JP3837533B2 - 姿勢角処理装置および姿勢角処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、人が携帯することでその人の姿勢角の情報を正確に得ることのできる姿勢角処理装置および姿勢角処理方法に関するものであり、特に、被計測対象（携帯電話やＰＤＡなどの小型デバイス、人体など）の絶対姿勢角を装着可能な小型・軽量かつ、安価なセンサ群によって取得することのできる姿勢角処理装置および姿勢角処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、磁気センサと傾斜角センサ、あるいは重力加速度センサを用いて絶対姿勢角を取得する技術は知られている。また、角速度センサを用いて、ある絶対基準姿勢角からの相対的な姿勢変化を計測する技術は知られている。これらのセンサを組み合わせて、より正確に、ロバストに計測対象の絶対姿勢角を計測する試みがなされている。
【特許文献１】
特許第３０３８４５２号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１１４７９号公報
【０００３】
【解決しようとする課題】
しかしながら、磁気センサを用いて推定される地磁気ベクトルに基づいて現在の絶対姿勢角を計測する方法は、特に、屋内環境においては、さまざまな電子機器や建築構造物などによる磁場の乱れが存在するため、信頼できる地磁気を計測することが難しく、広範囲な環境下では、安定して正しく動作しない問題点があった。
【０００４】
また、ジャイロセンサと加速度センサを用いた相対姿勢角を計測する方法においては、基準となる絶対姿勢角から、ジャイロセンサが計測する角速度ベクトルと加速度センサが計測する加速度ベクトルを積算することによって、逐一絶対姿勢角を更新して相対姿勢角を推定するが、ジャイロセンサの出力に含まれるドリフト成分等の問題により、長期間継続して絶対姿勢角を取得し続けることは難しいという問題点があった。
【０００５】
航空機等に搭載される慣性航行装置（ＩＭＵ）に用いられるジャイロセンサ・加速度センサは非常に高い精度で、基準となる絶対姿勢角からの相対的な姿勢角変化を計測することが可能であるが、サイズ・重量と経済性の問題から、小型デバイスや人体への装着が困難であるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、磁場の乱れなどによって安定して信頼できる地磁気ベクトルを取得することが難しい環境下においても、例えば、人が携帯することでその人の姿勢角の情報を正確に得ることのできる姿勢角処理装置および姿勢角処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、本発明による姿勢角処理装置および姿勢角処理方法においては、次のような基本原理を用いて姿勢角処理装置および姿勢角処理方法が構成されることを特徴とするものである。
【０００８】
磁気センサが計測する磁気ベクトルと、重力加速度センサ（または傾斜角センサ）が計測する重力加速度ベクトルの成す角から、水平面と磁気ベクトルの成す角を算出することができるので、この成す角を現在地の位置情報（例えば、緯度・経度）に基づいて事前に用意されているデータベースから取り出される伏角（地磁気ベクトルと水平面の成す角）と比較する。伏角は、経度・緯度によって一意に定まる。例えば、国土地理院が発行している地磁気マップを用いることで伏角のデータベースを構築できる。磁気センサが地磁気ベクトルを正しく計測することができていれば、この二つは一致するはずである。この二つが一致しないとき、磁場の乱れが存在すると予想されるため、磁気センサの出力が信頼できないものと見なす。
【０００９】
そこで、本発明の基本原理においては、測定した伏角とデータベースの伏角と二つが一致するとき、磁気センサの出力が信頼できることを指示するツルー信号を出力し、それ以外の場合、信頼できないことを指示するフォールス信号を出力するように構成する。
【００１０】
計測した水平面と磁気ベクトルの成す角と、実際の伏角を定点においてのみ比較した場合には、偶然によって、この二つが一致することにより、信頼できない磁気ベクトルを信頼できるとする信号を出力してしまうこと（誤検出）がありうるので、本発明の基本原理においては、計測対象の連続的な移動を検出する装置を備えることにより、異なる地点における水平面と磁気ベクトルの成す角と実際の伏角との比較を連続的に行い、前述のような誤検出の可能性を小さくする。このような移動状態を検出する装置としては、計測対象が人である場合は、人の基本的な移動手段である歩行動作を検出する装置を用いる。歩行動作を検出するセンサとして、加速度センサを用いる。
【００１１】
このため、本発明の第１の態様においては、互いに直交する３軸の磁気ベクトルを計測する磁気センサと、互いに直交する３軸の重力加速度ベクトルを計測する重力加速度センサ、現在の絶対位置を取得する位置情報取得装置、絶対位置と地磁気伏角の対応を記憶している伏角データベース装置、前記磁気センサが計測した磁気ベクトルと前記重力加速度センサが計測した重力加速度ベクトルの成す角を算出して水平面と磁気ベクトルの成す角を算出し、前記位置情報取得装置により取得される現在位置に基づいて前記伏角データベース装置から取得される伏角を、前記水平面と磁気ベクトルの成す角と比較し、その誤差が一定範囲以内であれば、ツルー信号を出力し、それ以外の場合はフォールス信号を出力する伏角推定検証装置を備える。
【００１２】
本発明の第２の態様においては、第１の態様に加えて、計測対象の移動状態を検出する装置と、前記移動検出装置が既定の移動距離もしくは移動時間を越えて移動状態を検出していて、かつ、第１の態様の伏角推定検証装置がツルー信号を連続して出力しているときに、ツルー信号を出力し、それ以外の場合は、フォールス信号を出力する信号出力装置を備える。
【００１３】
本発明の第３の態様においては、第１の態様において、伏角推定検証装置がツルー信号を出力しているとき、前記磁気センサによって計測された磁気ベクトルを地磁気ベクトルと見なし、前記重力加速度センサによって計測された重力加速度ベクトルと前記磁気ベクトルから絶対姿勢角を推定して出力するように構成された絶対姿勢角推定装置を備える。地磁気ベクトルと重力加速度ベクトル（すなわち鉛直方向）が与えられていれば、センサの絶対姿勢角は原理的に一意に定まる。
【００１４】
本発明の第４の態様においては、第２の態様において、人を計測対象として念頭に置き、移動状態を検出する装置としては、人の歩行動作を検出する歩行動作検出装置を用いる。
【００１５】
本発明の第５の態様においては、第２の態様において、伏角推定検証装置がツルー信号を出力しているとき、磁気センサによって計測された磁気ベクトルを地磁気ベクトルと見なし、重力加速度センサによって計測された重力加速度ベクトルと磁気ベクトルから絶対姿勢角を算出する絶対姿勢角推定装置を備える。地磁気ベクトルと重力加速度ベクトル（すなわち鉛直方向）が与えられれば、センサの絶対姿勢角は原理的に一意に定まる。
【００１６】
本発明の第６の態様においては、第４の態様に加えて、互いに直交する３軸の加速度ベクトルを計測する加速度センサを備え、重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルから鉛直方向を検出し、前記加速度センサにより検出した加速度ベクトルの前記鉛直方向への成分により、人の歩行動作が作り出す典型的なパターンを検出すると共に、前記加速度ベクトルの前記鉛直方向に対して直交する平面への成分により人の歩行動作が作り出す典型的なパターンを検出し、これらのパターン検出結果を組み合わせることで、人の歩行動作を検出する歩行動作検出装置を備える。
【００１７】
本発明の第７の態様においては、第３の態様に加えて、互いに直交する３軸周りの角速度ベクトルを検出する角速度センサを備え、伏角推定検証装置がツルー信号を出力しているとき、絶対姿勢角推定装置が出力する絶対姿勢角を現在の絶対姿勢角として出力し、伏角推定検証装置がフォールス信号を出力しているときには、現在の絶対姿勢角として最後に出力された絶対姿勢角を基準として、前記角速度センサが計測する角速度ベクトルを積算して現在の絶対姿勢角を推定し出力する装置を備える。
【００１８】
また、本発明の第８の態様においては、第５の態様に加えて、互いに直交する３軸周りの角速度ベクトルを検出する角速度センサを備え、伏角推定検証装置がツルー信号を出力しているとき、絶対姿勢角推定装置が出力する絶対姿勢角を現在の絶対姿勢角として出力し、前記伏角推定検証装置がフォールス信号を出力しているとき、現在の絶対姿勢角として最後に出力された絶対姿勢角を基準として、前記角速度センサが計測する角速度ベクトルを積算して現在の絶対姿勢角を推定して出力する装置を備える。
【００１９】
本発明の第９の態様においては、まず、磁気ベクトルを計測して得られる互いに直交する３軸の磁気ベクトルと、重力加速度を計測して得られる互いに直交する３軸の重力加速度ベクトルから、前記磁気ベクトルと前記重力加速度ベクトルの成す角、すなわち、水平面と磁気ベクトルの成す角を、磁気ベクトルの俯角算出手段を用いて算出し、この算出演算と並行して、位置情報取得して得られる現在地の絶対位置を検索キーとして、伏角データベースが格納されたデータベースを参照して、現在位置における地磁気の伏角を取得する。水平面と磁気ベクトルの成す角と、取得した伏角とを比較処理手段によって比較し、この比較した誤差が一定範囲以内であれば、前記磁気ベクトルを信頼できることをあらわすツルー信号を出力し、それ以外の場合は、前記磁気ベクトルは信頼できないことをあらわすフォールス信号を出力する。
【００２０】
本発明の第１０の態様は、第９の態様においては、水平面と磁気ベクトルの成す角と実際の伏角を定点においてのみ比較しているため、偶然によって、この二つが一致することにより、信頼できない磁気ベクトルを信頼できることをあらわすツルー信号を出力してしまう（誤検出）ことがありえることに対するために構成なされたものであり、この第１０の態様では、第９の態様に加えて、計測対象の連続的な移動を検出する移動検出手段を用いて、前記移動検出手段が連続的な移動を検出し、かつ、ツルー信号を連続して出力しているときに、ツルー信号を出力し、それ以外のときはフォールス信号を出力するように構成する。これにより、異なる地点における水平面と磁気ベクトルの成す角と実際の伏角との比較を連続的に行うことで、誤検出の可能性を小さくすることができる。
【００２１】
本発明の第１１の態様においては、第９の態様に加えて、磁気センサから得られる磁気ベクトルを地磁気ベクトルとみなし、前記地磁気ベクトルと、前記重力加速度センサから得られる重力加速度ベクトルを組み合わせることで、現在の絶対姿勢角を推定して出力し、現在の磁気センサの出力が信頼できることをあらわすツルー信号を出力しているときに、前記絶対姿勢角の出力が信頼できることをあらわすツルー信号を出力し、それ以外の場合、前記絶対姿勢角の出力が信頼できないことをあらわすフォールス信号を出力する。
【００２２】
本発明の第１２の態様においては、第１０の態様において、計測対象として、人もしくは人に装着された装置を想定して、連続的な移動を検出する移動検出手段として、人の歩行動作を検出する歩行動作検出手段を用いる。
【００２３】
本発明の第１３の態様においては、第１０の態様に加えて、磁気センサから得られる磁気ベクトルを地磁気ベクトルとみなし、前記地磁気ベクトルと、重力加速度センサから得られる重力加速度ベクトルを組み合わせることで、前記絶対姿勢角推定手段を用いて現在の絶対姿勢角を推定して出力する。現在の磁気センサの出力が信頼できることをあらわすツルー信号を出力しているときに、前記絶対姿勢角の出力を信頼できることをあらわすツルー信号を出力し、それ以外の場合、前記絶対姿勢角の出力を信頼できないことをあらわすフォールス信号を出力する。
【００２４】
本発明の第１４の態様においては、第１２の態様において、加速度ベクトルを計測し、人の歩行動作が作り出す典型的な加速度パターンを検出することで、歩行動作の有無を検出する。人の歩行動作は、鉛直方向と進行方向への加速度成分に特徴的なパターンを示すので、これを判定する。このため、鉛直方向を検出する目的で、重力加速度センサ（または傾斜角センサ）が用いられる。前記加速度センサの出力のうち、鉛直方向に直交する平面（すなわち水平面）上への投影成分であって、時系列上で振幅が最大となる方向を進行方向とみなし、この方向への加速度成分に現れるパターンを検出することで、鉛直方向への加速度成分を単独で観察するよりも精度良く人の歩行動作を検出することが可能となる。
【００２５】
本発明の第１５の態様においては、第１１の態様に加えて、互いに直交する３軸周りの角速度ベクトルを計測する角速度ベクトル計測手段を備え、現在の絶対姿勢角の出力が信頼できることをあらわすツルー信号を出力しているとき、前記絶対姿勢角を基準絶対姿勢角として取得し、現在の絶対姿勢角として出力し、それ以外の場合は、前記基準絶対姿勢角と角速度ベクトル計測手段より得られる角速度ベクトルを積算することで、前記基準絶対姿勢角を更新し、出力する。
【００２６】
本発明の第１６の態様においては、第１３の態様に加えて、角速度ベクトルを計測する手段を備え、現在の絶対姿勢角の出力が信頼できることをあらわすツルー信号を出力しているとき、前記絶対姿勢角を基準絶対姿勢角として取得し、現在の絶対姿勢角として出力し、それ以外の場合は、前記基準絶対姿勢角と角速度ベクトルを計測する手段より得られる角速度ベクトルを積算することで、前記基準絶対姿勢角を更新し出力する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例を示すブロック図である。図１に示す実施例において、磁気センサ１０１は、計測対象における３軸の磁気ベクトルを計測する装置である。例えば、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社から販売されている磁気センサのＨＭＣ１０５２とＨＭＣ１０５１Ｚなどを組み合わせて構成する。重力加速度センサ１０２は、計測対象における互いに直交する３軸の重力加速度ベクトルを計測する装置である。これは、例えば、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社から販売されている加速度センサであるＡＤＸＬ２０２Ｅとディジタルフィルタなどを用いて構成する。あるいは、ＭｉｃｒｏＳｔｒａｉｎ社が製造販売しているセンサモジュール３ＤＭ−Ｇを用いる。
【００２８】
位置情報取得装置１０３は、計測対象の絶対位置を取得する装置であり、これは、例えば、ＧＰＳ衛星からの信号を受信する装置が用いられる。または、携帯電話やＰＨＳなどの基地局情報を取得する装置が用いられる。別の例として、ビーコンとなる電波信号や赤外線信号の受信装置を用いるか、ＣＣＤカメラなどによって撮影された画像と、事前に撮影位置情報が登録された画像データベースの画像群とを照合することによって現在位置を取得する装置などを用いる。このような装置を用いることにより、現在地の絶対位置を正規化された表現（例えば、経度・緯度表記）で取得することができる。
【００２９】
磁気ベクトルの俯角算出装置１０４は、磁気センサ１０１から得られた３軸の磁気ベクトルと重力加速度センサ１０２から得られた３軸の重力加速度ベクトルから、磁気ベクトルと重力加速度ベクトルの成す角を算出し、その結果から水平面と前記磁気ベクトルを算出する装置である。専用の演算回路ないしは、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。地磁気ベクトルと重力加速度ベクトルと水平方向との関係は、図３４に示すような関係となっており、これらの関係から、地磁気ベクトルと重力加速度ベクトルから、伏角、水平方向などを判定する。
【００３０】
現在地伏角取得装置１０６は、位置情報取得装置１０３から得られた絶対位置を、位置の汎用的な表記方式（例えば、経度・緯度表現）に変換し、この表記方式をキーとして、伏角データベース装置１０７に問い合わせを発行し、リプライとして、現在地における地磁気伏角を取得する専用の演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。
【００３１】
伏角データベース装置１０７は、絶対位置とその位置における伏角が結び付けられたデータベースと、そのデータ照合・取り出し機構を備える装置である。これらのデータベースのデータを格納した磁気ディスクあるいは光ディスク等の記憶媒体と、絶対位置をキーとして地磁気伏角を取得する専用の演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。伏角データベース装置１０７に格納されるデータベースのデータ形式としては、例えば、図３５に示すように、絶対位置と伏角が対応付けられたテーブル形式が用いられる。
【００３２】
比較処理および信号出力装置１０５は、現在地伏角取得装置１０６から入力される伏角と、磁気ベクトルの俯角算出装置１０４から入力される俯角を比較し、その誤差が一定範囲内であれば、ツルー信号を出力し、それ以外であれば、フォールス信号を出力する装置である。比較・条件分岐演算と出力の機能を備えた専用の演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。装置１１０は、処理モジュールとして構成され、磁気ベクトルの俯角算出装置１０４と、比較処理および信号出力装置１０５と、現在地伏角取得装置１０６と、伏角データベース装置１０７とから構成され、本発明の一実施例の姿勢角処理装置を構成する。
【００３３】
図２は、本発明の第２の実施例を示すブロック図である。図２に示す実施例において、参照符号は第１の実施例と同じものは同じ符号を付けて示している。移動検出装置２０１は、計測対象が移動しているかどうかを検出する装置である。計測対象が自動車であれば、例えば車速計を用いることができる。計測対象が航空機であれば、例えばＧＰＳ衛星から得られる絶対位置情報の時系列変化（前時刻における位置と現在時刻における位置の間の移動ベクトル）を求める装置あるいは対気速度計を用いることができる。計測対象が人間であれば、歩数計を用いることができる。装置１１０は、図１において説明された処理モジュールである。具体的には、前述したように、磁気ベクトルの俯角算出装置１０４と、比較処理および信号出力装置１０５と、現在地伏角取得装置１０６と、伏角データベース装置１０７とから構成されている。
【００３４】
信号出力装置２０２は、移動検出装置２０１が計測対象の連続的な移動を検出しており、それと同時に、前述の処理モジュールの装置１１０が連続してツルー信号を出力しているときのみ、ツルー信号を出力し、それ以外の場合、フォールス信号を出力する装置である。信号出力装置２０２は、比較・条件分岐演算と一時記憶装置を備えた専用の演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。
【００３５】
図３は、本発明の第３の実施例を示すブロック図である。図３に示す実施例においては、重力加速度センサ１０２から得られる３軸の重力加速度ベクトルにより水平面が得られ、磁気センサ１０１から得られる３軸の磁気ベクトルを地磁気ベクトルと見なすことによって、水平面と地磁気ベクトルから現在の絶対姿勢角が算出される。絶対姿勢角推定装置３０１は、この絶対姿勢角の算出のための演算および出力を行う装置であり、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。絶対姿勢角推定装置３０１と装置１１０を組み合わせた装置３１０は、処理モジュールとして構成され、装置３１０は、装置１１０の出力信号が、絶対姿勢角推定装置３０１が算出・出力する絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす信号として用いられる。
【００３６】
図４は、本発明の第４の実施例を示すブロック図である。図４に示す実施例においては、重力加速度センサ１０２から得られる３軸の重力加速度ベクトルにより水平面が得られ、磁気センサ１０１から得られる３軸の磁気ベクトルを地磁気ベクトルと見なし、位置情報取得装置１０３から得られる現在位置に基づいて現在地偏角取得装置３０３から地磁気ベクトルの偏角を取得し、この偏角と前記地磁気ベクトル、前記水平面に基づいて、偏角補正および絶対姿勢角推定装置３０２により、絶対姿勢角が取得される。現在地偏角取得装置３０３は、絶対位置から偏角を得るための偏角データベース装置３０４を備える。この偏角は地球上の絶対位置によって一意に定まるものであり、例えば、国土地理院が発行している地磁気マップなどを参照することで、各地点（絶対位置）における偏角を求めるための偏角データベースを構成する。
【００３７】
偏角データベース装置３０４には、絶対位置（例えば、経度・緯度）とその地点における偏角を対応付けるデータが格納されている。現在地偏角取得装置３０３は、位置情報取得装置１０３から得られる絶対位置に基づいて、前記絶対位置に対応する偏角を、偏角データベース装置３０４から取得する。現在地偏角取得装置３０３は、位置情報取得装置１０３から得られた絶対位置を、位置の汎用的な表記方式（例えば、経度・緯度表現）に変換し、この表記方式をキーとして、偏角データベース装置３０４に問い合わせを発行し、リプライとして、現在地における偏角を取得する。演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。偏角データベース装置３０４は、絶対位置とその位置における偏角が結び付けられたデータベースとそのデータ照合・取り出し機構を備える装置であり、これらの偏角データベースのデータを格納した磁気ディスクあるいは光ディスク等の記憶媒体と、絶対位置をキーとして地磁気伏角を取得するための演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。格納されるデータの形式としては、例えば、図３６に示すように、絶対位置と偏角が対応付けられたテーブル形式が用いられる。
【００３８】
偏角補正および絶対姿勢角推定装置３０２は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。本実施例における装置３２０は、処理モジュールとして構成され、装置１１０，現在地偏角取得装置３０３、および偏角補正および絶対姿勢角推定装置３０２の組み合わせから構成される。装置３２０は、装置１１０から出力される信号を、絶対姿勢角推定装置３０１が算出し出力する絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす信号として用いられる。
【００３９】
図５は、本発明の第５の実施例を示すブロック図である。図５に示す実施例においては、図２に示した第２の実施例における移動検出装置２０１が、歩行動作検出装置４０１に置き換わったものである。歩行動作検出装置４０１は、歩行者の腰部などに装着された加速度センサを用いて鉛直もしくは進行方向への加速度変化を計測することで歩行動作を検出する。別の構成では、歩行動作検出装置４０１は、歩行者の腰部などに装着された角速度センサを用いて、ピッチもしくはヨー方向への角速度変化を計測することで、歩行動作を検出する構成とする。
【００４０】
図６は、本発明の第６の実施例を示すブロック図である。図６に示す実施例においては、重力加速度センサ１０２から得られる３軸の重力加速度ベクトルにより水平面が得られ、磁気センサ１０１から得られる３軸の磁気ベクトルを地磁気ベクトルと見なすことによって、水平面と地磁気ベクトルから現在の絶対姿勢角が算出される。絶対姿勢角推定装置５０１は、この絶対姿勢角を算出するための演算および出力を行う装置であり、演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。本実施例における装置５１０は、処理モジュールとして構成され、装置２１０および絶対姿勢角推定装置５０１の組み合わせから構成される。装置２１０から出力される信号は、絶対姿勢角推定装置５０１が算出して出力する絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす信号として用いられる。
【００４１】
図７は、本発明の第７の実施例を示すブロック図である。図７に示す実施例においては、重力加速度センサ１０２から得られる３軸の重力加速度ベクトルにより水平面が得られ、磁気センサ１０１から得られる磁気ベクトルを３軸の地磁気ベクトルと見なし、位置情報取得装置１０３から得られる現在位置に基づいて現在地偏角取得装置５０３から地磁気ベクトルの偏角を取得し、この偏角と前記地磁気ベクトル、前記水平面に基づいて、偏角補正および絶対姿勢角推定装置５０２により、絶対姿勢角が取得される。現在地偏角取得装置５０３には、偏角データベース装置５０４が備えられる。偏角データベース装置５０４には、絶対位置（例えば、経度・緯度）とその地点における偏角を対応付けるデータが格納されている。現在地偏角取得装置５０３は、位置情報取得装置１０３から得られる絶対位置に基づいて、前記絶対位置に対応する偏角を、偏角データベース装置５０４から取得する。偏角補正および絶対姿勢角推定装置５０２は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。本実施例における装置５２０は、処理モジュールとして構成され、装置２１０，現在地偏角取得装置５０３、および偏角補正および絶対姿勢角推定装置５０２の組み合わせから構成される。装置２１０から出力される信号は、絶対姿勢角推定装置５０２が算出して出力する絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす信号として用いられる。
【００４２】
図８は、本発明の第８の実施例を示すブロック図である。図８に示す実施例においては、図５に示した第５の実施例における歩行動作検出装置４０１が、重力加速度センサ１０２から得られる重力加速度ベクトルと、加速度センサ６０１から得られる加速度ベクトルにより歩行動作を検出する歩行動作検出装置６０２に置き換えられたものである。このため、装置の構成としては、加速度センサ６０１と歩行動作検出装置６０２とが設けられている。歩行動作検出装置６０２は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と歩行動作検出のための処理プログラムの組み合わせによって実現される。
【００４３】
図９は、本発明の第９の実施例を示すブロック図である。図９に示す実施例においては、第３の実施例の構成（図３）または第４の実施例の構成（図４）に加えて、角速度センサ７０１と角速度積算および絶対姿勢角推定装置７０２とが備えられた構成となっている。角速度センサ７０１は、計測対象の３軸周りの角速度ベクトルを計測するものであり、例えば、（株）村田製作所から販売されているジャイロセンサＥＮＣ−０３Ｊを３個組み合わせることによって構成する。角速度積算および絶対姿勢角推定装置７０２は、装置３１０または装置３２０から出力される、基準となる絶対姿勢角（出力１）と、この絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす信号（出力２：ツルー信号またはフォールス信号）の２つを入力とし、現在の絶対姿勢角を出力とする。角速度積算および絶対姿勢角推定装置７０２は、出力２の信号がツルー信号であるとき、出力１から得られる絶対姿勢角を基準用の絶対姿勢角としてセットし、現在の絶対姿勢角として出力する。出力２の信号がフォールス信号であるとき、出力１として最後に出力された（出力２がツルー信号を出力している出力１として出力された）基準用の絶対姿勢角を角速度センサ７０１によって計測される角速度ベクトルに基づいて更新し、その更新結果を現在の絶対姿勢角として出力する。
【００４４】
図１０は、本発明の第１０の実施例を示すブロック図である。図１０に示す実施例においては、第６の実施例（図６）または第７の実施例（図７）に示した実施例の構成に加えて、角速度センサ８０１と、角速度積算および絶対姿勢角推定装置８０２を備えた構成の装置となっている。角速度センサ８０１は計測対象の３軸周りの角速度ベクトルを計測するものである。角速度積算および絶対姿勢角推定装置８０２は、装置５１０または装置５２０から出力される基準となる絶対姿勢角（出力１）と、この絶対姿勢角（出力１）が信頼できるかどうかをあらわす信号（出力２：ツルー信号またはフォールス信号）の２つを入力とし、現在の絶対姿勢角を出力とする。角速度積算および絶対姿勢角推定装置７０２は、出力２の信号がツルー信号であるとき、出力１から得られる絶対姿勢角を基準絶対姿勢角としてセットし、現在の絶対姿勢角として出力する。出力２の信号がフォールス信号であるとき、出力１として最後に出力された（出力２がツルー信号を出力している出力１として出力された）基準用の絶対姿勢角を角速度センサ８０１によって計測される角速度ベクトルに基づいて更新し、その更新結果を現在の絶対姿勢角として出力する。
【００４５】
図１１は、本発明の第１１の実施例を示すブロック図である。図１１に示す実施例において、磁気ベクトル計測手段９０１は、計測対象における３軸の磁気ベクトルを計測する手段であり、これは、例えば、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社が販売している磁気センサであるＨＭＣ１０５２とＨＭＣ１０５１Ｚなどと、そのセンサデータを読み込むＡ／Ｄ変換ポートを備えたマイコンなどを用いて構成する。重力加速度ベクトル計測手段９０２は、計測対象における３軸の重力加速度ベクトルを計測する装置であり、これは、例えば、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社から販売されている加速度センサであるＡＤＸＬ２０２Ｅなどと、そのセンサデータを読み込むＡ／Ｄ変換ポートを備えたマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）およびそのディジタルデータに対するフィルタプログラムを組み合わせて構成する。位置情報取得手段９０３は、計測対象の絶対位置を取得する手段であり、これは、例えば、ＧＰＳ衛星からの信号を受信する装置を用いて現在地の経度・緯度を取得することで構成する。磁気ベクトルの俯角算出装置９０４は、磁気ベクトル計測手段９０１から得られた３軸の磁気ベクトルと重力加速度ベクトル計測手段９０２から得られた３軸の重力加速度ベクトルから、磁気ベクトルと重力加速度ベクトルの成す角を算出し、その結果から水平面と前記磁気ベクトルを算出する。これらは演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。現在地伏角取得手段９０６は、位置情報取得手段９０３から得られた絶対位置を、位置データを表現する汎用的な表記方式（例えば、経度・緯度表現）に変換し、この表記方式をキーとして、伏角データベース格納・参照手段９０７に問い合わせを発行し、リプライとして、現在地における地磁気伏角を取得する演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。伏角データベース格納・参照手段９０７は、絶対位置とその位置における伏角が結び付けられたデータベースとそのデータ照合・取り出し機構を備える装置であり、これらのデータを格納した磁気ディスクあるいは光ディスク等の記憶媒体と、絶対位置をキーとして地磁気伏角を取得する演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。格納されるデータの形式としては、前述したように、例えば、図３６に示すようなテーブル形式を用いる。比較処理手段９０５は、現在地伏角取得手段９０６から入力される伏角と、磁気ベクトルの俯角算出手段９０４から入力される俯角を比較する手段であり、出力手段９０８は、比較処理手段９０５による比較の誤差が一定範囲内であれば、ツルー信号を出力し、それ以外であれば、フォールス信号を出力する処理手段であり、これらは、比較・条件分岐演算と出力を備えた演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。
【００４６】
上記の実施例における各手段による処理は、汎用計算機のプログラム処理によっても実現される。次に、このようなプログラム処理による処理の流れについて説明する。
【００４７】
図１２に示すフローチャートは、第１１の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。ここで処理では、まず、ステップＳ１０１において３軸の磁気ベクトルを取得し、ステップＳ１０２において３軸の重力加速度ベクトルを取得し、次に、ステップＳ１０３において磁気ベクトルと重力加速度ベクトルとの成す角を算出する。この磁気ベクトルと重力加速度ベクトルとの成す角は水平面に対する前記磁気ベクトルの俯角である。このため、ステップＳ１０４において、現在地の絶対位置を取得し、次のステップＳ１０５において、取得した絶対位置に基づいて現在地の地磁気伏角を取得し、ステップＳ１０６において、俯角と地磁気伏角を比較する。この誤差が一定範囲内の場合には、ステップＳ１０７に遷移し、それ以外の場合、ステップＳ１０８に遷移する。
【００４８】
そして、ステップＳ１０７に遷移した場合は、このモジュールＭ１１０の出力として、ツルー（ツルー信号）を出力する。ステップＳ１０８に遷移した場合には、このモジュールＭ１１０の出力として、フォールス（フォールス信号）を出力する。
【００４９】
図１３は、本発明の第１２の実施例を示すブロック図である。図１３に示す実施例において、移動検出手段１００１は、計測対象が移動しているかどうかを検出する手段であり、計測対象が自動車であれば車速計を用いることで、計測対象が航空機であればＧＰＳ衛星から得られる絶対位置情報の時系列変化（前時刻における位置と現在時刻における位置の間の移動ベクトル）を求めることで、計測対象が航空機の場合には対気速度計を用いることで、あるいは計測対象が人間であれば歩数計などを用いて、計測対象が移動しているかどうかを検出する。出力手段１００２は、移動検出手段１００１が計測対象の連続的な移動を検出しており、それと同時に処理手段９１０も連続してツルー信号を出力している場合、ツルー信号を出力し、それ以外の場合、フォールス信号を出力する。出力手段２０２は、比較・条件分岐演算と一時記憶装置を備えた演算回路ないしはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。
【００５０】
上記の実施例における各手段による処理は、汎用計算機のプログラム処理によっても実現される。次に、このようなプログラム処理による処理の流れについて説明する。
【００５１】
図１４に示すフローチャートは、第１２の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。ここで処理では、まず、ステップＳ２０１において、図１２に示したモジュールＭ１１０から出力される出力（ツルー信号またはフォールス信号）を取得し、ステップＳ２０２において、移動検出手段から移動状態を取得する。次に、ステップＳ２０３において、ステップＳ２０１で取得された出力がツルー信号であり、かつ、ステップＳ２０２で取得された移動状態が移動中であることを示しているとき、ステップＳ２０４へ遷移する。それ以外のとき、ステップＳ２０７へ遷移する。ステップＳ２０４において、連続してステップＳ２０４へ遷移した回数をカウントする変数Ｎを１だけ増加させる。次のステップＳ２０５において、既定の下限回数Ｍと変数Ｎを比較し、変数Ｎの方が大きいとき、ステップＳ２０６へ遷移する。それ以外のとき、ステップＳ２０８へ遷移する。ステップＳ２０７においては、変数Ｎを０にリセットする。ステップＳ２０６において、このモジュールＭ２１０の出力として、ツルー信号を出力し、ステップＳ２０８においては、このモジュールＭ２１０の出力として、フォールス信号を出力する。
【００５２】
図１５は、本発明の第１３の実施例を示すブロック図である。図１５に示す実施例において、重力加速度ベクトル計測手段９０２から得られる３軸の重力加速度ベクトルにより水平面が得られ、磁気ベクトル計測手段９０１から得られる３軸の磁気ベクトルを地磁気ベクトルと見なすことによって、水平面と地磁気ベクトルから現在の絶対姿勢角を算出する。絶対姿勢角推定手段１１０１は、この算出演算および出力を行う手段であり、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。この実施例における処理手段１１１０においては、処理手段９１０の出力を、絶対姿勢角推定手段１１０１が算出して出力する絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす出力として用いる。
【００５３】
上記の実施例における各手段による処理は、汎用計算機のプログラム処理によっても実現される。次に、このようなプログラム処理による処理の流れについて説明する。
【００５４】
図１６に示すフローチャートは、第１３の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。この処理では、まず、ステップＳ３０１において、３軸の磁気ベクトルを取得し、次のステップＳ３０２において、３軸の重力加速度ベクトルを取得する。そして、ステップＳ３０３において、ステップＳ３０１で取得された磁気ベクトルを地磁気ベクトルであると見なし、ステップＳ３０２で取得された重力加速度ベクトルと前記地磁気ベクトル（磁気ベクトル）に基づいて現在の絶対姿勢角を算出する。次に、ステップＳ３０４において、モジュールＭ１１０から出力（ツルーまたはフォールス）を取得し、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０３の処理により算出された絶対姿勢角を、このモジュールＭ３１０の出力１として出力する。そして、次のステップＳ３０６では、ステップＳ３０４で取得された出力（ツルーまたはフォールス）を、ステップＳ３０５で出力された絶対姿勢角ができるかどうかをあらわす信号（ツルー信号またはフォールス信号）とし、このモジュールＭ３１０の出力２として、出力する。
【００５５】
図１７は、本発明の第１４の実施例を示すブロック図である。図１７に示す実施例においては、重力加速度ベクトル計測手段９０２から得られる３軸の重力加速度ベクトルにより水平面が得られ、磁気ベクトル計測手段９０１から得られる３軸の磁気ベクトルを地磁気ベクトルと見なし、位置情報取得手段９０３から得られる現在位置に基づいて現在地偏角取得手段１１０３から地磁気ベクトルの偏角を取得して、この偏角と前記地磁気ベクトル、前記水平面に基づいて、偏角補正および絶対姿勢角推定手段１１０２によって、絶対姿勢角を取得する。このため、現在地偏角取得手段１１０３は、偏角データベース格納・参照手段１１０４を備えている。なお、偏角は地球上の絶対位置によって一意に定まる。例えば、国土地理院が発行している地磁気マップなどを参照することで、各地点における偏角を求めることができる。偏角データベース格納・参照手段１１０４には、絶対位置（例えば、経度・緯度）とその地点における偏角を対応付けるデータが格納されている。現在地偏角取得手段１１０３は、位置情報取得装置９０３から得られる絶対位置に基づいて、この絶対位置に対応する偏角を、偏角データベース格納・参照手段１１０４から取得する。偏角補正および絶対姿勢角推定手段１１０２は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。この実施例における処理手段１１２０では、処理手段９１０の出力を、偏角補正および絶対姿勢角推定手段１１０２が算出・出力する絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす出力として用いる。処理手段１１２０は処理モジュールとして構成される。
【００５６】
上記の実施例における各手段による処理は、汎用計算機のプログラム処理によっても実現される。次に、このようなプログラム処理による処理の流れについて説明する。
【００５７】
図１８に示すフローチャートは、第１４の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。この処理では、まず、ステップＳ３１１において３軸の磁気ベクトルを取得し、ステップＳ３１２において３軸の重力加速度ベクトルを取得し、ステップＳ３１３において現在地の絶対位置を取得する。次に、ステップＳ３１４において、ステップＳ３１３で取得された絶対位置に基づいて現在地の地磁気の偏角を取得する。そして、次のステップＳ３１５において、ステップＳ３１１で取得した磁気ベクトルを、ステップＳ３１４で取得した偏角を補正した後、ステップＳ３１２で取得した重力加速度ベクトルと、補正後の磁気ベクトルを正しく北の方角を指す地磁気ベクトルと見なして、現在の絶対姿勢角を算出する。そして、ステップＳ３１６では、モジュールＭ１１０（図１２）からの出力（ツルー信号またはフォールス信号）を取得し、次のステップＳ３１７において、ステップＳ３１５において算出された絶対姿勢角を、この処理モジュールＭ３２０の出力１として出力する。次のステップＳ３１８においては、ステップＳ３１６で取得された出力（ツルー信号またはフォールス信号）を、ステップＳ３１７において出力した絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわすものとして用いる。すなわち、処理モジュールＭ３２０の出力２として出力する。
【００５８】
図１９は、本発明の第１５の実施例を示すブロック図である。図１９に示す実施例は、図１３に示した第１２の実施例における移動検出手段１００１を、歩行動作検出手段１２０１に置き換えたものである。ここでの歩行動作検出手段１２０１は、歩行者の腰部などに装着された加速度センサを用いて鉛直方向と進行方向への加速度変化のいずれか、もしくはその両方を計測することにより、もしくは、歩行者の腰部などに装着された角速度センサを用いてピッチもしくはヨー方向への角速度変化を計測して、歩行動作が作り出す典型的な時系列パターンと照合することにより、歩行動作を検出するものとなっている。
【００５９】
上記の実施例における各手段による処理は、汎用計算機のプログラム処理によっても実現される。次に、このようなプログラム処理による処理の流れについて説明する。
【００６０】
図２０に示すフローチャートは、第１５の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。この処理では、まず、ステップＳ４０１において、図１２に示したモジュールＭ１１０から出力（ツルー信号またはフォールス信号）を取得し、次のステップＳ４０２において、歩行動作検出手段から移動状態を取得する。次に、ステップＳ４０３において、ステップＳ４０１で取得された出力がツルーであり、かつ、ステップＳ４０２で取得された移動状態が移動中であることを示しているとき、ステップＳ４０４へ遷移する。それ以外のとき、ステップＳ４０７へ遷移する。ステップＳ４０４では、連続してＳ４０４へ遷移した回数をカウントする変数Ｎを１だけ増加させる。次のステップＳ４０５では、既定の下限回数Ｍと変数Ｎを比較し、変数Ｎの方が大きいとき、ステップＳ４０６へ遷移する。それ以外のとき、ステップＳ４０８へ遷移する。ステップＳ４０３から遷移したステップＳ４０７では、変数Ｎを０にリセットする。ステップＳ４０６においては、このモジュールＭ４１０の出力として、ツルー信号を出力し、ステップＳ４０８においては、このモジュールＭ４１０の出力として、フォールス信号を出力する。
【００６１】
図２１は、本発明の第１６の実施例を示すブロック図である。図２１に示す実施例において、重力加速度ベクトル計測手段９０２から得られる３軸の重力加速度ベクトルにより水平面が得られ、磁気ベクトル計測手段９０１から得られる３軸の磁気ベクトルを地磁気ベクトルと見なすことによって、水平面と地磁気ベクトルから現在の絶対姿勢角を算出する。絶対姿勢角推定手段１３０１は、この算出演算および出力を行う手段であり、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。この本実施例における処理手段１３１０においては、処理手段１０１０の出力を、絶対姿勢角推定手段１３０１が算出・出力する絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす出力として用いる。
【００６２】
上記の実施例における各手段による処理は、汎用計算機のプログラム処理によっても実現される。次に、このようなプログラム処理による処理の流れについて説明する。
【００６３】
図２２に示すフローチャートは、第１６の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。この処理では、まず、ステップＳ５０１において３軸の磁気ベクトルを取得し、ステップＳ５０２において３軸の重力加速度ベクトルを取得する。ステップＳ５０３においては、ステップＳ５０１で取得された磁気ベクトルを地磁気ベクトルとみなし、前記地磁気ベクトル（磁気ベクトル）とステップＳ５０２で取得された重力加速度ベクトルに基づいて、現在の絶対姿勢角を算出する。ステップＳ５０４において、モジュールＭ２１０の出力（ツルーまたはフォールス）を取得する。そして、ステップＳ５０５において、ステップＳ５０３で算出された絶対姿勢角を、このモジュールＭ５１０の出力１として出力する。次のステップＳ５０６においては、ステップＳ５０４で取得された出力（ツルーまたはフォールス）を、ステップＳ５０５において出力された絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす信号（ツルー信号またはフォールス信号）とし、この信号を、モジュールＭ５１０の出力２として出力する。
【００６４】
図２３は、本発明の第１７の実施例を示すブロック図である。図２３に示す実施例においては、重力加速度ベクトル計測手段９０２から得られる３軸の重力加速度ベクトルにより水平面が得られので、磁気ベクトル計測手段９０１から得られる３軸の磁気ベクトルを地磁気ベクトルと見なし、位置情報取得手段９０３から得られる現在位置に基づいて現在地偏角取得手段１３０３から地磁気ベクトルの偏角を取得し、この偏角と地磁気ベクトル、重力加速度ベクトルにより得られた水平面に基づいて、偏角補正および絶対姿勢角推定手段１３０２により、絶対姿勢角を算出して出力する。現在地偏角取得手段１３０３は、偏角データベース格納・参照手段１３０４を備える。偏角データベース格納・参照手段１３０４とは、絶対位置（例えば、経度・緯度）とその地点における偏角を対応付けるデータが格納されている。現在地偏角取得手段１３０３は、位置情報取得手段９０３から得られる絶対位置に基づいて、前記絶対位置に対応する偏角を、偏角データベース格納・参照手段１３０４から取得する。偏角補正および絶対姿勢角推定装置１３０２は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と汎用計算機のプログラムの組み合わせ等によって実現される。この実施例における処理手段１３２０では、処理手段１０１０の出力を、偏角補正および絶対姿勢角推定手段１３０２が算出、出力する絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす出力として用いる。
【００６５】
上記の実施例における各手段による処理は、汎用計算機のプログラム処理によっても実現される。次に、このようなプログラム処理による処理の流れについて説明する。
【００６６】
図２４に示すフローチャートは、第１７の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。この処理では、まず、ステップＳ５１１において３軸の磁気ベクトルを取得し、ステップＳ５１２において３軸の重力加速度ベクトルを取得し、ステップＳ５１３において現在地の絶対位置を取得する。ステップＳ５１４において、ステップＳ５１３で取得された絶対位置に基づいて現在地の地磁気の偏角を取得する。ステップＳ５１５において、Ｓ５１１で取得された磁気ベクトルについて、ステップＳ５１４で取得された偏角分を補正し、補正後の磁気ベクトルを偏角補正後の地磁気ベクトルと見なし、前記地磁気ベクトルとステップＳ５１２において取得された重力加速度ベクトルに基づいて、現在の絶対姿勢角を算出する。ステップＳ５１６において、モジュールＭ２１０（ツルーまたはフォールス）の出力を取得する。ステップＳ５１７において、ステップＳ５１５で算出された現在の絶対姿勢角を、このモジュールＭ５２０の出力１として出力する。ステップＳ５１８において、ステップＳ５１６で取得された出力を、ステップＳ５１７で出力された絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす信号（ツルー信号またはフォールス信号）とし、このモジュールＭ５２０の出力２として出力する。
【００６７】
図２５は、本発明の第１８の実施例を示すブロック図である。図２５に示す実施例は、図１９に示した第１５の実施例における歩行動作検出手段１２０１を、重力加速度ベクトル計測手段９０２と加速度ベクトル計測手段１４０１、歩行動作検出手段１４０２で置き換えたものである。
【００６８】
上記の実施例における各手段による処理は、汎用計算機のプログラム処理によっても実現される。次に、このようなプログラム処理による処理の流れについて説明する。
【００６９】
図２６，図２７，図２８に示すフローチャートは、第１８の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。図２８に示す処理モジュールＭＳ６３０は、サブ処理モジュールＭＳ６１０（図２６）およびサブ処理モジュールＭＳ６２０（図２７）を構成要素として持つ。
【００７０】
図２６に、サブ処理モジュールＭＳ６１０の処理手順を示す。この処理においては、ステップＳＳ６０１において３軸の加速度ベクトルを取得し、ステップＳＳ６０２において３軸の重力加速度ベクトルを取得する。ステップＳＳ６０１で取得された加速度ベクトルには重力による重力加速度成分が含まれているので、これを除去する。次に、ステップＳＳ６０３において、前記加速度ベクトルからステップＳＳ６０２で取得された重力加速度ベクトルを減じて、動加速度ベクトル（重力加速度成分を含まない加速度ベクトル）を算出する。次のステップＳＳ６０４において、ステップＳＳ６０３で算出された動加速度ベクトルを、ステップＳＳ６０２で重力加速度ベクトルに基づいて、鉛直方向への成分とそれ以外の成分（すなわち水平面方向への成分）へと分解し、それぞれの成分を算出する。ステップＳＳ６０５において、ステップＳＳ６０４で算出された鉛直方向への成分を時系列データとして格納する。そして、次のステップＳＳ６０６において、ステップＳＳ６０４で算出された水平面方向への成分を時系列データとして格納する。
【００７１】
図２７に、サブ処理モジュールＭ６２０の処理手順を示す。この処理においては、まず、ステップＳＳ６１１において、サブ処理モジュールＭＳ６１０によって格納された鉛直方向への成分の時系列データを一定時間分だけ抽出し、抽出した時系列データを、歩行動作が引き起こす動加速度ベクトルの鉛直方向成分の典型的なパターンとおおむね一致するか（所定誤差内で一致するか）照合する。次にステップＳＳ６１２において、ステップＳＳ６１１における照合が成功したか否かを判定し、照合が成功したときにはステップＳＳ６１３へと遷移し、照合が失敗したときにはステップＳＳ６１６へと遷移する。ステップＳＳ６１３においては、サブモジュールＭＳ６１０によって格納された水平面方向への成分の時系列データを一定時間分だけ抽出し、この抽出した時系列データを、歩行動作が引き起こす動加速度ベクトルの水平面方向成分の典型的なパターンとおおむね一致するか（所定誤差内で一致するか）照合する。次に、ステップＳＳ６１４において、照合が成功したか否かを判定し、照合が成功したときにはステップＳＳ６１５へと遷移し、照合が失敗したときステップＳＳ６１６へと遷移する。ステップＳＳ６１５では、このサブ処理モジュールＭＳ６２０の出力として、ツルーを出力する。ステップＳＳ６１６では、このサブ処理モジュールＭＳ６２０の出力として、フォールスを出力する。これにより、サブ処理モジュールＭＳ６２０からは、ツルー信号またはフォールス信号が出力される。
【００７２】
図２８に、処理モジュールＭＳ６３０の処理手順を示す。この処理モジュールの処理においては、まず、ステップＳ６０１においてサブ処理モジュールＭＳ６１０の処理を実行し、ステップＳ６０２においてサブ処理モジュールＭＳ６２０の処理を実行する。次に、ステップＳ６０３において、現在の時刻情報を取得する。そして、次のステップＳ６０４において、最後にサブ処理モジュールＭＳ６２０の出力がツルーになってから経過した時間Ｔを計測して取得する、次に、ステップＳ６０５において、ステップＳ６０４において取得された時間Ｔと事前に既定された値Ｔｍａｘを比較し、Ｔ＜ＴｍａｘであるときにはステップＳ６０６へと遷移する。それ以外のときステップＳ６０７へと遷移する。そして、ステップＳ６０６において、この処理モジュールＭＳ６３０の出力として、「移動状態有り」を示す信号を出力する。ステップＳ６０７においては、この処理モジュールＭＳ６３０の出力として、「移動状態無し」を示す信号を出力する。この処理モジュールＭＳ６３０は、例えば、図１４に示したフローチャートのステップＳ２０２における移動検出手段として用いられる。
【００７３】
図２９は、歩行動作による加速度の変化パターンを説明する図である。図２９には、典型的なパターン（グラフ中では、鉛直方向への成分は“vertical”のラベルが、水平面方向への成分は“horizontal”のラベルが振られている）の一例が示されている。歩行動作が引き起こす典型的なパターンにおいては、水平面方向への成分が上昇し、それに続いて鉛直方向への成分が上昇し、水平面方向への成分が先にピークを迎えて、それに続いて鉛直方向への成分がピークを迎え、水平面方向への成分が先に下落し、それに続いて鉛直方向への成分も下落する、という特徴を持っている。このパターンを判別することにより、精度良く歩行動作を検出することができる。
【００７４】
図３０は、本発明の第１９の実施例を示すブロック図である。図３０に示す実施例は、図１５および図１７に示した実施例に加えて、角速度ベクトル計測手段１５０１と角速度積算および絶対姿勢角推定手段１５０２を備えた装置である。角速度ベクトル計測手段１５０１は、計測対象の３軸周りの角速度ベクトルを計測するものであり、例えば、（株）村田製作所から販売されているジャイロセンサＥＮＣ−０３Ｊを３個組み合わせることで構成される。角速度積算および絶対姿勢角推定手段１５０２は、処理手段１１１０または処理手段１１２０から出力される基準となる絶対姿勢角（出力１）と、前記絶対姿勢角が信頼できるかどうかをあらわす出力（出力２）の２つを入力として、現在の絶対姿勢角を出力とする。角速度積算および絶対姿勢角推定装置１５０２は、出力２がツルーであるとき、出力１から得られる絶対姿勢角を基準絶対姿勢角としてセットし、現在の絶対姿勢角として出力する。また、出力２がフォールスであるときは、前記基準絶対姿勢角を角速度ベクトル計測手段１５０１によって計測される角速度ベクトルに基づいて更新し、その更新結果を現在の絶対姿勢角として出力する。
【００７５】
上記の実施例における各手段による処理は、汎用計算機のプログラム処理によっても実現される。次に、このようなプログラム処理による処理の流れについて説明する。
【００７６】
図３１に示すフローチャートは、第１９の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。この処理においては、ステップＳ７０１において、処理手段１１１０または処理手段１１２０から、絶対姿勢角（出力１）を取得し、ステップＳ７０２において、処理手段１１１０または処理手段１１２０からの出力（出力２：ツルーまたはフォールス）を取得する。ステップＳ７０３において、ステップＳ７０２で取得された出力がツルーであるときステップＳ７０４へと遷移し、ステップＳ７０３で取得された出力がフォールスであるときステップＳ７０５へと遷移する。ステップＳ７０４においては、ステップＳ７０１で取得された絶対姿勢角を基準となる絶対姿勢角としてセットする。ステップＳ７０５においては３軸の角速度ベクトルを取得し、次のステップＳ７０６において、基準となる絶対姿勢角をステップＳ７０５で取得された角速度ベクトルを積算することで更新する。そして、ステップＳ７０７において本処理モジュールＭ７１０の出力として、基準となる絶対姿勢角を出力する。
【００７７】
図３２は、本発明の第２０の実施例を示すブロック図である。図３２に示す実施例においては、図２１および図２３に示した実施例に加えて、角速度ベクトル計測手段１５０１と、角速度積算および絶対姿勢角推定手段１５０２を備えた構成となっている。角速度ベクトル計測手段１５０１は、計測対象の３軸周りの角速度ベクトルを計測するものである。角速度積算および絶対姿勢角推定手段１５０２は、処理手段１３１０または処理手段１３２０から出力される基準となる絶対姿勢角（出力１）と、この絶対姿勢角（出力１）が信頼できるかどうかをあらわす出力（出力２）の２つを入力とし、現在の絶対姿勢角を出力とする。角速度積算および絶対姿勢角推定装置１５０２は、出力２がツルーであるとき、出力１から得られる絶対姿勢角を基準絶対姿勢角としてセットし、現在の絶対姿勢角として出力する。また、出力２がフォールスであるとき、基準絶対姿勢角を角速度ベクトル計測手段１５０１によって計測される３軸周りの角速度ベクトルに基づいて更新し、その更新結果を現在の絶対姿勢角として出力する。
【００７８】
上記の実施例における各手段による処理は、汎用計算機のプログラム処理によっても実現される。次に、このようなプログラム処理による処理の流れについて説明する。
【００７９】
図３３に示すフローチャートは、第２０の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。この処理では、ステップＳ８０１において、処理手段１３１０または処理手段１３２０から絶対姿勢角（出力１）を取得し、ステップＳ８０２において、処理手段１３１０または処理手段１３２０から出力（出力２）を取得する。次のステップＳ８０３において、ステップＳ８０２で取得された出力がツルーであるときステップＳ８０４へと遷移し、ステップＳ８０３で取得された出力がフォールスであるときステップＳ８０５へと遷移する。ツルーであるとして遷移したステップＳ８０４においては、ステップＳ８０１で取得された絶対姿勢角を基準となる絶対姿勢角としてセットする。また、フォールとして遷移したステップＳ８０５においては、３軸の角速度ベクトルを取得し、次のステップＳ８０６において、基準となる絶対姿勢角を、ステップＳ８０５で取得された角速度ベクトルを積算することで更新する。そして、ステップＳ８０７においてモジュールＭ８１０の出力として、基準となる絶対姿勢角を出力する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第２の実施例を示すブロック図である。
【図３】 本発明の第３の実施例を示すブロック図である。
【図４】 本発明の第４の実施例を示すブロック図である。
【図５】 本発明の第５の実施例を示すブロック図である。
【図６】 本発明の第６の実施例を示すブロック図である。
【図７】 本発明の第７の実施例を示すブロック図である。
【図８】 本発明の第８の実施例を示すブロック図である。
【図９】 本発明の第９の実施例を示すブロック図である。
【図１０】 本発明の第１０の実施例を示すブロック図である。
【図１１】 本発明の第１１の実施例を示すブロック図である。
【図１２】 第１１の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】 本発明の第１２の実施例を示すブロック図である。
【図１４】 第１２の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】 本発明の第１３の実施例を示すブロック図である。
【図１６】 第１３の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】 本発明の第１４の実施例を示すブロック図である。
【図１８】 第１４の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１９】 本発明の第１５の実施例を示すブロック図である。
【図２０】 第１５の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。
【図２１】 本発明の第１６の実施例を示すブロック図である。
【図２２】 第１６の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。
【図２３】 本発明の第１７の実施例を示すブロック図である。
【図２４】 第１７の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。
【図２５】 本発明の第１８の実施例を示すブロック図である。
【図２６】 第１８の実施例に対応する処理の流れを示す第１のフローチャートである。
【図２７】 第１８の実施例に対応する処理の流れを示す第２のフローチャートである。
【図２８】 第１８の実施例に対応する処理の流れを示す第３のフローチャートである。
【図２９】 歩行動作による加速度の変化パターンを説明する図である。
【図３０】 本発明の第１９の実施例を示すブロック図である。
【図３１】 第１９の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。
【図３２】 本発明の第２０の実施例を示すブロック図である。
【図３３】 第２０の実施例に対応する処理の流れを示すフローチャートである。
【図３４】 地磁気ベクトルと重力加速度ベクトルと水平方向との関係を説明する図である。
【図３５】 伏角データベース装置のデータ構造を説明する図である。
【図３６】 偏角データベース装置のデータ構造を説明する図である。
【符号の説明】
１０１…磁気センサ、
１０２…重力加速度センサ、
１０３…位置情報取得装置、
１０４…磁気ベクトルの俯角算出装置、
１０５…比較処理および信号出力装置、
１０６…現在地伏角取得装置
１０７…伏角データベース装置、
１１０…データ処理装置、
２０１…移動検出装置、
２０２…信号出力装置、
２１０…データ処理装置、
３０１…絶対姿勢角推定装置、
３０２…偏角補正および絶対姿勢角推定装置、
３０３…現在地偏角取得装置、
３０４…変換データベース装置、
３１０…データ処理装置、
３２０…データ処理装置、
４０１…歩行動作検出装置、
５０１…絶対姿勢角推定装置、
５０２…偏角補正および絶対姿勢角推定装置、
５０３…現在地偏角取得装置、
５０４…偏角データベース装置、
５１０…データ処理装置、
５２０…データ処理装置、
６０１…加速度センサ、
６０２…歩行動作検出装置、
７０１…角速度センサ、
７０２…角速度積算および絶対姿勢角推定装置、
８０１…角速度センサ、
８０２…角速度積算および絶対姿勢角推定装置、

Claims (16)

1. 磁気ベクトルを検出する磁気センサと、
   重力加速度ベクトルを検出する重力加速度センサと、
   現在地の絶対位置を取得する位置情報取得装置と、
   絶対位置とその地点における地磁気伏角の対応を記憶している伏角データベース装置と、
   前記位置情報取得装置により取得した現在地の絶対位置に基づき、前記伏角データベース装置から現在地の地磁気伏角を読み出し、前記磁気センサによって検出した磁気ベクトルと前記重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルとにより、水平面と磁気ベクトルとの成す角を求め、前記磁気ベクトルと水平面の成す角と前記現在地の地磁気伏角とを比較して、その誤差が一定範囲内であれば、磁気センサにより検出した磁気ベクトルを地磁気ベクトルとして信頼できることをあらわすツルー信号を出力し、それ以外の場合は現在の磁気ベクトルは信頼できないことをあらわすフォールス信号を出力する伏角推定検証装置と
   を備えることを特徴とする姿勢角処理装置。
2. 請求項１に記載の姿勢角処理装置において、さらに、
   移動状態の有無を検出する移動検出装置と、
   前記移動検出装置が既定の移動距離もしくは移動時間を越えて移動状態を検出しており、前記伏角推定検証装置が連続的にツルー信号を出力しているとき、磁気センサにより検出した現在の磁気ベクトルを地磁気ベクトルとして信頼できることをあらわすツルー信号を出力し、それ以外の場合は現在の磁気ベクトルは信頼できないことをあらわすフォールス信号を出力する信号出力装置と
   を備えることを特徴とする姿勢角処理装置。
3. 請求項１に記載の姿勢角処理装置において、さらに、
   前記伏角推定検証装置がツルー信号を出力しているとき、前記磁気センサによって検出した磁気ベクトルと前記重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルとに基づいて絶対姿勢角を推定し出力する絶対姿勢角推定装置
   を備えることを特徴とする姿勢角処理装置。
4. 請求項２に記載の姿勢角処理装置において、
   前記移動検出装置は、人の歩行動作を検出して、移動状態の有無を検出する歩行動作検出装置
   を備えることを特徴とする姿勢角処理装置。
5. 請求項２に記載の姿勢角処理装置において、さらに、
   前記伏角推定検証装置がツルー信号を出力しているとき、前記磁気センサによって検出した磁気ベクトルと前記重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルとに基づいて絶対姿勢角を算出し出力する絶対姿勢角推定装置
   を備えることを特徴とする姿勢角処理装置。
6. 請求項４に記載の姿勢角処理装置において、
   前記歩行動作検出装置は、人の歩行動作を検出するための加速度センサを備えており、
   前記歩行動作検出装置が、前記重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルから鉛直方向を検出し、前記加速度センサにより検出した加速度ベクトルの前記鉛直方向の成分により、人の歩行動作が作り出す典型的なパターンを検出すると共に、前記加速度ベクトルの前記鉛直方向に対して直交する平面への成分により、人の歩行動作が作り出す典型的なパターンを検出し、これらのパターンの検出結果を組み合わせることで、人の歩行動作を検出する
   ことを特徴とする姿勢角処理装置。
7. 請求項３に記載の姿勢角処理装置において、さらに、
   角速度センサを備え、
   当該絶対姿勢角推定装置は、前記伏角推定検証装置がツルー信号を出力しているときは、前記絶対姿勢角推定装置から出力される絶対姿勢角を現在の絶対姿勢角として出力し、前記伏角推定検証装置がフォールス信号を出力しているときには、当該絶対姿勢角推定装置から最後に出力された絶対姿勢角を基準として、前記角速度センサが計測する角速度ベクトルを積算して現在の絶対姿勢角を推定して出力する
   ことを特徴とする姿勢角処理装置。
8. 請求項５に記載の姿勢角処理装置において、さらに、
   角速度センサを備え、
   前記絶対姿勢角推定装置は、前記伏角推定検証装置がツルー信号を出力しているときは、前記絶対姿勢角推定装置から出力される絶対姿勢角を現在の絶対姿勢角として出力し、前記伏角推定検証装置がフォールス信号を出力しているときには、当該絶対姿勢角推定装置から最後に出力された絶対姿勢角を基準として、角速度センサが計測する角速度ベクトルを積算して現在の絶対姿勢角を推定して出力する
   ことを特徴とする姿勢角処理装置。
9. 磁気ベクトルを検出する磁気センサと、重力加速度ベクトルを検出する重力加速度センサと、現在地の絶対位置を取得する位置情報取得装置と、絶対位置とその地点における地磁気伏角の対応を記憶している伏角データベース装置と、データ処理装置とを備えた姿勢角処理装置において、姿勢角処理を行う姿勢角処理方法であって、
   現在地の絶対位置を取得する位置情報取得装置により取得した現在地の絶対位置に基づき、絶対位置とその地点における地磁気伏角の対応を記憶している伏角データベース装置から現在地の地磁気伏角を読み出し、
   磁気センサによって検出した磁気ベクトルと重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルとにより、水平面と磁気ベクトルとの成す角を求め、
   前記磁気ベクトルと水平面の成す角と前記現在地の地磁気伏角とを比較して、
   その誤差が一定範囲内であれば、磁気センサにより検出した磁気ベクトルを地磁気ベクトルとして信頼できることをあらわすツルー信号を出力し、それ以外の場合は現在の磁気ベクトルは信頼できないことをあらわすフォールス信号を出力することを特徴とする姿勢角処理方法。
10. 請求項９に記載の姿勢角処理方法において、さらに、
    移動状態の有無を検出する移動検出装置が既定の移動距離もしくは移動時間を越えて移動状態を検出しており、
    前記磁気ベクトルと水平面の成す角と前記現在地の地磁気伏角とを比較して、その誤差が一定範囲内であれば、磁気センサにより検出した磁気ベクトルを地磁気ベクトルとして信頼できることをあらわすツルー信号を連続的に出力しているとき、磁気センサにより検出した現在の磁気ベクトルを地磁気ベクトルとして信頼できることをあらわすツルー信号を出力し、それ以外の場合は現在の磁気ベクトルは信頼できないことをあらわすフォールス信号を出力する
    ことを特徴とする姿勢角処理方法。
11. 請求項９に記載の姿勢角処理方法において、さらに、
    前記磁気ベクトルと水平面の成す角と前記現在地の地磁気伏角とを比較して、その誤差が一定範囲内であれば、磁気センサにより検出した磁気ベクトルを地磁気ベクトルとして信頼できることをあらわすツルー信号を出力しているとき、前記磁気センサによって検出した磁気ベクトルと前記重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルとに基づいて絶対姿勢角を推定し出力する
    ことを特徴とする姿勢角処理方法。
12. 請求項１０に記載の姿勢角処理方法において、
    前記移動検出装置は人の歩行動作を検出して、移動状態の有無を検出する
    ことを特徴とする姿勢角処理方法。
13. 請求項１０に記載の姿勢角処理方法において、さらに、
    前記磁気ベクトルと水平面の成す角と前記現在地の地磁気伏角とを比較して、その誤差が一定範囲内であれば、磁気センサにより検出した磁気ベクトルを地磁気ベクトルとして信頼できることをあらわすツルー信号を出力しているとき、前記磁気センサによって検出した磁気ベクトルと前記重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルとに基づいて絶対姿勢角を算出し出力する
    ことを特徴とする姿勢角処理方法。
14. 請求項１２に記載の姿勢角処理方法において、
    前記重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルから鉛直方向を検出し、人の歩行動作を検出する加速度センサにより検出した加速度ベクトルの前記鉛直方向の成分により、人の歩行動作が作り出す典型的なパターンを検出すると共に、前記加速度ベクトルの前記鉛直方向に対して直交する平面への成分により、人の歩行動作が作り出す典型的なパターンを検出し、これらのパターンの検出結果を組み合わせることで、人の歩行動作を検出する
    ことを特徴とする姿勢角処理方法。
15. 請求項１１に記載の姿勢角処理方法において、さらに、
    前記磁気ベクトルと水平面の成す角と前記現在地の地磁気伏角とを比較して、その誤差が一定範囲内であれば、磁気センサにより検出した磁気ベクトルを地磁気ベクトルとして信頼できることをあらわすツルー信号を出力しているときは、前記磁気センサによって検出した磁気ベクトルと前記重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルとに基づいて絶対姿勢角を現在の絶対姿勢角として出力し、
    前記ツルー信号を出力していないときには、最後に出力された絶対姿勢角を基準として、前記角速度センサが計測する角速度ベクトルを積算して現在の絶対姿勢角を推定して出力する
    ことを特徴とする姿勢角処理方法。
16. 請求項１３に記載の姿勢角処理方法において、さらに、
    前記磁気ベクトルと水平面の成す角と前記現在地の地磁気伏角とを比較して、その誤差が一定範囲内であれば、磁気センサにより検出した磁気ベクトルを地磁気ベクトルとして信頼できることをあらわすツルー信号を出力しているときは、前記磁気センサによって検出した磁気ベクトルと前記重力加速度センサにより検出した重力加速度ベクトルとに基づいて絶対姿勢角を現在の絶対姿勢角として出力し、
    前記ツルー信号を出力していないときには、最後に出力された絶対姿勢角を基準として、前記角速度センサが計測する角速度ベクトルを積算して現在の絶対姿勢角を推定して出力する
    ことを特徴とする姿勢角処理方法。

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