(57)【要約】【課題】交通弱者、老人又は視覚障害者などのユーザが信号機を正確に認識できるようにした歩行補助器具を提供すること。【解決手段】  杖１００の把持部にカメラ１０を設け、信号機Ｓからの光を光電変換する撮像手段と、この撮像手段で光電変換した入力画像に基づきその撮像手段で撮像した光の輪郭の特徴点を探索する特徴点検出手段と、この特徴点検出手段で探索した特徴点が予め設定した信号機Ｓの信号灯の特徴点と一致する場合は、その信号灯に対応して報知を行う報知手段とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号機からの光を光電変換する撮像手段と、
前記撮像手段で光電変換した入力画像に基づき前記撮像手段で撮像した光の輪郭の特徴点を探索する特徴点検出手段と、
前記特徴点検出手段で探索した前記特徴点が予め設定した前記信号機の信号灯の特徴点と一致する場合は、該信号灯に対応して報知を行う報知手段とを備えていることを特徴とする歩行補助器具。
【請求項２】
前記報知手段は、前記特徴点検出手段で探索した信号灯に対応して異なる態様で音を発生する音発生手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の歩行補助器具。
【請求項３】
前記報知手段は、前記特徴点検出手段で探索した信号灯に対応して異なる態様で振動を発生する振動発生手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の歩行補助器具。
【請求項４】
前記特徴点検出手段は、前記撮像手段で光電変換した入力画像の探索を一定時間ごとに行い、
前記報知手段は、前記信号機の信号灯が点滅する場合と点灯する場合とで、報知態様を異ならせることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の歩行補助器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交通弱者、老人又は視覚障害者が単独で安全に横断歩道を渡るための歩行補助器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に歩行補助器具として、視覚障害者のための杖がある。この杖は、歩行に際して道路、駅のホーム等の歩行路上からの各種情報を得るのに必須の器具となっている。この杖を使用すれば、視覚障害者が杖で歩行路上に接触することにより、歩行路上の障害物等を検知することができる。
【０００３】
しかし、視覚障害者等が交差点を渡る場合には、その杖では信号機の色が何色であるか分からないので、信号機の色を認知するため、従来、特許文献１に示す知的制御杖が提案されている。この知的制御杖は、杖本体の側面にセンサーを配設して、このセンサーにより信号機の赤色点灯を検出して杖の石突き部に設けたローラにブレーキをかけるものである（たとえば特許文献１（段落番号００２９、図１）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１-３２７３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の知的制御杖は、信号機の赤色点灯を検出するものであるため、街灯や周囲の車のライトなど紛らわしい赤色点灯によって誤検出してしまい、信号機の認識を見誤るおそれがあった。
【０００６】
例えば、交差点前で停止している車のブレーキランプなど、周囲に赤信号と類似した光源が多数存在する場合には、正確に信号機の色を認知できないときがある。このようなときに色識別を用いる知的制御杖ではセンサが誤検出するおそれがあった。
【０００７】
また、周囲の光量や太陽の位置などの影響を受けてセンサ入力の色が大きく変化し、例えば周囲が暗い場合には白色と検出してしまい、信号機を見落とす場合があり、このために重大な事故につながるおそれがあった。
【０００８】
そこで本発明は、交通弱者、老人又は視覚障害者などのユーザが信号機を正確に認識できるようにした歩行補助器具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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の歩行補助器具は、信号機からの光を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段で光電変換した入力画像に基づき前記撮像手段で撮像した光の輪郭の特徴点を探索する特徴点検出手段と、前記特徴点検出手段で探索した前記特徴点が予め設定した前記信号機の信号灯の特徴点と一致する場合は、該信号灯に対応して報知を行う報知手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
ここで、輪郭とは、物体の外線を表す線、または画像を特徴づける線要素をいう。信号灯の特徴点は、信号機からの光を光電変換した入力画像に基づき設定することができる。撮像対象の信号機は、車用信号機や歩行者用信号機を挙げることができるが、歩行者用信号機を撮像対象とすることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の歩行補助器具は、検知特徴点を設定する特徴点設定手段を備えており、前記特徴点検出手段で探索した前記信号機の信号灯の特徴点が前記特徴点設定手段により設定した検知特徴点と一致する場合、該検出した信号灯の特徴点に対応して報知を行う報知手段を備えていてもよい。
【００１２】
さらに、本発明の歩行補助器具は、それらの歩行補助器具において、前記報知手段は、信号灯に対応して異なる態様で報知を行うようにしてもよい。
【００１３】
本発明の歩行補助器具は、上記の歩行補助器具において、前記報知手段は、その信号灯に対応して異なる態様で音を発生する音発生手段を備えていてもよい。
【００１４】
本発明の歩行補助器具は、上記の歩行補助器具において、前記報知手段は、その信号灯に対応して異なる態様で振動を発生する振動発生手段を備えていてもよい。
【００１５】
本発明の歩行補助器具は、上記の歩行補助器具において、前記特徴点検出手段は、前記撮像手段で光電変換した入力画像の探索を一定時間ごとに行い、前記報知手段は、前記信号機の信号灯が点滅する場合と点灯する場合とで、報知態様を異ならせるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１記載の歩行補助器具によれば、信号機からの光を光電変換する撮像手段と、この撮像手段で光電変換した入力画像に基づきその撮像手段で撮像した光の輪郭の特徴点を探索する特徴点検出手段と、この特徴点検出手段で探索した特徴点が予め設定した信号機の信号灯の特徴点と一致する場合は、該信号灯に対応して報知を行う報知手段とを備えているので、特徴点の探索によって信号機が検知可能となり、ユーザはその報知により信号機を正確に認識できるという効果を奏する。
【００１７】
本発明の請求項２記載の歩行補助器具によれば、請求項１記載の歩行補助器具の奏する効果に加えて、報知手段は、特徴点検出手段で探索した信号灯に対応して異なる態様で音を発生する音発生手段を備えているので、ユーザは報知音の違いにより信号灯を正確に認識できるという効果を奏する。
【００１８】
本発明の請求項３記載の歩行補助器具によれば、請求項１記載の歩行補助器具の奏する効果に加えて、報知手段は、特徴点検出手段で探索した信号灯に対応して異なる態様で振動を発生する振動発生手段を備えているので、ユーザは振動の違いにより信号灯を正確に認識できるという効果を奏する。
【００１９】
本発明の請求項４記載の歩行補助器具によれば、請求項１から３のいずれかに記載の歩行補助器具の奏する効果に加えて、特徴点検出手段は、撮像手段で光電変換した入力画像の探索を一定時間ごとに行い、報知手段は、信号機の信号灯が点滅する場合と点灯する場合とで、報知態様を異ならせるので、ユーザはその報知態様の違いにより信号灯が点灯する場合と点滅する場合を正確に認識することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は歩行補助器具の一実施形態を示す概念図である。
【図２】図２は、図１に示した歩行補助器具の把持部を拡大した拡大概念図である。
【図３】図３は、図１に示した歩行補助器具の電気回路の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、図３に示した制御部の処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図１に示した歩行補助器具の電気回路の他の例を示すブロック図である。
【図６】図６は、図１に示した歩行補助器具の電気回路のさらに他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。図１は歩行補助器具の一実施形態を示す概念図である。本実施形態の歩行補助器具１００は、図１に示すように、杖の把持部の先端にカメラ１０が内蔵されている。カメラ１０の撮像光学系は、例えば、単眼のカメラレンズや、複数のレンズ群を用いたカメラレンズなどを用いて構成することができる。
【００２２】
図２は、図１に示した歩行補助器具１００の把持部を拡大した拡大概念図である。歩行補助器具１００は、その内部にカメラ１０の出力に基づき報知部３０を駆動する制御回路２０および制御回路２０の電源を構成する電池４０が内蔵されている。
【００２３】
ここで、カメラ１０は、歩行補助器具１００の使用時に、その把持部の先端から前方を、例えば斜め上方エリアを撮像する。このとき、前方の交差点の歩行者用信号機Ｓを含めた、カメラ１０のカメラレンズ１１から入力された光を受光し、カメラ１０の光電変換素子がカメラレンズ１１によって形成された像を光電変換して電気信号にする。
【００２４】
また、制御回路２０は、カメラ１０の出力に基づき歩行者用信号機Ｓの信号灯の輪郭を抽出し、この抽出した輪郭が予め設定された信号灯の輪郭であるかを判別することにより、その信号灯が青信号か赤信号かを判別する。そして制御回路２０は、その判別した信号灯に対応する態様で報知部３０を駆動制御して、これを歩行補助器具１００で判別された信号機の信号灯の種類や点灯状態をユーザに対して報知する。
【００２５】
例えば、信号灯の輪郭として歩行者用信号機Ｓの輪郭の複数の特徴点を予め設定しておき、抽出した輪郭にこの予め設定された信号灯の輪郭の特徴点が含まれる場合は、制御回路２０は、その信号機は歩行者用信号機Ｓであるとして信号機の認識を行う。そして、認識された信号機の信号灯の輪郭の特徴点と予め設定された特徴点のうち青信号の特徴点とが一致する場合はその信号灯は青信号であるとして、青信号に対応する態様で報知部３０を駆動制御する。なお、信号灯の特徴点として、例えば歩行者用信号機Ｓの信号灯は角のとれた四角形状であるので、この形状輪郭画像を用いることができる。
【００２６】
また、電池４０は、制御回路２０の電源を構成する。例えば、リチウムイオンバッテリー、ニッカド電池が挙げられる。尚、電池４０を太陽電池で構成してもよい。
【００２７】
また、歩行補助器具１００には図示しないスイッチＳＷが設けられている。このスイッチＳＷは、電池４０からの給電を開始若しくは停止を行うものである。ユーザは、このＳＷを必要に応じてＯＮ／ＯＦＦして電池４０からの給電を開始若しくは停止を行うことで電池４０の消耗を防ぐことができる。
【００２８】
図３は、図１に示した歩行補助器具１００の電気回路の一例を示すブロック図である。図３において、カメラ１０の撮像手段としての光電変換部１２は、例えば、ＣＣＤで構成され、このＣＣＤがカメラレンズ１１によって形成される像を光電変換する。
【００２９】
尚、カメラ１０は、例えば、ビデオカメラ、スチルカメラであってもよく、これらはそれぞれアナログ式であっても、デジタル式であっても、またカラー、グレースケール又は白黒であってもよい。
【００３０】
カメラ１０の光電変換部１２で光電変換された像は、電気信号として制御回路２０の制御部２１に入力される。
【００３１】
制御部２１は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）等により構成されるもので、メモリ等にインストールされたコンピュータプログラムを実行することにより、カメラ１０の光電変換素子からの入力画像信号に基づき、信号機の認識、認識に基づく判別、報知部３０の駆動制御の各処理を行う。
【００３２】
信号機の認識は、入力画像において、撮像された信号機の光の輪郭が、予め設定された信号灯の特徴点を有するものであるか否かを判別する処理であり、輪郭の抽出と、予め設定されている特徴点データとの照合とにより行われる。
【００３３】
輪郭は、画像の濃度値が急激に変化する部分であるので、微分演算により輪郭の抽出を行うことができる。輪郭の抽出処理としては、差分型によるもの、零交差法によるもの、テンプレート型のものがあり、差分型によるものとしてSobel、Robert、Rrewitの各処理を挙げることができる。
【００３４】
また、隣接画像同士の差をとる差分演算に基づき輪郭を抽出するようにしてもよい。尚、入力画像が２値画像の場合は、輪郭線をたどるようにして輪郭を抽出することができる。
【００３５】
ところで、制御回路２０には、特徴点設定部２２が設けられている。特徴点設定部２２は、メモリ等により構成されるもので、ユーザに報知する信号灯の種類、状態等の特徴点を設定するものである。
【００３６】
例えば、特徴点設定部２２には、８０×８０、６０×６０、４０×４０ｐｉｘｅｌのように、同じ画像に対して異なる大きさの画像の信号灯の輪郭データが信号灯の特徴点として複数設定されており、この特徴点設定部２２で設定された特徴点を示す輪郭データが制御部２１に加えられている。
【００３７】
そして制御部２１は、特徴点設定部２２で設定された輪郭データの各特徴点を、入力画像信号に基づき抽出された輪郭に照合することで、輪郭データの照合が行われる。
【００３８】
例えば、制御部２１は、カメラ１０で撮影した入力画像を１ピクセルずつ照合あるいは１走査線ずつ照合しながら走査することで輪郭データの照合を行う。入力画像から抽出された輪郭に、設定された特徴点が所定閾値以上含まれている場合には、その輪郭は設定された信号灯の輪郭であると判別する。
【００３９】
そして制御部２１は、入力画像に基づき探索された信号機の光の特徴点が予め設定した信号機の信号灯の特徴点に含まれる場合には、この信号灯に対応する態様で報知部３０を駆動制御する。
【００４０】
例えば、特徴点設定部２２で設定された信号灯の特徴点が歩行者用信号機Ｓの特徴点である場合に、制御部２１で抽出された輪郭によって認識された信号機が車用信号機であるときは、報知部３０は駆動されない。他方、制御部２１で抽出された輪郭によって認識された信号機が歩行用信号機Ｓである場合に、その信号灯が青信号であるときは青信号に対応する態様で報知部３０を駆動する。その信号灯が赤信号であるときは青信号と異なる態様で報知部３０を駆動する。
【００４１】
すなわち、制御部２１は、上記のように入力画像データに基づき検出された信号灯の特徴点が特徴点設定部２２で設定された特徴点に含まれている場合には、その検出された信号灯に対応する態様で報知部３０を駆動制御する。
【００４２】
そして、図３に構成においては、報知部３０の増幅部３２とスピーカ等から構成される発音部３１とから構成されているので、制御部２１で抽出された輪郭が青信号の輪郭である場合は所定の周期で発音部３１から報知音が発生されるように制御部２１は、増幅部３２に加える報知信号を形成する。
【００４３】
なお、輪郭の抽出においては、抽出された輪郭の各点からその長さの比率と辺と辺との角度を考慮して他の特徴点の存在する範囲を計算して求めてもよい。また、これらの点の周りに特徴点の許容範囲を導入して入力画像の歪みを吸収して認識できるようにしてもよい。さらに、輪郭の抽出処理において、歩行者用信号機Ｓの信号灯内の人物のシルエット画像の認識を行い、照合するようにしてもよい。この場合には信号機の認識の信頼性を更に高めることができる。
【００４４】
また、図３の構成においては、報知部３０の発音部３１から報知音を発生するように構成したが、歩行補助器具１００にイヤホンを接続してイヤホンから報知音を発生するようにしてもよい。また、制御回路２０に予め報知信号を設定する報知信号設定部をメモリ等により構成し、この報知信号設定部からの報知信号を制御部２１に入力するようにしてもよい。この場合には、制御部２１は報知信号設定部から入力される報知信号を増幅部３２に加えることで、報知部３０を駆動制御することができる。
【００４５】
また、制御部２１における信号機の認識を一定時間ごとに行い、信号機の信号灯が点滅する場合と点灯する場合とで、発音部３１から発生させる報知音の発音態様を異ならせるように構成してもよい。
【００４６】
例えば、発音部３１から発生される報知音の態様を、報知音の周波数、音色、発音間隔のいずれか若しくはこれらを組み合わせて信号灯に対応して異なるように構成してもよい。
【００４７】
図４は、図３に示した制御部２１の処理を示すフローチャートである。
【００４８】
制御部２１は、まず、カメラ１０の光電変換部１２からの入力画像信号に基づき、歩行用信号機Ｓの輪郭抽出処理を行う（ステップ４０１）。
【００４９】
次に、この輪郭抽出処理で抽出した特徴点が特徴点設定部２２で設定された信号灯の特徴点データに含まれるか調べる（ステップ４０２）。ここで、輪郭抽出処理で抽出された特徴点が特徴点設定部２２で設定された特徴点データに含まされていない場合は（ステップ４０２でＮＯ）、報知処理を行わずにこの処理を終了する。
【００５０】
また、ステップ４０２で、抽出した特徴点が特徴点設定部２２で設定された特徴点データに含まれていると判別された場合は（ステップ４０２でＹＥＳ)、抽出した特徴点と一致する特徴点の信号灯に対応する態様の報知信号を形成し（ステップ４０３）、この形成した報知音を発音部３１から発生させる。
【００５１】
以上述べたように、本実施形態の歩行補助器具１００によれば、例えば、特徴点設定部２２で特徴点として青信号と赤信号の形状特徴を設定し、ユーザが歩行補助器具１００を用いて歩道を歩行すると、歩道前方に歩行者用信号機Ｓの青信号又は赤信号が点灯していると、交差点前でそれぞれ異なる態様で報知音が発音部３１から発生される。これによりユーザは、信号機の存在を知ることができ、これを利用して単独で安全に横断歩道を渡ることができる。
【００５２】
また、特徴点設定部２２で特徴点を青信号のみに設定すると、ユーザは、歩行者用信号機Ｓの青信号の存在を選択的に検知することができるので、例えば、この青信号の点灯時に交差点を単独で安全歩行することが可能になる。
【００５３】
さらに、本実施形態の歩行補助器具１００によれば、歩行者用信号機Ｓの輪郭データに基づいて信号機の認識処理を行うので、リアルタイムに歩行者用信号機Ｓを認識することができる。そして、歩行者用信号機Ｓの大きさや傾きなどの変化や日射光の影響を比較的受けにくく、昼・夜間および晴れ・雨天の違いにより歩行者用信号機Ｓの認識率に影響なく、比較的高い認識率で検知できる。
【００５４】
特に本実施形態の歩行補助器具１００によれば、輪郭データに基づき信号機の認識を行う場合ので、信号機の色で識別する場合のように周囲の光量や太陽の位置などの影響を受けて画像中での色が大きく変化して誤検出するということがなく、信号灯を正確に認識できる。
【００５５】
例えば、周囲が暗い場合に光が真っ白に色飽和してしまっても、また、街灯や周囲の車のライト、交差点前で停止している車のブレーキランプの赤色点灯などが存在しても、これらによって誤検出することなく、正確に信号機を認識できる。
【００５６】
また、歩行者用信号機Ｓの輪郭データに基づき信号機の認識を行えば、車用信号機の信号機の認識を行う場合のように、信号機のかさが灰色の場合に灰色と青信号の色が似ていることによって領域が拡張されてしまうことがないため、信号灯の領域の認識ができる。
【００５７】
そして同じ画像に対して異なる大きさの歩行者用信号機Ｓの輪郭データを複数適用することで、見かけの大きさが異なる信号灯を検出することができる。輪郭データの各特徴点の周りにその特徴点の許容範囲を導入した場合には、入力画像の歪みを吸収して認識できる。
【００５８】
本実施形態の歩行補助器具１００を用いれば、ユーザが視覚障害者の場合に限らず、交通弱者、老人が単独で安全に横断歩道を渡ることができる。健常者でも、周囲に信号と類似した光源が多数存在す場合や、疲労から注意力が散漫となっている場合には、本来視認性の高いはずの信号機を見落とすことがあるが、本実施形態の歩行補助器具１００によれば、このようなことを防ぐことができる。
【００５９】
特に、輝度の高い信号灯の色識別が困難な色覚障害者にとっても本実施形態の歩行補助器具１００を使用することで、信号機の認識を見誤る可能性が低く、単独で安全に横断歩道を渡ることができる。
【００６０】
（実施形態２）
次に、図５を参照しながら他の実施形態を説明する。図５は、他の実施形態の歩行補助器具２００の電気回路の他の例を示すブロック図である。
【００６１】
図３に示した構成においては、報知部３０にスピーカ等から構成される発音部３１を設けて、制御部２１で認識した信号機の輪郭に特徴点設定部２２で設定した特徴点が含まれる場合は、この認識した信号機の信号灯に対応する態様で発音部３１から報知音を発生するように構成したが、図５に示す構成においては、報知部３０でバイブレータ３３と増幅部３４で構成し、報知部３０における報知をバイブレータ３３を用いた振動の態様で行うように構成されている。他の構成は、図３に示した回路と同様である。
【００６２】
すなわち、図５に示した構成において、カメラ１０の光電変換部１２からの入力画像信号に基づき、信号機の認識を行い、この認識した信号機の輪郭に特徴点設定部２２で設定した特徴点が含まれると、制御部２１は認識した信号機の信号灯に対応する態様で増幅部３４を介してバイブレータ３３を振動駆動し、交差点の歩行者用信号機Ｓの信号灯が特徴点設定部２２で設定した信号機の信号灯であることを振動でユーザに報知する。  
【００６３】
本実施形態２の歩行補助器具２００によれば、周囲が騒音でうるさく報知音を聞くことができない場合や、ユーザが聴覚障害者の場合や健常者にとっても疲労から注意力が散漫となっている場合でも、報知部３０における報知をバイブレータ３３を用いた振動の態様で確実にユーザに知らせることができる。
【００６４】
（実施形態３）
次に、図６を参照しながら更に他の実施形態を説明する。図６は、更に他の実施形態の歩行補助器具３００の電気回路の他の例を示すブロック図である。
【００６５】
図６に示す構成においては、ユーザが所持する携帯型補助器具３０ｂのバイブレータ３７によって、交差点の歩行者用信号機Ｓの信号灯が特徴点設定部２２で設定した特徴点データの信号灯であることを図５に示した構成と同様に振動によってユーザに知らせる。しかし、図６に示す構成においては、歩行補助器具３００とバイブレータ３７との間を無線等のコードレスで行うようにした構成図に示した構成と異なる。
【００６６】
すなわち、図６に示した構成においては、図５に示した報知部３０を無線送信部３５と、増幅部３６とを備える報知信号送信部３０ａで構成し、この報知信号送信部３０ａの無線送信部３５から無線で送信された報知信号をユーザが所持する携帯型補助器具３０ｂの無線受信部３８で受信し、無線受信部３８で受信した報知信号に基づきバイブレータ３７を振動駆動する。他の構成は、図５に示した回路と同様である。
【００６７】
本実施形態３の歩行補助器具３００によれば、周囲が騒音でうるさく報知音を聞くことができない場合や、ユーザが聴覚障害者の場合や健常者にとっても疲労から注意力が散漫となっている場合でも、所持する携帯型補助器具３０ｂを介して報知部３０ａにおける報知をバイブレータ３７を用いた振動の態様でコードレスで確実にユーザに知らせることができる。
【符号の説明】
【００６８】
Ｓ  歩行者用信号機
１０  カメラ
１１  カメラレンズ
１２  光電変換部（撮像手段）
２０  制御回路
２１  制御部
２２  特徴点設定部
３０  報知部
３０ａ  報知信号送信部
３０ｂ  携帯型補助器具
３１  発音部
３２  増幅部
３３、３７  バイブレータ
３４、３６  増幅部
３５  無線送信部
３８  無線受信部
４０  電池
１００、２００、３００  歩行補助器具
【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】
2015213620.tif 000008