(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚検出に関するデバイスであって、
シーンに所定の照明パターンを投影する照明ユニットと、
前記シーンの画像を取得する撮像ユニットと、
前記画像内で再現された画像化された照明パターンのエッジのぼけを分析することにより前記取得された画像を評価し、及び前記分析に基づき、前記画像における皮膚領域を検出し、前記画像における非皮膚領域と区別する評価ユニットとを有する、デバイス。
【請求項２】
前記評価ユニットが、前記照明ユニットにより放射された前記所定の照明パターンと前記画像化された照明パターンとを比較するよう構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記評価ユニットが、前記画像化された照明パターンの別々の領域を互いに比較するよう構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記評価ユニットが、前記画像化された照明パターンの別々の領域のエッジぼけの量を個別の閾値と比較するよう構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記照明ユニットが、単一波長又は単一波長範囲において前記照明パターンを投影するよう構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記照明ユニットが、２つの波長又は２つの波長範囲において前記照明パターンを投影するよう構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記照明ユニットが、赤外線スペクトルの１つ又は複数の波長において前記照明パターンを投影するよう構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記評価ユニットが、前記２つの波長又は波長範囲の間の前記画像におけるエッジぼけの差を分析するよう構成される、請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記評価ユニットが、前記画像化された照明パターンの別々の領域のエッジのぼけの差を個別の閾値と比較するよう構成される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記評価ユニットが、前記照明ユニットと前記シーンとの間の距離及び／又は前記照明ユニットのワット数に基づき、前記閾値を設定及び／又は適合させるよう構成される、請求項４又は９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記評価ユニットが、皮膚領域のサイズ、形状及び／又は位置に関する情報を得るため、前記投影された照明パターンと比較される前記画像化された照明パターンの変形を分析するよう構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記撮像ユニットが、時間にわたり前記シーンにおける画像のシーケンスを取得するよう構成され、
前記デバイスは、前記画像のシーケンスにおける検出された皮膚領域からの画像情報に基づき、前記シーンにおける対象のバイタルサインを検出するバイタルサイン検出器を更に有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
皮膚検出に関する方法において、
シーンに所定の照明パターンを投影するステップと、
シーンの画像を取得するステップと、
前記画像内で再現された画像化された照明パターンのエッジのぼけを分析することにより前記取得された画像を評価するステップと、
前記分析に基づき、前記画像における皮膚領域を検出し、前記画像における非皮膚領域と区別するステップとを有する、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載のデバイスにより実行されるとき、前記デバイスに、請求項１３に記載の方法のステップを実行させるための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、皮膚検出のためのデバイス及び対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば心拍数（ＨＲ）、呼吸数（ＲＲ）又は動脈の血中酸素飽和といった人のバイタルサインは、人の現在の健康状態のインジケータとして、及び重大な医学イベントの強力な予測器として機能する。このため、バイタルサインは、入院患者及び外来患者看護環境において、在宅で、又は、更なる健康、余暇及びフィットネス環境において広範囲にモニタされる。
【０００３】
バイタルサインを測定する１つの態様は、プレチスモグラフィである。プレチスモグラフィは一般に、器官又は体部位のボリューム変化の測定を意味し、特に鼓動毎に対象の体を通り進行する心血管パルス波が原因によるボリューム変化の検出を指す。
【０００４】
フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）は、関心領域又はボリュームの光反射率又は透過率の時間変動変化を評価する光学測定技術である。ＰＰＧは、血液が周囲組織より多くの光を吸収する原理に基づかれる。そのため、すべての心拍に伴う血液量における変動は、これに対応して透過又は反射率に影響を及ぼす。心拍に関する情報の他に、ＰＰＧ波形は、例えば呼吸といった更なる生理的現象に起因する情報を有することができる。異なる波長（典型的に赤及び赤外線）での透過性及び／又は反射率を評価することにより、血中酸素飽和が決定されることができる。
【０００５】
近年では、目立たない測定に関して非接触の遠隔ＰＰＧ（ｒＰＰＧ）デバイス（カメラｒＰＰＧデバイスとも呼ばれる）が導入された。遠隔ＰＰＧは、関心対象から離れて配置される光源又は一般に放射線源を利用する。同様に、検出器、例えば、カメラ又は光検出器も、関心対象から離れて配置されることができる。従って、遠隔フォトプレチスモグラフシステム及びデバイスは、目立たないと考えられ、医療用途だけでなく非医学的な日々の用途にもよく適している。この技術は、非常に脆弱な皮膚を持つ又は未熟児である新生児集中治療室（ＮＩＣＵ）患者といったバイタルサイン監視を必要とする極端な皮膚感受性を持つ患者に特に有利である。
【０００６】
Ｖｅｒｋｒｕｙｓｓｅらによる「Ｒｅｍｏｔｅ ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、１６(２６)、２２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８、ｐｐ. ２１４３４−２１４４５は、環境光と、赤、緑及び青色チャネルを用いる従来の消費者向けレベルのビデオカメラとを用いて、フォトプレチスモグラフ信号がリモートで測定されることができることを示す。
【０００７】
Ｗｉｅｒｉｎｇａらによる「Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ: Ａ Ｆｉｒｓｔ Ｓｔｅｐ Ｔｏｗａｒｄ "Ｓｐ０２ Ｃａｍｅｒａ" Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、Ａｎｎ. Ｂｉｏｍｅｄ. Ｅｎｇ. ３３、１０３４-１０４１ (２００５)は、異なる波長でのプレチスモグラフの信号の測定に基づき、組織における動脈の酸素飽和のコンタクトレスの撮像に関する遠隔ＰＰＧシステムを開示する。このシステムは、モノクロＣＭＯＳカメラと、３つの異なる波長のＬＥＤを持つ光源とを有する。カメラは、３つの異なる波長で対象の３つの動画をシーケンシャルに得る。脈拍数は、単一の波長での動画から決定されることができるが、酸素飽和を決定するには、異なる波長での少なくとも２つの動画が必要とされる。この測定は、一度に１つの波長だけを使用して暗室において実行される。
【０００８】
完全に非接触であるという利点とは別に、カメラ（一般に撮像デバイスと呼ばれる）は、２Ｄ情報を提供し、これは、マルチスポット及び大面積測定を可能にし、しばしば追加のコンテキスト情報を含む。特定の測定点／領域における正確な配置に依存する接触センサとは異なり、ｒＰＰＧ技術を使用してパルス信号を測定するために使用される領域は、実際の画像から決定される。従って、任意の照明条件下で信頼できる皮膚領域の正確な検出が、カメラベースのｒＰＰＧデバイス及び方法の処理チェーンにおける重要な部分となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現在、皮膚領域の信頼できる検出及び追跡のために２つの主なアプローチが知られている。
【００１０】
１つのアプローチは、肌色（ＲＧＢベース）検出及びセグメンテーションに基づかれる。このアプローチによる方法は、肌色の領域の検出及び追跡の両方において迅速である。しかしながら、この方法は、皮膚領域から反射された光の色を変化させる周辺光の色の変化に対して頑強ではなく、暗い照明条件又は暗闇の下で皮膚領域を検出することができない。更に、斯かる方法は、同じ色を持つ他の対象から皮膚を常に区別することができるわけではない。
【００１１】
別のアプローチは、抽出されたＰＰＧ信号に基づかれる（ＰＰＧベース）。このアプローチによる方法は、実際の皮膚領域及び同じ皮膚色の他の対象の領域を区別する際により堅牢である。このアプローチは、より強いＰＰＧ信号（最も周期的な信号）を持つ皮膚領域をセグメント化するのに使用されることもできる。しかしながら、このアプローチの信頼性は、ＰＰＧ信号抽出の堅牢性に依存し、従って、対象の動き及び血液灌流レベルにより影響される。従って、パルス信号が周期的でないか又は弱い場合、カメラベースのシステムは、皮膚領域のセグメントを検出することが困難になる。更に、このアプローチはまた、計算的に高価である。
【００１２】
皮膚領域の検出は、ｒＰＰＧ技術に基づかれるバイタルサイン検出の分野だけでなく、他の技術分野、例えば、カメラ技術を用いてプレイヤーのジェスチャーを認識する遠隔ゲーム用途、顔検出、セキュリティ（監視カメラを用いての人の堅牢な検出、マスクを着用した人の検出など）等にも用いられる点に留意されたい。
【００１３】
ＵＳ２０１１／０２１８４２８Ａ１号は、皮膚病変の１つ又は複数の画像をキャプチャし、ＳＬＩ技術を使用して皮膚病変の３Ｄ表面マップを生成する構造化された光照明（ＳＬＩ）医療画像センサシステムを開示する。特徴検出モジュールは、３Ｄ表面マップを処理し、皮膚病変の特定の特徴を検出する。例えばサイズ、形状、質感といった皮膚病変の特徴データが生成される。特徴分析モジュールは、皮膚病変の特徴データを処理する。特徴分析モジュールは、皮膚病変を皮膚病変に関する以前の画像及び特徴データと比較する。特徴分析モジュールは、特徴のタイプのテンプレート及び相関に基づき皮膚病変を分類する。
【００１４】
ＷＯ２０１４／０１４８３８号は、ジェスチャー及び／又は対象認識のための対話型照明のためのシステム及び方法を開示する。
【００１５】
ＵＳ２０１３／０３４２７５６Ａ１号は、構造化された照明源及び非構造化された照明源を用いて照らされるシーンのハイブリッドビデオキャプチャを可能にするシステム及び方法を開示する。
【００１６】
ＵＳ２０１３／０３２４８７５Ａ１号は、対象の胸部領域のビューを含むビデオにキャプチャされた構造化された照明パターンの反射における歪みを分析することにより、呼吸数を推定するシステム及び方法を開示する。
【００１７】
本発明の目的は、信頼性が高く正確で迅速な皮膚の検出を可能にするデバイス及び対応する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の側面では、皮膚検出のためのデバイスが提供され、このデバイスは、
シーンに所定の照明パターンを投影する照明ユニットと、
上記シーンの画像を取得する撮像ユニットと、
上記画像内で再現された画像化された照明パターンを分析することにより上記取得された画像を評価し、及び上記分析に基づき、上記画像における皮膚領域を検出し、上記画像における非皮膚領域と区別する評価ユニットとを有する。
【００１９】
本発明の更なる側面では、対応する方法が提示される。
【００２０】
本発明の更なる側面では、コンピュータにより実行されるとき、コンピュータに、本書に記載される方法のステップを実行させるためのコンピュータプログラム及び斯かるコンピュータプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読記憶媒体が提供される。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態は、従属項において規定される。請求項に記載の方法、コンピュータプログラム及び媒体は、請求項に記載されるデバイス及び従属項に規定されるデバイスと類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を持つ点を理解されたい。
【００２２】
本発明は、皮膚の光学特性及び１つ又は複数の波長における光とのその相互作用を評価する。光と皮膚との相互作用の間に、ある量の光が、皮膚表面から直接反射され、一方、ある他の量が拡散及び／又は吸収される。皮膚領域が、例えばドット又は鮮明な線のパターンなどの構造化された光（即ち、照明パターン）により照らされる場合、皮膚における光の拡散は、照明パターンのエッジをぼかす。更に、皮膚は、特定の波長、特に赤外線（ＩＲ）スペクトルにおける光の一部を吸収するので、皮膚領域から測定される反射光の強度は、背景の強度よりも低い。更に、光の拡散係数は、波長に基づき変化する。例えば、青色光の大部分は、皮膚表面から反射され、赤外光のかなりの部分は、皮膚において拡散及び／又は吸収される。更に、赤外光は目に見えず、人にとって邪魔にならない。これらの認識は、人又は人の少なくとも身体部分が存在するシーンにおける皮膚領域を検出するため、１つ又は複数の波長における構造化された光の拡散及び吸収係数を分析することにより、本発明に基づき利用される。
【００２３】
一実施形態では、上記評価ユニットは、画像化された照明パターンを、照明ユニットにより放射される所定の照明パターンと比較するよう構成される。一般に、所定の照明パターン、特に次元及び強度は既知である。衣類、布（例えば、リネンやブランケット）、又は背景（例えば壁や家具）などの典型的なシーンで見える他の要素と比較して、皮膚がどのように強度を変化させ、及びどのようにぼやけをもたらすかは知られているので、この比較は、皮膚を他の要素と区別することを可能にする。
【００２４】
別の実施形態では、上記評価ユニットは、画像化された照明パターンの別々の領域を互いに比較するよう構成される。上述したように、皮膚は、他の要素とは照明パターンに異なる変化をもたらす。従って、異なる領域、例えば隣接画素又は画素のグループを比較することで、どの領域が皮膚領域に属し、どの領域が属していないかが検出されることができる。
【００２５】
好ましくは、上記評価ユニットは、画像化された照明パターンのエッジのぼけ及び／又は強度を分析するよう構成される。他の要素と比較して皮膚によりもたらされる異なる拡散及び吸収は、ほとんどが照明パターンのぼやけ及び強度に影響を及ぼすので、これらの特徴は、皮膚領域があるか否かを検出するのに有利である。従って、皮膚に典型的なぼけ及び／又は強度の変化は、皮膚領域を検出するために探索されることができる。
【００２６】
これに関連して、上記評価ユニットは、画像化された照明パターンの別々の領域、特に隣接する画素及び／又は画素領域のエッジのぼけの量及び／又は強度をそれぞれの閾値と比較するよう構成されることが更に好ましい。これは、非常に正確で信頼性の高い検出を提供する。
【００２７】
照明ユニットは、上記照明パターンを単一波長若しくは単一波長範囲で投影するように、又は上記照明パターンを２つの波長若しくは２つの波長範囲で投影するよう構成されることができる。上記照明パターンは、赤外線スペクトルの１つ又は複数の波長で投影されることが更に有利である。なぜなら、皮膚は、皮膚に非常に深くは浸透しない可視スペクトルの放射線よりも赤外線放射を吸収及び／又は拡散するからである。
【００２８】
一般に、本発明は、１つの波長で投影される照明パターンで動作する。２つの波長の使用は、環境照明に対して検出をより頑強にする。上述したように、本発明によれば、ユニークな「シグネチャ」を検出することにより、即ち特定の波長における光の拡散及び／又は吸収のような画像化された照明パターンにおいて検出可能な、照明パターンにおける皮膚領域の影響を表すシグネチャにより皮膚領域が検出される。理論的には、他の材料が、皮膚と同じ特定の波長の拡散係数を持つことが起こりうる。従って、１つ（又は複数）の余分な波長を追加することは、「シグネチャ」を更に強化し（即ち、皮膚にとってよりユニークにし）、従って、皮膚検出の特異性を向上させる。なぜなら、これらの２つ（又はそれ以上）の波長において照明パターンにおける同じ影響を皮膚に与える別の物質が存在する可能性は低いからである。
【００２９】
好ましくは、この場合、上記評価ユニットは、２つの波長又は波長範囲の間の画像におけるエッジぼけ及び／若しくは強度の差異を分析し、並びに／又は画像化された照明パターンの別々の領域のエッジぼけ及び／若しくは強度の差異をそれぞれの閾値と比較するよう構成される。別々の領域は特に、隣接する画素及び／又は画素領域である。これは、皮膚の検出を更に改善し、環境照明に対してより堅牢にする。
【００３０】
別の実施形態では、上記評価ユニットは、上記照明ユニットと上記シーンとの間の距離及び／又は上記照明ユニットの上記ワット数に基づき、上記閾値を設定及び／又は適合させるよう構成される。例えば、距離が小さくワット数が高い場合、使用される閾値はより高い値に設定され、逆もまた同様である。これは、皮膚の検出を更に改善する。
【００３１】
皮膚領域の検出に加えて、本発明は、皮膚領域のサイズ、形状及び／又は位置に関する情報を得るために更に使用されることができる。これは、上記評価ユニットが、投影された照明パターンと比較して、画像化された照明パターンの変形を分析するよう構成される実施形態で可能である。
【００３２】
本発明は、好ましくは、ｒＰＰＧ技術の使用によるバイタルサイン取得の状況で使用される。この目的のため、上記撮像ユニットは好ましくは、時間にわたり上記シーンの画像シーケンスを取得するよう構成され、上記デバイスは、上記一連の画像における検出された皮膚領域からの画像情報に基づき、上記シーンにおける対象のバイタルサインを検出するバイタルサイン検出器を更に有する。従って、提案された皮膚領域の検出は、バイタルサインの取得中に皮膚領域を検出及び／又は追跡するために一度又は連続的に使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるデバイスの第１の実施形態の概略的なダイアグラムを示す図である。
【図２】皮膚との相互作用中の光の拡散及び反射を説明するダイアグラムを示す図である。
【図３】本発明に基づき使用されることができる照明パターンの一例を説明するダイアグラムを示す図である。
【図４】本発明によるデバイスの第２の実施形態の概略的なダイアグラムを示す図である。
【図５】皮膚領域を含むシーンから画像化された照明パターンの一例及び提案された皮膚検出の結果を説明するダイアグラムを示す図である。
【図６】本発明による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明のこれらの及び他の態様が、以下に説明される実施形態より明らとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
【００３５】
図１は、本発明による皮膚検出に関するデバイス１の第１の実施形態の概略図を示す。デバイス１は、所定の照明パターンをシーンに投影する照明ユニット１０を有する。シーンは、この例では、例えば病院の部屋又は他の医療施設において、ベッド３に横たわる患者２を含むが、例えばインキュベーター／ウォーマーに横たわる新生児若しくは未熟児の環境、又は自宅の人若しくは別の環境にいる人とすることもできる。照明ユニット１０は、所定の構造化された光パターンを生成及び放射するよう構成された特別なランプ又はプロジェクタとすることができる。上記パターンは、例えばグリッド又は線の配列、十字、ドット又は好ましくは鋭いエッジを持つ他の所定の要素を含む。
【００３６】
更に、デバイス１は、シーンの画像を取得する撮像ユニット１２を有する。撮像ユニット１２は特に、好ましくは患者２の皮膚領域４を含むシーンの画像を取得するよう構成されたカメラ（検出ユニット又はカメラベースの若しくはリモートのＰＰＧセンサとも呼ばれる）である。患者２のバイタルサインを得るデバイスの用途では、皮膚領域４は好ましくは、顔の領域である。例えば、頬又は額であるが、身体の別の領域、例えば手又は腕とすることも可能である。
【００３７】
カメラによってキャプチャされた画像フレームは特に、例えば（デジタル）カメラにおけるアナログまたはデジタルフォトセンサによりキャプチャされるビデオシーケンスに対応することができる。斯かるカメラは通常、例えばＣＭＯＳ又はＣＣＤセンサといった光センサを含む。これは、特定のスペクトル範囲（可視、ＩＲ）で動作するか、又は異なるスペクトル範囲の情報を提供することができる。カメラは、アナログ又はデジタル信号を提供することができる。画像フレームは、関連する画素値を持つ複数の画像画素を含む。具体的には、画像フレームは、フォトセンサの異なる感光性要素でキャプチャされた光強度値を表す画素を含む。これらの感光性要素は、特定のスペクトル範囲（即ち、特定の色を表す）において敏感であり得る。画像フレームは、人の皮膚部分を表す少なくともいくつかの画像画素を含む。これにより、画像画素は、光検出器の１つの感光性要素及びその（アナログ又はデジタル）出力に対応することができ、又は複数の感光性要素の組み合わせ（例えば、ビニングによる）に基づき決定されることができる。
【００３８】
このデバイスは更に、画像内で再現された画像化された照明パターンを分析することにより、取得された画像を評価し、上記分析に基づき画像内の皮膚領域を検出する評価ユニット１４を有する。デバイス１は、デバイス１の他の要素を制御するコントローラ１５、例えばキーボードといったユーザインターフェース、並びに／又はデバイス１を制御するためのコマンドを入力するための、及び／若しくは例えば得られたバイタルサインといった生成された情報を出力するためのディスプレイ１６を有する。更に、デバイス１は好ましくは、撮像ユニット１２により取得された一連の画像における検出された皮膚領域からの画像情報に基づき、シーン内の人２のバイタルサインを検出するバイタルサイン検出器１７を有する。
【００３９】
ユニット１４〜１７は、専用のハードウェア要素として構成されてもよいが、それに応じてプログラムされるプロセッサ又はコンピュータ１８として構成されてもよい。デバイス１は、例えば共通のハウジング（例えば、撮像ユニット１０のハウジング）において、そのすべての要素及びユニットを含む統合されたデバイスとして構成されることができ、又は図１に示すように、分散されたデバイスとして構成されることができる。そこでは、要素及びユニットは、分散される、即ち、異なる位置に配置された別個の要素及びユニットとして実現されることができる。
【００４０】
本発明は、皮膚の光学特性、及び１つ又は複数の波長の光、好ましくは赤外線スペクトルにおける光と皮膚との相互作用に基づかれる。図２は、皮膚３０との相互作用中の光２０の拡散及び反射を示す図である。光と皮膚との相互作用の間、ある量の光２１が、皮膚表面３１から直接反射され、他のある量の光２２が、拡散及び／又は吸収される。皮膚領域が構造化された光により照らされる場合、例えば、図３に示されるように鋭いエッジを持つラインにより照らされる場合、皮膚における光の拡散は、構造化された線のエッジをぼかす。更に、皮膚は、ＩＲスペクトルにおける特定の波長における光の一部を吸収するので、皮膚領域から測定されたＩＲ反射の強度は、バックグラウンドの強度よりも低くなる。
【００４１】
更に、上述したように、光の拡散係数は、波長に基づき変化する。即ち青色光の大部分は皮膚表面から反射され、ＩＲ光のかなりの部分は皮膚において拡散及び／又は吸収される。従って、１つ又は複数の波長、好ましくはＩＲスペクトルにおける構造化された光の拡散及び吸収因子を分析することにより、（１つ又は複数の）画像に反映されたシーンにおける皮膚領域の正確で信頼できる高速な検出が可能にされる。
【００４２】
本発明は好ましくは、人のバイタルサインの取得に関するｒＰＰＧの分野に適用される。従って、撮像ユニット１２により得られた画像が、上述のように皮膚領域を検出するのに使用されるだけでなく、検出された（及び好ましくは本発明の使用により追跡もされる）皮膚領域から、ＰＰＧ信号が得られる。これは、例えば心拍、ＳｐＯ２などの人のバイタルサインを得るのに使用される。撮像ユニット１２は、照明パターンが人に投影されるときの波長又は波長範囲において少なくとも敏感であるが、特に、所望のバイタルサインを得ることが必要とされる場合、他の波長に対しても敏感であり得る。更に、評価ユニット１４は、皮膚領域を検出するため画像から適切な波長を選択し、必要に応じて、ｒＰＰＧ技術を用いて検出された皮膚領域からバイタルサインを導き出すように、及び／又は周期的な動きを分析することにより例えば呼吸数といった呼吸情報を得るよう構成されることができる。
【００４３】
様々な波長におけるＩＲ光の浸透深さが異なるため、これらの波長に対する拡散係数は異なる。組織内の各波長に対する正確な拡散係数は、その組織の光学特性により規定される。波長の拡散及び吸収係数を分析することにより、皮膚組織に特異的な光学特性が規定されることができる。このようにして、皮膚組織は、他の組織と区別されることができる。図４は、本発明によるデバイス１'の第２の実施形態の概略図を示す。照明パターンとして使用されることができる例示的なドットパターンが、人の手に投影されるものとして図４Ａに示される。図５Ａに示される投射されるＩＲドットパターンは、人間の皮膚が有意な吸収係数を持つ８３０ｎｍ（近赤外線）の例示的な波長のものである。図５Ａから分かるように、人間の皮膚に存在するドットの強度は、より低い吸収係数（例えば、衣類）を持つ他の対象に存在するスペックルの強度よりも小さい。この事実は、強度値を閾値化することにより人間の皮膚をセグメント化するために使用される。同じ波長における環境光の可能な影響を補償するため、ドットの強度対（構造化された光により照らされない）隣接画素の強度が分析される。
【００４４】
この手法を用いて皮膚検出のロバスト性（及び特異性）を更に改善するため、少なくとも２つのＩＲ波長で、好ましくは近ＩＲスペクトルで投影された照明パターンが、この実施形態において使用される。皮膚領域は、異なる（近赤外線）波長の隣接するドットの強度値における差を比較することによりセグメント化されることができる。この目的のため、撮像ユニット１２により取得された画像は、シーン内の皮膚又は他の要素によりもたらされる照明パターンのエッジのぼけを検出する評価ユニット１４のエッジブラー測定ユニット１４２に提供される（２つの波長に対するエッジブラー測定ユニット１４２の２つのサブユニット１４２１及び１４２２が描かれる。なぜなら、提供された画像におけるエッジのぼけは、２つの波長で別々に評価されるからである）。エッジブラー分析ユニット１４４では、サブユニット１４２１及び１４２２により検出された２つの波長におけるエッジのぼけの差異が分析される。更に、撮像ユニット１２により取得された画像は、評価ユニット１４の強度分析ユニット１４６に提供され、これは、２つの波長における照明パターンの強度の差を分析する。
【００４５】
比較ユニット１４８は、分析ユニット１４４及び１４６により検出されたエッジのぼけ及び強度差を比較するために提供される。この比較に基づき、画像のどの領域が皮膚領域であり、どの領域が皮膚領域でないかが決定される。
【００４６】
デバイス１'の実施形態で使用される上述した態様において、この方法は、環境ＩＲ照明に対して堅牢である。これは、ＩＲドットの強度値を変化させるが、異なるＩＲ波長のドットの強度値の間の差を変化させない。なぜなら、環境ＩＲ光は、両方のＩＲ波長からのすべてのドットに等しい寄与をするからである。
【００４７】
好ましくは、照明ユニット１０及び撮像ユニット１２は、監視される人から一定の距離の範囲内に配置される。従って、皮膚における照明パターン（例えばドット）をセグメント化するのに適した下限及び上限が、照明ユニット１０の光源（例えばＩＲ ＬＥＤ）の距離及びワット数に基づき選択されることができる。更に、照明パターンの寸法、例えば、円形ドットの半径は一般に、先験的に知られており、皮膚におけるＩＲ光の拡散によりもたらされるぼけを推定するために使用されることができる。図５Ｂは、図５Ａに示される画像に関する皮膚のセグメンテーションの結果を示す。
【００４８】
本発明の別の実施形態において、構造化された光拡散の提案された分析は、皮膚検出のための方法、例えば、一般的に知られているように、皮膚領域から反射された構造化された光のクロミナンス又は時間的脈動性の分析と組み合わせられることができる。本発明の更に別の実施形態では、可視スペクトル、好ましくはＩＲスペクトルにおける２つ以上の波長を含む構造化された照明パターンが、皮膚領域検出の特異性を改善するために用いられる。更に、本発明の一実施形態では、領域の形状を分析するのに構造化された照明パターンの変形が使用され、こうして、皮膚検出方法の特異性が改善される。更に、本発明の別の実施形態では、提案されたデバイスは、例えば、ドットの空間的構造の変化を分析することにより奥行きマップを生成するため、照明パターンに基づかれる３Ｄカメラシステムに一体化されることができ、又は本発明は、皮膚領域を追加的に検出するため、奥行きマップを取得する既存のデバイスにおいて使用されることができる。
【００４９】
図６は、本発明による皮膚検出方法の一実施形態のフローチャートを示す。第１のステップＳ１０において、所定の照明パターンが、シーンに投影される。第２のステップＳ１２において、シーンの画像が、（１回又は複数回又は定期的又は連続的に）取得される。第３のステップＳ１４において、画像において再現された画像化された照明パターンを分析することにより、取得された画像が評価される。最後に、第４のステップＳ１６において、上記分析に基づき、皮膚領域が、画像において検出される。この方法は、更なるステップを有し、デバイスの様々な実施形態について上述したように、及び本書に開示されるように変更されることができる。
【００５０】
提案されたデバイス及び方法は、ＰＰＧに関連するバイタルサイン（例えば、心拍、ＳｐＯ２、呼吸）の連続した目立たない監視に使用されることができ、ＮＩＣＵ、手術室、又は一般病棟で使用されることができる。提案されたデバイス及び方法は、個人の健康状態の監視にも使用されることができる。一般に、本発明は、シーンの画像において皮膚が検出される必要があり、特に非皮膚と区別される必要があるすべての用途において使用されることができる。
【００５１】
本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示され及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられ、本発明を限定するものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。
【００５２】
請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。単一の要素又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。
【００５３】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な非一時的媒体において格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。
【００５４】
請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
0006615197.tif 000002
【図２】
0006615197.tif 000003
【図３】
0006615197.tif 000004
【図４】
0006615197.tif 000005
【図５Ａ】
0006615197.tif 000006
【図５Ｂ】
0006615197.tif 000007
【図６】
0006615197.tif 000008