(57)【要約】【課題】対象物の危険な状態を正確に判定するだけでなく、単純な空間内監視装置を提供する。【解決手段】対象領域３内の３次元情報を取得する３次元センサ１０と、前記取得した３次元情報に基づいて、対象領域３内の高さの変化を検出する高さ変化検出手段２２と、前記検出された高さの変化に基づいて、対象物２の位置を検出する位置検出手段２３と、前記検出された高さの変化に基づいて、対象物２の動きを検出する動き検出手段２４と、前記検出された対象物２の位置と動きに基づいて、対象物２が危険な状態にあるか否かを判定する危険判定手段２５とを備え、危険判定手段２５は、前記危険な状態にあるか否かの判定を、対象領域３内の位置毎に設定された判定基準に基いて行なうように構成される空間内監視装置１とする。【選択図】　図１
2004097302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象領域内の３次元情報を取得する３次元センサと；
前記取得した３次元情報に基づいて、前記対象領域内の高さの変化を検出する高さ変化検出手段と；
前記検出された高さの変化に基づいて、対象物の位置を検出する位置検出手段と；
前記検出された高さの変化に基づいて、前記対象物の動きを検出する動き検出手段と；
前記検出された対象物の位置と動きに基づいて、前記対象物が危険な状態にあるか否かを判定する危険判定手段とを備え；
前記危険判定手段は、前記危険な状態にあるか否かの判定を、前記対象領域内の位置毎に設定された判定基準に基いて行なうように構成された；
空間内監視装置。
【請求項２】
前記対象物は、呼吸をするものであり；
前記動き検出手段は、前記対象物の呼吸を検出するように構成された；
請求項１に記載の空間内監視装置。
【請求項３】
前記動き検出手段は、前記対象物の移動を検出できるように構成された；
請求項１又は請求項２に記載の空間内監視装置。
【請求項４】
前記位置検出手段は、前記検出された高さ変化に基づいて、前記対象物の存在する存在領域を判定し、前記判定された存在領域を含む領域であって、前記存在領域を所定の範囲だけ拡大した領域を算出し、前記拡大された領域を優先して、前記対象物の位置の検出を行なうように構成された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空間内監視装置。
【請求項５】
前記３次元センサは、前記対象領域に、輝線又は、複数の輝点を投影する投影手段と；
前記投影により形成されたパターンを撮像する撮像手段と；
前記撮像されたパターン像と参照像とに基づいて三角法により前記対象物の高さを演算する高さ演算部とを備える；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の空間内監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物を監視する空間内監視装置に関し、特に空間内に存在する対象物の位置や動きなどの変化を監視するための空間内監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空間内、例えば風呂場やトイレ等での対象物、例えば人物の動きの変化を監視する監視装置として、従来から、動き検出センサが提案されている。代表的な例は、浴室内の画像を撮像し、取得した画像を複数の部分画像に分けて、各部分画像毎に明るさと色の変化から対象物の動きがあるかどうかを検出し、各部分画像の動きの状況により、入浴中の人物が動いているか否かを判定する物である。また、室内用では、転倒を含む個室内の人物の状態を検出する装置として、天井に取り付けた赤外線画像センサと、壁面に取り付け一定の高さを検知エリアとする熱線高さセンサを組み合わせて相互の出力から室内の人物の状態を判定する装置が提案されている。この装置は、壁面のセンサの検出高さエリアを適当に設定することにより、在室中の人物が低い姿勢をとっているか、高い姿勢をとっているか、即ち、転倒状態にあるか、そうでないかを検出することができる。
【０００３】
また、ベッド上の就寝者にパターンを投影し、投影されたパターンを連続的に撮像した画像からパターンの移動量を算出することで、就寝者の呼吸を監視する監視装置があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７５５８２号公報　（第５−９頁、第１−１３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら以上のような従来の装置によれば、例えば人物の動きが止まっている場合には、ただじっとしている状態であるのか、倒れて危険な状態であるのかを判定することができなかった。
【０００６】
そこで本発明は、対象物の危険な状態を正確に判定するだけでなく、単純な空間内監視装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による空間内監視装置１は、例えば図１、図２に示すように、対象領域３内の３次元情報を取得する３次元センサ１０と；前記取得した３次元情報に基づいて、対象領域３内の高さの変化を検出する高さ変化検出手段２２と；前記検出された高さの変化に基づいて、対象物２の位置を検出する位置検出手段２３と；前記検出された高さの変化に基づいて、対象物２の動きを検出する動き検出手段２４と；前記検出された対象物２の位置と動きに基づいて、対象物２が危険な状態にあるか否かを判定する危険判定手段２５とを備え；危険判定手段２５は、前記危険な状態にあるか否かの判定を、対象領域３内の位置毎に設定された判定基準に基いて行なうように構成される。
【０００８】
このように構成すると、３次元センサ１０と、高さ変化検出手段２２と、位置検出手段２３と、動き検出手段２４とを備えているので、対象物２の位置と、動きを検出できる。さらに、危険判定手段２５を備え、危険判定手段２５は、前記危険な状態にあるか否かの判定を、対象領域３内の位置毎に設定された判定基準に基いて行なうように構成されるので、対象物の危険な状態を正確に判定するだけでなく、単純な空間内監視装置を提供することができる。
【０００９】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の空間内監視装置１では、対象物２は、呼吸をするものであり；動き検出手段２４は、対象物２の呼吸を検出するように構成することが好ましい。またこの場合には、呼吸をする対象物２は、例えば人物であるが、動物であってもよい。
【００１０】
このように構成すると、動き検出手段２４は、対象物２の呼吸を検出するので、例えば、対象物の動きがほとんど無い場合でも、呼吸を検出することで、その安否を判定できる。即ち、対象物の危険な状態を判定できる。また、検出された呼吸からも、その呼吸の正常、異常を判定することで、対象物２の危険な状態を判定することもできるので、危険な状態の判定の信頼性が増す。
【００１１】
また請求項３に記載のように、請求項１又は請求項２に記載の空間内監視装置１では、動き検出手段２４は、対象物２の移動を検出できるように構成するとよい。
【００１２】
また請求項４に記載のように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空間内監視装置１では、位置検出手段２３は、前記検出された高さ変化に基づいて、対象物２の存在する存在領域を判定し、前記判定された存在領域を含む領域であって、前記存在領域を所定の範囲だけ拡大した領域を算出し、前記拡大された領域を優先して、対象物２の位置の検出を行なうように構成するとよい。
【００１３】
このように構成すると、例えば、対象物２の存在する可能性が高い領域から対象２の位置の検出を行なうので、対象物２の位置の検出に要する時間を短縮でき、処理の高速化が図れる。
【００１４】
また請求項５に記載のように、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の空間内監視装置１では、例えば図７、図１１に示すように、３次元センサ１０１は、前記対象領域に、輝線又は、複数の輝点を投影する投影手段１１０、２１０と；前記投影により形成されたパターンを撮像する撮像手段１１１と；前記撮像されたパターン像と参照像とに基づいて三角法により前記対象物の高さを演算する高さ演算部１１８とを備える。
【００１５】
このように構成すると、３次元センサ１０１は、投影手段１１０、２１０により前記対象領域に投影された輝線又は、複数の輝点により形成されたパターンを、撮像手段１１１により撮像し、高さ演算部１１８により、前記撮像されたパターン像と参照像とに基づいて三角法により前記対象物の高さを演算するので、単純でありながら正確に対象物の高さを測定できる。また、パターンを輝線とした場合には、例えば、輝線方向の連続的な高さを測定できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１７】
図１は、本発明による第１の実施の形態である空間内監視装置としての室内監視装置１の模式的外観図である。室内監視装置１は、浴室に設置されるものである。室内監視装置１は、対象領域内の３次元情報を取得する３次元センサ１０と、演算装置２０とを含んで構成される。また室内監視装置１は、対象領域を監視するように構成されている。また対象物は、呼吸をするものである。即ち対象物は、例えば人物や動物である。本実施の形態では、対象物は、人物２である。また本実施の形態では、対象領域は、浴室３である。また、３次元センサ１０は、対象領域内に複数の測定点を有しており、各測定点での高さを測定できるものである。また本実施の形態では、３次元情報は、浴室３内に複数存在する測定点の座標と、各点で測定された高さである。言い換えれば、３次元情報は、浴室３内での高さ分布である。
【００１８】
浴室３は、四方を壁面６に囲まれた閉空間であり、上方に天井５が形成されている。壁面６は、正面壁面６１、左側面壁面６２、裏面壁面６３、右側面壁面６４（以下単に壁面６１、６２、６３、６４という、また区別しないときは単に壁面６という）で構成されている。さらに浴室３は、浴槽４と、洗い場７とを有している。そして、浴槽４は洗い場７と隣接して設置されている。
【００１９】
また、浴室３の上部には、３次元センサ１０が配置されている。浴室３の上部とは、典型的には天井５又は、壁面６の上部である。図示は、天井５と壁面６とが形成する角部に配置している場合を示している。３次元センサ１０については後で詳述する。３次元センサ１０と演算装置２０とは電気的に接続されている。なお、図示では、３次元センサ１０と演算装置２０とは別体として示してあるが、一体に構成してもよい。このようにすると、室内監視装置１を小型化することができる。
【００２０】
図２のブロック図を参照して、室内監視装置１の構成例について説明する。３次元センサ１０は、演算装置２０に接続されており、取得した３次元情報を演算装置２０に出力するように構成されている。また演算装置２０は、３次元情報を３次元センサ１０から時系列的に取得するように構成するとよい。演算装置２０は、例えばパソコンやマイコン等のコンピュータである。また、演算装置２０は室内監視装置１を制御する制御部２１を有している。
【００２１】
制御部２１には、記憶部３１が接続されている。記憶部３１は、３次元センサ１０より時系列的に取得した３次元情報を記憶するようにするとよい。また記憶部３１には算出された情報等のデータが記憶できる。さらに、記憶部３１は、後述する浴室３内の位置毎に設定した判定基準が記憶される判定基準記憶部３２を有している。
【００２２】
また制御部２１には、室内監視装置１を操作するための情報を入力する入力装置３５、室内監視装置１で処理された結果を出力する出力装置３６が接続されている。入力装置３５は例えばタッチパネル、キーボードあるいはマウスであり、出力装置３６は例えばディスプレイやプリンタである。本図では、入力装置３５、出力装置３６は演算装置２０に外付けするものとして図示されているが、内蔵されていてもよい。また、入力装置３５は、例えば対象領域内の監視（危険判定）の開始や解除を行なえるスイッチ、出力装置３６は、例えば動作インジケータとしてのＬＥＤとしてもよい。このようにすると、室内監視装置１を単純に構成できる。特に、３次元センサ１０と演算装置２０とを一体に構成する場合には、このように構成することが好ましい。このようにすることで、より単純で小型な室内監視装置とすることができる。
【００２３】
制御部２１内には、３次元センサ１０より取得した３次元情報に基づいて、浴室３内の高さの変化を検出する高さ変化検出手段としての高さ変化検出部２２と、高さ変化検出部２２により検出された高さの変化に基づいて、人物２の位置を検出する位置検出手段としての位置検出部２３と、高さ変化検出部２２により検出された高さの変化に基づいて、人物２の動きを検出する動き検出手段としての動き検出部２４と、検出された人物２の位置と動きに基づいて、人物２が危険な状態にあるか否かを判定する危険判定手段としての危険判定部２５とが備えられている。位置検出部２３により検出する人物２の位置は、例えば人物２の存在する領域の位置であり、人物２の存在領域の位置は、典型的には人物２の存在領域の重心位置である。また、人物２の動きを検出するとは、人物２に動きが無いことを検出することを含む概念である。また、ここでいう動きは、例えば、呼吸、体動、移動である。体動とは、人物２の体の動きであり、例えば立ったり座ったりといった動きの他、手足の動きを広く含む概念である。以下、各構成について説明する。
【００２４】
高さ変化検出部２２による高さの変化の検出は、３次元センサ１０から取得した３次元情報と、記憶部３１に時系列的に保存された３次元情報との差分を算出することにより浴室３内の各測定点での高さの変化を検出する。言い換えれば、取得した最新の３次元情報と、過去に取得した３次元情報との差分を取ることにより浴室３内の各測定点での高さの変化を検出する。過去に取得した３次元情報は、典型的には最新の３次元情報より１つ前（過去）に取得した３次元情報である。なお、この場合、３次元情報は、３次元センサ１０から一定時間間隔で取得するようにする。３次元情報の取得間隔は、例えば０．１〜３秒程度、好ましくは０．１〜０．５秒程度とするとよい。また、より短い時間で３次元情報を取得し、平均化またはフィルタリングの処理を行なうことで、例えばランダムノイズの影響を低減できるので有効である。また、取得間隔は、比較的長めな時間、例えば５〜２０秒程度としてもよい。この場合には、例えば人物２の大きな体動を検出しやすくなる。
【００２５】
また、３次元センサ１０から取得した３次元情報又は高さ変化は、過去一定回数取得した、または過去一定期間内に取得した値の移動平均値、または期間平均値としてもよい。このようにすることで、ランダムノイズや窓から差し込む日光のちらつきなどによる突発的なノイズが軽減でき、ピーク位置の誤判定やゼロクロス位置（符号が反転する交点）の誤判断を軽減することができる。
【００２６】
また、位置検出部２３は、高さ変化検出部２２により検出された高さ変化に基づいて、人物２の存在する存在領域を判定し、前記判定された存在領域の重心位置を人物２の位置とするように構成するとよい。このようにすることで、人物２の位置を、面積のある領域ではなく、点で検出することができるので、人物２の僅かな動きを比較的敏感に検出することができる。
【００２７】
存在領域の判定は、例えば、任意の測定点の高さ変化に注目し、高さ変化が閾値以上であれば、この注目点から所定の範囲にある点で、高さ変化が閾値以上であり、変化の方向が注目位置と同じである測定点の数を計数し、そしてその数が所定の値以上であれば、この範囲を存在領域と見なすようにする。
【００２８】
さらに、位置検出部２３は、判定された存在領域を含む領域であって、存在領域を所定の範囲だけ拡大した領域を算出し、その拡大された領域を優先して、人物２の位置の検出を行なうように構成してもよい。本実施の形態では、３次元センサ１０による３次元情報の取得間隔は、人物２の動きと比較して十分短時間に設定されているので、人物２がこの取得間隔の間に大きく移動することはなく、次に人物２の位置を検出する際にも、人物２がほぼ同じ位置あるいは隣接した領域に存在すると考えられる。このため、存在領域を所定の範囲だけ拡大した領域を優先して人物２の位置の検出を行なう方法が有効である。このようにすることで、人物２が存在する可能性が高い領域を優先して、人物２の位置を検出するので、人物２の探索時間が短縮でき、処理の高速化が図れる。
【００２９】
動き検出部２４は、前述したように、高さ変化検出部２２により検出された高さの変化に基づいて、人物２の動きを検出するものである。さらに、動き検出部２４は、高さ変化検出部２２により検出した高さの変化に基づいて、人物２の呼吸を検出するように構成される。
【００３０】
動き検出部２４による呼吸の検出は、高さ変化検出部２２により検出した高さ変化の周期的変化の振幅と周期（周波数）の両方又はいずれか一方に所定の上限下限の閾値を設定し、この閾値と比較して呼吸か否かを判定し、呼吸を検出する。周期の上限下限の閾値は、例えば人物の呼吸の周期を含む範囲、例えば、下限を毎分５サイクル、上限を毎分６０サイクルに設定するとよい。ところで、大人の呼吸数は、毎分５〜３０回程度の範囲にあるが、幼児の場合にはさらに呼吸数が多くなる傾向がある。また同様に、振幅の上限下限の閾値は、例えば人物の呼吸の振幅を含む範囲、例えば、下限を１ｍｍ、上限を２０ｍｍ程度の高さ変化に相当する値に設定するとよい。これにより、検出された人物２の呼吸は、波形パターンを形成する。
図３は、呼吸の波形パターンの例を示した図である。
【００３１】
また、動き検出部２４は、検出された高さ変化が、所定値以上であれば、人物２に大きな動き即ち体動があった判定するように構成するとよい。所定値は、例えば１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上に設定する。なお、後述の呼吸の範囲に重ならないように設定するようにする。また、所定値を複数設定し、設定した各所定値を越える毎に異なる動きが有ったと判定するようにしてもよい。このようにすることで、例えば、体動であっても、腕を動かすような小さな体動や、立ったり座ったりといった大きな体動を区別して判定できる。即ち人物２の動きをより細かく判定できる。人物２の体動の検出は、高さ変化から呼吸のみを検出した場合に比べて、高さ変化が遥かに大きく変動するので、容易に検出することができる。また、人物２が痙攣のような周期的で小さい動きをした場合でも、波形パターンからそれを検出することができる。このような場合には、さらに痙攣している動きの波形パターンを記憶部３１に保存しておくことで、そのパターンと比較することにより人物２の痙攣を検出することもできる。
【００３２】
また、動き検出部２４は、位置検出部２３により判定された存在領域内の高さ変化の平均値に基づいて、人物２の動きを検出するように構成してもよい。このようにすると、動き検出部２４による動きの検出の信頼性が向上する。
【００３３】
さらに、動き検出部２４は、人物２の移動を検出できるように構成されている。なお、移動の検出は、移動の有無の検出の他、移動の方向、速度、距離の検出を含むものとする。移動は、例えば、位置検出部２３により検出された人物２の位置の変化を検出することにより少なくとも移動の有無を検出できる。また、例えば、一定時間間隔で人物２の位置を取得することで、人物２の移動速度を容易に検出できる。
【００３４】
危険判定部２５は、位置検出部２３により検出された人物２の位置と、動き検出部２４により検出された人物２の動きに基づいて、人物２が危険な状態にあるか否かを判定するものである。さらに、危険判定部２５は、危険な状態にあるか否かの判定を、浴室３内の位置毎に設定された判定基準に基いて行なうように構成されている。ここでは、浴室３内の位置毎に設定された判定基準は、浴槽４の位置、洗い場７の位置毎に設定されている。
【００３５】
危険な状態の判定基準について説明する。危険な状態であると判定する基準は、例えば、洗い場７では、人物２の動きの振幅が大きい、言い換えれば体動（例えば背中を洗う時の手の動き等）が検出されている状態から、人物２の動きの振幅が小さくなったとき、急に人物２の動きが無くなったとき、動きが無い状態が所定時間継続したときを基準とするとよい。これは、例えば人物２が転倒した、あるいは気絶したと推測できるためである。但し、洗い場７でも特に浴室３の出入口付近で移動が検出された後、人物２の動きが無くなったときには、危険な状態と判定しないようにする。これは、人物２が浴室３の外に出たと判定できるからである。このような判定基準とすると、例えば、人物２の動きの振幅が大きい、言い換えれば体動（例えば背中を洗う時の手の動き等）が検出されている場合には、危険な状態ではない（以下適宜安全状態という）と判定することになる。また、人物２が浴室３の外に出たと判定した場合には、再び浴室３内で人物２の動きが検出されるまで、浴室３内の監視を休止するように構成してもよい。このようにすると、例えば、人物２が浴室３内に存在しないにも関らず、ノイズ等を検出することで、誤判定を防ぐことができるので、信頼性が高い。
【００３６】
また、浴槽４では、急に人物２の動きが無くなったとき、動きが無い状態が所定時間継続したときを基準とするとよい。これは、例えば人物２が水没した、あるいは気絶していると推測できるためである。言い換えれば、このような判定基準とすると、人物２の呼吸を検出されている場合には、危険な状態ではない（以下適宜安全状態という）と判定することになる。
【００３７】
さらに、危険判定部２５による人物２の危険状態の判定の基準は、以下のようなことを考慮して、設定するようにするとよい。例えば、呼吸が検出されているときに、短時間に呼吸パターンの持つ周期が乱れた場合又は、呼吸パターンの持つ周期が急激に変化した場合には、例えば、自然気胸、気管支喘息などの肺疾患、うっ血性心不全などの心疾患、または、脳出血などの脳血管疾患であると推測できるので、危険な状態であると判定するように設定する。また、呼吸パターンの消失が続いた場合には、人物２の呼吸が停止したと推測できるので、危険な状態であると判定するように設定する。そして、短時間に呼吸パターンではなく人物２の体動が頻出した場合には、人物２が何らかの理由で苦しんで暴れているような状況が推測できるので、危険な状態であると判定するように設定する。
【００３８】
図４を参照して、正常及び異常な呼吸パターンの例を説明する。正常な呼吸パターンは、図４（ａ）に示したような、周期的なパターンである。ただし、大人の場合には、１分間の呼吸数として正常な範囲は、１０〜２０回程度である。異常な呼吸パターンは、例えば、チェーン−ストークス（Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ）呼吸、中枢性過換気、失調性呼吸、カスマウル（Ｋｕｓｓｍｕｌ）の大呼吸など、生理学的に体内に障害が発生している場合に生じると考えられている呼吸パターンである。
【００３９】
図４（ｂ）に、Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ呼吸の呼吸パターンを、図４（ｃ）に中枢性過換気の呼吸パターンを、図４（ｄ）に失調性呼吸の呼吸パターンをそれぞれ示す。
さらに図５に、上記の異常な呼吸パターンが発生した場合の、病名または疾患箇所について示す。
【００４０】
危険判定部２５は、それぞれの呼吸パターンの呼吸の周波数、出現回数、深浅が異なることを利用して、人物２の呼吸パターンが上記のいずれの呼吸パターンに属するかを判別し、人物２の危険な状態を判定するようにするとよい。また以上のような呼吸パターンを、記憶部３１に保存しておくとよい。このようにすることで、これらのパターンと比較することで人物２の呼吸が正常であるか否かの判定が容易に行なえる。
【００４１】
さらに危険判定部２５は、人物２の呼吸が、生理学的に体内に障害が発生している場合に生じると考えられている呼吸パターンに属すると判定した場合に、人物２が異常な呼吸をしており危険な状態にあると判定する。生理学的に体内に障害が発生している湯合に生じると考えられている呼吸パターンとは、例えば図４で説明した呼吸パターンである。このように判定された人物２の危険な状態は、例えば、制御部２１により出力装置３６や警報装置３８に出力するとよい。また出力される内容は、検出された人物２の呼吸数（周期）や動きの頻度、異常な呼吸パターンの名称やその呼吸の原因となると考えられる病名、疾患器官、疾患箇所などである。
【００４２】
図２に戻って説明する。さらに、危険判定部２５は、人物２が危険な状態にあると判定結果に基づいて、警報信号を出力するように構成される。警報信号は、典型的には後述の警報装置３８へ出力される。
【００４３】
ここで、危険判定部２５の出力する警報信号の例について説明する。危険判定部２５は、危険な状態と判定している状態が、第１の所定期間経過した際に第１の警報信号としての内部警報信号を出力し、第１の所定期間より長い期間の第２の所定期間経過した際に、第２の警報信号としての外部警報信号を出力するように構成してある。外部警報信号を出力する場合には、第２の所定期間内に内部警報信号が出力されたことが条件となる。第１の所定期間、第２の所定期間は、例えば時間で定めてもよいし、取得した３次元情報数で定めでもよい。時間で定めた場合には、第１の所定期間は、例えば、３〜１５秒、好ましくは５〜１０秒程度とし、第２の所定期間は、例えば、１０〜３０秒、好ましくは１０〜２０秒程度である。例えば、これをフレーム数で示した場合には、第１の所定期間を８秒、第２の所定期間を１５秒、３次元情報の取得間隔を毎秒１回とすると、内部警報信号は８回、外部警報信号は１５回である。また、危険判定部２５は、危険な状態と判定した回数が、所定の回数のうち、第１の回数あった際に第１の警報信号としての内部警報信号を出力し、第１の回数より多い回数の第２の回数あった際に第２の警報信号としての外部警報信号を出力するように構成してもよい。所定の回数は、例えば１５〜２５回とした場合に、第１の回数は、５〜１０回程度、第２の回数は、１０〜２０程度とするとよい。
【００４４】
内部警報信号は、例えば、比較的軽度な警報例えば人物２に異常の有無を確認する、あるいは注意を促す為のものである。室内監視装置１は、危険判定部２５が、内部警報信号を出力した際には、警報装置３８により、例えば、浴室３に備えられた不図示のスピーカから、「大丈夫ですか」等のメッセージを音声出力するように構成される。外部警報信号は、内部警報信号と比較して重度な警報信号である。以下、内部警報信号と外部警報信号とを特に区別しないときには、単に警報信号という。
【００４５】
さらに、演算装置２０は、警報を発する警報装置３８を備える。警報装置３８は、警報信号を入力することで、警報を発するように構成される。警報装置３８は、例えば危険判定部２５により人物２が危険な状態であると判定されたとき、あるいは室内監視装置１に故障等の異常が発生したときに警報を発するように構成するとよい。また、警報装置３８は、入力した警報信号に応じて、異なる種類の警報を発するように構成される。具体的には、例えば、入力した警報信号の種類毎に異なる警報を設定する。言い換えれば、警報装置３８は、入力した内部警報信号と、外部警報信号とで、それぞれ異なる警報を発するように設定する。これにより、例えば、装置の使用者（管理者）が、発せられた警報により、例えば人物２が危険な状態にあることを容易に認知できる。このようにすることで、異常に対して迅速に対応できるので、信頼性を高めることができる。また、演算装置２０は、警報装置３８が作動した場合に、インターフェイス３７を介して、警報の発生を外部に通報するように構成するとよい。本図では、警報装置３８は、外付けとして図示してあるが内蔵としてもよい。
【００４６】
また演算装置２０は、外部と通信するためのインターフェイス３７が備えられている。インターフェイス３７は、例えば警報装置３８により警報が発せられた場合に外部に通報することができるように構成されている。通報は、例えば音声、文字、記号、室内照明を含む光の強弱又は、振動などによるものである。またインターフェイス３７は、一般電話回線、ＩＳＤＮ回線、ＰＨＳ回線、または、携帯電話回線などの通信回線に対して接続する機能を備えている。即ち、例えば室内監視装置１が個人宅に設置されている場合には、上記通信回線を利用することで、離れた場所例えば病院等の医療施設に通報できる。このようにすることで、例えば室内監視装置１が設置された場所から離れた場所であっても、上記通信回線を利用することで、警報が発せられたこと容易に通報できるので、有効である。また制御部２１は、音声出力機能を備えるようにし、インターフェイス３７を介して、第三者に例えば警報や人物２の状態を音声で通報するようにしてもよい。
【００４７】
以上のような第１の実施の形態の室内監視装置１によれば、浴室でも、人物２の位置、動きを検出して、人物２の倒れ等の危険な状態を確実かつ迅速に判定することができる。また、浴槽での水没状態を検出できるので、早期発見が可能である。また、洗い場に人物２がいるときは、倒れを検出しても、浴室内への呼びかけをゆっくり行ない、不要な呼びかけや通報を低減し、浴槽に人物２がいるときは、迅速な通報を優先する等、人物２の居場所によって、対応を選択することが可能であり、安静で快適な浴室の利用と救急対応とが両立できる。
【００４８】
以上では、室内監視装置は、浴室３に適用する場合を例として説明したが、室内監視装置の適用は、上記に限られず、例えばトイレ、一般家庭の室内、寝室あるいは病院の病室であってもよい。以下、室内監視装置をトイレに設置する場合の例について説明する。
【００４９】
図６は、本発明による第２の実施の形態である空間内監視装置としての室内監視装置２０１の模式的外観図である。室内監視装置２０１は、前述した室内監視装置１と同様な構成である。本実施の形態では、対象領域は、トイレ２０３である。
【００５０】
トイレ２０３は、浴室３同様に四方を壁面に囲まれた閉空間である。トイレ２０３は、便器２０４が出入口２０６と対面する壁面側に近接して配置されている。言い換えれば、便器２０４は、トイレ２０３の奥に設置されている。また、トイレ２０３の上部には、３次元センサ１０が配置されている。トイレ２０３の上部とは、典型的には天井又は、壁面の上部である。図示は、天井と壁面とが形成する角部に配置している場合を示している。
【００５１】
また、図２で前述した危険判定部２５は、同様に構成されるが、ここでは、位置毎に設定された判定基準は、便器２０４近傍の位置２０４’、出入口近傍の位置２０７’毎に設定するとよい。
【００５２】
ここで、室内監視装置２０１の場合の危険な状態の判定基準について説明する。危険な状態であると判定する基準は、例えば、出入口近傍の位置２０７’では、人物２の動きの振幅が大きい、言い換えれば体動（例えば出入口２０６から便器２０４に移動する動き等）が検出されている状態から、人物２の動きの振幅が小さくなったとき、急に人物２の動きが無くなったとき、動きが無い状態が所定時間継続したときを基準とするとよい。これは、室内監視装置１で前述したのと同様に、例えば人物２が転倒した、あるいは気絶したと推測できるためである。また、同様に、出入口２０６への移動が検出された後、人物２の動きが無くなったときには、危険な状態と判定しないようにする。これは、人物２がトイレ２０３の外に出たと判定できるからである。
【００５３】
また、便器２０４近傍の位置２０４’では、急に人物２の動きが無くなったとき、動きが無い状態が所定時間継続したときを基準とするとよい。これは、例えば人物２が気絶していると推測できるためである。言い換えれば、このような判定基準とすると、人物２の呼吸を検出されている場合には、危険な状態ではないと判定することになる。即ち、例えば人物２が用を足しているとき（便器２０４の便座に座っているときや、便器２０４の前に立っているとき）には、基本的に前述の浴槽４の場合と同様に、人物２は体動しない（安静状態）ので、大きな動きがなくても、呼吸が検出されれば、安全状態を推測できる。なお、呼吸の判定については、室内監視装置１と同様であるので説明を省略する。
【００５４】
以上のような第２の実施の形態の室内監視装置２０１は、対象領域としてのトイレ内にどの程度の大きさの人物２が進入し、人物２がどのようなの状態（どの位置で、立っている、座っている、倒れている）にあるか、また、その人物２は動いているか、また退出したかといった一連の動きを追従することができる。
【００５５】
ここで３次元センサ１０について説明する。３次元センサ１０は、典型的には非接触で対象領域内の３次元情報を取得できるものである。以下、本実施の形態で、３次元センサとして用いるＦＧセンサについて説明する。
【００５６】
図７の概念的斜視図を参照して、本実施の形態の室内監視装置１、２０１に適した３次元センサ１０として用いるＦＧ（ファイバーグレーティング）センサ１０１について説明する。ＦＧセンサ１０１は、対象領域内に存在する対象物（人物２）の３次元情報を取得できるものである。即ち、対象物の高さの分布を測定できるように構成されたものである。ここでは、説明のために、対象領域内を平面１０２、対象物を物体１０３として説明する。
【００５７】
ＦＧセンサ１０１は、対象領域に、複数の輝点を投影する投影手段としての輝点投影装置１１０と、輝点投影装置１１０の投影により形成されたパターン１１０ａを撮像する撮像手段としての撮像装置１１１とを備えている。パターン１１０ａは、典型的には正方格子状に配列された複数の輝点である。また、輝点の形状は楕円形を含む略円形である。
【００５８】
図中物体１０３が、平面１０２上に載置されている。またＸＹ軸を平面１０２内に置くように、直交座標系ＸＹＺがとられており、物体１０３はＸＹ座標系の第１象限に置かれている。一方、図中Ｚ軸上で平面１０２の上方には、輝点投影装置１１０と、撮像装置１１１とが配置されている。撮像装置１１１は、輝点投影装置１１０によりパターン１１０ａが投影された物体１０３を撮像する。
【００５９】
撮像装置１１１は、結像レンズ１１１ａと、撮像素子１１５とを有している。撮像素子１１５は、典型的にはＣＣＤカメラである。撮像装置１１１の結像レンズ１１１ａは、典型的にはその光軸がＺ軸に一致するように配置されている。そして、結像レンズ１１１ａは、平面１０２あるいは物体１０３上のパターン１１０ａの像を、撮像素子１１５の結像面１１５’（イメージプレーン）に結像する。結像面１１５’は、典型的にはＺ軸に直交する面である。さらに、結像面１１５’内にｘｙ直交座標系をとり、Ｚ軸が、ｘｙ座標系の原点を通るようにする。平面２から結像レンズ１１１ａと等距離で、結像レンズ１１１ａからＹ軸の負の方向に距離ｄ（基線長ｄ）だけ離れたところに、輝点投影装置１１０が配置されている。物体１０３と平面１０２には、輝点投影装置１１０により複数の輝点１１０ｂが形成するパターン１１０ａが投影される。また、ｙ軸方向は、図９で後述する高さの演算に用いる三角法の基線方向でもある。
【００６０】
撮像素子１１５は、典型的にはＣＣＤ撮像素子である。また、ＣＣＤの他にＣＭＯＳ構造の素子が最近盛んに発表されており、それらも当然使用可能である。特にこれらの中には、素子自体にフレーム間差算や二値化の機能を備えたものがあり、これらの素子の使用は好適である。
【００６１】
また、撮像素子１１５には、制御装置１１４が接続されている。言い換えれば、撮像装置１１１は制御装置１１４に接続されている。制御装置１１４は、ＦＧセンサ１０１全体を制御するものである。また、制御装置１１４は、典型的には撮像装置１１１と別体に設置されるが、一体に構成してもよい。このようにすると、装置の小型化が図れる。制御装置１１４は典型的にはパソコン等のコンピュータである。また制御装置１１４内には、撮像装置１１１により撮像されたパターンの像を取得する画像処理装置１１７が組み込まれている。
【００６２】
さらに制御装置１１４内には、撮像装置１１１により撮像されたパターン像と参照像とに基づいて三角法により対象物としての物体１０３の高さを演算する高さ演算部１１８が組み込まれている。ここで、参照像とパターン像は、例えば撮像装置１１１により撮像された像であるが、参照像とパターン像のそれぞれの撮像素子１１５（又は結像面１１５’）上での位置の情報も含む概念である。即ち、参照像とパターン像は、輝点投影装置１１０の投影により形成されたパターン１１０ａの像である。ここでは、参照像は、物体１０３が平面１０２に存在しないときのパターン１１０ａの像であり、パターン像は、物体１０３が平面１０２に存在しているときのパターン１１０ａの像である。即ち、参照像は、パターン１１０ａの各輝点１１０ｂの基準位置を示す像である。また、参照像は、画像処理装置１１７に予め保存しておくとよい。ここでは、参照像は、例えば、いわゆる像としてではなく、各輝点１１０ｂの位置に関する、座標等の位置の情報の形で保存するようにするとよい。このようにすると、後述するパターン像と参照像に基づいて輝点の移動量を検出する際に、例えば輝点の座標や方向を比較するだけで済むので処理が単純になる。
【００６３】
撮像装置１１１は、後述の光束発生部１０５（図１０参照）により発生されるレーザ光束Ｌ１の波長の周辺部以外の波長の光を減光するフィルタ１１１ｂを備えるとよい。フィルタ１１１ｂは、典型的には干渉フィルタ等の光学フィルタであり、結像レンズ１１１ａの光軸上に配置するとよい。このようにすると、撮像装置１１１は、撮像素子１１５に受光する光のうち、輝点投影装置１１０より投影されたパターン１１０ａの光の強度が相対的にあがるので、外乱光による影響を軽減できる。また、光束発生部１０５により発生されるレーザ光束Ｌ１は、典型的には赤外光レーザの光束である。また、レーザ光Ｌ１は、継続的に照射してもよいし、断続的に照射してもよい。断続的に照射する場合には、撮像装置１１１による撮像を、照射のタイミングに同期させて行なうようにする。
【００６４】
また、ＦＧセンサ１０１は、撮像装置１１１によりパターン１１０ａを撮像する際に、外乱光と区別するために、変調を行なうように構成するとよい。変調は、例えば光束発生部１０５によるレーザ光束Ｌ１の発光（照射）停止を周期的に繰り返し行なうような動作である。この場合、レーザ光束Ｌ１の発光停止は、例えば光源を発光停止してもよいし、遮光板やスリットを回転させることにより、発光停止をするようにしてもよい。この場合、この変調に同期した受光信号を取り出すことにより、外乱光の影響を著しく低減することができる。さらに変調は、上述に加え、外乱光の強さにより、レーザ光束Ｌ１の出力も変化させるようにしてもよい。また、画像処理装置１１７は、レーザ光束Ｌ１を照射している時の受光信号からレーザ光束Ｌ１を照射していない時の受光信号を差し引いた信号を生成するようにしてもよい。これにより、外乱光の影響を低減することができる。さらに、ＦＧセンサ１０１は、信頼性を確保するために、変調動作を複数回行ない、その平均の出力信号を取得データ即ちパターン像とするように構成してもよい。
【００６５】
ここで、図７を参照して、ＦＧセンサ１０１の作用を説明する。まず、物体１０３の高さの計測の概念について説明する。輝点投影装置１１０により平面１０２に投影されたパターン１１０ａは、物体１０３が存在する部分では、物体１０３に遮られ平面１０２には到達しない。ここで物体１０３が存在していれば、平面１０２上の点１０２ａに投射されるべき輝点１１０ｂは、物体１０３上の点１０３ａに投射される。輝点１１０ｂが点１０２ａから点１０３ａに移動したことにより、また結像レンズ１１１ａと輝点投影装置１１０とが距離ｄ（基線長ｄ）だけ離れているところから、結像面１１５’上では、点１０２ａ’（ｘ，ｙ）に結像すべきところが点１０３ａ’（ｘ，ｙ＋δ）に結像する。即ち、物体１０３が存在しない時点と物体１０３が存在する時点とは、輝点１１０ｂの像がｙ軸方向に距離δだけ移動することになる。
【００６６】
これは、例えば図８に示すように、撮像素子１１５の結像面１１５’に結像した輝点１１０ｂの像は、高さのある物体１０３により、δだけｙ軸方向に移動することになる。
【００６７】
ＦＧセンサ１０１は、このδを計測することにより、物体１０３上の点１０３ａの位置が三次元的に特定できる。即ち、点１０３ａの高さがわかる。このように、ある点が、物体１０３が存在しなければ結像面１１５’上に結像すべき点と、結像面１１５’上の実際の結像位置との差を計測することにより、物体１０３の高さの分布、言い換えれば３次元形状が計測できる。あるいは物体１０３の３次元座標が計測できる。また、輝点１１０ｂの対応関係が不明にならない程度に、パターン１１０ａのピッチ、即ち輝点１１０ｂのピッチを細かくすれば、物体１０３の高さの分布はそれだけ詳細に計測できることになる。
【００６８】
ここで、高さ演算部１１８による高さの演算について説明する。高さ演算部１１８は、パターン像と参照像を読出し、輝点１１０ｂの像の移動量δを計測する。移動量δの計測は、まずパターン像と参照像の差画像を作成する。そして、この差画像から対応する輝点の像の位置の移動量δを計測する。移動量δは、例えば、輝点１１０ｂの像の位置が移動した画素数（何画素移動したか）を計数することで求められる。なお、上記は、差画像を作成する場合で説明したが、参照像を各輝点１１０ｂの位置の情報の形で保存しておき、パターン像の各輝点１１０ｂの位置の情報と、参照像の輝点１１０ｂの位置の情報とを比較することで、移動量δを計測してもよい。このようにすると、差画像を生成しないで済むので処理を単純化できる。高さ演算部１１８は、移動量δに基づいて三角法により物体３の高さを演算する。図９を参照して、三角法による物体１０３の高さの算出について説明する。
【００６９】
図９は、撮像装置１１１、輝点投影装置１１０、物体１０３、平面１０２との関係をＸ軸方向（図７参照）に見た側面図である。ここでは、物体１０３の高さがＺ１である場合で説明する。輝点投影装置１１０の中心（パターン光源の中心）と結像レンズ１１１ａの中心とは、平面１０２に平行に距離ｄだけ離して配置されており、結像レンズ１１１ａから結像面１１５’（撮像素子１１５）までの距離はｌ（エル）（結像レンズ１１１ａの焦点とほぼ等しい）、結像レンズ１１１ａから平面１０２までの距離はｈ、物体１０３の点１０３ａの平面１０２からの高さはＺ１である。物体１０３が平面１０２上に置かれた結果、結像面１１５’上の点１０２ａ’はδだけ離れた点１０３ａ’に移動したとする。
【００７０】
図中結像レンズ１１１ａの中心と点１０３ａとを結ぶ線が平面１０２と交差する点を１０２ａ”とすれば、点１０２ａと点１０２ａ”との距離Ｄは、三角形１０３ａ’−１０２ａ’−１１１ａと三角形１０２ａ”−１０２ａ−１１１ａとに注目すれば、Ｄ＝δ・ｈ／ｌであり、三角形１１１ａ−１１０−１０３ａと三角形１０２ａ”−１０２ａ−１０３ａに注目すれば、Ｄ＝（ｄ・Ｚ１）／（ｈ−Ｚ１）である。この両式からＺ１を求めると次式のようになる。
Ｚ１＝（ｈ２・δ）／（ｄ・ｌ＋ｈ・δ）　………（１）
以上のように、物体１０３の高さを算出することができる。
【００７１】
さらに、高さ演算部１１８により演算された物体１０３の高さは、過去一定回数演算された、または過去一定期間内に演算された高さの移動平均値、または期間平均値としてもよい。このようにすることで、ランダムノイズや窓から差し込む日光のちらつきなどによる突発的なノイズが軽減でき、演算した物体１０３の高さの信頼性が向上する。
【００７２】
以上のように、ＦＧセンサ１０１は、対象領域に、輝点投影装置１１０の投影により形成されたパターン１１０ａを撮像装置１１１で撮像し、この撮像されたパターン像と参照像とに基づいて三角法により対象物の高さを高さ演算部１１８で演算するので、対象物の高さを計測できる。また、ＦＧセンサ１０１は、対象物の高さを対象領域内の複数の点で計測できるので、対象物の高さの分布を計測することができる。また、この高さの分布を、例えば一定時間間隔で計測することで、高さ分布の時間変化を計測することもできる。
【００７３】
さらに、図１０の模式的斜視図を参照して、ＦＧセンサ１０１に適した輝点投影装置１１０について説明する。輝点投影装置１１０は、可干渉性の光束を発生する光束発生手段としての光束発生部１０５と、ファイバーグレーティング１２０（以下、単にグレーティング１２０という）とを備えている。可干渉性の光束は、典型的には赤外光レーザである。光束発生部１０５は、平行光束を発生するように構成されている。光束発生部１０５は、典型的には不図示のコリメータレンズを含んで構成される半導体レーザ装置であり、発生される平行光束は、レーザ光束Ｌ１である。そしてレーザ光束Ｌ１は、断面が略円形状の光束である。ここで平行光束とは、実質的に平行であればよく、平行に近い光束も含む。
【００７４】
またここでは、グレーティング１２０は、平面１０２に平行に（Ｚ軸に直角に）配置される場合で説明する。グレーティング１２０に、レーザ光Ｌ１を、Ｚ軸方向に入射させる。するとレーザ光Ｌ１は、個々の光ファイバー１２１により、そのレンズ効果を持つ面内で集光したのち、発散波となって広がって行き、干渉して、投影面である平面１０２にパターン１１０ａが投影される。なお、グレーティング１２０を平面１０２に平行に配置するとは、例えば、グレーティング１２０を構成するＦＧ素子１２２の各光ファイバー１２１の軸線を含む平面と、平面１０２とが平行になるように配置することである。
【００７５】
グレーティング１２０は、２つのＦＧ素子１２２を含んで構成される。本実施の形態では、各ＦＧ素子１２２の平面は、互いに平行である。以下、各ＦＧ素子１２２の平面を素子平面という。また、本実施の形態では、２つのＦＧ素子１２２の光ファイバー１２１の軸線は、互いにほぼ直交している。
【００７６】
ＦＧ素子１２２は、例えば、直径が数１０ミクロン、長さ１０ｍｍ程度の光ファイバー１２１を数１０〜数１００本程度、平行にシート状に並べて構成したものである。また、２つのＦＧ素子１２２は、接触して配置してもよいし、それぞれの素子平面の法線方向に距離を空けて配置してもよい。この場合には、２つのＦＧ素子１２２の互いの距離は、パターン１１０ａの投影に差支えない程度とする。レーザ光束Ｌ１は、典型的には、グレーティング１１０の素子平面に対して垂直に入射させる。
【００７７】
以上のように、輝点投影装置１１０は、２つのＦＧ素子１２２を含んで構成されたグレーティング１２０が光学系となるので、複雑な光学系を必要とすることなく、光学筐体を小型化できる。さらに輝点投影装置１１０は、グレーティング１２０を用いることで、単純な構成で、複数の輝点１１０ｂをパターン１１０ａとして平面１０２に投影できる。
【００７８】
また、以上では、パターンを複数の輝点として説明したが、複数の輝線としてもよい。即ち光切断法を用いて対象物の高さを測定するようにしてもよい。この場合には、輝点投影装置１１０の代わりに、対象領域に、輝線を投影する投影手段としての輝線投影装置２１０を備えるようにする。輝線投影装置２１０により投影する輝線の数は、典型的には複数であるが、１本であってもよい。以下、輝線は複数の場合で説明する。以下、ＦＧセンサ１０１に光切断法を用いた場合のものをＦＧセンサ１０１’として説明する。
【００７９】
図１１の模式的概念図を参照して、ＦＧセンサ１０１’について説明する。輝線投影装置２１０は、平面１０２に、輝線２１０ｂを平行に複数本投影する。撮像装置１１１は、輝線投影装置２１０によりパターン２１０ａが投影された物体１０３及び平面１０２を撮像する。輝線２１０ｂは、等間隔に複数本投影される。複数本の輝線２１０ｂは、パターン２１０ａを形成する。また、輝線２１０ｂの方向と三角法の基線方向は、ほぼ垂直である。即ち、輝線２１０ｂの方向は、ｙ軸に垂直である。またここでは、輝線は複数本としているが、１本であってもよい。この場合には、ＦＧセンサ１０１’をさらに単純に構成できる。
【００８０】
ここで、光切断法を用いた物体１０３の高さ計測の概念について説明する。輝線投影装置２１０により平面１０２に投影されたパターン２１０ａは、物体１０３が存在する部分では、物体１０３に遮られ平面１０２には到達しない。ここで物体１０３が存在しなければ、平面１０２上の点１０２ａに投射されるべき輝線は、物体１０３上の点１０３ａに投射される。輝線が点１０２ａから点１０３ａに移動したことにより、また結像レンズ１１１ａと輝線投影装置２１０とが距離ｄ（基線長ｄ）だけ離れているところから、結像面１１５’上では、点１０２ａ’（ｘ，ｙ）に結像すべきところが点１０３ａ’（ｘ，ｙ＋δ）に結像する。即ち、物体１０３が存在しない時点と物体１０３が存在する時点とは、輝点がｙ軸方向に距離δだけ移動することになる。
【００８１】
これは、例えば図１２に示すように、撮像素子１１５の結像面１１５’に結像した輝線２１０ｂの像は、高さのある物体１０３により、δだけｙ軸方向に移動することになる。ＦＧセンサ１０１と同様に、このδを計測することにより、物体１０３上の点１０３ａの位置が三次元的に特定できる。即ち、点１０３ａの高さがわかる。また、輝線２１０ｂの対応関係が不明にならない程度に、パターン２１０ａのピッチ、即ち輝線２１０ｂのピッチを細かくすれば、物体１０３の高さの分布はそれだけ詳細に計測できることになる。また、高さ演算部１１８による高さの算出は、図９の説明と同様である。
【００８２】
以上のように、ＦＧセンサ１０１’は、パターンを複数本の輝線とし、輝線の移動を計測することで、パターンを輝点とした場合に比べて、輝線の任意の点の移動を計測でき、輝線方向の連続的形状が認識できる。言い換えれば、図中Ｘ軸方向の計測の分解能を向上することができる。
【００８３】
図１３の模式的斜視図を参照して、ＦＧセンサ１０１’に適した輝線投影装置２１０について説明する。輝線投影装置２１０は、図１０で前述した光束発生部１０５と、ファイバーグレーティング２２０（以下、単にグレーティング２２０という）とを備えている。
【００８４】
ここでは、グレーティング２２０は、平面１０２に平行に（Ｚ軸に直角に）配置される場合で説明する。グレーティング２２０に、レーザ光Ｌ１を、Ｚ軸方向に入射させる。するとレーザ光Ｌ１は、個々の光ファイバーにより、そのレンズ効果を持つ面内で集光したのち、発散波となって広がって行き、干渉して、投影面である平面１０２にパターン２１０ａが投影される。なお、グレーティング２２０を平面１０２に平行に配置するとは、図１４で後述するように、例えば、グレーティング２２０を構成する第１ＦＧ素子２２２の各光ファイバー２２１の軸線を含む平面と、平面１０２とが平行になるように配置することである。
【００８５】
図１４の模式図を参照して、グレーティング２２０について説明する。（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。グレーティング２２０は、複数の光ファイバー２２１を各光ファイバー２２１の軸線を第１の方向ｖ１に向けて平行に且つ平面状に並べた第１のファイバーグレーティング素子２２２（以下第１ＦＧ素子２２２という）と、複数の光ファイバー２２１を各光ファイバー２２１の軸線を第１の方向ｖ１と異なる第２の方向ｖ２に向けて平行に且つ平面状に並べた第２のファイバーグレーティング素子２２３（以下第２ＦＧ素子２２３という）と、複数の光ファイバー２２１を各光ファイバー２２１の軸線を第１の方向ｖ１、第２の方向ｖ２と異なる第３の方向ｖ３に向けて平行に且つ平面状に並べた第３のファイバーグレーティング素子２２４（以下第３ＦＧ素子２２４という）とを含んで構成される。本実施の形態では、各ＦＧ素子２２２、２２３、２２４の平面は、互いに平行である。ここでは、各ＦＧ素子を識別するために、第１ＦＧ素子、第２ＦＧ素子、第３ＦＧ素子と呼ぶ。本実施の形態では、第１ＦＧ素子、第２ＦＧ素子、第３ＦＧ素子の順序で重ね合わせてある。しかしなから他の順序、例えば、第１ＦＧ素子、第３ＦＧ素子、第２ＦＧ素子の順に重ね合わせてもよい。以下、各ＦＧ素子２２２、２２３、２２４の平面を素子平面という。
【００８６】
第１ＦＧ素子２２２、第２ＦＧ素子２２３、第３ＦＧ素子２２４は、前述したＦＧ素子１２２と同様なものである。また図示では、各ＦＧ素子２２２、２２３、２２４は、接触して配置している場合を示しているが、それぞれ、素子平面の法線方向に距離を空けて配置してもよい。この場合には、各ＦＧ素子２２２、２２３、２２４の互いの距離は、パターン２１０ａの投影に差支えない程度とする。
【００８７】
第１ＦＧ素子２２２と第２ＦＧ素子２２３と第３ＦＧ素子２２４は、重ね合わせてグレーティング２２０を構成する。なお、ここでの重ね合わせは、各ＦＧ素子２２２、２２３、２２４の各素子平面がほぼ平行になるように重ね合わされている。言い換えれば、本実施の形態では、グレーティング２２０は、第１ＦＧ素子２２２、第２ＦＧ素子２２３、第３ＦＧ素子２２４の順に、各々の素子平面が平行になるように重ね合わされている。また、グレーティング２２０は、光束発生部１０５により発生されるレーザ光束Ｌ１を透過させるように構成されている。ここでは、レーザ光束Ｌ１は、第１ＦＧ素子２２２、第２ＦＧ素子２２３、第３ＦＧ素子２２４の順に透過させる。レーザ光束Ｌ１は、典型的には、グレーティング２２０（第１ＦＧ素子２２２）の素子平面に対して垂直に入射させる。
【００８８】
さらに、図１４（ｂ）に示すように、本実施の形態では、第１の方向ｖ１と第２の方向ｖ２がほぼ直交している。また、第３ＦＧ素子２２４は、第３の方向ｖ３が、第１の方向ｖ１から所定の角度θだけ素子平面と平行な面内で回転させて重ね合わされている。所定の角度θについては、図１５を参照して後述する。
【００８９】
ここで、図１５を参照して、所定の角度θについて説明する。まず所定の角度θを与えることによる、輝点の変化について説明する。（ａ）では、（ｂ）に示すように、所定の角度θがθ１の場合で説明する。なお（ａ）は、（ｂ）の図中奥側から手前にレーザ光束Ｌ１を透過させた場合に投影されるパターン２１０ａ’の一部を示した図である。図示では、参考として、θ１は、１０°程度で示してある。まず、所定の角度θが０°であったときに投影されるパターン２１０ａ’の一部である輝点２５１、２５２、２５３、２５４、２５５に注目する。そして、第３ＦＧ素子２２４に所定の角度θ１を与えると、上記各輝点は、各輝点の生成方向である直線２５１ａに対して、それぞれ角度θ１をなす直線２５１ａ’方向に回折して新たな輝点を投影する。さらに説明するならば、輝点２５１に注目すると、輝点２５１は、直線２５１ａ’方向に、回折して新たな輝点２５１’を投影する。
【００９０】
これにより、所定の角度θによって輝点の回折方向が変わるので、θによっては、例えば平行であり、等間隔に配列された複数の輝線列（以下単に複数の輝線という）や、密な輝点アレイを投影することができる。言い換えれば、第３ＦＧ素子２２４に所定の角度θを調整することで、複数の輝線を容易に投影することができる。
【００９１】
図１６の模式図を参照して、所定の角度θを調整して、パターンを複数の輝線とする場合の例について説明する。輝線は、複数の輝点が直線的に集合することで形成される。また、ＦＧ素子は、低次から高次の回折光に渡って回折効率が一定に近く、また輝線は、複数の輝点が集合することで形成されているので、輝線の中央部の明るさが、中央部から輝線の端部方向にいっても変化しにくい。即ち、輝度が均一な輝線を投影できる。複数の輝線にする場合には、所定の角度θは、０．１〜１０°、好ましくは１〜８°、最も好ましくは５°程度とするとよい。また、θ＝８５°の場合にも、同様な複数の輝線となる。但し、この場合には、投影されるパターンは、（ｂ）を９０°回転させたパターンとなる。
【００９２】
以上のように、輝線投影装置２１０は、レーザ光束Ｌ１を第１ＦＧ素子２２２と、第２ＦＧ素子２２３と、第３ＦＧ素子２２４を透過させることで、複数の輝線のパターン２１０ａを投影できるので、単純に構成できる。また、輝線投影装置２１０は、重ね合わせた第１ＦＧ素子２２２と、第２ＦＧ素子２２３と、第３ＦＧ素子２２４とを含んで構成されたグレーティング２２０が光学系となるので、複雑な光学系を必要とすることなく、光学筐体を小型化できる。さらに、このように構成されているので、複数の輝線をパターン２１０ａとして平面１０２に投影できる。さらに、輝線を、輝点の集合により形成するので、輝度が均一な複数の輝線を投影できる。このため、本実施の形態のように輝線の移動を測定する場合に優位性がある。
【００９３】
なお、輝線投影装置は、上述した輝線投影装置２１０の場合で説明したがこれに限られない、例えばシリンドリカルレンズや、スリット等を用いて、パターン２１０ａとして複数の輝線を投影するように構成してもよい。
【００９４】
図１７に、輝線投影装置の別の例として、輝線投影装置３１０を示す。輝線投影装置３１０は、光学ガラスで形成された光学素子３１１を有している。また光学素子３１１は、光束の入射側に断面が略三角形の凸３１１ａ部が形成され、さらに凸部３１１ａの光束の入射側先端部には、円筒面３１１ｂが形成される。光学素子３１１は、典型的にはＵＳ４８２６２９９に開示されているパウエルレンズである。このような光学素子３１１の円筒面３１１ｂに、光束発生部１０５’により、この円筒面３１１ｂの曲率半径より小さい径のレーザ光束Ｌ１’を入射させることで、対象領域に輝線を投影できる。さらに、光学素子３１１の対象領域側に、回折素子、例えば前述したＦＧ素子を配置することで、複数の輝線を投影することができる。輝線投影装置３１０は、このような光学素子３１１を用いることで、輝度が均一な複数の輝線を投影することができる。
【００９５】
また、図１８の模式図に示すように、ＦＧセンサ１０１’は、対象領域を、輝線を対象物の動きに比べて十分に高速で、図中ｙ軸方向に走査し、輝線が対象領域の異なる位置に投影されたパターン像を複数撮像するようにしてもよい。この場合には、輝線発生手段を、投影した輝線を対象領域の特定方向に走査できる輝線投影装置２１０’とする。また、この場合には、このように撮像された複数のパターン像の組み合わせにより、前述のパターン２１０ａ（図１１参照）の像であるパターン像としてもよい。言い換えれば、（ｂ）に示すように、異なる位置に投影された輝線のパターン像を組合わせることで、前述の複数の輝線即ちパターン２１０ａが投影された対象領域のパターン像と同じパターン像を生成してもよい。さらに説明すれば、例えば図示のように、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に取得したパターン像を組合わせて、複数の輝線が投影された対象領域のパターン像を生成することである。即ち、対象領域内を輝線が走査している間に、パターン像を取得した回数が、組み合わされたパターン像上の輝線の像の本数となる。なお、走査する輝線は、典型的には１本である。
【００９６】
ここで、図１９の模式的外観図を参照して、室内監視装置１の場合のＦＧセンサ１０１の設置例について説明する。輝点投影装置１１０と、撮像装置１１１は、浴室３の壁面６４の上部両端に配置されている。図示では、人物２のおよそ頭部上方側の端部に輝点投影装置１１０が、輝点投影装置１１０の配置された端部と逆側の端部に撮像装置１１１が配置されている。（ｂ）に示すように、輝点投影装置１１０は、浴室３の浴槽４上と洗い場７上とにパターン１１０ａを投影している。また、撮像装置１１１の画角は、浴室３全体を撮像できるように設定されいる。また制御装置１１４は、図２で説明した制御部２１内に組み込んでもよい。このようにすることで、室内監視装置１の構成を単純化できる。
【００９７】
また、輝点投影装置１１０は、典型的には、その光軸（レーザ光束の投射方向）を、図示のように対象領域の垂直方向に対して傾けて設置する。このようにすることで、容易に広範囲にパターン１１０ａを投影できる。また、例えば撮像装置１１１と輝点投影装置１１０との距離を離して設置することが容易に行なえる。言い換えれば、基線長を長く取ることが容易に行なえる。また、撮像装置１１１も同様に、対象領域の垂直方向に対し、光軸を傾けて設置する。このようにすることで、容易に浴室３全体を撮像することができる。また、基線長を長く取ることが容易に行なえる。なおここでは、上記のように、輝点投影装置１１０、撮像装置１１１は、それぞれの光軸を水平面の垂直方向に対して傾けて設置するが、前記垂直方向に対して、およそ平行方向に設置してもよい。また、それぞれの光軸を、互いに平行方向に向けて設置してもよい。
【００９８】
また、撮像装置１１１と輝点投影装置１１０とは、ある程度距離を離して設置するとよい。このようにすることで、図７で前述した距離ｄ（基線長ｄ）が長くなるので、変化を敏感に検出できるようになる。ここでは、壁面６４の上部両端に配置することで、基線長を長く取っている。なお、基線長は長く取ることが好ましいが、短くてもよい。但しこの場合には、呼吸等の小さな動きを検出しにくくなるが、前述のように、人物２の重心位置を検出するようにすれば、小さな動き（呼吸）の検出も可能である。なお、ここでは、ＦＧセンサ１０１ついて説明したが、ＦＧセンサ１０１’についても同様に設置してよい。
【００９９】
以上のような、ＦＧセンサ１０１を３次元センサ１０として用いることで、対象領域内の３次元情報を正確に取得できる。また、３次元センサ１０は、上述したＦＧセンサ１０１に限らず、対象領域の３次元情報を取得できるものなら何でもよく、例えば、モアレを用いたセンサ、ステレオカメラを用いたセンサ、複数の距離センサを用いたセンサであってもよい。
【０１００】
モアレを用いたセンサは、例えば、２つのスリットを用いて形成したモアレ縞を撮像することにより、３次元情報を取得できる。モアレを用いることで、縞方向の高さ分布を連続的に測定できるので、高精度な３次元情報を取得できる。モアレとは、２つの規則的な強度分布を重ねたとき、両者の空間周波数の差によって生じる粗い縞模様である。２つの強度分布の和によって生じる和のモアレと、積によって生じる積のモアレとがあり、前者は２つの規則的分布を二重露光した写真で実現でき、後者はそれぞれの規則的分布を記録した透明画を重ねて見ればよい。また、モアレ縞の位相の情報を利用することで、高精度に人物２の動きを検出することもできる。
【０１０１】
また、ステレオカメラを用いたセンサは、例えば２つのＣＣＤカメラにより、ステレオ画像を取得し、このステレオ画像上の対応点を探索することで、対象領域の高さ分布を三角法により測定できる。即ち、対象領域の３次元情報を取得できる。二次元画像に基づいて、３次元情報を取得するので高精度である。
【０１０２】
さらに、複数の距離センサを用いたセンサは、必要な測定点に対応して複数の距離センサを設置、対象領域の複数の測定点の距離を測定することで、３次元情報を取得することができる。距離センサを用いることで、外乱光の影響が少なく正確に３次元情報を取得できる。また、画像処理の必要がないので、単純な構成とすることができる。使用する距離センサは、基本的には何でもよく、例えば、赤外線センサのような三角法を用いたタイプであってもよいし、超音波センサであってもよく、タイムツウフライト（Ｔｉｍｅ―ｔｏ―ｆｌｉｇｈｔ）のタイプ（光が出射して帰ってくる時間を測定し、距離を測定するもの）であってもよい。
【０１０３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、対象領域内の３次元情報を取得する３次元センサと、前記取得した３次元情報に基づいて、前記対象領域内の高さの変化を検出する高さ変化検出手段と、前記検出された高さの変化に基づいて、対象物の位置を検出する位置検出手段と、前記検出された高さの変化に基づいて、前記対象物の動きを検出する動き検出手段と、前記検出された対象物の位置と動きに基づいて、前記対象物が危険な状態にあるか否かを判定する危険判定手段とを備え、前記危険判定手段は、前記危険な状態にあるか否かの判定を、前記対象領域内の位置毎に設定された判定基準に基いて行なうように構成されるので、対象物の危険な状態を正確に判定するだけでなく、単純な空間内監視装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である室内監視装置の模式的外観図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である室内監視装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態で用いる、呼吸の波形パターンについて示した概要図である。
【図４】図３の場合での、正常及び異常な呼吸の波形パターンについて示した概要図である。
【図５】図４の場合の、異常な呼吸の波形パターンに対応する病名または疾患箇所の表を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態である室内監視装置の模式的外観図である。
【図７】本発明の実施の形態であるＦＧセンサの概念的斜視図である。
【図８】図７の場合での結像面に結像したパターンの像を説明する模式図である。
【図９】図７の場合での対象物の高さの演算について説明する線図である。
【図１０】図７の場合での輝点投影装置を説明する模式的斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態である光切断法を用いたＦＧセンサの概念的斜視図である。
【図１２】図１１の場合のパターンの像を説明する線図である。
【図１３】図１１の場合での輝線投影装置を説明する模式的斜視図である。
【図１４】図１３の場合でのグレーティングについて説明する、（ａ）斜視図、（ｂ）正面図である。
【図１５】図１４のグレーティングにより投影されるパターンについて説明する、（ａ）パターンの模式図、（ｂ）グレーティングの正面図である。
【図１６】図１４のグレーティングにより投影されるパターンを示す模式的平面図である。
【図１７】図１１の場合での輝線投影装置の別の形態を示す模式的斜視図である。
【図１８】図１１の場合での輝線投影装置のさらに別の形態を示す図であり、（ａ）ＦＧセンサの模式的斜視図、（ｂ）パターン像の組み合わせについて説明ずる模式図である。
【図１９】本発明の実施の形態であるＦＧセンサを浴室に設置する場合の例を説明する、（ａ）模式的外観図、（ｂ）平面図である。
【符号の説明】
１　室内監視装置
２　人物
３　浴室
４　浴槽
７　洗い場
１０　３次元センサ
２０　演算装置
２１　制御部
２２　高さ変化検出部
２３　位置検出部
２４　動き検出部
２５　危険判定部
３１　記憶部
３８　警報装置
１０１　ＦＧセンサ
１０１’　ＦＧセンサ（光切断法を用いたもの）
１０２　平面
１０３　物体
１０５　光束発生部
１１０　輝点投影装置
１１０ａ　パターン
１１０ｂ　輝点
１１１　撮像装置
１１４　制御装置
１１５　撮像素子
１１７　画像処理装置
１１８　高さ演算部
１２０　グレーティング
１２１　光ファイバー
１２２　ＦＧ素子
２０１　室内監視装置
２０３　トイレ
２０４　便器
２１０　輝線投影装置
２１０ａ　パターン
２１０ｂ　輝線
２２０　グレーティング
２２１　光ファイバー
２２２　第１ＦＧ素子
２２３　第２ＦＧ素子
２２４　第３ＦＧ素子
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【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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