姿勢検出装置
【課題】被験者の姿勢を示す値を正確に算出する。
【解決手段】各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する距離画像取得部１０２と、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する座標算出部１０４と、座標算出部１０４が算出した複数のマーカーの座標から、被験者の姿勢を示す値を算出する姿勢算出部１０６とを備える。
【解決手段】各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する距離画像取得部１０２と、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する座標算出部１０４と、座標算出部１０４が算出した複数のマーカーの座標から、被験者の姿勢を示す値を算出する姿勢算出部１０６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、姿勢検出装置に関し、特に、リハビリテーション用途で用いられ、人間の姿勢を数値化する姿勢検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人間の姿勢を数値化するための装置としてゴニオメーターが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２３Ａおよび図２３Ｂは、ゴニオメーターを用いて頚椎の回旋角度を算出する方法を説明するための図である。図２３Ａに示すように、ゴニオメーター３５０は、第１定規３５２と、第２定規３５４とを含み、第１定規３５２と、第２定規３５４とは、回転中心３５６で回動可能に接続されている。第１定規３５２には、第１定規３５２と第２定規３５４とがなす角度を示す目盛りが記載されている。まず、図２３Ａのように被験者１１０が正面を向いている時に、第１定規３５２の長軸を被験者１１０の両肩峰と平行な位置に合わせ、その状態で第２定規３５４の長軸を、被験者１１０の上から見て被験者１１０の頭頂部と眉間とを結ぶ直線と一致する位置に合わせる。この状態で第１定規３５２と第２定規３５４とがなす角度を計測する。また、図２３Ｂのように被験者１１０が頭を右方向限界まで回旋させた状態で、第１定規３５２と第２定規３５４との位置を図２３Ａと同様の位置に合わせ、第１定規３５２と第２定規３５４とがなす角度を計測する。図２３Ｂの状態で計測された角度と図２３Ａの状態で計測された角度との差を算出することにより、被験者１１０の首の回旋角度を算出することができる。
【０００４】
図２４Ａおよび図２４Ｂは、ゴニオメーターを用いて右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する方法を説明するための図である。図２４Ａに示すように、両脚を閉じた状態の仰臥位の被験者１２０に対して、右側の上前腸骨棘にゴニオメーター３５０の回転中心３５６を合わせ、右側および左側の上前腸骨棘を結ぶ直線上に第１定規３５２の長軸を合わせ、右側の上前腸骨棘と膝蓋の中央とを結ぶ直線上に第２定規３５４の長軸を合わせる。この状態で第１定規３５２と第２定規３５４とがなす角度を計測する。また、図２４Ｂのように右股関節を外転運動させた状態で、第１定規３５２と第２定規３５４との位置を図２４Ａと同様の位置に合わせ、第１定規３５２と第２定規３５４とがなす角度を計測する。図２４Ｂの状態で計測された角度と図２４Ａの状態で計測された角度との差を算出することにより、被験者１２０の右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７９５３６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、ゴニオメーターを用いる方法では、被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができないという課題がある。
【０００７】
つまり、図２３Ａおよび図２３Ｂに示した頚椎の回旋角度を算出する方法では、上述の通り、第１定規３５２の長軸を被験者１１０の両肩峰と平行な位置に合わせ、その状態で第２定規３５４の長軸を、被験者１１０の上から見て被験者１１０の頭頂部と眉間とを結ぶ直線と一致する位置に合わせる必要がある。しかし、両肩峰と第１定規３５２とは位置的に離れており、第１定規３５２を肩に直接当てることができない。また、眉間と第２定規３５４とは位置的に離れているため、第２定規３５４を眉間に直接当てることができない。このように、第１定規３５２および第２定規３５４を正確な位置に合わせるのが困難であるため、被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができない。
【０００８】
また、図２４Ａおよび図２４Ｂに示した右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する方法では、上述の通り、右側の上前腸骨棘にゴニオメーター３５０の回転中心３５６を合わせ、右側および左側の上前腸骨棘を結ぶ直線上に第１定規３５２の長軸を合わせ、右側の上前腸骨棘と膝蓋の中央とを結ぶ直線上に第２定規３５４の長軸を合わせる必要がある。しかし、右股関節を外転運動させたときの角度計測では、骨盤の位置を基準に大腿の側方への運動角度を計測するが、この運動では骨盤自体が傾斜する、いわゆる代償運動が生じる。このため、第１定規３５２および第２定規３５４を正確な位置に合わせるのが困難であるため、被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができない。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる姿勢検出装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に係る姿勢検出装置は、各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する距離画像取得部と、前記距離画像取得部が取得した前記距離画像に基づいて、前記被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する座標算出部と、前記座標算出部が算出した前記複数のマーカーの座標から、前記被験者の姿勢を示す値を算出する姿勢算出部とを備える。
【００１１】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる。
【００１２】
好ましくは、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、頭頂部と、眉間とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記被験者が正面を向いている状態と頭を回旋させた状態との、前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶ直線と、前記頭頂部に貼付されたマーカーおよび前記眉間に貼付されたマーカーを結ぶ直線とがなす角度の差を、頚椎の回旋角度として算出する。
【００１３】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の肩峰と、頭頂部と、眉間とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の頚椎の回旋角度を正確に算出することができる。
【００１４】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の上前腸骨棘と、右脚または左脚の膝蓋とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記被験者が両脚を閉じた状態と、前記膝蓋にマーカーが貼付された脚側の股関節を外転運動させた状態との、前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶ直線と、前記膝蓋に貼付されたマーカーと前記膝蓋にマーカーが貼付された脚側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーとを結ぶ直線とがなす角度の差を、股関節を外転運動させたときの外転角度として算出してもよい。
【００１５】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の上前腸骨棘と、右脚または左脚の膝蓋とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の股関節を外転運動させたときの外転角度を正確に算出することができる。
【００１６】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起と、右側および左側の上後腸骨棘とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線と、前記被験者の重心線とのなす角度を、体幹傾斜角として算出してもよい。
【００１７】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起と、右側および左側の上後腸骨棘とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の体幹傾斜角を正確に算出することができる。
【００１８】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーとを含み、前記姿勢算出部は、前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線から、第７頚椎棘突起から前記腰椎の棘突起までの間に貼付された前記複数のマーカーを通る曲線のうち胸椎部の曲線までの距離の最大値を算出する第１算出部と、前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーから、前記直線と前記曲線とが交差する点までの距離を算出する第２算出部と、前記第１算出部が算出した前記最大値を前記第２算出部が算出した距離で除した値を算出することにより、前記被験者の後湾の度合いを示す後湾指数を算出する第３算出部とを含んでいてもよい。
【００１９】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の後湾の度合いを示す後湾指数を正確に算出することができる。
【００２０】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーとを含み、前記姿勢算出部は、前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線から、第７頚椎棘突起から前記腰椎の棘突起までの間に貼付された前記複数のマーカーを通る曲線のうち腰椎部の曲線までの距離の最大値を算出する第１算出部と、前記直線と前記曲線とが交差する点から、前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点までの距離を算出する第２算出部と、前記第１算出部が算出した前記最大値を前記第２算出部が算出した距離で除した値を算出することにより、前記被験者の前湾の度合いを示す前湾指数を算出する第３算出部とを含んでいてもよい。
【００２１】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の前湾の度合いを示す前湾指数を正確に算出することができる。
【００２２】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する上部体幹ベクトル算出部と、前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、算出された前記上部体幹ベクトルおよび前記下部体幹ベクトルを前記被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記上部体幹と前記下部体幹との間の傾斜角度として算出する傾斜角度算出部とを含んでいてもよい。
【００２３】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度を正確に算出することができる。
【００２４】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する骨盤ベクトル算出部と、算出された前記下部体幹ベクトルおよび前記骨盤ベクトルを前記被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記下部体幹と前記骨盤との間の傾斜角度として算出する傾斜角度算出部とを含んでいてもよい。
【００２５】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度を正確に算出することができる。
【００２６】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する上部体幹ベクトル算出部と、前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、算出された前記上部体幹ベクトルおよび前記下部体幹ベクトルを前記被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記上部体幹と前記下部体幹との間の回旋角度として算出する回旋角度算出部とを含んでいてもよい。
【００２７】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の上部体幹と下部体幹との間の回旋角度を正確に算出することができる。
【００２８】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する骨盤ベクトル算出部と、算出された前記下部体幹ベクトルおよび前記骨盤ベクトルを前記被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記下部体幹と前記骨盤との間の回旋角度として算出する回旋角度算出部とを含んでいてもよい。
【００２９】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付されマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の下部体幹と骨盤との間の回旋角度を正確に算出することができる。
【００３０】
好ましくは、前記カメラは、前記被験者に光を照射し、照射した光の反射光を受光し、照射開始時刻と受光時刻との差から前記被験者までの距離を算出することにより、前記距離画像を生成し、前記複数のマーカーの各々は、再帰性反射部材からなる。
【００３１】
再帰性反射部材は、当たった光を光源へ向けてまっすぐに反射する特性を有する。このため、距離画像を正確に算出することができる。よって、複数のマーカーの座標から被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる。
【００３２】
なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備える姿勢検出装置として実現することができるだけでなく、姿勢検出装置に含まれる特徴的な処理部が実行する処理をステップとする姿勢検出方法として実現することができる。また、姿勢検出装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラムまたは姿勢検出方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる姿勢検出装置等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】姿勢検出装置を含む姿勢検出システムの利用シーンを説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】距離画像カメラの概観図である。
【図４】距離画像カメラによる距離計測の原理を説明するための図である。
【図５】（ａ）は、通常のカメラを用いて被験者を撮影した画像の一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）と同一位置を撮影した距離画像の一例を示す図である。
【図６】被験者が正面を向いている状態を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る姿勢検出装置が実行する処理のフローチャートである。
【図８】被験者が頭を右側限界まで回旋させた状態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る姿勢検出装置が実行する処理のフローチャートである。
【図１０Ａ】被験者が両脚を閉じた状態を示す図である。
【図１０Ｂ】被験者が右脚を開くことにより右股関節を外転運動させた状態を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図１２】マーカーの貼付位置を説明するための図である。
【図１３】（ａ）は、被験者へのマーカーの貼付位置を模式的に示す図である。（ｂ）は、第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーを通る曲線を示す図である。（ｃ）は、体幹傾斜角、後湾指数および前湾指数の算出方法を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る姿勢検出装置が実行する処理のフローチャートである。
【図１５】矢状面の一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態４に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図１７】マーカーの貼付位置を説明するための図である。
【図１８】前額面の一例を示す図である。
【図１９】水平面の一例を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係る姿勢検出装置が実行する処理のフローチャートである。
【図２１】上部体幹ベクトル、下部体幹ベクトルおよび骨盤ベクトルを説明するための図である。
【図２２】上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度の算出方法を説明するための図である。
【図２３Ａ】被験者が正面を向いている状態を示す図である。
【図２３Ｂ】被験者が頭を右側限界まで回旋させた状態を示す図である。
【図２４Ａ】両脚を閉じた状態の仰臥位の被験者を示す図である。
【図２４Ｂ】右股関節を外転運動させた状態の被験者を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る姿勢検出装置について実施の形態に基づいて説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
実施の形態１では、被験者の関節の可動域を計測することを目的とし、頚椎の回旋角度を算出する姿勢検出装置について説明する。
【００３７】
図１は、姿勢検出装置を含む姿勢検出システムの利用シーンを説明するための図である。
【００３８】
姿勢検出システムは、姿勢検出装置１００と、距離画像カメラ４００とを含む。姿勢検出装置１００は、被験者までの距離を計測し、距離画像を撮像することができる距離画像カメラ４００に接続され、距離画像カメラ４００より距離画像を取得する。姿勢検出装置１００は、取得した距離画像から被験者となる人物５００の姿勢を検出する。距離画像カメラ４００は地面に平行な面に対して一定の煽り角θだけ傾けられ、上方から地面を撮影可能な位置に配置されている。なお、姿勢検出装置１００は、典型的にはＣＰＵおよびメモリを備えるコンピュータにより実現され、後述する各種処理を実現するためのプログラムをＣＰＵ上で動作することにより、姿勢検出装置１００としての機能を果たす。
【００３９】
なお、距離画像カメラ４００の真下の地面上の点を原点Ｏ（０，０，０）とし、水平方向をｘ軸方向、高さ方向をｙ軸方向、奥行き方向をｚ軸方向とする。以下では、断りのない限り、原点Ｏ、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸で三次元座標系を規定する。ただし、三次元座標系の規定方法はこれに限定されるものではない。
【００４０】
図２は、本発明の実施の形態１に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【００４１】
姿勢検出装置１００は、距離画像取得部１０２と、座標算出部１０４と、姿勢算出部１０６とを備える。
【００４２】
距離画像取得部１０２は、各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する処理部である。
【００４３】
カメラは、被験者までの距離を計測することができる距離画像カメラであり、被験者に光を照射し、照射した光の反射光を受光し、照射開始時刻と受光時刻との差から被験者までの距離を算出することにより、距離画像を生成する。距離画像取得部１０２は、距離画像カメラに接続され、距離画像カメラが撮影した距離画像を取得する。
【００４４】
図３は、距離画像カメラの概観図である。
距離画像カメラ４００は、その前面に規則的に配置された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）４０２と、レンズ４０４とを含む。ＬＥＤ４０２からは被験者に向かって光が照射され、その反射光がレンズ４０４に集光される。
【００４５】
図４は、距離画像カメラ４００による距離計測の原理を説明するための図である。
複数のＬＥＤ４０２から一斉に照射された光４０３は、被験者（例えば、人物５００）で反射され、反射光４０５がレンズ４０４によって集光される。この時、ＬＥＤ４０２から光４０３が出射してからレンズ４０４へ反射光４０５が到達するまでの時間は被験者の位置により異なる。つまり、被験者が距離画像カメラ４００に近いほど反射光４０５の到達時間は短くなり、被験者が距離画像カメラ４００に遠いほど反射光４０５の到達時間は長くなる。距離画像カメラ４００は、到達時間を画素ごとに計測することによって、被験者までの距離を画素ごとに出力する。つまり、距離画像カメラ４００は、被験者までの距離を画素における輝度値で表した距離画像を出力する。図５（ａ）は、通常のカメラを用いて被験者を撮影した画像の一例を示す図である。図５（ａ）に示すように、画像は、被験者として二人の人物を含むものとする。図５（ｂ）は、図５（ａ）と同一位置を撮影した距離画像の一例を示す図である。距離画像では、距離画像カメラ４００までの距離が近いものほど輝度値が小さく（輝度が暗く）、距離が遠いものほど輝度値が大きい（輝度が明るい）ものとする。図５（ｂ）に示すように前側の人物の方が後ろ側の人物よりも輝度値が小さくなっていることが分かる。
【００４６】
再度図２を参照して、座標算出部１０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する処理部である。
【００４７】
図６は、マーカーの貼付位置を説明するための図である。
複数のマーカーは、被験者１１０の右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー１１２および１１４と、頭頂部に貼付されたマーカー１１６と、眉間に貼付されたマーカー１１８とを含む。各マーカーは、再帰性反射部材からなる。
【００４８】
再度図２を参照して、姿勢算出部１０６は、座標算出部１０４が算出した複数のマーカーの座標から、被験者の姿勢を示す値を算出する処理部である。
【００４９】
具体的には、姿勢算出部１０６は、被験者が正面を向いている状態と被験者が頭を回旋させた状態との、右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶ直線と頭頂部に貼付されたマーカーおよび眉間に貼付されたマーカーを結ぶ直線とがなす角度の差を、頚椎の回旋角度として算出する。
【００５０】
図７は、本発明の実施の形態１に係る姿勢検出装置１００が実行する処理のフローチャートである。
【００５１】
距離画像取得部１０２は、距離画像カメラ４００が撮影した距離画像を取得する（Ｓ２）。つまり、距離画像取得部１０２は、図６に示すように被験者１１０が正面を向いている状態で撮影された距離画像と、図８に示すように被験者１１０が頭を右側限界まで回旋させた状態で撮影された距離画像とを取得する。
【００５２】
座標算出部１０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する（Ｓ４）。つまり、図６に示した被験者１１０が正面を向いている状態におけるマーカー１１２〜１１８の三次元空間中での座標と、図８に示した被験者１１０が頭を右側限界まで回旋させた状態におけるマーカー１１２〜１１８の三次元空間中での座標とを算出する。なお、図６および図８に示すように、被験者１１０は距離画像カメラ４００の方を向いているものとする。このため、座標算出部１０４は、距離画像において、一番左に写っているマーカーをマーカー１１２と判断し、一番右に写っているマーカーをマーカー１１４と判断し、一番上に写っているマーカーをマーカー１１６とし、それ以外のマーカーをマーカー１１８と判断することにより、マーカーを区別する。ただし、被験者１１０と距離画像カメラ４００との位置関係はこれに限定されるものではなく、座標算出部１０４が各マーカーの位置を判断することができるのであれば、どのような位置関係であっても良い。
【００５３】
姿勢算出部１０６は、被験者が正面を向いている状態と被験者が頭を回旋させた状態との、右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶ直線と頭頂部に貼付されたマーカーおよび眉間に貼付されたマーカーを結ぶ直線とがなす角度の差を、頚椎の回旋角度として算出する（Ｓ６）。つまり、姿勢算出部１０６は、図６に示した被験者１１０が正面を向いている状態において、三次元空間中で、マーカー１１２とマーカー１１４とを結ぶ直線と、マーカー１１６とマーカー１１８とを結ぶ直線とがなす角度を算出する。また、姿勢算出部１０６は、図８に示した被験者１１０が頭を右側限界まで回旋させた状態において、三次元空間中で、マーカー１１２とマーカー１１４とを結ぶ直線と、マーカー１１６とマーカー１１８とを結ぶ直線とがなす角度を算出する。姿勢算出部１０６は、算出した２つの角度の差を算出することにより頚椎の回旋角度を算出する。具体的には、２つの角度の差の絶対値を頚椎の回旋角度として算出しても良い。
【００５４】
例えば、マーカー１１２、１１４、１１６および１１８のそれぞれの三次元空間中での座標を、（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）および（ｘ４，ｙ４，ｚ４）とする。マーカー１１２とマーカー１１４とを結ぶ直線と、マーカー１１６とマーカー１１８とを結ぶ直線とがなす角度ψは、マーカー１１２の位置を始点としマーカー１１４の位置を終点とするベクトルと、マーカー１１６の位置を始点としマーカー１１８の位置を終点とするベクトルとがなす角度ψと等しい。つまり、上記角度ψは、以下の（式１）で表すことができる。この角度ψを、被験者１１０が正面を向いている状態と被験者１１０が頭を右側限界まで回旋させた状態とでそれぞれ算出し、算出した２つの角度の差を算出することにより頚椎の回旋角度を算出することができる。
【００５５】
【数１】
【００５６】
以上説明したように、実施の形態１によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる。具体的には、距離画像から、被験者の右側および左側の肩峰と、頭頂部と、眉間とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の頚椎の回旋角度を正確に算出することができる。
【００５７】
また、再帰性反射部材は、当たった光を光源へ向けてまっすぐに反射する特性を有する。このため、距離画像を正確に算出することができる。よって、複数のマーカーの座標から被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる。
【００５８】
なお、実施の形態１では、被験者が右側へ回旋運動を行ったときの頚椎の回旋角度を算出する姿勢検出装置について説明したが、被験者が左側へ回旋運動を行ったときの頚椎の回旋角度も、右側へ回旋運動を行った場合と同様に算出することができる。
【００５９】
（実施の形態２）
実施の形態２では、被験者の関節の可動域を計測することを目的とし、股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する姿勢検出装置について説明する。
【００６０】
実施の形態２に係る姿勢検出装置および姿勢検出装置を含む姿勢検出システムの構成は、実施の形態１で図２および図１を用いて説明したものとそれぞれ同様である。このため、以下の説明では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明し、同様の部分について説明を繰り返さない。
【００６１】
実施の形態１では姿勢算出部１０６が頚椎の回旋角度を算出したが、実施の形態２では姿勢算出部１０６が股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する。
【００６２】
図９は、本発明の実施の形態２に係る姿勢検出装置２００が実行する処理のフローチャートである。
【００６３】
距離画像取得部１０２は、距離画像カメラ４００が撮影した距離画像を取得する（Ｓ２）。つまり、距離画像取得部１０２は、図１０Ａに示すように被験者１２０が両脚を閉じた状態で撮影された距離画像と、図１０Ｂに示すように被験者１２０が右脚を開くことにより右股関節を外転運動させた状態で撮影された距離画像とを取得する。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように被験者１２０はベッドの上に寝ているものとし、被験者１２０の右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれマーカー１２２および１２４が貼付され、右脚の膝蓋（好ましくは膝蓋の中心位置）にマーカー１２６が貼付されているものとする。各マーカーは、再帰性反射部材からなる。
【００６４】
座標算出部１０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する（Ｓ８）。つまり、図１０Ａに示した被験者１２０が両脚を閉じた状態におけるマーカー１２２〜１２６の三次元空間中での座標と、図１０Ｂに示した被験者１２０が右股関節を外転運動させた状態におけるマーカー１２２〜１２６の三次元空間中での座標とを算出する。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、被験者１２０は仰臥位の状態を取っており、距離画像において左脚が下側に、右脚が上側に、足先が左側に、腰が右側に写っているものとする。このため、座標算出部１０４は、距離画像において、一番左に写っているマーカーをマーカー１２６と判断し、一番下に写っているマーカーをマーカー１２４と判断し、それ以外のマーカーをマーカー１２２と判断することにより、マーカーを区別する。ただし、被験者１２０と距離画像カメラ４００との位置関係はこれに限定されるものではなく、座標算出部１０４が各マーカーの位置を判断することができるのであれば、どのような位置関係であっても良い。
【００６５】
姿勢算出部１０６は、被験者１２０が両脚を閉じた状態と、右股関節を外転運動させた状態との、右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶ直線と、右側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーとを結ぶ直線とがなす角度の差を、股関節を外転運動させたときの外転角度として算出する（Ｓ１０）。つまり、姿勢算出部１０６は、図１０Ａに示した被験者１２０が両脚を閉じた状態において、三次元空間中で、マーカー１２２とマーカー１２４とを結ぶ直線と、マーカー１２２とマーカー１２６とを結ぶ直線とがなす角度を算出する。また、姿勢算出部１０６は、図１０Ｂに示した被験者１２０が右股関節を外転運動させた状態において、三次元空間中で、マーカー１２２とマーカー１２４とを結ぶ直線と、マーカー１２２とマーカー１２６とを結ぶ直線とがなす角度を算出する。姿勢算出部１０６は、算出した２つの角度の差を算出することにより右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する。具体的には、２つの角度の差の絶対値を外転角度として算出しても良い。
【００６６】
例えば、１２２、１２４および１２６のそれぞれの三次元空間中での座標を、（ｘ５，ｙ５，ｚ５）、（ｘ６，ｙ６，ｚ６）および（ｘ７，ｙ７，ｚ７）とする。マーカー１２２とマーカー１２４とを結ぶ直線と、マーカー１２２とマーカー１２６とを結ぶ直線とがなす角度φは、マーカー１２２の位置を始点としマーカー１２４の位置を終点とするベクトルと、マーカー１２２の位置を始点としマーカー１２６の位置を終点とするベクトルとがなす角度φと等しい。つまり、上記角度φは、以下の（式２）で表すことができる。この角度φを、被験者１２０が両脚を閉じた状態と右股関節を外転運動させた状態とでそれぞれ算出し、算出した２つの角度の差を算出することにより右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出することができる。
【００６７】
【数２】
【００６８】
以上説明したように、実施の形態２によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の上前腸骨棘と、右脚の膝蓋とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の右股関節を外転運動させたときの外転角度を正確に算出することができる。
【００６９】
なお、実施の形態２では、被験者が右脚を開くことにより右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する姿勢検出装置について説明したが、被験者が左脚を開くことにより左股関節を外転運動させたときの外転角度も、右股関節を外転運動させた場合と同様に算出することができる。
【００７０】
（実施の形態３）
実施の形態３では、脊柱の曲がり具合を計測することを目的とし、後述する体幹傾斜角、後湾指数および前湾指数を算出する姿勢検出装置について説明する。
【００７１】
実施の形態３に係る姿勢検出装置を含む姿勢検出システムの構成は、実施の形態１で図１を用いて説明したものと同様である。以下の説明では、実施の形態１および２と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を繰り返さない。
【００７２】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【００７３】
姿勢検出装置２００は、距離画像取得部１０２と、座標算出部２０４と、姿勢算出部２０６とを含む。
【００７４】
距離画像取得部１０２は、各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する処理部である。
【００７５】
座標算出部２０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する処理部である。
【００７６】
図１２は、マーカーの貼付位置を説明するための図である。
複数のマーカーは、被験者２２０の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカー２２２、２２３および２２４と、右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６およびマーカー２２８とを含む。各マーカーは、再帰性反射部材からなる。図１３（ａ）は、被験者２２０へのマーカーの貼付位置を模式的に示す図であり、被験者２２０を側方から見た図である。図１３（ｂ）は、第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカー２２２、２２３を通る曲線２３０を示す図である。
【００７７】
再度図１１を参照して、姿勢算出部２０６は、体幹傾斜角算出部２０８と、第１算出部２１１と、第２算出部２１２と、第３算出部２１３とを含む。
【００７８】
図１３（ｃ）を参照して、体幹傾斜角算出部２０８は、被験者２２０の第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２と右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６および２２８の中点２４０とを結ぶ直線２３２と、被験者２２０の重心線２３４とのなす角度を、体幹傾斜角γとして算出する。重心線２３４とは、被験者２２０の重心から地面に垂直に降ろした垂線のことである。なお、この重心線２３４は、例えば、マーカー２２６および２２８の中点２４０から地面に垂直に降ろした垂線と仮定することができる。
【００７９】
第１算出部２１１、第２算出部２１２および第３算出部２１３は、後湾指数および前湾指数を算出するための処理部である。図１３（ｃ）を参照して、第１算出部２１１、第２算出部２１２および第３算出部２１３が実行する処理について説明する。
【００８０】
第１算出部２１１は、第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２と右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６および２２８の中点２４０とを結ぶ直線２３２から、第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカー２２２〜２２４を通る曲線２３０のうち胸椎部の曲線２３０までの距離の最大値ｈ１を算出する。第１算出部２１１は、さらに、上記直線２３２から、上記曲線２３０のうち腰椎部の曲線２３０までの距離の最大値ｈ２を算出する。
【００８１】
第２算出部２１２は、第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２から、上記直線２３２と上記曲線２３０とが交差する点２２７までの距離ｌ１を算出する。第２算出部２１２は、さらに、上記直線２３２と上記曲線２３０とが交差する点２２７から、上記中点２４０までの距離ｌ２を算出する。
【００８２】
第３算出部２１３は、第１算出部２１１が算出した上記最大値ｈ１を第２算出部２１２が算出した距離ｌ１で除した値を算出することにより、被験者２２０の後湾の度合いを示す後湾指数を算出する。第３算出部２１３は、さらに、第１算出部２１１が算出した上記最大値ｈ２を第２算出部２１２が算出した上記距離ｌ２で除した値を算出することにより、被験者２２０の前湾の度合いを示す前湾指数を算出する。
【００８３】
図１４は、本発明の実施の形態３に係る姿勢検出装置２００が実行する処理のフローチャートである。
【００８４】
距離画像取得部１０２は、距離画像カメラ４００が撮影した距離画像を取得する（Ｓ２）。つまり、距離画像取得部１０２は、図１２に示すように被験者２２０の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカー２２２、２２３および２２４と、右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６およびマーカー２２８とが写るように距離画像カメラ４００が被験者２２０の背中を撮影した距離画像を取得する。
【００８５】
座標算出部２０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者２２０に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する（Ｓ２１）。つまり、図１２に示した被験者２２０のマーカー２２２、２２３、２２４、２２６および２２８の三次元空間中での座標を算出する。図１２に示すように被験者２２０は背中を距離画像カメラ４００に向けているものとする。このため、座標算出部２０４は、距離画像において一番上に写っているマーカーをマーカー２２２と判断し、最も下から２つのマーカーのうち、左側に写っているマーカーをマーカー２２８と判断し、右側に写っているマーカーをマーカー２２６と判断し、最も下から３つ目に写っているマーカーをマーカー２２４と判断し、それ以外のマーカーをマーカー２２３と判断することにより、マーカーを区別する。ただし、被験者２２０と距離画像カメラ４００との位置関係はこれに限定されるものではなく、座標算出部２０４が各マーカーの位置を判断することができるのであれば、どのような位置関係であっても良い。
【００８６】
体幹傾斜角算出部２０８は、被験者２２０の第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２と右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６および２２８の中点２４０とを結ぶ直線２３２と、被験者２２０の重心線２３４とのなす角度を、体幹傾斜角γとして算出する（Ｓ２２）。体幹傾斜角γにより被験者２２０が前傾の度合いまたは後傾の度合いを判断することができる。
【００８７】
第１算出部２１１は、第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２と右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６および２２８の中点２４０とを結ぶ直線２３２から、第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカー２２２〜２２４を通る曲線２３０のうち胸椎部の曲線２３０までの距離の最大値ｈ１を算出する（Ｓ２３）。
【００８８】
第２算出部２１２は、第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２から、上記直線２３２と上記曲線２３０とが交差する点２２７までの距離ｌ１を算出する（Ｓ２４）。
【００８９】
第３算出部２１３は、第１算出部２１１が算出した上記最大値ｈ１を第２算出部２１２が算出した距離ｌ１で除した値を算出することにより、被験者２２０の後湾の度合いを示す後湾指数を算出する（Ｓ２５）。
【００９０】
第１算出部２１１は、上記直線２３２から、上記曲線２３０のうち腰椎部の曲線２３０までの距離の最大値ｈ２を算出する（Ｓ２６）。
【００９１】
第２算出部２１２は、上記直線２３２と上記曲線２３０とが交差する点２２７から、上記中点２４０までの距離ｌ２を算出する（Ｓ２７）。
【００９２】
第３算出部２１３は、第１算出部２１１が算出した上記最大値ｈ２を第２算出部２１２が算出した上記距離ｌ２で除した値を算出することにより、被験者２２０の前湾の度合いを示す前湾指数を算出する（Ｓ２８）。
【００９３】
以上説明したように、実施の形態３によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起と、右側および左側の上後腸骨棘とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の体幹傾斜角を正確に算出することができる。
【００９４】
また、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の後湾の度合いを示す後湾指数を正確に算出することができる。
【００９５】
さらに、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の前湾の度合いを示す前湾指数を正確に算出することができる。
【００９６】
なお、実施の形態３では、体幹傾斜角と、後湾指数と、前湾指数とを算出するものとしているが、３つのうちいずれか１つまたは２つを算出するものであってもよい。体幹傾斜角を算出するには、被験者の第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２と、右側および左側の上後腸骨棘とにそれぞれ貼付されたマーカー２２６および２２８の三次元空間中での座標を算出することができれば良い。つまり、それ以外のマーカー２２３および２２４は必要がない。
【００９７】
また、実施の形態３では、姿勢算出部２０６が行う計算は三次元空間中の座標を用いて行うこととしたが、各座標を矢状面に投影した座標を用いて計算を行ってもよい。図１５は、矢状面を説明するための図である。矢状面３４６は被験者２２０を左右対称に切る平面である。つまり、図１３（ａ）は矢状面３４６に投影したマーカーの位置を示していると考えることもできる。
【００９８】
（実施の形態４）
実施の形態４では、脳性麻痺児に見られる体幹変形を計測することを目的とし、後述する傾斜角度および回旋角度を算出する姿勢検出装置について説明する。
【００９９】
実施の形態４に係る姿勢検出装置を含む姿勢検出システムの構成は、実施の形態１で図１を用いて説明したものと同様である。以下の説明では、実施の形態１〜３と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を繰り返さない。
【０１００】
図１６は、本発明の実施の形態４に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【０１０１】
姿勢検出装置３００は、距離画像取得部１０２と、座標算出部３０４と、姿勢算出部３０６とを含む。
【０１０２】
距離画像取得部１０２は、各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する処理部である。
【０１０３】
座標算出部３０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する処理部である。
【０１０４】
図１７は、マーカーの貼付位置を説明するための図である。
複数のマーカーは、被験者３２０の右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー３２２および３２４と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８と、右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー３３０および３３２とを含む。各マーカーは、再帰性反射部材からなる。図１７は、被験者３２０を骨格図で示しているが、実際にはマーカーは皮膚または衣服上に貼付される。
【０１０５】
再度図１６を参照して、姿勢算出部３０６は、上部体幹ベクトル算出部３０８と、下部体幹ベクトル算出部３１０と、骨盤ベクトル算出部３１２と、傾斜角度算出部３１４と、回旋角度算出部３１６とを含む。
【０１０６】
上部体幹ベクトル算出部３０８は、右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー３２２および３２４を結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する。
【０１０７】
下部体幹ベクトル算出部３１０は、右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８を結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する。
【０１０８】
骨盤ベクトル算出部３１２は、右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー３３０および３３２を結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する。
【０１０９】
傾斜角度算出部３１４は、算出された上部体幹ベクトルおよび下部体幹ベクトルを被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度として算出する。図１８は、前額面の一例を示す図である。前額面３４２は、被験者３２０を前後に切る面で、矢状面３４６に垂直な平面である。傾斜角度算出部３１４は、さらに、算出された下部体幹ベクトルおよび骨盤ベクトルを被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度として算出する。
【０１１０】
回旋角度算出部３１６は、算出された上部体幹ベクトルおよび下部体幹ベクトルを被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の上部体幹と下部体幹との間の回旋角度として算出する。図１９は、水平面の一例を示す図である。水平面３４４は、床に平行で、前額面３４２と矢状面３４６ととに直交する平面である。回旋角度算出部３１６は、さらに、算出された下部体幹ベクトルおよび骨盤ベクトルを被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の下部体幹と骨盤との間の回旋角度として算出する。
【０１１１】
なお、実施の形態４では、三次元座標系を以下のように定義する。つまり、図１８に示した前額面３４２をｙ−ｚ平面とし、図１９に示した水平面３４４をｘ−ｙ平面とする。また、前額面３４２と図１５に示した矢状面３４６（ｘ−ｚ平面）とが交わる線（ｚ軸）のうち、地面の位置を原点とする。このような条件を満たす三次元座標系を想定する。
【０１１２】
図２０は、本発明の実施の形態４に係る姿勢検出装置３００が実行する処理のフローチャートである。
【０１１３】
距離画像取得部１０２は、距離画像カメラ４００が撮影した距離画像を取得する（Ｓ２）。つまり、距離画像取得部１０２は、図１７に示すように被験者３２０の右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー３２２および３２４と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８と、右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー３３０および３３２とが写るように距離画像カメラ４００が被験者３２０を撮影した距離画像を取得する。
【０１１４】
座標算出部３０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者３２０に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する（Ｓ３１）。つまり、図１７に示した被験者３２０のマーカー３２２、３２４、３２６、３２８、３３０および３３２の三次元空間中での座標を算出する。図１７に示すように被験者３２０は正面を距離画像カメラ４００に向けているものとする。このため、座標算出部３０４は、距離画像において、最も上から１番目または２番目に写っているマーカーのうち左側のマーカーをマーカー３２２と判断し、右側のマーカーをマーカー３２４と判断する。また、座標算出部３０４は、距離画像において最も上から３番目または４番目に写っているマーカーのうち左側のマーカーをマーカー３２６と判断し、右側のマーカーをマーカー３２８と判断する。また、座標算出部３０４は、距離画像において、最も下から１番目または２番目に写っているマーカーのうち左側のマーカーをマーカー３３０と判断し、右側のマーカーをマーカー３３２と判断する。ただし、被験者３２０と距離画像カメラ４００との位置関係はこれに限定されるものではなく、座標算出部３０４が各マーカーの位置を判断することができるのであれば、どのような位置関係であっても良い。
【０１１５】
上部体幹ベクトル算出部３０８は、右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー３２２および３２４を結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する（Ｓ３２）。つまり、図２１に示すように、三次元空間中で、マーカー３２４の位置を始点としマーカー３２２の位置を終点とするベクトルを、上部体幹ベクトル３３４として算出する。
【０１１６】
下部体幹ベクトル算出部３１０は、右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８を結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する（Ｓ３３）。つまり、図２１に示すように、三次元空間中で、マーカー３２８の位置を始点としマーカー３２６の位置を終点とするベクトルを、下部体幹ベクトル３３６として算出する。
【０１１７】
骨盤ベクトル算出部３１２は、右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー３３０および３３２を結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する（Ｓ３４）。つまり、図２１に示すように、三次元空間中で、マーカー３３２の位置を始点としマーカー３３０の位置を終点とするベクトルを、骨盤ベクトル３３８として算出する。
【０１１８】
傾斜角度算出部３１４は、算出された上部体幹ベクトル３３４および下部体幹ベクトル３３６を被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度αとして算出する（Ｓ３５）。例えば、マーカー３２４、３２２、３２８および３２６の三次元空間中での座標を、それぞれ、（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）および（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）とする。すると、上部体幹ベクトル３３４は、（Ｘ２−Ｘ１，Ｙ２−Ｙ１，Ｚ２−Ｚ１）で示され、下部体幹ベクトル３３６は、（Ｘ４−Ｘ３，Ｙ４−Ｙ３，Ｚ４−Ｚ３）で示される。図２２に示すように上部体幹ベクトル３３４を前額面３４２に投影したベクトルをベクトルＵ＿ｔｒとし、下部体幹ベクトル３３６を前額面３４２に投影したベクトルをベクトルＬ＿ｔｒとする。傾斜角度算出部３１４は、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度αを以下の（式３）に従い算出する。ただし、Ｕ＿ｔｒ＝（０，Ｙ２−Ｙ１，Ｚ２−Ｚ１）であり、Ｌ＿ｔｒ＝（０，Ｙ４−Ｙ３，Ｚ４−Ｚ３）である。
【０１１９】
【数３】
【０１２０】
傾斜角度算出部３１４は、さらに、算出された下部体幹ベクトル３３６および骨盤ベクトル３３８を被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度βとして算出する（Ｓ３５）。例えば、マーカー３３２および３３０の三次元空間中での座標を、それぞれ、（Ｘ５、Ｙ５、Ｚ５）および（Ｘ６、Ｙ６、Ｚ６）とする。すると、骨盤ベクトル３３８は、（Ｘ６−Ｘ５，Ｙ６−Ｙ５，Ｚ６−Ｚ５）で示される。骨盤ベクトル３３８を前額面３４２に投影したベクトルをＰ＿ｔｒとすると、傾斜角度算出部３１４は、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度βを以下の（式４）に従い算出する。ただし、Ｐ＿ｔｒ＝（０，Ｙ６−Ｙ５，Ｚ６−Ｚ５）である。
【０１２１】
【数４】
【０１２２】
回旋角度算出部３１６は、算出された上部体幹ベクトル３３４および下部体幹ベクトル３３６を被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の上部体幹と下部体幹との間の回旋角度ρとして算出する（Ｓ３６）。例えば、上部体幹ベクトル３３４を水平面３４４に投影したベクトルをＵ＿ｔｒ２とし、下部体幹ベクトル３３６を水平面３４４に投影したベクトルをＬ＿ｔｒ２とする。回旋角度算出部３１６は、被験者の上部体幹と下部体幹との間の回旋角度ρを以下の（式５）に従い算出する。ただし、Ｕ＿ｔｒ２＝（Ｘ２−Ｘ１，Ｙ２−Ｙ１，０）であり、Ｌ＿ｔｒ２＝（Ｘ４−Ｘ３，Ｙ４−Ｙ３，０）である。
【０１２３】
【数５】
【０１２４】
回旋角度算出部３１６は、さらに、算出された下部体幹ベクトル３３６および骨盤ベクトル３３８を被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の下部体幹と骨盤との間の回旋角度σとして算出する（Ｓ３６）。例えば、骨盤ベクトル３３８を水平面３４４に投影したベクトルをＰ＿ｔｒ２とする。回旋角度算出部３１６は、被験者の下部体幹と骨盤との間の回旋角度σを以下の（式６）に従い算出する。ただし、Ｐ＿ｔｒ２＝（Ｘ６−Ｘ５，Ｙ６−Ｙ５，０）である。
【０１２５】
【数６】
【０１２６】
以上説明したように、実施の形態４によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度、および被験者の上部体幹と下部体幹との間の回旋角度を正確に算出することができる。
【０１２７】
また、距離画像から、被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度、および被験者の下部体幹と骨盤との間の回旋角度を正確に算出することができる。
【０１２８】
なお、実施の形態４では、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度、下部体幹と骨盤との間の傾斜角度、上部体幹と下部体幹との間の回旋角度、および下部体幹と骨盤との間の回旋角度を算出するとしているが４つの角度のうち１〜３つの角度を算出するものであっても良い。
【０１２９】
被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度、または上部体幹と下部体幹との間の回旋角度を算出するには、被験者の右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー３２２および３２４と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８との三次元空間中での座標を算出することができればよい。つまり、それ以外のマーカー３３０および３３２は必要がない。
【０１３０】
また、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度、または下部体幹と骨盤との間の回旋角度を算出するには、被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８と、右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー３３０および３３２との三次元空間中での座標を算出することができればよい。つまり、それ以外のマーカー３２２および３２４は必要がない。
【０１３１】
以上、本発明の実施の形態に係る姿勢検出装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【０１３２】
例えば、上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムとして構成されても良い。ＲＡＭまたはハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【０１３３】
さらに、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）から構成されているとしても良い。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【０１３４】
さらにまた、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしても良い。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしても良い。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしても良い。
【０１３５】
また、本発明は、上記に示す方法であるとしても良い。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしても良いし、前記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしても良い。
【０１３６】
さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号をコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））、半導体メモリなどに記録したものとしても良い。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしても良い。
【０１３７】
また、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしても良い。
【０１３８】
また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしても良い。
【０１３９】
また、上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、または上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしても良い。
【０１４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、姿勢検出装置に適用でき、特に距離画像カメラから得られる距離画像に基づいて被験者の姿勢を検出することができる姿勢検出装置等に適用できる。
【符号の説明】
【０１４２】
１００、２００、３００ 姿勢検出装置
１０２ 距離画像取得部
１０４、２０４、３０４ 座標算出部
１０６、２０６、３０６ 姿勢算出部
１１０、１２０、２２０、３２０ 被験者
１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、２２２、２２３、２２４、２２６、２２８、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０、３３２ マーカー
２０８ 体幹傾斜角算出部
２１１ 第１算出部
２１２ 第２算出部
２１３ 第３算出部
２２７ 交差する点
２３０ 曲線
２３２ 直線
２３４ 重心線
２４０ 中点
３０８ 上部体幹ベクトル算出部
３１０ 下部体幹ベクトル算出部
３１２ 骨盤ベクトル算出部
３１４ 傾斜角度算出部
３１６ 回旋角度算出部
３３４ 上部体幹ベクトル
３３６ 下部体幹ベクトル
３３８ 骨盤ベクトル
３４２ 前額面
３４４ 水平面
３４６ 矢状面
３５０ ゴニオメーター
３５２ 第１定規
３５４ 第２定規
３５６ 回転中心
４００ 距離画像カメラ
４０２ ＬＥＤ
４０３ 光
４０４ レンズ
４０５ 反射光
５００ 人物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、姿勢検出装置に関し、特に、リハビリテーション用途で用いられ、人間の姿勢を数値化する姿勢検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人間の姿勢を数値化するための装置としてゴニオメーターが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２３Ａおよび図２３Ｂは、ゴニオメーターを用いて頚椎の回旋角度を算出する方法を説明するための図である。図２３Ａに示すように、ゴニオメーター３５０は、第１定規３５２と、第２定規３５４とを含み、第１定規３５２と、第２定規３５４とは、回転中心３５６で回動可能に接続されている。第１定規３５２には、第１定規３５２と第２定規３５４とがなす角度を示す目盛りが記載されている。まず、図２３Ａのように被験者１１０が正面を向いている時に、第１定規３５２の長軸を被験者１１０の両肩峰と平行な位置に合わせ、その状態で第２定規３５４の長軸を、被験者１１０の上から見て被験者１１０の頭頂部と眉間とを結ぶ直線と一致する位置に合わせる。この状態で第１定規３５２と第２定規３５４とがなす角度を計測する。また、図２３Ｂのように被験者１１０が頭を右方向限界まで回旋させた状態で、第１定規３５２と第２定規３５４との位置を図２３Ａと同様の位置に合わせ、第１定規３５２と第２定規３５４とがなす角度を計測する。図２３Ｂの状態で計測された角度と図２３Ａの状態で計測された角度との差を算出することにより、被験者１１０の首の回旋角度を算出することができる。
【０００４】
図２４Ａおよび図２４Ｂは、ゴニオメーターを用いて右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する方法を説明するための図である。図２４Ａに示すように、両脚を閉じた状態の仰臥位の被験者１２０に対して、右側の上前腸骨棘にゴニオメーター３５０の回転中心３５６を合わせ、右側および左側の上前腸骨棘を結ぶ直線上に第１定規３５２の長軸を合わせ、右側の上前腸骨棘と膝蓋の中央とを結ぶ直線上に第２定規３５４の長軸を合わせる。この状態で第１定規３５２と第２定規３５４とがなす角度を計測する。また、図２４Ｂのように右股関節を外転運動させた状態で、第１定規３５２と第２定規３５４との位置を図２４Ａと同様の位置に合わせ、第１定規３５２と第２定規３５４とがなす角度を計測する。図２４Ｂの状態で計測された角度と図２４Ａの状態で計測された角度との差を算出することにより、被験者１２０の右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７９５３６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、ゴニオメーターを用いる方法では、被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができないという課題がある。
【０００７】
つまり、図２３Ａおよび図２３Ｂに示した頚椎の回旋角度を算出する方法では、上述の通り、第１定規３５２の長軸を被験者１１０の両肩峰と平行な位置に合わせ、その状態で第２定規３５４の長軸を、被験者１１０の上から見て被験者１１０の頭頂部と眉間とを結ぶ直線と一致する位置に合わせる必要がある。しかし、両肩峰と第１定規３５２とは位置的に離れており、第１定規３５２を肩に直接当てることができない。また、眉間と第２定規３５４とは位置的に離れているため、第２定規３５４を眉間に直接当てることができない。このように、第１定規３５２および第２定規３５４を正確な位置に合わせるのが困難であるため、被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができない。
【０００８】
また、図２４Ａおよび図２４Ｂに示した右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する方法では、上述の通り、右側の上前腸骨棘にゴニオメーター３５０の回転中心３５６を合わせ、右側および左側の上前腸骨棘を結ぶ直線上に第１定規３５２の長軸を合わせ、右側の上前腸骨棘と膝蓋の中央とを結ぶ直線上に第２定規３５４の長軸を合わせる必要がある。しかし、右股関節を外転運動させたときの角度計測では、骨盤の位置を基準に大腿の側方への運動角度を計測するが、この運動では骨盤自体が傾斜する、いわゆる代償運動が生じる。このため、第１定規３５２および第２定規３５４を正確な位置に合わせるのが困難であるため、被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができない。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる姿勢検出装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に係る姿勢検出装置は、各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する距離画像取得部と、前記距離画像取得部が取得した前記距離画像に基づいて、前記被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する座標算出部と、前記座標算出部が算出した前記複数のマーカーの座標から、前記被験者の姿勢を示す値を算出する姿勢算出部とを備える。
【００１１】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる。
【００１２】
好ましくは、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、頭頂部と、眉間とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記被験者が正面を向いている状態と頭を回旋させた状態との、前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶ直線と、前記頭頂部に貼付されたマーカーおよび前記眉間に貼付されたマーカーを結ぶ直線とがなす角度の差を、頚椎の回旋角度として算出する。
【００１３】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の肩峰と、頭頂部と、眉間とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の頚椎の回旋角度を正確に算出することができる。
【００１４】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の上前腸骨棘と、右脚または左脚の膝蓋とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記被験者が両脚を閉じた状態と、前記膝蓋にマーカーが貼付された脚側の股関節を外転運動させた状態との、前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶ直線と、前記膝蓋に貼付されたマーカーと前記膝蓋にマーカーが貼付された脚側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーとを結ぶ直線とがなす角度の差を、股関節を外転運動させたときの外転角度として算出してもよい。
【００１５】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の上前腸骨棘と、右脚または左脚の膝蓋とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の股関節を外転運動させたときの外転角度を正確に算出することができる。
【００１６】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起と、右側および左側の上後腸骨棘とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線と、前記被験者の重心線とのなす角度を、体幹傾斜角として算出してもよい。
【００１７】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起と、右側および左側の上後腸骨棘とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の体幹傾斜角を正確に算出することができる。
【００１８】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーとを含み、前記姿勢算出部は、前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線から、第７頚椎棘突起から前記腰椎の棘突起までの間に貼付された前記複数のマーカーを通る曲線のうち胸椎部の曲線までの距離の最大値を算出する第１算出部と、前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーから、前記直線と前記曲線とが交差する点までの距離を算出する第２算出部と、前記第１算出部が算出した前記最大値を前記第２算出部が算出した距離で除した値を算出することにより、前記被験者の後湾の度合いを示す後湾指数を算出する第３算出部とを含んでいてもよい。
【００１９】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の後湾の度合いを示す後湾指数を正確に算出することができる。
【００２０】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーとを含み、前記姿勢算出部は、前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線から、第７頚椎棘突起から前記腰椎の棘突起までの間に貼付された前記複数のマーカーを通る曲線のうち腰椎部の曲線までの距離の最大値を算出する第１算出部と、前記直線と前記曲線とが交差する点から、前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点までの距離を算出する第２算出部と、前記第１算出部が算出した前記最大値を前記第２算出部が算出した距離で除した値を算出することにより、前記被験者の前湾の度合いを示す前湾指数を算出する第３算出部とを含んでいてもよい。
【００２１】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の前湾の度合いを示す前湾指数を正確に算出することができる。
【００２２】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する上部体幹ベクトル算出部と、前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、算出された前記上部体幹ベクトルおよび前記下部体幹ベクトルを前記被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記上部体幹と前記下部体幹との間の傾斜角度として算出する傾斜角度算出部とを含んでいてもよい。
【００２３】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度を正確に算出することができる。
【００２４】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する骨盤ベクトル算出部と、算出された前記下部体幹ベクトルおよび前記骨盤ベクトルを前記被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記下部体幹と前記骨盤との間の傾斜角度として算出する傾斜角度算出部とを含んでいてもよい。
【００２５】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度を正確に算出することができる。
【００２６】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する上部体幹ベクトル算出部と、前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、算出された前記上部体幹ベクトルおよび前記下部体幹ベクトルを前記被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記上部体幹と前記下部体幹との間の回旋角度として算出する回旋角度算出部とを含んでいてもよい。
【００２７】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の上部体幹と下部体幹との間の回旋角度を正確に算出することができる。
【００２８】
また、前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付され、前記姿勢算出部は、前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する骨盤ベクトル算出部と、算出された前記下部体幹ベクトルおよび前記骨盤ベクトルを前記被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記下部体幹と前記骨盤との間の回旋角度として算出する回旋角度算出部とを含んでいてもよい。
【００２９】
この構成によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付されマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の下部体幹と骨盤との間の回旋角度を正確に算出することができる。
【００３０】
好ましくは、前記カメラは、前記被験者に光を照射し、照射した光の反射光を受光し、照射開始時刻と受光時刻との差から前記被験者までの距離を算出することにより、前記距離画像を生成し、前記複数のマーカーの各々は、再帰性反射部材からなる。
【００３１】
再帰性反射部材は、当たった光を光源へ向けてまっすぐに反射する特性を有する。このため、距離画像を正確に算出することができる。よって、複数のマーカーの座標から被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる。
【００３２】
なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備える姿勢検出装置として実現することができるだけでなく、姿勢検出装置に含まれる特徴的な処理部が実行する処理をステップとする姿勢検出方法として実現することができる。また、姿勢検出装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラムまたは姿勢検出方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる姿勢検出装置等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】姿勢検出装置を含む姿勢検出システムの利用シーンを説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】距離画像カメラの概観図である。
【図４】距離画像カメラによる距離計測の原理を説明するための図である。
【図５】（ａ）は、通常のカメラを用いて被験者を撮影した画像の一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）と同一位置を撮影した距離画像の一例を示す図である。
【図６】被験者が正面を向いている状態を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る姿勢検出装置が実行する処理のフローチャートである。
【図８】被験者が頭を右側限界まで回旋させた状態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る姿勢検出装置が実行する処理のフローチャートである。
【図１０Ａ】被験者が両脚を閉じた状態を示す図である。
【図１０Ｂ】被験者が右脚を開くことにより右股関節を外転運動させた状態を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図１２】マーカーの貼付位置を説明するための図である。
【図１３】（ａ）は、被験者へのマーカーの貼付位置を模式的に示す図である。（ｂ）は、第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーを通る曲線を示す図である。（ｃ）は、体幹傾斜角、後湾指数および前湾指数の算出方法を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る姿勢検出装置が実行する処理のフローチャートである。
【図１５】矢状面の一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態４に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図１７】マーカーの貼付位置を説明するための図である。
【図１８】前額面の一例を示す図である。
【図１９】水平面の一例を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係る姿勢検出装置が実行する処理のフローチャートである。
【図２１】上部体幹ベクトル、下部体幹ベクトルおよび骨盤ベクトルを説明するための図である。
【図２２】上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度の算出方法を説明するための図である。
【図２３Ａ】被験者が正面を向いている状態を示す図である。
【図２３Ｂ】被験者が頭を右側限界まで回旋させた状態を示す図である。
【図２４Ａ】両脚を閉じた状態の仰臥位の被験者を示す図である。
【図２４Ｂ】右股関節を外転運動させた状態の被験者を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る姿勢検出装置について実施の形態に基づいて説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
実施の形態１では、被験者の関節の可動域を計測することを目的とし、頚椎の回旋角度を算出する姿勢検出装置について説明する。
【００３７】
図１は、姿勢検出装置を含む姿勢検出システムの利用シーンを説明するための図である。
【００３８】
姿勢検出システムは、姿勢検出装置１００と、距離画像カメラ４００とを含む。姿勢検出装置１００は、被験者までの距離を計測し、距離画像を撮像することができる距離画像カメラ４００に接続され、距離画像カメラ４００より距離画像を取得する。姿勢検出装置１００は、取得した距離画像から被験者となる人物５００の姿勢を検出する。距離画像カメラ４００は地面に平行な面に対して一定の煽り角θだけ傾けられ、上方から地面を撮影可能な位置に配置されている。なお、姿勢検出装置１００は、典型的にはＣＰＵおよびメモリを備えるコンピュータにより実現され、後述する各種処理を実現するためのプログラムをＣＰＵ上で動作することにより、姿勢検出装置１００としての機能を果たす。
【００３９】
なお、距離画像カメラ４００の真下の地面上の点を原点Ｏ（０，０，０）とし、水平方向をｘ軸方向、高さ方向をｙ軸方向、奥行き方向をｚ軸方向とする。以下では、断りのない限り、原点Ｏ、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸で三次元座標系を規定する。ただし、三次元座標系の規定方法はこれに限定されるものではない。
【００４０】
図２は、本発明の実施の形態１に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【００４１】
姿勢検出装置１００は、距離画像取得部１０２と、座標算出部１０４と、姿勢算出部１０６とを備える。
【００４２】
距離画像取得部１０２は、各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する処理部である。
【００４３】
カメラは、被験者までの距離を計測することができる距離画像カメラであり、被験者に光を照射し、照射した光の反射光を受光し、照射開始時刻と受光時刻との差から被験者までの距離を算出することにより、距離画像を生成する。距離画像取得部１０２は、距離画像カメラに接続され、距離画像カメラが撮影した距離画像を取得する。
【００４４】
図３は、距離画像カメラの概観図である。
距離画像カメラ４００は、その前面に規則的に配置された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）４０２と、レンズ４０４とを含む。ＬＥＤ４０２からは被験者に向かって光が照射され、その反射光がレンズ４０４に集光される。
【００４５】
図４は、距離画像カメラ４００による距離計測の原理を説明するための図である。
複数のＬＥＤ４０２から一斉に照射された光４０３は、被験者（例えば、人物５００）で反射され、反射光４０５がレンズ４０４によって集光される。この時、ＬＥＤ４０２から光４０３が出射してからレンズ４０４へ反射光４０５が到達するまでの時間は被験者の位置により異なる。つまり、被験者が距離画像カメラ４００に近いほど反射光４０５の到達時間は短くなり、被験者が距離画像カメラ４００に遠いほど反射光４０５の到達時間は長くなる。距離画像カメラ４００は、到達時間を画素ごとに計測することによって、被験者までの距離を画素ごとに出力する。つまり、距離画像カメラ４００は、被験者までの距離を画素における輝度値で表した距離画像を出力する。図５（ａ）は、通常のカメラを用いて被験者を撮影した画像の一例を示す図である。図５（ａ）に示すように、画像は、被験者として二人の人物を含むものとする。図５（ｂ）は、図５（ａ）と同一位置を撮影した距離画像の一例を示す図である。距離画像では、距離画像カメラ４００までの距離が近いものほど輝度値が小さく（輝度が暗く）、距離が遠いものほど輝度値が大きい（輝度が明るい）ものとする。図５（ｂ）に示すように前側の人物の方が後ろ側の人物よりも輝度値が小さくなっていることが分かる。
【００４６】
再度図２を参照して、座標算出部１０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する処理部である。
【００４７】
図６は、マーカーの貼付位置を説明するための図である。
複数のマーカーは、被験者１１０の右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー１１２および１１４と、頭頂部に貼付されたマーカー１１６と、眉間に貼付されたマーカー１１８とを含む。各マーカーは、再帰性反射部材からなる。
【００４８】
再度図２を参照して、姿勢算出部１０６は、座標算出部１０４が算出した複数のマーカーの座標から、被験者の姿勢を示す値を算出する処理部である。
【００４９】
具体的には、姿勢算出部１０６は、被験者が正面を向いている状態と被験者が頭を回旋させた状態との、右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶ直線と頭頂部に貼付されたマーカーおよび眉間に貼付されたマーカーを結ぶ直線とがなす角度の差を、頚椎の回旋角度として算出する。
【００５０】
図７は、本発明の実施の形態１に係る姿勢検出装置１００が実行する処理のフローチャートである。
【００５１】
距離画像取得部１０２は、距離画像カメラ４００が撮影した距離画像を取得する（Ｓ２）。つまり、距離画像取得部１０２は、図６に示すように被験者１１０が正面を向いている状態で撮影された距離画像と、図８に示すように被験者１１０が頭を右側限界まで回旋させた状態で撮影された距離画像とを取得する。
【００５２】
座標算出部１０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する（Ｓ４）。つまり、図６に示した被験者１１０が正面を向いている状態におけるマーカー１１２〜１１８の三次元空間中での座標と、図８に示した被験者１１０が頭を右側限界まで回旋させた状態におけるマーカー１１２〜１１８の三次元空間中での座標とを算出する。なお、図６および図８に示すように、被験者１１０は距離画像カメラ４００の方を向いているものとする。このため、座標算出部１０４は、距離画像において、一番左に写っているマーカーをマーカー１１２と判断し、一番右に写っているマーカーをマーカー１１４と判断し、一番上に写っているマーカーをマーカー１１６とし、それ以外のマーカーをマーカー１１８と判断することにより、マーカーを区別する。ただし、被験者１１０と距離画像カメラ４００との位置関係はこれに限定されるものではなく、座標算出部１０４が各マーカーの位置を判断することができるのであれば、どのような位置関係であっても良い。
【００５３】
姿勢算出部１０６は、被験者が正面を向いている状態と被験者が頭を回旋させた状態との、右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶ直線と頭頂部に貼付されたマーカーおよび眉間に貼付されたマーカーを結ぶ直線とがなす角度の差を、頚椎の回旋角度として算出する（Ｓ６）。つまり、姿勢算出部１０６は、図６に示した被験者１１０が正面を向いている状態において、三次元空間中で、マーカー１１２とマーカー１１４とを結ぶ直線と、マーカー１１６とマーカー１１８とを結ぶ直線とがなす角度を算出する。また、姿勢算出部１０６は、図８に示した被験者１１０が頭を右側限界まで回旋させた状態において、三次元空間中で、マーカー１１２とマーカー１１４とを結ぶ直線と、マーカー１１６とマーカー１１８とを結ぶ直線とがなす角度を算出する。姿勢算出部１０６は、算出した２つの角度の差を算出することにより頚椎の回旋角度を算出する。具体的には、２つの角度の差の絶対値を頚椎の回旋角度として算出しても良い。
【００５４】
例えば、マーカー１１２、１１４、１１６および１１８のそれぞれの三次元空間中での座標を、（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）および（ｘ４，ｙ４，ｚ４）とする。マーカー１１２とマーカー１１４とを結ぶ直線と、マーカー１１６とマーカー１１８とを結ぶ直線とがなす角度ψは、マーカー１１２の位置を始点としマーカー１１４の位置を終点とするベクトルと、マーカー１１６の位置を始点としマーカー１１８の位置を終点とするベクトルとがなす角度ψと等しい。つまり、上記角度ψは、以下の（式１）で表すことができる。この角度ψを、被験者１１０が正面を向いている状態と被験者１１０が頭を右側限界まで回旋させた状態とでそれぞれ算出し、算出した２つの角度の差を算出することにより頚椎の回旋角度を算出することができる。
【００５５】
【数１】
【００５６】
以上説明したように、実施の形態１によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる。具体的には、距離画像から、被験者の右側および左側の肩峰と、頭頂部と、眉間とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の頚椎の回旋角度を正確に算出することができる。
【００５７】
また、再帰性反射部材は、当たった光を光源へ向けてまっすぐに反射する特性を有する。このため、距離画像を正確に算出することができる。よって、複数のマーカーの座標から被験者の姿勢を示す値を正確に算出することができる。
【００５８】
なお、実施の形態１では、被験者が右側へ回旋運動を行ったときの頚椎の回旋角度を算出する姿勢検出装置について説明したが、被験者が左側へ回旋運動を行ったときの頚椎の回旋角度も、右側へ回旋運動を行った場合と同様に算出することができる。
【００５９】
（実施の形態２）
実施の形態２では、被験者の関節の可動域を計測することを目的とし、股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する姿勢検出装置について説明する。
【００６０】
実施の形態２に係る姿勢検出装置および姿勢検出装置を含む姿勢検出システムの構成は、実施の形態１で図２および図１を用いて説明したものとそれぞれ同様である。このため、以下の説明では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明し、同様の部分について説明を繰り返さない。
【００６１】
実施の形態１では姿勢算出部１０６が頚椎の回旋角度を算出したが、実施の形態２では姿勢算出部１０６が股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する。
【００６２】
図９は、本発明の実施の形態２に係る姿勢検出装置２００が実行する処理のフローチャートである。
【００６３】
距離画像取得部１０２は、距離画像カメラ４００が撮影した距離画像を取得する（Ｓ２）。つまり、距離画像取得部１０２は、図１０Ａに示すように被験者１２０が両脚を閉じた状態で撮影された距離画像と、図１０Ｂに示すように被験者１２０が右脚を開くことにより右股関節を外転運動させた状態で撮影された距離画像とを取得する。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように被験者１２０はベッドの上に寝ているものとし、被験者１２０の右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれマーカー１２２および１２４が貼付され、右脚の膝蓋（好ましくは膝蓋の中心位置）にマーカー１２６が貼付されているものとする。各マーカーは、再帰性反射部材からなる。
【００６４】
座標算出部１０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する（Ｓ８）。つまり、図１０Ａに示した被験者１２０が両脚を閉じた状態におけるマーカー１２２〜１２６の三次元空間中での座標と、図１０Ｂに示した被験者１２０が右股関節を外転運動させた状態におけるマーカー１２２〜１２６の三次元空間中での座標とを算出する。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、被験者１２０は仰臥位の状態を取っており、距離画像において左脚が下側に、右脚が上側に、足先が左側に、腰が右側に写っているものとする。このため、座標算出部１０４は、距離画像において、一番左に写っているマーカーをマーカー１２６と判断し、一番下に写っているマーカーをマーカー１２４と判断し、それ以外のマーカーをマーカー１２２と判断することにより、マーカーを区別する。ただし、被験者１２０と距離画像カメラ４００との位置関係はこれに限定されるものではなく、座標算出部１０４が各マーカーの位置を判断することができるのであれば、どのような位置関係であっても良い。
【００６５】
姿勢算出部１０６は、被験者１２０が両脚を閉じた状態と、右股関節を外転運動させた状態との、右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶ直線と、右側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーとを結ぶ直線とがなす角度の差を、股関節を外転運動させたときの外転角度として算出する（Ｓ１０）。つまり、姿勢算出部１０６は、図１０Ａに示した被験者１２０が両脚を閉じた状態において、三次元空間中で、マーカー１２２とマーカー１２４とを結ぶ直線と、マーカー１２２とマーカー１２６とを結ぶ直線とがなす角度を算出する。また、姿勢算出部１０６は、図１０Ｂに示した被験者１２０が右股関節を外転運動させた状態において、三次元空間中で、マーカー１２２とマーカー１２４とを結ぶ直線と、マーカー１２２とマーカー１２６とを結ぶ直線とがなす角度を算出する。姿勢算出部１０６は、算出した２つの角度の差を算出することにより右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する。具体的には、２つの角度の差の絶対値を外転角度として算出しても良い。
【００６６】
例えば、１２２、１２４および１２６のそれぞれの三次元空間中での座標を、（ｘ５，ｙ５，ｚ５）、（ｘ６，ｙ６，ｚ６）および（ｘ７，ｙ７，ｚ７）とする。マーカー１２２とマーカー１２４とを結ぶ直線と、マーカー１２２とマーカー１２６とを結ぶ直線とがなす角度φは、マーカー１２２の位置を始点としマーカー１２４の位置を終点とするベクトルと、マーカー１２２の位置を始点としマーカー１２６の位置を終点とするベクトルとがなす角度φと等しい。つまり、上記角度φは、以下の（式２）で表すことができる。この角度φを、被験者１２０が両脚を閉じた状態と右股関節を外転運動させた状態とでそれぞれ算出し、算出した２つの角度の差を算出することにより右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出することができる。
【００６７】
【数２】
【００６８】
以上説明したように、実施の形態２によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の上前腸骨棘と、右脚の膝蓋とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の右股関節を外転運動させたときの外転角度を正確に算出することができる。
【００６９】
なお、実施の形態２では、被験者が右脚を開くことにより右股関節を外転運動させたときの外転角度を算出する姿勢検出装置について説明したが、被験者が左脚を開くことにより左股関節を外転運動させたときの外転角度も、右股関節を外転運動させた場合と同様に算出することができる。
【００７０】
（実施の形態３）
実施の形態３では、脊柱の曲がり具合を計測することを目的とし、後述する体幹傾斜角、後湾指数および前湾指数を算出する姿勢検出装置について説明する。
【００７１】
実施の形態３に係る姿勢検出装置を含む姿勢検出システムの構成は、実施の形態１で図１を用いて説明したものと同様である。以下の説明では、実施の形態１および２と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を繰り返さない。
【００７２】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【００７３】
姿勢検出装置２００は、距離画像取得部１０２と、座標算出部２０４と、姿勢算出部２０６とを含む。
【００７４】
距離画像取得部１０２は、各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する処理部である。
【００７５】
座標算出部２０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する処理部である。
【００７６】
図１２は、マーカーの貼付位置を説明するための図である。
複数のマーカーは、被験者２２０の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカー２２２、２２３および２２４と、右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６およびマーカー２２８とを含む。各マーカーは、再帰性反射部材からなる。図１３（ａ）は、被験者２２０へのマーカーの貼付位置を模式的に示す図であり、被験者２２０を側方から見た図である。図１３（ｂ）は、第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカー２２２、２２３を通る曲線２３０を示す図である。
【００７７】
再度図１１を参照して、姿勢算出部２０６は、体幹傾斜角算出部２０８と、第１算出部２１１と、第２算出部２１２と、第３算出部２１３とを含む。
【００７８】
図１３（ｃ）を参照して、体幹傾斜角算出部２０８は、被験者２２０の第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２と右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６および２２８の中点２４０とを結ぶ直線２３２と、被験者２２０の重心線２３４とのなす角度を、体幹傾斜角γとして算出する。重心線２３４とは、被験者２２０の重心から地面に垂直に降ろした垂線のことである。なお、この重心線２３４は、例えば、マーカー２２６および２２８の中点２４０から地面に垂直に降ろした垂線と仮定することができる。
【００７９】
第１算出部２１１、第２算出部２１２および第３算出部２１３は、後湾指数および前湾指数を算出するための処理部である。図１３（ｃ）を参照して、第１算出部２１１、第２算出部２１２および第３算出部２１３が実行する処理について説明する。
【００８０】
第１算出部２１１は、第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２と右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６および２２８の中点２４０とを結ぶ直線２３２から、第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカー２２２〜２２４を通る曲線２３０のうち胸椎部の曲線２３０までの距離の最大値ｈ１を算出する。第１算出部２１１は、さらに、上記直線２３２から、上記曲線２３０のうち腰椎部の曲線２３０までの距離の最大値ｈ２を算出する。
【００８１】
第２算出部２１２は、第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２から、上記直線２３２と上記曲線２３０とが交差する点２２７までの距離ｌ１を算出する。第２算出部２１２は、さらに、上記直線２３２と上記曲線２３０とが交差する点２２７から、上記中点２４０までの距離ｌ２を算出する。
【００８２】
第３算出部２１３は、第１算出部２１１が算出した上記最大値ｈ１を第２算出部２１２が算出した距離ｌ１で除した値を算出することにより、被験者２２０の後湾の度合いを示す後湾指数を算出する。第３算出部２１３は、さらに、第１算出部２１１が算出した上記最大値ｈ２を第２算出部２１２が算出した上記距離ｌ２で除した値を算出することにより、被験者２２０の前湾の度合いを示す前湾指数を算出する。
【００８３】
図１４は、本発明の実施の形態３に係る姿勢検出装置２００が実行する処理のフローチャートである。
【００８４】
距離画像取得部１０２は、距離画像カメラ４００が撮影した距離画像を取得する（Ｓ２）。つまり、距離画像取得部１０２は、図１２に示すように被験者２２０の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカー２２２、２２３および２２４と、右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６およびマーカー２２８とが写るように距離画像カメラ４００が被験者２２０の背中を撮影した距離画像を取得する。
【００８５】
座標算出部２０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者２２０に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する（Ｓ２１）。つまり、図１２に示した被験者２２０のマーカー２２２、２２３、２２４、２２６および２２８の三次元空間中での座標を算出する。図１２に示すように被験者２２０は背中を距離画像カメラ４００に向けているものとする。このため、座標算出部２０４は、距離画像において一番上に写っているマーカーをマーカー２２２と判断し、最も下から２つのマーカーのうち、左側に写っているマーカーをマーカー２２８と判断し、右側に写っているマーカーをマーカー２２６と判断し、最も下から３つ目に写っているマーカーをマーカー２２４と判断し、それ以外のマーカーをマーカー２２３と判断することにより、マーカーを区別する。ただし、被験者２２０と距離画像カメラ４００との位置関係はこれに限定されるものではなく、座標算出部２０４が各マーカーの位置を判断することができるのであれば、どのような位置関係であっても良い。
【００８６】
体幹傾斜角算出部２０８は、被験者２２０の第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２と右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６および２２８の中点２４０とを結ぶ直線２３２と、被験者２２０の重心線２３４とのなす角度を、体幹傾斜角γとして算出する（Ｓ２２）。体幹傾斜角γにより被験者２２０が前傾の度合いまたは後傾の度合いを判断することができる。
【００８７】
第１算出部２１１は、第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２と右側および左側の上後腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー２２６および２２８の中点２４０とを結ぶ直線２３２から、第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカー２２２〜２２４を通る曲線２３０のうち胸椎部の曲線２３０までの距離の最大値ｈ１を算出する（Ｓ２３）。
【００８８】
第２算出部２１２は、第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２から、上記直線２３２と上記曲線２３０とが交差する点２２７までの距離ｌ１を算出する（Ｓ２４）。
【００８９】
第３算出部２１３は、第１算出部２１１が算出した上記最大値ｈ１を第２算出部２１２が算出した距離ｌ１で除した値を算出することにより、被験者２２０の後湾の度合いを示す後湾指数を算出する（Ｓ２５）。
【００９０】
第１算出部２１１は、上記直線２３２から、上記曲線２３０のうち腰椎部の曲線２３０までの距離の最大値ｈ２を算出する（Ｓ２６）。
【００９１】
第２算出部２１２は、上記直線２３２と上記曲線２３０とが交差する点２２７から、上記中点２４０までの距離ｌ２を算出する（Ｓ２７）。
【００９２】
第３算出部２１３は、第１算出部２１１が算出した上記最大値ｈ２を第２算出部２１２が算出した上記距離ｌ２で除した値を算出することにより、被験者２２０の前湾の度合いを示す前湾指数を算出する（Ｓ２８）。
【００９３】
以上説明したように、実施の形態３によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起と、右側および左側の上後腸骨棘とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の体幹傾斜角を正確に算出することができる。
【００９４】
また、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の後湾の度合いを示す後湾指数を正確に算出することができる。
【００９５】
さらに、距離画像から、被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の前湾の度合いを示す前湾指数を正確に算出することができる。
【００９６】
なお、実施の形態３では、体幹傾斜角と、後湾指数と、前湾指数とを算出するものとしているが、３つのうちいずれか１つまたは２つを算出するものであってもよい。体幹傾斜角を算出するには、被験者の第７頚椎棘突起に貼付されたマーカー２２２と、右側および左側の上後腸骨棘とにそれぞれ貼付されたマーカー２２６および２２８の三次元空間中での座標を算出することができれば良い。つまり、それ以外のマーカー２２３および２２４は必要がない。
【００９７】
また、実施の形態３では、姿勢算出部２０６が行う計算は三次元空間中の座標を用いて行うこととしたが、各座標を矢状面に投影した座標を用いて計算を行ってもよい。図１５は、矢状面を説明するための図である。矢状面３４６は被験者２２０を左右対称に切る平面である。つまり、図１３（ａ）は矢状面３４６に投影したマーカーの位置を示していると考えることもできる。
【００９８】
（実施の形態４）
実施の形態４では、脳性麻痺児に見られる体幹変形を計測することを目的とし、後述する傾斜角度および回旋角度を算出する姿勢検出装置について説明する。
【００９９】
実施の形態４に係る姿勢検出装置を含む姿勢検出システムの構成は、実施の形態１で図１を用いて説明したものと同様である。以下の説明では、実施の形態１〜３と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を繰り返さない。
【０１００】
図１６は、本発明の実施の形態４に係る姿勢検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【０１０１】
姿勢検出装置３００は、距離画像取得部１０２と、座標算出部３０４と、姿勢算出部３０６とを含む。
【０１０２】
距離画像取得部１０２は、各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する処理部である。
【０１０３】
座標算出部３０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する処理部である。
【０１０４】
図１７は、マーカーの貼付位置を説明するための図である。
複数のマーカーは、被験者３２０の右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー３２２および３２４と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８と、右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー３３０および３３２とを含む。各マーカーは、再帰性反射部材からなる。図１７は、被験者３２０を骨格図で示しているが、実際にはマーカーは皮膚または衣服上に貼付される。
【０１０５】
再度図１６を参照して、姿勢算出部３０６は、上部体幹ベクトル算出部３０８と、下部体幹ベクトル算出部３１０と、骨盤ベクトル算出部３１２と、傾斜角度算出部３１４と、回旋角度算出部３１６とを含む。
【０１０６】
上部体幹ベクトル算出部３０８は、右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー３２２および３２４を結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する。
【０１０７】
下部体幹ベクトル算出部３１０は、右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８を結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する。
【０１０８】
骨盤ベクトル算出部３１２は、右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー３３０および３３２を結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する。
【０１０９】
傾斜角度算出部３１４は、算出された上部体幹ベクトルおよび下部体幹ベクトルを被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度として算出する。図１８は、前額面の一例を示す図である。前額面３４２は、被験者３２０を前後に切る面で、矢状面３４６に垂直な平面である。傾斜角度算出部３１４は、さらに、算出された下部体幹ベクトルおよび骨盤ベクトルを被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度として算出する。
【０１１０】
回旋角度算出部３１６は、算出された上部体幹ベクトルおよび下部体幹ベクトルを被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の上部体幹と下部体幹との間の回旋角度として算出する。図１９は、水平面の一例を示す図である。水平面３４４は、床に平行で、前額面３４２と矢状面３４６ととに直交する平面である。回旋角度算出部３１６は、さらに、算出された下部体幹ベクトルおよび骨盤ベクトルを被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の下部体幹と骨盤との間の回旋角度として算出する。
【０１１１】
なお、実施の形態４では、三次元座標系を以下のように定義する。つまり、図１８に示した前額面３４２をｙ−ｚ平面とし、図１９に示した水平面３４４をｘ−ｙ平面とする。また、前額面３４２と図１５に示した矢状面３４６（ｘ−ｚ平面）とが交わる線（ｚ軸）のうち、地面の位置を原点とする。このような条件を満たす三次元座標系を想定する。
【０１１２】
図２０は、本発明の実施の形態４に係る姿勢検出装置３００が実行する処理のフローチャートである。
【０１１３】
距離画像取得部１０２は、距離画像カメラ４００が撮影した距離画像を取得する（Ｓ２）。つまり、距離画像取得部１０２は、図１７に示すように被験者３２０の右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー３２２および３２４と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８と、右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー３３０および３３２とが写るように距離画像カメラ４００が被験者３２０を撮影した距離画像を取得する。
【０１１４】
座標算出部３０４は、距離画像取得部１０２が取得した距離画像に基づいて、被験者３２０に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する（Ｓ３１）。つまり、図１７に示した被験者３２０のマーカー３２２、３２４、３２６、３２８、３３０および３３２の三次元空間中での座標を算出する。図１７に示すように被験者３２０は正面を距離画像カメラ４００に向けているものとする。このため、座標算出部３０４は、距離画像において、最も上から１番目または２番目に写っているマーカーのうち左側のマーカーをマーカー３２２と判断し、右側のマーカーをマーカー３２４と判断する。また、座標算出部３０４は、距離画像において最も上から３番目または４番目に写っているマーカーのうち左側のマーカーをマーカー３２６と判断し、右側のマーカーをマーカー３２８と判断する。また、座標算出部３０４は、距離画像において、最も下から１番目または２番目に写っているマーカーのうち左側のマーカーをマーカー３３０と判断し、右側のマーカーをマーカー３３２と判断する。ただし、被験者３２０と距離画像カメラ４００との位置関係はこれに限定されるものではなく、座標算出部３０４が各マーカーの位置を判断することができるのであれば、どのような位置関係であっても良い。
【０１１５】
上部体幹ベクトル算出部３０８は、右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー３２２および３２４を結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する（Ｓ３２）。つまり、図２１に示すように、三次元空間中で、マーカー３２４の位置を始点としマーカー３２２の位置を終点とするベクトルを、上部体幹ベクトル３３４として算出する。
【０１１６】
下部体幹ベクトル算出部３１０は、右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８を結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する（Ｓ３３）。つまり、図２１に示すように、三次元空間中で、マーカー３２８の位置を始点としマーカー３２６の位置を終点とするベクトルを、下部体幹ベクトル３３６として算出する。
【０１１７】
骨盤ベクトル算出部３１２は、右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー３３０および３３２を結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する（Ｓ３４）。つまり、図２１に示すように、三次元空間中で、マーカー３３２の位置を始点としマーカー３３０の位置を終点とするベクトルを、骨盤ベクトル３３８として算出する。
【０１１８】
傾斜角度算出部３１４は、算出された上部体幹ベクトル３３４および下部体幹ベクトル３３６を被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度αとして算出する（Ｓ３５）。例えば、マーカー３２４、３２２、３２８および３２６の三次元空間中での座標を、それぞれ、（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）および（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）とする。すると、上部体幹ベクトル３３４は、（Ｘ２−Ｘ１，Ｙ２−Ｙ１，Ｚ２−Ｚ１）で示され、下部体幹ベクトル３３６は、（Ｘ４−Ｘ３，Ｙ４−Ｙ３，Ｚ４−Ｚ３）で示される。図２２に示すように上部体幹ベクトル３３４を前額面３４２に投影したベクトルをベクトルＵ＿ｔｒとし、下部体幹ベクトル３３６を前額面３４２に投影したベクトルをベクトルＬ＿ｔｒとする。傾斜角度算出部３１４は、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度αを以下の（式３）に従い算出する。ただし、Ｕ＿ｔｒ＝（０，Ｙ２−Ｙ１，Ｚ２−Ｚ１）であり、Ｌ＿ｔｒ＝（０，Ｙ４−Ｙ３，Ｚ４−Ｚ３）である。
【０１１９】
【数３】
【０１２０】
傾斜角度算出部３１４は、さらに、算出された下部体幹ベクトル３３６および骨盤ベクトル３３８を被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度βとして算出する（Ｓ３５）。例えば、マーカー３３２および３３０の三次元空間中での座標を、それぞれ、（Ｘ５、Ｙ５、Ｚ５）および（Ｘ６、Ｙ６、Ｚ６）とする。すると、骨盤ベクトル３３８は、（Ｘ６−Ｘ５，Ｙ６−Ｙ５，Ｚ６−Ｚ５）で示される。骨盤ベクトル３３８を前額面３４２に投影したベクトルをＰ＿ｔｒとすると、傾斜角度算出部３１４は、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度βを以下の（式４）に従い算出する。ただし、Ｐ＿ｔｒ＝（０，Ｙ６−Ｙ５，Ｚ６−Ｚ５）である。
【０１２１】
【数４】
【０１２２】
回旋角度算出部３１６は、算出された上部体幹ベクトル３３４および下部体幹ベクトル３３６を被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の上部体幹と下部体幹との間の回旋角度ρとして算出する（Ｓ３６）。例えば、上部体幹ベクトル３３４を水平面３４４に投影したベクトルをＵ＿ｔｒ２とし、下部体幹ベクトル３３６を水平面３４４に投影したベクトルをＬ＿ｔｒ２とする。回旋角度算出部３１６は、被験者の上部体幹と下部体幹との間の回旋角度ρを以下の（式５）に従い算出する。ただし、Ｕ＿ｔｒ２＝（Ｘ２−Ｘ１，Ｙ２−Ｙ１，０）であり、Ｌ＿ｔｒ２＝（Ｘ４−Ｘ３，Ｙ４−Ｙ３，０）である。
【０１２３】
【数５】
【０１２４】
回旋角度算出部３１６は、さらに、算出された下部体幹ベクトル３３６および骨盤ベクトル３３８を被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、被験者の下部体幹と骨盤との間の回旋角度σとして算出する（Ｓ３６）。例えば、骨盤ベクトル３３８を水平面３４４に投影したベクトルをＰ＿ｔｒ２とする。回旋角度算出部３１６は、被験者の下部体幹と骨盤との間の回旋角度σを以下の（式６）に従い算出する。ただし、Ｐ＿ｔｒ２＝（Ｘ６−Ｘ５，Ｙ６−Ｙ５，０）である。
【０１２５】
【数６】
【０１２６】
以上説明したように、実施の形態４によると、ゴニオメーターを被験者に当てるのではなく、距離画像から、被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度、および被験者の上部体幹と下部体幹との間の回旋角度を正確に算出することができる。
【０１２７】
また、距離画像から、被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付されたマーカーの三次元空間中での座標を算出している。このため、各マーカーの座標を正確に求めることができる。よって、複数のマーカーの座標から、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度、および被験者の下部体幹と骨盤との間の回旋角度を正確に算出することができる。
【０１２８】
なお、実施の形態４では、被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度、下部体幹と骨盤との間の傾斜角度、上部体幹と下部体幹との間の回旋角度、および下部体幹と骨盤との間の回旋角度を算出するとしているが４つの角度のうち１〜３つの角度を算出するものであっても良い。
【０１２９】
被験者の上部体幹と下部体幹との間の傾斜角度、または上部体幹と下部体幹との間の回旋角度を算出するには、被験者の右側および左側の肩峰にそれぞれ貼付されたマーカー３２２および３２４と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８との三次元空間中での座標を算出することができればよい。つまり、それ以外のマーカー３３０および３３２は必要がない。
【０１３０】
また、被験者の下部体幹と骨盤との間の傾斜角度、または下部体幹と骨盤との間の回旋角度を算出するには、被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁にそれぞれ貼付されたマーカー３２６および３２８と、右側および左側の上前腸骨棘にそれぞれ貼付されたマーカー３３０および３３２との三次元空間中での座標を算出することができればよい。つまり、それ以外のマーカー３２２および３２４は必要がない。
【０１３１】
以上、本発明の実施の形態に係る姿勢検出装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【０１３２】
例えば、上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムとして構成されても良い。ＲＡＭまたはハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【０１３３】
さらに、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）から構成されているとしても良い。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【０１３４】
さらにまた、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしても良い。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしても良い。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしても良い。
【０１３５】
また、本発明は、上記に示す方法であるとしても良い。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしても良いし、前記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしても良い。
【０１３６】
さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号をコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））、半導体メモリなどに記録したものとしても良い。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしても良い。
【０１３７】
また、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしても良い。
【０１３８】
また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしても良い。
【０１３９】
また、上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、または上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしても良い。
【０１４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、姿勢検出装置に適用でき、特に距離画像カメラから得られる距離画像に基づいて被験者の姿勢を検出することができる姿勢検出装置等に適用できる。
【符号の説明】
【０１４２】
１００、２００、３００ 姿勢検出装置
１０２ 距離画像取得部
１０４、２０４、３０４ 座標算出部
１０６、２０６、３０６ 姿勢算出部
１１０、１２０、２２０、３２０ 被験者
１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、２２２、２２３、２２４、２２６、２２８、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０、３３２ マーカー
２０８ 体幹傾斜角算出部
２１１ 第１算出部
２１２ 第２算出部
２１３ 第３算出部
２２７ 交差する点
２３０ 曲線
２３２ 直線
２３４ 重心線
２４０ 中点
３０８ 上部体幹ベクトル算出部
３１０ 下部体幹ベクトル算出部
３１２ 骨盤ベクトル算出部
３１４ 傾斜角度算出部
３１６ 回旋角度算出部
３３４ 上部体幹ベクトル
３３６ 下部体幹ベクトル
３３８ 骨盤ベクトル
３４２ 前額面
３４４ 水平面
３４６ 矢状面
３５０ ゴニオメーター
３５２ 第１定規
３５４ 第２定規
３５６ 回転中心
４００ 距離画像カメラ
４０２ ＬＥＤ
４０３ 光
４０４ レンズ
４０５ 反射光
５００ 人物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する距離画像取得部と、
前記距離画像取得部が取得した前記距離画像に基づいて、前記被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する座標算出部と、
前記座標算出部が算出した前記複数のマーカーの座標から、前記被験者の姿勢を示す値を算出する姿勢算出部と
を備える姿勢検出装置。
【請求項２】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、頭頂部と、眉間とに貼付され、
前記姿勢算出部は、前記被験者が正面を向いている状態と頭を回旋させた状態との、前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶ直線と、前記頭頂部に貼付されたマーカーおよび前記眉間に貼付されたマーカーを結ぶ直線とがなす角度の差を、頚椎の回旋角度として算出する
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項３】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の上前腸骨棘と、右脚または左脚の膝蓋とに貼付され、
前記姿勢算出部は、前記被験者が両脚を閉じた状態と、前記膝蓋にマーカーが貼付された脚側の股関節を外転運動させた状態との、前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶ直線と、前記膝蓋に貼付されたマーカーと前記膝蓋にマーカーが貼付された脚側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーとを結ぶ直線とがなす角度の差を、股関節を外転運動させたときの外転角度として算出する
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項４】
前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起と、右側および左側の上後腸骨棘とに貼付され、
前記姿勢算出部は、前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線と、前記被験者の重心線とのなす角度を、体幹傾斜角として算出する
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項５】
前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーとを含み、
前記姿勢算出部は、
前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線から、第７頚椎棘突起から前記腰椎の棘突起までの間に貼付された前記複数のマーカーを通る曲線のうち胸椎部の曲線までの距離の最大値を算出する第１算出部と、
前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーから、前記直線と前記曲線とが交差する点までの距離を算出する第２算出部と、
前記第１算出部が算出した前記最大値を前記第２算出部が算出した距離で除した値を算出することにより、前記被験者の後湾の度合いを示す後湾指数を算出する第３算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項６】
前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーとを含み、
前記姿勢算出部は、
前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線から、第７頚椎棘突起から前記腰椎の棘突起までの間に貼付された前記複数のマーカーを通る曲線のうち腰椎部の曲線までの距離の最大値を算出する第１算出部と、
前記直線と前記曲線とが交差する点から、前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点までの距離を算出する第２算出部と、
前記第１算出部が算出した前記最大値を前記第２算出部が算出した距離で除した値を算出することにより、前記被験者の前湾の度合いを示す前湾指数を算出する第３算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項７】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付され、
前記姿勢算出部は、
前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する上部体幹ベクトル算出部と、
前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、
算出された前記上部体幹ベクトルおよび前記下部体幹ベクトルを前記被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記上部体幹と前記下部体幹との間の傾斜角度として算出する傾斜角度算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項８】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付され、
前記姿勢算出部は、
前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、
前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する骨盤ベクトル算出部と、
算出された前記下部体幹ベクトルおよび前記骨盤ベクトルを前記被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記下部体幹と前記骨盤との間の傾斜角度として算出する傾斜角度算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項９】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付され、
前記姿勢算出部は、
前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する上部体幹ベクトル算出部と、
前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、
算出された前記上部体幹ベクトルおよび前記下部体幹ベクトルを前記被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記上部体幹と前記下部体幹との間の回旋角度として算出する回旋角度算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項１０】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付され、
前記姿勢算出部は、
前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、
前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する骨盤ベクトル算出部と、
算出された前記下部体幹ベクトルおよび前記骨盤ベクトルを前記被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記下部体幹と前記骨盤との間の回旋角度として算出する回旋角度算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項１１】
前記カメラは、前記被験者に光を照射し、照射した光の反射光を受光し、照射開始時刻と受光時刻との差から前記被験者までの距離を算出することにより、前記距離画像を生成し、
前記複数のマーカーの各々は、再帰性反射部材からなる
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の姿勢検出装置。
【請求項１２】
各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する距離画像取得ステップと、
前記距離画像取得ステップにおいて取得された前記距離画像に基づいて、前記被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する座標算出ステップと、
前記座標算出ステップにおいて算出された前記複数のマーカーの座標から、前記被験者の姿勢を示す値を算出する姿勢算出ステップと
を含む姿勢検出方法。
【請求項１３】
各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する距離画像取得ステップと、
前記距離画像取得ステップにおいて取得された前記距離画像に基づいて、前記被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する座標算出ステップと、
前記座標算出ステップにおいて算出された前記複数のマーカーの座標から、前記被験者の姿勢を示す値を算出する姿勢算出ステップと
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１】
各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する距離画像取得部と、
前記距離画像取得部が取得した前記距離画像に基づいて、前記被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する座標算出部と、
前記座標算出部が算出した前記複数のマーカーの座標から、前記被験者の姿勢を示す値を算出する姿勢算出部と
を備える姿勢検出装置。
【請求項２】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、頭頂部と、眉間とに貼付され、
前記姿勢算出部は、前記被験者が正面を向いている状態と頭を回旋させた状態との、前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶ直線と、前記頭頂部に貼付されたマーカーおよび前記眉間に貼付されたマーカーを結ぶ直線とがなす角度の差を、頚椎の回旋角度として算出する
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項３】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の上前腸骨棘と、右脚または左脚の膝蓋とに貼付され、
前記姿勢算出部は、前記被験者が両脚を閉じた状態と、前記膝蓋にマーカーが貼付された脚側の股関節を外転運動させた状態との、前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶ直線と、前記膝蓋に貼付されたマーカーと前記膝蓋にマーカーが貼付された脚側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーとを結ぶ直線とがなす角度の差を、股関節を外転運動させたときの外転角度として算出する
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項４】
前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起と、右側および左側の上後腸骨棘とに貼付され、
前記姿勢算出部は、前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線と、前記被験者の重心線とのなす角度を、体幹傾斜角として算出する
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項５】
前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーとを含み、
前記姿勢算出部は、
前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線から、第７頚椎棘突起から前記腰椎の棘突起までの間に貼付された前記複数のマーカーを通る曲線のうち胸椎部の曲線までの距離の最大値を算出する第１算出部と、
前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーから、前記直線と前記曲線とが交差する点までの距離を算出する第２算出部と、
前記第１算出部が算出した前記最大値を前記第２算出部が算出した距離で除した値を算出することにより、前記被験者の後湾の度合いを示す後湾指数を算出する第３算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項６】
前記複数のマーカーは、前記被験者の第７頚椎棘突起から腰椎の棘突起までの間に貼付された複数のマーカーと、右側および左側の上後腸骨棘に貼付された２つのマーカーとを含み、
前記姿勢算出部は、
前記第７頚椎棘突起に貼付されたマーカーと前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点とを結ぶ直線から、第７頚椎棘突起から前記腰椎の棘突起までの間に貼付された前記複数のマーカーを通る曲線のうち腰椎部の曲線までの距離の最大値を算出する第１算出部と、
前記直線と前記曲線とが交差する点から、前記右側および左側の上後腸骨棘に貼付された前記２つのマーカーの中点までの距離を算出する第２算出部と、
前記第１算出部が算出した前記最大値を前記第２算出部が算出した距離で除した値を算出することにより、前記被験者の前湾の度合いを示す前湾指数を算出する第３算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項７】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付され、
前記姿勢算出部は、
前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する上部体幹ベクトル算出部と、
前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、
算出された前記上部体幹ベクトルおよび前記下部体幹ベクトルを前記被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記上部体幹と前記下部体幹との間の傾斜角度として算出する傾斜角度算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項８】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付され、
前記姿勢算出部は、
前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、
前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する骨盤ベクトル算出部と、
算出された前記下部体幹ベクトルおよび前記骨盤ベクトルを前記被験者の前額面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記下部体幹と前記骨盤との間の傾斜角度として算出する傾斜角度算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項９】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の肩峰と、右側および左側の最下位助軟骨の下縁とに貼付され、
前記姿勢算出部は、
前記右側および左側の肩峰に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、上部体幹の向きを示すベクトルである上部体幹ベクトルとして算出する上部体幹ベクトル算出部と、
前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、
算出された前記上部体幹ベクトルおよび前記下部体幹ベクトルを前記被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記上部体幹と前記下部体幹との間の回旋角度として算出する回旋角度算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項１０】
前記複数のマーカーは、前記被験者の右側および左側の最下位助軟骨の下縁と、右側および左側の上前腸骨棘とに貼付され、
前記姿勢算出部は、
前記右側および左側の最下位助軟骨の下縁に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、下部体幹の向きを示すベクトルである下部体幹ベクトルとして算出する下部体幹ベクトル算出部と、
前記右側および左側の上前腸骨棘に貼付されたマーカーを結ぶベクトルを、骨盤の向きを示すベクトルである骨盤ベクトルとして算出する骨盤ベクトル算出部と、
算出された前記下部体幹ベクトルおよび前記骨盤ベクトルを前記被験者の水平面へ投影したベクトル同士がなす角度を、前記被験者の前記下部体幹と前記骨盤との間の回旋角度として算出する回旋角度算出部とを含む
請求項１記載の姿勢検出装置。
【請求項１１】
前記カメラは、前記被験者に光を照射し、照射した光の反射光を受光し、照射開始時刻と受光時刻との差から前記被験者までの距離を算出することにより、前記距離画像を生成し、
前記複数のマーカーの各々は、再帰性反射部材からなる
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の姿勢検出装置。
【請求項１２】
各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する距離画像取得ステップと、
前記距離画像取得ステップにおいて取得された前記距離画像に基づいて、前記被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する座標算出ステップと、
前記座標算出ステップにおいて算出された前記複数のマーカーの座標から、前記被験者の姿勢を示す値を算出する姿勢算出ステップと
を含む姿勢検出方法。
【請求項１３】
各画素における輝度値がカメラから被験者までの距離を示す距離画像を取得する距離画像取得ステップと、
前記距離画像取得ステップにおいて取得された前記距離画像に基づいて、前記被験者に貼付された複数のマーカーの三次元空間中での座標を算出する座標算出ステップと、
前記座標算出ステップにおいて算出された前記複数のマーカーの座標から、前記被験者の姿勢を示す値を算出する姿勢算出ステップと
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図２０】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図５】
【図１５】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図２０】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図５】
【図１５】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−１２０６４８（Ｐ２０１２−１２０６４８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３０３５（Ｐ２０１０−２７３０３５）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（５１０３２２８４５）有限会社アルファ (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（５１０３２２８４５）有限会社アルファ (2)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]