(57)【要約】【課題】  ベッド移動に対して柔軟に対応でき、また３０ｆｐｓに満たない遅いフレームレートの映像からでも患者の動きを把握して少ない演算量で離床を判断できる離床検出装置を提供する。【解決手段】  離床検出手段２は、カメラ１の撮像映像を基に時系列に連続する画像フレームを出力する画像生成部２１と、連続する画像フレームから動体を抽出する動体抽出部２２と、抽出した動体の重心位置を算出する重心算出部２３と、画像フレーム上に予め設定された判定ラインＬ１に対する重心位置を観察し、判定ラインＬ１に対して重心の交差する移動が検出されたら離床発生と判断する離床判定部２４とを有し、重心算出部２３は動体画像から一次元ヒストグラムを生成して重心位置を求める。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド全体を上方から撮像するカメラと、前記カメラの撮像映像から患者の離床を検出する離床検出手段と、離床発生を通知する通知手段とを有する離床検出装置であって、
前記離床検出手段は、前記カメラの撮像映像を基に時系列に連続する画像フレームを出力する画像生成部と、
前記連続する画像フレームから動体を抽出する動体抽出部と、
抽出した前記動体の重心位置を算出する重心算出部と、
前記画像フレーム上に予め設定された判定ラインに対する前記重心位置を観察し、特定の条件を満たす重心位置の変化を検出したら離床発生と判断する離床判定部とを有することを特徴とする離床検出装置。
【請求項２】
前記離床判定部は、前記判定ラインに対して前記重心位置が交差する移動を検出したら離床発生と判断することを特徴とする請求項１記載の離床検出装置。
【請求項３】
前記判定ラインは直線で形成される一方、
前記重心算出部は、動体の画素数若しくは動体のベクトル強度に基づき、前記判定ラインに対して平行する方向を度数とする一次元ヒストグラムを作成することで当該ヒストグラムから一次元化した重心位置を算出し、
前記離床判定部は、一次元化した前記重心位置が前記判定ライン位置を通過する移動を検出したら離床発生と判断することを特徴とする請求項２記載の離床検出装置。
【請求項４】
前記重心算出部は、前記一次元ヒストグラムを作成する際に、前記判定ラインを中心とした前記画像フレームの所定の切り出し領域に対してスキャンを実行して作成することを特徴とする請求項３記載の離床検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベッド上の監視対象者の離床動作を検出する離床検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
認知症患者の徘徊や要介護者の単独行動は危険を伴うため、患者を見守るシステムが提案されている。例えば、特許文献１では、ベッドからの離床を確認し易いようにカメラをベッドの短辺側の側方に配置してベッドを撮影することで、映像から患者の移動を判断し易くして、画像処理により患者の動きを検出して患者の柵越えや離床を検出した。
【０００３】
一方で、撮像した画像フレーム内に監視領域を設定するための判定ラインを設け、撮像画像を分割して明確な監視領域を設定する技術がある。これは、上方に設置したカメラにより撮像した映像から判定ラインを越えて変化する物体を検出したら異常発生と判断するもので、例えば特許文献２では判定ラインのデータが変化したら異常発生と判断した。また特許文献３では判定ラインを二重に設定し、その判定ラインの画素データを所定数の画素群に分割し、画素群の画素値の変化から異常発生を判定した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１６６１９７号公報
【特許文献２】特開２００１−２２４０１１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５１７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の技術は、簡易な画像処理により患者の離床を検出することが可能であるが、ベッドに対するカメラの位置が限定されるため、ベッドを移動した場合はカメラも移動させなければならなかった。
【０００６】
一方、画像上に判定ラインを設定して物体の移動を判断する技術は、ベッド位置に対するカメラの設置位置の自由度が高くなるため、ベッド移動に柔軟に対応できた。また、カメラは天井に設置できるため広範囲な撮影が可能となるため利便性も良かった。しかし、上記特許文献２の技術では、設定した判定ライン上の画素値の変化のみを参照しているため、例えばカメラがベッドの斜め上方に設置されている場合は起き上がり動作であっても患者の頭部が判定ラインと交差することで離床と判断してしまう場合が発生し、誤検知を防止できなかった。
【０００７】
また特許文献３の技術は、判定ラインが二重に設定されることで、カメラ位置により誤検知が増大する問題は削減できたが、十分な速さ（例えば３０ｆｐｓ）で映像データが得られない場合は二重のラインに同時に物体が重なる場合があり、誤検知し易かった。
【０００８】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、ベッド移動に対して柔軟に対応でき、また３０ｆｐｓに満たない遅いフレームレートの映像からでも患者の動きを把握して少ない演算量で離床を判断できる離床検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、ベッド全体を上方から撮像するカメラと、カメラの撮像映像から患者の離床を検出する離床検出手段と、離床発生を通知する通知手段とを有する離床検出装置であって、離床検出手段は、カメラの撮像映像を基に時系列に連続する画像フレームを出力する画像生成部と、連続する画像フレームから動体を抽出する動体抽出部と、抽出した動体の重心位置を算出する重心算出部と、画像フレーム上に予め設定された判定ラインに対する重心位置を観察し、特定の条件を満たす重心位置の変化を検出したら離床発生と判断する離床判定部とを有することを特徴とする。
この構成によれば、画像フレーム上に設定した判定ラインに対する動体である患者の位置の変化で離床を判断するため、監視対象のベッドが移動して撮像するベッド角度が変わっても、判定ラインを好ましい位置に変更すればカメラ位置を変更することなく対応可能であり、ベッド移動に柔軟に対応できる。また、患者の重心位置と判定ラインとの位置関係で離床を判断するため、手や頭が判定ラインから出た程度で離床と判断する事態を回避できる。
更に、重心の移動スピードは例えば手の動きのように早くないため、フレームレートが遅い例えば５ｆｐｓ程度の画像データからでも離床を検出することが可能となり、離床判定するＣＰＵの負担を軽減できる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、離床判定部は、判定ラインに対して重心位置が交差する移動を検出したら離床発生と判断することを特徴とする。
この構成によれば、重心が判定ライン上に移動してもまた引き返した場合等、重心が判定ラインから出ない限り離床と判断することがない為、誤検知を防止できる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の構成において、判定ラインは直線で形成される一方、重心算出部は、動体の画素数若しくは動体のベクトル強度に基づき、判定ラインに対して平行する方向を度数とする一次元ヒストグラムを作成することで当該ヒストグラムから一次元化した重心位置を算出し、離床判定部は、一次元化した重心位置が判定ライン位置を通過する移動を検出したら離床発生と判断することを特徴とする。
この構成によれば、二次元データから成る動体に対して、一次元化した重心と判定ラインとの位置関係を判断するため、少ない演算量で離床を検出できる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３に記載の構成において、重心算出部は、一次元ヒストグラムを作成する際に、判定ラインを中心とした画像フレームの所定の切り出し領域に対してスキャンを実行して作成することを特徴とする。
この構成によれば、必要部分のみ演算するため、演算量を削減しつつ確実に離床を検出できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、画像フレーム上に設定した判定ラインに対する動体である患者の位置の変化で離床を判断するため、監視対象のベッドが移動して撮像するベッド角度が変わっても、判定ラインを好ましい位置に変更すればカメラ位置を変更することなく対応可能であり、ベッド移動に柔軟に対応できる。また、患者の重心位置と判定ラインとの位置関係で離床を判断するため、手や頭が判定ラインから出た程度で離床と判断する事態を回避できる。
更に、重心の移動スピードは例えば手の動きのように早くないため、フレームレートが遅い例えば５ｆｐｓ程度の画像データからでも離床を検出することが可能となり、離床判定するＣＰＵの負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る離床検出装置の一例を示すブロック図である。
【図２】離床検出の流れを示すフローチャートである。
【図３】カメラ撮像映像から抽出した動体と判定ラインとの関係を示す説明図である。
【図４】ヒストグラムと判定ラインの関係の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る離床検出装置の一例を示すブロック図であり、１はカメラ、２は離床検出手段、３は判定ライン設定部、４は離床発生を通知する通知手段である。
【００１６】
カメラ１は病室の天井や壁面等のベッド上部に設置され、ベッド全体を撮影した映像を出力する。具体的には離床検出対象のベッド全体が撮影できれば良く、ベッドの斜め上方であっても良い。
【００１７】
離床検出手段２は、画像生成部２１、動体抽出部２２、重心算出部２３、離床判定部２４を有している。画像生成部２１は、カメラ１が撮像した映像信号が入力され、所定の時間間隔（例えば、１０ｆｐｓ）で時間軸上で連続する画像から成る画像フレームを生成して出力する。尚、カメラ１が一定間隔で画像フレームを出力する画像生成部の機能を備えている場合はこの画像生成部２１は必要ない。
【００１８】
動体抽出部２２は、画像生成部２１から出力された画像フレームの画像データに対してフレーム間差分法を用いて動体を抽出する。尚、動体を抽出する画像処理方法としては、フレーム間差分以外に背景差分、或いはオプティカルフローによる方法等があり、これらを使用して動体を抽出しても良い。
【００１９】
重心算出部２３は、抽出した二次元から成る動体に対して一次元ヒストグラムを作成して重心を算出する。このとき、予め画像フレーム上に設定された直線の判定ラインに対して求めた重心位置との位置関係を容易に判定できるよう、判定ラインに平行する方向を度数とする一次元ヒストグラムを作成する。
具体的には、画像の回転を実施して判定ラインを垂直に配置した画像を生成して、その画像に対して判定ラインに平行する方向にカウントし、それを各階級分繰り返すことで動体の一次元ヒストグラムを作成する。このとき、各階級のカウントがし易いよう、判定ラインが水平となるよう画像を回転させても良い。
こうして二次元データから成る動体に対して一次元ヒストグラムを作成し、作成したヒストグラムの重心位置を算出、即ち動体の重心位置を求める。
【００２０】
尚、ヒストグラムの作成は、画像生成部２１が生成した画像フレーム全体に対して実施せず、判定ラインを中心とする一部の画像を切り出し、切り出した画像に対して演算して作成される。
【００２１】
離床判定部２４は、求めた重心位置が判定ライン位置に対してどのように移動しているか観察し、判定ラインと交差して一定距離移動したら離床と判断する。
【００２２】
判定ライン設定部３は、画像生成部２１が出力する画像フレーム内に離床を判定するための判定ラインを入力する装置であり、例えば直線から成る判定ラインの始点／終点の座標が入力される。
【００２３】
通知手段４は、離床発生が検出されたら警報を報音する。また、カメラの撮像映像を表示するモニタを有する。
【００２４】
尚、画像生成部２１、動体抽出部２２、重心算出部２３、離床判定部２４、判定ライン設定部３、通知手段４は、例えばパーソナルコンピュータで構成でき、この場合パーソナルコンピュータのＣＰＵには離床の発生を判断する後述する演算を実施するプログラムがインストールされ、動体抽出部２２、重心算出部２３、離床判定部２４はこのＣＰＵが対応し、判定ライン設定部３はマウス或いはキーボード、タッチパネル、通知手段４はディスプレイ及びスピーカがそれぞれ対応する。
【００２５】
以下、離床検出の具体的流れを説明する。図２は離床検出手段２の離床検出動作の具体的な流れを示すフローチャート、図３はカメラ１の撮像映像から抽出した動体と判定ラインとの関係を示す説明図であり、図２，図３を参照して説明する。
カメラ１から撮像映像信号が入力されたら、画像生成部２１が例えば１０ｆｐｓの速度で画像フレームを生成して出力する（Ｓ１）。図３の画像Ｐ１が生成された画像フレームＦの時系列の群を示している。尚、二重の破線で示しているラインＬ１は、予め判定ライン設定部３で設定された判定ラインである。
【００２６】
生成された画像フレームＦに対して、動体抽出部２２は例えばフレーム間差分を実施して動体を抽出（Ｓ２）する。図３の画像Ｐ２がこうして抽出した動体Ｍを示している。
【００２７】
動体Ｍが抽出されたら、次に重心算出部２３により動体Ｍのヒストグラムが作成された後、重心が算出される。先ず、設定された判定ラインＬ１が後述するヒストグラムの度数と平行に配置されるようアフィン変換を実施して画像を回転すると共に、判定ラインＬ１を中心とした画像の切り出しが行われる（Ｓ３）。
アフィン変換は、二次元で抽出された動体Ｍと判定ラインＬ１との比較を一次元で実施するために行われ、この回転により図３の画像Ｐ３に示すように判定ラインＬ１が垂直配置される。アフィン変換する際の回転角度は、判定ラインＬ１が設定された段階で角度が読み取られ、その角度を基に回転が実施される。
【００２８】
また、画像Ｐ２に示す四角形の領域Ｎが画像の切り出し領域であり、切り出し領域Ｎは判定ラインＬ１が設定されたら、判定ラインＬ１を中心とする一定幅の領域が重心算出部２３により自動設定され、これが四角形の切り出し領域となる。
【００２９】
判定ラインＬ１が直立した二次元の動体画像を生成したら、動体Ｍのヒストグラムを作成する。このとき、縦方向に動体の画素の合計を求め、それを横方向へ繰り返すことで動体Ｍの一次元ヒストグラムを作成（Ｓ４）する。図３の画像Ｐ４が、こうして作成したヒストグラムＨを動体Ｍに重ねて表示した状態を示している。
ヒストグラムＨを作成したら、ヒストグラムＨの重心位置即ち動体Ｍの重心位置を算出（Ｓ５）する。
【００３０】
重心Ｇが算出されたら、離床判定部２４により重心Ｇの位置が判定ラインＬ１を越えて一定距離移動したか観察される。図４はヒストグラムと判定ラインＬ１の関係の説明図であり、図４に示すように判定ラインＬ１を越えて重心Ｇが一定距離移動したら、患者がベッド外へ移動したとして離床と判断する（Ｓ６でＹＥＳ）。離床と判断したら、通知手段４において発報が成されて通知動作し、離床検出手段２は待受状態に移行する（Ｓ７）。
【００３１】
ここで、図３の画像Ｐ１について説明を加えると、ベッドに患者が腰掛けた（起き上がった）状態を撮像しており、中央の略四角形に表示されている部分がベッドであり、ベッドの右側は壁に面している。判定ラインＬ１はベッド上の患者が離床する際に、或いは戻ってきた際に通過するベッドの左側部に沿って形成されている。
【００３２】
このように、画像フレームＦ上に設定した判定ラインＬ１に対する動体Ｍである患者の位置の変化で離床を判断するため、監視対象のベッドが移動して撮像するベッド角度が変わっても、判定ラインＬ１を好ましい位置に変更すればカメラ１の位置を変更することなく対応可能であり、ベッド移動に柔軟に対応できる。また、患者の重心Ｇの位置と判定ラインＬ１との位置関係で離床を判断するため、手や頭が判定ラインＬ１から出た程度で離床と判断する事態を回避できる。
更に、重心Ｇの移動スピードは例えば手の動きのように早くないため、フレームレートが遅い例えば５ｆｐｓ程度の画像データからでも離床を検出することが可能となり、離床判定するＣＰＵの負担を軽減できる。
また、重心Ｇが判定ラインＬ１に交差した場合に離床と判断するため、重心Ｇが判定ラインＬ１上に移動した後引き返した場合は、重心Ｇが判定ラインＬ１から出ないため離床と判断することがなく、誤検知を防止できる。
また、二次元データから成る動体Ｍに対して、一次元化した重心Ｇと判定ラインＬ１との位置関係を判断するため、少ない演算量で離床を検出できるし、画像フレームＦの内部の一部の切り出し領域Ｎのみ演算するため、演算量を削減しつつ確実に離床を検出できる。
【００３３】
尚、上記実施形態では判定ラインＬ１を１本設定した場合を説明したが、ベッドが壁際になく両側から離床移動可能な配置であれば判定ラインＬ１はベッドの左右にそれぞれ設定すれば良い。
また、カメラ１の撮像映像データから、画像生成部２１が１０ｆｐｓのフレームレートで画像フレームを生成して出力した例を説明しているが、重心Ｇの移動は手足等の動きより遅いため、例えば５ｆｐｓで出力された画像フレームに対しても重心Ｇの移動を認識して離床を判断することは可能である。そして、このフレームレートは最大でも３０ｆｐｓあれば十分であ。
【符号の説明】
【００３４】
１・・カメラ、２・・離床検出手段、３・・判定ライン設定部、４・・通知手段、２１・・画像生成部、２２・・動体抽出部、２３・・重心算出部、２４・・離床判定部、Ｆ・・画像フレーム、Ｌ１・・判定ライン、Ｍ・・動体、Ｎ・・切り出し領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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