特許 7175045 画像解析システム、画像解析装置、画像解析方法及び画像解析プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-10

(45)【発行日】2022-11-18

(54)【発明の名称】画像解析システム、画像解析装置、画像解析方法及び画像解析プログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20221111BHJP

   G06T 7/00 20170101ALI20221111BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 210

G06T7/00 660Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021182653

(22)【出願日】2021-11-09

【審査請求日】2021-11-09

(73)【特許権者】

【識別番号】521373696

【氏名又は名称】株式会社フットルック

(74)【代理人】

【識別番号】100200333

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100121887

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 好章

(72)【発明者】

【氏名】舩越 達

(72)【発明者】

【氏名】下田 英毅

【審査官】▲高▼木 尚哉

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１６８５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３２９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０９５４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０６－５／２２

Ｇ０６Ｔ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定者の部位の画像情報を読み取る画像読取装置と、前記画像情報を用いて前記部位に関する解析を行う画像解析装置と、を備える画像解析システムであって、
前記画像読取装置が、
前記被測定者の部位が接触する接触板と、
前記接触板に対して、前記部位が接触している面の反対側の面に光を照射することにより、前記画像情報を取得する画像取得部と、を備え、
前記画像解析装置が、
前記画像情報から、前記部位が前記接触板に接触している接触領域を検出し、前記接触領域に関する接触情報を求める接触領域検出部と、
前記接触情報を基に求められる、前記接触領域の面積を二等分する、直交する２本の二等分線の交点の位置を、前記被測定者の重心位置として求める重心検出部と、を備え、
前記重心検出部が、
前記接触情報を基に、前記接触領域全体を含む矩形状の領域を、前記重心位置を探索する探索領域として設定する探索領域設定部と、
前記探索領域の縦方向の辺である２本の縦辺間の中央に第１分割線を設定し、前記第１分割線と一方の前記縦辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積と、前記第１分割線と他方の前記縦辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積の差が最小となるように前記第１分割線を移動し、前記移動された第１分割線を前記二等分線の１本とし、第１二等分線として出力する第１二等分線決定部と、
前記探索領域の横方向の辺である２本の横辺間の中央に第２分割線を設定し、前記第２分割線と一方の前記横辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積と、前記第２分割線と他方の前記横辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積の差が最小となるように前記第２分割線を移動し、前記移動された第２分割線を前記二等分線のもう１本とし、第２二等分線として出力する第２二等分線決定部と、
前記第１二等分線と前記第２二等分線の交点の位置を前記重心位置とする重心決定部と、を備えることを特徴とする画像解析システム。

【請求項2】

前記部位が足裏である請求項１に記載の画像解析システム。

【請求項3】

被測定者の部位の画像情報を用いて前記部位に関する解析を行う画像解析装置であって、
前記被測定者の部位を接触板に接触させて取得される前記画像情報を入力し、
前記画像情報から、前記部位が前記接触板に接触している接触領域を検出し、前記接触領域に関する接触情報を求める接触領域検出部と、
前記接触情報を基に求められる、前記接触領域の面積を二等分する、直交する２本の二等分線の交点の位置を、前記被測定者の重心位置として求める重心検出部と、を備え、
前記重心検出部が、
前記接触情報を基に、前記接触領域全体を含む矩形状の領域を、前記重心位置を探索する探索領域として設定する探索領域設定部と、
前記探索領域の縦方向の辺である２本の縦辺間の中央に第１分割線を設定し、前記第１分割線と一方の前記縦辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積と、前記第１分割線と他方の前記縦辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積の差が最小となるように前記第１分割線を移動し、前記移動された第１分割線を前記二等分線の１本とし、第１二等分線として出力する第１二等分線決定部と、
前記探索領域の横方向の辺である２本の横辺間の中央に第２分割線を設定し、前記第２分割線と一方の前記横辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積と、前記第２分割線と他方の前記横辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積の差が最小となるように前記第２分割線を移動し、前記移動された第２分割線を前記二等分線のもう１本とし、第２二等分線として出力する第２二等分線決定部と、
前記第１二等分線と前記第２二等分線の交点の位置を前記重心位置とする重心決定部と、を備えることを特徴とする画像解析装置。

【請求項4】

被測定者の部位の画像情報を用いて前記部位に関する解析を行う画像解析方法であって、
前記被測定者の部位を接触板に接触させて取得される前記画像情報を入力する入力ステップと、
前記画像情報から、前記部位が前記接触板に接触している接触領域を検出し、前記接触領域に関する接触情報を求める接触領域検出ステップと、
前記接触情報を基に求められる、前記接触領域の面積を二等分する、直交する２本の二等分線の交点の位置を、前記被測定者の重心位置として求める重心検出ステップと、を含み、
前記重心検出ステップが、
前記接触情報を基に、前記接触領域全体を含む矩形状の領域を、前記重心位置を探索する探索領域として設定する探索領域設定ステップと、
前記探索領域の縦方向の辺である２本の縦辺間の中央に第１分割線を設定し、前記第１分割線と一方の前記縦辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積と、前記第１分割線と他方の前記縦辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積の差が最小となるように前記第１分割線を移動し、前記移動された第１分割線を前記二等分線の１本とし、第１二等分線とする第１二等分線決定ステップと、
前記探索領域の横方向の辺である２本の横辺間の中央に第２分割線を設定し、前記第２分割線と一方の前記横辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積と、前記第２分割線と他方の前記横辺で挟まれた範囲における前記接触領域の面積の差が最小となるように前記第２分割線を移動し、前記移動された第２分割線を前記二等分線のもう１本とし、第２二等分線とする第２二等分線決定ステップと、
前記第１二等分線と前記第２二等分線の交点の位置を前記重心位置とする重心決定ステップと、を含むことを特徴とする画像解析方法。

【請求項5】

コンピュータに、請求項４に記載の画像解析方法を実行させるための画像解析プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定者の足の裏等の部位に関して重心位置の解析等を行う画像解析システム、画像解析装置、画像解析方法、及び画像解析プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

直立した状態での人の足の裏（足裏）の画像（以下、「足裏画像」とする）が、病院、靴屋等で利用されている。例えば、病院や整骨院では、足裏画像から足の裏にかかる圧力の分布や重心の位置を求めることにより、体のバランスや歪み等の診断に利用することができる。足指の角度を計算することにより、外反母趾や内反小趾の診断に利用することができる。靴屋では、足裏画像から足裏の長さや横幅等を測定することにより、顧客に適切な靴の選定を行うことができ、オーダーメイドでの靴の提供にも利用できる。

【0003】

足裏画像から求められる情報の１つである重心位置については、圧力センサや荷重センサ等を使用して求める方法が多く提案されている（例えば、特開２００９－２５４８１１号公報（特許文献１））。重心は、物体の各部分に働く重力の合力が作用するとみなされる点であるから、モーメント演算により重心位置を求めるべく、モーメント演算に使用する圧力を圧力センサや荷重センサ等により検出する。一方、センサを使用する方法はコストの増加や装置の複雑化等を招くとして、低コスト化や装置のコンパクト化等を図るために、足裏画像を利用して重心位置を求める方法が提案されている。

【0004】

例えば、特開２００９－２３２９４２号公報（特許文献２）に開示されている重心位置解析法では、足の底圧は足裏画像の接地面画像の輝度と相関していることを利用して重心位置を求めている。被測定者は内部に光を投射させたガラス板の上に足を載せ、ガラス板の下から被測定者の足を撮影する。この際、皮膚接触部分では光は乱反射するが、皮膚のガラスへの接触面積は圧力に比例して増大するので、接触面の光の量は圧力に比例して輝度値（光量）が増加することになる。よって、足裏画像の接地部領域の各画素での輝度値と座標軸（Ｘ座標、Ｙ座標）との積の全画素の合計を輝度モーメントとして計算し、その輝度モーメントを接地部領域の全輝度値の合計で除することで、足の重心位置（重心座標）を求めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００９－２５４８１１号公報

【文献】特開２００９－２３２９４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献２の方法で重心位置を求めるためには、接地部領域の全画素での輝度値と座標軸との積和演算、接地部領域の全輝度値の加算演算等が必要であり、演算量は少なくない。

【0007】

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、足裏画像等の画像情報から、演算量を抑えた簡易な方法で重心位置を求めることができる画像解析システム、画像解析装置、画像解析方法、及び画像解析プログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、被測定者の部位の画像情報を読み取る画像読取装置と、前記画像情報を用いて前記部位に関する解析を行う画像解析装置と、を備える画像解析システムに関し、本発明の上記目的は、前記画像読取装置が、前記被測定者の部位が接触する接触板と、前記接触板に対して、前記部位が接触している面の反対側の面に光を照射することにより、前記画像情報を取得する画像取得部と、を備え、前記画像解析装置が、前記画像情報から、前記部位が前記接触板に接触している接触領域を検出し、前記接触領域に関する接触情報を求める接触領域検出部と、前記接触情報を基に求められる、前記接触領域の面積を二等分する少なくとも２本の二等分線の交点より、前記被測定者の重心位置を求める重心検出部と、を備えることにより達成される。

【0009】

また、本発明は、被測定者の部位の画像情報を用いて前記部位に関する解析を行う画像解析装置に関し、本発明の上記目的は、前記被測定者の部位を接触板に接触させて取得される前記画像情報を入力し、前記画像情報から、前記部位が前記接触板に接触している接触領域を検出し、前記接触領域に関する接触情報を求める接触領域検出部と、前記接触情報を基に求められる、前記接触領域の面積を二等分する少なくとも２本の二等分線の交点より、前記被測定者の重心位置を求める重心検出部と、を備えることにより達成される。

【0010】

また、本発明は、被測定者の部位の画像情報を用いて前記部位に関する解析を行う画像解析方法に関し、本発明の上記目的は、前記被測定者の部位を接触板に接触させて取得される前記画像情報を入力する入力ステップと、前記画像情報から、前記部位が前記接触板に接触している接触領域を検出し、前記接触領域に関する接触情報を求める接触領域検出ステップと、前記接触情報を基に求められる、前記接触領域の面積を二等分する少なくとも２本の二等分線の交点より、前記被測定者の重心位置を求める重心検出ステップと、を含むことにより達成される。

【0011】

さらに、本発明の上記目的は、コンピュータに、上記の画像解析方法を実行させるための画像解析プログラムにより達成される。

【発明の効果】

【0012】

本発明の画像解析システム、画像解析装置、画像解析方法、及び画像解析プログラムによれば、被測定者の部位が接触板に接触している接触領域の面積を基にして重心位置を求めるので、多くの演算量を必要とする演算を用いずに、簡易な方法で画像情報から重心位置を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る画像解析システムの構成例（第１実施形態）を示す図である。

【図2】画像読取装置の使用例及び動作例を説明するための平面図である。

【図3】画像解析装置の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。

【図4】重心検出部の構成例を示すブロック図である。

【図5】探索領域の設定例を示すイメージ図である。

【図6】画像解析システムの動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。

【図7】重心検出部の動作例を示すフローチャートである。

【図8】接触情報及び重心位置の表示例を示す図である。

【図9】画像解析装置の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。

【図10】画像解析装置の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。

【図11】モアレ画像の表示例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明では、被測定者の足裏等の部位を接触板に接触させて撮影された画像（画像情報）から、部位が接触板に接触している領域である接触領域を検出し、接触領域の面積を基に重心位置を求める。具体的には、接触領域における各点の圧力はバラツキが少ないと推測し、接触領域の面積を二等分する二等分線を複数求め、それらの二等分線の交点から重心位置を求める。重心を通る線が必ずしも面積を二等分するとは限らないが、二等分線の中には重心を通るものがあり、少なくとも重心の近傍を通るので、二等分線の交点の位置を近似的に重心位置とする。交点が複数ある場合は、それらの交点から求められる点、例えば幾何中心（重心）等の位置を重心位置とする。

【0015】

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付し、説明を省略することがある。また、以下では、本発明を実施するための主要な構成及び動作を中心にして説明しており、本発明を実施するために必要となる汎用的な処理、例えばデータ送受信処理、画面表示処理等については説明を簡略又は省略している。

【0016】

本発明に係る画像解析システムの構成例（第１実施形態）を図１に示す。なお、本実施形態の画像解析システムの解析対象は足裏とするが、その他の人体の部位、例えば手のひら等も解析の対象とすることができる。

【0017】

図１に示されるように、画像解析システム１は、画像読取装置１０及び画像解析装置２０を備え、画像読取装置１０と画像解析装置２０はケーブル３０で接続されている。

【0018】

画像読取装置１０は一般的なコピー機が有しているスキャナ機能と同様な機能を有しており、ガラス板（接触板）１１に載置された対象物をスキャンして、画像として取り込む。本実施形態では、被測定者はガラス板１１の上に両足を載せて直立した状態となって足裏をスキャンされるので、ガラス板１１は被測定者の体重に耐えうる強度が必要であり、例えば耐荷重２００ｋｇを持つように設計されており、被測定者の両足が載るだけの十分な面積をもつ矩形状に形成されている。

【0019】

図２は画像読取装置１０の平面図である。画像読取装置１０は略直方体の形状をしており、面積が広い上面にガラス板１１が嵌着されている。図２において、上面の長辺の方向（図２での縦方向）をＸ軸、短辺の方向（図２での横方向）をＹ軸とし、右下端を原点とする。被測定者は、つま先と踵を結ぶ線がＹ軸と略同じ方向で、両足がＸ軸上で並ぶように、破線で示した位置に、直立した状態で、両足をガラス板１１に載せる。

【0020】

画像読取装置１０は、装置内部に光源、ミラー、レンズ及び画像読取手段（図示せず）を備え、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）方式で対象物の画像を取り込む。即ち、光源として白色光を用い、ガラス板１１に載せられた対象物を、対象物が載せられた面とは反対の面から光源で照らし、その反射光がミラーで反射され、レンズを通って画像読取手段に対象物の像が入力される。光源は、図２（Ａ）に示されるＹ軸方向の端から端までの１行を照射するようになっており、一定の速度でＸ軸方向に移動する。よって、画像読取手段には縮小された光の像が帯状に順次入力されることになる。画像読取手段は光信号を電気信号に変換するＣＣＤイメージセンサ、アナログ・デジタル変換を行うＡ／Ｄコンバータ等で構成され、順次入力される光の像を、赤（Red）、緑（Green）及び青（Blue）で表現されるＲＧＢ色空間の値（以下、「ＲＧＢ値」とする）に変換し、画像情報Ｖｄとして出力する。Ｙ軸方向の１行分の画像情報Ｖｄは、図２（Ａ）において右から左の順序で出力されるので、画像読取装置１０は、図２（Ｂ）に示される矢印の順序で、画素単位で画像情報Ｖｄを出力することになる。画像情報ＶｄであるＲＧＢ値は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色を２５６階調（０～２５５）で表した値となっており、画像情報Ｖｄは画素毎のＲＧＢ値であるｖｒ_ｉ、ｖｇ_ｉ及びｖｂ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｉ、Ｉは画素数）で構成されている。なお、光源、ミラー、レンズ及び画像読取手段より画像取得部が構成される。

【0021】

このように、画像読取装置１０は、一般のコピー機が有する機能の内のスキャン機能のみを応用しているので、ピドスコープ等の従来の画像読取装置に比べると、コンパクトな構造となっている。

【0022】

なお、画像読取装置１０は、ＣＣＤ方式ではなく、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）方式で対象物の画像を取り込んでも良い。この場合、ミラーは不要となり、光源としてＲＧＢ３原色のＬＥＤを使用し、画像読取手段ではＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを使用する。また、画像読取装置１０は、対象物をスキャンして画像を取り込むのではなく、ガラス板１１全体を撮影する機能を搭載し、対象物が載せられた面とは反対の面を１回撮影することにより、対象物の画像を取り込むようにしても良い。

【0023】

画像解析装置２０は、画像情報Ｖｄから被測定者の足裏の重心位置Ｃｄを求め、重心の相対的な位置が視覚的にわかるように表示する。

【0024】

画像解析装置２０の構成例を図３に示す。画像解析装置２０は、入力制御部２１、画像記憶部２２、接触領域検出部２３、接触情報記憶部２４、重心検出部２５及び表示制御部２６を備える。画像解析装置２０としては、デスクトップ型パソコンやノートパソコン等を使用し、入力制御部２１、接触領域検出部２３、重心検出部２５及び表示制御部２６は、パソコンで動作するプログラムとして実現される。なお、図３には本実施形態で必要な構成要素のみを示しており、パソコンが有するその他のハードウェア及びソフトウェアの構成要素は示していない。また、画像解析装置２０として、パソコンではなく、専用の装置を使用しても良い。

【0025】

入力制御部２１は、画像読取装置１０に対象物のスキャンを開始させ、画像読取装置１０から送信される画像情報Ｖｄを入力し、画像記憶部２２に格納する。

【0026】

画像解析装置２０を構成するパソコンの画面上に、画像読取装置１０に対象物のスキャンを開始させるための動作開始ボタンを設け、パソコンに接続しているマウス等により動作開始ボタンを押すと、入力制御部２１はそのことを検知し、画像読取装置１０に対して動作開始信号Ｓｇを送信する。画像読取装置１０は、動作開始信号Ｓｇを受信したら、対象物のスキャンを開始する。なお、パソコンの画面上に動作開始ボタンを設けるのではなく、パソコンに接続しているキーボードの任意のキー（例えば、Ｅｎｔｅｒキー等）を動作開始ボタンとして使用しても良い。また、画像解析装置２０ではなく、画像読取装置１０に動作開始ボタンを設けても良い。この場合、動作開始信号Ｓｇの送受信は不要となるが、動作開始ボタンを押す前に、画像解析装置２０を起動させ、画像読取装置１０から送信される画像情報Ｖｄを受信できる状態にしておく必要がある。

【0027】

画像読取装置１０からは、図２（Ｂ）に示される矢印の順序で画像情報Ｖｄが送信されるので、入力制御部２１は、画像読取装置１０でのスキャン終了まで画像情報Ｖｄを順次入力し、その順序通りに画像情報Ｖｄを画像記憶部２２に格納する。例えば、順次出力される画像情報Ｖｄを、アドレスの昇順で画像記憶部２２に格納していく。

【0028】

画像記憶部２２は、入力制御部２１から出力される画像情報Ｖｄを記憶する。画像記憶部２２は、画像読取装置１０での１回のスキャンにより生成される画像情報Ｖｄを１つのファイルとして記憶しても良い。

【0029】

接触領域検出部２３は、画像記憶部２２に記憶されている画像情報Ｖｄから接触領域を検出し、接触領域に関する情報（接触情報）Ｔｄとして出力する。

【0030】

接触領域検出部２３は、画像解析装置２０が足裏全体における重心位置を的確に把握できるような画像を表示するために、接触領域だけではなく、ガラス板１１に接触していない足裏の領域（以下、「非接触領域」とする）も検出する。つまり、接触領域検出部２３は、足裏画像を、接触領域、非接触領域、及びガラス板１１にて足が載っていない足裏以外の領域（以下、「非足裏領域」とする）の３つの領域に区分する。そのために、接触領域検出部２３は、画像情報Ｖｄに含まれる色情報を用いて、接触領域及び非接触領域を検出する。

【0031】

人体の表面には毛細血管が張り巡っているので、被測定者の部位を接触板に接触させて、接触した部位の皮膚に圧力を加えると、圧力が加わった箇所の毛細血管が圧迫され、血流が抑制される。人体の皮膚、特に手のひらや足裏の皮膚の色は、毛細血管内の血液の色である赤色を反映した色となっているので、皮膚に圧力が加わっていない通常の血流での皮膚の色と、皮膚に圧力が加わり抑制された血流での皮膚の色には違いが生じる。このような違いが生じる皮膚の色を反映した色情報を用いることにより、接触領域及び非接触領域を検出することができる。特に、人体の足裏の色は、病気等による異常がない場合、人種、性別、年齢に関わらず、圧力が加わっていない状態では、メラニンや毛細血管内の血液の色を反映して、肌色（うすだいだい、ペールオレンジ）となっている。足裏に圧力が加わると、上述のように毛細血管内の血流が抑制されるので、色が白色に変化する。このように圧力を加えることにより足裏の色が肌色から白色に変化する現象を利用して、接触領域検出部２３は、画像情報Ｖｄから接触領域及び非接触領域を検出する。つまり、接触領域検出部２３は、接触領域及び非接触領域に対して、白色に関連する色の範囲及び肌色に関連する色の範囲をそれぞれ設定して対応付け、それら以外の色の範囲は非足裏領域に対応付ける。そして、その設定に基づいて、画像情報Ｖｄ中の各画素が属する領域を決定する。各領域に対して特定の番号（以下、「領域番号」とする）を、例えば、接触領域に１、非接触領域に２、非足裏領域に０を設定することとし、接触情報Ｔｄは、画素毎に決定された領域番号ｒ_ｉ（以下、「領域値」とする）で構成される。

【0032】

接触領域検出部２３は、ＲＧＢ値を入力とし、領域値を出力とする関数Ｆを用いて、画像情報Ｖｄから接触情報Ｔｄを求める。画像記憶部２２に記憶されている画像情報Ｖｄ中のＲＧＢ値ｖｒ_ｉ、ｖｇ_ｉ及びｖｂ_ｉを格納された順序で読み出し、関数Ｆを用いて領域値ｒ_ｉを求め、接触情報Ｔｄとして順次出力する。関数Ｆは条件判定も含んだ関数である。例えば、以下の（１）～（５）の処理全体を関数Ｆとして定義する。

【0033】

（１）ＲＧＢ値ｖｒ_ｉ、ｖｇ_ｉ及びｖｂ_ｉを色相（Hue）、彩度（Saturation）及び明度（Value）で表現されるＨＳＶ色空間の値（以下、「ＨＳＶ値」とする）ｖｈ_ｉ、ｖｓ_ｉ及びｖｖ_ｉに変換する。

【0034】

（２）肌色に対応するＨ（色相）及びＶ（明度）の範囲（以下、「肌色範囲」とする）を予め設定し、ｖｈ_ｉ及びｖｖ_ｉが肌色範囲に属するか判定する。

【0035】

（３）ｖｈ_ｉ及びｖｖ_ｉが肌色範囲に属する場合、Ｓ（彩度）に対して０から所定の値までを２つの範囲に分け、前半の範囲に領域番号１（接触領域）を、後半の範囲に領域番号２（非接触領域）を割り当て、ｖｓ_ｉが属する範囲を調べる。

【0036】

（４）ｖｓ_ｉが属する範囲がある場合、その範囲に対して設定されている領域番号を領域値ｒ_ｉとする。

【0037】

（５）ｖｈ_ｉ及びｖｖ_ｉが肌色範囲に属さない場合、又は、ｖｓ_ｉが属する範囲がない場合、領域値ｒ_ｉを０（非足裏領域）とする。

【0038】

なお、関数Ｆとして、上記（２）及び（３）のように肌色に関連する色の範囲及び白色に関連する色の範囲（肌色範囲において、Ｓ＝０は白色に相当する）を設定しての処理を行うのであれば、上記（１）～（５）以外の処理を定義しても良い。または、ＲＧＢ値から算出される輝度等を用いて、関数Ｆを定義しても良い。

【0039】

接触情報記憶部２４は、接触領域検出部２３から出力される接触情報Ｔｄを記憶する。接触情報Ｔｄは、図２（Ｂ）の矢印で示される順序と同じ順序で出力されるので、接触情報記憶部２４でも、その順序を保持するように接触情報Ｔｄが記憶される。例えば、順次出力される接触情報Ｔｄを、アドレスの昇順で接触情報記憶部２４に記憶していく。

【0040】

重心検出部２４は、接触情報記憶部２４に記憶されている接触情報Ｔｄを用いて、重心位置Ｃｄを検出する。重心検出部２４は、接触領域の面積を基に、重心位置Ｃｄを求める。具体的には、接触領域を含む、重心位置Ｃｄを探索するための探索領域を設定し、その探索領域に対して接触領域の面積を二等分する、直交する２本の二等分線を求め、それらの交点の位置を重心位置Ｃｄとする。

【0041】

重心検出部２４の構成例を図４に示す。重心検出部２４は探索領域設定部２５１、二等分線決定部２５２（第１二等分線決定部）及び２５３（第２二等分線決定部）、並びに重心決定部２５４を備え、接触情報Ｔｄは、探索領域設定部２５１、二等分線決定部２５２及び２５３に入力される。

【0042】

探索領域設定部２５１は、接触情報Ｔｄに対して探索領域を設定する。探索領域として、接触領域及び非接触領域（以下、両領域を合わせて「足裏領域」とする）を含む矩形状の領域を設定する。探索領域の設定例を示すイメージを図５に示す。図５において、図２にて定義されたＸ軸及びＹ軸は、横方向がＸ軸、縦方向がＹ軸となり、左下端が原点となる。また、足裏領域１０１は接触領域と非接触領域が区別されずに一体として記載されている。接触情報Ｔｄは、図５の実線で示される矩形状に配列された画素と同様の構成が形成される並びで、画素毎に領域値ｒ_ｉを有する。この接触情報Ｔｄに対して、探索領域１０２は、図５の破線で示されるように、外周が足裏領域１０１と接する矩形状の領域として設定される。即ち、足裏領域１０１の左右端に接してＹ軸と平行な縦方向の辺である縦辺１０２Ａ及び１０２Ｂと、足裏領域１０１の上下端に接してＸ軸と平行な横方向の辺である横辺１０２Ｃ及び１０２Ｄからなる矩形内部を探索領域１０２とする。領域値ｒ_ｉが１は接触領域を、２は非接触領域を表すので、領域値ｒ_ｉから足裏領域１０１を判別し、足裏領域１０１内の各画素のＸ軸及びＹ軸上での位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を基に、縦辺１０２Ａ及び１０２Ｂ並びに横辺１０２Ｃ及び１０２Ｄを設定する。即ち、足裏領域１０１内の各画素のＸ座標の中で最小のＸ座標の線を縦辺１０２Ａ、最大のＸ座標の線を縦辺１０２Ｂとし、各画素のＹ座標の中で最大のＹ座標の線を横辺１０２Ｃ、最小のＹ座標の線を横辺１０２Ｄとする。設定された縦辺１０２Ａ及び１０２Ｂは縦辺情報Ｓｖとして、横辺１０２Ｃ及び１０２Ｄは横辺情報Ｓｈとして出力される。縦辺情報Ｓｖは二等分線決定部２５２に、横辺情報Ｓｈは二等分線決定部２５３にそれぞれ入力される。

【0043】

二等分線決定部２５２は、接触情報Ｔｄ及び縦辺情報Ｓｖより、縦辺１０２Ａ及び１０２Ｂと平行で、接触領域の面積を二等分する二等分線（第１二等分線）を求める。縦辺１０２Ａと１０２Ｂの間に分割線（第１分割線）を設定し、その分割線を移動させることにより、二等分線を求める。

【0044】

二等分線決定部２５２は、まず、縦辺１０２Ａと１０２Ｂの間の中央に、縦辺１０２Ａ及び１０２Ｂと平行な分割線を設定する。そして、縦辺１０２Ａと分割線で挟まれた範囲での接触領域の面積と、分割線と縦辺１０２Ｂで挟まれた範囲での接触領域の面積を比較する。両面積が等しい場合、設定した分割線を二等分線とする。両面積が等しくない場合、面積が大きい接触領域を含む範囲の方に、分割線を所定の距離（例えば、画素の幅）だけ移動する。移動後の分割線に対して、上述のような両範囲での接触領域の面積を比較し、比較結果に応じて同様の処理を実行する。この分割線の移動と面積の比較を繰り返すことにより、二等分線を求める。分割線の移動による接触領域の面積の増減量は離散的な値であり、両面積が全く同じにならないことがあるので、その場合は、両面積の差が最小となる分割線を二等分線とする。「接触領域の面積を二等分する」とは、このように、両面積が等しい場合だけではなく、両面積の差が最小となる場合も含むものとする。求められた二等分線は二等分線Ｂｖとして重心決定部２５４に入力される。なお、面積として、実際の面積だけではなく、画素数等を使用しても良い。また、二等分線を、他の方法、例えば接触領域全体の面積を求め、その半分の値を基にした方法等で求めるようにしても良い。

【0045】

二等分線決定部２５３は、接触情報Ｔｄ及び横辺情報Ｓｈより、横辺１０２Ｃ及び１０２Ｄと平行で、接触領域の面積を二等分する二等分線（第２二等分線）を求める。二等分線決定部２５３は、横辺１０２Ｃと１０２Ｄの間の中央に分割線（第２分割線）を設定し、二等分線決定部２５２と同様に、その分割線を移動させることにより、二等分線を求める。求められた二等分線は二等分線Ｂｈとして重心決定部２５４に入力される。

【0046】

重心決定部２５４は、二等分線Ｂｖ及びＢｈより重心位置Ｃｄを求める。即ち、二等分線Ｂｖ及びＢｈの交点を重心として、その重心のＸ軸及びＹ軸上での位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を重心位置Ｃｄとする。

【0047】

なお、重心検出部２５は、直交する二等分線Ｂｖ及びＢｈの交点を重心として重心位置Ｃｄを求めているが、直交していない二等分線の交点から重心位置Ｃｄを求めても良く、３本以上の二等分線から重心位置Ｃｄを求めても良い。後者において二等分線の交点が複数存在する場合、複数の交点から求められる幾何中心や任意の交点等の位置を重心位置Ｃｄとする。

【0048】

表示制御部２６は、接触情報記憶部２４に記憶されている接触情報Ｔｄ及び重心検出部２５から出力される重心位置Ｃｄを表示する。表示制御部２６にはディスプレイが接続されており、接触情報Ｔｄ及び重心位置Ｃｄはディスプレイに表示される。具体的には、各領域番号（０、１、２）に対応した色を予め設定し、入力された接触情報Ｔｄ中の領域値ｒ_ｉに合わせて、対応する色を表示し、重心位置Ｃｄは×印等を用いて表示する。接触情報Ｔｄ中の領域値ｒ_ｉは、図２（Ｂ）の矢印で示される順序と同じ順序で接触情報記憶部２４に記憶されているので、表示制御部２６は、接触情報記憶部２４に記憶されている順番を基に決定される位置に、領域値ｒ_ｉに応じた色を表示する。

【0049】

ケーブル３０は、画像読取装置１０と画像解析装置２０を接続する。ケーブル３０として、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル等の有線を使用し、画像読取装置１０及び画像解析装置２０それぞれが装備するＵＳＢポート等にケーブル３０を接続する。画像読取装置１０と画像解析装置２０を、有線ではなく、無線で接続しても良く、或いは、ＵＳＢメモリ等の外付け記録媒体へのデータ書き込み機能を画像読取装置１０に付加し、外付け記録媒体を介して、画像読取装置１０から画像解析装置２０へ画像情報Ｖｄを送るようにしても良い。後者の場合、例えば、画像読取装置１０により複数の被測定者の画像情報を取得して外付け記録媒体に記録し、後日、画像解析装置２０を用いて各被測定者の重心位置を求めるということも可能となる。

【0050】

このような画像解析システム１の構成において、その動作例及び使用例を図６及び図７のフローチャートを参照して説明する。図６において、破線の矢印は画像読取装置１０と画像解析装置２０の間でのデータの送受信を示す。

【0051】

先ず、画像読取装置１０及び画像解析装置２０を起動する。

【0052】

被測定者は、画像読取装置１０のガラス板１１に裸足の状態で両足を載せ、直立した状態となる。この際、通常の状態での重心位置が得られるように、画像読取装置１０は、傾きがない平坦な場所に設置し、被測定者には計測であることを意識せずにリラックスした状態で直立してもらうようにする。被測定者の姿勢が整ったら、画像読取装置１０に対象物のスキャンを開始させるために、測定者は画像解析装置２０に設けられた動作開始ボタンを押下する。

【0053】

画像解析装置２０は動作開始ボタンの押下を検知したら、入力制御部２１より動作開始信号Ｓｇを画像読取装置１０に送信する（ステップＳ１０）。

【0054】

画像読取装置１０は、動作開始信号Ｓｇを受信したら（ステップＳ２０）、被測定者の足裏のスキャンを開始する（ステップＳ３０）。被測定者には、スキャン中は動かないようにしてもらう。

【0055】

画像読取装置１０は、光源を一定速度で移動させることにより、ガラス板１１に載せられた足裏全体を照射し、その反射光がミラー及びレンズを介して画像読取手段に到達し、画像読取手段により画像情報Ｖｄに変換される。画像情報Ｖｄは、図２（Ｂ）の矢印で示される順序で画像解析装置２０に送信される（ステップＳ４０）。

【0056】

画像解析装置２０は画像情報Ｖｄを受信し（ステップＳ５０）、入力制御部２１が、受信した画像情報Ｖｄを画像記憶部２２に格納する（ステップＳ６０）。

【0057】

画像情報Ｖｄが画像記憶部２２に格納されたら、接触領域検出部２３は、画像記憶部２２から画像情報Ｖｄ中のＲＧＢ値ｖｒ_ｉ、ｖｇ_ｉ及びｖｂ_ｉを読み出す（ステップＳ７０）。そして、関数Ｆを用いて、領域値ｒ_ｉを求め（ステップＳ８０）、接触情報Ｔｄとして接触情報記憶部２４に格納する（ステップＳ９０）。

【0058】

全ての領域値ｒ_ｉが接触情報記憶部２４に格納されたら（ステップS１００）、重心検出部２５は、接触情報Ｔｄを読み出し、重心位置Ｃｄを検出する（ステップＳ１１０）。重心検出部２５の動作例については、図７のフローチャートを参照して説明する。

【0059】

接触情報記憶部２４から読み出された接触情報Ｔｄは探索領域設定部２５１並びに二等分線決定部２５２及び２５３に入力される。探索領域設定部２５１は、接触情報Ｔｄ中の領域値ｒ_ｉから足裏領域１０１を判別し、足裏領域１０１内の各画素の座標（Ｘ座標、Ｙ座標）より、探索領域１０２の縦辺１０２Ａ及び１０２Ｂ並びに横辺１０２Ｃ及び１０２Ｄを求める（ステップＳ１１１）。縦辺１０２Ａ及び１０２Ｂは、縦辺情報Ｓｖとして、二等分線決定部２５２に入力され、横辺１０２Ｃ及び１０２Ｄは、横辺情報Ｓｈとして、二等分線決定部２５３に入力される。

【0060】

二等分線決定部２５２は、接触情報Ｔｄ及び縦辺情報Ｓｖを入力したら、縦辺１０２Ａ及び１０２Ｂの間の中央に分割線を設定する（ステップＳ１１２）。そして、分割線と縦辺１０２Ａ及び１０２Ｂとで挟まれた２つの範囲での接触領域の面積の比較と、その比較結果に応じた分割線の移動により、接触領域の面積を二等分する二等分線Ｂｖを求める（ステップＳ１１３）。二等分線Ｂｖは重心決定部２５４に入力される。

【0061】

同様に、二等分線決定部２５３は、接触情報Ｔｄ及び横辺情報Ｓｈを入力したら、横辺１０２Ｃ及び１０２Ｄの間の中央に分割線を設定し（ステップＳ１１４）、分割線と横辺１０２Ｃ及び１０２Ｄとで挟まれた２つの範囲での接触領域の面積の比較と、その比較結果に応じた分割線の移動により、接触領域の面積を二等分する二等分線Ｂｈを求める（ステップＳ１１５）。二等分線Ｂｈも重心決定部２５４に入力される。

【0062】

重心決定部２５４は、入力した二等分線Ｂｖ及びＢｈより重心位置Ｃｄを求める（ステップＳ１１６）。重心位置Ｃｄは表示制御部２６に入力される。

【0063】

なお、二等分線決定部２５２の動作（ステップＳ１１２及びＳ１１３）と二等分線決定部２５３の動作（ステップＳ１１４及びＳ１１５）は、逆の順番で実行されても、平行して実行されても良い。

【0064】

重心位置Ｃｄを入力した表示制御部２６は、接触情報記憶部２４に記憶された接触情報Ｔｄを読み出す（ステップＳ１２０）。そして、接触情報Ｔｄ中の領域値ｒ_ｉに対応する色を、予め設定された色の中から決定し、接触情報記憶部２４に記憶されている順番に応じたディスプレイ上の位置に、決定した色を表示する。また、重心位置Ｃｄに対応するディスプレイ上の位置に、重心位置を表す×印を表示する（ステップＳ１３０）。

【0065】

なお、画像解析装置２０に、重心位置の表示を開始するボタンを、動作開始ボタンと同様の形態で用意し、そのボタンが押されたら、ステップＳ７０～Ｓ１３０を実行するようにしても良い。

【0066】

接触情報Ｔｄ及び重心位置Ｃｄの表示例を図８に示す。図８には、接触情報Ｔｄに基づいて、足裏領域１０１を構成する接触領域１０１Ａ及び非接触領域１０１Ｂと、重心位置Ｃｄに基づいて、重心位置１０３が表示されており、更に、探索領域１０２が表示されている。このように、足裏領域と共に重心位置を表示することにより重心位置を的確に把握することができると共に、足裏全体における重心の位置を見ることにより、被測定者の体の歪の推測等の一助とすることができる。

【0067】

なお、重心検出部２５は、外周が足裏領域１０１と接する矩形状の領域を探索領域１０２として重心位置Ｃｄを検出しているが、外周が接触領域１０１Ａと接する矩形状の領域を探索領域１０２として重心位置Ｃｄを検出しても良い。この場合、表示制御部２６が、接触領域１０１Ａ及び非接触領域１０１Ｂではなく、接触領域１０１Ａのみを表示することにすると、接触領域検出部２３での非接触領域１０１Ｂの検出は不要となり、接触情報Ｔｄは接触領域を示す番号とそれ以外を示す番号の二値の情報となる。

【0068】

画像読取装置１０は、図２（Ｂ）に示される矢印の順序で画像情報Ｖｄを出力し、画像解析装置２０は、その順序に従って接触情報Ｔｄの算出、記憶及び表示を行っているので、ディスプレイの画面上での接触情報Ｔｄの表示位置は一意に決まるが、画像情報Ｖｄ及び接触情報Ｔｄに座標等の位置情報を付加し、位置情報を基に表示位置を決めるようにしても良い。また、画像記憶部２２はＲＧＢ値からなる画像情報Ｖｄを記憶しているが、記憶容量の削減等のために、圧縮された画像情報を記憶するようにしても良い。接触情報Ｔｄも圧縮して、接触情報記憶部２４に記憶するようにしても良い。更に、画像読取装置１０から画像解析装置２０に送信される画像情報Ｖｄは、画像記憶部２２に格納され、接触領域検出部２３は画像記憶部２２内の画像情報Ｖｄから接触情報Ｔｄを求めているが、画像情報Ｖｄを画像記憶部２２に格納せず、画像読取装置１０から送信される画像情報Ｖｄを順次用いて接触情報Ｔｄを求めるようにしても良い。この場合、画像記憶部２２は不要となる。

【0069】

本発明の他の実施形態について説明する。

【0070】

画像解析装置にプリンタ等を接続して印刷機能を付加し、接触情報及び重心位置をディスプレイに表示するだけではなく、印刷することも可能である。この場合の画像解析装置の構成例（第２実施形態）を図９に示す。第１実施形態の画像解析装置２０と比べると、第２実施形態の画像解析装置４０では、重心位置記憶部２７及び印刷制御部２８が追加されており、その他の構成は第１実施形態と同じである。

【0071】

重心位置記憶部２７は、重心検出部２５から出力される重心位置Ｃｄを記憶する。

【0072】

印刷制御部２８にはプリンタ（図示せず）が接続されており、印刷制御部２８は、接触情報記憶部２４に記憶されている接触情報Ｔｄ及び重心位置記憶部２７に記憶された重心位置Ｃｄを読み出し、プリンタに出力する。即ち、印刷制御部２８は、接触情報Ｔｄ中の領域値ｒ_ｉを順次入力し、表示制御部２６と同様の手順により領域値ｒ_ｉに対応した色を決定し、プリンタに出力して印刷すると共に、重心位置Ｃｄに対応する位置に×印等を印刷する。

【0073】

なお、表示制御部２６も、重心検出部２５から重心位置Ｃｄを入力するのではなく、重心位置記憶部２７に記憶された重心位置Ｃｄを使用するようにしても良い。また、表示制御部２６を削除し、接触情報及び重心位置の出力をプリンタによる印刷のみに特化しても良い。この場合、重心位置記憶部２７も削除可能である。

【0074】

第１実施形態では、画像情報Ｖｄから重心位置のみを求めているが、画像情報Ｖｄからはその他にも有用な情報を抽出することができるので、それらを求めることも可能である。この場合の画像解析装置の構成例（第３実施形態）を図１０に示す。第１実施形態の画像解析装置２０と比べると、第３実施形態の画像解析装置５０では、関連情報抽出部２９が追加され、表示制御部２６が表示制御部５６に代わっており、その他の構成は第１実施形態と同じである。

【0075】

関連情報抽出部２９は、画像記憶部２２に記憶された画像情報Ｖｄから被測定者の足裏に関連する情報を抽出し、関連情報Ｒｄとして表示制御部５６に出力する。関連情報として、例えば、足裏の圧力分布、モアレ画像、足裏の長さ及び横幅、足指の角度等を抽出する。

【0076】

足裏の圧力分布は、接触領域検出部２３での接触領域の検出と同様に、画像情報Ｖｄに含まれる色情報を用いて求めることができる。足裏に圧力を加えることによる足裏の色の変化の割合は、加える圧力の大きさに依存することを利用して、圧力分布を求める。接触領域検出部２３は足裏領域を接触領域及び非接触領域の２つに分類しているが、この分類する数を増やし（例えば１６分類）、足裏領域を圧力に応じて段階的に分類した圧力分布を求める。この圧力分布を、段階毎に設定された色を用いて表示することにより、圧力の違いを分かり易く把握することができるようになり、足の内側及び外側並びに前及び後ろに圧力がどのようにかかっているのか、足の指がそれぞれ接地しているのか等、体のバランスを容易に確認することができる。また、重心位置と圧力分布を比較することにより、体の歪み等を推測することができる。なお、足裏の圧力分布を求めるとした場合、接触領域検出部２３での接触領域及び非接触領域の検出を、圧力分布を用いて行っても良い。即ち、圧力分布と接触領域及び非接触領域とを対応付けることにより、圧力分布から接触領域及び非接触領域を決定する。

【0077】

モアレ画像は、モアレと呼ばれる光の干渉の現象を利用して、様々な物体の等高線を描く方法であるモアレ・トポグラフィーにより生成された画像のことである。足裏のモアレ画像の例を図１１に示す。モアレ画像を利用することにより、目視では確認が難しい足裏の凹凸等の足裏の形を詳細に確認することが可能となる。例えば、土踏まずの形状がどうなっているか、タコや魚の目等がないか、等を確認することができる。

【0078】

足指の角度として、例えば親指の角度（外反母趾角）、小指の角度（内反小趾角）、開帳角（ＦＩＣＫ角）を求める。足裏の画像にこれらの値を表示させることにより、外反母趾や内反小趾の診断に利用することができる。

【0079】

上述の実施形態（第１～第３実施形態）において、画像記憶部２２に記憶された画像情報、接触情報記憶部２４に記憶された接触情報及び第２実施形態での重心位置記憶部２７に記憶された重心位置の内の少なくとも１つを、解析が終了した後も記憶したままとするか、或いは他の外部記録媒体に記録することにより、過去の解析結果との比較を可能とすることができる。これにより、治療や施術による効果、体のバランスの経年変化等を確認することが可能となる。

【0080】

上述の実施形態は、画像記憶部、接触情報記憶部及び重心位置記憶部をメモリとして、それ以外の構成要素の処理を、上述のようにプログラムとして実現することにより、コンピュータとメモリの構成で実現可能である。各構成要素は専用ＩＣ（Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアでも実現可能である。また、本発明は、上述の画像読取装置及び画像解析装置を備える画像解析システムとして実現しても、画像情報は既存製品等を利用して取得するようにして、画像解析装置として実現しても良い。更に、本発明は、方法又はプログラムとしての形態を取ることも可能である。

【0081】

なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0082】

１ 画像解析システム
１０ 画像読取装置
１１ ガラス板
２０、４０、５０ 画像解析装置
２１ 入力制御部
２２ 画像記憶部
２３ 接触領域検出部
２４ 接触情報記憶部
２５ 重心検出部
２６、５６ 表示制御部
２７ 重心位置記憶部
２８ 印刷制御部
２９ 関連情報抽出部
３０ ケーブル
１０１ 足裏領域
１０２ 探索領域
１０３ 重心位置
２５１ 探索領域設定部
２５２、２５３ 二等分線決定部
２５４ 重心決定部

【要約】

【課題】足裏画像等の画像情報から、演算量を抑えた簡易な方法で重心位置を求めることができる画像解析システム、画像解析装置、画像解析方法、及び画像解析プログラムを提供する。
【解決手段】被測定者の部位の画像情報を読み取る画像読取装置と、画像情報を用いて部位に関する解析を行う画像解析装置と、を備える画像解析システムであって、画像読取装置が、被測定者の部位が接触する接触板と、接触板に対して、部位が接触している面の反対側の面に光を照射することにより、画像情報を取得する画像取得部と、を備え、画像解析装置が、画像情報から、部位が接触板に接触している接触領域を検出し、接触領域に関する接触情報を求める接触領域検出部と、接触情報を基に求められる、接触領域の面積を二等分する少なくとも２本の二等分線の交点より、被測定者の重心位置を求める重心検出部と、を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】