(57)【要約】【課題】電動ベッドの動作時に柵との間に障害物が挟まれる虞がある判定を誤検知することなく判定可能にする。【解決手段】電動ベッドに取り付けられた柵を外側から撮影するカメラを設け、ベッド動作時の撮影画像と、予め柵の縦パイプによるエッジ及び柵の側面が写る位置を記録した基準画像とを用い、エッジの周辺画像と柵の側面画像とをそれぞれ抽出し、エッジの写るべき位置にエッジが検出されないデータ及び側面画像において障害物のエッジを検出したデータに基づきエラーとして画像処理し、エラー画像におけるエラー集中部分の値がしきい値を越えていたら障害物を挟み込む虞があるとしてベッドの動作を停止する。このようにして、柵との間に障害物が挟まれる虞がある判定における画像認識による検出精度を向上し得る。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドの少なくとも一部を変位させるための駆動手段と、
前記一部を変位させる時に前記ベッド上のものが落下するのを防止するべく前記ベッドに組み付けられた柵を撮影するカメラと、
前記カメラに接続されると共に前記カメラによって撮影された画像データに基づいて当該画像データに含まれる障害物データを検出する画像認識手段と、
前記画像認識手段により前記障害物データが検出された場合に障害物の挟み込みの虞があると判定する挟み込み判定手段と、
前記挟み込みの虞があると判定された場合には前記駆動手段による前記ベッドの前記変位を停止する停止手段とを有することを特徴とする電動ベッドの挟み込み防止装置。
【請求項２】
前記カメラが、前記ベッドの外側から前記柵を撮影する位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電動ベッドの挟み込み防止装置。
【請求項３】
前記画像認識手段は、前記画像データ中の隣り合う画素値の変化からエッジを検出するエッジ検出手段と、前記柵のエッジとして検出される部分の前記カメラで撮影された画像における柵エッジ位置をあらかじめ記憶した柵エッジ位置情報と、前記一部を変位させている時に前記エッジ検出手段による前記エッジの検出情報と前記柵エッジ位置の情報とが不一致であると検出された点を出力する不一致検出点出力手段とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動ベッドの挟み込み防止装置。
【請求項４】
前記画像認識手段は、前記画像データ中の隣り合う画素値の変化からエッジを検出するエッジ検出手段と、前記柵の側面として検出される部分の前記カメラで撮影された画像における当該側面の位置情報をあらかじめ記憶した柵側面位置情報と、前記一部を変位させている時に前記側面の位置情報に基づいて、前記カメラで撮影された画像から前記エッジ検出手段により前記エッジが検出された点を出力する側面内エッジ検出出力手段とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動ベッドの挟み込み防止装置。
【請求項５】
前記エッジ検出手段は、前記柵のエッジとして検出される部分の延在方向に対して直交方向に並び隣り合う画素値の変化から前記エッジを検出することを特徴とする請求項３に記載の電動ベッドの挟み込み防止装置。
【請求項６】
前記エッジ検出手段は、前記柵のエッジとして検出される部分の延在方向に対して平行方向に並び隣り合う、画素値の変化から、エッジを検出することを特徴とする請求項４に記載の電動ベッドの挟み込み防止装置。
【請求項７】
前記判定手段は、請求項３に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段と、請求項４に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段と、請求項３に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段の出力結果と請求項４に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段の出力結果とから検出された点をあわせる合成手段を有し、前記合成手段により得られた検出点が所定値を超えて発現したと判断した場合に、障害物の挟み込みの虞があると判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動ベッドの挟み込み防止装置。
【請求項８】
前記判定手段は、請求項５に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段と、請求項６に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段と、請求項５に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段の出力結果と請求項６に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段の出力結果とから検出された点をあわせる合成手段とを有し、前記合成手段により得られた検出点が所定値を超えて発現したと判断した場合に、障害物の挟み込みの虞があると判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動ベッドの挟み込み防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動ベッドの動作時に柵との間に障害物が挟まれる虞がある場合の処理を行うのに適する電動ベッドの挟み込み防止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベッドに寝た状態の人の腰部分で折れ曲がって上体側を起こす背上げ動作を可能にした電動ベッドにおいて、その背上げ動作時に人やふとんがずれ落ちるのを防止するためにベッドサイドの両側または片側に側柵（サイドレール）を取り付けているものがある。そのような電動ベッドにあっては、背上げ動作時に腕の先などが側柵を貫通するようにして外に出ていた場合にはベッドの変位に伴って側柵との間に腕を挟み込んでしまう虞がある。
【０００３】
上記問題を解決するために、例えばベッドの床部となるマットレスの外周部の全周または必要な範囲（挟み込みの虞のある部分）に感圧センサを取り付け、挟み込みが生じた場合の圧力を検出するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２７７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の挟み込み検出構造にあっては、背上げ動作中に寝ている人がベッド上で動いたりして感圧センサに圧力が生じると誤検知されてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決して、電動ベッドの動作時に柵との間に異物が挟まれる虞がある判定を誤検知することなく判定可能にするために本発明に於いては、上記したような感圧センサを用いずに側柵による挟み込みを検知するために、例えばＣＣＤなどの撮像素子を用いたカメラを適所に配設して、画像処理により挟み込み状態を検知することにより非接触状態で挟み込みを検知することが考えられる。その場合の画像処理としては、側柵の側面部分（エッジがないところ）に障害物のエッジが見えたり、フレームのエッジが障害物によって隠されたりしたことをもって挟み込みの可能性ありと判断することができる。
【０００６】
そこで、ベッドの少なくとも一部を変位させるための駆動手段と、前記一部を変位させる時に前記ベッド上のものが落下するのを防止するべく前記ベッドに組み付けられた柵と、前記柵を撮影するカメラと、前記カメラに接続されると共に前記カメラによって撮影された画像データに基づいて当該画像データに含まれる障害物データを検出する画像認識手段と、前記画像認識手段により前記障害物データが検出された場合に障害物の挟み込みの虞があると判定する挟み込み判定手段と、前記挟み込みの虞があると判定された場合には前記駆動手段による前記ベッドの前記変位を停止する停止手段とを有するものとした（請求項１）。
【０００７】
特に、前記カメラが、前記ベッドの外側から前記柵を撮影する位置に配設されていると良い（請求項２）。また、前記画像認識手段は、前記画像データ中の隣り合う画素値の変化からエッジを検出するエッジ検出手段と、前記柵のエッジとして検出される部分の前記カメラで撮影された画像における柵エッジ位置をあらかじめ記憶した柵エッジ位置情報と、前記一部を変位させている時に前記エッジ検出手段による前記エッジの検出情報と前記柵エッジ位置の情報とが不一致であると検出された点を出力する不一致検出点出力手段とを有すると良い（請求項３）。また、前記画像認識手段は、前記画像データ中の隣り合う画素値の変化からエッジを検出するエッジ検出手段と、前記柵の側面として検出される部分の前記カメラで撮影された画像における当該側面の位置情報をあらかじめ記憶した柵側面位置情報と、前記一部を変位させている時に前記側面の位置情報に基づいて、前記カメラで撮影された画像から前記エッジ検出手段により前記エッジが検出された点を出力する側面内エッジ検出出力手段とを有すると良い（請求項４）。さらに、前記エッジ検出手段は、前記柵のエッジとして検出される部分の延在方向に対して直交方向に並び隣り合う画素値の変化から前記エッジを検出したり（請求項５）、前記エッジ検出手段は、前記柵のエッジとして検出される部分の延在方向に対して平行方向に並び隣り合う、画素値の変化から、エッジを検出したり（請求項６）すると良い。また、前記判定手段は、請求項３に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段と、請求項４に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段と、請求項３に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段の出力結果と請求項４に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段の出力結果とから検出された点をあわせる合成手段を有し、前記合成手段により得られた検出点が所定値を超えて発現したと判断した場合に、障害物の挟み込みの虞があると判定したり（請求項７）、前記判定手段は、請求項５に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段と、請求項６に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段と、請求項５に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段の出力結果と請求項６に記載されたエッジ検出手段を有する画像認識手段の出力結果とから検出された点をあわせる合成手段とを有し、前記合成手段により得られた検出点が所定値を超えて発現したと判断した場合に、障害物の挟み込みの虞があると判定したり（請求項８）すると良い。
【発明の効果】
【０００８】
このように本発明によれば、カメラにより柵を撮影し、カメラにより障害物が検出されたら柵との間に挟み込みが生じる虞があると判断できるため、感圧センサなどを用いた接触状態で異物を検出するものにおいて単なる人体の移動を誤検出してしまうというようなことがなく、非接触状態で異物の挟み込みの虞を検出してベッドの駆動を停止することにより挟み込みを防止することができる。また、非接触で挟み込みの虞を検出するため、障害物を挟み込む前にベッドの駆動を停止することができる。また、挟み込みの虞を検出した位置を認識することができるので、挟み込む直前までベッドの動作を許可することも、感圧センサなどを用いた接触状態で異物を検出するものと同様に行うことができる。
【０００９】
特に、カメラがベッドの外側から柵を撮影することにより、柵の外に障害物が出た場合を確実に検出することができ、ベッド内での人体の移動を誤検出することがない。また、ベッド上にある人体や、ふとんなどによって、挟み込む領域が隠されることがない。また、障害物の認識に於いて、あらかじめ柵のエッジとして検出される部分（例えば縦パイプ）が、カメラで撮影された画像に投影される位置を記憶した情報と、ベッド駆動時に撮影された画像中の柵のエッジとを比較して、柵のエッジが障害物により隠れたこと（エッジ情報の不一致）を検出するように構成したことで、挟み込まれる虞のある様々な形状の障害物に対して検出することができるようになる。また、あらかじめ柵の側面の部分が、カメラで撮影された画像に投影される位置を記憶した情報と、ベッド駆動時に撮影された画像中の柵の側面部分とを比較して、この部分にエッジが検出されたとき、このエッジは、柵の間を貫通する障害物のエッジであると判断できる。このことによって、挟み込まれる虞のある様々な形状の障害物に対して検出することができるようになる。また、あらかじめ柵のエッジが、カメラで撮影された画像に投影される位置を記憶した情報をもとに、ベッド駆動時に撮影された画像中の柵のエッジを探すときに、柵のエッジの方向に対して直交方向か、または、水平及び垂直のどちらか一方のうち、柵のエッジの方向に対して直交方向に近い方向に並び隣り合う画素値の変化から、エッジを検出することによって、画像中の背景部分に見える、柵のエッジの方向に対して直交方向に近いエッジを、柵のエッジと誤認識することがなくなってよい。また、柵の側面が、カメラで撮影された画像に投影される位置を記憶した情報をもとに、柵の間を貫通する障害物のエッジを検出するときに、柵のエッジの方向に対して平行方向か、または、水平か垂直のどちらか一方のうち、柵のエッジの方向に対して平行方向に近い方向に並び隣り合う画素値の変化から、エッジを検出することによって、柵のエッジや、柵に映り込む照明や、柵に映り込む背景などを障害物のエッジと誤認識することがなくなってよい。また、柵を構成するパイプが垂直方向に配置されるとき、柵のエッジは垂直方向となり、カメラと柵との間に存在する可能性のある医療用器具の脚や、介助者の脚のエッジを障害物の脚と誤認識することがなくてよい。また、柵のエッジが隠されたことにより障害物を検出する画像認識手段と、柵の側面に存在するエッジを検出する画像認識手段の両方を合わせて判定することにより、どちらかの出力した誤認識結果を修正することができ、より正確に障害物を検知できてよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された電動ベッドを示す概略斜視図である。図示例の電動ベッド１にあっては、床部材が略中間位置で折れ曲がるようにされたベッドの一部としての上体側床部２と下肢側床部３とを有し、床に載置されるベースフレーム４に取り付けられた駆動手段としてのモータ５により例えばリンク機構を介して図の矢印Ａに示されるように上体側床部２が傾動するようになっている。モータ５は画像認識手段及び判定手段を有するＣＰＵを備える制御ユニット６により駆動制御され、制御ユニット６には図示されない操作用スイッチボックスが連結されている。なお、下肢側床部３も変位（例えば上下動）するようになっていても良いが、以下の説明では上体側床部２の動作を例として説明する。
【００１１】
電動ベッド１には、上記上体側床部２の傾動時にふとんなどのベッド上のものが落下するのを防止するために、ベースフレーム４に固定された柵７がベッド側縁部に立設するように配設されている。そして、側柵（サイドレール）としての柵７の間から外方に障害物が突出しているか否かを監視するためのカメラ８が図示例ではヘッドボード２ａの上側角部に配設されている。図示例のカメラ８にあっては、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサを用いてその撮影した画像情報をデジタル信号として制御ユニット６に送信する。なお、アナログ信号を送信するカメラを用いても良く、その場合には制御ユニット６側でＡ／Ｄ変換する。
【００１２】
柵７の形状は、図示例では、上部に横長の矩形枠を有し、その下側に複数本の上下方向に延在する縦パイプ７ａが横方方向に等分割位置に配置されたものであるが、その形状に限定されるものではなく、パイプなどを組み合わせた種々の形状のものであって良い。なお、図示例では、縦パイプ７ａが柵７のエッジとして検出される部分となる。
【００１３】
次にカメラ８で撮影された画像情報に基づく画像認識処理について示す。図２にカメラ８により撮影された画像の一例を示す。図に示されるように、カメラ８により撮影する部位はベッド１の外方から柵７を撮影する状態となるようにすると良い。その柵７の画像認識をエッジ抽出用フィルタであるソーベルフィルタを用いたエッジ検出により行う。ソーベルフィルタを用いることにより、その係数の変更で、横方向スキャンにより縦エッジを検出したり、縦方向スキャンにより横エッジを検出したりすることを容易に行うことができる。
【００１４】
図示例の場合における柵７との間で何等かの障害物が挟まれる虞がある場合としては、図２（ｂ）に示されるように、柵７の複数本の縦方向に延在する各縦パイプ７ａの間から障害物９が外方に突出するようになっていた場合が考えられる。その状態で上体側床部２が上方に変位すると、柵７の横方向パイプ７ｂと上体側床部２との間に障害物９が挟み込まれるようになってしまう。
【００１５】
したがって、まず縦パイプ７ａのエッジ検出を行う場合について図３を参照して示す。図３（ａ）は、図２（ａ）の二点鎖線で囲まれた部分を拡大して示すものである。例えば、縦パイプ部分が背景と比較して明るく撮影されている場合について示す。
【００１６】
図３（ｂ）の上段は１スキャンにおける明るさ信号の波形であり、下段はその明るさ信号を微分した信号の波形である。このように明るさ信号を微分することにより明るさの明暗が大きく変わる所をエッジ信号として検出することができる。さらに、明るさ信号を微分した信号に対して、絶対値演算を行うことで、明るさが明から暗、もしくは暗から明に変化する両方の箇所において、正となるエッジ信号を得ることができる。そのエッジ信号の位置により縦パイプ７ａの輪郭（エッジ）を検出し得る。このようにして画像認識手段が構成されているが、具体的には制御ユニット６のＣＰＵによる処理であって良い。
【００１７】
次に、上記画像認識処理を用いた障害物の検出要領について図４を参照して示す。なお、基準動作として、モータ５を駆動して上体側床部２を傾動させる状態になったか否かを判別し、駆動されていない場合にはカメラ８により撮影された画像データの入力処理をする。このようにすることにより、万が一カメラ８が動いて撮影範囲がずれてしまった場合でも常に縦パイプ７ａの正確な位置をデータとして記憶しておくことができる。
【００１８】
モータ５が駆動されていると判断された場合には図４に示される制御を行う。図４において、データ１は、ベッド動作時にカメラによって撮影された画像データであり、データ２は、あらかじめ柵７のエッジとして検出され部分（以後、柵のエッジと称す）が映る位置、および、柵７の側面が映る位置を記録した画像データ（柵側面位置情報）である。画像データには、さらに、柵７のエッジが延びている方向（縦パイプ７ａの延在する方向）を示すデータ、柵７の側面が延びる方向（例えば図２における手前〜奥となる方向）を示すデータをも含める。
【００１９】
例えば、柵７のエッジであれば１０，柵７の側面であれば２０というように、インデックスを割り当て、さらに、方向については、水平、垂直に２値化して、それぞれ1、0のインデックスを割り当てる。これらの合計を画素値とした画像を生成する。柵７のエッジの検出および柵７の側面部分の検出については、予め撮影画像を元に人が抽出を行っておくことであって良い。なお、上記図３で示したように処理して良いエッジ検出手段６ａは、下記に示す各処理１〜４に対して並列に設けられていて良く、各処理において適宜エッジ検出に用いられるようになっている。
【００２０】
上記各データ１・２はそれぞれ処理１及び処理２に入力される。処理１では、データ２により画像中に柵のエッジが映る位置を得ると共に、データ１により画像中に柵のエッジが映る位置に相当する位置の周辺部分の画像を得る。なお、周辺部分とは、柵７の位置及び、カメラ８の位置が微少にずれる可能性を考慮し、あらかじめ決めてある幅の内側の部分である。また、処理２では、データ２により画像中に柵の側面が映る位置を得ると共に、データ１により画像中に柵７の側面が映る位置に相当する位置の部分の画像（面画像）を得る。
【００２１】
処理１では、柵７のエッジ周辺画像を抽出し、その抽出画像データを不一致検出点出力手段としての処理３に出力する。
【００２２】
処理３では、処理１から出力された画像中のエッジ検出を行い、柵７のエッジが映る位置に相当のエッジがないという両エッジ情報の不一致検出点を検出する。あるべき柵７のエッジがないことが検出された場合には、この不一致検出点の位置情報を出力する。エッジ検出にあっては、データ２より、柵７のエッジ（縦パイプ７ａ）が延びる方向を得て、これと直角の方向（例えば図２の横方向）に並ぶ画素の列からエッジ検出を行う。上記した相当のエッジとは、柵７の位置及び、カメラ８の位置が微少にずれる可能性を考慮し、あらかじめ決めてある幅の内側の部分に見えるべき縦パイプ７ａによるエッジである。
【００２３】
側面内エッジ検出出力手段としての処理４では、処理２から出力された画像中のエッジ検出を行い、図２（ｂ）に示されるような障害物９のエッジを検出する。検出された場合には、この位置情報を側面内で検出されたエッジの検出点として出力する。処理４におけるエッジ検出にあっては、データ２より、柵７の側面が延びる方向を得て、これと並行の方向に並ぶ画素の列からエッジ検出を行う。
【００２４】
処理３及び処理４の出力は１つにまとめられてデータ３となる。データ３は、処理３および処理４により出力された点をエラーとして描画した画像である。そのデータ３の出力は処理５に入力する。処理５は、データ３に基づき、エラーの各点の集まっている部分を抽出し、最も集中している部分が予め設定したしきい値（例えばエラー点の個数に相当する値）を超えるとき、障害物を挟み込む虞があると判定し、この結果を出力する。処理５の出力は停止手段としての処理６に入力し、その処理６では、処理５の出力結果に基づいてベッド１の動作を停止する信号を出力する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明が適用された電動ベッドを示す概略斜視図である。
【図２】（ａ）はカメラにより撮影された画像を示す図であり、（ｂ）は障害物が柵を貫通している状態を示す（ａ）に対応する図である。
【図３】（ａ）は図２（ａ）の腰部を拡大して示す画像処理の説明図であり、（ｂ）は（ａ）に対応した画像処理の信号波形を示す図である。
【図４】本発明に基づく制御要領を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  電動ベッド
２  上体側床部
５  モータ
６  制御ユニット、６ａ  エッジ検出手段
７  柵、７ａ  縦パイプ
８  カメラ
９  障害物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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