JP6019504B2 - 移動体の進行方向推定装置及び進行方向推定方法 - Google Patents
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Description
上記(1)〜(3)のベクトルについて推定(トラッキング)することで、水平基準方向に対する進行方向のなす角の推定がなされ、歩行者の移動方位角の推定を行うことが可能となる。
また、(2)の水平基準方向ベクトルは、加速度センサ、角速度センサ、磁気センサに基づいて水平基準方向のトラッキングを行うことが可能である。
例えば、非特許文献1には、重力方位ベクトル及び水平基準方向ベクトルのトラッキングを行う手法が具体的に開示されている。また、いわゆるAHRS(Attitude and Heading Reference System)に基づく手法も知られている。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、移動体の進行方向を精度よく推定することのできる装置及び方法を提供することを目的とする。
以下、本発明を実施するための第一の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第一の実施の形態に係る移動体の進行方向推定装置の基本的な構成を説明する機能ブロック図である。
本進行方向推定装置は、ステップS2において、本進行方向推定装置が有する左右方向の軸周りの角速度成分Wnを算出する。ここで、左右方向の軸周りの角速度成分Wnは、角速度センサによりセンシングされた角速度の大きさに基づいて左右方向ベクトルWn射影計算部2418により算出される。なお、上記のように、算出された左右方向の軸周りの角速度成分Wnのパワースペクトラムの例が図5に示される。
以上より、本発明の実施の形態に係る進行方向推定装置によれば、本進行方向推定装置を持った人等の移動体の進行方向のみならず、その向きまで高精度に推定することができる。
次に本発明の第二の実施の形態について説明する。本発明の第二の実施の形態においては、ある一定期間(例えば、128サンプル分=1.28秒、100Hzの場合)に進行方向が変化していないとみなすことで離散フーリエ変換にかかる計算コストを低減するものである。なお、本実施の形態において、第一の実施の形態と同様の構成にかかる部分については説明を省略する。
11 離散フーリエ変換部(加速度3軸分)
16 進行方向選択部
17 前後方向決定部
18 進行方向決定部
2401、2402、2403 加速度成分
2404、2405、2406 角速度成分
2407 重力方向ベクトル推定部
2413 仮進行方向ベクトル生成部
2414 (加速度成分)重力方向ベクトル射影計算部
2415 (加速度成分)進行方向ベクトル射影計算部
2416 (加速度成分)左右方向ベクトル射影計算部
2417 (角速度成分)進行方向ベクトル射影計算部
2418 (角速度成分)左右方向ベクトル射影計算部
2430〜2434 バッファ
2419〜2423 1次元FFT演算部
2424 歩行周波数推定部
2425 進行方向ベクトル決定部
2435,2542 位相差(Wn-Ag)算出部
2436,2543 位相差(Wn-Af)算出部
Claims (14)
- 移動体の進行方向を推定する進行方向推定装置であって、
移動体の加速度ベクトル成分データを計測する加速度計測部と、
移動体の角速度ベクトル成分データを計測する角速度計測部と、
前記加速度ベクトル成分データ及び前記角速度ベクトル成分データに基づいて、移動体の重力方向ベクトルを推定する重力方向ベクトル推定部と、
前記重力方向ベクトル推定部が出力した重力方向ベクトルに基づいて仮進行方向ベクトル及び左右方向ベクトルを生成する仮進行方向ベクトル生成部と、
前記加速度ベクトル成分データから前記重力方向ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを重力方向ベクトルに射影した成分データを算出し、その周波数領域成分を出力することで歩行周波数とその周波数成分の位相を求める歩行周波数算定部と、
前記仮進行方向ベクトルと、前記重力方向ベクトルと、前記加速度ベクトル成分データに基づいて、前記加速度ベクトル成分データから重力加速度ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを仮進行方向ベクトルに射影した成分データを加速度成分進行方向ベクトルとして算出し、当該加速度成分進行方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部と、
前記重力方向ベクトルと、前記左右方向ベクトルと、前記加速度ベクトル成分データに基づいて、前記加速度ベクトル成分データから重力加速度ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを、前記左右方向ベクトルに射影した成分データを加速度成分左右方向ベクトルとして算出し、当該加速度成分左右方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部と、
前記仮進行方向ベクトルと、前記角速度ベクトル成分データに基づいて、前記角速度ベクトル成分データを前記仮進行方向ベクトル上に射影した成分データを角速度進行方向ベクトルとして算出し、当該角速度進行方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部と、
前記左右方向ベクトルと、前記角速度ベクトル成分データに基づいて、前記角速度ベクトル成分データを前記左右方向ベクトル上に射影した成分データを角速度左右方向ベクトルとして算出し、当該角速度左右方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部と、
前記歩行周波数と、前記加速度成分進行方向ベクトルの射影した周波数領域成分と、前記加速度成分左右方向ベクトルの射影した周波数領域成分と、前記角速度進行方向ベクトルの射影した周波数領域成分と、前記角速度左右方向ベクトルの射影した周波数領域成分と、に基づいて歩行周波数の周波数成分又は歩行周波数の1/2の周波数成分からパワー値を算出することで、目的関数を求め、前記加速度成分進行方向ベクトルの射影した周波数領域成分から、歩行周波数の周波数成分の位相を算出して、前記歩行周波数算定部が算定した歩行周波数の位相との位相差をもとめ、前記位相差が所定範囲内の場合に、目的関数の値を取る仮進行方向ベクトルを候補とし、候補となった仮進行方向ベクトルのうち、目的関数の値が最大となる仮進行方向ベクトルを進行方向ベクトルとして出力する進行方向ベクトル決定部と、を有する進行方向推定装置。 - 前記歩行周波数算定部は、前記加速度ベクトル成分データから前記重力方向ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを重力方向ベクトルに射影した成分データを算出する加速度成分重力方向ベクトル射影計算部と、
前記加速度ベクトル成分データを重力方向ベクトルに射影した成分データに1次元離散フーリエ変換演算を適用して、周波数領域成分を出力する1次元離散フーリエ変換演算部と、
1次元離散フーリエ変換演算部の出力に基づいて、歩行動作の基本周波数とその周波数成分の位相を求める歩行周波数算定部とを有することを特徴とする請求項1記載の進行方向推定装置。 - 前記加速度成分進行方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部は、加速度ベクトル成分データから重力加速度ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを仮進行方向ベクトルに射影した成分を計算する加速度成分進行方向ベクトル射影計算部と、前記加速度成分進行方向ベクトル射影計算部が出力した加速度成分に1次元離散フーリエ変換演算を行って周波数領域成分を出力する1次元離散フーリエ変換演算部とを有し、前記加速度成分左右方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部は、前記重力方向ベクトルと、前記左右方向ベクトルと、前記加速度ベクトル成分データに基づいて、前記加速度ベクトル成分データから重力加速度ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを、前記左右方向ベクトルに射影した成分データを算出する加速度成分左右方向ベクトル射影計算部と、前記加速度成分左右方向ベクトル射影計算部が出力した加速度成分に1次元離散フーリエ変換演算を行って周波数領域成分を出力する1次元離散フーリエ変換演算部とを有し、
前記角速度進行方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部は、前記仮進行方向ベクトルと、前記角速度ベクトル成分データに基づいて、前記角速度ベクトル成分データを前記仮進行方向ベクトル上に射影した成分を算出する角速度成分進行方向ベクトル射影計算部と、前記角速度成分進行方向ベクトル射影計算部が出力した角速度成分に1次元離散フーリエ変換演算を行って周波数領域成分を出力する1次元離散フーリエ変換演算部とを有し、前記角速度左右方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部は、前記左右方向ベクトルと、前記角速度ベクトル成分データに基づいて、前記角速度ベクトル成分データを前記左右方向ベクトル上に射影した成分を算出する角速度成分左右方向ベクトル射影計算部と、前記角速度成分左右方向ベクトル射影計算部が出力した角速度成分に1次元離散フーリエ変換演算を行って周波数領域成分を出力する1次元離散フーリエ変換演算部とを有する、請求項1または2記載の進行方向推定装置。 - 前記加速度成分進行方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部は、加速度ベクトル成分データの各々から重力加速度ベクトルを除去した加速度成分に1次元離散フーリエ変換演算を行って出力されたそれぞれの周波数領域成分データと、仮進行方向ベクトルとの線形結合を算出して1次元離散フーリエ変換を行う加速度成分進行方向ベクトル射影離散フーリエ変換計算部であり、
前記加速度成分左右方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部は、加速度ベクトル成分データの各々から重力加速度ベクトルを除去した加速度成分に1次元離散フーリエ変換演算を行って出力されたそれぞれの周波数領域成分データと、前記左右方向ベクトルとの線形結合を算出して1次元離散フーリエ変換を行う加速度成分左右方向ベクトル射影離散フーリエ変換計算部であり、
前記角速度進行方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部は、角速度ベクトル成分データの各々に1次元離散フーリエ変換演算を行って出力されたそれぞれの周波数領域成分データと、前記仮進行方向ベクトルとの線形結合を算出して1次元離散フーリエ変換を行う角速度成分進行方向ベクトル射影離散フーリエ変換計算部であり、
前記角速度左右方向ベクトルの射影した周波数領域成分を出力する演算部は、角速度ベクトル成分データの各々に1次元離散フーリエ変換演算を行って出力されたそれぞれの周波数領域成分データと、前記左右方向ベクトルとの線形結合を算出して1次元離散フーリエ変換を行う角速度成分左右方向ベクトル射影離散フーリエ変換計算部である、請求項1又は2記載の進行方向推定装置。 - 前記角速度ベクトル成分データを前記左右方向ベクトル上に射影した成分と、前記加速度ベクトル成分データを重力方向ベクトルに射影した成分データ及び前記加速度ベクトル成分データを仮進行方向ベクトルに射影した成分データのうち少なくとも一方との間の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記位相差算出手段で算出された少なくとも一つの位相差に応じて、前記進行方向ベクトル決定部により出力された向きが逆の二つの前記進行方向ベクトルのうち前記移動体の進行の向きを示すいずれか一つのベクトルを選択する進行方向選択手段とをさらに備えた請求項1に記載の進行方向推定装置。 - 前記角速度ベクトル成分データを前記左右方向ベクトル上に射影した成分と前記加速度ベクトル成分データを重力方向ベクトルに射影した成分データとの間の第一の位相差を算出する第一位相差算出手段と、
前記角速度ベクトル成分データを前記左右方向ベクトル上に射影した成分と前記加速度ベクトル成分データを仮進行方向ベクトルに射影した成分データとの間の第二の位相差を算出する第二位相差算出手段と、
前記第一及び第二の位相差に応じて、前記進行方向ベクトル決定部により出力された向きが逆の二つの前記進行方向ベクトルのうち前記移動体の進行の向きを示すいずれか一つのベクトルを選択する進行方向選択手段とをさらに備えた請求項1に記載の進行方向推定装置。 - 前記進行方向選択手段は、
前記二つの前記進行方向ベクトルの各向きに応じた前記第一及び第二の位相差を基準データとして予め取得し、第一位相差算出手段で算出された前記第一の位相差と前記第二位相差算出手段で算出された前記第二の位相差を前記基準データと比較する請求項6に記載の進行方向推定装置。 - 進行方向推定装置において移動体の進行方向を推定するための進行方向推定方法であって、
前記進行方向推定装置に備えられる加速度計測部が、移動体の加速度ベクトル成分データを計測し、前記進行方向推定装置に備えられる角速度計測部が、角速度ベクトル成分データを計測する第一のステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる重力方向ベクトル推定部が、前記第一のステップで計測された前記加速度ベクトル成分データ及び前記角速度ベクトル成分データに基づいて、移動体の重力方向ベクトルを推定する第二のステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる仮進行方向ベクトル生成部が、前記第二のステップで推定された重力方向ベクトルに基づいて仮進行方向ベクトル及び左右方向ベクトルを生成する第三のステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる歩行周波数算定部が、前記第一のステップで計測された前記加速度ベクトル成分データから前記第二のステップで推定された前記重力方向ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを重力方向ベクトルに射影した成分データを算出し、その周波数領域成分を出力することで歩行周波数とその周波数成分の位相を求める第四のステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる演算部が、前記第三のステップで生成された前記仮進行方向ベクトルと、前記第二のステップで推定された前記重力方向ベクトルと、前記第一のステップで計測された前記加速度ベクトル成分データに基づいて、前記加速度ベクトル成分データから重力加速度ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを仮進行方向ベクトルに射影した成分データを算出し、その周波数領域成分を求める第五のステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる演算部が、前記第二のステップで推定された前記重力方向ベクトルと、前記第三のステップで生成された前記左右方向ベクトルと、前記第一のステップで計測された前記加速度ベクトル成分データに基づいて、前記加速度ベクトル成分データから重力加速度ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを、前記左右方向ベクトルに射影した成分データを算出し、その周波数領域成分を求める第六のステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる演算部が、前記第三のステップで生成された前記仮進行方向ベクトルと、前記第一のステップで計測された前記角速度ベクトル成分データに基づいて、前記角速度ベクトル成分データを前記仮進行方向ベクトル上に射影した成分データを算出し、その周波数領域成分を求める第七のステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる演算部が、前記第三のステップで生成された前記左右方向ベクトルと、前記第一のステップで計測された前記角速度ベクトル成分データに基づいて、前記角速度ベクトル成分データを前記左右方向ベクトル上に射影した成分データを算出し、その周波数領域成分を求める第八のステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる進行方向ベクトル決定部が、前記第四のステップで求められた前記歩行周波数と、前記第五のステップで求められた周波数領域成分と、前記第六のステップで求められた周波数領域成分と、前記第七のステップで求められた周波数領域成分と、前記第八のステップで求められた周波数領域成分と、に基づいて歩行周波数の周波数成分又は歩行周波数の1/2の周波数成分からパワー値を算出することで、目的関数を求め、前記加速度ベクトル成分データの進行方向ベクトル上に射影した周波数領域成分から、歩行周波数の周波数成分の位相を算出して、前記第四のステップで算定された歩行周波数の位相との位相差を求め、前記位相差が所定範囲内の場合に、目的関数の値を取る仮進行方向ベクトルを候補とし、候補となった仮進行方向ベクトルのうち、目的関数の値が最大となる仮進行方向ベクトルを進行方向ベクトルと決定する第九のステップとを有する進行方向推定方法。 - 前記第四のステップは、
前記加速度ベクトル成分データから前記重力方向ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを重力方向ベクトルに射影した成分データを算出するステップと、
前記加速度ベクトル成分データを重力方向ベクトルに射影した成分データに1次元離散フーリエ変換演算を適用して、周波数領域成分を求めるステップと、
前記1次元離散フーリエ変換演算の適用による前記周波数領域成分に基づいて、歩行動作の基本周波数とその周波数成分の位相を求めるステップとを含むことを特徴とする請求項8記載の進行方向推定方法。 - 前記第五のステップは、前記加速度ベクトル成分データから前記重力加速度ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを仮進行方向ベクトルに射影した成分を計算して1次元離散フーリエ変換演算を行い周波数領域成分を求めるステップを含み、
前記第六のステップは、前記重力方向ベクトルと、前記左右方向ベクトルと、前記加速度ベクトル成分データに基づいて、前記加速度ベクトル成分データから重力加速度ベクトルを除いた後の加速度ベクトル成分データを、前記左右方向ベクトルに射影した成分データを算出して1次元離散フーリエ変換演算を行い周波数領域成分を求めるステップを含み、
前記第七のステップは、前記仮進行方向ベクトルと、前記角速度ベクトル成分データに基づいて、前記角速度ベクトル成分データを前記仮進行方向ベクトル上に射影した成分を算出して1次元離散フーリエ変換演算を行い周波数領域成分を求めるステップを含み、
前記第八のステップは、前記左右方向ベクトルと、前記角速度ベクトル成分データに基づいて、前記角速度ベクトル成分データを前記左右方向ベクトル上に射影した成分を算出して1次元離散フーリエ変換演算を行い周波数領域成分を求めるステップを含む請求項8記載の進行方向推定方法。 - 前記第五のステップは、前記加速度ベクトル成分データの各々から前記重力加速度ベクトルを除去した加速度成分に1次元離散フーリエ変換演算を行って出力されたそれぞれの周波数領域成分データと、前記仮進行方向ベクトルとの線形結合を算出して1次元離散フーリエ変換を行うステップを含み、
前記第六のステップは、前記加速度ベクトル成分データの各々から前記重力加速度ベクトルを除去した加速度成分に1次元離散フーリエ変換演算を行って出力されたそれぞれの周波数領域成分データと、前記左右方向ベクトルとの線形結合を算出して1次元離散フーリエ変換を行うステップを含み、
前記第七のステップは、前記角速度ベクトル成分データの各々に1次元離散フーリエ変換演算を行って出力されたそれぞれの周波数領域成分データと、前記仮進行方向ベクトルとの線形結合を算出して1次元離散フーリエ変換を行うステップを含み、
前記第八のステップは、前記角速度ベクトル成分データの各々に1次元離散フーリエ変換演算を行って出力されたそれぞれの周波数領域成分データと、前記左右方向ベクトルとの線形結合を算出して1次元離散フーリエ変換を行うステップを含む請求項8記載の進行方向推定方法。 - 前記進行方向推定装置に備えられる位相差算出手段が、前記角速度ベクトル成分データを前記左右方向ベクトル上に射影した成分と、前記加速度ベクトル成分データを重力方向ベクトルに射影した成分データ及び前記加速度ベクトル成分データを仮進行方向ベクトルに射影した成分データのうち少なくとも一方との間の位相差を算出する第十のステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる進行方向選択手段が、前記第十のステップで算出された少なくとも一つの位相差に応じて、前記第九のステップにより決定された向きが逆の二つの前記進行方向ベクトルのうち前記移動体の進行の向きを示すいずれか一つのベクトルを選択する第十一のステップとをさらに有する請求項8記載の進行方向推定方法。 - 前記進行方向推定装置に備えられる第一位相差算出手段が、前記角速度ベクトル成分データを前記左右方向ベクトル上に射影した成分と前記加速度ベクトル成分データを重力方向ベクトルに射影した成分データとの間の第一の位相差を算出する第一位相差算出ステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる第二位相差算出手段が、前記角速度ベクトル成分データを前記左右方向ベクトル上に射影した成分と前記加速度ベクトル成分データを仮進行方向ベクトルに射影した成分データとの間の第二の位相差を算出する第二位相差算出ステップと、
前記進行方向推定装置に備えられる進行方向選択手段が、前記第一及び第二の位相差に応じて、前記第九のステップで決定された向きが逆の二つの前記進行方向ベクトルのうち前記移動体の進行の向きを示すいずれか一つのベクトルを選択する進行方向選択ステップとをさらに有する請求項8に記載の進行方向推定方法。 - 前記進行方向選択手段が、前記二つの前記進行方向ベクトルの各向きに応じた前記第一及び第二の位相差を基準データとして予め取得するステップと、
前記進行方向選択手段が、前記第一位相差算出ステップで算出された前記第一の位相差と前記第二位相差算出ステップで算出された前記第二の位相差を前記基準データと比較するステップとをさらに有する請求項13に記載の進行方向推定方法。
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