(57)【要約】【課題】  ベッド移動に対して柔軟に対応でき、且つ看護師等がベッドから離れる移動に対しては観察対象者の離床と判断することが無い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の情報から動体を抽出する動体抽出部２２と、抽出した動体に対して重心を算出する重心算出部２３と、重心の位置を観察して、画像フレーム上に設定された判定ラインに対して所定の条件を満たす移動を検出したらベッド上の人物が離床したと判断する離床判定部２４とを有し、離床判定部２４は判定ラインに対してベッド側から判定ラインを越える交差移動を検出したらベッド上の人物の離床と判断し、他方の側からの判定ラインを越える交差移動を検出したら、動体の移動が一定時間停止するまで離床判定を実施しない。【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ベッド上の人物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の情報から動体を抽出する動体抽出部と、
抽出した前記動体に対して重心を算出する重心算出部と、
前記重心の位置を観察して、前記画像フレーム上に設定された判定ラインに対して所定の条件を満たす移動を検出したらベッド上の人物が離床したと判定する離床判定部とを有し、
前記判定ラインは撮像された前記ベッドに沿うよう直線で設定され、
前記離床判定部は、ベッド側から前記判定ラインを越える前記重心の移動を検出したらベッド上の人物の離床と判断する一方、他方の側からの前記判定ラインを越える移動を検出したら離床判断動作を中断し、その後特定の条件を満たす重心移動が検出されたら離床判定動作を再開することを特徴とする離床検出装置。
【請求項２】
離床判定動作を中断した前記離床判定部は、重心移動が一定時間停止し続けたら離床判定動作を再開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設定される一方、
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、ベッド上の人物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、ベッド上の人物（観察対象者）の行動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、映像から見守り対象者の移動を判断し易くして、画像処理により動きを検出して見守り対象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ライン（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の撮像映像において判定ラインを設定し、この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。
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
病院や介護施設では、観察対象者の状況に応じてベッドが移動される場合がある。そのためベッドも容易に移動できるよう設計されている。しかしながら、上記特許文献１の技術は、簡易な画像処理により観察対象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を人物の離床検出に適用した場合、カメラは天井に設置できるため広範囲な撮影が可能なため、ベッド移動に対して判定ラインの位置を変更する程度で済み、ベッド移動に柔軟に対応できた。
しかしながら、上記特許文献２の技術では、判定ラインに対する所定方向の物体の移動を検出したら離床発生と判断するため、例えば観察対象者に対する処置のために来た看護師等がベッドを離れる場合も離床発生と判断してしまうことがあった。
【０００７】
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、且つ看護師等がベッドから離れる移動に対しては観察対象者の離床と判断することが無い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】
【０００８】
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ベッド上の人物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の情報から動体を抽出する動体抽出部と、抽出した動体に対して重心を算出する重心算出部と、重心の位置を観察して、画像フレーム上に設定された判定ラインに対して所定の条件を満たす移動を検出したらベッド上の人物が離床したと判定する離床判定部とを有し、判定ラインは撮像されたベッドに沿うよう直線で設定され、離床判定部は、ベッド側から判定ラインを越える重心の移動を検出したらベッド上の人物の離床と判断する一方、他方の側からの判定ラインを越える移動を検出したら離床判断動作を中断し、その後特定の条件を満たす重心移動が検出されたら離床判定動作を再開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して人物である動体が一定方向の交差移動を検出したら離床と判断するため、ベッド位置に合わせて判定ラインを適切に設定すれば、ベッドの見え方に関わらず離床動作を検出できる。そのため、観察対象者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る程度でカメラ位置を変更することなく離床検出を継続することが可能であり、ベッド移動に柔軟に対応できる。
そして、ベッド外からベッド内方向への移動となる動体の判定ラインを越える移動を検出したら、特定の条件を満たす重心移動を検出するまで離床判定を行わないので、看護師等が観察対象者を処置していると判断できる状況では、重心の移動が離床動作を示す移動であっても反応しないよう動作させることができ、誤動作を防止できる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、判定動作を中断した離床判定部は、重心移動が一定時間停止し続けたら離床判定動作を再開することを特徴とする。
この構成によれば、看護師が処置をしていると判断したら離床判定動作を停止するが、検出している動体の動きが一定時間停止したら離床判定を再開するため、観察対象者の離床動作を見過ごすこともない。
【００１０】
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設定される一方、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、少ない演算量で観察対象者の離床を検出できる。
【００１１】
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、画像フレーム内の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】
【００１２】
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して人物である動体が一定方向の交差移動を検出したら離床と判断するため、ベッド位置に合わせて判定ラインを適切に設定すれば、ベッドの見え方に関わらず離床動作を検出できる。そのため、観察対象者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る程度でカメラ位置を変更することなく離床検出を継続することが可能であり、ベッド移動に柔軟に対応できる。
そして、ベッド外からベッド内方向への移動となる動体の判定ラインを越える移動を検出したら、特定の条件を満たす重心移動を検出するまで離床判定を行わないので、看護師等が観察対象者を処置していると判断できる状況では、重心の移動が離床動作を示す移動であっても反応しないよう動作させることができ、誤動作を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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。
【図５】検出した動体が看護師である場合の判定ラインとの関係を示す説明図であり、（ａ）は看護師がベッドに近づいて来た状態、（ｂ）は患者に対して処置をしている状態、（ｃ）はベッドから離れる状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。尚、ここでは、病院において患者の離床を検出する場合を説明する。
【００１５】
カメラ１は病室の天井や壁面等のベッドに対して上方に設置され、ベッド全体を撮影した映像を出力する。カメラ１は観察対象者である患者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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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位置を算出する。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と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、アフィン変換により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する。そして、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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患者の離床或いは看護師による処置と判断する。
【００２１】
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ラインの始点／終点の座標が入力される。
【００２２】
通知手段４は、図示しない報音部及び映像を表示可能な表示部を有し、離床発生が検出されたら警報を報音する。また、看護師による処置中であれば、例えば「看護中」を表示部に表示しても良い。更に、表示部には必要に応じてカメラの撮像映像が表示される。
【００２３】
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。
【００２４】
以下、離床検出の具体的流れを図２，図３を参照して説明する。図２は離床検出手段２の離床検出動作の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る。
尚、図３の画像Ｐ１はベッドに患者が腰掛けた（起き上がった）状態を撮像した画像であり、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。また画像Ｐ２は動体としての患者を抽出した画像、画像Ｐ３は設定された判定ラインが直立するよう回転した画像、画像Ｐ４は算出した動体のヒストグラムを動体に重ねて表示した状態をそれぞれ示している。
【００２５】
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。判定ラインＬ１は、ここで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配置されている。
【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、重心算出部２３により動体Ｍの重心が算出される。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が起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の重心位置を算出する（Ｓ５）。
【００３０】
重心Ｇの位置が算出されたら、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。重心Ｇの移動がベッド内からベッド外への判定ラインＬ１を越える移動である場合（Ｓ６のＹＥＳ）は、離床発生と判定し、通知手段４を発報動作等を実施し（Ｓ１０）、その後待受状態に移行する。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を越えてベッド内からベッド外へ重心Ｇが移動したら、離床と判断する。 
【００３１】
逆に、重心Ｇの移動がベッド外からベッド内への判定ラインＬ１を越える移動（図４において左から右への移動）である場合（Ｓ７のＹＥＳ）は、患者の元へ来た看護師による処置が行われていると判断し、判定動作を中断する（Ｓ８）。但し、重心位置の把握は継続し、重心移動が停止しないか観察する。
この観察において、重心が一定時間（例えば３秒）停止したら、看護師が去ったと判断して離床検出を再開する（Ｓ９のＹＥＳ）。
【００３２】
図５は、検出した動体Ｍが看護師である場合の判定ラインＬ１との関係を示す説明図であり、（ａ）は看護師がベッドに近づいて来た状態、（ｂ）は患者に対して処置をしている状態、（ｃ）はベッドから離れる状態を示している。何れも上の画像がカメラ１の撮像映像から生成した画像フレームＦ、下の画像が抽出した動体Ｍを表示した画像であり、図３に示す画像Ｐ１及び画像Ｐ２に対応する画像である。尚、便宜上画像フレームＦ上の看護師をサークルＲで囲んで明確にしている。
【００３３】
看護師による処置が行われている状態では、図５（ｂ）に示すように動体Ｍの殆どが判定ラインＬ１を超えて右側のベッド内で抽出されている。即ち重心Ｇが離床ラインＬ１を越える移動が発生する。そのため、判定ラインＬ１に対してベッド外からベッド内への重心Ｇの移動を検出したら、その時点で離床判定を停止することで、その後看護師がベッドから離れる動作により重心Ｇがベッド内からベッド外へ判定ラインＬ１を越えて移動しても、患者の離床発生と判断する誤検知を防止できる。
【００３４】
このように、画像フレーム上に設定した判定ラインＬ１に対して人物である動体が一定方向の交差移動を検出したら離床と判断するため、ベッド位置に合わせて判定ラインＬ１を適切に設定すれば、ベッドの見え方に関わらず離床動作を検出できる。そのため、観察対象者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る程度でカメラ位置を変更することなく離床検出を継続することが可能であり、ベッド移動に柔軟に対応できる。
そして、ベッド外からベッド内方向への移動となる動体の判定ラインＬ１を越える移動を検出したら、特定の条件を満たす重心移動を検出するまで離床判定を行わないので、看護師が観察対象者を処置していると判断できる状況では、重心の移動が離床動作を示す移動であっても反応しないよう動作させることができ、誤動作を防止できる。
また、看護師が処置をしていると判断したら離床判定動作を停止するが、検出している動体の動きが一定時間停止したら離床判定を再開するため、観察対象者の離床動作を見過ごすこともない。
更に、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。
【００３５】
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たが、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。
また、観察対象者を患者として説明したが、本発明の離床検出装置は、介護施設や高齢者用集合住宅においても適用できるものである。
【符号の説明】
【００３６】
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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【図５】
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