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JP6944901B2 - Biometric information detection device and biometric information detection method - Google Patents

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JP6944901B2 JP2018065134A JP2018065134A JP6944901B2 JP 6944901 B2 JP6944901 B2 JP 6944901B2 JP 2018065134 A JP2018065134 A JP 2018065134A JP 2018065134 A JP2018065134 A JP 2018065134A JP 6944901 B2 JP6944901 B2 JP 6944901B2
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  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)

Description

本発明は、生体情報を検出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting biological information.

生体情報を取得する手法として、マイクロ波やカメラを使用した非接触でリアルタイムに検出できる技術がある。特にカメラを用いた脈拍検出は、近年、カメラモジュールの小型化が進み、スマートフォンを含む携帯端末に搭載され、普及が進んでいる。 As a method for acquiring biological information, there is a technology that can detect in real time without contact using microwaves or a camera. In particular, pulse detection using a camera has been miniaturized in recent years, and has been installed in mobile terminals including smartphones and has become widespread.

撮像による脈拍検出を行う技術として、顔映像中のRGB信号のうち、特にG信号をトレースし、脈拍を検出する手法がある(非特許文献1)。また、RGB信号を使用しノイズを分離するために、独立成分分析を使用する手法があり(非特許文献2)、さらに時系列信号のスペクトル分布から脈拍信号を特定する手法がある(特許文献1)。 As a technique for detecting a pulse by imaging, there is a method of detecting a pulse by tracing a G signal in particular among RGB signals in a facial image (Non-Patent Document 1). Further, in order to separate noise by using RGB signals, there is a method of using independent component analysis (Non-Patent Document 2), and there is a method of specifying a pulse signal from the spectral distribution of a time series signal (Patent Document 1). ).

特開2012−239661号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-239661

Verkruysse, Wim, Lars O. Svaasand, J. Stuart Nelson, ” Remote plethysmographic imaging using ambient light.”, Optics express 16.26 (2008): 21434−21445.Verkruysse, Wim, Lars O. et al. Svaasand, J. Mol. Stuart Nelson, "Remote plethysmographic imaging ambient light.", Optics express 16.26 (2008): 21434-21445. Ming−Zher Poh, Daniel J. McDuff, Rosalind W. Picard, ”Non−contact, automated cardiac pulse measurements using video imaging and blind source separation.”, Optics Express 18.10 (2010):10762−10774.Ming-Zher Poh, Daniel J. et al. McDuff, Rosalind W. et al. Picard, "Non-contact, automated cardiac plus measurement measurement video imaging and blend source separation.", Optics Express 18.10 (2010): 107.10 (2010).

従来の技術では、定常的な光が顔にあたる場合は安定して脈拍を検出することが可能である。しかし、撮像環境の外光変化が生じる場合は、各スペクトルが影響を受け、誤検出が生じる。本件出願人は先に、環境による外光の輝度変化に強い手法を提案している(日本国特許出願、特願2017−210828号)。 With the conventional technique, it is possible to stably detect the pulse when the constant light hits the face. However, when the external light changes in the imaging environment, each spectrum is affected and erroneous detection occurs. The applicant has previously proposed a method that is resistant to changes in the brightness of external light due to the environment (Japanese patent application, Japanese Patent Application No. 2017-210828).

一般の携帯カメラやWebカメラでは、環境の変化によって自動の逆光補正(ABLC)、露光補正(AE)及びホワイトバランス補正(AWB)等を行なう自動補正機能がある。このため、環境に応じて撮像に色及び輝度変化が生じる。この時間軸方向の映像変化が顔色変化検出の弊害となり、脈波の誤検出もしくは測定不能となる場合がある。 A general mobile camera or Web camera has an automatic correction function that automatically performs backlight correction (ABLC), exposure correction (AE), white balance correction (AWB), and the like according to changes in the environment. Therefore, the color and the brightness change in the imaging depending on the environment. This change in the image in the time axis direction has an adverse effect on the detection of the change in complexion, and the pulse wave may be erroneously detected or cannot be measured.

自動補正機能を止め、手動で調整を行うことも可能である。しかし、シーンによっては被写体が正しく映らない場合が多く、マニュアルで調整する際にも、複数のパラメータを同時に調整することは困難である。 It is also possible to stop the automatic correction function and make adjustments manually. However, depending on the scene, the subject often does not appear correctly, and it is difficult to adjust a plurality of parameters at the same time even when adjusting manually.

また、脈波の検出のためには、顔色変化を検出できるように映像を調整する必要がある。そのため、カメラの調整範囲に顔を入れるもの、もしくは、自動で顔を検出して調整するものがある。後者は補正が便利であるが、携帯機器等で脈波検出を行う場合にはCPUのコストがかかるため、併用が困難な場合も多い。 Further, in order to detect the pulse wave, it is necessary to adjust the image so that the change in complexion can be detected. Therefore, there are those that put the face in the adjustment range of the camera, and those that automatically detect and adjust the face. The latter is convenient for correction, but it is often difficult to use it together because the cost of the CPU is high when the pulse wave is detected by a mobile device or the like.

そこで本願発明は、カメラによる自動補正による弊害がなく、撮像環境にあった脈拍の検出手法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a pulse detection method suitable for an imaging environment without having an adverse effect due to automatic correction by a camera.

本発明の好ましい一側面は、カメラにより撮像された画像に対し補正を行う自動補正部と、画像から肌色領域を検出する検出領域信号生成部と、肌色領域の時間的な波長の変化を検出して波長差分データ信号を生成する波長揺らぎ検出部と、波長差分データ信号に基づいて脈拍を推定する脈拍検出部と、脈拍の推定が開始されたことを契機に、自動補正部による補正を停止する補正制御部と、を備える生体情報検出装置である。 A preferred aspect of the present invention is an automatic correction unit that corrects an image captured by a camera, a detection region signal generation unit that detects a skin color region from the image, and a temporal wavelength change of the skin color region. The wavelength fluctuation detection unit that generates the wavelength difference data signal, the pulse detection unit that estimates the pulse based on the wavelength difference data signal, and the automatic correction unit stops the correction when the pulse estimation is started. It is a biological information detection device including a correction control unit.

本発明の好ましい他の一側面は、測定対象を撮像する撮像処理と、撮像処理で得られた画像に対し補正を行なう自動補正処理と、画像から肌色領域を検出する検出領域信号生成処理と、肌色領域の時間的な色の変化を検出して波長差分データ信号を生成する波長揺らぎ検出処理と、波長差分データ信号に基づいて測定対象の脈拍を推定する脈拍検出処理と、脈拍の推定が開始されたことを契機に、自動補正処理を停止する補正制御処理と、を行なう生体情報検出方法である。 Another preferable aspect of the present invention is an imaging process for imaging a measurement target, an automatic correction process for correcting an image obtained by the imaging process, and a detection region signal generation process for detecting a skin color region from an image. The wavelength fluctuation detection process that detects the temporal color change of the skin color region and generates the wavelength difference data signal, the pulse detection process that estimates the pulse of the measurement target based on the wavelength difference data signal, and the pulse estimation are started. This is a biometric information detection method that performs a correction control process that stops the automatic correction process when the automatic correction process is performed.

本発明によれば、カメラによる自動補正による弊害がなく、撮像環境にあった脈拍の検出手法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a pulse detection method suitable for an imaging environment without having an adverse effect due to automatic correction by a camera.

本発明の実施例による生体情報検出装置の構成図の例を示すブロック図。The block diagram which shows the example of the block diagram of the block diagram of the biological information detection apparatus according to the Example of this invention. 実施例1に於ける生体情報検出装置の検出領域信号生成部の一例を説明するブロック図。The block diagram explaining an example of the detection area signal generation part of the biological information detection apparatus in Example 1. FIG. HSV色空間及び部分色空間の指定範囲を表す概念図。The conceptual diagram which shows the designated range of HSV color space and partial color space. 実施例1による動的な顔検出と顔色変化の検出の一例を表す概念図。The conceptual diagram which shows an example of dynamic face detection and complexion change detection by Example 1. FIG. 実施例1による顔検出用の固定枠と顔色変化の検出の一例を表す概念図。FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of a fixed frame for face detection and detection of a change in complexion according to the first embodiment. 実施例1に於ける生体情報検出装置の波長揺らぎ検出部の一例を説明するブロック図。The block diagram explaining an example of the wavelength fluctuation detection part of the biological information detection apparatus in Example 1. FIG. 実施例1に於ける生体情報検出装置の脈拍検出部の一例を説明するブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a pulse detection unit of the biological information detection device according to the first embodiment. 実施例1の処理の流れを示すフロー図。The flow chart which shows the flow of the process of Example 1. FIG. 実施例2に於ける生体情報検出装置の外光による誤検出を抑止する機能を追加した波長揺らぎ検出の一例を説明するブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of wavelength fluctuation detection to which a function of suppressing erroneous detection due to external light of the biological information detection device according to the second embodiment is added. 実施例3に於ける生体情報検出装置の2領域に対するノイズ除去部を含む波長揺らぎ検出部の一例を説明するブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a wavelength fluctuation detection unit including a noise removal unit for two regions of the biological information detection device according to the third embodiment. 実施例3に於ける生体情報検出装置の低周波2領域に対するノイズ除去部を含む波長揺らぎ検出部の一例を説明するブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a wavelength fluctuation detection unit including a noise removal unit for a low frequency 2 region of the biological information detection device according to the third embodiment. 実施例3に於けるノイズ除去部の2領域の一例を説明する概念図。FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of two regions of the noise removing unit in the third embodiment. 実施例4に於ける生体情報検出装置の複数周波数領域に対するノイズ除去部を含む波長揺らぎ検出部の一例を説明するブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a wavelength fluctuation detection unit including a noise removal unit for a plurality of frequency regions of the biological information detection device according to the fourth embodiment. 実施例4に於けるノイズ除去部の複数領域の一例を説明する概念図。FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of a plurality of regions of a noise removing unit in the fourth embodiment. 実施例5に於ける生体情報検出装置の分割された各空間の複数周波数領域に対するノイズ除去部を含む波長揺らぎ検出部の一例を説明するブロック図。FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a wavelength fluctuation detection unit including a noise removal unit for a plurality of frequency regions of each divided space of the biological information detection device according to the fifth embodiment. 実施例5に於けるノイズ除去部の空間の分割と複数領域の一例を説明する概念図。The conceptual diagram explaining the division of the space of the noise removing part and an example of a plurality of regions in Example 5.

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明するが、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではない。なお、実施形態を説明する各図面において、同一の部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略することがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not necessarily limited to these embodiments. In each drawing for explaining the embodiment, the same members may be designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof may be omitted.

同一あるいは同様な機能を有する要素(例えば変形例)が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、複数の要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 When there are a plurality of elements having the same or similar functions (for example, modified examples), they may be described by adding different subscripts to the same code. However, if it is not necessary to distinguish between a plurality of elements, the subscript may be omitted for explanation.

本明細書等における「第1」、「第2」、「第3」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数、順序、もしくはその内容を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。 The notations such as "first", "second", and "third" in the present specification and the like are attached to identify the components, and do not necessarily limit the number, order, or contents thereof. is not it. Further, the numbers for identifying the components are used for each context, and the numbers used in one context do not always indicate the same composition in the other contexts. Further, it does not prevent the component identified by a certain number from having the function of the component identified by another number.

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each configuration shown in the drawings and the like may not represent the actual position, size, shape, range, etc. in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings and the like.

本明細書で引用した刊行物、特許および特許出願は、そのまま本明細書の説明の一部を構成する。 The publications, patents and patent applications cited herein form part of the description herein.

本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。 Components represented in the singular form herein shall include the plural form unless explicitly stated in the context.

本実施例の一つの典型例では、カメラの自動補正により顔色変化の検出が可能となるまで顔映像の補正を行い、それ以降は顔色変化が検出できなくなるまで、自動補正機能を止めておく。より具体的な装置構成では、カメラにより撮像された映像信号に対し、顔検出により検出された顔範囲内の肌色領域を脈拍検出の検出対象領域とする検出領域信号生成部と、生成された検出領域信号と映像信号により得られる検出映像領域と、1フレーム前の検出映像領域とのフレーム間差分により、脈拍を推定する脈拍検出部と、被写体及び環境に応じて映像補正を行う自動補正機能とを備え、顔色変化の検出が可能となるまで自動補正を行い、検出できなくなるまでは自動補正を止める補正制御部とを備える。 In one typical example of this embodiment, the facial image is corrected until the complexion change can be detected by the automatic correction of the camera, and after that, the automatic correction function is stopped until the complexion change cannot be detected. In a more specific device configuration, with respect to the video signal captured by the camera, a detection region signal generation unit that sets the skin color region within the face range detected by face detection as the detection target region for pulse detection, and the generated detection A pulse detection unit that estimates the pulse based on the frame-to-frame difference between the detected video area obtained from the area signal and the video signal and the detected video area one frame before, and an automatic correction function that corrects the image according to the subject and environment. It is provided with a correction control unit that automatically corrects the complexion until the change in complexion can be detected and stops the automatic correction until the change cannot be detected.

本実施例では、カメラを用いて顔映像から脈拍を検出する機能を備え、顔色変化の検出が可能となるまで自動補正を行い、検出できなくなるまでは自動補正を止める生体情報検出装置の例を説明する。 In this embodiment, an example of a biological information detection device having a function of detecting a pulse from a facial image using a camera, performing automatic correction until it becomes possible to detect a change in complexion, and stopping the automatic correction until it cannot be detected. explain.

図1は、本実施例による生体情報検出装置の構成図の例である。本実施例における生体情報検出装置は、カメラ200と、映像入力部300と、映像処理部400と、顔検出部103と、補正制御部106と、データ表示部110とを備える。カメラ200は例えば一般的な固体撮像素子を用いたカメラでよい。データ表示部110は例えば一般的な液晶ディスプレイでよい。 FIG. 1 is an example of a configuration diagram of a biological information detection device according to this embodiment. The biological information detection device in this embodiment includes a camera 200, a video input unit 300, a video processing unit 400, a face detection unit 103, a correction control unit 106, and a data display unit 110. The camera 200 may be, for example, a camera using a general solid-state image sensor. The data display unit 110 may be, for example, a general liquid crystal display.

光学系以外のカメラ200、映像入力部300、映像処理部400、顔検出部103、補正制御部106は、マイクロコンピュータ(図示せず)でソフトウェアを実行させて制御を行なうことで構成できる。あるいは、ソフトウエアで構成する機能と同等の機能は、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハードウエアでも実現できる。また、ソフトウェアの格納や実行のため、半導体メモリなどの記憶装置を備える。映像データ記憶部303や波長データ記憶部403は、記憶装置によって構成される。 The camera 200, the image input unit 300, the image processing unit 400, the face detection unit 103, and the correction control unit 106 other than the optical system can be configured by executing software on a microcomputer (not shown) to perform control. Alternatively, the same functions as those configured by software can be realized by hardware such as FPGA (Field Programmable Gate Array) and ASIC (Application Specific Integrated Circuit). It also has a storage device such as a semiconductor memory for storing and executing software. The video data storage unit 303 and the wavelength data storage unit 403 are configured by a storage device.

カメラ200は、レンズを通してCCD201に届く光を光電変換して得られる電気信号202が、ADコンバータ203によりデジタル化され、得られるRAWデータ信号204を環境に応じてデータ補正する自動補正部205と、を備える。 The camera 200 includes an automatic correction unit 205 that digitizes the electric signal 202 obtained by photoelectrically converting the light that reaches the CCD 201 through the lens by the AD converter 203 and corrects the obtained RAW data signal 204 according to the environment. To be equipped with.

自動補正部205は、既存製品でも一般に行なわれているカメラの自動補正を行なう。カメラの自動補正では、例えば窓から逆光で光が差し込む暗い部屋を撮像した場合には、露光、逆光、ホワイトバランスを部分画面もしくは全画面で調整する。映像の色・輝度を補正することで映像の視認性を向上するが、顔の色や輝度の変化も生じる。 The automatic correction unit 205 performs automatic correction of the camera, which is generally performed in existing products. In the automatic correction of the camera, for example, when an image is taken in a dark room where light is backlit from a window, the exposure, backlight, and white balance are adjusted on a partial screen or a full screen. By correcting the color and brightness of the image, the visibility of the image is improved, but the color and brightness of the face also change.

図1に戻り、映像入力部300は、カメラ200より取得される撮像データ信号101を入力とし、映像のRGB信号302を出力する映像取得部301を備える。また、RGB信号302を入力信号として一時記憶し、遅延RGBデータ信号102を出力する映像データ記憶部303を備える。 Returning to FIG. 1, the video input unit 300 includes a video acquisition unit 301 that inputs the imaging data signal 101 acquired from the camera 200 and outputs the RGB signal 302 of the video. Further, a video data storage unit 303 is provided which temporarily stores the RGB signal 302 as an input signal and outputs the delayed RGB data signal 102.

映像処理部400は、検出領域信号生成部420、波長データ記憶部403、波長揺らぎ検出部440、および脈拍検出部480を備える。 The image processing unit 400 includes a detection region signal generation unit 420, a wavelength data storage unit 403, a wavelength fluctuation detection unit 440, and a pulse detection unit 480.

検出領域信号生成部420は、遅延RGBデータ信号102と顔領域信号104とを入力信号とし、レベル信号401と、波長データ信号402を出力する。検出領域信号生成部420では、被写体の顔領域から肌色の領域を抽出する。検出領域信号生成部420は図2で詳しく説明する。本実施例で顔領域とは、顔検出部103により人の顔と判定される領域であるが、脈拍を測定するためには手や腕などの他の部分でも良い。また、人以外の動物の肌の露出した領域でも良い。 The detection area signal generation unit 420 uses the delayed RGB data signal 102 and the face area signal 104 as input signals, and outputs the level signal 401 and the wavelength data signal 402. The detection area signal generation unit 420 extracts a flesh-colored area from the face area of the subject. The detection region signal generation unit 420 will be described in detail with reference to FIG. In this embodiment, the face region is a region determined to be a human face by the face detection unit 103, but other parts such as hands and arms may be used to measure the pulse. It may also be an exposed area of the skin of an animal other than a human.

波長データ記憶部403は、波長データ信号402を記憶し、遅延波長データ信号404を出力する。 The wavelength data storage unit 403 stores the wavelength data signal 402 and outputs the delayed wavelength data signal 404.

波長揺らぎ検出部440は、レベル信号401と、波長データ信号402と、遅延波長データ信号404とを入力信号とし、波長のフレーム間差分を取得し、波長差分データ信号105を出力する。波長揺らぎ検出部440では、被写体の顔領域の肌色の領域における、平均的な色の変化を検出する。 The wavelength fluctuation detection unit 440 uses the level signal 401, the wavelength data signal 402, and the delay wavelength data signal 404 as input signals, acquires the inter-frame difference of the wavelength, and outputs the wavelength difference data signal 105. The wavelength fluctuation detection unit 440 detects an average color change in the skin color region of the face region of the subject.

脈拍検出部480は、波長差分データ信号105を入力信号とし、信号脈拍を検出し、脈拍信号109を出力する。 The pulse detection unit 480 uses the wavelength difference data signal 105 as an input signal, detects the signal pulse, and outputs the pulse signal 109.

図2は検出領域信号生成部420の一例を説明する図である。検出領域信号生成部420は画素毎の映像処理を行なう。検出領域信号生成部420は、空間フィルタ421と、HSV変換部424と、肌色領域検出部427とを備える。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the detection region signal generation unit 420. The detection area signal generation unit 420 performs image processing for each pixel. The detection area signal generation unit 420 includes a spatial filter 421, an HSV conversion unit 424, and a skin color area detection unit 427.

空間フィルタ421は、一般に中心画素とその周辺画素の輝度に重み付けを行い、積和演算又は非線形演算によって求めた値をその中心画素の値とする。具体的には、コンボリューションカーネルのタップ分のライン遅延を持つ遅延RGBデータ信号102を入力とし、例えば、画像の注目画素を中心にカーネルと畳み込み演算を施した値が、平滑化したRGB信号422となる。カーネルの値は加重平均の係数で、合計値は1.0になればよく、例えば平滑化には平均値分布でもガウシアン分布でもよい。空間フィルタ421による平滑化処理により、画像中のノイズの影響を低減することができる。例えば、撮像中は人の顔は静止していないため、前後のフレーム映像が画素単位で一致することはない。このため、毛穴やホクロなども一種のノイズになるため、映像を空間的に平滑(平均)化することは、波長差分算出部441以降で色変化により脈拍を検出する上で有効である。 The spatial filter 421 generally weights the brightness of the central pixel and its peripheral pixels, and sets the value obtained by the product-sum calculation or the non-linear calculation as the value of the central pixel. Specifically, a delayed RGB data signal 102 having a line delay equivalent to the tap of the convolution kernel is input, and for example, a value obtained by performing a convolution operation with the kernel centering on a pixel of interest in an image is a smoothed RGB signal 422. It becomes. The kernel value is a coefficient of weighted average, and the total value may be 1.0. For example, smoothing may be an average value distribution or a Gaussian distribution. The smoothing process by the spatial filter 421 can reduce the influence of noise in the image. For example, since the human face is not stationary during imaging, the previous and next frame images do not match on a pixel-by-pixel basis. For this reason, pores and moles also become a kind of noise, so it is effective to spatially smooth (average) the image in order to detect the pulse by the color change in the wavelength difference calculation unit 441 or later.

HSV変換部424は、空間フィルタ421で平滑化したRGB信号422をR、G、B信号に分解したアンパック信号423を入力とし、H信号(色相)すなわち波長データ信号402、S信号(彩度信号)425、V信号(明度信号)426へと変換する。 The HSV conversion unit 424 receives an unpacked signal 423 obtained by decomposing the RGB signal 422 smoothed by the spatial filter 421 into R, G, and B signals as an input, and receives an H signal (hue), that is, a wavelength data signal 402 and an S signal (saturation signal). ) 425, converted to V signal (brightness signal) 426.

肌色領域検出部427は、波長データ信号(色相信号)402、S信号(彩度信号)425、V信号(明度信号)426および顔領域信号104を入力とし、顔領域信号内の肌色領域を示すレベル信号401を出力する。 The skin color region detection unit 427 receives a wavelength data signal (hue signal) 402, an S signal (saturation signal) 425, a V signal (brightness signal) 426 and a face region signal 104, and indicates the skin color region in the face region signal. The level signal 401 is output.

顔領域信号104は、フレーム中の各画素が顔領域に含まれるかどうかを識別する。本実施例の検出領域信号生成部420は、顔領域から肌色領域の波長信号(H信号)を取り出し、波長信号の変化から脈拍を検出する。 The face region signal 104 identifies whether or not each pixel in the frame is included in the face region. The detection region signal generation unit 420 of this embodiment extracts the wavelength signal (H signal) of the skin color region from the face region and detects the pulse from the change of the wavelength signal.

図3はHSV変換部424でRGB信号を変換したHSV信号の概念を説明する図である。図3では、HSV色空間及び部分色空間の指定範囲を表している。HSV色空間は円柱座標で表現している。縦軸はValue(V)すなわち明度で色の明るさを表し、半径方向の軸はSaturation(S)すなわち彩度で色の濃さを示す。回転角がHue(H)すなわち色相となる。色相は、強さや濃さとは独立で、撮像が光の反射を捉えていると考えると、反射光の波長成分に相当すると考えられる。同様に、明度は特定波長の強度を示すと考えることができる。 FIG. 3 is a diagram for explaining the concept of the HSV signal obtained by converting the RGB signal by the HSV conversion unit 424. FIG. 3 shows a designated range of the HSV color space and the partial color space. The HSV color space is represented by cylindrical coordinates. The vertical axis represents the brightness of the color by Value (V), that is, the brightness, and the radial axis represents the intensity of the color by Saturation (S), that is, the saturation. The angle of rotation is Hue (H), that is, hue. Hue is independent of intensity and intensity, and is considered to correspond to the wavelength component of reflected light, considering that the imaging captures the reflection of light. Similarly, lightness can be thought of as indicating the intensity of a particular wavelength.

尚、肌色領域検出部427は、このHSV色空間に於いて図3の500のように部分色空間を用いて肌色領域を指定し、各画素のHSV値が肌色領域に含まれる場合にはレベル信号401に“1”を、含まれない場合には“0”を出力すればよい。また、肌色領域検出部427は、顔領域信号104が“0”である画素については、その画素のHSV値の判定をすることなく、レベル信号401として“0”を出力する。すなわち、肌色領域検出部427は、フレーム全体の映像のうち顔検出部103により切り出された顔領域に限定して肌色領域を検出する。 The flesh color region detection unit 427 specifies a flesh color region using a partial color space in this HSV color space as shown in 500 in FIG. 3, and when the HSV value of each pixel is included in the flesh color region, the level If the signal 401 does not include "1", "0" may be output. Further, the skin color region detection unit 427 outputs "0" as the level signal 401 for the pixel whose face region signal 104 is "0" without determining the HSV value of the pixel. That is, the skin color region detection unit 427 detects the skin color region only in the face region cut out by the face detection unit 103 in the image of the entire frame.

図3に示すHSV色空間に於いて部分色空間を設定するためには、色相(H)、彩度(S)、明度(V)それぞれで範囲を指定すればよい。色相(H)は0度〜360度の間で範囲を指定でき、再度と明度は0%〜100%の間で範囲を指定できる。たとえば色相の0度=360度は赤色、120度は緑色、240度は青色で、色1と色2で指定した区間が該当範囲とすればよく、彩度は0%を淡色、100%を濃色、明度は0%を暗色、100%を明色とし、同様に範囲を指定すればよい。 In order to set the partial color space in the HSV color space shown in FIG. 3, the range may be specified for each of hue (H), saturation (S), and lightness (V). The hue (H) can be specified in the range of 0 to 360 degrees, and the lightness can be specified in the range of 0% to 100% again. For example, 0 degree = 360 degrees of hue is red, 120 degrees is green, 240 degrees is blue, and the section specified by color 1 and color 2 may be the applicable range, and the saturation is 0% for light color and 100% for 100%. As for the dark color and the lightness, 0% is a dark color and 100% is a light color, and the range may be specified in the same manner.

以上のようにして、肌色領域検出部427は、当該画素が人肌の部分であるか否かを、個人の肌の色や照明の状況に応じて適切に判定することができる。なお、本明細書では、肌色領域検出部427により人肌の部分と判定され、レベル信号401が“1”となった画素により構成される領域を肌色領域と称している。肌色領域は上述した範囲指定によって任意に定義できるため、「肌色」と称してはいるが必ずしも特定の色に限定されるものではない。 As described above, the skin color region detection unit 427 can appropriately determine whether or not the pixel is a human skin portion according to the individual skin color and the lighting condition. In this specification, a region composed of pixels whose skin color region detection unit 427 determines that the skin color region is a human skin portion and whose level signal 401 is “1” is referred to as a skin color region. Since the skin color region can be arbitrarily defined by specifying the range described above, it is called "skin color", but it is not necessarily limited to a specific color.

図1に戻り、顔検出部103は、顔検出機能をオンオフする顔検出切替えスイッチ107と遅延RGBデータ信号102を入力信号とし、顔検出を行い、顔領域信号104を出力信号とする。顔検出は、例えば公知のViola−Jonesの手法のように動的に顔を検出する方法でも、固定枠内で顔を検出する手法でもよい。顔検出部103は、顔部分を切り出すとともに、フレーム中の各画素が切り出した顔部分に含まれる場合には、顔領域信号104に“1”を出力し、含まれない場合には、顔領域信号104に“0”を出力する。 Returning to FIG. 1, the face detection unit 103 uses the face detection changeover switch 107 for turning on / off the face detection function and the delayed RGB data signal 102 as input signals, performs face detection, and uses the face area signal 104 as an output signal. The face detection may be a method of dynamically detecting a face such as a known Viola-Jones method, or a method of detecting a face within a fixed frame. The face detection unit 103 cuts out the face part, outputs "1" to the face area signal 104 when each pixel in the frame is included in the cut out face part, and outputs "1" to the face area signal 104 when the face part is not included. “0” is output to the signal 104.

動的に顔を検出する方法では、例えばパターン認識で被写体の顔領域を検出し、検出された顔領域の動きをフレーム内で追従する。固定枠内で顔を検出する方法では、固定枠に顔を入れ、例えば肌色を検出することで顔を検出する。 In the method of dynamically detecting a face, for example, the face area of the subject is detected by pattern recognition, and the movement of the detected face area is followed within the frame. In the method of detecting a face in a fixed frame, the face is detected by putting the face in the fixed frame and detecting, for example, the skin color.

本実施例では、顔領域を検出して追従することで、顔領域の肌色の部分の画像変化に基づいて脈拍を検出することができる。顔領域の追従のためには、既存製品でも実施される周知の技術を適用すればよい。例えばパターン認識で顔領域を抽出し、その後顔領域とフレーム差分が小さくなるような領域を抽出して追従する。 In this embodiment, by detecting and following the face region, the pulse can be detected based on the image change of the skin-colored portion of the face region. For tracking the face area, a well-known technique that is also applied to existing products may be applied. For example, the face area is extracted by pattern recognition, and then the area where the frame difference is small from the face area is extracted and followed.

カメラにより撮像された動画は、1フレーム毎に映像データ記憶部303で一時的に記憶された後、波長データ信号(色相信号)402と遅延波長データ信号(色相信号)404とのフレーム差分を取る。顔の動きが大きい場合は差分領域も小さくなる。動的に顔検出を行う際には、例えば矩形範囲毎比較すればよい。また本技術の例では、フレーム差分は色変換後の色相成分にて説明したが、RGB信号302と遅延RGBデータ信号102とで行ってもよい。 The moving image captured by the camera is temporarily stored in the video data storage unit 303 for each frame, and then the frame difference between the wavelength data signal (hue signal) 402 and the delayed wavelength data signal (hue signal) 404 is taken. .. When the movement of the face is large, the difference area is also small. When performing face detection dynamically, for example, comparison may be performed for each rectangular range. Further, in the example of the present technology, the frame difference has been described in terms of the hue component after color conversion, but it may be performed by the RGB signal 302 and the delayed RGB data signal 102.

図1に戻り、補正制御部106は、波長差分データ信号105を入力信号とし、本入力信号に差分データが流れてから所定時間後(例えば数秒後)に顔検出切替えスイッチ107及び自動補正部スイッチ108をオフとし、差分データが0の場合は顔検出切替えスイッチ107及び自動補正部スイッチ108をオンにする。 Returning to FIG. 1, the correction control unit 106 uses the wavelength difference data signal 105 as an input signal, and the face detection changeover switch 107 and the automatic correction unit switch after a predetermined time (for example, several seconds) after the difference data flows in the main input signal. 108 is turned off, and when the difference data is 0, the face detection changeover switch 107 and the automatic correction unit switch 108 are turned on.

この処理により、波長揺らぎ検出部440で波長差分データ信号105が検出されることを契機に、自動補正部205での画像の自動補正が停止される。これにより、自動補正による撮像の色及び輝度変化がなくなり、脈波の検出に対する影響が抑制される。 By this process, when the wavelength difference data signal 105 is detected by the wavelength fluctuation detection unit 440, the automatic correction of the image by the automatic correction unit 205 is stopped. As a result, the change in color and brightness of the imaging image due to the automatic correction is eliminated, and the influence on the detection of the pulse wave is suppressed.

また、波長差分データ信号105が検出されることを契機に、顔検出部103での顔検出が停止される。自動補正部205での画像の自動補正を停止することにより、顔検出が誤動作することを抑制することができる。また、CPU等のリソースを脈拍検出に集中することができる。ただし、映像処理部の処理能力が高く、顔検出精度が高い場合は、顔検出部のスイッチをオフにする必要はない。顔検出部103での顔検出が停止されている間は、顔領域信号104は全ての画素で“1”を出力する。 Further, when the wavelength difference data signal 105 is detected, the face detection by the face detection unit 103 is stopped. By stopping the automatic correction of the image by the automatic correction unit 205, it is possible to prevent the face detection from malfunctioning. In addition, resources such as the CPU can be concentrated on pulse detection. However, when the processing capacity of the image processing unit is high and the face detection accuracy is high, it is not necessary to switch off the face detection unit. While the face detection by the face detection unit 103 is stopped, the face area signal 104 outputs "1" in all the pixels.

図4は、動的な顔検出と顔色変化の検出の一例を表す図である。4001はカメラに被写体4007が入る前の状態で、露光、逆光、ホワイトバランス等の自動補正が行われている状態を示す図である。4002はカメラフレームに被写体4007が入り、顔検出が行われ始めた際の状態を示す図である。検出された顔は顔領域4006として追跡される。4003は被写体が移動中に逆光となった状態を示す図である。4004は逆光補正が働き、画像調整が行われたことを示す図である。4005は顔検出から予め設定された時間経過もしくは画像調整による映像変化が落ち着いた後に顔色変化が検出できる、すなわち、波長差分データ信号105が流れるようになり、脈拍検出が開始された状態を示す図である。その後、補正制御部106は自動補正部205の補正機能をオフにする。 FIG. 4 is a diagram showing an example of dynamic face detection and detection of complexion change. Reference numeral 4001 is a diagram showing a state in which automatic correction such as exposure, backlight, and white balance is performed before the subject 4007 enters the camera. Reference numeral 4002 is a diagram showing a state when the subject 4007 enters the camera frame and face detection starts to be performed. The detected face is tracked as face area 4006. 4003 is a diagram showing a state in which the subject is backlit while moving. 4004 is a diagram showing that backlight correction has been performed and image adjustment has been performed. FIG. 4005 is a diagram showing a state in which a complexion change can be detected after a preset time elapses from face detection or an image change due to image adjustment has settled down, that is, a wavelength difference data signal 105 has flowed and pulse detection has been started. Is. After that, the correction control unit 106 turns off the correction function of the automatic correction unit 205.

図5は、顔検出用の固定枠と顔色変化の検出の一例を表す図である。5001はカメラに被写体5007が入る前の状態で、露光、逆光、ホワイトバランス等の自動補正が行われている状態を示す図である。5002はカメラフレームの固定枠内5006に被写体が入り、顔検出が行われ始めた際の状態を示す図である。5003は被写体が移動中に逆光となった状態を示す図である。5004は逆光補正が働き、画像調整が行われたことを示す図である。5005は顔検出から予め設定された時間経過もしくは画像調整による映像変化が落ち着いた後に顔色変化が検出できる、すなわち、波長差分データ信号105が流れるようになり、脈拍検出が開始された状態を示す図である。その後、補正制御部106は自動補正部205の補正機能をオフにする。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a fixed frame for face detection and detection of a change in complexion. Reference numeral 5001 is a diagram showing a state in which automatic correction such as exposure, backlight, and white balance is performed before the subject 5007 enters the camera. Reference numeral 5002 is a diagram showing a state when a subject enters the fixed frame 5006 of the camera frame and face detection is started. Reference numeral 5003 is a diagram showing a state in which the subject is backlit while moving. Reference numeral 5004 is a diagram showing that backlight correction has been performed and image adjustment has been performed. FIG. 5005 is a diagram showing a state in which a change in complexion can be detected after a preset time elapses from face detection or an image change due to image adjustment has settled down, that is, a wavelength difference data signal 105 has flowed and pulse detection has been started. Is. After that, the correction control unit 106 turns off the correction function of the automatic correction unit 205.

図6は実施例1に於ける生体情報検出装置の波長揺らぎ検出部の一例を説明する図である。図6の波長揺らぎ検出部440aは、図1に於ける波長揺らぎ検出部440の一例の詳細を説明するものである。波長揺らぎ検出部440aは、波長差分算出部441、肌色面積算出部443a、波長差分積算部444、および平均波長差分算出部447aを備えている。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a wavelength fluctuation detection unit of the biological information detection device according to the first embodiment. The wavelength fluctuation detection unit 440a of FIG. 6 describes the details of an example of the wavelength fluctuation detection unit 440 in FIG. 1. The wavelength fluctuation detection unit 440a includes a wavelength difference calculation unit 441, a skin color area calculation unit 443a, a wavelength difference integration unit 444, and an average wavelength difference calculation unit 447a.

波長差分算出部441は、肌色領域を示すレベル信号401と、波長データ信号402と遅延波長データ信号404とを入力とする。波長差分算出部441は、肌色領域内の画素の信号が入力された場合(すなわちレベル信号401として“1”が入力された場合)に、入力された波長データ信号402及び遅延波長データ信号404から算出した肌色領域内画素の波長差分データ信号442を出力し、肌色領域外の画素の信号が入力された場合は波長差分データ信号442として“0”値を出力する。 The wavelength difference calculation unit 441 inputs a level signal 401 indicating a skin color region, a wavelength data signal 402, and a delay wavelength data signal 404. When the signal of the pixel in the skin color region is input (that is, when “1” is input as the level signal 401), the wavelength difference calculation unit 441 starts from the input wavelength data signal 402 and the delay wavelength data signal 404. The calculated wavelength difference data signal 442 of the pixels in the skin color region is output, and when the signal of the pixels outside the skin color region is input, a “0” value is output as the wavelength difference data signal 442.

また肌色面積算出部443aは、肌色領域を示すレベル信号401を入力とし、フレーム毎に肌色領域の画素数をカウントし、肌色面積信号445を出力する。 Further, the skin color area calculation unit 443a inputs the level signal 401 indicating the skin color region, counts the number of pixels in the skin color region for each frame, and outputs the skin color area signal 445.

波長差分積算部444は、肌色領域画素の波長差分データ信号442を入力とし、フレーム毎の波長差分を積算し、積算波長差分データ信号446を出力する。 The wavelength difference integrating unit 444 receives the wavelength difference data signal 442 of the skin color region pixel as an input, integrates the wavelength difference for each frame, and outputs the integrated wavelength difference data signal 446.

平均波長差分算出部447aは、肌色面積信号445と積算波長差分データ信号446を入力とし、積算波長差分データと肌色面積の除算にて、1フレーム内の肌色領域の全画素について、平均した波長差分データ信号105を出力する。 The average wavelength difference calculation unit 447a receives the skin color area signal 445 and the integrated wavelength difference data signal 446 as inputs, and divides the integrated wavelength difference data and the skin color area to average the wavelength difference for all the pixels in the skin color region within one frame. The data signal 105 is output.

以上より明らかなように、入力される画素信号が肌色領域を含まなくなった場合には、波長差分データ信号442はすべて“0”値となり、波長差分積算部444の出力および平均波長差分算出部447aの出力も0となる。 As is clear from the above, when the input pixel signal does not include the skin color region, all the wavelength difference data signals 442 become “0” values, and the output of the wavelength difference integration unit 444 and the average wavelength difference calculation unit 447a The output of is also 0.

図7は実施例1に於ける生体情報検出装置の脈拍検出部480の一例の詳細を説明する図である。脈拍検出部480はフレーム毎の映像処理を行なう。脈拍検出部480は、差分データ記憶部481、平滑化フィルタ483、平滑データ記憶部485、傾き検出部487、符号データ記憶部489、および極値検出部491を備えている。 FIG. 7 is a diagram illustrating details of an example of the pulse detection unit 480 of the biological information detection device according to the first embodiment. The pulse detection unit 480 performs video processing for each frame. The pulse detection unit 480 includes a difference data storage unit 481, a smoothing filter 483, a smoothing data storage unit 485, a tilt detection unit 487, a code data storage unit 489, and an extreme value detection unit 491.

差分データ記憶部481は、波長差分データ信号105を入力とし、遅延波長差分データ信号482を出力する。また、平滑化フィルタ483は、波長差分データ信号105及び遅延波長差分データ信号482を入力とし、連続時間軸上で複数フレーム分の波長データより平滑化した波長差分データ信号484を出力する。平滑化フィルタ483は、例えば想定される人間の脈拍の周波数より十分高い周波数成分を阻止するように構成する。この構成により、検出信号中のノイズを除去する。 The difference data storage unit 481 receives the wavelength difference data signal 105 as an input and outputs the delayed wavelength difference data signal 482. Further, the smoothing filter 483 receives the wavelength difference data signal 105 and the delayed wavelength difference data signal 482 as inputs, and outputs the wavelength difference data signal 484 smoothed from the wavelength data for a plurality of frames on the continuous time axis. The smoothing filter 483 is configured to block frequency components well above, for example, the expected human pulse frequency. With this configuration, noise in the detection signal is removed.

平滑データ記憶部485は、平滑化した波長差分データ信号484を入力とし、複数フレーム分の波長差分データを保持し、平滑化した遅延波長差分データ信号486を出力する。また、傾き検出部487は、連続する2フレームデータの差分を求め、傾きの符号を求める符号データ信号488を出力する。この構成により、平滑化した波長差分データの変化(すなわち傾き)を求める。連続する2フレームデータの差分のかわりに、連続する複数のフレームの波長差分データの平均と、それより前の連続する複数のフレームの波長差分データの平均とを比較して、差分の傾きを計算してもよい。 The smoothed data storage unit 485 receives the smoothed wavelength difference data signal 484 as an input, holds the wavelength difference data for a plurality of frames, and outputs the smoothed delayed wavelength difference data signal 486. Further, the inclination detection unit 487 obtains the difference between two consecutive frame data, and outputs a code data signal 488 for obtaining the inclination code. With this configuration, the change (that is, the slope) of the smoothed wavelength difference data is obtained. Instead of the difference of two consecutive frames, the slope of the difference is calculated by comparing the average of the wavelength difference data of multiple consecutive frames with the average of the wavelength difference data of multiple consecutive frames before it. You may.

符号データ記憶部489は、符号データ信号488を入力とし、複数フレーム分の符号データを保持し、遅延符号データ信号490を出力する。また、極値検出部491は、符号データ信号488及び遅延符号データ信号490を入力とし、傾きの符合変化が正値から負値へ変化したフレームを極大、負値から正値へ変化したフレームを極小とすることで極値を求め、例えば極大値(あるいは極小値)を脈拍信号109として出力する。 The code data storage unit 489 receives the code data signal 488 as an input, holds code data for a plurality of frames, and outputs a delay code data signal 490. Further, the extreme value detection unit 491 receives the code data signal 488 and the delay code data signal 490 as inputs, and maximizes the frame in which the sign change of the inclination changes from the positive value to the negative value, and sets the frame in which the sign change from the negative value to the positive value. The extreme value is obtained by setting the minimum value, and for example, the maximum value (or the minimum value) is output as the pulse signal 109.

上記のように平滑化フィルタ483が差分データ信号を平滑化することによって、ノイズ等に起因する差分データ信号の微細な変動による脈拍の誤検出が防止される。傾き検出部487が隣接するフレーム間の差分データの変化(傾き)を検出し、その結果に基づいて極値検出部491が差分データの極大値又は極小値を検出することによって、精度よく脈拍信号を生成することができる。傾き検出部487が連続する近傍の複数フレームの平均フレーム間の差分を求める場合には、上記の平滑化と同様に、脈拍の誤検出が防止される。 By smoothing the difference data signal by the smoothing filter 483 as described above, erroneous detection of the pulse due to minute fluctuations in the difference data signal due to noise or the like is prevented. The inclination detection unit 487 detects the change (inclination) of the difference data between adjacent frames, and the extremum detection unit 491 detects the maximum value or the minimum value of the difference data based on the result, thereby accurately performing the pulse signal. Can be generated. When the inclination detection unit 487 obtains the difference between the average frames of a plurality of frames in the vicinity in succession, erroneous detection of the pulse is prevented as in the above smoothing.

以上の実施例では、補正制御部106の機能により、波長差分データ信号105を検出している間はカメラによる自動補正をオフにすることができる。よって、自動補正による画質の変化がないため、脈拍を安定して検出することができる。ここで、自動補正をオフにするということは、それ以降環境の変化による逆光補正(ABLC)、露光補正(AE)、あるいはホワイトバランス補正(AWB)等を行なわないということである。自動補正をオフにした以降は、オフにする直前の補正パラメータをそのまま固定的に維持してよい。 In the above embodiment, the function of the correction control unit 106 enables the automatic correction by the camera to be turned off while the wavelength difference data signal 105 is being detected. Therefore, since there is no change in image quality due to automatic correction, the pulse can be detected stably. Here, turning off the automatic correction means that the backlight correction (ABLC), the exposure correction (AE), the white balance correction (AWB), and the like due to changes in the environment are not performed thereafter. After turning off the automatic correction, the correction parameter immediately before turning it off may be kept fixed as it is.

波長差分データ信号105が検出されているということは、フレーム中に脈拍を検出する対象となる肌色領域が検知できていると看做せる。よって、波長差分データ信号105が検出されている限り、脈拍検出が可能である。一方、波長差分データ信号105が検出できなくなった場合には、補正制御部106をオンにして通常の自動補正を再開し、肌色領域の検知を開始する。波長差分データ信号105が検出できなくなった場合とは、例えば波長差分データ信号105が所定時間(例えば5秒)検出できないことをもって判断することができる。 The fact that the wavelength difference data signal 105 is detected means that the skin color region for which the pulse is to be detected can be detected in the frame. Therefore, as long as the wavelength difference data signal 105 is detected, the pulse can be detected. On the other hand, when the wavelength difference data signal 105 cannot be detected, the correction control unit 106 is turned on to restart the normal automatic correction, and the detection of the skin color region is started. The case where the wavelength difference data signal 105 cannot be detected can be determined, for example, by the fact that the wavelength difference data signal 105 cannot be detected for a predetermined time (for example, 5 seconds).

また、本実施例では補正制御部106のオンオフと同期して顔検出部103の機能もオンオフする。このメリットとして、補正制御をオフにすることにより、顔検出が誤動作することを防ぐことができる。ただし、顔検出部103の性能が高ければ顔検出はオンのままでもよい。 Further, in this embodiment, the function of the face detection unit 103 is also turned on / off in synchronization with the on / off of the correction control unit 106. As this merit, by turning off the correction control, it is possible to prevent the face detection from malfunctioning. However, if the performance of the face detection unit 103 is high, the face detection may remain on.

顔検出部103がオフ状態の間は、顔領域信号104がすべて“1”になるため、検出領域信号生成部420は、被験者の背景などに含まれる肌色についても肌色領域として検出することになる。その肌色領域は、被験者の拍動に応じて変動する肌色領域ではないので、脈拍信号109にとってはノイズとなる。ただし、通常の使用環境で、フレーム中の顔領域の割合が大きいことを前提とすれば、実質的な問題にはならないと考えられる。 While the face detection unit 103 is in the off state, all the face area signals 104 are set to "1", so that the detection area signal generation unit 420 also detects the skin color included in the background of the subject as the skin color area. .. Since the flesh-colored region is not a flesh-colored region that fluctuates according to the beat of the subject, it becomes noise for the pulse signal 109. However, assuming that the ratio of the face area in the frame is large in a normal usage environment, it is considered that this is not a substantial problem.

図8は、実施例1の生体情報検出装置の処理の流れを示すフローチャートである。処理は、例えば電源オン、あるいは、生体情報検出処理開始を指示するコマンドの入力を契機に開始される。 FIG. 8 is a flowchart showing a processing flow of the biological information detection device of the first embodiment. The process is started, for example, when the power is turned on or when a command for instructing the start of the biological information detection process is input.

処理S801では、自動補正部205の自動補正、および顔検出部103の顔検出処理をオンとする。この状態では、自動補正により露光やホワイトバランス等が制御され、顔領域の検出および追跡が行なわれる。 In the process S801, the automatic correction of the automatic correction unit 205 and the face detection process of the face detection unit 103 are turned on. In this state, exposure, white balance, and the like are controlled by automatic correction, and the face region is detected and tracked.

処理S802では、顔検出部103により顔の検出が成功すると追跡が行なわれるとともに、検出領域信号生成部420では肌色領域が検出される。これにより波長揺らぎ検出部440では、顔領域の肌色領域の色変化(波長揺らぎ)の検出が可能になる。肌色領域の色変化は波長差分データ信号105として出力される。 In the process S802, when the face detection unit 103 succeeds in detecting the face, tracking is performed, and the detection area signal generation unit 420 detects the skin color area. As a result, the wavelength fluctuation detection unit 440 can detect the color change (wavelength fluctuation) in the skin color region of the face region. The color change in the skin color region is output as a wavelength difference data signal 105.

処理S803では、顔色変化の検出が可能であることの判定を行なう。このために、例えば、顔検出後に肌色の時間差分信号の変化が検出されたか否かで判定する。好ましい例では、波長差分データ信号105が安定して検出されているかどうかを判定すために、例えば波長差分データ信号105が10秒間検出された場合、安定して検出されているとする。 In the process S803, it is determined that the change in complexion can be detected. For this purpose, for example, it is determined whether or not a change in the skin color time difference signal is detected after face detection. In a preferred example, in order to determine whether or not the wavelength difference data signal 105 is stably detected, for example, when the wavelength difference data signal 105 is detected for 10 seconds, it is assumed that the wavelength difference data signal 105 is stably detected.

波長差分データ信号105が安定して検出されない場合は、自動補正部205の自動補正、および顔検出部103の顔検出処理をオンのまま、処理S802、処理S803を継続する。 If the wavelength difference data signal 105 is not stably detected, the processing S802 and the processing S803 are continued while the automatic correction of the automatic correction unit 205 and the face detection processing of the face detection unit 103 are turned on.

波長差分データ信号105が安定して検出された場合は、処理S804で補正制御部106が、自動補正部205の自動補正、および顔検出部103の顔検出処理をオフとする。自動補正においては、オフとする直前の補正パラメータを維持するものとする。これらの処理がオフとなっても、波長差分データ信号105が安定して検出されている限り、測定対象となる顔領域の肌色領域が検出されているものと看做すことができ、脈拍検出S805が可能となる。なお、既述のように顔検出部103の顔検出処理はオフにしなくても良い。 When the wavelength difference data signal 105 is stably detected, the correction control unit 106 turns off the automatic correction of the automatic correction unit 205 and the face detection process of the face detection unit 103 in the process S804. In the automatic correction, the correction parameter immediately before turning off shall be maintained. Even if these processes are turned off, as long as the wavelength difference data signal 105 is stably detected, it can be considered that the skin color region of the face region to be measured is detected, and the pulse detection. S805 becomes possible. As described above, the face detection process of the face detection unit 103 does not have to be turned off.

処理S806では、波長差分データ信号105が安定して検出されているかをモニタする。なお判定の基準は、処理S803とは変えることもできる。例えば、波長差分データ信号105が1秒間途切れた場合、安定して検出されていないと判定してもよい。 In the process S806, it is monitored whether or not the wavelength difference data signal 105 is stably detected. The criterion for determination can be changed from that of process S803. For example, when the wavelength difference data signal 105 is interrupted for 1 second, it may be determined that the signal is not stably detected.

波長差分データ信号105が安定して検出された後に、安定した検出ができなくなった場合には、処理S805の判定により、処理S801で自動補正部205の自動補正、および(処理S804で顔検出処理をオフにした場合には)顔検出部103の顔検出処理をオンとする。そして再度顔領域と肌色領域を検出する。 If stable detection becomes impossible after the wavelength difference data signal 105 is stably detected, the processing S801 determines the automatic correction of the automatic correction unit 205, and (the face detection processing in the processing S804). (When is turned off), the face detection process of the face detection unit 103 is turned on. Then, the face area and the skin color area are detected again.

以上の構成によれば、カメラによる自動補正による弊害がなく、撮像環境にあった脈拍の検出手法を提供することができる。 According to the above configuration, it is possible to provide a pulse detection method suitable for the imaging environment without having an adverse effect due to automatic correction by the camera.

なお、図1および図8の構成では、波長揺らぎ検出部440からの波長差分データ信号105に基づいて、補正制御部106を制御している。補正制御部106の制御に用いる信号および判定基準としては、以下が考えられる。 In the configurations of FIGS. 1 and 8, the correction control unit 106 is controlled based on the wavelength difference data signal 105 from the wavelength fluctuation detection unit 440. The following can be considered as signals and determination criteria used for controlling the correction control unit 106.

処理S803の判定においては、以下の場合自動補正をオフにする。(1)波長差分データ信号105に所定強度を超える信号が得られる。(2)顔領域の肌色面積信号445で所定面積を超える信号が得られる。(3)脈拍信号109で所定周波数(例えば人の心拍数だと通常の心拍数は毎分50〜100だが、任意に設定可能)の信号が得られる。(4)脈拍信号109で所定周波数の信号かつ所定振幅を超える信号が得られる。上記(1)〜(4)のうち複数の条件を組み合わせて精度を向上させることもできる。さらに、上記条件を所定時間の間継続して満たすことを条件に加えても良い。 In the determination of the process S803, the automatic correction is turned off in the following cases. (1) A signal exceeding a predetermined intensity can be obtained as the wavelength difference data signal 105. (2) A signal exceeding a predetermined area can be obtained with the skin color area signal 445 of the face area. (3) With the pulse signal 109, a signal having a predetermined frequency (for example, in the case of a human heart rate, the normal heart rate is 50 to 100 per minute, but it can be set arbitrarily) can be obtained. (4) With the pulse signal 109, a signal having a predetermined frequency and a signal exceeding a predetermined amplitude can be obtained. The accuracy can be improved by combining a plurality of conditions (1) to (4) above. Further, it may be added to the condition that the above condition is continuously satisfied for a predetermined time.

処理S806の判定においては、以下の場合自動補正をオンにする。(1)波長差分データ信号105が所定強度以下になる。(2)肌色面積信号445が所定面積以下の値を示す。(3)脈拍信号109で所定周波数(例えば人の心拍数だと毎分50〜100)の信号が得られなくなる。(4)脈拍信号109で所定振幅を超える信号が得られなくなる。上記(1)〜(4)のうち複数の条件を組み合わせて精度を向上させることもできる。さらに、上記条件を所定時間の間継続して満たすことを条件に加えても良い。 In the determination of the process S806, the automatic correction is turned on in the following cases. (1) The wavelength difference data signal 105 has a predetermined intensity or less. (2) The skin color area signal 445 shows a value equal to or less than a predetermined area. (3) The pulse signal 109 cannot obtain a signal having a predetermined frequency (for example, 50 to 100 per minute for a human heart rate). (4) The pulse signal 109 cannot obtain a signal exceeding a predetermined amplitude. The accuracy can be improved by combining a plurality of conditions (1) to (4) above. Further, it may be added to the condition that the above condition is continuously satisfied for a predetermined time.

図9は、生体情報検出装置の外光による誤検出を抑止する機能を追加した、波長揺らぎ検出の一例を説明する図である。実施例2の波長揺らぎ検出部は、図1の波長揺らぎ検出部440を、図6の波長揺らぎ検出部440aより図9の440bに置き代えたものである。図6と同様の構成は同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分を説明する。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of wavelength fluctuation detection to which a function of suppressing erroneous detection due to external light of the biological information detection device is added. In the wavelength fluctuation detection unit of the second embodiment, the wavelength fluctuation detection unit 440 of FIG. 1 is replaced with the wavelength fluctuation detection unit 440a of FIG. 6 to 440b of FIG. The same configuration as in FIG. 6 is designated by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different parts will be described.

まず、肌色領域を示すレベル信号401を入力とする肌色面積算出部443bを備えている。ここで、肌色領域を示すレベル信号401には信号の明度レベルを示す情報が付加されている。肌色面積算出部443bは、フレーム毎に肌色領域すなわちレベル信号401が“0”値以外の画素数をカウントし、肌色面積信号445と明度レベル信号448を出力する肌色面積算出部443bを備えている。 First, a skin color area calculation unit 443b that receives a level signal 401 indicating a skin color region is provided. Here, information indicating the brightness level of the signal is added to the level signal 401 indicating the skin color region. The skin color area calculation unit 443b includes a skin color area calculation unit 443b that counts the number of pixels other than the “0” value of the skin color region, that is, the level signal 401 for each frame, and outputs the skin color area signal 445 and the brightness level signal 448. ..

また、肌色面積信号445と明度レベル信号448を入力とし、遅延肌色面積信号451と遅延明度レベル信号449とを出力する面積データ記憶部450を備えている。 Further, the area data storage unit 450 is provided with an area data storage unit 450 that inputs the skin color area signal 445 and the brightness level signal 448 and outputs the delayed skin color area signal 451 and the delayed brightness level signal 449.

また、波長差分データ信号105を入力とし、複数フレーム間のデータを保持し、遅延積算波長差分データ信号457を出力する積算データ記憶部456を備えている。 Further, it includes an integrated data storage unit 456 that receives the wavelength difference data signal 105 as an input, holds data between a plurality of frames, and outputs a delayed integrated wavelength difference data signal 457.

また、肌色面積信号445、フレーム間の明度レベル差分信号452及び肌色面積差分信号453、積算波長差分データ信号446および遅延積算波長差分データ信号457を入力とし、積算波長差分データと肌色面積の除算にて、フレーム間で平均した波長差分データ信号105を出力する平均波長差分算出部447bを備えている。 Further, the skin color area signal 445, the brightness level difference signal 452 between frames, the skin color area difference signal 453, the integrated wavelength difference data signal 446, and the delayed integrated wavelength difference data signal 457 are input to divide the integrated wavelength difference data and the skin color area. It also includes an average wavelength difference calculation unit 447b that outputs an average wavelength difference data signal 105 between frames.

ここで、撮像対象である被験者が受ける外光に急激な変化が起きたことを想定する。このような場合には、フレーム間明度レベル差分信号452はフレーム間肌色面積差分信号453よりも大きく変化すると考えられる。または、フレーム間肌色面積差分信号4534が急激に大きくなることが考えられる。 Here, it is assumed that a sudden change occurs in the external light received by the subject to be imaged. In such a case, it is considered that the inter-frame brightness level difference signal 452 changes more than the inter-frame skin color area difference signal 453. Alternatively, it is conceivable that the skin color area difference signal 4534 between frames suddenly increases.

そこで、本実施例では、平均波長差分算出部447bには、肌色面積信号445および積算波長差分データ信号446に加えて、フレーム間明度レベル差分信号452、フレーム間肌色面積差分信号453、明度レベル差分閾値455、および肌色面積差分閾値454が入力されるものとする。ここで、明度レベル差分閾値455および肌色面積差分閾値454は、いずれも予め設定された定数値である。 Therefore, in this embodiment, in addition to the skin color area signal 445 and the integrated wavelength difference data signal 446, the average wavelength difference calculation unit 447b is provided with an inter-frame brightness level difference signal 452, an inter-frame skin color area difference signal 453, and a brightness level difference. It is assumed that the threshold value 455 and the skin color area difference threshold value 454 are input. Here, the brightness level difference threshold value 455 and the skin color area difference threshold value 454 are both preset constant values.

平均波長差分算出部447bに於いて、急激な外光変化が起きた場合、明度レベル差分信号452が明度レベル差分閾値455と比べ大きくなる。この場合、平均波長差分算出部447bでは、現在のフレームによる積算波長差分データ信号446の代わりに、過去のフレーム(例えば1フレーム前)による遅延積算波長差分データ信号457を用いてもよい。あるいは、遅延積算波長差分データ信号457と積算波長差分データ信号446との平均値を用いてもよい。 In the average wavelength difference calculation unit 447b, when a sudden change in external light occurs, the brightness level difference signal 452 becomes larger than the brightness level difference threshold value 455. In this case, the average wavelength difference calculation unit 447b may use the delayed integrated wavelength difference data signal 457 from the past frame (for example, one frame before) instead of the integrated wavelength difference data signal 446 from the current frame. Alternatively, the average value of the delayed integrated wavelength difference data signal 457 and the integrated wavelength difference data signal 446 may be used.

同様に、検出される肌色領域の変化が大きい場合、すなわち、肌色面積差分信号453が明度レベル差分閾値455と比べ大きい場合も、遅延積算波長差分データ信号457、または遅延積算波長差分データ信号457と積算波長差分データ信号446との平均値を用いることができる。 Similarly, when the change in the detected skin color region is large, that is, when the skin color area difference signal 453 is larger than the brightness level difference threshold 455, the delay integrated wavelength difference data signal 457 or the delayed integrated wavelength difference data signal 457 is used. An average value with the integrated wavelength difference data signal 446 can be used.

波長揺らぎ検出部440bの構成により、外光の急激な変化により、肌色領域の明度や面積が急激に変化しても波長差分データ信号105の急激な変化を抑制することができるので、脈拍信号109の急激な変動を抑制することができる。 Due to the configuration of the wavelength fluctuation detection unit 440b, it is possible to suppress a sudden change in the wavelength difference data signal 105 even if the brightness or area of the skin color region suddenly changes due to a sudden change in external light, so that the pulse signal 109 It is possible to suppress sudden fluctuations in.

ここで、データ表示部110で、脈拍信号の極大値を心拍のR波と見立て、極大値間隔すなわちR波間隔を複数フレーム分算出し、周波数解析を行うと、高周波成分(HF)と低周波成分(LF)のピークが見られる。一般的にLF/HFはストレス指標と呼ばれ、ストレス状態の検知にも利用できる。 Here, on the data display unit 110, the maximum value of the pulse signal is regarded as the R wave of the heartbeat, the maximum value interval, that is, the R wave interval is calculated for a plurality of frames, and frequency analysis is performed. A peak of component (LF) is seen. Generally, LF / HF is called a stress index and can be used for detecting a stress state.

以上の構成によれば、カメラによる自動補正による弊害なく、撮像環境にあった脈拍の検出手法を提供することができる。 According to the above configuration, it is possible to provide a pulse detection method suitable for the imaging environment without the harmful effects of automatic correction by the camera.

実施例1では、カメラを用いて顔映像から脈拍を検出する機能を備え、顔色変化の検出が可能となるまで自動補正を行い、検出できなくなるまでは自動補正を止める生体情報検出装置の例を説明した。本実施例では、実施例1に於いて、顔検出と同時に好適にノイズ除去を行い、脈波検出精度を向上する構成の生体情報検出装置を説明する。本実施例の構成は波長揺らぎ検出部440以外は実施例1の図1の構成と同様である。 In the first embodiment, an example of a biological information detection device having a function of detecting a pulse from a facial image using a camera, performing automatic correction until it becomes possible to detect a change in complexion, and stopping the automatic correction until it cannot be detected. explained. In this embodiment, a biometric information detection device having a configuration in which noise is suitably removed at the same time as face detection to improve pulse wave detection accuracy in Example 1 will be described. The configuration of this embodiment is the same as that of FIG. 1 of Example 1 except for the wavelength fluctuation detection unit 440.

図10は、実施例3に於ける生体情報検出装置の2領域に対するノイズ除去部を含む波長揺らぎ検出部の一例を説明する図である。波長揺らぎ検出部440cは、図1に於ける波長揺らぎ検出部440の変形例であるため、図6の波長揺らぎ検出部440aとの差異を中心に説明する。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a wavelength fluctuation detection unit including a noise removal unit for two regions of the biological information detection device according to the third embodiment. Since the wavelength fluctuation detection unit 440c is a modification of the wavelength fluctuation detection unit 440 in FIG. 1, the difference from the wavelength fluctuation detection unit 440a in FIG. 6 will be mainly described.

波長揺らぎ検出部440cは、波長揺らぎ検出部440a(図6)と同様、波長差分算出部441、肌色面積算出部443a、波長差分積算部444、平均波長差分算出部447aを備えている。 Similar to the wavelength fluctuation detection unit 440a (FIG. 6), the wavelength fluctuation detection unit 440c includes a wavelength difference calculation unit 441, a skin color area calculation unit 443a, a wavelength difference integration unit 444, and an average wavelength difference calculation unit 447a.

波長揺らぎ検出部440cでは、上記構成に加え、肌色領域を示すレベル信号401を反転する信号反転回路461を備えている。信号反転回路461では、肌色領域外を示すレベル信号“0”を“1”に反転する。 In addition to the above configuration, the wavelength fluctuation detection unit 440c includes a signal inversion circuit 461 that inverts the level signal 401 indicating the skin color region. In the signal inversion circuit 461, the level signal “0” indicating the outside of the skin color region is inverted to “1”.

また、反転された肌色領域外のレベル信号462を入力とし、フレーム毎に肌色領域外の画素数をカウントし、肌色外面積信号464を出力する肌色外面積算出部463aを備えている。 Further, it is provided with a skin color outer area calculation unit 463a that receives an inverted level signal 462 outside the skin color region as an input, counts the number of pixels outside the skin color region for each frame, and outputs a skin color outer area signal 464.

波長差分算出部441bは、肌色領域を示すレベル信号401の反転信号と、波長データ信号402と遅延波長データ信号404とを入力とする。なお、肌色領域を示すレベル信号401の反転信号は、「顔領域の肌色」以外の領域を示すが、顔検出部103の機能をオフにしている場合には、顔領域かどうかを問わず肌色以外の領域を示すレベル信号となる。波長差分算出部441bは、肌色領域外の画素の信号が入力された場合(すなわちレベル信号401として“0”が入力された場合)に、入力された波長データ信号402及び遅延波長データ信号404から算出した肌色領域外画素の波長差分データ信号442bを出力し、肌色領域内の画素の信号が入力された場合は波長差分データ信号442bとして“0”値を出力する。 The wavelength difference calculation unit 441b inputs the inverted signal of the level signal 401 indicating the skin color region, the wavelength data signal 402, and the delayed wavelength data signal 404. The inversion signal of the level signal 401 indicating the skin color region indicates an region other than the “skin color of the face region”, but when the function of the face detection unit 103 is turned off, the skin color regardless of whether it is the face region or not. It becomes a level signal indicating an area other than. When the signal of the pixel outside the skin color region is input (that is, when “0” is input as the level signal 401), the wavelength difference calculation unit 441b starts with the input wavelength data signal 402 and the delay wavelength data signal 404. The calculated wavelength difference data signal 442b of the pixels outside the skin color region is output, and when the signal of the pixels inside the skin color region is input, a “0” value is output as the wavelength difference data signal 442b.

波長差分積算部444bは、肌色領域外画素の波長差分データ信号442bを入力とし、フレーム毎の波長差分を積算し、肌色領域外画素の積算波長差分データ信号446bを出力する。 The wavelength difference integrating unit 444b receives the wavelength difference data signal 442b of the pixels outside the skin color region as input, integrates the wavelength difference for each frame, and outputs the integrated wavelength difference data signal 446b of the pixels outside the skin color region.

また、肌色外面積信号464と積算波長差分データ信号446bを入力とし、積算波長差分データと肌色外面積の除算にて、フレーム間で平均したノイズ処理前の肌色領域外の波長差分データ信号466aを出力する平均波長差分算出部465aを備えている。 Further, the skin color outer area signal 464 and the integrated wavelength difference data signal 446b are input, and the wavelength difference data signal 466a outside the skin color region before noise processing averaged between frames is obtained by dividing the integrated wavelength difference data and the skin color outer area. The average wavelength difference calculation unit 465a to be output is provided.

また、ノイズ処理前の波長差分データ信号499とノイズ処理前の肌色領域外の波長差分データ信号466aとを入力信号とし、2変数の独立成分分析法を用いてノイズを除去し、ノイズの少ない波長差分データ信号105を出力するノイズ除去部467を備えている。 Further, the wavelength difference data signal 499 before noise processing and the wavelength difference data signal 466a outside the skin color region before noise processing are used as input signals, and noise is removed by using a two-variable independent component analysis method to reduce noise. A noise removing unit 467 that outputs a difference data signal 105 is provided.

周知のように、独立成分分析は複数の異なる観測点で計測した観測信号から、信号間の独立性を評価することで複数の原信号に分離する手法である(例えば非特許文献2参照)。平均波長差分算出部465aの出力である肌色領域外の波長差分データ信号466aは、肌色領域外の波長の変動を含むが、この成分は脈拍信号のノイズとして働く。従って、この成分を波長差分データ信号499から分離することにより、より正確な脈拍信号を得ることができる。 As is well known, independent component analysis is a method of separating observation signals measured at a plurality of different observation points into a plurality of original signals by evaluating the independence between the signals (see, for example, Non-Patent Document 2). The wavelength difference data signal 466a outside the skin color region, which is the output of the average wavelength difference calculation unit 465a, includes wavelength fluctuations outside the skin color region, and this component acts as noise in the pulse signal. Therefore, by separating this component from the wavelength difference data signal 499, a more accurate pulse signal can be obtained.

図11は、図10の波長揺らぎ検出部440cに、周波数分解部468aを追加した波長揺らぎ検出部440dのブロック図である。周波数分解部468aは、積算波長差分データ信号446bを入力とし、低周波領域を通過させるローパスフィルタ処理を行い、低周波の積算波長差分データ信号469aを出力する。顔映像の色や明るさの変動要因としては、外光の変化や周辺の状況の変化(例えば傍を他の人が通ることによって生じる影)がある。これらは脈拍の周波数に比べるとゆっくりとした変化である。従って、このように、映像の低周波成分をモニタすることで、外光による色や輝度変化によるノイズも取得しやすくなる。 FIG. 11 is a block diagram of a wavelength fluctuation detection unit 440d in which a frequency decomposition unit 468a is added to the wavelength fluctuation detection unit 440c of FIG. The frequency decomposition unit 468a receives the integrated wavelength difference data signal 446b as an input, performs a low-pass filter process for passing through a low frequency region, and outputs a low frequency integrated wavelength difference data signal 469a. Factors that change the color and brightness of facial images include changes in external light and changes in surrounding conditions (for example, shadows caused by the passage of other people by the side). These are slow changes compared to the pulse frequency. Therefore, by monitoring the low-frequency components of the image in this way, it becomes easy to acquire noise due to changes in color and brightness due to external light.

図12は、実施例3に於けるノイズ除去部の2領域の一例を説明する図である。図中の領域1201(白い部分)は顔検出後の肌色領域を示し、領域1202(グレーの部分)は肌色領域外の背景領域となる。図10と図11との構成の差は、2つの独立成分分析で使用する観測変数の内、領域1202が低周波領域となるか否かである。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of two regions of the noise removing unit in the third embodiment. The area 1201 (white part) in the figure shows the skin color area after face detection, and the area 1202 (gray part) is a background area outside the skin color area. The difference in configuration between FIGS. 10 and 11 is whether or not region 1202 is a low frequency region among the observation variables used in the two independent component analyzes.

図13は、実施例4に於ける生体情報検出装置の複数周波数領域に対するノイズ除去部を含む波長揺らぎ検出部の一例を説明する図である。波長揺らぎ検出部440eは、図11に於ける波長揺らぎ検出部440dの変形例と考えられるため、図11の波長揺らぎ検出部440dとの差異を中心に説明する。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a wavelength fluctuation detection unit including a noise removal unit for a plurality of frequency regions of the biological information detection device according to the fourth embodiment. Since the wavelength fluctuation detection unit 440e is considered to be a modification of the wavelength fluctuation detection unit 440d in FIG. 11, the difference from the wavelength fluctuation detection unit 440d in FIG. 11 will be mainly described.

波長揺らぎ検出部440eは、波長揺らぎ検出部440dの周波数分解部468aを複数帯域に拡張した周波数分解部468bへ、ノイズ除去部467aを複数成分の独立成分分析法に対応したノイズ除去部467bへと変更したものである。これにより、周波数分解部468bで分解された周波数領域ごとに、平均波長差分算出部465bで平均波長差分を算出し、ノイズ除去部467bでノイズ除去の処理を行なう。 The wavelength fluctuation detection unit 440e has the frequency decomposition unit 468a of the wavelength fluctuation detection unit 440d extended to a plurality of bands to the frequency decomposition unit 468b, and the noise removal unit 467a to the noise removal unit 467b corresponding to the independent component analysis method of a plurality of components. It is a modified version. As a result, the average wavelength difference calculation unit 465b calculates the average wavelength difference for each frequency domain decomposed by the frequency decomposition unit 468b, and the noise removal unit 467b performs noise removal processing.

図14は、実施例4に於けるノイズ除去部の複数領域の一例を説明する図である。図中の領域1201は顔検出後の肌色領域を示す。その他の領域1402、領域1403、領域1404は背景領域となる。例えば、領域1402は画像中の空(そら)の部分であり、画像信号としては低周波数の領域である。また、領域1403は芝生の部分、領域1404は人の胴体の部分であり画像信号としては中〜高周波数の領域である。この場合、周波数領域で分割した4成分を用いた独立成分分析により、脈拍信号の精度を向上することができる。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a plurality of regions of the noise removing unit in the fourth embodiment. Area 1201 in the figure indicates a skin color area after face detection. The other areas 1402, 1403, and 1404 are background areas. For example, the region 1402 is an empty portion in the image, and is a low frequency region as an image signal. Further, the region 1403 is a lawn portion, and the region 1404 is a human torso portion, which is a medium to high frequency region as an image signal. In this case, the accuracy of the pulse signal can be improved by the independent component analysis using the four components divided in the frequency domain.

図15は、実施例5に於ける生体情報検出装置の分割された各空間の複数周波数領域に対するノイズ除去部467bを含む波長揺らぎ検出部の一例を説明する図である。波長揺らぎ検出部440fは、図1に於ける波長揺らぎ検出部440を説明するもので、波長揺らぎ検出部440eに対し、反転された肌色領域外のレベル信号462を入力とし、領域分割を行う領域分割部470を追加したものである。 FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a wavelength fluctuation detection unit including a noise removal unit 467b for a plurality of frequency regions of each divided space of the biological information detection device according to the fifth embodiment. The wavelength fluctuation detection unit 440f describes the wavelength fluctuation detection unit 440 in FIG. 1, and is a region for performing region division by inputting an inverted level signal 462 outside the skin color region to the wavelength fluctuation detection unit 440e. The division portion 470 is added.

図13の構成と比較して、異なる部分を説明する。図15の実施例では領域分割部470により画像の領域を分割している。波長差分算出部441cは分割した領域毎に波長差分を算出し、波長差分積算部444cは領域毎に波長差分を積算する。周波数分解部468cは分割した領域毎に周波数を分解する。また、肌色外面積算出部463cでは、分割した領域毎に面積を算出している。平均波長差分算出部465bでは分割した領域毎かつ周波数領域毎に平均波長差分を算出する。 The different parts will be described as compared with the configuration of FIG. In the embodiment of FIG. 15, the image region is divided by the region division portion 470. The wavelength difference calculation unit 441c calculates the wavelength difference for each divided region, and the wavelength difference integration unit 444c integrates the wavelength difference for each region. The frequency decomposition unit 468c decomposes the frequency for each divided region. In addition, the skin color outer area calculation unit 463c calculates the area for each divided region. The average wavelength difference calculation unit 465b calculates the average wavelength difference for each divided region and each frequency region.

図16は、実施例5に於けるノイズ除去部の空間の分割と複数領域の一例を説明する図である。分割された空間数及び周波数領域数の積として得られる複数成分により、独立成分分析を行うことで脈拍信号の精度を向上することができる。図16の例では肌色以外の領域については、空間数4×6=24、周波数領域数3(領域1402,1403,1404)の場合で72成分が得られる。 FIG. 16 is a diagram illustrating an example of division of the space of the noise removing portion and a plurality of regions in the fifth embodiment. The accuracy of the pulse signal can be improved by performing an independent component analysis by using a plurality of components obtained as the product of the number of divided spaces and the number of frequency domains. In the example of FIG. 16, for the regions other than the skin color, 72 components can be obtained in the case of the number of spaces 4 × 6 = 24 and the number of frequency regions 3 (regions 1402, 1403, 1404).

以上の構成によれば、カメラによる自動補正による弊害なく、撮像環境にあった脈拍の検出手法を提供すると共に、本手法で使用される顔検出及び周波数分解により得られる信号を利用することで脈拍の検出精度も向上することができる。 According to the above configuration, a pulse detection method suitable for the imaging environment is provided without the harmful effects of automatic correction by the camera, and the pulse is obtained by using the signal obtained by face detection and frequency decomposition used in this method. The detection accuracy of is also improved.

200 カメラ、300 映像入力部、400 映像処理部、103 顔検出部、106 補正制御部、205 自動補正部 200 camera, 300 video input unit, 400 video processing unit, 103 face detection unit, 106 correction control unit, 205 automatic correction unit

Claims (14)

カメラにより撮像された画像に対し補正を行う自動補正部と、
前記画像から肌色領域を検出する検出領域信号生成部と、
前記肌色領域の時間的な波長の変化を検出して波長差分データ信号を生成する波長揺らぎ検出部と、
前記波長差分データ信号に基づいて脈拍を推定する脈拍検出部と、
前記脈拍の推定が開始されたことを契機に、前記自動補正部による補正を停止する補正制御部と、
前記画像中の所定範囲の検出および追跡を行う範囲検出部を備え、
前記検出領域信号生成部は、前記所定範囲から肌色領域を検出する、
生体情報検出装置。
An automatic correction unit that corrects the image captured by the camera,
A detection area signal generation unit that detects a skin color area from the image,
A wavelength fluctuation detection unit that detects a change in wavelength over time in the skin color region and generates a wavelength difference data signal.
A pulse detection unit that estimates the pulse based on the wavelength difference data signal,
When the pulse estimation is started, the correction control unit that stops the correction by the automatic correction unit and the correction control unit.
A range detection unit that detects and tracks a predetermined range in the image is provided.
The detection region signal generation unit detects a skin color region from the predetermined range.
Biometric information detector.
前記自動補正部は、前記画像の露光、逆光、およびホワイトバランスの少なくとも一つを補正する、
請求項1記載の生体情報検出装置。
The automatic correction unit corrects at least one of the exposure, backlight, and white balance of the image.
The biological information detection device according to claim 1.
前記補正制御部は、前記自動補正部による補正を停止する際に、前記自動補正部による補正パラメータを固定する、
請求項1または2記載の生体情報検出装置。
The correction control unit fixes the correction parameter by the automatic correction unit when the correction by the automatic correction unit is stopped.
The biometric information detection device according to claim 1 or 2.
前記補正制御部は、前記自動補正部による補正を停止するとともに、前記範囲検出部による前記所定範囲の検出および追跡を停止する、
請求項1〜3のうちいずれかに記載の生体情報検出装置。
The correction control unit is configured to stop the correction by the automatic correcting section, that abolish stop the detection and tracking of the predetermined range by the range detector,
The biometric information detection device according to any one of claims 1 to 3.
前記所定範囲は人の顔部分であり、前記肌色領域は顔の皮膚の露出している領域である、
請求項1〜4のうちいずれかに記載の生体情報検出装置。
The predetermined range is a human face portion, and the skin color region is an exposed region of the facial skin.
The biometric information detection device according to any one of claims 1 to 4.
前記補正制御部は、前記波長差分データ信号に所定強度を超える信号が得られた場合に、前記脈拍の推定が開始されたと判定する、
請求項1〜5のうちいずれかに記載の生体情報検出装置。
When the wavelength difference data signal includes a signal exceeding a predetermined intensity, the correction control unit determines that the pulse estimation has started.
The biometric information detection device according to any one of claims 1 to 5.
前記補正制御部は、前記検出領域信号生成部で検出した肌色領域が所定面積を超えた場合に、前記脈拍の推定が開始されたと判定する、
請求項1〜5のうちいずれかに記載の生体情報検出装置。
The correction control unit determines that the pulse estimation has started when the skin color region detected by the detection region signal generation unit exceeds a predetermined area.
The biometric information detection device according to any one of claims 1 to 5.
前記補正制御部は、前記脈拍検出部の出力で所定周波数の信号が得られた場合に、前記脈拍の推定が開始されたと判定する、
請求項1〜5のうちいずれかに記載の生体情報検出装置。
The correction control unit determines that the pulse estimation has started when a signal having a predetermined frequency is obtained from the output of the pulse detection unit.
The biometric information detection device according to any one of claims 1 to 5.
前記補正制御部は、前記脈拍検出部の出力で所定周波数の信号かつ所定振幅を超える信号が得られた場合に、前記脈拍の推定が開始されたと判定する、
請求項1〜5のうちいずれかに記載の生体情報検出装置。
The correction control unit determines that the pulse estimation has started when a signal having a predetermined frequency and a signal exceeding a predetermined amplitude are obtained from the output of the pulse detection unit.
The biometric information detection device according to any one of claims 1 to 5.
前記補正制御部は、前記脈拍の推定が開始されたことを契機に、前記自動補正部による補正を停止した後、脈拍の推定ができなくなったことを契機に前記自動補正部による補正を再開する、
請求項1〜9のうちいずれかに記載の生体情報検出装置。
The correction control unit stops the correction by the automatic correction unit when the pulse estimation is started, and then restarts the correction by the automatic correction unit when the pulse cannot be estimated. ,
The biometric information detection device according to any one of claims 1 to 9.
さらにノイズ除去部を備え、
前記ノイズ除去部は、前記波長差分データ信号と、前記波長差分データ信号を得ている肌色領域以外の領域の時間的な波長の変化を検出した背景波長差分データ信号とを入力とし、独立成分分析によりノイズを除去する、
請求項1〜10のうちいずれかに記載の生体情報検出装置。
In addition, it is equipped with a noise removal unit.
The noise removing unit inputs the wavelength difference data signal and the background wavelength difference data signal that detects a change in wavelength in a region other than the skin color region where the wavelength difference data signal is obtained, and performs independent component analysis. Removes noise by
The biometric information detection device according to any one of claims 1 to 10.
前記背景波長差分データ信号を複数の周波数領域に分割する周波数分解部を備え、分割された前記背景波長差分データ信号を前記ノイズ除去部の入力とする、
請求項11記載の生体情報検出装置。
A frequency decomposition unit that divides the background wavelength difference data signal into a plurality of frequency domains is provided, and the divided background wavelength difference data signal is used as an input of the noise removal unit.
The biological information detection device according to claim 11.
前記背景波長差分データ信号を画像を分割した複数の領域毎に生成し、前記複数の領域毎に生成した背景波長差分データ信号を前記ノイズ除去部の入力とする、
請求項11記載の生体情報検出装置。
The background wavelength difference data signal is generated for each of a plurality of regions in which the image is divided, and the background wavelength difference data signal generated for each of the plurality of regions is used as an input of the noise removing unit.
The biological information detection device according to claim 11.
測定対象を撮像する撮像処理と、
前記撮像処理で得られた画像に対し補正を行なう自動補正処理と、
前記画像から肌色領域を検出する検出領域信号生成処理と、
前記肌色領域の時間的な色の変化を検出して波長差分データ信号を生成する波長揺らぎ検出処理と、
前記波長差分データ信号に基づいて前記測定対象の脈拍を推定する脈拍検出処理と、
前記脈拍の推定が開始されたことを契機に、前記自動補正処理を停止する補正制御処理と、
前記画像中の所定範囲の検出および追跡を行う範囲検出処理とを行い、
前記検出領域信号生成処理では、前記所定範囲から肌色領域を検出する、
生体情報検出方法。
Imaging processing to image the measurement target and
Automatic correction processing that corrects the image obtained by the imaging process, and
A detection area signal generation process for detecting a skin color area from the image, and
Wavelength fluctuation detection processing that detects changes in color over time in the skin color region and generates a wavelength difference data signal, and
Pulse detection processing that estimates the pulse of the measurement target based on the wavelength difference data signal, and
A correction control process for stopping the automatic correction process when the pulse estimation is started, and a correction control process for stopping the automatic correction process.
A range detection process for detecting and tracking a predetermined range in the image is performed.
In the detection region signal generation process, the skin color region is detected from the predetermined range.
Biometric information detection method.
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