6934154 評価用測定装置、コンピュータプログラム、及び、評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6934154

(24)【登録日】2021年8月25日

(45)【発行日】2021年9月15日

(54)【発明の名称】評価用測定装置、コンピュータプログラム、及び、評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20210906BHJP

   G06T 7/20 20170101ALI20210906BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 H

   G06T7/20

【請求項の数】11

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-8558(P2017-8558)

(22)【出願日】2017年1月20日

(65)【公開番号】特開2018-116019(P2018-116019A)

(43)【公開日】2018年7月26日

【審査請求日】2019年11月21日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２８年８月３日、４０ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓにて発表 〔刊行物等〕 平成２８年９月１５日、ＤＯＩ：ｈｔｔｐ：／／ｄｘ．ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０１６／ｊ．ｇａｉｔｐｏｓｔ．２０１６．０９．０１５ （Ｇａｉｔ ａｎｄ Ｐｏｓｔｕｒｅ）

(73)【特許権者】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(74)【代理人】

【識別番号】100111567

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 寛

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長野 明紀

【審査官】 仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−４２７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８６３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒトの運動能力の評価用測定装置であって、
移動経路に沿って移動するヒトの動きが撮像された画像から、画像座標における前記ヒトの第１位置変化を検出する処理と、
前記第１位置変化を、前記ヒトの運動能力を評価するためのパラメータを得るために用いられる、前記移動経路の実距離座標における第２位置変化に変換する処理と、
前記画像中の基準体に基づいて、前記第１位置変化を前記第２位置変化に変換するための変換データを生成する処理と、
を実行する処理部を備え、
前記基準体は、前記移動経路における実距離を示すために前記移動経路上又は前記移動経路近傍に設置されており、
前記第２位置変化は、前記変換データを用いて、前記第１位置変化から変換され、
前記移動経路に沿って移動する前記ヒトの動きは、前記ヒトの歩行又は走行であって、前記歩行又は前記走行に応じて、前記移動経路に沿った向きの動きと、前記移動経路に沿った向き以外の動きと、が生じるものであり、
前記第１位置変化を検出する前記処理において、前記第１位置変化は、前記移動経路に沿った向きの成分を有し、前記移動経路に沿った向き以外の向きの成分を有しない位置変化として検出され、
前記第１位置変化から変換される前記第２位置変化は、前記移動経路に沿った向きの成分を有し、前記移動経路に沿った向き以外の向きの成分を有しない位置変化であり、
前記ヒトの運動能力を評価するためのパラメータは、前記第２位置変化から求まるものであり、前記移動経路に沿った向きにおける歩行又は走行の瞬時速度である
評価用測定装置。

【請求項2】

前記変換データは、前記画像中の前記基準体の位置と、前記基準体と前記移動経路との現実の位置関係と、に基づいて生成される
請求項１に記載の評価用測定装置。

【請求項3】

前記変換データは、前記画像中の前記基準体から決定される複数の基準点の前記画像における位置と、複数の前記基準点間の実距離間隔と、に基づいて生成される
請求項２に記載の評価用測定装置。

【請求項4】

前記位置関係は、複数の前記基準点に含まれる第１基準点の位置と、前記第１基準点に対応する移動経路上の第１経路位置と、の位置関係を含む
請求項３に記載の評価用測定装置。

【請求項5】

複数の前記基準点は、複数の前記基準点を結ぶ線が前記移動経路に並行するよう設定される
請求項３又は４に記載の評価用測定装置。

【請求項6】

複数の前記基準点の前記画像における前記位置は、前記画像中の前記基準体の画像認識により決定される
請求項３〜５のいずれか１項に記載の評価用測定装置。

【請求項7】

複数の前記基準点の前記画像における前記位置は、ユーザ入力によって決定される
請求項３〜５のいずれか１項に記載の評価用測定装置。

【請求項8】

前記基準体が示す実距離は、ユーザ入力によって決定される
請求項１〜７のいずれか１項に記載の評価用測定装置。

【請求項9】

前記第１位置変化は、前記画像における前記ヒトの領域のうち、前記ヒトの脚を除く領域から決定された重心位置の位置変化として求められる
請求項１〜８のいずれか１項に記載の評価用測定装置。

【請求項10】

コンピュータにヒトの運動能力の評価用処理を実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記評価用処理は、
移動経路に沿って移動するヒトの動きが撮像された画像から、画像座標における前記ヒトの第１位置変化を検出する処理と、
前記第１位置変化を、前記ヒトの運動能力を評価するためのパラメータを得るために用いられる、前記移動経路の実距離座標における第２位置変化に変換する処理と、
前記画像中の基準体に基づいて、前記第１位置変化を前記第２位置変化に変換するための変換データを生成する処理と、
を含み、
前記基準体は、前記移動経路における実距離を示すために前記移動経路上又は前記移動経路近傍に設置されており、
前記第２位置変化は、前記変換データを用いて、前記第１位置変化から変換される、
前記移動経路に沿って移動する前記ヒトの動きは、前記ヒトの歩行又は走行であって、前記歩行又は前記走行に応じて、前記移動経路に沿った向きの動きと、前記移動経路に沿った向き以外の動きと、が生じるものであり、
前記第１位置変化を検出する前記処理において、前記第１位置変化は、前記移動経路に沿った向きの成分を有し、前記移動経路に沿った向き以外の向きの成分を有しない位置変化として検出され、
前記第１位置変化から変換される前記第２位置変化は、前記移動経路に沿った向きの成分を有し、前記移動経路に沿った向き以外の向きの成分を有しない位置変化であり、
前記ヒトの運動能力を評価するためのパラメータは、前記第２位置変化から求まるものであり、前記移動経路に沿った向きにおける歩行又は走行の瞬時速度である
コンピュータプログラム。

【請求項11】

ヒトの運動能力を評価する評価方法であって、
移動経路に沿って移動するヒトの動きを撮像し、
撮像された画像から、画像座標における前記ヒトの第１位置変化を検出し、
前記移動経路における実距離を示すために前記移動経路上又は前記移動経路近傍に設置されていることによって前記画像に含まれる基準体に基づいて、前記第１位置変化を、前記移動経路の実距離座標における第２位置変化に変換するための変換データを生成し、
前記変換データを用いて、前記第１位置変化を前記第２位置変化に変換し、
前記移動経路に沿って移動する前記ヒトの動きは、前記ヒトの歩行又は走行であって、前記歩行又は前記走行に応じて、前記移動経路に沿った向きの動きと、前記移動経路に沿った向き以外の動きと、が生じるものであり、
前記第１位置変化は、前記移動経路に沿った向きの成分を有し、前記移動経路に沿った向き以外の向きの成分を有しない位置変化として検出され、
前記第１位置変化から変換される前記第２位置変化は、前記移動経路に沿った向きの成分を有し、前記移動経路に沿った向き以外の向きの成分を有しない位置変化であり、
前記第２位置変化を用いて前記ヒトの運動能力を評価するためのパラメータとして前記移動経路に沿った向きにおける歩行又は走行の瞬時速度を求める、ことを含む
評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象の移動を画像処理によって測定することに関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象の移動を測定する技術として、例えば、モーションキャプチャが知られている。モーションキャプチャによる測定対象の動きの測定は、例えば、複数のマーカが取り付けられた測定対象を、測定対象空間の周囲に設置された複数のカメラで撮像することで行われる。

【0003】

モーションキャプチャでは、測定対象の動きを精度良く測定することができる。測定対象の移動速度等を精度良く測定することは、様々な分野において重要である。例えば、バイオメカニクス、リハビリテーション、高齢者の健康増進等においては、歩行速度又は走行速度が、ヒトの運動能力を評価するための基本的なパラメータとなる。特に、ヒトの移動速度は、一定ではなく、瞬間的に変化することがあるため、平均速度ではなく、瞬時速度の変化を精度良く測定することが求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５−２８４５０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

モーションキャプチャを用いると、瞬時速度の変化等を精度良く測定することができる。しかし、上述のようなモーションキャプチャでは、測定対象空間の周囲に設置された複数のカメラが用いられるため、広い空間が必要となる。このため、モーションキャプチャを利用できる場所は制限される。また、モーションキャプチャでは、測定対象に多数のマーカを取り付けるなどの測定の準備作業負担が大きくなる。このため、モーションキャプチャによる測定は、必ずしも容易ではない。

【0006】

一方、特許文献１は、侵入者の検知のため、監視カメラにより得られた画像から、画像処理により、検知対象の移動速度を抽出することを開示している。特許文献１の技術では、画像処理によって容易に移動速度が得られるが、得られている速度は、画像において対象が移動した画素数に基づくものであって、単に画像上での速度にすぎず、現実の空間における対象の速度が精度良く測定されているとは限らない。

【0007】

したがって、測定対象の移動を、容易かつ精度良く測定することが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一の態様は、測定装置である。実施形態において測定装置は、移動経路に沿って移動する測定対象の動きが撮像された画像から、前記画像座標における前記測定対象の第１位置変化を検出する処理と、前記第１位置変化を、前記移動経路の実距離座標における第２位置変化に変換する処理と、前記画像中の基準体に基づいて、前記第１位置変化を前記第２位置変化に変換するための変換データを生成する処理と、を実行する。前記基準体は、前記移動経路における実距離を示すために前記移動経路上又は前記移動経路近傍に設置されており、前記第２位置変化は、前記変換データを用いて、前記第１位置変化から変換される。この測定装置は、測定対象の移動を、容易かつ精度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】測定装置の構成図である。

【図2】測定空間の説明図である。

【図3】測定空間の説明図である。

【図4】測定のための処理を示すフローチャートである。

【図5】画像の説明図である。

【図6】第１位置変化を検出するための画像処理結果を示す図である。

【図7】測定結果を示すグラフである。

【図8】測定装置の使用例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［１．実施形態の概要］

【0011】

（１）実施形態に係る測定装置は、処理を実行する処理部を備える。処理部は、コンピュータプログラムの実行により処理を実行するものであってもよいし、ハードウェア回路の動作により処理を実行するものであってもよい。

【0012】

実施形態の処理部は、移動経路に沿って移動する測定対象の動きが撮像された画像から、前記画像座標における前記測定対象の第１位置変化を検出する処理を実行する。ここでの画像は、複数の画像フレームを有する動画である。移動経路は、測定対象が移動するために予め設定された経路である。測定対象は、例えば、ヒトであるが、ヒトには限られない。測定対象となるヒトは、例えば、運動能力の測定・評価等が必要な者であり、より具体的には、例えば、高齢者、運動選手である。ヒト以外の測定対象としては、例えばボールが挙げられる。

【0013】

移動経路は、画像に写っている必要はない。また、移動経路が画像に写っていても、どの部分が移動経路であるかを区別可能に移動経路が画像において現れている必要はない。

【0014】

移動経路は、例えば、歩行テストのために被験者が歩行する経路である。歩行テストは、例えば、高齢者の歩行能力評価のために行われる。歩行テストには、例えば、１０ｍ歩行テスト又は５ｍ歩行テストがある。移動経路は、競走競技において、選手が走行する経路であってもよい。競走競技は、例えば、１００ｍ走等の短距離走、ハードル走である。移動経路は、例えば野球におけるピッチャーマウンドとホームベースの間でもよい。

【0015】

画像座標は、測定対象が撮像された画像における座標である。画像座標は、例えば、画像の水平方向における画素位置と、画像の垂直方向における画素位置とからなる２次元座標である。

【0016】

画像座標における測定対象の第１位置変化とは、測定対象が移動経路に沿って移動することに伴う位置変化であって、測定対象の位置が、画像座標で表されるものである。測定対象の位置は、例えば、測定対象の重心位置であるが、他の位置であってもよい。重心位置は、例えば、画像において測定対象が占める領域から計算されるが、重心位置の計算方法は特に限定されない。

【0017】

実施形態の処理部は、前記第１位置変化を、前記移動経路の実距離座標における第２位置変化に変換する処理を実行する。実距離とは、画像上の距離ではなく、現実空間における距離である。実距離座標とは、移動経路の現実の距離に応じた座標系である。実距離座標は、測定対象の移動を、画像上での移動距離ではなく、現実空間における実際の移動距離で示すことができるため、測定対象の移動を適切に示すことができる。

【0018】

実施形態の処理部は前記画像中の基準体に基づいて、前記第１位置変化を前記第２位置変化に変換するための変換データを生成する処理を実行する。前記基準体は、前記移動経路における実距離を示すために前記移動経路上又は前記移動経路近傍に設置される。移動経路近傍とは、移動経路に沿って移動する測定対象が写される画像視野内に基準体も現れる程度に移動経路に近いことをいう。前記第２位置変化は、前記変換データを用いて、前記第１位置変化から変換される。画像中に移動経路における実距離を示す基準体があることで、変換データを容易に生成できる。

【0019】

基準体によって示される移動経路実距離は、移動経路全体の実距離であってもよいし、移動経路の一部の実距離であってもよい。例えば、基準体によって示される実距離は、１０ｍ歩行テストにおける１０ｍ（移動経路全体の実距離）であってもよいし、１０ｍの一部である５ｍであってもよい。基準体は、１つでもよいし、複数でもよい。１つの基準体で移動経路の実距離を示すには、例えば、基準体が移動経路の実距離に応じた長さを有していればよい。複数の基準体で移動経路の実距離を示すには、例えば、複数の基準体の実距離間隔を移動経路の実距離に合わせて設定すればよい。

【0020】

基準体は、移動経路上に設置されていてもよいし、測定対象の移動の妨げにならないように、移動経路外の移動経路近傍に設置されてもよい。基準体は、移動経路における実距離を示すことのみを目的として設置されている必要はなく、他の目的で設置された物体を、移動経路における実距離を示すために用いても良い。例えば、ハードル走のために移動経路上に設置されたハードルや、選手が走行するレーンを示す目印を、基準体として用いても良い。例えば、ピッチャーマウンドとホームベースを基準体として用いてもよい。

【0021】

なお、変換データを生成する際に用いられる画像フレームには、測定対象は写っていても良いし、写っていなくても良い。また、変換データを生成する処理は、測定対象の移動を撮像する前に行っても良いし、後に行っても良い。また、変換データを生成する処理は、第１位置変化を求める前に行っても良いし、第１位置変化を求めた後に行っても良い。

【0022】

（２）前記変換データは、前記画像中の前記基準体の位置と、前記基準体と前記移動経路との現実の位置関係と、に基づいて生成されてもよい。基準体と移動経路との現実の位置関係を考慮することで、変換データを容易に生成することができる。位置関係は、基準体が移動経路から離れて設置されている場合には、基準体が移動経路からどのように離れているかを表す情報によって示されても良いし、基準体が移動経路上に設置されている場合には、基準体が移動経路上のどの位置に設置されているかを表す情報によって示されても良い。

【0023】

（３）前記変換データは、前記画像中の前記基準体から決定される複数の基準点の前記画像における位置と、複数の前記基準点間の実距離間隔と、に基づいて生成されてもよい。複数基準点の画像における位置と基準点間の実距離間隔を用いることで、変換データを容易に生成することができる。

【0024】

（４）前記位置関係は、複数の前記基準点に含まれる第１基準点の位置と、前記第１基準点に対応する移動経路上の第１経路位置と、の位置関係を含むことができる。第１経路位置は、例えば、測定開始位置であり、第１基準点は、例えば、測定開始位置の基準となる位置である。

【0025】

（５）複数の前記基準点は、複数の前記基準点を結ぶ線が前記移動経路に並行するよう設定することができる。ここで、複数の前記基準点を結ぶ線は、仮想的な線で足りる。並行とは、移動経路が、直線的であれば、平行と同義であり、移動経路が曲線的であれば、移動経路と基準点を結ぶ線との間隔が一定であることをいう。

【0026】

（６）複数の前記基準点の前記画像における前記位置は、前記画像中の前記基準体の画像認識により決定されるのが好ましい。この場合、基準点の位置の決定にユーザ入力が不要となる。

【0027】

（７）複数の前記基準点の前記画像における前記位置は、ユーザ入力によって決定されてもよい。

【0028】

（８）前記基準体が示す実距離は、ユーザ入力によって決定されてもよいし、予め測定装置に設定されてもよい。ユーザ入力は、実距離の数値入力の操作であってもよいし、複数の実距離候補の中からの選択の操作であってもよい。

【0029】

（９）前記第１位置変化は、前記移動経路に沿った向きの成分を有し、前記移動経路に沿った向き以外の向きの成分を有しない位置変化であるのが好ましい。移動経路に沿った向き以外の向きの成分を有しないことで、測定対象における移動経路に沿った向き以外の動きを排除して、移動経路に沿った移動を精度良く測定することができる。移動経路に沿った向きとは、例えば、移動経路の向きが、画像の水平方向に沿っている場合、第１位置変化として求められる位置変化は、画像の水平方向成分の位置変化だけで、垂直方向成分の位置変化を含まないものとすることができる。

【0030】

（１０）前記測定対象は、ヒトであり、前記第１位置変化は、前記画像における前記ヒトの領域のうち、前記ヒトの脚を除く領域から決定された重心位置の位置変化として求められてもよい。走行又は歩行時の脚は動きが大きくなり、重心位置を不必要に変動させる要因となる場合がある。また、画像におけるヒトの領域は、上半身が占める割合が多い。したがって、脚を除く、上半身の領域から決定された重心位置をヒトの位置として用いるのが好適である。

【0031】

（１１）本発明の実施形態としては、コンピュータに処理を実行させるためのコンピュータプログラムであってもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶され、コンピュータによって実行される。前記処理は、移動経路に沿って移動する測定対象の動きが撮像された画像から、前記画像座標における前記測定対象の第１位置変化を検出する処理と、前記第１位置変化を、前記移動経路の実距離座標における第２位置変化に変換する処理と、前記画像中の基準体に基づいて、前記第１位置変化を前記第２位置変化に変換するための変換データを生成する処理と、を含むことができる。前記基準体は、前記移動経路における実距離を示すために前記移動経路上又は前記移動経路近傍に設置されており、前記第２位置変化は、前記変換データを用いて、前記第１位置変化から変換される。

【0032】

［２．測定装置の例］

【0033】

以下、図面に基づいて、本発明における実施形態の一つを、より詳細に説明する。

【0034】

図１に示す測定装置１０は、カメラ２０とコンピュータ３０を備えている。コンピュータは、コンピュータプログラムを実行することにより、測定のための情報処理を実行する。実施形態において、測定装置１０は、例えば、カメラ２０付きのコンピュータ３０によって構成される。コンピュータ３０は、例えば、スマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータである。コンピュータ３０は、インターネット等のネットワーク上のサーバであってもよい。この場合、カメラ２０によって取得された画像は、サーバに送信され、サーバによって測定のための情報処理が実行される。

【0035】

コンピュータ３０は、処理部３１０及び記憶部３２０を備える。処理部３１０は、記憶部３２０にインストールされたコンピュータプログラム（アプリケーションプログラム）３２０ａを実行し、測定装置１０としての機能を発揮する。コンピュータプログラム３２０ａは、例えば、インターネット等のネットワーク上のサーバにダウンロード可能に格納されていてもよい。この場合は、コンピュータ３０は、ネットワークを介して、サーバからコンピュータプログラム３２０ａをダウンロードし、記憶部３２０ａに格納することができる。

【0036】

記憶部３２０には、プログラム３２０ａの他、測定のための情報処理において用いられる各種の情報を記憶するための領域３２２ａ，３２２ｂ，３２３，３２４，３２５，３２６，３２７が設けられている。これらの情報については後述する。

【0037】

コンピュータ３０は、ディスプレイ３３０及び入力デバイス３４０を備える。入力デバイス３４０は、タッチパネルのように、ディスプレイ３３０と一体型のものでもよいし、キーボード、マウスのように、ディスプレイとは別体のものであってもよい。

【0038】

コンピュータ３０は、通信インタフェース３５０を備える。通信インタフェース３５０は、例えば、他のコンピュータとの通信に用いられる。通信インタフェース３５０は、有線通信用であってもよいし、無線通信用であってもよい。無線通信は、例えば、無線ＬＡＮのための無線通信であってもよいし、Bluetooth（登録商標）のような近距離無線通信であってもよい。

【0039】

図１に示す測定装置は、測定対象であるヒトＨが、直線状の長さＤ１［ｍ］の移動経路Ｐを、移動（歩行又は走行）する様子を測定する。図２に示すように、測定に先立って、現実の測定空間には基準体となる２つのスポーツコーン４１，４２が設置される。図２では、理解の容易のため、移動経路Ｐが図示されているが、現実の測定空間においては、移動経路Ｐが明示されていなくてもよい。

【0040】

なお、図２及び図３において、方向Ｘ_Ｒは、現実の測定空間の水平面内における一つの方向であって、移動経路Ｐに平行な方向であり、方向Ｚ_Ｒは、現実の測定空間の水平面内における他の方向であって、方向Ｘ_Ｒに直交する方向である。図３において、方向Ｙ_Ｒは、現実の測定空間の垂直方向である。

【0041】

２つのコーン４１，４２は、移動経路Ｐの全長に合わせて、それらの間隔（実距離間隔）がＤ１［ｍ］になるように設置される。ここでは、例えば、コーン４１，４２の頂部４１ａ，４２ａ間の間隔が、Ｄ１［ｍ］になるように設置される。これにより、２つのコーン４１，４２は、移動経路Ｐにおける実距離Ｄ１［ｍ］を示す基準体として機能する。

【0042】

また、２つのコーン４１，４２は、それらを結ぶ仮想的な線Ｌ１が、直線的な移動経路Ｐに平行になるように、方向Ｘ_Ｒに沿って設置される。また、図３に示すように、コーン４１，４２は、移動経路ＰとのＺ_Ｒ方向間隔が、所定の第２間隔（第２実距離間隔）Ｄ２［ｍ］になる位置に設置される。なお、測定対象であるヒトは、コーン４１，４２を目印として、コーン４１，４２が並んでいる方向Ｘ_Ｒに沿って、コーン４１，４２から方向Ｚ_Ｒ方向へおよそＤ２［ｍ］離れた位置を移動することで、移動経路Ｐに沿った移動をすることができる。

【0043】

実施形態において、２つのコーン４１，４２は、それぞれ、移動経路Ｐ上の特定の位置（経路位置）Ｓ_Ｒ，Ｇ_Ｒに対応している。図３において、第１コーン４１は、例えば、移動経路Ｐ上の測定開始位置Ｓ_Ｒを示すべく設置される。すなわち、第１コーン４１によって示される第１基準点４１ａと、移動経路Ｐ上の測定開始位置Ｓ_Ｒとは、移動経路Ｐに沿った方向Ｘ_Ｒにおいて、同じ位置にある。なお、第１コーン４１によって示される第１基準点４１ａは、例えば、第１コーン４１の頂部を基準に定まる。

【0044】

図３において、第２コーン４２は、例えば、移動経路Ｐ上の測定終了位置Ｇ_Ｒを示すべく設置される。すなわち、第２コーン４２によって示される第２基準点４２ａと、移動経路Ｐ上の測定終了位置Ｇ_Ｒとは、移動経路Ｐに沿った方向Ｘ_Ｒにおいて、同じ位置にある。なお、第２コーン４２によって示される第２基準点４２ａは、例えば、第２コーン４２の頂部を基準に定まる。第２基準点４２ａは、測定終了位置Ｇ_Ｒを示す必要はなく、移動経路Ｐの中途位置を示すものであってもよい。移動経路Ｐの中途位置とは、例えば、１０ｍ歩行テストにおける測定開始位置Ｓ_Ｒから、５ｍの位置である。

【0045】

なお、図２及び図３においては、基準点４１ａと位置Ｓ_Ｒとを結ぶ仮想的な線Ｌ２と、基準点４２ａと位置Ｇ_Ｒとを結ぶ仮想的な線Ｌ３とが、理解の容易のために示されている。

【0046】

測定装置１０のカメラ２０は、移動経路Ｐ及びコーン４１，４２が同時に画像中に写る位置に設置される。カメラ２０は、移動経路Ｐと線Ｌ１が平行に見えるように設置されるのが好ましい。すなわち、カメラ２０によって撮像された画像の奥行方向が、方向Ｚ_Ｒと一致するように設置されるのが好ましい。また、カメラ２０は、移動経路Ｐに沿った方向Ｘ_Ｒが、撮像された画像における水平方向となるように設置されるのが好ましい。ただし、移動経路Ｐに沿った方向Ｘ_Ｒが、撮像された画像における水平方向となっていなくても、画像処理によって、移動経路Ｐに沿った方向Ｘ_Ｒが、撮像された画像における水平方向となるように補正することができる。補正は、基準体を用いることで容易に行える。

【0047】

なお、図２において、コーン４１，４２は、カメラ２０からみて、ヒトＨよりも奥側に配置されているが、ヒトＨよりも手前に配置されていてもよい。

【0048】

図４は、処理部３１０によって実行される測定のための情報処理の流れを示している。ステップＳ１１において、処理部３１０は、前述のように設置されたカメラ２０によって、移動経路Ｐに沿って移動するヒトＨの動きを撮像し、ヒトＨの動きが撮像された画像（動画）を取得する。取得された画像は、記憶部３２０の画像記憶領域３２１に保存される。なお、画像は、ヒトＨの動きの他、基準体であるコーン４１，４２も写ったものとなる。

【0049】

撮像時において、カメラ２０の位置及び向きは、固定されているのが好ましいが、カメラ２０を手で持っている場合のように、カメラ２０の位置及び向きに多少の変動が生じる場合には、手振れ補正処理をするのが好ましい。

【0050】

ステップＳ１２からステップＳ１４において、処理部３１０は、変換データを生成する処理を実行する。変換データは、画像座標系（Ｘｃ，Ｙｃ）における位置を、ヒトＨが移動する現実空間の実距離座標系（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ）における位置に変換するためのデータである。

【0051】

処理部３１０は、画像記憶領域３２１に記憶された画像中の基準体４１，４２に基づいて、変換データを生成する。図５は、取得された画像に含まれる一つの画像フレーム１００を示している。なお、変換データの生成に用いられる画像フレーム１００においては、測定対象であるヒトＨが写っている必要はなく、図５のように、基準体であるコーン４１，４２が写っていれば足りる。また、図５において、方向Ｘｃは、画像の水平方向を示し、現実の測定空間における方向Ｘ_Ｒに対応する。方向Ｙｃは、画像の垂直方向を示し、現実の測定空間における方向Ｙ_Ｒに対応する。

【0052】

ステップＳ１２において、処理部３１０は、画像フレーム１００中の基準体であるコーン４１，４２の位置を検出する。コーン４１，４２の位置は、例えば、パターンマッチング等の画像認識処理により、画像フレーム１００中において、コーン４１の形状に一致する領域を抽出することによって行われる。ステップＳ１２において、処理部３１０は、コーン４１における特定の位置（ここで、コーン頂部）を、画像中の基準点４１ａ，４２ａとして検出する。コーン頂部の検出も、画像認識処理によって行える。基準点４１ａ，４２ａの位置は、画像座標系（Ｘｃ，Ｙｃ）における座標値として求められる。求められた基準点４１ａ，４２ａの座標値は、記憶部３２０の座標値記憶領域３２２ａに保存される。

【0053】

なお、ステップＳ１２においては、マウスなどのポインティングデバイスを用いたユーザ入力によって、画像中における基準点４１ａ，４１ｂ位置が指定されることで、基準点が決定されてもよい。

【0054】

ステップＳ１３において、変換データを生成するための、パラメータが設定される。実施形態において、設定されるパラメータには、２つの基準点４１ａ，４１ｂ間の実距離間隔Ｄ１［ｍ］が含まれる。実距離間隔Ｄ１［ｍ］は、基準体４１によって示される移動経路Ｐにおける実距離である。間隔Ｄ１は、例えば、間隔Ｄ１を示す数値のユーザ入力によって決定される。間隔Ｄ１は、複数の間隔候補の中からユーザ入力により一つの間隔候補を選択することによって決定されてもよい。決定された間隔Ｄ１は、記憶部３２０の間隔Ｄ１記憶領域３２２ｂに保存される。なお、間隔Ｄ１が予め決まっている場合には、ステップＳ１３で間隔Ｄ１が設定されている必要はなく、間隔Ｄ１が、記憶領域３２２ｂに予め設定されていてもよい。

【0055】

実施形態において、設定されるパラメータには、基準体４１，４２と移動経路Ｐとの位置関係情報３２３が含まれる。基準体４１，４２と移動経路Ｐとの位置関係は、例えば、図３に示す間隔Ｄ２を含む。間隔Ｄ２は、例えば、第１基準点４１ａと、第１基準点４１ａに対応する移動経路上の位置Ｓ_Ｒとの間の位置関係を示す。間隔Ｄ２は、例えば、ユーザ入力により決定される。決定された間隔Ｄ２は、記憶部３２０の間隔Ｄ２記憶領域３２３ａに位置関係情報として保存される。なお、間隔Ｄ２が予め決まっている場合には、間隔Ｄ２が、記憶領域３２３ａに予め設定されていてもよい。

【0056】

ステップＳ１３では、基準体４１，４２と移動経路Ｐとの位置関係を示す情報として、カメラ２０の視野Ｖ範囲を示す画角Ａ（図２参照）も設定される。画角Ａは、基準体４１，４２と移動経路Ｐとの幾何学的関係を規定するために用いられる。処理部３１０は、撮像時のカメラ２０の画角を、記憶部３２３ｂの画角Ａ記憶領域３２３ｂに保存する。なお、画角Ａが予め決まっている場合には、画角Ａが記憶領域３２３ｂに予め設定されていてもよい。

【0057】

ここでは、変換データは、基準点座標値、間隔Ｄ１、間隔Ｄ２、及び画角Ａを用いて生成される。ステップＳ１４において、処理部３１０は、記憶部３２０に保存されたこれらの情報を用いて、変換データを生成する。

【0058】

図２，３では、基準体であるコーン４１，４２は、移動経路Ｐから、Ｚ_Ｒ方向（画像奥行方向）に離れて配置されている。したがって、画像１００中のコーン４１，４２の間隔が、所定の実距離Ｄ１に対応しているとしても、画像１００中のコーン４１，４２の間隔そのものは、移動経路Ｐにおける実距離Ｄ１に対応させることができない。

【0059】

つまり、図３に示すように、現実の測定空間において、コーンの設置されているＸ_Ｒ−Ｙ_Ｒ平面５１は、移動経路Ｐが含まれるＸ_Ｒ−Ｙ_Ｒ平面５３とは、Ｚ_Ｒ方向に、間隔Ｄ２をおいて、離れている。このため、Ｚ_Ｒ方向が画像奥行方向となるように撮像された画像１００においては、図５に示すように、基準点４１ａと基準点４２ａとの間のＸｃ方向（水平方向）における間隔は、これら基準点４１ａ，４２ａに対応する移動経路Ｐ上の位置Ｓｃ、Ｇｃ間のＸｃ方向（水平方向）における間隔とは異なったものとなる。したがって、画像１００においては、仮想線Ｌ２，Ｌ３は、画角Ａに応じた角度を持って傾くものとなる。なお、画像１００中の位置Ｓｃは、現実の測定空間における測定開始位置Ｓ_Ｒに対応し、画像１００中の位置Ｇｃは、現実の測定空間における測定終了位置Ｇ_Ｒに対応する。

【0060】

そこで、変換データの生成においては、処理部３１０は、例えば、検出された第１基準点４１ａから、間隔Ｄ２と画角Ａで示される幾何学的関係に基づき、画像１００における位置（第１経路位置）Ｓｃを決定する。実施形態においては、画像１００における位置Ｓｃは、画像１００の水平方向Ｘｃの位置よって示されるもので足り、画像１００の垂直方向Ｙｃの位置は不要である。

【0061】

また、処理部３１０は、検出された第２基準点４２ａから、間隔Ｄ２と画角Ａで示される幾何学的関係に基づき、画像１００における位置（第２経路位置）Ｇｃを決定する。実施形態においては、画像１００における位置Ｓｃは、画像１００の水平方向Ｘｃの位置よって示されるもので足り、画像１００の垂直方向Ｙｃの位置は不要である。

【0062】

画像１００において、決定された位置Ｓｃ，Ｇｃ間の水平方向Ｘｃの間隔は、現実の測定空間において測定対象が移動する実距離間隔Ｄ１［ｍ］に対応する。したがって、測定対象のヒトＨが、画像１００において、位置Ｓｃから位置Ｇｃまで移動すれば、現実の測定空間においてＤ１［ｍ］移動していることになる。

【0063】

処理部３１０は、決定された位置Ｓｃ，Ｇｃ間が、実距離間隔Ｄ１［ｍ］に対応していることを利用して、画像座標系（Ｘｃ，Ｙｃ）における位置を、ヒトＨが移動する現実空間の実距離座標系（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ）における位置に変換するための変換データを生成することができる。生成された変換データは、記憶部３２０の変換データ記憶領域３２４に保存される。

【0064】

なお、変換データを生成するための位置関係情報３２３は、間隔Ｄ２や画角Ａに限られるものではなく、画像１００における基準体４１，４２と移動経路Ｐとの幾何学的関係を規定するものであれば特に限定されない。例えば、基準体４１，４２それぞれとカメラとの相対的位置関係、及び、移動経路Ｐとカメラとの相対的位置関係に基づいて、三角法の演算を用いて変換データを生成してもよい。

【0065】

ステップＳ１５からステップＳ１９において、処理部３１０は、画像におけるヒトＨの位置変化（第１位置変化）を求める処理を実行する。ステップＳ１５からステップＳ１９までの一連の処理は、画像に含まれる画像フレームのうち、測定対象であるヒトＨが写っている個々の画像フレームそれぞれについて行われる。なお、ステップＳ１５からステップＳ１９の処理の繰り返しの終了条件は、例えば、ヒトＨが測定終了位置Ｇｃに到達したことであってもよいし、ヒトＨが画像フレーム外に移動したことであってもよい。

【0066】

ステップＳ１５において、処理部３１０は、図６（ａ）に示すような画像フレーム１００から背景を除去する。背景除去の処理により、図６（ｂ）に示すように、測定対象Ｈ以外の領域の画素は、ぼぼ黒色となり、測定対象Ｈの領域はハイライトされたものとなる。

【0067】

ステップＳ１６において、処理部３１０は、フィルタリングをする。背景が除去された画像フレーム１００におけるノイズが、フィルタリングにより除去される。フィルタリングには、例えば、２次元メディアンフィルタが用いられる。図６（ｃ）はフィルタリングされた画像フレーム１００を示す。

【0068】

ステップＳ１７において、処理部３１０は、フィルタリングされた画像フレーム１００を２値化する。図１６（ｄ）に示すように、２値化により、ヒトＨの領域が、白色領域として抽出される。

【0069】

ステップＳ１８において、処理部３１０は、ヒトＨの領域における特定の位置を、画像フレーム１００におけるヒトＨの位置として決定する。実施形態においては、ヒトＨの領域の幾何学的な重心Ｃを、ヒトＨの位置とする。

【0070】

重心Ｃは、水平方向Ｘｃの座標Ｃ_Ｈ及び垂直方向Ｙｃの座標Ｃ_Ｖで規定される２次元位置であってもよいが、本実施形態では、移動経路Ｐに沿った水平方向Ｘｃの位置変化（及び速度変化）を測定するため、重心は、水平方向Ｘｃの座標で示される１次元位置Ｃ_Ｈある。水平方向Ｘｃの座標で示される１次元位置としての重心（水平方向重心）Ｃ_Ｈは、例えば、ヒトＨの領域において、水平方向Ｘｃの幾何学的重心となる位置として求められる。

【0071】

重心Ｃ（例えば、水平方向重心Ｃ_Ｈ）を求める場合、画像１００におけるヒトＨの領域のうち、ヒトＨの脚の領域を除去した上半身の領域を用いても良い。上半身の領域から決定された重心位置Ｃは、脚の動きによる重心位置の変動を排除でき、適切な水平方向位置変化を得るのに有用である。

【0072】

ステップＳ１５からステップＳ１９の繰り返し実行により各画像フレームにおける水平方向重心Ｃ_Ｈを求めることで、画像座標系（Ｘｃ，Ｙｃ）におけるヒトＨの第１位置変化が得られる。第１位置変化は、水平方向重心Ｃ_Ｈの位置変化であるため、画像座標系（Ｘｃ，Ｙｃ）において、移動経路Ｐに沿った水平方向Ｘｃの成分を有するが、他の方向Ｙｃの成分は有しない。つまり、第１位置変化は、１次元の位置変化を示す。得られた第１位置変化は、記憶部３２０の第１位置変化記憶領域３２５に保存される。

【0073】

ステップＳ２０において、処理部３１０は、画像座標系（Ｘｃ，Ｙｃ）における１次元Ｘｃの第１位置変化を、現実の測定空間（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，Ｚ_Ｒ）での移動経路Ｐに沿った平面５２内の実距離座標系（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ）における１次元Ｘ_Ｒの第２位置変化に変換する。変換は、変換データ記憶領域３２４に保存された変換データを用いた座標変換により行われる。座標変換により得られた第２位置変化は、現実の測定空間における実距離の位置変化を示すものとなる。第２位置変化は、記憶部３２０の第２位置変化記憶領域３２６に保存される。

【0074】

ステップＳ２１において、処理部３１０は、移動経路Ｐに沿ったヒトＨの瞬時速度（速度変化）を計算する。時々刻々変化する瞬時速度は、第２位置変化を時間微分することにより求まる。瞬時速度は、ヒトの運動能力を評価するためのパラメータとして有用である。なお、処理部３１０は、移動経路Ｐを移動する間の平均速度を求めても良い。求めた速度は、記憶部３２０の記憶領域３２７に保存される。

【0075】

なお、処理部３１０は、水平方向重心Ｃ_Ｈとは別に、垂直方向重心Ｃ_Ｖを求めても良い。垂直方向重心Ｃ_Ｖは、例えば、ヒトＨの領域において、垂直方向Ｙｃの幾何学的重心となる位置として求められる。垂直方向重心Ｃ_Ｖは、歩行又は走行に応じて変動するため、処理部３１０は、垂直方向重心Ｃ_Ｖの変動から、移動経路Ｐを移動するために要した歩数を求めることができる。また、処理部３１０は、移動経路Ｐの距離Ｄ１を歩数で除することで、歩幅を求めることができ、歩数を、移動経路Ｐの移動するために要した所要時間で除することで、歩行率を求めることができる。

【0076】

ステップＳ２２において、処理部３１０は、第２位置変化や瞬時速度など、測定により得られた結果を、ディスプレイ３３０に出力する。出力は、測定により得られた結果をネットワークへ送信することであってもよい。

【0077】

［３．実験結果］

【0078】

図７は、実施形態に係る測定装置１０による位置と速度の測定精度を評価するために行った実験結果を示す。実験では、比較のため、ヒトＨの位置と速度をモーションキャプチャによっても測定した。モーションキャプチャとして、Motion Analysis Corporation社のMAC3D systemを用いた。モーションキャプチャによる測定のため、被験者となるヒトＨには、２９個の反射マーカを取り付けた。

【0079】

実験では、２つの移動態様それぞれについて位置と速度を測定した。第１移動態様では、移動経路Ｐに沿った移動において初期加速が生じるように、静止した起立状態から移動を開始した。第１移動態様による移動は、初期加速後に歩行する態様（Walking Initiation）と、初期加速後に走行する態様（Running Initiation）のそれぞれを行った。第２移動態様では、測定開始位置Ｓ_Ｒを超える前に快適移動速度に達するように、測定開始位置Ｓ_Ｒの約５ｍ手前から移動を開始した。第２移動態様でも、快適移動が歩行である場合（Walking）と、快適移動が走行である場合（Running）のそれぞれを行った、

【0080】

図７において、実線は、実施形態に係る測定装置１０による測定結果を示し、点線は、モーションキャプチャによる測定結果を示す。また、図７（ａ）（ｂ）は、第１移動態様（Walking Initiation）の測定結果であり、図７（ａ）は、位置変化の測定結果であり、図７（ｂ）は、速度変化の測定結果である。図７（ｃ）（ｄ）は、第２移動態様(Walking)の測定結果であり、図７（ｃ）は、位置変化の測定結果であり、図７（ｄ）は、速度変化の測定結果である。なお、図７において、横軸は、時間を示し、図７（ａ）（ｃ）の縦軸は移動経路Ｐ上の位置を示し、図７（ｂ）（ｄ）の縦軸は、瞬時速度を示す。

【0081】

図７から明らかなように、実施形態に係る測定装置１０による測定結果（実線）は、動きを高精度で測定できるモーションキャプチャによる測定結果（点線）と、ほぼ一致しており、実施形態に係る測定装置１０による測定の精度が高いことを示している。しかも、実施形態に係る測定装置１０による測定では、モーションキャプチャによる測定のようなマーカを用いる必要がないため、測定が容易となる。

【0082】

また、８人の被験者Ｈについての、実施形態に係る測定装置１０による測定結果（位置及び速度））と、モーションキャプチャによる測定結果（位置及び速度）とのＲＭＳ誤差（二乗平均平方根誤差）を、表１に示した。表１は、８人の被験者Ｈについての両測定結果のＲＭＳの平均（Average）と標準偏差（S.D.）を示している。

【0083】

表１に示すように、位置（Position）の時間的変化に関し、両測定結果の平均ＲＭＳ誤差は、０．０１１ｍ−０．０３３ｍの範囲内に収まっており、良好な結果が得られていることがわかる。また、速度（Speed）の時間的変化に関し、両測定の平均ＲＭＳ誤差は、０．０５４ｍ／ｓ−０．０７６ｍ／ｓの範囲内に収まっており、良好な結果が得られている。

【0084】

【表1】

【0085】

［４．測定装置の他の使用例］

【0086】

図８は、実施形態の測定装置１０の他の使用例を示している。ここでは、１００ｍ走のような短距離走における運動選手Ｈの移動を測定する。比較的長い移動経路Ｐにおける移動の測定には、図８に示すように、複数のカメラ２０が用いられる。移動経路Ｐには、基準体として、例えば、６個のコーン４１−４６が移動経路Ｐの近傍において、移動経路Ｐと平行に設置される。６個のコーン４１−４６それぞれの隣接間隔Ｄ１は、例えば、２０［ｍ］である。６個のコーン４１−４６により、１００ｍの移動経路Ｐの距離を示すことができる。

【0087】

各カメラ２０は、それぞれ、２つのコーンが写る範囲を分担して撮像する。ここでは、各カメラ２０に接続されたコンピュータ３０のうち、いずれか一つのコンピュータ３０が、マスタとなり、他のコンピュータ３０が、スレーブになるものとする。図８において、マスタは、Ｍで示され、スレーブは、Ｓで示されている。マスタは、スレーブから撮像された画像を、通信インタフェース３５０を介して、取得し、移動経路全体の測定結果（位置及び速度）を生成する。また、マスタは、各スレーブで生成された部分移動経路における測定結果（位置及び速度）を取得し、移動経路全体の測定結果（位置及び速度）を生成してもよい。また、マスタは、カメラ２０に接続されたコンピュータである必要はなく、ネットワーク上のサーバであってもよい。

【0088】

［５．付記］

【0089】

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

【符号の説明】

【0090】

１０ 測定装置
２０ カメラ
３０ コンピュータ
４１ 基準体（コーン）
４１ａ 基準点
４２ 基準体（コーン）
４２ｂ 基準点
３１０ 処理部
３２０ 記憶部
３３０ ディスプレイ
３４０ 入力デバイス
３５０ 通信インタフェース
Ａ 画角
Ｃ 重心
Ｃ_Ｈ 水平方向重心
Ｃ_Ｖ 垂直方向重心
Ｄ１ 間隔
Ｄ２ 間隔
Ｈ 測定対象
Ｌ１ 仮想線
Ｌ２ 仮想線
Ｌ３ 仮想線
Ｐ 移動経路
Ｓ_Ｒ 測定空間における第１経路位置（測定開始位置）
Ｇ_Ｒ 測定空間における第２経路位置（測定終了位置）
Ｓｃ 画像における第１経路位置（測定開始位置）
Ｇｃ 画像における第２経路位置（測定終了位置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】