JP2003032672A

JP2003032672A - 監視装置

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Publication number: JP2003032672A
Application number: JP2001216642A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Takemura; 安弘竹村; Kazuhiro Mimura; 一弘味村; Toshiji Takei; 利治武居
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-01-31
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: JP4703049B2

Abstract

(57)【要約】【課題】就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、
小型で、かつ単純である監視装置を提供する。【解決手段】一定の光量で照明された監視対象物２を
継続的に撮像する撮像手段１１と、撮像手段１１により
得られた所定時間間隔の２フレームの画像の差分画像を
生成する差分画像生成手段１４と、前記差分画像から前
記２フレーム間の変化に関する変化出力を得る演算手段
３２と、前記変化出力の時間変化から監視対象物２の動
きを検出する検出手段３３とを備える監視装置１とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、監視対象物を監視
する監視装置と監視方法に関し、特に就寝者の呼吸など
の変化を監視するための監視装置、監視方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】就寝者の呼吸の変化を監視する監視装置
として、従来から、荷重センサまたは圧力センサにより
検出した圧力分布の時間推移に基づき、就寝者の呼吸の
変化を監視する装置が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら以上のよ
うな従来の装置によれば、監視装置は、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、システムとして複雑かつ大掛かりなものに
なっていた。

【０００４】そこで本発明は、就寝者の状態を確実に検
出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による監視装置は、例えば図
１、図２、図３に示すように、一定の光量で照明された
監視対象物２を継続的に撮像する撮像手段１１と；撮像
手段１１により得られた所定時間間隔の２フレームの画
像の差分画像を生成する差分画像生成手段１４と；前記
差分画像から前記２フレーム間の変化に関する変化出力
を得る演算手段３２と；前記変化出力の時間変化から監
視対象物２の動きを検出する検出手段３３とを備える

【０００６】このように構成すると、撮像手段１１と、
差分画像生成手段１４と、演算手段３２と、検出手段３
３とを備えるので、撮像手段１１により得られた所定時
間間隔の２フレームの画像の差分画像を生成し、差分画
像から２フレーム間の変化に関する変化出力の時間変化
から監視対象物２の動きを検出することにより、就寝者
２の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単
純である監視装置１を提供することができる。一定の光
量の照明は、人工的光源による照明に限らず自然光によ
る照明であってもよい。監視対象物２の動きは典型的に
は周期的動きである。

【０００７】また請求項２に記載のように、請求項１に
記載の監視装置１では、監視対象物２を所定のパターン
状照明光１３ａで照明する照明パターン投光手段１２を
備え、パターン状照明光１３ａは、照明パターン投光手
段１２と撮像手段１１とを結ぶ方向に平行な方向の照明
分布を持つことを特徴とするとよい。

【０００８】また請求項３に記載のように、請求項１ま
たは請求項２に記載の監視装置１では、撮像手段１０
は、複数の画素の配列された撮像素子を有する。

【０００９】また請求項４に記載のように、請求項１乃
至請求項３のいずれか１項に記載の監視装置１では、差
分画像生成手段１４は、前記差分画像に二値化処理を施
すことを特徴とする。

【００１０】また請求項５に記載のように、請求項１乃
至請求項４のいずれか１項に記載の監視装置１では、演
算手段３２は、前記差分画像の各画素値を累積する累積
手段３２ａを備えるようにするとよい。

【００１１】また請求項６に記載のように、請求項１乃
至請求項４のいずれか１項に記載の監視装置１では、演
算手段３２は、前記変化出力として、前記差分画像上の
パターンの各移動部分のパターン移動量を算出すること
を特徴とする。また、演算手段３２は、前記パターン移
動量の累積を算出するようにしてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。

【００１３】図１は、本発明による実施の形態である監
視装置１の模式的斜視図である。図中ベッド６上に監視
対象物としての人物２（以下就寝者２という）が横たわ
って存在している。また、就寝者２の上には、さらに寝
具３がかけられており、就寝者２の一部と、ベッド６の
一部とを覆っている。

【００１４】一方、就寝者２の腹部周辺直上には、一定
の光量で照明された就寝者２を継続的に撮像するための
撮像手段としての撮像部１１が設置されている。一定の
光量は、撮像部１１の露光中に大きな変化がなくほぼ一
定であればよい。さらに具体的には、後述の差分画像を
生成するための２フレームを得るための時間間隔の間に
大きな変化、例えば１０％以上の光量変化がなければよ
い。即ち差分画像上で、移動しなかった輝点が背景とと
もにほとんど除去され（光量変化が小さければ小さいほ
ど除去される程度が高い）、移動した輝点が抽出できる
程度に光量変化がなければよい。また、露光時間外は照
明をしないようにしてもよい。

【００１５】また就寝者２のおよそ足部又は頭部上方に
は（図示は足部上方の場合）、就寝者２を所定のパター
ン状照明光で照明する照明パターン投光手段としての投
光部１２が設置され、就寝者２のおよそ腹部上の寝具３
を中心に照明している。照明される範囲は、就寝者２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するとよい。同様に、撮像部１
１による撮影領域の範囲も、就寝者２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
囲に設定するとよい。本実施の形態では、撮像部１１は
就寝者２の腹部周辺直上に、また投光部１２は就寝者２
のおよそ足部又は頭部上方に設置するとしたが、これに
限られるものではなく、これらは、就寝者２の周期的動
きを検出しやすい位置とするとよい。または設置しやす
い位置としてもよく、例えば、就寝者２の上方を避けて
設置してもよい。ここで周期的動きとは、典型的には就
寝者２の呼吸である。

【００１６】さらに、撮像部１１と投光部１２とは、撮
像部１１と投光部１２とを結ぶ軸と、ベッド６の中心線
がおよそ平行になるように設置する。撮像部１１と投光
部１２との設置場所は、例えば天井に設置するとよい
が、近辺に壁が存在する場合は、壁でもよく、スタンド
に取りつけてもよい。即ち設置場所は監視装置の目的や
仕様等により適宜決めてよい。このように設置すること
で、就寝者２の小さな周期的動き例えば呼吸を敏感に検
出することができる。撮像部１１は、複数の画素の配列
された撮像素子を有するものであり、典型的にはＣＣＤ
カメラである。

【００１７】投光部１２は、典型的には周期的構造を持
った回折素子を用いた投光手段である。また回折素子
は、典型的にはファイバーグレーティング（ＦＧ）素子
であるが、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、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
したものなどであってもよい。またパターン状照明光
は、投光部１２と撮像部１１とを結ぶ方向に平行な方向
の照明分布を持っている。照明分布は、照明光に強度変
化の分布があることをいう。即ちパターン状照明光は、
例えば図１６に示すような、ライン状照明光等であって
もよい。このライン状照明光は、前記平行な方向に直交
する方向には照明光の強度は一定であるが、前記平行な
方向には強弱の強度変化の分布がある。投光部１２は、
就寝者２を、輝点を正方格子状に配列したグレーティン
グパターン１３ａで照明する。ＦＧ素子１３について
は、図４を参照して後で説明する。

【００１８】図２のブロック図を参照して、監視装置１
の構成の一例を説明する。監視装置１は、撮像部１１と
投光部１２とを含んで構成される撮像装置１０と、演算
装置３０と、通報装置４０とを含んで構成される。演算
装置３０は、典型的にはパソコンやマイコンである。演
算装置３０は、制御部３１を備えており、監視装置１を
制御している。また制御部３１には、インターフェース
３５が接続されており、撮像装置１０、通報装置４０
は、インターフェース３５を介して制御部３１に接続さ
れ、制御されている。

【００１９】ここで、図３の概念的斜視図を参照して、
撮像装置１０について説明する。ここでは、判りやすく
就寝者２を、直方体形状をした物体２０として、ＦＧ素
子により照明される面を平面２１として説明する。さら
に判りやすく、物体２０の変化（動き）を、物体２０の
存在するときと存在しないときで説明する。

【００２０】図中物体２０が、平面２１上に載置されて
いる。ＸＹ軸を平面２１内に置くように、直交座標系Ｘ
ＹＺがとられており、物体２０はＸＹ座標系の第１象限
に置かれている。

【００２１】一方、図中Ｚ軸上で平面２１の上方には撮
像部１１が配置されている。撮像部１１の結像レンズ１
１ａは、その光軸がＺ軸に一致するように配置されてい
る。結像レンズ１１ａが、平面２１あるいは物体２０の
像を結像する撮像素子１５の結像面１５’（イメージプ
レーン）は、Ｚ軸に直交する面である。結像面内１５’
にｘｙ直交座標系をとり、Ｚ軸が、ｘｙ座標系の原点を
通るようにする。

【００２２】平面２１から結像レンズ１１ａと等距離
で、結像レンズ１１ａからＹ軸の負の方向に距離ｄだけ
離れたところに、ＦＧ素子１３が配置されている。図３
を参照して後で説明するように、ＦＧ素子１３には、継
続的にレーザー光Ｌ１がＺ軸方向に入射して、正方格子
状に点が配列されたパターンが継続的に平面２１に照射
される。即ち、物体２０と平面２１は、パターン状照明
光で照明される。撮像部１１には、撮像部１１により得
られた所定時間間隔の２フレームの画像の差分画像を生
成する差分画像生成手段としての画像処理部１４が電気
的に接続されている。画像処理部１４は、撮像素子１５
の各画素毎の差を取ることにより差分画像を生成する。
所定時間間隔とは、物体２０の細かい周期的動き即ち就
寝者２の呼吸を監視するのに十分な間隔であり、例えば
２〜３フレーム／秒程度である。また図示では、撮像素
子１５と画像処理部１４とは、別体として示してある
が、一体として構成するとよい。

【００２３】また、本実施の形態のように投光部１２に
レーザーのような略単一波長光源をもちいる場合には、
撮像部１１は、この略単一波長の周辺部以外の波長の光
を減光するフィルタ１１ｂを備えるとよい。フィルタ１
１ｂは、典型的には光学フィルタであり、結像レンズ１
１ａの光軸上に配置するとよい。このようにすると、撮
像部１１は、撮像素子１５に受光する光のうち、投光部
１２より照射された光の強度が相対的にあがるので、外
乱光による影響を軽減できる。

【００２４】図４を参照して、ＦＧ素子を説明する。Ｆ
Ｇ素子は、直径が数１０ミクロン、長さ１０ｍｍ程度の
光ファイバーを１００本程度シート状に並べて、それを
２枚ファイバーが直交するように重ね合わせたものであ
る。ＦＧ素子１３は、上記のシートが平面２１に平行に
（Ｚ軸に直角に）配置される。このＦＧ素子１３に、レ
ーザー光Ｌ１を、Ｚ軸方向に入射させる。するとレーザ
ー光Ｌ１は、個々の光ファイバーの焦点で集光したの
ち、回折ビームアレイとなり、投影面である平面２１
に、正方格子状に輝点マトリクスであるパターン１３ａ
が投影される。

【００２５】以上では、撮像装置１０は、回折素子とし
てＦＧ素子１３を用いる場合で説明したが、回折素子と
して２次元マイクロレンズアレイを用いてもよい。

【００２６】図５の模式図を参照して、２次元マイクロ
レンズアレイ１６（以下、単にレンズアレイ１６とい
う）について説明する。（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面
図の左半分に断面を示した部分断面図である。レンズア
レイ１６は、例えばプレートの片面に、数１０ミクロン
の周期で、複数のレンズ１７が形成されたものである。
ここでは、レンズアレイ１６は、レンズアレイ１６の複
数のレンズ１７の形成された面１８（以下単にレンズ面
１８という）に、さらに高反射処理を施したものを用い
る。高反射処理は、典型的にはアルミコーティング１８
ａである。このようにすると、レンズ１７が凹面ミラー
と同じ構成になるので、レンズアレイ１６の短焦点化が
容易にできる。

【００２７】また、レンズアレイ１６は、レンズ面１８
にアルミコーティングを施すのではなく、レンズ面１８
の直後に平面ミラーを設けてもよい。このようにする
と、光がレンズ１７に２回入射することになるので、同
様にレンズアレイ１６の短焦点化が容易にできる。

【００２８】この場合、図６の模式図に示すように、レ
ンズアレイ１６は、入射した光の入射角により、光を反
射または透過するビームスプリッタ１９を含んで構成さ
れる。このレンズアレイ１６に、レーザー光Ｌ１を、Ｚ
軸の垂直方向に入射させる。するとレーザー光Ｌ１は、
ビームスプリッタ１９で反射し、レンズアレイ１６に入
射する。入射したレーザー光Ｌ１は、個々のレンズ１７
のレンズ面１８で反射し、レンズ１７の焦点で集光した
のち、ビームスプリッタ１９を透過して、球面波となっ
て広がって行き、干渉して、投影面である平面２１に、
正方格子状に輝点マトリクスであるパターン１６ａが投
影される。

【００２９】また図７に示すように、レンズアレイ１６
は、同一のレンズアレイ１６を、レンズ面１８を近接さ
せて２枚設置してもよい。この場合、レンズ面１８にア
ルミコーティング１８ａは施さないで使用する。この２
枚のレンズアレイ１６を近接させたレンズアレイ１６’
に、レーザー光Ｌ１を、Ｚ軸方向に入射させる。すると
レーザー光Ｌ１は、個々の２枚のレンズ１７の合成焦点
で集光したのち、球面波となって広がって行き、干渉し
て、投影面である平面２１に、正方格子状に輝点マトリ
クスであるパターン１６ａ’が投影される。

【００３０】なお、レンズアレイ１６は、できるだけ隣
接するレンズ１７間の隙間が小さいことが望ましい。し
たがって、レンズ１７を直交格子状にならべるのであれ
ば、開口形状は円形よりも矩形にした方がよい。

【００３１】撮像装置１０は、投光部１２に以上のよう
な波面精度の高いレンズアレイ１６を用いることで、さ
らに低出力レーザーを使用することができる。以下、Ｆ
Ｇ素子１３を用いた場合で説明する。

【００３２】図３に戻って、さらに撮像装置１０につい
て説明する。ＦＧ素子１３により平面２１に投影された
パターン１３ａは、物体２０が存在する部分は、物体２
０に遮られ平面２１には到達しない。ここで物体２０が
存在しなければ、平面２１上の点２１ａに投射されるべ
き輝点は、物体２０上の点２０ａに投射される。輝点が
点２１ａから点２０ａに移動したことにより、また結像
レンズ１１ａとＦＧ素子１３とが距離ｄだけ離れている
ところから、結像面１５’上では、点２１ａ’（ｘ，
ｙ）に結像すべきところが点２０ａ’（ｘ，ｙ＋δ）に
結像する。即ち、物体２０が存在しない時点と物体２０
が存在する時点とは、輝点がｙ軸方向に距離δだけ移動
することになる。

【００３３】画像処理部１４は、この２時点に結像面１
５’に受光（撮像）した２フレームの差分画像を生成す
ることにより、輝点が移動した差分画像を生成できる。
また、この差分画像は、２フレームの画像間の差をとる
ことで、移動しなかった輝点は背景とともに除去され、
移動した輝点が抽出された画像となる。ここでの２フレ
ームは、撮像された最新のフレームと、このフレームよ
りの過去の時点のフレームとであればよく、例えば１フ
レームだけずれた２フレームである。

【００３４】このように、撮像装置１０は、差分画像を
生成するので外乱光の影響を排除できる。例えば太陽光
により、就寝者２以外の物による陰影が就寝者２にかか
っていたり、外乱光による照明強度が、就寝者２の部分
部分でばらつきがあったりしていても、そのような陰影
やばらつきの影響を排除できるので、後述の２値化処理
を行ないやすい。差分画像は、画像信号をＡ／Ｄ変換し
てフレームメモリに記憶し、対応する画像データ同志を
演算して求めることができる。特にこの特徴は、撮像素
子１５として動体検出素子を用いた場合に顕著である。
動体検出素子は、例えば撮像素子１５の各画素で、フレ
ームの画素値を記憶し、１フレームずれた最新のフレー
ムの画素値との差あるいは、その差を閾値処理して値を
出力する機能を持った素子で、信号伝達過程でのノイズ
の影響をうけることなく、差分画像を生成することがで
きる。

【００３５】さらに画像処理部１４は、この差分画像に
２値化処理を施す。２値化処理は、例えば上述の動体検
出素子を用いた場合、２フレームの画像の各画素で、２
フレームの各々の出力値を、バイアスを含めてピークホ
ールドしておき、不図示のコンパレータにより、例えば
各画素の差の絶対値が閾値以上の時に１を出力し、閾値
未満の時に０を出力するような閾値処理を行なう。この
ようにすると、撮像素子のＳＮをフルに使って差算を行
うことができる。このため、通常の画像処理（例えば画
素データを８ｂｉｔに量子化する）よりもダイナミック
レンジの広い検出ができる。これにより、撮像装置１０
は、ハイパワーレーザを使ったり、シャッターを発光と
同期させて短い露出（撮像）を行ったりしなくても、パ
ターンのわずかな変化を検出しやすい。これにより、レ
ーザー光Ｌ１は、低出力レーザーでもよく、また、レー
ザーの発光と露出とを同期させる必要がなく、継続的に
照射することができる。

【００３６】またレーザー光Ｌ１は、間欠的に光が照射
されるパルス光であり、撮像部１１は、不図示のシャッ
ターが備えられ、結像面１５’に間欠的に撮像するよう
に構成してもよい。この場合、投光部１２は、光源が所
定の発光時間だけ発光するパルス光源を用いてもよい
し、シャッターでパルス状に遮光、照射を繰り返す構成
であってもよい。また、シャッターは、電子シャッター
を用いることが好ましいが、メカニカルシャッターを用
いてもよい。

【００３７】図８のチャートを参照して、光Ｌ１の間欠
的な照射、すなわち平面２１の照明と、間欠的な撮像と
の関係を説明する。（ａ）（ｂ）（ｃ）共に、横軸は時
間ｔ軸である。（ａ）の縦軸はＦＧ素子１３を通したパ
ターン状照明光の照明強度、（ｂ）の縦軸は外乱光によ
る照明強度、（ｃ）の縦軸は上記両者による合成照明強
度を示す。

【００３８】（ａ）に示す照明光は、パルス持続時間ｔ
１だけ持続するパルス光である。一方（ｃ）に示すよう
に、撮像部１１の撮像は、露光時間ｔ２だけ、シャッタ
ーが開くことにより行われる。本図では、露光時間ｔ２
は、パルス持続時間ｔ１より僅かに長い場合を示してあ
る。露光時間はパルス持続時間ｔ１より短い同じく図示
の露光時間ｔ２’であってもよい。例えば露光時間ｔ
２’が０．０１ｍｓで、パルス持続時間ｔ１が０．０５
ｍｓのような場合もあり得る。但し、好ましくはほぼ同
一とする。

【００３９】パルス光の持続時間（パルス幅）ｔ１は、
１／１００，０００〜０．１秒程度の範囲とするが、ビ
デオレートである０．０３秒以下とするのが好ましい。

【００４０】パルス光による照明のタイミングと撮像の
タイミングとは同期させる。即ち図８では、パルス光の
照射開始時刻（時間ｔ１の起点）と露光開始時刻（時間
ｔ２の起点）とは、同一になるようにしてある。このよ
うに、同期は照射開始と露光開始とが同時に起こるよう
に同期するのが好ましいが、多少はずれていてもよい。
この時間ｔ２またはｔ２’の間に結像面１５’には、画
像が形成される。

【００４１】これにより、撮像装置１０は、外乱光の強
度を相対的に弱めることができるので、外乱光の影響を
抑えることができ、パルス光を用いるので光量の絶対量
を低く抑えることもできる。したがって、撮像対象が人
物（就寝者２）である場合でも、目に与える悪影響を最
小限に抑えることができる。言い換えれば、照明光によ
る露光量エネルギーに対する外乱光の露光量エネルギー
を相対的に低減するので、明るい照明をして外乱光の影
響を低減できる。また、発熱や大エネルギー消費の問題
のある大型の照明手段が不要になる。また前述の閾値処
理が容易になると同時に移動した輝点の移動量の評価が
非常に容易になる。

【００４２】図２に戻って、さらに監視装置１を説明す
る。制御部３１には、記憶部３４が接続されており、撮
像装置１０より入力した差分画像や算出された情報等の
データが記憶できる。演算装置３０は、撮像装置１０か
らインターフェース３５を介して入力した差分画像を、
記憶部３４に時系列で保存するように構成されている。
さらに記憶部３４内には、就寝者２の正常な呼吸パター
ン及び異常な呼吸パターンを保存する呼吸パターン保存
部３６が備えられている。呼吸パターンについては、図
１３を参照して後で説明する。

【００４３】また制御部３１には、監視装置１を操作す
るための情報を入力する入力装置３７、監視装置１で処
理された結果を出力する出力装置３８が接続されてい
る。入力装置３７は例えばタッチパネル、キーボードあ
るいはマウスであり、出力装置３８は例えばディスプレ
イやプリンタあるいは警報装置である。本図では、入力
装置３７、出力装置３８は演算装置３０に外付けするも
のとして図示されているが、内蔵されていてもよい。

【００４４】また制御部３１内には、撮像装置１０より
入力した差分画像から２フレーム間の変化に関する変化
出力を得る演算手段としての演算部３２が備えられてい
る。さらに演算部３２は、差分画像の各画素値を累積す
る累積手段としての累積部３２ａを備えている。変化出
力とは、典型的には該画素値の累積値である。即ち変化
出力は、差分画像より得られる監視対象領域内の形状変
化を抽出して表すものである。これは、例えば就寝者２
の呼吸等の動きを抽出することである。これにより、抽
出された就寝者２の動きは、波形パターンを形成する。

【００４５】演算部３２は、累積部３２ａにより差分画
像の各画素値を累積することにより変化出力を得る。こ
のように、単純に、差分画像の各画素出力値の総和を取
った場合には、呼気と吸気の移り変わりのタイミングで
総和が最も小さくなり、呼気の途中・吸気の途中で総和
が最も大きくなると考えられる。差分画像は、２値化さ
れた画像で入力されるので、前述のように、差の絶対値
が閾値以上の画素の出力が１である場合には、その数を
カウントすれば、累積値が求まる。この累積値を時系列
に並べることで、変化出力を得ることができる。図９
に、各画素値の累積値から得られる変化出力の波形パタ
ーンを示す。

【００４６】また、演算部３２は、変化出力として、差
分画像上のパターンの各移動部分のパターン移動量を算
出するように構成してもよい。この際、パターン移動量
は、パターンの移動方向に応じて正負の区別をして算出
する。これにより、後述の検出部３３による呼吸数の検
出で、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、呼吸数を検出できる。また、パターン移動量は、
差分画像上で投光部１２と撮像部１１とを結ぶ軸方向に
ついてのパターン移動量を算出するようにするとよい。

【００４７】ここで、図１０の模式図を参照して、パタ
ーン移動量について説明する。図中のｘ’ｙ’軸は、図
３のｘｙ軸に対応するものである。即ち差分画像上の
ｙ’軸方向は、投光部１２と撮像部１１とを結ぶ軸方向
と平行である。図示にように、入力した差分画像は、移
動しなかった輝点は背景とともに除去され、移動した輝
点が抽出された画像となる。ここで、移動した輝点Ａが
ｙ’軸方向に距離δだけ移動していたとする。

【００４８】監視装置１は、このδの変化を追うこと
で、後述の検出部３３による就寝者２の動きの検出をす
ることができる。また、輝点の対応関係が不明にならな
い程度に、パターン１３ａのピッチ、即ち輝点のピッチ
を細かくすれば、それだけ詳細に就寝者２の動きを検出
できることになる。

【００４９】この際、演算部３２は、距離δをパターン
移動量として算出するようにするとよい。これは、本実
施の形態のように撮像装置１０を設置した場合、就寝者
２の呼吸による上下動が、ｙ’軸方向のパターンの移動
に現れるからである。またこのようにすることで、演算
部３２は、ｘ’軸方向、ｙ’軸方向の両方のパターン移
動量を算出しないで済むので、計算量を大幅に減らすこ
とができる。

【００５０】また、パターン移動量は、撮像装置１０に
より発光無し、発光、発光の順番に撮像し、それぞれ差
分画像を生成すれば、最初の差分画像で元の輝点の位置
がとれ、次の差分画像で移動した輝点のみが取れる。そ
こで、元の輝点の位置を用いて、輝点が何処から何処へ
移動したかがわかる。つまり、輝点（パターン）の移動
方向がわかる。

【００５１】パターン移動量を算出する場合、演算部３
２は、上述で算出した各移動部分のパターン移動量を累
積することにより変化出力を得る。この移動量累積値を
時系列に並べることで、変化出力を得ることができる。
また演算部３２は、正負を区別して累積していくことに
より、後述の検出部３３による呼吸の検出で、呼気と吸
気の判別が可能となる。図１１に、移動量累積値の変化
出力の波形パターンを示す。

【００５２】また、演算部３２は、上述で算出した各移
動部分のパターン移動量の絶対値を累積することにより
変化出力を得るようにしてもよい。このようにすると、
移動量累積値を絶対値とすることにより、後述の検出部
３３による呼吸の検出で、呼気・吸気の判別はできなく
なるが、プラスマイナスが相殺して動きに対する感度を
低下させるのを防ぐことができる。

【００５３】また、演算部３２は、上述で算出した各移
動部分のパターン移動量のうち、正負いずれかの移動部
分の多い方のパターン移動量を累積することにより変化
出力を得るようにしてもよい。このようにすると、パタ
ーン移動量の正負を知りつつ、プラスマイナスが相殺し
て動きに対する感度を低下させるのを防ぐことができ
る。

【００５４】また、演算部３２は、上述で算出した各移
動部分のパターン移動量のうち、正負いずれかの移動部
分の多い方のパターン移動量の累積から少ない方のパタ
ーン移動量の累積を符号付きで引いた値を計算すること
により変化出力を得るようにしてもよい。このようにす
ると、パターン移動量の正負、プラスマイナスが相殺さ
れず、動きに対する感度を増加させることができる。

【００５５】また、演算部３２は、上述で算出した各移
動部分のパターン移動量の各々の位相を互いに比較し、
この比較により位相が近いもの各々をグループ化して、
各グループのパターン移動量の総和を求める。そして、
逆位相に近いグループ間で、各々のグループの総和を差
算するようにしてもよい。このようにすると、パターン
移動量の各々の位相が近いもの各々をグループ化して、
総和を求めるので、例えば、就寝者２の呼吸をグループ
として抽出して増幅できる。さらに逆位相に近いグルー
プ間で、各々のグループの総和を差算し、差算より得ら
れた値に基づいて就寝者２の動きを検出するので、例え
ば就寝者２の呼吸により、上がる部分と下がる部分があ
ったとしても、差算することで、呼吸パターン振幅を増
幅させることができ、呼吸を確実に検出することができ
る。

【００５６】さらに、演算部３２は、パターン移動量を
画素毎に時間積分するように構成してもよい。このよう
にすると、時間積分した値は、絶対高さに似た値とな
る。このようにすると、変化出力として就寝者２の高さ
の絶対値に似た値を得ることができる。この場合、演算
部３２は、上述で算出した各移動部分のパターン移動量
を画素毎に時間積分することにより変化出力を得ること
ができる。さらに、演算部３２は、このように算出した
画素毎の時間積分値を累積することにより変化出力を得
るようにしてもよい。この移動量累積時間積分値を時系
列に並べることで、変化出力を得ることができる。図１
２に、移動量時間積分値の変化出力の波形パターンを示
す。

【００５７】以上で説明したように、演算部３２は、上
述のどの構成を用いても、変化出力の波形パターンを得
ることができる。また、上述の演算部３２の構成は、装
置の設置状態や使用状態、目的等により適宜選択すると
よい。また、演算部３２は、就寝者２の動きが反映され
た変化出力の波形パターンを得ることができればよく、
以上で説明した構成に限られるものではない。

【００５８】さらに制御部２１内には、変化出力の時間
変化から就寝者２の動きを検出する検出手段としての検
出部３３が備えられている。検出部３３は、変化出力が
周期的変動をなしている場合に、就寝者２の呼吸とその
呼吸数を検出するように構成されている。また、検出部
３３は、変化出力が周期的変動でないときに呼吸以外の
動きがあると見なすように構成されている。さらに、検
出部３３は、変化出力の絶対値が一定値を越えたときに
呼吸以外の動きと見なすように構成してもよい。

【００５９】さらに変化出力が前述の累積値（図９参
照）である場合には、検出部３３は、変化出力が周期的
変動をなしているときに、その２周期を１呼吸として呼
吸数を検出する。また変化出力が前述の移動量累積値ま
たは移動量累積時間積分値（図１１、図１２参照）であ
る場合には、検出部３３は、変化出力が周期的変動をな
しているときに、その１周期を１呼吸として呼吸数を検
出する。

【００６０】検出部３３は、以上のようにして、就寝者
２の呼吸等の動きを検出する。検出部３３により検出さ
れた呼吸の呼吸パターンは、例えば、短時間に呼吸パタ
ーンの持つ周期が乱れた場合、また呼吸パターンの持つ
周期が急激に変化した場合には、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であると推測できる。
また、呼吸パターンの消失が続いた場合には、就寝者２
の呼吸が停止したと推測できる。そして、短時間に呼吸
パターンではなく就寝者２の動きが頻出した場合には、
就寝者２が何らかの理由で苦しんで暴れているような状
況が推測できる。

【００６１】さらに、検出部３３は、検出した就寝者２
の動きから、就寝者２の状態を判定するように構成され
ている。これにより、検出部３３は、上述のような場合
に、就寝者２が危険な状態にあることを判定することが
できる。

【００６２】また、就寝者２の呼吸以外の動きの検出
は、波形パターンが呼吸のみを検出した場合に比べて、
遥かに大きく変動するので、容易に検出することができ
る。この場合、さらに検出部３３は、変化出力から就寝
者２が、例えば寝返り等その場で動いているのか、例え
ばベッドから起き上がる等の移動しているのかを検出す
ることもできる。また、就寝者２が痙攣のような周期的
で小さい動きをした場合でも、その波形パターンから異
常を判定することができる。さらに、痙攣している状態
の波形パターンを記憶部３４に保存しておくことで、就
寝者２が痙攣している状態と判定することもできる。

【００６３】また検出部３３は、ベッド６上の就寝者２
の存在する領域が、ベッド６のいずれか一方の端部に極
めて近接した状態にあることを判定するようにしてもよ
い。これにより、監視装置１は、就寝者２がベッド６か
ら転落するような危険な位置にいる状況を判定できる。

【００６４】ここで、図１３を参照して、正常および異
常な呼吸パターンの例を説明する。記憶部３４内の呼吸
パターン保存部３６に保存されている正常な呼吸パター
ンは、図１３（ａ）に示したような、周期的なパターン
である。呼吸パターン保存部３６に保存されている異常
な呼吸パターンは、例えば、チェーン−ストークス（Ｃ
ｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ）呼吸、中枢性過換気、失調
性呼吸、カスマウル（Ｋｕｓｓｍｕｌ）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である。

【００６５】図１３（ｂ）に、Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋ
ｅｓ呼吸の呼吸パターンを、図１３（ｃ）に中枢性過換
気の呼吸パターンを、図１３（ｄ）に失調性呼吸の呼吸
パターンをそれぞれ示す。さらに図１４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。

【００６６】検出部３３は、それぞれの呼吸パターンの
呼吸の周波数、出現回数、深浅が異なることを利用し
て、就寝者２の呼吸パターンがいずれの呼吸パターンに
属するかを判別し、就寝者２の状態を判定する。

【００６７】さらに検出部３３は、就寝者２の呼吸が、
生理学的に体内に障害が発生している湯合に生じると考
えられている呼吸パターンに属すると判定した場合に、
就寝者２が異常な呼吸をしており危険な状態にあると判
定する。このように判定された就寝者２の状態は、制御
部３１により出力装置３８から出力される。また出力さ
れる内容は、判定された就寝者２の呼吸数や動きの頻
度、異常な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、疾患箇所などである。

【００６８】ここで、検出部３３による就寝者２の状態
の判定結果を外部に通報するための通報装置４０につい
て説明する。通報装置４０は、検出部３３による就寝者
２の状態の判定結果を外部に通報する。通報装置４０に
は、検出部３３で判定された就寝者２の状態や、ベッド
６に備えられた不図示のマイクより取得した音の情報等
を、ナースステーション、居間や食堂、別の寝室等の別
の場所へ届けるための無線通信を用いた無線通信装置、
電力線または専用線を用いた有線通信装置を含んで構成
される。これらの通信装置によって送られた情報によ
り、緊急を知らせるメッセージを流したり、警報音を出
したり、光によるサインを出したりすることができる。
また、これらの情報やメッセージ等は、固定電話回線や
データ通信回線、ＣＡＴＶ回線、移動電話回線等を通じ
て、離れた場所にいる人物や装置に送ることも可能であ
る。

【００６９】また監視装置１は、就寝者２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／不在の判別
が容易にできる。

【００７０】以上では、監視装置１は、ベッド６上の就
寝者２の動きを検出する場合について説明したが、これ
に限定されて適用されるものではなく、例えばトイレや
浴室等、監視領域か限定される場合に、特に有効に働く
ものである。例えば、図１５に示すように、監視装置１
を浴室の天井に設置した場合には、入浴する人物の呼吸
や動きを確実に検出することができる。また、本実施の
形態では、投光部１２を備えた場合で説明したが、投光
部１２を備えなくとも、同様の構成で実施することが可
能である。

【００７１】以上のような本実施の形態によれば、監視
装置１は、簡単な画像処理で、就寝者２の姿勢や外乱光
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
出することができる。これにより、監視装置１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
の実現が可能になる。

【００７２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、一定の光
量で照明された監視対象物を継続的に撮像する撮像手段
と、前記撮像手段により得られた所定時間間隔の２フレ
ームの画像の差分画像を生成する差分画像生成手段と、
前記差分画像から前記２フレーム間の変化に関する変化
出力を得る演算手段と、前記変化出力の時間変化から前
記監視対象物の動きを検出する検出手段とを備えるの
で、就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、小型
で、かつ単純である監視装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である監視装置の概要を示
す模式的斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態で用いる監視装置の構成例
を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態で用いる撮像装置の構成例
を示す概念的斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態で用いるＦＧ素子を説明す
る概念的斜視図である。

【図５】本発明の実施の形態で用いる２次元マイクロレ
ンズアレイを説明する（ａ）模式的斜視図、（ｂ）模式
的部分断面図である。

【図６】図５の場合における２次元マイクロレンズアレ
イに高反射処理を施した場合を説明する概念的斜視図で
ある。

【図７】図５の場合における２次元マイクロレンズアレ
イを２枚使用した場合を説明する概念的斜視図である。

【図８】照明光の間欠的な照射と間欠的な露光との関係
を説明するチャートである。

【図９】差分画像の各画素値の累積値から得られる変化
出力の波形パターンを示した概要図である。

【図１０】差分画像からパターン移動量を算出する場合
を説明する模式図である。

【図１１】パターン移動量の移動量累積値から得られる
変化出力の波形パターンを示した概要図である。

【図１２】パターン移動量の移動量累積時間積分値から
得られる変化出力の波形パターンを示した概要図であ
る。

【図１３】正常及び異常な呼吸の波形パターンについて
示した概要図である。

【図１４】異常な呼吸の波形パターンに対応する病名ま
たは疾患箇所の表を示した図である。

【図１５】本発明の実施の形態である監視装置を浴室に
設置した場合の概要を示す模式的斜視図である。

【図１６】照明パターンの例を説明する模式図である。

【符号の説明】

１監視装置２就寝者３寝具６ベッド１０撮像装置１１撮像部１１ｂフィルタ１２投光部１３ＦＧ素子１３ａグレーティングパターン１４画像処理部１５撮像素子１６２次元マイクロレンズアレイ３０演算装置３１制御部３２演算部３３検出部３４記憶部３５インターフェース３６呼吸パターン保存部３７入力装置３８出力装置４０通報装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０８Ｂ 25/04 Ｇ０８Ｂ 25/08 Ａ 25/08 Ａ６１Ｂ 5/10 ３１０Ａ (72)発明者武居利治東京都江東区猿江２−16−５スミセ深川ビル住友大阪セメント株式会社内Ｆターム(参考） 4C038 VA16 VB31 VC05 5C054 CA06 CH01 FC01 FC13 FC15 FF06 HA12 5C086 AA22 BA04 CA28 CB36 DA08 DA14 DA33 EA40 EA41 EA45 5C087 AA02 AA07 AA31 BB02 BB18 BB74 DD03 DD49 EE01 EE08 FF01 FF04 FF19 FF23 FF30 GG02 GG20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一定の光量で照明された監視対象物を継
続的に撮像する撮像手段と；前記撮像手段により得られ
た所定時間間隔の２フレームの画像の差分画像を生成す
る差分画像生成手段と；前記差分画像から前記２フレー
ム間の変化に関する変化出力を得る演算手段と；前記変
化出力の時間変化から前記監視対象物の動きを検出する
検出手段とを備えた；監視装置。
【請求項２】前記監視対象物を所定のパターン状照明
光で照明する照明パターン投光手段を備え、前記パター
ン状照明光は、前記照明パターン投光手段と前記撮像手
段とを結ぶ方向に平行な方向の照明分布を持つことを特
徴とする；請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】前記撮像手段は、複数の画素の配列され
た撮像素子を有する、請求項１または請求項２に記載の
監視装置。
【請求項４】前記差分画像生成手段は、前記差分画像
に二値化処理を施すことを特徴とする；請求項１乃至請
求項３のいずれか１項に記載の監視装置。
【請求項５】前記演算手段は、前記差分画像の各画素
値を累積する累積手段を備える、請求項１乃至請求項４
のいずれか１項に記載の監視装置。
【請求項６】前記演算手段は、前記変化出力として、
前記差分画像上のパターンの各移動部分のパターン移動
量を算出することを特徴とする；請求項１乃至請求項４
のいずれか１項に記載の監視装置。