JP7236193B2 - 異常検知装置、異常検知方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、異常検知装置、異常検知方法、プログラムに関する。

浴槽に張られた水への入浴者の浸水などの異常を検知する技術が開示されている。特許文献１には入浴者の位置と仮想水面の高さ（水位）とに基づいて入浴者の異常状態を検知する技術が開示されている。特許文献２にも入浴者の頭部下縁位置と水面位置とを比較して入浴者の動きの無い状態が一定時間継続する場合に警報を発する技術が開示されている。

特開２０１７－４０９８９号公報 特開２０１４－１３８６３４号公報

上述の特許文献１の技術は仮想水面を用いているため実際の水面の位置が不明確である。また特許文献２の技術は距離画像センサの発する光の水面における反射光は、水面への入射角で入射した入射光と反射角をもって反射した反射光との関係上、多くの光が光の発信原となる距離画像センサに戻らず水面の位置の検出が難しい。

そこでこの発明は、より精度よく水面の位置を検出して入浴者の異常を検出することのできる異常検知装置、異常検知方法、プログラムを提供することを目的としている。

発明の第１の態様によれば、異常検知装置は、ＴＯＦ（Time of Flight）方式を用いた距離画像センサより浴槽の槽内部を検出した距離画像を取得する距離画像取得部と、前記距離画像に基づいて前記浴槽に張られた水の水面の位置を検出する水面位置検出部と、前記距離画像に基づいて人体の頭部位置を算出する頭部位置算出部と、前記水面の位置と前記頭部位置との比較に基づいて異常を検知する異常検知部と、を備えることを特徴とする。

発明の第２の態様によれば、異常検知方法は、ＴＯＦ（Time of Flight）方式を用いた距離画像センサより浴槽の槽内部を検出した距離画像を取得し、前記距離画像に基づいて前記浴槽に張られた水の水面の位置を検出し、前記距離画像に基づいて人体の頭部位置を算出し、前記水面の位置と前記頭部位置との比較に基づいて異常を検知することを特徴とする。

発明の第３の態様によれば、プログラムは、異常検知装置のコンピュータを、ＴＯＦ（Time of Flight）方式を用いた距離画像センサより浴槽の槽内部を検出した距離画像を取得する距離画像取得手段、前記距離画像に基づいて前記浴槽に張られた水の水面の位置を検出する水面位置検出手段、前記距離画像に基づいて人体の頭部位置を算出する頭部位置算出手段、前記水面の位置と前記頭部位置との比較に基づいて異常を検知する異常検知手段、として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、より精度よく水面の位置を検出して入浴者の異常を検出することができる。

本発明の一実施形態による異常検知システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による異常検知装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態による異常検知モジュールのハードウェア構成図である。 本発明の一実施形態による異常検知モジュールの機能ブロック図である。 本発明の一実施形態による異常検知装置の取り付け位置を説明する図である。 本発明の一実施形態による距離画像の例を示す図である。 本発明の一実施形態による異常検知装置の処理フローを示す図である。 本発明の一実施形態による他の水面位置検出処理の例を示す図である。 本発明の一実施形態による異常検知装置の最小構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態による異常検知装置を図面を参照して説明する。
図１は本実施形態による異常検知装置を含む異常検知システムの構成を示す図である。
この図で示すように異常検知装置１は浴槽Ｂに張られた水の水面の鉛直方向上方に設置されている。一例として異常検知装置１は浴槽Ｂの上部の天井Ｃに設置される。異常検知装置１はＴＯＦ（Time of Flight）方式を用いた距離画像センサ（以下、ＴＯＦセンサと呼ぶ）を含んでおり、当該ＴＯＦセンサは鉛直下向き方向に水面に光を照射して反射した反射光を受光し距離画像を生成する。ＴＯＦセンサの照射する光は赤外光である。異常検知装置１はＴＯＦセンサの生成した距離画像を用いて水面の高さとＴＯＦセンサの受光部の高さとの差を示す距離Ｈ１を算出する。また異常検知装置１はＴＯＦセンサの生成した距離画像を用いて入浴者Ｍの頭部の位置の高さとＴＯＦセンサの受光部の高さとの差を示す距離Ｈ２を算出する。異常検知装置１はこれら距離Ｈ１と距離Ｈ２とを用いて入浴者Ｍの異常を検知する。

図２は異常検知装置の概略構成図である。
図２で示すように異常検知装置１は異常検知モジュール１１とＴＯＦセンサモジュール１２とを備える。ＴＯＦセンサモジュール１２にはＴＯＦセンサ１２１、受光レンズ１２２、赤外光源１２３などの構成が含まれる。このＴＯＦセンサモジュール１２は公知のハードウェア構成を有しているものとする。異常検知モジュール１１はＴＯＦセンサ１２１から得られた距離画像を用いて異常を検知する。

図３は異常検知モジュールのハードウェア構成図である。
異常検知モジュール１１は、一例としては電子回路、アナログ回路を含んで構成される。またこれら回路はＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、通信モジュール１０４の構成を含んでいるものとする。

図４は異常検知モジュールの機能ブロック図である。
異常検知モジュール１１のＣＰＵ１０１が異常検知プログラムを実行することにより、異常検知モジュール１１には、制御部１１１、距離画像取得部１１２、水面位置検出部１１３、頭部位置算出部１１４、異常検知部１１５の各機能が備わる。

制御部１１１は異常検知モジュール１１の各機能部を制御する。
距離画像取得部１１２は、ＴＯＦセンサ１２１より浴槽の槽内部を検出した距離画像を取得する。
水面位置検出部１１３は、距離画像に基づいて浴槽に張られた水の水面の位置を検出する。
頭部位置算出部１１４は、距離画像に基づいて人体の頭部位置を算出する。
異常検知部１１５は、水面位置と頭部位置との比較に基づいて異常を検知する。

図５は異常検知装置の取り付け位置を説明する図である。
異常検知装置１は図５（ｂ）で示すように異常検知装置１が浴槽Ｂに張られた水の水面の鉛直方向上方に設置され、鉛直下向き方向の水面に赤外光を照射した場合、水面において赤外光が全反射する。そして全反射した反射光は異常検知装置１内の異常検知モジュール１１に備わる受光レンズ１２２に戻る。一方で図５（ａ）で示すように異常検知装置が１から照射した光の水面への入射光が水面に角度をもって入射した場合、その反射光の多くは受光レンズ１２２に戻らない。従って本実施形態による異常検知装置１は図１や図５（ｂ）で示すように浴槽Ｂに張られた水の水面の鉛直方向上方であって、鉛直下向き方向の水面に光を照射できる位置に設置される。

図６は距離画像の例を示す図である。
図１や図５（ｂ）で示す位置に異常検知装置１が設置されることにより、ＴＯＦセンサ１２１は図６で示すような距離画像Ｇを生成する。図６で示す距離画像Ｇは、その画像範囲の中央の近傍の画素範囲Ｇ１において反射光の受光量が高く、それ以外の画素範囲Ｇ２で受光量がより低い距離画像Ｇを示す。つまり距離画像Ｇの画像範囲の外縁の画素ほど対応する撮像素子における受光量が低い。

距離画像Ｇにおいて光量が高い中央近傍の画素範囲Ｇ１は最も反射光の光量が多いエリアであり、この画素範囲Ｇ１は赤外光源１２３から鉛直下向き方向に照射された赤外光が水面でほぼ全反射した位置であると推定できる。距離画像Ｇにおいて受光量の高い画素範囲Ｇ１はより精度高く、その受光量に基づいて距離を特定することができる。なおＴＯＦセンサ１２１は画像範囲の各画素の受光量に基づいて対応する各画素に写る被写体の距離を算出している。このＴＯＦセンサ１２１の処理は公知の技術である。
一方で画素範囲Ｇ１から外れた範囲の画素範囲Ｇ２などのより距離画像Ｇの画像範囲の外縁ほど赤外光が全反射せずに赤外光の一部は浴槽底面まで赤外光が達し、また散乱等が発生する。従って、画素範囲Ｇ１から外れた範囲の画素範囲Ｇ２は撮像素子における受光量が低い。ＴＯＦセンサ１２１は原理的に受光量が多いほど、その受光量に基づいて算出する距離の精度が高まる。本実施形態の異常検知装置１はこの画素範囲Ｇ１の各画素について算出した距離に基づいて水面の高さとＴＯＦセンサの受光レンズ１２２の高さとの差を示す距離Ｈ１を算出する。

図７は異常検知装置の処理フローを示す図である。
電源投入後や動作開始指示を外部から与えられた異常検知装置１は異常検知処理を開始する。この処理においてまず異常検知モジュール１１の制御部１１１がＴＯＦセンサモジュール１２へ動作の開始を指示する。ＴＯＦセンサモジュール１２においてＴＯＦセンサ１２１は赤外光源１２３を制御し撮影範囲に赤外光を照射する（ステップＳ１０１）。またＴＯＦセンサ１２１は受光レンズ１２２を通った反射光を撮像素子で受光する（ステップＳ１０２）。ＴＯＦセンサ１２１は撮像素子で受光した反射光の光量に基づいて距離画像を生成する（ステップＳ１０３）。ＴＯＦセンサ１２１は距離画像を異常検知モジュール１１へ出力する。

異常検知モジュール１１の距離画像取得部１１２はＴＯＦセンサ１２１から距離画像を取得し水面位置検出部１１３と頭部位置算出部１１４へ出力する。水面位置検出部１１３は距離画像Ｇにおける画素範囲Ｇ１を特定する（ステップＳ１０４）。画素範囲Ｇ１は距離画像Ｇ１において最も受光量の大きいエリアであってその受光量に基づいて最も被写体までの距離が短い距離を示す画素範囲である。水面位置検出部１１３は画素範囲Ｇ１が示す各画素の距離の平均を、水面の高さとＴＯＦセンサの受光レンズ１２２の高さとの差を示す距離Ｈ１を算出する（ステップＳ１０５）。水面位置検出部１１３は距離Ｈ１を異常検知部１１５へ出力する。

また頭部位置算出部１１４は撮影画像に含まれる各画素の距離に基づいて人の体の範囲を推定する。例えば頭部位置算出部１１４は距離Ｈ１より短い距離を示す画素範囲の広さが人の頭部と両肩を含む広さに相当するかを判定する。頭部位置算出部１１４は距離Ｈ１より短い距離を示す画素範囲の広さが人の頭部と両肩を含む広さに相当する場合その範囲を、入浴者を示す撮影画像Ｇ内の画素範囲と推定する。そして頭部位置算出部１１４は入浴者を示す撮影画像Ｇ内の画素範囲の各画素について算出された距離のうち最も短い距離Ｈ２を示す入浴者の頭部位置を算出する（ステップＳ１０６）。頭部位置が示す距離は、頭部位置の高さとＴＯＦセンサの受光レンズ１２２の高さとの差を示す距離Ｈ２を示す。頭部位置算出部１１４は頭部位置の画素について算出された距離Ｈ２を異常検知部１１５へ出力する。

異常検知部１１５は距離Ｈ１と距離Ｈ２とを取得する。異常検知部１１５は距離Ｈ１と距離Ｈ２との差が、ユーザの鼻が水面下であることを示す所定の長さ以下であるかを判定する（ステップＳ１０７）。異常検知部１１５は距離Ｈ１と距離Ｈ２との差が、ユーザの鼻が水面下であることを示す所定の長さ以下である場合に異常と判定する（ステップＳ１０８）。例えば統計的に算出された人の鼻腔位置から頭頂部まで長さＨ３であるとする。異常検知部１１５は距離Ｈ１と距離Ｈ２との差がＨ３未満である場合には異常と判定する。異常検知部１１５は複数の距離画像に基づいて算出された距離Ｈ１と距離Ｈ２とを順次取得し、それらの差がＨ３未満である時間が１０秒などの所定時間以上である場合に異常と判定するようにしてもよい。制御部１１１は処理を終了するかを判定する（ステップＳ１０９）。制御部１１１は処理を終了しない場合、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す制御を行う。

異常検知部１１５は異常と判定した場合、アラーム１０５を作動させて警報を発する制御を行ってもよい。また異常検知部１１５は通信モジュール１０４を介して異常信号を外部の装置に出力してもよい。例えば浴槽の水の排出口が自動開閉できる機能を備える場合、その自動開閉機構に異常信号を出力し、自動開閉機構が異常信号の受信に基づいて排出口を自動的に開にして水の排出制御を行うようにしてもよい。また浴室外部に警報装置が備えられ、異常検知部１１５は通信モジュール１０４を介して異常信号を警報装置に出力し、その結果警報装置が警報を出力するようにしてもよい。

以上の処理によれば、より精度よく水面の位置を検出することができ、入浴者の異常を正確に検出することができる。

図８は他の水面位置検出処理の例を示す図である。
水面位置検出部１１３は距離画像Ｇにおいて浴槽内側壁面の鉛直方向の各位置に対応する画素範囲を特定し、それら画素範囲におけるある画素と当該画素に隣接する他の画素とから得られる距離の差の変化位置に基づいて、水面の位置を検出するようにしてもよい。

具体的には水面位置検出部１１３は浴槽内側壁面の鉛直方向の各位置に対応する連続する各画素の距離を距離画像Ｇから特定する。ここで図８に示すように水面より上に位置する浴槽内側壁面において鉛直方向に所定間隔を空けた各反射点に順次、赤外光が届き反射する。それら各赤外光の反射光の反射点間の各距離の差ｘ１１，ｘ１２，ｘ１３・・・は第一間隔である。一方で水面より下に位置する浴槽内側壁面において鉛直方向に所定間隔を空けた各反射点にも順次、赤外光が届き反射する。それら各赤外光の反射光の反射点間の各距離の差ｘ２１，ｘ２２，ｘ２３・・・は第一間隔より大きい第二間隔である。水面位置検出部１１３は浴槽内側壁面の鉛直方向の各位置に対応する連続する各画素のうち第一間隔の算出に用いた画素のうち最も撮影画像Ｇにおいて内側の画素が示す距離を浴槽内側の全周に渡って複数サンプリングして特定する。水面位置検出部１１３はそれらサンプリングして特定した各距離の平均を、水面の高さとＴＯＦセンサの受光レンズ１２２の高さとの差を示す距離Ｈ１として算出する。

なお水面位置検出部１１３は、図６を用いて説明した距離Ｈ１（ＴＯＦセンサモジュール１２の受光レンズ１２２を基準とする第一位置）の算出手法と、図８を用いて説明した距離Ｈ１（ＴＯＦセンサモジュール１２の受光レンズ１２２を基準とする第二位置）の算出手法の何れを用いてもよい。また水面位置検出部１１３は、図６を用いて説明した距離Ｈ１（ＴＯＦセンサモジュール１２の受光レンズ１２２を基準とする第一位置）の算出手法と、図８を用いて説明した距離Ｈ１（ＴＯＦセンサモジュール１２の受光レンズ１２２を基準とする第二位置）の算出手法を併用して、それぞれの距離Ｈ１の統計値、例えば平均値を距離Ｈ１として算出するようにしてもよい。

図８を用いて説明した処理は、距離画像取得部１１２が、ＴＯＦセンサモジュール１２の赤外光源１２３が鉛直下向き方向に水面に光を照射して生成した距離画像であって、浴槽Ｂの槽内部と浴槽Ｂの内側壁面とが距離画像の画像範囲に含まれる距離画像を取得し、水面位置検出部１１３が、距離画像の画像範囲における距離画像センサの位置に対応する鉛直下向き方向の位置を基準とする所定範囲の距離情報に基づいて、水面の第一位置を検出し、水面位置検出部１１３が、距離画像において浴槽Ｂの内側壁面の鉛直方向の各位置に対応する画素範囲を特定し、それら画素範囲におけるある画素と当該画素に隣接する他の画素とから得られる距離の差の変化位置に基づいて、水面の第二位置を検出する態様の一例である。

図９は異常検知装置の最小構成を示す図である。
異常検知装置１は少なくとも距離画像取得部１１２、水面位置検出部１１３、頭部位置算出部１１４、異常検知部１１５を備える。
距離画像取得部１１２は、ＴＯＦ方式を用いた距離画像センサより浴槽の槽内部を検出した距離画像を取得する。
水面位置検出部１１３は、距離画像に基づいて浴槽に張られた水の水面の位置を検出する。
頭部位置算出部１１４は、距離画像に基づいて人体の頭部位置を算出する。
異常検知部１１５は、記水面位置と頭部位置との比較に基づいて異常を検知する。

上述の異常検知装置１は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１・・・異常検知装置
１１・・・異常検知モジュール
１２・・・ＴＯＦセンサモジュール
１１１・・・制御部
１１２・・・距離画像取得部
１１３・・・水面位置検出部
１１４・・・頭部位置算出部
１１５・・・異常検知部
１２１・・・ＴＯＦセンサ
１２２・・・受光レンズ
１２３・・・赤外光源

Claims (7)

1. ＴＯＦ（Time of Flight）方式を用いた距離画像センサより浴槽の槽内部を検出した距離画像であって、前記距離画像センサが鉛直下向き方向に前記浴槽に張られた水の水面に光を照射して生成した前記距離画像を取得する距離画像取得部と、
   前記距離画像の画像範囲における前記距離画像センサの位置に対応する前記鉛直下向き方向の位置を基準とする所定範囲の距離情報に基づいて前記水面の位置を検出する水面位置検出部と、
   前記距離画像に基づいて人体の頭部位置を算出する頭部位置算出部と、
   前記水面の位置と前記頭部位置との比較に基づいて異常を検知する異常検知部と、
   を備える異常検知装置。
2. ＴＯＦ（Time of Flight）方式を用いた距離画像センサより浴槽の槽内部を検出した距離画像であって、前記槽内部と前記浴槽の内側壁面とが前記距離画像の画像範囲に含まれる前記距離画像を取得する距離画像取得部と、
   前記距離画像において前記浴槽の内側壁面の鉛直方向の各位置に対応する画素範囲を特定し、それら画素範囲におけるある画素と当該画素に隣接する他の画素とから得られる距離の差の変化位置に基づいて前記浴槽に張られた水の水面の位置を検出する水面位置検出部と、
   前記距離画像に基づいて人体の頭部位置を算出する頭部位置算出部と、
   前記水面の位置と前記頭部位置との比較に基づいて異常を検知する異常検知部と、
   を備える異常検知装置。
3. ＴＯＦ（Time of Flight）方式を用いた距離画像センサが鉛直下向き方向に浴槽の槽内部の水面に光を照射して生成した距離画像であって、前記槽内部と前記浴槽の内側壁面とが前記距離画像の画像範囲に含まれる前記距離画像を取得する距離画像取得部と、
   前記距離画像の画像範囲における前記距離画像センサの位置に対応する前記鉛直下向き方向の位置を基準とする所定範囲の距離情報に基づいて前記浴槽に張られた水の水面の第一位置を検出し、前記距離画像において前記浴槽の内側壁面の鉛直方向の各位置に対応する画素範囲を特定し、それら画素範囲におけるある画素と当該画素に隣接する他の画素とから得られる距離の差の変化位置に基づいて、前記水面の第二位置を検出し、前記水面の第一位置と前記水面の第二位置とに基づいて前記水面の位置を検出する水面位置検出部と、
   前記距離画像に基づいて人体の頭部位置を算出する頭部位置算出部と、
   前記水面の位置と前記頭部位置との比較に基づいて異常を検知する異常検知部と、
   を備える異常検知装置。
4. 前記水面位置検出部は、前記水面の第一位置と前記水面の第二位置との統計値に基づいて前記水面の位置を検出する
   請求項３に記載の異常検知装置。
5. 前記異常検知部は前記異常を検知した場合に前記水の排出制御を行う
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の異常検知装置。
6. ＴＯＦ（Time of Flight）方式を用いた距離画像センサより浴槽の槽内部を検出した距離画像であって、前記距離画像センサが鉛直下向き方向に前記浴槽に張られた水の水面に光を照射して生成した前記距離画像を取得し、
   前記距離画像の画像範囲における前記距離画像センサの位置に対応する前記鉛直下向き方向の位置を基準とする所定範囲の距離情報に基づいて前記水面の位置を検出し、
   前記距離画像に基づいて人体の頭部位置を算出し、
   前記水面の位置と前記頭部位置との比較に基づいて異常を検知する
   ことを特徴とする異常検知方法。
7. 異常検知装置のコンピュータを、
   ＴＯＦ（Time of Flight）方式を用いた距離画像センサより浴槽の槽内部を検出した距離画像であって、前記距離画像センサが鉛直下向き方向に前記浴槽に張られた水の水面に光を照射して生成した前記距離画像を取得する距離画像取得手段、
   前記距離画像の画像範囲における前記距離画像センサの位置に対応する前記鉛直下向き方向の位置を基準とする所定範囲の距離情報に基づいて前記水面の位置を検出する水面位置検出手段、
   前記距離画像に基づいて人体の頭部位置を算出する頭部位置算出手段、
   前記水面の位置と前記頭部位置との比較に基づいて異常を検知する異常検知手段、
   として機能させるプログラム。

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