JP2010085100A - Human body sensing device and urinal with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は人体検知装置に関し、特に、検知対象物によって反射された伝播波のドップラ信号を利用した人体検知装置及びそれを備えた小便器に関する。 The present invention relates to a human body detection device, and more particularly, to a human body detection device using a Doppler signal of a propagation wave reflected by a detection object and a urinal provided with the human body detection device.
特開平9−80150号公報(特許文献1)には、人体検知装置が記載されている。この人体検知装置においては、マイクロ波を便器正面に発射し、対象物で反射されたマイクロ波を受信し、そのドップラ周波数信号のパワースペクトルを求め、このパワースペクトルのピーク値に基づいて人の行動状態を判定している。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-80150 (Patent Document 1) describes a human body detection device. In this human body detection device, a microwave is emitted to the front of the toilet, the microwave reflected by the object is received, the power spectrum of the Doppler frequency signal is obtained, and the human action is based on the peak value of the power spectrum. The state is being judged.
また、特開2006−214156号公報(特許文献2)には、小便器洗浄装置が記載されている。この小便器洗浄装置においては、マイクロ波ドップラセンサの出力信号に、特定の周波数帯域信号のみを通過させる周波数フィルターをかけ、周波数フィルターの出力信号に基づいて人の行動状態を判定している。 Japanese Patent Laying-Open No. 2006-214156 (Patent Document 2) describes a urinal washing device. In this urinal washing apparatus, a frequency filter that allows only a specific frequency band signal to pass is applied to the output signal of the microwave Doppler sensor, and the human behavior state is determined based on the output signal of the frequency filter.
これらの特開平9−80150号公報や、特開2006−214156号公報に記載されたマイクロ波を用いた人体検知装置は、現在広く普及している赤外線を用いた人体検知装置とは異なり、小便器等に適用した場合、小便器本体等に赤外線を透過させるための窓を設ける必要がないので装置を設置する条件の制約が少なく、すっきりしたデザインの小便器を実現することができる。 These human body detection devices using microwaves described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-80150 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-214156 are different from human body detection devices using infrared light that are widely used at present. When applied to a toilet bowl or the like, it is not necessary to provide a window for transmitting infrared rays in the urinal body or the like, so there are few restrictions on the conditions for installing the apparatus, and a urinal with a clean design can be realized.
しかしながら、特開平9−80150号公報記載の人体検知装置においては、検出されたドップラ信号にフーリエ変換を施してパワースペクトルを求めているため、人の行動状態を時系列的に細かく捉えることができないという問題がある。即ち、特開平9−80150号公報記載の人体検知装置においては、ドップラ信号を5msec間隔で0.64secに亘ってサンプリングされた128個のデータに対して高速フーリエ変換を行って、パワースペクトルを求めている。このようにして得られたパワースペクトルから得られるピーク周波数や振幅の情報は、データをサンプリングした0.64sec間の平均値を表すものであり、検知すべき人の行動の変化を、即座に検知することができないという問題がある。 However, in the human body detection device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-80150, since the power spectrum is obtained by performing Fourier transform on the detected Doppler signal, it is impossible to grasp the human action state in time series. There is a problem. That is, in the human body detection apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-80150, the power spectrum is obtained by performing fast Fourier transform on 128 pieces of data obtained by sampling the Doppler signal over 0.64 sec at 5 msec intervals. ing. The peak frequency and amplitude information obtained from the power spectrum obtained in this way represents the average value over 0.64 seconds of sampled data, and immediately detects changes in human behavior to be detected. There is a problem that you can not.
また、高速フーリエ変換によってパワースペクトルを求める方法においては、サンプリングするデータ数を少なくすれば、得られるピーク周波数の分解能が低下するという問題がある。また、サンプリングの間隔を短くし、短時間に多数のデータを取得して高速フーリエ変換を行うと、演算量が増大すると共に、多量の演算により人体検知装置が消費する電力が大きくなるという問題もある。 In addition, in the method of obtaining the power spectrum by fast Fourier transform, there is a problem that if the number of data to be sampled is reduced, the resolution of the obtained peak frequency is lowered. In addition, if the sampling interval is shortened and a large amount of data is acquired in a short time and fast Fourier transform is performed, the amount of calculation increases, and the power consumed by the human body detection device increases due to a large amount of calculations. is there.
一方、特開2006−214156号公報記載の装置において使用されている周波数フィルタは、検出されたドップラ信号にデジタルフィルタを施すことにより実現することができるが、デジタルフィルタ演算についても数10個以上のサンプリングデータが必要になる。また、単一のデジタルフィルタを使用して、周波数領域の単一のデータを得ただけでは、検知すべき人の行動を十分に把握することができないという問題がある。即ち、単一のデジタルフィルタから得られる情報では、検知すべき人が、静止した状態から歩き始めたのか、歩いていた人が静止したのかを識別することができない。 On the other hand, the frequency filter used in the device described in JP-A-2006-214156 can be realized by applying a digital filter to the detected Doppler signal. Sampling data is required. Further, there is a problem that it is not possible to sufficiently grasp the behavior of a person to be detected only by obtaining single data in the frequency domain using a single digital filter. That is, the information obtained from a single digital filter cannot identify whether the person to be detected has started walking from a stationary state or whether the person who has been walking is stationary.
この問題を解決するために、デジタルフィルタが通過させる周波数領域を狭く設定し、複数のデジタルフィルタを使用することが考えられるが、この場合には、デジタルフィルタの数の増加に伴いデジタルフィルタの演算量が増大し、演算処理が間に合わなくなるという問題が発生する。 In order to solve this problem, it is conceivable to use a plurality of digital filters by narrowing the frequency range through which the digital filter passes, but in this case, as the number of digital filters increases, the computation of the digital filters A problem arises in that the amount increases and the calculation process cannot keep up.
従って、本発明は、少ない演算量で人の行動状態を的確に把握することができる人体検知装置及びそれを備えた小便器を提供することを目的としている。
また、本発明は、検知すべき人の行動の変化を、即座に検知することができる人体検知装置及びそれを備えた小便器を提供することを目的としている。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a human body detection device capable of accurately grasping a human behavior state with a small amount of calculation and a urinal provided with the same.
Another object of the present invention is to provide a human body detection device that can immediately detect a change in the behavior of a person to be detected, and a urinal equipped with the human body detection device.
上述した課題を解決するために、本発明は、検知対象物によって反射された伝播波のドップラ信号を利用した人体検知装置であって、検知対象物に向けて伝播波を放射する伝播波発信部と、検知対象物によって反射された伝播波を受信する伝播波受信部と、伝播波発信部によって放射された伝播波及び伝播波受信部によって受信された伝播波に基づいてドップラ信号を生成するドップラ信号生成部と、このドップラ信号生成部により生成されたドップラ信号を自己回帰モデルを使用して解析し、ドップラ信号のピーク周波数及び振幅を算出するドップラ信号解析部と、このドップラ信号解析部によって算出されたピーク周波数及び振幅に基づいて人の行動状態を判定する行動状態判定部と、を有することを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the present invention is a human body detection device using a Doppler signal of a propagation wave reflected by a detection object, and a propagation wave transmitter that radiates the propagation wave toward the detection object A propagation wave receiver that receives the propagation wave reflected by the object to be detected, a propagation wave radiated by the propagation wave transmitter, and a Doppler signal that generates a Doppler signal based on the propagation wave received by the propagation wave receiver A signal generator, a Doppler signal generated by the Doppler signal generator is analyzed using an autoregressive model, and a Doppler signal analyzer that calculates the peak frequency and amplitude of the Doppler signal is calculated by the Doppler signal analyzer. And an action state determination unit that determines the action state of the person based on the peak frequency and amplitude.
このように構成された本発明においては、伝播波発信部から放射され、検知対象物によって反射された伝播波が伝播波受信部によって受信される。ドップラ信号生成部は、放射された伝播波及び受信された伝播波に基づいてドップラ信号を生成する。ドップラ信号解析部は、ドップラ信号を自己回帰モデルを使用して解析し、ドップラ信号のピーク周波数及び振幅を算出する。行動状態判定部は、算出されたピーク周波数及び振幅に基づいて人の行動状態を判定する。 In the present invention configured as described above, the propagation wave radiated from the propagation wave transmission unit and reflected by the detection target is received by the propagation wave reception unit. The Doppler signal generation unit generates a Doppler signal based on the radiated propagation wave and the received propagation wave. The Doppler signal analysis unit analyzes the Doppler signal using an autoregressive model and calculates the peak frequency and amplitude of the Doppler signal. The behavior state determination unit determines the behavior state of the person based on the calculated peak frequency and amplitude.
このように構成された本発明によれば、ドップラ信号を自己回帰モデルを使用して解析しているので、少ないサンプル数のドップラ信号に基づいてピーク周波数及び振幅を算出することができ、検知すべき人の行動の変化を即座に検知することができる。 According to the present invention configured as described above, since the Doppler signal is analyzed using the autoregressive model, the peak frequency and amplitude can be calculated and detected based on the Doppler signal with a small number of samples. It is possible to immediately detect a change in the behavior of a person who should be.
本発明において、好ましくは、ドップラ信号解析部は、粒子フィルタを使用して、自己回帰モデルの自己回帰係数を計算し、ドップラ信号のピーク周波数及び振幅を算出する。
このように構成された本発明によれば、粒子フィルタを使用して、自己回帰モデルの自己回帰係数を計算しているので、少ない演算量でピーク周波数及び振幅を算出することができる。
In the present invention, preferably, the Doppler signal analysis unit calculates the autoregressive coefficient of the autoregressive model using the particle filter, and calculates the peak frequency and amplitude of the Doppler signal.
According to the present invention configured as described above, since the autoregressive coefficient of the autoregressive model is calculated using the particle filter, the peak frequency and the amplitude can be calculated with a small amount of calculation.
本発明において、好ましくは、行動状態判定部は、所定期間内におけるドップラ信号のピーク周波数の変動傾向又はドップラ信号の振幅の変動傾向に基づいて、人の行動状態を判定する。
このように構成された本発明によれば、ピーク周波数又は振幅の変動傾向に基づいて人の行動状態を判定しているので、人の行動状態を時系列的に的確に把握することができる。
In the present invention, preferably, the behavior state determination unit determines the behavior state of a person based on the fluctuation tendency of the peak frequency of the Doppler signal or the fluctuation tendency of the amplitude of the Doppler signal within a predetermined period.
According to the present invention configured as described above, since the human behavior state is determined based on the fluctuation tendency of the peak frequency or amplitude, it is possible to accurately grasp the human behavior state in time series.
また、本発明は、検知対象物によって反射された伝播波のドップラ信号を利用した人体検知装置であって、検知対象物に向けて伝播波を放射する伝播波発信部と、検知対象物によって反射された伝播波を受信する伝播波受信部と、伝播波発信部によって放射された伝播波及び伝播波受信部によって受信された伝播波に基づいてドップラ信号を生成するドップラ信号生成部と、このドップラ信号生成部により生成されたドップラ信号を解析し、ドップラ信号のピーク周波数及び振幅を算出するドップラ信号解析部と、このドップラ信号解析部によって算出されたピーク周波数又は振幅の、所定期間内における変動傾向に基づいて人の行動状態を判定する行動状態判定部と、を有することを特徴としている。 In addition, the present invention is a human body detection device that uses a Doppler signal of a propagation wave reflected by a detection object, the propagation wave transmitting unit that radiates the propagation wave toward the detection object, and the reflection by the detection object A propagation wave receiving unit that receives the generated propagation wave, a propagation wave radiated by the propagation wave transmitting unit, and a Doppler signal generation unit that generates a Doppler signal based on the propagation wave received by the propagation wave receiving unit, and the Doppler signal Analyzes the Doppler signal generated by the signal generation unit, calculates the Doppler signal peak frequency and amplitude, and the fluctuation tendency of the peak frequency or amplitude calculated by the Doppler signal analysis unit within a predetermined period And an action state determination unit for determining a person's action state based on the above.
このように構成された本発明においては、伝播波発信部から放射され、検知対象物によって反射された伝播波が伝播波受信部によって受信される。ドップラ信号生成部は、放射された伝播波及び受信された伝播波に基づいてドップラ信号を生成する。ドップラ信号解析部は、ドップラ信号のピーク周波数及び振幅を算出し、行動状態判定部は、ピーク周波数又は振幅の、所定期間内における変動傾向に基づいて人の行動状態を判定する。 In the present invention configured as described above, the propagation wave radiated from the propagation wave transmission unit and reflected by the detection target is received by the propagation wave reception unit. The Doppler signal generation unit generates a Doppler signal based on the radiated propagation wave and the received propagation wave. The Doppler signal analysis unit calculates the peak frequency and amplitude of the Doppler signal, and the behavioral state determination unit determines the human behavioral state based on the fluctuation tendency of the peak frequency or amplitude within a predetermined period.
このように構成された本発明によれば、ピーク周波数又は振幅の変動傾向に基づいて人の行動状態を判定しているので、人の行動状態を時系列的に的確に把握することができる。 According to the present invention configured as described above, since the human behavior state is determined based on the fluctuation tendency of the peak frequency or amplitude, it is possible to accurately grasp the human behavior state in time series.
本発明において、好ましくは、ドップラ信号解析部は、5サンプル以下の時系列ドップラ信号値に基づいて、ドップラ信号のピーク周波数及び振幅を算出する。
このように構成された本発明によれば、少ないサンプル数のドップラ信号に基づいてピーク周波数及び振幅を算出しているので、検知すべき人の行動の変化を即座に検知することができる。
In the present invention, preferably, the Doppler signal analysis unit calculates the peak frequency and amplitude of the Doppler signal based on a time-series Doppler signal value of 5 samples or less.
According to the present invention configured as described above, since the peak frequency and amplitude are calculated based on the Doppler signal having a small number of samples, it is possible to immediately detect a change in the behavior of the person to be detected.
また、本発明の小便器は、小便器本体と、この小便器本体を洗浄する洗浄水を吐出、停止させる電磁弁と、本発明の人体検知装置と、この人体検知装置によって検知された人の行動状態に基づいて、電磁弁を開閉する電磁弁制御部と、を有することを特徴としている。 The urinal of the present invention includes a urinal body, an electromagnetic valve for discharging and stopping washing water for washing the urinal body, a human body detection device of the present invention, and a human body detected by the human body detection device. And an electromagnetic valve control unit that opens and closes the electromagnetic valve based on the action state.
本発明の人体検知装置及びそれを備えた小便器によれば、少ない演算量で人の行動状態を的確に把握することができる。
また、本発明の人体検知装置及びそれを備えた小便器によれば、検知すべき人の行動の変化を、即座に検知することができる。
According to the human body detection device and the urinal provided with the human body detection device of the present invention, it is possible to accurately grasp the human behavior state with a small amount of calculation.
In addition, according to the human body detection device of the present invention and the urinal provided with the same, it is possible to immediately detect a change in the behavior of the person to be detected.
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図1は、本発明の実施形態による小便器の全体の構成を示すブロック図である。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a urinal according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本発明の実施形態による小便器1は、小便器本体2と、この小便器本体2に内蔵された人体検知装置4と、小便器本体2を洗浄する洗浄水を吐出、停止させる電磁弁6と、この電磁弁6を制御する電磁弁制御部8と、を有する。
As shown in FIG. 1, a urinal 1 according to an embodiment of the present invention discharges a
本実施形態の小便器1は、人が小用を足しに小便器本体2に接近して立ち止まったことを人体検知装置4が検知すると、電磁弁制御部8が電磁弁6に信号を送り、これを所定時間開放させて小便器本体2の前洗浄を行うように構成されている。さらに、小便器1は、小用を足した人が小便器本体2から離れたことを人体検知装置4が検知すると、電磁弁制御部8が電磁弁6に信号を送り、これを所定時間開放させて小便器本体2の後洗浄を行うように構成されている。
In the
小便器本体2は、小便を受けるボウル部2aと、このボウル部2aを洗浄する洗浄水を吐水させるための、ボウル部上部に設けられた吐水口2bと、小便及び洗浄水を排出するための排水口2cと、を有する。
電磁弁6は、吐水口2bに接続された給水管路に設けられ、電磁弁制御部8から送られた信号により開閉されるように構成されている。
The
The
電磁弁制御部8は、人体検知装置4が、人が小用を足しに小便器本体2に接近して立ち止まったことを表す「人体の接近」を検知すると、この検知信号を受けて所定時間電磁弁6を開放させ、前洗浄を行うように構成されている。また、電磁弁制御部8は、人体検知装置4が、小用を足した人が小便器本体2から離れたことを人体検知装置4が検知すると、この検知信号を受けて所定時間電磁弁6を開放させ、後洗浄を行うように構成されている。具体的には、電磁弁制御部8は、マイクロプロセッサ、メモリ(図示せず)等により構成することができる。
When the human body detecting device 4 detects "approach of the human body" indicating that the human body has approached the
人体検知装置4は、小便器本体2に内蔵され、検知対象物である人体に向けて伝播波であるマイクロ波を放射する伝播波発信部であるマイクロ波発信部10と、このマイクロ波発信部10から放射され、人体によって反射されたマイクロ波を受信する伝播波受信部であるマイクロ波受信部12と、マイクロ波発信部10が放射したマイクロ波及びマイクロ波受信部12が受信したマイクロ波に基づいて、ドップラ信号を生成するドップラ信号生成部14と、を有する。
The human body detection device 4 is built in the
さらに、人体検知装置4は、ドップラ信号生成部14により生成されたドップラ信号を自己回帰モデルを使用して解析し、ドップラ信号のピーク周波数及び振幅を算出するドップラ信号解析部16と、このドップラ信号解析部16によって算出されたピーク周波数及び振幅に基づいて、人の行動状態である人体の接近、人体の退去を判定する行動状態判定部18と、を有する。なお、本実施形態においては、人体検知装置4は小便器本体2に内蔵されているが、人体検知装置4を小便器本体2の外部に配置することもできる。
Furthermore, the human body detection device 4 analyzes the Doppler signal generated by the Doppler
マイクロ波発信部10は、マイクロ波を小便器本体2の裏側から、小便器1に近づく人体に向けて放射するように構成されている。具体的には、マイクロ波発信部10は、所定の周波数のマイクロ波を所定の時間間隔で発信するマイクロ波発振器により構成することができる。マイクロ波発信部10から放射されたマイクロ波は陶器製の小便器本体2を透過して、小便器本体2の前方に向けて放射される。
The
マイクロ波受信部12は、マイクロ波発信部10から放射され、検知すべき人体によって反射されたマイクロ波を受信するように構成されている。人体によって反射されたマイクロ波は、再び小便器本体2を透過して、小便器本体2の裏側に配置されたマイクロ波受信部12により受信される。具体的には、マイクロ波受信部12は、マイクロ波受信器により構成することができる。
The
ドップラ信号生成部14は、マイクロ波発信部10から放射されたマイクロ波の一部と、マイクロ波受信部12が受信したマイクロ波をミキサで混合することにより、ドップラ信号を生成するように構成されている。生成されるドップラ信号は、マイクロ波を反射した人体の移動速度に応じた周波数成分を多く含む信号であり、移動速度が大きい場合には周波数が高くなり、移動速度が小さい場合には周波数が低くなる。
The Doppler
ドップラ信号解析部16は、ドップラ信号生成部14が生成したドップラ信号を、自己回帰モデルを使用して解析し、解析したドップラ信号に最も多く含まれる周波数成分であるピーク周波数と、そのピーク周波数の信号の振幅を算出するように構成されている。ドップラ信号のピーク周波数及び振幅は、自己回帰モデルの自己回帰係数と関連付けられ、自己回帰係数の値は、粒子フィルタを用いて推定される。なお、ドップラ信号解析部16における演算処理の詳細は後述する。
The Doppler signal analysis unit 16 analyzes the Doppler signal generated by the Doppler
行動状態判定部18は、ドップラ信号解析部16により算出されたピーク周波数及び振幅に基づいて、「人体の接近」、「人体の退去」等の人の行動状態を判定するように構成されている。この行動状態判定部18は、所定期間内におけるピーク周波数及び振幅の変動傾向に基づいて、「人体の接近」、「人体の退去」を判定している。なお、行動状態判定部18における演算処理の詳細は後述する。また、具体的には、ドップラ信号生成部14、ドップラ信号解析部16、及び行動状態判定部18は、A/D変換器、メモリ、マイクロプロセッサ、及びこれを作動させるプログラム等により構成することができる。
Based on the peak frequency and amplitude calculated by the Doppler signal analysis unit 16, the behavioral
次に、図2乃至図5を参照して、本発明の実施形態におけるドップラ信号解析部、及び行動状態判定部が実行する処理を説明する。
図2は、ドップラ信号生成部により生成されたドップラ信号の一例を示すグラフである。図3は、図2に示したドップラ信号に基づいて、粒子フィルタを用いて計算されたピーク周波数及び振幅の一例を表すグラフである。図4は、サンプリングされたドップラ信号の値、これに基づいて計算されたピーク周波数及び振幅の値、及び行動状態判定部によって判定された人の行動の一例を示すグラフである。図5は、ドップラ信号の値、ピーク周波数及び振幅の値、及び判定された人の行動を示すグラフであり、人が退去する行動の一例を示す。
Next, processing executed by the Doppler signal analysis unit and the behavior state determination unit according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a graph illustrating an example of the Doppler signal generated by the Doppler signal generation unit. FIG. 3 is a graph showing an example of the peak frequency and amplitude calculated using the particle filter based on the Doppler signal shown in FIG. FIG. 4 is a graph illustrating an example of sampled Doppler signal values, peak frequency and amplitude values calculated based on the values, and human behavior determined by the behavior state determination unit. FIG. 5 is a graph showing the value of the Doppler signal, the peak frequency and the amplitude, and the determined human behavior, and shows an example of the behavior of the person leaving.
まず、小便器1に遠方から人が接近し、小便器1の近傍で静止した場合には、ドップラ信号生成部14から、図2に示すようなドップラ信号が出力される。なお、図2の横軸は時系列を表し、横軸の数値はデータをサンプリングしたステップ数を示しており、縦軸はドップラ信号の振幅を示している。また、図2においては、ドップラ信号は1/1024sec間隔でサンプリングされており、図2のグラフは、約3secの期間のドップラ信号の変化を示している。なお、図2には1/1024sec間隔でサンプリングされたデータを示しているが、ドップラ信号解析部16における解析に実際に必要なデータ数はこれよりも大幅に少なく、図2よりも粗い間隔でドップラ信号をサンプリングすることができる。
First, when a person approaches the
ドップラ信号解析部16は、図2に示すドップラ信号を、数式1に示す2次の非定常自己回帰モデルによりモデル化して解析するように構成されている。
ここで、
は、現時刻におけるドップラ信号の推定値であり、ai(t)は自己回帰係数であり、時刻と共に変化する値である。また、x(k−i)はiステップ前の時刻における検出されたドップラ信号値であり、ε(k)は観測誤差である。
The Doppler signal analysis unit 16 is configured to model and analyze the Doppler signal shown in FIG. 2 by a second-order non-stationary autoregressive model shown in
here,
Is an estimated value of the Doppler signal at the current time, and a i (t) is an autoregressive coefficient, which is a value that changes with time. Further, x (k−i) is a detected Doppler signal value at a time before i steps, and ε (k) is an observation error.
さらに、2つの自己回帰係数a1(t)、a2(t)と、信号のピーク周波数ω、及びそのピーク周波数における振幅rとの間には、次の数式2、数式3の関係が成立することが知られている。
Furthermore, the relationship of the following
ドップラ信号解析部16は、信号のピーク周波数ω、及びそのピーク周波数における振幅rを、粒子フィルタを使用して、検出された3ステップ分のドップラ信号値x(k)、x(k−1)、x(k−2)に基づいて推定するように構成されている。 The Doppler signal analysis unit 16 uses the particle filter to detect the signal peak frequency ω and the amplitude r at the peak frequency, and detects Doppler signal values x (k) and x (k−1) for three steps. , X (k−2).
さらに、本実施形態においては、ドップラ信号解析部16は、3つのドップラ信号値x(k)、x(k−1)、x(k−2)に基づいて、ピーク周波数ω及び振幅rを算出する手法として粒子フィルタを使用している。粒子フィルタは、事前に想定される範囲内において、ピーク周波数と振幅の複数の組合せを粒子として生成しておき、それらの粒子とドップラ信号値x(k−1)、x(k−2)を使用して、現時刻のドップラ信号推定値を計算する。次に、計算された複数のドップラ信号推定値と、実際に測定された現時刻のドップラ信号値x(k)を比較し、実際のドップラ信号値x(k)に最も近いドップラ信号推定値を与える粒子を、ピーク周波数ω及び振幅rの推定値として決定する。 Further, in the present embodiment, the Doppler signal analysis unit 16 calculates the peak frequency ω and the amplitude r based on the three Doppler signal values x (k), x (k−1), and x (k−2). A particle filter is used as a technique for this. The particle filter generates a plurality of combinations of peak frequencies and amplitudes as particles within a range assumed in advance, and sets the particles and Doppler signal values x (k−1) and x (k−2). Use to calculate the Doppler signal estimate at the current time. Next, the plurality of calculated Doppler signal estimated values are compared with the actually measured Doppler signal value x (k) at the current time, and the Doppler signal estimated value closest to the actual Doppler signal value x (k) is determined. The given particle is determined as an estimate of the peak frequency ω and amplitude r.
なお、粒子フィルタを使用したピーク周波数ω及び振幅rの算出に要する演算量は比較的少ないため、本実施形態においては、現時刻におけるドップラ信号値を測定した後、次のドップラ信号値を測定するまでの間に、ピーク周波数ω及び振幅rを算出することができる。 Since the amount of calculation required for calculating the peak frequency ω and the amplitude r using the particle filter is relatively small, in this embodiment, after measuring the Doppler signal value at the current time, the next Doppler signal value is measured. In the meantime, the peak frequency ω and the amplitude r can be calculated.
図3は、図2に一例を示したドップラ信号に基づいて、ドップラ信号解析部16において自己回帰モデルを使用して、粒子フィルタにより時系列で算出されたピーク周波数ω及び振幅rのグラフを示している。図3に示す例では、約16msec間隔でサンプリングされたドップラ信号値に対し、約16msec間隔の時系列でピーク周波数ω及び振幅rの値が推定されている。本実施形態における人体検知装置4では、このように、ドップラ信号のサンプリング間隔を極端に短くすることなく、十分に短い時間間隔でピーク周波数ω及び振幅rの推定値を得ることが可能になる(特許文献1記載の発明においては、128個のドップラ信号に対して1つのピーク周波数ω及び振幅rの値が計算される。)。これにより、実用的な時間間隔で、ピーク周波数ω及び振幅rの時間に対する変動傾向を把握することが可能になる。
FIG. 3 shows a graph of peak frequency ω and amplitude r calculated in time series by the particle filter using the autoregressive model in the Doppler signal analysis unit 16 based on the Doppler signal shown in FIG. ing. In the example illustrated in FIG. 3, the values of the peak frequency ω and the amplitude r are estimated in a time series at intervals of about 16 msec with respect to Doppler signal values sampled at intervals of about 16 msec. In the human body detection device 4 in the present embodiment, it is possible to obtain the estimated values of the peak frequency ω and the amplitude r at a sufficiently short time interval without extremely shortening the sampling interval of the Doppler signal as described above ( In the invention described in
また、図3のグラフから、遠方の人が小便器1に近づいてくるとピーク周波数ωは漸増し(時刻0〜1000付近)、小便器1の近傍まで接近して歩く速度を落とすとピーク周波数ωは低下し(時刻2000〜2500付近)、小便器1の前で立ち止まるとピーク周波数ωは低い値になる(時刻3000付近)傾向を読み取ることができる。また、振幅rは、人が小便器1近傍まで来ると、値が大きくなる(時刻2000〜3000付近)傾向がある。
From the graph of FIG. 3, the peak frequency ω increases gradually when a distant person approaches the urinal 1 (time around 0 to 1000), and the peak frequency decreases when the speed of walking closer to the
さらに、図5に示すグラフは、小便器1近傍で静止していた人が、小便器1近傍から退去した場合のドップラ信号の一例を示している。図5に示すように、ドップラ信号、及びそのピーク周波数、振幅の時間的な推移は、図3とは反対になっている。
Furthermore, the graph shown in FIG. 5 shows an example of a Doppler signal when a person who is stationary near the
行動状態判定部18は、ドップラ信号解析部16が算出したピーク周波数ω及び振幅rと、メモリ(図示せず)に記憶されている所定の基準とを比較し、人の行動状態を判定するように構成されている。
The behavior
図4に示すように、本実施形態においては、行動状態判定部18は、5サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωが1.4[rad]以上、5サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅rが0.65以上であり、且つ、5サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも負である場合に、人が小便器1の近傍まで接近したと判定する。図4に示す例では、行動状態判定部18は、時刻2176において、人の行動状態が小便器近傍への「接近」であると判定している。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, the behavior
なお、変動傾向とは、ピーク周波数又は振幅の変化量を、その変化が発生した期間で除したものを意味する。例えば、現時刻におけるピーク周波数ωの変動傾向は、現時刻におけるピーク周波数から1サンプリングステップ前のピーク周波数を減じ、その値をサンプリング間隔で除することにより計算することができる。 The fluctuation tendency means a value obtained by dividing the amount of change in peak frequency or amplitude by the period in which the change occurs. For example, the fluctuation tendency of the peak frequency ω at the current time can be calculated by subtracting the peak frequency one sampling step before the peak frequency at the current time and dividing the value by the sampling interval.
また、行動状態判定部18は、現時刻におけるピーク周波数ωが0.7[rad]以下、5サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅rが0.75以上であり、5サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも負で、5サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅rの変動傾向の絶対値が0.0025以下である場合に、人が小便器1の近傍で静止している、即ち、小用を足していると判定する。図4に示す例では、行動状態判定部18は、時刻2720において、人の行動状態が「静止」であると判定している。
In addition, the behavioral
さらに、図5に示すように、行動状態判定部18は、5サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωが1.4[rad]以上、5サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅rが0.65以上であり、5サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも正である場合に、人が小便器1の近傍から退去したと判定する。図5に示す例では、行動状態判定部18は、時刻428において、人の行動状態が「退去」であると判定している。
Furthermore, as shown in FIG. 5, the behavioral
次に、図6を参照して、本発明の実施形態による小便器1の作用を説明する。図6は、本実施形態の小便器における人体検知装置4による処理を示すフローチャートである。
Next, the operation of the
まず、図6のステップS1において、人体検知装置4の電源が投入されると、ステップS2に進み待機モードとなる。この待機モードにおいて、マイクロ波発信部10は小便器1の前方にマイクロ波を放射し、マイクロ波受信部12はマイクロ波を受信する。ドップラ信号生成部14は、放射したマイクロ波と受信したマイクロ波に基づいてドップラ信号を生成する。さらに、ドップラ信号解析部16は、生成され、サンプリングされたドップラ信号を解析して、ピーク周波数ω及び振幅rを逐次計算する。
First, in step S1 of FIG. 6, when the human body detection device 4 is powered on, the process proceeds to step S2 and enters a standby mode. In this standby mode, the
次に、ステップS3において、小便器1の近傍に人が接近したか否かが判断される。即ち、行動状態判定部18は、計算されたピーク周波数ω及び振幅rに基づいて、人が接近したか否かを判定する。行動状態判定部18は、次の(a)〜(c)の3つの条件が満たされているか否かを判断する。(a)5サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωが1.4[rad]以上である。(b)5サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅rが0.65以上である。(c)5サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも負である。
Next, in step S3, it is determined whether or not a person has approached the vicinity of the
これら(a)〜(c)の3つの条件が満たされている場合には、行動状態判定部18は、人の行動状態が小便器近傍への「接近」であると判定し、処理はステップS4に進む。3つの条件が満たされていない場合には、ステップS2に戻り待機状態が持続される。
When these three conditions (a) to (c) are satisfied, the behavior
ステップS4においては、人の行動状態が「接近」であると認識される。さらに、ステップS5において、小便器1に接近した人が静止し、小用を開始するか否かが判断される。即ち、行動状態判定部18は、次の(d)〜(g)の4つの条件が満たされているか否かを判断する。(d)現時刻におけるピーク周波数ωが0.7[rad]以下である。(e)5サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅rが0.75以上である。(f)5サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも負である。(g)5サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅rの変動傾向の絶対値が0.0025以下である。
In step S4, it is recognized that the action state of the person is “approaching”. Further, in step S5, it is determined whether or not the person approaching the
これら(d)〜(g)の4つの条件が満たされている場合には、行動状態判定部18は、小便器近傍へ接近した人が小用を開始したと判定し、処理はステップS6に進む。一方、ステップS3において接近状態が認識された後、所定時間経過しても、人が小用を開始したと判定されない場合には、ステップS2に戻り待機状態となる。
When these four conditions (d) to (g) are satisfied, the behavioral
ステップS6において、電磁弁制御部8は、電磁弁6に制御信号を送り、電磁弁6を所定時間開放させる。これにより、小便器本体2の吐水口2bから洗浄水が吐水され、ボウル部2aが前洗浄される。
In step S6, the solenoid
次に、ステップS7において、小用を開始した人が小便器1の近傍から退去したか否かが判断される。即ち、行動状態判定部18は、次の(h)〜(j)の3つの条件が満たされているか否かを判断する。(h)5サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωが1.4[rad]以上である。(i)5サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅rが0.65以上である。(j)5サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも正である。
Next, in step S <b> 7, it is determined whether or not the person who has started occupancy has left the
これら(h)〜(j)の3つの条件が満たされている場合には、行動状態判定部18は、小用を開始した人が退去したと判定し、処理はステップS8に進む。一方、3つの条件が満たされていない場合には、ステップS7における判定が繰り返される。
If these three conditions (h) to (j) are satisfied, the behavior
ステップS8において、電磁弁制御部8は、電磁弁6に制御信号を送り、電磁弁6を所定時間開放させる。これにより、小便器本体2の吐水口2bから洗浄水が吐水され、ボウル部2aが後洗浄される。
In step S8, the solenoid
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態は、本発明の人体検知装置を小便器に適用したものであるが、本発明の人体検知装置は、自動水栓、水洗大便器等、種々の装置に適用することができる。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, a various change can be added to embodiment mentioned above. In particular, in the above-described embodiment, the human body detection device of the present invention is applied to a urinal, but the human body detection device of the present invention can be applied to various devices such as an automatic faucet and a flush toilet. it can.
また、上述した実施形態においては、ドップラ信号解析部は、2次の自己回帰モデルを使用してピーク周波数及び振幅を算出していたが、3次以上の自己回帰モデルを本発明に適用することができる。例えば、3次の自己回帰モデルにおいては4サンプル分のドップラ信号を使用して、4次の自己回帰モデルにおいては5サンプル分のドップラ信号を使用してピーク周波数及び振幅を算出することができる。 In the above-described embodiment, the Doppler signal analysis unit calculates the peak frequency and amplitude using a second-order autoregressive model. However, a third-order or higher-order autoregressive model is applied to the present invention. Can do. For example, the peak frequency and amplitude can be calculated using a Doppler signal for four samples in a third-order autoregressive model and using a Doppler signal for five samples in a fourth-order autoregressive model.
さらに、上述した実施形態においては、行動状態判定部は、現時刻から5サンプリングステップ前までのピーク周波数及び振幅を参照していたが、ピーク周波数及び振幅を参照する期間は、適宜変更することができる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the behavior state determination unit refers to the peak frequency and amplitude from the current time to 5 sampling steps before, but the period for referring to the peak frequency and amplitude can be changed as appropriate. it can.
また、上述した実施形態においては、行動状態判定部が人の行動状態を判定するピーク周波数、振幅、及びこれらの変動傾向の基準として、明確な数値であるクリスプ表現を使用したが、これにファジイ数を適用することもできる。 In the above-described embodiment, the crisp expression, which is a clear numerical value, is used as the reference of the peak frequency, amplitude, and fluctuation tendency of the behavior state determination unit that determines the human behavior state. Numbers can also be applied.
さらに、上述した実施形態においては、検知対象物に向けて放射する伝播波としてマイクロ波を使用していたが、マイクロ波以外の電磁波、レーザ光、超音波等、ドップラー効果を利用した計測が可能な任意の伝播波を使用することができる。 Furthermore, in the above-described embodiment, microwaves are used as propagating waves radiated toward the object to be detected. However, electromagnetic waves other than microwaves, laser light, ultrasonic waves, etc. can be measured using the Doppler effect. Any propagating wave can be used.
1 本発明の実施形態による小便器
2 小便器本体
2a ボウル部
2b 吐水口
2c 排水口
4 人体検知装置
6 電磁弁
8 電磁弁制御部
10 マイクロ波発信部(伝播波発信部)
12 マイクロ波受信部(伝播波受信部)
14 ドップラ信号生成部
16 ドップラ信号解析部
18 行動状態判定部
DESCRIPTION OF
12 Microwave receiver (propagating wave receiver)
14 Doppler signal generation unit 16 Doppler
Claims (6)
上記検知対象物に向けて伝播波を放射する伝播波発信部と、
上記検知対象物によって反射された伝播波を受信する伝播波受信部と、
上記伝播波発信部によって放射された伝播波及び上記伝播波受信部によって受信された伝播波に基づいてドップラ信号を生成するドップラ信号生成部と、
このドップラ信号生成部により生成されたドップラ信号を自己回帰モデルを使用して解析し、ドップラ信号のピーク周波数及び振幅を算出するドップラ信号解析部と、
このドップラ信号解析部によって算出されたピーク周波数及び振幅に基づいて人の行動状態を判定する行動状態判定部と、
を有することを特徴とする人体検知装置。 A human body detection device using a Doppler signal of a propagating wave reflected by a detection object,
A propagating wave transmitter that radiates a propagating wave toward the object to be detected;
A propagation wave receiver for receiving the propagation wave reflected by the detection object;
A Doppler signal generation unit that generates a Doppler signal based on the propagation wave radiated by the propagation wave transmission unit and the propagation wave received by the propagation wave reception unit;
Analyzing the Doppler signal generated by the Doppler signal generation unit using an autoregressive model, and calculating a Doppler signal peak frequency and amplitude; and
An action state determination unit for determining a person's action state based on the peak frequency and amplitude calculated by the Doppler signal analysis unit;
A human body detection device comprising:
上記検知対象物に向けて伝播波を放射する伝播波発信部と、
上記検知対象物によって反射された伝播波を受信する伝播波受信部と、
上記伝播波発信部によって放射された伝播波及び上記伝播波受信部によって受信された伝播波に基づいてドップラ信号を生成するドップラ信号生成部と、
このドップラ信号生成部により生成されたドップラ信号を解析し、ドップラ信号のピーク周波数及び振幅を算出するドップラ信号解析部と、
このドップラ信号解析部によって算出されたピーク周波数又は振幅の、所定期間内における変動傾向に基づいて人の行動状態を判定する行動状態判定部と、
を有することを特徴とする人体検知装置。 A human body detection device using a Doppler signal of a propagating wave reflected by a detection object,
A propagating wave transmitter that radiates a propagating wave toward the object to be detected;
A propagation wave receiver for receiving the propagation wave reflected by the detection object;
A Doppler signal generation unit that generates a Doppler signal based on the propagation wave radiated by the propagation wave transmission unit and the propagation wave received by the propagation wave reception unit;
Analyzing the Doppler signal generated by the Doppler signal generation unit, and calculating the peak frequency and amplitude of the Doppler signal; and
An action state determination unit for determining a person's action state based on a fluctuation tendency within a predetermined period of the peak frequency or amplitude calculated by the Doppler signal analysis unit;
A human body detection device comprising:
この小便器本体を洗浄する洗浄水を吐出、停止させる電磁弁と、
請求項1乃至5の何れか1項に記載の人体検知装置と、
この人体検知装置によって検知された人の行動状態に基づいて、上記電磁弁を開閉する電磁弁制御部と、
を有することを特徴とする小便器。 The urinal body,
A solenoid valve that discharges and stops the washing water for washing the urinal body;
The human body detection device according to any one of claims 1 to 5,
Based on the behavior state of the person detected by this human body detection device, an electromagnetic valve control unit for opening and closing the electromagnetic valve,
A urinal characterized by comprising:
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