JP2005003367A

JP2005003367A - 三次元形状測定装置

Info

Publication number: JP2005003367A
Application number: JP2003163503A
Authority: JP
Inventors: Isao Sato; 勲佐藤; Hiromichi Aoki; 広宙青木; Masato Nakajima; 真人中島; Kazuhiro Mimura; 一弘味村; Yasuhiro Takemura; 安弘竹村; Kei Kato; 圭加藤; Toshiji Takei; 利治武居
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Keio University
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Keio University
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-09
Also published as: AU2004245815A1; EP1645841B1; JP3738291B2; WO2004109228A1; EP1645841A4; US20060239538A1; CA2528824A1; EP1645841A1; DE602004009077D1; US7630537B2; DE602004009077T2; EP1645841B8; AU2004245815B2

Abstract

【課題】対象物の状態を容易且つ正確に把握できる三次元形状測定装置を提供する。
【解決手段】対象領域にパターン光を投影する投影装置１１と、投影装置１１から第１の間隔ｄ１をもって配置されパターン光が投影された対象領域を撮像する第１の撮像装置１２ａとを有する第１の三次元センサ１０ａと、投影装置１１と、投影装置１１から第１の間隔ｄ１よりも長い第２の間隔ｄ２をもって配置されパターン光が投影された対象領域を撮像する第２の撮像装置１２ｂとを有する第２の三次元センサ１０ｂと、第１の三次元センサ１０ａで得られた像上のパターンの移動に基づいて、対象物２の外形情報を得る三次元情報演算手段２２と、第２の三次元センサ１０ｂで得られた像上のパターンの移動に基づいて、対象物２の変動情報を得る変動情報演算手段２３と、外形情報と変動情報を合成する情報合成手段２４とを備える三次元形状測定装置とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元形状測定装置に関し、特に対象物の状態を容易且つ正確に把握できる三次元形状測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空間内、例えば風呂場やトイレ等での対象物、例えば人物の動きを検出する動き検出装置として、従来から、動き検出センサが提案されている。代表的な例としては、ベッド上の就寝者にパターンを投影し、投影されたパターンを連続的に撮像した画像からパターンの移動量を算出することで、就寝者の呼吸を監視する監視装置があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７５５８２号公報（第５−９頁、第１−１３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら以上のような従来の装置によれば、対象物の各部位毎の状態、例えば対象物の形状とその動き（例えば呼吸のような小さな動きを含む）の状態を同時に把握するのが困難であった。また、対象物の部位（例えば対象物が人物である場合にはその胸部や腹部等）によって、動きの測定結果に、若干ではあるが誤差が生じる場合があった。
【０００５】
そこで本発明は、対象物の状態を容易且つ正確に把握できる三次元形状測定装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による三次元形状測定装置１は、例えば図１、図３に示すように、対象領域にパターン光を投影する投影装置１１と、投影装置１１から第１の間隔ｄ１をもって配置され前記パターン光が投影された対象領域を撮像する第１の撮像装置１２ａとを有する第１の三次元センサ１０ａと；前記対象領域にパターン光を投影する投影装置１１と、投影装置１１から第１の間隔ｄ１よりも長い第２の間隔ｄ２をもって配置され前記パターン光が投影された対象領域を撮像する第２の撮像装置１２ｂとを有する第２の三次元センサ１０ｂと；第１の三次元センサ１０ａで得られた像上のパターンの移動に基づいて、前記対象領域に存在する対象物２の外形情報を得る三次元情報演算手段２２と；第２の三次元センサ１０ｂで得られた像上のパターンの移動に基づいて、対象物２の変動情報を得る変動情報演算手段２３と；前記外形情報と前記変動情報を合成する情報合成手段２４とを備える。
【０００７】
このように構成すると、対象領域にパターン光を投影する投影装置１１と、投影装置１１から第１の間隔ｄ１をもって配置され前記パターン光が投影された対象領域を撮像する第１の撮像装置１２ａとを有する第１の三次元センサ１０ａと、前記対象領域にパターン光を投影する投影装置１１と、投影装置１１から第１の間隔ｄ１よりも長い第２の間隔ｄ２をもって配置され前記パターン光が投影された対象領域を撮像する第２の撮像装置１２ｂとを有する第２の三次元センサ１０ｂとを備えているので、例えば各三次元センサの各々で、像上のパターンの移動を得ることができる。さらに、三次元情報演算手段２２で、第１の三次元センサ１０ａで得られた像上のパターンの移動に基づいて、対象物２の外形情報を得ることができ、変動情報演算手段２３で、第２の三次元センサ１０ｂで得られた像上のパターンの移動に基づいて、対象物２の変動情報を得ることができる。またさらに、情報合成手段２４により、前記外形情報と前記変動情報を合成することで、対象物の状態を容易且つ正確に把握できる三次元形状測定装置を提供できる。
【０００８】
また、典型的には第１の三次元センサ１０ａと第２の三次元センサ１０ｂは、投影装置１１を共通としているが、第１の撮像装置１２ａと第２の撮像装置１２ｂが共通で、投影装置１１が２つあってもよい。
【０００９】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の三次元形状測定装置１では、情報合成手段２４は、前記外形情報に基づいて、前記変動情報を補正するように構成するとよい。このように構成すると、前記補正により、より正確な変動情報を得ることができる。
【００１０】
また請求項３に記載のように、請求項１又は請求項２に記載の三次元形状測定装置１では、情報合成手段２４は、前記合成を、対象物２の各部位毎の動きが解るように行うことを特徴とするとよい。
【００１１】
また請求項４に記載のように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置１では、情報合成手段２４の合成結果を表示する情報出力手段４０を備える。
【００１２】
このように構成すると、情報出力手段４０により、情報合成手段２４の合成結果を表示することで、例えば、対象物２上の各部位での動きを表示により容易に把握できる。
【００１３】
また請求項５に記載のように、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置１では、投影装置１１の投影するパターン光は、輝点が配列されたものであることを特徴とするとよい。
【００１４】
また請求項６に記載のように、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置１では、三次元情報演算手段２２は、前記外形情報の不足部位について補間を行うことを特徴とするとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明による第１の実施の形態である三次元形状測定装置としての監視装置１の模式的外観図である。監視装置１は、対象領域を監視するように構成されている。監視装置１は、対象領域にパターン光を投影する投影装置１１と、投影装置１１から第１の間隔をもって配置され、前記パターン光が投影された対象領域を撮像する第１の撮像装置１２ａとを有する第１の三次元センサとしての第１のＦＧセンサ１０ａを備えている。また、監視装置１は、前記対象領域にパターン光を投影する投影装置１１と、投影装置１１から前記第１の間隔よりも長い第２の間隔をもって配置され、前記パターン光が投影された対象領域を撮像する第２の撮像装置１２ｂとを有する第２の三次元センサとしての第２のＦＧセンサ１０ｂを備えている。さらに監視装置１は、第１のＦＧセンサ１０ａ及び第２のＦＧセンサ１０ｂを制御する演算装置２０を備えている。即ち、監視装置１は、第１のＦＧセンサ１０ａと、第２のＦＧセンサ１０ｂと、演算装置２０とを含んで構成される。以下、第１のＦＧセンサ１０ａと第２のＦＧセンサ１０ｂ、第１の撮像装置１２ａと第２の撮像装置１２ｂをそれぞれ特に区別しないときには、それぞれ単にＦＧセンサ１０、撮像装置１２と呼ぶ。また、第１のＦＧセンサ１０ａと第２のＦＧセンサ１０ｂは投影装置１１を共通とする。
【００１７】
さらに、ＦＧセンサ１０は、撮像装置１２により撮像された像上のパターンの移動を測定する測定装置１４を有している。本実施の形態では、第１のＦＧセンサ１０ａと第２のＦＧセンサ１０ｂは測定装置１４を共通とする。即ち、測定装置１４は、第１の撮像装置１２ａと第２の撮像装置１２ｂで各々撮像された像上のパターンの移動をそれぞれ測定する。また、投影装置１１と撮像装置１２は、測定装置１４に電気的に接続され、測定装置１４に制御されている。なお、本実施の形態では、測定装置１４は、演算装置２０と一体に構成されている。
【００１８】
また、対象領域には対象物が存在している。本実施の形態では、対象領域はベッド３上である。また対象物は、典型的には呼吸運動を行うものである。即ち対象物は、人物や動物である。さらに本実施の形態では、対象物は人物２である。
【００１９】
図中ベッド３上には、人物２が横たわって存在している。即ちパターン光は、人物２に投影される。なお、ベッド３上に人物２が存在していないときには、パターン光は、そのままベッド３上に投影される。また、例えば人物２の上に寝具をかけてもよい。この場合には、パターン光は、寝具の上に投影される。
【００２０】
さらに、投影装置１１の投影するパターン光は、典型的には輝点が配列されたものである。言い換えれば、投影されるパターン光は、複数の輝点である。ここでは、投影されるパターン光は、図２で後述するような略正方格子状に配列された複数の輝点１１ｂで形成されたパターン１１ａである。図中投影装置１１は、ベッド３上にパターン１１ａを投影している。そして、ベッド３上に投影された複数の輝点は、ベッド３上の複数の測定点にそれぞれ対応する。即ち各輝点の位置は測定点の位置である。測定点とは、後述するように人物２の高さ方向の動き、高さを測定できる点である。なお、ここで高さとはベッド３上からの高さである。以下、上記各構成について詳細に説明する。
【００２１】
まず、ＦＧセンサ１０の設置について説明する。投影装置１１と、撮像装置１２は、ベッド３の上方に配置されている。図示では、ベッド３のおよそ中央部上方に投影装置１１と第１の撮像装置１２ａが、人物２のおよそ頭部上方に第２の撮像装置１２ｂが配置されている。第１の撮像装置１２ａは、投影装置１１から第１の間隔ｄ１をもって、第２の撮像装置１２は第２の間隔ｄ２をもって配置されている。ここでは、投影装置１１、第１の撮像装置１２ａ、第２の撮像装置１２ｂは、同一直線上に配置される。即ちここでは、第１のＦＧセンサ１０ａの基線方向と、第２のＦＧセンサ１０ｂの基線方向は平行であり、さらに同一直線上にある。なお、第２の間隔ｄ２は、第１の間隔ｄ１の例えば２〜２０倍程度、好ましくは５〜１５倍程度とする。本実施の形態では、１０倍としている。例えば、第１の間隔ｄ１を６０ｍｍとすると第２の間隔ｄ２は６００ｍｍである。なおここでは各撮像装置１２の画角は、およそベッド３の中央部分を撮像できるように設定されいる。なお、投影装置１１と撮像装置１２の距離を基線長という。基線長は、三角測量法の基線方向の投影装置１１と撮像装置１２の間隔である。なお、ここでは投影装置１１、第１の撮像装置１２ａ、第２の撮像装置１２ｂは、同一直線上に配置される場合で説明するが、これに限られない。同一直線上にない場合には、例えば、後述の合成の際に、見え方の補正を行なうことにより対応できる。
【００２２】
ここで基線長について説明する。ここでは、ＦＧセンサ１０は、図４で後述するように、パターンを形成する輝点の移動を測定するものである。この際に、例えば、対象物（ここでは人物２）の高さ又は高さ方向の動きが大きくなればなるほど、輝点の移動量も大きくなる。このため、図４で後述する概念によると、輝点の移動量が大きいと、比較すべき輝点の隣の輝点を飛び越してしまう現象が起こることがある。この場合、隣の輝点から移動したと判断され、測定される輝点の移動量は小さくなってしまうことがある。即ち、正確に輝点の移動量を測定できない。第１のＦＧセンサ１０ａのように、基線長が短い（第１の間隔ｄ１）場合には、輝点の移動量は小さく、上記の飛び越えが起こりにくいが、微小な動きに対してはノイズとの区別が難しくなる。また、第２のＦＧセンサ１０ｂのように、基線長が長い（第２の間隔ｄ２）場合には、例えば対象物の僅かな動きであっても、輝点の移動量に大きく反映されるので、微小な高さ又は高さ方向の動きの測定することができるが、例えば大きな動きがあった場合に飛び越えが起きることがある。
【００２３】
このため、例えば人物２の形状を測定するためには、基線長を短く設定し、微細な動き、例えば呼吸運動を測定するために基線長を長く設定することが望ましい。言い換えれば、本実施の形態のように、第１のＦＧセンサ１０ａで得られたパターンの移動に基づいて、人物２の形状を測定し、第２のＦＧセンサ１０ｂで得られたパターンの移動に基づいて、人物２の動きを測定するようにすることが望ましい。
【００２４】
このように、投影装置１１と第２の撮像装置１２ｂとは、ある程度距離を離して設置するとよい。このようにすることで、基線長が長くなるので、変化を敏感に検出できるようになる。
【００２５】
投影装置１１は、ここでは、その光軸（レーザ光束Ｌ１の投射方向）を、図示のように、ベッド３の上面の垂直方向に対して、およそ平行方向に設置する。なおここでは、上記のように、投影装置１１は、その光軸をベッド３の上面の垂直方向に対しておよそ平行方向に設置するが、前記垂直方向に対して、傾けて設置してもよい。
【００２６】
またここでは、第１の撮像装置１２ａは、その光軸をベッド３の上面の垂直方向に対し、およそ平行方向に設置される。即ち、第１の撮像装置１２ａの光軸は、投影装置１１の光軸と平行方向に設置される。また第２の撮像装置１２ｂは、ベッド３の上面の垂直方向に対して、その光軸を傾けて設置する。このようにすることで、例えば第２の撮像装置１２ｂと投影装置１１との距離を離して設置することが容易に行える。即ち容易に第２の間隔ｄ２を長く取れる。さらに言い換えれば、三角測量法の基線長を長く取ることが容易に行える。また、投影装置１１、第１の撮像装置１２ａ、第２の撮像装置１２ｂのそれぞれの光軸を、互いに平行方向に向けて設置してもよい。
【００２７】
なお、図示では、ＦＧセンサ１０と演算装置２０とは別体として示してあるが、一体に構成してもよい。このようにすると、監視装置１を小型化することができる。
【００２８】
図２の模式的斜視図を参照して、監視装置１に適した投影装置１１について説明する。なおここでは、説明のために、対象領域を平面１０２とし、後述のレーザ光束Ｌ１を平面１０２に対して垂直に投射する場合で説明する。投影装置１１は、可干渉性の光束を発生する光束発生手段としての光束発生部１０５と、ファイバーグレーティング１２０（以下、単にグレーティング１２０という）とを備えている。光束発生部１０５により投射される可干渉性の光束は、典型的には赤外光レーザである。光束発生部１０５は、平行光束を発生するように構成されている。光束発生部１０５は、典型的には不図示のコリメータレンズを含んで構成される半導体レーザ装置であり、発生される平行光束は、レーザ光束Ｌ１である。そしてレーザ光束Ｌ１は、断面が略円形状の光束である。ここで平行光束とは、実質的に平行であればよく、平行に近い光束も含む。
【００２９】
またここでは、グレーティング１２０は、平面１０２に平行に（Ｚ軸に直角に）配置される。グレーティング１２０に、レーザ光Ｌ１を、Ｚ軸方向に入射させる。するとレーザ光Ｌ１は、個々の光ファイバー１２１により、そのレンズ効果を持つ面内で集光したのち、発散波となって広がって行き、干渉して、投影面である平面１０２に複数の輝点アレイであるパターン１１ａが投影される。なお、グレーティング１２０を平面１０２に平行に配置するとは、例えば、グレーティング１２０を構成するＦＧ素子１２２の各光ファイバー１２１の軸線を含む平面と、平面１０２とが平行になるように配置することである。
【００３０】
また、グレーティング１２０は、２つのＦＧ素子１２２を含んで構成される。本実施の形態では、各ＦＧ素子１２２の平面は、互いに平行である。以下、各ＦＧ素子１２２の平面を素子平面という。また、本実施の形態では、２つのＦＧ素子１２２の光ファイバー１２１の軸線は、互いにほぼ直交している。
【００３１】
ＦＧ素子１２２は、例えば、直径が数１０ミクロン、長さ１０ｍｍ程度の光ファイバー１２１を数１０〜数１００本程度、平行にシート状に並べて構成したものである。また、２つのＦＧ素子１２２は、接触して配置してもよいし、それぞれの素子平面の法線方向に距離を空けて配置してもよい。この場合には、２つのＦＧ素子１２２の互いの距離は、パターン１１ａの投影に差支えない程度とする。レーザ光束Ｌ１は、典型的には、グレーティング１２２の素子平面に対して垂直に入射させる。
【００３２】
このように、投影装置１１は、２つのＦＧ素子１２２を含んで構成されたグレーティング１２０が光学系となるので、複雑な光学系を必要とすることなく、光学筐体を小型化できる。さらに投影装置１１は、グレーティング１２０を用いることで、単純な構成で、複数の輝点１１ｂをパターン１１ａとして対象領域に投影できる。なお、パターン１１ａは、典型的には正方格子状に配列された複数の輝点１１ｂである。また、輝点の形状は楕円形を含む略円形である。
【００３３】
図１に戻って説明する。撮像装置１２は、典型的にはＣＣＤカメラである。撮像装置１２は、結像光学系１３ａ（図４参照）と撮像素子１５（図４参照）を有するものである。撮像素子１５は、典型的にはＣＣＤ撮像素子である。また、撮像素子１５として、ＣＣＤの他にＣＭＯＳ構造の素子が最近盛んに発表されており、それらも当然使用可能である。特にこれらの中には、素子自体にフレーム間差算や二値化の機能を備えたものがあり、これらの素子の使用は好適である。
【００３４】
撮像装置１２は、前述の光束発生部１０５（図２参照）により発生されるレーザ光束Ｌ１の波長の周辺部以外の波長の光を減光するフィルタ１３ｂ（図４参照）を備えるとよい。フィルタ１３ｂは、典型的には干渉フィルタ等の光学フィルタであり、結像光学系１３ａの光軸上に配置するとよい。このようにすると、撮像装置１２は、撮像素子１５に受光する光のうち、投影装置１１より投影されたパターン１１ａの光の強度が相対的にあがるので、外乱光による影響を軽減できる。また、光束発生部１０５により発生されるレーザ光束Ｌ１は、典型的には赤外光レーザの光束である。また、レーザ光Ｌ１は、継続的に照射してもよいし、断続的に照射してもよい。断続的に照射する場合には、撮像装置１２による撮像を、照射のタイミングに同期させて行うようにする。
【００３５】
図３のブロック図を参照して、監視装置１の構成例について説明する。前述のように、演算装置２０は、測定装置１４と一体に構成されている。さらにここでは、測定装置１４は、後述の制御部２１に一体に構成される。そして投影装置１１と、２つの撮像装置１２は、測定装置１４に電気的に接続されており、制御されている。本実施の形態では、演算装置２０は、投影装置１１と、２つの撮像装置１２に対し遠隔的に配置されている。具体的には、例えば、ベッド３の脇や、ベッド３が設置されている部屋とは別の部屋、さらに言えばナースステーション等に設置される。また演算装置２０は、典型的にはパソコン等のコンピュータである。
【００３６】
まず測定装置１４について説明する。測定装置１４は、撮像装置１２で撮像された像上のパターンの移動を測定するものである。測定装置１４は、撮像装置１２で撮像した像を取得できるように構成されている。さらに測定装置１４は、撮像装置１２により撮像された像上の各輝点の移動を測定するように構成されている。なおここでは、投影された輝点も撮像された像上の輝点の像も、便宜上単に輝点という。またここでは、輝点の移動を測定するとは、輝点の移動の量（以下移動量という）を測定することをいう。さらに、測定される輝点の移動量は、輝点の移動方向を含む概念である。即ち、測定される輝点の移動量には、移動した方向の情報も含まれるものとする。
【００３７】
ここで、測定装置１４による輝点の移動の測定について詳述する。測定装置１４は、２つの撮像装置１２からそれぞれ取得した異なる２時点の像に基づいて、輝点の移動を測定するように構成されている。さらに本実施の形態では、異なる２時点の像は、第１の異なる２時点の像と、第２の異なる２時点の像との各々に基づいて、輝点の移動を測定するように構成される。なお、第１の異なる２時点の像は、第１の撮像装置１２ａから、第２の異なる２時点の像は、第２の撮像装置１２ｂから取得するように構成されている。
【００３８】
まず、第１の異なる２時点の像に基づく、輝点の移動の測定について説明する。第１の異なる２時点は、任意の時点（現在）と人物２がベッド３上に存在しない時点とする。以下、任意の時点（現在）で取得した像を取得像、人物２がベッド３上に存在しない時点に取得した像を基準像として説明する。なお、基準像は、記憶部３１内に保存される。
【００３９】
ここで、取得像と基準像は、例えば撮像装置１２（ここでは第１の撮像装置１２ａ）により撮像された像であるが、それぞれの像上での、輝点の位置情報も含む概念である。即ち、取得像と基準像は、各々の時点で、投影装置１１の投影により形成されたパターン１１ａの像である。なお、本実施の形態では、基準像は、例えば、いわゆる像としてではなく、各輝点の位置に関する、座標等の位置情報の形で、記憶部３１に保存される。このようにすると、後述する輝点の移動量を測定する際に、例えば輝点の座標や方向を比較するだけで済むので処理が単純になる。さらに、ここでは、輝点の位置は、輝点の重心位置とする。このようにすることで、僅かな輝点の移動も測定することができる。
【００４０】
また、輝点の移動量は、記憶部３１に保存された基準像上の各輝点の位置情報と、取得像上の各輝点の位置情報とを比較することで、輝点の移動量を測定する。なお、それぞれの移動量は、例えば、輝点の位置が移動した画素数（何画素移動したか）を計数することで求められる。このようにすると、後述のように、差分像を生成しないで済むので処理を単純化できる。
【００４１】
なお上記では、輝点の位置情報を比較する場合で説明したが、基準像と取得像との差分像を作成してもよい。この場合、この差分像から対応する輝点の位置に基づいて、輝点の移動量を測定する。このようにすると、移動した輝点のみが差分像上に残るので、処理量を減らすことができる。
【００４２】
さらに、測定装置１４により測定された輝点の移動量は、過去一定回数測定された、または過去一定期間内に測定された輝点の移動量の移動平均値、または期間平均値としてもよい。このようにすることで、ランダムノイズや窓から差し込む日光のちらつきなどによる突発的なノイズが軽減でき、測定した輝点の移動量の信頼性が向上する。
【００４３】
測定装置１４は、以上のような、輝点の移動の測定を、パターン１１ａを形成する各輝点毎に行うように構成される。即ち複数の輝点の位置が複数の測定点となる。測定装置１４は、パターン１１ａを形成する各輝点毎に測定した輝点の移動、即ち測定した輝点の移動量を測定結果として制御部２１へ出力する。即ち、測定結果は、第１の異なる２時点の像に基づいて測定した輝点の移動量である。さらにこの測定結果は人物２の高さに対応している。以下、この測定結果を高さ情報と呼ぶ。測定装置１４は、各測定点での前記測定結果を高さ情報として出力する。
【００４４】
次に、第２の異なる２時点の像に基づく、輝点の移動の測定について説明する。この測定は、上述した第１の異なる２時点の像に基づく輝点の移動の測定と同様に行う。但し、第２の異なる２時点は、任意の時点とそのわずかに前の時点とする。わずかに前とは、人物２の動きを検出するのに十分な時間間隔だけ前であればよい。この場合、人物２のわずかな動きも検出したいときは短く、例えば人物２の動きが大きくなり過ぎず、実質的にはほぼ動き無しとみなせる程度の時間、例えば０．１秒程度とすればよい。あるいはテレビ周期の１〜１０周期（１／３０〜１／３）とするとよい。また、人物２の大まかな動きを検出したいときは長く、例えば１０秒程度としてもよい。但し、本実施の形態のように、人物２の呼吸も検出する場合では長くし過ぎると、正確な呼吸の検出が行えなくなるので、例えば１分などにするのは適切でない。
【００４５】
以下、上述の取得像よりわずかに前（過去）に取得した像を参照像として説明する。即ち、第２の異なる２時点の像は、前述の取得像と参照像である。なお参照像も、基準像と同様に、撮像装置１２（ここでは第２の撮像装置１２ｂ）により撮像された像であるが、それぞれの像上での輝点の位置情報も含む概念であり、本実施の形態では、各輝点の位置に関する座標等の位置情報の形で、記憶部３１に保存される。また同様に、輝点の位置は、輝点の重心位置とする。
【００４６】
さらに、本実施の形態では、第２の異なる２時点の像は、取得像（Ｎフレーム）と、取得像の１つ前に取得した像（Ｎ−１フレーム）とする。即ち参照像は、取得像の１つ前に取得した像である。また、像の取得間隔は、例えば装置の処理速度や、上述のように検出したい動きの内容により適宜決めるとよいが、例えば０．１〜３秒、好ましくは０．１〜０．５秒程度とするとよい。また、より短い時間間隔で像を取得し、平均化またはフィルタリングの処理を行うことで、例えばランダムノイズの影響を低減できるので有効である。
【００４７】
なお、任意の時点とそのわずかに前の時点の異なる２時点の像に基づく、輝点の移動の測定で得られる波形（例えば輝点の移動量の総和など）は、距離の微分波形、即ち速度変化を表す波形になる。また例えば、高さ変化を表すような波形を得たいときは、前記波形を積分すれば距離の波形、即ち高さ変化を示す波形になる。
【００４８】
さらに測定装置１４は、第１の異なる２時点の場合と同様にして、記憶部３１に保存された参照像上の各輝点の位置情報と、取得像上の各輝点の位置情報とを比較することで、輝点の移動方向を含む輝点の移動量を測定するように構成される。さらに同様に、測定装置１４は、各輝点毎に測定した輝点の移動量を測定結果として制御部２１へ出力する。即ち、測定結果は、第２の異なる２時点の像に基づいて測定した輝点の移動量である。さらにこの測定結果は図４で後述するように、各輝点（測定点）での対象物ここでは人物２の高さ方向の動きに対応している。以下、この測定結果を動き情報と呼ぶ。測定装置１４は、各測定点での前記測定結果を動き情報として出力する。なお、人物２の高さ方向の動きは、例えば人物２の呼吸に伴う動きである。
【００４９】
ここで、図４の概念的斜視図を参照して、輝点の移動の概念について説明する。ここでは、解りやすく、対象領域を平面１０２、対象物を物体１０３として説明する。さらにここでは、説明のために、前述の第１の異なる２時点の像即ち基準像と取得像を用いる場合で説明する。なお基準像は、物体１０３が平面１０２に存在しないときのパターン１１ａの像であり、取得像は、物体１０３が平面１０２に存在しているときのパターン１１ａとして説明する。またここでは説明のために、撮像装置１２は１つの場合で説明する。
【００５０】
図中物体１０３が、平面１０２上に載置されている。またＸＹ軸を平面１０２内に置くように、直交座標系ＸＹＺがとられており、物体１０３はＸＹ座標系の第１象限に置かれている。一方、図中Ｚ軸上で平面１０２の上方には、投影装置１１と、撮像装置１２とが配置されている。撮像装置１２は、投影装置１１によりパターン１１ａが投影された平面１０２を撮像する。即ち平面１０２上に載置された物体１０３を撮像する。
【００５１】
撮像装置１２の結像光学系としての結像レンズ１３ａは、ここでは、その光軸がＺ軸に一致するように配置されている。そして、結像レンズ１３ａは、平面１０２あるいは物体１０３上のパターン１１ａの像を、撮像装置１２の撮像素子１５の結像面１５’（イメージプレーン）に結像する。結像面１５’は、典型的にはＺ軸に直交する面である。さらに、結像面１５’内にｘｙ直交座標系をとり、Ｚ軸が、ｘｙ座標系の原点を通るようにする。平面１０２から結像レンズ１３ａと等距離で、結像レンズ１３ａからＹ軸の負の方向に距離ｄ（基線長ｄ）だけ離れたところに、投影装置１１が配置されている。物体１０３と平面１０２には、投影装置１１により複数の輝点１１ｂが形成するパターン１１ａが投影される。なお、ｙ軸方向は、三角測量法の基線方向でもある。
【００５２】
投影装置１１により平面１０２に投影されたパターン１１ａは、物体１０３が存在する部分では、物体１０３に遮られ平面１０２には到達しない。ここで物体１０３が存在していれば、平面１０２上の点１０２ａに投射されるべき輝点１１ｂは、物体１０３上の点１０３ａに投射される。輝点１１ｂが点１０２ａから点１０３ａに移動したことにより、また結像レンズ１３ａと投影装置１１とが距離ｄ（基線長ｄ）だけ離れているところから、結像面１５’上では、点１０２ａ’（ｘ，ｙ）に結像すべきところが点１０３ａ’（ｘ，ｙ＋δ）に結像する。即ち、物体１０３が存在しない時点と物体１０３が存在する時点とは、輝点１１ｂの像がｙ軸方向に距離δだけ移動することになる。
【００５３】
これは、例えば図５に示すように、撮像素子１５の結像面１５’に結像した輝点は、高さのある物体１０３により、δだけｙ軸方向に移動することになる。
【００５４】
このように、この輝点の移動量δを測定することにより、物体１０３上の点１０３ａの位置が三次元的に特定できる。即ち、例えば点１０３ａの高さがわかる。このように、ある点が、物体１０３が存在しなければ結像面１５’上に結像すべき点と、結像面１５’上の実際の結像位置との差を測定することにより、物体１０３の高さの分布、言い換えれば三次元形状が測定できる。あるいは物体１０３の三次元座標が測定できる。また、輝点１１ｂの対応関係が不明にならない程度に、パターン１１ａのピッチ、即ち輝点１１ｂのピッチを細かくすれば、物体１０３の高さの分布はそれだけ詳細に測定できることになる。
【００５５】
以上のような概念に基づいて、測定装置１４は、輝点の移動量を測定することで、基づいて対象物の高さが測定できる。但し、前述のように、第２の異なる２時点の像に基づいて、輝点の移動を測定する場合、即ち取得像と参照像に基づいて、輝点の移動を測定する場合には、輝点の移動の変化量を見ることになるので、例えば人物２の絶対的な高さは測定できなくなるが、対象物の高さ方向の変化を測定できるので、人物２の高さ方向の動きを測定する場合には好適である。以上の概念は、第１のＦＧセンサ１０ａと、第２のＦＧセンサ１０ｂの両方に適応できる。
【００５６】
また、測定装置１４は、第１の撮像装置１２ａで撮像された像上のパターン１１ａと、第２の撮像装置１２ｂで撮像された像上のパターン１１ａとの対応付けを行うように構成されている。なおここでは、パターン１１ａを形成する各輝点１１ｂの対応付けを行う。このようにすることで、高さ情報と動き情報の、各輝点の位置、言い換えれば各測定点の位置での輝点の移動量の対応を取ることができる。例えば、予め２つの撮像装置１２からの対象領域即ちベッド３上の見え方を調べておけば対応をとることができる。
【００５７】
ここで、図６、図７を参照して、上記対応付けの具体的な例について説明する。準備として第１の撮像装置１２ａと第２の撮像装置１２ｂの光軸合わせを行なう。さらに具体的には、例えば各撮像装置１２の撮像範囲が出来るだけ重なるように光軸を調整しておく。そして、対応付けは以下の方法によって行う。
【００５８】
まず、第１の撮像装置１２ａでパターンの像を取得し、パターンの各輝点の三次元座標を算出する。そして、三次元座標と各撮像装置１２の配置に基づいて、図６に示す座標系の変換を行う。ここでは図示のように、各輝点の三次元座標を座標系（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）から座標系（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）に変換する。なお第２の撮像装置１２ｂの結像レンズ１３ａ”を座標系（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）の原点とする。またこの際には、相似を利用し、パターン（輝点）が撮像される第２の撮像装置１２ｂの結像面１５ｂ上の位置を算出する（図７参照）。
【００５９】
また変換の際には、座標系（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）を第１の撮像装置１２ａの三次元座標とし、（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）を第２の撮像装置１２ｂの三次元座標とする。第２の撮像装置１２ｂの結像レンズ１３ａ”を座標系（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）の原点とし、第１の撮像装置１２ａと第２の撮像装置１２ｂの距離をｄｘとする。さらに、光学配置を考慮し、座標系の変換には以下の式を使用する。
【数１】

また、第２の撮像装置１２ｂの光軸がベッド上面に対してなす角度をθは、次式で求めることができる。
θ＝ａｒｃｔａｎ（ｄｘ／ｈ） ………（２）
【００６０】
次に、第２の撮像装置１２ｂでパターンの像を取得する。そして、前記算出された位置と、第２の撮像装置１２ｂで取得したパターン像との比較を行い、最も近い位置にある輝点を同一輝点とみなし、対応付けを行う。
【００６１】
なお、以上の対応付けの処理は、像上の全ての輝点に関して行うが、第１の撮像装置１２ａと第２の撮像装置１２ｂの撮像範囲の相違から、対応付けができない輝点が現れる場合がある。このような輝点は、消失スポットとして扱い、測定には使用しない。
【００６２】
図３に戻って、演算装置２０について説明する。演算装置２０は、監視装置１を制御する制御部２１を有している。さらに制御部２１には、記憶部３１が接続されている。記憶部３１は、撮像装置１２から取得した像を時系列的に記憶するようにするとよい。また記憶部３１には算出された情報等のデータが記憶できる。
【００６３】
制御部２１には、後述の情報合成手段としての出力情報生成部２４の合成結果を表示する情報出力手段としてのディスプレイ４０が接続されている。ディスプレイ４０は典型的にはＬＣＤである。ディスプレイ４０は、例えば後述の出力情報生成部２４から出力される解析情報を入力、表示する。なお、その場で情報を出力する必要のない場合（例えば合成結果を保存するだけの場合）には、ディスプレイ４０を備える必要は特にない。
【００６４】
また制御部２１には、監視装置１を操作するための情報を入力する入力装置３５が接続されている。入力装置３５は例えばタッチパネル、キーボードあるいはマウスである。本図では、入力装置３５は、演算装置２０に外付けするものとして図示されているが、内蔵されていてもよい。また本実施の形態では、入力装置３５を備える場合で説明するが、特に備えなくても問題ない。
【００６５】
さらに、制御部２１内には、第１のＦＧセンサ１０ａで得られた像上のパターンの移動に基づいて、ベッド３上に存在する人物２の外形情報を得る三次元情報演算手段としての三次元形状生成部２２と、第２のＦＧセンサ１０ｂで得られた像上のパターンの移動に基づいて、人物２の変動情報を得る変動情報演算手段としての変動情報演算部２３と、外形情報と変動情報を合成する情報合成手段としての出力情報生成部２４とが備えられている。外形情報と変動情報については以下で説明する。以下、上記各構成について詳細に説明する。
【００６６】
三次元形状生成部２２は、前述のように、ベッド３上に存在する人物２の外形情報を得るものである。本実施の形態では、外径情報は、三次元形状を示す画像（以下単に三次元形状いう）である。三次元形状生成部２２は、第１のＦＧセンサ１０ａの測定装置１４の測定結果即ち高さ情報に基づいて、外形情報として三次元形状を生成する。
【００６７】
ここで、三次元形状生成部２２による三次元形状の生成について説明する。三次元形状生成部２２は、測定装置１４の測定結果である高さ情報に基づいて、三次元形状を生成するように構成されている。
【００６８】
前述のように、測定装置１４での測定結果である高さ情報は、複数の測定点での人物２の高さに対応するものであるが、ここでは高さ情報から実際に高さを算出する。この場合、高さ情報の各測定点での輝点の移動量に基づいて、三角測量法により、各測定点での人物２の高さを算出する。さらに言えば、ベッド３上からの高さを算出する。以下、図８を参照して、人物２の高さの算出について説明する。なお、ここでは、図４と同様に、解りやすく、対象領域を平面１０２、対象物を物体１０３として説明する。
【００６９】
図８は、投影装置１１、撮像装置１２、物体１０３、平面１０２との関係をＸ軸方向（図４参照）に見た線図である。ここでは、物体１０３の高さがＺ１である場合で説明する。投影装置１１の中心（パターン光源の中心）と結像レンズ１３ａの中心とは、平面１０２に平行に距離ｄだけ離して配置されており、結像レンズ１３ａから結像面１５’（撮像素子１５）までの距離はｌ（エル）（結像レンズ１３ａの焦点とほぼ等しい）、結像レンズ１３ａから平面１０２までの距離はｈ、物体１０３の点１０３ａの平面１０２からの高さはＺ１である。物体１０３が平面１０２上に置かれた結果、結像面１５’上の点１０２ａ’はδだけ離れた点１０３ａ’に移動したとする。
【００７０】
図中結像レンズ１３ａの中心と点１０３ａとを結ぶ線が平面１０２と交差する点を１０２ａ”とすれば、点１０２ａと点１０２ａ”との距離Ｄは、三角形１０３ａ’−１０２ａ’−１３ａと三角形１０２ａ”−１０２ａ−１３ａとに注目すれば、Ｄ＝δ・ｈ／ｌであり、三角形１３ａ−１１−１０３ａと三角形１０２ａ”−１０２ａ−１０３ａに注目すれば、Ｄ＝（ｄ・Ｚ１）／（ｈ−Ｚ１）である。この両式からＺ１を求めると次式のようになる。
Ｚ１＝（ｈ^２・δ）／（ｄ・ｌ＋ｈ・δ） ………（３）
以上のように、物体１０３の高さを算出することができる。
【００７１】
さらに、三次元形状生成部２２は、外形情報即ち三次元形状の不足部位について補間を行うように構成されている。なお、外形情報が必要十分に取得できる場合には、特に補間を行なう必要はない。
【００７２】
ここで補間について説明する。上述のしたように、三次元形状生成部２２は、測定装置１４の測定結果である高さ情報から各測定点での高さを算出し、算出した高さに基づいて三次元形状を生成する。なお、人物２の高さは、各測定点（輝点）が間隔を空けて配置されているため、各測定点の間の位置の高さは解らない。このため、算出した各測定点での人物２の高さからそのまま三次元形状を生成したのでは、人物２の外形は解り辛い。これを補うために、三次元形状生成部２２は、人物２の高さの不足部位について補間を行う。
【００７３】
具体的には、例えば、補間したい三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から近傍にある４個の測定点を探索する。但し、４個の測定点は、それぞれ（Ｘ，Ｙ）を基準として４つの象現に属するものとする。
これら４個の各測定点の三次元座標を（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）とし、次式（４）から距離を算出する。
δ_ｉ＝｛（Ｘ−ｘ_ｉ）^２＋（Ｘ−ｘ_ｉ）^２｝^１ ^／ ^２ ………（４）
また、
ＳＵＭ＿Ａ＝Σδ_ｉ ………（５）
とする。そして、次式（６）を用いて、（Ｘ，Ｙ）の高さＺを算出する。
【数２】

なお、ｚ_ｉは各測定点での高さである。
以上の計算を補間したい座標について行うことで、各測定点の間の座標の人物２の高さを補間できる。三次元形状生成部２２は、以上のような補間を行うことで三次元形状を生成する。
図９に、このようにして生成した三次元形状の例を示す。なお、図示の三次元形状は、ディスプレイ４０に表示された際の画像のイメージである。
【００７４】
なお、補間に関しては、上記した例に限られるものではなく、各種補間方法あるいはグリッド法（例えば、Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ、ＲａｄｉａｌＢａｓｉｓＦｕｎｃｔｉｏｎ補間、ＰｏｌｙｎｏｍｉａｌＲｅｇｒｅｓｓｉｏｎ、ＮｅａｒｅｓｔＮｅｉｇｈｂｏｒグリッド法、ＮａｔｕｒａｌＮｅｉｇｈｂｏｒグリッド法、ＭｏｄｉｆｉｅｄＳｈｅｐａｒｄ’ｓＭｅｔｈｏｄ、ＭｉｎｉｍｕｍＣｕｒｖａｔｕｒｅ、ＩｎｖｅｒｓｅＤｉｓｔａｎｃｅｔｏａＰｏｗｅｒグリッド法、Ｋｒｉｇｉｎｇ等）が適用可能である。
【００７５】
変動情報演算部２３は、前述のように、人物２の変動情報を得るものである。本実施の形態では、変動情報は、各測定点での人物２の高さ方向の動きの位相を含む人物２の高さ方向の動きに関する情報である。さらにここでは変動情報には、後述の高さ変化量も含まれるものとする。
【００７６】
変動情報演算部２３は、測定装置１４での測定結果である動き情報から、各測定点の動きの位相を識別するように構成される。変動情報演算部２３は、各測定点での識別した動きの位相を、変動情報として得る。ここでは、位相とは、動きの方向を含む概念である。さらにここでは、変動情報演算部２３による動きの位相の識別は、測定装置１４により各測定点で測定された動きが、上方向の動きであるか、又は下方向の動きであるかを識別することである。このようにすることで、例えば、人物２の身体上のどの部位が、上方向又は下方向の動きをしているかを知ることが可能である。
【００７７】
さらに変動情報演算部２３は、動き情報に基づいて、変動情報として各測定点での人物２の高さ変化の量（以下高さ変化量という）を算出するように構成されている。変動情報演算部２３は、第２のＦＧセンサ１０ｂの測定装置１４の測定結果即ち動き情報に基づいて、高さ変化量を算出する。
【００７８】
ここで、変動情報演算部２３による高さ変化量の算出について説明する。変動情報演算部２３は、動き情報に基づいて、高さ変化量を算出するように構成されている。前述のように、動き情報は、各測定点での人物２の高さ方向の動きに対応するものであるが、ここでは動き情報から実際の高さ変化量を算出する。この場合、図８で前述した高さの算出と同様にして、動き情報の各測定点での輝点の移動量に基づいて、三角測量法により、各測定点での人物２の高さ変化量を算出する。また、高さ変化量も三次元形状と同様な、補間を行うようにしてもよい。
【００７９】
次に、出力情報生成部２４について説明する。出力情報生成部２４は、三次元形状と変動情報を合成するものである。出力情報生成部２４は、三次元形状生成部２２で得られた三次元形状と、変動情報演算部２３で得られた変動情報を合成して表示するための解析情報を生成するように構成されている。生成された解析情報は、ディスプレイ４０へ出力され、ディスプレイ４０により表示される。なおここでは、合成とは、例えば三次元形状に変動情報を重ねることである。
なお、表示される合成結果には、例えば後述する人物２の体積変化とその波形等の情報も含んでいる。
【００８０】
ここでは、出力情報生成部２４は、三次元形状に、変動情報を、それぞれの測定点（輝点）が対応するように合成した画像を解析情報として生成する。なお、後述の異常判定部２６による判定結果も、生成される解析情報に含まれるものとする。
【００８１】
また、出力情報生成部２４は、前記合成を、人物２の各部位毎の動きが解るように行うように構成されている。具体的には、三次元形状に、変動情報である各測定点での識別した動きの位相を、各々座標が対応するように重ねる。このようにすることで、例えば人物２の身体上のどの部位が、上方向又は下方向の動きをしているかが容易に解る。
【００８２】
ここで、図１０の模式図を参照して、三次元形状と変動情報を合成する際の例、言い換えれば生成される解析情報の例について説明する。なおここでは説明のために、生成された解析情報の例は、ディスプレイ４０により表示される際の画像で示す。図示するように、図９で説明した三次元形状に、変動情報を、各々の位置が対応するように合成する。このように三次元形状に、変動情報を合成する際には、各測定点での動きの位相が識別できるようにする。
【００８３】
なお、図１０（ａ）は、人物２の腹部が上方向の動きをしている場合、さらに言えば腹式呼吸の吸気の場合を示している。また図１０（ｂ）は、人物２の胸部が下方向の動きをしている場合、さらに言えば胸式呼吸の呼気の場合を示している。
【００８４】
さらにここでは、動きの位相が上方向と下方向との場合で、それぞれの位相の測定点を、模様を変えて示してあるが（図示では上方向が白抜き、下方向が塗り潰し）、それぞれ色を変えるようにしてもよい（例えば上方向を青、下方向を赤のように）。また、例えば矢印（図中一部測定点に破線で表示）により、動きの位相を示すようにしてもよい。このようにすることで、人物２の身体上のどの部位が、上方向又は下方向の動きをしているかを容易に認識することが可能である。監視装置１は、このように生成した解析情報をディスプレイ４０に表示する。また、この際に波形の動きの変化の大きさによって、模様の色の濃さを変えたり、模様の幅を変えたり、矢印の太さ、長さを変えたりして表示すれば、さらに動きの変化がわかりやすい表示となる。さらに、動きの変化を積分した高さの変化データの場合も同様にして、例えば高くなっている部位は、その量を反映させて色を明るくしたり、矢印を長くしたりすることによって、高さの変化がわかりやすい表示となる。
【００８５】
さらに、出力情報生成部２４は、人物２の体積変動量を算出するように構成されている。体積変動量は、変動情報である高さ変化量から算出することができる。この際には、例えば、高さ変動量の総和を体積変動量としてもよい。このように、体積変動量を算出することで、例えば、人物２の呼吸の際の吸入量を知ることができる。算出した体積変動量は、解析情報に含めることで、ディスプレイ４０に表示するようにする。また、仮にディスプレイ４０に表示しない場合には、電子媒体等（例えばここでは記憶部３１）に保存するようにすればよい。
【００８６】
さらに、出力情報生成部２４は、外形情報ここでは三次元形状に基づいて、変動情報を補正するように構成されている。ここで補正するのは、変動情報である高さ変化量である。
【００８７】
ここで、再び図４を参照して、この補正について説明する。まず、図８で説明した式（３）でわかるように、対象物の高さを算出するためには、結像レンズ１３ａから平面１０２までの距離ｈが必要である。同様に、高さ変化量を算出する際にも、適当な距離ｈを設定し、これを用いて式（３）により高さ変化量を算出していた。ほとんどの場合、これで問題はないが、より詳細な測定を行う場合には、投影された輝点が当っている点までの距離を正確に知る必要がある。即ち、各測定点での結像レンズ１３ａから物体１０３までの距離ｈを知る必要がある。
【００８８】
そこで、出力情報生成部２４は、三次元形状生成部２２により得た三次元形状を用いて、高さ変化量を補正する。具体的には、三次元形状を形成する各点での人物２の高さを距離ｈ’として、この各点にそれぞれ対応する高さ変化量を補正する。
【００８９】
さらに具体的な例で説明する。例えば、第２のＦＧセンサ１０ｂの、基線長を６００ｍｍ、第２の撮像装置１２ｂの結像レンズ１３ａの焦点距離ｌを１２ｍｍとする。そして、結像レンズ１３ａから平面１０２までの距離ｈを２．３ｍとしたときに、結像面１５’上で輝点が５μｍ移動したとすると、高さ変化量は３．６７ｍｍと算出される。また、結像レンズ１３ａから物体１０３までの距離が２．０ｍ（即ち物体１０３の高さが０．３ｍ）であったとし、これをｈとして計算すると、高さ変化量は２．７７ｍｍと算出される。この高さ変化量の差１．１ｍｍが測定誤差となる。
【００９０】
このように、出力情報生成部２４は、上記補正により、正確な距離ｈを用いて高さ変化量が算出できるので、より正確な高さ変化量を知ることができる。さらに、このように補正した高さ変化量に基づいて、体積変動量を算出することで、より正確に人物２の体積変動を測定することができる。これは、呼吸のような微細な動きの量を測定するのに極めて有効である。
【００９１】
図３に戻って説明する。さらに制御部２１内には、第２のＦＧセンサ１０ｂの測定装置１４で測定された動き情報に基づいて、人物２の動きの種類を判別する動き判別部２５が備えられている。即ち、動き判別部２５は、測定装置１４により複数の測定点で測定された動き情報即ち人物２の高さ方向の動きに基づいて、人物２の動きの種類を判別する。動き判別部２５により判別される人物２の動きの種類は、典型的には呼吸、体動、動き無し（不動）である。さらに、動き判別部２５は、動き情報に基づいて、人物２の呼吸を検出するように構成される。なお体動とは、人物２の体の動きであり、例えば立ったり座ったりといった動きの他、手足の動きを広く含む概念である。
【００９２】
また、動き判別部２５は、人物２の呼吸を判別した場合には、その呼吸を検出するように構成するとよい。動き判別部２５による呼吸の検出は、前記平均値の時間変化の周期的変化の振幅と周期（周波数）の両方又はいずれか一方に所定の上限下限の閾値を設定し、この閾値と比較して呼吸か否かを判定し、呼吸を検出するようにしてもよい。周期の上限下限の閾値は、例えば人物の呼吸の周期を含む範囲、例えば、下限を毎分５サイクル、上限を毎分６０サイクルに設定するとよい。ところで、大人の呼吸数は、毎分５〜３０回程度の範囲にあるが、幼児の場合にはさらに呼吸数が多くなる傾向がある。これにより、検出された人物２の呼吸は、波形パターンを形成する。
図１１は、呼吸の波形パターンの例を示した図である。
【００９３】
さらに、動き判別部２５は、呼吸数の検出を行うようにするとよい。呼吸数の検出は、例えば、動きが呼吸と判別された領域の輝点の移動量の総和の時間変化をフーリエ変換等のデータ処理を行うことで検出できる。
【００９４】
さらに制御部２１内には、第２のＦＧセンサ１０ｂの測定装置１４により測定された人物２の高さ方向の動きに基づいて、人物２の異常を判定する異常判定部２６を備えている。さらに具体的に言えば、異常判定部２６は、動き判別部２５による人物２の呼吸の検出結果に基づいて、人物２の異常を判定する。また、異常判定部２６は、変動情報演算部２３により得られた変動情報に基づいて、人物２の異常を判定する異常判定手段でもある。なお、人物２の異常を判定するとは、ここでは人物２が危険な状態にあるか否かを判定することである。
【００９５】
異常判定部２６による人物２の危険な状態の判定基準は、以下のようなことを考慮して、設定するようにするとよい。例えば、動き判別部２５により呼吸が検出されているときに、短時間に呼吸パターンの持つ周期が乱れた場合又は、呼吸パターンの持つ周期が急激に変化した場合には、例えば、自然気胸、気管支喘息などの肺疾患、うっ血性心不全などの心疾患、または、脳出血などの脳血管疾患であると推測できるので、危険な状態であると判定するように設定する。また、呼吸パターンの消失が続いた場合には、人物２の呼吸が停止したと推測できるので、危険な状態であると判定するように設定する。そして、短時間に呼吸パターンではなく人物２の体動が頻出した場合には、人物２が何らかの理由で苦しんで暴れているような状況が推測できるので、危険な状態であると判定するように設定する。
【００９６】
また、上述したような異常判定部２６による判定結果は、ディスプレイ４０に表示するように構成される。異常判定部２６は、判定結果を出力情報生成部２４へ出力する。この場合には、出力情報生成部２４は、判定結果を含めて解析情報を生成し、ディスプレイ４０へ出力する。これにより、異常判定部２６による判定結果がディスプレイ４０に表示されることで、例えば測定者は、人物２の異常を容易に認識することができる。
【００９７】
以上では、ベッド３上に投影するパターンを複数の輝点とした場合で説明したが、図１２に示すように、輝線としてもよい。即ち光切断法を用いて人物２の高さ方向の動きを測定するようにしてもよい。この場合には、投影手段には、ベッド３上にパターン光としての輝線を投影するように構成された投影装置１１１を用いる。投影する輝線の数は、典型的には複数であるが、１本であってもよい。また１本の場合には、例えば１本の輝線を走査するような方式であってもよい。以下、輝線は複数の場合で説明する。複数の輝線１１１ｂは、等間隔に複数本投影される。複数本の輝線１１１ｂは、パターン１１１ａ’を形成する。また、輝線１１１ｂの方向と三角法の基線方向は、ほぼ垂直である。
【００９８】
なお輝線の場合には、例えば図１３に示すように、図５で説明した輝点の場合と同様に、撮像素子１５の結像面１５’に結像した輝線の像は、高さのある物体により、δだけｙ軸方向に移動することになる。さらに同様に、このδを測定することにより、物体上の点の位置が三次元的に特定できる。なお、δの測定は、輝線の像の中心線の位置で測定するようにする。さらに輝線の場合には、測定点が、輝線の像の位置にある撮像素子１５の画素１つに対応する。
【００９９】
以上のように、パターン光を複数本の輝線とし、輝線の移動を測定することで、パターン光を複数の輝点とした場合に比べて、輝線上の任意の点の移動を測定でき、輝線方向の連続的形状が認識できる。言い換えれば、輝線方向の測定の分解能を向上することができる。
【０１００】
また以上では、対象物は人物２の場合で説明したが、例えば、モータ等の機械としてもよい。この場合には、比較的微細な動きであるモータの振動を測定することができる。
【０１０１】
さらに以上では、第１の三次元センサと第２の三次元センサは、投影装置を共通としているが、しかしこれに限らず、第１の撮像装置と第２の撮像装置が共通で、投影装置が２つあってもよい。即ち、以上では、図１に示すように、第１のＦＧセンサ１０ａと第２のＦＧセンサ１０ｂは、投影装置１１を共通としているが、図１４に示すように、第１のＦＧセンサ１０ａが投影装置としての第１の投影装置１１−１を有し、第２のＦＧセンサ１０ｂが投影装置としての第２の投影装置１１−２を有し、第１の撮像装置１２ａと第２の撮像装置１２ｂとを共通の撮像装置１２としてもよい。
【０１０２】
この場合には、第１のＦＧセンサ１０ａ及び第２のＦＧセンサ１０ｂの設置は、ベッド３のおよそ中央部上方に第１の投影装置１１−１と撮像装置１２を、人物２のおよそ頭部上方に第２の投影装置１１−２を配置する。そして、第１の投影装置１１−１は、撮像装置１２から第１の間隔ｄ１をもって、第２の投影装置１１−２は第２の間隔ｄ２をもって配置される。
【０１０３】
またこの場合には、投影されるパターンが共通ではない、即ち第１の投影装置１１−１から投影されたパターン１１ａと、第２の投影装置１１−２から投影されたパターン１１ａ’が存在するため、出力情報生成部２４による三次元形状と変動情報の合成が若干異なる。具体的には、出力情報生成部２４による合成は、三次元形状と変動情報を、各ＦＧセンサ１０の各測定点が対応するよう合成するのではなく、ベッド３上での座標が対応するように合成する。このようにすることで、各ＦＧセンサ１０のパターンの投影位置や輝点のピッチが異なっても、三次元形状と変動情報の合成が正確に行える。
【０１０４】
さらにこの場合は、撮像装置１２でパターンを撮像する際には、第１の投影装置１１−１と第２の投影装置１１−２のどちらで投影されたパターンかを区別する必要がある。これは、例えば、各投影装置が同時のパターンを投影しないようにし、第１の投影装置１１−１でパターン１１ａを投影しているときに撮像した画像と、第２の投影装置１１−２でパターン１１ａ’を投影しているときに撮像した画像とを区別して処理すればよい。このようにすることで、パターン１１ａの移動と、パターン１１ａ’の移動を各々測定できるので、三次元形状及び変動情報が得られる。
【０１０５】
このように、第１の撮像装置と第２の撮像装置が共通で、投影装置が２つの場合には、撮像装置が共通であるので、例えば画像の処理量を低減できる。
【０１０６】
以上のように、監視装置１は、第１のＦＧセンサ１０ａと、第２のＦＧセンサ１０ｂと、三次元形状生成部２２と、変動情報演算部２３とを備えているので、三次元形状生成部２２により、第１のＦＧセンサ１０ａで得られた高さ情報に基づいて、人物２の三次元形状を得ることができ、変動情報演算部２３により、第２のＦＧセンサ１０ｂで得られた動き情報に基づいて、人物２の変動情報を得ることができる。さらに、出力情報生成部２４を備え、三次元形状と変動情報を合成することで、例えば人物２の身体上のどの部位が、上方向又は下方向の動きをしているかを容易に認識できる画像を生成できるので、人物２の状態特に呼吸の状態を容易且つ正確に把握できる。
【０１０７】
第１のＦＧセンサ１０ａは、投影装置と撮像装置の配置間隔（基線長）が比較的短いので、前述した輝点の飛び越えが発生しにくく、例えば人物２の外形を測定するのに好適である。また、第２のＦＧセンサ１０ｂは、第１のＦＧセンサ１０ａに比べて、投影装置と撮像装置の配置間隔（基線長）が長いので、より詳細な動き、例えば人物２の呼吸のような小さな動きでも正確に測定できる。
【０１０８】
さらに、三次元形状生成部２２は、人物２の身体形状を認識できる三次元形状を生成するので、人物２の呼吸の状態を明確に把握しやすい。また、三次元センサとしてＦＧセンサ１０を用いることで、単純でありながら、正確に人物２の高さ方向の動きを測定できる。さらにＦＧセンサ１０は、測定を非接触で行えるので、測定される人物への負担が少ない。
【０１０９】
また、出力情報生成部２４は、三次元形状に基づいて、変動情報を補正するので、より正確に人物２の高さ変化量を算出することができる。さらには、体積変動量は、この高さ変化量に基づいて算出されるので、より正確な体積変動量を測定できる。
【０１１０】
また、監視装置１は、出力情報生成部２４の合成結果を表示するディスプレイ４０を備えている。これにより、監視装置１は、出力情報生成部２４による合成結果、即ち人物２の身体上の動きを示す変動情報を人物２の身体の外形を示す三次元形状に重ねた解析情報を、ディスプレイ４０により表示することができるので、身体の部位毎の動き（特に呼吸によるの動き）が容易に認識できる。これは例えば医師の診断の参考になる。
【０１１１】
さらに、三次元形状生成部２２は、三次元形状の不足部位について補間を行うので、測定点が間隔を空けて配置されている場合でも、人物２の連続した外形を得ることができる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、対象領域にパターン光を投影する投影装置と、前記投影装置から第１の間隔をもって配置され前記パターン光が投影された対象領域を撮像する第１の撮像装置とを有する第１の三次元センサと、前記対象領域にパターン光を投影する投影装置と、前記投影装置から前記第１の間隔よりも長い第２の間隔をもって配置され前記パターン光が投影された対象領域を撮像する第２の撮像装置とを有する第２の三次元センサと、前記第１の三次元センサで得られた像上のパターンの移動に基づいて、前記対象領域に存在する対象物の外形情報を得る三次元情報演算手段と、前記第２の三次元センサで得られた像上のパターンの移動に基づいて、前記対象物の変動情報を得る変動情報演算手段と、前記外形情報と前記変動情報を合成する情報合成手段とを備えるので、対象物の状態を容易且つ正確に把握できる三次元形状測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である監視装置の概略を示す模式的外観図である。
【図２】本発明の実施の形態である投影装置を説明する模式的斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態である監視装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態での輝点の移動の概念について説明する概念的斜視図である。
【図５】図４の場合での結像面に結像した輝点について説明する模式図である。
【図６】本発明の実施の形態での第１の撮像装置と第２の撮像装置との輝点の対応付けの際の座標の変換について説明する線図である。
【図７】図６の場合での相似の利用について説明する線図である。
【図８】本発明の実施の形態での対象物の高さの算出について説明する線図である。
【図９】本発明の実施の形態である三次元形状生成部により生成された三次元形状について説明する模式図である。
【図１０】図９の場合での三次元形状に変動情報を合成した結果の例を示す、（ａ）は腹部に上方向の動きがある場合を示す模式図、（ｂ）は胸部に下方向の動きがある場合を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態で用いる、呼吸の波形パターンについて示した線図である。
【図１２】本発明の実施の形態である投影装置により投影するパターン光に複数の輝線を用いた場合の監視装置の概略を示す模式的外観図である。
【図１３】図１２の場合での結像面に結像した輝線について説明する模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態である第１の撮像装置と第２の撮像装置を共通とし、投影装置を２つ備える場合の監視装置の概略を示す模式的外観図である。
【符号の説明】
１監視装置
２人物
３ベッド
１０ＦＧセンサ
１０ａ第１のＦＧセンサ
１０ｂ第２のＦＧセンサ
１１投影装置
１１ａパターン
１１ｂ輝点
１２撮像装置
１２ａ第１の撮像装置
１２ｂ第２の撮像装置
１４測定装置
２０演算装置
２１制御部
２２三次元形状生成部
２３変動情報演算部
２４出力情報生成部
２５動き判別部
２６異常判定部
４０ディスプレイ
１０２平面
１０３物体
１０５光束発生部
１２０グレーティング
１２１光ファイバー
１２２ＦＧ素子

Claims

対象領域にパターン光を投影する投影装置と、前記投影装置から第１の間隔をもって配置され前記パターン光が投影された対象領域を撮像する第１の撮像装置とを有する第１の三次元センサと；
前記対象領域にパターン光を投影する投影装置と、前記投影装置から前記第１の間隔よりも長い第２の間隔をもって配置され前記パターン光が投影された対象領域を撮像する第２の撮像装置とを有する第２の三次元センサと；
前記第１の三次元センサで得られた像上のパターンの移動に基づいて、前記対象領域に存在する対象物の外形情報を得る三次元情報演算手段と；
前記第２の三次元センサで得られた像上のパターンの移動に基づいて、前記対象物の変動情報を得る変動情報演算手段と；
前記外形情報と前記変動情報を合成する情報合成手段とを備えた；
三次元形状測定装置。
前記情報合成手段は、前記外形情報に基づいて、前記変動情報を補正することを特徴とする；
請求項１に記載の三次元形状測定装置。
前記情報合成手段は、前記合成を、前記対象物の各部位毎の動きが解るように行うことを特徴とする；
請求項１又は請求項２に記載の三次元形状測定装置。
前記情報合成手段の合成結果を表示する情報出力手段を備えた；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。
前記投影装置の投影するパターン光は、輝点が配列されたものであることを特徴とする；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。
前記三次元情報演算手段は、前記外形情報の不足部位について補間を行うことを特徴とする；
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。