JP6928219B2 - Pulse cycle detection device, pulse cycle detection method, pulse cycle detection program, and pulse wave detection device - Google Patents
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Description
本発明は、脈拍周期検出装置、脈拍周期検出方法、脈拍周期検出プログラム、及び脈波検出装置に関する。 The present invention relates to a pulse cycle detection device, a pulse cycle detection method, a pulse cycle detection program, and a pulse wave detection device.
従来、カメラにより撮影された顔画像などから人物の脈拍周期を非接触に検出する装置が広く知られている。例えば特許文献1に記載の装置は、顔画像の光波長成分ごとの輝度値の時系列データに対して独立成分分析を適用して複数の独立信号のスペクトル分布を求める。また、独立信号のスペクトル分布に対してFFT(高速フーリエ変換)を用いた周波数分析を行ってスペクトルの極大値を求める。そして、スペクトルの複数の極大値を入力とした重み付け計算を行うことにより、脈拍数(脈拍周期の逆数に相当)を検出する。 Conventionally, a device for non-contactly detecting a person's pulse cycle from a face image taken by a camera or the like is widely known. For example, the apparatus described in Patent Document 1 applies independent component analysis to time-series data of luminance values for each light wavelength component of a face image to obtain spectral distributions of a plurality of independent signals. Further, the spectrum distribution of the independent signal is subjected to frequency analysis using FFT (Fast Fourier Transform) to obtain the maximum value of the spectrum. Then, the pulse rate (corresponding to the reciprocal of the pulse period) is detected by performing a weighting calculation with a plurality of maximum values of the spectrum as inputs.
上記特許文献1に記載の装置は、複数回の脈拍にわたる時系列データを取得するもので、取得する脈拍の回数が増えるほど精度良く検出できる。そのため、脈拍周期を精度良く検出しようとすると、脈拍数の検出完了までの遅れが大きくなる。そのため、顔画像などからほぼリアルタイムに瞬時脈拍数を検出するような用途には向いていない。例えば、感情の変化に伴って瞬時心拍数が急激に変化する場面で、この瞬時心拍数に対応する脈拍周期や瞬時脈拍数をリアルタイムに検出する用途である。 The device described in Patent Document 1 acquires time-series data over a plurality of pulses, and can be detected more accurately as the number of acquired pulses increases. Therefore, if the pulse cycle is to be detected with high accuracy, the delay until the detection of the pulse rate is completed becomes large. Therefore, it is not suitable for applications such as detecting an instantaneous pulse rate from a facial image or the like in almost real time. For example, in a scene where the instantaneous heart rate changes suddenly with a change in emotion, the pulse cycle or the instantaneous pulse rate corresponding to the instantaneous heart rate is detected in real time.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、瞬時脈拍数を求めるために、脈拍周期の検出時間を短縮するための脈拍周期検出装置、脈拍周期検出方法、脈拍周期検出プログラム、及び脈波検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is a pulse cycle detection device for shortening the pulse cycle detection time in order to obtain an instantaneous pulse rate, a pulse cycle detection method, and a pulse. It is an object of the present invention to provide a periodic detection program and a pulse wave detection device.
上記課題を解決するため、本発明は、時系列画像から人物の脈拍周期を検出する脈拍周期検出装置であって、前記画像内の複数の単位領域について、輝度値に関する時系列データを検出する脈波検出部と、前記輝度値に関する時系列データに基づき、前記単位領域毎の脈拍周期である単位周期を算出する単位周期算出部と、異なる単位領域について算出した複数の前記単位周期に対して統計処理を行い、前記人物の脈拍周期を決定する統計処理部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is a pulse cycle detection device that detects the pulse cycle of a person from a time series image, and has a pulse that detects time series data related to a luminance value for a plurality of unit regions in the image. Statistics for the wave detection unit, the unit cycle calculation unit that calculates the unit period that is the pulse period for each unit region based on the time series data related to the brightness value, and the plurality of unit periods calculated for different unit regions. It is characterized by including a statistical processing unit that performs processing and determines the pulse cycle of the person.
また、上記課題を解決するため、本発明は、時系列画像から人物の脈拍周期を検出する脈拍周期検出方法であって、前記画像内の複数の単位領域について、輝度値に関する時系列データを検出する脈波検出処理と、前記輝度値に関する時系列データに基づき、前記単位領域毎の脈拍周期である単位周期を算出する単位周期算出処理と、異なる単位領域について算出した複数の前記単位周期に対して統計処理を行い、前記人物の脈拍周期を決定する統計処理と、を含むことを特徴とする。 Further, in order to solve the above problems, the present invention is a pulse cycle detection method for detecting a person's pulse cycle from a time series image, and detects time series data related to a luminance value for a plurality of unit regions in the image. For the pulse wave detection process to be performed, the unit cycle calculation process for calculating the unit cycle which is the pulse cycle for each unit region based on the time series data related to the brightness value, and the plurality of unit cycles calculated for different unit regions. It is characterized by including statistical processing for determining the pulse cycle of the person by performing statistical processing.
また、上記課題を解決するため、本発明は、コンピュータに、時系列画像内の複数の単位領域について、輝度値に関する時系列データを検出する脈波検出処理と、前記輝度値に関する時系列データに基づき、前記単位領域毎の脈拍周期である単位周期を算出する単位周期算出処理と、異なる単位領域について算出した複数の前記単位周期に対して統計処理を行い、人物の脈拍周期を決定する統計処理と、を実行させることを特徴とする。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a computer to perform pulse wave detection processing for detecting time-series data related to brightness values for a plurality of unit regions in a time-series image, and time-series data related to the brightness values. Based on this, a unit cycle calculation process for calculating a unit cycle, which is a pulse cycle for each unit region, and a statistical process for determining a person's pulse cycle by performing statistical processing on a plurality of the unit cycles calculated for different unit regions. And, it is characterized by executing.
上記構成によれば、多くの回数の脈拍にわたる時系列データを取得する代わりに、検出する箇所数を増やすことで、検出時間を短縮しても脈拍周期を精度良く検出することができる。具体的には、一部の単位領域における単位周期の算出結果にばらつきが生じたとしても、異なる単位領域について算出した複数の単位周期の算出結果に対する統計処理を行うことにより、検出時間を短縮しても人物の脈拍周期を精度良く検出することが可能となる。 According to the above configuration, the pulse cycle can be detected accurately even if the detection time is shortened by increasing the number of detection points instead of acquiring the time series data over a large number of pulse times. Specifically, even if the calculation results of the unit cycle in some unit regions vary, the detection time can be shortened by performing statistical processing on the calculation results of a plurality of unit cycles calculated for different unit regions. However, it is possible to accurately detect the pulse cycle of a person.
また、上記構成によれば、検出時間を短縮した場合に限らず、他の原因で各単位領域における検出の精度が低くても、人物の脈拍周期を精度良く検出することができる。 Further, according to the above configuration, not only when the detection time is shortened, but also when the detection accuracy in each unit region is low due to other causes, the pulse cycle of the person can be detected with high accuracy.
また、本発明は、上記発明において、前記脈波検出部は、前記人物の肌領域内に複数の前記単位領域を設定することを特徴とする。 Further, in the present invention, the pulse wave detection unit is characterized in that a plurality of the unit regions are set in the skin region of the person.
上記構成によれば、人物の肌部以外が画像内に含まれたとしても、単位領域毎の単位周期の算出結果に含まれるノイズを低減することが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to reduce the noise included in the calculation result of the unit cycle for each unit region even if the skin portion of the person is included in the image.
また、本発明は、上記発明において、前記脈波検出部は、異なる光波長成分の輝度値の相対比率を前記時系列データとして検出することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the above invention, the pulse wave detection unit detects the relative ratio of the luminance values of different light wavelength components as the time series data.
上記構成によれば、脈拍周期の検出を高精度に行うことが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to detect the pulse cycle with high accuracy.
また、本発明は、上記発明において、前記単位周期算出部は、前記時系列データに基づく最新の周期を前記単位周期として算出することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the above invention, the unit cycle calculation unit calculates the latest cycle based on the time series data as the unit cycle.
上記構成によれば、時系列データが一周期分あれば単位周期が算出できるので、脈拍周期を短時間で検出することができる。 According to the above configuration, since the unit cycle can be calculated if the time series data is for one cycle, the pulse cycle can be detected in a short time.
また、本発明は、上記発明において、前記単位周期算出部は、前記時系列データが極大値あるいは極小値となるピーク点を検出し、隣り合うピーク点間の時間差を前記単位周期として算出することを特徴とする。 Further, in the present invention, in the above invention, the unit cycle calculation unit detects a peak point at which the time series data has a maximum value or a minimum value, and calculates the time difference between adjacent peak points as the unit period. It is characterized by.
上記構成によれば、単位領域毎の輝度値の時系列データの中から一周期分のピーク点が検出された時点で単位領域毎の単位周期データが算出される。そのため、この単位領域毎の単位周期に対して統計処理を行うことにより、人物の脈拍周期の検出を短時間に行うことが可能となる。 According to the above configuration, the unit cycle data for each unit region is calculated when the peak point for one cycle is detected from the time series data of the brightness value for each unit region. Therefore, by performing statistical processing on the unit cycle for each unit region, it is possible to detect the pulse cycle of a person in a short time.
また、本発明は、上記発明において、前記単位周期算出部は、前記時系列データと基準関数との合成積により前記時系列データを変換し、変換後の前記時系列データに基づき、前記単位領域毎の単位周期を算出することを特徴とする。 Further, in the present invention, in the above invention, the unit period calculation unit converts the time series data by the combined product of the time series data and the reference function, and based on the converted time series data, the unit area. It is characterized in that the unit cycle is calculated for each unit.
上記構成によれば、基準関数との合成積により、輝度値に関する時系列データの誤差成分が低減される。そして、誤差成分が低減された時系列データに基づき、輝度値の極値が求まる。これにより、脈拍周期の検出精度を高めることが可能となる。 According to the above configuration, the error component of the time series data regarding the luminance value is reduced by the combined product with the reference function. Then, the extreme value of the brightness value is obtained based on the time series data in which the error component is reduced. This makes it possible to improve the detection accuracy of the pulse cycle.
また、本発明は、上記発明において、前記統計処理部は、異なる単位領域について算出した複数の前記単位周期の最頻値、平均値または中央値を前記人物の脈拍周期として決定することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the above invention, the statistical processing unit determines the mode, average or median of a plurality of the unit cycles calculated for different unit regions as the pulse cycle of the person. do.
上記構成によれば、単位領域毎の単位周期を解析範囲の全体で統計処理する。これにより、単位領域毎の血流速度による位相差の影響を抑えて、脈拍周期の検出精度を高めることができる。 According to the above configuration, the unit period for each unit area is statistically processed over the entire analysis range. As a result, the influence of the phase difference due to the blood flow velocity in each unit region can be suppressed, and the detection accuracy of the pulse cycle can be improved.
また、本発明は、上記発明において、前記統計処理部は、異なる単位領域について算出した複数の前記単位領域の分布を正規分布と仮定し、この仮定した正規分布に基づいて前記人物の脈拍周期を決定することを特徴とする。 Further, in the present invention, in the above invention, the statistical processing unit assumes that the distribution of a plurality of the unit regions calculated for different unit regions is a normal distribution, and determines the pulse period of the person based on the assumed normal distribution. It is characterized by determining.
上記構成によれば、複数の単位領域の分布の分解能を統計的に高めることにより、脈拍周期の分解能が高められる。これにより、低フレームレートのカメラを用いた場合でも、高フレームレートのカメラと同程度の分解能で、脈拍周期を検出することが可能となる。 According to the above configuration, the resolution of the pulse period is enhanced by statistically increasing the resolution of the distribution of the plurality of unit regions. This makes it possible to detect the pulse period with the same resolution as that of a high frame rate camera even when a low frame rate camera is used.
また、本発明は、上記発明において、前記統計処理部は、前記時系列データに基づいて前記単位領域毎の単位周期の信頼度を算出し、当該算出した信頼度に応じて前記単位領域毎の前記単位周期に重み付けを行い、前記人物の脈拍周期を決定することを特徴とする。 Further, in the present invention, in the above invention, the statistical processing unit calculates the reliability of the unit cycle for each unit region based on the time series data, and for each unit region according to the calculated reliability. The unit cycle is weighted to determine the pulse cycle of the person.
上記構成によれば、肌部以外の単位領域の重み付けを低くし、肌部の単位領域の重み付けを高くすることにより、より頑健に脈拍周期の検出が実現できる。 According to the above configuration, the pulse cycle can be detected more robustly by lowering the weighting of the unit region other than the skin portion and increasing the weighting of the unit region of the skin portion.
また、本発明は、上記発明において、前記統計処理部が決定した前記脈拍周期に基づき、脈拍数を算出する。 Further, in the present invention, the pulse rate is calculated based on the pulse cycle determined by the statistical processing unit in the above invention.
上記構成によれば、人物の脈拍数を短時間で検出することが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to detect the pulse rate of a person in a short time.
また、上記課題を解決するため、本発明は、時系列画像から人物の脈波を検出する脈波検出装置であって、前記画像内の複数の単位領域について、異なる光波長成分毎の輝度値の相対比率を時系列データとして検出する脈波検出部を備えることを特徴とする。 Further, in order to solve the above problems, the present invention is a pulse wave detection device that detects a pulse wave of a person from a time series image, and has a luminance value for each different light wavelength component for a plurality of unit regions in the image. It is characterized by including a pulse wave detection unit that detects the relative ratio of the above as time series data.
上記構成によれば、複数の光波長成分の輝度値の相対比率に基づいて、外乱光の影響を抑えつつ人物の脈波の検出を高精度に行うことが可能となる。 According to the above configuration, based on the relative ratio of the luminance values of the plurality of light wavelength components, it is possible to detect the pulse wave of a person with high accuracy while suppressing the influence of ambient light.
また、本発明は、上記発明において、上記構成の脈波検出装置と、前記脈波検出装置により検出された前記時系列データに基づき、前記単位領域毎の脈拍周期である単位周期を算出する単位周期算出部と、を備え、前記単位周期算出部により算出された前記単位周期に基づき、前記人物の脈拍周期を決定することを特徴とする。 Further, in the present invention, in the above invention, a unit for calculating a unit cycle, which is a pulse cycle for each unit region, based on the pulse wave detection device having the above configuration and the time series data detected by the pulse wave detection device. A cycle calculation unit is provided, and the pulse cycle of the person is determined based on the unit cycle calculated by the unit cycle calculation unit.
上記構成によれば、複数の光波長成分の輝度値の相対比率に基づいて、外乱光の影響を抑えつつ人物の脈拍周期が解析される。これにより、脈拍周期の短時間での検出を高精度に行うことが可能となる。 According to the above configuration, based on the relative ratio of the luminance values of the plurality of light wavelength components, the pulse period of the person is analyzed while suppressing the influence of ambient light. This makes it possible to detect the pulse cycle in a short time with high accuracy.
本発明によれば、人物の脈拍周期の検出時間を短縮することができる。 According to the present invention, it is possible to shorten the detection time of the pulse cycle of a person.
本発明の脈拍周期検出装置、脈拍周期検出方法、脈拍周期検出プログラムは、人物の肌領域を撮影した画像の輝度値の変化から脈波を検出して脈拍周期を検出するものであって、多数の箇所で検出した脈波の周期を統計処理することによって、短時間で精度の良い検出を実現するものである。 The pulse cycle detection device, the pulse cycle detection method, and the pulse cycle detection program of the present invention detect a pulse wave from a change in the brightness value of an image of a person's skin area, and detect the pulse cycle. By statistically processing the period of the pulse wave detected at the above location, accurate detection can be achieved in a short time.
心臓の拍動である心拍に対応して、肌表面に近い血管も拍動しており、肌領域を撮影した画像の輝度値の変化から肌の表面に近い部分の脈波を検出できることが知られている。心臓から肌表面まで血圧の変動が伝わるのに時間がかかるため、心拍と脈拍の位相は必ずしも一致しないが、通常、その周期は一致している。そのため、脈波を検出してその周期を求めることにより、心拍の周期を推定することができる。 It is known that blood vessels near the surface of the skin are also beating in response to the heartbeat, which is the beating of the heart, and that pulse waves near the surface of the skin can be detected from changes in the brightness value of the image of the skin area. Has been done. Since it takes time for blood pressure fluctuations to be transmitted from the heart to the surface of the skin, the phases of the heartbeat and pulse do not always match, but the cycles usually do. Therefore, the heartbeat cycle can be estimated by detecting the pulse wave and obtaining the cycle.
肌表面においても、場所が異なると脈拍の位相は必ずしも一致しない。そのため、広い領域の輝度値の平均値から脈拍を検出するよりも、狭い領域の輝度値の変化から脈拍を検出するほうが、脈拍を精度良く検出できる。狭い領域で検出すると、血流が悪い部分や肌以外の部分など異常な領域が検出領域となり、脈拍の検出が困難になる場合があるが、多数の領域で検出することにより正常に検出された領域を多数含めることができる。 Even on the surface of the skin, the phases of the pulses do not always match in different places. Therefore, the pulse can be detected more accurately by detecting the pulse from the change of the brightness value in the narrow region than by detecting the pulse from the average value of the brightness value in the wide region. When detected in a narrow area, an abnormal area such as a part with poor blood flow or a part other than the skin becomes a detection area, and it may be difficult to detect the pulse, but it was detected normally by detecting in a large number of areas. Many areas can be included.
正常な領域で検出された脈拍の周期は、心拍の周期に対応した一定範囲の周期となる一方で、異常な領域で検出された脈拍の周期が心拍の周期と異なる特定の周期に集中することはない。そのため、多数の領域で検出された脈拍周期を統計処理することで、脈拍周期を精度良く検出することができる。 The pulse cycle detected in the normal region is a certain range of cycles corresponding to the heartbeat cycle, while the pulse cycle detected in the abnormal region is concentrated in a specific cycle different from the heartbeat cycle. There is no. Therefore, the pulse cycle can be detected with high accuracy by statistically processing the pulse cycle detected in a large number of regions.
このように、多数の領域で脈拍を検出することで精度を良くするので、個々の領域においては、精度良く検出することよりも短時間で検出することを優先することができる。本発明では、RRI(R−R interval)の算出方法に対応して、脈波のピークから次のピークまでの時間を算出している。脈拍が一拍検出できる時系列データが取得できれば算出できるので、短時間で脈拍を検出することができる。なお、脈拍一拍の周期が算出できれば、ピーク間の時間以外の算出方法を用いることもできる。 As described above, since the accuracy is improved by detecting the pulse in a large number of regions, it is possible to prioritize the detection in a short time rather than the accurate detection in each region. In the present invention, the time from the peak of the pulse wave to the next peak is calculated corresponding to the calculation method of RRI (R-R interval). Since it can be calculated if time-series data capable of detecting one pulse can be obtained, the pulse can be detected in a short time. If the period of one pulse can be calculated, a calculation method other than the time between peaks can be used.
(第1の実施の形態)
以下、脈拍周期検出装置の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。
(First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment of the pulse cycle detection device will be described with reference to the drawings.
本実施の形態の脈拍周期検出装置は、画像内の人物から肌領域として顔面領域を検出し、当該顔面領域についての複数の色成分(光波長成分)の輝度値を取得する。また、各色の輝度値の相対比率に基づいて、人物の脈波を検出する。この点で、脈拍検出装置は、脈波検出装置としても機能する。また、脈拍周期検出装置は、人物の脈波に基づいて、画素(単位領域)毎の脈拍周期である単位周期を算出する。そして、画素毎の単位周期に対して統計処理を行うことにより、人物の顔面領域から得られた画素毎の単位周期の代表値を人物の脈拍周期として決定する。 The pulse cycle detection device of the present embodiment detects a facial region as a skin region from a person in an image, and acquires luminance values of a plurality of color components (light wavelength components) for the facial region. In addition, the pulse wave of a person is detected based on the relative ratio of the brightness values of each color. In this respect, the pulse detection device also functions as a pulse wave detection device. Further, the pulse cycle detection device calculates a unit cycle, which is a pulse cycle for each pixel (unit region), based on the pulse wave of a person. Then, by performing statistical processing on the unit cycle for each pixel, the representative value of the unit cycle for each pixel obtained from the face region of the person is determined as the pulse cycle of the person.
具体的には、図1に示すように、脈拍周期検出装置100は、脈拍周期の検出処理を制御する制御部200と、制御部200が脈拍周期の検出処理の際に実行する脈拍周期検出プログラムを含めた各種のプログラムや当該プログラムの実行の際に制御部200が読み書きする各種のデータを保存する記憶部300とを有するコンピュータである。そして、制御部200は、記憶部300に保存された脈拍周期検出プログラムを実行することにより、顔検出部210、輝度値取得部220、脈波検出部230、単位周期算出部240、統計処理部250、及び、出力部260として機能する。
Specifically, as shown in FIG. 1, the pulse
顔検出部210は、カメラ10により撮影された動画像(時系列画像)から画像フレームを取得する。また、顔検出部210は、こうして取得した画像フレームからテンプレートマッチング等により顔面領域を検出し、当該検出した顔面領域のデータを輝度値取得部220に出力する。
The
顔面領域の範囲は任意に設定できるが、一例として、上端は眉毛より60ピクセル上で、左右下端は顔の輪郭とすることができる。このとき、顔面領域のサイズが幅400ピクセル、高さ500ピクセルとすると、20万画素について輝度値を取得し、以下の処理を行う。 The range of the face area can be set arbitrarily, but as an example, the upper end can be 60 pixels above the eyebrows, and the left and right lower ends can be the contour of the face. At this time, assuming that the size of the face region is 400 pixels in width and 500 pixels in height, the luminance values are acquired for 200,000 pixels, and the following processing is performed.
輝度値取得部220は、顔検出部210から入力された顔面領域のデータに基づいて、人物の顔面領域に含まれる画素毎のデータとして、赤、緑、青の3色の輝度値を取得する。この場合、輝度値取得部220は、動画像内の人物の動きに追随させて、連続する画像フレーム間の画素同士を対応付ける。これにより、輝度値取得部220は、画素毎の各色の輝度値を時系列波形データ(時系列データ)として取得する。そして、輝度値取得部220は、こうして取得した各色の輝度値を脈波検出部230に出力する。
The brightness
脈波検出部230は、輝度値取得部220から入力された各色の輝度値を画像フィルタに入力することにより、各色の輝度値を平滑化する。なお、画像フィルタは、各色の輝度値を対象となる画素とその周囲の画素も含めた正方領域など局所領域内で平均して平滑化するためのフィルタである。
The pulse
また、脈波検出部230は、脈波検出処理として、平滑化後の各色の輝度値の相対比率を算出する。具体的には、脈波検出部230は、赤色の輝度値R、緑色の輝度値G、青色の輝度値Bを入力として、緑色の輝度値の相対比率Gr(=G/(R+G+B))を算出する。この場合、緑色の輝度値の相対比率Grは、人物の脈拍の時間変化を反映しており、その傾向は動画像に対して外乱光が入射したとしても維持される。そのため、脈波検出部230は、緑色の輝度値の相対比率Grについての時系列波形データ310を人物の脈波として検出する。
Further, the pulse
図2は、動画像内の人物の顔面領域に含まれる緑色の輝度値の相対比率Grについての時系列波形データ310と、動画像の撮影時に脈拍センサを用いて人物から電気的に検出した脈圧についての時系列波形データとを比較して示している。同図に示すように、脈圧が周期的に変化する過程において、脈圧が増加している間に緑色の輝度値の相対比率Grが低下する一方で、脈圧が減少している間に緑色の輝度値の相対比率Grが上昇している。すなわち、緑色の輝度値の相対比率Grと脈圧との間には負の相関がある。これは、可視光の血中ヘモグロビンの吸光特性に起因していると考えられる。具体的には、血中ヘモグロビンの吸光特性は、520〜600nmの波長帯域にピークを持っており、カメラ10の緑色フィルターの透光度が高くなる波長帯域と重なっている。そのため、顔表面の毛細血管に流れる血流量が増加すると、血中ヘモグロビンの相対量も増加するため、顔表面での緑色光の吸光量が増加する。カメラ10は、顔表面で反射した光を受光するため、血中ヘモグロビンの相対量が増加しているときには動画像内の緑色の輝度値の相対比率Grが低下する。また逆に、血中ヘモグロビンの相対量が減少しているときには顔表面での緑色の吸光量が減少するため、動画像内の緑色の輝度値の相対比率Grが上昇する。
FIG. 2 shows time-
図1に示すように、単位周期算出部240は、脈波検出部230により検出された人物の脈波の時系列波形データ310と記憶部300に保存された基準関数データ320との合成積(畳み込み積分)を算出する。本実施形態では、単位周期算出部240は、基準関数データ320の一例として、以下の[数1]にて示される一階微分ガウス関数を用いる。
図3は、一階微分ガウス関数を座標平面にプロットしたグラフである。同図に示すように、この関数は、変数tを横軸としたときに出力値が一つの波形を示す関数となっており、同図に示す例では、関数の窓幅が「25」に設定されている。単位周期算出部240は、この関数において窓幅に対応してプロットされる25個の点を離散データとして定義する。また、単位周期算出部240は、時系列波形データ310のデータ数が関数の窓幅に対応する所定のデータ数(25個)に到達したことを条件に、関数の離散値データと時系列波形データ310における関数の窓幅に対応する直近の区間内にあるデータとの合成積を算出する。そして、単位周期算出部240は、その算出結果を微分値データ330(図1参照)として記憶部300に保存する。
FIG. 3 is a graph in which the first-order differential Gaussian function is plotted on the coordinate plane. As shown in the figure, this function is a function that shows a waveform with one output value when the variable t is on the horizontal axis. In the example shown in the figure, the window width of the function is set to "25". It is set. The unit
図4は、変換前の人物の脈波を破線で示すとともに、変換後の人物の脈波を実線で示している。同図に示すように、変換前の人物の脈波は、時間の経過とともに細かく変動する波形となっている一方で、変換後の人物の脈波は、時間の経過に伴う変動が円滑化された波形となっている。また、変換後の人物の脈波において出力値がゼロとなるゼロクロス点は、変換前の人物の脈波において出力値が極大値となるピーク点に対応している。そして、単位周期算出部240は、微分値データ330を監視し、微分値データ330が正から負に反転した場合に、現在の時刻と、記憶部300に保存されている直前のゼロクロス点データ340との差分を算出する。また、単位周期算出部240は、単位周期算出処理として、この算出した差分を画素毎の脈拍周期である単位周期データ350として算出し、算出した単位周期データ350を記憶部300に保存する。また、単位周期算出部240は、現在の時刻を記憶部300に保存されているゼロクロス点データ340として更新する。そして以降、単位周期算出部240は、ゼロクロス点が出現する度に、記憶部300に記憶されている単位周期データ350を更新する。
In FIG. 4, the pulse wave of the person before conversion is shown by a broken line, and the pulse wave of the person after conversion is shown by a solid line. As shown in the figure, the pulse wave of the person before conversion has a waveform that fluctuates finely with the passage of time, while the pulse wave of the person after conversion has a smooth fluctuation with the passage of time. It has a waveform. Further, the zero cross point at which the output value becomes zero in the pulse wave of the person after conversion corresponds to the peak point at which the output value becomes the maximum value in the pulse wave of the person before conversion. Then, the unit
図1に示すように、統計処理部250は、統計処理として、単位周期算出部240により算出された画素毎の単位周期データ350に対して統計処理を行うことにより、人物の脈拍周期を決定する。本実施形態では、統計処理部250は、顔面領域内の各画素の単位周期データ350を記憶部300から読み出す。そして、統計処理部250は、単位周期データ350が初期値とは異なる画素の比率が所定割合以上であることを条件に、画素毎の単位周期データ350の出現頻度の度数分布を求める。そして、統計処理部250は、最頻値となる単位周期データ350を人物の脈拍周期(RRI:R−R interval)として決定し、この決定した脈拍周期を出力部260により出力する。
As shown in FIG. 1, the
次に、本実施の形態の脈拍周期検出装置100が実行する脈拍周期の検出処理について、その具体的な処理内容を説明する。
Next, the specific processing contents of the pulse cycle detection process executed by the pulse
図5に示すように、この脈拍周期の検出処理ではまず、顔検出部210は、カメラ10により撮影された動画像の画像フレームを取得する(ステップS10)。そして、顔検出部210は、先のステップS10において取得した画像フレームから顔面領域を検出する(ステップS11)。
As shown in FIG. 5, in the pulse cycle detection process, the
輝度値取得部220は、顔検出部210により検出された顔面領域の画素毎に各色の輝度値を取得する。脈波検出部230は、輝度値取得部220により取得された各色の輝度値を画像フィルタに入力することにより、各色の輝度値を平滑化する(ステップS12)。
The brightness
また、脈波検出部230は、先のステップS12において平滑化した各色の輝度値に基づき、各画素の緑色の輝度値の相対比率Grについての時系列波形データ310を人物の脈波として検出する(ステップS13)。また、脈波検出部230は、この検出した時系列波形データ310を記憶部300に保存する。
Further, the pulse
そして、単位周期算出部240は、記憶部300に保存されている時系列波形データ310のデータ数が所定のデータ数に到達しているときには(ステップS14=YES)、時系列波形データ310と基準関数データ320としての一階微分ガウス関数との合成積を算出する(ステップS15)。また、単位周期算出部240は、合成積による算出結果を微分値データ330として記憶部300に保存する(ステップS16)。
Then, when the number of data of the time-
また、単位周期算出部240は、記憶部300に保存されている微分値データ330を読み出す。そして、単位周期算出部240は、微分値データ330が正から負に反転したときには(ステップS17=YES)、記憶部300に保存されている直前のゼロクロス点データ340を読み出す。また、単位周期算出部240は、直前のゼロクロス点データ340と現在の時刻との差分を単位周期データ350として算出するとともに、その算出した最新の単位周期データ350を記憶部300に保存する(ステップS18)。また、単位周期算出部240は、先のステップS18において記憶部300に保存されている単位周期データ350を最新の単位周期データ350で更新した後、現在の時刻を記憶部300に保存されているゼロクロス点データ340として更新する(ステップS19)。
Further, the unit
一方、単位周期算出部240は、微分値データ330が正から負に反転していないときには(ステップS17=NO)、ステップS18及びステップS19の処理を経ることなく、その処理をステップS20に移行する。
On the other hand, when the
そして、統計処理部250は、顔面領域内の画素のうち、記憶部300に保存されている単位周期データ350が初期値とは異なる画素の比率が所定割合以上であるときには(ステップS20=YES)、単位周期データ350の最頻値を脈拍周期として決定する(ステップS21)。すなわち、統計処理部250は、顔面領域内の画素のうち、単位周期データ350が算出済みであって、単位周期データ350が初期値から更新された画素の比率が所定割合以上であることを条件に、各画素の単位周期データ350を統計処理して脈拍周期を決定する。
Then, when the ratio of the pixels in the face region in which the
一方、統計処理部250は、顔面領域の画素のうち、記憶部300に保存されている単位周期データ350が初期値とは異なる画素の比率が所定割合未満であるときには(ステップS20=NO)、脈拍周期の検出エラーと判定する(ステップS22)。
On the other hand, when the ratio of the pixels in the face region whose
また、統計処理部250は、先のステップS14において、記憶部300に保存されている時系列波形データ310のデータ数が所定のデータ数に到達していないときにも(ステップS14=NO)、脈拍周期の検出エラーと判定する(ステップS22)。
Further, in the previous step S14, the
以上のような処理を繰り返し実行し、脈拍周期を継続して検出する。継続して検出することにより、常に最新の脈拍周期を検出し続けることができるが、用途に応じて一回のみの検出としたり、随時検出を停止してもよい。 The above processing is repeatedly executed to continuously detect the pulse cycle. By continuously detecting, the latest pulse cycle can always be detected, but depending on the application, the detection may be performed only once or may be stopped at any time.
以上のような処理で脈拍周期を決定したとき、検出開始までの所要時間は長くても脈拍3周期分より短くなる。その内訳は、主に、基準関数データ320との合成積として微分値データ330を算出するために必要な数のデータを取得する時間と、微分値データ330が2回ゼロクロスするまでのデータを取得する時間である。長くても脈拍周期2周期分の時間があれば、微分値データ330は2回ゼロクロスするため、全ての単位周期データ350が初期値から更新される。微分値データ330を算出するために必要な数のデータを取得する時間は、図3で示した関数の窓幅が「25」でカメラのフレームレートが40FPSなら0.6秒ほどで、脈拍が80回/分なら脈拍1周期分に満たない。よって、検出開始までの所要時間は長くても脈拍3周期分より短くなり、脈拍が80回/分なら長くても2.3秒程度で検出が開始される。
When the pulse cycle is determined by the above processing, the time required to start the detection is shorter than the pulse cycle of 3 at the longest. The breakdown is mainly the time to acquire the number of data required to calculate the
また、脈拍周期検出のタイミングは、微分値データ330の算出時に、少なくとも図3で示した関数の窓幅の半分程度遅れる。窓幅が「25」なら12フレーム分の遅れが生じる。例えば、カメラのフレームレートが40FPSのときは0.3秒である。なお、関数の窓幅を増減することにより、検出開始までの所要時間を調節することができる。
Further, the timing of pulse cycle detection is delayed by at least about half the window width of the function shown in FIG. 3 when calculating the
次に、本実施の形態の脈拍周期検出装置100の作用について説明する。
Next, the operation of the pulse
一般に、脈拍により顔表面の血流量が変化したとしても、顔面領域に含まれる各色の輝度値の変化量は微小となる。そのため、顔面領域に含まれる全ての画素について、必ずしも各色の輝度値に基づいて人物の脈拍周期を解析できるとは限らない。 Generally, even if the blood flow rate on the face surface changes due to the pulse, the amount of change in the brightness value of each color included in the face region is very small. Therefore, it is not always possible to analyze the pulse period of a person based on the brightness value of each color for all the pixels included in the facial region.
この点、本実施の形態では、顔面領域に含まれる各色の輝度値に基づいて画素毎に単位周期データ350が算出され、当該算出された画素毎の単位周期データ350に対して統計処理が行われることにより、画素毎の単位周期データ350の代表値が人物の脈拍周期として決定される。これにより、一部の画素における単位周期データ350の算出結果にばらつきが生じたとしても、人物の脈拍周期が検出される。その結果、FFT(高速フーリエ変換)を用いた周波数分析が不要となり、脈拍周期の検出時間が短縮される。そして、脈拍周期の短時間の検出により、例えば人物のストレスや感情等の評価に用いられる瞬時脈拍数(IHR:Instantaneous Heart Rate)の検出も可能となる。
In this regard, in the present embodiment, the
特に、本実施の形態では、顔面領域の全体を解析範囲として設定しており、顔面領域の全体から画素毎に算出された単位周期データ350に対して統計処理を行うことにより、人物の脈拍周期を検出している。これにより、顔の上方と下方とで血流速度による位相差の影響があったとしても、こうした位相差の影響を低減しつつ、人物の脈拍周期を検出することが可能となる。
In particular, in the present embodiment, the entire face region is set as the analysis range, and the pulse cycle of the person is performed by performing statistical processing on the
また、本実施の形態では、画素毎の単位周期データ350の出現頻度の度数分布が求められ、最頻値となる単位周期データ350が人物の脈拍周期として決定される。
Further, in the present embodiment, the frequency distribution of the appearance frequency of the
ここで、図6(a)に示すように、動画像内の人物が眼鏡やマスクを装着しておらず、顔面領域の全体の輝度値が正確に得られているものとする。この場合、図6(b)に示すように、顔面領域の全体について画素毎の単位周期データ350が検出され、単位周期データ350の出現頻度の度数分布が得られる。そして、こうして得られた度数分布に基づいて、最頻値となる単位周期データ350が人物の脈拍周期として好適に検出される。
Here, as shown in FIG. 6A, it is assumed that the person in the moving image does not wear glasses or a mask, and the brightness value of the entire face region is accurately obtained. In this case, as shown in FIG. 6B, the
一方、図7(a)に示すように、動画像内の人物がマスクを装着しており、人物の口元の輝度値が正確に得られていないこともある。この場合、人物の口元に対応する精度の低い輝度値からは、単位周期データ350が非検出となるか、若しくは、単位周期データ350が検出されたとしてもその値は信頼性の低いものとなる。しかしながら、こうした信頼性の低い単位周期データ350は、顔面領域の全体についての画素毎の単位周期データ350のデータ群の中で例外的なデータとなり、各々の出現頻度は低い傾向にある。そのため、図7(b)に示すように、顔面領域から得られる単位周期データ350の出現頻度の度数分布のうち最頻値となる単位周期データ350は、先の図6(b)に示した場合と概ね共通の傾向を示す。そのため、度数分布の中で最頻値となる単位周期データ350が人物の脈拍周期として好適に検出される。
On the other hand, as shown in FIG. 7A, the person in the moving image may be wearing a mask, and the brightness value of the person's mouth may not be accurately obtained. In this case, the
また、図8(a)に示すように、動画像内の人物が眼鏡を装着しており、人物の目元の輝度値が正確に得られていないこともある。この場合も同様に、図8(b)に示すように、顔面領域から得られる単位周期データ350の出現頻度の度数分布のうち最頻値となる単位周期データ350は、先の図6(b)に示した場合と概ね共通の傾向を示す。そのため、度数分布の中で最頻値となる単位周期データ350が人物の脈拍周期として好適に検出される。
Further, as shown in FIG. 8A, the person in the moving image may be wearing eyeglasses, and the brightness value around the eyes of the person may not be accurately obtained. Similarly, in this case, as shown in FIG. 8 (b), the
すなわち、顔画像から得られる画素毎の単位周期データ350のうち、最頻値となる単位周期データ350は、例えば眼鏡やマスクの装着の有無等、動画像内の人物の属性からの影響を受けにくい。そのため、画素毎の単位周期データ350に対する統計処理として、最頻値となる単位周期データ350が選択されることにより、様々な状況に置かれた人物から脈拍周期が検出されるようになり、脈拍周期の検出の頑強性が高められる。
That is, among the
なお、各画素の輝度値は、動画像を撮影する際の外乱光によっても影響を受ける。そのため、画素毎の各色の輝度値の絶対値が、必ずしも人物の脈拍周期を反映しているとは限らない。 The brightness value of each pixel is also affected by the ambient light when the moving image is taken. Therefore, the absolute value of the brightness value of each color for each pixel does not always reflect the pulse period of the person.
この点、本実施の形態では、緑色の輝度値の相対比率Grについての時系列波形データ310を脈波として検出し、当該検出した脈波に基づいて単位周期データ350を算出している。ここで、動画像を撮影する際の外乱光が変化したとしても、各色の輝度値に対する影響は概ね共通している。そのため、緑色の輝度値の相対比率Grに基づいて画素毎の単位周期データ350が算出されることにより、外乱光の影響を抑えつつ単位周期データ350が正確に算出される。
In this regard, in the present embodiment, the time-
以上説明したように、上記第1の実施の形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
(1)画素毎の単位周期データ350に対して統計処理を行うことにより、人物の脈拍周期を検出するようにした。これにより、一部の画素における単位周期データ350の算出結果にばらつきが生じたとしても、人物の脈拍周期を検出することが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) The pulse cycle of a person is detected by performing statistical processing on the
(2)人物の顔面領域を単位周期データ350の解析範囲として設定するようにした。これにより、人物の肌部以外が画像内に含まれていたとしても、画素毎の単位周期データ350の算出結果に含まれるノイズを低減することが可能となる。
(2) The facial area of the person is set as the analysis range of the
(3)緑色の輝度値の相対比率Grに基づいて、画素毎の単位周期データ350が算出される。これにより、外乱光の影響を抑えつつ単位周期データ350が算出されるようになる。そのため、この単位周期データ350に対して統計処理を行うことにより、人物の脈拍周期の検出を高精度に行うことができる。
(3) The
(4)輝度値が極大値となるピーク点を検出し、隣り合うピーク点同士の時間差を単位周期データ350として算出するようにした。これにより、輝度値の時系列データの中から一周期分のピーク点が検出された時点で画素毎の単位周期データ350が算出される。そのため、この単位周期データ350に対して統計処理を行うことにより、人物の脈拍周期の検出を短時間に行うことが可能となる。
(4) The peak point at which the brightness value becomes the maximum value is detected, and the time difference between adjacent peak points is calculated as the
(5)画素毎の輝度値に関する時系列波形データ310と基準関数データ320との合成積により時系列波形データ310を変換し、変換後の時系列波形データ310に基づいて単位周期データ350を算出するようにした。これにより、輝度値に関する時系列波形データ310の誤差成分が低減される。そして、誤差成分が低減された時系列データに基づき、輝度値の極値が求まる。これにより、人物の脈拍周期の検出精度を高めることが可能となる。
(5) The time-
(6)画素毎の単位周期データ350を解析範囲となる顔面領域の全体で統計処理するようにした。これにより、画素毎の血流速度による位相差の影響を抑えて、人物の脈拍周期の検出精度を高めることが可能となる。
(6) The
(7)画素毎の単位周期データ350の最頻値を人物の脈拍周期として決定するようにした。これにより、例えば眼鏡やマスクの装着の有無等、画像内の人物の属性に関わらず、画素毎の単位周期データ350に基づいて人物の脈拍周期が検出されるため、脈拍周期の検出の頑強性を高めることができる。
(7) The mode value of the
(8)統計処理部250が決定した脈拍周期に基づき、人物の脈拍数を決定するようにした。そのため、脈拍周期の短時間の検出により、例えば人物のストレスや感情等の評価に用いられる瞬時脈拍数の検出も可能となる。
(8) The pulse rate of a person is determined based on the pulse cycle determined by the
(第2の実施の形態)
次に、脈拍周期検出装置の第2の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、第2の実施の形態は、人物の顔面領域から単位周期データを算出する方法が第1の実施の形態と異なる。したがって、以下の説明においては、第1の実施の形態と相違する構成について主に説明し、第1の実施の形態と同一の又は相当する構成については重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the pulse cycle detection device will be described with reference to the drawings. In the second embodiment, the method of calculating the unit cycle data from the face region of the person is different from that of the first embodiment. Therefore, in the following description, a configuration different from the first embodiment will be mainly described, and a duplicate description will be omitted for the same or equivalent configuration as the first embodiment.
本実施の形態の脈拍周期検出装置100では、顔検出部210は、人物の顔面領域の中から眼鏡やマスク等の装着物を検出し、装着物の有無を人物の属性として特定する。そして、輝度値取得部220は、顔検出部210により特定された人物の属性に基づいて、人物の顔面領域の中から装着物を除外した領域を、単位周期データ350の解析範囲として設定する。
In the pulse
ここで、図9(a)に示すように、動画像内の人物が眼鏡やマスクを装着しておらず、顔面領域の全体の輝度値が正確に得られているものとする。この場合、顔面領域のうち、鼻近傍の領域が単位周期データ350の解析範囲として設定される。そして、図9(b)に示すように、解析範囲から得られた画素毎の単位周期データ350に基づいて、単位周期データ350の出現頻度の度数分布が得られるとともに、この度数分布に基づいて最頻値となる単位周期データ350が人物の脈拍周期として好適に検出される。
Here, as shown in FIG. 9A, it is assumed that the person in the moving image does not wear glasses or a mask, and the brightness value of the entire face region is accurately obtained. In this case, of the facial region, the region near the nose is set as the analysis range of the
一方、図10(a)に示すように、動画像内の人物がマスクを装着しており、人物の口元の輝度値が正確に得られていないこともある。この場合、人物の口元に対応する精度の低い輝度値からは、単位周期データ350が非検出となるか、若しくは、単位周期データ350が検出されたとしてもその値は信頼性の低いものとなる。そのため、顔面領域のうち、人物の口元に対応する領域を除外した額近傍の領域が単位周期データ350の解析範囲として設定され、解析範囲から得られる単位周期データ350は信頼性の高いデータとなる。この場合、図10(b)に示すように、単位周期データ350の出現頻度の度数分布は、先の図9(b)に示した場合と同様、誤差成分の少ないデータとなる。そして、こうして得られた度数分布に基づいて、最頻値となる単位周期データ350が人物の脈拍周期として好適に検出される。
On the other hand, as shown in FIG. 10A, the person in the moving image may be wearing a mask, and the brightness value of the person's mouth may not be accurately obtained. In this case, the
また、図11(a)に示すように、画像内の人物が眼鏡を装着しており、人物の目元の輝度値が正確に得られていないこともある。この場合、人物の目元に対応する精度の低い輝度値からは、単位周期データ350が非検出となるか、若しくは、単位周期データ350が検出されたとしてもその値は信頼性の低いものとなる。そのため、顔面領域のうち、人物の目元に対応する領域を除外した顎近傍の領域が単位周期データ350の解析範囲として設定され、解析範囲から得られる単位周期データ350は信頼性の高いデータとなる。この場合、図11(b)に示すように、単位周期データ350の出現頻度の度数分布は、先の図9(b)に示した場合と同様、誤差成分の少ないデータとなる。そして、こうして得られた度数分布に基づいて、最頻値となる単位周期データ350が人物の脈拍周期として好適に検出される。
Further, as shown in FIG. 11A, the person in the image may be wearing eyeglasses, and the brightness value around the eyes of the person may not be accurately obtained. In this case, the
以上説明したように、上記第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果(1)〜(8)に加えて、以下に列挙する効果を得ることができる。
(9)動画像内の人物の属性に基づいて単位周期データ350の解析範囲を設定するようにした。これにより、例えば眼鏡やマスク等、画像内の人物が装着している装着物の種類に適したかたちで単位周期データ350の解析範囲が設定される。そのため、画像内の人物が装着物を装着しているか否かに関わらず、解析範囲から得られる単位周期データ350のデータ群の全体は信頼性の高いものとなる。これにより、画素毎の単位周期データ350を用いた人物の脈拍周期の検出精度を高めることが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, in addition to the effects (1) to (8) of the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
(9) The analysis range of the
(その他の実施の形態)
なお、上記各実施の形態は、以下のような形態にて実施することもできる。
・上記各実施の形態においては、輝度値に関する時系列波形データ310から輝度値が極大値となるピーク点を検出し、隣り合うピーク点間の時間差を単位周期データ350として検出するようにした。これに代えて、輝度値に関する時系列波形データ310から輝度値が極小値となるピーク点を検出し、隣り合うピーク点間の時間差を単位周期データ350として検出してもよい。
(Other embodiments)
In addition, each of the above-described embodiments can also be implemented in the following embodiments.
-In each of the above embodiments, the peak point at which the brightness value becomes the maximum value is detected from the time-
・上記各実施の形態においては、画素毎の単位周期データ350の最頻値を人物の脈拍周期として決定するようにした。これに代えて、画素毎の単位周期データ350の平均値又は中央値を人物の脈拍周期として決定するようにしてもよい。また、画素毎の単位周期データ350の出現頻度の度数分布の中から分布の上限近傍及び下限近傍に位置する信頼性の低いデータを除外し、残されたデータ群の平均値又は中央値を人物の脈拍周期として決定するようにしてもよい。
-In each of the above embodiments, the mode of the
・上記第2の実施の形態においては、例えば眼鏡やマスクの装着の有無等、動画像から特定された人物の属性に基づいて単位周期データ350の解析範囲を設定するようにした。これに代えて、例えばカメラ10により撮影される人物の顔の向き等、カメラ10の設置環境を考慮して単位周期データ350の解析範囲を設定するようにしてもよい。
-In the second embodiment, the analysis range of the
・上記各実施の形態においては、度数分布に含まれる単位周期データ350の中から人物の脈拍周期を選択するようにした。すなわち、単位周期データ350の分解能と人物の脈拍周期の分解能とが同一となっていた。これに代えて、図12に示すように、単位周期データ350の出現頻度の度数分布を正規分布と仮定して関数によるフィッティングを行い、当該フィッティングされた関数に基づいて人物の脈拍周期を検出するようにしてもよい。同図に示す例では、以下の[数2]にて示されるガウス関数によるフィッティングを行っている。この場合、例えば、ガウス関数の中央値μを人物の脈拍周期として決定してもよい。
・上記各実施の形態においては、顔面領域に含まれる各画素に対応する単位周期を用いて単位周期データ350の出現頻度の度数分布を更新するようにした。これに代えて、図13に示すように、各画素の輝度値に基づく脈波の波形を分析し、その分析結果に基づいて度数分布の更新の可否を判定するようにしてもよい。同図に示す例では、人物の脈波に対してFFT(高速フーリエ変換)を用いた周波数分析を行っている。この場合、周波数分析により得られた周波数成分に基づいて、画素から求めた単位周期データ350の信頼性を評価する。例えば、周波数分析により得られた周波数成分が、脈波の波形から得られる脈拍の周波数(脈拍周期の逆数に相当)よりも高い周波数成分を所定量以上含む場合、この画素から求めた単位周期データ350の信頼性を低く評価する。そして、例えば度数分布における単位周期データ350の出現頻度の加算値を低くする等、この画素から現時点で求めた単位周期データ350の重み付けを低くして単位周期データ350の出現頻度の度数分布を更新する。
-In each of the above embodiments, the frequency distribution of the appearance frequency of the
・上記各実施の形態においては、画素毎の輝度値に関する時系列波形データ310との合成積に用いる基準関数データ320として、一階微分ガウス関数を適用する場合を例に挙げて説明した。ただし、基準関数データ320としてはその他にも、ガウス関数やsin関数やcos関数を適用するようにしてもよい。例えば、基準関数データ320としてガウス関数を用いる場合には、時系列波形データ310とガウス関数との合成積により時系列波形データ310の平滑化処理を行った後、微分処理を行って輝度値の極大値または極小値を求めるようにしてもよい。また、時系列波形データ310の時間平均を算出して時系列波形データ310の平滑化処理を行った後、微分処理を行って輝度値の極大値または極小値を求めるようにしてもよい。
-In each of the above embodiments, the case where the first-order differential Gaussian function is applied as the reference function data 320 used for the combined product with the time-
・上記各実施の形態においては、全色の輝度値の合計値に対する緑色の輝度値の相対比率Grに基づいて、画素毎の単位周期データ350を算出するようにした。ただし、単位周期データ350の算出に用いる輝度値としては、例えば、赤色の輝度値に対する緑色の輝度値の相対比率であってもよいし、青色の輝度値に対する緑色の輝度値の相対比率であってもよいし、赤色及び青色の輝度値の合計値に対する緑色の輝度値の相対比率であってもよい。また、緑色の輝度値を直接用いて脈拍周期の解析を行ってもよい。また、緑色の輝度値ではなく、緑色の輝度値と負の相関がある赤色の輝度値を直接用いて脈拍周期の解析を行ってもよい。
-In each of the above embodiments, the
・上記各実施の形態においては、人物の顔面領域の画素毎に脈拍周期を解析するようにした。ただし、脈拍周期を解析する際の単位領域は、必ずしも一つの画素である必要はなく、複数の画素により単位領域を構成してもよい。 -In each of the above embodiments, the pulse period is analyzed for each pixel of the face region of the person. However, the unit area for analyzing the pulse period does not necessarily have to be one pixel, and the unit area may be composed of a plurality of pixels.
・上記各実施の形態においては、脈拍周期の検出対象が人物の顔面領域である場合を例に挙げて説明した。ただし、脈拍周期の検出対象としてはその他にも、横顔や手足等、人物の肌が露出している他の身体部位を適用することも可能である。 -In each of the above embodiments, the case where the pulse cycle is detected in the facial region of a person has been described as an example. However, as a target for detecting the pulse cycle, it is also possible to apply other body parts such as a profile and limbs where the human skin is exposed.
・上記各実施の形態においては、動画像の撮影時に、人物の脈拍周期を決定する場合を例に挙げて説明した。これに代えて、動画像を事前に撮影しておき、撮影した動画像を読み込んで人物の脈拍周期を決定するようにしてもよい。この場合、例えば、動画像において脈拍周期が大きく変化した場面を検索することも可能となる。 -In each of the above embodiments, a case where the pulse cycle of a person is determined at the time of taking a moving image has been described as an example. Instead of this, a moving image may be taken in advance, and the taken moving image may be read to determine the pulse cycle of the person. In this case, for example, it is possible to search for a scene in which the pulse period changes significantly in a moving image.
・上記各実施の形態においては、RRI(R−R interval)の算出方法に対応して、脈波のピークから次のピークまでの時間を単位周期として算出したが、単位周期の算出に用いる基準点は脈波のピークに限定されない。脈波の極値となる一階微分のゼロクロス点を基準点とするほか、脈波のゼロクロス点を基準点とするなど、他の基準点を用いてもよい。 -In each of the above embodiments, the time from the peak of the pulse wave to the next peak is calculated as the unit cycle corresponding to the calculation method of RRI (R-R interval), but the reference used for the calculation of the unit cycle. The point is not limited to the peak of the pulse wave. In addition to using the zero crossing point of the first derivative, which is the extreme value of the pulse wave, as the reference point, another reference point may be used, such as using the zero crossing point of the pulse wave as the reference point.
また、単位領域毎に複数の基準点を使い分けてもよい。例えば、上記実施例で示した一階微分の正から負へのゼロクロス点のほか、一階微分の負から正へのゼロクロス点、脈波の正から負及び負から正へのゼロクロス点(二階微分のゼロクロス点でもある)など複数種類の基準点を用い、単位領域毎に最初に検出された種類の基準点を用いて単位周期を算出してもよい。基準点の検出が早くなり、検出完了までの時間を短縮することができる。 Further, a plurality of reference points may be used properly for each unit area. For example, in addition to the positive to negative zero cross point of the first derivative shown in the above embodiment, the negative to positive zero cross point of the first derivative, and the positive to negative and negative to positive zero cross points of the pulse wave (second order). The unit period may be calculated using a plurality of types of reference points such as (which is also a zero crossing point of differentiation) and the type of reference point first detected for each unit region. The detection of the reference point is accelerated, and the time until the detection is completed can be shortened.
・上記各実施の形態においては、脈拍周期の短時間の検出を通じた瞬時脈拍数の検出を、人物のストレスや感情の評価に適用する場合を例に挙げて説明した。ただし、瞬時脈拍数の短時間の検出による適用例はヘルスケアの分野に限られるものではなく、例えば車載カメラによる乗員の個人認証や、情報処理端末におけるユーザの個人認証等に対して適用することも可能である。 -In each of the above embodiments, the case where the detection of the instantaneous pulse rate through the detection of the pulse cycle for a short time is applied to the evaluation of stress and emotion of a person has been described as an example. However, the application example by detecting the instantaneous pulse rate for a short time is not limited to the field of healthcare, and is applied to, for example, personal authentication of an occupant by an in-vehicle camera or personal authentication of a user in an information processing terminal. Is also possible.
10…カメラ、100…脈拍周期検出装置、200…制御部、210…顔検出部、220…輝度値取得部、230…脈波検出部、240…単位周期算出部、250…統計処理部、260…出力部、300…記憶部、310…時系列波形データ、320…基準関数データ、330…微分値データ、340…ゼロクロス点データ、350…単位周期データ。 10 ... Camera, 100 ... Pulse cycle detection device, 200 ... Control unit, 210 ... Face detection unit, 220 ... Brightness value acquisition unit, 230 ... Pulse wave detection unit, 240 ... Unit cycle calculation unit, 250 ... Statistical processing unit, 260 ... output unit, 300 ... storage unit, 310 ... time series waveform data, 320 ... reference function data, 330 ... differential value data, 340 ... zero cross point data, 350 ... unit period data.
Claims (12)
前記画像内の複数の単位領域について、輝度値に関する時系列データを検出する脈波検出部と、
前記輝度値に関する時系列データに基づき、前記単位領域毎の脈拍周期である単位周期を算出する単位周期算出部と、
異なる単位領域について算出した複数の前記単位周期に対して統計処理を行い、前記人物の脈拍周期を決定する統計処理部と、
を備え、
前記単位周期算出部は、前記時系列データを監視し、最新の前記時系列データが前記単位周期の算出基準に到達したとき、前記算出基準に到達した前回の時刻と、前記算出基準に到達した今回の時刻との差分から前記単位周期を算出し、
前記統計処理部は、前記画像内の前記単位領域のうちで前記単位周期が算出済みとなった前記単位領域の度合いに関する判定値が、前記統計処理を行うための所定値に到達したとき、前記統計処理を行う
脈拍周期検出装置。 It is a pulse cycle detection device that detects the pulse cycle of a person from a time-series image.
A pulse wave detection unit that detects time-series data related to the brightness value for a plurality of unit regions in the image, and a pulse wave detection unit.
Based on the time-series data related to the brightness value, the unit cycle calculation unit that calculates the unit cycle, which is the pulse cycle for each unit region, and the unit cycle calculation unit.
A statistical processing unit that performs statistical processing on a plurality of the unit cycles calculated for different unit regions and determines the pulse cycle of the person.
Equipped with a,
The unit cycle calculation unit monitors the time-series data, and when the latest time-series data reaches the calculation standard of the unit cycle, the previous time when the calculation standard was reached and the calculation standard were reached. The unit cycle is calculated from the difference from the current time,
When the determination value regarding the degree of the unit region for which the unit period has been calculated in the unit region in the image reaches a predetermined value for performing the statistical processing, the statistical processing unit said. A pulse cycle detector that performs statistical processing.
請求項1に記載の脈拍周期検出装置。 The pulse wave detection device according to claim 1, wherein the pulse wave detection unit sets a plurality of the unit regions in the skin region of the person.
請求項1又は請求項2に記載の脈拍周期検出装置。 The pulse cycle detection device according to claim 1 or 2, wherein the pulse wave detection unit detects a relative ratio of brightness values of different light wavelength components as the time series data.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の脈拍周期検出装置。 The pulse cycle detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the unit cycle calculation unit calculates the latest cycle based on the time series data as the unit cycle.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の脈拍周期検出装置。 The unit cycle calculation unit detects peak points at which the time series data has a maximum value or a minimum value, and calculates the time difference between adjacent peak points as the unit period according to any one of claims 1 to 4. The pulse cycle detector according to the description.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の脈拍周期検出装置。 The unit cycle calculation unit converts the time series data by the combined product of the time series data and the reference function, and calculates the unit cycle for each unit area based on the converted time series data. The pulse cycle detection device according to any one of 5 to 5.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の脈拍周期検出装置。 The pulse according to any one of claims 1 to 6, wherein the statistical processing unit determines the mode, average, or median of a plurality of the unit cycles calculated for different unit regions as the pulse cycle of the person. Period detector.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の脈拍周期検出装置。 The statistical processing unit assumes that the frequency distribution of the frequency of appearance of the unit cycle in a plurality of the unit regions calculated for different unit regions is a normal distribution, and determines the pulse period of the person based on the assumed normal distribution. The pulse cycle detection device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1〜8のいずれか一項に記載の脈拍周期検出装置。 The statistical processing unit calculates the reliability of the unit cycle for each unit region based on the time series data, weights the unit cycle for each unit region according to the calculated reliability, and the person. The pulse cycle detection device according to any one of claims 1 to 8, wherein the pulse cycle of the device is determined.
請求項1〜9のいずれか一項に記載の脈拍周期検出装置。 The pulse cycle detection device according to any one of claims 1 to 9, wherein the pulse rate is calculated based on the pulse cycle determined by the statistical processing unit.
前記画像内の複数の単位領域について、輝度値に関する時系列データを検出する脈波検出処理と、
前記輝度値に関する時系列データに基づき、前記単位領域毎の脈拍周期である単位周期を算出する単位周期算出処理と、
異なる単位領域について算出した複数の前記単位周期に対して統計処理を行い、前記人物の脈拍周期を決定する統計処理と、を含み、
前記単位周期算出処理は、前記時系列データを監視し、最新の前記時系列データが前記単位周期の算出基準に到達したとき、前記算出基準に到達した前回の時刻と、前記算出基準に到達した今回の時刻との差分から前記単位周期を算出し、
前記脈拍周期を決定する統計処理は、前記画像内の前記単位領域のうちで前記単位周期が算出済みとなった前記単位領域の度合いに関する判定値が、前記統計処理を行うための所定値に到達したとき、前記複数の前記単位周期に対して統計処理を行う
脈拍周期検出方法。 It is a pulse cycle detection method that detects the pulse cycle of a person from a time-series image.
Pulse wave detection processing that detects time-series data related to the brightness value for a plurality of unit regions in the image, and
Based on the time-series data related to the brightness value, the unit cycle calculation process for calculating the unit cycle, which is the pulse cycle for each unit region, and the unit cycle calculation process.
It performs statistical processing on the plurality of the unit periods calculated for different unit areas, seen including a statistical process, the determining the pulse period of the person,
The unit cycle calculation process monitors the time series data, and when the latest time series data reaches the calculation standard of the unit cycle, the previous time when the calculation standard was reached and the calculation standard were reached. The unit cycle is calculated from the difference from the current time,
In the statistical processing for determining the pulse cycle, the determination value regarding the degree of the unit region for which the unit period has been calculated in the unit region in the image reaches a predetermined value for performing the statistical processing. A method for detecting a pulse cycle, which performs statistical processing on the plurality of unit cycles.
時系列画像内の複数の単位領域について、輝度値に関する時系列データを検出する脈波検出処理と、
前記輝度値に関する時系列データに基づき、前記単位領域毎の脈拍周期である単位周期を算出する単位周期算出処理と、
異なる単位領域について算出した複数の前記単位周期に対して統計処理を行い、人物の脈拍周期を決定する統計処理と、
を実行させるための脈拍周期検出プログラムであって、
前記単位周期算出処理では、前記時系列データを監視し、最新の前記時系列データが前
記単位周期の算出基準に到達したとき、前記算出基準に到達した前回の時刻と、前記算出基準に到達した今回の時刻との差分から前記単位周期を算出し、
前記脈拍周期を決定する統計処理では、前記画像内の前記単位領域のうちで前記単位周期が算出済みとなった前記単位領域の度合いに関する判定値が、前記統計処理を行うための所定値に到達したとき、前記複数の前記単位周期に対して統計処理を行う
脈拍周期検出プログラム。 On the computer
Pulse wave detection processing that detects time-series data related to brightness values for multiple unit areas in a time-series image,
Based on the time-series data related to the brightness value, the unit cycle calculation process for calculating the unit cycle, which is the pulse cycle for each unit region, and the unit cycle calculation process.
Statistical processing to determine the pulse cycle of a person by performing statistical processing on a plurality of the unit cycles calculated for different unit regions, and
A pulse cycle detection program for execution,
In the unit cycle calculation process, the time-series data is monitored, and the latest time-series data is preceded.
When the calculation standard of the unit cycle is reached, the unit cycle is calculated from the difference between the previous time when the calculation standard is reached and the current time when the calculation standard is reached.
In the statistical processing for determining the pulse cycle, the determination value regarding the degree of the unit region for which the unit period has been calculated in the unit region in the image reaches a predetermined value for performing the statistical processing. A pulse cycle detection program that performs statistical processing on the plurality of unit cycles.
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