(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号の少なくとも一つの周期的成分であって、生体の生物学的現象に対応する前記少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のため第１の信号を得ることを容易にする遠隔フォトプレチスモグラフィのための方法において、捕捉した電磁放射の強度を表わす少なくとも２つの第２の信号であって、各々がそれぞれ異なる放射線周波数範囲に対応する第２の信号を得るステップと、第１の信号は、出力信号の何れの値も時間的に対応するポイントで各それぞれの第２の信号からの値に基づくような変換を第２の信号に付与することにより取得可能な前記出力信号から少なくとも導出可能であり、第２の信号に対応する信号が捕捉され前記変換が付与されるとき、前記出力信号についてそれぞれ第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する少なくとも一つの変数の少なくとも一つの値を得るステップとを有し、前記少なくとも一つの変数の少なくとも一つの値は、
（ｉ）第２の信号、前記変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号のうちの少なくとも一つを分析し、前記変数のそれぞれに対応する少なくとも一つのパラメータの少なくとも一つの値を選択するためにこの分析を使用するステップと、
（ｉｉ）前記変数のそれぞれに対応する少なくとも一つの時間変動ファクタの値を計算し、各ファクタの値が少なくとも一つの第２の信号値に基づいていて、少なくとも一つの動作を有する動作の複数の並列なシーケンスの少なくとも一つにおいて、動作時に各ファクタを付与し、入力として第２の信号のそれぞれに対応する信号を採用するステップとの少なくとも一つにより得られ、
前記少なくとも一つの値を得るステップが使用する領域は、前記周期的成分に関連する領域を含む、方法。
【請求項２】
第２の信号、変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号の少なくとも一つの分析が、第１の信号のスペクトラムの限定された部分での相対的信号強度を最大にするために、前記出力信号についてそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する少なくとも一つのパラメータの少なくとも一つの値を選択するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変換は少なくとも一つのパラメータ化動作を含み、第２の信号、前記変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号の少なくとも一つの分析が、前記動作の少なくとも一つのパラメータの値を選択するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記動作が第２の信号に基づいて異なる態様で少なくとも二つの入力を採用する動作である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記変換は、入力信号の全てよりはむしろ少ない入力信号に特定の少なくとも一つのパラメータを使用して、それぞれの入力信号で並列に実施される動作を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記変換は、少なくとも一つのパラメータ化非線形動作を含み、第２の信号、前記変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号の少なくとも一つの分析が、前記動作の少なくとも一つのパラメータの値を選択するために使用される、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記変換は、それぞれの入力信号で並列に実施される動作を含み、各々が、第２の信号とゼロではない少なくとも一つの係数との異なる線形結合であり、前記動作は前記入力信号の対数をとるステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記分析は、複数の第２の信号にそれぞれ基づくデータのセットについての主要な成分分析を実施するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
第２の信号、前記変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号の少なくとも一つが分析され、この分析は第２の信号に対応する信号が捕捉され前記変換が付与されるとき前記出力信号についてそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する少なくとも一つのパラメータの少なくとも一つの値を選択するために使用され、当該方法は更に、前記少なくとも一つのパラメータの選択された値をシステムへロードさせるステップを有し、前記システムは、各々がそれぞれ異なる放射線周波数範囲に対応する捕捉された電磁放射の強度を表わす少なくとも二つの第２の信号を得るためのインタフェースと、第１の信号が少なくとも導出できる出力信号を得るために第２の信号へ変換を付与するための信号処理システムであって、前記出力信号の何れの値も時間的に共通のポイントで各それぞれの第２の信号からの値に基づき、前記出力信号についてそれぞれの第２の信号の影響が前記少なくとも一つのパラメータのロードされた値に少なくとも部分的に関連して決定されるようにする前記信号処理システムとを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第２の信号、前記変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号の少なくとも一つの分析と、少なくとも一つのパラメータの値の選択とが、第１の信号を得るために第２の信号を処理している間、継続して実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの時間変動ファクタは、第２の信号の少なくとも一つの各々からの対応する値の線形結合を計算することにより得られるファクタを含み、そのファクタの同じ値が動作の並列シーケンスの各々に使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ファクタの少なくとも一つに対して、時間的に対応する関連したポイントでの別個の値が前記並列シーケンスの各々に対して計算され、別個の値各々は関連するシーケンスにより入力として採用された第２の信号の複数の値から得られ、前記複数の値は前記ファクタの値と関連する時間的なポイントを含む期間に及ぶ時間的なそれぞれのポイントと関連する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の信号の少なくとも一つの周期的成分であって、生体の生物学的現象に対応する前記少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のため第１の信号を得るための遠隔フォトプレチスモグラフィのためのシステムであって、捕捉した電磁放射の強度を表わす少なくとも２つの第２の信号であって、各々がそれぞれ異なる放射線周波数範囲に対応する第２の信号を得るためのインタフェースを含み、第１の信号は、出力信号の何れの値も時間的に対応するポイントで各それぞれの第２の信号からの値に基づくような変換を第２の信号に付与することにより取得可能な前記出力信号から少なくとも導出可能であり、前記システムは、第２の信号に対応する信号が捕捉され前記変換が付与されるとき、
前記出力信号についてそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する少なくとも一つの変数の少なくとも一つの値を得るように設けられ、前記少なくとも一つの変数の少なくとも一つの値は、
（ｉ）第２の信号、前記出力信号、及び第１の信号の少なくとも一つを分析し、前記変数のそれぞれに対応する少なくとも一つのパラメータの少なくとも一つの値を選択するためにこの分析を使用し、第２の信号に対応する信号が捕捉され前記変換が付与されるとき前記出力信号についてそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定することと、
（ｉｉ）前記変数のそれぞれに対応する少なくとも一つの時間変動ファクタの値を計算し、各ファクタの値が少なくとも一つの第２の信号値に基づいていて、少なくとも一つの動作を有する動作の複数の並列なシーケンスの少なくとも一つにおいて、動作時に各ファクタを付与し、入力として第２の信号のそれぞれに対応する信号を採用することとの少なくとも一つにより得られ、
前記少なくとも一つの値を得るために使用される領域は、前記周期的成分に関連する領域を含む、システム。
【請求項１４】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法を実施する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
コンピュータ可読媒体に組み込まれるとき、情報処理能力を持つシステムにより請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法を実施可能にする命令のセットを含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の信号の少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のため第１の信号を得るのを容易にする方法に関する。
【０００２】
本発明は、第１の信号の少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のため第１の信号を得るシステムにも関する。
【０００３】
本発明は、コンピュータプログラムにも関する。
【背景技術】
【０００４】
本出願人と同じ出願人である欧州特許出願番号０９１５４４９３．２は、本出願の優先日前に出願され優先日後に公開された。その出願は、画像のシーケンスを処理するように設けられたシステムを説明する。当該システムは、周期的な生理的現象の周波数に対応する画像の画素データに基づいて、信号のスペクトルの少なくとも一つのピークの存在及び周波数値の少なくとも一つを決定するために、画像のシーケンスの処理を実施する。画像セグメント化アルゴリズムが、画像のシーケンスの少なくとも一つで実施される。所望のタイプのボディ部分に対応するために決定される一つ以上の種々異なるセグメントが、画像のシーケンスを通じて追跡される。選択され追跡される各セグメントに対して、測定ゾーンが選択される。各測定ゾーンに対して、測定ゾーンに対応する画素の時間変動の平均輝度を表わす信号が生成される。輝度は、カラー成分を重み付けした和又は一つの色成分だけの値である。信号はその平均値に中心が置かれ、基本的な信号処理技術は、関心の生体（一般に人間）に対する典型的な心拍及び／又は呼吸数値を有することが知られた範囲内に少なくともある信号のスペクトルの一つ以上の局所的最大を決定するために用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
関心がある成分がノイズ、例えば動き及び照明変化によるノイズとは比較的明らかに区別される、第１の信号の少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のため第１の信号を得るのを容易にする方法、システム及びコンピュータプログラムを提供することは、望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的で、本発明は、第１の信号の少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のため第１の信号を得ることを容易にする方法であって、捕捉した電磁放射の強度を表わす少なくとも２つの第２の信号であって、各々がそれぞれ異なる放射線周波数範囲に対応する第２の信号を得るステップを含み、第１の信号は、出力信号の何れの値も時間的に対応するポイントで各それぞれの第２の信号からの値に基づくような変換を第２の信号に付与することにより取得可能な前記出力信号から少なくとも導出可能であり、前記方法は、更に、第２の信号に対応する信号が捕捉され前記変換が付与されるとき、前記出力信号についてそれぞれ第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する少なくとも一つの変数の少なくとも一つの値を得るステップを有し、前記少なくとも一つの変数の少なくとも一つの値は、
（ｉ）第２の信号、前記変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号のうちの少なくとも一つを分析し、前記変数のそれぞれに対応する少なくとも一つのパラメータの少なくとも一つの値を選択するためにこの分析を使用するステップと、
（ｉｉ）前記変数のそれぞれに対応する少なくとも一つの時間変動ファクタの値を計算し、各ファクタの値が少なくとも一つの第２の信号値に基づいていて、少なくとも一つの動作を有する動作の複数の並列なシーケンスの少なくとも一つにおいて、動作時に各ファクタを付与し、入力として第２の信号のそれぞれに対応する信号を採用するステップとの少なくとも一つにより得られる方法を提案する。
【０００７】
当該方法は、反射された、透過した、又は放射された光が、カラーチャネルとも呼ばれる、異なる周波数範囲の強度値に基づき、値の少なくとも変化を表わす信号を得るために捕捉され処理される方法を容易にするのに適している。この信号は、反射された、透過した及び／又は放射された光が捕捉されるシーンの特定の周期的な現象を特徴付けるために分析される。特定のカラーチャネルは、関心の現象による変化が他よりも弱い変化を呈するので、動き及び照明変化が第２の信号の各々に影響するのに対し、第２の信号に付与される変換は増大したＳＮ比を持つ出力信号を得ることに適している。しかしながら、単に第２の信号の一方を他方から減算することは、一般に、動き及び照明変化の影響を除去するのに十分ではない。第２の信号に対応する信号が捕えられ、変換が付与されるとき、第２の信号、出力信号及び第１の信号の少なくとも一つを分析し、出力信号についてそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する少なくとも一つのパラメータの少なくとも一つの値を選択するため、この分析を使用することにより、各カラーチャネルは、出力信号、よって第１の信号に影響すべきか、また、どの程度影響すべきかが確立される。それぞれのパラメータ値は、出力信号を得るために用いられる第２の信号の全てというより少数に影響を及ぼす。これらは、特に、第２の信号が出力信号に影響する程度、すなわち出力信号を得るために用いられる第２の信号の混合のパラメータ値により影響を受ける第２の信号の相対強度に影響を及ぼす。ある波長で得られた強度信号を他の波長で得られた強度信号から減算する方法と比較して、又は比率をとる方法と比較して、この方法は、第２の信号各々が少なくとも限られた程度まで関心の周期的な現象と関連した成分を含む第２の信号でよく機能する。複数のチャネルから関連した情報が使われる一方、同時に不所望な情報が抑制される。
【０００８】
これは、また、少なくとも一つの時間変動ファクタの値が計算され、ある種の正規化が達成されるので、各ファクタの値が少なくとも一つの第２の信号の値に基づく場合である。第２の信号のそれぞれに基づくファクタを信号に付与することにより、カラー空間の変換、特に一種の正規化が得られる。ファクタが時間変動であるので、背景光スペクトルの変化が取り除かれ、ＳＮ比を改善する。ファクタを付与することにより得られる複数の信号は、その後、第１の信号を少なくとも導出できる一つの信号へ結合でき、これは、変換が付与されるとき、ファクタが、出力信号についてのそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する変数であるという事実により示される。この点で、当該方法は、単にカラー成分の比率をとって、その比率の周期的成分を特徴付ける方法とは異なる。各第２の信号のそれぞれに基づく信号が、第２の信号、そのスカラー倍、又は他のファクタを第２の信号の一つに付与することにより得られる信号のそれぞれに対応することが観察される。よって、少なくとも一つの時間変動ファクタの値が計算されている所で、各第２の信号は、計算されたファクタが付与されるという一つ以上の動作のそれぞれのシーケンスへの入力を形成する。出力は、その後、第１の信号を少なくとも導出できる出力信号に結合される。
【０００９】
実施例において、第２の信号、変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号の少なくとも一つの分析が、第１の信号のスペクトラムの限定された部分での相対的信号強度を最大にするために、前記出力信号についてそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する少なくとも一つのパラメータの少なくとも一つの値を選択するために使用される。
【００１０】
よって、第１の信号の全体のスペクトルの特定の範囲が関心の現象と関連した情報を有することが先験的に既知の所で、当該方法は、その範囲のＳＮ比を改善する。
【００１１】
実施例において、前記変換は少なくとも一つのパラメータ化動作を含み、第２の信号、前記変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号の少なくとも一つの分析が、前記動作の少なくとも一つのパラメータの値を選択するために使用される。
【００１２】
シーンの照明に影響を及ぼすパラメータを選択することと比較して、この実施例は、良好な結果を導くことが比較的確かである。その上、照明状況を変えるよりも目立たない。
【００１３】
変形例において、前記動作は、第２の信号に基づいて異なる態様で少なくとも二つの入力を採用する動作である。
【００１４】
入力は、異なるそれぞれの第２の信号に含まれる値に単に対応するか、又は例えば、一方は和であり、他方は差でありえる。この実施例は、パラメータ値が、例えば結合される入力に付与される位相変化又は増倍ファクタを決定するような態様で、２つの入力を結合可能にする。
【００１５】
他の変形例において、変換は、入力信号の全てよりはむしろ少ない入力信号に特定の少なくとも一つのパラメータを使用して、それぞれの入力信号で並列に実施される動作を含む。
【００１６】
よって、出力信号の異なる第２の信号の突出に影響を及ぼす代わりの方法が提供される。
【００１７】
他の変形例において、前記変換は、少なくとも一つのパラメータ化非線形動作を含み、第２の信号、前記変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号の少なくとも一つの分析が、前記動作の少なくとも一つのパラメータの値を選択するために使用される。
【００１８】
よって、変換の出力信号についての特定のカラーチャネルの影響は、振幅及び／又は周波数に依存してなされる。この変形例は、例えば、一つのカラーチャネルの大きい信号変動が出力信号に影響でき、小さな信号変動が出力信号に影響できないように用いることができるし、又はこの逆も成立する。
【００１９】
実施例において、前記変換は、それぞれの入力信号で並列に実施される動作を含み、各々が、第２の信号とゼロではない少なくとも一つの係数との異なる線形結合であり、前記動作は前記入力信号の対数をとるステップを有する。
【００２０】
一般に、動作は、第２の信号のスカラー倍であるか又は第２の信号に一致するそれぞれの入力信号で実施される。
【００２１】
周囲照明レベルの変化は、多くの状況で、ほぼ同じ程度に各カラーチャネルに影響を及ぼす。本質的に、各第２の信号は、周囲照明レベルの変化を表わす信号による変調の結果となる。対数の出力は、周囲照明レベルの乗算的変化に関係する付加成分を持つ信号である。周囲照明レベルの変化を表わす信号と当該変化とは独立していて、関心の周期的な現象を表わす成分を含む信号との和として出力を考えることができる。後者の信号は、各カラーチャネルが周期的な現象により異なった影響を受けるので、各カラーチャネルに対して一般に異なる。周囲照明レベルの変化を表わす信号は、比較的容易に抑制できる。これを行う一つの態様は、対数をとるステップを有する動作のそれぞれの出力信号から少なくとも導出された多次元空間入力信号の平面上へ投影する後続のオペレーションによる。この多次元空間は、一般に、第２の信号の数（例えば、第２の信号が赤、緑及び青のカラーチャネルを表わす３）に等しい次元の数を持つ。多次元空間は、カラー空間とみなせる。不完全に追跡される関心の領域の動きによる変化が周囲照明レベルの変化として結果的に同様の効果になり、この効果は本実施例において同じように抑制されることに留意されたい。
【００２２】
実施例において、各第２の信号は、関連する放射線周波数範囲内で捕捉された電磁放射の強度を表わす画素値を有する画像フレームのシーケンスを有する。
【００２３】
この実施例は、ビデオカメラが複数のカラーチャネルの画像フレームを提供するためにフィルタを既に有するので、ビデオカメラを使用して実行するのが比較的容易である。その上、ランダムノイズは、第１の信号又はその先行信号を形成するために画像の異なる位置からの画素値を結合することにより低減できる。
【００２４】
実施例において、第２の信号は、水の吸収スペクトルのピークに同調された電磁スペクトルの一部の捕捉された電磁放射の強度値を有する第２の信号を含む。
【００２５】
この実施例は、放射されたか、反射されたか、又は透過した光が捕捉される生体の生物学的現象に対応するその少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のための第１の信号を容易に得ることに適している。特に、この変形例は、生体の心拍を決定するフォトプレチスモグラフィ方法の実行を容易にするために使用できる。
【００２６】
実施例において、第２の信号は、５００nmと６００nmとの間の波長値の範囲に対応する電磁スペクトルの一部の捕捉された電磁放射の強度値を有する第２の信号を含む。
【００２７】
この実施例は、放射されたか、反射されたか、又は透過した光が捕捉される生体の生物学的現象に対応するその少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるために分析のため第１の信号を容易に得るために同じように適している。５００nmと６００nmとの間の波長値の範囲に対応する電磁スペクトルの一部の捕捉された電磁放射の強度値を有する第２の信号は、照射された（皮膚）組織のオキシヘモグロビンの濃度の変化に関する情報を含むだろう。
【００２８】
実施例において、前記分析は、複数の第２の信号にそれぞれ基づくデータのセットについての主要な成分分析を実施するステップを含む。
【００２９】
この実施例は、一つの第２の信号が関心の周期的な現象と比較的強く相関し、他の信号が比較的弱く相関する通常の方法の分析ステップの適切な実行を供給する。信号は、第１の信号が基になる、特に第１の信号と一致する出力信号を得るために、マトリックス動作を受けることができる。マトリックス動作のパラメータは、主要な成分から導ける。第２の信号の主成分分析を実施することによって、第２の信号間の相関を決定できる。主要な成分の一つは、関心の周期的な現象を表わす信号成分に対応するだろう。主成分分析に基づくパラメータを含むマトリックス動作は、第１の信号としてこの主要な成分を取り出すか、又は第１の信号が直接得られる信号を取り出すように設定される。
【００３０】
実施例は、第２の信号、変換を第２の信号に付与することにより得られる出力信号、及び前記出力信号から導出される第１の信号の少なくとも一つが分析され、この分析は第２の信号に対応する信号が捕捉され前記変換が付与されるとき前記出力信号についてそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する少なくとも一つのパラメータの少なくとも一つの値を選択するために使用され、前記少なくとも一つのパラメータの選択された値をシステムへロードさせるステップを有し、前記システムは、各々がそれぞれ異なる放射線周波数範囲に対応する捕捉された電磁放射の強度を表わす少なくとも二つの第２の信号を得るためのインタフェースと、第１の信号が少なくとも導出できる出力信号を得るために第２の信号へ変換を付与するための信号処理システムであって、前記出力信号の何れの値も時間的に共通のポイントで各それぞれの第２の信号からの値に基づき、前記出力信号についてそれぞれの第２の信号の影響が前記少なくとも一つのパラメータのロードされた値に少なくとも部分的に関連して決定されるようにする前記信号処理システムとを有する。
【００３１】
この実施例は、捕捉された電磁放射の強度を表わす、各々がそれぞれ異なる放射線周波数範囲に対応する少なくとも２つの第２の信号を得て、出力信号の任意の値が時間的に対応するポイントでの各それぞれの第２の信号からの値に基づく当該出力信号を作る変換を第２の信号に付与することにより、第１の信号を得る方法を実施するために作られたシステムでの使用のための適当なパラメータ値を発見するために、このように用いられる。
【００３２】
実施例において、少なくとも一つのパラメータ値の分析及び選択が、第１の信号を得るために第２の信号を処理する間、継続して実施される。
【００３３】
よって、この実施例は、関心の周期的成分が比較的明確に定められる第１の信号が供給されることを確実にするために継続して適応する方法を提供する。
【００３４】
実施例において、前記少なくとも一つの時間変動ファクタは、第２の信号の少なくとも一つの各々からの対応する値の線形結合を計算することにより得られるファクタを含み、そのファクタの同じ値が動作の並列シーケンスの各々に使用される。
【００３５】
この実施例の効果は、関心の周期的な現象とは無関係な照明変化に関して正規化を実施することである。異なるカラーチャネルの信号（第２の信号）が斯様な変化により基本的に同じ程度まで影響を受けるので、任意の線形結合が、結果的に照明変化による少なくともある程度の変調の除去になるだろう。
【００３６】
この実施例の変形例において、第２の信号に対応する信号が捕捉されて、変換が付与されるとき、出力についてのそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する変数のそれぞれに対応するパラメータは、線形結合の少なくとも一つの係数を含む。
【００３７】
この実施例において、ファクタは、関心の周期的な現象による変化に対応するカラー空間のラインと一般に平行であるカラー空間の平面への変換に結果としてなる値を与えられる。例えば、遠隔フォトプレチスモグラフィの場合、心拍及び／又は色画像の順序で表される被験者の呼吸による脈動血流は、被験者の露出した皮膚の色の変化を生じさせる。画像の変色の他の原因によるノイズがない場合、これらの変化は、カラー空間のラインに沿ってある。平行な平面上への投影は、他の原因による変化を取り除く傾向がある。
【００３８】
各第２の信号が、関連する周波数範囲内の捕捉された電磁放射の強度を表わす画素値を有する画像フレームのシーケンスを有する変形例において、並列シーケンスの動作は、ファクタ値が各画素位置に対して計算されて、画素当たりで実施される。
【００３９】
方法の他の実施例において、ファクタの少なくとも一つに対して、時間的に対応する関連したポイントでの別個の値が前記並列シーケンスの各々に対して計算され、別個の値各々は関連するシーケンスにより入力として採用された第２の信号の複数の値から得られ、前記複数の値は前記ファクタの値と関連する時間的なポイントを含む期間に及ぶ時間的なそれぞれのポイントと関連する。
【００４０】
効果は、カラーの正規化を実施することである。ファクタ値各々が、関係する第２のシーケンスにより入力としてとられる第２の信号の複数の値から得られ、前記複数の値は、ファクタ値と関連した時間のポイントを含む間隔にわたる時間のそれぞれのポイントと関連しているので、比較的ゆっくり変化する背景色変化が除去できる。関心の現象と関連したもの、例えば第２の信号に対応する画像信号で表された被験者の脈動血流が残る。
【００４１】
この実施例の変形例において、ファクタ値を計算することは、時間内の少なくとも２つのポイントと関連する第２の信号の値の平均を計算することを含む。
【００４２】
平均化は、変化の影響を除去する。
【００４３】
他の変形例において、第２の信号は時間的に離散的であり、各ファクタ値の計算は時間的に少なくとも２つのポイントと関連する第２の信号の値の平均をとることを含み、ポイントの一つは、ファクタ値と関連した時間的なポイントに対応する。
【００４４】
ファクタ値と関連した時間的なポイントは、ファクタ値が動作のシーケンスの関連した動作に付与される信号の値と関連した時間的なポイントである。この変形例の効果は、平均が瞬間的な平均値にできるだけ近づくことを保証するので、その結果、より速い背景変化が、より正確に除去できる。
【００４５】
他の態様によると、第１の信号の少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のため第１の信号を得るためのシステムは、捕捉した電磁放射の強度を表わす少なくとも２つの第２の信号であって、各々がそれぞれ異なる放射線周波数範囲に対応する第２の信号を得るためのインタフェースを含み、第１の信号は、出力信号の何れの値も時間的に対応するポイントで各それぞれの第２の信号からの値に基づくような変換を第２の信号に付与することにより取得可能な前記出力信号から少なくとも導出可能であり、前記システムは、第２の信号に対応する信号が捕捉され前記変換が付与されるとき、前記出力信号についてそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定する少なくとも一つの変数の少なくとも一つの値を得るように設けられ、前記少なくとも一つの変数の少なくとも一つの値は、
（ｉ）第２の信号、前記出力信号、及び第１の信号の少なくとも一つを分析し、前記変数のそれぞれに対応する少なくとも一つのパラメータの少なくとも一つの値を選択するためにこの分析を使用し、第２の信号に対応する信号が捕捉され前記変換が付与されるとき前記出力信号についてそれぞれの第２の信号の少なくとも成分の影響を決定することと、
（ｉｉ）前記変数のそれぞれに対応する少なくとも一つの時間変動ファクタの値を計算し、各ファクタの値が少なくとも一つの第２の信号値に基づいていて、少なくとも一つの動作を有する動作の複数の並列なシーケンスの少なくとも一つにおいて、動作時に各ファクタを付与し、入力として第２の信号のそれぞれに対応する信号を採用することとの少なくとも一つにより得られる。
【００４６】
実施例において、システムは、本発明による方法を実施するように構成される。
【００４７】
本発明の別の態様によると、コンピュータ可読媒体に組み込まれるとき、情報処理能力を持つシステムにより本発明による方法を実施させることができる一組の命令を含むコンピュータプログラムが提供される。
【００４８】
本発明は、添付図面を参照して詳細に説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、各々がそれぞれの異なる放射線周波数範囲に対応する、捕捉された電磁放射の強度を表わす少なくとも２つの第２の信号へ変換を付与することにより得られる信号から情報を抽出するためのシステムのブロック図である。
【図２】図２は、システムにより実施される方法のフローチャートである。
【図３】図３は、システムにより付与される変換を例示する図である。
【図４】図４は、第１の変形例において、その少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のための信号を得るため、システムにより実施される幾つかのステップを例示しているフローチャートである。
【図５】図５は、第２の変形例において、その少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のための信号を得るため、システムにより実施される幾つかのステップを例示しているフローチャートである。
【図６】図６は、その少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のための第１の信号を得る代替方法を例示しているフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
遠隔フォトプレチスモグラフィを実施するためのシステムが、図１に例として示される。フォトプレチスモグラフィ撮像は、皮膚の下の血液量の時間的変化が皮膚による光吸収の変化を導くという原理に基づく。斯様な変化は、皮膚の領域の画像を撮って、選択された領域上の画素平均を計算することにより検出され測定できる。斯様な変化は、光で皮膚の選択された領域を照射して、フォトセンサで反射された光の強度を測定することによっても検出できる。ここで用いられる例において、図１のシステムは、生体の心拍の値を決定するように設けられる。しかしながら、同じシステムは、幾つか他の周期的な生物学的現象、例えば呼吸数又は酸素処理レベルの位相及び／又は周波数を特徴付けるために用いられ得る。
【００５１】
図１に例示されるシステム及び以下に説明される原理は、画像から非生物学的な時間的振動又は脈動の信号を得るためにも使用できることに留意されたい。好適なアプリケーションの例は、自動車の速度を決定するため自動車のエンジンの秒当たりの回転の数の遠隔検出及び振動を分析することにより、間近に迫った故障を予測するため工業器材及びプロセスを監視することを含む。これら全ての例において、ここで詳細に説明される例のように、光の変化に強い方法であって、分析されるべき周期的な現象とは無関係な動きに強い方法が用いられる。
【００５２】
例示される実施例では、システムは、適切なインタフェース又は専用の装置を具備する多目的コンピュータであり得るデータ処理システム１を含む。データ処理システム装置１は、大容量記憶装置４だけでなく、データ処理装置２及びメインメモリ３を含む。データ処理システム装置１は、出力装置６とのインタフェース５を少なくとも更に含む。
【００５３】
例のデータ処理システム１は、インタフェース８を介してビデオカメラ７から画像のシーケンスを得るように設けられている。より正確には、データ処理システム１は、それぞれのカラーチャネルの画像フレームの複数のシーケンスを受信するように設けられている。特定のカラーチャネルの画像フレームは、電磁スペクトルの特定の範囲の捕捉された電磁放射の強度を表わす画素値を有する。これは、ビデオカメラ７に含まれるカラーフィルタに起因する。
【００５４】
異なるカラーチャネルの画像フレームのシーケンスは、各チャネルからの一つの画像フレームが時間的に特定のポイントと関連するという意味で、概して互いに同期している。ビデオカメラ７が一つの光検出器アレイだけを持つ場合、関連する画像フレーム間の時間的にわずかなシフトがあるが、シフトは完全な画像が捕えられる周波数に対応するものより１桁小さいだろう。しかしながら、一般に、ビデオカメラ７は複数の光検出器アレイを持つので、画像フレームは同時に捕えられる。代替の実施例では、複数のビデオカメラが用いられる。
【００５５】
システムは、また、捕捉された電磁放射の強度を表わす信号を得る適切なフィルタを持つフォトセンサ９―１１も使用でき、各フィルタは、それぞれ異なる周波数範囲に対応することに留意されたい。フォトセンサ９、１０、１１からの信号は、インタフェース１２を通じてデータ処理システム１により受信される。斯様な実施例の一つの変形例において、第１のセンサ９は赤い光を捕捉し、第２のセンサ１０は青い光を捕捉し、第３のセンサ１１は緑の光を捕捉するように設けられる。代わりの実施例において、センサ９―１１の一つは、５００nmと６００nmとの間の範囲を有する範囲だけの空気の波長に対応する電磁放射スペクトルの一部の捕捉された電磁放射の強度値を有する信号（アナログ又はデジタルの）を捕えるように設けられる。これは、可視スペクトルの緑の部分に対応する。
【００５６】
同じ又は他の実施例において、センサ９―１１の一つは、水の吸収スペクトルのピークに対応する周波数に合せられる。スペクトルの可視部分の適切な周波数は、５１４、６０６、６６０又は７３９nmの空気の波長に対応する周波数である。他の変形例において、センサ９―１１の一つは、スペクトルの可視部分のちょうど外側の（すなわち、近赤外にある）周波数に合せられる。特に、センサは、８３６ｎｍ又は９７０ｎｍの空気の波長に対応する周波数に合せられる。シリコンフォトセンサが８００ｎｍと１０００ｎｍとの間の範囲の放射線に特に反応するので、斯様な実施例は、結果的に強い捕捉信号となる。シリコンフォトセンサは、比較的安価で一般的である。ビデオカメラ７及びフォトセンサ９―１１両方が図１に示されているが、システムは、異なるそれぞれの放射線周波数範囲に対応する捕捉された電磁放射の強度を表わす信号を捕えるため、これらのモダリティの一つだけを一般に使用することは理解されるだろう。本記述は、ビデオカメラ７を使用する実施例に基づいて続けられるであろう。
【００５７】
一つの実施例において、赤、緑及び青チャネルを備える標準ビデオカメラ７が使われる。他の実施例において、チャネルは、シアン、イエロー及びマゼンタである。
【００５８】
一つの実施例は、５００nmと６００nmとの間の空気の波長に対応する周波数の範囲に含まれる限られた範囲内だけの光を認識するフィルタを持つ適合ビデオカメラ７を使用する。これは、このチャネルの画像フレームが緑の光の捕捉された強度に対応する画素値を有することを意味する。
【００５９】
他の実施例は、水の吸収スペクトルのピークに合せたフィルタを持つ適合されたビデオカメラ７を有する。特に、フィルタは、５１４、６０６、６６０又は７３９ｎｍの空気の波長に対応する周波数に合せられてもよい。比較的暗い状況で図１のシステムを使用することが望ましい所で、フィルタは、スペクトルの可視部分のちょうど外側の周波数（すなわち、近赤外）に合せられる。特に、センサは、８３６ｎｍ又は９７０ｎｍの空気の波長に対応する周波数に合せられる。これは、従来のＣＭＯＳ又はＣＣＤアレイを持つビデオカメラ７が使用できるという効果を持つ。斯様なセンサは、８００ｎｍと１０００ｎｍとの間の範囲の放射線に特に敏感であるので、斯様な実施例は、結果的に強い捕捉信号になる。一つ以上の生体の画像を捕捉するために用いられるとき、このチャネルの画素値は血漿の流れで比較的強く変化する。よって、後述され生体の心拍に対応する周波数を持つ比較的強い成分を持つ第１の信号を抽出することは可能である。
【００６０】
例示の実施例では、図１のシステムは、光源の（オプションの）セット１３―１５を具備し、各々が特定の周波数範囲に合せられている。実施例では、光源１３―１５は、ビデオカメラ７のチャネルの周波数（範囲）に対応する周波数又は周波数範囲に合せられる。データ処理システム１は、適切なインタフェース１６によってそれぞれの周波数範囲で放射される光の強度を制御するように構成される。他の実施例では、データ処理システム１は、光源１３―１５を調整可能であり、データ処理システム１は、光源１３―１５が放射する光の電磁スペクトルの範囲を制御する適当なパラメータ値を選択するように設けられる。これは、ビデオカメラ７用の適切な調整可能なフィルタと組み合わせられる。
【００６１】
図２は、図３を参照して説明されるであろうデータ処理システム１により実施される第１の方法のステップを示す。第１のステップ１７では、データ処理システム１は、各チャネルから画像フレームのシーケンス１８―２０をロードする。シーケンス１８―２０は、時間の特定のポイントが各シーケンス１８―２０の一つの画像フレームに対応するという意味において同期されている。よって、各シーケンスは、単一の出力信号を得るために変換が付与される信号を形成する。変換は、出力信号の各値が、時間の対応するポイントでそれぞれの第２の信号各々からの値に基づくというような性質がある。
【００６２】
とは言っても、変換は複数の動作を有し、その幾つかは入力としてシーケンス１８―２０の一つだけからの画像フレームをとる。例示の実施例では、方法は、それぞれのシーケンス１８―２０の各々からの１フレーム上で、並列に動作２２ａ―ｃ（図３）を実施するステップ２１を含む。動作２２ａ―ｃはパラメータ化動作２２ａ―ｃであり、他の入力としてパラメータ値をとることを意味し、当該パラメータ値は、それぞれのチャネル各々に対して別に設定される。従って、一般に、それぞれのチャネル各々に対してパラメータ値は異なる。動作２２ａ―ｃは、図３に例示されるように、非線形動作であり得る。幾つかの適切な動作の例は、γエンコード動作（Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎγ）であり、別々のγ値が各チャネルのために使われる。このステップ２１の出力は、個別に処理された画像フレームの３つの並列のシーケンス２３―２５を有する。
【００６３】
次の動作２６は、前のステップ２１の出力として供給されるシーケンス２３―２５について実施される（ステップ２７）。この動作２６は、個別に処理される画像フレームのシーケンス２３―２５に基づいて異なる態様で少なくとも２つの入力をとる動作である。この例では、入力は、シーケンス２３―２５に直接対応する。この例では、動作２６は、マトリックス動作である。マトリックス動作は、３つの画像フレームを単一の画像（すなわち画素値に基づく値のアレイ）に変換するので、個別に処理される画像フレームのシーケンス２３―２５は単一の画像シーケンス２８に変換される。このステップ２７は、時間的に共通のポイントに対応する画像フレームが入力として用いられるように実行される。
【００６４】
マトリックス動作２６の出力が、その後、他の非線形動作３０で処理される（ステップ２９）。これは、再びγエンコード動作である。結果は、画像の出力シーケンス３１（すなわち画素値に基づく値のアレイ）である。出力シーケンス３１から、少なくとも一つの信号が、その少なくとも一つの周期的成分を特徴付ける分析のために抽出される（ステップ３２）。抽出された信号は、値のアレイのシーケンスとは対照的に、単一の値のシーケンスの形式である。各値は、出力シーケンス３１の一つの画像から、複数の画素値に基づく。
【００６５】
図３に例示される方法の代替の実行において、それぞれのシーケンス１８―２０の各々からの１フレームで並列に動作２２ａ―ｃ（図３）を実施するステップ２１は、γエンコード動作を使用しない。むしろ、動作２２ａ―ｃは、シーケンス１８―２０の画素値の対数をとるステップを有する。この代替の実行では、動作２２ａ―ｃは、必ずしもパラメータ化される必要はないが、もちろん非線形である。また、この実行では、それぞれのシーケンス１８―２０でフレーム毎に並列に非線形動作２２ａ―ｃを実施するステップ２１の出力は、個別に処理される画像フレームの３つの並列したシーケンス２３―２５を有する。
【００６６】
対数を採用することは、全てのチャネルに影響を及ぼす光の変化による信号成分を除去するために有効である。斯様な変化は、結果的に照明された対象の動きから生じる（例えば、結果的に、フレーム内の関心の全体の領域にかかる陰影となるか、及び／又は背景照明の変化から生じる）。これらは、チャネルの各々の関心の信号が輝度変化及び照明の源のスペクトルの任意の変化を表わす変調ファクタにより乗算されるという点で、概して倍数的に増加する。対数をとることにより、背景照明は付加的になり、例えば後続のマトリックス動作２６で容易に除去できる。マトリックス動作２６は、例えば、輝度変化を表わす変調信号の完全又は部分的除去に至るカラー空間の平面上への投影を含む。対数をとることは、これといって関心の信号、すなわち画像の出力シーケンス３１から抽出される信号に影響させない。これ以降明らかになるように、関心の信号は比較的小さな変動を持つからである。よって、対数はその信号に近似していて、このことは自然対数のテイラー展開（ｌｎｚ＝（ｚ―１）−１／２（ｚ―１）２＋・・・）を見ることにより理解されるだろう。
【００６７】
他の実施例（図２に詳細に示されていない）では、マトリックス動作２６は、一般に等しい測定の全てのカラーチャネルに影響する状況での特定の変化の効果が低減されるか又は除去される動作の後にある。例えば、遠隔フォトプレチスモグラフィで、周囲照明の変化、皮膚透過の変化及び関心の領域の不完全な追跡は、同じやり方でカラーチャネルの各々の信号の変調を導く。この効果は、シーケンス１８―２０の各々からの画素値の線形結合である値により、それぞれのシーケンス１８―２０の関連したフレームの対応する画素値の各々を割ることにより低減されるか又は除去される。線形結合の係数の一つを除いて全てがゼロに等しい実施例が可能であることに留意されたい。
【００６８】
以下の通りに、異なるそれぞれのカラーチャネルの画像フレームのシーケンス１８―２０を書くことができる。
0005856960.tif 000002
（１）
ここで、
0005856960.tif 000003
はフレーム内の画素の位置であり、ｔは各それぞれのシーケンス１８―２０内のフレームに対応する時間のポイントである。このとき、マトリックス動作２６に先行するステップ２１の輝度変化の効果の除去又は低減が以下の通りに書ける。
0005856960.tif 000004
（２）
【００６９】
これは、パラメータ化動作であり、係数α、β、γの値はシーケンス１８―２０により表される信号の少なくとも一つを分析することにより最適化でき、この信号は結果的にマトリックス動作２６から生じるか、又は後の信号から抽出される。しかしながら、一般に、これらの係数の２つが値０を持つ結合を含む、係数値の任意のセットが、効果を供給するだろう。
【００７０】
ここで、信号の少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のため少なくとも一つの信号を抽出するステップ３２の実行が説明されるだろう。
【００７１】
抽出方法の第１の例は、図４に例示される。幾つかのステップは、明快さのため省略された。ステップの順番はある程度変更でき、特定のステップは示されるより早めの段階で実施できる。特に、特定のステップは、画像シーケンス１８、１９、２０がビデオカメラ７から受信されたときの段階で実施できる。例示された方法は、図２に示される最後の非線形処理ステップ２９から結果的に生じる出力シーケンス３１を得る（ステップ３３）ことにより開始する。次のステップ３４では、画像は非周期的背景信号を除去するように処理される。このステップ３４の実行において、シーケンス３１の画像の一部又は全体の平均輝度に対応する補正信号が形成される。画素データは、その後、補正信号との相関を失わされる。非線形相互相関をキャンセルするためのアルゴリズムは、それ自体知られている。例えばカメラ動きを補償するための他の画像処理が、このステップ３４で起こる。
【００７２】
図４の方法では、関心の領域３５は、画像のシーケンス３１を通じて追跡される（ステップ３７）。生体の一部（例えば顔）の露出した皮膚を表わす画像の一部に対応する関心の領域３５が選択される。関心の領域３５の斯様な領域を選択するための適切なアルゴリズムは、例えば２００１年７月１３日のViola,P.及びJones,M.J.,  "Robustreal-time  object  detection",  Proc.  Of  IEEE  Workshop  on  statistical  and  computational  theories  of  visionに説明されている。他の技術が、この技術の代わりに、又は組み合わせて使用できる。
【００７３】
関心の領域３５は、シーケンス３１の全体にわたって追跡される。適切な追跡アルゴリズムは、DeHaanらによる"True-motion  estimation  with  3-D  recursive  search  block  matching"  h,  IEEE  Transactions  on  circuits  and  systems  for  video  technology,  3  (5),  October  1993,  pp.368-379に説明されている。他の追跡アルゴリズムが、代わりに、又はこの追跡アルゴリズムと組み合わせて使用できる。
【００７４】
例示の実施例では、測定ゾーン３６が、関心の領域３５内で選択される（ステップ３８）。測定ゾーン３６は、同様の特性を持つ隣接部分のセットを決定するために、サイズの一つ以上の各画像ポイント、複数の画像部分の空間的及び／又は時間的分析により選択される。適切なアルゴリズムは、最小の勾配変化を持つ領域を選択するためのアルゴリズムである。キー画像の関心の領域３５に対する測定ゾーン３６の位置が決定されるので、その後、この位置はシーケンス３１の画像の各々において特定できる。
【００７５】
次に（ステップ３９）、測定ゾーン３６内の個々の画像ポイントと関連する値が画像ごとに結合されて、輝度信号４０が得られる。適切な結合動作は、平均化である。この信号４０は、各値がシーケンス３１の画像に対応し、シーケンス３１の各画像は時間の特定のポイントに対応するので、時間変動信号である。
【００７６】
この輝度信号４０は、その後、ビデオカメラ７から得られるシーケンス１８―２０からの画素値に基づく値の少なくとも変化を表わす最終的な信号４２へ変換される（ステップ４１）。このステップ４１の実行において、輝度信号４０は、その平均値に集中している。異なる実行において、このステップ４１は、フィルタ動作、例えば平均輝度信号４０の微分に対応するフィルタ動作を有する。輝度信号４０のダイナミックレンジの１％のオーダーの変動を抽出するための他の代わりの技術も可能である。
【００７７】
最終的な信号４２は、一つ以上の周期的な生物学的現象を特徴付けるために分析される（ステップ４３）。特に、スペクトル分析は、関心の生体（例えば人間）に対する典型的心拍及び／又は呼吸レート値を有する少なくとも既知の周波数の範囲内で、そのスペクトルの一つ以上の局所的最大を決定するために用いられる。代替の実施例では、時間領域での心拍抽出方法が用いられる。
【００７８】
関心の単一の領域３５及び単一の測定ゾーン３６が例示的目的のため説明されてきたことが認められる。他の実施例では、シーケンス３１内の関心の複数の領域が追跡され、及び／又は、関心の一つの領域内の複数の測定ゾーンが複数の最終的な信号を得るために用いられる。クラスター形成アルゴリズム等が、その時、例えば、心拍に対する合意値に達するために用いられる。
【００７９】
図５は、図２の方法を使用して得られる画像のシーケンス３１を処理する代替方法を例示する。再び、特定のステップが明快さのため省略されていて、ステップの順番は変更できるし、特定のステップは図２に例示される段階で既に実施できる。
【００８０】
初期ステップ４４、４５は、図４の方法の第１のステップ３３、３４と同様である。よって、図２の方法を用いて生成された画像のシーケンス３１が得られて（ステップ４４）、修正される（ステップ４５）。
【００８１】
しかしながら、次のステップ４６において、グリッドが、シーケンス３１の画像の各々に重ねられる。グリッドは、画像を（潜在的な）測定ゾーンのアレイに区切る。各測定ゾーンは、複数の画像ポイント（すなわち画素位置）を含む。その後（ステップ４７）、測定ゾーンの少なくとも一つ、しかし一般には全てが選択され、各測定ゾーンに対して、関係する測定ゾーンの画像ポイントの画素値の時間変動する空間的結合に対応するそれぞれの信号４８ａ―ｎが形成される。空間的結合は、平均化、中間値又は他のタイプの組合せであり得る。何れの場合でも、時間の特定のポイントの信号４８ａ―ｎの一つの値は、時間のそのポイントに対応するシーケンス３１の画像からの複数の画素値に基づく。よって、ランダムノイズ（カメラ動きによるノイズ又は提示されたシーン内の対象物の動きと対照的に）がキャンセルされる。
【００８２】
信号４８ａ―ｎの各々が、その時、その少なくとも一つの周期的成分を特徴付ける分析のための最終的な信号５０ａ―ｎを得るためにこれらの平均値に集中している（ステップ４９）。再び、これらの平均値上に信号４８ａ―ｎを集中させる代わりに、微分のような小さな振幅変化を抽出するための異なる動作が使用できる。
【００８３】
最終的な信号５０ａ―ｎの分析が最終ステップ５１で実施される。この例では、特定の周波数範囲内の主要な周波数が決定される。他の用途では、フェーズマップが、特定の周波数のために作成される（最終的な信号５０ａ―ｎがグリッドにより定められる各測定ゾーンに対して作成される場合）。
【００８４】
図２、図４及び図５を参照した上述の方法は、人々の生体計測信号の強くて継続した監視を可能にする。その上、監視の遠隔性のため、監視された人の日常活動との最小の干渉しかない。当該方法は、このように、任意の時間での人の精神的及び肉体的状態の実質的に即時のフィードバックを提供するために使用できる。当該方法は、監視されている人に面倒なボディセンサの着用を要求しない。
【００８５】
従来の遠隔フォトプレチスモグラフィ法は、ビデオカメラ７の約１ｍの範囲内での人の遠隔監視に限られている。その上、監視される被験者は動いてはならず、照明は映像信号の捕捉の間、一定でなければならない。
【００８６】
図２に例示されたステップ５２、５３は、分析される周期的信号に対応する成分（遠隔フォトプレチスモグラフィ使用の例では脈動血流を表わす成分）が少なくとも関連する限り、図１のシステムが、最終的な信号に増大されたＳＮ比を供給可能にする。特に、ビデオカメラ７の動き、監視されている人の動き及び照明の変化により生じるノイズに対する頑健さは、改良される。
【００８７】
この目的のため、システムは、ビデオカメラ７から受信される画像フレームのシーケンス１８―２０、個別に処理される画像フレームのシーケンス２３―２５、マトリックス動作２６から生じる画像シーケンス２８、画像の出力シーケンス３１、抽出された信号４０、４８及び信号４２、５０ａ―ｎのうちの少なくとも一つを分析し（ステップ５２）、第１の動作２２ａ―ｃ、マトリックス動作２６及び他の非線形変換動作３０の各インスタンスのためのパラメータ値のセット５４を供給するための適当な値を決定する（ステップ５３）。代替的に又は追加的に、相対的強度を決定する制御信号の値を導出するためのパラメータ及び／又は異なって調整された光源１３―１５により放射される光の周波数及び／又は相対的な減衰を決定するフィルタ係数及び／又はセンサ９―１１により捕捉される光の通過帯域は、パラメータ値のセット５４に含まれる。
【００８８】
パラメータ値は、（血液量脈動を表わす）所望の信号成分と（照明変化又は動きによる）望ましくない信号成分との比を最適化するように選ばれる。
【００８９】
ある実施例では、データ処理システムは、実際に、最終的な信号４２、５０ａ―ｎを使用してＳＮ比を計算し、計算されたＳＮ比を最大にするように全数検索又は誘導検索方法を使用してパラメータ値を調整する。
【００９０】
他の実施例では、データ処理システム１は、カラーチャネルの画像フレームのシーケンス１８―２０だけ又は個別に処理されたシーケンス２３―２５を用いて、主成分分析を実施する。マトリックス動作のための係数は、その時、関心の信号成分、すなわち心拍又は呼吸数を表わす成分とは無関係である主要な成分に対して直交するように選ばれる。
【００９１】
例示の実施例では、シーケンス１８―２０により表わされる信号が処理されている間、ステップ５２、５３は継続して実施される。この実施例は、周囲照明状態が変化する状況に適している。
【００９２】
代わりの実施例では、図１に示されるシステムは、その少なくとも一つの周期的成分を特徴付けるための分析のため結果的に信号４２、５０ａ―ｎに直接なるステップ１７、２１、２７、２９、３２だけを実施する一つ以上の他のシステムで後続の使用のためのパラメータ値のセット５４を得るために用いられる。よって、斯様な他のシステムを作る方法は、テスト信号及び図２の全方法を使用して以前に得られたパラメータ値のセット５４でシステムを構成するステップを含む。図２の全方法を実施するシステムのような、これらのシステムは、比較的強い周期的信号を表わす成分担持情報を含む信号を取り出すことができる。
【００９３】
遠隔フォトプレチスモグラフィを実施する方法の他の実施例は、図６に例示される。この方法は図２の方法に代わるものとして留意され、同様にデータ処理システム１により実施される。
【００９４】
この方法は、また、図２に例示され上述されたシーケンス１８―２０に対応する、それぞれのカラーチャネルの画像フレームの複数のシーケンス５５―５７を入力として採用する。各画像フレームは、関連したシーケンス５５―５７と関連する周波数範囲内の捕捉された電磁放射の強度を表わす画素値を含み、異なるそれぞれの周波数範囲はシーケンス５５―５７の各々と関連している。時間の特定のポイントが各シーケンス５５―５７の一つの画像フレームに対応するという点で、シーケンス５５―５７は同期されている。このように各シーケンス５５―５７は、ここで第２の信号とも呼ばれる信号を形成する。画像フレームは、露出した皮膚を持つ少なくとも一つの生体、好ましくは人間の画像に対応する。以下の詳細な説明において、完全な画像フレームが処理されると仮定されるが、図６の方法も、関心の一つ以上の追跡された領域で、露出した皮膚を表わす画像フレームの部分を識別することを目的とするセグメント化動作の各結果を実施できる。
【００９５】
画像フレームのシーケンス５５―５７が第１のステップ５８で得られ、その後、並列に処理される。すなわち、各々が少なくとも一つの動作のそれぞれのシーケンスへの入力を形成する。各シーケンスの少なくとも一つの動作は、ファクタの値がシーケンス５５―５７それ自身の画像フレームからの画素値に基づいて計算される少なくとも一つの値に基づく当該ファクタの付与を含む。これらのファクタは、（フォトプレチスモグラフィのアプリケーションで）心拍又は呼吸数情報を抽出するために用いられる最終的な信号上の少なくともシーケンス５５―５７の成分の相対的な影響を決定する。
【００９６】
例示の実施例では、カラー正規化（ステップ５９）が最初に実施されるが、動作のシーケンスにおける動作の順番は原則として異なることがあり得る。カラー正規化ステップ５９は、時間間隔内の平均的肌色を正規化し、よって照明スペクトルの遅い変化、及び動きによる平均的肌色の遅い変化の効果を除去するように実施される。皮膚を表わす画素が不完全に追跡されるとき、動きは平均的肌色の変化を導く。描かれた被験者が動く環境が、例えば異なるスペクトルを持つ複数の光源の存在によって、又は着色した反射面によって一様に照射されないとき、平均的肌色の変化を導くこともできる。
【００９７】
実際に、カラー正規化ステップ５９は、カメラ７により定められたカラー空間を、遅い色の変化が効果を持たない正規化されたカラー空間へ変換する。この正規化の効果は、血液量脈動（“心拍ライン”）による色変化を表わす固定ラインと平行して動く正規化されたカラー空間のベクトルを（理想的に）提供することである。
【００９８】
画像フレームのシーケンス５５―５７が赤、緑及び青のカラーチャネルに対応すると仮定すると、画素位置
0005856960.tif 000005
及び時間ｔのポイントでカメラ７により登録される色変化
0005856960.tif 000006
を以下の式で書くことができる。
0005856960.tif 000007
（３）
【００９９】
血液量の変化（遠隔フォトプレチスモグラフィの場合の関心の現象）による色の変化は、血液量をカバーする皮膚の局所的肌色及び照明源により変調される。これは乗法的プロセスであるので、適切な正規化が復調を導く。
【０１００】
カラー正規化ステップ５９は、赤、緑及び青の値の対応する時間平均により瞬間的な色成分を分割するステップを含む。平均化の代わりに、結合が計算される時間のポイントに関連した時間のポイントにわたる時間のそれぞれの異なるポイントに関連した複数の値の異なる結合が採用できる。例えば中央値である。カラー正規化ステップ５９の結果は、カラー正規化画像の３つの並列のシーケンス６０―６２により形成される。動作は、以下の通りに書くことができる。
0005856960.tif 000008
（４）
ここで、
0005856960.tif 000009
は正規化されたカラーベクトルであり、
0005856960.tif 000010
は画像フレームの並列のシーケンス５５―５７の各々に対して別々に計算される時間変動ファクタである。
【０１０１】
ここで説明される例の一つの他の変形例は、別々のファクタ値
0005856960.tif 000011
が、計算されて各画素位置に対して付与される（すなわち、空間的結合がない）。
【０１０２】
例示の変形例では、ファクタ
0005856960.tif 000012
は、関心の一つ以上の領域の各々の複数の画素位置での画素値に基づいて計算され、関心のこの領域内の位置と関連した画素に付与される。よって、これらは、以下の通りに書くことができる。
0005856960.tif 000013
（５）
ここで｜Ｘ｜は関心の領域Ｘのエリアに対応する。
【０１０３】
もちろん、データ処理装置２は、時間離散的信号を処理する。時間にわたる平均が時間的に２つより多いポイントからの画素値を使用できるが、単純で比較的正確な近似は、時間的に２つの連続したポイントからの画素値を使用する。これらの一つは、ファクタ値が計算される時間的ポイントに対応する。斯様なステップの実行の一つの例では、これは以下の通りに書くことができる。
0005856960.tif 000014
（６）
【０１０４】
関心の領域がこの変形例の単一の画素位置に対応することに留意されたい。
【０１０５】
カラー正規化ステップ５９は、結果的に、画素の値がガウス分布に従う画像フレームとなる。変形例では、中心から離れた値を持つこれらの画素は、その少なくとも一つの周期的成分を特徴付ける分析のための最終的な信号（ここで、"第１の信号"とも呼ばれる）を得るために用いられない。加えて又は代替的に、当該方法は繰り返し適用される。カラー正規化の後、時間的に画素値の最も安定な分布を持つ領域が、関心の領域として用いられる。代わりに、最大の領域が使用できる。両方の変形例において、単一の生体の露出した皮膚を表わす画像部分がガウス分布を持つべきであるという事実が、画像フレームをセグメント化するために使われる。これらのセグメントの一つに適したカラー正規化ファクタが、計算されてそのセグメントだけの画素位置と関連した画素値に付与される。
【０１０６】
図６に例示されるように、カラー正規化画像のシーケンス６０―６２は、次のステップ６３で更なる処理を受け、照明正規化が実施される。このステップ６３はカラー正規化ステップ５９に先行でき、これらの２つの正規化ステップ５９、６３の一つは、幾つかの変形例では省略できることに留意されたい。
【０１０７】
照明正規化ステップ６３は、露出した皮膚を表わす全てのこれらの画素を外へセグメント化することが一般に可能でなければならないが、画像のシーケンス５５―５７を通じて正確に画素を追跡することが不可能に近いことを考慮する。しかしながら、個々の画素が完全に追跡されないとき、照明強度の変化及び皮膚の透過性の変化がまだ現れるだろう。照明正規化は、これらの効果を除去するのを助ける。これは、また、画像内に示される被験者の脈動血流よりもむしろ動きに起因する輝度の変化を取り除くのを助ける。
【０１０８】
カラー正規化ステップ６３は、画像の３つの他の正規化されたシーケンス６４―６６に結果的になる。これは、以下の通りに数学的に表される。
0005856960.tif 000015
（７）
【０１０９】
パラメータα、β、γは任意の値を持つことができる。実際、これらの一つ又は二つは、値０を持つことができる。しかしながら、値の最適な選択が理論的にあり、それは結果として生じる正規化された画素が正規化カラー空間の心拍ラインと平行な平面にあるようにさせる結合である。一つの実施例では、分析は、パラメータα、β、γの最適化された値を選択するために実施される。
【０１１０】
例示の方法の後続のステップ６７において、異なる信号が、各現在の画素値から、時間的にすぐ前のポイントの対応する画素位置での値を減算することにより確立され、結果的に異なる値のフレームの３つのシーケンス６８―７０になる。このステップ６７は、例えば、カラー正規化ステップ５９と組み合わせることができるので、式（６）が下記のように修正されることに留意されたい。
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（８）
【０１１１】
例示されたステップ６７は、入力として画像フレームのシーケンス５５―５７（"第２の信号"）を採用する動作の並列シーケンスの最後である。
【０１１２】
時間的に対応するポイントでそれぞれ正規化された差信号からの値に各値が基づく、正規化された差信号を単一の信号へ結合する動作が実施される更なるステップ７１に続く。例示の実施例では、このステップ７１は、生体の脈動血流による色変化に対応する正規化カラー空間のライン上への投影を含む。このラインに直交する何れのノイズも、このステップ７１で排除され、結果的にフレームの単一のシーケンス７２になる。変形例では、外れている値も、このステップ７１で排除される。
【０１１３】
その後、任意の後処理ステップ７３が適用される。このステップ７３は、バンドパスフィルタとしての動作を含む。結果は、ポスト処理される画像フレームのシーケンス７４である。
【０１１４】
最後に（ステップ７５）、少なくとも一つの結合信号７６が確立される。この信号は、複数の画素位置での信号に基づき、これらの信号の処理の結果、合意値を得る。このステップ７５は、クラスター形成、平均化、中央値決定、他の外れ値除去処理等を含む。このステップ７５は、結果的に、良好なＳＮ比を持つ強い信号になる。フーリエ解析は、少なくとも一つの周期的成分、例えば心拍信号又は呼吸数信号に対応する周期的成分を特徴付けるために適用できる。
【０１１５】
代わりの実施例では、後処理ステップ７３は、時間領域から周波数領域への変換を既に含んでいる。
【０１１６】
上述された実施例の効果は、比較的単純で安価なカメラ７で捕捉される画像が、画像フレーム内の関心の領域のほぼわずかな色変化に結果としてなる周期的な現象を特徴付けるために使用可能にすることである。他の影響による変化が除去されるか又は少なくとも抑制されるので、特徴付けは比較的信頼性が高い。
【０１１７】
上述の実施例は、本発明を限定するよりはむしろ例示するものであり、当業者は添付の請求の範囲の要旨を逸脱しない範囲で多くの別の実施例を設計できることは留意されたい。請求項において、括弧内の参照符号は何れも、請求項を制限するものとして解釈されない。用語「を有する」は、請求項にリストされる以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」は、複数の要素の存在を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項で再引用されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが効果的に使用できないことを示してはいない。
【０１１８】
例えば、ビデオカメラ７及びセンサ９―１１両方が使用される実施例も可能である。ビデオカメラ７に加えて他のカメラが使用される他の実施例も可能である。例えば、サーマルカメラは、他のチャネルの信号を供給するビデオカメラに一つのチャネルの信号を供給できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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