ては、例えば、ベッドあるいは敷布団に温度センサを配
列して温度分布から入床起床時間および就寝中の体動を
記録する方法、導電性のシーツおよび枕カバーから心電
図を導出する方法、高精度のひずみゲージやロードセル
など荷重センサを用いて就寝中の呼吸や心拍を測定する
方法などが知られている。

【０００３】最近では、健康モニターの用途以外に、こ
のような生体計測技術を、高齢者の安否確認に適用した
セキュリティ機器として用いることが提案されている。
例えば、静電容量などの測定により就寝中にベッドから
の離床、転落などを検出する離床センサが一般に市販さ
れている。また、感圧センサにより呼吸を測定し、就寝
中に呼吸が停止する無呼吸症による無呼吸状態を検知し
第三者に知らせる無呼吸検出装置（特開２０００−１０
７１５４号公報など）が公知である。

【０００４】呼吸は人物の健康状態を即時的に知る上
で、非常に有用な手掛かりとなることは言うまでもな
い。就寝時の呼吸計測は、無呼吸症の発見のみならず、
就寝中の急な発病による発作事故の発見に役立つものと
期待されている。就寝時の呼吸検出方法としては、上記
の通り、荷重センサまたは感圧センサの測定値の時間推
移に基づき呼吸を検出する方法が代表的である。また、
振動センサ、電波センサ、または空気圧検出を用いる方
法が、公知である（例えば、特開平７−３２７９３９号
公報、特開平１１−２８１９５号公報、特開２０００−
８３９２７号公報など）。これらの方法においては、測
定される信号が微小であることから、安定した信号を取
得し検出するためには、高性能な信号増幅器やなんらか
の信号処理が必要であり、システムとして高価かつ大掛
かりなものにならざるを得なかった。

【０００５】一方で、撮像装置により就寝している人物
の画像を取得し、この取得された画像に基づき呼吸を検
知する手法に関しても、いくつかの提案がなされてい
る。最近の電子機器の発達により、高性能の撮像装置が
極めて安価で市場に出回っており、また、非接触性が高
いことから、画像により呼吸を検知する手法は実用性の
高い手法として注目されている。

【０００６】例えば、特開平１１−８６００２号公報の
「画像処理装置及び被介護者観測装置」や特開平１１−
２２５９９７号公報の「呼吸モニタリングの関心領域設
定装置および呼吸モニタリングシステム」においては、
撮像装置により取得された画像の時間差分を調べること
で、呼吸をモニタリングすることを、それらの発明の骨
子としている。

【０００７】特開平１１−８６００２号公報の「画像処
理装置及び被介護者観測装置」は、ＴＶカメラと呼吸モ
ニタリング装置と局所領域自動設定処理装置とからな
る。この局所領域自動設定処理装置は、ＴＶカメラによ
って被介護者が撮影された画像上に設定される局所領域
画像に含まれるエッジを検出するエッジ検出部と、局所
領域画像においてエッジにより分割された各局所部分領
域画像の明度分布を測定する明度分布測定部と、検出さ
れたエッジの情報と測定された明度分布の情報とを解析
することにより動き情報を抽出するための局所領域画像
を設定する判定部とから構成される。局所領域画像は、
同じ明度を持つ複数の局所部分領域に分割され、それぞ
れの局所部分領域に含まれる各画素について時間差分が
行われ、この総和である時間差分量が計算される。この
時間差分量の時間変化を解析し、周期性のあるものを呼
吸として、また、周期および振幅の乱れから体のひねり
等の大きな体動として検出するものである。

【０００８】特開平１１−２２５９９７号公報の「呼吸
モニタリングの関心領域設定装置および呼吸モニタリン
グシステム」においては、まず、呼吸の２分の１周期に
わたりＣＣＤカメラで撮像された複数フレーム画像の１
フレーム毎の差分の絶対値を求める。次いで、これら差
分画像を積算格納し、この積算格納された変化情報から
変動領域の位置と大きさを求め、これら変動領域の中で
最も大きな領域から順次小さな領域にかけて仮領域とし
て設定する。そして、これら仮領域において、少なくと
も、濃度値毎の画素数の分布を示す濃度値ヒストグラム
が、設定値以上の高さの２峰性を示し、且つ、変動領域
面積値が所定値以上であるか否かを判断し、この条件を
満たす場合に前記仮領域を関心領域（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉ
ｏｎＯｆＩｎｔｅｒｅｓｔ）として設定する。さら
に、設定されたＲＯＩにおいて、画像差分が行われ、画
素ごとの差分の絶対値が得られ、面積分される。面積分
は時系列的に行われ、特開平１１−８６００２号公報の
発明と同様に、この面積分の時間変化を解析し、周期性
のあるものを呼吸として、また、周期および振幅の乱れ
から体のひねり等の大きな体動として検出するものであ
る。

【０００９】さらに、上記以外の方法の画像を用いる手
法として、就寝者の動きのオプティカルフローにより呼
吸を検出する方法が知られている。オプティカルフロー
は就寝者の動きを速度ベクトルとして検出したものであ
り、吸気時には上向きのベクトルが、呼気時には下向き
のベクトルが多く検出されることを利用し、ベクトル場
から周期的なリズムを持つ呼吸波形と大きなピークを持
つ体動時の波形を得ることができる。

【００１０】以上で説明したそれぞれの手法は、照明光
による布団上の陰影の動きを見るものであり、照明条件
や就寝者の姿勢や布団の模様などによっては、その動き
が検出できない場合があるという根本的な問題が残され
ている。また、布団上の陰影を撮影するためには、撮像
装置を就寝者にある程度近づける必要があることから、
以上の手法による呼吸モニタリングは、モニタリング対
象者が就寝する際に心理的な威圧感を伴うものと考えら
れる。

【００１１】また、前述の時間差分による方法において
は、対象の動きの頻度評価は可能であるが、動きに対す
る定量評価を行うことは不可能であるといわれている。
一方、オプティカルフローによる方法においては、オプ
ティカルフローが就寝者の動きそのものの定量評価が可
能であるものの、実際には、オプティカルフローの算出
には膨大な計算時間が必要であることから、高価な処理
装置が必要となるといった問題が残されている。

【００１２】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、就寝者の姿勢や室内
照明光に対して影響を受けることなく就寝者の呼吸を確
実に検出し、検出された呼吸の定量評価をも容易に実現
可能な画像計測による監視装置を提供することを課題と
している。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の監視装置は、所
定の照明パターンを投光する照明パターン投光手段と、
投光された波長の光を継続的に撮像する撮像手段と、撮
像手段により異なる時間に取得された２フレームの画像
から照明パターンのフレーム間移動量を算出する移動量
算出手段と、フレーム間移動量を時系列に並べてなる移
動量波形データを生成する移動量波形生成手段と、移動
量波形データより撮像対象の動きを検出する波形検出手
段とを備える。

【００１４】また、波形検出手段は、就寝者の体動およ
び呼吸を検出するものであり、さらに、就寝者の体動お
よび呼吸から就寝者の安否を判定する安否判定手段と、
安否判定手段にて就寝者が危険な状態にあると判定した
場合には、それを示す信号を出力する信号出力手段とを
備えることで、就寝者の監視装置とすることができる。

【００１５】また、移動量算出手段は、照明パターン投
光手段と撮像手段とを結ぶ軸方向について照明パターン
のフレーム間移動量を算出することで、照明パターンの
移動量の算出を簡単にすることができる。また、波形検
出手段は、移動量波形データから、周期的なパターンを
呼吸パターンとして検出し、大きなピークを持つ変動を
体動パターンとして検出することで、呼吸パターンと体
動パターンを検出することができる。

【００１６】また、安否判定手段は、短時間に呼吸パタ
ーンの持つ周期が乱れた場合、呼吸パターンの持つ周期
が急激に変化した場合、呼吸パターンの消失が続いた場
合、または、短時間に体動パターンが頻出した場合に、
就寝者が危険な状態にあると判定することで、就寝者の
危険な状態を判定することができる。また、移動量算出
手段は、照明パターン投光手段と撮像手段とを結ぶ軸方
向について照明パターンのフレーム間移動量を移動方向
に応じて正負符号をつけて算出することで、撮像対象の
動きを簡易確実に検出することができる。

【００１７】また、波形検出手段は、呼吸パターンの
内、画像上で照明パターン投光手段から撮像手段への方
向への移動に対応する正負符号を持つ値、および、画像
上で撮像手段から照明パターン投光手段への方向への移
動に対応する正負符号を持つ値を、それぞれ呼気パター
ン、または、吸気パターンのいずれかとして検出するこ
とで、呼吸パターンを確実に検出することができる。

【００１８】また、波形検出手段は、呼気パターンと吸
気パターンとの間で符号が反転するゼロクロスを計数す
ることで呼吸を計数することで、コンピュータでの処理
によく適合する。また、波形検出手段は、計数された呼
吸の数から、単位時間当たりの呼吸数、または、呼吸の
周波数、を算出することで、確実に単位時間当たりの呼
吸数、または、呼吸の周波数、を算出することができ
る。

【００１９】また、安否判定手段は、呼気パターンおよ
び吸気パターンより呼吸が、正常呼吸、Ｃｈｅｙｎｅ−
Ｓｔｏｋｅｓ呼吸、中枢性過換気、失調性呼吸、また
は、Ｋｕｓｓｍａｕｌの大呼吸、のいずれかに属するか
を判定し、呼吸がＣｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ呼吸、中
枢性過換気、失調性呼吸、または、Ｋｕｓｓｍａｕｌの
大呼吸、のいずれかに属すると判定された場合に、就寝
者が危険な状態にあると判定することで、就寝者が危険
な状態にあることを確実に判定することができる。

【００２０】また、移動量算出手段は、照明パターン投
光手段と撮像手段とを結ぶ軸方向について照明パターン
の部分領域のフレーム間移動量を算出し、部分領域のフ
レーム間移動量が所定量より大きく現れるか、部分領域
のフレーム間移動が所定量より頻出する、画像中の領域
を就寝者の存在する領域として決定し、安否判定手段
は、就寝者の存在する領域が所定時間より短時間で所定
量より頻繁に動く場合に就寝者が危険な状態にあると判
定することで、就寝者が危険な状態にあることを安全確
実に判定することができる。

【００２１】また、移動量算出手段は、照明パターン投
光手段と撮像手段とを結ぶ軸方向について照明パターン
の部分領域のフレーム間移動量を算出し、部分領域のフ
レーム間移動量が所定量より大きく現れるか、部分領域
のフレーム間移動が所定頻度より多く発生する、画像中
の領域を就寝者の存在する領域として決定し、安否判定
手段は、就寝者の存在する領域がベッドのいずれか一方
の端部に所定距離以上近接した場合に就寝者が危険な状
態にあると判定することで、就寝者がベッドから落ちそ
うな状態にあることを確実に判定することができる。

【００２２】また、信号出力手段より出力される信号に
基づき、就寝者が危険な状態にあることを第三者へと通
報する通報手段を備えることで、就寝者が危険な状態に
あることを離れたところで知ることができる。また、通
報手段は、通信回線を介して就寝者が危険な状態にある
ことを、第三者に音声、文字、記号、室内照明を含む光
の強弱、または、振動で通報することで、第三者の対応
を迅速に促すことができる。

【００２３】また、照明パターン投光手段は、複数の輝
点を有する照明パターンを投光し、移動量算出手段は、
照明パターン投光手段と撮像手段とを結ぶ軸方向につい
て各輝点のフレーム間移動量を移動方向に応じて正負符
号をつけて算出し、照明パターンのフレーム間移動量を
単数または複数の輝点の移動量を用いて算出すること
で、照明パターンの移動量を簡易に算出することができ
る。

【００２４】また、照明パターン投光手段は、複数の輝
点を有する照明パターンを投光し、移動量算出手段は、
照明パターン投光手段と撮像手段とを結ぶ軸方向につい
て各輝点のフレーム間移動量を移動方向に応じて正負符
号をつけて算出し、照明パターンのフレーム間移動量と
して各輝点の移動量の総和を算出することで、統計的な
ノイズの影響を軽減することができる。

【００２５】また、照明パターン投光手段は、単数また
は複数のスリット光を有する照明パターンを投光し、移
動量算出手段は、照明パターン投光手段と撮像手段とを
結ぶ軸方向について各輝点のフレーム間移動量を移動方
向に応じて正負符号をつけて算出し、照明パターンのフ
レーム間移動量を、単数ないし複数のスリット光に対応
するピクセルの移動量を用いて算出することで、照明パ
ターンの移動量を簡易に算出することができる。

【００２６】また、照明パターン投光手段は、単数また
は複数のスリット光を有する照明パターンを投光し、移
動量算出手段は、照明パターン投光手段と撮像手段とを
結ぶ軸方向のスリット光に対応する各ピクセルのフレー
ム間移動量を移動方向に応じて正負符号をつけて算出
し、照明パターンのフレーム間移動量としてスリット光
に対応する各ピクセルの移動量の総和を算出すること
で、測定点を増やしてかつ統計的なノイズの影響を軽減
することができる。

【００２７】また、照明パターン投光手段は、寝具の就
寝者の頭部方向または足部方向のどちらか一方の寝具の
縁部の一方の端部付近直上に設置され、撮像手段は、他
方の端部付近直上に設置されていることで、監視されて
いることを就寝者に強く意識させずに監視することがで
きる。

【００２８】また、就寝者の在／不在を検出するための
在床検出手段を備えることで、不在の場合と呼吸が止ま
った場合とを迅速確実に判別することができる。また、
就寝者の下方に敷くことができて就寝者の在／不在を検
出する感圧スイッチを備えることで、不在の場合と呼吸
が止まった場合とを迅速確実に判別することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】この出願の発明は上記のとおりの
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。図１は、この出願の発明に係る監視装置の
構成を示した概要図である。監視装置６は照明パターン
投光手段１、撮像手段５、移動量算出手段７、移動量波
形生成手段８、波形検出手段９、安否判定手段１０、信
号出力手段１１、通報手段１２からなる。まず、照明パ
ターン投光手段１から、就寝者の体２または寝具３に対
して照明パターン４が投光される。投光する光の波長を
赤外線とすることで就寝者に監視されていることが意識
させずに済むので好ましい。この体２または寝具３に対
して投光された照明パターン４は、撮像手段５により、
連続的に画像として撮像される。撮像手段５は投光した
光の波長である例えば赤外線を撮像することができるも
のである。撮像手段５により取得された時間的に異なる
２フレームの画像から、体２の動き、または、体２の動
きに伴う寝具３の動きに起因する撮像手段の光軸方向の
動きによりこれと光軸が異なる照明パターンの撮像面内
の移動が起こり、この照明パターンのフレーム間移動量
が、移動量算出手段７により算出される。

【００３０】次いで、移動量波形生成手段８において
は、この移動量算出手段７により算出されたフレーム間
移動量を、時系列に並べることで移動量波形データが生
成される。さらに、波形検出手段９では、移動量波形デ
ータから就寝者の体動および呼吸が検出される。取得す
る画像は２〜３フレーム／秒程度でも呼吸の波形を生成
するのに十分である。また、移動量波形データを生成す
るためには等しい間隔で画像を取得することが好まし
い。

【００３１】そして、この出願の発明の監視装置６に
は、安否判定手段１０が備えられていてもよく、この安
否判定手段１０においては、波形検出手段９により検出
された就寝者の体動および呼吸から、就寝者の安否が判
定される。安否判定手段１０において、就寝者が危険な
状態にあると判定された場合には、信号出力手段１１は
それを示す信号を出力する。これにより、例えば危険な
状態になったことをその時刻とともに記録に残しておけ
る。またさらに、信号出力手段１１より出力される信号
に基づき通報手段１２により、第三者に対して、就寝者
が危険な状態にあることが、自動的に通報されるもので
ある。

【００３２】図２は、移動量算出手段において、画像上
での照明パターンのフレーム間移動量の算出について示
した概要図である。移動量算出手段７においては、撮像
手段５によって取得された画像の内、時間的に異なる２
フレームから、照明パターン投光手段１と撮像手段５と
を結ぶ軸方向について画像上での照明パターンのフレー
ム間移動量が算出される。図３は、この出願の発明に係
る監視装置の原理について示した概要図である。図３に
示す光学配置において、次式

【００３３】

【数１】δ＝ｄｌＺ／｛ｈ（ｈ−Ｚ）｝ δ：照明パターンのフレーム間移動量ｈ：照明パターン投影手段および撮像手段の設置高さｄ：照明パターン投影手段と撮像手段との距離ｌ：撮像手段の焦点距離 Z：高さ方向の変位量がなりたつ。すなわち、照明パターンのフレーム間移動
量δは、就寝者の体２の動き、または、体２の動きに伴
う寝具３の動きによる高さ方向の変位量Ｚに応じたもの
になる。したがって、波形検出手段９においては、移動
量波形生成手段８により生成された移動量波形データ中
で、周期的なパターンを示す波形が呼吸パターンとし
て、また、大きなピークを持つ変動を示す波形が体動パ
ターン（寝返りなど体を動かしたことにより波形が変動
するパターン）として、それぞれ分離して検出すること
ができる。呼吸パターンにおいては、その周期性から単
位時間当たりの呼吸数を知ることができる。また、周期
性の時間推移は、就寝者の呼吸の安定性を示す。さらに
は、前述の通り、照明パターンのフレーム間移動量は高
さ方向の変位量に応じたものであることから、呼吸の深
さを知る手段にもなる。

【００３４】安否判定手段１０では、例えば、（i）短時間に呼吸パターンの持つ周期が乱れた場合（ii）呼吸パターンの持つ周期が急激に変化した場合（iii）呼吸パターンの消失が続いた場合（iv）短時間に体動パターンが頻出した場合において、就寝者が危険な状態にあると判定される。
（i）または（ii）のような状況は、例えば、自然気
胸、気管支喘息などの肺疾患、うっ血性心不全などの心
疾患、または、脳出血などの脳血管疾患に伴い出現する
ものと考えられる。また、（iii）のような状況は、呼
吸が停止した場合に出現する。（iv）のような状況は、
就寝者が何らかの理由で苦しんで暴れているような状況
が想定される。

【００３５】移動量算出手段７において、時間的に異な
る２フレームの画像から、照明パターン投光手段１と撮
像手段５とを結ぶ軸方向について照明パターンのフレー
ム間移動量は、移動方向に応じて正負符号をつけて算出
されるのが好ましい。これにより呼吸に関しては必ず図
４に示す呼気パターンと吸気パターンが得られ、呼気パ
ターンから吸気パターン、または、吸気パターンから呼
気パターンの間に現れる「ゼロクロス」（符号が反転す
る交点）の数を計測することで、呼吸をカウントでき
る。これはコンピュータで処理をするにあたって有利で
ある。

【００３６】図４は、移動量波形データの波形パターン
の例を示した図である。移動量波形生成手段８で生成さ
れる移動量波形データは、例えば図４に示されるような
波形パターンを示す。図５は、この出願の発明に係る監
視装置の呼吸検知の原理について示した概要図である。
図５に示した光学配置において、上方向Ａへ高さが変化
する場合、画像上の照明パターンは、撮像手段から照明
パターン投光手段への方向Ａ’へと移動する。また、下
方向Ｂへ高さが変化する場合、画像上の照明パターン
は、画像上で照明パターン投光手段から撮像手段への方
向Ｂ’へと移動する。

【００３７】したがって、照明パターンのフレーム間移
動量は、移動方向に応じて正負符号をつけて算出された
フレーム間移動量から移動量波形データを生成し、この
移動量波形データ中で周期的なパターンを示す波形を呼
吸パターンとして検出すれば、この検出された呼吸パタ
ーンの内、方向Ａ’への移動に対応する正負符号を持つ
部分４１を呼気パターンとして、また、方向Ｂ’への移
動に対応する正負符号を持つ部分４２を吸気パターンと
して検出することができる。

【００３８】なお、撮像される画像の水平方向または垂
直方向を、照明パターン投光手段と撮像手段とを結ぶ軸
方向と一致するように設定することで、照明パターンの
移動方向が、水平方向または垂直方向となるため、照明
パターンの移動量の算出を簡単にすることができる。

【００３９】また、方向Ａ’への移動に対応する正負符
号を持つ部分４１と方向Ｂ’への移動に対応する正負符
号を持つ部分４２が１回ずつ現れた時点を１回の呼吸と
して、単位時間当たりの呼吸回数（呼吸の周期）を知る
こともできる。安否判定手段においては、正常な呼吸お
よび異常な呼吸に関してそれぞれの呼吸パターンをあら
かじめ記憶しておき、就寝者の呼吸パターンと比較する
ことで、就寝者の呼吸が正常な呼吸であるか否かを判定
してもよい。

【００４０】図６は、正常および異常な呼吸パターンの
例を示した図である。登録される正常な呼吸パターン
は、図６（ａ）に示したような、周期的なパターンであ
る。一方、異常な呼吸パターンとしては、例えば、Ｃｈ
ｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ呼吸、中枢性過換気、失調性呼
吸、Ｋｕｓｓｍａｕｌの大呼吸など、生理学的に体内に
障害が発生している場合に生じると考えられている呼吸
パターンが登録される。一例として、図６（ｂ）に、Ｃ
ｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ呼吸の呼吸パターンを、図６
（ｃ）に中枢性過換気の呼吸パターンを、また、図６
（ｄ）に失調性呼吸の呼吸パターンを、それぞれ示す。
これらの呼吸パターンは、正常な呼吸パターンとは波形
として明らかに異なるものであり、また、それぞれ、呼
吸の周波数、出現回数、深浅が異なることを利用し、就
寝者の呼吸パターンがいずれの呼吸パターンに属するか
を判別する。

【００４１】就寝者の呼吸が、生理学的に体内に障害が
発生している場合に生じると考えられている呼吸パター
ンに属すると判定された場合には、安否判定手段におい
ては、就寝者が異常な呼吸をしており危険な状態にある
と判定される。就寝者が異常な呼吸を呈した場合には、
就寝者の呼吸パターンの名称やその呼吸の原因となると
考えられる病名、疾患器官、疾患箇所などを、通報手段
により第三者に通報してもよい。表１に、上記の異常な
呼吸パターンが発生した場合の、病名または疾患箇所に
ついて示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】図７および図８は、照明パターン投光手段
により投光される照明パターンについて示した概要図で
ある。照明パターン投光手段により投光される照明パタ
ーンは、空間的に離散した分布を持つものが好ましく、
例えば、図７に示すような複数の輝点７１や、または、
図８に示すような単数のスリット光８１または複数のス
リット光８２が選択使用される。

【００４４】複数の輝点を持つ照明パターンにおいて
は、各輝点のフレーム間移動量が、移動方向に応じた正
負符号が付加された上で算出され、照明パターンのフレ
ーム間移動量として各輝点の移動量の総和が算出され
る。同様に、単数または複数のスリット光を持つ照明パ
ターンにおいては、スリット光に対応する各ピクセルの
フレーム間移動量が、移動方向に応じた正負符号が付加
された上で算出され、照明パターンのフレーム間移動量
としてスリット光に対応する各ピクセルの移動量の総和
が算出される。これら空間的に離散した照明パターンを
用いる場合にフレーム間移動量の総和を算出すること
で、統計的なノイズの影響を軽減することができる。

【００４５】移動量算出手段では、照明パターンのフレ
ーム間移動量が大きく現れるか、または、照明パターン
のフレーム間移動が頻出する画像中の領域を、就寝者の
存在する領域として決定し、この領域が短時間で頻繁に
動く場合に、安否判定手段において就寝者が危険な状態
にあると判定されるようにしてもよい。このような場合
は、就寝者が何らかの理由で苦しんで暴れているような
状況が想定される。

【００４６】また、ベッド上の就寝者を対象として、上
記の就寝者の存在する領域が、ベッドのいずれか一方の
端部に極めて近接した場合に、安否判定手段において就
寝者が危険な状態にあると判定されるようにしてもよ
い。このような場合は、就寝者がベッドから転落するよ
うな危険な位置にいる状況が想定されている。

【００４７】この出願の発明の監視装置においては、照
明パターンが投光される範囲が、就寝者の腹部、胸部、
背部、および肩部が、就寝中に取りうる位置を網羅する
範囲に設定されることが好ましい。同様に、撮像装置に
よる撮影領域の範囲も、就寝者の腹部、胸部、背部、お
よび肩部が、就寝中に取りうる位置を網羅する範囲に設
定されることが好ましい。

【００４８】図９および図１０は、照明パターン投光手
段と撮像手段の配置例を示した概要図である。例えば、
図９に示すように、照明パターン投光手段９１は、就寝
者の頭部９２または足部９３付近の直上に、また、撮像
手段９４は、就寝者の腹部９５周辺直上に設置される。
また、図１０に示すような、就寝者の下方に敷かれる寝
具１０１の就寝者の頭部９２方向または足部９３方向の
どちらか一方の寝具の縁部１０４において、縁部１０４
の一方の端部１０５付近の直上に照明パターン投光手段
１０６を設置し、縁部１０４の他方の端部１０７付近直
上に撮像手段１０８を設置してもよい。図９に示された
配置は、就寝者の呼吸を極めて敏感に捉えることがで
き、詳細な呼吸パターンを検出できるという利点をもつ
が、撮像装置が就寝者の視界に入ることから心理的な圧
迫感を伴う場合がありうる。一方、図１０に示された配
置は、図９に示された配置程に詳細に呼吸を捉えること
は不可能であるが、心理的な圧迫感は少ないものと考え
られる。もちろん、図９に示された配置を、図１１のよ
うに、若干の呼吸に対する感度を犠牲にし、照明パター
ン投光手段１１１と撮像手段１１２を、寝具におけるい
ずれか一方の側端部１１３に設置して、圧迫感を軽減し
てもよい。これらの配置は、状況に応じて、適宜選択さ
れるものである。

【００４９】照明パターン投光手段は、空間的に離散化
されて光を投光するものであればどのようなものであっ
てもよく、例えば、ファイバーグレーティング、回折格
子、レンズアレイ、光源アレイまたは開口アレイの結
像、光源アレイまたは開口アレイの出射光をコリメート
したものなどが利用される。この出願の発明の監視装置
においては、就寝者がいるかいないかを正確に検知する
ための補助手段として、就寝者の下方に敷かれる寝具に
感圧スイッチを備えてもよい。このスイッチの入／切に
よって、就寝者の在／不在が判別される。

【００５０】また、この出願の発明の監視装置において
は、通報手段が音声出力機能を備え、第三者に就寝者が
危険な状態にあることを音声で通報する。また、文字、
記号、室内照明を含む光の強弱、又は、振動などにより
通報してもよい。また、通報手段が、一般電話回線、Ｉ
ＳＤＮ回線、ＰＨＳ回線、または、携帯電話回線などの
通信回線に対して接続する機能を備え、就寝者が危険な
状態にあることを第三者に音声、文字又は記号で通報す
るようにしてもよい。

【００５１】図１２は、照明パターン投光手段と撮像手
段の配置例を示した概要図である。この出願の発明の原
理は、もちろん、就寝者の監視装置に限定されて適用さ
れるものではなく、例えば、室内の人物の安否を監視す
る室内安否監視装置への適用も可能であることは言うま
でもない。この室内安否監視装置においては、この出願
の発明の監視装置と同様の構成を備えるものであり、例
えば、図１２に示される。

【００５２】まず、照明パターン投光手段１２１から、
監視対象者の体１２２に対して照明パターン１２３が投
光される。この体１２２に対して投光された照明パター
ン１２３は、撮像手段１２４により、連続的に画像とし
て撮像され、撮像手段１２４により取得された時間的に
異なる２フレームの画像から、体１２２の動きに起因す
る照明パターン１２３のフレーム間移動量が、移動量算
出手段により算出される。

【００５３】次いで、移動量波形生成手段においては、
この移動量算出手段により算出されたフレーム間移動量
を、時系列に並べることで移動量波形データが生成され
る。さらに、波形検出手段では、移動量波形データから
監視対象者の体動および呼吸が検出される。

【００５４】そして、この室内安否監視装置には、安否
判定手段が備えられており、この安否判定手段において
は、波形検出手段により検出された監視対象者の体動お
よび呼吸から、監視対象者の安否が判定される。安否判
定手段において、監視対象者が危険な状態にあると判定
された場合には、通報手段により、第三者に対して、監
視対象者が危険な状態にあることが、自動的に通報され
るものである。

【００５５】移動量算出手段においては、撮像手段１２
４によって取得された画像の内、時間的に異なる２フレ
ームから、照明パターン投光手段１２１と撮像手段１２
４とを結ぶ軸方向について画像上での照明パターンのフ
レーム間移動量が算出される。波形検出手段において
は、移動量波形生成手段により生成された移動量波形デ
ータ中で、周期的なパターンを示す波形が呼吸パターン
として検出され、また、大きなピークを持つ変動を示す
波形が体動パターンとして検出される。

【００５６】安否判定手段においては、監視対象者の体
動パターンが消失した時間帯を監視対象者が動作を止め
た状態であると判定し、この時間帯において、短時間に
呼吸パターンの持つ周期が乱れた場合、呼吸パターンの
持つ周期が急激に変化した場合、呼吸パターンの消失が
続いた場合に、監視対象者が危険な状態にあると判定す
る。

【００５７】以上で示した室内安否監視装置は、監視領
域が限定される場合に、特に有効に働くものであり、例
えば、図１３に示すような入浴する人物の監視には極め
て好適である。また、同様に、トイレ室内の人物の安否
監視に対しても、有効に働くものである。なお、本発明
は上記実施の形態に限定されるものではない。

【００５８】振幅変調した光を投光して、撮像した信号
から変調信号を抽出することにしてもよい。これにより
室内照明光などの一般の光がノイズとなる影響を軽減す
ることができる。精度をある程度犠牲にしてもよいので
あれば、フレームはフィールドであってもよい。したが
って、特許請求の範囲に記載したフレームはフィールド
も含まれる広い概念のものである。

【００５９】

【発明の効果】以上、詳しく説明した通り、この出願の
発明により、就寝者の姿勢や照明光、および、布団の模
様に対して影響を受けることなく就寝者の呼吸を確実に
検出し、検出された呼吸の定量評価をも容易に実現可能
な画像計測による監視装置が提供される。この出願の発
明は、高齢者や病人が危機的状況に陥った場合に、迅速
な救急対応の実現を支援する技術として、その実用化が
強く期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明に係る監視装置の構成を示した
概要図である。

【図２】移動量算出手段において、画像上での照明パタ
ーンのフレーム間移動量の算出について示した概要図で
ある。

【図３】この出願の発明に係る監視装置の原理について
示した概要図である。

【図４】移動量波形データの波形パターンの例を示した
図である。

【図５】この出願の発明に係る監視装置の呼吸検知の原
理について示した概要図である。

【図６】正常および異常な呼吸パターンの例を示した図
である。

【図７】照明パターン投光手段により投光される照明パ
ターンについて示した概要図である。

【図８】照明パターン投光手段により投光される照明パ
ターンについて示した概要図である。

【図９】照明パターン投光手段と撮像手段の配置例を示
した概要図である。

【図１０】照明パターン投光手段と撮像手段の配置例を
示した概要図である。

【図１１】照明パターン投光手段と撮像手段の配置例を
示した概要図である。

【図１２】この出願の発明である室内安否監視装置の構
成について示した概要図である。

【図１３】この出願の発明である室内安否監視装置の構
成について示した概要図である。

【符号の説明】

１照明パターン投光手段２体３寝具４照明パターン５撮像手段６監視装置７移動量算出手段８移動量波形生成手段９波形検出手段１０安否判定手段１１信号出力手段１２通報手段９１照明パターン投光手段９２頭部９３足部９４撮像手段９５腹部１０１寝具１０４縁部１０５一方の端部１０６照明パターン投光手段１０７他方の端部１０８撮像手段１１１照明パターン投光手段１１２撮像手段１１３側端部１２１照明パターン投光手段１２２体１２３照明パターン１２４撮像手段１３１照明パターン投光手段１３２体１３３照明パターン１３４撮像手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹村安弘東京都江東区猿江２−16−５スミセ深川ビル住友大阪セメント株式会社内 (72)発明者味村一弘東京都江東区猿江２−16−５スミセ深川ビル住友大阪セメント株式会社内 (56)参考文献特開平５−161613（ＪＰ，Ａ) 特開2000−189389（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−25542（ＪＰ，Ａ) 特開平11−225997（ＪＰ，Ａ) 特開平11−276443（ＪＰ，Ａ) 特開平11−86002（ＪＰ，Ａ) 特開平11−99140（ＪＰ，Ａ) 特開平３−258246（ＪＰ，Ａ) 特開2001−37739（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G08B 25/04 G08B 21/02 A61B 5/00 102 A61B 5/08 A61B 5/11

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の照明パターンを投光する照明パタ
ーン投光手段と、投光された波長の光を継続的に撮像する撮像手段と、撮像手段により異なる時間に取得された２フレームの画
像から照明パターンのフレーム間移動量を算出する移動
量算出手段と、フレーム間移動量を時系列に並べてなる移動量波形デー
タを生成する移動量波形生成手段と、移動量波形データより撮像対象の動きを検出する波形検
出手段とを備えることを特徴とする監視装置。
【請求項２】波形検出手段は、就寝者の体動および呼
吸を検出するものであり、さらに、就寝者の体動および呼吸から就寝者の安否を判定する安
否判定手段と、安否判定手段にて就寝者が危険な状態にあると判定した
場合には、それを示す信号を出力する信号出力手段とを
備えることを特徴とする請求項１記載の監視装置。
【請求項３】移動量算出手段は、照明パターン投光手
段と撮像手段とを結ぶ軸方向について照明パターンのフ
レーム間移動量を算出することを特徴とする請求項２記
載の監視装置。
【請求項４】波形検出手段は、移動量波形データか
ら、周期的なパターンを呼吸パターンとして検出し、大
きなピークを持つ変動を体動パターンとして検出するこ
とを特徴とする請求項２または３記載の監視装置。
【請求項５】安否判定手段は、短時間に呼吸パターン
の持つ周期が乱れた場合、呼吸パターンの持つ周期が急
激に変化した場合、呼吸パターンの消失が続いた場合、
または、短時間に体動パターンが頻出した場合に、就寝
者が危険な状態にあると判定することを特徴とする請求
項４記載の監視装置。
【請求項６】移動量算出手段は、照明パターン投光手
段と撮像手段とを結ぶ軸方向について照明パターンのフ
レーム間移動量を移動方向に応じて正負符号をつけて算
出することを特徴とする請求項４または５記載の監視装
置。
【請求項７】波形検出手段は、呼吸パターンの内、画
像上で照明パターン投光手段から撮像手段への方向への
移動に対応する正負符号を持つ値、および、画像上で撮
像手段から照明パターン投光手段への方向への移動に対
応する正負符号を持つ値を、それぞれ呼気パターン、ま
たは、吸気パターンのいずれかとして検出することを特
徴とする請求項６記載の監視装置。
【請求項８】波形検出手段は、呼気パターンと吸気パ
ターンとの間で符号が反転するゼロクロスを計数するこ
とで呼吸を計数することを特徴とする請求項７記載の監
視装置。
【請求項９】波形検出手段は、計数された呼吸の数か
ら、単位時間当たりの呼吸数、または、呼吸の周波数、
を算出することを特徴とする請求項８記載の監視装置。
【請求項１０】安否判定手段は、呼気パターンおよび
吸気パターンより呼吸が、正常呼吸、Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓ
ｔｏｋｅｓ呼吸、中枢性過換気、失調性呼吸、または、
Ｋｕｓｓｍａｕｌの大呼吸、のいずれかに属するかを判
定し、呼吸がＣｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ呼吸、中枢性
過換気、失調性呼吸、または、Ｋｕｓｓｍａｕｌの大呼
吸、のいずれかに属すると判定された場合に、就寝者が
危険な状態にあると判定することを特徴とする請求項７
ないし９いずれかに記載の監視装置。
【請求項１１】移動量算出手段は、照明パターン投光
手段と撮像手段とを結ぶ軸方向について照明パターンの
部分領域のフレーム間移動量を算出し、部分領域のフレ
ーム間移動量が所定量より大きく現れるか、部分領域の
フレーム間移動が所定量より頻出する、画像中の領域を
就寝者の存在する領域として決定し、安否判定手段は、就寝者の存在する領域が所定時間より
短時間で所定量より頻繁に動く場合に就寝者が危険な状
態にあると判定することを特徴とする請求項２記載の監
視装置。
【請求項１２】移動量算出手段は、照明パターン投光
手段と撮像手段とを結ぶ軸方向について照明パターンの
部分領域のフレーム間移動量を算出し、部分領域のフレ
ーム間移動量が所定量より大きく現れるか、部分領域の
フレーム間移動が所定頻度より多く発生する、画像中の
領域を就寝者の存在する領域として決定し、安否判定手段は、就寝者の存在する領域がベッドのいず
れか一方の端部に所定距離以上近接した場合に就寝者が
危険な状態にあると判定することを特徴とする請求項２
記載の監視装置。
【請求項１３】信号出力手段より出力される信号に基
づき、就寝者が危険な状態にあることを第三者へと通報
する通報手段を備えることを特徴とする請求項２ないし
１２いずれかに記載の監視装置。
【請求項１４】通報手段は、通信回線を介して就寝者
が危険な状態にあることを、第三者に音声、文字、記
号、室内照明を含む光の強弱、または、振動で通報する
ことを特徴とする請求項１３記載の監視装置。
【請求項１５】照明パターン投光手段は、複数の輝点
を有する照明パターンを投光し、移動量算出手段は、照明パターン投光手段と撮像手段と
を結ぶ軸方向について各輝点のフレーム間移動量を移動
方向に応じて正負符号をつけて算出し、照明パターンの
フレーム間移動量を単数または複数の輝点の移動量を用
いて算出することを特徴とする請求項１ないし１４いず
れかに記載の監視装置。
【請求項１６】照明パターン投光手段は、複数の輝点
を有する照明パターンを投光し、移動量算出手段は、照明パターン投光手段と撮像手段と
を結ぶ軸方向について各輝点のフレーム間移動量を移動
方向に応じて正負符号をつけて算出し、照明パターンの
フレーム間移動量として各輝点の移動量の総和を算出す
ることを特徴とする請求項１ないし１４いずれかに記載
の監視装置。
【請求項１７】照明パターン投光手段は、単数または
複数のスリット光を有する照明パターンを投光し、移動量算出手段は、照明パターン投光手段と撮像手段と
を結ぶ軸方向について各輝点のフレーム間移動量を移動
方向に応じて正負符号をつけて算出し、照明パターンの
フレーム間移動量を、単数ないし複数のスリット光に対
応するピクセルの移動量を用いて算出することを特徴と
する請求項１ないし１４いずれかに記載の監視装置。
【請求項１８】照明パターン投光手段は、単数または
複数のスリット光を有する照明パターンを投光し、移動量算出手段は、照明パターン投光手段と撮像手段と
を結ぶ軸方向のスリット光に対応する各ピクセルのフレ
ーム間移動量を移動方向に応じて正負符号をつけて算出
し、照明パターンのフレーム間移動量としてスリット光
に対応する各ピクセルの移動量の総和を算出することを
特徴とする請求項１ないし１４いずれかに記載の監視装
置。
【請求項１９】照明パターン投光手段は、寝具の就寝
者の頭部方向または足部方向のどちらか一方の寝具の縁
部の一方の端部付近直上に設置され、撮像手段は、他方の端部付近直上に設置されていること
を特徴とする請求項１ないし１８いずれかに記載の監視
装置。
【請求項２０】就寝者の在／不在を検出するための在
床検出手段を備えることを特徴とする請求項１ないし１
９いずれかに記載の監視装置。
【請求項２１】就寝者の下方に敷くことができて就寝
者の在／不在を検出する感圧スイッチを備えることを特
徴とする請求項１ないし２０いずれかに記載の監視装
置。