特開 2024-106249 運動評価システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024106249

(43)【公開日】2024-08-07

(54)【発明の名称】運動評価システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20240731BHJP

   A61B 5/1171 20160101ALI20240731BHJP

   A63B 71/06 20060101ALI20240731BHJP

   A63B 69/00 20060101ALI20240731BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 120

A61B5/1171 200

A63B71/06 G

A63B69/00 C

A63B71/06 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023010492

(22)【出願日】2023-01-26

(71)【出願人】

【識別番号】522111622

【氏名又は名称】株式会社ＷｉｓＨ Ｌａｂ

(74)【代理人】

【識別番号】100090413

【弁理士】

【氏名又は名称】梶原 康稔

(72)【発明者】

【氏名】小宮 康宏

(72)【発明者】

【氏名】近藤 隆

(72)【発明者】

【氏名】山田 邦夫

(72)【発明者】

【氏名】田宮 公成

(72)【発明者】

【氏名】荒井 敏

【テーマコード（参考）】

4C038

【Ｆターム（参考）】

4C038VA04

4C038VA07

4C038VA11

4C038VA12

4C038VB01

4C038VC05

(57)【要約】

【課題】 トレーニングする運動者の運動状態を、短時間で簡便に評価する。
【解決手段】 運動者ＥＸは、表示装置１１０の正面の運動用シートＥＸＳの上に移動し、撮像部１２０は前方を撮影する。複数の人物がいる場合、ジェスチャ動作を検出した人物を選択し、表示装置１１０に矩形枠ＥＸＦを重畳して表示する。歩行特性値検出部１３８は、運動者ＥＸの頭部位置情報の変化から歩数とピッチの歩行特性値を検出する。そして、運動者ＥＸの映像とともに、歩数やピッチなどの歩行特性値ＥＸＣも併せて表示装置に表示する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

評価対象の運動者と対向する位置に設置された表示装置と、
この表示装置の近傍に設置され、前記運動者を撮影する撮像部と、
前記運動者の位置情報を検出する運動者特定部と、
この運動者特定部で検出された運動者の位置情報から、運動者の頭部位置情報を検出する頭部検出部と、
この頭部検出部で検出した頭部位置情報から運動者の歩数、ピッチ、歩幅、歩行バランス、のいずれか一つ以上の歩行特性値を検出する歩行特性値検出部と、
前記撮像部で得られた映像入力信号に、前記頭部位置情報と前記歩行特性値の少なくとも一つを合わせて前記表示装置に表示するための映像出力信号を生成する映像表示制御部と、
を含むことを特徴とする運動評価システム。

【請求項2】

前記運動者特定部は、ジェスチャ検出部をさらに有し、ジェスチャ動作をした人物の位置を、評価対象の運動者の位置情報として出力することを特徴とする請求項１記載の運動評価システム。

【請求項3】

前記運動者特定部は、顔認証部をさらに有し、顔認証をした人物の位置を、評価対象の運動者の位置情報として出力することを特徴とする特許請求項１記載の運動評価システム。

【請求項4】

前記運動者特定部は、コード読み取り部をさらに有し、コードを読み取った人物の位置を、評価対象の運動者の位置情報として出力することを特徴とする特許請求項１記載の運動評価システム。

【請求項5】

運動者情報のデータを記録した運転者情報データ記録部を備えており、
前記運動者特定部によって特定された評価対象の運動者の運動者情報のデータを、前記映像表示制御部に出力して、前記表示装置に表示することを特徴とする請求項２～４のいずれか一項に記載の運動評価システム。

【請求項6】

マーカーにより歩行範囲が明示された歩行路と
前記歩行範囲を歩行する評価対象の運動者と対向する位置に設置された表示装置と、
この表示装置の近傍に設置され、前記運動者を撮影する撮像部と、
運動者の頭部位置情報を検出する頭部検出部と、
この頭部検出部で検出した運動者の頭部位置情報から、少なくとも歩行速度を検出する歩行特性値検出部と、
前記撮像部で得られた映像入力信号に、前記頭部位置情報と前記歩行速度を合わせて前記表示装置に表示する映像出力信号を生成する映像表示制御部と、
を含むことを特徴とする運動評価システム。

【請求項7】

前記歩行範囲の距離を入力する運動機器情報入力部を備えており、
前記歩行特性値検出部は、前記入力された距離情報を利用して、前記運動者の歩行速度を得ることを特徴とする請求項６記載の運動評価システム。

【請求項8】

前記頭部検出部で検出された頭部位置情報を、前記運動者の頭部の大きさに基づいて補正する頭部位置補正部を含むことを特徴とする請求項６記載の運動評価システム。

【請求項9】

前記撮像部は、撮影視野のアスペクト比が、水平方向をｘ、垂直方向をｙとしたとき、ｘ＜ｙの縦向きであることを特徴とする請求項６記載の運動評価システム。

【請求項10】

前記歩行特性値検出部は、
運動の状態を識別して運動状態情報を得る運動状態識別部と、
これによって得た運動状態から反転検出パラメータを検出する反転検出パラメータ検出部と、
これによって検出された反転検出パラメータと、前記運動者の頭部の位置情報から、頭部の水平または垂直の変位量を検出し、変位量が増加から減少、または、減少から増加に変わる時刻を頭部の反転位置として検出して、反転情報を出力する反転検出部と、
この反転情報から、運動者の歩数、ピッチ、歩行速度、歩幅、バランスの少なく一つを歩行特性値として得る歩行特性値演算部と、
を含むことを特徴とする請求項６記載の運動評価システム。

【請求項11】

請求項１又は請求項６のいずれかに記載の運動評価システムの複数が、ネットワークに接続されており、
各運動評価システムによって得られた運動者情報を記録する運動者情報データ記録部が前記ネットワークに接続されており、
この運動者情報データ記録部に記録されている運動者情報が、前記ネットワークを通じて前記複数の運動評価システム間で共有されたことを特徴とする運動評価システム。

【請求項12】

いずれかの運動評価システムの表示装置に表示されている運動者の画像に、他の運動評価システムの表示装置に表示されている他の運動者の画像を並べて表示することを特徴とする請求項１１記載の運動評価システム。

【請求項13】

複数の人が利用する施設に設置され、表示装置、撮像部、音声入出力部、信号処理部を有し、
前記信号処理部は、前記表示装置、撮像部、音声入出力部と接続されて、それら表示装置、撮像部、音声入出力部の制御と信号の処理を行い、
運動者の歩行特性値を取得する過程で、表示装置による表示あるいは音声入出力部による音声の一方もしくは両方で運動者に指示を行い、
その運動者の対応から、歩行特性値に加えて、文字の認知状況もしくは音声の認知状況の一方もしくは両方を記録することを特徴とする運動評価システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、各種の身体運動を行った際の運動状態を評価する運動評価システムに関し、例えば、高齢者や障害者がリハリビテーションを目的として、歩行、トレッドミル、自転車漕ぎ、踏台昇降、などの身体運動を行ったときの運動状態の評価に好適な運動評価システムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、高齢者の健康維持においては、フレイル（加齢に伴い筋力が衰え、疲れやすくなり家に閉じこもりがちになるなど、年齢を重ねたことで生じやすい衰え全般を指す言葉）予防に、「バランスの良い食事」、「運動」、「口腔・嚥下性能のケア」、「社会とのつながり」が重要であると、言われている。普段は自宅で生活している高齢者が通う、通所介護施設などは、前記フレイル予防の重要な拠点であるが、ここで行われている利用者の健康状態の把握は、非特許文献１にあるように、体温測定、簡易機器を用いた血圧測定、脈拍測定のみである。通所介護施設の職員は、多くの利用者を同時に見なければならず、一人一人に目がまわらない。また、頻繁に顔を会せて会話しているために、利用者の健康状態のゆるやかな変化を見逃す可能性がある。

【0003】

運動について詳述すると、運動による筋肉の維持は、下記非特許文献２，３に示すように、転倒の防止だけでなく、病気のリスク低減につながっており、下半身を中心としたトレーニングが有効であると報告されている。

【0004】

下半身を中心としたトレーニングとしては、ウォーキングマシンやランニングマシンなどのトレッドミル、フィットネスバイク、踏台昇降、ローイングマシン（ボート漕ぎ）、などの数々の健康器具を用いた身体運動が行われている。そして、下半身を中心としたトレーニングの効果を可視化、もしくは評価する一手法として、歩行状態を解析する技術がある（以下「歩行評価」という）。この歩行評価の結果がリハビリテーションの運動プログラムに利用されている。歩行評価では、歩行速度(m/s)や、歩幅(cm)、ピッチ(steps/min)の他、足関節、膝関節、股関節の動き等が歩行特性値として測定される。なお、ピッチはケイデンスとも言われる。

【0005】

このような歩行評価を行う背景技術としては、例えば、下記特許文献１～３に示すものがある。まず、特許文献１の「動作解析システム、動作解析装置及びプログラム」は、被験者に測定用マーカを取り付け、２台のカメラ（ステレオカメラ）でこのマーカを検出して左右両側の動作解析を行うもので、歩行動作の際の被験者の骨盤角度、並びに、歩幅や左右重複歩幅等の距離因子、単脚支持期や両脚支持期等の時間因子といった当該被験者の左右両側の動きに関連した両側関連動作情報を算出するようにしたものである。

【0006】

特許文献２の「足跡分析装置」は、平行棒型の歩行装置で歩行する被験者をカメラで撮影して評価するもので、被験者の足元を撮影した画像から左右の足の区別を行い、各足の床面接触位置及び床面接触位置の各足の経時変化を演算し、歩行速度や、歩隔、左右の歩幅の違い、ふらつき具合などの解析を行うものである。

【0007】

特許文献３の「歩行解析システム及び方法」は、カメラではなく、赤外線センサを利用して被験者の３次元座標を検出し、歩行速度、歩行リズムの左右差、腰の曲がりを求め、速度年齢、バランス年齢、姿勢年齢を算出するものである。なお、この特許文献３に関わる製品は、下記URLのホームページに「歩行姿勢測定システム」として公開されている。
https://www.nec-solutioninnovators.co.jp/sl/walkingform/index.html

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第4863365号公報（特開2007-319347号公報）

【特許文献2】特開2004-248794号公報

【特許文献3】特開2018-69035号公報

【非特許文献1】介護の教科書、在宅介護第92回(https://www.minnanokaigo.com/news/kaigo-text/home-care/no92/)

【非特許文献2】NHK健康チャンネル「筋肉と健康・寿命の関係 筋肉量が落ちるリスクと病気について」(https://www.nhk.or.jp/kenko/atc_186.html)

【非特許文献3】NHK健康チャンネル「高齢者に効果的な筋トレと運動時のコツ 筋力・脚力をつけるトレーニング」(https://www.nhk.or.jp/kenko/atc_201.html)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、前記特許文献１に記載の背景技術では、身体全体にマーカを付ける必要があり、事前のセッティングに時間がかかる。特に、高齢者や障害者には、マーカを付けること自体が大きな負担になる。さらに、カメラ２台を用いたステレオ計測のため、カメラの事前の位置合わせなどのキャリブレーションも必要になる。

【0010】

前記特許文献２に記載の背景技術は、カメラで撮影した足元の画像から左右の足の区別や設置位置の判別をするもので、連続して撮影する画像を比較演算して検出する。しかし、足が設置している場合でも足は微妙に動いていることや、足の形状も被験者に応じて異なること、さらには、カメラが少し変位した場合でも位置補正処理が必要になるなど、足位置の検出アルゴリズムが複雑になる。

【0011】

前記特許文献３に記載の背景技術は、カメラでなく、赤外線センサを用いており、特許文献２のような複雑な検出アルゴリズムは不要である。しかし、測定位置に複数名いた場合にどちらが評価すべき運動者か分からず、本来測定すべき運動者以外の人を測定してしまう場合がある。さらに、カメラを用いていないため、被験者自身が自分の映像を確認できず、どのように測定されているのかを知ることできない。そのため、歩行を行う場合でも、このまま歩いてよいのだろうかと不安になり、ゆっくりとした歩行になりやすく、本来の正しい歩行速度を検出することができない。

【0012】

前記特許文献１～３には、以上のような課題があるが、さらに共通する課題として、カメラやセンサの位置を厳密に合わせる必要があり、それらの設置に多大の時間がかかる。また、運動者が歩行する専用スペースを室内に構築することが必要で、運動者は室内の特定の場所でしか歩行を評価することができない。さらに、歩行動作の評価しかできず、足踏みやトレッドミルを使った運動での評価はできないといった課題もある。

【0013】

本発明は、以上のような課題に着目してなされたもので、トレーニングする運動者の運動状態を、短時間で簡便に評価することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、評価対象の運動者と対向する位置に設置された表示装置と、この表示装置の近傍に設置され、前記運動者を撮影する撮像部と、前記運動者の位置情報を検出する運動者特定部と、この運動者特定部で検出された運動者の位置情報から、運動者の頭部位置情報を検出する頭部検出部と、この頭部検出部で検出した頭部位置情報から運動者の歩数、ピッチ、歩幅、歩行バランス、のいずれか一つ以上の歩行特性値を検出する歩行特性値検出部と、前記撮像部で得られた映像入力信号に、前記頭部位置情報と前記歩行特性値の少なくとも一つを合わせて前記表示装置に表示するための映像出力信号を生成する映像表示制御部とを含むことを特徴とする。

【0015】

他の発明は、マーカーにより歩行範囲が明示された歩行路と、前記歩行範囲を歩行する評価対象の運動者と対向する位置に設置された表示装置と、この表示装置の近傍に設置され、前記運動者を撮影する撮像部と、運動者の頭部位置情報を検出する頭部検出部と、この頭部検出部で検出した運動者の頭部位置情報から、少なくとも歩行速度を検出する歩行特性値検出部と、前記撮像部で得られた映像入力信号に、前記頭部位置情報と前記歩行速度を合わせて前記表示装置に表示する映像出力信号を生成する映像表示制御部と、を含むことを特徴とする。

【0016】

さらに他の発明は、複数の人が利用する施設に設置され、表示装置、撮像部、音声入出力部、信号処理部を有し、前記信号処理部は、前記表示装置、撮像部、音声入出力部と接続されて、それら表示装置、撮像部、音声入出力部の制御と信号の処理を行い、運動者の歩行特性値を取得する過程で、表示装置による表示あるいは音声入出力部による音声の一方もしくは両方で運動者に指示を行い、その運動者の対応から、歩行特性値に加えて、文字の認知状況もしくは音声の認知状況の一方もしくは両方を記録することを特徴とする。

【0017】

本発明によれば、運動者を撮像部で撮影して、その動きを検出する。このため、運動者に、マーカやセンサなどを取り付ける必要がない。また、撮像部は、運動者の頭部を捉えるように設置するだけでよく、厳密な位置調整が不要であることから、その設置は簡単に短時間で行われる。

【0018】

また、運動者の頭部の動きを検出することから、足の動きの検出のように複雑なアルゴリズムは不要であり、歩行だけなでなく、足踏みやトレッドミルなど頭部が動く各種の運動に広く応用できる。

【0019】

さらに、運動者は、撮像部に向かって運動することで、自分の映像を表示装置で確認でき、不安なく運動を行うことができる。複数の運動者がいる場合、ジェスチャや顔認証等を利用することで、評価すべき運動者が選定される。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、トレーニングする運動者の運動状態を、短時間で簡便に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施例１の全体構成を示す図である。

【図2】前記図１の信号処理部を示す図である。

【図3】前記実施例の作用を示す図である。

【図4】前記実施例の動作手順を示す図である。

【図5】本発明の実施例２の信号処理部を示す図である。

【図6】前記実施例における運動者情報データの一例を示す図である。

【図7】前記実施例における歩行特性の表示例を示す図である。

【図8】前記実施例の運動者特定の変形例を示す図である。

【図9】本発明の実施例３の全体の様子を示す図である。

【図10】前記図９を側方から見た様子を示す図である。

【図11】前記実施例３の信号処理部３３０の構成を示す図である。

【図12】前記実施例３の動作を示す図である。

【図13】(A)は前記実施例における歩行動作時の表示の例す図であり、位置調整部の他の例を示す図である。

【図14】前記実施例３における歩行特性値検出部３３８の詳細を示す図である。

【図15】本発明の実施例４を示す図である。

【図16】前記実施例４の信号処理部の構成を示す図である。

【図17】前記実施例４における画面の表示例示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の望ましい実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明するが、既に周知の技術的部分については説明を省略ないし簡略化する。

【実施例0023】

＜構成＞ 最初に、本発明の実施例１を、図１～図４を参照して説明する。本実施例は、運動者が足踏み運動を行う場合の例である。図１には、実施例の全体の様子が示されており、運動評価システム１００は、足踏み運動する運動者ＥＸの前に大型テレビなどの表示装置１１０が置かれ、運動者ＥＸは表示装置１１０を見ながら、足踏み運動を行う。

【0024】

表示装置１１０には、例えばＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）カメラのような撮像部１２０が設けられている。撮像部１２０は、運動者ＥＸを正面から撮像するように、表示装置１１０の上部の中央位置に設置されている。撮像部１２０の一部には、位置調整部１２２が設けられており、撮像部１２０の撮影方向（上下方向、左右方向）を変更することができるようになっている。なお、基本的には、撮像部１２０の撮影方向は、表示装置１１０に対して正面垂直な方向であるため、左右方向の位置調整はなくてもよい。

【0025】

また、この撮像部１２０には、広画角のレンズが具備されており（例えば画角70度）、表示装置１１０から１．５ｍ～２ｍほど離れた位置で運動する運動者ＥＸの頭部を確実に撮影できる画角になっている。さらに、撮像部１２０は、撮影する画像の画素数を変更できるようになっており、例えば、ＨＤＴＶ（高解像度テレビ）の画素数である１９２０画素×１０８０画素の他、６４０画素×３６０画素、１２８０画素×７２０画素、等に変更可能となっている。

【0026】

次に、前記撮像部１２０には、例えばパーソナルコンピュータによる信号処理部１３０がＵＳＢケーブルなどで接続されており、信号処理部１３０は、ＨＤＭＩ（登録商標）（高精細度マルチメディアインターフェース）ケーブルなどで表示装置１１０に接続されている。これにより、撮像部１２０によって得られた映像信号が信号処理部１３０に入力されるとともに、信号処理部１３０から出力された映像信号が表示装置１１０に出力されるようになっている。

【0027】

このように、本実施例によれば、足踏みする運動者ＥＸの動きを検出するセンサなどのハードウエアを運動者ＥＸに取り付けることは一切なく、それらセンサが信号処理部１３０と接続されることもない。

【0028】

図２には、前記信号処理部１３０の構成が示されている。同図に示すように、信号処理部１３０は、頭部検出部１３２、運動者特定部１３４、撮像パラメータ設定部１３６、歩行特性値検出部１３８、映像表示制御部１４０、および、これらを制御する全体制御部１４２から構成される。上述した撮像部１２０の映像入力信号は頭部検出部１３２に供給されるようになっており、映像表示制御部１４０から出力された映像出力信号は表示装置１１０に供給されるようになっている。また、撮像パラメータ設定部１３６から、撮像部設定信号が撮像部１２０に出力されるようになっている。撮像部設定信号は、撮像部１２０の露出と解像度の２つの撮影パラメータを設定するための信号である。

【0029】

これらのうち、頭部検出部１３２は、撮像部１２０から入力される映像入力信号から、運動者ＥＸの頭部の位置と大きさを検出する。特に指定がない場合には、映像入力信号で得られる画像の全域から頭部検出を行い、撮像部１２０で撮影される人物全員の頭部の位置を検出する。

【0030】

例えば、図２に示すように、撮像部１２０の前に運動者ＥＸとして、人物が３名（人物１～３）がいて、３人が撮像部１２０の画角に入っていて撮影されている場合には、（人物１～３）の頭部をそれぞれ検出する。検出した頭部の位置や大きさから、頭部位置を矩形枠として表現すると、図３(A)のようになり、映像表示制御部１４０により、この図３(A)の画像が表示装置１１０に表示される。なお、評価する人物が画面中央付近にいることが明確な場合には、画像の全域ではなく画面の中央付近のみから頭部の検出を行ってもよい。

【0031】

運動者特定部１３４は、複数の人物１～３の中から評価する人物のみを運動者ＥＸとして検出し、検出すべき運動者ＥＸの位置情報を頭部検出部１３２に送る。本実施例では、運動者ＥＸの特定にジェスチャ動作を用いる。運動者特定部１３４はジェスチャ検出部１３４Ａを備えており、ジェスチャ検出部１３４Ａは画面に映る人物１～３の目、鼻、耳、肩、腕、手、腰、膝、足先などの身体部位を検出し、これら身体部位の特定の変化（移動）から、ジェスチャ動作を検出する。例えば、手の位置が目の位置より上に移動した場合には、挙手をしたと認識するといった具合でである。

【0032】

ジェスチャ検出部１３４Ａで検出するジェスチャとしては、前記片手の挙手以外にも、両手で挙手（バンザイ）したり、敬礼したり、片足をあげたり、等様々なジェスチャ動作を検出するようにしてよい。

【0033】

図３(B)の例では、人物１が片手で挙手しているため、人物１を評価すべき運動者ＥＸとして特定する。なお、挙手は、右手、左手の区別もするようにしてよい。そして、図３(C)に示すように、特定した評価対象の人物１についてのみ運動者矩形枠ＥＸＦを残して表示する。

【0034】

このように、運動者特定部１３４は、特定した運動者ＥＸの身体部位から頭部の位置を算出する機能を備えており、運動者位置情報として頭部検出部１３２に送る。頭部検出部１３２では、複数の頭部を検出している場合には、この運動者位置情報に対応した人物の頭部情報（頭部の中心位置と大きさ）だけを、撮像パラメータ設定部１３６、歩行特性値検出部１３８、映像表示制御部１４０にそれぞれ送る。

【0035】

歩行特性値検出部１３８は、運動者ＥＸの頭部の位置情報から頭部の水平または垂直方向の変位量を検出し、この変位量が、増加から減少または減少から増加に変わる時刻における位置を頭部の反転位置として検出する。１回の反転は、足踏みの歩数の１歩に相当すると考えることができる。前記変位量が、増加から減少または減少から増加に変わるタイミングは、所定の画像フレーム間隔離れた２時刻の変位量の差分から検出することができる。つまり、所定のフレーム離れた変位量の差分が設定した閾値より小さくなった時を、反転が生じたと判断する。また、反転を検出した時刻から次の反転を検出した時刻の時間間隔が、ピッチに相当する。

【0036】

このようにして求めた歩数とピッチは、運動者ＥＸの歩行特性値ＥＸＣとして、歩行特性値検出部１３８から映像表示制御部１４０に送られる。なお、頭部の反転の検出にあたり、複数の画像フレームで検出した位置情報を加算してから差分を計算することにより、画像のノイズの影響を低減でき、より正確な反転検出を行うことができる。この反転検出では、差分をとるフレーム間隔、閾値、加算するフレーム数が反転検出のパラメータとなるが、後述する実施例３のように、運動者ＥＸの運動の状態を識別してから、この反転パラメータを設定するようにしてもよい（実施例３変形例参照）。

【0037】

次に、映像表示制御部１４０は、頭部検出部１３２から送られる頭部位置情報（頭部の中心位置と大きさ）から、図３(C)に示すように、運動者ＥＸの頭部の位置を囲むような矩形（運動者矩形枠）ＥＸＦを映像入力信号に重畳する。さらに、歩行特性値検出部１３８から送られる歩行特性値（歩数、ピッチ）ＥＸＣを更に映像に合成し、映像画面の上部位置に表示する。図示の例では、「歩数１２４歩、ピッチ０．５５」と表示されている。

【0038】

なお、撮像部１２０で撮影される映像全体を表示装置１１０に表示するのではなく、図３(D)のように、運動者ＥＸを含む領域だけを切り出して表示装置１１０の画面左側に表示して、歩行特性値ＥＸＣを画面の右側に表示するなど、表示位置の構成は適宜変更してもよい。

【0039】

次に、撮像パラメータ設定部１３６は、撮像部１２０の撮影パラメータを設定する。本実施例では、撮像部１２０の露出と解像度の２つの撮影パラメータを設定する。露出については、運動者特定部１３４で検出した運動者位置情報から運動者ＥＸの近傍の映像入力信号を加算し、輝度信号として取得する。そして、この輝度信号が所定の明るさ以上の場合には、撮像部１２０のシャッタ速度を速くするなどして露出を下げる。また、輝度信号が所定の明るさ以下の場合には、撮像部１２０のシャッタ速度を遅くするなどして露出を上げる。このような処理により、評価する運動者ＥＸを常に適切な露出で撮像することができる。

【0040】

また、解像度については、頭部検出部１３２で検出した運動者ＥＸの頭部の大きさに基づいて、適切な解像度に設定する。頭部の検出には、画素数として所定の画素数、例えば、３０画素×３０画素以上が必要である。また、頭部が大きな画素数、例えば、１５０画素以上になると、頭部の検出に多くの計算時間がかかることから、頭部はある好ましい画素範囲（例えば５０画素×５０画素～８０画素×８０画素）で検出することが好ましい。

【0041】

そこで、撮像パラメータ設定部１３６では、運動者ＥＸの頭部の大きさが、前記好ましい検出サイズの画素範囲になるように、解像度を設定する。つまり、運動者ＥＸが撮像部１２０から遠い場所（例えば５ｍ）にいる場合には、解像度を１９２０画素×１０８０画素に設定し、逆に近い場所（例えば１．５ｍ）にいる場合では、解像度を６４０画素×３６０画素に設定することで、頭部の大きさを好ましい検出範囲にすることができる。

【0042】

加えて、図２に示すように、運動用シートＥＸＳを、表示装置１１０の１．５～２ｍくらい前方に置くといった方法もある。この運動用シートＥＸＳの上で運動者ＥＸが運動することで、運動者ＥＸの足の負担を小さくするだけでなく、頭部検出部１３２で運動者ＥＸを検出する範囲を狭めることができ、複数の人が運動していても、評価する運動者ＥＸ以外の人を検出しにくくする効果がある。また、運動者ＥＸを近距離で撮影できることから、カメラ解像度も６４０画素×３６０画素とすることができ、撮影のフレームレートを高くできるなどのメリットもある。さらに、運動用シートＥＸＳに、足跡のような画像を描いておくことで、運動者ＥＸはその位置で運動するように理解し、運動用シートＥＸＳ上からはみ出さないで足踏み運動が行われるようにできる。

【0043】

＜作用＞ 次に、本実施例の全体の動作について説明する。図４には、動作手順が示されている。まず、運動者ＥＸは、表示装置１１０の正面中央から１．５～２ｍ前に置かれた運動用シートＥＸＳの上に移動する（図４，ステップＳＡ）。撮像部１２０では、連続して前方の撮影が行われ、映像入力信号が頭部検出部１３２、撮像パラメータ設定部１３６、運動者特定部１３４、映像表示制御部１４０に送られる。管理者（図示せず）は、表示装置１１０の画面に映し出される画像を見ながら、運動者ＥＸが画面のほぼ中央に映るように、位置調整部１２２を利用して撮像部１２０の撮影方向を調整する（ステップＳＢ）。撮像部１２０も運動用シートＥＸＳも表示装置１１０の正面中央に置かれていることから、運動者ＥＸは撮像部１２０と対向した位置にいる。そのため、撮像部１２０の左右方向の調整は必要なく、運動者ＥＸの身長差があることによる上下方向の調整を行うだけの簡単な操作でよい。なお、この調整では、運動者ＥＸの頭部が撮影できるように調整するだけで、厳密な位置合わせは必要ない。

【0044】

次に、図２に示すように、評価対象の人物１の後ろに人物２，３の２名がいる場合、頭部検出部１３２では、人物１，２，３の頭部を検出する（ステップＳＣ）。検出した頭部情報は、映像表示制御部１４０で矩形枠ＥＸＦが重畳され、図３(A)に示すような画像が表示装置１１０に表示される。一方、運動者特定部１３４では、ジェスチャ動作の検出を行っており、図３(B)に示すように人物１～３の誰かが左右どちらかの片手を挙げると、運動者特定部１３４でこの挙手動作を認識し（ステップＳＤ）、挙手した人物の位置情報を運動者位置情報として頭部検出部１３２に送る。

【0045】

頭部検出部１３２では、人物１，２，３の中から、送られた運動者位置情報に該当する人物（図示の例では人物１）を選択し、その人物１の頭部情報（頭部の位置と大きさ）を歩行特性値検出部１３８と、映像表示制御部１４０、撮像パラメータ設定部１３６に送る。これにより、表示装置１１０には、評価対象の運動者ＥＸのみに矩形枠ＥＸＦが重畳されて、表示される（図３(C)参照，ステップＳＥ）。また、撮像パラメータ設定部１３６では、頭部位置情報に該当する位置近傍の映像入力信号から運動者ＥＸが適正露出で撮影されるように撮像部１２０の露出が制御されるとともに、頭部が好ましい検出サイズの範囲で検出されるように、撮像部１２０の解像度が制御される（ステップＳＦ）。なお、露出に関しては、運動中の室内の明るさ変化に対応して常に露出制御が行うが、解像度に関しては、一度設定した後は運動が終了するまでは変更しない。

【0046】

歩行特性値検出部１３８では、頭部位置情報の変化から歩数とピッチの歩行特性値が検出される。そして、映像表示制御部１４０で、図３(C)ないし(D)のように、映像入力画像に対して運動者ＥＸの頭部の位置に運動者矩形枠ＥＸＦが重畳されるとともに、歩数やピッチなどの歩行特性値ＥＸＣも併せて表示装置に表示される（ステップＳＧ）。

【0047】

＜効果＞ 以上のように、本実施例によれば、次のような効果が得られる。
ａ，表示装置１１０に取り付けた撮像部１２０のみで運動者ＥＸの動きを捉えることから、運動者ＥＸにマーカやセンサなどを取り付ける必要がない。
ｂ，撮像部１２０は、運動者ＥＸの頭部を捉えるように調整するだけでよいことから、機器の設置において厳密な位置調整が不要で、短時間で簡単に設置作業を行うことができる。
ｃ，運動者ＥＸの頭部の動きだけを検出することから、足の検出のように複雑な認識のアルゴリズムは不要である。また、運動者ＥＸは、表示装置１１０に向かって運動することで、自分の映像を表示装置１１０で確認できることから、運動者ＥＸは不安なく運動を行うことができる。
ｄ，運動者ＥＸのジェスチャ動作を認識することで、複数の人物１～３がいても、評価すべき運動者ＥＸを確実に選定できる。
ｅ，選定した運動者ＥＸの頭部情報から撮像部１２０の露出を適切に設定することから、運動者ＥＸの周辺の明るさが変化するような環境であっても、確実に運動者ＥＸの頭部を検出できる。
ｆ，撮像部１２０の解像度を適切に設定することから、運動者ＥＸの運動する位置が所定の位置から離れていても、確実に運動者ＥＸの頭部を検出できる。

【実施例0048】

次に、図５～図８を参照して、本発明の実施例２について説明する。なお、上述した実施例１と共通ないし対応する構成要素には、同一の符号を用い、その説明を省略する。以下の実施例についても、同様である。前記実施例１では、ジェスチャ動作を用いて評価対象の運動者ＥＸの特定を行った。しかしながら、高齢者の中には、手足が悪く、挙手ができない人もいる。また、ウォーキングマシンなどのトレッドミルでは、両手で手摺りを握って運動するが、挙手のために手を放すことは、危険も伴う。そこで、本実施例では、ジェスチャを使わなくても確実に運動者を特定できる方法として、顔認証を用いる例を説明する。本実施例では、運動者ＥＸを事前に登録しておき、登録された運動者ＥＸが所定の位置に来ると、運動者ＥＸを顔認証することで評価対象者として特定することが特徴である。

【0049】

＜構成＞ 図５には、本実施例の信号処理部２３０の構成を示す。同図において、信号処理部２３０の運動者特定部２３４は、顔認証学習部２３４Ａと、顔認証部２３４Ｂとから構成される。顔認証学習部２３４Ａは、運動する複数の人の顔画像とユーザＩＤを学習させて顔認証用データを作成する。顔認証部２３４Ｂは、この顔認証用データを用いて、撮像部１２０で撮像された頭部画像データと顔認証用データから顔認証処理を行い、画像内で検出された頭部の人物に対応するユーザＩＤとその位置を検出する。ユーザＩＤは、運動者情報データ記録部２５０に送られるとともに、位置情報は運動者位置情報として頭部検出部２３２へ送られる。

【0050】

なお、画像内に複数の人物がいても、運動者ＥＸとして登録していなければ、運動者ＥＸのユーザＩＤだけが検出できる。もし、運動者以外に登録した人物がいた場合には、その人物のユーザＩＤも検出してしまうが、トレッドミルを表示装置１１０の正面中央に置くことで、正面中央付近のユーザＩＤを優先して選択する。なお、ユーザＩＤの代わりに、運動者ＥＸの氏名やニックネームを学習させてもよい。

【0051】

運動者情報データ記録部２５０には、図６に具体例を示すように、ユーザＩＤに対応した、氏名、疾病情報、歩行評価情報、運動履歴情報などが記録されている。運動履歴情報は、運動を行った時に得られた歩行特性値で、運動後に追記される。歩行評価情報は、後述する実施例で説明するような歩行評価の結果が記載されている。なお、この運動者情報データ記録部２５０は、信号処理部２３０内でなく、クラウド上に置いてもよく、その場合には、様々な場所から運動者情報データ記録部２５０にアクセスできるというメリットがある。

【0052】

運動機器情報入力部２５２は、運動機器の情報を入力するためのものである。例えば、ウォーキングマシンの場合、ベルトが動く速度（トレッドミル速度）が入力され、歩行特性値検出部２３８に送られる。歩行特性値検出部２３８では、前記実施例１のように得られた、歩数、ピッチの情報とトレッドミル速度Ｖ(cm/s)から、次の数式に基づいて歩幅を求める。
歩幅(cm)＝Ｖ＊ピッチ(s/step)

【0053】

ここで、運動者ＥＸの頭部の横方向移動と縦方向移動を２次元にプロットすると、図７(A)，(B)のような曲線が得られる。これは、歩行評価では、前額面のリサージュ曲線と呼ばれるものである。図７(A)は歩行動作の場合を示し、図７(B)はその場で足踏みした場合を示す。これらに示すように、歩行動作では、左右の動きだけでなく上下の動きもあるのに対し、足踏み動作では、上下の動きがほとんどない。これらのリサージュ曲線は、左右対称が望ましいが、バランスが悪いと非対称となることから、対称性を評価することで歩行時のバランスを算出することができる。

【0054】

＜作用＞ 次に、本実施例の全体の動作について説明する。まず、運動者ＥＸは、表示装置１１０の正面前方１．５～２ｍの位置に置かれたウォーキングマシンに乗り、運動を開始する。撮像部１２０では、連続して撮影が行われ、映像入力信号が頭部検出部２３２、撮像パラメータ設定部２３６、運動者特定部２３４、映像表示制御部２４０に送られる。管理者は、表示装置１１０の画面に映し出される画像を見ながら、実施例１と同じように運動者ＥＸが画面のほぼ中央に映るように、位置調整部１２２による位置調整を行う。ウォーキングマシンが表示装置１１０の正面中央に設置されているので、前記調整は、主として上下方向の位置調整となる。

【0055】

そして、運動者特定部２３４では、ウォーキングマシンで運動する運動者ＥＸの顔認証を行う。顔認証学習部２３４Ａで作成された顔認証用データから、運動者特定情報としてユーザＩＤを取得する。そして、このユーザＩＤに基づき、運動者情報データ記録部２５０から運動者ＥＸの運動者情報が読み出され、映像表示制御部２４０に送られる。歩行特性値検出部２３８では、頭部情報の変位から算出される歩数、ピッチと運動機器情報入力部２５２で入力されたトレッドミル速度から歩幅が計算される。また、頭部位置情報の変位を利用して前額面のリサージュ曲線とバランス情報が算出され、映像表示制御部２４０にて、運動者ＥＸの映像と合成されて、図７(C)に示す画像が表示装置１１０に表示される。

【0056】

図示の例では、画面左側に運動者ＥＸの画像が示されており、画面右側に歩行者特性値ＥＸＣとリサージュ曲線ＥＸＬが表示されている。なお、画面の上方に運動者特定部２３４で検出された運動者氏名も表示されている例を示しているが、前回の運動履歴情報なども併せて表示してもよい。

【0057】

＜効果＞ 本実施例によれば、実施例１と異なる効果として、ジェスチャ動作でなく運動者の顔を認証することで運動者を特定した。そのため手足の悪い高齢者や、手を放すことは危険なウォーキングマシンなどのトレッドミル運動などの場合にも安全に適用することができる。また、運動者ＥＸの氏名がわかることから、表示画面に運動者ＥＸの氏名を表示し、運動者ＥＸのモチベーションをさらに高めることもできる。さらに、歩幅や前額面のリサージュ曲線、バランス情報も提示することができ、運動者ＥＸは、より多くの歩行特性情報を得ることができる。

【0058】

なお、本実施例の変形例として、顔認証の変わりにＱＲコード（登録商標）などの二次元バーコードを利用することもできる。運動開始前に、ユーザＩＤ等を記録した二次元バーコードを作成・印刷し、運動者ＥＸは、この印刷した二次元バーコードを、図８(A)のようにストラップ付ホルダーに入れて首にかける。運動者特定部２３４には、図８(B)に示す二次元バーコード読み取り部２３４Ｃがあり、二次元バーコードから運動者特定情報としてユーザＩＤを読み取る。また、二次元バーコードの位置自体は運動者の頭部と一致はしないが、検出した二次元バーコード位置のやや上の部分（例えば、５０画素上の位置）を運動者位置情報として出力する。このように、二次元バーコードを利用すれば、運動者ＥＸの顔画像を事前に撮影したり、顔認証用データを作成したりする必要がない。また、二次元バーコードの代わりに一次元のバーコードなどを用いてもよい。

【0059】

二次元バーコードは、ストラップ付ホルダーに入れて首にかける他、クリップのようなもので運動者ＥＸの服に取り付けてもよい。また、二次元バーコードの画像を運動者ＥＸのスマートホンやスマートウォッチに入れておき、運動開始時にはそれらスマートホンやスマートウォッチの画面に二次元バーコードを表示して、それを撮像部１２０に向けるようにしてもよい。