JP2013072865A - Detection device, detection method and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検出装置、検出方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a detection device, a detection method, and a program.
ドップラーセンサを用いることによって、非接触に物体の動きを検出する技術が開発されている。電波式のドップラーセンサと、人体(対象の物体)に近接して配置される低周波センサとの2種類のセンサを用いることによって、人体の心拍を検出する技術としては、例えば、特許文献1が挙げられる。また、車両に備えられたドップラーセンサを用いて、乗員の心拍を検出する技術としては、例えば、特許文献2が挙げられる。 A technique for detecting the movement of an object in a non-contact manner by using a Doppler sensor has been developed. As a technique for detecting a heartbeat of a human body by using two types of sensors, a radio wave type Doppler sensor and a low-frequency sensor arranged close to the human body (target object), for example, Patent Document 1 Can be mentioned. Moreover, as a technique for detecting the occupant's heartbeat using a Doppler sensor provided in the vehicle, for example, Patent Document 2 is cited.
例えば、特許文献1や特許文献2に記載されている、非接触に物体の動きを検出する技術(以下、総称して「従来の技術」と示す場合がある。)は、ドップラー効果による周波数シフトにより検出可能なビート信号に基づいて、物体の動きを検出する。よって、従来の技術を用いることによって、物体の動きを非接触に検出できる可能性はある。 For example, the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 for detecting the movement of an object in a non-contact manner (hereinafter sometimes collectively referred to as “conventional technology”) are frequency shifts caused by the Doppler effect. The motion of the object is detected based on the beat signal that can be detected by. Therefore, there is a possibility that the movement of the object can be detected in a non-contact manner by using the conventional technique.
しかしながら、ドップラー効果による周波数シフトにより検出可能なビート信号に基づいて物体の動きを検出する場合には、検出対象の物体にある程度の動きがなければ、信号のS/N比(Signal to Noise ratio)が悪くなる。よって、従来の技術を用いる場合には、物体の動きを精度よく検出できるとは限らない。 However, in the case of detecting the movement of an object based on a beat signal that can be detected by a frequency shift due to the Doppler effect, if the object to be detected does not move to some extent, the signal to noise ratio (Signal to Noise ratio) Becomes worse. Therefore, when the conventional technique is used, it is not always possible to accurately detect the movement of the object.
また、例えば特許文献1に示す従来の技術は、ドップラーセンサと低周波センサとの2種類のセンサを用い、かつ、低周波センサを人体(対象の物体)に近接して配置しなければならない。また、例えば特許文献2に示す従来の技術は、ドップラーセンサの信号そのもの、または、心拍(検出対象の動き)に関連しそうな周波数帯域成分の振幅に基づいて、心拍位置を特定するので、人体(対象の物体)が近接していなければ、物体の動きを検出することが困難である。よって、例えば特許文献1、特許文献2に示す従来の技術を用いる場合には、物体の動きを検出する環境に制約が設けられる恐れがある。 Further, for example, the conventional technique disclosed in Patent Document 1 uses two types of sensors, a Doppler sensor and a low-frequency sensor, and the low-frequency sensor must be disposed close to a human body (target object). Further, for example, the conventional technique shown in Patent Document 2 specifies the heartbeat position based on the signal itself of the Doppler sensor or the amplitude of the frequency band component likely to be related to the heartbeat (movement of the detection target). If the target object is not close, it is difficult to detect the movement of the object. Therefore, for example, when the conventional techniques shown in Patent Document 1 and Patent Document 2 are used, there is a risk that an environment for detecting the motion of an object may be restricted.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、物体の動きの検出精度の向上を図ることが可能な、新規かつ改良された検出装置、検出方法、およびプログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved detection apparatus, detection method, and method capable of improving the detection accuracy of an object motion. And to provide a program.
上記課題を解決するために、本発明の第1の観点によれば、一定の掃引区間において周波数が変化する送信信号と、上記送信信号の送信に応じて受信される受信信号との周波数差を周波数として有するビート信号に基づいて、上記掃引区間ごとに上記ビート信号の位相シフト量を算出し、算出された上記位相シフト量に基づいて、物体の動きを検出する動き検出部を備える、検出装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, a frequency difference between a transmission signal whose frequency changes in a certain sweep interval and a reception signal received in response to transmission of the transmission signal is calculated. A detection apparatus comprising a motion detection unit that calculates a phase shift amount of the beat signal for each sweep section based on a beat signal having a frequency and detects a motion of an object based on the calculated phase shift amount Is provided.
かかる構成により、物体の動きの検出精度の向上を図ることができる。 With this configuration, it is possible to improve the detection accuracy of the movement of the object.
また、上記送信信号を送信し、上記送信信号と上記受信信号とに基づいて、上記ビート信号を出力する検出部をさらに備え、上記動き検出部は、上記検出部から出力される上記ビート信号の位相シフト量を算出してもよい。 The apparatus further includes a detection unit that transmits the transmission signal and outputs the beat signal based on the transmission signal and the reception signal. The motion detection unit is configured to output the beat signal output from the detection unit. The phase shift amount may be calculated.
また、上記掃引区間ごとに上記ビート信号を周波数変換する周波数変換部をさらに備え、上記動き検出部は、周波数変換が行われたビート信号における周波数ごとに、上記ビート信号の位相シフト量を算出してもよい。 In addition, a frequency conversion unit that converts the frequency of the beat signal for each sweep section is further provided, and the motion detection unit calculates a phase shift amount of the beat signal for each frequency in the beat signal subjected to frequency conversion. May be.
また、上記動き検出部は、周波数ごとに算出される位相シフト量のばらつきに基づいて、物体の動きを検出してもよい。 The motion detection unit may detect the motion of the object based on the variation in the phase shift amount calculated for each frequency.
また、上記動き検出部は、上記位相シフト量の時系列データを周波数ごとに生成し、周波数ごとの上記時系列データに基づき算出される、周波数ごとの上記ビート信号の位相シフト量の時間的変化成分に基づいて、物体の動きを検出してもよい。 In addition, the motion detection unit generates time-series data of the phase shift amount for each frequency, and is calculated based on the time-series data for each frequency, and temporal changes in the phase shift amount of the beat signal for each frequency The movement of the object may be detected based on the component.
また、上記動き検出部は、上記位相シフト量の時系列データを生成し、上記時系列データに基づき算出される、上記ビート信号の位相シフト量の時間的変化成分に基づいて、物体の動きを検出してもよい。 In addition, the motion detection unit generates time-series data of the phase shift amount, and based on the temporal change component of the phase shift amount of the beat signal calculated based on the time-series data, the motion detection unit It may be detected.
また、上記動き検出部は、上記位相シフト量の時間的変化成分に基づいて、空間上における動きの変化の特徴を示す特徴値を算出してもよい。 Further, the motion detection unit may calculate a feature value indicating a feature of motion change in space based on the temporal change component of the phase shift amount.
また、上記特徴値は、少なくとも、速度、加速度、ジャーク成分のいずれかを示してもよい。 The feature value may indicate at least one of speed, acceleration, and jerk components.
また、上記動き検出部は、上記位相シフト量のばらつきに基づいて、物体の動きを検出してもよい。 The motion detection unit may detect the motion of the object based on the variation in the phase shift amount.
また、上記動き検出部は、さらに上記ビート信号における各周波数成分の振幅に基づいて、物体の動きを検出してもよい。 The motion detection unit may further detect the motion of the object based on the amplitude of each frequency component in the beat signal.
また、上記目的を達成するために、本発明の第2の観点によれば、一定の掃引区間において周波数が変化する送信信号と、上記送信信号の送信に応じて受信される受信信号との周波数差を周波数として有するビート信号に基づいて、上記掃引区間ごとに上記ビート信号の位相シフト量を算出し、算出された上記位相シフト量に基づいて、物体の動きを検出するステップを有する、検出方法が提供される。 In order to achieve the above object, according to the second aspect of the present invention, the frequency of a transmission signal whose frequency changes in a certain sweep interval and a reception signal received in response to transmission of the transmission signal A detection method comprising: calculating a phase shift amount of the beat signal for each sweep section based on a beat signal having a difference as a frequency; and detecting a motion of an object based on the calculated phase shift amount Is provided.
かかる方法を用いることによって、物体の動きの検出精度の向上を図ることができる。 By using such a method, it is possible to improve the detection accuracy of the movement of the object.
また、上記送信信号を送信し、上記送信信号と上記受信信号とに基づいて、上記ビート信号を出力するステップをさらに有し、上記物体の動きを検出するステップでは、上記ビート信号を出力するステップにおいて出力される上記ビート信号の位相シフト量が算出されてもよい。 The method further includes the step of transmitting the transmission signal and outputting the beat signal based on the transmission signal and the reception signal, and the step of detecting the movement of the object includes the step of outputting the beat signal. The phase shift amount of the beat signal output in step S1 may be calculated.
また、上記掃引区間ごとに上記ビート信号を周波数変換するステップをさらに有し、上記物体の動きを検出するステップでは、周波数変換が行われたビート信号における周波数ごとに、上記ビート信号の位相シフト量が算出されてもよい。 In addition, the method further includes the step of frequency-converting the beat signal for each sweep section, and in the step of detecting the motion of the object, the phase shift amount of the beat signal for each frequency in the beat signal subjected to frequency conversion May be calculated.
また、上記送信信号を送信し、上記送信信号と上記受信信号とに基づいて、上記ビート信号を出力するステップをさらに有し、上記周波数変換するステップでは、上記ビート信号を出力するステップにおいて出力される上記ビート信号が周波数変換されてもよい。 In addition, the method further includes the step of transmitting the transmission signal and outputting the beat signal based on the transmission signal and the reception signal. In the step of converting the frequency, the beat signal is output in the step of outputting the beat signal. The beat signal may be frequency converted.
また、上記目的を達成するために、本発明の第2の観点によれば、一定の掃引区間において周波数が変化する送信信号と、上記送信信号の送信に応じて受信される受信信号との周波数差を周波数として有するビート信号に基づいて、上記掃引区間ごとに上記ビート信号の位相シフト量を算出し、算出された上記位相シフト量に基づいて、物体の動きを検出する手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。 In order to achieve the above object, according to the second aspect of the present invention, the frequency of a transmission signal whose frequency changes in a certain sweep interval and a reception signal received in response to transmission of the transmission signal Based on the beat signal having the difference as a frequency, the phase shift amount of the beat signal is calculated for each sweep section, and the computer functions as a means for detecting the motion of the object based on the calculated phase shift amount. A program is provided.
かかるプログラムを用いることによって、物体の動きの検出精度の向上を図ることができる。 By using such a program, it is possible to improve the detection accuracy of the movement of the object.
本発明によれば、物体の動きの検出精度の向上を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the detection accuracy of an object motion.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(本発明の実施形態に係る検出方法)
本発明の実施形態に係る検出装置の構成について説明する前に、本発明の実施形態に係る検出方法について説明する。以下では、本発明の実施形態に係る検出方法に係る処理を、本発明の実施形態に係る検出装置が行うものとして説明する。
(Detection method according to an embodiment of the present invention)
Before describing the configuration of the detection apparatus according to the embodiment of the present invention, the detection method according to the embodiment of the present invention will be described. In the following, the processing related to the detection method according to the embodiment of the present invention will be described as being performed by the detection apparatus according to the embodiment of the present invention.
上述したように、ドップラー効果による周波数シフトにより検出可能なビート信号に基づいて物体の動きを検出する場合には、物体の動きを精度よく検出できるとは限らない。 As described above, when the movement of an object is detected based on a beat signal that can be detected by a frequency shift due to the Doppler effect, the movement of the object is not always accurately detected.
そこで、本発明の実施形態に係る検出装置は、周波数が掃引された送信信号を送信し、当該送信信号と、送信信号の送信に応じて受信される受信信号とに基づくビート信号の位相の情報に基づいて、物体の動きを検出する。ここで、本発明の実施形態に係るビート信号とは、送信信号と受信信号との周波数差を周波数として有する信号である。また、本発明の実施形態に係る検出装置が検出する物体の動きとしては、例えば、物体が動きの有無や、動きの検出により特定(または推定)される動きの内容が挙げられる。 Therefore, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention transmits a transmission signal whose frequency is swept, and information on the phase of the beat signal based on the transmission signal and a reception signal received in response to transmission of the transmission signal. Based on this, the movement of the object is detected. Here, the beat signal according to the embodiment of the present invention is a signal having a frequency difference between a transmission signal and a reception signal as a frequency. In addition, examples of the motion of the object detected by the detection apparatus according to the embodiment of the present invention include the presence / absence of the motion of the object and the content of the motion specified (or estimated) by the motion detection.
より具体的には、本発明の実施形態に係る検出装置は、例えば、下記の(1)の処理(検出処理)〜(3)の処理(動き検出処理)を行うことによって、物体の動きを検出する。 More specifically, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention performs, for example, the following processing (1) (detection processing) to (3) (motion detection processing) to detect the motion of the object. To detect.
(1)検出処理
本発明の実施形態に係る検出装置は、一定の掃引区間において周波数が変化する送信信号を送信する。そして、本発明の実施形態に係る検出装置は、送信信号と、送信信号の送信に応じて受信される受信信号とに基づいて、ビート信号を得る。
(1) Detection Processing The detection apparatus according to the embodiment of the present invention transmits a transmission signal whose frequency changes in a certain sweep section. And the detection apparatus which concerns on embodiment of this invention acquires a beat signal based on the transmission signal and the received signal received according to transmission of a transmission signal.
より具体的には、本発明の実施形態に係る検出装置は、例えば、ドップラーセンサを備え、一定の掃引区間において周波数が変化する送信信号を繰り返し送信する。そして、本発明の実施形態に係る検出装置は、送信信号と受信信号とを干渉させ、送信信号と受信信号との周波数差を周波数として有するビート信号を得る。 More specifically, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention includes, for example, a Doppler sensor, and repeatedly transmits a transmission signal whose frequency changes in a certain sweep section. Then, the detection device according to the embodiment of the present invention interferes the transmission signal and the reception signal, and obtains a beat signal having a frequency difference between the transmission signal and the reception signal as a frequency.
ここで、本発明の実施形態に係る送信信号としては、例えば、マイクロ波(10[GHz]や24[GHz]など)やミリ波などの電磁波により送信される信号や、超音波などの音波により送信される信号、光により送信される信号が挙げられる。また、本発明の実施形態に係る受信信号は、送信された送信信号が、媒体や物体などによって反射された信号である。 Here, as the transmission signal according to the embodiment of the present invention, for example, a signal transmitted by an electromagnetic wave such as a microwave (10 [GHz] or 24 [GHz]) or a millimeter wave, or a sound wave such as an ultrasonic wave is used. A signal to be transmitted and a signal transmitted by light are exemplified. In addition, the received signal according to the embodiment of the present invention is a signal obtained by reflecting a transmitted signal transmitted by a medium or an object.
また、ドップラーセンサは、大別すると、周波数一定の無変調波を送信するCW(Continuous Wave)型と、送信する信号の周波数を一定の時間間隔で変化させるFMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)型とが挙げられる。CW型のドップラーセンサにより得られるビート信号は、物体などによる反射における速度に比例した周波数変化を生じる、ドップラー効果による周波数シフトを主な成分とする。そのため、CW型のドップラーセンサを用いる場合には、物体の動きを精度よく検出できるとは限らない。そこで、本発明の実施形態に係る検出装置は、周波数を掃引させる送信信号を送信するために、例えばFMCW型のドップラーセンサを用いる。なお、本発明の実施形態に係るFMCW型のドップラーセンサは、物体に反射することによってドップラー効果を生じさせることが可能な搬送波を送信可能なものであればよい。 The Doppler sensor can be broadly divided into a CW (Continuous Wave) type that transmits an unmodulated wave with a constant frequency and an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) type that changes the frequency of a signal to be transmitted at a constant time interval. Can be mentioned. The beat signal obtained by the CW-type Doppler sensor mainly includes a frequency shift due to the Doppler effect that causes a frequency change proportional to the speed of reflection by an object or the like. Therefore, when a CW-type Doppler sensor is used, it is not always possible to detect the movement of an object with high accuracy. Therefore, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention uses, for example, an FMCW type Doppler sensor in order to transmit a transmission signal for sweeping the frequency. Note that the FMCW type Doppler sensor according to the embodiment of the present invention may be any sensor that can transmit a carrier wave that can cause a Doppler effect by being reflected by an object.
ここで、周波数の掃引としては、例えば、上り掃引と、下り掃引とが挙げられる。下限周波数を“f0”、上限周波数を“f0+B”とおくと、上り掃引とは、例えば、時間ts(s)に下限周波数f0の送信信号が送信され、時間ts(s)+TB(s)に上限周波数f0+Bに達するように一定のペースで周波数を上げていくことをいう。また、下り掃引とは、例えば、時間ts(s)に上限周波数f0+Bの送信信号が送信され、時間ts(s)+TB(s)に下限周波数f0に達するように一定のペースで周波数を下げていくことをいう。以下では、上記のような、周波数の掃引に係る、時間ts(s)から時間ts(s)+TB(s)までの期間TB(s)に相当する期間を、「掃引区間」と示す。 Here, examples of the frequency sweep include an upward sweep and a downward sweep. When the lower limit frequency is set to “f 0 ” and the upper limit frequency is set to “f 0 + B”, for example, the upward sweep is a transmission signal of the lower limit frequency f 0 is transmitted at time ts (s), and time ts (s) + T B (s) means increasing the frequency at a constant pace so as to reach the upper limit frequency f 0 + B. Further, the downward sweep is, for example, at a constant pace so that a transmission signal of the upper limit frequency f 0 + B is transmitted at time ts (s) and reaches the lower limit frequency f 0 at time ts (s) + T B (s). This means lowering the frequency. Hereinafter, the period corresponding to the period T B (s) from the time ts (s) to the time ts (s) + T B (s) related to the frequency sweep as described above is referred to as a “sweep section”. .
また、周波数の掃引の形態としては、例えば、上り掃引のみが行われるノコギリ波状の掃引や、上り掃引と下り掃引とが繰り返される三角波状の掃引が挙げられる。 Further, examples of the frequency sweep include a sawtooth sweep in which only an upward sweep is performed, and a triangular sweep in which an upward sweep and a downward sweep are repeated.
本発明の実施形態に係る検出装置は、例えばFMCW型のドップラーセンサを備えることによって、一定の掃引区間において周波数が変化する送信信号を送信し、送信信号と受信信号とに基づいてビート信号を得る。本発明の実施形態に係る検出装置における検出処理の具体例については、後述する。 The detection apparatus according to the embodiment of the present invention includes, for example, an FMCW type Doppler sensor to transmit a transmission signal whose frequency changes in a certain sweep section, and obtains a beat signal based on the transmission signal and the reception signal . A specific example of the detection process in the detection apparatus according to the embodiment of the present invention will be described later.
なお、本発明の実施形態に係る検出装置は、例えば、ネットワークを介して(あるいは直接的に)接続された、FMCW型のドップラーセンサを備える外部の検出装置から出力されるビート信号を受信する場合など、外部装置からビート信号を取得する場合には、(1)の処理(検出処理)を行わなくてもよい。上記の場合には、本発明の実施形態に係る検出装置は、外部装置から取得されたビート信号に基づいて、後述する(2)の処理(周波数変換処理)および(3)の処理(動き検出処理)、または、後述する(3)の処理(動き検出処理)を行う。 Note that the detection device according to the embodiment of the present invention receives, for example, a beat signal output from an external detection device including an FMCW type Doppler sensor connected via a network (or directly). For example, when a beat signal is acquired from an external device, the process (1) (detection process) may not be performed. In the above case, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention performs the process (2) (frequency conversion process) and the process (3) (motion detection) described later based on the beat signal acquired from the external apparatus. Processing) or processing (3) described later (motion detection processing) is performed.
ここで、本発明の実施形態に係るネットワークとしては、例えば、LAN(Local Area Network)などの有線ネットワーク、無線LAN(WLAN;Wireless Local Area Network)や基地局を介した無線WAN(WWAN;Wireless Wide Area Network)などの無線ネットワーク、あるいは、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)などの通信プロトコルを用いたインターネットなどが挙げられる。 Here, as the network according to the embodiment of the present invention, for example, a wired network such as a LAN (Local Area Network), a wireless LAN (WLAN; Wireless Local Area Network), or a wireless WAN (WWAN; Wireless Wide Area) via a base station is used. Examples include a wireless network such as an area network or the Internet using a communication protocol such as TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol).
(2)周波数変換処理
本発明の実施形態に係る検出装置は、掃引区間ごとに、上記(1)の処理(検出処理)において取得されたビート信号を周波数変換する。ここで、本発明の実施形態に係る周波数変換の方法としては、例えば、フーリエ変換を用いる方法や、離散コサイン変換を用いる方法、ウェーブレット変換を用いる方法、Wigner変換を用いる方法、アダマール変換を用いる方法、Matching Pursuit法を用いる方法などが挙げられる。なお、本発明の実施形態に係る周波数変換の方法は、上記に限られない。例えば、本発明の実施形態に係る検出装置は、時間・周波数変換が可能な任意の方法を用いることができる。
(2) Frequency conversion process The detection device according to the embodiment of the present invention frequency-converts the beat signal acquired in the process (1) (detection process) for each sweep section. Here, as a frequency conversion method according to the embodiment of the present invention, for example, a method using Fourier transform, a method using discrete cosine transform, a method using wavelet transform, a method using Wigner transform, and a method using Hadamard transform And a method using the Matching Pursuit method. The frequency conversion method according to the embodiment of the present invention is not limited to the above. For example, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention can use any method capable of time / frequency conversion.
ビート信号を周波数変換して、後述する(3)の処理(動き検出処理)を行うことによって、本発明の実施形態に係る検出装置は、例えば、本発明の実施形態に係る検出装置からの距離が異なる物体における動きを検出することができる。本発明の実施形態に係る検出装置における周波数変換処理の具体例については、後述する。 By performing frequency conversion of the beat signal and performing processing (motion detection processing) described later (3), the detection device according to the embodiment of the present invention is, for example, a distance from the detection device according to the embodiment of the present invention. Can detect motion in different objects. A specific example of the frequency conversion process in the detection apparatus according to the embodiment of the present invention will be described later.
なお、本発明の実施形態に係る検出装置は、(2)の処理(周波数変換処理)を行わなわずに、後述する(3)の処理(動き検出処理)を行うことも可能である。(2)の処理を行わなわずに後述する(3)の処理を行う場合には、本発明の実施形態に係る検出装置は、本発明の実施形態に係る検出装置からの距離が単一の物体における動きを検出することとなる。 Note that the detection apparatus according to the embodiment of the present invention can perform the process (3) (motion detection process) described later without performing the process (2) (frequency conversion process). When the process (3) described later is performed without performing the process (2), the detection apparatus according to the embodiment of the present invention has a single distance from the detection apparatus according to the embodiment of the present invention. The movement in the object will be detected.
(3)動き検出処理
本発明の実施形態に係る検出装置は、掃引区間ごとにビート信号の位相シフト量を算出し、算出された位相シフト量に基づいて、物体の動きを検出する。本発明の実施形態に係る検出装置は、上記(2)の処理(周波数変換処理)を行う場合には、周波数変換が行われたビート信号における周波数ごとに、ビート信号の位相シフト量を算出する。
(3) Motion Detection Processing The detection apparatus according to the embodiment of the present invention calculates the phase shift amount of the beat signal for each sweep section, and detects the motion of the object based on the calculated phase shift amount. When performing the process (2) (frequency conversion process), the detection apparatus according to the embodiment of the present invention calculates the phase shift amount of the beat signal for each frequency in the beat signal subjected to the frequency conversion. .
ここで、本発明の実施形態に係るビート信号の位相シフト量とは、例えば、時間的に隣接する掃引区間における位相の変化量である。本発明の実施形態に係る検出装置は、ビート信号の位相シフト量の時間的変化を、空間上における物体の動き成分と捉えることによって、物体の動きを検出する。 Here, the phase shift amount of the beat signal according to the embodiment of the present invention is, for example, the amount of change in phase in temporally adjacent sweep sections. The detection apparatus according to the embodiment of the present invention detects the movement of an object by capturing a temporal change in the phase shift amount of the beat signal as a movement component of the object in space.
本発明の実施形態に係る検出装置は、上記のように、ビート信号の位相シフト量の時間的変化を、空間上における物体の動き成分と捉えて物体の動きを検出するので、物体の微細な動きも検出することが可能である。 As described above, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention detects the movement of the object by detecting the temporal change in the phase shift amount of the beat signal as the movement component of the object in space. It is also possible to detect movement.
また、本発明の実施形態に係る検出装置は、ビート信号の位相シフト量と、本発明の実施形態に係る検出装置および物体の距離との関係を、近似的に変換することによって、空間上における動きの変化の特徴を示す特徴値を算出してもよい。ここで、本発明の実施形態に係る空間上における動きの変化の特徴を示す特徴値としては、例えば、速度、加速度、ジャーク成分が挙げられる。上記のような空間上における動きの変化の特徴を示す特徴値を算出することによって、本発明の実施形態に係る検出装置は、人(動きを検出する物体の一例)の呼吸や心拍などをより容易に検出することができる。 In addition, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention approximates the relationship between the phase shift amount of the beat signal and the distance between the detection apparatus according to the embodiment of the present invention and the object in space. You may calculate the feature value which shows the characteristic of the change of a motion. Here, examples of the feature value indicating the feature of the change in motion on the space according to the embodiment of the present invention include speed, acceleration, and jerk components. By calculating the feature value indicating the feature of the change of the motion in the space as described above, the detection device according to the embodiment of the present invention can further respirate a person (an example of an object that detects motion), a heartbeat, and the like. It can be easily detected.
なお、本発明の実施形態に係る検出装置における動き検出処理の具体例については、後述する。 A specific example of the motion detection process in the detection apparatus according to the embodiment of the present invention will be described later.
本発明の実施形態に係る検出装置は、本発明の実施形態に係る検出方法に係る処理として、例えば、上記(1)の処理(検出処理)〜上記(3)の処理(動き検出処理)や、上記(2)の処理(周波数変換処理)および上記(3)の処理(動き検出処理)、上記(1)の処理(検出処理)および上記(3)の処理(動き検出処理)、あるいは、上記(3)の処理(動き検出処理)を行う。 The detection apparatus according to the embodiment of the present invention includes, for example, the process (1) (detection process) to the process (3) (motion detection process) as the process related to the detection method according to the embodiment of the present invention. The process (2) (frequency conversion process) and the process (3) (motion detection process), the process (1) (detection process) and the process (3) (motion detection process), or The process (3) (motion detection process) is performed.
ここで、本発明の実施形態に係る検出装置は、上記(1)の処理(検出処理)により、または、外部装置から、ビート信号を取得し、上記(3)の処理において、ビート信号の位相シフト量の時間的変化を、空間上における物体の動き成分と捉えて物体の動きを検出する。ここで、ビート信号の位相シフト量の時間的変化を空間上における物体の動き成分と捉えるときには、検出対象の物体が微細に動いた場合であっても、信号のS/N比が悪くなる可能性を、従来の技術が用いられる場合よりもより低減することが可能である。 Here, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention obtains a beat signal by the process (1) (detection process) or from an external apparatus, and in the process (3), the phase of the beat signal is acquired. The movement of the object is detected by regarding the temporal change of the shift amount as the movement component of the object in space. Here, when the temporal change in the phase shift amount of the beat signal is regarded as the motion component of the object in space, the signal-to-noise ratio of the signal may deteriorate even if the object to be detected moves finely. Can be reduced more than when conventional techniques are used.
したがって、本発明の実施形態に係る検出装置は、本発明の実施形態に係る検出方法に係る処理を行うことによって、物体の動きの検出精度の向上を図ることができる。 Therefore, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention can improve the detection accuracy of the motion of the object by performing the processing according to the detection method according to the embodiment of the present invention.
以下、本発明の実施形態に係る検出装置の構成の一例について説明をすると共に、本発明の実施形態に係る検出方法に係る処理の具体例についても併せて説明する。 Hereinafter, an example of the configuration of the detection device according to the embodiment of the present invention will be described, and a specific example of processing according to the detection method according to the embodiment of the present invention will also be described.
(第1の実施形態に係る検出装置)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る検出装置100の構成の一例を示す説明図である。検出装置100は、例えば、検出部102と、周波数変換部104と、動き検出部106とを備える。
(Detecting device according to the first embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the
また、検出装置100は、例えば、制御部(図示せず)や、ROM(Read Only Memory。図示せず)、RAM(Random Access Memory。図示せず)、記憶部(図示せず)、ユーザが操作可能な操作部(図示せず)、様々な画面を表示画面に表示する表示部(図示せず)、外部装置と通信を行うための通信部(図示せず)などを備えていてもよい。検出装置100は、例えば、データの伝送路としてのバスにより上記各構成要素間を接続する。
In addition, the
ここで、制御部(図示せず)は、例えばMPU(Micro Processing Unit)や各種機能を実現するための集積回路などで構成され、検出装置100全体を制御する役目を果たす。また、制御部(図示せず)は、例えば、周波数変換部104や、動き検出部106など、本発明の実施形態に係る検出方法に係る処理の一部を行う役目を果たしてもよい。なお、検出装置100が、周波数変換部104や、動き検出部106それぞれを、制御部(図示せず)とは別体の処理回路(個別の処理回路、または共通の処理回路)として備えることができることは、言うまでもない。
Here, the control unit (not shown) includes, for example, an MPU (Micro Processing Unit) and an integrated circuit for realizing various functions, and serves to control the
ROM(図示せず)は、例えば制御部(図示せず)が使用するプログラムや演算パラメータなどの制御用データを記憶する。RAM(図示せず)は、例えば制御部(図示せず)により実行されるプログラムなどを一時的に記憶する。 The ROM (not shown) stores control data such as programs and calculation parameters used by a control unit (not shown), for example. A RAM (not shown) temporarily stores, for example, a program executed by a control unit (not shown).
記憶部(図示せず)は、検出装置100が備える記憶手段であり、例えば、動き検出部106において検出された動きの検出結果を示すデータや、アプリケーションなど様々なデータを記憶する。ここで、記憶部(図示せず)としては、例えば、ハードディスクなどの磁気記録媒体や、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリなどが挙げられる。また、記憶部(図示せず)は、検出装置100から着脱可能であってもよい。
The storage unit (not shown) is a storage unit included in the
操作部(図示せず)としては、例えば、ボタンや、方向キー、あるいは、これらの組み合わせなどが挙げられる。また、検出装置100は、例えば、キーボードやマウスなど、検出装置100の外部装置としての操作デバイスと接続することもできる。
Examples of the operation unit (not shown) include a button, a direction key, or a combination thereof. The
表示部(図示せず)としては、例えば、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display)や有機ELディスプレイ(organic ElectroLuminescence display)などが挙げられる。なお、表示部(図示せず)は、例えばタッチスクリーンなどのように、表示とユーザ操作とが可能なデバイスであってもよい。また、検出装置100は、表示部(図示せず)の有無に関わらず、検出装置100の外部装置としての表示デバイス(例えば、外部ディスプレイなど)と接続することもできる。
As a display part (not shown), a liquid crystal display (Liquid Crystal Display), an organic EL display (organic ElectroLuminescence display), etc. are mentioned, for example. The display unit (not shown) may be a device capable of display and user operation, such as a touch screen. In addition, the
検出部102は、上記(1)の処理(検出処理)を行う役目を果たし、一定の掃引区間において周波数が変化する送信信号を送信し、送信信号と受信信号とに基づいて、ビート信号を出力する。検出部102は、例えば、FMCW型のドップラーセンサを備える。
The
図2は、第1の実施形態に係る検出装置100が送信する送信信号の一例を示す説明図である。ここで、図2では、検出部102が、三角波状に周波数を掃引する場合における、周波数変化の一例(図2に示す(B))と、送信信号の波形の一例(図2に示す(A))とを示している。また、図2に示す“f0”は、下限周波数を示し、図2に示す“f0+B”は、上限周波数を示している。そして、図2に示すTB(s)は、掃引区間を示している。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a transmission signal transmitted by the
ここで、図2に示すように、三角波状に周波数を掃引する場合の利点は、一般的に、送信信号が送信されてから、当該送信信号が物体などの反射体に当たって反射して受信信号として受信されるまでの往復伝搬遅延時間が、送信信号と受信信号との周波数差と比例する関係で得られることにある。すなわち、検出部102が、三角波状に周波数を掃引して送信信号を送信することによって、物体と検出装置100との距離(より厳密には、物体と検出部102との距離)が、ビート信号の周波数として得られる。
Here, as shown in FIG. 2, the advantage of sweeping the frequency in a triangular wave shape is that, generally, after a transmission signal is transmitted, the transmission signal hits a reflector such as an object and is reflected as a reception signal. The round-trip propagation delay time until reception is obtained in a relationship proportional to the frequency difference between the transmission signal and the reception signal. That is, the
一般的に、反射体は、検出部102からみると複数の距離に存在する。例えば、屋内では、検出部102からみると、壁や、床、家具、人、動物など、様々な反射体が存在しうる。そのため、検出部102は、上記のような複数の反射体によって反射された送信信号が合成された信号を、受信信号として受信することとなる。検出部102は、例えば、受信信号のうち最も大きい振幅を有する周波数成分を抽出して用いたり、周波数変換を行うことによって受信信号を距離別に周波数成分を分離して用いる。
In general, the reflector exists at a plurality of distances when viewed from the
なお、検出部102における周波数の掃引は、図2に示すような三角波状の掃引に限られない。例えば、検出部102は、ノコギリ状の掃引のように、上り掃引や下り掃引のみの片側掃引によって周波数を掃引してもよい。また、検出部102は、三角波状の掃引やノコギリ状の掃引に限られず、一定のペースで周波数が変化する掃引区間が繰り返されていれば、任意のパターンの掃引を行うことができる。
Note that the frequency sweep in the
ここで、検出部102は、例えば、VCO(voltage controlled oscillator;電圧制御発振器)に入力する電圧を時間変化させることによって、送信周波数を変化させる。なお、検出部102における周波数の掃引の実現方法が、上記に限られないことは、言うまでもない。
Here, the
以下、検出部102における処理について、より具体的に説明する。
Hereinafter, the process in the
検出部102は、掃引開始時間を0(ゼロ)とする時間tにおいて、例えば下記の数式1に示す送信信号vs(t)を送信する。ここで、数式1に示す“As”は、送信信号の振幅を示しており、数式1に示す“φs”は、例えば下記の数式2で表される。また、数式2に示す“f0”は、掃引下限周波数[Hz]を示し、数式2に示す“Os”は、掃引開始時における送信信号の位相を示している。また、数式2に示す“TB”は、掃引区間を示し、数式2に示す“B”は、掃引周波数[Hz]を示している。
The
また、送信信号vs(t)の送信周波数ωs[rad/s]は、例えば下記の数式3で表される。 Further, the transmission frequency ω s [rad / s] of the transmission signal v s (t) is expressed by, for example, Equation 3 below.
一般に、搬送波の周波数は、掃引の繰り返し周期に対して非常に高いことから、搬送波の掃引開始時における位相OSを同期させることは困難である。例えば、24[GHz]のマイクロ波を例に挙げると、搬送波の周波数24[GHz]に対して、掃引の繰り返し周期は1[kHz]程度であるので、掃引の繰り返し周期の制御に搬送波と同期した制御が行われないことが多い。一般的に、掃引開始時における位相OSは、掃引ごとに変化する値とされる。そこで、検出部102は、例えば、掃引開始時における位相OSを掃引ごとに変化する値として、送信信号vs(t)を送信する。
In general, the frequency of the carrier wave, from the very high relative to the repetition period of the sweep, it is difficult to synchronize the phase O S at the beginning sweep carrier. For example, in the case of a microwave of 24 [GHz], since the repetition cycle of the sweep is about 1 [kHz] with respect to the frequency of 24 [GHz] of the carrier wave, it is synchronized with the carrier wave for controlling the repetition cycle of the sweep. Often, such control is not performed. Generally, the phase O S at the beginning sweep is a value that changes every sweep. Therefore, the
また、送信信号vs(t)の送信に応じて受信される受信信号vr(t)は、例えば下記の数式4で表される。ここで、数式4に示す“Ar”は、受信信号の振幅を示している。また、数式4に示す“φr”は、例えば下記の数式5で表される。ここで、数式5に示す“Tr”は、送信信号が物体などにより反射して受信信号として受信されるまでの遅延時間を示している。 Further, the received signal v r (t) received in response to the transmission of the transmission signal v s (t) is expressed by, for example, Equation 4 below. Here, “A r ” shown in Equation 4 represents the amplitude of the received signal. Further, “φ r ” shown in Expression 4 is expressed by Expression 5 below, for example. Here, “T r ” shown in Expression 5 represents a delay time until the transmission signal is reflected by an object or the like and received as a reception signal.
また、受信信号vr(t)の受信周波数ωr[rad/s]は、例えば下記の数式6で表される。 Further, the reception frequency ω r [rad / s] of the reception signal v r (t) is expressed by, for example, the following Equation 6.
検出部102は、数式6に示す受信周波数ωrに対してIQ検波を行い、例えば下記の数式7、数式8に示す信号を得る。
ここで、数式7に示す“cos(φr+φs)”成分と、数式8に示す“sin(φr+φs)”成分は、例えば、ローパスフィルタなどのフィルタによって除去することが可能である。よって、検出部102は、送信信号vs(t)と受信信号vr(t)とに基づいて、例えば下記の数式9、数式10に示すビート信号を取得する。
Here, the "cos (φ r + φ s )" components shown in Equation 7, the "sin (φ r + φ s )" components shown in Equation 8, for example, can be removed by a filter such as a low-pass filter . Therefore, the
上記数式9、上記数式10に示す“Ab”は、例えば下記の数式11で表され、また、上記数式9、上記数式10に示す“φb”は、例えば下記の数式12で表される。 “A b ” shown in Equation 9 and Equation 10 is expressed by the following Equation 11, for example, and “φ b ” shown in Equation 9 and Equation 10 is expressed by the following Equation 12, for example. .
また、ビート信号の周波数ωb[rad/s]は、例えば下記の数式13で表される。 Further, the frequency ω b [rad / s] of the beat signal is expressed by, for example, Expression 13 below.
検出部102は、例えば上記数式9、上記数式10に示す演算を行うことによって、ビート信号を取得する。そして、検出部102は、ビート信号を周波数変換部104へ出力する。
The
検出部102が出力するビート信号は、送信信号と受信信号との周波数差を周波数として有する信号である。図3は、本発明の実施形態に係る送信信号と受信信号との周波数差の一例を示す説明図である。図3の(A)は、送信信号と受信信号との一例を示しており、図3の(B)は、図3の(A)に示す送信信号と受信信号との周波数差を示している。検出部102は、例えば上記数式9、上記数式10に示す演算を行うことによって、例えば図3の(B)に示すような周波数差を周波数とするビート信号を出力する。
The beat signal output from the
[本発明の実施形態に係る、ビート信号の位相シフト量に基づいて物体の動きを検出する意義]
ここで、周波数変換部104、動き検出部106について説明する前に、本発明の実施形態に係る、ビート信号の位相シフト量に基づいて物体の動きを検出する意義について説明する。
[Significance of detecting motion of an object based on a phase shift amount of a beat signal according to an embodiment of the present invention]
Here, before describing the
検出装置100(より厳密には、後述する動き検出部106)は、例えば下記の数式14に示す演算を行うことによって、掃引区間に対する、ビート信号の位相シフト量Obを算出する。
Detection device 100 (more precisely, the
数式14に示すように、ビート信号の位相シフト量Obは、掃引開始時における送信信号の位相Osの影響を受けない。また、数式14に示すように、ビート信号の位相シフト量Obは、掃引周波数B、掃引区間TB、および下限周波数f0が一定である場合には、検出装置100と物体との距離(より厳密には検出部102と物体との距離。以下、同様とする。)に依存する、遅延時間Trに対して一意に定まる。よって、数式14により算出されるビート信号の位相シフト量Obは、検出装置100と物体との距離と、掃引時間tにより一意に定まる。
As shown in Formula 14, the phase shift amount O b of the beat signal is not affected by the phase O s of the transmission signal at the start of the sweep. Further, as shown in Equation 14, the beat signal phase shift amount O b is equal to the distance between the
また、ビート信号の振幅Abは、送信信号vs(t)の振幅Asが一定である場合には、物体などの反射体の面積や反射特性に依存する、受信信号vr(t)の振幅Arにより定まる。 Also, the amplitude A b of the beat signal, the transmitted signal v when the amplitude A s of s (t) is constant, which depends on the area and the reflection characteristic of the reflector, such as the object, the received signal v r (t) determined by the amplitude a r.
ここで、特定の空間内における動体の検出や、静止体の変化を検出する場合には、例えば、遅延時間Trや受信信号vr(t)の振幅Arの変化を検出すればよい。しかしながら、遅延時間Trの変化は、上記数式13、上記数式14に示すように、ビート信号の周波数ωbとビート信号の位相シフト量Obとに影響を与える。また、受信信号vr(t)の振幅Arは、上記のように反射体の面積や反射特性に依存するものであるので、受信信号vr(t)の振幅Arの変化の検出により物体の動きを検出する場合には、物体の動きの検出精度の向上を図ることができるとは限らない。 Here, when detecting a moving body in a specific space or detecting a change in a stationary body, for example, a change in the delay time T r and the amplitude A r of the received signal v r (t) may be detected. However, the change in the delay time T r affects the frequency ω b of the beat signal and the phase shift amount O b of the beat signal, as shown in Equation 13 and Equation 14. The amplitude A r of the received signal v r (t), so is dependent on the area and the reflection characteristic of the reflector as described above, by detecting the change in the amplitude A r of the received signal v r (t) When detecting the movement of an object, it is not always possible to improve the detection accuracy of the movement of the object.
そこで、検出装置100は、搬送波が検出装置100と物体との間を往復する時間に相当する、遅延時間Trや受信信号vr(t)の振幅Arではなく、検出装置100から対象の物体までの距離L[m]を用いる。送信信号、受信信号が搬送される搬送波の速度を“c”[m/s]とおくと、例えば、上記数式13は下記の数式15で表され、また、上記数式14は下記の数式16で表される。
Therefore, the
ここで、ビート信号の離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transform;DFT)を用いた周波数変換による周波数変化を考える。ビート信号は、掃引区間前後において不連続であり、上記数式1〜上記数式16に示す関係式が成立するのは、一般的には、掃引区間TB内に限られる(より厳密には、さらに送信信号のround−tripによる影響を考慮すると、掃引区間TBよりも短くなる。)。すなわち、掃引区間TB内のみにおける離散フーリエ変換を考慮すると、周波数分解能は、掃引区間TBにおいて1波長表現することができる1/TB[Hz]の整数倍に限定される。上記の場合における距離分解能“LR”[m]は、例えば、数式15より下記の数式17で表される。 Here, frequency change due to frequency conversion using Discrete Fourier Transform (DFT) of the beat signal is considered. Beat signal is discontinuous before and after the sweep interval, the relational expression shown in the equation 1 above equation 16 is satisfied, in general, limited to sweep interval T in B (more precisely, further considering the effects of round-trip of the transmission signal, it is shorter than the sweep period T B.). That, considering the discrete Fourier transform in only the sweep interval T B, the frequency resolution is limited to an integral multiple of 1 / T B [Hz], which can be one wavelength expressed sweep interval T B. The distance resolution “L R ” [m] in the above case is expressed by the following Expression 17 from Expression 15, for example.
搬送波が、例えばマイクロ波である場合、c=3.0×108[m/s]であり、送信周波数Bを200[MHz]とすると、距離分解能LRは、数式17より0.75[m]となる。 When the carrier wave is a microwave, for example, c = 3.0 × 10 8 [m / s], and when the transmission frequency B is 200 [MHz], the distance resolution LR is 0.75 [ m].
ここで、例えば物体が動くことによって、距離が5[cm]変わった場合、周波数の変化は6.6[%]となる。周波数の変化によって物体の動きを検出する場合には、例えば、道路や倉庫内を移動する車両のように、メートルオーダーで動く物体の動きは、動きが大きいため容易に検出することができるが、上記5[cm]の動きなど、センチメートルオーダーの動きを検出することは困難である。つまり、周波数の変化によって物体の動きを検出する場合には、例えば、倉庫内の荷物や、人の動きを検出できるとは限らない。 Here, for example, when the distance changes by 5 [cm] due to the movement of the object, the change in frequency becomes 6.6 [%]. When detecting the movement of an object by changing the frequency, for example, the movement of an object moving in the metric order such as a vehicle moving in a road or a warehouse can be easily detected because the movement is large. It is difficult to detect a centimeter order movement such as the above 5 cm movement. That is, when detecting the movement of an object based on a change in frequency, for example, it is not always possible to detect a load in a warehouse or the movement of a person.
一方、ビート信号の位相シフト量Obに着目すると、(物体が移動する距離にもよるが、)物体の移動によって0.5周期程変化する。そのため、ビート信号の位相シフト量Obの変化を用いる方が、周波数の変化を用いる場合よりも、より容易に物体の動きを検出することが可能である。 On the other hand, paying attention to the phase shift amount O b of the beat signal, (depending on the distance traveled by the object) varies as 0.5 cycles by the movement of the object. Therefore, it is preferable to use a change in the phase shift amount O b of the beat signal, than when using a change in frequency, it is possible to detect the movement of the more easily the object.
また、検出部102が、例えば、24[GHz]のマイクロ波を搬送波とし、200[MHz]・1[ms]の掃引周波数・時間で送信信号を送信する場合のように、数式14の第1項と第2項とのオーダーが大きく異なる場合には、例えば下記の数式18に示すように、ビート信号の位相シフト量Obを、検出装置100と物体との距離と線形な関係を有するように近似することができる。ここで、数式18に示す“α”は、下記の数式19で表される。
Further, as in the case where the
したがって、検出装置100は、掃引の繰り返し周期ごとにビート信号の位相シフト量を算出し、ビート信号の位相シフト量の時間的な変化成分を用いて物体を検出することによって、空間内の物体の動きの検出精度の向上を図ることができる。
Therefore, the
なお、上記では、検出装置100が1つの反射体の動きを検出する場合を例に挙げて説明したが、本発明の第1の実施形態に係る検出装置100における処理は、上記に限られない。上述したように、実際の空間内には、様々な物体や構造物などのような、様々な反射体が存在する可能性があり、検出装置100は、検出装置100と各反射体との距離や、反射体における反射量などが異なる反射体によって反射された送信信号が合成された信号を、受信信号として受信しうる。よって、本発明の第1の実施形態に係る検出装置100は、例えば、フーリエ変換や、ウェーブレット変換などを用いた周波数解析を行ってもよい。周波数解析を行うことによって、本発明の第1の実施形態に係る検出装置100は、例えば、周波数分解能の範囲において距離別の影響を分離することができる。
In the above description, the case where the
再度図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係る検出装置100の構成の一例について説明する。周波数変換部104は、(2)の処理(周波数変換処理)を主導的に行う役目を果たし、掃引区間ごとに、検出部102から出力されるビート信号を周波数変換する。
With reference to FIG. 1 again, an example of the configuration of the
以下、周波数変換部104がフーリエ変換を用いてビート信号を周波数変換する場合を例に挙げて、周波数変換部104における処理について説明する。なお、本発明の第1の実施形態に係る周波数変換部104における周波数変換処理は、上記に限られない。例えば、周波数変換部104は、ウェーブレット変換や、Wigner変換、Matching Pursuit法などを用いてビート信号を周波数変換してもよい。
Hereinafter, the processing in the
また、以下では、検出部102において、掃引区間TB(s)による掃引がN回(Nは、正の整数)行われる場合を例に挙げて、周波数変換部104における処理について説明する。
In the following, the processing in the
例えば図2の(B)に示すように、周波数の下限と上限との間を掃引するときには、再度掃引を行うために掃引前の初期値に周波数を戻す必要があり、初期値に周波数を戻すための有限の時間、すなわち、掃引準備期間を要する場合がある。掃引準備期間を“Tp(s)”とおくと、1回の掃引処理に要する期間TT(S)は、掃引区間と掃引準備期間とを合わせた期間、すなわち、(TB+TP)(s)となる。なお、理想的には、Tp(s)=0であるが、例えば、送信周波数を変化させるために用いられるVCOの安定性などを考慮すると、現実的には、Tp(s)=0とすることは困難である。また、逆掃引が行われる場合には、片側の掃引からみると、TB(s)=Tp(s)となることもある。 For example, as shown in FIG. 2B, when sweeping between the lower limit and the upper limit of the frequency, it is necessary to return the frequency to the initial value before the sweep in order to perform the sweep again, and the frequency is returned to the initial value. May require a finite time, ie, a sweep preparation period. Assuming that the sweep preparation period is “T p (s)”, the period T T (S) required for one sweep process is the combined period of the sweep section and the sweep preparation period, that is, (T B + T P ). (S). Ideally, T p (s) = 0, but considering the stability of the VCO used to change the transmission frequency, for example, in reality, T p (s) = 0. It is difficult to do. Further, when reverse sweep is performed, T B (s) = T p (s) may be obtained when viewed from one side sweep.
ここで、サンプリング周波数を“fs”[Hz]とし、(i+1)回目(i=0,1,…,N−1)の掃引処理における離散フーリエ変換を考える。掃引開始時間t=0[s]とする場合、周波数変換部104は、例えば、掃引開始前の送信信号の影響を受けないために、時間t=TS(s)から掃引終了時間に該当する時間TB(s)までの区間に対して、フーリエ変換を行う。
Here, the sampling frequency is set to “f s ” [Hz], and the discrete Fourier transform in the (i + 1) -th (i = 0, 1,..., N−1) sweep process is considered. When the sweep start time t = 0 [s], the
周波数変換部104は、1回の掃引に対して1回の離散フーリエ変換を行うが、本発明の第1の実施形態に係る周波数変換部104における処理は、上記に限られない。例えば、本発明の第1の実施形態に係る周波数変換部104は、掃引区間を複数の区間に分割して、分割された区間ごとに離散フーリエ変換を行ってもよいし、一定のサイズの窓をスライドさせることによって複数の区間を抽出し、抽出された区間ごとに離散フーリエ変換を行ってもよい。以下では、周波数変換部104が、1回の掃引に対して1回の離散フーリエ変換を行う場合を例に挙げて説明する。
The
周波数変換部104は、上記数式9、上記数式10に示すビート信号、すなわち、ドップラーのIL成分とQL成分とをサンプリング周波数fs[Hz]でサンプリングし、それぞれ実部、虚部とする複素数列Xi=(x0,i,x1,i,…,xM−1,i)を構成する。ここで、複素数列Xiの要素数Mは、例えば下記の数式20で表される。
The
また、離散フーリエ変換後の複素数列を“Ci=(c0,i,c1,i,…,cM−1,i)”とおくと、複素数列Ciの要素“cm,i”は、例えば下記の数式21で表される。 If the complex number sequence after the discrete Fourier transform is “Ci = (c 0, i , c 1, i ,..., C M−1, i )”, the element “c m, i ” of the complex number sequence Ci is For example, it is expressed by Equation 21 below.
ここで、数式21で表されるcm,iは、i番目の掃引時の波形の周波数成分であり、cm,iの周波数は、0[Hz]の直流成分から、サンプリング周波数fsに対するナイキスト周波数であるfs/2[Hz]までの成分に分解される。また、個々の周波数成分の周波数間隔は、“1/(TB−TS)”[Hz]となり、距離間隔は上記数式17で表される“LR”となる。よって、数式21で表されるcm,iが示す距離“L”[m]は、例えば下記の数式22で表される。 Here, the c m, i represented by formula 21, the frequency component of the i-th waveform during the sweep, c m, the frequency of the i from the DC component of 0 [Hz], for the sampling frequency f s It is decomposed into components up to f s / 2 [Hz] which is the Nyquist frequency. Further, the frequency interval between the individual frequency components is “1 / (T B −T S )” [Hz], and the distance interval is “L R ” expressed by Equation 17 above. Therefore, the distance “L” [m] indicated by cm, i represented by Equation 21 is represented by Equation 22 below, for example.
よって、周波数変換部104が、フーリエ変換を用いてビート信号を周波数変換することによって、検出装置100は、距離が異なる物体における動きを検出することが可能となる。
Therefore, when the
なお、上記では、離散フーリエ変換を行う系列の窓と掃引区間とを一致させている。ここで、離散フーリエ変換を行う系列の窓と掃引区間とが一致している必要は必ずしもないが、離散フーリエ変換の結果得られる各周波数成分の位相に対して、上記数式18に示す、検出装置100と物体との距離と線形な関係を維持するために、周波数変換を行う系列の窓と、掃引区間との相対的な関係を維持する必要がある。そこで、周波数変換部104は、掃引区間の繰り返しに対して、掃引区間ごとに周波数変換を行う。
In the above description, the window of the sequence for performing the discrete Fourier transform is matched with the sweep interval. Here, it is not always necessary that the window of the sequence for performing the discrete Fourier transform and the sweep section coincide with each other. However, the detection device shown in the above equation 18 with respect to the phase of each frequency component obtained as a result of the discrete Fourier transform. In order to maintain a linear relationship with the distance between the
周波数変換部104は、例えば上記のように、フーリエ変換を用いてビート信号を周波数変換する。そして、周波数変換部104は、周波数変換したビート信号を動き検出部106へ出力する。
For example, as described above, the
なお、本発明の第1の実施形態に係る周波数変換部104における処理は、上記に限られない。例えば、周波数変換部104は、物体の検出を行う空間を限定する、すなわち、検出装置100と対象の物体との最大距離を“Lmax”と限定してもよい。
Note that the processing in the
検出装置100と対象の物体との最大距離を“Lmax”とする場合、検出部102を中心とした半径がLmaxの球状の空間が、物体の検出を行う空間となるが、実際の物体の検出を行う空間は、送信信号の送信に係る指向性や、受信信号の受信に係る指向性に左右される。例えば、検出部102が備えるドップラーセンサの前面から左右45度の範囲内に指向性が絞られる場合には、左右45度の範囲でLmaxにより規定される扇状の空間が、物体の検出を行う空間となる。
When the maximum distance between the
周波数変換部104が、L(m)<Lmaxを満たす最大のmをmmaxとして、m=0,…,mmaxの範囲内で分析を行うことによって、検出装置100は、物体の検出を行う空間外の物体の反射による外乱要素の影響を低減することが可能となる。よって、周波数変換部104が、L(m)<Lmaxを満たす最大のmをmmaxとして、m=0,…,mmaxの範囲内で分析を行うことによって、検出装置100は、物体の動きの検出精度をより向上させることができる。
また、搬送波がマイクロ波である場合には、上記のように物体の検出を行う空間を限定することによって、大きな検出精度の向上効果を得ることができる。マイクロ波は、例えば木造の構造物などを容易に透過するため、搬送波がマイクロ波である場合には、検出部102が出力の高い送信信号を送信したり、受信信号の受信感度を上げると、本来は物体の動きの検出の対象とはならない空間の影響を受ける可能性が高まる。その一方で、物体の微細な動きの検出をより厳密に行うためには、送信信号の出力や受信信号の受信感度を上げることが、信号のゲインを稼ぐ上で有効である。上記のように、物体の検出を行う空間を限定することにより外乱要素の影響を低減することが可能であるので、物体の検出を行う空間を限定することによって、検出部102が送信信号の出力や受信信号の受信感度を上げても、外乱要素の影響を大きく受けることはない。よって、搬送波がマイクロ波である場合における上記のようなトレードオフを解消することができるので、上記のように物体の検出を行う空間を限定することによって、大きな検出精度の向上効果を得ることができる。
Further, when the carrier wave is a microwave, a large detection accuracy improvement effect can be obtained by limiting the space in which the object is detected as described above. For example, since the microwave easily passes through a wooden structure, for example, when the carrier wave is a microwave, the
動き検出部106は、上記(3)の処理(動き検出処理)を主導的に行う役目を果たし、掃引区間ごとにビート信号の位相シフト量を算出し、算出された位相シフト量に基づいて、物体の動きを検出する。
The
より具体的には、動き検出部106は、周波数変換部104から伝達されるビート信号における、周波数変換後の各周波数成分cm,iについて、ビート信号の位相の時間的変化に基づいて物体の動きを検出する。
More specifically, the
例えば、空間内に存在する物体に動きがない場合、すなわち、空間内に静止体のみが存在する場合、上記数式15、上記数式16より、送信信号の位相に関わらず、掃引間隔ごとにビート信号の周波数、位相、振幅が決まる。また、周波数変換部104における離散フーリエ変換などの周波数変換によって、距離別にビート信号の周波数、位相、振幅を分離することができるので、動き検出部106は、時間変動を周波数成分別に分析することによって、距離別に物体の動きの有無を検出することができる。
For example, when there is no movement of an object present in the space, that is, when only a stationary object is present in the space, the beat signal is obtained at every sweep interval, regardless of the phase of the transmission signal, according to Equation 15 and Equation 16. The frequency, phase, and amplitude are determined. In addition, since the frequency, phase, and amplitude of the beat signal can be separated by distance by frequency conversion such as discrete Fourier transform in the
周波数変換部104から伝達されるビート信号における、時間(TT×j)に開始された掃引処理により得られる周波数成分cm,jは、距離L(m)=m・LR近辺の物体に関する時間(TT×j)における情報に相当する。ここで、上記周波数成分cm,jは、距離L(m)の近辺に動体がなければ、一意に定まる複素数となるが、実際は、例えば、各種誤差要因により微小に変動し、また、検出部102が備えるRF(Radio Frequency)回路の温度特性などのよるドリフトの影響などによって、長期的にはある程度大きく変動することがある。
In the beat signal transmitted from the
そこで、動き検出部106は、上記のような微小変動や長時間変動を許容するために、例えば、位相シフト量に短期的に大きな変化が生じた場合に、物体に動きがあると判断する。また、上記のような微小変動は、上記数式16に示すように、ビート信号の位相シフト量に大きく影響を与えうるため、動き検出部106は、例えば、位相シフト量の変化を抽出し、物体の動きにより位相シフト量が変化したかを判定する。
Therefore, the
より具体的には、(j+1)回目の掃引処理によってm番目の周波数成分cm,jが得られた場合、動き検出部106は、例えば、m番目の周波数成分cm,jと、過去の掃引処理によって得られた周波数成分とを併せた時系列データによって、処理を行う。以下、動き検出部106が、100回分の掃引処理により得られた周波数成分を集めた時系列Cm,j=(cm,j−99,cm,j−98,・・・,cm,j−1,cm,j)に対して処理を行う場合を例に挙げて、動き検出部106における処理の一例について説明する。
More specifically, when the m-th frequency component cm, j is obtained by the (j + 1) -th sweep process, the
時系列Cm,jにおける周波数成分の位相シフト量系列は、Φm,j=(om,j−99,om,j−98,・・・,om,j−1,om,j)と表現することができる。ここで、om,jは、om,j=arg(cm,j)であり、“arg”は、複素平面上の偏角を求める演算でありarctanが用いられる。 The phase shift amount series of frequency components in the time series C m, j is Φ m, j = (om , j−99 , om , j−98 ,..., Om , j−1 , om , j ). Here, o m, j is o m, j = arg (c m, j ), and “arg” is an operation for obtaining a declination on the complex plane, and arctan is used.
動き検出部106は、時系列Cm,jにおけるm番目の周波数成分の平均値“cm,j’”から、平均の偏角“om,j’”を算出する。また、動き検出部106は、各要素om,k(ただし、k=j−99,j−98,・・・,j)の偏角のずれ量Dm,j=(dm,j−99,dm,j−98,・・・,dm,j−1,dm,j)(ただし、dm,k=om,k−om,j’)を、±π[rad]の範囲で求める。
そして、動き検出部106は、例えば、偏角のずれ量Dm,jの分散値σ2 Dm,jの大きさが所定の閾値以上の場合(または、分散値σ2 Dm,jの大きさが所定の閾値より大きい場合)に、m番目の周波数成分に対応する物体(検出装置100からの距離がL[m]近辺の物体)に、動きがあると判定する。また、動き検出部106は、例えば、偏角のずれ量Dm,jの分散値σ2 Dm,jの大きさが所定の閾値より小さい場合(または、分散値σ2 Dm,jの大きさが所定の閾値以下の場合)には、m番目の周波数成分に対応する物体(検出装置100からの距離がL[m]近辺の物体)に、動きがあると判定しない。なお、上記所定の閾値は、予め規定された固定値であってもよいし、検出装置100のユーザが変更可能な可変値であってもよい。
Then, for example, when the magnitude of the variance value σ 2 Dm, j of the deviation amount D m, j of the declination is equal to or greater than a predetermined threshold (or the magnitude of the variance value σ 2 Dm, j ) Is greater than a predetermined threshold value), it is determined that there is a motion in the object corresponding to the m-th frequency component (the object whose distance from the
また、ビート信号の位相シフト量が大きく変化する場合には、ビート信号の振幅にも影響が及ぶ。よって、動き検出部106は、さらに、ビート信号における各周波数成分の振幅に基づいて、物体の動きを検出することも可能である。
Further, when the phase shift amount of the beat signal changes greatly, the beat signal amplitude is also affected. Therefore, the
より具体的には、例えば、ビート信号におけるm番目の周波数成分における振幅を“vm,j”とおくと、vm,jは、vm,j=|cm,j|で表される。よって、動き検出部106は、上記複素平面上の偏角om,jと同様に、平均値“vm,j’”と分散値“σ2 Vm,j”とを求め、所定の閾値を用いた閾値処理を行うことによって、ビート信号における各周波数成分の振幅に基づいて、物体の動きの有無を検出することが可能である。
More specifically, for example, if the amplitude of the m-th frequency component in the beat signal is “v m, j ”, v m, j is represented by v m, j = | c m, j |. . Therefore, the
ここで、振幅が小さいビート信号の周波数成分では、雑音の影響などによって位相が変化しやすい。動き検出部106が、ビート信号の位相シフト量と、ビート信号における周波数成分の振幅とに基づいて、物体の動きを検出することによって、動き検出部106は、より高精度に物体の動きを検出することができる。
Here, the phase of the frequency component of the beat signal having a small amplitude is likely to change due to the influence of noise or the like. The
ビート信号の位相シフト量と、ビート信号における周波数成分の振幅とに基づいて、物体の動きを検出する方法としては、例えば、SVM(Support Vector Machine)などの機械学習器を用いて、偏角のずれ量Dm,jの分散値σ2 Dm,j、振幅の平均値vm,j’、振幅の分散値“σ2 Vm,j”を入力ベクトルとし、動きの有無を教師信号として学習させる方法が挙げられる。なお、ビート信号の位相シフト量と、ビート信号における周波数成分の振幅とに基づいて、物体の動きを検出する方法が、上記に限られないことは、言うまでもない。 As a method for detecting the motion of an object based on the amount of phase shift of the beat signal and the amplitude of the frequency component in the beat signal, for example, a machine learning device such as SVM (Support Vector Machine) is used. The deviation value D m, j variance value σ 2 Dm, j , the average amplitude value v m, j ′, and the amplitude variance value “σ 2 Vm, j ” are used as input vectors, and the presence or absence of motion is learned as a teacher signal. A method is mentioned. Needless to say, the method of detecting the movement of the object based on the phase shift amount of the beat signal and the amplitude of the frequency component in the beat signal is not limited to the above.
動き検出部106は、例えば上記のような処理を行うことによって、ビート信号の位相シフト量(または、ビート信号の位相シフト量およびビート信号における周波数成分の振幅)に基づいて、距離L[m]近辺に存在する物体の動きを検出する。また、動き検出部106は、例えば、m=0,…,mmaxの範囲の各mについて処理を行うことによって、各mに対応する距離ごとに、物体の動きを検出することができる。
The
また、動き検出部106は、動きの検出結果を示すデータを、記憶部(図示せず)などの記録媒体に記録してもよいし、動きの検出結果をユーザに提示してもよい。ユーザへの動きの検出結果の提示方法としては、例えば、表示部(図示せず)などの表示画面に表示させる視覚的な提示や、音声(音楽も含む)により提示する聴覚的な提示が挙げられる。また、動き検出部106は、動きの検出結果を示すデータを、通信部(図示せず)を介して外部装置に送信することも可能である。
In addition, the
本発明の第1の実施形態に係る検出装置100は、例えば、検出部102と、周波数変換部104と、動き検出部106とを備えることによって、本発明の実施形態に係る検出方法に係る、(1)の処理(検出処理)〜(3)の処理(動き検出処理)を行う。よって、検出装置100は、物体の動きの検出精度の向上を図ることができる。
The
また、検出装置100は、周波数変換部104において周波数変換処理を行うことによって、検出装置100からの距離別に、物体の動きを検出することができる。
Further, the
また、検出装置100は、例えば、検出部102における掃引処理ごとに物体の動きを検出してもよいし、物体の動きの検出に係る処理を、時間方向や、周波数方向(すなわち、距離方向)に間引いて行ってもよい。掃引処理ごとに物体の動きを検出することによって、検出装置100は、時間別に物体の動きを検出することができる。また、物体の動きの検出に係る処理を、時間方向や、周波数方向(すなわち、距離方向)に間引くことによって、物体の動きの検出に係る処理量を低減させることができる。
For example, the
[第1の実施形態に係る検出装置の変形例]
なお、本発明の第1の実施形態に係る検出装置の構成は、図1に示す構成に限られない。例えば、本発明の第1の実施形態に係る検出装置は、検出部102を備えない構成であってもよい。上記の構成の場合には、本発明の第1の実施形態の変形例に係る検出装置は、例えば、ネットワークを介して(あるいは直接的に)接続された、FMCW型のドップラーセンサを備える外部の検出装置などの外部装置から出力されるビート信号を受信し、受信したビート信号に基づいて、物体の動きを検出する。また、本発明の第1の実施形態の変形例に係る検出装置は、検出部102を備える場合であっても、上記外部装置から出力されるビート信号を受信し、受信したビート信号に基づいて、物体の動きを検出することが可能である。
[Modification of Detection Device According to First Embodiment]
The configuration of the detection apparatus according to the first embodiment of the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. For example, the detection apparatus according to the first embodiment of the present invention may be configured without the
上記の構成の場合には、本発明の第1の実施形態の変形例に係る検出装置と、物体を検出する空間に設けられた、検出装置などの外部装置とを有し、本発明の実施形態に係る検出方法に係る処理を行うことが可能な、検出システムが実現される。 In the case of the above configuration, the detection apparatus according to the modification of the first embodiment of the present invention and an external apparatus such as a detection apparatus provided in a space for detecting an object are provided. A detection system capable of performing processing related to the detection method according to the embodiment is realized.
また、本発明の第1の実施形態に係る検出装置は、例えば、周波数変換部104を備えない構成であってもよい。上記の構成の場合には、本発明の第1の実施形態の変形例に係る検出装置は、単一の距離に対応する物体の動きを検出することとなる。また、上記の構成の場合には、本発明の第1の実施形態の変形例に係る検出装置は、例えば、人(物体の一例)のバイタルを検出することも可能である。また、本発明の第1の実施形態の変形例に係る検出装置は、例えば、ユーザ操作に基づく設定に応じて、周波数変換部104が選択的に周波数変換処理を行う構成をとることも可能である。
Further, the detection apparatus according to the first embodiment of the present invention may be configured not to include the
(第2の実施形態に係る検出装置)
図4は、本発明の第2の実施形態に係る検出装置200の構成の一例を示す説明図である。検出装置100は、例えば、検出部102と、周波数変換部104と、動き検出部202とを備える。
(Detection device according to the second embodiment)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the
図4に示す第2の実施形態に係る検出装置200は、図1に示す第1の実施形態に係る検出装置100と基本的に同様の構成を有するが、図1に示す第1の実施形態に係る検出装置100と比較すると、図4に示す第2の実施形態に係る検出装置200は、動き検出部202における処理が異なる。
The
動き検出部202は、第1の実施形態に係る動き検出部106と同様に、上記(3)の処理(動き検出処理)を主導的に行う役目を果たし、掃引区間ごとにビート信号の位相シフト量を算出し、算出された位相シフト量に基づいて、物体の動きを検出する。より具体的には、動き検出部202は、第1の実施形態に係る動き検出部106と同様に、周波数変換部104から伝達されるビート信号における、周波数変換後の各周波数成分cm,iについて、ビート信号の位相の時間的変化に基づいて物体の動きを検出する。また、動き検出部202は、第1の実施形態に係る動き検出部106と同様に、ビート信号の位相シフト量と、ビート信号における周波数成分の振幅とに基づいて、物体の動きを検出してもよい。
Similar to the
上述したように、例えば、空間内に存在する物体に動きがない場合、すなわち、空間内に静止体のみが存在する場合、上記数式15、上記数式16より、送信信号の位相に関わらず、掃引間隔ごとにビート信号の周波数、位相、振幅が決まる。ここで、周波数変換部104における離散フーリエ変換などの周波数変換によって、距離別にビート信号の周波数、位相、振幅を分離することができるが、離散フーリエ変換などによる周波数変換では、距離分解能が十分に高くならない場合がある。そのため、離散フーリエ変換などによる周波数変換を用いたとしても、微細な距離の変化に鈍感となる恐れがある。
As described above, for example, when there is no motion in an object existing in the space, that is, when only a stationary object is present in the space, the sweeping is performed from Equation 15 and Equation 16 regardless of the phase of the transmission signal. The frequency, phase, and amplitude of the beat signal are determined at each interval. Here, the frequency, phase, and amplitude of the beat signal can be separated by distance by frequency conversion such as discrete Fourier transform in the
一方、ビート信号の位相シフト量の変化に着目すると、数式18より微細な距離の変化を、ビート信号の位相シフト量の変化によって観測することが可能である。そこで、動き検出部202は、ビート信号の位相シフト量の時間変動を、周波数成分別に分析することによって、距離別に物体の動きの有無を検出する。
On the other hand, if attention is paid to the change in the phase shift amount of the beat signal, it is possible to observe the change in the distance finer than Expression 18 by the change in the phase shift amount of the beat signal. Therefore, the
上述したように、周波数変換部104から伝達されるビート信号における、時間(TT×j)に開始された掃引処理により得られる周波数成分cm,jは、距離L(m)=m・LR近辺の物体に関する時間(TT×j)における情報に相当する。ここで、上記周波数成分cm,jは、距離L(m)の近辺に動体がなければ、一意に定まる複素数となるが、実際には、微小変動や長時間変動が起こりうる。
As described above, the frequency component cm, j obtained by the sweep process started at time (T T × j) in the beat signal transmitted from the
そこで、動き検出部202は、上記のような微小変動や長時間変動を許容するために、例えば、第1の実施形態に係る動き検出部106と同様に、位相シフト量に短期的に大きな変化が生じた場合に、物体に動きがあると判断する。また、上記のような微小変動は、上記数式16に示すように、ビート信号の位相シフト量に大きく影響を与えうるため、動き検出部202は、例えば、第1の実施形態に係る動き検出部106と同様に、位相シフト量の変化を抽出し、物体の動きにより位相シフト量が変化したかを判定する。
Therefore, in order to allow such minute fluctuations and long-time fluctuations as described above, the
また、例えば検出部102がマイクロ波を搬送波として送信信号を送信するときのように、数式14の第1項と第2項とのオーダーが大きく異なる場合には、上記数式18に示すように、ビート信号の位相シフト量は、検出装置100と物体との距離と線形な関係を有するように近似することができる。よって、動き検出部202は、物体の微小な動きの変化を、ビート信号の位相シフト量の変化として捉えることができる。
Further, for example, when the order of the first term and the second term of Equation 14 is significantly different as in the case where the
したがって、動き検出部202は、例えば、人(物体の一例)の胸の動きを検出して呼吸を推定することや、ユーザ(物体の一例)の心臓や血管、脈の動きを検出して心拍を推定することが可能である。
Therefore, the
(j+1)回目の掃引処理によってm番目の周波数成分cm,jが得られた場合を例に挙げると、第1の実施形態に係る動き検出部106と同様の処理を行うことによって、動き検出部202は、om,j=arg(cm,j)より、m番目の周波数成分の位相シフト量を得ることができる。
Taking the case where the m-th frequency component cm, j is obtained by the (j + 1) -th sweep processing as an example, motion detection is performed by performing the same processing as the
また、掃引区間に対するビート信号の位相シフト量Obは、上記数式18より検出装置100と物体との距離と線形な関係に近似することができるので、掃引区間の繰り返しごとに周波数変換によって得られる各周波数成分の位相シフト量om,jも同様に、検出装置100と物体との距離と線形な関係があるとみなすことが可能である。上記各周波数成分の位相シフト量om,jに対し、掃引区間の繰り返しの都度生じうる位相シフト量の変化量をとると、距離の時間微分が速度であることと同様に、速度と線形な関係とみなせる変数pm,jを算出することができる。また、変数pm,jは、例えば下記の数式23で表される。
The phase shift amount O b of the beat signal for the sweep interval, it is possible to approximate the distance and the linear relation between the
数式23において、変数pm,jが±πの範囲に収まるようにnが選ばれる。ここで、物体において、ビート信号における位相変化が1周期を超えるような動きが行われた場合には、動きの連続性は失われるが、動き検出部202は、動きがあること自体は検出することができる。また、物体が微小に動いた場合には、動き検出部202は、連続性を保ったまま動きの検出が可能である。
In Equation 23, n is selected so that the variable pm , j falls within the range of ± π. Here, if the object moves such that the phase change in the beat signal exceeds one cycle, the motion continuity is lost, but the
なお、人などの動きを検出する場合には特に考慮する必要はないが、例えば速度が掃引による周波数変化と比べて非常に大きい場合には、ドップラー効果による位相変化(および、当該位相変化に起因する周波数変化)を考慮する必要がある。以下では、動き検出部202が人(物体の一例)の動きを検出する場合を例に挙げて、動き検出部202における処理の一例を説明する。
Note that there is no particular need to consider when detecting the movement of a person or the like, but if the speed is very large compared to the frequency change due to sweeping, for example, the phase change due to the Doppler effect (and due to the phase change) Frequency change). In the following, an example of processing in the
例えば人(物体の一例)の呼吸による動きを検出する場合、当該動きは0.3[Hz]程度の往復運動であるので、pm,jの掃引ごとの値の集合である時系列Pm,j=(・・・,pm,j−1,pm,j)の低周波成分を抽出することによって、動き検出部202は、呼吸の有無や、呼吸のペースを検出することができる。ここで、動き検出部202は、例えば、離散フーリエ変換を行って、0.3[Hz]近傍の周波数成分のパワーが十分に高い場合(例えば、閾値処理により判定される。)に、呼吸があると判定してもよいし、また、0.3[Hz]を中心周波数とするバンドパスフィルタを用い、バンドパスフィルタの出力の振幅が高い場合(例えば、閾値処理により判定される。)に、呼吸があると判定してもよい。
For example, when detecting a motion of a person (an example of an object) due to respiration, the motion is a reciprocating motion of about 0.3 [Hz], and therefore a time series P m that is a set of values for each sweep of pm , j. , J = (..., P m, j−1 , p m, j ), the
また、人(物体の一例)における安静時の体の揺らぎは、場所に係る変化がない動きであるため、検出部102からみると、接近と離反とを微細に繰り返す、複数の部位の動きの混合として観測される。上記のような動きによる、ビート信号における周波数成分は、速度を微分した加速度に変化を生じさせる。そこで、動き検出部202は、変数pm,jを1階微分することによって、例えば下記の数式24で表される、加速度と線形な関係を有するパラメータqm,jを得る。
In addition, since the body fluctuation at rest in a person (an example of an object) is a movement that does not change depending on the location, when viewed from the
動き検出部202は、パラメータqm,jの掃引ごとの値の集合である時系列Qm,j=(・・・,qm,j−2,qm,j−1,qm,j)の分散値σ2 qm,jを掃引ごとに算出する。そして、動き検出部202は、分散値σ2 qm,jの大きさが所定の閾値以上の場合(または、分散値σ2 qm,jの大きさが所定の閾値より大きい場合)に、動きがあると判定する。よって、動き検出部202は、例えば人(物体の一例)などにおける、微細な揺らぎを検出することができる。
また、人(物体の一例)の心拍の鼓動は、ジャークにより特徴が得られやすい。ジャークは、速度の2階微分であるので、動き検出部202は、変数pm,jを2階微分することによって、例えば下記の数式25で表される、ジャークと線形な関係を有するパラメータrm,jを得る。
In addition, the heartbeat of a person (an example of an object) can be easily characterized by jerk. Since the jerk is a second-order derivative of speed, the
動き検出部202は、パラメータrm,jの掃引ごとの値の集合である時系列Rm,j=(・・・,rm,j−2,rm,j−1,rm,j)の分散値σ2 rm,jを掃引ごとに算出する。そして、動き検出部202は、ジャークの強度を閾値処理などによって判定し、さらに自己相関などによって1[Hz]程度の周期性を判定することによって、人(物体の一例)の心拍を検出することができる。
動き検出部202は、例えば上記のような処理を行うことによって、ビート信号の位相シフト量(または、ビート信号の位相シフト量およびビート信号における周波数成分の振幅)に基づいて、距離L[m]近辺に存在する物体の動きを検出する。また、動き検出部106は、例えば、m=0,…,mmaxの範囲の各mについて処理を行うことによって、各mに対応する距離ごとに、物体の動きを検出することができる。
The
また、動き検出部202は、位相シフト量の時間的変化成分に基づいて、空間上における動きの変化の特徴を示す特徴値を算出し、算出された特徴値に基づいて、例えば、人(物体の一例)などにおける微細な揺らぎや、人(物体の一例)の心拍を検出することができる。ここで、上記空間上における動きの変化の特徴を示す特徴値は、少なくとも、速度、加速度、ジャーク成分のいずれかを示す。つまり、動き検出部202は、例えば、速度、加速度、ジャーク成分のいずれか1つを上記空間上における動きの変化の特徴を示す特徴値として算出してもよいし、速度、加速度、ジャーク成分のうちの複数の値を、上記空間上における動きの変化の特徴を示す特徴値として算出してもよい。
In addition, the
また、動き検出部202は、第1の実施形態に係る動き検出部106と同様に、動き検出部106は、動きの検出結果を示すデータを、記憶部(図示せず)などの記録媒体に記録してもよいし、動きの検出結果をユーザに提示してもよい。また、動き検出部202は、第1の実施形態に係る動き検出部106と同様に、動きの検出結果を示すデータを、通信部(図示せず)を介して外部装置に送信することも可能である。
Similarly to the
本発明の第2の実施形態に係る検出装置200は、例えば、検出部102と、周波数変換部104と、動き検出部202とを備える。ここで、検出装置200は、図1に示す第1の実施形態に係る検出装置100と基本的に同様の構成を有し、本発明の実施形態に係る検出方法に係る、(1)の処理(検出処理)〜(3)の処理(動き検出処理)を行う。よって、検出装置200は、図1に示す第1の実施形態に係る検出装置100と同様に、物体の動きの検出精度の向上を図ることができる。
The
また、検出装置200は、周波数変換部104において周波数変換処理を行うことによって、第1の実施形態に係る検出装置100と同様に、検出装置200からの距離別に、物体の動きを検出することができる。
Further, the
また、検出装置200は、第1の実施形態に係る検出装置100と同様に、物体の動きの検出に係る処理を、時間方向や、周波数方向(すなわち、距離方向)に間引くことによって、物体の動きの検出に係る処理量を低減させることができる。
Similarly to the
また、検出装置200は、位相シフト量の時間的変化成分に基づいて、空間上における動きの変化の特徴を示す特徴値を算出し、算出された特徴値に基づいて、例えば、人(物体の一例)などにおける微細な揺らぎや、人(物体の一例)の心拍などの、物体の微細な動きを検出することができる。
In addition, the
[第2の実施形態に係る検出装置の変形例]
なお、本発明の第2の実施形態に係る検出装置の構成は、図4に示す構成に限られない。例えば、本発明の第2の実施形態に係る検出装置は、上述した本発明の第1の実施形態に係る検出装置の変形例に係る構成と同様の構成をとることができる。
[Modification of Detection Device According to Second Embodiment]
Note that the configuration of the detection apparatus according to the second embodiment of the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. For example, the detection device according to the second embodiment of the present invention can have the same configuration as the configuration according to the modified example of the detection device according to the first embodiment of the present invention described above.
以上のように、本発明の実施形態に係る検出装置は、本発明の実施形態に係る検出方法に係る処理として、例えば、上記(1)の処理(検出処理)〜上記(3)の処理(動き検出処理)や、上記(2)の処理(周波数変換処理)および上記(3)の処理(動き検出処理)、上記(1)の処理(検出処理)および上記(3)の処理(動き検出処理)、あるいは、上記(3)の処理(動き検出処理)を行う。ここで、本発明の実施形態に係る検出装置は、上記(1)の処理(検出処理)により、または、外部装置から、ビート信号を取得し、上記(3)の処理において、ビート信号の位相シフト量の時間的変化を、空間上における物体の動き成分と捉えて物体の動きを検出する。ここで、ビート信号の位相シフト量の時間的変化を空間上における物体の動き成分と捉えるときには、検出対象の物体が微細に動いた場合であっても、信号のS/N比が悪くなる可能性を、従来の技術が用いられる場合よりもより低減することが可能である。 As described above, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention can perform, for example, the process (1) (detection process) to the process (3) as a process related to the detection method according to the embodiment of the present invention ( Motion detection process), process (2) (frequency conversion process) and process (3) (motion detection process), process (1) (detection process) and process (3) (motion detection). Process) or the process (3) (motion detection process). Here, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention obtains a beat signal by the process (1) (detection process) or from an external apparatus, and in the process (3), the phase of the beat signal is acquired. The movement of the object is detected by regarding the temporal change of the shift amount as the movement component of the object in space. Here, when the temporal change in the phase shift amount of the beat signal is regarded as the motion component of the object in space, the signal-to-noise ratio of the signal may deteriorate even if the object to be detected moves finely. Can be reduced more than when conventional techniques are used.
したがって、本発明の実施形態に係る検出装置は、物体の動きの検出精度の向上を図ることができる。 Therefore, the detection apparatus according to the embodiment of the present invention can improve the detection accuracy of the movement of the object.
また、本発明の実施形態に係る検出装置の適用例としては、例えば下記のような例が挙げられる。なお、本発明の実施形態に係る検出装置の適用例が、下記に示す例に限られないことは、言うまでもない。
・本発明の実施形態に係る検出装置は、椅子やベッドに備えられ、人が就寝、着席した際の心拍を測定(観測)する。
・本発明の実施形態に係る検出装置は、オフィスデスクに備えられ、デスクワーク中の人の心拍変動を測定(観測)する。
・本発明の実施形態に係る検出装置は、病院に備えられ、診察待ちの患者の心拍変動を測定(観測)する。よって、本発明の実施形態に係る検出装置に基づいて、優先的に診察すべき患者を特定することが可能となる。
Further, examples of application of the detection apparatus according to the embodiment of the present invention include the following examples. Needless to say, the application example of the detection apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to the example shown below.
The detection device according to the embodiment of the present invention is provided in a chair or a bed, and measures (observes) a heartbeat when a person goes to sleep or sits down.
The detection device according to the embodiment of the present invention is provided in an office desk and measures (observes) heart rate variability of a person who is working at a desk.
The detection apparatus according to the embodiment of the present invention is provided in a hospital and measures (observes) heart rate variability of a patient waiting for a medical examination. Therefore, based on the detection apparatus according to the embodiment of the present invention, it is possible to specify a patient to be preferentially examined.
以上、本発明の実施形態として検出装置を挙げて説明したが、本発明の実施形態は、かかる形態に限られない。本発明の実施形態は、例えば、PC(Personal Computer)やサーバなどのコンピュータや、携帯電話やスマートフォンなどの通信装置、映像/音楽再生装置(または映像/音楽記録再生装置)、ゲーム機、車両など、様々な機器に適用することができる。 As mentioned above, although the detection apparatus was mentioned and demonstrated as embodiment of this invention, embodiment of this invention is not restricted to this form. Embodiments of the present invention include, for example, computers such as PCs (Personal Computers) and servers, communication devices such as mobile phones and smartphones, video / music playback devices (or video / music recording / playback devices), game machines, vehicles, and the like. It can be applied to various devices.
(本発明の実施形態に係るプログラム)
コンピュータを、本発明の実施形態に係る検出装置として機能させるためのプログラム(例えば、上記(3)の処理(動き検出処理)、または、上記(2)の処理(周波数変換処理)および上記(3)の処理(動き検出処理)など、本発明の実施形態に係る検出方法に係る処理を実行することが可能なプログラム)によって、物体の動きの検出精度の向上を図ることができる。
(Program according to an embodiment of the present invention)
A program for causing a computer to function as the detection device according to the embodiment of the present invention (for example, the process (3) (motion detection process) or the process (2) (frequency conversion process) and the (3 ) (A program capable of executing processing related to the detection method according to the embodiment of the present invention, such as processing (motion detection processing)), it is possible to improve the detection accuracy of the motion of the object.
ここで、コンピュータは、例えば、MPUなどに相当する制御部と、ハードディスクなどに相当する記憶部と、マウスなどに相当する入力部と、表示部とを備える。ハードディスクに記憶されたプログラムはMPUにより読み出され、MPUは、プログラムに記載された命令を実行する。読み出されたプログラムが実行されることによって、コンピュータは、本発明の実施形態に係る検出方法に係る処理を実行することができる。 Here, the computer includes, for example, a control unit corresponding to an MPU, a storage unit corresponding to a hard disk, an input unit corresponding to a mouse, and a display unit. The program stored in the hard disk is read by the MPU, and the MPU executes an instruction described in the program. By executing the read program, the computer can execute processing according to the detection method according to the embodiment of the present invention.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
例えば、上記では、コンピュータを、本発明の実施形態に係る検出装置として機能させるためのプログラム(コンピュータプログラム)が提供されることを示したが、本発明の実施形態は、さらに、上記プログラムを記憶させた記録媒体も併せて提供することができる。 For example, in the above, it has been shown that a program (computer program) for causing a computer to function as the detection device according to the embodiment of the present invention is provided. However, the embodiment of the present invention further stores the program. The recorded recording medium can also be provided.
上述した構成は、本発明の実施形態の一例を示すものであり、当然に、本発明の技術的範囲に属するものである。 The configuration described above shows an example of the embodiment of the present invention, and naturally belongs to the technical scope of the present invention.
100、200 検出装置
102 検出部
104 周波数変換部
106、202 動き検出部
100, 200
Claims (15)
前記動き検出部は、前記検出部から出力される前記ビート信号の位相シフト量を算出することを特徴とする、請求項1に記載の検出装置。 A detector that transmits the transmission signal and outputs the beat signal based on the transmission signal and the reception signal;
The detection apparatus according to claim 1, wherein the motion detection unit calculates a phase shift amount of the beat signal output from the detection unit.
前記動き検出部は、周波数変換が行われたビート信号における周波数ごとに、前記ビート信号の位相シフト量を算出することを特徴とする、請求項1、または2に記載の検出装置。 A frequency conversion unit that converts the frequency of the beat signal for each sweep interval;
The detection device according to claim 1, wherein the motion detection unit calculates a phase shift amount of the beat signal for each frequency in the beat signal subjected to frequency conversion.
周波数ごとの前記時系列データに基づき算出される、周波数ごとの前記ビート信号の位相シフト量の時間的変化成分に基づいて、物体の動きを検出することを特徴とする、請求項3に記載の検出装置。 The motion detection unit generates time-series data of the phase shift amount for each frequency,
The motion of the object is detected based on a temporal change component of the phase shift amount of the beat signal for each frequency calculated based on the time-series data for each frequency. Detection device.
前記位相シフト量の時系列データを生成し、
前記時系列データに基づき算出される、前記ビート信号の位相シフト量の時間的変化成分に基づいて、物体の動きを検出することを特徴とする、請求項1、または2に記載の検出装置。 The motion detector is
Generate time series data of the phase shift amount,
The detection apparatus according to claim 1, wherein the movement of the object is detected based on a temporal change component of the phase shift amount of the beat signal calculated based on the time series data.
前記物体の動きを検出するステップでは、前記ビート信号を出力するステップにおいて出力される前記ビート信号の位相シフト量が算出されることを特徴とする、請求項11に記載の検出方法。 Further comprising the step of transmitting the transmission signal and outputting the beat signal based on the transmission signal and the reception signal;
The detection method according to claim 11, wherein in the step of detecting the movement of the object, a phase shift amount of the beat signal output in the step of outputting the beat signal is calculated.
前記物体の動きを検出するステップでは、周波数変換が行われたビート信号における周波数ごとに、前記ビート信号の位相シフト量が算出されることを特徴とする、請求項11に記載の検出方法。 Further comprising the step of frequency converting the beat signal for each sweep interval;
The detection method according to claim 11, wherein in the step of detecting the movement of the object, a phase shift amount of the beat signal is calculated for each frequency in the beat signal subjected to frequency conversion.
前記周波数変換するステップでは、前記ビート信号を出力するステップにおいて出力される前記ビート信号が周波数変換される、請求項13に記載の検出方法。 Further comprising the step of transmitting the transmission signal and outputting the beat signal based on the transmission signal and the reception signal;
The detection method according to claim 13, wherein in the frequency converting step, the beat signal output in the step of outputting the beat signal is frequency-converted.
Based on a beat signal having a frequency difference between a transmission signal whose frequency changes in a constant sweep section and a reception signal received in response to transmission of the transmission signal, the phase of the beat signal for each sweep section A program for causing a computer to function as means for calculating a shift amount and detecting a motion of an object based on the calculated phase shift amount.
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