(57)【要約】【課題】  本発明では、少数の検出センサを生体に配置して、精度よく摂食行動を認識可能な生体摂食行動認識方法及び生体摂食行動認識システムを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明に係る生体摂食行動認識方法では、生体の摂食行動を判断する生体行動判断部が、前記生体に配置され前記生体の前腕部から先の手部分及び頭部の相互の接近を検出する検出センサの出力信号に基づいて、前記接近を反復して検知するときに前記生体が摂食行動にあると判断することを特徴とする。【選択図】図１
2006340776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の摂食行動を判断する生体行動判断部が、前記生体に配置され前記生体の前腕部から先の手部分及び頭部の相互の接近を検出する検出センサの出力信号に基づいて、前記接近を反復して検知するときに前記生体が摂食行動にあると判断することを特徴とする生体摂食行動認識方法。
【請求項２】
前記検出センサは、前記頭部に配置された加速度センサにより前記頭部の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出し、且つ前記手部分又は前記前腕部に配置された加速度センサにより前記手部分の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出することを特徴とする請求項１に記載の生体摂食行動認識方法。
【請求項３】
前記生体行動判断部は、前記頭部及び前記手部分又は前記前腕部に配置された前記加速度センサの出力信号に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出し、算出した前記相互相関値により前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することを特徴とする請求項２に記載の生体摂食行動認識方法。
【請求項４】
前記生体行動判断部は、前記頭部及び前記手部分又は前記前腕部に配置された前記加速度センサの出力信号を積分することにより得られる前記頭部及び前記手部分の移動距離又は移動角度に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出し、算出した前記相互相関値により前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することを特徴とする請求項２に記載の生体摂食行動認識方法。
【請求項５】
前記検出センサは、前記頭部に配置された加速度センサにより前記頭部の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出し、且つ前記頭部、前記手部分又は前記前腕部に配置された距離センサにより前記頭部と前記手部分との距離の接近を検出することを特徴とする請求項１に記載の生体摂食行動認識方法。
【請求項６】
前記生体行動判断部は、前記加速度センサ及び前記距離センサの出力信号を取得して前記出力信号に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出し、算出した前記相互相関値により前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することを特徴とする請求項５に記載の生体摂食行動認識方法。
【請求項７】
前記生体行動判断部は、さらに前記生体の体温を検出する温度センサの出力信号から算出した前記体温の増加率が所定の値以上となるときに前記摂食行動にあると判断することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の生体摂食行動認識方法。
【請求項８】
生体に配置され前記生体の前腕部から先の手部分及び頭部の相互の接近を検出する検出センサと、
前記検出センサの出力信号に基づいて前記接近を反復して検知するときに前記生体が摂食行動にあると判断する生体行動判断部と、
を有することを特徴とする生体摂食行動認識システム。
【請求項９】
前記検出センサは、前記頭部に配置され前記頭部の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出する第１加速度センサと、前記手部分又は前記前腕部に配置され前記手部分の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出する第２加速度センサと、を含むことを特徴とする請求項８に記載の生体摂食行動認識システム。
【請求項１０】
前記生体行動判断部は、前記第１加速度センサ及び前記第２加速度センサの前記出力信号に基づいて時間軸上で逐次算出した相互相関値により、前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することを特徴とする請求項９に記載の生体摂食行動認識システム。
【請求項１１】
前記生体行動判断部は、前記第１加速度センサ及び前記第２加速度センサの前記出力信号を積分することにより得られる前記頭部及び前記手部分の移動距離又は移動角度に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出した相互相関値により、前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することを特徴とする請求項９に記載の生体摂食行動認識システム。
【請求項１２】
前記検出センサは、前記頭部に配置され前記頭部の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出する加速度センサと、前記頭部、前記手部分又は前記前腕部に配置され前記頭部と前記手部分との距離の接近を検出する距離センサと、を含むことを特徴とする請求項８に記載の生体摂食行動認識システム。
【請求項１３】
前記生体行動判断部は、前記加速度センサ及び前記距離センサの出力信号に基づいて時間軸上で逐次算出した相互相関値により、前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することを特徴とする請求項１２に記載の生体摂食行動認識システム。
【請求項１４】
前記生体の体温を検出する温度センサをさらに有し、
前記生体行動判断部は、前記温度センサの出力信号から算出した前記体温の増加率が所定の値以上となるときに前記摂食行動にあると判断することを特徴とする請求項８から１３のいずれかに記載の生体摂食行動認識システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の摂食行動を認識するための生体摂食行動認識方法及び生体摂食行動認識システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、摂食行動を認識する技術としてはカメラを用いて画像処理をして動作認識を行うものがある。また、行動パターンを決定木によって分類する手法も提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。また、生体の所定の部位に温度センサ、脈波センサ及び加速度センサ等の体動センサを装着して、摂食時の生体の間接的な反応を検出して摂食行動にあることを認識する方法もある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−２４５７１３号公報
【非特許文献１】情報処理学会第６５回全国大会、３Ｔ５Ｂ−２、ｐｐ．２３９−２４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、画像処理を用いた方法では、複数台のカメラを適当な場所に配置して生体の行動を監視しなければならない。また、決定木を用いた方法では、生体の行動を把握する上で多くのセンサを生体に装着しなければならない。これら２つの方法は、生体にとって精神的及び体力的な負担が大きいと考えられ、実用的ではない。さらに、体動センサを用いた方法では、生体の摂食行動による間接的な生体の反応を検出して摂食行動を認識するため、摂食行動の認識精度が低いと考えられる。
【０００４】
そこで、本発明では、少数の検出センサを生体に配置して、精度よく摂食行動を認識可能な生体摂食行動認識方法及び生体摂食行動認識システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、生体が摂食行動を行う場合、生体は前腕部から先の手部分と頭部とを相互に接近させる動作を繰返し行うことを見出した。そこで、本発明では、上記課題を解決するために、摂食行動に伴う生体の前腕部から先の手部分及び頭部の相互の接近を生体に装着した少数の検出センサで検出することによって摂食行動を認識することとした。
【０００６】
具体的には、本発明に係る生体摂食行動認識方法は、生体の摂食行動を判断する生体行動判断部が、前記生体に配置され前記生体の前腕部から先の手部分及び頭部の相互の接近を検出する検出センサの出力信号に基づいて、前記接近を反復して検知するときに前記生体が摂食行動にあると判断することを特徴とする。
【０００７】
前述したように、生体が摂食行動を行うときには、生体は前腕部から先の手部分と頭部とを相互に接近させる動作を繰返し行う。そのため、生体に配置した検出センサにより生体の前腕部から先の手部分及び頭部の相互の接近を検出することにより、直接的に生体の摂食行動を検出することができる。従って、本発明に係る生体摂食行動認識方法は、精度のよい摂食行動の認識が可能である。
【０００８】
上記生体摂食行動認識方法において、前記検出センサは、前記頭部に配置された加速度センサにより前記頭部の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出し、且つ前記手部分又は前記前腕部に配置された加速度センサにより前記手部分の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出することが望ましい。
【０００９】
生体の前腕部から先の手部分と頭部とが相互に接近する場合、頭部及び手部分は、前後方向に動的加速度をもって動くか、又は頭部及び手部分が重力方向に対して傾くことによる静的加速度をもって動くことになる。そのため、少なくとも２つの加速度センサを生体に配置することで、摂食行動による頭部及び手部分の相互の接近を効率よく検出することができる。従って、本発明に係る生体摂食行動認識方法は、生体に負担をかけることなく生体摂食行動の認識が可能である。なお、手部分について「前後方向」とは、摂食時に手部分が頭部に近づく方向に対する前後方向をいう。
【００１０】
また、上記生体摂食行動認識方法において、前記生体行動判断部は、前記頭部及び前記手部分又は前記前腕部に配置された前記加速度センサの出力信号に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出し、算出した前記相互相関値により前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００１１】
前述したように、生体が摂食行動を行うときには、生体は前腕部から先の手部分と頭部とを相互に接近させる動作を繰返し行う。そのため、頭部及び手部分又は前腕部に配置された加速度センサの出力信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。従って、生体行動判断部で加速度センサの出力信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、頭部及び手部分の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。なお、頭部及び手部分の接近が正の相関又は負の相関のいずれの相関にあるかは、加速度センサの配置位置又は配置姿勢により予め決定される。
【００１２】
また、上記生体摂食行動認識方法において、前記生体行動判断部は、前記頭部及び前記手部分又は前記前腕部に配置された前記加速度センサの出力信号を積分することにより得られる前記頭部及び前記手部分の移動距離又は移動角度に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出し、算出した前記相互相関値により前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００１３】
前述したように、生体が摂食行動を行うときには、生体は前腕部から先の手部分と頭部とを相互に接近させる動作を繰返し行うため、頭部及び手部分又は前腕部に配置された加速度センサの出力信号を積分して得られる頭部及び手部分の移動距離又は移動角度を示す信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。従って、加速度センサの出力信号を積分した信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、頭部及び手部分の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。なお、頭部及び手部分の接近が正の相関又は負の相関のいずれの相関にあるかは、加速度センサの配置位置又は配置姿勢により予め決定される。
【００１４】
また、上記生体摂食行動認識方法において、前記検出センサは、前記頭部に配置された加速度センサにより前記頭部の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出し、且つ前記頭部、前記手部分又は前記前腕部に配置された距離センサにより前記頭部と前記手部分との距離の接近を検出することが望ましい。
【００１５】
生体の前腕部から先の手部分と頭部とが相互に接近する場合、頭部、手部分又は前腕部に距離センサを配置することで上記接近を直接的に検出することができる。また、頭部は、前後方向に動的加速度をもって動くか、又は頭部が重力方向に対して傾くことによる静的加速度をもって動くことになる。そのため、少なくとも２つの加速度センサを生体に配置するだけで摂食行動による頭部及び手部分の相互の接近を直接的且つ効率よく検出することができる。従って、本発明に係る生体摂食行動認識方法は、生体に負担をかけることなく生体摂食行動の認識が可能である。また、距離センサにより頭部及び手部分の相互の接近を直接的に検出することができるため認識精度をさらに向上させることができる。
【００１６】
また、上記生体摂食行動認識方法において、前記生体行動判断部は、前記加速度センサ及び前記距離センサの出力信号を取得して前記出力信号に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出し、算出した前記相互相関値により前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００１７】
前述したように、生体が摂食行動を行うときには、生体は前腕部から先の手部分と頭部とを相互に接近させる動作を繰返し行うため、頭部に配置された加速度センサ及び手部分、前腕部又は頭部に配置された距離センサの出力信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。そのため、生体行動判断部で加速度センサ及び距離センサの出力信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、頭部及び手部分の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。なお、頭部及び手部分の接近が正の相関又は負の相関のいずれの相関にあるかは、加速度センサの配置位置又は配置姿勢により予め決定される。
【００１８】
また、上記生体摂食行動認識方法において、前記生体行動判断部は、さらに前記生体の体温を検出する温度センサの出力信号から算出した前記体温の増加率が所定の値以上となるときに前記摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００１９】
生体は、摂食することにより体温が上昇する性質を有している（特異動的作用という。）。従って、本発明に係る生体摂食行動認識方法では、頭部及び手部分の動きと共に体温上昇を検出して、摂食行動の認識精度をさらに向上させることができる。
【００２０】
また、本発明に係る生体摂食行動認識システムは、生体に配置され前記生体の前腕部から先の手部分及び頭部の相互の接近を検出する検出センサと、前記検出センサの出力信号に基づいて前記接近を反復して検知するときに前記生体が摂食行動にあると判断する生体行動判断部と、を有することを特徴とする。
【００２１】
前述したように、生体が摂食行動を行うときには、生体は前腕部から先の手部分と頭部とを相互に接近させる動作を繰返し行う。そのため、生体の前腕部から先の手部分及び頭部の相互の接近を検出する検出センサを生体に配置することにより、直接的に生体の摂食行動を検出することができる。従って、本発明に係る生体摂食行動認識システムは、精度のよい摂食行動の認識が可能である。
【００２２】
上記生体摂食行動認識システムにおいて、前記検出センサは、前記頭部に配置され前記頭部の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出する第１加速度センサと、前記手部分又は前記前腕部に配置され前記手部分の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出する第２加速度センサと、を含むことが望ましい。
【００２３】
生体の前腕部から先の手部分と頭部とが相互に接近する場合、手部分及び頭部は、前後方向に動的加速度をもって動くか、又は手部分及び頭部が重力方向に対して傾くことによる静的加速度をもって動くことになる。そのため、生体に配置した少なくとも２つの加速度センサで摂食行動による手部分及び頭部の相互の接近を効率よく検出することができる。従って、本発明に係る生体摂食行動認識システムは、生体摂食行動の認識に際して生体に負担をかけることがない。
【００２４】
また、上記生体摂食行動認識システムにおいて、前記生体行動判断部は、前記第１加速度センサ及び前記第２加速度センサの前記出力信号に基づいて時間軸上で逐次算出した相互相関値により、前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００２５】
前述したように、生体が摂食行動を行うときには、生体は前腕部から先の手部分と頭部とを相互に接近させる動作を繰返し行うため、手部分及び頭部に配置された各加速度センサの出力信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。そのため、生体行動判断部で各加速度センサの出力信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、手部分及び頭部の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。なお、頭部及び手部分の接近が正の相関又は負の相関のいずれの相関にあるかは、各加速度センサの配置位置又は配置姿勢により予め決定される。
【００２６】
また、上記生体摂食行動認識システムにおいて、前記生体行動判断部は、前記第１加速度センサ及び前記第２加速度センサの前記出力信号を積分することにより得られる前記頭部及び前記手部分の移動距離又は移動角度に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出した相互相関値により、前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００２７】
前述したように、生体が摂食行動を行うときには、生体は前腕部から先の手部分と頭部とを相互に接近させる動作を繰返し行うため、手部分及び頭部に配置された各加速度センサの出力信号を積分して得られる手部分及び頭部の移動距離又は移動角度を示す信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。従って、生体行動判断部で各加速度センサの出力信号を積分した信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、手部分及び頭部の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。なお、頭部及び手部分の接近が正の相関又は負の相関のいずれの相関にあるかは、各加速度センサの配置位置又は配置姿勢により予め決定される。
【００２８】
また、上記生体摂食行動認識システムにおいて、前記検出センサは、前記頭部に配置され前記頭部の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出する加速度センサと、前記頭部、前記手部分又は前記前腕部に配置され前記頭部と前記手部分との距離の接近を検出する距離センサと、を含むことが望ましい。
【００２９】
生体の前腕部から先の手部分と頭部とが相互に接近する場合、手部分又は頭部に距離センサを配置することで上記接近を直接的に検出することができる。また、頭部は、前後方向に動的加速度をもって動くか、又は頭部が重力方向に対して傾くことによる静的加速度をもって動くことになる。そのため、生体に配置した少なくとも２つの加速度センサで摂食行動による手部分及び頭部の相互の接近を直接的且つ効率よく検出することができる。従って、本発明に係る生体摂食行動認識システムは、生体摂食行動の認識に際して生体に負担をかけることがない。また、距離センサにより頭部及び手部分の相互の接近を直接的に検出することができるため認識精度も高い。
【００３０】
また、上記生体摂食行動認識システムにおいて、前記生体行動判断部は、前記加速度センサ及び前記距離センサの出力信号に基づいて時間軸上で逐次算出した相互相関値により、前記頭部及び前記手部分の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに前記摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００３１】
前述したように、生体が摂食行動を行うときには、生体は前腕部から先の手部分と頭部とを相互に接近させる動作を繰返し行うため、頭部に配置された加速度センサ及び手部分、前腕部又は頭部に配置された距離センサの出力信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。そのため、生体行動判断部で加速度センサ及び距離センサの出力信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、手部分及び頭部の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。なお、頭部及び手部分の接近が正の相関又は負の相関のいずれの相関にあるかは、加速度センサの配置位置又は配置姿勢により予め決定される。
【００３２】
また、上記生体摂食行動認識システムにおいて、前記生体の体温を検出する温度センサをさらに有し、前記生体行動判断部は、前記温度センサの出力信号から算出した前記体温の増加率が所定の値以上となるときに前記摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００３３】
生体は、摂食することにより体温が上昇する性質を有している（特異動的作用という。）。従って、本発明に係る生体摂食行動認識システムでは、手部分及び頭部の動きと共に体温上昇を検出するため、摂食行動の認識精度がよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る生体摂食行動認識方法及び生体摂食行動認識システムでは、生体に配置した少数の検出センサにより、精度よい摂食行動の認識が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、本発明に係る生体摂食行動認識方法及び生体摂食行動認識システムについて実施形態を示して詳細に説明するが、本発明は、以下の記載に限定して解釈されない。
【００３６】
図１に、本実施形態に係る生体摂食行動認識システムを生体に適用した例を示す。図１（ａ）は、生体が摂食行動を行う際の食物を口に運ぶ前の状態を示し、図１（ｂ）は、食物を口に運んだときの状態を示している。なお、図１には、生体の関節等の理解のし易さの便宜から生体としての生体モデルを記載してあるが、本文では、生体モデルを生体として説明する。
【００３７】
まず、図１を参照して生体が摂食行動を行うときの生体の動きについて説明する。
【００３８】
生体１０は、摂食行動を行う場合、図１（ａ）に示すように食べ物７を箸８に挟む。そして、図１（ｂ）に示すように箸８に挟んだ食べ物７を口４に運ぶ。なお、図１では、生体１０は箸８を用いて摂食行動を行っているが、スプーンやフォークの場合もあり、摂食行動に伴う動作は箸を用いる場合と略同様である。
【００３９】
ここで、食べ物７を口４に運ぶ際、生体１０は、前腕部２から先の手部分３を口４に近づけ、頭部５を前方に傾けて口４を食物に近づけるようにして、手部分３及び頭部５を相互に接近させる。この動きは、生体１０の摂食行動に特有の動きである。従って、手部分３及び頭部５の相互の接近を繰返し検知することで生体１０の摂食行動を確実に認識することができる。
【００４０】
生体１０の摂食行動を認識するために、図１に示す生体摂食行動認識システム１００は、生体１０に配置された検出センサと、検出センサの出力信号に基づいて生体１０が摂食行動にあることを判断する生体行動判断部２２と、を有している。
【００４１】
検出センサは、生体１０の前腕部２から先の手部分３及び頭部５の相互の接近を検出する。本実施形態では、検出センサとして、手部分３及び頭部５の前後方向の静的加速度を検出する３軸の加速度センサ２０、２１を適用している。そして、頭部５側の加速度センサ２０を外耳６に配置し、手部分３側の加速度センサ２１を前腕部２に配置している。
【００４２】
手部分３及び頭部５が相互に接近する場合、多くは手部分３及び頭部５は共に、重力の方向に対して何れかの方向に傾くことになる。また、手部分３は前腕部２の動きに連動するため、手部分３の傾きと共に前腕部２の傾きが変化する。そのため、３軸の加速度センサ２０、２１で前腕部２及び頭部５の重力に対する傾きを検出することにより、摂食行動による手部分３及び頭部５の相互の接近を効率よく検出することができる。また、本実施形態のように加速度センサ２０、２１を外耳６及び前腕部２に配置することで、摂食活動に支障なく頭部５及び手部分３の傾きを検出できる。
【００４３】
なお、加速度センサ２０、２１は、外耳６及び前腕部２に直接配置する他に、例えば頭部５側では、眼鏡、補聴器又はヘッドホン等の機器に、手部分３側では、腕時計、指輪等の装飾品に組込んだり、取り付けたりしてもよい。日常生活で常に使用するものに配置することにより、加速度センサの配置による煩わしさを軽減させることができる。また、当然に、別途加速度センサ用の冶具に加速度センサを取り付けて生体１０に配置することとしてもよい。
【００４４】
また、３軸の加速度センサ２０、２１の他に、少なくとも１軸方向の静的加速度を検出することができる加速度センサを適用することもできる。この場合、１軸の加速度センサは、手部分３及び頭部５が相互に接近するときの手部分３及び頭部５の重力方向に対する傾きを確実に検出できる方向に検出軸方向を配置することが望ましい。例えば、頭部５側の加速度センサの検出軸を頭部５の前方方向に配置し、手部分側の加速度センサの検出軸方向を前腕部２の長手方向に配置する。１軸の加速度センサを適用すると、出力信号の数が３軸の場合と比べて減るため、その後の信号処理に時間がかからない。
【００４５】
なお、手部分３の動きは複雑であるが、摂食行動を行う際の手部分３の動きには個人差はあるものの、各個人では一定であることが予測される。そのため、手部分３の重力方向に対する傾きを確実に検出できる方向は、試行錯誤的に決定することができる。
【００４６】
また、静的加速度を検出する加速度センサの代わりに、手部分３及び頭部５の前後方向の動的加速度を検出する加速度センサを適用することもできる。手部分３及び頭部５が相互に接近する場合、多くは手部分３及び頭部５は前後方向に動的加速度をもって動くことになる。そのため、加速度センサで手部分３及び頭部５の前後方向の動的加速度を検出することにより、摂食行動による手部分３及び頭部５の相互の接近を効率よく検出することができる。
【００４７】
ここで、前後方向の動的加速度を検出する場合、少なくとも１軸方向の加速度を検出できればよい。例えば、頭部５側の加速度センサの検出軸を頭部５の前方方向に配置し、手部分側の加速度センサの検出軸を手部分３と口４とを結ぶ方向に配置する。また、加速度センサの動的加速度の検出軸を増やすことによって、手部分３及び頭部５の動きを正確に把握することが可能となり、手部分３及び頭部５の相互の接近の検出精度を向上させることができる。
【００４８】
また、静的加速度及び動的加速度を共に検出することとしてもよい。例えば、手部分３又は頭部５が等速で動く場合又は手部分３が傾かずに動く場合等、加速度センサで静的加速度又は動的加速度の一方を検出するのみでは不十分な場合もある。静的加速度及び動的加速度を共に検出することは、このような場合に有効である。また、手部分３及び頭部５の動きを詳細に検出するために、当然に静的加速度又は動的加速度の少なくとも一方を検出する加速度センサを複数個配置することとしてもよい。
【００４９】
以上説明した加速度センサは、加速度センサの動きの慣性力に応じた圧電素子への負荷により圧電素子から出力される電圧から加速度を検出する圧電型の加速度センサ、半導体の結晶に加わる加速度センサの振動の慣性力による結晶歪に応じたキャリア数、キャリアの移動度の変化により抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果を利用した加速度センサ等の加速度センサを適用することができる。これらの加速度センサは、その大きさや動作特性（加速度検出範囲、周波数特性等）を考慮して適宜選択して適用することとする。
【００５０】
また、頭部５の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出する加速度センサを頭部５に配置し、頭部５と手部分３との距離の接近を検出する距離センサを頭部５、手部分３又は前腕部２に配置することが望ましい。
【００５１】
距離センサは、例えば、光、超音波又は電波を検査対象物に向けて発し、検査対象で反射して戻ってくる時間により距離の接近を検出するセンサや、コイルの接近により検出対象に生じる渦電流の大きさを検出して距離の接近を検出するセンサ等の近接センサを適用することができる。この場合、検査対象を頭部５としてセンサを手部分３又は前腕部２に配置するか、検査対象を手部分３としてセンサを頭部５に配置することとする。
【００５２】
距離センサは、例えば前腕部２や手部分３の指に配置する。この場合、距離センサを腕時計、指輪等の装飾品に組込んだり、取り付けたりしてもよい。そして、検査対象を外耳６として、外耳６に反射板を配置する。この場合、反射板は、眼鏡、補聴器又はヘッドホン等の機器に配置することとしてもよい。日常生活で常に使用するものに配置することにより、加速度センサの配置による煩わしさを軽減させることができる。また、当然に、別途距離センサ用の冶具に距離センサを取り付けて生体１０に配置することとしてもよい。
【００５３】
ここで、距離センサから光、超音波又は電波を外耳６に向けて発して、外耳６に設けた反射板で反射して戻ってくる時間を計測する。なお、光が目に入る危険性を排除しきれない場合を考慮すると、超音波又は電波を適用することが望ましい。また、距離センサとして近接センサを適用する場合は、例えば前腕部２に近接センサを配置し、頭部５及び手部分３の相互の接近により眼鏡や補聴器等の金属部分で渦電流を発生させる構成としてもよい。同様に近接センサを腕時計、指輪等の装飾品に組込んだり、取り付けたりしてもよい。
【００５４】
このように、手部分３、頭部５又は前腕部２に距離センサを配置することで手部分３及び頭部５の相互の接近を直接的且つ効率よく検出することができる。そのため、摂食行動の認識精度を向上させることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態では手部分３及び頭部５の相互の接近を検出するために、加速度センサ又は距離センサを適用することで、少なくとも２つの加速度センサで摂食行動による手部分３及び頭部５の相互の接近を効率よく検出することができるため、生体摂食行動の認識に際して生体１０に負担をかけることがない。
【００５６】
なお、本実施形態では手部分３及び頭部５の相互の接近を検出するために、加速度センサ又は距離センサを適用したが、検出センサは手部分３及び頭部５の相互の接近を検出することができるセンサであればいずれのものであってもよい。また、本実施形態では右側の外耳６及び前腕部２にセンサを装着しているが、左側の外耳６及び前腕部２にセンサを設けることとしても何ら本実施形態と変わるところはない。
【００５７】
また、上記加速度センサ又は距離センサと共に、生体１０の体温を検出する温度センサを設けることが望ましい。例えば、外耳道に挿入して生体１０の体温を計測するものを適用することができる。なお、生体１０の体温を計測できればいずれの場所に設けることとしてもよい。生体１０は、摂食することにより体温が上昇する性質を有している（特異動的作用という。）。従って、手部分３及び頭部５の相互の接近を加速度センサ又は距離センサで検出すると共に、温度センサで体温上昇を検出することにより、摂食行動の認識精度をさらに向上させることができる。なお、体温上昇は、加速度センサ又は距離センサの出力信号から摂食行動にあると判断した後の、追加の判断要素としてもよいし、加速度センサ又は距離センサの出力信号から摂食行動にあると判断する前の前提要素とすることとしてもよい。生体１０が摂食行動を行ってから体温が上昇するまでの時間差には個体差があると考えられる。そのため、例えば当該時間差を個体毎に考慮して、時間差が短ければ前提要素とし、時間差が長ければ追加の判断要素として、生体行動判断部２２が摂食行動と判断するまでの時間を短くすることができる。
【００５８】
生体行動判断部２２は、頭部５及び手部分３の接近を反復して検知するときに生体１０が摂食行動にあると判断する。前述したように、生体１０が摂食行動を行うときには、生体１０は前腕部２から先の手部分３と頭部５とを相互に接近させる動作を繰返し行う。そのため、検出センサからの出力信号を処理することにより手部分３及び頭部５の相互の接近を反復して検知することにより生体１０の摂食行動を判断することができる。
【００５９】
ここで、図２に、本実施形態に係る生体行動判断部の構成の１例の概略構成図を示す。
【００６０】
図２に示す生体行動判断部２２は、頭部５側の加速度センサ２０及び手部分３側の加速度センサ２１からの出力信号を取得して保存するメモリ３２と、メモリ３２から保存された加速度センサ２０、２１の出力信号を取り出して相互相関値を算出する相関値算出部３５と、相関値算出部３５での算出結果から生体１０の行動を判断する判断部３３と、を有する。また、本実施形態では、加速度センサ２０、２１から出力されるアナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部３１と、メモリ３２、相関値算出部３５、判断部３３及びＡ／Ｄ変換部３１の動作を制御するＣＰＵ３４と、を有している。
【００６１】
メモリ３２は、例えば、ＥＰ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ）ＲＯＭやＥＥＰ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ）ＲＯＭ等の書き込み可能なＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ又は磁気テープ等のメモリを適用することができる。
【００６２】
Ａ／Ｄ変換部３１は、変換ビット数はいずれのものを用いてもよいが、検出精度及びメモリ３２の容量を考慮して適宜選択するものとする。また、実施形態では、加速度センサ２０、２１からの出力信号を直接Ａ／Ｄ変換部３１に入力しているが、Ａ／Ｄ変換部３１の定格変換電圧に合わせて、加速度センサ２０、２１からの出力信号の電圧振幅を調節するオペアンプをＡ／Ｄ変換部３１の前段に設けることとしてもよい。
【００６３】
判断部３３は、加速度センサ２０及び加速度センサ２１の出力信号に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出し、算出した相互相関値により頭部５及び手部分３の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに摂食行動にあると判断する。
【００６４】
ここで、図３に、図１に示す生体１０が接触行動を行うときの、頭部５及び手部分３の相互の相関の１例を示す。図３（ａ）は、図１（ａ）に示す加速度センサ２０と加速度センサ２１とを結ぶ軸上で頭部５から後方方向を正の向きにとり、且つ各加速度センサ２０、２１の図１（ａ）の位置を原点に取ったときの頭部５の移動距離４１及び手部分３の移動距離４０を示している。図３（ａ）では、手部分３の移動距離幅が約３５ｃｍ、頭部５の移動距離幅が１０ｃｍのものを想定している。なお、手部分３と前腕部２との動きは連動しており、移動距離も手部分３と前腕部２とで略等しいと考えられる。
【００６５】
また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の移動距離４０、４１に対する加速度センサ２０、２１の出力値４３、４４（出力値４４：頭部５の側の加速度センサ２０の出力、出力値４３：手部分３の側の加速度センサ２１の出力）及び出力値４３、４４の相互相関値４５を示している。加速度センサの出力値４３、４４は左側の軸を参照し、相互相関値４５は、図３（ｂ）の右側の軸を参照するものとする。
【００６６】
また、出力値４３、４４の相互相関値４５は、時間幅を２ｓとした矩形の窓関数４２を採用し、窓関数４２を時間軸上で０．０２ｓ毎にずらして逐次算出した。この窓関数４２の時間幅は手部分３の移動時間と一致させた。窓関数４２の時間幅は、例えば図１に示す生体摂食行動認識システム１００を使用するに際して、例えば生体１０に摂食行動を行うことによって初期設定することができる。また、算出間隔は、例えばＡ／Ｄ変換部３１のサンプリング周期に一致させることでよい。なお、この窓関数４２及び算出間隔は適宜変更可能である。
【００６７】
図１に示す生体１０の頭部５及び前腕部２の相互に接近する動きが繰返し行われる場合、図３（ｂ）に示すように、相互相関値４５が繰返し負の相関値を取ることがわかる。そのため、例えば図３（ｂ）に示す場合、−０．７５を閾値として、相関値算出部３５により算出した相互相関値４５の算出結果がこの値以下となったら、判断部３３により手部分３及び頭部５の相互に接近していると検知し、さらにこの接近を検知したときから繰返して所定の間隔（例えば、２秒以上６秒以内）で閾値以下となることを検知したら摂食行動にあると判断することができる。この閾値は、図１に示す生体摂食行動認識システム１００を使用するに際して、例えば生体１０に摂食行動を行うことによって初期設定することとしてもよいし、学習により求めることとしてもよい。例えば、予め生体１０が摂食動作を行い、その都度蓄積した加速度センサの出力値の相互相関値の平均値を閾値として、当該閾値を摂食動作の度に更新することで実現できる。
【００６８】
ここで、図２に示す生体行動判断部２２は、例えばメモリ３２と相関値算出部３５との間に積分器を挿入して、メモリ３２に記憶された加速度センサ２０、２１の出力信号を積分することにより得られる頭部５及び手部分３（図１）の移動距離又は移動角度に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出し、算出した相互相関値により頭部５及び手部分３の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに摂食行動にあると判断することもできる。
【００６９】
図１に示す頭部５及び前腕部２に配置された加速度センサ２０、２１の出力信号を積分して得られる手部分３及び頭部５の移動距離又は移動角度を示す信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。従って、図２に示すように、加速度センサ２０、２１の出力信号を積分器により積分した信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、手部分３及び頭部５の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。
【００７０】
また、頭部５に加速度センサを配置し、頭部５、手部分３又は前腕部２に距離センサを配置した場合は、図２に示す生体行動判断部２２は、加速度センサ及び距離センサの出力信号を取得して出力信号に基づいた相互相関値を時間軸上で逐次算出し、算出した相互相関値により頭部５及び手部分３の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００７１】
前述したように、頭部５に配置された加速度センサ及び頭部５、手部分３又は前腕部２に配置された距離センサの出力信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。そのため、生体行動判断部２２で加速度センサ及び距離センサの出力信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、手部分３及び頭部５の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では加速度センサ２０、２１からの出力信号を予めメモリ３２に保存して、その後に生体１０の行動を判断することとしているが、生体１０の行動をリアルタイムに行うこととしてもよい。この場合、例えば頭部５側の加速度センサ２０及び手部分３側の加速度センサ２１からの出力信号を互いに直接掛け合わせる乗算回路と、乗算した結果を積分する積分回路と、を有する構成として、相互相関値を算出することとする。
【００７３】
ここで、図１に示す生体摂食行動認識システム１００による生体摂食行動認識方法について図１、図２及び図３を参照して説明する。
【００７４】
まず、図１に示すように生体１０の前腕部２から先の手部分３及び頭部５の相互の接近を検出する検出センサとして、頭部５の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出する加速度センサ２０を外耳６に配置し、前腕部２に手部分３の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出する加速度センサ２１を配置する。一方、検出センサとして、頭部５の前後方向の動的加速度又は静的加速度の変化のうち少なくとも一方を検出する加速度センサを外耳６に配置し、頭部５と手部分３との距離の接近を検出する距離センサを頭部５、手部分３又は前腕部２に配置することもできる。距離センサを配置することで頭部５及び手部分３の相互の接近を直接的に検出することができる。このように、少なくとも２つの加速度センサを生体１０に配置することで、摂食行動による手部分３及び頭部５の相互の接近を効率よく検出することができるため生体１０に負担をかけることがなく生体摂食行動の認識が可能である。さらに、生体１０の体温を計測する温度センサを例えば外耳道に挿入する。
【００７５】
そして、ＣＰＵ３４からのスタート信号により加速度センサ２０、２１の検出時間がリセットされ、加速度センサ２０、２１の出力信号は、図２に示すＡ／Ｄ変換部３１を介してメモリ３２に入力される。ＣＰＵ３４は、加速度センサ２０、２１の出力信号を一定時間メモリ３２に記憶した時点でメモリ３２から出力値を取り出して相関値算出部３５に入力して相互相関値を算出させる。さらに、相関値算出部３５での算出結果を判断部３３に入力して図１に示す生体１０が摂食行動にあるか否かを判断させる。
【００７６】
ここで、判断部３３は、生体１０に配置された加速度センサ２０、２１の出力信号に基づいて、頭部５及び手部分３の相互の接近を反復して検知するときに図１に示す生体１０が摂食行動にあると判断する。
【００７７】
このとき、頭部５及び手部分３の相互の接近を検知するに際して、図２に示す判断部３３は、相関値算出部３５で算出した相互相関値により頭部５及び手部分３の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００７８】
例えば、図３（ｂ）に示すように相互相関値４５の閾値を−０．７５に予め設定しておき、相互相関値４５の算出結果が所定の間隔で複数回閾値以下となったら摂食行動にあると判断することができる。
【００７９】
前述したように、生体１０が摂食行動を行うときには、生体１０は前腕部２から先の手部分３と頭部５とを相互に接近させる動作を繰返し行うため、頭部５及び前腕部２に配置された加速度センサ２０、２１の出力信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。従って、生体行動判断部２２で加速度センサ２０、２１の出力信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、手部分３及び頭部５の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。
【００８０】
また、相関値算出部３５の前段部で図１に示す頭部５及び前腕部２に配置された加速度センサ２０、２１の出力信号を積分して、頭部５及び手部分３の移動距離又は移動角度を算出することもできる。そして、積分して得られた頭部５及び手部分３の移動距離又は移動角度に基づいて、相関値算出部３５が、相互相関値を時間軸上で逐次算出し、算出した相互相関値により頭部５及び手部分３の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに、判断部３３において摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００８１】
前述したように、頭部５及び前腕部２に配置された加速度センサ２０、２１の出力信号を積分して得られる手部分３及び頭部５の移動距離又は移動角度を示す信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。従って、加速度センサ２０、２１の出力信号を積分した信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、手部分３及び頭部５の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。
【００８２】
一方、頭部５に加速度センサを配置し、頭部５、手部分３又は前腕部２に距離センサを配置した場合は、図２に示す生体行動判断部２２は、加速度センサ及び距離センサからの出力信号を取得してメモリ３２に記憶する。その後、メモリ３２から取得した出力信号に基づいた相互相関値を相関値算出部３５において時間軸上で逐次算出する。そして、算出した相互相関値により頭部５及び手部分３の動きの相互の相関が所定の値以上の正の相関又は所定の値以下の負の相関を所定の間隔で示すときに判断部３３により摂食行動にあると判断することが望ましい。
【００８３】
頭部５に配置された加速度センサ及び手部分３、前腕部２又は頭部５に配置された距離センサの出力信号は互いに同期した繰返し信号となることが推定される。そのため、生体行動判断部２２で加速度センサ及び距離センサの出力信号に基づいて相互相関値を時間軸上で逐次算出することにより、手部分３及び頭部５の互いに同期した繰返しの動きを確実に検知して摂食行動にあると判断することができる。
【００８４】
さらに、図２に示す生体行動判断部２２は、生体１０の体温を検出する温度センサの出力信号から算出した体温の増加率が所定の値以上となるときに摂食行動にあると判断することが望ましい。体温上昇による判断は、加速度センサの出力信号から摂食行動にあると判断した後に追加して判断することとしてもよいし、加速度センサの出力信号から摂食行動にあると判断する前に、摂食行動の前提として判断することとしてもよい。
【００８５】
生体１０は、摂食することにより体温が上昇する性質を有している（特異動的作用という。）。従って、本発明に係る生体摂食行動認識方法では、手部分３及び頭部５の動きと共に体温上昇を検出して、摂食行動の認識精度をさらに向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係る生体摂食行動認識方法及び生体摂食行動認識システムは、日常生活において２４時間の摂食行動の監視を行うことができるため、例えば、無意識的に行っている摂食行動の回数を把握してカロリー摂取量のコントロールのための指標を得ることができ、フィットネス施設や食品業界においても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本実施形態に係る生体摂食行動認識システムを生体に適用した例を示した図である。（ａ）は、生体が摂食行動を行う際の食物を口に運ぶ前の状態を示し、（ｂ）は、食物を口に運んだときの状態を示している。
【図２】本実施形態に係る生体行動判断部の構成を示した概略構成図を示す。
【図３】生体が接触行動を行うときの、頭部及び手部分の相互の相関の１例を示した図である。（ａ）は、図１（ａ）に示す加速度センサと加速度センサとを結ぶ軸上で頭部から前方方向を正の向きにとり、且つ各加速度センサの図１（ａ）の位置を原点に取ったときの頭部の移動距離及び手部分の移動距離を示している。（ｂ）は、頭部及び手部分の移動距離に対する加速度センサの出力値及び出力値の相互相関値を示している。
【符号の説明】
【００８８】
２：前腕部
３：手部分
４：口
５：頭部
６：外耳
７：食べ物
８：箸
１０：生体
２０：加速度センサ
２１：加速度センサ
２２：生体行動判断部
３１：Ａ／Ｄ変換部
３２：メモリ
３３：判断部
３４：ＣＰＵ
３５：相関値算出部
４０：手部分の移動距離
４１：頭部の移動距離
４２：窓関数
４３：手部分の出力値
４４：頭部の出力値
４５：相互相関値
１００：生体摂食行動認識システム
【図１】
2006340776.tif 000003
【図２】
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【図３】
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