JP5997463B2 - 転倒検知装置および転倒検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、転倒検知装置および転倒検知方法に関する。

従来、一人暮らしの高齢者や被介護者の動きを検出し、転倒等の状態を検出する装置が知られている。例えば、特許文献１には、被介護者の位置を検出し、検出した位置に基づいて被介護者の状態を監視する装置が開示されている。

また、人間を検出する方法としては、特許文献１に開示されているような測距データを用いる他に、カメラによる画像撮像、人間の温度検出などの方法が挙げられる。例えば、特許文献２には、サーモパイルを用いて人間を検知する技術が開示されている。

特開２００２−３４５７６６号公報 特開２０１１―２０８９３６号公報

しかしながら、従来の人間の状態を監視する装置はいずれも高価な装置であり、例えば高齢者の自宅の複数の部屋に設置するような利用形態ではコスト高となってしまうという問題があった。このため、転倒検知精度が低下することなく、低コストで人間の転倒を検知する装置が望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストで精度よく人間の転倒を検知することのできる転倒検知装置および転倒検知方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、人間の転倒を検知する転倒検知装置であって、互いに異なる複数の検知領域であって、鉛直方向において検知されないエリアが存在しないように、鉛直方向に隣接する隣接検知領域と重なる重なり領域を有する前記複数の検知領域の温度を検知する複数のサーモパイルを有するサーモパイルユニットと、第１経過時間が経過する度に前記複数のサーモパイルそれぞれから、検知した温度を示す温度情報を取得し、前記温度情報を取得する度に、取得した前記温度情報と、各サーモパイルの前記検知領域の位置と、前記温度が検知された時刻とを対応付けて温度情報記憶部に書き込む温度情報取得部と、前記温度情報に示される各サーモパイルの前記第１経過時間の経過前と経過後の前記温度の差分を算出し、各差分と第１閾値とを比較し、前記第１閾値以上の前記差分が算出された前記サーモパイルに対応する前記検知領域を変化領域として検出する変化領域検出部と、前記変化領域検出部が前記変化領域を検出した場合に、前記変化領域それぞれの位置および温度に基づいて、前記変化領域の重心位置を算出する重心位置算出部と、前記重心位置算出部により、第１検知時刻に前記温度情報取得部が取得した前記温度情報に基づいて算出された前記重心位置の高さ方向の成分と、前記第１検知時刻より後の第２検知時刻に前記温度情報取得部が取得した前記温度情報に基づいて算出された前記重心位置の高さ方向の成分の重心差分を算出する重心差分算出部と、前記重心差分が第２閾値よりも大きい場合に、前記第２検知時刻に人間の転倒を検知したと判定する転倒判定部と、前記転倒判定部が前記人間の転倒を検知したと判定した場合に、転倒を検知した旨を出力する転倒出力部とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、人間の転倒を検知する転倒検知装置で実行される転倒検知方法であって、複数のサーモパイルを有するサーモパイルユニットが、互いに異なる複数の検知領域であって、鉛直方向において検知されないエリアが存在しないように、鉛直方向に隣接する隣接検知領域と重なる重なり領域を有する前記複数の検知領域の温度を検知する工程と、第１経過時間が経過する度に前記複数のサーモパイルそれぞれから、検知した温度を示す温度情報を取得し、前記温度情報を取得する度に、取得した前記温度情報と、各サーモパイルの前記検知領域の位置と、前記温度が検知された時刻とを対応付けて温度情報記憶部に書き込む温度情報取得工程と、前記温度情報に示される各サーモパイルの前記第１経過時間の経過前と経過後の前記温度の差分を算出し、各差分と第１閾値とを比較し、前記第１閾値以上の前記差分が算出された前記サーモパイルに対応する前記検知領域を変化領域として検出する変化領域検工程と、前記変化領域検出工程において前記変化領域を検出した場合に、前記変化領域それぞれの位置および温度に基づいて、前記変化領域の重心位置を算出する重心位置算出工程と、前記重心位置算出工程において、第１検知時刻に取得された前記温度情報に基づいて算出された前記重心位置の高さ方向の成分と、前記第１検知時刻より後の第２検知時刻に取得された前記温度情報に基づいて算出された前記重心位置の高さ方向の成分の重心差分を算出する重心差分算出工程と、前記重心差分が第２閾値よりも大きい場合に、前記第２検知時刻に人間の転倒を検知したと判定する転倒判定工程と、前記転倒判定工程において前記人間の転倒を検知したと判定した場合に、転倒を検知した旨を出力する転倒出力部工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、低コストで精度よく人間の転倒を検知することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる転倒検知装置の構成を示すブロック図である。 図２は、転倒検知装置の設置例を示す図である。 図３−１は、ｙｚ平面に投影された検知エリアを示す図である。 図３−２は、ｘｚ平面における各サーモパイルの検知エリアを示す図である。 図４−１は、サーモパイルによる立位の人間の検知例を示す図である。 図４−２は、サーモパイルによる立位の人間の検知例を示す図である。 図５は、転倒処理部の機能構成を示すブロック図である。 図６は、電圧記憶部のデータ構成を模式的に示す図である。 図７は、基準電圧算出部の処理を説明するための図である。 図８は、電圧差分算出部の処理を説明するための図である。 図９は、転倒検知処理を示すフローチャートである。 図１０は、立位人間判定処理（ステップＳ１００）における詳細な処理を示すフローチャートである。 図１１−１は、立位の人間の検知の有無を判定する処理の一例を示す図である。 図１１−２は、立位の人間の検知の有無を判定する処理の一例を示す図である。 図１１−３は、立位の人間の検知の有無を判定する処理の一例を示す図である。 図１２−１は、対象範囲を示す図である。 図１２−２は、対象範囲を示す図である。 図１２−３は、対象範囲を示す図である。 図１３−１は、重心位置を算出する処理を説明するための図である。 図１３−２は、重心位置を算出する処理を説明するための図である。 図１４は、転倒検知処理を示すフローチャートである。 図１５は、転倒判定処理（ステップＳ１３１）における詳細な処理を示すフローチャートである。 図１６−１は、電圧変化エリア特定処理（ステップＳ１４０）における処理を説明するための図である。 図１６−２は、電圧変化エリア特定処理（ステップＳ１４０）における処理を説明するための図である。 図１６−３は、電圧変化エリア特定処理（ステップＳ１４０）における処理を説明するための図である。 図１７は、重心位置を算出する処理を説明するための図である。 図１８は、タイムアウト処理（ステップＳ１３７）における詳細な処理を示すフローチャートである。 図１９−１は立位の人間の検出例を説明するための図である。 図１９−２は立位の人間の検出例を説明するための図である。 図２０は、ｙ方向への転倒を示す図である。 図２１−１は、サーモパイルユニットから遠ざかる方向への転倒を示す図である。 図２１−２は、サーモパイルユニットから遠ざかる方向への転倒を示す図である。 図２１−３は、サーモパイルユニットから遠ざかる方向への転倒を示す図である。 図２２−１は、サーモパイルユニットに近付く方向への転倒を示す図である。 図２２−２は、サーモパイルユニットに近付く方向への転倒を示す図である。 図２３は、サーモパイルユニットに近付く方向への歩行を示す図である。

以下に添付図面を参照して、転倒検知装置および転倒検知方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる転倒検知装置１の構成を示すブロック図である。転倒検知装置１は、サーモパイルユニット１００と、転倒処理部２００とを備え、人間の転倒を検知する。

サーモパイルユニット１００は、複数のサーモパイルアレイ１１０を備えている。さらに、サーモパイルアレイ１１０は、８列に配列された複数のサーモパイル１１１〜１１８を有している。以下、サーモパイルアレイ１１０に含まれる各サーモパイルの水平方向に構成される検知エリアに対応する配列を列と称し、鉛直方向に配置された各サーモパイルアレイ１１０，１２０，１３０に対応する配列を行と称する。

なお、本実施の形態においては、８個のサーモパイルが配列された３段のサーモパイルアレイ１１０，１２０，１３０を有するサーモパイルユニット１００を例に説明するが、サーモパイルアレイの数およびレイアウトは実施の形態に限定されるものではない。例えば、サーモパイルユニット１００は、４段のサーモパイルアレイを有してもよい。

各サーモパイルは、それぞれが検知対象とする検知エリア（検知領域）の赤外線を受け、赤外線の入射エネルギーに応じた電圧を出力する。赤外線のエネルギーは温度に相当する値であり、すなわち各サーモパイルは、検知エリアの温度を検知し、検知した温度に相当する電圧を転倒処理部２００に出力する。

一般的な住居など、空調等によって適切な温度が設定されている空間においては、人間の表面温度が、周囲の温度に比べて高いことから、サーモパイルの検知エリア内に人間が進入すると、サーモパイルはより高い温度を検知する。転倒処理部２００は、人間の進入に伴う、サーモパイルユニット１００の各サーモパイルから出力された電圧の変化に基づいて人間を検知し、さらに、人間の熱分布の重心位置を算出し、重心位置の変化に基づいて人間の転倒を検出する。

図２は、転倒検知装置１の設置例を示す図である。転倒検知装置１は、転倒検出の対象となる領域の上部に設置された状態で転倒検知を行う。転倒検知装置１は、具体的には、対象となる部屋の壁または天井等に設置される。ここで、鉛直方向、すなわち高さ方向をｚ方向と定める。さらに、水平面をｘｙ平面と定める。ｘｙ平面内の方向のうち、行方向に配列された複数のサーモパイルに対応する複数の検知エリアの配列方向をｙ方向と定める。さらに、ｚｙ平面内の方向のうち、ｙ方向に垂直な方向をｘ方向と定める。なお、サーモパイルユニット１００の設置位置から、検知エリアに向かう方向をｘ軸のプラスの方向と定める。

図３−１は、ｙｚ平面に投影された検知エリアを示す図である。図３−２は、ｘｚ平面における各サーモパイルの検知エリアを示す図である。図３−１および図３−２に示すように、高さ方向（ｚ方向）において検知されないエリアが存在しないように、各検知エリアの一部と、各検知エリアに高さ方向において隣接する隣接検知エリアの一部とが重なるように各サーモパイルが設定されている。すなわち、各検知エリアは、高さ方向において隣接検知エリアと重なる重なり領域３５０を有している。

例えば、第１列の３つの検知エリア３１１，３２１，３３１においては、検知エリア３１１と検知エリア３２１は、いずれも重なり領域３５０を有している。また、検知エリア３２１と検知エリア３３１は、いずれも重なり領域３５０を有している。

なお、各検知エリアの位置の調整は、サーモパイルユニット１００における各サーモパイルの配置位置および各サーモパイルのレンズ角度などを調整することにより行われる。

本実施の形態のサーモパイルユニット１００の検知エリアは、高さ方向において重なり領域を有するが、ｙ方向においては隣接検知エリアとの重なり領域を有さず、すなわち、ｙ方向においては、隣り合う検知エリアの間には、いずれのサーモパイルによっても検知されないエリアが存在する。他の例としては、検知エリアは、ｙ方向においても、隣接検知エリアと重なる重なり領域を有することとしてもよい。

図４−１および図４−２は、サーモパイルによる立位の人間の検知例を示す図である。ここで、立位とは、立っている状態および歩行中の状態である。図４−１に示すように、検知エリア３１１，３２１，３３１が高さ方向において重なり領域を有する場合には、図４−２に示すように、検知エリア４１１，４２１，４３１が高さ方向において離れて配置されている場合に比べて精度よく人間の表面温度を検知することができる。

本実施の形態にかかる転倒検知装置１は、人間の面積に対する重心位置ではなく、人間表面の熱分布の重心位置を算出するものであり、さらに重心位置の変化に基づいて人間の転倒を検知するものである。

また、転倒検知の対象となる人間は、衣服を着ていることから、頭部および手の部分において、より高い温度が検出される傾向にある。したがって、図４−１に示すように、頭部等の温度を確実に検出することにより、図４−２に示すように、頭部の温度を検出できない場合に比べて、より高い位置を重心位置として算出することができる。これにより、立位の人間の重心位置と、転倒時の人間の重心位置とが大きく異なることとなるので、立位と転倒を精度よく判別することが可能となる。

図５は、転倒処理部２００の機能構成を示すブロック図である。転倒処理部２００は、電圧取得部２０１と、電圧記憶部２０２と、基準電圧算出部２０３と、基準電圧記憶部２０４と、電圧差分算出部２０５と、電圧差分記憶部２０６と、変化エリア検出部２０７と、人間進入カウンタ２０８と、重心更新カウンタ２０９と、人間進入出力部２１０と、重心位置算出部２１１と、重心位置記憶部２１２と、重心差分算出部２１３と、転倒判定部２１４と、転倒カウンタ２１５と、転倒出力部２１６と、タイムアウト処理部２１７と、タイムアウトカウンタ２１８とを有している。

電圧取得部２０１は、サーモパイルユニット１００の各サーモパイルから出力された電圧値を定期的に取得し、これを電圧記憶部２０２に書き込む。電圧取得部２０１は具体的には、サーモパイルユニット１００から出力された電圧をＡ／Ｄ変換することにより、電圧値を示すデジタル信号を得る。電圧取得部２０１は、取得した電圧値を、出力元のサーモパイルの検知エリアの位置と、電圧値を取得した時刻に対応付けて電圧記憶部２０２に書き込む。なお、本実施の形態においては、電圧取得部２０１が１０Ｈｚの周期で電圧値を取得する場合を例に説明する。上述のように、電圧値は温度に相当する値であり、電圧取得部２０１は、温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部に相当し、電圧記憶部は温度情報記憶部に相当する。

図６は、電圧記憶部２０２のデータ構成を模式的に示す図である。図６に示すように、電圧記憶部２０２は、所定の時刻にサーモパイルユニット１００の複数のサーモパイルから取得した複数の電圧値を１データセットとし、複数のデータセットを取得時刻に対応付けて履歴として蓄積している。

各データセットは、サーモパイルユニット１００において行列に配列された各サーモパイルの検知エリアの位置と各サーモパイルから得られた電圧値とを対応付けて記憶している。すなわち、各データセットは、「サーモパイルアレイが有するサーモパイルの数」×「サーモパイルアレイの数」の配列を有しており、各フィールドに電圧値が書き込まれている。

なお、他の例としては、各検知エリアに識別番号を付与し、識別番号と電圧値とを対応付けて記憶してもよい。このように、電圧記憶部２０２は、電圧値を、当該電圧値に対応する検知エリアを識別可能に記憶すればよく、記憶形式は実施の形態に限定されるものではない。

図５に戻り、基準電圧算出部２０３は、電圧記憶部２０２に記憶されている電圧値に基づいて基準電圧値を算出する。ここで、基準電圧値とは、人間が存在しない場合に検知される赤外線のエネルギーに応じた電圧値である。人間が存在しないことが予めわかっている時間帯のサーモパイルユニット１００の検知結果を電圧記憶部２０２に記憶しておき、基準電圧算出部２０３は、この検知結果に基づいて、各サーモパイルの基準電圧を算出する。

図７は、基準電圧算出部２０３の処理を説明するための図である。基準電圧算出部２０３は、電圧記憶部２０２に記憶されている一定時間に得られた複数のデータセットにおいて、同一の検知エリアに対する電圧値の平均値を算出し、これを検知エリアの基準電圧値とする。

図５に戻り、電圧差分算出部２０５は、電圧記憶部２０２に記憶された電圧値と、基準電圧記憶部２０４に記憶されている基準電圧値の差分を電圧差分として算出する。

図８は、電圧差分算出部２０５の処理を説明するための図である。電圧差分算出部２０５は、同一のサーモパイルに対して電圧記憶部２０２に記憶されている最新の電圧値と基準電圧記憶部２０４に記憶されている基準電圧値の差分を算出し、これを電圧差分として電圧差分記憶部２０６に記憶する。

電圧差分記憶部２０６は、図６を参照しつつ説明した電圧記憶部２０２と同様に、所定の時刻に取得した複数の電圧値から得られた複数の電圧差分を１データセットとし、複数のデータセットを取得時刻に対応付けて履歴として蓄積している。

図５に戻り、変化エリア検出部２０７は、電圧差分記憶部２０６に記憶されている電圧差分と予め設定された電圧差分閾値とを比較し、電圧差分閾値以上の電圧差分が算出された検知エリアを電圧変化エリアとして検出する。変化エリア検出部２０７はさらに、電圧変化エリアの検出結果に基づいて、立位の人間を検知したか否かを判定する。すなわち、変化エリア検出部２０７は、立位人間判定部として機能する。変化エリア検出部２０７が立位の人間を検出したか否かを判定する処理の詳細については後述する。変化エリア検出部２０７は、立位の人間を検出したと判定した場合には、人間進入カウンタ２０８および重心更新カウンタ２０９を１だけカウントアップ、すなわちカウンタの値を１だけ増加する。

人間進入出力部２１０は、人間進入カウンタ２０８を参照し、人間進入カウンタ２０８の値が最大値である場合に、人間が進入したことを管理者等に通知する。以下、人間進入出力部２１０による、人間が進入したことを管理者等に通知する処理を人間進入出力と称する。人間進入出力部２１０は具体的には、人間進入を示す音または画像などを出力する。

人間進入カウンタ２０８の最大値は予め設定された値である。人間進入出力部２１０は、人間進入出力を行うと、人間進入カウンタ２０８をゼロに初期化する。

本実施の形態においては、人間進入カウンタ２０８の最大値は５に設定されている。すなわち、人間進入出力部２１０は、１０Ｈｚ周期で取得される電圧値に対し、人間進入カウンタ２０８が５をカウントした場合、すなわち０．５Ｓ継続して立位の人間を検知した場合に、人間進入出力を行う。

重心位置算出部２１１は、重心更新カウンタ２０９に最大値が記憶されている場合に、電圧差分記憶部２０６を参照し、変化エリア検出部２０７により検出された電圧変化エリアの熱分布の重心位置を算出する。重心位置算出部２１１は、さらに、変化エリア検出部２０７が立位の人間を検知したと判定した際に参照された電圧変化エリアの熱分布の重心位置、すなわち立位の人間の熱分布の重心位置を算出した場合には、算出した立位の人間の重心位置を重心位置記憶部２１２に書き込み、重心更新カウンタ２０９の値をゼロに初期化する。なお、重心位置記憶部２１２に既に重心位置が記憶されている場合には、重心位置算出部２１１は、重心位置記憶部２１２の重心位置を新たに得られた重心位置に更新する。他の例としては、重心位置記憶部２１２は、重心位置算出部２１１により算出された重心位置を時系列順を識別可能に履歴としてすべて記憶してもよい。

重心差分算出部２１３は、変化エリア検出部２０７が立位の人間を検知しないと判定した際に参照された電圧変化エリアの熱分布の重心位置の高さ方向の成分と、重心位置記憶部２１２に記憶されている、立位の人間の重心位置の高さ方向の成分の差分である重心差分を算出する。転倒判定部２１４は、重心差分算出部２１３により算出された重心差分と予め設定された重心差分閾値とを比較する。転倒判定部２１４は、重心差分が重心差分閾値よりも大きい場合に転倒と判定し、転倒カウンタ２１５を１だけカウントアップする。

転倒出力部２１６は、転倒カウンタ２１５を参照し、適宜転倒したことを管理者等に通知するための出力を行う。なお、転倒出力部２１６は、例えば転倒したことを示す音または画像などを出力する。

なお、人間進入出力部２１０および転倒出力部２１６は、ネットワークを介してサーバ等の他の装置に各情報を送信してもよい。

タイムアウト処理部２１７は、立位の人間が検知されず、かつ転倒が検知されない場合に、タイムアウトにかかる処理を行う。タイムアウトカウンタ２１８は、タイムアウト処理部２１７によりカウントアップされ、また初期化される。

図９は、転倒処理部２００による転倒検知処理を示すフローチャートである。転倒検知処理は、電圧取得部２０１がサーモパイルユニット１００の各サーモパイルの電圧を取得する度に実行される。なお、転倒検知処理の実行前の時点で、基準電圧算出部２０３による基準電圧算出が実行され、基準電圧記憶部２０４には、基準電圧が記憶されているものとする。

電圧取得部２０１が各検知エリアの電圧を取得すると、立位人間判定処理が行われる（ステップＳ１００）。図１０は、立位人間判定処理（ステップＳ１００）における転倒処理部２００の詳細な処理を示すフローチャートである。立位人間判定処理においては、まず、電圧差分算出部２０５は、電圧記憶部２０２を参照して電圧差分を算出し、算出した電圧差分を検知エリアに対応付けて電圧差分記憶部２０６に書き込む（ステップＳ１０１）。次に、変化エリア検出部２０７は、電圧差分記憶部２０６に記憶されているデータセットを参照し、立位の人間を検知したか否かを判定する。

具体的には、まず変化エリア検出部２０７は、電圧差分記憶部２０６に記憶されているデータセットのうち、１行目すなわち最上段のサーモパイルに対応する検知エリアを処理の対象範囲に設定する（ステップＳ１０２）。次に、変化エリア検出部２０７は、電圧差分と予め設定された電圧差分閾値とを順次比較し、電圧差分閾値以上の電圧差分の検知エリアを電圧変化エリアとして検出する（ステップＳ１０３）。次に、変化エリア検出部２０７は、電圧変化エリアが検出された場合には（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、電圧変化エリアを基準とし、ステップＳ１０２において対象範囲に設定した最上段より下の段の対象範囲を設定する（ステップＳ１０５）。なお、対象範囲については後述する。

次に、変化エリア検出部２０７は、ステップＳ１０５において設定した対象範囲において、電圧差分と電圧差分閾値とを順次比較し、残りの段における電圧変化エリアを検出する（ステップＳ１０６）。次に、変化エリア検出部２０７は、電圧変化エリアが検出された行数と予め設定された行数閾値とを比較し、電圧変化エリアが検出された行数が行数閾値以上である場合に（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、立位の人間を検知したと判定する（ステップＳ１０８）。すなわち、高さ方向の位置が異なる行数閾値以上の数の電圧変化エリアが検出された場合に、立位の人間と検知する。

一方、ステップＳ１０４において、電圧変化エリアが検出されない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、およびステップＳ１０７において、電圧変化エリアの行数が、行数閾値よりも小さい場合には（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、変化エリア検出部２０７は、立位の人間を検知しないと判定する（ステップＳ１０９）。以上で、立位人間判定処理（ステップＳ１００）が終了し、図９のステップＳ１１０へ進む。

図１１−１〜図１１−３は、立位の人間の検知の有無を判定する処理の一例を示す図である。本例においては、電圧差分閾値は０．３Ｖとする。そして、まず、図１１−１に示すように、最上段、すなわち１行目のすべての検知エリアを対象範囲に設定する。そして、検出された電圧変化エリアの列を記憶しておく。図１１−１に示す例においては、電圧変化エリアとして４列目が検出される。

次に、２行目においては、１行目において検出された電圧変化エリアの列を基準とし、基準とする列と、基準とする列の両隣の列を対象範囲に設定する。図１１−２に示す例においては、３−５列目が対象範囲に設定され、電圧変化エリアとして４，５列目が検出される。さらに、図１１−３に示すように、最下段、すなわち３行目の３−５列目が対象範囲に設定され、電圧変化エリアとして、３，４列目が検出される。

以上の処理により検出された電圧変化エリアの行数をカウントし、人間の高さとみなせる行数として予め設定された行数閾値以上の行数が得られた場合に立位の人間を検出したと判定する。本実施の形態においては、行数閾値を３行とする。すなわち、すべての行から電圧変化エリアが検出された場合に、立位の人間を検知したと判定する。

なお、図１１−１を参照しつつ説明した、１行目の探索において、複数の電圧変化エリアが検出された場合には、各電圧変化エリアに対して上述の図１１−１〜図１１−３の処理を繰り返すことにより、各電圧変化エリアに対し立位の人間であるか否かの判定を行う。

以上のように、電圧変化エリアを検出する処理の対象範囲は、最上段の電圧変化エリアを基準として設定される。図１２−１は、対象範囲を示す図である。さらに、電圧変化エリアがサーモパイルユニット１００の全検知エリアのｙ方向における端部である場合には、図１２−２または図１２−３に示すような対象範囲が設定される。

図９に戻り、立位人間判定処理（ステップＳ１００）において、変化エリア検出部２０７は、立位の人間の検知の有無の判定（ステップＳ１０７，ステップＳ１０８）の後、立位の人間を検知したと判定した場合には（ステップＳ１１０，Ｙｅｓ）、人間進入出力部２１０により既に人間進入出力が行われているか否かを確認する。人間進入出力がまだ行われていない場合には（ステップＳ１１１，Ｎｏ）、変化エリア検出部２０７は、人間進入カウンタ２０８を１だけカウントアップする（ステップＳ１１２）。

次に、変化エリア検出部２０７は、人間進入カウンタ２０８を参照する。人間進入カウンタ２０８の値が最大値よりも小さい場合には（ステップＳ１１３，Ｎｏ）、処理が終了する。

一方、ステップＳ１１３において、人間進入カウンタ２０８の値が最大値である場合には（ステップＳ１１３，Ｙｅｓ）、人間進入出力部２１０は、人間進入出力を行う（ステップＳ１１４）。次に、重心位置算出部２１１は、変化エリア検出部２０７が立位人間判定の対象とした時刻における電圧差分のデータセットに基づいて、立位の人間の熱分布の重心位置を算出し、算出した立位の人間の重心位置を重心位置記憶部２１２に書き込む（ステップＳ１１５）。次に、重心位置算出部２１１は、人間進入カウンタ２０８を初期化し（ステップＳ１１６）、処理が終了する。

例えばカーテンの揺れなどに起因して、一時的に高さ方向に複数の電圧変化エリアが生じる現象が立位の人間の検知と誤って判定される可能性がある。本実施の形態においては、このような誤検知時に、人間進入出力部２１０が、人間進入出力を行うのを避けるべく、人間進入カウンタ２０８が最大値をカウントした後、すなわち立位の人間を検出したと一定時間継続して判定された場合にのみ、人間進入出力を行うこととする。これにより、誤って人間進入出力を行うのを避けることができる。

図１３−１〜図１３−２は、重心位置を算出する処理を説明するための図である。図１３−１に示すように、変化エリア検出部２０７が立位の人間が検出されたと判定したデータセットの数が所定数に達した場合、すなわち、ステップＳ１１２において、人間進入カウンタ２０８が最大値をカウントした場合に、人間進入出力を行う。

そして、図１３−２に示すように、人間が進入したと判定された場合、重心位置算出部２１１は、人間進入カウンタ２０８が最大値をカウントしたときの処理の対象のデータセット、すなわち最新のデータセットに基づいて、重心位置を算出する。

重心位置の算出においては、電圧変化エリアには、この差分電圧をセットし、これ以外の検知エリアには、０をセットする。そして、（式１）の行列式に基づいて、重心位置を算出する。

ここで、Ｇ_ｘは行方向の重心位置、Ｇ_ｙは列方向の重心位置を示す。また、Ｉは検知エリアの数、Ｊはサーモパイルの設置数、Ｖ_{（ｉ，ｊ）}は電圧変化エリアの電圧値、Ｗは電圧変化エリアの電圧値の総和である。なお、Ｗは、（式２）により算出される。

図９に戻り、ステップＳ１１１において、人間進入出力が既に行われている場合には（ステップＳ１１１，Ｙｅｓ）、人間進入出力部２１０は、再び人間進入出力を行う（ステップＳ１２０）。変化エリア検出部２０７は、さらに転倒カウンタ２１５を初期化する（ステップＳ１２１）。次に、変化エリア検出部２０７は、重心更新カウンタ２０９の値を１だけ増加、すなわちカウントアップする（ステップＳ１２２）。

次に、変化エリア検出部２０７は、重心更新カウンタ２０９を参照する。重心更新カウンタ２０９の値が最大値よりも小さい場合には（ステップＳ１２３，Ｎｏ）、処理が終了する。

一方、ステップＳ１２３において、重心更新カウンタ２０９の値が最大値である場合には（ステップＳ１２３，Ｙｅｓ）、重心位置算出部２１１は、変化エリア検出部２０７により立位の人間を検知したと判定されたデータセットに基づいて、立位の人間の重心位置を算出し、重心位置記憶部２１２に書き込む（ステップＳ１２４）。なお、重心位置記憶部２１２に既に重心位置が書き込まれている場合には、重心位置記憶部２１２の重心位置を、今回得られた重心位置に更新する。次に、重心位置算出部２１１は、重心更新カウンタ２０９の値を初期化する（ステップＳ１２５）。以上で、処理が終了する。

以上、ステップＳ１２０からステップＳ１２５までの処理により、一旦人間進入判定を出力後は、重心更新カウンタ２０９がカウント最大値をカウントする度に、重心位置が新たに算出され、重心位置記憶部２１２の重心位置が更新される。これにより、重心位置記憶部２１２に記憶される重心位置を定期的に更新することができる。なお、他の例としては、重心位置の更新は行わないこととしてもよい。

ステップＳ１１０において、変化エリア検出部２０７が立位の人間を検出したと判定しなかった場合には（ステップＳ１１０，Ｎｏ）、図１４のステップＳ１３０に進む。すなわち、変化エリア検出部２０７は、さらに人間進入出力部２１０が人間進入出力を行ったか否かを確認し、人間進入出力が行われている場合には（ステップＳ１３０，Ｙｅｓ）、転倒判定処理（ステップＳ１３１）に進む。なお、人間進入出力が行われていない場合には（ステップＳ１３０，Ｎｏ）、処理が終了する。

図１５は、転倒判定処理（ステップＳ１３１）における詳細な処理を示すフローチャートである。転倒判定処理（ステップＳ１３１）においては、変化エリア検出部２０７は、処理対象のデータセットから図９を参照しつつ説明した立位人間判定処理（ステップＳ１００）において検出した電圧変化エリアを特定する（ステップＳ１４０）。なお、ステップＳ１４０における電圧変化エリアを特定する処理については後に詳述する。

次に、重心位置算出部２１１は、ステップＳ１４０において特定された電圧変化エリアの重心位置を算出する（ステップＳ１４１）。次に、重心差分算出部２１３は、重心位置記憶部２１２に記憶されている重心位置、すなわち立位の人間の重心位置と、重心位置算出部２１１によりステップＳ１４１において算出された重心位置の差分、すなわち重心差分を算出する（ステップＳ１４２）。そして、転倒判定部２１４は、重心差分算出部２１３により算出された重心差分と、重心差分閾値とを比較し、算出された重心差分が重心差分閾値以上である場合には（ステップＳ１４３，Ｙｅｓ）、人間の転倒を検知したと判定する（ステップＳ１４４）。

一方、重心差分が重心差分閾値よりも小さい場合には（ステップＳ１４３，Ｎｏ）、転倒判定部２１４は、人間の転倒を検知しないと判定する（ステップＳ１４５）。以上で、転倒判定処理（ステップＳ１３１）が終了し、図１４のステップＳ１３２へ進む。

図１６−１〜図１６−３は、電圧変化エリア特定処理（ステップＳ１４０）における処理を説明するための図である。電圧変化エリア特定処理（ステップＳ１４０）においては、図１６−１に示すように、直前の人間進入出力時に処理対象となったデータセットにおいて、検出された電圧変化エリアを検索範囲として、今回の処理対象のデータセットの電圧変化エリアを検索する。次に、図１６−２に示すように、人間進入出力時の電圧変化エリアの行方向の両隣の検知エリアを基点とし、データセットの行方向に沿って両端まで電圧変化エリアを検索する。検索途中で、電圧変化エリアが検出されない場合には、この時点で電圧変化エリアの検索を終了する。以上の処理により、図１６−３に示すように、今回の処理対象のデータセットにおける電圧変化エリアを特定する。

このように、直前の人間進入出力時に検出された電圧変化エリアを基準として、処理対象のデータセットにおける電圧変化エリアの検索を行うことにより、処理の効率化を図ることができる。

次に、図１７に示すように、電圧変化エリアの電圧差分を残し、他の検知エリアの電圧差分を０に変更した状態で、熱分布の重心位置を算出する。なお、重心位置の算出には、前述の（式１）を用いる。

図１４に戻り、転倒判定処理（ステップＳ１３１）において、転倒を検知したと判定された場合には（ステップＳ１３２，Ｙｅｓ）、転倒判定部２１４は、転倒カウンタを１だけカウントアップする（ステップＳ１３３）。次に、転倒判定部２１４は、転倒カウンタ２１５を参照する。転倒カウンタ２１５の値が予め設定された許容値よりも小さい場合には（ステップＳ１３４，Ｎｏ）、転倒出力部２１６は、転倒を検知したことを示す転倒警報を出力する（ステップＳ１３５）。

一方、ステップＳ１３４において、転倒カウンタ２１５の値が許容値以上である場合には（ステップＳ１３４，Ｙｅｓ）、転倒出力部２１６は、転倒が継続して検知されたことを示す転倒継続警報を出力する（ステップＳ１３６）。

転倒が一定回数以上連続して検知された場合には、転倒したまま起き上がれない状態であるなど、転倒の状況がより深刻である可能性が高い。そこで、このように、転倒警報と転倒継続警報とを異ならせることにより、管理者等に転倒の状況の深刻度を通知することができる。

また、転倒判定処理（ステップＳ１３１）において、転倒が検知されないと判定された場合には（ステップＳ１３２，Ｎｏ）、タイムアウト処理に進む（ステップＳ１３７）。

図１８は、タイムアウト処理（ステップＳ１３７）における詳細な処理を示すフローチャートである。タイムアウト処理（ステップＳ１３７）においては、タイムアウト処理部２１７は、電圧変化エリアの数と予め設定された規定数とを比較する。電圧変化エリアの数が規定数以下である場合に（ステップＳ１５０，Ｙｅｓ）、タイムアウト処理部２１７は、タイムアウトカウンタ２１８を１だけカウントアップする（ステップＳ１５１）。次に、タイムアウト処理部２１７は、タイムアウトカウンタ２１８の値が最大値である場合には（ステップＳ１５２，Ｙｅｓ）、人間進入カウンタ２０８、タイムアウトカウンタ２１８および転倒カウンタ２１５の値をそれぞれ０に初期化する（ステップＳ１５３〜ステップＳ１５５）。以上でタイムアウト処理（ステップＳ１３７）が終了する。

一方、ステップＳ１５０にいて、電圧変化エリアの数が規定値よりも大きい場合（ステップＳ１５０，Ｎｏ）、およびステップＳ１５２において、タイムアウトカウンタ２１８の値が最大値よりも小さい場合（ステップＳ１５２，Ｎｏ）には、処理が終了する。

以上のように、本実施の形態の転倒検知装置１によれば、熱分布の重心位置の変化に基づいて、人間の転倒を精度よく検知することができる。

さらに、本実施の形態の転倒検知装置１においては、サーモパイルは高さ方向において検知エリアが重なるように設置されている。これにより、図１９−１に示すように、立位の人間がサーモパイルユニット１００の検知エリア内に進入した場合には、人間の表面温度のうち比較的高温が検知される頭部等が複数の検知エリアにおいて検知され、比較的高い重心位置を算出することができる。このため、転倒時の重心位置と立位の人間の重心位置の差が十分に大きくなるため、精度よく転倒を検知することができる。

なお、図１９−２は、高さ方向において検知エリアが重ならない例を示す図である。この場合には、図１９−２に示すように、立位の人間に対し、図１９−１に示す場合に比べて、より低い重心位置が算出される。このため、立位の人間の重心位置と転倒時の重心位置の差が小さく、精度よく転倒を検知することができない。

さらに、図２に示すように、サーモパイルユニット１００を転倒検知の対象となる人間の行動エリアの上部に設置することにより、サーモパイルが立位の人間の上部ほどより近い位置で検知することが可能となる。すなわち、人間の上部の表面の検知エリアに占める割合が人間の表面の検知エリアに占める割合に比べて相対的に大きくなるので、立位の人間に対しより高い重心位置を算出することができる。

さらに、本実施の形態の転倒検知装置１においては、様々な方向への転倒を精度よく検知することができる。図２０は、ｙ方向への転倒を示す図である。図２０に示すように、ｙ方向に転倒した場合には、立位の状態に比べてより低い重心位置が算出される。したがって、転倒検知装置１は、ｙ方向、検知エリアの行方向への転倒を精度よく検知することができる。

図２１−１〜図２１−３は、ｘ軸のプラスの方向、すなわちサーモパイルユニット１００から遠ざかる方向への転倒を示す図である。サーモパイルユニット１００から遠ざかるほど、検知エリアに占める人間の面積の割合は小さくなる。これに対し、図２１−２および図２１−３に示すように、立位の状態から転倒した場合には、頭部の位置がサーモパイルユニット１００から離れる方向に変化することとなるため、検知エリアに対する頭部側が占める割合が小さくなる。このため、ほぼ同一検知エリアにて人間が検知されるものの、頭部側の割合が小さくなることにより、熱分布の重心位置は、立位時に比べてより低い位置に変化する。したがって、転倒検知装置１は、サーモパイルユニット１００から遠ざかる方向への転倒を精度よく検知することができる。

図２２−１および図２２−２は、ｘ軸のマイナスの方向、すなわちサーモパイルユニット１００に近付く方向への転倒を示す図である。この場合には、頭部の位置がサーモパイルユニット１００に近づく方向に変化することとなる。これにより、熱分布の重心位置は、立位時に比べてより低い位置に変化する。したがって、転倒検知装置１は、サーモパイルユニット１００に近づく方向への転倒を精度よく検知することができる。

図２３は、サーモパイルユニット１００に近付く方向への歩行を示す図である。図２３に示すように、単にサーモパイルユニット１００に近付く方向に移動している場合には、人間全体の検知エリアに占める割合が大きくなる。このため、全電圧変化エリアの電圧値が大きくなるので、移動前後において重心位置は変化しない。このため、図２２−１および図２２−２を参照しつつ説明したサーモパイルユニット１００に近付く方向への転倒と精度よく判別することができる。

なお、本実施の形態の転倒処理装置１は、電圧差分のデータセットから立位の人間を検知したか否かを判定し、立位の人間の重心位置と、立位の人間を検知しない場合の重心位置を比較することとしたが、他の例としては、電圧差分の各データセットから重心位置を算出し、算出した重心位置を、既に算出済みの重心位置を比較することにより、転倒の有無を検出することとしてもよい。

１ 転倒検知装置
１００ サーモパイルユニット
１１０，１２０，１３０ サーモパイルアレイ
２００ 転倒処理部
２０１ 電圧取得部
２０２ 電圧記憶部
２０３ 基準電圧算出部
２０４ 基準電圧記憶部
２０５ 電圧差分算出部
２０６ 電圧差分記憶部
２０７ 変化エリア検出部
２０８ 人間進入カウンタ
２０９ 重心更新カウンタ
２１０ 人間進入出力部
２１１ 重心位置算出部
２１２ 重心位置記憶部
２１３ 重心差分算出部
２１４ 転倒判定部
２１５ 転倒カウンタ
２１６ 転倒出力部
２１７ タイムアウト処理部
２１８ タイムアウトカウンタ

Claims (8)

1. 人間の転倒を検知する転倒検知装置であって、
   互いに異なる複数の検知領域であって、鉛直方向において検知されないエリアが存在しないように、鉛直方向に隣接する隣接検知領域と重なる重なり領域を有する前記複数の検知領域の温度を検知する複数のサーモパイルを有するサーモパイルユニットと、
   第１経過時間が経過する度に前記複数のサーモパイルそれぞれから、検知した温度を示す温度情報を取得し、前記温度情報を取得する度に、取得した前記温度情報と、各サーモパイルの前記検知領域の位置と、前記温度が検知された時刻とを対応付けて温度情報記憶部に書き込む温度情報取得部と、
   前記温度情報に示される各サーモパイルの前記第１経過時間の経過前と経過後の前記温度の差分を算出し、各差分と第１閾値とを比較し、前記第１閾値以上の前記差分が算出された前記サーモパイルに対応する前記検知領域を変化領域として検出する変化領域検出部と、
   前記変化領域検出部が前記変化領域を検出した場合に、前記変化領域それぞれの位置および温度に基づいて、前記変化領域の重心位置を算出する重心位置算出部と、
   前記重心位置算出部により、第１検知時刻に前記温度情報取得部が取得した前記温度情報に基づいて算出された前記重心位置の高さ方向の成分と、前記第１検知時刻より後の第２検知時刻に前記温度情報取得部が取得した前記温度情報に基づいて算出された前記重心位置の高さ方向の成分の重心差分を算出する重心差分算出部と、
   前記重心差分が第２閾値よりも大きい場合に、前記第２検知時刻に人間の転倒を検知したと判定する転倒判定部と、
   前記転倒判定部が前記人間の転倒を検知したと判定した場合に、転倒を検知した旨を出力する転倒出力部と
   を備えることを特徴とする転倒検知装置。
2. 前記変化領域検出部が鉛直方向の位置が異なる第３閾値以上の数の前記変化領域を検出した場合に、立位の人間を検知したと判定する立位人間判定部をさらに備え、
   前記重心位置算出部は、前記立位人間判定部が立位の人間を検知したと判定した場合に、当該立位の人間を検知したと判定した際に参照された前記変化領域の位置および温度に基づいて、立位の人間の前記重心位置を算出し、
   前記重心差分算出部は、立位の人間の前記重心位置の高さ方向の成分と、立位の人間を検知したと判定された前記温度情報より後に取得された前記温度情報から得られた前記重心位置の高さ方向の成分の前記重心差分を算出することを特徴とする請求項１に記載の転倒検知装置。
3. 前記重心位置算出部は、立位の人間を検知したと判定された前記温度情報より後に取得された前記温度情報に基づいて、前記変化領域検出部が前記第３閾値未満の数の前記変化領域を検出した場合に、前記閾値未満の数の前記変化領域の位置および温度に基づいて前記重心位置を算出し、
   前記重心差分算出部は、前記第３閾値未満の数の前記変化領域の前記重心位置の高さ方向の成分と、立位の人間の前記重心位置の高さ方向の成分の前記重心差分を算出することを特徴とする請求項２に記載の転倒検知装置。
4. 前記立位人間判定部は、第２経過時間の間に取得された前記温度情報それぞれから、鉛直方向において位置の異なる前記第３閾値以上の数の前記変化領域を検出した場合に、立位の人間を検知したと判定することを特徴とする請求項２または３に記載の転倒検知装置。
5. 前記重心位置算出部は、立位の人間の前記重心位置が算出された前記温度情報の取得後第３時間の間に取得された前記温度情報それぞれから、立位の人間を検知したと判定された場合に、最新の前記温度情報に基づいて再び立位の人間の重心位置を算出し、
   前記重心差分算出部は、前記第３閾値未満の数の前記変化領域の前記重心位置の高さ方向の成分と、立位の人間の前記重心位置の高さ方向の成分のうち最新の前記重心位置の前記重心差分を算出することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の転倒検知装置。
6. 前記転倒出力部は、前記転倒判定部が所定回数以上継続して転倒を検知したと判定した場合に、継続して転倒を検知した旨を出力することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の転倒検知装置。
7. 前記変化領域検出部は、鉛直方向における上方の段から下方の段に向かって順に前記変化領域を検出する際に、前記上方の段において検出された前記変化領域の位置を基準とし、前記下方の段においては、前記変化領域の位置に基づいて、前記変化領域を検出する範囲を設定し、当該範囲内において前記変化領域を検出することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の転倒検知装置。
8. 人間の転倒を検知する転倒検知装置で実行される転倒検知方法であって、
   複数のサーモパイルを有するサーモパイルユニットが、互いに異なる複数の検知領域であって、鉛直方向において検知されないエリアが存在しないように、鉛直方向に隣接する隣接検知領域と重なる重なり領域を有する前記複数の検知領域の温度を検知する工程と、
   第１経過時間が経過する度に前記複数のサーモパイルそれぞれから、検知した温度を示す温度情報を取得し、前記温度情報を取得する度に、取得した前記温度情報と、各サーモパイルの前記検知領域の位置と、前記温度が検知された時刻とを対応付けて温度情報記憶部に書き込む温度情報取得工程と、
   前記温度情報に示される各サーモパイルの前記第１経過時間の経過前と経過後の前記温度の差分を算出し、各差分と第１閾値とを比較し、前記第１閾値以上の前記差分が算出された前記サーモパイルに対応する前記検知領域を変化領域として検出する変化領域検工程と、
   前記変化領域検出工程において前記変化領域を検出した場合に、前記変化領域それぞれの位置および温度に基づいて、前記変化領域の重心位置を算出する重心位置算出工程と、
   前記重心位置算出工程において、第１検知時刻に取得された前記温度情報に基づいて算出された前記重心位置の高さ方向の成分と、前記第１検知時刻より後の第２検知時刻に取得された前記温度情報に基づいて算出された前記重心位置の高さ方向の成分の重心差分を算出する重心差分算出工程と、
   前記重心差分が第２閾値よりも大きい場合に、前記第２検知時刻に人間の転倒を検知したと判定する転倒判定工程と、
   前記転倒判定工程において前記人間の転倒を検知したと判定した場合に、転倒を検知した旨を出力する転倒出力部工程と
   を含むことを特徴とする転倒検知方法。

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