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精神的疲労の検出方法、装置及びプログラム 新技術説明会

国内特許コード P120006696
整理番号 SHINGI20120224
掲載日 2012年2月24日
出願番号 特願2007-148747
公開番号 特開2008-301841
登録番号 特許第4883580号
出願日 平成19年6月5日(2007.6.5)
公開日 平成20年12月18日(2008.12.18)
登録日 平成23年12月16日(2011.12.16)
発明者
  • 原田 暢善
  • 岩木 直
出願人
  • 国立研究開発法人産業技術総合研究所
発明の名称 精神的疲労の検出方法、装置及びプログラム 新技術説明会
発明の概要 【課題】点滅光を用いて精神的疲労を非恣意的に検出する方法、装置及びプログラムを提供すること。
【解決手段】精神的疲労の検出装置は、点滅する可視光を放射する発光部(1)と、赤外線を照射する照明部(2)と、赤外線映像を撮影する撮像部(3)と、制御部(4)とを備え、発光部(3)が、単調かつ階段状に点滅周波数が変化する可視光を被験者(5)に提示し、撮像部(3)が、被験者の目を含む映像を撮影し、制御部(4)が、撮影された映像を構成するフレーム画像から瞳孔径の時系列データを求め、瞳孔径の変動から、測定時における被験者のフリッカーの閾値周波数を求め、この閾値周波数を、疲労していない状態における被験者のフリッカーの閾値周波数と比較して、被験者が精神的疲労状態にあるか否かを判断する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


現代社会においては、様々な労働環境中で労働者の身体的および精神的疲労を適正範囲にコントロールすることは、労働者自身の健康のみならず、労働者自身および他者、さらには社会全体を巻き込んだ事故の発生を未然に防止する上できわめて重要な課題である。これまで、身体的疲労は、筋力低下など比較的外的な指標で評価しやすいものであったが、これに対して精神的疲労は、質問紙などを用いる形式のみで評価され、恣意性を排除して評価するのが難しい対象であった。



精神的疲労の主症状としての、大脳皮質活動全般の機能低下を反映し得る指標として、フリッカー光のちらつきを認知しうる周波数の閾値(フリッカー値とも記す)の変化が知られている。光の点滅のフリッカー光は、高速で点滅する際は、点滅に伴うちらつきは認知されず、光がただ単に点灯していると認知される。その、点滅周波数を高周波数から低周波数へとゆっくりと変化させた場合、ある周波数を境に、光の点滅が認知されてくる。その光の点滅が認知され始める周波数を、フリッカーの閾値周波数またはフリッカー値と呼ぶ。労働によって引き起こされる精神的疲労の蓄積に伴い、健常時(精神的疲労のない状態)においてフリッカー光のちらつきが認知されていた周波数において、ちらつきが認知されなくなる現象が知られている。すなわち、精神的疲労にともなう、フリッカー光のちらつきの認知の閾値の周波数の低下、フリッカー値の低下である。



一部には、目の生理的反応を測定して、疲労度などの精神活動を評価する方法や、目に光刺激を提供して疲労回復を図る方法が知られている(下記特許文献1~3参照)。しかし、多くは、様々な労働による精神的疲労における大脳皮質活動の全般的な機能水準の変化は、フリッカー光の周波数を変化させる中で、ちらつき認知の閾値を主観的に判断させ、ボタン押しなどによって告知させる形で評価されてきた(例えば、下記特許文献4~6参照)。
【特許文献1】
特開平7-255669号公報
【特許文献2】
特開2002-253509号公報
【特許文献3】
特開2005-279053号公報
【特許文献4】
特開2001-309887号公報
【特許文献5】
特開2001-218756号公報
【特許文献6】
特開2003-70773号公報

産業上の利用分野


本発明は、人の精神的疲労の検出に関し、特に、点滅する光刺激に伴う瞳孔の変化を観察することによって精神的疲労を検出する方法、装置及びプログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、点滅する可視光を被験者に提示する第1ステップと、
点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の瞳孔径を、時系列データとして求める第2ステップと、
前記瞳孔径の時系列データに関して、所定期間の前半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第1標準偏差とし、該所定期間の後半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第2標準偏差とする処理を、前記所定期間をシフトさせる毎に繰り返す第3ステップと、
前記第1標準偏差および前記第2標準偏差の差の絶対値を求める第4ステップと、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第5ステップと、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第1周波数とする第6ステップと、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値所定のしきい値と比較する第7ステップとを含むことを特徴とする精神的疲労の検出装置が行う検出方法。

【請求項2】
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第1期間の間点滅し、該第1期間に続く所定の第2期間の間発光を停止し、該第1期間および第2期間を繰り返して可視光を被験者に提示する第1ステップと、
点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の瞳孔径を求める第2ステップと、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の終了後に最初に現れる前記瞳孔径の極大値Maxと、該極大値Maxの次に現れる前記瞳孔径の極小値Minを求める第3ステップと、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の開始前の第3期間における前記瞳孔径の平均値Baseを求める第4ステップと、
それぞれ対応する前記極大値Max、前記極小値Minおよび前記平均値Baseから、(Max-Base)/(Base-Min)によって変化率を求める第5ステップと

前記変化率が、1以上の値から1より小さい値に変化するとき、または1以下の値から1より大きい値に変化するときのタイミングを求め、該タイミングに対応する前記点滅周波数を求め、第1周波数とする第6ステップと、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値所定のしきい値と比較する第7ステップとを含むことを特徴とする精神的疲労の検出装置が行う検出方法。

【請求項3】
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第1期間の間点滅し、該第1期間に続く所定の第2期間の間発光を停止し、該第1期間および第2期間を繰り返して可視光を被験者に提示する第1ステップと、
点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の瞳孔径を求める第2ステップと、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の開始前の第3期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求める第3ステップと、
時系列の複数の前記標準偏差に関して、隣接する2つの前記標準偏差の差の絶対値を求める第4ステップと、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第5ステップと、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第1周波数とする第6ステップと、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値所定のしきい値と比較する第7ステップとを含むことを特徴とする精神的疲労の検出装置が行う検出方法。

【請求項4】
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第1期間の間点滅し、該第1期間に続く所定の第2期間の間発光を停止し、該第1期間および第2期間を繰り返して可視光を被験者に提示する第1ステップと、
点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の脳電位を測定する第2ステップと、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の終了後に最初に現れる前記脳電位の最大振幅を求める第3ステップと、
時系列の複数の前記最大振幅の変化程度を求める第4ステップと、
前記変化程度の最大値を決定する第5ステップと、
前記最大値として決定された変化程度の計算に使用された前記脳電位を測定したときの複数の前記点滅周波数を求め、これらの複数の点滅周波数を用いて第1周波数を決定する第6ステップと、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値所定のしきい値と比較する第7ステ
ップとを含むことを特徴とする精神的疲労の検出装置が行う検出方法。

【請求項5】
点滅する可視光を放射する発光部と、
赤外線映像を撮影する撮像部と、
制御部とを備え、
前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、点滅する可視光を被験者に提示し、
前記撮像部が、点滅する可視光が被験者に提示された状態で前記被験者の目を含む映像を撮影し、
前記制御部が、
撮影された前記映像を構成する複数のフレーム画像の各々に含まれた前記目の画像の瞳孔径を、時系列データとして求め、
前記瞳孔径の時系列データに関して、所定期間の前半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第1標準偏差とし、該所定期間の後半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第2標準偏差とする処理を、前記所定期間をシフトさせる毎に繰り返し、
前記第1標準偏差および前記第2標準偏差の差の絶対値を求め、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定し、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記フレーム画像を取得したときの点滅周波数を求め、第1周波数とし、且つ、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴とする精神的疲労の検出装置。

【請求項6】
点滅する可視光を放射する発光部と、
赤外線映像を撮影する撮像部と、
制御部とを備え、
前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第1期間の間点滅し、該第1期間に続く所定の第2期間の間発光を停止し、該第1期間および第2期間を繰り返して可視光を被験者に提示し、
前記撮像部が、点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の目を含む映像を撮影し、
前記制御部が、
撮影された前記映像を構成する複数のフレーム画像の各々に含まれた前記目の画像の瞳孔径を、時系列データとして求め、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の終了後に最初に現れる前記瞳孔径の極大値Maxと、該極大値Maxの次に現れる前記瞳孔径の極小値Minを求め、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の開始前の第3期間における前記瞳孔径の平均値Baseを求め、
それぞれ対応する前記極大値Max、前記極小値Minおよび前記平均値Baseから、(Max-Base)/(Base-Min)によって変化率を求め、
前記変化率が、1以上の値から1より小さい値に変化するとき、または1以下の値から1より大きい値に変化するときのタイミングを求め、該タイミングに対応する前記点滅周波数を求め、第1周波数とし、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴とする精神的疲労の検出装置。

【請求項7】
点滅する可視光を放射する発光部と、
赤外線映像を撮影する撮像部と、
制御部とを備え、
前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第1期間の間点滅し、該第1期間に続く所定の第2期間の間発光を停止し、該第1期間および第2期間を繰り返して可視光を被験者に提示し、
前記撮像部が、点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の目を含む映像を撮影し、
前記制御部が、
撮影された前記映像を構成する複数のフレーム画像の各々に含まれた前記目の画像の瞳孔径を求め、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の開始前の第3期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求め、
時系列の複数の前記標準偏差に関して、隣接する2つの前記標準偏差の差の絶対値を求め、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定し、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記フレーム画像を取得したときの点滅周波数を求め、第1周波数とし、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴とする精神的疲労の検出装置。

【請求項8】
点滅する可視光を放射する発光部と、脳電位測定部と、制御部とを備え、
前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第1期間の間点滅し、該第1期間に続く所定の第2期間の間発光を停止し、該第1期間および第2期間を繰り返して可視光を被験者に提示し、
前記脳電位測定部が、点滅する前記可視光が被験者に提示された状態で前記被験者の脳電位を測定し、
前記制御部が、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の終了後に最初に現れる前記脳電位の最大振幅を求め、
時系列の複数の前記最大振幅の変化程度を求め、
前記変化程度の最大値を決定し、
前記最大値として決定された変化程度の計算に使用された前記脳電位を測定したときの複数の前記点滅周波数を求め、これらの複数の点滅周波数を用いて第1周波数を決定し、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴とする精神的疲労の検出装置。

【請求項9】
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、点滅する可視光を被験者に提示して得られた瞳孔径の時系列データを用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記瞳孔径の時系列データに関して、所定期間の前半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第1標準偏差とし、該所定期間の後半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第2標準偏差とする処理を、前記所定期間をシフトさせる毎に繰り返す第1の機能と、
前記第1標準偏差および前記第2標準偏差の差の絶対値を求める第2の機能と、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第3の機能と、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第1周波数とする第4の機能と、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第5の機能とを実現させることを特徴とする精神的疲労の検出プログラム。

【請求項10】
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第1期間の間点滅し、該第1期間に続く所定の第2期間の間発光を停止し、該第1期間および第2期間を繰り返して可視光を被験者に提示して得られた前記被験者の瞳孔径のデータを用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の終了後に最初に現れる前記瞳孔径の極大値Maxと、該極大値Maxの次に現れる前記瞳孔径の極小値Minを求める第1の機能と、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の開始前の第3期間における前記瞳孔径の平均値Baseを求める第2の機能と、
それぞれ対応する前記極大値Max、前記極小値Minおよび前記平均値Baseから、(Max-Base)/(Base-Min)によって変化率を求める第3の機能と、
前記変化率が、1以上の値から1より小さい値に変化するとき、または1以下の値から1より大きい値に変化するときのタイミングを求め、該タイミングに対応する前記点滅周波数を求め、第1周波数とする第4の機能と、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第5の機能とを実現させることを特徴とする精神的疲労の検出プログラム。

【請求項11】
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第1期間の間点滅し、該第1期間に続く所定の第2期間の間発光を停止し、該第1期間および第2期間を繰り返して可視光を被験者に提示して得られた前記被験者の瞳孔径のデータを用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
時系列の複数の前記標準偏差に関して、隣接する2つの前記標準偏差の差の絶対値を求める第1の機能と、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第2の機能と、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第1周波数とする第3の機能と、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第4の機能とを実現させることを特徴とする精神的疲労の検出プログラム。

【請求項12】
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第1期間の間点滅し、該第1期間に続く所定の第2期間の間発光を停止し、該第1期間および第2期間を繰り返して可視光を被験者に提示して測定された、前記被験者の脳電位を用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
複数の前記第2期間毎に、前記第2期間の終了後に最初に現れる前記脳電位の最大振幅を求める第1の機能と、
時系列の複数の前記最大振幅の変化程度を求める第2の機能と、
前記変化程度の最大値を決定する第3の機能と、
前記最大値として決定された変化程度の計算に使用された前記脳電位を測定したときの複数の前記点滅周波数を求め、これらの複数の点滅周波数を用いて第1周波数を決定する第4の機能と、
前記第1周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第2周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第5の機能とを実現させることを特徴とする精神的疲労の検出プログラム。
国際特許分類(IPC)
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JP2007148747thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) 2012年2月24日(金) 産総研 新技術説明会
ライセンス等を御希望の方又は特許の内容に興味を持たれた方は,下記「問合せ先」まで直接お問い合わせくださいますよう,お願い申し上げます。


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