本申請(qǐng)涉及生物體信息檢測(cè)裝置。尤其涉及非接觸地檢測(cè)心跳等生物體信息的生物體信息檢測(cè)裝置、生物體信息檢測(cè)方法以及心理變化檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

作為用于判斷人的健康狀態(tài)的基礎(chǔ)性的參數(shù)，廣泛使用心跳、血流量、血壓、血氧飽和度等。與血液有關(guān)的這些生物體信息通常通過接觸型的測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。由于接觸型的測(cè)量?jī)x束縛受驗(yàn)者的生物體，尤其在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致受驗(yàn)者不舒服。

對(duì)簡(jiǎn)單地測(cè)量用于判斷人的健康狀態(tài)的基礎(chǔ)性的生物體信息進(jìn)行了各種各樣的嘗試。例如，日本特開2005-218507號(hào)公報(bào)公開了如下方法，根據(jù)由攝像機(jī)拍攝的面部等的圖像信息來非接觸地檢測(cè)心率。日本特表2003-517342號(hào)公報(bào)公開了如下方法，使用白光光源與激光光源，利用在生物體表面的后方散射的激光的激光多普勒效應(yīng)來測(cè)量血氧飽和度。日本特表2014-527863號(hào)公報(bào)公開了如下方法，使用普通的彩色攝像機(jī)并消除周圍光的影響來測(cè)量血氧飽和度。

另一方面，也提出了很多推測(cè)人的心理變化的方法。例如，日本特開平6-54836號(hào)公報(bào)以及日本特開2008-237244號(hào)公報(bào)公開了如下方法，通過熱敏成像法檢測(cè)人因感覺到應(yīng)激(緊張)或集中而產(chǎn)生的鼻子周圍部分的溫度下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的一個(gè)方式所涉及的生物體信息檢測(cè)裝置具備：第一光源，將由第一光形成的至少一個(gè)第一光點(diǎn)投影至生物體；第二光源，將由第二光形成的至少一個(gè)第二光點(diǎn)投影至所述生物體；攝像系統(tǒng)，包括檢測(cè)所述第 一光的多個(gè)第一光檢測(cè)單元、以及檢測(cè)所述第二光的多個(gè)第二光檢測(cè)單元，生成并輸出表示所述至少一個(gè)第一光點(diǎn)被投影至的所述生物體的第一圖像的第一圖像信號(hào)、以及表示所述至少一個(gè)第二光點(diǎn)被投影至的所述生物體的第二圖像的第二圖像信號(hào)；以及運(yùn)算電路，使用從所述攝像系統(tǒng)輸出的所述第一圖像信號(hào)以及所述第二圖像信號(hào)，生成并輸出與所述生物體有關(guān)的信息；所述第一光的波長(zhǎng)以及所述第二光的波長(zhǎng)均為650nm以上且950nm以下，所述第二光的所述波長(zhǎng)與所述第一光的所述波長(zhǎng)相比長(zhǎng)50nm以上。

上述整體或具體的方式也可以通過元件、裝置、系統(tǒng)、方法或其任意組合來實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1A為用于說明本申請(qǐng)的某一實(shí)施方式中取得生物體信息的基本想法的圖。

圖1B為用于說明由攝像機(jī)取得的生物體表面的圖像的特性的圖。

圖2為表示作為生物體的主要成分的血紅蛋白、黑色素、水在可見光～近紅外光范圍內(nèi)的吸光系數(shù)與散射系數(shù)的圖。

圖3A為表示實(shí)施方式1的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的圖。

圖3B為表示實(shí)施方式1中的攝像機(jī)的構(gòu)成以及輸出的圖像的例子的圖。

圖3C為表示實(shí)施方式1中的計(jì)算機(jī)20的構(gòu)成的框圖。

圖4A為表示實(shí)施了實(shí)施方式1的生物體檢測(cè)方法的例子的第1圖。

圖4B為表示實(shí)施了實(shí)施方式1的生物體檢測(cè)方法的例子的第2圖。

圖5為表示實(shí)施方式1中的對(duì)比度的計(jì)算方法的圖。

圖6A為表示實(shí)施方式2中的構(gòu)成以及生成的生物體信息(心率)的例子的圖。

圖6B為表示實(shí)施方式2中的圖像處理的流程的流程圖。

圖7為表示實(shí)施方式3中的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的圖。

圖8為表示實(shí)施方式3中的使用2臺(tái)攝像機(jī)的生物體信息感測(cè)的概要的圖。

圖9為表示實(shí)施方式3中的2個(gè)帶通濾光器的透射特性的圖。

圖10為表示通過實(shí)施方式3的方法測(cè)量的脈搏波的例子的圖。

圖11為表示通過實(shí)施方式3的方法以及以往的方法測(cè)量血氧飽和度而得的結(jié)果的圖。

圖12為表示實(shí)施方式4中的立體攝像機(jī)方式的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的圖。

圖13為表示實(shí)施方式5中的立體透鏡方式的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的圖。

圖14A為表示使用實(shí)施方式5的生物體信息檢測(cè)裝置來進(jìn)行應(yīng)激感測(cè)而得的結(jié)果的圖。

圖14B為表示實(shí)施方式5中的圖像中的鼻部與臉頰部的圖。

圖14C為表示使用實(shí)施方式5的生物體信息檢測(cè)裝置而得的血流量以及血氧飽和度的變化的圖。

圖15為示意地表示實(shí)施方式6中的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的剖面圖。

圖16A為表示實(shí)施方式6中的圖像中的鼻部與額部的圖。

圖16B為表示實(shí)施方式6中在誘發(fā)笑的情感時(shí)的總血流量(氧化血紅蛋白以及脫氧血紅蛋白)的時(shí)間變化與氧化血紅蛋白的血流量的比例(氧飽和度)的時(shí)間變化的圖。

圖17A為示意地表示實(shí)施方式7中的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的圖。

圖17B為表示實(shí)施方式7中的多個(gè)濾色器的圖。

圖17C為表示實(shí)施方式7中生成的圖像的例子的圖。

圖18A為表示實(shí)施方式8中的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的圖。

圖18B為表示實(shí)施方式8中的多個(gè)濾色器的圖。

圖18C為表示實(shí)施方式8中生成的圖像的例子的圖。

圖18D為表示具有R、G、B、IR這4種濾色器的多譜段傳感器的構(gòu)成例的圖。

標(biāo)號(hào)說明：

1、101、102 光源

2、201、202 攝像機(jī)

3 生物體

4 生物體表面

5、501、502 鏡頭(透鏡)

6 攝像機(jī)箱體

7、701、702、703、704 圖像傳感器

8、801、802 帶通濾光器

901、902、151、152、153、154 反射鏡

11 快門按鈕

20 計(jì)算機(jī)

21 輸入接口

22 運(yùn)算電路

23 輸出接口

24 存儲(chǔ)器

25 控制電路

31 毛細(xì)血管

32 小動(dòng)靜脈

33 表皮

34 真皮

35 皮下組織

L0 光

L1 表面反射光

L2 體內(nèi)散射光。

具體實(shí)施方式

(成為本申請(qǐng)的基礎(chǔ)的見解)

在說明本申請(qǐng)的實(shí)施方式之前，說明成為本申請(qǐng)的基礎(chǔ)的見解。

如前述，對(duì)測(cè)量用于判斷人的健康狀態(tài)的基礎(chǔ)性的生物體信息進(jìn)行了各種各樣的嘗試。例如，日本特開2005-218507號(hào)公報(bào)提出了一種方法，根據(jù)由攝像機(jī)拍攝的面部等的圖像的信息來非接觸地檢測(cè)心跳數(shù)。日本特開2005-218507號(hào)公報(bào)的方法通過分析所取得的彩色圖像的空間頻率成分來 求出心率。但是，在該方法中，由于受室內(nèi)的照明光等環(huán)境光影響而精度下降，因此無法進(jìn)行穩(wěn)定的檢測(cè)。

血氧飽和度的測(cè)量一般使用脈搏血氧儀。脈搏血氧儀以夾入手指的方式對(duì)手指照射紅色～近紅外的波段所包含的2個(gè)波長(zhǎng)的光，并測(cè)量其透射率。據(jù)此，能夠求出血液中的氧化血紅蛋白的濃度與還原血紅蛋白的濃度之比。脈搏血氧儀能夠以簡(jiǎn)便的構(gòu)成測(cè)量血氧飽和度。但是，由于是接觸型的裝置，因此存在造成束縛感的問題。

在日本特表2003-517342號(hào)公報(bào)中，公開了非接觸型的血氧飽和度測(cè)量裝置的一例。該裝置使用白光光源與激光光源，利用在生物體表面的后方散射的激光所引起的激光多普勒效應(yīng)來測(cè)量血氧飽和度。但是，在該方法中，存在裝置的構(gòu)成變得復(fù)雜而且所得的信號(hào)也很微弱的問題。

日本特表2014-527863號(hào)公報(bào)提出了如下方法，使用普通的彩色攝像機(jī)并消除周圍光的影響來測(cè)量血氧飽和度。在該方法中皮膚的表面的反射光的影響很大，因此也難以高精度且穩(wěn)定地測(cè)量血氧飽和度。

如此地，以往的非接觸式的血氧飽和度的測(cè)量方法在精度以及穩(wěn)定性上存在問題。當(dāng)前不存在適于實(shí)用的非接觸式的血氧飽和度測(cè)量裝置。

另一方面，提出了很多使用熱敏成像法推測(cè)人的心理變化的方法(例如日本特開平6-54836號(hào)公報(bào)以及日本特開2008-237244號(hào)公報(bào))。這些方法通過熱敏成像法檢測(cè)鼻部的體溫的下降。在人的鼻部多有動(dòng)靜脈吻合血管，血液循環(huán)易受自主神經(jīng)系統(tǒng)的影響而被阻礙。因應(yīng)激以及緊張等心理變化，鼻部的血流受自主神經(jīng)的影響而低下，隨之產(chǎn)生鼻部的溫度下降。日本特開平6-54836號(hào)公報(bào)、日本特開2008-237244號(hào)公報(bào)所公開的裝置通過熱敏成像法檢測(cè)該溫度變化，由此推測(cè)受驗(yàn)者的心理變化。

使用熱敏成像法的方法存在如下等不足：到溫度下降為止需要時(shí)間，因此響應(yīng)性差，而且還受到環(huán)境溫度影響。可以想到，若能準(zhǔn)確地測(cè)量面部的表面的血流，則能確立響應(yīng)性好且不受環(huán)境溫度影響的心理變化的推測(cè)方法。可是，現(xiàn)狀下并未確立非接觸地以高精度測(cè)量皮膚下的血流量的方法。因此，使用熱敏成像法的方法雖然存在如上述那樣的問題并且裝置價(jià)格也高，但目前仍是主流。

本發(fā)明人著眼于上述的問題，研究了用于解決上述問題的構(gòu)成。其結(jié) 果發(fā)現(xiàn)：使用將光點(diǎn)圖案投影至生物體表面的光源來取得圖像，并通過信號(hào)處理分離該圖像中的直接反射光的成分與生物體內(nèi)部的擴(kuò)散光的成分，由此能夠解決上述問題。本申請(qǐng)的一個(gè)方式所涉及的生物體信息檢測(cè)裝置具備：至少一個(gè)光源，將由光形成的光點(diǎn)圖案投影至包括生物體的對(duì)象物；攝像系統(tǒng)，具有多個(gè)光檢測(cè)單元，生成并輸出表示所述光點(diǎn)圖案被投影至的所述對(duì)象物的圖像的圖像信號(hào)；以及運(yùn)算電路，連接到所述攝像系統(tǒng)，處理從所述攝像系統(tǒng)輸出的所述圖像信號(hào)。所述運(yùn)算電路使用所述圖像信號(hào)生成并輸出與所述生物體有關(guān)的信息。通過這樣的構(gòu)成，能夠高精度地取得生物體信息。

(原理)

以下，說明能夠高精度地取得生物體信息的生物體信息檢測(cè)裝置的原理。

圖1A為表示本申請(qǐng)的例示的實(shí)施方式中的生物體信息檢測(cè)裝置的概略的構(gòu)成的圖。該裝置具備：作為將離散排列的多個(gè)點(diǎn)像(在本說明書中有時(shí)稱作“排列點(diǎn)像”或“光點(diǎn)圖案”)投影到包括生物體的對(duì)象物上的排列點(diǎn)像光源的光源1、以及作為攝像系統(tǒng)的攝像機(jī)2。光源1配置為將多個(gè)點(diǎn)像投影至生物體3。攝像機(jī)2具有圖像傳感器，拍攝生物體表面4，生成并輸出圖像信號(hào)。

圖1B為用于說明由攝像機(jī)2取得的生物體表面的圖像的特性的圖。從光源1射出的光L0在生物體表面4反射。在生物體表面4反射的表面反射光L1保持著光源1的排列點(diǎn)像的圖像。與之相對(duì)，進(jìn)入到生物體3的內(nèi)部并在生物體內(nèi)部散射而從生物體表面4射出的體內(nèi)散射光L2因在生物體內(nèi)的強(qiáng)散射而失去了光源1的排列點(diǎn)像的圖像。通過使用光源1，能夠在空間上容易地分離表面反射光L1與體內(nèi)散射光L2。

圖1A所示的生物體3為人的皮膚，包括表皮33、真皮34以及皮下組織35。在表皮33沒有血管，但在真皮34存在毛細(xì)血管31以及小動(dòng)靜脈32。由于在表皮33沒有血管，因此表面反射光L1不包括與血液有關(guān)的信息。由于表皮33包括強(qiáng)吸收光的黑色素，因此來自表皮33的表面反射光L1對(duì)于取得血液的信息而言是噪聲。因此，表面反射光L1不僅無益于取得血液信息，還會(huì)妨礙準(zhǔn)確地取得血液信息。為了高精度地檢測(cè)生物體信 息，抑制表面反射光的影響并高效地取得體內(nèi)散射光的信息是極為重要的。

本申請(qǐng)的實(shí)施方式為了解決上述的問題，具有使用排列點(diǎn)像光源與攝像系統(tǒng)來在空間上分離直接反射光與體內(nèi)散射光這樣新穎的構(gòu)成。據(jù)此，能夠非接觸地以高精度測(cè)量生物體內(nèi)的信息。

以往，為了分離這樣的生物體表面的直接反射光，一直使用例如日本特開2002-200050號(hào)公報(bào)所公開的利用偏振光照明的方法。在利用偏振光照明的方法中，使用具有與從拍攝對(duì)象反射的照明光的偏振光方向正交的偏振光透射軸的偏振器。經(jīng)由這樣的偏振器并由攝像機(jī)進(jìn)行攝像，能夠抑制表面反射光的影響?？墒?，對(duì)于從像皮膚那樣具有凹凸的表面的反射，存在表面反射光的偏振度因位置而異，無法充分分離直接反射光的問題。根據(jù)本申請(qǐng)的方法，由于能夠在空間上分離直接反射光與散射光，因此能夠更有效地抑制表面反射光的影響。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式的生物體信息檢測(cè)裝置中，來自排列點(diǎn)像光源的光的波長(zhǎng)也是重要的。排列點(diǎn)像光源的波長(zhǎng)例如能設(shè)定為大致650nm以上且大致950nm以下。該波段包含在紅色～近紅外線的波段內(nèi)。在本說明書中，不僅針對(duì)可見光也針對(duì)紅外線都使用“光”這一用語。上述的波段稱作“生物窗”，已知在體內(nèi)的吸收率低。

圖2為表示氧化血紅蛋白、還原血紅蛋白、黑色素以及水各自的光的吸收系數(shù)、以及在體內(nèi)的光的散射系數(shù)的波長(zhǎng)依賴性的圖。在650nm以下的可見光域中，血液(即血紅蛋白)的吸收強(qiáng)，在長(zhǎng)于950nm的波段中水的吸收強(qiáng)。因此，這些波段的光并不適于取得生物體內(nèi)的信息。另一方面，在大致650nm以上且大致950nm以下的波段內(nèi)，血紅蛋白以及水的吸收系數(shù)比較小，散射系數(shù)比較大。因此，該波段內(nèi)的光在進(jìn)入體內(nèi)之后，受到強(qiáng)散射而返回到體表面。因此，能夠有效地取得體內(nèi)的信息。

本申請(qǐng)的實(shí)施方式中的生物體信息檢測(cè)裝置主要利用與該“生物窗”相當(dāng)?shù)牟ǘ蔚墓?。?jù)此，由于能夠高精度地分離并檢測(cè)在生物體表面直接反射的光與在體內(nèi)散射并返回的光，因此能夠有效地取得體內(nèi)的信息。

本申請(qǐng)例如包括以下的項(xiàng)目所述的方式。

[項(xiàng)目1]

一種生物體信息檢測(cè)裝置，具備：

第一光源，將由第一光形成的至少一個(gè)第一光點(diǎn)(dot)投影至生物體；

第二光源，將由第二光形成的至少一個(gè)第二光點(diǎn)投影至所述生物體；

攝像系統(tǒng)，包括檢測(cè)所述第一光的多個(gè)第一光檢測(cè)單元、以及檢測(cè)所述第二光的多個(gè)第二光檢測(cè)單元，生成并輸出表示所述至少一個(gè)第一光點(diǎn)被投影至的所述生物體的第一圖像的第一圖像信號(hào)、以及表示所述至少一個(gè)第二光點(diǎn)被投影至的所述生物體的第二圖像的第二圖像信號(hào)；

運(yùn)算電路，使用從所述攝像系統(tǒng)輸出的所述第一圖像信號(hào)以及所述第二圖像信號(hào)，生成并輸出與所述生物體有關(guān)的信息，

所述第一光的波長(zhǎng)以及所述第二光的波長(zhǎng)均為650nm以上且950nm以下，

所述第二光的所述波長(zhǎng)與所述第一光的所述波長(zhǎng)相比長(zhǎng)50nm以上。

在項(xiàng)目1所述的生物體信息檢測(cè)裝置中，至少一個(gè)第一光點(diǎn)也可以具備由第一光形成的多個(gè)第一光點(diǎn)。

在項(xiàng)目1所述的生物體信息檢測(cè)裝置中，至少一個(gè)第二光點(diǎn)也可以具備由第二光形成的多個(gè)第二光點(diǎn)。

在項(xiàng)目1所述的生物體信息檢測(cè)裝置中，至少一個(gè)第一光點(diǎn)也可以具備由第一光形成的多個(gè)第一光點(diǎn)，多個(gè)第一光點(diǎn)以線狀配置。

在項(xiàng)目1所述的生物體信息檢測(cè)裝置中，至少一個(gè)第二光點(diǎn)也可以具備由第二光形成的多個(gè)第二光點(diǎn)，多個(gè)第二光點(diǎn)以線狀配置。

在項(xiàng)目1所述的生物體信息檢測(cè)裝置中，至少一個(gè)第一光點(diǎn)也可以具備由第一光形成的多個(gè)第一光點(diǎn)，多個(gè)第一光點(diǎn)以陣列狀配置。

在項(xiàng)目1所述的生物體信息檢測(cè)裝置中，至少一個(gè)第二光點(diǎn)也可以具備由第二光形成的多個(gè)第二光點(diǎn)，多個(gè)第二光點(diǎn)以陣列狀配置。

[項(xiàng)目2]

如項(xiàng)目1所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述攝像系統(tǒng)還包括：

攝像元件，具有被分割成第一區(qū)域和第二區(qū)域的攝像面，該第一區(qū)域配置有所述多個(gè)第一光檢測(cè)單元，該第二區(qū)域配置有所述多個(gè)第二光檢測(cè)單元；

第一光學(xué)系統(tǒng)，在所述第一區(qū)域形成所述第一圖像；以及

第二光學(xué)系統(tǒng)，在所述第二區(qū)域形成所述第二圖像。

[項(xiàng)目3]

如項(xiàng)目2所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述攝像系統(tǒng)還包括：

第一帶通濾光器，配置在向所述第一區(qū)域入射的所述第一光的路徑上，供所述第一光透射；以及

第二帶通濾光器，配置在向所述第二區(qū)域入射的所述第二光的路徑上，供所述第二光透射。

[項(xiàng)目4]

如項(xiàng)目1所述的生物體信息檢測(cè)裝置，還包括：

攝像元件，具有：配置有所述多個(gè)第一光檢測(cè)單元以及所述多個(gè)第二光檢測(cè)單元的攝像面、與所述多個(gè)第一光檢測(cè)單元對(duì)置且供所述第一光透射的多個(gè)第一帶通濾光器、以及與所述多個(gè)第二光檢測(cè)單元對(duì)置且供所述第二光透射的多個(gè)第二帶通濾光器；以及

光學(xué)系統(tǒng)，在所述攝像面形成所述第一圖像以及所述第二圖像。

[項(xiàng)目5]

如項(xiàng)目1所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述攝像系統(tǒng)具有：

攝像元件，具有：配置有所述多個(gè)第一光檢測(cè)單元、所述多個(gè)第二光檢測(cè)單元和多個(gè)第三光檢測(cè)單元的攝像面、與所述多個(gè)第一光檢測(cè)單元對(duì)置且供所述第一光透射的多個(gè)第一帶通濾光器、與所述多個(gè)第二光檢測(cè)單元對(duì)置且供所述第二光透射的多個(gè)第二帶通濾光器、以及與所述多個(gè)第三光檢測(cè)單元對(duì)置且供可見光透射的多個(gè)第三帶通濾光器；以及

光學(xué)系統(tǒng)，在所述攝像面形成所述第一圖像以及所述第二圖像，

所述多個(gè)第三帶通濾光器包括透射波段相互不同的多個(gè)濾色器，

所述攝像元件使用所述多個(gè)第三光檢測(cè)單元生成并輸出彩色圖像信號(hào)。

[項(xiàng)目6]

如項(xiàng)目1～5中的任一項(xiàng)所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述運(yùn)算電路使用所述第一圖像信號(hào)以及所述第二圖像信號(hào)，生成并輸出表示所述生物體的血氧飽和度的信息。

[項(xiàng)目7]

如項(xiàng)目1～5中的任一項(xiàng)所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述運(yùn)算電路基 于所述第一圖像信號(hào)以及所述第二圖像信號(hào)，計(jì)算所述生物體的血流量以及血氧飽和度，基于所述血流量以及所述血氧飽和度，生成并輸出表示從由所述生物體的身體狀況、情感及集中度構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)的信息。

[項(xiàng)目8]

如項(xiàng)目1～5中的任一項(xiàng)所述的生物體信息檢測(cè)裝置，在所述第一圖像以及所述第二圖像中包括從由所述生物體的額部以及鼻部構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)時(shí)，

所述運(yùn)算電路基于所述第一圖像信號(hào)以及所述第二圖像信號(hào)，計(jì)算從由所述額部以及所述鼻部構(gòu)成的組中選擇的所述至少一個(gè)處的血流量以及血氧飽和度，基于所述血流量的時(shí)間變化以及所述血氧飽和度的時(shí)間變化，生成并輸出表示從由所述生物體的身體狀況、情感及集中度構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)的信息。

[項(xiàng)目9]

如項(xiàng)目1～5中的任一項(xiàng)所述的生物體信息檢測(cè)裝置，在所述第一圖像以及所述第二圖像中包括所述生物體的額部以及鼻部時(shí)，

所述運(yùn)算電路基于所述第一圖像信號(hào)以及所述第二圖像信號(hào)，計(jì)算所述額部以及所述鼻部各自的血流量以及血氧飽和度，基于所述額部處的所述血流量的時(shí)間變化以及所述血氧飽和度的時(shí)間變化與所述鼻部處的所述血流量的時(shí)間變化以及所述血氧飽和度的時(shí)間變化的比較，生成并輸出表示從由所述生物體的身體狀況、情感及集中度構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)的信息。

[項(xiàng)目10]

如項(xiàng)目1～9中的任一項(xiàng)所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述第一光源以及所述第二光源為激光光源。

在項(xiàng)目10所述的生物體信息檢測(cè)裝置中，激光光源也可以投影隨機(jī)的光點(diǎn)圖案。

[項(xiàng)目11]

如項(xiàng)目1所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述攝像系統(tǒng)還包括：

攝像元件，具有配置有所述多個(gè)第一光檢測(cè)單元以及所述多個(gè)第二光 檢測(cè)單元的攝像面；

光學(xué)系統(tǒng)，在所述攝像面形成所述第一圖像以及所述第二圖像；以及

調(diào)整機(jī)構(gòu)，調(diào)整所述光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)，

所述調(diào)整機(jī)構(gòu)通過調(diào)整所述焦點(diǎn)，使所述第一圖像以及所述第二圖像的對(duì)比度最大。

[項(xiàng)目12]

如項(xiàng)目1～11中的任一項(xiàng)所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述運(yùn)算電路使用所述第一圖像信號(hào)以及所述第二圖像信號(hào)進(jìn)行面部識(shí)別處理，在所述第一圖像以及所述第二圖像中包括從由所述生物體的額、鼻、口、眉毛及毛發(fā)構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)時(shí)，生成并輸出與所述生物體有關(guān)的信息。

[項(xiàng)目13]

如項(xiàng)目1～5中的任一項(xiàng)所述的生物體信息檢測(cè)裝置，與所述生物體有關(guān)的信息是從由黑色素的濃度、斑的有無及痣的有無構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)。

[項(xiàng)目21]

一種生物體信息檢測(cè)裝置，具備：

至少一個(gè)光源，將由光形成的光點(diǎn)圖案投影至包括生物體的對(duì)象物；

攝像系統(tǒng)，具有多個(gè)光檢測(cè)單元，生成并輸出表示所述光點(diǎn)圖案被投影至的所述對(duì)象物的圖像的圖像信號(hào)；以及

運(yùn)算電路，連接到所述攝像系統(tǒng)，使用從所述攝像系統(tǒng)輸出的所述圖像信號(hào)，生成并輸出與所述生物體有關(guān)的信息。

[項(xiàng)目22]

如項(xiàng)目21所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述光包括650nm以上且950nm以下的波長(zhǎng)的光。

[項(xiàng)目23]

如項(xiàng)目21或22所述的生物體信息檢測(cè)裝置，與所述生物體有關(guān)的所述信息包括所述圖像中的所述生物體的位置、所述生物體的心率、所述生物體的血流量及所述生物體的血氧飽和度中的至少一個(gè)的信息。

[項(xiàng)目24]

如項(xiàng)目21～23中的任一項(xiàng)所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述攝像系統(tǒng) 具有：

帶通濾光器，供包括所述光源所發(fā)出的所述光的波段的至少一部分在內(nèi)的波段的光透射；以及

攝像元件，具有排列有所述多個(gè)光檢測(cè)單元的攝像面，配置為使得透射了所述帶通濾光器的光入射至所述攝像面。

[項(xiàng)目25]

如項(xiàng)目21～24中的任一項(xiàng)所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述運(yùn)算電路基于所述圖像所包含的特定像素、以及配置在所述特定像素的周圍的多個(gè)像素的像素值的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，判定在與所述特定像素對(duì)應(yīng)的位置上是否存在生物體，輸出表示是否存在所述生物體的信息。

[項(xiàng)目26]

如項(xiàng)目21～25中的任一項(xiàng)所述的生物體信息檢測(cè)裝置，所述運(yùn)算電路基于對(duì)所述圖像信號(hào)的至少一部分實(shí)施低通濾波處理而得的信號(hào)的時(shí)間變化，生成并輸出所述生物體的心率、血壓及血流量中的至少一個(gè)的信息。

以下，更詳細(xì)地說明本申請(qǐng)的實(shí)施方式。以下的實(shí)施方式主要涉及將人的面部作為生物體表面、非接觸地測(cè)量生物體信息的生物體信息檢測(cè)裝置。其中，本申請(qǐng)的技術(shù)不限于人的面部，也能夠適用到面部以外的部位或人以外的動(dòng)物的皮膚部。

(實(shí)施方式1)

作為第一實(shí)施方式，說明將本申請(qǐng)的技術(shù)應(yīng)用到生物體檢測(cè)中的系統(tǒng)。生物體檢測(cè)例如以探知在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)被埋在瓦礫等下的受災(zāi)者為目的而不斷開發(fā)。在災(zāi)害后72小時(shí)以內(nèi)發(fā)現(xiàn)受災(zāi)者決定了受災(zāi)者的存活率。因此，需要簡(jiǎn)單且穩(wěn)定的生物體檢測(cè)系統(tǒng)。生物體檢測(cè)技術(shù)也利用于安全領(lǐng)域以及交通領(lǐng)域。在安全領(lǐng)域中為了發(fā)現(xiàn)入侵者，在交通領(lǐng)域中為了檢測(cè)行人，生物體檢測(cè)技術(shù)起到重要的作用。能夠從包括各種構(gòu)造物或物體的圖像之中選擇性地檢測(cè)生物體(尤其是人)的系統(tǒng)的必要性也日益提高。

圖3A為表示本實(shí)施方式的生物體檢測(cè)系統(tǒng)的概略的構(gòu)成的圖。如圖3A所示，本實(shí)施方式的生物體檢測(cè)系統(tǒng)具備：光源1，配置在與生物體3相離的位置且射出近紅外的波段的光線；攝像系統(tǒng)(即攝像裝置或攝像機(jī))2，能夠記錄受照射的生物體表面4的圖像；以及計(jì)算機(jī)20，從拍攝的圖像 中分離并測(cè)量生物體表面的直接反射光的成分與體內(nèi)的散射光的成分，根據(jù)直接反射光的強(qiáng)度與散射光的強(qiáng)度計(jì)算并輸出生物體信息。

光源1設(shè)計(jì)為將光點(diǎn)圖案投影到生物體表面4上。光點(diǎn)圖案典型的是二維排列的微小的亮點(diǎn)的集合。根據(jù)用途也可以使用一維排列的光點(diǎn)圖案。在本實(shí)施方式中，例如使用美國(guó)Osela公司的隨機(jī)光點(diǎn)圖案激光投影儀RPP017ES作為光源1。該激光光源為發(fā)出830nm的近紅外激光的光源，在45°×45°的視場(chǎng)角內(nèi)投影57446點(diǎn)的激光光點(diǎn)圖案。

圖3B為表示攝像系統(tǒng)的構(gòu)成以及生成的圖像的一例的圖。攝像機(jī)2具有鏡頭5與攝像機(jī)箱體6。鏡頭5可為多個(gè)透鏡的集合體。在攝像機(jī)箱體6的內(nèi)部，搭載有圖像傳感器7以及僅透射光源1的波長(zhǎng)即830nm±10nm的波長(zhǎng)的光的帶通濾光器8。

若以人為被攝體，則如圖3B的中央的圖所示，圖像傳感器7取得如下圖像，該圖像包括具有與各位置的紅外線反射率相應(yīng)的亮度的多個(gè)點(diǎn)像。如圖3B的右側(cè)的圖所示，計(jì)算機(jī)20內(nèi)的運(yùn)算電路根據(jù)該圖像能夠通過圖像信號(hào)處理僅檢測(cè)生物體。如上述，生物體具有針對(duì)紅色～近紅外線的波長(zhǎng)的被稱作“生物窗”的特殊的光學(xué)特性。由于人體的皮膚在該波段內(nèi)吸收系數(shù)小而散射系數(shù)大，因此透射了作為生物體表面4的皮膚的表面的光在體內(nèi)反復(fù)多次散射并擴(kuò)散，以大范圍從生物體表面4射出。在上述波段中，生物體的特征是散射光相對(duì)于直接反射光的比例高。與之相對(duì)，在生物體以外的物體中，與散射光相比表面反射光的比例更高。因此，能夠基于直接光與散射光的比例檢測(cè)生物體。

圖3C為表示計(jì)算機(jī)20的構(gòu)成的框圖。計(jì)算機(jī)20具備：輸入接口(IF)21，與攝像機(jī)2電連接；運(yùn)算電路22，進(jìn)行上述的信號(hào)處理；存儲(chǔ)器24，記錄各種數(shù)據(jù)；控制電路25，控制裝置整體的動(dòng)作；輸出接口(IF)23，輸出數(shù)據(jù)；以及顯示器26，顯示處理結(jié)果。運(yùn)算電路22例如可為數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等圖像處理電路?？刂齐娐?5可為例如中央運(yùn)算處理裝置(CPU)或微型計(jì)算機(jī)(微機(jī))等集成電路。控制電路25通過例如執(zhí)行記錄在存儲(chǔ)器24中的控制程序，進(jìn)行對(duì)光源1的點(diǎn)亮指示、對(duì)攝像機(jī)2的攝像指示以及對(duì)運(yùn)算電路22的運(yùn)算指示等控制。控制電路25與運(yùn)算電路22也可以通過統(tǒng)合的1個(gè)電路來實(shí)現(xiàn)。在本例中，計(jì)算機(jī)20具備顯示器26， 但顯示器26也可以為通過有線或無線方式電連接的外部的裝置。計(jì)算機(jī)20也可以通過未圖示的通信電路從遠(yuǎn)程的攝像機(jī)2取得圖像信息。

以下，說明使用實(shí)際的數(shù)據(jù)來進(jìn)行的生物體檢測(cè)方法的一例。

圖4A表示通過檢測(cè)可見光的普通的攝像機(jī)取得的圖像的一例。在中央部看到人的面部F。圖4B的左側(cè)的圖表示由本實(shí)施方式的攝像機(jī)2取得的由830nm的波長(zhǎng)的光源1照明的與圖4A相同的場(chǎng)景。在該圖像中，由于在近前配置的箱B的強(qiáng)反射，難以識(shí)別面部F。于是，為了檢測(cè)人體，運(yùn)算電路22根據(jù)近紅外的圖像計(jì)算直接反射光與散射光的對(duì)比度。

圖5為表示用于計(jì)算對(duì)比度的像素區(qū)域的一例的圖。圖像數(shù)據(jù)作為二維的強(qiáng)度數(shù)據(jù)記錄到存儲(chǔ)器24中。設(shè)橫(x)方向第i個(gè)且縱(y)方向第j個(gè)的像素的數(shù)據(jù)為Pij。定義該(i，j)像素的對(duì)比度Cij如下。

Cij＝Sij/Aij

在此，Sij以及Aij分別為以(i、j)像素為中心的7×7像素的區(qū)域內(nèi)的像素?cái)?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差值以及平均值，由圖5所示的式子表現(xiàn)。由于散射光相對(duì)于直接反射光的比率越高則標(biāo)準(zhǔn)差值Sij越小，因此Cij的值越小。在針對(duì)全部像素反復(fù)進(jìn)行了該處理之后，運(yùn)算電路22僅提取Cij的值為規(guī)定的范圍內(nèi)的像素。作為一例，顯示了0.2<Cij<0.47的區(qū)域的一部分而成的圖像是圖4B的右側(cè)的圖。在該圖中，使Cij的值處于上述的范圍內(nèi)的像素顯示得白，使之外的像素顯示得黑?？芍_地提取了生物體(即面部F)的部分。

如此地，本實(shí)施方式中的運(yùn)算電路22計(jì)算圖像所包含的特定像素以及配置在該像素的周圍的多個(gè)像素的像素值的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比即對(duì)比度Cij?；谠撝?，能夠判定在與上述特定像素對(duì)應(yīng)的位置是否存在生物體，輸出表示其是否存在的信息。

根據(jù)本實(shí)施方式，能夠利用生物體的特殊的光學(xué)特性來有效地檢測(cè)隱藏在多個(gè)物體之中的生物體。在此，為了求出圖像的對(duì)比度(即直接反射光與散射光的對(duì)比度)，而求出了7×7像素的區(qū)域內(nèi)的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差值，但這僅是一例。用于運(yùn)算對(duì)比度的像素區(qū)域的尺寸(即像素?cái)?shù))需要根據(jù)由光源1形成的多個(gè)點(diǎn)像的密度與攝像機(jī)2的分辨率來適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定。為了控制計(jì)算結(jié)果的偏差，也可以在運(yùn)算對(duì)象的像素區(qū)域內(nèi)包括多個(gè)(例 如3個(gè)以上)點(diǎn)像。通過使運(yùn)算對(duì)象的區(qū)域的像素?cái)?shù)增加，對(duì)比度的計(jì)算值的精度得以提高，但所得的生物體的圖像的分辨率會(huì)下降。因此，運(yùn)算對(duì)象的區(qū)域的像素?cái)?shù)需要根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)成與使用目的來適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定。同樣地，對(duì)比度的規(guī)定范圍不限于0.2<Cij<0.47，而根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)成與使用目的適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定。

如本實(shí)施方式那樣地，能根據(jù)拍攝的圖像實(shí)時(shí)檢測(cè)生物體的系統(tǒng)能夠適用于多種用途。以下敘述代表性的適用例。

(1)災(zāi)害時(shí)發(fā)現(xiàn)受災(zāi)者

在發(fā)生地震、海嘯、泥石流等自然災(zāi)害時(shí)，從救助生命的觀點(diǎn)出發(fā)，早期發(fā)現(xiàn)被埋在瓦礫下的受災(zāi)者特別重要。存在若超過3天則生存率大幅下降的所謂“黃金72小時(shí)”，需要在混亂的狀況下迅速發(fā)現(xiàn)受災(zāi)者。通過使用本實(shí)施方式的系統(tǒng)，即便在瓦礫散亂的狀況下，也能夠拍攝并實(shí)時(shí)檢測(cè)被瓦礫遮擋的受災(zāi)者。由于系統(tǒng)是小型的，例如也能夠搭載在無人機(jī)上。據(jù)此，即使是存在二次災(zāi)害的危險(xiǎn)而難以接近的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，也能夠遠(yuǎn)程通過遙控取得圖像并搜尋生存者。

(2)監(jiān)視用途

監(jiān)視攝像機(jī)廣為普及，有益于市民生活的安全以及安心。監(jiān)視攝像機(jī)臺(tái)數(shù)越增多，由誰如何確認(rèn)該監(jiān)視攝像機(jī)的影像變得越重要。在現(xiàn)狀下，由于難以由人總是確認(rèn)圖像，因此多采用如下利用方法：事先蓄積圖像，在發(fā)生問題(案件)之后確認(rèn)該圖像從而把握狀況。也可以采用如下利用方法：根據(jù)實(shí)時(shí)的圖像捕捉發(fā)生問題的瞬間，并即時(shí)應(yīng)對(duì)問題。通過使用本申請(qǐng)的技術(shù)，能夠構(gòu)筑如下系統(tǒng)：在人進(jìn)入監(jiān)視攝像機(jī)的畫面時(shí)對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，對(duì)負(fù)責(zé)人發(fā)出警告并使其實(shí)時(shí)確認(rèn)該圖像。能夠構(gòu)筑如下系統(tǒng)：負(fù)責(zé)人不一定需要在監(jiān)視攝像機(jī)的監(jiān)視器前待命，而在檢測(cè)到人時(shí)在負(fù)責(zé)人所攜帶的便攜終端上出現(xiàn)警告并顯示圖像。這樣的系統(tǒng)適于監(jiān)視普通人不入內(nèi)的倉庫或建筑物的后門、或者限制入內(nèi)的場(chǎng)所。此外，在如大廈等集中多臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)視的場(chǎng)所中，通過對(duì)檢測(cè)出人的攝像機(jī)影像進(jìn)行強(qiáng)調(diào)顯示，能夠有利于防止忽略異常，有利于早期發(fā)現(xiàn)異常并進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

在監(jiān)視用途中，從以往的由人判斷監(jiān)視圖像的方式，隨著圖像識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，正在開發(fā)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行物體識(shí)別的方式。在這樣的用途中，一 般的方式是，將圖像發(fā)送到主計(jì)算機(jī)并在主計(jì)算機(jī)側(cè)進(jìn)行識(shí)別。但是，需要將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)，會(huì)產(chǎn)生通信量增大、通信速度下降、主計(jì)算機(jī)的負(fù)荷增大等問題。如果能夠通過監(jiān)視攝像機(jī)進(jìn)行一次性的圖像的識(shí)別與判定，就能夠大幅減輕通信、記錄、運(yùn)算的負(fù)荷。但是，若該識(shí)別沒有充分的可靠性，則會(huì)發(fā)生導(dǎo)致將事態(tài)忽略等問題。在本實(shí)施方式的人檢測(cè)方式中，由于能夠以高可靠性檢測(cè)出人，因此在檢測(cè)出人時(shí)能夠選擇性地僅將包含人的部分圖像發(fā)送到主計(jì)算機(jī)。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)的有效運(yùn)用。

此外，隨著圖像識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，能夠根據(jù)圖像來高精度地確定個(gè)人。關(guān)于根據(jù)圖像確定個(gè)人，在現(xiàn)狀下一般的方式也是將圖像發(fā)送到主計(jì)算機(jī)并在主計(jì)算機(jī)側(cè)進(jìn)行識(shí)別，但如前述，通信、記錄、運(yùn)算的負(fù)荷存在問題。在運(yùn)算時(shí)，為了面部識(shí)別而提取面部的操作會(huì)引起很大負(fù)荷。如果使用本實(shí)施方式的檢測(cè)方式，就能夠從圖像內(nèi)容易地提取面部部分。因此，能夠僅將面部部分發(fā)送到主計(jì)算機(jī)并進(jìn)行個(gè)人確定，能夠大幅減輕個(gè)人確定的負(fù)荷。再有，如果人數(shù)有限，則通過事先將特征登記到監(jiān)視攝像機(jī)側(cè)，能夠不經(jīng)由主計(jì)算機(jī)地即時(shí)在攝像機(jī)側(cè)進(jìn)行個(gè)人的確定。

(3)車

通過將本實(shí)施方式的系統(tǒng)搭載到汽車上，能夠常時(shí)識(shí)別路上的行人，實(shí)現(xiàn)更為安全的駕駛。即使在人被物體遮擋而視覺辨認(rèn)性差的情況下，也能夠檢測(cè)出人并對(duì)駕駛員進(jìn)行警告。在自動(dòng)駕駛中，設(shè)想在無法通過制動(dòng)器停止、無論向左右哪一方向轉(zhuǎn)向都不能避免事故的局面下產(chǎn)生了向哪個(gè)方向躲避的問題。在這樣的情況下，通過本系統(tǒng)檢測(cè)人體并將前進(jìn)方向變更為躲避人的方向是有效的。在這樣的用途時(shí)，由于要求以高精度且高速地檢測(cè)人體，因此本實(shí)施方式的系統(tǒng)特別適合。

(4)人體檢測(cè)開關(guān)

檢測(cè)人體并切換電源的導(dǎo)通以及斷開的用途廣泛存在。例如，存在檢測(cè)室內(nèi)的人并控制空調(diào)或電燈等設(shè)備的開關(guān)、或者高精度地控制自動(dòng)門、或者在人行橫道檢測(cè)行人并控制行人信號(hào)燈、或者變更自動(dòng)售貨機(jī)的照明的照度等用途。本實(shí)施方式能夠適用于這些用途。使用本實(shí)施方式的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體以及寵物沒反應(yīng)而僅對(duì)人有感應(yīng)的高性能的開關(guān)。在這樣 的用途中，也可以構(gòu)成將本系統(tǒng)中的光源、攝像機(jī)(攝像系統(tǒng))以及信號(hào)處理裝置(運(yùn)算電路)一體化而得的小型的人體檢測(cè)傳感器單元。

(5)生物體認(rèn)證

指紋認(rèn)證、虹膜認(rèn)證以及靜脈認(rèn)證等生物體認(rèn)證作為個(gè)人認(rèn)證的方法廣為使用。隨著利用不斷擴(kuò)展，生物體認(rèn)證的偽裝的事例以及風(fēng)險(xiǎn)增加。在使用圖像的認(rèn)證中，迄今為止使用拷貝等的圖像復(fù)制技術(shù)。最近，隨著虹膜認(rèn)證以及3D打印機(jī)的利用不斷擴(kuò)展，使用更高精度的復(fù)制進(jìn)行偽裝的風(fēng)險(xiǎn)變高。作為這種風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策，二段認(rèn)證系統(tǒng)是有效的。例如，在由本實(shí)施方式的生物體檢測(cè)系統(tǒng)確認(rèn)了對(duì)象為生物體之后進(jìn)行正常的生物體認(rèn)證的方式是有效的。通過使用本系統(tǒng)的生物體檢測(cè)系統(tǒng)來確認(rèn)是生物體，能夠提高生物體認(rèn)證的可靠性。

(實(shí)施方式2)

作為第二實(shí)施方式，說明將本申請(qǐng)的技術(shù)應(yīng)用到生物體信息感測(cè)的系統(tǒng)。隨著保健意識(shí)的提高，穩(wěn)定的生物體信息感測(cè)的重要性日益增加。能夠非接觸地常時(shí)測(cè)量生物體信息的系統(tǒng)不僅對(duì)醫(yī)院而且對(duì)日常生活中的健康管理都是重要的。

本實(shí)施方式的系統(tǒng)能夠非接觸地監(jiān)視心率以及心跳變動(dòng)。本系統(tǒng)的物理構(gòu)成與圖1所示的實(shí)施方式1中的構(gòu)成相同。與實(shí)施方式1不同之處在于運(yùn)算電路22的信號(hào)處理的方法。以下，參照?qǐng)D6A以及圖6B說明本實(shí)施方式中的信號(hào)處理。

圖6A為表示本實(shí)施方式中的信號(hào)處理的概要的圖。圖6B為表示該信號(hào)處理的流程的流程圖。運(yùn)算電路22進(jìn)行公知的面部識(shí)別處理，從由圖像傳感器7取得的動(dòng)態(tài)圖像之中，提取面部的特定部位(例如額的部分)的區(qū)域(步驟S101)。圖6A的右端的圖表示所提取的區(qū)域的各像素的值(像素值)的一例。運(yùn)算電路22對(duì)該區(qū)域內(nèi)的像素值的數(shù)據(jù)(即圖像信號(hào))的至少一部分進(jìn)行二維低通濾波處理，除去直接反射光成分(即高頻成分)(步驟S102)。而且，計(jì)算測(cè)量區(qū)域內(nèi)的像素值(即反射光強(qiáng)度)的平均值(步驟S103)。該反射光強(qiáng)度的平均值如圖6A的下圖所示隨時(shí)間變動(dòng)。由于由心臟射出的動(dòng)脈血具有稱作“脈搏波”的波動(dòng)并在血管內(nèi)移動(dòng)，因此近紅外線的吸收量與脈動(dòng)聯(lián)動(dòng)地變化。能夠根據(jù)該變動(dòng)的周期求出心率。再有，能 夠根據(jù)脈動(dòng)的振幅推測(cè)血壓或血流量(步驟S104)。如此地，運(yùn)算電路22能夠基于對(duì)圖像信號(hào)的至少一部分實(shí)施低通濾波處理而得的信號(hào)的時(shí)間變化，生成生物體的心率、血壓及血流量中的至少一個(gè)信息。

已知心理性應(yīng)激能夠根據(jù)心率的時(shí)間性的波動(dòng)推測(cè)。已知在自主神經(jīng)正常發(fā)揮功能時(shí)，心跳的間隔發(fā)生波動(dòng)，但心跳間隔的波動(dòng)因應(yīng)激而減少。本實(shí)施方式中的運(yùn)算電路22也能夠基于該心跳間隔的波動(dòng)的變化，檢測(cè)有無心理性應(yīng)激或其程度。為了在生活中穩(wěn)定地進(jìn)行應(yīng)激感測(cè)，如本實(shí)施方式那樣的非束縛且非接觸的心跳感測(cè)技術(shù)是重要的。

關(guān)于使用普通的可視攝像機(jī)或近紅外攝像機(jī)來非接觸地監(jiān)視心跳的方法，提出了許多方法。在這些以往的方法中，由于表面反射光的成分與散射光的成分的分離不充分，因此在非接觸下易受環(huán)境光影響，難以穩(wěn)定地進(jìn)行高精度的測(cè)量。通過如本實(shí)施方式那樣地在空間上分離表面反射光成分與散射光成分，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行高精度的心跳測(cè)量。

通過使用本實(shí)施方式的系統(tǒng)，能夠不受束縛地包括就寢時(shí)在內(nèi)常時(shí)監(jiān)視心率或血壓。據(jù)此，能夠構(gòu)筑如下系統(tǒng)：例如在醫(yī)院常時(shí)監(jiān)視患者的狀態(tài)，并在發(fā)生異常時(shí)對(duì)醫(yī)務(wù)人員發(fā)出警告。在普通家庭中，例如也能夠?qū)︻净己粑鼤和＞C合癥的患者進(jìn)行夜間的心率監(jiān)視。再有，在日常生活中，也由于能夠如上述那樣地簡(jiǎn)便地進(jìn)行應(yīng)激感測(cè)，因此能夠帶來更為充實(shí)的日常生活。

(實(shí)施方式3)

作為第三實(shí)施方式，說明非接觸地測(cè)量血氧飽和度的系統(tǒng)。血液的重要作用在于，從肺接受氧并運(yùn)輸?shù)浇M織，從組織接受二氧化碳并使之循環(huán)到肺。在100ml血液中存在約15g的血紅蛋白。將與氧結(jié)合的血紅蛋白稱作“氧化血紅蛋白(HbO₂)”，將未與氧結(jié)合的血紅蛋白稱作“還原血紅蛋白(Hb)”。如圖2所示，氧化血紅蛋白以及還原血紅蛋白的光吸收特性不同。氧化血紅蛋白較好地吸收超過約830nm的波長(zhǎng)的紅外線，還原血紅蛋白較強(qiáng)地吸收紅色光(例如660nm的波長(zhǎng))。針對(duì)830nm的波長(zhǎng)的近紅外線，二者的吸收率并無差異。于是，在本實(shí)施方式中，測(cè)量660nm以及830nm這2個(gè)波長(zhǎng)下的透射光。根據(jù)這些紅外光與紅色光的透射光的比率，能夠求出2種血紅蛋白的比率(氧飽和度)。氧飽和度為表示血液中的血紅蛋白 之中多少已與氧結(jié)合的值。氧飽和度由下式定義。

氧飽和度＝C(HbO₂)/[C(HbO₂)+C(Hb)]×100(％)

在此，C(Hb)表示還原血紅蛋白的濃度，C(HbO₂)表示氧化血紅蛋白的濃度。

在生物體內(nèi)，雖然在血液以外也包括吸收紅色～近紅外的波長(zhǎng)的光的成分，但光的吸收率隨時(shí)間變動(dòng)主要起因于動(dòng)脈血中的血紅蛋白。因此，基于吸收率的變動(dòng)，能夠高精度地測(cè)量血氧飽和度。從心臟射出的動(dòng)脈血形成脈搏波并在血管內(nèi)移動(dòng)。另一方面，靜脈血不具有脈搏波。照射到生物體上的光在動(dòng)靜脈以及血液以外的組織等生物體的各層中被吸收而透射生物體，但動(dòng)脈以外的組織的厚度不隨時(shí)間變動(dòng)。因此，來自生物體內(nèi)的散射光與由脈動(dòng)引起的動(dòng)脈血層的厚度的變化相應(yīng)地表現(xiàn)出時(shí)間性的強(qiáng)度變化。該變化反映動(dòng)脈血層的厚度的變化，不包括靜脈血以及組織的影響。因此，通過僅關(guān)注散射光的變動(dòng)成分，能夠得到動(dòng)脈血的信息。通過測(cè)量與時(shí)間相應(yīng)地變化的成分的周期，還能夠求出脈搏。

圖7為表示本實(shí)施方式的系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。本系統(tǒng)具備：光源101、102，是配置在與生物體3相離的位置上且分別射出近紅外的波長(zhǎng)的光線(例如波長(zhǎng)830nm)以及紅色的波長(zhǎng)的光線(例如波長(zhǎng)660nm)的2個(gè)排列點(diǎn)像光源；攝像機(jī)201、202，是能夠記錄被照射的生物體表面的2個(gè)攝像系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)20，根據(jù)所取得的圖像分離并測(cè)量生物體表面的直接反射光強(qiáng)度與體內(nèi)的散射光的強(qiáng)度，根據(jù)直接反射光的強(qiáng)度與散射光的強(qiáng)度計(jì)算生物體信息。在此，為了測(cè)量血氧飽和度，配備作為波長(zhǎng)不同的2個(gè)排列點(diǎn)像光源的光源101、102、以及與各個(gè)光源對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)201、202。

圖8為表示攝像系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。作為攝像系統(tǒng)的攝像機(jī)201、202分別具有鏡頭5與攝像機(jī)箱體6。在攝像機(jī)201的攝像機(jī)箱體6中，搭載有圖像傳感器7、以及選擇性地供近紅外光(波長(zhǎng)830nm)透射的帶通濾光器801。在攝像機(jī)202的攝像機(jī)箱體6中，搭載有圖像傳感器7、以及選擇性地供紅色的光(波長(zhǎng)660nm)透射的帶通濾光器802。

光源101例如能夠使用美國(guó)Osela公司的隨機(jī)光點(diǎn)圖案激光投影儀RPP017ES。該激光光源為830nm的近紅外激光光源，在45×45°的視場(chǎng)角內(nèi)投影57446點(diǎn)的激光光點(diǎn)圖案。光源102例如能夠使用美國(guó)Osela公司的 隨機(jī)光點(diǎn)圖案激光投影儀RPP016ES。該激光光源為660nm的紅色激光光源，在35×35°的視場(chǎng)角內(nèi)投影23880點(diǎn)的激光光點(diǎn)圖案。

計(jì)算機(jī)20控制2臺(tái)攝像機(jī)201、202以及光源101、102，以使這些攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)地同時(shí)進(jìn)行攝像。據(jù)此，例如圖8的右側(cè)所示，由攝像機(jī)201、202生成波長(zhǎng)不同的光的2個(gè)圖像。

圖9為表示帶通濾光器801、802的透射率特性的圖。帶通濾光器801具有透射中心波長(zhǎng)為830nm且通帶寬度為10nm的透射特性。帶通濾光器802具有透射中心波長(zhǎng)為660nm且通帶寬度為10nm的特性。帶通濾光器801、802的透射中心波長(zhǎng)分別與光源101、102的波長(zhǎng)的中心值一致。因此，在作為攝像系統(tǒng)的攝像機(jī)201中，取得由830nm的波長(zhǎng)的光形成的圖像，在作為攝像系統(tǒng)的攝像機(jī)202中，取得由660nm的波長(zhǎng)的光形成的圖像。

計(jì)算機(jī)20內(nèi)的運(yùn)算電路22與實(shí)施方式2同樣地，首先根據(jù)動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行公知的面部識(shí)別處理，提取面部的特定部分(例如額的部分)。對(duì)該區(qū)域內(nèi)的像素的數(shù)據(jù)進(jìn)行二維的低通濾波處理，除去直接反射光成分。而且，計(jì)算測(cè)量區(qū)域內(nèi)的像素值的平均值。針對(duì)830nm、660nm的各個(gè)攝像機(jī)執(zhí)行以上的處理。如此地計(jì)算而得的平均值表示來自生物體的擴(kuò)散反射光的強(qiáng)度。

圖10為表示得到的擴(kuò)散反射光強(qiáng)度的時(shí)間變化的一例的圖。針對(duì)近紅外光(波長(zhǎng)830nm)、紅色光(波長(zhǎng)660nm)這雙方，反射光強(qiáng)度隨時(shí)間變動(dòng)。在此，設(shè)來自光源101、102的光在生物體表面的強(qiáng)度分別為Ii(830)、Ii(660)，設(shè)來自生物體的擴(kuò)散反射光的變動(dòng)成分的時(shí)間平均值分別為ΔI(830)、ΔI(660)。血氧飽和度SpO2按照下式進(jìn)行計(jì)算。

SpO2＝a+b*(log(ΔI(660)/Ii(660))/(log(ΔI(830)/Ii(830)))

上式中的a、b能夠根據(jù)與現(xiàn)有的脈搏血氧儀的測(cè)量值的關(guān)系來決定。

為了確認(rèn)測(cè)量裝置的精度，使用本系統(tǒng)不僅測(cè)量了額而且還測(cè)量了指尖的氧飽和度。使用用于血壓測(cè)量的皮帶(袖帶)，以固定壓力(200mmHg)對(duì)上臂部進(jìn)行加壓，來止住血流并在指先測(cè)量氧飽和度。

在食指上穿戴市售的夾入手指方式的脈搏血氧儀，并通過本系統(tǒng)非接觸地測(cè)量中指的氧飽和度。通過最初的測(cè)量決定上述的a，b，通過第2次以后的測(cè)量對(duì)血氧飽和度SpO2進(jìn)行測(cè)量。

圖11表示使用脈搏血氧儀時(shí)的測(cè)量值與本實(shí)施方式中的測(cè)量值的比較結(jié)果。因?yàn)槎叩慕Y(jié)果大致一致，所以可知高精度地完成了測(cè)量。在本實(shí)施方式的方式中，不僅能夠測(cè)量血氧飽和度，而且還能夠根據(jù)圖10所示的脈搏波同時(shí)測(cè)量心率。

已知能夠根據(jù)脈搏波的波動(dòng)或頻率特性測(cè)量應(yīng)激以及疲勞。通過使用本實(shí)施方式的系統(tǒng)，能夠根據(jù)脈搏波非接觸地推測(cè)受驗(yàn)者的應(yīng)激等心理狀態(tài)以及身體狀況。

(實(shí)施方式4)

作為第四實(shí)施方式，說明使用1臺(tái)攝像機(jī)來測(cè)量血氧飽和度的方式。在第三實(shí)施方式中，使用2臺(tái)攝像機(jī)并通過各個(gè)攝像機(jī)取得不同的光源波長(zhǎng)的信號(hào)。該方式具有能夠沿用現(xiàn)有的攝像機(jī)這一長(zhǎng)處，但由于需要使2臺(tái)攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)地進(jìn)行攝像，因此系統(tǒng)構(gòu)成變得復(fù)雜。由于所取得的數(shù)據(jù)也為2臺(tái)量的獨(dú)立的動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)，因此還存在使時(shí)間匹配的數(shù)據(jù)處理變得復(fù)雜的問題。為了避免這些問題，在本實(shí)施方式中，實(shí)現(xiàn)能夠通過一臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)取得2個(gè)波長(zhǎng)量的圖像的數(shù)據(jù)的攝像機(jī)。

圖12為表示本實(shí)施方式的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的圖。該裝置具備具有2個(gè)攝像光學(xué)系統(tǒng)201、202的雙鏡頭立體攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)。于是，在本說明書中，將這樣的方式稱作“立體攝像機(jī)方式”。生物體信息檢測(cè)裝置(也稱作“攝像機(jī)”)具有作為第一激光點(diǎn)像光源的光源101(波長(zhǎng)830nm)與作為第二激光點(diǎn)像光源的光源202(760nm)。來自由光源101、102照明的生物體的反射光分別穿過帶通濾光器801、802，前進(jìn)方向經(jīng)反射鏡901、902折曲90度，由鏡頭501，502成像在圖像傳感器701、702的攝像面上。帶通濾光器801、802各自為僅供與2個(gè)光源的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的830±15nm、760±15nm的波長(zhǎng)的光透射的窄帶帶通濾光器。

若按下快門按鈕11，則2個(gè)光源101、102點(diǎn)亮，同時(shí)圖像傳感器701、702取得生物體的圖像。所取得的圖像通過圖像處理處理器(與圖3C中的運(yùn)算電路22相當(dāng))變換為立體圖像的格式，在進(jìn)行圖像信號(hào)處理之后蓄積至存儲(chǔ)裝置(與圖3C中的存儲(chǔ)器24相當(dāng))。其后的處理與實(shí)施方式2或3相同。

根據(jù)本實(shí)施方式，通過將攝像系統(tǒng)設(shè)為一臺(tái)立體攝像機(jī)的構(gòu)成，系統(tǒng) 整體變得緊湊，能夠使從后級(jí)的圖像信號(hào)處理至氧飽和度計(jì)算為止的信號(hào)處理系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)單。據(jù)此，能夠兼顧操作的簡(jiǎn)便性與高速性。

作為2個(gè)光源的波長(zhǎng)，例如能夠使用近紅外域的760nm以及830nm。氧化血紅蛋白與還原血紅蛋白的吸收差在實(shí)施方式2及3中使用的660nm比760nm大，因此能夠更高精度地測(cè)量氧飽和度。但是，由于660nm的波長(zhǎng)為可見光域，因此若使用該波長(zhǎng)則存在給受驗(yàn)者造成負(fù)擔(dān)的可能性。再有，由于在熒光燈以及LED照明中包括660nm的波長(zhǎng)的成分，因此存在易受環(huán)境光影響的問題。在本實(shí)施方式中，考慮該情況而選擇了760nm的波長(zhǎng)。由于還原血紅蛋白的局部的吸收峰處于760nm，因此在將短波長(zhǎng)側(cè)的光源設(shè)定為近紅外域時(shí)，使用760-780nm的波長(zhǎng)是有效的。所使用的波長(zhǎng)不限于上述，根據(jù)用途與使用環(huán)境適當(dāng)選擇即可。

(實(shí)施方式5)

作為第五實(shí)施方式，說明使用1臺(tái)攝像機(jī)來測(cè)量血氧飽和度的其他方式。在第四實(shí)施方式中，1臺(tái)攝像機(jī)為包括2個(gè)光學(xué)系統(tǒng)與2個(gè)圖像傳感器的立體攝像機(jī)方式的構(gòu)成。在本實(shí)施方式中使用如下系統(tǒng)：通過使用多個(gè)鏡頭來分割圖像，以1個(gè)圖像傳感器取得與2個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的不同的2個(gè)圖像。將本實(shí)施方式的方式稱作“立體鏡頭方式”。參照?qǐng)D13說明立體鏡頭方式的系統(tǒng)。

圖13為示意地表示本實(shí)施方式的生物體信息檢測(cè)裝置的一部分的剖面圖。本實(shí)施方式中的圖像傳感器7的攝像面包括配置有第一光檢測(cè)單元組的第一區(qū)域7a、以及配置有第二光檢測(cè)單元組的第二區(qū)域7b。在圖13中省略，但生物體信息檢測(cè)裝置例如在攝像機(jī)箱體6內(nèi)具備投影由830nm以及760nm這2個(gè)波長(zhǎng)的光形成的光點(diǎn)圖案的2個(gè)光源。如圖13所示，作為光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭5在內(nèi)部具有2組鏡頭501、502。作為光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭501、502設(shè)計(jì)為分別成像在圖像傳感器7的攝像面的不同區(qū)域7a、7b。在鏡頭501、502的前方，分別配置有供與2個(gè)光源的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的830nm以及760nm的光分別透射的2個(gè)窄帶帶通濾光器801、802。即，帶通濾光器801配置在向第一區(qū)域7a入射的光的路徑上，帶通濾光器802配置在向第二區(qū)域7b入射的光的路徑上。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，能夠使用1個(gè)圖像傳感器7取得同時(shí)刻的2個(gè)波長(zhǎng) 的光所形成的2個(gè)圖像。運(yùn)算電路22按照與實(shí)施方式2～4同樣的方法根據(jù)這2個(gè)圖像計(jì)算血氧飽和度。根據(jù)本實(shí)施方式，由于在1個(gè)圖像信號(hào)中包括與不同的2個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的同時(shí)刻的2個(gè)圖像的信息，因此運(yùn)算處理變得容易。

以下說明使用該立體鏡頭方式的系統(tǒng)來進(jìn)行應(yīng)激感測(cè)的結(jié)果。如已述，提出了通過熱敏成像法檢測(cè)由應(yīng)激(緊張)或集中而引起的鼻部的溫度下降的方法。鼻部的血流因心理變化而低下，隨之引起鼻部的溫度下降。一般采用通過熱敏成像法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)的方法。因血流的變化而產(chǎn)生面部的溫度的變化。如果能夠高精度地測(cè)量血流的變化，則與測(cè)量作為血流的變化的結(jié)果所引起的表面溫度的變化相比，能夠以更高精度且響應(yīng)性好地進(jìn)行應(yīng)激感測(cè)。

圖14A為表示使用本實(shí)施方式的生物體信息檢測(cè)裝置來進(jìn)行應(yīng)激感測(cè)而得的結(jié)果的圖。作為應(yīng)激進(jìn)行將右手放入冷水(冰水)的冷水負(fù)荷。為了比較，使用熱敏成像法測(cè)量了在圖14B用虛線包圍的鼻部和臉頰部的溫度變化。圖14A表示該測(cè)量結(jié)果。鼻部的溫度在開始冷水負(fù)荷后，用時(shí)3分鐘左右緩緩下降，下降約1.2℃而達(dá)到穩(wěn)定。已知在負(fù)荷結(jié)束后，還是用時(shí)3分鐘左右溫度復(fù)原。另一方面，已知臉頰部的溫度幾乎不受冷水負(fù)荷的影響而保持穩(wěn)定。

圖14C為表示利用使用了立體鏡頭方式的本實(shí)施方式的生物體信息檢測(cè)裝置而得的血流量以及血氧飽和度的變化的圖。從臉部的血流量與氧飽和度(SpO2)的數(shù)據(jù)之中，提取在圖14B中由虛線所示的鼻部與臉頰部的區(qū)域的數(shù)據(jù)。實(shí)線表示血流量的時(shí)間變化，虛線表示氧飽和度(ΔSpO2)的時(shí)間變化。如圖14C所示，鼻部的血流量從剛發(fā)生冷溫刺激后就表現(xiàn)出下降傾向，示出了時(shí)間響應(yīng)性好。另一方面，臉頰部的血流量則幾乎未變化。關(guān)于氧飽和度，在鼻部與血流量的下降一起還觀測(cè)到氧飽和度的下降，而在臉頰部則幾乎沒有變化。

根據(jù)本結(jié)果可知，通過在面部的不同部位測(cè)量血流量以及氧飽和度能夠得到很多數(shù)據(jù)。基于這些數(shù)據(jù)，能夠高精度地進(jìn)行情緒(即情感)、身體狀況或集中度的檢測(cè)。由于自主神經(jīng)系統(tǒng)的影響所致的血流量的變化因面部的部位而不同，因此使用攝像機(jī)測(cè)量特定部位的血流量的變化特別重要。 此時(shí)，通過同時(shí)測(cè)量血流量的變化小的部位來作為參考，能夠提高測(cè)量的精度。

(實(shí)施方式6)

作為第六實(shí)施方式，說明使用1臺(tái)攝像機(jī)來測(cè)量血氧飽和度的其他方式。

圖15為示意地表示本實(shí)施方式中的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的剖面圖。該裝置具備能安裝到普通的鏡頭5上的立體適配器10。立體適配器10為具備4片反射鏡151、152、153、154以及2個(gè)帶通濾光器801、802的附件。通過使用立體適配器10，能夠?qū)⑴c2個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的2個(gè)圖像分別形成在圖像傳感器7的攝像面的不同的2個(gè)區(qū)域。將該方式稱作“立體適配器方式”。

在立體適配器方式中，使用2組對(duì)置的反射鏡，能夠通過1個(gè)圖像傳感器7取得與2個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的不同的2個(gè)圖像。在圖15中省略，但實(shí)際上將分別發(fā)出830nm以及760nm這2個(gè)波長(zhǎng)的光的2個(gè)光源內(nèi)置在攝像機(jī)箱體6內(nèi)。立體適配器10裝配在攝像機(jī)的鏡頭5的前端。2組反射鏡(反射鏡151、152所成的對(duì)、反射鏡153、154所成的對(duì))將光路變向2次并導(dǎo)入到鏡頭5。在鏡頭5與反射鏡151、152、153、154之間搭載有供與光源的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的830nm以及760nm的波長(zhǎng)的光透射的窄帶帶通濾光器801、802。

該生物體信息檢測(cè)裝置能夠通過1個(gè)圖像傳感器7取得同時(shí)刻的2個(gè)波長(zhǎng)的圖像?；鞠敕ㄅc實(shí)施方式5相同。立體鏡頭方式由于能夠使鏡頭小型，因此具有能夠使系統(tǒng)整體小型化的長(zhǎng)處。另一方面，在立體適配器方式中，系統(tǒng)整體雖然大型化，但具有能夠使用高性能的攝像機(jī)鏡頭并能夠提高分辨率，并且能夠使用倍率不同的鏡頭以及變焦鏡頭的優(yōu)點(diǎn)。能夠提高系統(tǒng)的自由度是立體適配器方式的優(yōu)點(diǎn)。

針對(duì)使用本實(shí)施方式的生物體信息檢測(cè)裝置(即攝像機(jī))檢測(cè)人的情緒進(jìn)行了研究。如實(shí)施方式5所述，能夠基于血流量穩(wěn)定地檢測(cè)人的應(yīng)激等情感或情緒。隨著人的情感或情緒的變化，自主神經(jīng)活躍，皮膚表面的血流量變化。面部顏色根據(jù)該血流量的變化而變化。人平時(shí)根據(jù)該面部顏色的微妙的變化檢知對(duì)象人物的情緒以及身體狀況?？梢韵氲?，被稱作“名 醫(yī)”的醫(yī)生僅通過觀察患者的面部就能診斷身體狀況以及病因，其原因在于能夠根據(jù)患者的微妙的面部顏色的變化來辨別身體的變化。此外，據(jù)說感覺敏銳的人在讀取對(duì)方的情感時(shí)，微妙的面部顏色的變化也與微妙的表情的變化一同起到重要的作用。再有，在最近發(fā)展顯著的游戲、動(dòng)畫以及計(jì)算機(jī)圖形的領(lǐng)域中，為了將自然的印象以及真實(shí)感融入情景，針對(duì)使人物的面部顏色微妙變化廣泛進(jìn)行了研究。根據(jù)這些例子可知，面部顏色表現(xiàn)人的情緒以及身體狀況，想要通過計(jì)測(cè)面部顏色來讀取情感的研究日益進(jìn)步(例如黑田等著“情動(dòng)変動(dòng)に伴う顔色と顔面皮膚溫の分析とその顔色合成(與情緒變動(dòng)相伴的面部顏色和面部皮膚溫度的分析及其面部顏色合成)”、人機(jī)界面學(xué)會(huì)研究報(bào)告集1(1)、15-20、1999)。可是，通過面部顏色直接計(jì)測(cè)情緒的嘗試難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的測(cè)量而不適于實(shí)用。其原因在于，因?yàn)槊娌款伾淖兓嬖趥€(gè)人差異，面部顏色的變化是微妙的而且受到環(huán)境光以及攝像機(jī)的嚴(yán)重影響，所以難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的測(cè)量。希望通過計(jì)測(cè)面部顏色以外的方法更穩(wěn)定且高精度地測(cè)量面部顏色的變化的方法。

已知人的面部顏色主要由皮膚表面(真皮)所包含的黑色素的量、以及血液中的血紅蛋白(氧化血紅蛋白以及脫氧(還原)血紅蛋白)的濃度決定。由于黑色素在短時(shí)間內(nèi)不變動(dòng)(長(zhǎng)期變化、因曬黑等而變化)，因此情緒的變化能夠通過測(cè)量血流量穩(wěn)定進(jìn)行測(cè)量。在本實(shí)施方式中，為了檢測(cè)情緒的變化，不僅計(jì)測(cè)面部顏色，還直接測(cè)量使面部顏色變化的氧化血紅蛋白以及脫氧血紅蛋白的血流量。如實(shí)施方式5所述，面部的血流量的變化因部位而不同。這是因?yàn)椋资茏灾魃窠?jīng)系統(tǒng)影響的程度因面部的部位而不同。例如具有如下等特征：在鼻部動(dòng)靜脈吻合血管多而易受自主神經(jīng)系統(tǒng)影響，與之相對(duì)，前額部難以受皮膚血管收縮神經(jīng)影響。本實(shí)施方式中運(yùn)算電路22通過運(yùn)算求出不同的多個(gè)部位的血流量，通過比較這些血流量，能夠高精度地檢測(cè)情緒的變化。

以下，說明與情緒的變化相伴的血流量的變化的計(jì)測(cè)。將圖15所示的立體適配器方式的攝像機(jī)用于血流量的測(cè)量。受驗(yàn)者坐在攝像機(jī)的正面，由攝像機(jī)拍攝面部。從穩(wěn)定的狀態(tài)，受驗(yàn)者視聽?zhēng)砜植?、笑、吃驚、厭惡感等的視頻，取得受驗(yàn)者的面部的彩色圖像。根據(jù)視頻的場(chǎng)景與彩色圖像中的表情的變化讀取情緒的變動(dòng)，測(cè)量此時(shí)的血流量的變化。如在圖16A 中由虛線所示，針對(duì)鼻部以及額部進(jìn)行測(cè)量。

圖16B為表示在誘發(fā)笑的感情時(shí)的總血流量(氧化血紅蛋白以及脫氧血紅蛋白)的時(shí)間變化與氧化血紅蛋白的血流量的比例(氧飽和度)的時(shí)間變化的圖。可知由于笑的情緒變化，血液總血流量與血氧飽和度的值都大為變化。針對(duì)其他情緒也進(jìn)行同樣的研究。與上述同樣地通過計(jì)算求出在誘發(fā)悲哀、吃驚、憂郁、恐懼、厭惡、憤怒、集中、幸福等其他情緒時(shí)的總血流量以及血氧飽和度的變化量。對(duì)12名受驗(yàn)者進(jìn)行相同的測(cè)量。雖然存在個(gè)人差異，但幾乎在全部受驗(yàn)者中總血流量以及血氧飽和度的變化都示出了同樣的傾向。根據(jù)該結(jié)果，示出了能夠通過血流量以及氧飽和度的至少一方檢測(cè)情緒的變化。

如圖16B所示，氧飽和度與血流量的關(guān)系因面部的部位而不同。因此，通過求出面部的多個(gè)部位的血流量與氧飽和度，能夠更高精度地進(jìn)行情緒的感測(cè)。在針對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行的情緒感測(cè)的實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行額、臉頰和鼻這3點(diǎn)的測(cè)量。在額與臉頰與鼻之間，情緒變化所引起的氧飽和度以及血流量的變化不同。因此，通過事先制作表示各個(gè)部位的氧飽和度以及血流量的變化量的關(guān)系的表，計(jì)算氧飽和度與血流量的實(shí)測(cè)值和相關(guān)，能夠高精度地檢測(cè)情緒的變化。

(實(shí)施方式7)

作為第七實(shí)施方式，說明不通過光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行圖像分割而使用1臺(tái)攝像機(jī)測(cè)量血氧飽和度的方式。在實(shí)施方式2～6中，說明了對(duì)來自與2個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的2個(gè)光源的光進(jìn)行分割并感測(cè)，通過運(yùn)算求出氧飽和度等生物體信息的方法。本實(shí)施方式的生物體信息檢測(cè)裝置不進(jìn)行圖像的分割，而通過圖像傳感器取得不同波長(zhǎng)的2個(gè)圖像信號(hào)。

圖17A為示意地表示本實(shí)施方式中的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的圖。該裝置不是通過光學(xué)系統(tǒng)而是通過圖像傳感器703分離與2個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的2個(gè)圖像。在圖17A中，省略點(diǎn)像光源，但實(shí)際上將分別發(fā)出830nm與760nm這2個(gè)波長(zhǎng)的光的2個(gè)光源內(nèi)置在攝像機(jī)箱體6內(nèi)。在攝像機(jī)的鏡頭5的前面，配置有供730nm以上且850nm以下的波長(zhǎng)的光透射的帶通濾光器8。帶通濾光器8濾掉可見光以及長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外線。透射了帶通濾光器8的光由鏡頭5成像在圖像傳感器703的攝像面上。在此所使用的圖像 傳感器703不同于普通的圖像傳感器，具有供近紅外線透射的2種帶通濾光器(以下稱作“濾色器”)。

圖17B為表示與在圖像傳感器703的攝像面上排列的多個(gè)光檢測(cè)單元對(duì)置的多個(gè)濾色器的圖。圖像傳感器703具有：選擇性地供680-800nm的光透射的多個(gè)濾色器IR1(也稱作“第一帶通濾光器組)、以及選擇性地供800nm以上的波長(zhǎng)的光透射的多個(gè)濾色器IR2(也稱作“第二帶通濾光器組”)。濾色器IR1、IR2排列成棋盤格狀。圖17B中的下圖為表示濾色器IR1、IR2的透射率的波長(zhǎng)依賴性的一例的圖。圖像傳感器703通過多個(gè)光檢測(cè)單元(也稱作“像素”)檢測(cè)由作為2個(gè)光源的波長(zhǎng)的760nm以及830nm的光形成的2個(gè)圖像。

運(yùn)算電路22(圖3C)從圖像傳感器703個(gè)別地讀出與760nm的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的多個(gè)光檢測(cè)單元的數(shù)據(jù)、以及與830nm的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的多個(gè)光檢測(cè)單元的數(shù)據(jù)。如圖17C所示，對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)中的不足的像素的數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，并生成760nm的波長(zhǎng)的圖像與830nm的波長(zhǎng)的圖像。由于該2張圖像完全重疊，因此與根據(jù)分割后的2張圖像計(jì)算血流量與氧飽和度相比，運(yùn)算變得簡(jiǎn)單。該方法的問題在于，相對(duì)于使用與各個(gè)光源對(duì)應(yīng)的帶通濾光器，濾光器的遮斷能力較低，因此有可能引起光源之間的混色。

(實(shí)施方式8)

作為第八實(shí)施方式，說明不僅能夠不分割圖像地取得與2個(gè)波長(zhǎng)的光源對(duì)應(yīng)的2個(gè)圖像，而且還能夠一并取得彩色圖像的生物體信息檢測(cè)裝置。

圖18A為表示本實(shí)施方式中的生物體信息檢測(cè)裝置的構(gòu)成的圖。在圖18A中也省略了點(diǎn)像光源，但分別發(fā)出830nm與760nm這2個(gè)波長(zhǎng)的光的2個(gè)光源內(nèi)置在攝像機(jī)箱體6內(nèi)。在本實(shí)施方式中，為了取得彩色圖像，在鏡頭5的前面未設(shè)置帶通濾光器?？梢姽庖约凹す夤庠吹恼彰鞴庥社R頭5成像在圖像傳感器704的攝像面上。在此所使用的圖像傳感器704不同于通常的圖像傳感器，包括用于取得彩色圖像的光檢測(cè)單元、以及用于取得近紅外圖像的2種光檢測(cè)單元。

圖18B為表示在圖像傳感器704的攝像面上排列的多個(gè)帶通濾光器(或?yàn)V色器)的圖。圖18B中的下圖表示與各濾光器對(duì)置的像素的相對(duì)靈敏度的波長(zhǎng)依賴性。如圖18B所示，分別供藍(lán)色、綠色、紅色的光透射的3種 濾色器(R、G、B濾光器)、供650nm以上的光透射的濾色器IR-1、以及供800nm以上的光透射的濾色器IR-2排列在攝像面上。將濾光器IR-1的組稱作“第一帶通濾光器組”，將濾光器IR-2的組稱作“第二帶通濾光器組”，將R、G、B濾光器的組稱作“第三帶通濾光器組”。在斜向上相鄰地配置有2個(gè)綠濾光器，且在其對(duì)角側(cè)配置有紅及藍(lán)的濾光器，該排列與普通的圖像傳感器的拜耳(Bayer)排列相同。在拜耳排列的4個(gè)濾光器的基本單位旁邊配置有2個(gè)濾光器IR-1、IR-2，這一點(diǎn)不同于以往的圖像傳感器。

在實(shí)施方式7的濾光器IR1與本實(shí)施方式的濾光器IR-1中，透射波段不同。實(shí)施方式7中的濾光器IR1為供650-800nm的波段的光透射的相對(duì)窄帶的濾光器，與之相對(duì)，在本實(shí)施方式中，使用供650nm以上的波段的光透射的濾光器。這是為了簡(jiǎn)化圖像傳感器703的制造工藝。但是不限于此，也能夠使用實(shí)施方式7所示的濾色器。本實(shí)施方式的濾光器IR-1對(duì)760nm以及830nm雙方擁有靈敏度。因此，運(yùn)算電路22從與濾光器IR-1對(duì)置的光檢測(cè)單元的信號(hào)中減去與濾光器IR-2對(duì)置的光檢測(cè)單元的信號(hào)來計(jì)算與760nm相當(dāng)?shù)男盘?hào)，據(jù)此求出血氧飽和度。據(jù)此，如圖18C所示，通過圖像傳感器704求出紅、藍(lán)、綠的圖像(彩色圖像)以及760nm、830nm的各波長(zhǎng)的圖像。

在該方式中，與第七實(shí)施方式相比更容易發(fā)生混色。但是，能夠通過使用簡(jiǎn)單的1臺(tái)攝像機(jī)的系統(tǒng)同時(shí)得到彩色圖像與血流量以及血氧飽和度。

在此，敘述了使用與紅外域的2個(gè)波長(zhǎng)以及可見區(qū)域的3個(gè)波長(zhǎng)(紅、藍(lán)、綠)這5個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的多譜段傳感器的生物體信息感測(cè)攝像機(jī)的構(gòu)成例。只要是在實(shí)施方式1說明的人體檢測(cè)方式的攝像機(jī)，就能夠通過紅外域1個(gè)波長(zhǎng)以及可見光域3個(gè)波長(zhǎng)(紅、藍(lán)、綠)這4個(gè)波長(zhǎng)的計(jì)測(cè)進(jìn)行彩色攝像與人體檢測(cè)。在這樣的用途中，能夠利用具有例如圖18D所示的、與4個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的4種濾色器的多譜段傳感器。濾色器對(duì)圖像傳感器中通常所使用的拜耳排列的2個(gè)綠像素之中的1個(gè)像素分配近紅外(IR)像素。在此設(shè)想為與點(diǎn)亮850nm的近紅外照明的系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)，作為近紅外濾光器，選擇如選擇性地供850nm透射的濾光器。通過使用這樣的攝像機(jī)，能夠由一臺(tái)攝像機(jī)系統(tǒng)兼作普通的彩色攝像機(jī)與生物體檢測(cè)攝像機(jī)。監(jiān)視攝像機(jī)為一臺(tái)即可，切出檢測(cè)出人體的部分的彩色圖像也與使用2臺(tái)攝像 機(jī)相比變得更容易。在此，使用與850nm對(duì)應(yīng)的濾色器，但能夠根據(jù)所使用的近紅外光源變更近紅外濾光器。

(其他實(shí)施方式)

以上例示出了本申請(qǐng)的實(shí)施方式，但本申請(qǐng)不限于上述的實(shí)施方式，能夠進(jìn)行多種多樣的變形。關(guān)于上述的各實(shí)施方式說明的處理有時(shí)在其他實(shí)施方式中也能夠適用。以下說明其他實(shí)施方式的例子。

在以上的實(shí)施方式中，排列點(diǎn)像光源使用了激光光源，但也可以使用其他種類的光源。例如，也能夠使用更廉價(jià)的LED光源。但是，與激光光源相比，LED光源的直線度差而容易擴(kuò)散。因此，在使用時(shí)需要注意，是使用專用的聚光光學(xué)系統(tǒng)，還是限制攝像對(duì)象物與攝像機(jī)的距離等。關(guān)于排列點(diǎn)像光源的個(gè)數(shù)，也不限于1個(gè)或2個(gè)，也可以使用3個(gè)以上的光源。

生物體信息檢測(cè)裝置也可以具備調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)的調(diào)整機(jī)構(gòu)。這樣的調(diào)整機(jī)構(gòu)例如能夠通過未圖示的電動(dòng)機(jī)以及圖3C所示的控制電路25來實(shí)現(xiàn)。這樣的調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)以使通過光源投影到對(duì)象物上的光點(diǎn)圖案的像的對(duì)比度最大。據(jù)此，在實(shí)施方式1中說明的對(duì)比度的計(jì)算的精度得以提高。

運(yùn)算電路22也可以使用從攝像元件輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行面部識(shí)別處理，僅在圖像中包括生物體的額、鼻、口、眉毛及毛發(fā)中的至少一個(gè)時(shí)，生成并輸出與生物體有關(guān)的信息。也可以實(shí)現(xiàn)如下系統(tǒng)：在生物體的額、鼻、口、眉毛及毛發(fā)中的任一個(gè)都未包含在圖像中時(shí)，進(jìn)行錯(cuò)誤顯示。

運(yùn)算電路22也可以基于圖像信號(hào)，生成包括黑色素的濃度、斑的有無、痣的有無中的至少一個(gè)在內(nèi)的表皮內(nèi)的信息。如前述，表皮含有強(qiáng)烈吸收光的黑色素。斑及痣因黑色素的增加而產(chǎn)生。因此，能夠基于來自生物體的表面的光的強(qiáng)度分布檢測(cè)黑色素的濃度、斑、痣。

在本申請(qǐng)中，說明了使用2臺(tái)攝像機(jī)的雙攝像機(jī)方式(圖7)、將2組光學(xué)系統(tǒng)與2組圖像傳感器搭載到1臺(tái)攝像機(jī)上的立體攝像機(jī)方式(圖12)、使用2組鏡頭與1個(gè)圖像傳感器的立體鏡頭方式(圖13)、使用鏡頭適配器并利用1個(gè)鏡頭與1個(gè)圖像傳感器的立體適配器方式(圖15)、使用圖像傳感器分割圖像的方式(圖17A、圖18A)。如上述，由于各個(gè)方式都存在優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，因此能夠根據(jù)用途選擇最佳的方式。

如上述，根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方式，能夠不束縛受驗(yàn)者且不使傳感器等檢測(cè)裝置與受驗(yàn)者接觸地，不僅測(cè)量心率以及血流量而且還測(cè)量血氧飽和度。根據(jù)受驗(yàn)者的不同部位的血流量以及氧飽和度的測(cè)量值，還能夠推測(cè)受驗(yàn)者的情緒或身體狀況。