JP2007304955A - 個体特定システム及びセキュリティシステム - Google Patents

Abstract

【課題】カメラ方式のように被監視ストレスをユーザに与えることなく、個体識別までを行うことができる個体特定システムを提供する。
【解決手段】システムは、室内空間の歩行面に与えられる振動を検出する超音波振動センサ２と、登録された個体について、前記歩行面を歩行したときに発生する固有振動パターンから得られる固有振動情報を前記個体毎に予め記憶する固有振動情報記憶部３２１と、超音波振動センサ２により検出された振動パターンから得られる振動情報と、前記固有振動情報とを照合することで、個体を特定する照合処理を行うデータ照合部３２３とを具備する。測定により取得された振動情報と予め記憶されている固有振動情報とが一致しない場合、通報信号生成部３２４よりセキュリティセンターへ向けた通報信号が生成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、室内空間の歩行面に与えられる振動情報に基づいて、個人識別或いは人と動物との識別を行うようにした個体特定システム、及びこれを用いたセキュリティシステムに関するものである。

室内空間において人の存在の有無を検知するシステムとしては、赤外線人感センサを用いたシステムが汎用されている。このシステムは、赤外線人感センサを適所に配置し、人体が発生する赤外線をセンシングするものである。また、人の存在の有無だけでなく、個人特定までを行うシステムとしては、専らビデオカメラ等により取得される画像情報に基づくものが一般的である。

ところで、各種の計測分野において振動センサが利用されている。この振動センサの一つとして、例えば特許文献１には、超音波振動子を用いた超音波振動センサが開示されている。この超音波振動センサは、所定の容器内に液面を有するように密封された液体と、この液体に対して超音波を送信し前記液面で反射された超音波を受信する超音波振動子とを備え、振動による液面のゆらぎに起因する超音波受信量の変化に基づき振動を検知するものである。また、特許文献２には、このような超音波振動センサをベッドに設置し、ベッド上の被験者の状態を振動情報として感知するシステムが開示されている。
特開２００３−３１５０３０号公報 特開２００４−２１６００６号公報

上記の赤外線人感センサを用いたシステムでは、不在時における侵入者の検知用途には適しているものの、個人の特定までは行うことができない。また、人間とペット等の動物との判別が行い難く、赤外線人感センサを用いたセキュリティシステムでは、室内飼育されているペットを外部侵入者と誤判定する不具合が度々生じている。一方、ビデオカメラ等を用いるシステムでは、目視乃至は画像処理により個体特定まで行うことができるが、概してコスト高となる。また、居住空間にビデオカメラが設置されることに対して、ユーザが抵抗感、圧迫感を抱くことが多々ある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、カメラ方式のように被監視ストレスをユーザに与えることなく、個体識別までを行うことができる個体特定システム、及びこれを用いたセキュリティシステムを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る個体特定システムは、室内空間の歩行面に与えられる振動を検出する振動検出手段と、所定の個体について、前記歩行面を歩行したときに発生する固有振動パターンから得られる固有振動情報を前記個体毎に予め記憶する記憶手段と、前記振動検出手段により検出された振動パターンから得られる振動情報と、前記記憶手段に記憶されている固有振動情報とを照合することで、個体を特定する照合処理を行う照合手段とを具備することを特徴とする。

この構成によれば、所定の個体についての固有振動パターンから得られる固有振動情報が記憶手段に予め格納される。人の歩き方には、各々個性（癖）がある。勿論、人と動物とは歩行パターンが異なる。すなわち、各々の歩行により発生する振動には各個体に固有の振動紋（固有振動パターン）があり、該固有振動パターンから個体識別に有意な固有振動情報を抽出して記憶しておくことで、かかる情報を個体識別に用いることができる。従って、振動検出手段により検出された歩行面の振動パターンから得られる振動情報と前記固有振動情報との照合を照合手段にて行い、例えば両情報の一致度合いに基づいて個体の特定を行うことが可能となる。

上記構成において、前記固有振動情報には、歩行面に対する足の着地時に生じる衝撃力の相違に関する指標が含まれることが望ましい（請求項２）。着地衝撃力には、個体の体重、年齢、性別或いは性格に起因する個性が表出し易い。従って、この構成によれば、個体識別に有意な固有振動情報が抽出し易くなる。

また、上記構成において、前記固有振動情報には、歩行面に対する足の着地時に生じる衝撃力の相違に関する第１の指標と、歩行速度が変化した場合における前記第１の指標の変化度合いに関する第２の指標とが含まれることが望ましい（請求項３）。上述の着地衝撃力（第１の指標）が、歩行速度によってどのように変化するか（第２の指標）についても、個体の個性が表出し易い。従って、この構成によれば、着地衝撃力のみに依存するよりも一層個体識別に有意な固有振動情報が抽出し易くなる。

上記いずれかの構成において、前記振動検出手段が、所定の容器内に液面を有するように密封された液体と、この液体に対して超音波を送信し前記液面で反射された超音波を受信する超音波送受信器とを含むことが望ましい（請求項４）。この構成によれば、歩行面の振動に伴い容器内の液面が揺らぎ、その揺らぎ度合いが超音波反射量の変動として検知される。

本発明の請求項５に係るセキュリティシステムは、室内空間の歩行面に与えられる振動を検出する振動検出手段と、予め登録された個体について、前記歩行面を歩行したときに発生する固有振動パターンから得られる固有振動情報を前記個体毎に記憶する記憶手段と、前記振動検出手段により検出された振動パターンから得られる振動情報と、前記記憶手段に記憶されている固有振動情報とを照合することで、予め登録された個体であるか否かを判定する処理を行う判定手段と、前記判定手段により、予め登録された個体ではないと判定された場合に、所定の通報信号を生成して発信する通報手段とを具備することを特徴とする。

この構成によれば、予め登録された個体について、各々固有振動パターンから得られた固有振動情報が、その個体識別用に用いられる。振動検出手段により歩行面の振動が検出されたときに、その振動パターンから得られる振動情報と前記固有振動情報とを照合することで、当該振動発生主が予め登録された個体のものであるか否かが判定される。そして、検出された振動情報と予め登録された固有振動情報とが一致しない場合、通報手段により所定のセキュリティセンター等に向けた通報信号が発信される。

請求項１に係る個体特定システムによれば、個体が歩行面を歩行したときに発生する固有振動パターンから得られる固有振動情報を用いて個体の特定を行うことができる。従って、被監視ストレスを与えがちなビデオカメラ等を用いることなく、例えば住人と外部侵入者、或いはペット等の動物と外部侵入者との判別を常時行うことができる。

請求項２に係る個体特定システムによれば、個性が表出し易い着地衝撃力に関する指標が固有振動情報に含まれるので、個人の特定精度を向上させることができる。

請求項３に係る個体特定システムによれば、個性が表出し易い着地衝撃力に関する指標、並びに歩行速度に対応付けた着地衝撃力の変化に関する指標が固有振動情報に含まれるので、個人の特定精度をより一層向上させることができる。

請求項４に係る個体特定システムによれば、液体と超音波送受信器とを用いた簡易な構造の振動検出手段により、歩行面に与えられる振動を高感度に測定することができるので、個人の特定精度の向上、並びにシステムのコストダウンを図ることができる。

請求項５に係るセキュリティシステムによれば、ビデオカメラ等を用いることなく、例えば住人と外部侵入者、或いはペット等の動物と外部侵入者との判別を常時行うことができる。従って、住人等に被監視ストレスを与えることなく、誤通報の発生度合いが低いホームセキュリティシステムを構築することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
図１は、本発明に係るセキュリティシステム（個体特定システム）Ｓの全体構成の一例を示す模式図、図２は、セキュリティシステムＳの構成を簡易的に示すブロック図である。これらの図に示すように、本実施形態に係るセキュリティシステムＳは、住宅の居室１（室内空間）における床面１０（歩行面）の適所に配置される超音波振動センサ２（振動検出手段）と、超音波振動センサ２の動作制御、データ処理及びセキュリティセンターとの通信機能等を備えるコントロールユニット３とから構成されている。なお、ここでは居室１の床面１０を対象とした例を示しているが、住宅の廊下や玄関、オフィスのフロア等、各種の歩行面を対象としても良い。

超音波振動センサ２は、床面１０の表面、若しくは床面１０の表面付近に埋め込まれるように配置され、床面１０の（歩行）振動に応じた電圧信号を発生する。コントロールユニット３は、居室１の壁面等に配置され、超音波振動センサ２と有線又は無線で電気的に接続されると共に、図略のセキュリティセンター等とインターネット等の通信回線を介して通信可能に接続されている。

コントロールユニット３は、図２に示すように、内部構成としてセンサ制御部３１、判定処理部３２、操作部３３及び表示部３４を含んでいる。センサ制御部３１は、超音波振動センサ２による振動測定動作を制御すると共に、超音波振動センサ２が発生する振動に応じた電圧信号を受信して記録する。判定処理部３２は、超音波振動センサ２により検出された振動パターンから得られる振動情報と、予め記憶されている登録されたユーザ（個体）が床面１０を歩行したときに発生する固有振動パターンから得られる固有振動情報とを照合して、検出された振動パターンが登録されたユーザのものであるか否かの判定を行う。操作部３３は、ボタンやタッチキー等からなり、ユーザからの必要な設定情報の入力、操作情報の入力を受け付ける。表示部３４は、液晶パネル等からなり、操作画面や必要なメッセージ情報等を表示する。

図３は、超音波振動センサ２、センサ制御部３１及び判定処理部３２の詳細構成を示すブロック図である。超音波振動センサ２は、図３に断面構造を示しているように、液体収容空間２１０を備える筒状の密閉容器２１と、該密閉容器２１の底部付近（液体収容空間２１０の底板２１Ｂ）に配置された超音波振動子２２と、液体収容空間２１０に貯留される超音波伝播性の液体２３（例えば水や有機溶媒、或いはこれらの混合溶液）とを備えて構成されている。なお、超音波振動センサ２は、密閉容器２１の天板面２１Ｆが床面１０の表面材（化粧板）等の裏面（例えばフローリング貼りの場合はフローリング板の裏面）に接するように、取り付け金具などを用いて固定されることが望ましい。

超音波振動子２２は、圧電素子等からなり、後述するセンサ制御部３１の超音波送受信部３１１（パルス発信部３１２）から与えられるパルス電圧により送信超音波２２ａを発信する。この送信超音波２２ａは、液体２３の液表面２３Ｆに向けて発信され、該液表面２３Ｆにて反射された受信超音波２２ｂが超音波振動子２２にて受信されるようになっている。受信された受信超音波２２ｂは、超音波振動子２２により電圧信号に変換され、超音波送受信部３１１（パルス受信部３１３）へ送信される。

図４は、超音波振動センサ２による振動検出原理を示す説明図である。ユーザの歩行により床面１０が振動すると、その振動は密閉容器２１に伝播し、これにより図４（ａ）に示すように、密閉容器２１に収容されている液体２３の液表面２３Ｆが揺れることになる。液表面２３Ｆが平静である場合（図３参照）、送信超音波２２ａは平面反射されることからその大部分は受信超音波２２ｂとして所定時間（超音波振動子２２から液表面２３Ｆまでの距離で定まる時間）後に超音波振動子２２にて受信される。しかし、図４（ａ）に示すように液表面２３Ｆに床面振動が伝わり波動が生じると送信超音波２２ａは散乱的に反射されることから、所定時間後に超音波振動子２２で受信される受信超音波２２ｂの量が少なくなる（受信超音波２２ｂが超音波振動子２２へ到来するピーク時間にずれが生じる、と言うこともできる）。

例えば、図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、ある時刻ｔ１〜ｔ３において液表面２３Ｆが図示するように揺動した場合（或いは、同時刻において送信超音波２２ａが反射するスポットを部分的に見た場合に図４（ｂ）〜（ｄ）のように液表面２３Ｆの角度が異なる場合）、送信超音波２２ａはそれぞれの時刻ｔ１〜ｔ３に応じた傾きを持つ液表面２３Ｆにより異なる方向へ反射され、その受信超音波２２ｂ−１〜２２ｂ−３はそのまま超音波振動子２２へは入射されないこととなる。このことは、液表面２３Ｆの揺動が激しいほど、つまり床面１０の振動レベルが大きいほど顕著になる。従って、送信超音波２２ａを送信して所定時間後に受信される受信超音波２２ｂに由来する電圧信号をモニターすることにより、床面１０の振動レベルを知見することができる。

図３に戻って、センサ制御部３１は、超音波送受信部３１１、Ａ／Ｄ変換部３１４、測定制御部３１５及びデータバッファ３１６を備えて構成されている。超音波送受信部３１１は、超音波振動子２２との間で信号ケーブル２４を介してパルス電圧の送受信を行うもので、パルス発信部３１２と、パルス受信部３１３とを備えている。

パルス発信部３１２は、電源回路（パルス発生回路）を備え、所定の時間間隔（例えば２０ｍｓ）でパルス電圧を生成して超音波振動子２２に供給する。これにより超音波振動子２２は、例えば２０ｍｓ毎に前記送信超音波２２ａを発信することになる。パルス受信部３１３は、高周波受信回路等からなり、所定のサンプリング時間（例えば２０ｍｓ）に超音波振動子２２が受信した受信超音波２２ｂに由来する電圧信号（パルス電圧）を受信する。このパルス受信部３１３で受信される電圧信号は、床面１０の振動レベルに応じたアナログ電圧信号である。なお、パルス発信部３１２及びパルス受信部３１３のパルス送信、受信タイミングは、後述の測定制御部３１５により制御される。

Ａ／Ｄ変換部３１４は、パルス受信部３１３で受信された前記アナログ電圧信号をデジタル信号（振動レベルデータ）に変換する。このデジタル信号は、データバッファ３１６へ入力される。

測定制御部３１５は、パルス発信部３１２に所定の時間間隔でパルス発信信号を与える。これを受けてパルス発信部３１２は前述のパルス電圧を超音波振動子２２に供給する。また測定制御部３１５は、パルス受信部３１３に受信許可信号を与え、受信超音波２２ｂに由来する電圧信号を受信させる。そして、この受信タイミングに合わせてＡ／Ｄ変換部３１４にＡ／Ｄ変換処理を実行させ、受信した電圧信号をデジタル信号に変換させる。

データバッファ３１６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなり、Ａ／Ｄ変換部３１４から入力されるデジタル信号を一時的に格納するものである。このデータバッファ３１６に所定のデータ量が蓄積されると、測定制御部３１５は、判定処理部３２へデータ転送させる。

判定処理部３２は、固有振動情報記憶部３２１（記憶手段）、比較データ生成部３２２、データ照合部３２３（照合手段；判定手段）、通報信号生成部３２４（通報手段）及び通信部３２５を備えて構成されている。

固有振動情報記憶部３２１は、登録されたユーザについて、事前に当該床面１０をユーザが歩行したときに発生する固有振動パターンを採取し、その固有振動パターンから得られる所定の固有振動情報を、ユーザ毎のコード情報に関連付けて記憶する。なお、上記固有振動パターンは、実際に使用される超音波振動センサ２が床面１０に設置された状態でユーザに歩行を行わせ、そのときに超音波振動センサ２から得られる出力に基づいてユーザ毎に取得される。

ここで、固有振動パターンから得られる固有振動情報の事例について説明する。本事例では、固有振動情報として、床面１０に対する足の着地時に生じる衝撃力の相違に関する第１の指標と、歩行速度が変化した場合における前記第１の指標の変化度合いに関する第２の指標とを説明する。第１の指標で扱う着地衝撃力は、個体の体重、年齢、性別或いは性格に起因する個性が表出し易いパラメータである。また、着地衝撃力が、歩行速度によってどのように変化するか（第２の指標）についても、個体の個性が表出し易い。従って、これらの指標を用いることで、個体識別の精度を向上させることができる。

図５〜図１１は、５人の被験者（ユーザ）について、各自の固有振動パターンから上記第１の指標及び第２の指標を取得するプロセスを説明するための図である。図５は、固有振動パターンを取得した条件を示すレイアウト図である。ここでは、二個の超音波振動センサを用い、一つを床面１０の略中央部に中央センサ２ａとして配置し、他の一つを、居室１を区画する壁面１１の近くに壁側センサ２ｂとして配置した。図中の「ＳＴＡＲＴ」から始まり「ＥＮＤ」で終わる線分は、被験者の歩行コースを示している。また、図中の寸法線の単位は、ｍｍである。

図６〜図８は、５人の被験者（１）〜（５）が床面１０の歩行コースを実際に歩行したときに、中央センサ２ａから得られた歩行振動データ（振動強度信号の時間変化データ）を同じ時間軸上に表したグラフである。このデータは、床面１０をフローリング貼りとし、被験者がそのフローリング面を裸足で歩行したときのデータである。なお、縦軸の高さは信号の強度レベルが高いことを示すものではなく、比較を容易とするために被験者（１）〜（５）のデータを縦軸方向に並べて表示している。

図６は、被験者が歩行コースを通常歩行のペースで歩行したときに取得された歩行振動データ、図７は、歩行コースを通常歩行のペースで歩行しつつ、途中で一旦停止したときに取得された歩行振動データ、図８は、歩行コースを早歩き歩行のペースで歩行したときに取得された歩行振動データである。これらのグラフから明らかな通り、被験者（１）〜（５）の各々の歩行振動データには、振幅の大きさや波形パターン等において相違がある。すなわち、被験者（１）〜（５）の各々は、床面１０を歩行した場合において固有振動パターンを有していることがわかる。

例えば、被験者（１）については比較的大きな振幅の歩行振動データが得られていることから、被験者（１）は床面１０に対する足の着地時に生じる衝撃力が大きい固有振動パターンを有していると言える。逆に被験者（５）は、振幅が小さい歩行振動データが得られており、着地衝撃力が小さい固有振動パターンを有している。つまり、中央センサ２ａにおいて検出された歩行振動データのピーク強度に顕著な個性が表出しており、前記第１の指標が有用な指標であることがわかる。さらに、図９〜図１１に基づいて次に説明するように、前記ピーク強度と歩行速度との関係（第２の指標）にも顕著な個性が表出している。

本事例では、前記ピーク強度は、中央センサ２ａにおいて検出された歩行振動データのピーク強度を平均値である平均ピーク信号強度を用いるものとし、歩行速度は、歩行コース上の歩行所要時間から導かれる平均歩行速度を用いるものとした。

平均歩行速度を求めるに際しては、歩行コース上に歩行所要時間を求めるための基準ポイントが設定される。本事例ではこの基準ポイントを、歩行コース上における壁側センサ２ｂへの最接近点とした。該最接近点は、基準被験者が歩行を行ったときに中央センサ２ａと壁側センサ２ｂとで各々検出された歩行振動データのピーク値高さの比率を求め、壁側センサ２ｂのピーク値高さ比が最も大きくなった地点として検出することができる。そして、平均歩行速度は、スタート地点から前記最接近点までの距離と、スタート時刻から最接近点が検出された時刻までの時間とから求めることができる。

図９は、平均歩行速度の算出概念を示すグラフである。このグラフには、ある被験者の歩行時に、中央センサ２ａで取得された第１の振動データ曲線４１と、壁側センサ２ｂで取得された第２の振動データ曲線４２とが、同一時間軸に描かれている。なお、これら振動データ曲線４１、４２は、図６〜図８に示したような歩行振動データに対してフィルタリング処理を施した後のものである。図中に丸印を付しているように、振動データ曲線４１、４２にはピーク値４１Ｐ、４２Ｐが存在している。これらピーク値４１Ｐ、４２Ｐは、被験者の足が床面１０に着地したときの衝撃振動に対応する。

かかるグラフに基づけば、被験者が第１歩を踏み出したタイミングｔ０は、第１の振動データ曲線４１において最初に検知されるピーク値４１Ｆから逆算すれば求めることができる。一方、壁側センサ２ｂへの最接近点に達したタイミングｔ１は、第１の振動データ曲線４１のピーク値４１Ｐと、第２の振動データ曲線４２のピーク値４２Ｐとのピーク値高さの比率であるピーク強度比曲線４３（ピーク値４２Ｐ／ピーク値４１Ｐ）から求めることができる。すなわち、被験者が壁側センサ２ｂへ最接近すると、壁側センサ２ｂで検出される信号強度が最も強くなり、ピーク値４２Ｐ／ピーク値４１Ｐの値もピークを迎えるからである。従って、ピーク強度比曲線４３のピーク値４３ｍａｘが観測された時刻を最接近点に達したタイミングｔ１と扱うことができる。

上記の第１歩タイミングｔ０から最接近点に達したタイミングｔ１までの時間差から、歩行所要時間ｔｘを求めることができる。そして、求められた歩行所要時間ｔｘを、スタート地点から前記最接近点での距離で除算することで、平均歩行速度を算出することができる。

また、平均ピーク信号強度は、例えば歩行所要時間ｔｘの期間中において、第１の振動データ曲線４１に発現したピーク値４１Ｐの合算値を、歩数（ピーク値４１Ｐの数）で除算することで求めることができる。

図１０は、被験者（１）、（３）、（５）について、平均ピーク信号強度と平均歩行速度との関係を示したグラフである。このグラフは、各被験者に図５に示した歩行コースを１０回ずつ歩行させ、各回で算出された平均ピーク信号強度と平均歩行速度との関係をプロットしたものである。なお、このグラフを求めるデータ処理では、平均歩行速度を歩行所要時間ｔｘの逆数として求めた無次元の量として扱っている。図１０中、○印のプロットは被験者（１）、×印のプロットは被験者（３）、△印のプロットは被験者（５）についてのプロットである。また、フィット直線５１、５２、５３は、各人のプロット群を最小自乗法によりフィッテング処理して求めた直線である。

図１０から明らかなように、個人差として平均ピーク信号強度の絶対値の違いが表出している（第１の指標）。平均ピーク信号強度は、足の床面１０への着地衝撃力の指標であるため、被験者において体格的格差があれば、個人差として表れ易い。また、小動物等の歩行により検出される平均ピーク信号強度は、明らかに人に比べて小さいものとなるため、人の歩行とペット等の歩行との区別は比較的容易に行うことができる。

また、図１０からは、平均歩行速度が変化した場合に平均ピーク信号強度がどのように変化するかという特性（第２の指標）にも個人差が有ることが、フィット直線５１、５２、５３から伺える。通常、歩行速度が増加すると足の着地衝撃力も増加すると考えられる。被験者（１）についてのフィット直線５１は、この典型例をよく示している。しかし、被験者（３）についてのフィット直線５２に表出しているように、歩行速度が変化した場合でも平均ピーク信号強度がほとんど変化しない個体も存在する。さらに、各被験者のプロット群が集中する領域自体にも個人差が有ることがわかる。

図１１は、以上のような平均ピーク信号強度と平均歩行速度との関係に基づいた個人同定の結果を示すグラフである。すなわち図１１は、被験者（１）〜（５）の１０回の歩行データ測定結果に基づき、横軸に平均ピーク信号強度をとり、縦軸に平均ピーク信号強度と平均歩行速度との比をとって、被験者（１）〜（５）の相違を表したものである。ここで、平均ピーク信号強度と平均歩行速度との比は、図１０で説明したフィット直線５１、５２、５３（被験者（２）、（４）についても同様な手法でフィット直線を求めた）の傾き値である。

そして、グラフに描かれている楕円６１〜６５が、各被験者（１）〜（５）の同定領域である。これら楕円６１〜６５の横軸で示されるデータのばらつきは、各自のフィット直線からのずれの標準偏差を示している。また、楕円６１〜６５の横軸で示される平均ピーク信号強度のばらつきは、１０回の測定データを平均処理した際の標準偏差を示している。例えば被験者（１）について導出された楕円６１では、その縦軸６１２がフィット直線５１からのずれの標準偏差であり、横軸６１１が平均ピーク信号強度を平均処理した際の標準偏差である。

以上の通り、１０回の歩行データ測定結果から求められた平均ピーク信号強度及び平均歩行速度（固有振動パターンから得られる固有振動情報）から、図１１に示した楕円６１〜６５の領域で個人の同定を行うことができる。従って、楕円６１〜６５の領域情報を事前に取得しておき、当該セキュリティシステムＳが動作しているときに検出された振動パターンから平均ピーク信号強度及び平均歩行速度を求め、楕円６１〜６５の領域情報と合致するか否かを判定することで、被験者（１）〜（５）の誰に相当するかの特定、さらに被験者（１）〜（５）とそれ以外の人若しくは動物との判別を行うことが可能となる。従って、固有振動情報記憶部３２１には、予め取得された上記のような楕円６１〜６５の領域情報が、固有振動情報として記憶される。

図３に戻って、比較データ生成部３２２は、データバッファ３１６に蓄積された測定データから、固有振動情報記憶部３２１に格納されている固有振動情報と比較するための比較データを生成する。例えば、図１１に示したような楕円６１〜６５の領域情報が固有振動情報記憶部３２１に格納されている場合は、測定データから平均ピーク信号強度及び平均歩行速度を比較データとして求める演算を行う。

データ照合部３２３は、比較データ生成部３２２で生成された比較データと、固有振動情報記憶部３２１に格納されている固有振動情報とを照合し、超音波振動センサ２で検出された振動パターンが予め登録された個体のものであるか否かを判定する処理を行う。例えば、登録された個体が上記被験者（１）〜（５）であるとき、楕円６１〜６５の領域情報で特定されるいずれかのエリアに収まるような座標を形成する、平均ピーク信号強度及び平均歩行速度が検出されたか否かの判定を行う。

通報信号生成部３２４は、データ照合部３２３により、検出された振動パターンが予め登録された個体のものでないと判定された場合に、セキュリティセンターに向けた所定の通報信号を生成する。これに加えて、或いはセキュリティセンターに代えて、登録された個体に保有されている携帯電話等のモバイル端末機に向けた通報信号を生成するようにしても良い。

通信部３２５は、インターネット等の通信網を介してセキュリティセンターとデータ通信を行う機能部であり、通報信号生成部３２４で生成された通報信号をセキュリティセンターに備えられているサーバ装置等へ送信する。

続いて、本発明にかかるセキュリティシステムＳの動作について説明する。図１２は、センサ制御部３１による歩行振動データの測定動作を示すフローチャートである。測定が開始されると、タイマー部（図３では図略）が機能し、サンプリング周期であるか否かが確認される（ステップＳ１１）。このサンプリング周期は、例えば１０ｍｓ〜５０ｍｓ程度に設定される。

サンプリング周期が到来すると（ステップＳ１１でＹＥＳ）、測定制御部３１５から与えられる制御信号に応じて、超音波送受信部３１１のパルス発信部３１２からパルス電圧が超音波振動子２２に供給される（ステップＳ１２）。このパルス電圧を受けて超音波振動子２２は、密閉容器２１に収容されている液体２３（液表面２３Ｆ）に向けて送信超音波２２ａを発信する。該送信超音波２２ａは、液表面２３Ｆで反射され、超音波振動子２２にて受信される。続いて、測定制御部３１３からパルス受信部３１３に受信許可信号が与えられ、超音波振動子２２が受信した受信超音波２２ｂに由来するアナログ電圧信号がパルス受信部３１３で受信される（ステップＳ１３）。

パルス受信部３１３で受信されたアナログ電圧信号は、Ａ／Ｄ変換部３１４によりデジタル信号（振動レベルデータ）に変換される（ステップＳ１４）。そして、この振動レベルデータは、データバッファ３１６に時刻に関連付けて記録される（ステップＳ１５）。続いて、測定の終了指令があったか否かが確認され（ステップＳ１６）、測定終了指令がない場合は（ステップＳ１６でＮＯ）、ステップＳ１１に戻って処理が繰り返される。一方、測定終了指令があった場合は（ステップＳ１６でＹＥＳ）、測定動作が終了される。

次に、図１３は、判定処理部３２における照合処理動作を示すフローチャートである。処理が開始されると、データバッファ３１６に一時的に格納されている時刻に関連付けられた振動レベルデータが読み出される（ステップＳ２１）。そして、比較データ生成部３２２により、検出された振動レベルデータに基づき所定の比較データ（振動情報）が生成される（ステップＳ２２）。この比較データは、例えば上述のように平均ピーク信号強度及び平均歩行速度に基づいて生成される。

続いて、データ照合部３２３により、ステップＳ２２で生成された比較データと、固有振動情報記憶部３２１に格納されている固有振動情報とが照合される（ステップＳ２３）。そして、ステップＳ２３の照合の結果に基づいて、照合対象とされた比較データが予め登録された個体のものであるか否かが判定される（ステップＳ２４）。例えば、図１１に示した個人同定用の楕円６１〜６５の領域情報が固有振動情報として固有振動情報記憶部３２１に格納されている場合は、生成された比較データから得られる平均ピーク信号強度−平均歩行速度の特性が、いずれかの楕円６１〜６５領域に収まるものであるか否かが判定される。

照合の結果、登録された個体のものでは無いと判定された場合（ステップＳ２４でＮＯ）、所定の通報条件を満足しているか否かが確認される（ステップＳ２５）。ここでの確認事項は、例えばセキュリティセンターへ通報するモードが設定されているか否かである。例えば、ユーザが在宅しており通報モードが解除されている場合や、居室１内に向けて警報音を発生するモードのみが設定されている場合等には、通報条件を満足しないと扱うことができる。

所定の通報条件を満足している場合（ステップＳ２５でＹＥＳ）、通報信号生成部３２４により通報信号が生成される（ステップＳ２６）。そして、通信部３２５によりセキュリティセンターへ向けて前記通報信号が送信される（ステップＳ２７）。或いは、ユーザが保有している携帯電話等のモバイル端末へ向けて前記通報信号が送信される。

その後、ホームセキュリティの解除指示が与えられているか否かが確認され（ステップＳ２８）、解除指示が与えられた場合（ステップＳ２８でＹＥＳ）、処理が終了される。一方、解除指示が与えられていない場合（ステップＳ２８でＮＯ）、ステップＳ２１へ戻って処理が繰り返される。また、ステップＳ２４の照合の結果、登録された個体のものであると判定された場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、或いはステップＳ２５で所定の通報条件を満足していないと判定された場合（ステップＳ２５でＮＯ）は、通報は行われず、ステップＳ２８の処理へスキップされる。

本実施形態に係るセキュリティシステム（個体特定システム）Ｓによれば、例えば被験者（１）〜（５）が歩行面を歩行したときに発生する固有振動パターンから得られる固有振動情報を用いて、前記被験者（１）〜（５）の判別、さらにはこれら被験者と第三者とを判別することができる。従って、被監視ストレスを与えがちなビデオカメラ等を用いることなく、例えば住人と外部侵入者、或いはペット等の動物と外部侵入者との判別を常時行うことができる。さらに、個性が表出し易い着地衝撃力に関する指標、並びに歩行速度に対応付けた着地衝撃力の変化に関する指標が固有振動情報に含まれるので、個人の特定精度をより一層向上させることができる。従って、住人等に被監視ストレスを与えることなく、誤通報の発生度合いが低いホームセキュリティシステムを構築することができる。

以上、本発明にかかるセキュリティシステムＳの実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記［１］〜［３］のような変形実施形態を採ることもできる。
［１］上述の実施形態では、振動検出手段として超音波振動センサ２を用いた例について説明したが、振動検出手段は床面１０（歩行面）の歩行振動を検知できるものであれば特に制限はなく、例えば角速度センサ等も用いることができる。また、超音波振動センサ２の床面１０への設置個数も、室内の広さ、床面の材質等に応じて適宜な個数を選択すればよい。

［２］上記実施形態では、固有振動情報として平均ピーク信号強度及び平均歩行速度を用いる例を示した。これに加えて、或いはこれに替えて、一歩の時間間隔、一歩の時間間隔のばらつき、歩幅、歩行停止後の歩き始めにおける一歩目と二歩目との時間間隔の比率等も固有振動情報として用いるようにしても良い。或いは、平均ピーク信号強度のみに基づいて、照合処理を行うようにしても良い。

［３］上述の実施形態では、本発明に係る個人特定システムをホームセキュリティ用途に適用した例を説明した。本発明が適用される用途はこれに限定されるものではなく、例えば歩行振動紋に基づく個人認証システム、歩行癖と所定の健康診断情報、歩行能力情報などとを関連付けたメディカルシステム等にも適用することができる。

本発明に係るセキュリティシステム（個体特定システム）Ｓの全体構成の一例を示す模式図である。 セキュリティシステムＳの構成を簡易的に示すブロック図である。 超音波振動センサ、センサ制御部及び判定処理部の詳細構成を示すブロック図である。 超音波振動センサによる振動検出原理を示す説明図である。 被験者について、固有振動パターンを取得した条件を示すレイアウト図である。 被験者が歩行コースを通常歩行のペースで歩行したときに取得された歩行振動データを示すグラフである。 被験者が歩行コースを通常歩行のペースで歩行しつつ、途中で一旦停止したときに取得された歩行振動データを示すグラフである。 被験者が歩行コースを早歩き歩行のペースで歩行したときに取得された歩行振動データを示すグラフである。 平均歩行速度の算出概念を示すグラフである。 特定の被験者について検出された、平均ピーク信号強度と平均歩行速度との関係を示したグラフである。 平均ピーク信号強度と平均歩行速度との関係に基づいた個人同定の結果を示すグラフである。 センサ制御部３１による歩行振動データの測定動作を示すフローチャートである。 判定処理部３２における照合処理動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 居室（室内空間）
１０ 床面
２ 超音波振動センサ（振動検出手段）
３ コントロールユニット
３１ センサ制御部
３２ 判定処理部
３２１ 固有振動情報記憶部（記憶手段）
３２２ 比較データ生成部
３２３ データ照合部（照合手段；判定手段）
３２４ 通報信号生成部（通報手段）
３２５ 通信部
Ｓ セキュリティシステム（個体特定システム）

Claims (5)

1. 室内空間の歩行面に与えられる振動を検出する振動検出手段と、
   所定の個体について、前記歩行面を歩行したときに発生する固有振動パターンから得られる固有振動情報を前記個体毎に予め記憶する記憶手段と、
   前記振動検出手段により検出された振動パターンから得られる振動情報と、前記記憶手段に記憶されている固有振動情報とを照合することで、個体を特定する照合処理を行う照合手段と
   を具備することを特徴とする個体特定システム。
2. 前記固有振動情報には、歩行面に対する足の着地時に生じる衝撃力の相違に関する指標が含まれることを特徴とする請求項１に記載の個体特定システム。
3. 前記固有振動情報には、歩行面に対する足の着地時に生じる衝撃力の相違に関する第１の指標と、歩行速度が変化した場合における前記第１の指標の変化度合いに関する第２の指標とが含まれることを特徴とする請求項１に記載の個体特定システム。
4. 前記振動検出手段が、所定の容器内に液面を有するように密封された液体と、この液体に対して超音波を送信し前記液面で反射された超音波を受信する超音波送受信器とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の個体特定システム。
5. 室内空間の歩行面に与えられる振動を検出する振動検出手段と、
   予め登録された個体について、前記歩行面を歩行したときに発生する固有振動パターンから得られる固有振動情報を前記個体毎に記憶する記憶手段と、
   前記振動検出手段により検出された振動パターンから得られる振動情報と、前記記憶手段に記憶されている固有振動情報とを照合することで、予め登録された個体であるか否かを判定する処理を行う判定手段と、
   前記判定手段により、予め登録された個体ではないと判定された場合に、所定の通報信号を生成して発信する通報手段と
   を具備することを特徴とするセキュリティシステム。

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