JP3575979B2 - 被介護者観測装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像を解析することにより被介護者の生理状態を観測する装置または方法に関するものである。。
【0002】
【従来の技術】
近年、我が国においても高齢者の占める割合が増加傾向にあり、2020年には65歳以上の高齢者が全人口の4分の1を超え、この状態が1世紀続くと予想されている。これに伴い、寝たきりや痴呆といった介護の必要な人(以下、「被介護者」という)の数も大幅に増加する。要介護高齢者の発生率は加齢に伴い増加し、現在、65〜69才では1.5%程度であるが、85才以上では24%に達する。一方、この介護を行う人自体も配偶者などの高齢者が5割以上を占めており、深刻な社会問題となりつつある。このため、被介護者の生理状態を非接触で簡便に観測し、異常が発生したときに警報を発する装置及び方法が期待されており、被介護者を撮影した動画像上の局所領域の差分情報を解析することにより呼吸に伴う体動を計測する手法が提案され、注目を集めている(石原 他、「ビデオ信号差分処理による在宅医療支援システム」、日本ME学会 包括医療におけるマルチメディア研究会報告集、vol.2,No.1,pp.1− 4,1997.7 )。
【0003】
上記提案方法においては、体動を観測するために差分を行う局所領域は観測者が予め手動で設定せねばならず、この設定に熟練を要し、かつ、被介護者が寝返り等の呼吸以外の大きな体動を行った際にはこの局所領域を手動で再設定せねばならず、簡便に利用できないといった課題があった。
【0004】
そのため、エッジ及び明度分布を測定・解析することにより局所領域の最適な位置を自動設定する方法も提案されている(渡辺 他、「画像処理装置及び被介護者観測装置」、特願平9−242673号)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の被介護者観測装置においては、被介護者の体動を観測するために差分を行う局所領域は画像中に1カ所に限定されていたため、局所領域の設定時は呼吸パターンが観測できないという問題点があった。
【0006】
また、被介護者が寝返りなどの非呼吸体動が発生した場合に、これを確実に検出することが困難であるといった問題点があった。
【0007】
図1から図4に基づいてその従来の被介護者観測装置について説明する。
【0008】
図1の被介護者S1が椅子に座っている状態を例に、画像の時間差分による呼吸モニタリング装置S3の動作原理を示す。
【0009】
呼吸モニタリング装置S3に接続されたTVカメラS2により撮影された画像の撮影領域S4から適切な局所領域(ROI)S5を選択し、この領域S5に含まれる各画素について時間差分を行い、この総和を計算する。
【0010】
例えば、呼吸によりTVカメラS2に対し左右に体動をしている肩の周辺に、肩周辺の服、及び背景の明度が各々一様になるように局所領域S5を設定したとする。
【0011】
図2(a)に示すように、呼吸状態での肩の背景の境界のエッジをa、背景の明度をX、肩周辺の服の明度をYとする。
【0012】
図2(b)に示すように、呼気によりΔt秒後に肩のエッジがbまで動き、この動いた部分の面積をAとすると、時間差分量は(Y−X)Aとなる。
【0013】
図2(c)に示すように、呼吸による体動は周期的な動きとなるため、2Δt後には肩エッジはaの位置に戻り、時間差分量は(X−Y)Aとなる。
【0014】
以下、図2(e)に示すように、3Δt、4Δt後の時間差分量は、(Y−X)Aと(X−Y)Aを交互に繰り返す。
【0015】
これをグラフに示したのが図3で、2Δtを周期、振幅が(Y−X)Aの周期波形となる(本例では、Y>Xと仮定している。これが逆になると、グラフは時間軸に対称に反転するが、周期は変化しない)。
【0016】
そして、被介護者の呼吸が停止した場合は体動が観測されなくなり、時間差分量が0に近くなるため、容易に検知できる。
【0017】
しかし、一般的には被介護者は図1のように椅子に座っているよりは図4に示すように寝ている状態が多く、適切な局所領域を自動的に選択することは容易ではない。また、体のひねりなどの呼吸以外の大きな体動を行った場合は、必ずしもこの局所領域において被形の周期、振幅が変化するわけではない。呼吸による変化は胸周囲に局在するのに対して、寝返り、伸びなどの非呼吸体動は体全体が動くため、大局的に観測することにより安定に検出が行う必要がある。
【0018】
そこで本発明は、以上の点を鑑み、被介護者の呼吸パターンを間断なく計測でき、かつ、非呼吸体動等の発生を確実に検出するための被介護者観測装置及びその方法を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、動画像を解析することにより被介護者の生理状態を観測する被介護者観測装置において、前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域を複数設定する局所領域設定手段と、前記局所領域設定手段によって画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれ解析する明度解析手段と、前記明度解析手段によって解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域として抽出する抽出手段と、判定手段とよりなり、前記判定手段は、前記抽出手段によって変化領域として抽出された複数の局所領域から構成される部分集合の分散値が第2のしきい値より小さく、かつ、前記複数の局所領域の数が最大要素数である部分集合を選択し、この選択された部分集合に含まれる各局所領域の数及び位置を調査し、この調査した局所領域の数が第3のしきい値より大きい場合は、前記被介護者が寝返りなどの非呼吸体動による変化が画面の広範囲にわたって生じたと判定し、また、この調査した局所領域の数が前記第3のしきい値より小さく、かつ、それら局所領域の位置が近接している場合は、前記被介護者の胸部周辺の動きを計測していると判定することを特徴とする被介護者観測装置である。
【0020】
上記被介護者観測装置の動作状態について説明する。
【0021】
局所領域設定手段は、前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域を複数設定する。
【0022】
明度解析手段は、前記局所領域設定手段によって画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれ解析する。
【0023】
抽出手段は、前記明度解析手段によって解析された複数の局所領域の明度情報に基づいて前記被介護者の動き情報を抽出する。
【0024】
これにより、被介護者の生理状態を非接触で観測し、異常が発生したときに警報を発する装置及び方法を簡便に実施することが可能となる。
【0025】
請求項2の発明は、動画像を解析することにより被介護者の生理状態を観測する被介護者観測装置において、前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域を複数設定する局所領域設定手段と、前記局所領域設定手段によって画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれ解析する明度解析手段と、前記明度解析手段によって解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域として抽出する抽出手段と、判別手段とよりなり、前記判別手段は、前記複数の局所領域の中の一部の局所領域のみが変化領域の場合は正常呼吸中であると判別し、前記複数の局所領域の中の一定数以上の局所領域が変化領域であって、かつ、複数個がほぼ同時に変化を出力した場合は寝返り等の非呼吸体動と判別することを特徴とする請求項1に記載の被介護者観測装置である。
【0026】
請求項3の発明は、動画像を解析することにより被介護者の生理状態をコンピュータによって観測する被介護者観測方法において、前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域をコンピュータによって複数設定する局所領域設定ステップと、前記局所領域設定ステップにおいて画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれコンピュータによって解析する明度解析ステップと、前記明度解析ステップにおいて解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域としてコンピュータによって抽出する抽出ステップと、コンピュータによって判定する判定ステップとよりなり、前記判定ステップは、前記抽出ステップにおいて変化領域として抽出された複数の局所領域から構成される部分集合の分散値が第2のしきい値より小さく、かつ、前記複数の局所領域の数が最大要素数である部分集合を選択し、この選択された部分集合に含まれる各局所領域の数及び位置を調査し、この調査した局所領域の数が第3のしきい値より大きい場合は、前記被介護者が寝返りなどの非呼吸体動による変化が画面の広範囲にわたって生じたと判定し、また、この調査した局所領域の数が前記第3のしきい値より小さく、かつ、それら局所領域の位置が近接している場合は、前記被介護者の胸部周辺の動きを計測していると判定することを特徴とする被介護者観測方法である。
【0027】
請求項4の発明は、動画像を解析することにより被介護者の生理状態をコンピュータによって観測する被介護者観測方法において、前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域をコンピュータによって複数設定する局所領域設定ステップと、前記局所領域設定ステップにおいて画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれコンピュータによって解析する明度解析ステップと、前記明度解析ステップにおいて解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域としてコンピュータによって抽出する抽出ステップと、コンピュータによって判定する判別ステップとよりなり、前記判別ステップは、前記複数の局所領域の中の一部の局所領域のみが変化領域の場合は正常呼吸中であると判別し、前記複数の局所領域の中の一定数以上の局所領域が変化領域であって、かつ、複数個がほぼ同時に変化を出力した場合は寝返り等の非呼吸体動と判別することを特徴とする被介護者観測方法である。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を説明する。
【0031】
本実施例では、局所領域を複数設定することにより、非呼吸体動の検出性能を大幅に向上すると共に、呼吸自動モニタリングを間断なく確実に行う呼吸モニタリング装置S6を図5から図8に基づいて説明する。
【0032】
図5は、就寝中の被介護者S1の状態を観測する説明図であり、呼吸モニタリング装置S6に接続されたTVカメラS2により撮影された画像の撮影領域S4から複数の局所領域を選択し、その観測を行うものである。
【0033】
(呼吸モニタリング装置S6)
図6は、本実施例による呼吸モニタリング装置S6の全体構成である。
【0034】
呼吸モニタリング装置S6は、局所領域位置・大きさ設定部S7と呼吸パターン測定部S8より構成される。
【0035】
局所領域位置・大きさ設定部S7は、時間差分を行う局所領域候補の位置と大きさを複数個設定する。
【0036】
呼吸パターン測定部S8は、この各局所領域に含まれる画素の時間差分を逐次計算、解析することにより、呼吸パターングラフと呼吸数を蓄積・表示する。
【0037】
(局所領域位置・大きさ設定部S7)
図7は、局所領域位置・大きさ設定部S7の詳細な構成例である。
【0038】
本実施例では、局所領域の形状は画像平面上の矩形領域とする。局所領域の中心位置は、局所領域中心アドレス設定部S9により設定され、X方向、Y方向の大きさは各々独立に、X方向サイズ設定部S10、Y方向サイズ設定部S11により設定される。各局所領域は図8(a)に示すように、重なりがないように設定することも可能であり、また、図8(b)に示すように、一部が重なり合うように設定することも可能である。
【0039】
(呼吸パターン測定部S8)
図9は、呼吸パターン測定部S8の詳細な構成例である。
【0040】
呼吸パターン測定部S8は、時間差分計算部S12と呼吸トレンド情報抽出部S13とよりなる。
【0041】
時間差分計算部S12は、局所領域位置・大きさ設定部S7で設定した各局所領域内の差分値D(t)を計算する。差分値D(t)は、各時刻tにおける、呼吸周期から与えられる一定間隔kの画像間の差分値である。
【0042】
本実施例では以下の式で与えられる絶対値差分の総和値を採用する。しかし、これに限定されるものではない。
【0043】
【数1】
ここで、kは差分する時間間隔、(x,y)は、この局所領域に含まれる各点のx,y座標、I x,y (t)はこの点の時刻tにおける明度である。
【0044】
呼吸トレンド情報抽出部S13は、この差分値D(t)を解析することにより、呼吸数などの呼吸トレンド情報を計測し記憶する。
【0045】
図10に示すように、呼吸トレンド情報抽出部S13は、差分値パターン解析部S14と統合判定部S15とメモリS16より構成される。
【0046】
差分値パターン解析部S14では、各時点における各局所領域iの差分値Di(t)の集合から、一定のしきい値以上の値を持つものを変化領域として抽出し、さらに、これら抽出した結果の各部分集合の平均値、分散値を計算する。
【0047】
統合判定部S15では、これら各部分集合の中で分散値が一定のしきい値より小さい最大要素数のものを選択し、この選択された部分集合に含まれる各局所領域の数及び位置を調べる。
【0048】
この調べた局所領域の数が一定のしきい値より大きい場合は、寝返りなどの非呼吸体動による変化が画面の広範囲に渡って生じたと判定し、呼吸パターン表示の一時停止などの処理を行う。
【0049】
また、この調べた局所領域の数がしきい値以下かつ位置が近接している場合は、胸部周辺の動きを計測していると判定し、この部分集合に対応する差分値の平均値を統合呼吸変化量として選択し、呼吸パターン表示、呼吸数計測などの処理に利用するためにメモリS16に記憶する。
【0050】
さらに、この調べた局所領域の数がしきい値以下かつ位置が近接していない場合は、TV画面のちらつきの投影などの外乱による変化が混入したと判定し、この場合も呼吸パターン表示の一時停止などの処理を行う。
【0051】
変 更 例
なお、本発明は上記実施例に記載した内容に限定されるものではない。
【0052】
例えば、呼吸パターン測定部S8において、各局所領域における呼吸トレンド情報をメモリS16に記憶したが、この代わり、またはこれと併用して呼吸トレンドパターン出力部を設け、画面に表示しても構わない。
【0053】
また、呼吸トレンドパターンを表示する代わり、またはこれと合わせて、ブザー等の警報音を出力することも可能である。
【0054】
さらに、複数の局所領域における呼吸トレンドパターンを統合解析する呼吸トレンド解析部を設け、例えば局所領域の一部のみで変化が観測できる場合は正常呼吸中、局所領域の一定数以上の複数個がほぼ同時に変化を出力した場合は寝返り等の非呼吸体動、などと判定する機能を付加することも可能である。
【0055】
以上のように、本発明は、上記実施例、変更例に限らずその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【0056】
【発明の効果】
本発明の被介護者観測装置及びその方法であると、被介護者の生理状態を非接触で観測し、異常が発生したときに警報を発する装置及び方法を簡便に実施することが可能となり、この社会的、実用的効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】椅子に座った状態の呼吸モニタリングの動作原理の説明図である。
【図2】画面の時間差の分割を示した図である。
【図3】呼吸パターンの出力例を示した図である。
【図4】従来の就寝中の呼吸モニタリングの動作原理の説明図である。
【図5】従来の就寝中の呼吸モニタリングの動作原理の説明図である。
【図6】本実施例による呼吸モニタリング装置S6の全体構成である。
【図7】局所領域位置・大きさ設定部S7の詳細な構成例である。
【図8】局所領域の認定方式を示す図である。
【図9】呼吸パターン測定部S8の詳細な構成例である。
【図10】呼吸トレンド情報抽出部S13の詳細な構成例である。
【符号の説明】
S6 呼吸モニタリング装置
S7 局所領域位置・大きさ設定部
S8 呼吸パターン測定部
S9 アドレス設定部
S10 X方向サイズ設定部
S11 Y方向サイズ設定部
S12 時間差分計算部
S13 呼吸トレンド情報抽出部
S14 差分値パターン解析部
S15 統合判定部
S16 メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像を解析することにより被介護者の生理状態を観測する装置または方法に関するものである。。
【0002】
【従来の技術】
近年、我が国においても高齢者の占める割合が増加傾向にあり、2020年には65歳以上の高齢者が全人口の4分の1を超え、この状態が1世紀続くと予想されている。これに伴い、寝たきりや痴呆といった介護の必要な人(以下、「被介護者」という)の数も大幅に増加する。要介護高齢者の発生率は加齢に伴い増加し、現在、65〜69才では1.5%程度であるが、85才以上では24%に達する。一方、この介護を行う人自体も配偶者などの高齢者が5割以上を占めており、深刻な社会問題となりつつある。このため、被介護者の生理状態を非接触で簡便に観測し、異常が発生したときに警報を発する装置及び方法が期待されており、被介護者を撮影した動画像上の局所領域の差分情報を解析することにより呼吸に伴う体動を計測する手法が提案され、注目を集めている(石原 他、「ビデオ信号差分処理による在宅医療支援システム」、日本ME学会 包括医療におけるマルチメディア研究会報告集、vol.2,No.1,pp.1− 4,1997.7 )。
【0003】
上記提案方法においては、体動を観測するために差分を行う局所領域は観測者が予め手動で設定せねばならず、この設定に熟練を要し、かつ、被介護者が寝返り等の呼吸以外の大きな体動を行った際にはこの局所領域を手動で再設定せねばならず、簡便に利用できないといった課題があった。
【0004】
そのため、エッジ及び明度分布を測定・解析することにより局所領域の最適な位置を自動設定する方法も提案されている(渡辺 他、「画像処理装置及び被介護者観測装置」、特願平9−242673号)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の被介護者観測装置においては、被介護者の体動を観測するために差分を行う局所領域は画像中に1カ所に限定されていたため、局所領域の設定時は呼吸パターンが観測できないという問題点があった。
【0006】
また、被介護者が寝返りなどの非呼吸体動が発生した場合に、これを確実に検出することが困難であるといった問題点があった。
【0007】
図1から図4に基づいてその従来の被介護者観測装置について説明する。
【0008】
図1の被介護者S1が椅子に座っている状態を例に、画像の時間差分による呼吸モニタリング装置S3の動作原理を示す。
【0009】
呼吸モニタリング装置S3に接続されたTVカメラS2により撮影された画像の撮影領域S4から適切な局所領域(ROI)S5を選択し、この領域S5に含まれる各画素について時間差分を行い、この総和を計算する。
【0010】
例えば、呼吸によりTVカメラS2に対し左右に体動をしている肩の周辺に、肩周辺の服、及び背景の明度が各々一様になるように局所領域S5を設定したとする。
【0011】
図2(a)に示すように、呼吸状態での肩の背景の境界のエッジをa、背景の明度をX、肩周辺の服の明度をYとする。
【0012】
図2(b)に示すように、呼気によりΔt秒後に肩のエッジがbまで動き、この動いた部分の面積をAとすると、時間差分量は(Y−X)Aとなる。
【0013】
図2(c)に示すように、呼吸による体動は周期的な動きとなるため、2Δt後には肩エッジはaの位置に戻り、時間差分量は(X−Y)Aとなる。
【0014】
以下、図2(e)に示すように、3Δt、4Δt後の時間差分量は、(Y−X)Aと(X−Y)Aを交互に繰り返す。
【0015】
これをグラフに示したのが図3で、2Δtを周期、振幅が(Y−X)Aの周期波形となる(本例では、Y>Xと仮定している。これが逆になると、グラフは時間軸に対称に反転するが、周期は変化しない)。
【0016】
そして、被介護者の呼吸が停止した場合は体動が観測されなくなり、時間差分量が0に近くなるため、容易に検知できる。
【0017】
しかし、一般的には被介護者は図1のように椅子に座っているよりは図4に示すように寝ている状態が多く、適切な局所領域を自動的に選択することは容易ではない。また、体のひねりなどの呼吸以外の大きな体動を行った場合は、必ずしもこの局所領域において被形の周期、振幅が変化するわけではない。呼吸による変化は胸周囲に局在するのに対して、寝返り、伸びなどの非呼吸体動は体全体が動くため、大局的に観測することにより安定に検出が行う必要がある。
【0018】
そこで本発明は、以上の点を鑑み、被介護者の呼吸パターンを間断なく計測でき、かつ、非呼吸体動等の発生を確実に検出するための被介護者観測装置及びその方法を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、動画像を解析することにより被介護者の生理状態を観測する被介護者観測装置において、前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域を複数設定する局所領域設定手段と、前記局所領域設定手段によって画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれ解析する明度解析手段と、前記明度解析手段によって解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域として抽出する抽出手段と、判定手段とよりなり、前記判定手段は、前記抽出手段によって変化領域として抽出された複数の局所領域から構成される部分集合の分散値が第2のしきい値より小さく、かつ、前記複数の局所領域の数が最大要素数である部分集合を選択し、この選択された部分集合に含まれる各局所領域の数及び位置を調査し、この調査した局所領域の数が第3のしきい値より大きい場合は、前記被介護者が寝返りなどの非呼吸体動による変化が画面の広範囲にわたって生じたと判定し、また、この調査した局所領域の数が前記第3のしきい値より小さく、かつ、それら局所領域の位置が近接している場合は、前記被介護者の胸部周辺の動きを計測していると判定することを特徴とする被介護者観測装置である。
【0020】
上記被介護者観測装置の動作状態について説明する。
【0021】
局所領域設定手段は、前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域を複数設定する。
【0022】
明度解析手段は、前記局所領域設定手段によって画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれ解析する。
【0023】
抽出手段は、前記明度解析手段によって解析された複数の局所領域の明度情報に基づいて前記被介護者の動き情報を抽出する。
【0024】
これにより、被介護者の生理状態を非接触で観測し、異常が発生したときに警報を発する装置及び方法を簡便に実施することが可能となる。
【0025】
請求項2の発明は、動画像を解析することにより被介護者の生理状態を観測する被介護者観測装置において、前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域を複数設定する局所領域設定手段と、前記局所領域設定手段によって画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれ解析する明度解析手段と、前記明度解析手段によって解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域として抽出する抽出手段と、判別手段とよりなり、前記判別手段は、前記複数の局所領域の中の一部の局所領域のみが変化領域の場合は正常呼吸中であると判別し、前記複数の局所領域の中の一定数以上の局所領域が変化領域であって、かつ、複数個がほぼ同時に変化を出力した場合は寝返り等の非呼吸体動と判別することを特徴とする請求項1に記載の被介護者観測装置である。
【0026】
請求項3の発明は、動画像を解析することにより被介護者の生理状態をコンピュータによって観測する被介護者観測方法において、前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域をコンピュータによって複数設定する局所領域設定ステップと、前記局所領域設定ステップにおいて画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれコンピュータによって解析する明度解析ステップと、前記明度解析ステップにおいて解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域としてコンピュータによって抽出する抽出ステップと、コンピュータによって判定する判定ステップとよりなり、前記判定ステップは、前記抽出ステップにおいて変化領域として抽出された複数の局所領域から構成される部分集合の分散値が第2のしきい値より小さく、かつ、前記複数の局所領域の数が最大要素数である部分集合を選択し、この選択された部分集合に含まれる各局所領域の数及び位置を調査し、この調査した局所領域の数が第3のしきい値より大きい場合は、前記被介護者が寝返りなどの非呼吸体動による変化が画面の広範囲にわたって生じたと判定し、また、この調査した局所領域の数が前記第3のしきい値より小さく、かつ、それら局所領域の位置が近接している場合は、前記被介護者の胸部周辺の動きを計測していると判定することを特徴とする被介護者観測方法である。
【0027】
請求項4の発明は、動画像を解析することにより被介護者の生理状態をコンピュータによって観測する被介護者観測方法において、前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域をコンピュータによって複数設定する局所領域設定ステップと、前記局所領域設定ステップにおいて画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれコンピュータによって解析する明度解析ステップと、前記明度解析ステップにおいて解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域としてコンピュータによって抽出する抽出ステップと、コンピュータによって判定する判別ステップとよりなり、前記判別ステップは、前記複数の局所領域の中の一部の局所領域のみが変化領域の場合は正常呼吸中であると判別し、前記複数の局所領域の中の一定数以上の局所領域が変化領域であって、かつ、複数個がほぼ同時に変化を出力した場合は寝返り等の非呼吸体動と判別することを特徴とする被介護者観測方法である。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を説明する。
【0031】
本実施例では、局所領域を複数設定することにより、非呼吸体動の検出性能を大幅に向上すると共に、呼吸自動モニタリングを間断なく確実に行う呼吸モニタリング装置S6を図5から図8に基づいて説明する。
【0032】
図5は、就寝中の被介護者S1の状態を観測する説明図であり、呼吸モニタリング装置S6に接続されたTVカメラS2により撮影された画像の撮影領域S4から複数の局所領域を選択し、その観測を行うものである。
【0033】
(呼吸モニタリング装置S6)
図6は、本実施例による呼吸モニタリング装置S6の全体構成である。
【0034】
呼吸モニタリング装置S6は、局所領域位置・大きさ設定部S7と呼吸パターン測定部S8より構成される。
【0035】
局所領域位置・大きさ設定部S7は、時間差分を行う局所領域候補の位置と大きさを複数個設定する。
【0036】
呼吸パターン測定部S8は、この各局所領域に含まれる画素の時間差分を逐次計算、解析することにより、呼吸パターングラフと呼吸数を蓄積・表示する。
【0037】
(局所領域位置・大きさ設定部S7)
図7は、局所領域位置・大きさ設定部S7の詳細な構成例である。
【0038】
本実施例では、局所領域の形状は画像平面上の矩形領域とする。局所領域の中心位置は、局所領域中心アドレス設定部S9により設定され、X方向、Y方向の大きさは各々独立に、X方向サイズ設定部S10、Y方向サイズ設定部S11により設定される。各局所領域は図8(a)に示すように、重なりがないように設定することも可能であり、また、図8(b)に示すように、一部が重なり合うように設定することも可能である。
【0039】
(呼吸パターン測定部S8)
図9は、呼吸パターン測定部S8の詳細な構成例である。
【0040】
呼吸パターン測定部S8は、時間差分計算部S12と呼吸トレンド情報抽出部S13とよりなる。
【0041】
時間差分計算部S12は、局所領域位置・大きさ設定部S7で設定した各局所領域内の差分値D(t)を計算する。差分値D(t)は、各時刻tにおける、呼吸周期から与えられる一定間隔kの画像間の差分値である。
【0042】
本実施例では以下の式で与えられる絶対値差分の総和値を採用する。しかし、これに限定されるものではない。
【0043】
【数1】
ここで、kは差分する時間間隔、(x,y)は、この局所領域に含まれる各点のx,y座標、I x,y (t)はこの点の時刻tにおける明度である。
【0044】
呼吸トレンド情報抽出部S13は、この差分値D(t)を解析することにより、呼吸数などの呼吸トレンド情報を計測し記憶する。
【0045】
図10に示すように、呼吸トレンド情報抽出部S13は、差分値パターン解析部S14と統合判定部S15とメモリS16より構成される。
【0046】
差分値パターン解析部S14では、各時点における各局所領域iの差分値Di(t)の集合から、一定のしきい値以上の値を持つものを変化領域として抽出し、さらに、これら抽出した結果の各部分集合の平均値、分散値を計算する。
【0047】
統合判定部S15では、これら各部分集合の中で分散値が一定のしきい値より小さい最大要素数のものを選択し、この選択された部分集合に含まれる各局所領域の数及び位置を調べる。
【0048】
この調べた局所領域の数が一定のしきい値より大きい場合は、寝返りなどの非呼吸体動による変化が画面の広範囲に渡って生じたと判定し、呼吸パターン表示の一時停止などの処理を行う。
【0049】
また、この調べた局所領域の数がしきい値以下かつ位置が近接している場合は、胸部周辺の動きを計測していると判定し、この部分集合に対応する差分値の平均値を統合呼吸変化量として選択し、呼吸パターン表示、呼吸数計測などの処理に利用するためにメモリS16に記憶する。
【0050】
さらに、この調べた局所領域の数がしきい値以下かつ位置が近接していない場合は、TV画面のちらつきの投影などの外乱による変化が混入したと判定し、この場合も呼吸パターン表示の一時停止などの処理を行う。
【0051】
変 更 例
なお、本発明は上記実施例に記載した内容に限定されるものではない。
【0052】
例えば、呼吸パターン測定部S8において、各局所領域における呼吸トレンド情報をメモリS16に記憶したが、この代わり、またはこれと併用して呼吸トレンドパターン出力部を設け、画面に表示しても構わない。
【0053】
また、呼吸トレンドパターンを表示する代わり、またはこれと合わせて、ブザー等の警報音を出力することも可能である。
【0054】
さらに、複数の局所領域における呼吸トレンドパターンを統合解析する呼吸トレンド解析部を設け、例えば局所領域の一部のみで変化が観測できる場合は正常呼吸中、局所領域の一定数以上の複数個がほぼ同時に変化を出力した場合は寝返り等の非呼吸体動、などと判定する機能を付加することも可能である。
【0055】
以上のように、本発明は、上記実施例、変更例に限らずその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【0056】
【発明の効果】
本発明の被介護者観測装置及びその方法であると、被介護者の生理状態を非接触で観測し、異常が発生したときに警報を発する装置及び方法を簡便に実施することが可能となり、この社会的、実用的効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】椅子に座った状態の呼吸モニタリングの動作原理の説明図である。
【図2】画面の時間差の分割を示した図である。
【図3】呼吸パターンの出力例を示した図である。
【図4】従来の就寝中の呼吸モニタリングの動作原理の説明図である。
【図5】従来の就寝中の呼吸モニタリングの動作原理の説明図である。
【図6】本実施例による呼吸モニタリング装置S6の全体構成である。
【図7】局所領域位置・大きさ設定部S7の詳細な構成例である。
【図8】局所領域の認定方式を示す図である。
【図9】呼吸パターン測定部S8の詳細な構成例である。
【図10】呼吸トレンド情報抽出部S13の詳細な構成例である。
【符号の説明】
S6 呼吸モニタリング装置
S7 局所領域位置・大きさ設定部
S8 呼吸パターン測定部
S9 アドレス設定部
S10 X方向サイズ設定部
S11 Y方向サイズ設定部
S12 時間差分計算部
S13 呼吸トレンド情報抽出部
S14 差分値パターン解析部
S15 統合判定部
S16 メモリ
Claims (4)
- 動画像を解析することにより被介護者の生理状態を観測する被介護者観測装置において、
前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域を複数設定する局所領域設定手段と、
前記局所領域設定手段によって画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれ解析する明度解析手段と、
前記明度解析手段によって解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域として抽出する抽出手段と、
判定手段とよりなり、
前記判定手段は、
前記抽出手段によって変化領域として抽出された複数の局所領域から構成される部分集合の分散値が第2のしきい値より小さく、かつ、前記複数の局所領域の数が最大要素数である部分集合を選択し、この選択された部分集合に含まれる各局所領域の数及び位置を調査し、
この調査した局所領域の数が第3のしきい値より大きい場合は、前記被介護者が寝返りなどの非呼吸体動による変化が画面の広範囲にわたって生じたと判定し、
また、この調査した局所領域の数が前記第3のしきい値より小さく、かつ、それら局所領域の位置が近接している場合は、前記被介護者の胸部周辺の動きを計測していると判定する
ことを特徴とする被介護者観測装置。 - 動画像を解析することにより被介護者の生理状態を観測する被介護者観測装置において、
前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域を複数設定する局所領域設定手段と、
前記局所領域設定手段によって画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれ解析する明度解析手段と、
前記明度解析手段によって解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域として抽出する抽出手段と、
判別手段とよりなり、
前記判別手段は、
前記複数の局所領域の中の一部の局所領域のみが変化領域の場合は正常呼吸中であると判別し、前記複数の局所領域の中の一定数以上の局所領域が変化領域であって、かつ、複数個がほぼ同時に変化を出力した場合は寝返り等の非呼吸体動と判別する
ことを特徴とする請求項1に記載の被介護者観測装置。 - 動画像を解析することにより被介護者の生理状態をコンピュータによって観測する被介護者観測方法において、
前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域をコンピュータによって複数設定する局所領域設定ステップと、
前記局所領域設定ステップにおいて画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれコンピュータによって解析する明度解析ステップと、
前記明度解析ステップにおいて解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域としてコンピュータによって抽出する抽出ステップと、
コンピュータによって判定する判定ステップとよりなり、
前記判定ステップは、
前記抽出ステップにおいて変化領域として抽出された複数の局所領域から構成される部 分集合の分散値が第2のしきい値より小さく、かつ、前記複数の局所領域の数が最大要素数である部分集合を選択し、この選択された部分集合に含まれる各局所領域の数及び位置を調査し、
この調査した局所領域の数が第3のしきい値より大きい場合は、前記被介護者が寝返りなどの非呼吸体動による変化が画面の広範囲にわたって生じたと判定し、
また、この調査した局所領域の数が前記第3のしきい値より小さく、かつ、それら局所領域の位置が近接している場合は、前記被介護者の胸部周辺の動きを計測していると判定する
ことを特徴とする被介護者観測方法。 - 動画像を解析することにより被介護者の生理状態をコンピュータによって観測する被介護者観測方法において、
前記被介護者が撮影された一連の動画像における画像上に局所領域をコンピュータによって複数設定する局所領域設定ステップと、
前記局所領域設定ステップにおいて画像上に設定した複数の局所領域に含まれる明度情報をそれぞれコンピュータによって解析する明度解析ステップと、
前記明度解析ステップにおいて解析された複数の局所領域の情報の中で第1のしきい値以上の値を有する局所領域を変化領域としてコンピュータによって抽出する抽出ステップと、
コンピュータによって判定する判別ステップとよりなり、
前記判別ステップは、
前記複数の局所領域の中の一部の局所領域のみが変化領域の場合は正常呼吸中であると判別し、前記複数の局所領域の中の一定数以上の局所領域が変化領域であって、かつ、複数個がほぼ同時に変化を出力した場合は寝返り等の非呼吸体動と判別する
ことを特徴とする被介護者観測方法。
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