三波長光照度差ステレオカメラを用いた面法線ベクトル計測

はじめに

非接触・非侵襲な嚥下運動の解析法の確立は、食品・飲料の開発課程での飲み込みやすさの解析や、医療において嚥下障害の診断や嚥下食の開発など多方面で期待されている 。

嚥下運動解析手法はいくつか提案されているが、これらの手段は被験者の喉に接触式のセンサなどを取り付けたり、姿勢を固定したりする必要があり、被験者に負荷を与え、常飲状態での測定ができない。

そこで、非接触・非侵襲な計測を実現するために、カメラを用いることを考える。 本研究では、照度差ステレオ法を用いて喉表面の面法線ベクトルを求め、得られた面法線ベクトルを特徴量としてテンプレートマッチングを行うことにより、喉の動きを高精度に追跡し、嚥下運動の解析を行う手法について提案する。

喉の計測

喉周辺の画像を撮影した画像を用いて面法線ベクトルを求めた。照度差ステレオ法は対象物に一様に光が当たる必要があるため、手や顎の影ができないよう撮影した。

喉を撮影した時の面法線ベクトル計測結果を示す。図のように物体表面の面法線ベクトルを計測することが出来る。

左:撮影画像　右：面法線ベクトル

面法線ベクトルの色分け

このように喉仏（甲状軟骨）の面法線ベクトルを計測することで、喉の特徴を得ることが出来る。

甲状軟骨の追跡

甲状軟骨の追跡には、照度差ステレオ法で求めた面法線ベクトル量を特徴量としたテンプレートマッチングを用いた

追跡時のテンプレートとして、甲状軟骨の凹凸を含む面法線ベクトル列を用いる。

テンプレート

嚥下運動の測定

際に本手法によって甲状軟骨の追跡実験を行った。実験協力者に常温の水を飲ませ、のときの嚥下運動の様子を撮影し、甲状軟骨を追跡する。

その際の甲状軟骨の動きを追跡した結果を示す。

追跡結果

理想値と計測値を比較し、肥満の少ない20代男性5名の被験者での平均誤差で約1．6ピクセルの精度で追跡できることを確認した。