JP2008293423A

JP2008293423A - モーション識別装置

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Publication number: JP2008293423A
Application number: JP2007140661A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Sato; 雄一佐藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-05-28
Also published as: JP4961263B2

Abstract

【課題】複雑なアルゴリズムを用いた処理を行うことなく振動ノイズ成分を含まない値に基づいてモーションを識別可能なモーション識別装置を提供すること。
【解決手段】モーション識別装置は、筐体の内部空間に複数の加速度センサを含む端末のモーションを識別する。モーション識別装置は、モーションの支点に近い位置及び支点から離れた位置に設けられた前記複数の加速度センサと、支点から離れた位置に設けられた加速度センサの出力信号から支点に近い位置に設けられた加速度センサの出力信号を減算する演算部と、演算部で得られた値に基づいて端末のモーションを識別するモーション識別部とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、加速度センサを用いてモーションを識別するモーション識別装置に関する。

加速度センサ等を用いたモーションセンシング技術が利用されるにつれて、モーションの識別精度の向上が求められている。モーションの識別精度を向上させるためには、センサから得られるモーション信号から必要なモーションの特徴を抽出し判断しなければならない。しかし、センサから得られたモーション信号には振動ノイズが混在している場合がある。なお、振動ノイズは、例えば、加速度センサを搭載した携帯端末を持ったユーザが走行中の電車や自動車等に乗っているときに常に生じる。

加速度センサから出力されるモーション信号から振動ノイズを分離するためには、ノイズの振動量や振動周波数等の特徴を抽出し識別する必要がある。但し、このような処理を行うためのアルゴリズムは複雑であるため、当該処理を行う装置の負荷が増大する。また、負荷が増大することで、振動ノイズの識別力の低下や振動ノイズ抽出の遅延を引き起こす可能性がある。このため、振動ノイズを分離するための処理による負荷を低減し、効率よく振動ノイズを低減可能な技術が求められている。

特許文献１には、複数個の加速度センサを用いて、回転運動及び並進運動する物体の回転角速度、姿勢角、位置標定用加速度情報を加速度センサの検出値から推定する装置が開示されている。当該装置は、複数の加速度センサを用いて、運動時に生じる微小な加速度差を検出し、検出した加速度差に基づいて回転角加速度及び位置計算用加速度を推定する。次に、当該装置は、回転角加速度（rad/sec²）の推定値を積分して回転角速度（rad/sec）を推定し、回転各速度を微小な時間区間で積分することにより、その時間区間中の回転角の増分（rad）を推定する。このように、特許文献１に開示された技術では、モーションを識別することはできない。

一方、特許文献２には、２つの振動型センサユニットの差分波形を出力する角速度センサが開示されており、個々のセンサの角速度検出波形に現われる同相成分を相殺することにより角速度検出精度を高めている。

これら特許文献に開示されている技術によれば、センサ内部の振動ノイズを低減することはできる。しかし、加速度センサを実装した装置の全体に加わる振動ノイズは、ノイズとしてではなく信号として認識されるため、装置全体に加わる振動ノイズを低減することはできない。振動ノイズを低減するためには、上記説明したように、複雑なアルゴリズムを用いた信号処理を行って振動ノイズを識別する必要がある。

特開平６−１７４４８７号公報特開２００４−３１７４８４号公報

図１５は、加速度センサ２を用いてモーション抽出を行う携帯端末１及び加速度センサ２の出力を示す図である。図１５（ａ）に示すように、加速度センサ２を備える携帯端末１を左右に（Ｘ軸方向に）振った場合、加速度センサ２から出力される信号の時間変化は、図１５（ｂ）上の軌跡５で示すように、−Ｇから＋Ｇの間の左右に振られた形となる。但し、加速度センサ２から出力されるモーション信号には振動ノイズ３が含まれているため、実際のモーション信号では、モーション信号５に振動ノイズ信号６が重畳されている。モーション信号５が振動ノイズ信号６よりもはるかに大きければモーションを容易に識別できるが、モーション信号５が振動ノイズ信号６のレベルに近づくとモーションかノイズかの識別が困難になる。

このため、モーション識別を行うためには、振動ノイズを除去するためのノイズ抽出アルゴリズムによる処理や、周波数成分を抽出するアルゴリズムによる処理を行う必要がある。しかし、処理量の増加やアルゴリズムの複雑化に従って、識別処理の遅延や誤識別等が発生する可能性が生じる。

本発明の目的は、複雑なアルゴリズムを用いた処理を行うことなく振動ノイズ成分を含まない値に基づいてモーションを識別可能なモーション識別装置を提供することである。

本発明は、筐体の内部空間に複数の加速度センサを含む端末のモーションを識別するモーション識別装置であって、前記モーションの支点に近い位置及び前記支点から離れた位置に設けられた前記複数の加速度センサと、前記支点から離れた位置に設けられた加速度センサの出力信号から前記支点に近い位置に設けられた加速度センサの出力信号を減算する演算部と、前記演算部で得られた値に基づいて前記端末のモーションを識別するモーション識別部と、を備えたモーション識別装置を提供する。

上記モーション識別装置では、前記複数の加速度センサは、前記筐体内部の同一平面上又は平行平面上に互いに離れて配置されている。

上記モーション識別装置では、前記端末は、端末保持部としての第１の筐体と、表示画面を有する第２の筐体と、を備え、前記支点に近い位置に設けられた加速度センサが前記第１の筐体内に設けられ、前記支点から離れた位置に設けられた加速度センサが前記第２の筐体内に設けられている。

上記モーション識別装置では、前記端末は表示画面を備え、前記支点に近い位置に設けられた加速度センサが前記表示画面の下端近傍に設けられ、前記支点から離れた位置に設けられた加速度センサが前記表示画面の上端近傍に設けられている。

本発明に係るモーション識別装置によれば、支点から離れた位置に設けられた加速度センサの出力信号から支点に近い位置に設けられた加速度センサの出力信号を減算することによって振動ノイズ成分が除去されるため、複雑なアルゴリズムを用いた処理を行うことなく振動ノイズ成分を含まない値に基づいてモーションを識別することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

一実施形態のモーション識別装置を備えた携帯端末の正面図を図１に示す。図１に示す携帯端末は、筐体内部に、２つの加速度センサ６，７と、加速度センサ６，７から出力された信号を用いた演算処理を行う演算部（図示せず）と、演算部で演算処理された値に基づいて携帯端末のモーションを識別するモーション識別部（図示せず）とを備える。「モーション」とは、ユーザ等が携帯端末を動かすことである。

加速度センサ６，７は同種及び同性能である。図１に示すように、加速度センサ７は、携帯端末のユーザによるモーションの支点８に近い位置に設けられ、加速度センサ６は、支点８から離れた位置に設けられる。但し、図１に示す加速度センサ６，７の配置は一例であり、加速度センサの具体的な配置は筐体の形状や筐体の内部構造により異なる。すなわち、図２に示すように、加速度センサ６，７は、筐体内部９のＺ軸に垂直な同一平面上又は平行平面上に互いに離れて配置される。図３は、同一平面上に加速度センサ６，７を配置した例を示す図である。図４は、平行平面上に加速度センサ６，７を配置した例を示す図である。

図１ではモーションの支点８を例に図示したが、筐体の構造によっては、モーションの支点が図２上の符号１０で示される位置である場合も想定される。このため、図２に示すように、モーションの支点の位置が変わっても支点に対する加速度センサ６，７の配置関係が変わらないよう、加速度センサ６，７を配置する。

以下、本実施形態のモーション識別装置の動作について、図５〜図７を参照して詳細に説明する。図５及び図６に示すモーション識別装置としての携帯端末に設けられる加速度センサ６，７は、支点８からＹ軸方向にそれぞれ離れた位置に設けられ、かつ、支点８からＹ軸方向に平行平面上にそれぞれ離れた位置に設けられている。図５は、ユーザが当該携帯端末を保持した状態を示す正面図である。図６は、当該携帯端末の側面図である。なお、支点８は、携帯端末を保持するユーザの親指の中ほどの携帯端末内部の点に位置する。ユーザは、ゲーム等を行う際に、この携帯端末を支点８を軸にＸ軸方向（左右方向）に動かしたり、支点８を軸にＺ軸方向（前後方向）に動かす。

まず、Ｘ軸方向のモーションについて説明する。ユーザが支点８を軸に携帯端末を左右に動かすと、加速度センサ６は、図５に示す軌跡１６を描き、加速度センサ７は図５に示す軌跡１７を描く。携帯端末を左右に動かしたとき加速度センサ６から出力されるモーション信号の時間変化を図７に示す。また、携帯端末を左右に動かしたとき加速度センサ７から出力されるモーション信号の時間変化を図８に示す。図７及び図８に示すように、支点８から離れた位置に設置された加速度センサ６の振幅は、支点８に近い位置に設置された加速度センサ７の振幅よりも大きい。なお、図７及び図８に示す信号波形には振動ノイズ１４による波形は含まれていない。

実際は、振動ノイズ１４がモーションの中に重畳される。このため、加速度センサ６，７から出力される信号には振動ノイズ１４によるノイズ信号が含まれている。加速度センサ６から出力される振動ノイズ１４によるノイズ信号の時間変化を図９に示す。また、加速度センサ７から出力される振動ノイズ１４によるノイズ信号の時間変化を図１０に示す。加速度センサ６から実際に出力される信号は、図７に示すモーション成分２１と図９に示す振動ノイズ成分２３とを合成した波形となる。また、加速度センサ７から実際に出力される信号は、図８に示すモーション成分２２と図１０に示す振動ノイズ成分２４を合成した波形となる。

支点８を軸として携帯電話を左右方向に動かすことにより加速度センサ６から出力されるモーション信号（２１）と加速度センサ７から出力されるモーション信号（２２）とを比較すると、同一の支点８を軸に左右に動かされているため、振幅は異なるが周波数は同一である。一方、振動ノイズ１４によって加速度センサ６から出力されるノイズ信号（２３）と加速度センサ７から出力されるノイズ信号（２４）は、振幅も周波数も同一である。このため、本実施形態では、モーション識別装置が備える演算部は、加速度センサ６の出力信号から加速度センサ７の出力信号を減算する。上述したように、加速度センサ６の出力信号にはモーション成分２１及び振動ノイズ成分２３が含まれ、加速度センサ７の出力信号にはモーション成分２２及び振動ノイズ成分２４が含まれる。上記減算を行うことによって、モーション成分の値は実際よりも小さくなるが、振動ノイズ成分２３，２４が互いにキャンセルされるため、振動ノイズ成分を含まない値が得られる。モーション識別部は、演算部で得られた値に基づいてＸ軸方向のモーションを識別する。

次に、Ｚ軸方向のモーションについて説明する。ユーザが支点８を軸に携帯端末を前後に動かすと、加速度センサ６は、図６に示す軌跡１８を描き、加速度センサ７は図６に示す軌跡１９を描く。携帯端末を前後に動かしたとき加速度センサ６から出力されるモーション信号の時間変化を図１１に示す。また、携帯端末を前後に動かしたとき加速度センサ７から出力されるモーション信号の時間変化を図１２に示す。図１１及び図１２に示すように、支点８から離れた位置に設置された加速度センサ６の振幅は、支点８に近い位置に設置された加速度センサ７の振幅よりも大きい。なお、図１１及び図１２に示す信号波形には振動ノイズ１４による波形は含まれていない。

実際は、振動ノイズ１４がモーションの中に重畳される。このため、加速度センサ６，７から出力される信号には振動ノイズ１４によるノイズ信号が含まれている。加速度センサ６から出力される振動ノイズ１４によるノイズ信号の時間変化を図１３に示す。また、加速度センサ７から出力される振動ノイズ１４によるノイズ信号の時間変化を図１４に示す。加速度センサ６から実際に出力される信号は、図１１に示すモーション成分３１と図１３に示す振動ノイズ成分３３とを合成した波形となる。また、加速度センサ７から実際に出力される信号は、図１２に示すモーション成分３２と図１４に示す振動ノイズ成分３４を合成した波形となる。

支点８を軸として携帯電話を前後方向に動かすことにより加速度センサ６から出力されるモーション信号（３１）と加速度センサ７から出力されるモーション信号（３２）とを比較すると、同一の支点８を軸に前後に動かされているため、振幅は異なるが周波数は同一である。一方、振動ノイズ１４によって加速度センサ６から出力されるノイズ信号（３３）と加速度センサ７から出力されるノイズ信号（３４）は、振幅も周波数も同一である。このため、本実施形態では、モーション識別装置が備える演算部は、先と同様に、加速度センサ６の出力信号から加速度センサ７の出力信号を減算する。上述したように、加速度センサ６の出力信号にはモーション成分３１及び振動ノイズ成分３３が含まれ、加速度センサ７の出力信号にはモーション成分３２及び振動ノイズ成分３４が含まれる。上記減算を行うことによって、モーション成分の値は実際よりも小さくなるが、振動ノイズ成分３３，３４が互いにキャンセルされるため、振動ノイズ成分を含まない値が得られる。モーション識別部は、演算部で得られた値に基づいてＺ軸方向のモーションを識別する。

以上説明したように、本実施形態のモーション識別装置によれば、当該装置が搭載された端末に対して行われたモーションを識別する際に、複雑なアルゴリズムを用いた演算処理を行うことなく簡単な構成で、振動ノイズ成分を除去することができる。このため、複雑なゆれと振動の影響を受けてモーションの識別が困難な状況であっても、振動ノイズの影響を受けずにモーションを識別することができる。

なお、上記説明では、２つの加速度センサ６，７を設けた例について説明したが、加速度センサを３つ以上設けても良い。また、演算部及びモーション識別部は、携帯端末とは別の装置に設けられていても良い。この場合、加速度センサ６，７からの出力信号は、無線通信等によって演算部に送信される。

本発明に係るモーション識別装置は、振動ノイズ成分を含まない値に基づいてモーションを識別する装置等として有用である。

一実施形態のモーション識別装置を備えた携帯端末を示す正面図支点に対する加速度センサの配置を示す図同一平面上に加速度センサ６，７を配置した例を示す図平行平面上に加速度センサ６，７を配置した例を示す図加速度センサ６，７が支点８からＹ軸方向にそれぞれ離れた位置に設けられた携帯端末を示す正面図加速度センサ６，７が支点８からＹ軸方向に平行平面上にそれぞれ離れた位置に設けられた携帯端末を示す側面図携帯端末を左右に動かしたとき加速度センサ６から出力されるモーション信号の時間変化を示す図携帯端末を左右に動かしたとき加速度センサ７から出力されるモーション信号の時間変化を示す図加速度センサ６から出力される振動ノイズ１４によるノイズ信号の時間変化を示す図加速度センサ７から出力される振動ノイズ１４によるノイズ信号の時間変化を示す図携帯端末を前後に動かしたとき加速度センサ６から出力されるモーション信号の時間変化を示す図携帯端末を前後に動かしたとき加速度センサ７から出力されるモーション信号の時間変化を示す図加速度センサ６から出力される振動ノイズ１４によるノイズ信号の時間変化を示す図加速度センサ７から出力される振動ノイズ１４によるノイズ信号の時間変化を示す図加速度センサ２を用いてモーション抽出を行う携帯端末１及び加速度センサ２の出力を示す図

符号の説明

６，７加速度センサ

Claims

筐体の内部空間に複数の加速度センサを含む端末のモーションを識別するモーション識別装置であって、
前記モーションの支点に近い位置及び前記支点から離れた位置に設けられた前記複数の加速度センサと、
前記支点から離れた位置に設けられた加速度センサの出力信号から前記支点に近い位置に設けられた加速度センサの出力信号を減算する演算部と、
前記演算部で得られた値に基づいて前記端末のモーションを識別するモーション識別部と、
を備えたことを特徴とするモーション識別装置。
請求項１に記載のモーション識別装置であって、
前記複数の加速度センサは、前記筐体内部の同一平面上又は平行平面上に互いに離れて配置されたことを特徴とするモーション識別装置。
請求項１に記載のモーション識別装置であって、
前記端末は、端末保持部としての第１の筐体と、表示画面を有する第２の筐体と、を備え、
前記支点に近い位置に設けられた加速度センサが前記第１の筐体内に設けられ、前記支点から離れた位置に設けられた加速度センサが前記第２の筐体内に設けられたことを特徴とするモーション識別装置。
請求項１に記載のモーション識別装置であって、
前記端末は表示画面を備え、
前記支点に近い位置に設けられた加速度センサが前記表示画面の下端近傍に設けられ、前記支点から離れた位置に設けられた加速度センサが前記表示画面の上端近傍に設けられたことを特徴とするモーション識別装置。