顔の画像からリアルタイムに脈拍を計測する技術を開発

PCやスマートフォンなどの内蔵カメラで最短5秒で計測でき、継続的な健康チェックなどに適用可能

株式会社富士通研究所（注1）は、スマートフォンやタブレット、パソコンなどの内蔵カメラやWebカメラで撮影した顔の画像からリアルタイムに脈拍を計測する技術を開発しました。

血液中に含まれるヘモグロビンが緑色の光を吸収する特性に着目し、血流から生じると考えられる顔表面の輝度変化を捉えて脈拍を検出します。専用の計測機器を用いることなく、カメラで顔を撮影するだけで、脈拍数を最短5秒で算出します。さらに顔や身体の動きの少ないタイミングを自動的に選択することで、ノイズの影響を抑えた脈拍の継続的な計測が可能です。健康チェックや見守り、セキュリティなど様々なシーンへの適用が期待されます。

本技術の詳細は、3月19日(火曜日)から岐阜で開催される「2013年電子情報通信学会総合大会」にて発表します。

開発の背景

近年、高齢者や従業員の健康維持のニーズが高まっており、いつでもどこでも気軽に個人で健康状態を把握し管理できるような、新しい仕組みの構築が期待されています。

当社では、個々のユーザーに最適な健康支援サービス提供の仕組みとして、健康状態を計測し、データをクラウドに集約・分析し、「その場その時その人の」状況を理解する仕組みの実現を目指しています。すなわち、当社が提唱する“ヒューマンセントリック・インテリジェントソサイエティ”において、多くのユーザーが身近に使用するスマートフォンやタブレットなどのスマート端末や、職場や家庭にあるパソコンを健康計測に活用し、その場でユーザーの健康状況を収集し、その情報をクラウドに集約して大規模にリアルタイム分析することで、個々の状況に応じたサービスの提供につなげることが可能な技術基盤の構築を進めています。

図1 ヒューマンセントリック・コンピューティングによる健康支援サービス提供の仕組み

課題

健康状態を表す基本的な指標の1つに脈拍があります。一般に、脈拍の計測には専用の測定機器が必要ですが、測定機器の装着や測定のための操作などが必要となるため、その煩わしさからユーザーが計測作業を怠ったり、忘れてしまう可能性がありました。そのため、脈拍の継続的な計測には、機器の取り付けや操作、静止などの煩わしさをできる限り低減し、自動化する必要がありました。

開発技術

今回、スマートフォンやタブレット、パソコンなどの内蔵カメラやWebカメラで撮影した顔の画像からリアルタイムに脈拍を自動計測する技術を開発しました。開発した技術の特徴は以下の通りです。

画像の色成分の信号処理による脈拍検出
血液中に含まれるヘモグロビンが緑色の光を吸収する特性に着目し、血流から生じると考えられる顔表面の輝度変化を捉えて脈拍を検出します。まず、カメラで撮影した動画像から、取得フレームごとに顔領域の色成分(赤・緑・青色)それぞれの平均値を求めます。その後、3つの色成分に共通するノイズを除去し、緑成分から輝度波形を抽出します。この輝度波形のピーク値から脈拍数を計算します(図2)。これにより、最短5秒での脈拍測定が可能となります。

図2 脈拍検出の様子
動き区間の自動除去
取得した脈拍データの中で、顔や身体の動きによって影響を受けている箇所のデータを自動的に除去します。例えば、電話中に顔が横を向いた場合や、離席した場合などの動きを検出して、その期間のデータを自動的に除去します。これにより、一日を通じてノイズの影響を抑えた脈拍の継続的な計測が可能となります(図3)。

図3 一日を通じての脈拍の抽出・記録のイメージ

効果

本技術により、脈拍計測のための専用の計測機器の装着や機器の操作が不要となり、身体の静止など計測の煩わしさなく、ユーザーの負担を大幅に軽減した脈拍の継続的な計測が可能になります。例えば、職場での慌ただしい業務において、会議や文書作成作業などパソコンの前に座っている時の、自然に身体の動きが止まっているわずかな時間に脈拍が計測できます。また家庭においても、テレビの前でくつろいだり、鏡の前で身だしなみを整えたりしている時にもカメラが備わっていれば自動的に脈拍の計測が可能です。さらに、空港やイベント会場などのゲート前での脈拍検出を通じて、体調不良の人や不審な動きをする人の抽出などセキュリティ面での応用が期待できます。