JP7264183B2 - 情報処理装置、計測装置、情報処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
加速度センサによる計測結果の時系列データの周波数特性を求め、求められた前記周波数特性における最大強度の周波数が、二足移動による歩行又は走行である走歩行状態に係る予め定められた下限周波数以上である第1条件と、前記周波数特性における最大強度の周波数及び2番目に大きい強度の周波数の少なくともいずれかが、前記下限周波数以上で、かつ、前記走歩行状態に係る予め定められた上限周波数以下の範囲にある第2条件と、を少なくとも含む判定条件をいずれも満たしているか否かによって、前記時系列データが前記走歩行状態を示しているか否かを判定する処理部を備え、
前記下限周波数は、前記走歩行状態における2歩周期を想定した場合の最低周波数であり、
前記上限周波数は、前記走歩行状態における1歩周期を想定した場合の最高周波数である、
ことを特徴とする情報処理装置である。
図1は、本実施形態の計測装置かつ情報処理装置である電子機器1の機能構成を示すブロック図である。
CPU11は、単一のハードウェアプロセッサであってもよいし、複数のハードウェアプロセッサが並列に、又は並行して独立に動作するものであってもよい。複数のハードウェアプロセッサは、各々実行する対象の処理が割り当てられて専用の動作をするように個別に設計されたものであってもよい。
その他、センサ部16は、磁場センサ(方位センサ)、気圧センサ(高度センサ)、照度センサ、温度センサなどの環境計測を行うセンサや、光学式の脈拍センサなどの身体計測を行うセンサなどを有していてもよい。
電子機器1では、加速度センサ161の計測により得られる加速度ベクトルの大きさの時間変化、すなわち、加速度センサ161の計測結果の時系列データに基づいて加速度の3軸成分を合成した絶対値(以下、加速度の絶対値と記す)の時間変化を検出することで、3軸方向のデータを各々処理する場合と比較して処理負荷を低減しながら、走歩行判定動作を行う。加速度の絶対値が加速度センサ161で算出されない場合には、CPU11は、取得した加速度の3軸方向成分を合成して加速度の絶対値を求める処理を行う。
図2(a)には、歩行時の加速度の絶対値の時間変化例を示す。歩行時には、地面を蹴るタイミングなどで加速度の大きな変化が生じ、また、このタイミングで腕振り及び体のひねりが生じるのに伴って、周期的に加速度の絶対値が大きくなる。この周期には、1歩ごとの周期(1歩周期)と2歩ごとの周期(2歩周期)が含まれている。
また、非走歩行状態には、実際には走歩行している(一時停止中なども含み得る)が、走歩行状態よりも顕著に大きい振動などによる加速度成分が連動して計測されることで、原理上、歩数計測により計測される歩数が実際よりも著しく増加する動作が含まれ得る。このような動作には、例えば、ショッピングカートや芝刈り機を押しながらの走歩行などが含まれる場合がある。
また、上記のように、1歩周期と2歩周期のいずれが計測されているかは不明であり、見かけ上2つの周波数でスペクトル強度の極大値が表れていても、これらが1歩周期及び2歩周期に対応する極大値の組であるとは限られないので、これら2つのピークの周波数f(P1)、f(P2)のうち少なくともいずれかが、2歩周期で想定される最低周波数fhmin以上であり、かつ、1歩周期で想定される最高周波数fmax(予め定められた走歩行状態に係る上限周波数)以下の走歩行想定周波数内にあるか(第2条件)否かを判別する。ここでは、一例として最低周波数fhmin=1Hz、最高周波数fmax=4Hz、すなわち含まれ得る走歩行周波数を1~8Hzとしているが、適宜に設定されてよい。また、例えば、歩行時に比して走行時に大きくなる加速度ベクトルの大きさ、走行時における腕を曲げての腕振りや跳躍などに応じた独自の波形パターンの有無、斜面を蹴るときと着地するときの非対称の大きさによる傾斜の有無などに応じて歩行状態、走行状態、傾斜面の昇降などを区別して、各々別個に想定される周波数範囲に基づく最低周波数fhmin及び最高周波数fmaxが定められてもよい。
加速度センサ161がオフの状態(休止モード)で、傾斜センサ162が傾斜状態の変化を検出すると、加速度センサ161がオンされて加速度の計測が開始される。この状態では、歩数の計測はなされない(待機モード)。
なお、ステップS116の処理からステップS106の処理へ移行する代わりに、ステップS103の処理へ移行させてもよい。第2基準時間の待機中に、加速度の小さな静止状態へ移行する場合もあるので、この場合には、加速度が振幅閾値以上となるまでの間、待機モードが延長されてもよい。
図5は、電子機器1における変形例1の走歩行判定のタイミングを示す図である。
FFTの処理負荷を更に低減させるには、FFTの実行回数を減らすことが考えられる。この場合、均等に回数を減らすと、走歩行判定の回数が減った分だけ、精度が低下するだけとなる。この変形例1では、走歩行判定を複数回、例えば2回続けて短い間隔で(ここでいう「続けて」とは、当該複数回行う間隔以外の間隔に比して間隔が短いことを意味し、すなわち、複数回のうちある回とその次の回との間に待機時間、例えば、5秒など、があってよい)行った後、次回の走歩行判定まで55秒間待機することとする。このような2回連続の周波数解析及び走歩行判定によって走歩行状態の判定を確定する(すなわち、2回続けて走歩行状態と判定された場合(白三角で表示)に走歩行状態と確定)ことで、歩数計測が継続されて歩数が増えているが、実際には走歩行状態ではない場合について、類似の状態かつ微妙に変化した状態を解析し、また判定することができる。これにより、電子機器1では、連続する複数回の走歩行判定のいずれかで走歩行状態ではない(黒三角で表示)ことを特定できる可能性を上昇させることができる。
この場合、図4のステップS112の処理において、設定間隔が上記のように不均一に定められればよい。
図6は、電子機器1における変形例2の走歩行判定に係る周波数解析処理のタイミングを示す図である。
FFTによる周波数解析処理は、電子時計や歩数計などのCPUの能力に比して、処理負荷が大きく、処理に時間を要する。他の処理と並行してFFTが実行される場合には、一度の処理でFFTを完了させようとすると、その間他の処理が止まってしまうという問題がある。特に、定期的に行われる他の処理がある場合、当該処理の間隔の間にFFTの処理が完了しない場合もあり得る。そこで、この電子機器1では、FFT解析の処理(時系列データの周波数特性を求める処理)を複数の計算時間に分割し、適宜な処理タイミングで短時間ずつ実行する。これにより、電子機器1では、周波数解析の処理の途中に他の処理を挟むことができるようにする。
CPU11によるステップS121、S122の処理が本発明の分割処理部に該当する。
このように、簡易な周波数解析を行って、低周波数成分にピークがある状態や、走歩行で想定される範囲内にピークがない状態を走歩行状態から除外する走歩行判定を行うことで、リアルタイムでの歩数の計測では判別しづらい状況を、より確実に判定することができる。よって、この電子機器1は、走歩行状態を容易な処理で判別することができる。
このように、上記の第1条件及び第2条件に加えて、最大強度をスペクトル強度の平均値Saと比較することにより、最大強度が走歩行により生じたものである妥当性をより向上させることができる。
すなわち、走歩行が想定される周波数範囲内におけるスペクトル強度の極大値が他の周波数のスペクトル強度に比して十分に高いことを要求する判定条件を追加することで、たまたま相対的に周囲よりスペクトル強度が高い周波数が走歩行で想定される周波数範囲内にあるような場合が除外される。このようなケースには、全体として顕著な運動(加速度)がない静止に近い状態と、走歩行で想定される周波数範囲外の周波数の運動も生じている状態、例えば、自転車などの走歩行以外での移動動作や、外乱の影響が重畳されている状態が含まれる。すなわち、走歩行レベルと比較しても大きな違いのない振動を生じているような物体を利用、保持している場合に歩数が誤判定されるようなケースをより適切に走歩行状態から除外することができる。
歩数計測で歩数が増加しているのにもかかわらず実際には走歩行状態ではない場合、走歩行判定での判別結果も必ずしも明白な結果とはならない場合もあるが、短い時間間隔で複数回走歩行判定を続けて行うことで、電子機器1では、走歩行状態でない場合を少なくとも一回判定することのできる確率を上昇させることができる。特に、短い時間間隔で常に周波数解析(FFT)を繰り返すと処理負荷が高くなり電力消費も増大するので、電子機器1では、複数回続けて行う走歩行判定の組と次に複数回続けて行う走歩行判定の組とが互いに間隔を空けて実行されることで、非走歩行状態の判別をより確実に行いつつ電力消費の増大も抑えることができる。
例えば、上記実施の形態では、第1条件~第3条件のいずれもが満たされている場合に走走歩行状態であると判定することとしたが、第3条件は、必ずしも走歩行判定の条件に含まれなくてもよい。第1条件及び第2条件の判別だけでも、走歩行判定の精度を向上させることができる。また、第3条件において固定の基準値dSthを用いることとしたが、最大強度の周波数のピークが他の周波数帯域と比較して走歩行によるものとして意味のあるピークであると判別できる基準が定められればよく、例えば、基準値dSthが動的に変更されてもよい。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成、動作、CPU11の処理の内容及び手順などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載した発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
<請求項1>
加速度センサによる計測結果の時系列データの周波数特性を求め、求められた前記周波数特性における最大強度の周波数が、二足移動による歩行又は走行である走歩行状態に係る予め定められた下限周波数以上である第1条件と、前記周波数特性における最大強度の周波数及び2番目に大きい強度の周波数の少なくともいずれかが、前記下限周波数以上で、かつ、前記走歩行状態に係る予め定められた上限周波数以下の範囲にある第2条件と、を少なくとも含む判定条件をいずれも満たしているか否かによって、前記時系列データが前記走歩行状態を示しているか否かを判定する処理部を備える情報処理装置。
<請求項2>
前記処理部は、前記第2の条件における前記2番目に大きい強度の周波数を、前記周波数特性における極大値の中で判断する請求項1記載の情報処理装置。
<請求項3>
前記判定条件には、前記周波数特性における前記下限周波数以上で、かつ前記上限周波数以下の範囲での区間最大強度と、求められた前記周波数特性の平均強度との大小関係に基づく第3条件が更に含まれる請求項1又は2記載の情報処理装置。
<請求項4>
前記第3条件は、前記周波数特性における前記区間最大強度が、前記周波数特性の平均強度に比して前記走歩行状態に係る基準幅以上大きいことである請求項3記載の情報処理
装置。
<請求項5>
前記時系列データは、直交する3軸方向についての前記加速度センサによる計測により得られる加速度ベクトルの大きさである請求項1~4のいずれか一項に記載の情報処理装
置。
<請求項6>
前記処理部は、
前記時系列データに基づいて歩数を計測し、
前記歩数の計測が継続されている場合に、前記判定を定期的に行わせる請求項1~5のいずれか一項に記載の情報処理装置。
<請求項7>
前記時系列データの取得周波数は前記上限周波数の4倍以下である請求項1~6のいずれか一項に記載の情報処理装置。
<請求項8>
前記処理部は、予め定められた複数回続けて前記判定を行い、当該複数回の判定のうちいずれかで前記走歩行状態ではないと判定された場合に、前記走歩行状態ではないと確定する請求項1~7のいずれか一項に記載の情報処理装置。
<請求項9>
前記処理部は、前記走歩行状態ではないとの判定を行ってからある基準時間が経過するまでの間、前記走歩行状態ではないとの前記判定を維持し、前記判定を維持している間、特定の処理の実行を中止する請求項1~8のいずれか一項に記載の情報処理装置。
<請求項10>
前記特定の処理は、歩数の計数処理である請求項9記載の情報処理装置。
<請求項11>
前記処理部は、直近のデータを含む予め定められた長さの対象期間の前記時系列データの前記周波数特性を求め、
前記対象期間は、前記周波数特性が求められる対象の前記時系列データに重複が生じないように定められる請求項1~10のいずれか一項に記載の情報処理装置。
<請求項12>
前記処理部は、複数の計算時間に分割して前記周波数特性を求める請求項1~11のいずれか一項に記載の情報処理装置。
<請求項13>
前記処理部は、前記時系列データの周波数特性を求める処理とは異なる特定の処理の有無に応じて、前記計算時間の分割を行うか否かを定める請求項12記載の情報処理装置。
<請求項14>
加速度センサと、
請求項1~13のいずれか一項に記載の情報処理装置と、
を備える計測装置。
<請求項15>
加速度センサによる計測結果の時系列データの周波数特性を求める算出ステップ、
前記算出ステップにおいて求められた前記周波数特性における最大強度の周波数が、二足歩行による歩行又は走行である走歩行状態に係る予め定められた下限周波数以上である第1条件と、前記周波数特性における最大強度の周波数及び2番目に大きい強度の周波数の少なくともいずれかが、前記下限周波数以上で、かつ、前記走歩行状態に係る予め定められた上限周波数以下の範囲にある第2条件と、を少なくとも含む判定条件をいずれも満たしているか否かによって、前記時系列データが前記走歩行状態を示しているか否かを判定する歩行判定ステップ、
を含む情報処理方法。
<請求項16>
コンピュータを、
加速度センサによる計測結果の時系列データの周波数特性を求める算出手段、
前記算出手段において求められた前記周波数特性における最大強度の周波数が、二足歩行による歩行又は走行である走歩行状態に係る予め定められた下限周波数以上である第1条件と、前記周波数特性における最大強度の周波数又は2番目に大きい強度の周波数の少なくともいずれかが前記下限周波数以上で、かつ、前記走歩行状態に係る予め定められた上限周波数以下の範囲にある第2条件と、を少なくとも含む判定条件をいずれも満たしているか否かによって、前記時系列データが前記走歩行状態を示しているか否かを判定する歩行判定手段、
として機能させるプログラム。
11 CPU
12 記憶部
121 プログラム
13 操作受付部
14 表示部
15 通信部
16 センサ部
161 加速度センサ
162 傾斜センサ
17 発振回路
18 分周回路
19 計時回路
20 タイマ回路
Sa 平均値
dSth 基準値
fhmin 最低周波数
fmax 最高周波数
Claims (16)
- 加速度センサによる計測結果の時系列データの周波数特性を求め、求められた前記周波数特性における最大強度の周波数が、二足移動による歩行又は走行である走歩行状態に係る予め定められた下限周波数以上である第1条件と、前記周波数特性における最大強度の周波数及び2番目に大きい強度の周波数の少なくともいずれかが、前記下限周波数以上で、かつ、前記走歩行状態に係る予め定められた上限周波数以下の範囲にある第2条件と、を少なくとも含む判定条件をいずれも満たしているか否かによって、前記時系列データが前記走歩行状態を示しているか否かを判定する処理部を備え、
前記下限周波数は、前記走歩行状態における2歩周期を想定した場合の最低周波数であり、
前記上限周波数は、前記走歩行状態における1歩周期を想定した場合の最高周波数である、
ことを特徴とする情報処理装置。 - 前記処理部は、前記第2条件における前記2番目に大きい強度の周波数を、前記周波数特性における極大値の中で判断する請求項1記載の情報処理装置。
- 前記判定条件には、前記周波数特性における前記下限周波数以上で、かつ前記上限周波数以下の範囲での区間最大強度と、求められた前記周波数特性の平均強度との大小関係に基づく第3条件が更に含まれる請求項1又は2記載の情報処理装置。
- 前記第3条件は、前記周波数特性における前記区間最大強度が、前記周波数特性の平均強度に比して前記走歩行状態に係る基準幅以上大きいことである請求項3記載の情報処理装置。
- 前記時系列データは、直交する3軸方向についての前記加速度センサによる計測により得られる加速度ベクトルの大きさである請求項1~4のいずれか一項に記載の情報処理装置。
- 前記処理部は、
前記加速度センサによって計測された加速度の絶対値が所定の閾値以上であると判別した場合に、前記時系列データに基づいて歩数を計測し、
前記歩数の増加が基準時間以上継続していることを条件に、前記時系列データが前記走歩行状態を示しているか否かの判定を開始する請求項1~5のいずれか一項に記載の情報処理装置。 - 前記時系列データの取得周波数は前記上限周波数の4倍以下である請求項1~6のいずれか一項に記載の情報処理装置。
- 前記処理部は、予め定められた複数回続けて前記判定を行い、当該複数回の判定のうちいずれかで前記走歩行状態ではないと判定された場合に、前記走歩行状態ではないと確定する請求項1~7のいずれか一項に記載の情報処理装置。
- 前記処理部は、前記走歩行状態ではないとの判定を行ってからある基準時間が経過するまでの間、前記走歩行状態ではないとの前記判定を維持し、前記判定を維持している間、特定の処理の実行を中止する請求項1~8のいずれか一項に記載の情報処理装置。
- 前記特定の処理は、歩数の計数処理である請求項9記載の情報処理装置。
- 前記処理部は、直近のデータを含む予め定められた長さの対象期間の前記時系列データの前記周波数特性を求め、
前記対象期間は、前記周波数特性が求められる対象の前記時系列データに重複が生じないように定められる請求項1~10のいずれか一項に記載の情報処理装置。 - 前記処理部は、複数の計算時間に分割して前記周波数特性を求める請求項1~11のいずれか一項に記載の情報処理装置。
- 前記処理部は、前記時系列データの周波数特性を求める処理とは異なる特定の処理の有無に応じて、前記計算時間の分割を行うか否かを定める請求項12記載の情報処理装置。
- 加速度センサと、
請求項1~13のいずれか一項に記載の情報処理装置と、
を備える計測装置。 - 加速度センサによる計測結果の時系列データの周波数特性を求める算出ステップ、
前記算出ステップにおいて求められた前記周波数特性における最大強度の周波数が、二足歩行による歩行又は走行である走歩行状態に係る予め定められた下限周波数以上である第1条件と、前記周波数特性における最大強度の周波数及び2番目に大きい強度の周波数の少なくともいずれかが、前記下限周波数以上で、かつ、前記走歩行状態に係る予め定められた上限周波数以下の範囲にある第2条件と、を少なくとも含む判定条件をいずれも満たしているか否かによって、前記時系列データが前記走歩行状態を示しているか否かを判定する歩行判定ステップ、
を含み、
前記下限周波数は、前記走歩行状態における2歩周期を想定した場合の最低周波数であり、
前記上限周波数は、前記走歩行状態における1歩周期を想定した場合の最高周波数である、
ことを特徴とする情報処理方法。 - コンピュータを、
加速度センサによる計測結果の時系列データの周波数特性を求める算出手段、
前記算出手段において求められた前記周波数特性における最大強度の周波数が、二足歩行による歩行又は走行である走歩行状態に係る予め定められた下限周波数以上である第1条件と、前記周波数特性における最大強度の周波数又は2番目に大きい強度の周波数の少なくともいずれかが前記下限周波数以上で、かつ、前記走歩行状態に係る予め定められた上限周波数以下の範囲にある第2条件と、を少なくとも含む判定条件をいずれも満たしているか否かによって、前記時系列データが前記走歩行状態を示しているか否かを判定する歩行判定手段、
として機能させ、
前記下限周波数は、前記走歩行状態における2歩周期を想定した場合の最低周波数であり、
前記上限周波数は、前記走歩行状態における1歩周期を想定した場合の最高周波数である、
ことを特徴とするプログラム。
Priority Applications (4)
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