JP4424869B2

JP4424869B2 - 歩幅測定装置

Info

Publication number: JP4424869B2
Application number: JP2001076435A
Authority: JP
Inventors: 剛弘黒野
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP2002277213A; US20020130951A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩行または走行時の歩幅を測定する歩幅測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、スポーツクラブ等において、適切な速度で駆動されるベルトの走行面上を被験者が歩行・走行して体力的トレーニング等を行なういわゆるトレッドミルが普及している。そして、このトレッドミル上を歩行・走行する被験者の歩幅は、被験者の歩行・走行姿勢を評価する指標として重要視されている。そこで、トレッドミル上を歩行・走行する被験者の歩幅を測定するために、例えば、実公平７−４５２３９号公報に開示されているように、足がベルト上に着地する時間間隔とベルトの走行速度との関係から歩幅を取得して表示する歩幅測定装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような歩幅測定装置では、ベルトの走行速度の測定や足が着地する時間間隔を測定するためのセンサをトレッドミルに設置する必要があるために、構成が複雑となりコスト高となる。また、ベルトの走行速度と足の着地の時間間隔とから間接的に歩幅を求めることになるために、測定される歩幅の精度が悪くなるという問題もあった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でありながら歩幅を高精度に測定できる歩幅測定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】
本発明に係る歩幅測定装置は、床面上を走行または歩行する被験者の歩幅を測定する歩幅測定装置であって、床面上に設置された標識と、標識と被験者の足とを含む画像を撮影する撮影手段と、撮影された画像に基づいて、一方の足の床面への着地を検知して当該足が着地した時の当該足と標識との位置関係を取得し、他方の足の床面への着地を検知して当該足が着地した時の当該足と標識との位置関係を取得し、２つの位置関係に基づいて被験者の歩幅を取得する歩幅計測手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の歩幅測定装置によれば、床面上を走行または歩行する被験者の足と標識とを含む画像を撮影し、この画像に基づいて足の床面上への着地を検知するとともに、一方の足が着地したときの当該足と標識との位置関係および他方の足が着地したときの当該足と標識との位置関係を各々取得し、双方の位置関係に基づいて被験者の歩幅を取得することにより、歩行、走行の速度や床面の速度に関係なく歩幅が直接かつ高精度に取得される。また、センサー等を用いず、画像に基づいて歩幅を取得する簡易な構成となり装置の低コスト化が図れる。
【０００７】
また、標識は床面上に被験者が走行または歩行する方向に所定間隔で複数設置されていることが好ましい。
【０００８】
これによって、画像中で被験者の足により近い標識を選択し、この標識に基づいて一方の足および他方の足との位置関係を取得することが可能とされ、取得される歩幅の精度が向上される。
【０００９】
また、歩幅計測手段は、撮影された画像に基づいて、一方の足の床面への着地を検知して当該足が着地した時の当該足と標識との位置関係を取得し、他方の足の床面への着地を検知し当該足が着地した時の当該足と標識との位置関係を取得し、２つの位置関係を各々取得する際に用いた標識間の距離を取得し、２つの位置関係および標識間の距離に基づいて被験者の歩幅を取得することが好ましい。
【００１０】
これにより、足の位置関係を取得する際に、一方の足と他方の足とで互いに異なる標識に基づく位置関係を取得して歩幅を取得するすることが可能とされるので、画像中で被験者の各々の足に最も近い標識を用いて位置関係の取得をすることができ、さらに高精度に歩幅が取得される。
【００１１】
ここで、床面は、所定の速度で駆動される無端ベルトの走行面であることが好ましい。
【００１２】
これによって、無端ベルト上を走行または歩行する被験者の歩幅が無端ベルトの駆動速度および被験者の歩行走行速度に無関係に測定される。
【００１３】
また、撮影手段は、所定時間毎に画像を撮影するとともに、走行面に対して撮影範囲が固定されていることが好ましい。
【００１４】
これにより、撮影手段で撮影された各画像において、無端ベルト上の標識が一定方向に所定の速度で移動し、標識の検出が容易に行われるとともに、無端ベルト上に着地した足が標識と同じ方向、同じ速度で移動するので、足の着地の検知も容易に行われる。
【００１５】
また、撮影手段は、撮影される画像における、走行面の駆動方向と画像の外枠の一辺とが平行になるように設定されていることが好ましい。これによって、足の着地や標識の検出が更に容易に行われる。
【００１６】
また、標識は、無端ベルトの駆動による所定時間における移動距離よりも長い間隔で設けられていることが好ましい。
【００１７】
これにより、ある時間の画像中の標識が、次の時間の画像中において、前の時間の画像中の他の標識を追い越すことが無いので、標識の検出がさらに容易に行われる。
【００１８】
また、歩幅計測手段は、画像中の標識を抽出し、当該画像より前に撮影された画像中の標識の位置と比較して２つの画像間で標識同士を対応づけ、画像中の標識に前に撮影された画像中の対応する標識と同一の認識番号を付すとともに、新しく撮影された標識に新しい認識番号を付す移動標識認識手段と、画像中の被験者の足の所定部の位置を検出する所定部検出手段と、所定部の位置の時間変化に基づいて被験者の足が無端ベルト上に着地しているか否かを判断する着地判定手段と、被験者の足が無端ベルトに着地していると判断された時の、所定部と画像中の標識との位置関係および当該標識の認識番号を足が着地する毎に取得する着地位置取得手段と、隣り合う２回の着地時に各々取得された位置関係と、位置関係を取得する際に用いた各々の標識の認識番号および所定間隔に基づいて取得される当該標識間の距離とに基づいて被験者の歩幅を取得する歩幅取得手段とを備えることが好ましい。
【００１９】
これによって、各画像毎の標識の認識が確実に行われ、歩幅測定装置が好適に実施される。
【００２０】
また、取得された歩幅を表示する表示手段を備えると、取得された歩幅が容易に把握される。
【００２１】
また、個人ごとの歩幅データが格納される個人データ格納部と、個人データ格納部に格納された歩幅データと取得された歩幅との比較を行うデータ比較部とを備えることが好ましい。
【００２２】
これによって、前に測定された歩幅データや他人の歩幅データ等と今回測定された歩幅データとの比較が容易に行われる。
【００２３】
また、被験者の走行姿勢または歩行姿勢を被験者の正面または側面の少なくとも何れかの方向から撮影する姿勢撮影手段をさらに備えることが好ましい。これによって、歩幅と同時に姿勢の確認も可能とされる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る歩幅測定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る歩幅測定装置１００を示す構成図である。この歩幅測定装置１００は、ベルト（無端ベルト）２０を備えるトレッドミル１０と、このトレッドミル１０およびトレッドミル１０上を走行または歩行する被験者１の足２を所定時間毎に撮影する歩幅用ビデオカメラ５０と、撮影された画像に基づいて被験者１の歩幅を取得するコンピュータ３０と、取得した歩幅を表示するディスプレイ４０とを備えている。
【００２６】
トレッドミル１０は、平行に設置される一対のローラ２１，２１によって張設された無端のベルト２０を備えている。ベルト２０は、ローラ２１の一方が図示しない駆動装置によって駆動されることにより、所定速度で図示Ａ方向に循環駆動される。そして、このベルト２０の上面は、被験者１が載るとともにベルト２０の駆動速度に合わせて駆動方向Ａと逆方向に走行や歩行を行う走行面２６として機能する。また、このベルト２０の外周面には、図２に示すように標識２４が設けられている。標識２４は、ベルト２０の外周面の両縁部にそれぞれ駆動方向Ａに沿って一定間隔Ｌで複数設けられているが、片側だけでもかまない。なお、標識２４としては、ベルト２０の輝度と大きく異なる輝度を有することが好ましい。
【００２７】
間隔Ｌは、歩幅用ビデオカメラ５０の撮影時間間隔である所定時間に標識２４が走行面２６上を動く距離よりも長くされている。なお、本実施形態で採用する歩幅用ビデオカメラ５０の撮影の時間間隔は３３ｍｓであり、また、走行面２６の最高速度を３０ｋｍ／ｈに設定しているので、標識２４間の距離Ｌを２７．５ｃｍ以上にすることが望ましく、本実施形態ではその約２倍の距離としてＬ＝６０ｃｍとした。
【００２８】
また、ベルト２０は、図１に示すように、走行面２６のみが露出する矩形開口部を上面中央に備える箱状のカバー２３によって覆われている。このカバー２３上面で走行面２６の標識２４と隣接する位置には、図２に示すように、標識２４と同様に駆動方向Ａに沿って間隔Ｌで設置された固定標識２５が設置されている。
【００２９】
図１に示すように、歩幅用ビデオカメラ５０は、トレッドミル１０を側方から撮影し、その撮影方向が駆動方向Ａと直交するように設置されている。また、歩幅用ビデオカメラ５０は、走行面２６よりも高い位置に設置されている。そして、この歩幅用ビデオカメラ５０は、図３に示すように、走行面２６上の標識２４および走行面２６上を歩行または走行する被験者１の足２を画像に含み、かつ、走行面２６が画像の底辺に対して平行に配置されるように設定されている。
【００３０】
また、画像の撮影範囲は、トレッドミル１０の走行面２６に対して固定されている。このため、ベルト２０が一定速度で駆動されている場合、画面上で標識２４は一定速度かつ駆動方向Ａとは逆の水平方向に移動する。また、カバー２３上の固定標識２５も手前側と、奥側で各々一組以上撮影されるように撮影範囲が設定される。この固定標識２５間の画面上の距離と、あらかじめ設定してある実際の固定標識２５間の距離Ｌとに基づいて、画面上の距離と実際の距離との換算がおこなわれる。
【００３１】
そして、あらかじめ画面上で、走行面２６上の標識２４が通過する領域に水平方向の線を設定し、標識抽出線Ｃとする。また、画面上で、走行面２６上に被験者１の足２が着地したときのその足２のつま先（所定部）３が存在すると考えられる領域を設定し、つま先抽出領域Ｄとする。
【００３２】
コンピュータ３０は、図４に示すように、つま先検出部３１、着地判定部３２、着地位置取得部３３、歩幅取得部３４、移動標識認識部３６、個人データ格納部３７、各種データ演算部３８、および、データ比較部３９を備えて構成されている。
【００３３】
つま先検出部３１は、歩幅用ビデオカメラ５０によって撮影された画像を順に取得して前記被験者１のつま先３の位置を検出する。着地判定部３２は、検出されたつま先３が走行面２６上に着地しているかどうかを判定する。移動標識認識部３６は、歩幅用ビデオカメラ５０によって撮影された画像を順に取得して標識２４を認識し、前の時間に撮影された画像中の標識２４の位置と比較して２つの画像間で標識２４同士を対応づけ、画像中の標識２４に前に撮影された画像中の対応する標識２４と同一の認識番号を付すとともに、新しく撮影された標識２４に新しい認識番号を付す。着地位置取得部３３は、つま先３が走行面２６上に着地していると判断された時のつま先３と画面中の標識２４との走行面２６の駆動方向Ａの距離を取得するとともに、その標識２４の認識番号を取得する。
【００３４】
歩幅取得部３４は、隣接する２つの着地点におけるつま先３と標識２４との距離およびこれらの着地点で参照された各々の標識２４の認識番号に基づいて得たこれらの標識２４間の距離に基づいて被験者１の歩幅を取得する。各種データ演算部３８は、歩幅データ等からストライド時間等のデータを取得する。個人データ格納部３７は、歩幅データ等を個人毎に保存する。データ比較部３９は、個人データ格納部３７に格納されている歩幅データと歩幅取得部３４によって取得された歩幅データとを比較して比較データを取得する。
【００３５】
ディスプレイ４０は、歩幅取得部３４、各種データ演算部３８およびデータ比較部３９から出力されるデータを表示するものであり、被験者１が走行面２６上を走行等しながら見ることができる位置に設置されている。
【００３６】
つぎに、コンピュータ３０によって実行される処理の手順について、図５に示すフロー図を参照して説明する。
【００３７】
あらかじめ、トレッドミル１０のベルト２０を所定の速度で駆動して、被験者１にベルト２０の走行面２６上を走行または歩行させるとともに、歩幅用ビデオカメラ５０による撮影を開始する。
【００３８】
まず、ステップ１（Ｓ１）において歩幅用ビデオカメラ５０により撮影された画像（図３参照）をコンピュータ３０に取り込んでｎ番目のフレームとする。
【００３９】
つぎに、ステップ２（Ｓ２）において、画像中の標識２４を検出して前の画像の標識２４との対応づけを行い、各々の標識に認識番号の付与を行う。ここで、ステップ２について図６のフロー図を参照して詳しく説明する。まず、ステップ５１（Ｓ５１）において、あらかじめ画像中で標識２４が通過する領域として設定された標識抽出線Ｃ（図３の線Ｃ）上の画素をスキャンし、図７（ａ）に示すような、輝度値変化データＧを得る。さらに、ステップ５２（Ｓ５２）において、この輝度値変化データＧを所定の閾値で２値化し、標識２４の画素とそれ以外の画素とが分離された、図７（ｂ）に示すような、２値化データＨを得る。なお、ベルト２０の反射等により、標識２４の抽出が２値化処理では困難な場合には、輝度値変化データＧの微分値に基づいて標識２４を抽出しても構わない。
【００４０】
そして、ステップ５３（Ｓ５３）において、この２値化データＨの標識を示すピークの右側エッジを各々の標識２４ａ，２４ｂ，２４ｃの位置として取得し（図７（ｂ）参照）、これをｎ番目のフレームの標識２４ａ，２４ｂ，２４ｃの位置として記憶する（図８（ａ）参照）。なお、この時左側エッジやピークの中心座標を採用してもよい。また、閾値は標識２４とベルト２０が分離可能な値とし、たとえば、輝度値変化データＧの最大値と最小値の中間の値とすることができる。また、輝度値に限らず、画素の彩度値や明度値等の色情報の変化データを取得してこれを２値化して標識２４の位置を取得しても構わない。
【００４１】
つぎに、図６のステップ５４（Ｓ５４）において、前の時間の画像であるｎ−１番目のフレーム（図８（ｂ）参照）において取得された標識２４ｅ，２４ｆ，２４ｇとの対応づけを行う。ここでは、現在のｎフレーム中の隣接する一対の標識、たとえば、標識２４ａと標識２４ｂとの間にあるｎ−１フレーム中の標識２４ｆを探し出し、ｎ−１フレーム中の標識２４ｆが移動してｎフレーム中の一対の標識２４ａ，２４ｂのベルト２０の駆動方向Ａ側の標識２４ａとなったと判断し、標識２４ｆが既に有する認識番号２をｎフレームの標識２４ａの認識番号として付与する。また、同様に、ｎ−１フレームの標識２４ｇとｎフレームの標識２４ｂとを対応づけ、標識２４ｂに標識２４ｇの認識番号である３を付与する。さらに、ｎ−１フレームにおいて対応する標識２４が見つからないｎフレームの標識２４ｃについては、新しく出現したものであると判断して、新しい認識番号４を付与する。
【００４２】
このように、新しく出現した標識には新たな認識番号を付与するとともに、各フレーム間で標識２４同士を対応づけて同一の標識２４には同一の認識番号を付けているので、任意のフレーム中の任意の標識２４同士の位置関係、すなわち距離が各々の標識２４の認識番号に基づいて（たとえば、差をとる等）容易に取得できる。また、標識２４の間隔Ｌは、歩幅用ビデオカメラ５０の撮影間隔である所定時間に標識２４が走行面２６上を動く距離よりも長くされていて、ある時間に撮影された画像中の標識２４が、前の時間の画像中の他の標識２４を追い越さないので、画像間での標識２４の対応づけが容易に行われるようになっている。
【００４３】
つぎに、図５のステップ３（Ｓ３）において、つま先３の座標の検出を行う。まず、図９のフロー図に示すように、ステップ６１（Ｓ６１）において、ステップ１において取得した画像中から、あらかじめ、画像上で被験者１の足２がベルト２０の走行面２６上に着地している際に足２のつま先３が撮影される領域として設定されたつま先抽出領域Ｄ（図３参照）を抽出する。そして、ステップ６２（Ｓ６２）において、このつま先抽出領域Ｄを、図１０（ａ）に示すように、図示左端からベルトの駆動方向（図示Ａ方向）にスキャンして各画素の輝度値を得る。
【００４４】
つぎに、ステップ６３（Ｓ６３）において、スキャンによって得た輝度値を、あらかじめ設定されたベルト２０の平均的な輝度値と比較する。そして、その差が所定の閾値に満たない場合、その画素はベルト２０であって足２の画素ではないと判断し、ステップ６２に戻ってさらにその右側の画素の輝度を調べ、その列がすべてスキャンされた場合は、つま先抽出領域Ｄの異なる列の輝度値を同様に左側から順に調べる。
【００４５】
この際、ステップ６２において、一番上の列から一番下の列まで順番にスキャンを行ってもよいが、中心の列を最初に行い（図１０（ａ）参照）、つぎに残された列のうちの中心の列（図１０（ｂ）参照）というようにスキャンすると、効率よく足２の発見が可能となる。
【００４６】
一方、ステップ６３において、ステップ６２で取得した画素の輝度値と所定の輝度値との差が所定の閾値を越えた場合、この画素は足２の領域を構成する画素と判断し、ステップ６４（Ｓ６４）に進む。
【００４７】
つぎに、ステップ６４において、図１０（ｃ）に示すように、足２が見つかった列Ｒの上下の列を順にスキャンしてステップ６３と同様に足２の領域を探索し、足２の領域における走行面２６の駆動方向Ａの後ろ側、すなわち、足２の被験者１の進行方向側のエッジＦを取得する。そして、ステップ６５（Ｓ６５）において、このエッジＦで被験者１の最も進行方向側にある点をつま先３とし、その座標を取得する。なお、このステップ３においては、足２とベルト２０との色や明るさの違い等に応じて、輝度値に変えて、色相値や彩度値等の色情報を用いてつま先３を検出しても構わない。
【００４８】
つぎに、図５のステップ４（Ｓ４）において、つま先３が着地しているかを判断する。ここでは、２つ前の時間のｎ−２フレーム、直前のｎ−１フレームおよび今回のｎフレームの画像において各々取得されたつま先３の座標の変化を調べ、つま先３がベルト２０の駆動方向Ａにほぼ一定速度で移動し、さらにつま先３が走行面２６に対して垂直方向にほとんど移動していない場合に着地していると判断する。
【００４９】
たとえば、図１１に示すように、ｎフレームのつま先がつま先３ｅ、ｎ−１フレームがつま先３ｄ、ｎ−２フレームがつま先３ｃの場合、つま先３はベルト２０の走行面２６の駆動方向Ａにほぼ一定速度で移動しており、さらに、つま先が走行面２６に対して垂直方向にほとんど移動していないのでこのつま先３ｅが着地していると判断される。
【００５０】
なお、この判断において、簡単のために、つま先３が走行面２６の駆動方向Ａにほぼ一定速度で移動すること、または、つま先３が走行面２６に対して垂直方向にほとんど運動していないことのいずれか一方のみを採用することも可能である。
【００５１】
そして、着地していると判断されたら、図５のステップ２０（Ｓ２０）に進み、そのつま先３ｅから一番近い標識２４ｈを探し、つま先３ｅと標識２４ｈとの間の画面上での駆動方向Ａの距離ＤＬをつま先３ｅと標識２４ｈとの位置関係として取得するとともに、標識２４ｈの認識番号を取得する。そして、またステップ１へ戻って、新しい画像に関して、標識２４の検出等を行う。
【００５２】
なお、一方の足のつま先３が走行面２６に着地してから離れるまでの間に、ステップ１，２，３，４，２０のループを複数回繰り返すので、一方の足２の着地に対してつま先３ｅ〜３ｌの複数回にわたってつま先３と標識２４との距離および標識２４の認識番号のデータを得ることとなる。
【００５３】
一方、ステップ４において、上述の条件を満たさないときは、着地していないものと判断する。たとえば、ｎフレームのつま先がつま先３ｍ、ｎ−１フレームがつま先３ｌ、ｎ−２フレームがつま先３ｋの場合、つま先３が駆動方向Ａに対して一定速度で増加していないし、走行面２６の垂直方向にも移動しているので、このつま先３ｍは着地していないと判断される。また、たとえば、ｎフレームのつま先がつま先３ｃ、ｎ−１フレームがつま先３ｂ、ｎ−２フレームがつま先３ａの場合も同様に、このつま先３ｃは着地していないと判断される。そして、着地していないと判断された時は、図５のステップ５（Ｓ５）に進む。
【００５４】
ステップ５では、前回のフレームの処理時につま先３が着地していたかどうかを判断し、着地していないときはつま先３が空中を動いている途中（たとえば、今回の処理対象のつま先が図１１のつま先３ｂ、３ｎ等のとき）として、ステップ２に戻って次の時間の画像を取得して、標識の検出等を順に行う。
【００５５】
一方、前回のフレームの処理時につま先３が着地していたとき（たとえば、今回の処理対象のつま先が図１１のつま先３ｍのとき）は、着地が終わってつま先３が上昇し始めたときと判断し、ステップ６に進む。
【００５６】
ステップ６（Ｓ６）では、今回着地していた一方の足２についてつま先３ｅ〜３ｌにおいて各々取得されたつま先３と標識２４との距離および標識２４の認識番号のデータから、最も精度が高いと考えられるものを一つ選択する。ここでは、被験者１のつま先３が歩幅用ビデオカメラ５０の画像の中心付近に位置している時のデータ、たとえば、つま先３ｈの時のデータが、画像の歪み等が無く精度が一番高いと考えられるので、そのデータを選択して今回の一方２の足の着地時におけるつま先３と標識２４との距離および標識２４の認識番号として取得する。なお、画像の中心にあるつま先３のデータに代えて、たとえば、複数のつま先３ｅ〜３ｌのデータの平均を取ってもよい。なお、得られた画面上の位置は、ベルト２０上での位置とは多少ずれているので、その分の補正処理を行う。つまり、得られた位置は、すべてベルト２０上での位置に変換されて以降の処理がなされれる。
【００５７】
つぎに、ステップ７（Ｓ７）において、歩幅の取得を行う。ここでは、まず、図１２に示すように、前回着地した他方の足２ｎ−１について取得したつま先３ｎ−１と標識２４ｉとの距離および標識２４ｉの認識番号と、今回着地した一方の足２ｎについて取得したつま先３ｎと標識２４ｊとの距離および標識２４ｊの認識番号とを呼び出し、標識２４ｉと標識２４ｊとの認識番号の差および標識２４の実際の間隔Ｌに基づいて、これらの標識２４ｉ，２４ｊ間の実際の距離γを求める。つぎに、標識２４ｉとつま先３ｎ−１との画面上の距離と、標識２４ｊとつま先３ｎとの画面上での距離とを、あらかじめ設定した画面上の距離と実際の距離との換算係数を用いて実際の距離に各々換算して、標識２４ｉとつま先３ｎ−１との実際の距離αと、標識２４ｊとつま先３ｎとの実際の距離βとを求め、このα、β、γを適切に加減算することにより、前回の着地と今回の着地との間の実際の歩幅δが直接的かつ高精度に求められる。
【００５８】
そして、ステップ８（Ｓ８）において、必要に応じて各種データの計算を行う。たとえば、標識２４のフレーム間の移動距離を歩幅用ビデオカメラ５０の所定時間で割ることによりベルト２０の駆動速度が、また、（歩幅）／（ベルト２０の駆動速度）により一歩にかかる時間であるストライド時間が、さらに、１／（ストライド時間）により一秒間のストライド数であるピッチが各々取得される。また、つま先がベルト２０の走行面２６に着地していない（空中に浮遊している）状態のフレームの数を取得することにより浮遊時間が、また、ストライド時間−浮遊時間により着地時間の取得が各々可能である。
【００５９】
つぎに、ステップ９（Ｓ９）において、取得した歩幅データを他のデータと比較する。ここでは、必要に応じて、取得された歩幅データ等が個人毎に個人データ格納部３７に記憶されるとともに、個人データ格納部３７に記憶されている自分の昔のデータ、他人のデータまたは標準データ等と今回測定された歩幅データ等とを比較する。これによって、前に測定された歩幅データや他人の歩幅データ等と今回測定された歩幅データとの比較が容易に行われ、歩幅の矯正等の効果等が容易に判断できる。
【００６０】
そして、ステップ１０（Ｓ１０）において、歩幅データ等を出力してディスプレイ４０に表示させる。このときの、画面の例を図１３に示す。これによって、取得された歩幅が被験者等に容易に把握されるようになっている。また、図１４に示すように、一歩毎の歩幅をアニメーションによって表示することも可能である。さらに、図１５に示すように、歩幅の経時変化をグラフによって表示することも可能である。このグラフは、時速１１ｋｍでジョギングしながら加速減速を繰り替えした場合のもので、加速減速による歩幅の増減が容易に把握できる。
【００６１】
また、ステップ９によって比較された、比較データも同様に画面上に表示する。このとき、音や光などでこれらの比較結果等を出力してもよく、また、このようなデータをマップ化して歩行・走行のデータを評価することも可能である。
【００６２】
なお、図１に示すように、姿勢用ビデオカメラ９０を設置して走行・歩行する被験者の姿を正面、側面あるいは背面等から撮影し、この画像をディスプレイ４０に同時に表示しても構わない。これによって、走行・歩行姿勢と歩幅とが同時に被験者１等に把握される。
【００６３】
そして、このような歩幅等の出力を終えると、またステップ１に戻ってもう一方側の足２の着地等を検出することとなる。これによって、１歩毎に連続的に歩幅のデータを得ることができ、歩幅の経時変化や、ペース変化等の細かいデータの取得も可能となっている。
【００６４】
このように、本実施形態に係る歩幅測定装置１００によれば、ベルト２０の走行面２６上を走行または歩行する被験者１の足２と標識２４とを含む画像を撮影し、この画像に基づいて足２のベルト２０上への着地を検知するとともに、一方の足２が着地したときの当該足２と標識２４との位置関係および他方の足２が着地したときの当該足２と標識２４との位置関係を各々取得し、双方の位置関係に基づいて被験者１の歩幅を直接的に取得することにより、歩行、歩行、走行の速度や床面の速度に関係なく歩幅が直接かつ高精度に取得できる。また、センサー等を用いず、画像に基づいて歩幅を取得する簡易な構成となるので装置の低コスト化が図れる。
【００６５】
また、標識２４はベルト２０の外周面上に被験者１が走行等する方向に所定間隔で複数設置されているので、画像中で被験者１の足２により近い標識２４を選択し、この標識２４に基づいて一方の足２および他方の足２との位置関係を取得することが可能であり、取得される歩幅の精度が向上する。
【００６６】
また、コンピュータ３０は、撮影された画像に基づいて、一方の足２のベルト２０への着地を検知して当該足２が着地した時の当該足２と標識２４との位置関係を取得し、他方の足２のベルトへの着地を検知し当該足２が着地した時の当該足２と標識２４との位置関係を取得し、さらに２つの位置関係を各々取得する際に用いた標識２４間の距離を取得するとともに、２つの位置関係および標識２４間の距離とに基づいて被験者１の歩幅を取得しているので、足２の位置関係を取得する際に、一方の足２と他方の足２とで互いに異なる標識２４に基づく位置関係を取得して歩幅を取得するすることが可能であり、画像中で被験者１の各々の足２に最も近い標識２４を用いて位置関係の取得をすることができ、さらに高精度に歩幅が測定できる。
【００６７】
また、歩幅用ビデオカメラ５０は、さらに、所定時間毎に画像を撮影するとともに、走行面２６に対して撮影範囲が固定されているので、撮影された各画像において、ベルト２０上の標識２４の位置が一定方向に所定の速度で移動し、標識２４の認識が容易に行われるとともに、ベルト２０上に着地した足２が標識２４と同じ方向、同じ速度で移動するので、足２の着地の検知も容易に行える。
【００６８】
また、歩幅用ビデオカメラ５０は、撮影される画像中で、走行面２６の駆動方向と画像の外枠の一辺とが平行になるように設定されているので、標識２４の認識や足２の着地の判断が更に容易に行える。
【００６９】
なお、本発明に係る歩幅測定装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形態様をとることが可能である。例えば、本実施形態では、床面としてトレッドミル１０のベルト２０の走行面２６を採用しているがこれに限られず、床やグラウンド等の固定した面でも構わない。
【００７０】
また、本実施形態では、ベルト２０に複数の標識２４を備えているが、一つの標識のみを備えていてもよい。この場合、一方の足２が着地してから他方の足２が着地するまでの間に、歩幅用ビデオカメラ５０にその標識２４と足２とが常時含まれるように撮影されればよい。そして、標識２４が一つなので、標識２４間の距離を求めること無く、一方の足２の着地の際のその標識２４と足２のつま先３との距離と、他方の足２の着地の際のその標識２４と足２のつま先３との距離のみに基づいて歩幅が取得される。
【００７１】
また、本実施形態では、歩幅用ビデオカメラ５０は、標識２４の認識および対応づけや、つま先３の検出を容易にすべく、撮影される撮影範囲がベルト２０の走行面２６に対して固定されるように設定されているが、これに限られない。たとえば、被験者がベルト２０の駆動速度を打ち消すように走行等しない場合等、画像内に被験者１の足２が収まるように歩幅用ビデオカメラ５０の撮影範囲を被験者１の動きに合わせて移動させる場合もある。この場合、画像上での標識２４の動きは一定速度・一定方向とはならず、着地の判定は、画面上でのつま先３の動きのみに基づくのではなく、例えば、画面上でのつま先３と標識２４との相対運動（例えば、相対速度がほぼゼロになったとき）に基づいて行うことができる。
【００７２】
また、本実施形態では、走行面２６が画像の底辺に対して平行に配置されていたが、これに限られず、例えば、図１６に示すように、平行でない配置をとっても構わない。この場合は、座標変換等を行うことにより、同様に画面上の距離から実際の距離を取得することができる。
【００７３】
また、本実施形態では、各画像間で標識２４を容易に対応づけるべく、ベルト２０に設置される標識２４の間隔は、歩幅用ビデオカメラ５０の撮影の所定間隔の時間に標識２４が走行面２６上を動く距離よりも長く設定されているが、短くても構わない。この場合、たとえば、隣接する標識２４同士で色や大きさ等に差を設け、画像中でこれを読み取ることにより、画像間での標識２４の認識と対応づけが可能とされる。
【００７４】
また、本実施形態では、測定結果を表示すべくディスプレイ４０を備えているが、これに限られず、プリンター等によって結果を印刷するようにしても構わない。
【００７５】
また、本実施形態では、個人データ格納部３７、データ比較部３９、各種データ演算部３８、および、姿勢用ビデオカメラ９０を備え、歩幅測定装置１００によって得られた歩幅データが充分にトレーニング等に活用されるようになっているが、これらを備えなくても歩幅データの取得が可能であることは言うまでもない。
【００７６】
また、本実施形態では、足の所定部としてつま先３を採用しているが、これに限られず、かかと、靴等の模様や、足２に設置する新たな標識等でも構わない。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る歩幅測定装置によれば、無端ベルトの走行面上を走行または歩行する被験者の足と標識とを含む画像を撮影し、この画像に基づいて足の無端ベルト上への着地を検知するとともに、一方の足が着地したときの当該足と標識との位置関係および他方の足が着地したときの当該足と標識との位置関係を各々取得し、双方の位置関係に基づいて被験者の歩幅を直接的に取得することにより、歩行、走行の速度や無端ベルトの速度に関係なく歩幅が直接かつ高精度に取得される。また、センサー等を用いず、画像に基づいて歩幅を取得する簡易な構成となるので装置の低コスト化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の歩幅測定装置を示す構成図である。
【図２】図１中のトレッドミルの上面図である。
【図３】図１中の歩幅用ビデオカメラにより撮影される画像の一例を示す模式図である。
【図４】図１の歩幅測定装置のブロック図である。
【図５】図１中のコンピュータ内で行われる処理を示すフロー図である。
【図６】図５中の移動標識認識ステップの処理を示すフロー図である。
【図７】（ａ）は図６中のステップ５１により取得される輝度値データ、（ｂ）は（ａ）の輝度値データを図６中のステップ５２によって処理することにより取得される２値化データを示す図である。
【図８】図６中のステップ５４を説明する図であり、（ａ）はｎフレームにおいて取得された標識を示す模式図、（ｂ）はｎ−１フレームにおいて取得された標識を示す模式図である。
【図９】図５中のつま先認識ステップにおける処理を説明するフロー図である。
【図１０】図９中のステップ６２およびステップ６３を説明する図であり、（ａ）は画像に対して最初にステップ６２を行う場合を説明する模式図、（ｂ）は画像に対して２回目にステップ６２を行う場合を説明する模式図、（ｃ）は画像に対してステップ６３を行う場合を説明する模式図である。
【図１１】図５中のステップ４およびステップ２０の処理を説明する模式図である。
【図１２】図５中の歩幅取得ステップの処理を説明する模式図である。
【図１３】図１中のディスプレイに表示される測定結果の例を示す模式図である。
【図１４】図１中のディスプレイに表示される測定結果の他の例を示す模式図である。
【図１５】図１中のディスプレイに表示される測定結果のさらに他の例を示す模式図である。
【図１６】図１中の歩幅用ビデオカメラにより撮影される画像の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１…被験者、２…足、３…つま先（所定部）、２０…ベルト（無端ベルト）、２４…標識、２６…走行面（床面）、３０…コンピュータ（歩幅計測手段）、３１…つま先検出部（所定部検出手段）、３２…着地判定部（着地判定手段）、３３…着地位置取得部（着地位置取得手段）、３４…歩幅取得部（歩幅取得手段）、３６…移動標識認識部（移動標識認識手段）、３７…個人データ格納部、３９…データ比較部、４０…ディスプレイ（表示手段）、５０…歩幅用ビデオカメラ（撮影手段）、９０…姿勢用ビデオカメラ（姿勢撮影手段）、１００…歩幅測定装置。

Claims

床面上を走行または歩行する被験者の歩幅を測定する歩幅測定装置であって、
前記床面上に設置された標識と、
前記標識と前記被験者の足とを含む画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影された画像に基づいて、一方の足の前記床面への着地を検知して当該足が着地した時の当該足と前記標識との位置関係を取得し、他方の足の前記床面への着地を検知して当該足が着地した時の当該足と前記標識との位置関係を取得し、前記２つの位置関係に基づいて前記被験者の歩幅を取得する歩幅計測手段と、
を備えることを特徴とする、歩幅測定装置。
前記標識は前記床面上に前記被験者が走行または歩行する方向に所定間隔で複数設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の歩幅測定装置。
前記歩幅計測手段は、前記撮影された画像に基づいて、一方の足の前記床面への着地を検知して当該足が着地した時の当該足と前記標識との位置関係を取得し、他方の足の前記床面への着地を検知し当該足が着地した時の当該足と前記標識との位置関係を取得し、前記２つの位置関係を各々取得する際に用いた標識間の距離を取得し、前記２つの位置関係および前記標識間の距離に基づいて前記被験者の歩幅を取得することを特徴とする、請求項２に記載の歩幅測定装置。
前記床面は、所定の速度で駆動される無端ベルトの走行面であることを特徴とする、請求項２または３に記載の歩幅測定装置。
前記撮影手段は、所定時間毎に前記画像を撮影するとともに、前記走行面に対して撮影範囲が固定されていることを特徴とする、請求項４に記載の歩幅測定装置。
前記撮影手段は、前記撮影される画像における、前記走行面の駆動方向と前記画像の外枠の一辺とが平行になるように設定されていることを特徴とする、請求項５に記載の歩幅測定装置。
前記標識は、前記無端ベルトの駆動による前記所定時間における移動距離よりも長い間隔で設けられていることを特徴とする、請求項５または６に記載の歩幅測定装置。
前記歩幅計測手段は、
前記画像中の標識を抽出し、当該画像より前に撮影された画像中の標識の位置と比較して前記２つの画像間で標識同士を対応づけ、前記画像中の標識に前記前に撮影された画像中の対応する標識と同一の認識番号を付すとともに、新しく撮影された標識に新しい認識番号を付す移動標識認識手段と、
前記画像中の前記被験者の足の所定部の位置を検出する所定部検出手段と、
前記所定部の位置の時間変化に基づいて前記被験者の足が前記無端ベルト上に着地しているか否かを判断する着地判定手段と、
前記被験者の足が前記無端ベルトに着地していると判断された時の、前記所定部と前記画像中の標識との位置関係および当該標識の認識番号を前記足が着地する毎に取得する着地位置取得手段と、
隣り合う２回の着地時に各々取得された前記位置関係と、前記位置関係を取得する際に用いた各々の標識の認識番号および前記所定間隔に基づいて取得される当該標識間の距離とに基づいて前記被験者の歩幅を取得する歩幅取得手段と、
を備えることを特徴とする、請求項５〜７の何れか１項に記載の歩幅測定装置。
前記取得された歩幅を表示する表示手段を備えることを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載の歩幅測定装置。
個人ごとの歩幅データが格納される個人データ格納部と、前記個人データ格納部に格納された歩幅データと前記取得された歩幅との比較を行うデータ比較部とを備えることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の歩幅測定装置。
前記被験者の走行姿勢または歩行姿勢を前記被験者の正面または側面の少なくとも何れかの方向から撮影する姿勢撮影手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜１０に記載の歩幅測定装置。