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DYNAMIC BODY THREE-DIMENSIONAL MOTION DETECTION DEVICE AND DETECTION METHOD foreign

Patent code P130008655
File No. S2012-1056-N0
Posted date Mar 11, 2013
Application number P2012-203488
Publication number P2014-059654A
Patent number P6014890
Date of filing Sep 14, 2012
Date of publication of application Apr 3, 2014
Date of registration Oct 7, 2016
Inventor
  • (In Japanese)柴田 智広
  • (In Japanese)船谷 浩之
  • (In Japanese)中村 彰宏
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学
Title DYNAMIC BODY THREE-DIMENSIONAL MOTION DETECTION DEVICE AND DETECTION METHOD foreign
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method capable of automatically tracking three-dimensional motions of feature points such as limbs and a head part of a small animal such as a mouse, which can apply not only to a small animal but also to a general animal such as a human and a non-biological dynamic body such as a robot.
SOLUTION: A dynamic body three-dimensional motion detection device detects each point on a surface of a dynamic body 12 moving on the opposite side via a shield plate 11 which shields visible light but transmits infrared with an infrared depth sensor 13 in chronological order. The device connects adjacent points of each point detected at each time point with connection lines, expresses the surface of the dynamic body 12 with a mesh of connection lines. Feature points of the dynamic body 12 at each time point are extracted from the mesh, and the three-dimensional motion of the dynamic body is detected by the chronological change thereof.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

マウスは、製薬や医療分野等において、動物の自発的運動や刺激に対する反応等を研究するために用いられている。例えば、抗うつ剤等の薬品の開発においては投薬前後の運動の初期解析、脊椎損傷の研究においては損傷解析や治療効果の確認等がマウスを用いて行われる。

このような研究においては、マウスの運動を詳しく解析することが必要である。このため、マウスの運動の観察を自動化する試みがいくつかなされている。一つの方法はマーカーを使用するものであり、他の方法はマーカーを使用しないものである。前者の方法の一つが非特許文献1に記載されている。この方法では、マウスにマーカーを取り付け、マーカーの動きを撮影して、撮影画像を解析する。この方法ではマウスの正確な位置がわかるという利点があるものの、運動時、マーカーを常時マウスに固定しておかなければならないことから、マウスの運動を拘束するという問題がある。すなわち、マウスの通常の状態での観測には適していない。なお、特許文献1にはマーカーを用いて人間の四肢や頭部等の各部の動きを測定するモーションキャプチャー技術が開示されているが、これはそもそも運動体(運動者)の自然な動きを測定することを目的とするものではない。

マーカーを使用しない方法の一つは、ノルダス社(Noldus、オランダ)の「エソビジョンXT」(EthoVision XT)というビデオ運動解析システムである。これは、カラーのビデオ画像をベースに、マウスの頭部、重心及び臀部の3点を追跡(トラッキング)するものである(この方法を用いたマウスの運動解析が非特許文献2に記載されている)。マーカーを使用しない他の方法は、同じくノルダス社の「キャットウォークXT」(CatWalk XT)という歩行解析システムである。これは、細長い通路において、地面についた四肢を圧力で検出して歩行を解析するものである。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、例えばマウス等の小動物の動き、特にその頭や足等の特徴点の動き、を3次元的に検出する装置及び方法に関する。なお、本発明に係る装置及び方法は、小動物に限られることなく、人間等の一般の動物の他、ロボット等の非生物の動体についても適用可能である。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
a) 可視光を遮断し赤外線を透過する遮蔽板を介して反対側で動く動体の表面の各点を赤外線深度センサーで時系列的に検出するステップと、
b) 各時点において、検出した前記各点の隣接点間を接続線で結び、前記動体の表面を表すメッシュを作成するステップと、
c) 前記メッシュより、各時点における前記動体の特徴点を抽出するステップと、
d) 前記特徴点の時系列的変化により、前記動体の3次元的動きを検出するステップと
を有することを特徴とする動体3次元運動検出方法。

【請求項2】
 
前記特徴点の抽出が、
e) 検出した前記各点より、前記動体の中心点を特定するステップと、
f) 前記中心点より前記接続線を辿った距離が極大値を示す表面点を特徴点とするステップと
を有することを特徴とする請求項1に記載の動体3次元運動検出方法。

【請求項3】
 
さらに、
g) 時間的に前後の情報を用いることにより、冗長な特徴点を消去し、特徴点と前記動体のそれぞれの体部位を対応させるステップ
を有することを特徴とする請求項2に記載の動体3次元運動検出方法。

【請求項4】
 
前記動体がマウスであることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の動体3次元運動検出方法。

【請求項5】
 
動体の各部の動きを検出する装置であって、
a) 可視光を遮断し、赤外線を透過する遮蔽板と、
b) 該遮蔽板を介して動体の反対側に設けられる赤外線深度センサーと
を備え、
前記遮蔽板が水平に配置され、前記赤外線深度センサーが該遮蔽板の下から該遮蔽板上の動体を検出するように配置されていることを特徴とする動体3次元運動検出装置。

【請求項6】
 
更に、
c) 前記赤外線深度センサーで時系列的に検出された前記動体の表面の各点のデータを記憶する手段と、
d) 前記記憶されたデータに基づき、各時点において、検出した前記各点の隣接点間を接続線で結び、前記動体の表面を表す接続線のメッシュを作成する手段と、
e) 前記メッシュより、各時点における前記動体の特徴点を抽出する手段と
を備えることを特徴とする請求項5に記載の動体3次元運動検出装置。

【請求項7】
 
更に、
f) 前記特徴点の時系列的変化を画面上に表示する手段
を備えることを特徴とする請求項6に記載の動体3次元運動検出装置。

【請求項8】
 
前記特徴点抽出手段が、
e1) 各時点の前記動体表面の点のデータより、前記動体の中心点を特定する手段と、
e2) 前記中心点より前記接続線を辿った距離が極大値を示す表面点を検出し、それを特徴点とする手段と
を有することを特徴とする請求項6又は7に記載の動体3次元運動検出装置。

【請求項9】
 
さらに、
g) 時間的に前後の情報を用いることにより、冗長な特徴点を消去し、特徴点と前記動体のそれぞれの体部位を対応させる手段
を備えることを特徴とする請求項6~8のいずれかに記載の動体3次元運動検出装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2012203488thum.jpg
State of application right Registered
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