JP4894002B2 - 移動体検知装置及び移動体検知システム - Google Patents

Description

本発明は、移動体の移動体検知装置、例えば病院などの要介護者などのベッドからの離床を検知する離床検知装置に使用される移動体検知装置及び移動体検知システムに関する。

移動体の検知装置として、例えば、入院患者などの検知対象者の離床を検知するための種々の装置が開発されてきている。これらの検知装置では、検知領域として例えばセンサ付きマットを用い、これをベッド脇やベッド上にマットを敷き、検知対象である被検知者の動作を感知したり、或いは被検知者にクリップを付けて、被検知者がベッドを離れるとクリップが外れて、離床を検知するようにしている。
しかし、ベッド脇やベッド上にマットを設置するマットセンサでは誤検知が多く、被検知者の睡眠に影響を及ぼしたり、介護者にとってもセンサに触れないようにするのなどの注意が必要である。クリップを付ける方法も、被検知者に負担を掛けるため、被検知者が取り外してしまう可能性がある。

そこで、被検知者や介護者に負担を掛けることなく離床を検知するため、被検知者の体動の赤外線パターンモデルを記憶しておき、被検知者から放出される赤外線を検知する焦電センサを被検知者から離して配置しておくことで、焦電センサで検知した赤外線のパターンから被検知者の体動を検知するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、この焦電センサを用いて検知を行う場合、ノイズを廃して被検知者から発する赤外線だけでその体動を判断するのは必ずしも容易ではなく誤認の可能性がある。

そこで、監視カメラによる検知が考えられるが、１台の監視カメラでベッドにいる人の離床を検知するためには、ベッドとそれ以外の領域を監視領域に設定する必要がある。そのため、例えば、ベッドやベッド外領域に予め決められた色や模様のシートを載せて領域を設定することが行われる。しかし、カメラの撮影画像は周囲の環境によって大きく変化するため、この方法では確実な領域設定ができず、結果として精度よく離床を検知することが困難である。

そこで、ベッドを含む撮像画面を例えばベッド領域とベッド外領域とに分割して、それぞれの領域内における人体の移動を検知して離床を検知する装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。この離床検知装置では、予めベッド領域とベッドが置かれる領域以外の床面領域と、ベッド領域と床面領域との境界を表す境界辺を設定しておき、床面領域から、境界辺を通過して、ベッド領域への人体移動を検知すると、この事象を入床事象と判断し、ベッド領域から境界辺を通過して、床面領域への人体移動を検知すると、この事象を離床事象と判断する。このとき、境界辺を通過しない場合は、単にベッドの中で手足を動かしたり、寝返りをうったなどのベッド空間内での動きとみなし、離床とは判定しないようにしている。
しかし、この離床検知装置では、病院のベッドのように複数の患者や介護者が出入りする場所では、ベッド内にいる患者とベッド付近にいる人の動きを区別できずに誤検知したり、起き上がりやベッドに腰掛けている場合なども離床と検知する可能性がある。

特開２００６−１３６６６６号公報 特開２００２−２３０５３３号公報

本発明は、上記従来の問題を解決するためなされたものであって、その目的は、被検知体の検知すべき動作を、被検知体による大きな非継続的な動作（撮影画像の階調の分散（標準偏差）の時間的変化の分散（標準偏差）が所定の閾値より大きくなる動作）に限定することで誤動作を最小にすると共に、これを離床検知手段として用いたときには、離床をより正確に検知できるようにすることである。

請求項１の発明は、監視カメラの撮像画像の監視領域を複数の領域に分割する手段と、分割領域内の階調値を抽出する手段と、抽出した階調値の標準偏差値を求める手段と、取得した各標準偏差値毎の時間的変化量の標準偏差値を取得する手段と、得られた前記時間的変化量の標準偏差値に基づき当該領域における被検知体の動作を検知する手段、とを有する移動体検知装置であって、前記被検知体の動作を検知する手段は、前記時間的変化量の標準偏差値と所定の閾値とを比較し、前記時間的変化量の標準偏差値を前記閾値で２値化したパターンを作成し、前記パターンの経時的変化に基づき被検知体の動作を検知することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された移動体検知装置において、前記撮像画像の監視領域を複数の領域に分割する手段は、ベッド領域とベッド外領域に分割し、前記被検知体の動作は被検知者の離床であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された移動体検知装置と、撮像カメラと、前記移動体検知装置で異常を検知したときに警報を発生する警報手段を有することを特徴とする。

（作用）
本発明によれば、被検知体の動作を分割した領域毎の階調の変化により検知し、その際、とくに検知のためのパラメータとして各領域毎の階調の標準偏差の経時的な変化量の標準偏差（ここでは、時間的標準偏差という）を採用した。また、時間的標準偏差を閾値を基準に各領域毎に２値化したパターンを形成し、このパターンの時間的変化で被検知体の動作を判断する。これにより被検知体の連続する小さな継続的な動きには左右されることがなく、監視領域における被検知体の大きな断続的な動きが発生したときのみ、これを確実に検知する。

本発明は、監視カメラによる被検知体の検知すべき動作を、大きな非継続的な動作のみに限定できるため、移動体検知装置の誤検知を最小にできるとともに、より被検知体の詳細な検知が可能である。また、これを離床検知手段として用いたときには、離床をより正確に検知できるようにすることである。

本発明を図面に示す実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の移動体検知システムの１実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。
本離床検知システムは、図示のように移動体検知装置１と、監視カメラ２と、メモリ４と、警報発報部５とからなっている。
移動体検知装置１は、監視カメラで撮像した画像を処理する画像処理部３と、上記システム全体を制御する制御部６とからなっている。

画像処理部３は領域内変化検知部３２を備え、領域内変化検知部３２は、さらに領域内輝度値抽出部３２１と、領域内分散（標準偏差）算出部３２２と、領域内分散（標準偏差）の時間分散（標準偏差）算出部３２３を備えており、撮影画面を監視領域設定部３０で分割した設定した領域内における被検知体の変化を、分割した各領域内の階調（本実施形態では輝度）の標準偏差の時間的変化の標準偏差として抽出する。
メモリ４は、監視カメラ２で撮像した画像を保存しておく画像メモリである。
警報発報部５は、被検知者が例えば離床したときに、制御部６の指示により可視又は可聴の警報を発生させる。
制御部６は、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３からなるマイクロコンピュータからなり、監視カメラ２に撮像の指示をしたり、画像処理部３に監視カメラ２で撮像した画像の処理を指示するなど、本離床検知システム全体の制御を行う。
ＲＯＭ６３には、本離床検知システムを実行するためのプログラムなどが格納されており、ＲＡＭ６２にはＣＰＵ６１の処理に必要なデータを一時的に格納したり、或いは後述する各標準偏差値毎の変化量の標準偏差の閾値や、被検知体の移動や動きに伴う前記標準偏差値の変化量の標準偏差が所定の閾値を越えるか否で２値化して各領域毎にパターンを形成し、そのパターンの時系列的な変動と、被検知体の実際の動作とを関連付けたテーブルを格納しておく。

本実施形態では、監視カメラ２を例えば要介護者などの被検知者のベッドの上部に設置して、まず、ベッド上やその周辺を撮像した画像に必要な処理を加えて上記メモリ４に格納する。

本実施形態では、監視領域設定部３０で設定された監視領域にしたがって、監視カメラ２で撮像したベッドを含むその周辺領域の画像をベッド領域とベッド外領域とに分割し、それぞれの領域における各画素の輝度の分散値を求め、その分散値から標準偏差を算出する。次に、得られた各領域の標準偏差値の経時的変動（時間変化）の標準偏差値（時間的標準偏差）を求め、この時間的標準偏差値を基に、各領域における被検知体、ここでは被検知者のベッド又はベッド外領域における動きや移動を検知し、その離床を監視する。離床と判断されたときには警報発報部５から可視又は可聴警報等を発報する。

次に本実施形態に係る移動体検知装置で用いる撮影画像の各領域における検知を移動体検知装置で実行するアルゴリズムについて説明する。
本実施形態では、まず監視領域を設定されたベッド領域とベッド外領域にしたがって、撮影画像から各領域の画素当たりの明るさを示す輝度値を検知する。
ここで、各領域の輝度の分散、及び分散値の時間的変化は以下の式１ないし４により求める。

上記分散値σ^２から標準偏差σを求める。ここで、σ_ｔは各領域の輝度の標準偏差の時間変化の標準偏差（時間的標準偏差という）を表し、この時間的標準偏差σ_ｔを各領域（ベッド領域、ベッド外領域）毎に算出し、ベッド領域の時間的標準偏差をσ_ｔ１、ベッド外領域の標準偏差をσ_ｔ２とする。

図２Ａは、縦軸に標準偏差σ（又は時間的標準偏差σ_ｔ）を、また横軸に時間をとって、ある領域における輝度の標準偏差σ（又は時間的標準偏差σ_ｔ）の時間変化を示したグラフである。
例えば、ベッド領域内において絶えず動きがあると、その領域の標準偏差σは、図２Ａの曲線Ａに示すように絶えず変化し大きくなる。
しかし、この変化を上記時間的標準偏差σ_ｔでみると、その動きが継続的なものであれば、ベッド領域内の動きが継続しても、それ以上に大きい変化が生じない場合は、同図２Ａの曲線Ｂで示すようにやがて一定値に収束していく。
なお、ベッド領域が明るい安定した状態から真っ暗な状態に変化する（例えば消灯がこれに当たる）照明変化では、当該領域における輝度が一様に変化するため、その輝度の標準偏差σは大きくならない。

図２Ｂは、図２Ａと同様のグラフであるが、ベッド領域内において被検知者の動きに大きな変化が生じた状態を示している。この場合には輝度の標準偏差σに大きな変化が現れると共に、時間的標準偏差σ_ｔも予め定めた閾値（ＴＨ）よりも大きくなっている。なお、閾値は被検知者の実際の動きをモニターして実験的に定めるなど、適宜決定する。

本実施形態では、時間的標準偏差σ_ｔを検知して、これが予め定めた閾値（ＴＨ）を越えたとき、当該領域内に検知すべき変化が生じていると判断し、閾値を越えないときは当該領域内に検知すべき変化は生じていないと判断する。

次に、以上で説明した検知アルゴリズムを実際に被検知者の離床検知を行う場合について説明する。
図３は、監視領域を説明するための図であり、図３Ａはベッドと監視カメラの取り付け位置の関係を示す側面図であり、図３Ｂは監視領域を説明するための平面図である。
即ち、ベッドに臥床する人の頭上に監視カメラが設置されており、このカメラは、その撮像範囲にベッドを含むその周りの領域が入るように、レンズが斜め下方に向けられている。図３Ｂに示すように、撮像領域としてベッド領域とベッド外領域とが設定されており、ここではベッドの一方は壁に接している。

監視カメラ２は、所定時間毎に或いは制御部６からの指令により撮像を行い、撮像された画像は画像処理部３に送られる。画像処理部３では送られた画像から領域内の輝度値を抽出し、領域内における輝度の分散（標準偏差）を求め、これをメモリに蓄積する。領域内分散（標準偏差）算出部では、メモリに蓄積された各領域内標準偏差（又は分散）の時間的変化から当該領域内の標準偏差の時間的標準偏差を求める。この時間的標準偏差を各領域毎に所定の閾値と対比して、その閾値を越えるか越えないかで二値化する。この各領域の二値化した値に基づく全領域の二値化パターンを形成し、このパターンの時間的変化から被検知体の挙動を判別する。

図４は、以上で述べた原理に基づき実際に被検知体であるベッドに臥床する人の離床を検知する場合の手順を各状態と共に説明する図である。
即ちベッド領域の時間的標準偏差σ_ｔ１が閾値（ＴＨ）よりも大きく、かつベッド外領域の時間的標準偏差σ_ｔ２が閾値（ＴＨ）よりも小さい場合、即ち、その二値化したパターンがσ_ｔ１＝１、σ_ｔ２＝０であれば、被検知者の動きはベッド領域内に止まることが明らかであるから、その直前の時間的標準偏差のパターンが、例えばベッド領域の時間的標準偏差σ_ｔ１が閾値（ＴＨ）よりも小さく、かつベッド外領域の時間的標準偏差σ_ｔ２が閾値（ＴＨ）よりも小さい場合であれば、即ちその二値化したパターンがσ_ｔ１＝０、σ_ｔ２＝０であれば、制御部６のＣＰＵ６１は、例えば、ＲＡＭ６２内に格納された対照テーブルを参照して、被検知者はベッドで就寝の状態又は横臥している状態から、起床や寝返り等の変化が起きたと判断する。この状態は図中では、状態１から２の変化である。

この状態（状態２）から、次に、ベッド外領域の時間的標準偏差σ_ｔ２が閾値（ＴＨ）よりも大きくなると（図中３の状態）、時間的標準偏差の二値化したパターンはσ_ｔ１＝１、σ_ｔ２＝０からσ_ｔ１＝１、σ_ｔ２＝１に変わる（図中では状態２から３への変化である）から、制御部６のＣＰＵ６１は、同様にＲＡＭ６２内に格納されている対照テーブルを参照して、上記状態２から３へのパターン変更に対応した動作、つまり、被検知者が例えばベッドに腰掛けた状態であると判断する。

上記３の状態から次にベッド内領域の時間的標準偏差σ_ｔ１が閾値（ＴＨ）よりも小さくなると（図中４の状態）、その時間的標準偏差の二値化したパターンはσ_ｔ１＝１、σ_ｔ２＝１からσ_ｔ１＝０、σ_ｔ２＝１に変わる（図中では状態３から４への変化である）から、制御部６のＣＰＵ６１は、同様にＲＡＭ６２内に格納されている対照テーブルを参照して、被検知者が離床したと判断する。

上記２の状態から、ベッド内領域の時間的標準偏差σ_ｔ１も閾値（ＴＨ）よりも小さくなると（図中１の状態）、その時間的標準偏差の二値化したパターンはσ_ｔ１＝１、σ_ｔ２＝０からσ_ｔ１＝０、σ_ｔ２＝０に変わる（図中では状態２から１への変化である）から、制御部６のＣＰＵ６１は、同様にＲＡＭ６２内に格納されている対照テーブルを参照して、被検知者が就寝したと判断する。

次に、上記１の状態からベッド外領域の時間的標準偏差σ_ｔ２が閾値（ＴＨ）よりも大きくなると、時間的標準偏差の二値化したパターンはσ_ｔ１＝０、σ_ｔ２＝０からσ_ｔ１＝０、σ_ｔ２＝１に変わる（図中では状態１から５への変化である）から、制御部６のＣＰＵ６１は、同様にＲＡＭ６２内に格納されている対照テーブルを参照して、被検知者が就寝しているベッドの周りに誰かが侵入してきたと判断し、必要に応じて警報発報部５を作動する。

上記５の状態から、再度ベッド外領域の時間的標準偏差σ_ｔ２が閾値（ＴＨ）よりも小さくなると、時間的標準偏差の二値化したパターンはσ_ｔ１＝０、σ_ｔ２＝１からσ_ｔ１＝０、σ_ｔ２＝０に変わる（図中では状態５から１への変化である）から、制御部６のＣＰＵ６１は、ＲＡＭ６２内に格納されている対照テーブルを参照して、ベッドの周りに侵入した人がそのまま通り抜けたと判断して上記警報発報部５の作動を中止する。

上記５の状態から、ベッド内領域の時間的標準偏差σ_ｔ１が閾値（ＴＨ）よりも大きくなると（図中６の状態）、時間的標準偏差の二値化したパターンはσ_ｔ１＝０、σ_ｔ２＝１からσ_ｔ１＝１、σ_ｔ２＝１に変わる（図中では状態５から６への変化である）から、ＣＰＵ６１は、次にどの状態に移行するかにしたがって判断する。即ち、次にベッド内領域の時間的標準偏差σ_ｔ１のみが閾値（ＴＨ）よりも小さくなると（図中５の状態）、時間的標準偏差の二値化したパターンはσ_ｔ１＝１、σ_ｔ２＝１からσ_ｔ１＝０、σ_ｔ２＝１に戻る（図中では状態６から５への変化である）から、ＣＰＵ６１は前記対照テーブルを参照して、侵入してきた人がベッドメイキングなどの介護を行ったものと判断する。

上記６の状態から、再度ベッド外領域の時間的標準偏差σ_ｔ２が閾値（ＴＨ）よりも小さくなると、時間的標準偏差の二値化したパターンはσ_ｔ１＝１、σ_ｔ２＝１からσ_ｔ１＝１、σ_ｔ２＝０に変わる（図中では状態６から７への変化である）から、この変化のパターンからＣＰＵ６１は前記対照テーブルを参照して、人が入床したものと判断する。

同様に、上記３の状態（つまり離床の状態）から、上記２の状態に移行すれば被検知者がベッド内で起き上がったり寝返りをうっているのが分かる。

本発明の実施形態によれば、ベッド領域とベッド外領域とに分けて、それぞれの撮影画像の画素毎の輝度の分散値の標準偏差の時間変化の標準偏差値つまり時間的標準偏差値に注目して、その大きさの変化の変化分で被検知者の行動を検知するようにしたから、消灯や、点灯に惑わされずに、被検知者が絶えず動いていても、その行動が大きく変化しなければ、監視領域における変化から除外することができ、より正確に被検知者の離床を検知することができる。

以上、本移動体検知装置を人の離床検知装置として用いた場合について説明したが、本発明はこれに限ることなく、他の移動体検知に適用することができる。例えば、特定の領域内における人の動きを監視したり、或いは、上記領域を３以上に設定して各領域の時間的標準偏差の二値化したパターンから、より複雑な人や物体の動きを正確に検知することができる。例えば、予め移動パターンが決められた移動体の移動を監視して、その移動が予め決められたものかどうかなどの判断に供することもできる。

本発明の移動体検知システムの１実施形態として離床検知システムを概略的に示すブロック図である。 縦軸に標準偏差σ（又は単に時間的標準偏差σ_ｔ）を、また横軸に時間をとって、ある領域における輝度の標準偏差σ（又は標準偏差の時間的標準偏差σ_ｔ）の時間変化を示したグラフである。 監視領域を説明するための図であり、図３Ａはベッドと監視カメラの取り付け位置の関係を示す側面図であり、図３Ｂは監視領域を説明するための平面図である。 本実施形態に係る検知を説明するための図である。

１・・・移動体検知装置、２・・・監視カメラ、３・・・画像処理部、４・・・メモリ、５・・・警報発報部、６・・・制御部、３０・・・監視領域設定部、３２・・・領域内変化検知部、３２１・・・領域内輝度値抽出部、３２２・・・領域内分散（標準偏差）算出部、３２３・・・領域内分散（標準偏差）の時間分散（標準偏差）算出部。

Claims (3)

1. 監視カメラの撮像画像の監視領域を複数の領域に分割する手段と、分割領域内の階調値を抽出する手段と、抽出した階調値の標準偏差値を求める手段と、取得した各標準偏差値毎の時間的変化量の標準偏差値を取得する手段と、得られた前記時間的変化量の標準偏差値に基づき当該領域における被検知体の動作を検知する手段、とを有する移動体検知装置であって、
   前記被検知体の動作を検知する手段は、前記時間的変化量の標準偏差値と所定の閾値とを比較し、前記時間的変化量の標準偏差値を前記閾値で２値化したパターンを作成し、前記パターンの経時的変化に基づき被検知体の動作を検知することを特徴とする移動体検知装置。
2. 請求項１に記載された移動体検知装置において、
   前記撮像画像の監視領域を複数の領域に分割する手段は、ベッド領域とベッド外領域に分割し、前記被検知体の動作は被検知者の離床であることを特徴とする移動体検知装置。
3. 請求項１又は２に記載された移動体検知装置と、撮像カメラと、前記移動体検知装置で異常を検知したときに警報を発生する警報手段を有することを特徴とする移動体検知システム。
   

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