(57)【要約】【課題】見守り対象となる室内に置かれたベッドの上の天井にコンパクトな装置１台を取付けるだけで、そのベッドの上、および、周辺で発生した被介護者の生命や健康に関わる不測の事態を漏れなく検出し、遅滞なく介護者に通報できる装置を実現する。【解決手段】ベッド見守り装置は、被介護者が就寝しているベッドの上、および、その周辺の各種情報を取得・処理するセンサユニットとセンサユニットが発する通報の介護者への伝達と、センサユニットへのコマンド送信を行う情報送受信ユニット（タブレットまたはスマートフォン）により実現する。【選択図】図１
2018117331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド上、および、ベッド周辺の被介護者の状態を取得し、これに基づく情報を処理・出力するセンサユニット１１５と、該センサユニットが発する通報の介護者への伝達と、センサユニットへのコマンド信号送信を行う情報送受信ユニット１１６、により構成され、前記センサユニット１１５は、制御／電源部１１１、演算処理部１１２、記憶部１１０および情報送受信部１１３を内包する電気・電子ブロック１１７と、データ取得部１１４を構成する光学ブロック１１８から成り、当該光学ブロック１１８は赤外線輝点を投光する投光器１２５、赤外線輝点を撮像する撮像装置１２２、ＬＥＤ拡散光照明器１２１、被介護者の動きを捉えるマイクロ波ドップラーセンサ１２４、および装置の設置状態を担保する水準器１２３を具備するベッド見守り装置。
【請求項２】
特許請求の範囲第１項記載のベッド見守り装置であって、見守り対象となる室内の床上任意の位置に既知半径を有するリング形状のみが描かれた３枚以上の札状床検出用マーカー１７１を配置し、前記センサユニット１１５内に取り付けられたＬＥＤ拡散光照明器１２１によるＬＥＤ拡散光の照明下で、同じく前記センサユニット１１５内に取り付けられた撮像装置１２２によって対象とする室内全体の画像を撮影し、撮像装置１２２で取得された画像にハフ変換演算を施して画像内に写った前記各マーカー１７１のリング形状を検出する手段と、検出されたリング形状の各半径に基づいて、当該リング形状の各中心から前記撮像装置１２２の撮像レンズ主面までの距離を検出する手段と、前記３枚以上のマーカー１７１について検出された各リング中心から前記撮像レンズ主面までの各距離に基づいて、床面と前記撮像レンズ主面との傾き角を検出することにより前記センサユニットの取付角をソフトウェア的に補正する手段、とを有することを特徴とするベッド見守り装置。
【請求項３】
特許請求の範囲第１項または第２項記載のベッド見守り装置であって、前記センサユニット１１５内に取り付けられた赤外線輝点アレイ投光器１２５により見守りの対象となる室内に投影された全ての輝点に対し、各投影輝点のｘｙｚ座標を求める手段と、ｘｙ平面上全ての格子点でのｚ座標を表示する高さ分布画像である高さマップを取得する手段を有することを特徴とするベッド見守り装置。
【請求項４】
特許請求の範囲第３項記載のベッド見守り装置であって、既知半径のリング形状と当該リング形状内部にベッド特有の記号が描かれた札状のベッドマーカー１８１を見守りの対象となる室内に置かれたベッド上任意の位置に１枚以上配置し、前記センサユニット１１５内に取り付けられたＬＥＤ拡散光照明器１２１によるＬＥＤ拡散光の照明下で前記センサユニット内取り付けられた撮像装置１２２によって当該室内全体の画像を撮影し、該撮像装置１２２で取得された画像にハフ変換演算を施して画像内に写った前記マーカーのリング形状を検出し、該リング形状の各中心から前記撮像装置１２２の撮像レンズ主面までの距離を取得すると同時にリング形状内に描かれた記号をパターン認識することによってベッドマーカーを検出する手段と、さらに取得されたベッドの高さを前記高さマップと既知のベッドサイズ（縦横の長さ）を参照することによって、ベッドが置かれた位置とベッドの高さを特定する手段、とを有することを特徴とするベッド見守り装置。
【請求項５】
特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載のベッド見守り装置であって、見守り対象となる室内に置かれたベッド以外の家具を検出し、特定したい家具上に１枚以上、既知半径のリング形状と当該リング形状内部に家具ごとに異なる特定の記号が描かれた特定家具マーカー１９１を配置し、前記センサユニット１１５内に取り付けられたＬＥＤ拡散光照明器１２１によるＬＥＤ拡散光の照明下で前記撮像装置１２２によって当該室内全体の画像を撮影し、取得された画像にハフ変化演算を施して画像内に写った前記特定家具マーカー１９１のリング形状を検出し、当該リング形状の各中心から前記撮像装置１２２の撮像レンズ主面までの距離を取得すると同時にリング形状内に描かれた記号を認識することによって各特定家具マーカー１９１を検出する手段と、さらに取得された各特定家具マーカーの高さを前記高さマップ内から、同じｚ座標を持つ格子点の集合が整合度最大となる領域を探索することによって、当該特定家具の位置を特定する手段、とを有することを特徴とするベッド見守り装置。
【請求項６】
特許請求の範囲第４項記載のベッド見守り装置であって、前記高さマップに関連し、ベッドの上、および、周辺に人がいない状態で得られた高さマップである基準マップを参照し、任意の時刻において、赤外線輝点アレイ投光器１２５により投光された輝点群に対して求められた各投影輝点のｘｙｚ座標から、ｚ座標値が前記基準マップから別に定める所定値を超すずれがある輝点の部分集合を抽出する手段と、当該抽出された輝点の部分集合と等価の慣性モーメントを有する楕円を求める手段と、当該楕円によって囲まれる領域内に存在する各輝点に対して３次元座標を求める手段と、当該楕円によって囲まれる領域内に存在する輝点群のｘｙｚ座標の代表値を求める手段、とを有することによって見守りの対象となる室内に存在する被介護者を検出することを特徴とするベッド見守り装置。
【請求項７】
特許請求の範囲第６項記載のベッド見守り装置であって、前記楕円によって囲まれる領域内に存在する輝点群の代表値のｘｙ座標が前記ベッド領域に含まれ、かつｚ座標値が別に定める特定の値を超す値となったときに、被介護者が危険状態にあると判定する手段、を有することを特徴とするベッド見守り装置。
【請求項８】
特許請求の範囲第６項記載のベッド見守り装置であって、前記楕円によって囲まれる領域内に存在する輝点群の代表値のｘｙ座標が前記ベッド領域から外れ、かつｚ座標値が別に定める特定値以下となったときに、被介護者がベッドから転落した状態にあると判定する手段、を有することを特徴とするベッド見守り装置。
【請求項９】
特許請求の範囲第６項記載のベッド見守り装置であって、前記楕円によって囲まれる領域内に存在する輝点群のｘｙｚ座標の代表値が前記ベッド領域及び別途前記ベッド領域周辺に設定した緩衝領域の外に出た場合、被介護者が離床したと判定する手段を有することを特徴とするベッド見守り装置。
【請求項１０】
特許請求の範囲第６項記載のベッド見守り装置であって、当該輝点群のＸＹＺ座標の代表値の時系列移動履歴から、またはマイクロ波ドップラーセンサ１２４から取得される信号波形の分析から、の少なくとも一方から、対象者の悶え、もがき、のたうち、頻繁な寝返りの状態を判定する手段、を有することを特徴とするベッド見守り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は，人の安全確認のための警報技術に関する。本発明は、福祉見守り分野において、認知症患者を含む高齢者を介護する施設を対象とし、原則として夜間、ベッドに就寝している被介護者を見守る装置に関するものである。また、見守る空間は被介護者用個室内に設置されたベッドの上とその周辺領域を想定している。
【背景技術】
【０００２】  夜間の高齢者介護施設では、多くの被介護者用居室を受持つ介護士の負担が大きく、それが不慮の事故発生の要因ともなっている。一人の介護士が、移動時間も入れて１室３分で各室を巡回するとするものとする。仮にその介護士の担当が１５室あるとすると、全室を見回るのに最低４５分を要し、１部屋については４２分間が「空白の時間帯」ということになってしまう。【０００３】  不幸な事故というのは得てしてそのような時間帯に起きるものである。本ベッド見守り装置は、そのような「空白の時間帯」を介護者に代わって見守り、異常事態発生の際には遅滞なく他所に居る担当の介護士にその旨通報する機能を有するものである。勿論この装置は、一般の家庭環境においても使用可能である。【０００４】  本技術の背景は、以下に示す特許文献１、２に開示されているパターン投影法による３次元物体形状計測にあり、本発明の装置では対象空間への赤外線輝点アレイ照射と三角測量法による各輝点の移動量計測により、対象空間内の物体の位置と形状を取得する手法がその基本原理を形成している。【０００５】  従来から、被介護者のベッドでの起床を判断するセンサや、被介護者がベッドから床へ移動したことを検知するセンサ、あるいは、被介護者の転倒を検知するセンサが開発されている。【０００６】  特許文献３には、室内を、ベッド領域、ベッドサイド領域、それに、床領域に区画して、それぞれの領域に対応して設定された基準高さと、３次元距離検知手段を用いて獲得された被介護者の高さ方向情報とを比較することにより、各領域内での被介護者の状態を判断し、状況に応じて、外部に通報することを特徴とするベッド及び室内の見守りシステムが提案されている。【０００７】  特許文献４には、ステレオカメラ等で取得された、被介護者の撮影画像から抽出された３次元人物領域情報を用いて、領域の高さ、幅、奥行き情報、および、それらの組み合わせによる特徴量を算出し、被介護者の姿勢を判断する装置が提案されている。【０００８】  特許文献５には、人の膝の高さより下に設置され、画像内に床面が写るように設置されたカメラで撮像された動画像に対して計算されたオプティカルフローに基づいて、被介護者の転倒を検知する装置が提案されている。【０００９】  特許文献３の発明では、被介護者のベッドでの起床、ベッドからの離床、ベッドからの転落、ベッドサイドでの転倒、床面上での転倒を判断し、必要に応じて、外部にその状況通報を行うことが可能である。【００１０】  しかしながら、特許文献３においては、前もって、各見守り領域（ベッド領域、ベッドサイド領域、床領域）において、別個に、対象とする領域に被介護者がいない状態での３次元距離データを計測し、各領域での高さ方向データを登録する必要がある。したがって、初期設定の手間がかかること、また、室内のレイアウト変更（ベッドの移動など）に簡単に対応できないという問題がある。【００１１】  特許文献４の発明では、被介護者の転倒等の挙動の発生を検知することが可能である。しかしながら、室内の領域情報が獲得できないため、ベッドの上で横たわるというような挙動も「転倒」として判定される可能性がある。被介護者の姿勢だけなく、室内の形状、ベッド���どの家具の位置をも組み合わせた判定をしない限り、被観測者が真に危険な状況にあるか否かを判断することはできない。【００１２】  特許文献５の発明では、カメラの設置について、「人の膝の高さより下に設置され、画像内に床面が写る」という場所に制限されるため、カメラの死角領域内で発生した、被介護者の転倒が検知できないという問題がある。したがって、一つの部屋に複数台のカメラを設置することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第４７３８８８８号公報
【特許文献２】特許第４６６８６８４号公報
【特許文献３】特許第５６４８８４０号公報
【特許文献４】特開２００８−１４６５８３号公報
【特許文献５】特許第４４１５８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】  本発明は、上述した従来の技術が有する問題点を解決し、見守り対象のベッドの上の天井にコンパクトな装置１台を設置するだけで、そのベッドの上、あるいは、ベッド周辺で発生した被介護者の生命や健康に関わる不測の事態を漏れなく検出し、遅滞なく介護者に通報できる装置を実現することにある。【００１５】  加えて、介護作業の中で、介護者がベッドの位置や高さを変えることがあるため、ベッド見守り装置としては、見守り対象のベッドの位置や高さの変化に容易に対応できることが望まれている。【００１６】  また、本発明は、以下の三条件の充足を念頭に創案されたものとなっている。【００１７】○  本装置の使用開始及び使用中、介護者に求める操作は単純なものにし、誤操作が生じないようなものにすること。
○  本装置の被介護者用居室への取付けや移動が、簡単かつ短時間で済むようなものとし、取付作業者に特別な技能や知識を求めないこと。
○  取付け後に狂いが生じにくい構造とし、定期的なメンテナンスも光学レンズ表面のクリーニング程度の極簡単な作業で済むようにすること。【００１８】  猶、本装置は、強度の太陽の直接光及び間接光入射がある部屋、白熱電球が点灯している部屋での使用は不向きである。ただし、日中であっても、遮光カーテンなどで太陽光を完全に遮断することができ、白熱電球照明がなければ使用できることがある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】  上記の課題を解決するため、本発明では、本ベッド見守り装置は、ベッドの上、および、その周辺の情報を取得・処理するセンサユニットとセンサユニットが発する通報の介護者や家族（以下、「介護者」という。）への伝達と、センサユニットへのコマンド信号送信を行う情報送受信ユニット（タブレットまたはスマートフォン）によって構成され、当該センサユニットは、制御／電源部、演算処理部、記憶部、情報送受信部を内包する電気・電子ブロックと、データ取得部を構成する光学ブロックの二層構造から成り、当該光学ブロックは赤外線輝点アレイ投光器、赤外線輝点を撮像する撮像装置、ＬＥＤ拡散光照明器、被介護者の動きを捉えるマイクロ波ドップラーセンサ、および装置の設置状態を担保する水準器を具備する。【００２０】  上記のベッド見守り装置であって、見守り対象となる室内の床上任意の位置に既知半径を有するリング形状のみが描かれた３枚以上の札状床検出用マーカー（以下、「床マーカー」という。）を配置し、当該センサユニット内に取り付けられたＬＥＤ拡散光照明器によるＬＥＤ拡散光の照明下で同じく当該センサユニット内に取り付けられた撮像装置によって当該室内全体の画像を撮影し、取得された画像にハフ変換演算を施して画像内に写った当該各マーカーのリング形状を検出する手段と、検出されたリング形状の各半径に基づいて、当該リング形状の各中心から撮像レンズ主面までの距離を検出する手段と、３枚以上の床検出用マーカーについて検出された各リング中心から撮像レンズ主面までの各距離に基づいて、床面と撮像装置の撮像レンズ主面との傾き角を検出することにより当該センサユニットの取付角をソフトウェア的に補正する手段、とを有することを特徴とするベッド見守り装置である。【００２１】  上記のベッド見守り装置であって、当該センサユニット内に取り付けられた赤外線輝点アレイ投光器により見守りの対象となる室内に投影された全ての輝点に対し、各投影輝点のｘｙｚ座標を求める手段と、ｘｙ平面上全ての格子点でのｚ座標を表示する高さ分布画像（以下、「高さマップ」という。）を取得する手段を有することを特徴とするベッド見守り装置である。【００２２】  上記のベッド見守り装置であって、既知半径のリング形状と当該リング形状内部にベッド特有の記号が描かれた札状のベッド検出用マーカー（以下、「ベッドマーカー」という。）を見守りの対象となる室内に置かれたベッド上任意の位置に１枚以上配置し、当該センサユニット内に取り付けられたＬＥＤ拡散光照明器によるＬＥＤ拡散光の照明下で同じく当該センサユニット内に取り付けられた撮像装置によって当該室内全体の画像を撮影し、取得された画像にハフ変換演算を施して画像内に写った当該マーカーのリング形状を検出し、当該リング形状の各中心から撮像レンズ主面までの距離を取得すると同時にリング形状内に描かれたベッド特有の記号をパターン認識することによってベッドマーカーを検出する手段と、さらに取得されたベッドの高さを前記高さマップと既知のベッドサイズ（縦横の長さ）を参照することによって、ベッドが置かれた位置とベッドの高さを特定し、ベッド領域を取得する手段、とを有することを特徴とするベッド見守り装���である。【００２３】  上記のベッド見守り装置であって、見守り対象となる室内に置かれた車椅子や介護トイレ等ベッド以外に検出・特定したい家具上に１枚以上、既知半径のリング形状と当該リング形状内部に家具ごとに異なる特定の記号が描かれた札状の特定家具検出用マーカー（以下、「特定家具マーカー」という。）を配置し、当該センサユニット内に取り付けられたＬＥＤ拡散光照明器によるＬＥＤ拡散光の照明下で同じく当該センサユニット内取り付けられた撮像装置によって当該室内全体の画像を撮影し、取得された画像にハフ変換演算を施して画像内に写った当該各マーカーのリング形状を検出し、当該リング形状の各中心から撮像レンズ主面までの距離を取得すると同時にリング形状内に描かれた記号を認識することによって各家具マーカーを検出する手段と、さらに取得された各家具マーカーの高さを前記高さマップ内から、同じｚ座標を持つ格子点の集合が整合度最大となる領域を探索することによって、当該家具の位置を特定する手段、とを有することを特徴とするベッド見守り装置である。【００２４】  上記のベッド見守り装置であって、高さマップに関連し、ベッドの上、および、周辺に人がいない状態で得られた高さマップ（以下、「基準マップ」という。）を参照し、任意の時刻において、赤外線輝点アレイ投光器により投光された輝点群に対して求められた各投影輝点のｘｙｚ座標から、ｚ座標値が基準マップから別に定める所定値を超すずれがある輝点の部分集合を抽出する手段と、当該抽出された輝点の部分集合と等価の慣性モーメントを有する楕円を求める手段と、当該楕円によって囲まれる領域内に存在する各輝点に対して３次元座標を求める手段と、当該楕円によって囲まれる領域内に存在する輝点群のｘｙｚ座標の代表値を求める手段、とを有することによって見守りの対象となる室内に存在する人体を検出することを特徴とするベッド見守り装置である。【００２５】  上記のベッド見守り装置であって、当該楕円によって囲まれる領域内に存在する輝点群の代表値のｘｙ座標が前記ベッド領域に含まれ、かつｚ座標値が別に定める特定の値を超す値となったときに、人が危険状態にあると判定する手段、を有することを特徴とするベッド見守り装置である。【００２６】  上記のベッド見守り装置であって、当該楕円によって囲まれる領域内に存在する輝点群の代表値のｘｙ座標が当該ベッド領域から外れ、かつｚ座標値が別に定める特定値以下となったときに、人がベッドから転落した状態にあると判定する手段、を有することを特徴とするベッド見守り装置である。【００２７】  上記のベッド見守り装置であって、当該楕円によって囲まれる領域内に存在する輝点群のｘｙｚ座標の代表値が当該ベッド領域及び別途当該ベッド領域周辺に設定した緩衝領域の外に出た場合、人が離床したと判定する手段を有することを特徴とするベッド見守り装置である。【００２８】  上記のベッド見守り装置であって、当該輝点群のＸＹＺ座標の代表値の時系列移動履歴から、またはマイクロ波ドップラーセンサによって取得される信号波形の分析から、の少なくとも一方から、悶え、対象者のもがき、のたうち、頻繁な寝返りの状態を判定する手段、を有することを特徴とするベッ���見守り装置である。【００２９】  本発明の効果は、見守り対象のベッドの上の天井に本ベッド見守り装置１台を取付けるだけで、そのベッドの上、および、周辺で発生した被介護者の生命や健康状態に関わる不測の事態を被介護者のプライバシーを侵害することもなく検出し、遅滞なく介護者に通報できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】は本発明のベッド見守り装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】は本発明のベッド見守り装置を構成するセンサユニットの構造を示す斜視図である。
【図３】はセンサユニットを構成する投光器の照射範囲を示す居室の平面図である。
【図４】は第３図に示した居室のベッドの中心線１３１に沿った断面図である。
【図５】は本発明のベッド見守り装置の演算処理全体のフローを示すフロー図である。
【図６】は床検出用マーカー、ベッドマーカー、特定家具マーカーの動作概要を示すフロー図である。
【図７】は床検出用マーカーパターン１７１、ベッドマーカーパターン１８１、特定家具マーカーパターン１９１の例を示す平面図である。
【図８】はベッドの上、および、周辺で撮像されたＬＥＤ照明画像の例を示す説明図である。
【図９】は図８に示したＬＥＤ照明画像から検出されたエッジを示すエッジ画像の説明図である。
【図１０】は図９に示したエッジ画像に対して、ハフ変換を施すことによって検出されたリング形状を示す説明図である。
【図１１】は図１０で示したベッドマーカー２１１と２１４のリング内部パターンおよび特定家具マーカー２１６と２１７のリング内部パターンを示す平面図である。
【図１２】は居室内で取得された輝点投影画像の例を示す説明図である。
【図１３】は撮像レンズ主面からの距離が既知の平面に赤外線輝点アレイを投影した基準輝点画像の例を示す説明図である。
【図１４】は赤外線輝点アレイ投光器により投光された輝点群の高さ分布画像である「高さマップ」の例を示す説明図である。
【図１５】はベッドの上、および、ベッド周辺に人がいない状態で得られた高さマップである「基準マップ」を参照して、ベッドマーカーによって計算されたベッド高さを持つ点群の例を示す説明図である。
【図１６】は図１５に示した点群から検出されたベッドに対応する矩形領域２０３を示す説明図である。
【図１７】は図１５に示した点群から検出された家具に対応する領域２０４を示す説明図である。
【図１８】はある時刻において、赤外線輝点アレイ投光器により投光された輝点群の高さを表す画像の例を示す説明図である。
【図１９】は図１８に示した輝点において、基準マップと比較して、ｚ座標が所定値以上のずれを持つ輝点を示す説明図である。
【図２０】は図１９に示した輝点の集合に対する慣性等価楕円を示す説明図である。
【図２１】は被介護者の動線２４１と、現在の位置２４２の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】  以下、本発明を実施するための形態を本発明に係る一実施例の実施形態に沿って、図面を参照しながら説明する。
【００３２】  図１は本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。本ベッド見守り装置は、制御／電源部１１１、演算処理部１１２、記憶部１１０、情報送受信部１１３、データ取得部１１４からなるセンサユニット１１５と、センサユニット１１５からの通報の介護者や家族（以下、「介護者」という。）への伝達と、センサユニットへのコマンド送信を行う情報送受信ユニット１１６（タブレットまたはスマートフォン等）によって構成される。
【００３３】  図２はベッド見守り装置を構成するセンサユニットの構造を示す斜視図である。センサユニット１１５は、制御／電源部１１１、演算処理部１１２、記憶部１１０、情報送受信部１１３を内包する電気・電子ブロック１１７と、データ取得部１１４を構成する光学ブロック１１８との二層構造から成る。センサユニットの大きさは、底面が１５０ｍｍ×１５０ｍｍ程度、高さが１５０ｍｍ程度であり、形状は立方体形状または円筒形状である。センサユニット１１５には、赤外線透過フィルタから成るカバー１２６、および、情報送受信ユニット１１６（タブレットまたはスマートフォン等）との通信を行うＷｉＦｉ子機１２７が取り付けられる。また、光学ブロック１１８は、以下に説明する投光器１２５、ＬＥＤ（発光ダイオード）拡散光照明器１２１、撮像装置１２２、水準器１２３、マイクロ波ドップラーセンサ１２４によって構成される。
【００３４】  猶、見守り対象となる、被介護者が使用する部屋（以下、「居室」という。）においては、センサユニットをベッドの上の天井に設置する。また、撮像装置１２２の撮像レンズ主面が床面に対して水平になるように、センサユニットを取り付ける必要があり、内蔵の水準器１２３を使って装置の水平を担保して設置する。
【００３５】  投光器として、居室内に、約２，０００本の赤外線レーザービーム１３２を正方格子状に投光する１器の「輝点アレイ投光器」１２５（以下、「投光器」という。）をセンサユニット１１５内に配することによって、居室の平面図（図３）および図３に線分１３１で示した部分の断面図（図４）とに示したように、ベッドの上とその周辺に約２，０００点の赤外線輝点群を投影できるようにする。
【００３６】  ＬＥＤ（発光ダイオード）拡散光照明器１２１として、センサユニット内撮像装置１２２近傍に、居室の床面１３３の検出、および、居室内に置かれたベッド１３４の検出、および、居室内に置かれた車椅子や介護トイレ等のベッド以外に特定したい家具の検出のために、投光器１２５に使用するＬＤ（レーザーダイオード）と同波長の近赤外光を発するＬＥＤ照明器１２１を配置し、居室全体が照明されるように配置する。
【００３７】  撮像装置１２２は、１器の投光器１２５によって居室内に投影された輝点群、および、ＬＥＤ（発光ダイオード）拡散光照明器１２１によって近赤外光が照明された状態の居室内を撮像するため、図２に示すごとく、センサユニット中央部に１器の撮像装置（ＣＣＤカメラ等）１２２を配す。
【００３８】  撮像装置１２２により取得されるフレームデータは、本ベッド見守り装置を居室内に設置する際には、ＬＥＤ拡散光照明器１２１から近赤外光が照明された状態で取得された居室内全体の画像であり、設置の完了後、見守りが動作中の場合には、投光器１２５から赤外線輝点アレイを投光した状態で取得された居室内全体の画像である。
【００３９】  水準器１２３はセンサユニットの設置作業（居室床面に水平に取付ける作業）を容易にするため、センサユニット内の視認性の良い位置に図２に示すごとく水準器１２３を取付ける。
【００４０】  マイクロ波ドップラーセンサ１２４は、マイクロ波を被介護者に放射し、その送信波の周波数と、対象物体の表面からの反射波の周波数の差である、ドップラー周波数に応じた電気信号を出力するセンサである。被介護者が動いている場合に生ずるドップラー効果による反射波の周波数変化を用いて、被介護者の体動、および、呼吸や心拍に伴う体表面の微小な動きを測定する。なお、マイクロ波ドップラーセンサ１２４は、撮像装置１２２、投光器１２５、または、ＬＥＤ拡散光照明器１２１と同期して動作する必要はない。
【００４１】  情報送受信ユニット１１６：センサユニット１１５からの通報の受取りには、市販のタブレットやスマートフォンを用いる。これらが有する機能として、情報送受信部１１９では、センサユニット１１５からの各種通報（ベッド上危険状態、ベッドからの転落、離床、悶え・もがき・のたうち・頻繁な寝返り、など）の受信とセンサユニット１１５へのコマンド送信（見守りセットアップ等）を行い、表示・操作部１２０では、情報送受信部１１９で受信した各種情報の表示及び、情報送受信部１１９から発信するコマンドの設定を行う。
【００４２】  装置が具備する機能（ソフトウェア）：図５に演算処理部１１２において動作する演算処理全体のフローを示す。本装置は、（１）床、ベッド、特定家具の検出１４１、（２）高さマップの計算１４２、（３）ベッドと特定家具の位置の検出１４３、（４）呼吸・体動検知１４４、（５）人体検出１４５、（６）ベッド上危険状態検知１４６、（７）ベッドからの転落検知１４６、（８）離床検知１４６、（９）悶え・もがき・のたうち・頻繁な寝返りの検知１４６、の機能を含む。
【００４３】（１）床、ベッド、家具の検出：
本ベッド見守りシステムを見守り対象となる居室内に設置する際に、居室内の床面とセンサとの距離、および、居室内に置かれたベッド面とセンサとの距離、および、居室内に置かれた車椅子やポータブルトイレ等のベッド以外に検出・特定したい家具の上面とセンサとの距離を自動計測する。図６に処理フローを示す。
【００４４】  （ｉ）見守り対象となる居室内の床上の障害物が無い場所に、図７に示すような「リング形状」が描かれた「床検出用マーカー」１７１を適宜３枚以上配置する。
（図６ステップ６０２）なお、床検出用マーカー１７１においては、リングの内部は空白である。
【００４５】  また、掛布団などの夜具を取り除いたベッド上には、図７に示すようにリング内に、たとえば、アルファベット大文字「Ｂ」のパターンが描かれた「ベッドマーカー」１８１を適宜１枚以上置く。
【００４６】  また、車椅子やポータブルトイレ等のベッド以外に検出・特定したい家具に対しては、図７に示すようにリング内に、たとえば、アルファベット大文字「Ｈ」のパターンが描かれた「特定家具マーカー」１９１を、各々の家具の上面に１枚ずつ置く。
【００４７】  以下では、「床検出用マーカー」１７１、「ベッドマーカー」１８１、「特定家具マーカー」１９１を総称して、「高さ検出用マーカー」１７２という。高さ検出用マーカー１７２においては、リング形状の半径Ｒ［ｍｍ］は、別途決められた値（たとえば、１５ｃｍ）に固定されている。高さ検出用マーカー１７２は、システムの設置作業終了後に撤去する。
【００４８】  （ｉｉ）ＬＥＤ（発光ダイオード）拡散光照明器１２１から近赤外光が発せられた状態で、見守り対象の居室内全体を撮像装置１２２により撮像した、図８に示すようなデジタル画像信号（以下、「ＬＥＤ照明画像」と呼ぶ）２０１を取得する。（図６ステップ６０３）
【００４９】  （ｉｉｉ）ＬＥＤ照明画像２０１からエッジを検出する。（図６ステップ６０４）図９は、図８のＬＥＤ照明画像２０１から検出されたエッジを示したエッジ画像２０２である。
【００５０】  このエッジ画像２０２にハフ変換による円の検出演算を施し、エッジ画像２０２に含まれるリング形状を抽出する。（図６ステップ６０５）
【００５１】  別途定められている、センサを設置する天井の高さの最大値と最小値を、それぞれ、ＨｍａｘとＨｍｉｎ（たとえば、Ｈｍａｘ＝２５００ｍｍ、Ｈｍｉｎ＝１９００ｍｍ）、また、マーカーに描かれたリング形状の半径をＲ［ｍｍ］、光学系の焦点距離をＦ［ｍｍ］、受光素子のサイズをＳ［ｍｍ］とすると、エッジ画像２０２上で検出する円の半径の範囲を、最小Ｒ・Ｆ／（Ｈｍａｘ・Ｓ）［ｐｉｘｅｌ］、最大Ｒ・Ｆ／（Ｈｍｉｎ・Ｓ）［ｐｉｘｅｌ］のように制限できる。
【００５２】  たとえば、図１０に示した斜線部分（高さ検出用マーカー２１１、高さ検出用マーカー２１２、高さ検出用マーカー２１３、高さ検出用マーカー２１４、高さ検出用マーカー２１５、高さ検出用マーカー２１６、高さ検出用マーカー２１７、総称する場合は高さ検出用マーカー１７２）が、図９に示したエッジ画像２０２からハフ変換によって検出されたリング形状である。ハフ変換による円の検出演算の結果として、撒かれた各々の床面上マーカーについて、その中に描かれたリング形状の半径ρ’［ｐｉｘｅｌ］と中心位置の画像座標（α’［ｐｉｘｅｌ］，β’［ｐｉｘｅｌ］）が求められる。（図６ステップ６０６）
【００５３】  （ｉｖ）次に、各々の高さ検出用マーカー１７２について、ハフ変換によって求められた半径と中心位置を高い精度で計算する。半径ρ’［ｐｉｘｅｌ］と中心（α’［ｐｉｘｅｌ］，β’［ｐｉｘｅｌ］）を持つ円周付近に存在するエッジ画素、すなわち、εを別途決めた閾値として、
【数１】
2018117331.tif 000003
を満たすエッジ画素（ｘｉ［ｐｉｘｅｌ］，ｙｉ［ｐｉｘｅｌ］）、ｉ＝１，２，・・・・，Ｍ（Ｍは数式１で表される集合に属するエッジ画素の個数）に対して、円の方程式
【数２】
2018117331.tif 000004
を最小二乗法によりフィッティングすることにより、リング形状の半径ρ［ｐｉｘｅｌ］と中心の画像座標（α［ｐｉｘｅｌ］，β［ｐｉｘｅｌ］）をサブピクセルの精度で計算する。
【００５４】  すなわち、評価関数Ｊ（ａ，ｂ，ｃ）
【数３】
2018117331.tif 000005
を最小化するａ，ｂ，ｃの値を最小二乗法により計算し、リング形状の半径ρ［ｐｉｘｅｌ］と中心の画像座標（α［ｐｉｘｅｌ］，β［ｐｉｘｅｌ］）を、次式により求める：
【数４】
2018117331.tif 000006
【００５５】  Ｘ’Ｙ’平面（Ｚ’＝０）が撮像レンズ主面に一致し、Ｚ’軸が主点を通る光軸に一致するようなＸ’Ｙ’Ｚ’座標系を「カメラ座標系」として定める。各高さ検出用マーカーに対して、求められたリング形状の半径ρ［ｐｉｘｅｌ］を用いて、リングの中心から撮像レンズ主面までの距離（リングの中心と、リングの中心から撮像レンズ主面に下した垂線の足との距離）Ｈ［ｍｍ］を次式で計算する：（図６ステップ６０７）
【数５】
2018117331.tif 000007
高さ検出用マーカー１７２の中心のカメラ座標（ｘ’［ｍｍ］，ｙ’［ｍｍ］，ｚ’［ｍｍ］）は、次式により求められる：
【数６】
2018117331.tif 000008
【００５６】  高さ検出用マーカー１７２の各々について、リングの内部にある画素を輝度により二値化する。図１１（ａ）は、図１０の高さ検出用マーカー２１１と高さ検出用マーカー２１４のリング内部の二値化画像である。図１１（ｂ）は、図１０の高さ検出用マーカー２１６と高さ検出用マーカー２１７のリング内部の二値化画像である。二値化された後の黒画素の個数が別途定める閾値未満であれば、リングの内部が空白、すなわち、そのリングは「床検出用マーカー」１８１と判定する。さもなければ、内部の二値画像に対して、テンプレートマッチングなどの公知の方法を用いて、予め定めたパターン（たとえば、アルファベット大文字「Ｂ」、あるいは、「Ｈ」）が描かれているか、否かを判定する。判定結果に応じて、そのマーカーは「ベッドマーカー」１８１、あるいは、「特定家具マーカー」１９１、と識別する。（図６ステップ６０８）
【００５７】  このようにして、高さ検出用マーカー１７２を、「床検出用マーカー」１７１、あるいは、「ベッドマーカー」１８１、あるいは、「特定家具マーカー」１９１に識別することにより、撮像装置１１２の撮像レンズ主面と床面との距離、および、撮像レンズ主面とベッド面との距離、および、撮像レンズ主面と各々の家具の上面との距離が求められる。
【００５８】  （ｖ）床検出用マーカー１７１は、見守り対象となる居室内の床上に、最低３枚配置するので、各床検出用マーカー１７１の情報から計算されたＨ［ｍｍ］を使って、センサユニットの取り付け傾き角（以下、「傾き角」という。）を算出できる。（図６ステップ６０９）
【００５９】  床検出用マーカー１７１の個数をＮ、上記のように計算されたｉ番目（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）の床検出用マーカーの中心のカメラ座標を（Ａｉ［ｍｍ」，Ｂｉ［ｍｍ］，Ｈｉ［ｍｍ」）とする。最小二乗法によって
【数７】
2018117331.tif 000009
を最小にするような３つのパラメータａ，ｂ，ｃの値を計算すると、撮像レンズ主面上の任意の位置（カメラ座標）（Ｘ’［ｍｍ］，Ｙ’［ｍｍ］，０［ｍｍ］）と床面との距離Ｈ（Ｘ’，Ｙ’）［ｍｍ］が一次式
【数８】
2018117331.tif 000010
で表される。
【００６０】  床面と撮像レンズ主面とが平行であれば、ａ＝ｂ＝０，ｃ＝Ｈｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）  となる。一般に、床面と撮像レンズ主面との間の「傾き角」ψ［ｒａｄｉａｎ］は、次式で算出される：
【数９】
2018117331.tif 000011
【００６１】（ｖｉ）上記（ｖ）の結果を用い、居室内に居る被介護者や居室内にある物品（家具など）の居室床面からの高さ（以下、「床上高」という。）を求める。傾き角ψ［ｒａｄｉａｎ］が別途定める閾値未満であるときには、Ｈｉ［ｍｍ］（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）の平均値  Ｈ［ｍｍ］を取って、撮像レンズ主面と床面との距離とする。しかし、数式９の「傾き角」ψ［ｒａｄｉａｎ］が別途定める閾値を超えた場合、床面上に存在する被介護者や物品の床上高を、以下の段落００６５に記載する方法により補正する。
【００６２】（２）高さマップの計算
上記（１）−（ｉ）〜（ｖｉ）の結果を用いた「床上高」の算出は、次のように行う。赤外線輝点アレイを見守り対象となる居室内に投光した輝点投影画像を用いて、居室内の物体上、あるいは、被介護者上に投影された各輝点の３次元座標を計算する。特許文献１、あるいは、特開２００５−５９１２号公報に開示されているような公知の方法によると、居室内で取得された輝点投影画像（以下、「取得像」という）の他に、各輝点の３次元座標が既知であるような「基準輝点画像」（以下、「基準像」という）を用意し、取得像上の輝点と、基準像上の輝点との対応を取り、互いに対応する輝点の位置ずれから三角測量の原理によって、取得像上の輝点の３次元座標が計算できる。
【００６３】  本発明では、前もって、撮像装置１２２の撮像レンズ主面と平行で、主面との距離が既知の平面に赤外線輝点アレイを投影した輝点画像を取得し、各輝点の位置情報を記憶しておく。図１２は取得像の例、図１３は基準像の例である。
【００６４】  特許文献１、あるいは、特開２００５−５９１２号公報に開示されている方法を用いて、輝点投影画像において、輝点｛（ｘｉ［ｐｉｘｅｌ］，ｙｉ［ｐｉｘｅｌ］）：ｉ＝１，２，・・・，Ｍ｝（Ｍは輝点投影画像において抽出された輝点の個数）に対して、カメラ座標（Ｘ’ｉ［ｍｍ］，Ｙ’ｉ［ｍｍ］，Ｚ’ｉ［ｍｍ］）を計算する。Ｚ’座標は、撮像レンズ主面と輝点との距離を表す。
【００６５】  各輝点の床面からの高さは次のように算出される。傾き角ψ［ｒａｄｉａｎ］が別途定める閾値未満であるときには、前述の「床検出用マーカー」１８１の設置により求められている、撮像レンズ主面と床面との平均距離Ｈ［ｍｍ］とＺ’ｉ［ｍｍ］との差（Ｈ−Ｚ’ｉ）が、床上高Ｚｉ［ｍｍ］となる。閾値以上であるときには、撮像レンズ主面上の任意の位置（カメラ座標）（Ｘ’［ｍｍ］，Ｙ’［ｍｍ］，０［ｍｍ］）と床面との距離が数式８で表される一次式として求められているので、場所に応じて、床上高Ｚｉ［ｍｍ］は、次式で計算される：
【数１０】
2018117331.tif 000012
【００６６】  ここで、ＸＹ平面（Ｚ＝０）が床面に一致し、Ｘ＝Ｘ’，Ｙ＝Ｙ’，Ｚ＝Ｈ（Ｘ’，Ｙ’）−Ｚ’であるようなＸＹＺ座標系を「ワールド座標系」と定める。上記の計算手順に従って、各輝点の画像座標｛（ｘｉ［ｐｉｘｅｌ］，ｙｉ［ｐｉｘｅｌ］）：ｉ＝１，２，・・・，Ｍ｝に対応する３次元空間での点のワールド座標｛（Ｘｉ［ｍｍ］，Ｙｉ［ｍｍ］，Ｚｉ［ｍｍ］：ｉ＝１，２，・・・，Ｍ｝が求められる。また、高さ検出用マーカーの中心のワールド座標も、輝点の場合と同様に計算できる。
【００６７】  輝点のワールド座標を用いて、「高さマップ」を構築する。格子間隔をΔ［ｍｍ］（５０ｍｍから１００ｍｍ程度）として、ＸＹ座標を格子状に離散化する。格子点（ｘ［ｍｍ］，ｙ［ｍｍ］）（ただし、ｘ，ｙは、Δで割り切れる整数）の高さを表すＺ座標値ｚ（ｘ，ｙ）［ｍｍ］を、（ｘ，ｙ）との２次元ユークリッド距離（ワールド座標系におけるＸＹ平面上での距離）が最も近い輝点のＺ座標値（ワールド座標）に設定する。このようにして得られる３次元の点集合
【数１１】
2018117331.tif 000013
が「高さマップ」である。特に、ベッドの上、および、周辺に被介護者がいない状態で得られた高さマップを「基準マップ」１１５と呼ぶ。なお、「人がいない」状態であるか否かの判定は、以下の段落番号［００７８］〜［００８１］に記載する方法で行う。図１４は、上記の手順により計算された基準マップ１５１の例である。１５２は床上高を示すスケールを表す。
【００６８】（３）ベッドと家具の位置の検出
ベッドのサイズ（幅Ｗｂ［ｍｍ］と長さＬｂ［ｍｍ］、ただし、Ｗｂ＜Ｌｂ）は既知と仮定する。通常のシングルベッドの場合、Ｗｂは１０００ｍｍ程度、Ｌｂは２０００ｍｍ程度である。また、ベッドマーカーを用いて計算されているベッドの床面からの高さをＨｂ［ｍｍ］とする。基準マップから、ベッドに対応する領域を以下のようにして検出する。
【００６９】  基準マップにおいて、高さｚ（ｘ，ｙ）［ｍｍ］が、Ｈｂ−τ０［ｍｍ］以上、Ｈｂ＋τ１［ｍｍ］以下（ただし、τ０［ｍｍ］とτ１［ｍｍ］は別途定める定数）であるような格子点の部分集合Ｓｂを抽出する。
【数１２】
2018117331.tif 000014
【００７０】  図１５は、図１４に示した基準マップ１５１から抽出された、部分集合Ｓｂである。
ＸＹ平面上において、幅Ｌｂ、高さＷｂの矩形領域に対して、Ｓｂに属する点の部分集合との整合度が最大になる矩形領域の対頂点の位置を検出する。この検出方法として、以下に定義する２つの関数ｆ（ｘ，ｙ）とｇ（ｘ，ｙ）の相互相関ｒ（ｘ，ｙ）を計算する。
【数１３】
2018117331.tif 000015
2018117331.tif 000016
相互相関ｒ（ｓ，ｔ）は、フーリエ解析における「相互相関定理」と「パーセバルの定理」を用いることによって効率的に計算できる。ｆ（ｘ，ｙ）とｇ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換を、それぞれ、Ｆ（ｕ，ｖ）とＧ（ｕ，ｖ）とすると、ｒ（ｓ，ｔ）のフーリエ変換Ｒ（ｕ，ｖ）は、Ｆ（ｕ，ｖ）の複素共役Ｆ＊（ｕ，ｖ）と、Ｇ（ｕ，ｖ）の掛け算により、以下の数式で表される。
【数１４】
2018117331.tif 000017
Ｒ（ｕ，ｖ）の逆フーリエ変換を計算することによって、ｒ（ｓ，ｔ）が求められる。ｒ（ｓ，ｔ）が最大値をとる（ｓ０，ｔ０）が、ベッドの中心位置を表す。２点（ｓ０−Ｌｂ／２，ｔ０−Ｗｂ／２）と（ｓ０＋Ｌｂ／２，ｔ０＋Ｗｂ／２）を対頂点とする矩形がベッド領域に対応する。
【００７１】  また、画像処理で知られている、「積分画像（Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｉｍａｇｅ）の方法を、以下に記載するように応用することによって、ベッド領域を求めることもできる。
【００７２】  （ｘ＿ｍｉｎ［ｍｍ］，ｙ＿ｍｉｎ［ｍｍ］）を、すべての（ｘ［ｍｍ］，ｙ［ｍｍ］）∈Ｓｂに対して、ｘ＿ｍｉｎ≦ｘ，ｙ＿ｍｉｎ≦ｙで、かつ、ｘ＿ｍｉｎとｙ＿ｍｉｎが格子間隔Δで割りきれる整数と定める。まず、次のような二値画像１を作る。
【数１５】
2018117331.tif 000018
２点（ｘ＿ｍｉｎ［ｍｍ］，ｙ＿ｍｉｎ［ｍｍ］）と（ｘ＿ｍｉｎ＋ｉ・Δ［ｍｍ］，ｙ＿ｍｉｎ＋ｊ・Δ［ｍｍ］）（ｉ，ｊは整数）を対頂点とする矩形領域（境界と内部）に存在するＳｂの格子点の個数を格納した２次元配列をＪ［ｉ，ｊ］とする。Ｊ［ｉ，ｊ］の値は、次の漸化式によって計算できる。
【数１６】
2018117331.tif 000019
【００７３】  この２次元配列Ｊ［ｉ，ｊ］を用いて、幅Ｌｂ、高さＷｂの矩形の中で、部分集合Ｓｂに属する点を最も多く含む対頂点位置を次のように検出する。２点（ｘ＿ｍｉｎ＋ｉ・Δ［ｍｍ］，ｙ＿ｍｉｎ＋ｊ・Δ［ｍｍ］）と（ｘ＿ｍｉｎ＋ｉ・Δ＋Ｌｂ［ｍｍ］，ｙ＿ｍｉｎ＋ｊ・Δ＋Ｗｂ［ｍｍ］）を対頂点とする矩形の境界上、あるいは、内部に存在するＳｂに属する点の個数Ｋ［ｉ，ｊ］は、次の数式によって計算
2018117331.tif 000020
【数１７】
2018117331.tif 000021
Ｋ［ｉ，ｊ］が最大となるｉとｊの値に対応する、２点（ｘ＿ｍｉｎ＋ｉ・Δ［ｍｍ］，ｙ＿ｍｉｎ＋ｊ・Δ［ｍｍ］）と（ｘ＿ｍｉｎ＋ｉ・Δ＋Ｌｂ［ｍｍ］，ｙ＿ｍｉｎ＋ｊ・Δ＋Ｗｂ［ｍｍ］）を対頂点とする矩形が、幅Ｌｂ［ｍｍ］、高さＷｂ［ｍｍ］の矩形の中で、Ｓｂに属する点を最も多く含む対頂点の位置となる。
【００７４】  なお、上記の実施形態においては、基準マップから格子点の部分集合Ｓｂを抽出した後に、二値画像Ｉを計算したが、別の実施形態として、部分集合Ｓｂを抽出せずに、以下の数式１８で示すような多値画像Ｉを計算し、数式１６と数式１７によって計算されるＫ［ｉ，ｊ］が最大となるｉとｊの値を検出してもよい。
【数１８】
2018117331.tif 000022
数式１５で定義される二値画像Ｉは、数式１８で定義される多値画像をｅｘｐ（−１／２）で閾値処理したものである。
【００７５】  こうして求められた矩形がベッド領域に対応する。ベッド領域に含まれる高さマップＭｈの点群に、「ベッド」のラベルを付ける。図１６に示した矩形領域２０３が、図１５の点群から検出されたベッド領域である。また、ベッド検出マーカーを用いてベッドを検出した後に、ベッドの高さが変更された場合においても、変更後の高さがＨｂ−τ０［ｍｍ］以上、Ｈｂ＋τ１［ｍｍ］以下であれば、ベッド領域を正確に検出することが可能である。変更後のベッドの高さは、高さマップを参照して、たとえば、検出されたベッド領域に含まれる格子点のｚ座標値の平均値を計算することによって、特定することができる。
【００７６】  次に、特定家具マーカー１９１を用いて計算されている、見守り対象となる居室内に置かれた車椅子やポータブルトイレ等のベッド以外に検出・特定したい家具の上面の高さ情報を利用して、基準マップから家具に対応する領域を検出する。特定家具マーカー１９１がＮｆ個検出されており、それぞれのマーカーの床面からの高さをｈｉ［ｍｍ］（ｉ＝１，２，．．．，Ｎｆ）とする。ｉ番目の特定家具マーカー１９１に対して、高さｚ（ｘ，ｙ）［ｍｍ］が、ｈｉ−τ［ｍｍ］以上、ｈｉ＋τ［ｍｍ］以下（ただし、τ［ｍｍ］は別途定める定数）であり、かつ、ベッド領域に含まれない格子点の部分集合Ｓｆを抽出する。
【数１９】
2018117331.tif 000023
【００７７】  ベッドの位置の検出の場合と同様に、二値画像Ｉ（数式１５）を作り、その連結成分を抽出する。連結成分のそれぞれについて、その連結成分を構成する点の個数を計算すると、実際の介護用居室における物体の面積が概算できる。今、連結成分がｎ個の点から構成されているとすると、実際の介護用居室における物体の面積は、およそ、ｎ・Δ２［ｍｍ２］となる。この面積概算値と、車椅子や介護トイレなどの家具に対して別に定める面積との比が「整合度」である（値が１に近いほど整合度が良い）。整合度が別に定める値の範囲内（であれば、その連結成分に対応する高さマップＭｈの点群に、「家具」のラベルを付ける。図１７に示した領域２０４が、図１４の点群から検出された家具の領域である。
【００７８】（４）呼吸・体動検知
被介護者の呼吸と体動は、センサ内に仕込まれた「マイクロ波ドップラーセンサ」１２４で検知する．マイクロ波ドップラーセンサ１２４は、マイクロ波を対象物体に放射し、その送信波の周波数と、対象物体表面から反射波の周波数の差である、ドップラー周波数に応じた電気信号を出力するセンサである。物体が動いている場合に生ずるドップラー効果による反射波の周波数変化を用いて、体動、および、呼吸や心拍に伴う体表面の微小な動きを測定する。
【００７９】  直交検波方式を用いたドップラーセンサでは、以下の数式で表される、Ｉ信号とＱ信号を出力する。
【数２０】
2018117331.tif 000024
ここで、Ｄ（ｔ）は時間ｔにおけるセンサと物体との距離を表し、ＡＩ（ｔ）とＡＱ（ｔ）は、それぞれ、Ｉ信号とＱ信号と振幅、λは波長、φは初期位相である。数式２１に示すように、信号の位相変化Δφは、センサと物体との距離変化に比例する。
【数２１】
2018117331.tif 000025
また、瞬時振幅Ａ（ｔ）は以下の数式２２で表される。
【数２２】
2018117331.tif 000026
【００８０】  ドップラーセンサ１２４の出力には、体動、呼吸運動、それに、心拍に起因する信号が混在している。成人の場合、呼吸の周波数は、０．２〜０．４Ｈｚであるので、数式２０で表される出力信号に、バンドパスフィルタを適用することにより、呼吸成分を抽出できる。また、０．２Ｈｚ以下を通過させるようなローパスフィルタを適用することにより、体動成分を抽出できる。
【００８１】  出力信号から上記のローパスフィルタとバンドパスフィルタによって抽出され、体動成分信号と呼吸成分信号に対して、数式２２で表される瞬時振幅を計算する。もし、どちらの信号についても、瞬時振幅が別途定められた閾値を下回る場合に、「生体活動が検出されない」と判断する。どちらか一方の、あるいは、両方の信号について、瞬時振幅が別途定められた閾値を上回る場合は、「生体活動が検出されている（人がいる）」と判断する。「生体活動が検出されない（人がいない）」状態が、別途定められた時間以上連続する場合には、必要に応じて、介護者に警告を発する。
【００８２】（５）人体検出
図５に示す人体検出ブロック１４５のフローで、Ｊ番目（Ｊ≧１）のフレームの輝点投影画像を取得する。各輝点の画像座標｛（ｘｉ［ｐｉｘｅｌ］，ｙｉ［ｐｉｘｅｌ］）：ｉ＝１，２，・・・，Ｍ｝（Ｍは輝点投影画像から抽出された輝点の個数）に対して、段落番号［００６４］から［００６６］に記載した計算手順に従って、３次元空間での点のワールド座標｛（Ｘｉ［ｍｍ］，Ｙｉ［ｍｍ］，Ｚｉ［ｍｍ］：ｉ＝１，２，・・・，Ｍ｝を計算する。図１８は、Ｊ番目（Ｊ≧１）のフレームの輝点の位置（ＸＹ座標）と床上高（Ｚ座標）の例である。
【００８３】  基準マップを参照して、Ｚ座標値が基準マップから別に定める所定値を超すずれがある輝点を、人体表面に投影された輝点として抽出する。具体的には、ｉ番目の輝点のワールド座標（Ｘｉ［ｍｍ］，Ｙｉ［ｍｍ］，Ｚｉ［ｍｍ］）に対して、基準マップにおけるＸＹ平面上の格子点（ｒｏｕｎｄ（Ｘｉ／Δ）・Δ［ｍｍ］，ｒｏｕｎｄ（Ｙｉ／Δ）・Δ［ｍｍ］）（ただし、ｒｏｕｎｄ（ｘ）は実数ｘの四捨五入）におけるＺの値ｚ（ｒｏｕｎｄ（Ｘｉ／Δ）・Δ，ｒｏｕｎｄ（Ｙｉ／Δ）・Δ）（以下、Ｚｍとする）とＺｉを比較し、Ｚｉ［ｍｍ］＞δ＋Ｚｍ［ｍｍ］（δ［ｍｍ］は別途定める定数）となる輝点を、人体表面に投影された輝点とする。なお、定数δ［ｍｍ］は、先に検出されているベッド領域の内外に応じて、別個の値を用いてもよい。
【００８４】  上記の処理で抽出された、人体表面に投影された輝点の集合を
【数２３】
2018117331.tif 000027
とする（ＮｐはＺｉ［ｍｍ］＞δ＋Ｚｍ［ｍｍ］を満たす輝点の個数）。図１９は、図１８の輝点群から抽出された、人体表面に投影された輝点の例である。
【００８５】  この輝点集合Ｐについて、以下に記載する方法を用いて、ＸＹ平面上での「慣性等価楕円」を計算する。「慣性等価楕円」とは、該点集合と等価のモーメントを持つ楕円（周囲と内部）である。慣性等価楕円の内部を以て人体領域（ＸＹ平面上の領域）、および、慣性等価楕円の内部に含まれる輝点群の重心（３次元座標）を以て人体の位置とする。図２０に、図１９に示した輝点群に対して計算された慣性等価楕円２２１を示す。
【００８６】  「慣性等価楕円」２２１は次のようにして求める。まず、数式２３で定義された点集合に対して、（ｐ，ｑ）次のモーメントＭｐｑは、
【数２４】
2018117331.tif 000028
と定義される。
【００８７】  一般に、楕円の周囲と内部を表す方程式は、ａとｂをそれぞれ長軸と短軸の長さ（ただし、ａ≧ｂ＞０）、θを楕円の長軸とｘ軸の正の向きがなす角度、（ｘ０，ｙ０）を楕円の中心として、数式２５のように、行列の２次形式で記述される（ｔは行列の転置、−１は逆行列を表す）
【数２５】
2018117331.tif 000029
【００８８】  「慣性等価楕円」２２１においては、（ｘ０，ｙ０）は、正規化された１次モーメント（重心）
【数２６】
2018117331.tif 000030
であり、また、正規化された重心の周りの２次モーメント
【数２７】
2018117331.tif 000031
を要素とする正定値対称行列（固有値が必ず正の値になる）
【数２８】
2018117331.tif 000032
の固有値をλ１とλ２（λ１≧λ２＞０）としたとき、長軸と短軸の長さａとｂは、
【数２９】
2018117331.tif 000033
であり、長軸の角度θは、固有値λ１に対応する固有ベクトルとｘ軸の正の向きがなす角度
【数３０】
2018117331.tif 000034
である。
【００８９】  また、数式２６、数式２９、数式３０で求めた、パラメータｘ０，ｙ０，ａ，ｂ、θを用いて、次の条件を満たす、輝点の部分集合Γ
【数３１】
2018117331.tif 000035
を求める。この集合Γが、人体表面に投影された輝点を集めたものである。
【００９０】  数式２５によって定義される慣性等価楕円の面積（πａｂ）が別途定めた閾値以上である場合には、数式２６で求めたＸＹ座標（ｘ０［ｍｍ］，ｙ０［ｍｍ］）が、段落番号［００６８］から［００７５］で求めたベッド領域内に含まれるか、否かを判定することによって、人がベッド上にいるか、ベッド外にいるかを判断する。また、輝点集合Γから、高さ（Ｚ座標値）順位２０位（上から）までの点を選び出して、高さの平均値ｚ０［ｍｍ］を計算する。もし、集合Γに含まれる点の個数が２０未満であれば、すべての点の高さの平均値ｚ０［ｍｍ］を計算する。このようにして計算された（ｘ０，ｙ０）とｚ０を組み合わせた３次元座標（ｘ０［ｍｍ］，ｙ０［ｍｍ］，ｚ０［ｍｍ］）を、慣性等価楕円に含まれる輝点の集合ΓのＸＹＺ座標の代表値に設定する。
【００９１】  数式２５によって定義される慣性等価楕円の面積が別途定めた閾値未満である場合には、（Ｊ−１）番目のフレームでのＸＹＺ座標の代表値を、Ｊ番目のフレームでのＸＹＺ座標の代表値に設定する。
【００９２】（６）ベッド上危険検知
慣性等価楕円に含まれる輝点の集合ΓのＸＹＺ座標の代表値（ｘ０［ｍｍ］，ｙ０［ｍｍ］，ｚ０［ｍｍ］）参照して、被介護者がベッド上に居ると判断されて、かつ、高さｚ０が所定値（例えばベッド上から４００ｍｍ）を超えた場合に「被介護者が危険状態にある」と判断とし、介護者に警告を発する。
【００９３】（７）ベッドからの転落検知
慣性等価楕円に含まれる輝点の集合ΓのＸＹＺ座標の代表値（ｘ０［ｍｍ］，ｙ０［ｍｍ］，ｚ０［ｍｍ］）参照して、人がベッド外に居ると判断されて、かつ、高さｚ０が所定値を下回った（たとえば、床面上４００ｍｍ以下）場合に「ベッドから転落している」と判断し、介護者に警告を発する。なお、床上に横たわっている人体と、偶発的に床上に落ちている物体とを区別するために、集合ΓのＸＹＺ座標の代表値に対する条件に加えて数式２９によって計算される慣性等価楕円の長軸ａと短軸ｂの長さや比（ｂ／ａ）、面積（πａｂ）等に対して、別に定める条件を満たす（たとえば、値が特定の範囲内にある）ときにのみ、「人がベッドから転落した」と判断するようにしてもよい。
【００９４】（８）離床検知
フレームごとに求めた、慣性等価楕円に含まれる輝点の集合ΓのＸＹＺ座標の代表値（ｘ０［ｍｍ］，ｙ０［ｍｍ］，ｚ０［ｍｍ］）を参照して、ＸＹ座標（ｘ０［ｍｍ］，ｙ０［ｍｍ］）が、ベッド領域及び別途当該ベッド領域周辺に設定した緩衝領域の外に出た場合に、「人が離床した」と判断し、介護者に警告を発する。具体的には、ベッド領域を、段落番号［００７０］で求めた、２点（ｓ０−Ｌｂ／２，ｔ０−Ｗｂ／２）と（ｓ０＋Ｌｂ／２，ｔ０＋Ｗｂ／２）を対頂点とする矩形とした場合、（ｘ０［ｍｍ］，ｙ０［ｍｍ］）が、２点（ｓ０−Ｌｂ／２−ε，ｔ０−Ｗｂ／２−ε）と（ｓ０＋Ｌｂ／２＋ε，ｔ０＋Ｗｂ／２＋ε）対頂点とする矩形（ただし、ε［ｍｍ］は別に定める定数）の外に出た場合に、「人が離床した」と判断する。
【００９５】  Ｊ番目のフレームにおいて、「人が離床した」と判定された場合、それ以降のフレームにおいては、「人がベッド内にいる」と判断されるまで、「人が離床した」という判定を継続する。「人が離床した」という判定が、別に定める時間以上に渡って継続した場合、介護者に警告を発する。
【００９６】（９）悶え・もがき・のたうち・頻繁な寝返りの検知
「悶え」、「もがき」、「苦しさに伴うのたうち」、「頻繁な寝返り」等の体動は、マイクロ波ドップラーセンサ１２４から得られる体動成分信号，および、人体の動線、の両方、あるいは、いずれか一方を用いて検出する。
【００９７】（ｉ）マイクロ波ドップラーセンサ１２４から得られる体動成分信号による検出
マイクロ波ドップラーセンサ１２４から、段落番号［００８０］の手段によって抽出される体動成分信号に対して、瞬時振幅が、別途定められた閾値を、別途定める時間連続して上回る場合、「悶え」、「苦しさに伴うのたうち」、「頻繁な寝返り」などの異常事態が発生していると判断し、介護者に警告を発する。
【００９８】（ｉｉ）人体の動線による検出
フレームごとに求めた、慣性等価楕円に含まれる輝点の集合ΓのＸＹＺ座標の代表値（ｘ０［ｍｍ］，ｙ０［ｍｍ］，ｚ０［ｍｍ］）を参照して、ＸＹ座標（ｘ０［ｍｍ］，ｙ０［ｍｍ］）の移動履歴を、時系列で記録することによって、人体の「動線」とする。図２１は、人体の動線２４１と、現在位置２４２の例である。Ｊ番目のフレームにおいて、人体の動線から、過去Ｌフレーム分（Ｌは別に定める定数）の移動履歴を抽出する。
【数３２】
2018117331.tif 000036
から、動きベクトルの偏角を計算する（κ≧１は別途定めた値）：
【数３３】
2018117331.tif 000037
【００９９】そして、区間［０°，３６０°）を間隔ｓ°で量子化し、偏角の度数分布
【数３４】
2018117331.tif 000038
（ただし、Πｉは、偏角がｉ・ｓ°以上、（ｉ＋１）・ｓ°未満であるような動きベクトルの度数）を計算する。そして、度数分布Πから計算される、確率分布ｐ＝｛ｐｉ：ｉ＝０，１，・・・，２Ｍ−１｝
【数３５】
2018117331.tif 000039
に対して、下記数式３６で記述されるエントロピーＨ（ｐ）を計算する：
【数３６】
2018117331.tif 000040
【０１００】  このエントロピーは、動きベクトルの角度変化のランダムネスを測るものである。エントロピーの計算値が別途定める値を越した場合、そのタイミングをもって、「悶え」、「苦しさに伴うのたうち」、「頻繁な寝返り」などの異常事態が発生していると判断し、介護者に警告を発する。
【０１０１】  以上説明したとおり、本発明によれば、見守る対象となる居室内に置かれたベッドの上の天井に本装置１台を取付けるだけで、その部屋で発生した被介護者の生命や健康に関わる不測の事態を被介護者のプライバシーを侵害することもなく検出し、遅滞なく介護者に通報できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】  国民の高齢化と介護者確保の難しさは、我が国はもとより先進国において共通の課題となりつつある。これからの社会において、人に代わって被介護者を見守る装置の需要が増大することに、議論の余地はない。したがって、本装置のような見守り装置の社会的必要性は必然であり、産業としての進展は大いに期待されるところである。
【符号の説明】
【０１０３】１１０    記憶部
１１１    制御／電源部
１１２    演算処理部
１１３    情報送受信部
１１４    データ取得部
１１５    センサユニット
１１６    情報送受信ユニット
１１８    光学ブロック
１１９    情報送受信部
１２０    表示・操作部
１２１    拡散光照明器
１２２    撮像装置
１２３    水準器
１２４    マイクロ波ドップラーセンサ
１２５    投光器
１２６    カバー
１２７    ＷｉＦｉ子機
１５２    床上高のスケール
１７１    床検出用マーカー
１７２    高さ検出用マーカー
１８１    ベッドマーカー
１９１    特定家具マーカー
２０１    ＬＥＤ照明画像
２０２    エッジ画像
２０３    矩形領域
２２１    慣性等価楕円
２４１    人体の動線
２４２    人体の現在位置
2018117331.tif 000041
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【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】
2018117331.tif 000051
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018117331.tif 000056
【図１１】
2018117331.tif 000057
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2018117331.tif 000060
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2018117331.tif 000067