(57)【要約】【課題】複数台の３次元身体動作計測装置を連動させ，１台の3次元身体動作計測装置で計測できる範囲を越えて身体動作を計測する際に，3次元身体動作計測装置が出力する身体特徴点位置の３次元座標を滑らかに接続する。【解決手段】 ２台以上の3次元身体動作計測装置を，計測範囲がお互いに重なるように配置し，3次元身体動作計測装置間の相対的位置間関係を決定した後，重なった計測範囲において各3次元身体動作計測装置で取得した身体特徴点位置の３次元座標を，座標の検知を開始したタイミングと検知を終了したタイミングおよび座標値の持つ信頼度情報を考慮して重み付け平均することにより，計測対象の全範囲に渡って座標値が滑らかに変化するように接続する。【選択図】図１
2019058468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台の３次元身体動作計測装置が出力する計測対象者の身体特徴点位置の3次元座標を，座標の検知を開始したタイミングと検知を終了したタイミングおよび座標値の持つ信頼度情報を考慮して重み付け平均することにより，計測対象の全範囲に渡って座標値が滑らかに変化するように接続する方法。
【請求項２】
対象者の動きを計測するシステムであって，
複数台の３次元身体動作計測装置を有し，前記複数台の３次元身体動作計測装置は，それぞれ，少なくとも１台以上の他の３次元身体動作計測装置と計測範囲の一部が重複するように配置されており，
各３次元身体動作計測装置が取得した，その重複範囲における座標値を滑らかに接続する機能を有することを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムを用いることを特徴とする対象者の動きを計測する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，人間の身体動作における３次元的身体動作計測方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
身体動作の３次元的な計測を行う装置が存在するが，単体の装置では計測範囲に制限があり，例えばリハビリテーション評価において行われる１０m歩行の全体を計測することができない。そのため，複数の３次元身体動作計測装置で取得した計測データを統合して，利用することが行われている（例えば，特許文献１）。複数の３次元身体動作計測装置を連動させるには，これらの間の相対的位置関係あるいは，計測空間に対する絶対的位置関係を決定する必要があるが，このために，位置校正用の球体を用いる方法や（例えば，特許文献２），計測対象者の身体特徴点の3次元座標を用いる方法（例えば，特許文献１）が提案されている。しかしながら，３次元身体動作計測装置間の相対的位置関係を決定した後でも，位置の誤差は避けられないため，２台以上の装置の間で重畳した区間において身体特徴点の３次元座標を完全に一致させることはできない。その結果，重畳区間において，単純な平均や，あるいは一方の装置の座標値を採用した場合には，計測区間の中で不連続点を生じるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５-１０９９３７公報
【特許文献２】特開２０１４-８９１６８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで，複数の３次元身体動作計測装置の計測重複区間において，計測対象者の身体特徴点の３次元座標値を，１台の装置から，次の区間を担当する装置へ連続的に変化するように滑らかに接続することが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために，本発明では，２台以上の３次元身体動作計測装置を計測範囲（計測区間）が重なるように配置し，その重なった計測範囲（計測区間）内で計測対象者の身体特徴点の３次元座標値を重み付け平均することにより滑らかに接続することを特徴とする。
【０００６】
重み付けには，計測対象区間に入ったタイミング，計測対象区間から出たタイミング，および３次元身体動作計測装置が出力する身体特徴点の３次元座標値の信頼度情報を用いる。
【０００７】
まず，３次元身体動作計測装置が出力する身体特徴点の３次元座標値の信頼度情報を基にして，計測対象者の身体特徴点が信頼度高く検出されているデータを抽出する。たとえば，マイクロソフト社製キネクト装置では，１名の計測対象者当たり20点あるいは25点の身体特徴点座標が出力されるが，これらそれぞれの点について，信頼度が高いデータであるか，周辺情報から推定された信頼度の低いデータであるか，あるいは特徴点が検出されていないデータであるかの，３段階で信頼度が示される。このような情報を用い，すべての身体特徴点が信頼度高く検出されているデータを採用する，あるいは一定数以上の身体特徴点が信頼度高く検出されているデータを採用する，あるいは予め指定した身体特徴点群が信頼度高く検出されているデータを採用するといった基準で，計測されたデータのうち，座標統合に用いるデータを選択する。
【０００８】
このようにして選択したデータであっても，身体動作計測装置の計測範囲（計測区間）に計測対象者が入った直後，あるいは計測範囲（計測区間）から出て行く直前のデータは，座標値の信頼性が低い場合がある。そのため，これらの過渡的なタイミングのデータも，座標統合からは除外する。
【０００９】
この後に，計測範囲に計測対象者が入ったタイミングに時間的に近い座標値，および計測範囲から計測対象者が出たタイミングに時間的に近い座標値には低い重み付けをし，そこから時間が離れ，有効データが継続している中央に向けて徐々に重みを大きくする。この重みを用いて複数装置から得られた同一タイミングの座標値を平均することにより，複数の計測装置の重畳区間において，身体特徴点の３次元座標値を滑らかに接続することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は，以上説明したように構成されているので，以下に記載されるような効果を奏する。
【００１１】
複数台の3次元身体動作計測装置を連動した場合にも，あたかも１台の装置で計測したかのように，連続的に変化する身体特徴点の３次元座標値を得ることができる。
【００１２】
これにより，身体特徴点の３次元座標値を元にして得られる，歩行位置や関節角度値の時間変化も滑らかになり，これらから速度や加速度を計算する際に不連続的な変化が生じることが無くなり，リハビリテーション評価においてより適切な判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、３次元身体動作計測装置の配置を表す模式図であり、計測対象者を横から見た図である。
【図２】図２は、３次元身体動作計測装置の配置を表す模式図であり、計測対象者を上から見た図である。
【図３】図３は、３次元身体動作計測装置間の座標変換を表す模式図である。
【図４】図４は、３次元身体動作計測装置から出力される身体特徴点データの計測タイミング，および，それらに対する重み付けを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
本実施例では計測対象動作を人体の歩行とし，図1、図２のように，３台の3次元身体動作計測装置１を歩行路に沿うように，歩行の障害とならない位置に配置する。このとき，隣接する２台の3次元身体動作計測装置の計測範囲（計測区間）が一部重畳するように配置する。重畳する範囲は特に限定されないが，3次元身体動作計測装置の関連づけの精度向上の観点からは，より多くのデータが重畳するように3次元身体動作計測装置を配置することが好ましい。一方で，重畳範囲が大きくなると３台を統合して計測できる範囲が狭くなる。したがって，これらのバランスを考慮して設置間隔を設定する。
【００１６】
ここでいう3次元身体動作計測装置とは，人体の関節点や手足の先端などの身体特徴点の３次元空間座標を計測できるものであり，例えばマイクロソフト社製キネクトセンサーが該当するが，同等な機能を持つものであれば，同装置に限定されるものではない。また，3次元身体動作計測装置の台数や配置は特に限定されない。例えば，基準となる3次元身体動作計測装置を1台あらかじめ定め，他のすべての3次元身体動作計測装置の計測範囲が，基準となる3次元身体動作計測装置と一部重畳するように配置するなど，本発明の趣旨を逸脱しない範囲において用いる装置，台数，装置の配置等の変形をすることが可能である。
【００１７】
図１、図２のように配置した３次元身体動作計測装置の計測範囲に入るように，計測対象者が歩行運動やその他の身体運動を行う。3次元身体動作計測装置は，計測範囲内に入った計測対象者の身体特徴点を取得し，それらの３次元座標を記録する。ここで，記録された３次元座標は，それぞれの3次元身体動作計測装置の座標系上の値であり，異なった3次元身体動作計測装置間では，同時に記録した動作でも異なった値となる。
【００１８】
同じ時刻に記録した身体特徴点の座標は，例えば図３のように表示される。１台目の3次元身体動作計測装置（図１、図２で，計測対象者から一番離れた位置に設置されている装置：一番左側の装置）で捉えた画像５では計測対象者までの距離が大きく，人物は小さく映っている。２台目の3次元身体動作計測装置（図１、図２で，3台のうち，中央に設置されている装置）で捉えた画像６では計測対象者までの距離が小さく，人物は大きく映っている。また，対象者と3次元身体動作計測装置の相対的な向きも異なるため，人物像には回転による違いも生じる。
【００１９】
そこで，１台目の3次元身体動作計測装置で得られた座標値を，２台目の3次元身体動作計測装置で得られた座標値にできるだけ一致するような座標変換７を求める。このためには，一定の大きさの球体などの座標校正用の道具を用いたり，計測対象者の身体特徴点の３次元座標を用いることができる。
【００２０】
以上の手順で隣接する3次元身体動作計測装置間の座標変換７が求められるので，これを他の隣接する3次元身体動作計測装置間でも繰返し，すべての3次元身体動作計測装置に関して，互いの相対的位置関係を得る。この後，基準となる3次元身体動作計測装置を１台定め，この3次元身体動作計測装置の座標系に一致するように各3次元身体動作計測装置の座標変換を合成する。この結果，すべての3次元身体動作計測装置の出力する身体特徴点の座標が，基準となる動作計測装置の座標系に変換可能となる。
【００２１】
このように座標変換すると，２台以上の3次元身体動作計測装置の重畳した計測領域では，同じ身体特徴点に対して3次元身体動作計測装置の数だけの身体特徴点座標が得られるが，座標変換時には誤差の混入が避けられないので，２台の３次元身体動作計測装置が出力する身体特徴点の３次元座標が完全に一致することは期待できない。この場合に，重畳区間の３次元座標値を単純に平均する，あるいは一方の装置の座標値を採用した場合，接続時点あるいは切り替え時点において不連続値が発生し，時間軸に沿って滑らかに変化する座標値にならない。
【００２２】
そこで，図４に示すように，身体動作計測装置が出力する座標値を上記座標変換した後にさらに重み付けし，１台の装置の出力値から別の装置の出力値へ徐々に切り替えることにより，座標値が滑らかに変化するようにする。
【００２３】
このために，身体動作計測装置が出力する身体特徴点座標の信頼度情報と，計測範囲に計測対象者が入ったタイミング情報，計測範囲から計測対象者が出たタイミング情報を利用する。たとえば，マイクロソフト社製キネクト装置では，１名の計測対象者当たり20点あるいは25点の身体特徴点座標が出力されるが，これらそれぞれの点について，信頼度が高いデータであるか，推定された信頼度の低いデータであるか，あるいは特徴点が検出されていないデータであるかの，３段階で信頼度が示される。このような情報を用い，すべての身体特徴点が信頼度高く検出されているデータを採用する，あるいは一定数以上の身体特徴点が信頼度高く検出されているデータを採用する，あるいは予め指定した身体特徴点が信頼度高く検出されているデータを採用するといった基準で，計測されたデータのうち，座標統合に用いるデータを選択する。
【００２４】
図４で，10a，10b，10cは，３台の身体動作計測装置が出力する身体特徴点の内，信頼度が高いと判定されたデータが得られた時刻を示し，１本の縦棒が１コマのデータを表現している。図４では，最初，計測対象者は10aのデータを出力する計測装置の計測範囲内にあり，歩行等の移動運動をしている。その後，10bのデータを出力する計測装置に近づき，計測範囲内に入ると，10bのようなタイミングで有効なデータが出力されるようになる。さらに移動を続けると，10aの計測範囲から外れ，10aからは有効なデータが出力されなくなる。同様に，さらに移動を続けることにより，10cのデータを出力する計測装置に近づき計測範囲に入った後，10bの計測範囲から外れる。
【００２５】
このようにして得られた信頼度の高い身体特徴点３次元座標値に対して重み付け平均を行う。図４の11a，11b，11cは，それぞれ10a，10b，10cのデータに対応した重みを表す。キネクト装置では，信頼度が高いと示されたデータであっても，装置の計測範囲に入った直後，および装置の計測範囲から出る直前の身体特徴点座標には，誤差が大きい場合がある。そのため，まず，図４の14で示された区間のように，有効なデータが出力されないか，あるいは装置の計測範囲に入った直後，および装置の計測範囲から出る直前の区間のデータの重みを０にして平均から除外する。除外する区間の長さは，実際の計測環境や移動速度に合わせて調整する。
【００２６】
次に，残った有効データのうち，継続区間の中央部の重みは大きくし，装置の計測範囲に入った直後，および装置の計測範囲から出る直前に近いデータの重みが小さくなるように図４の12および13の区間のように設定する。図４では継続区間の中央部12は一定の重みで，過渡区間13の重みは直線に設定したが，これに限らず，連続的であれば，曲線的に変化させてもよい。
【００２７】
このような重みを用いて複数台の動作計測装置の出力する座標値を座標変換後に、さらに平均することにより，次々に計測装置が切り替わる間においても出力される身体特徴点の３次元座標値は時間的に滑らかに変化するようになる。
【００２８】
これにより，複数台の3次元身体動作計測装置間で，時間的に滑らかに統合された身体特徴点の３次元座標値を得ることができる。
【００２９】
なお、本実施例では、歩行をその対象動作として計測したが、本発明は、歩行動作に限られるものではなく、あらゆる動作の計測に用いることができる。
また、本実施例では、２台の３次元身体動作計測装置の間に重畳区間を設けその２台で取得されたデータについてを取り扱っているが、それに限られるものではない。例えば、基準となる３次元身体動作計測装置を１台あらかじめ定め、他のすべての３次元身体動作計測装置の計測範囲が、その基準となる３次元身体動作計測装置と一部重畳するように配置した場合などに、３台以上の３次元身体動作計測装置の間に重畳区間を設けた場合には、その３台分の計測データを座標変換後、同様の手法により、重み付けを行って座標値を平均化することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明による3次元身体運動動作計測装置の出力するデータの統合手法は，例えば、リハビリテーション治療における動作計測に利用することができる。リハビリテーション治療においては，運動機能評価の一環として歩行計測が行われ，１０mの距離を歩行する際に要する時間や，歩行中の歩幅，左右の身体の揺れなどが評価される。本発明の動作計測を用いれば，歩行動作を定量的に計測できるようになる。これにより，的確なリハビリテーション治療を実施できるようになり，治療期間の短縮化や，医療費の削減が期待できる。
【００３１】
本発明によれば，身体特徴点の3次元座標値が時間軸に沿って滑らかに変化するため，この座標値を元に，速度や加速度を求めることができるようになる。単純な平均あるいは，装置間の切り替えのみでは座標値に不連続点が生じ，速度や加速度を計算した時に実際とは異なった非常に大きな値となる可能性がある。身体特徴点から身体重心を算出すれば，そこから歩行速度を求めることができるが，歩行速度が実際の値と大きく異なっていては，リハビリテーションでの評価に用いることはできない。
【符号の説明】
【００３２】
１    ３次元身体動作計測装置
２    ３次元身体動作計測装置を設置するための三脚
３    各３次元身体動作計測装置の計測範囲
４    計測対象者
５    １台目の３次元身体動作計測装置で捉えた計測対象者
６    ２台目の３次元身体動作計測装置で捉えた計測対象者
７    ２台の３次元身体動作計測装置間での座標変換
８    ３次元身体動作計測装置で捉えた計測対象人物のシルエット
９    ３次元身体動作計測装置で捉えた計測対象人物の身体特徴点
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  ３次元身体動作計測装置が出力する有効な身体特徴点データの発生タイミング。a, b, cは３台の３次元身体動作計測装置のそれぞれの出力を示す。横方向は時間を表す。
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  10a, 10b, 10cのそれぞれの身体特徴点データに対する平均のための重み。
１２  身体特徴点の有効データ区間の中央部であり，この区間においては1台の計測装置のデータのみが有効なため，この1台のデータがそのまま重み付き平均の出力となる。
１３  2台の3次元身体動作計測装置の検出範囲が重畳している区間であり，この区間においては重みを連続的に変化させ，平均結果が滑らかに接続される。
１４  3次元身体動作計測装置から有効なデータが出力されないか，あるいは計測装置の検出範囲内に計測対象者が入った直後，あるいは計測装置の検出範囲外に計測対象者が出る直前の区間で，ここでは有効なデータが得られないため，重み付き平均からは除外する。
【図１】
2019058468.tif 000003
【図２】
2019058468.tif 000004
【図３】
2019058468.tif 000005
【図４】
2019058468.tif 000006