JP2011146871A - 音源探索装置及び音源探索方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異常音探索を効率的に実施できる音源探索装置等を提供する。
【解決手段】プログラムを実行するプロセッサと、前記プロセッサによって実行されるプログラムを格納するメモリと、前記プロセッサに接続されたインターフェースと、を備え、音の音源を探索する音源探索装置であって、前記音の信号が入力される音入力部と、入力された前記音の信号に基づいて、前記音の信号が入力されたときの前記音入力部の位置を基準とした前記音源の方向を推定する音源方向推定部と、前記音源方向推定部による推定の信頼度の高低を判定する方向信頼度判定部と、前記信頼度が高いと判定された場合には、推定された前記音源の方向に前記音源があると判定し、前記信頼度が低いと判定された場合には、前記音源方向推定部と異なる推定方法によって前記音源の方向を推定する音源探索部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、異常音の音源を探索する音源探索装置及び音源探索方法に関する。

近年、人間の生活を支援する数多くのロボットが開発されてきている。このようなロボットの一種であるヒューマノイドは、人間と同じ形をしているロボットである。ヒューマノイドは、このような形をしているため、人とのコミュニケーションをとる上で有利であり、人間用に設計された生活空間にうまく適応することができる。

ヒューマノイドの応用例としては、エンターテイメント、オフィス業務の遂行、監視、見守り等が挙げられる。これらの一つ又は複数実行させるために、ヒューマノイドには人間の身体に相当するハードウェア（足に相当する移動装置、目に相当するカメラ、耳に相当するマイク等）が搭載される。その他、人間の身体に相当しない超音波レーダー等が搭載される場合もある。

ここで、ヒューマノイドを用いた監視業務の一例として、ある空間において異常音等の音が発生したときにその音を検出して外部に通報する業務に着目する。例えば、工場において機械の異常音を検出して外部に通報する調査ロボット、夜間のオフィスにおいて不審な音を検出して外部に通報する警備ロボット等が挙げられる。この監視業務においては、ヒューマノイドが適切に異常音等の音を検出することが重要である。

特許文献１には、音を検出する技術に関連して、音源からの音声を周波数成分毎に分解し、分解された周波数成分毎の音声の度数を分散して加算し、最も大きい加算値の位相に基づいて音源の方向を検出する技術が開示されている。また、特許文献２には、複数のマイクを搭載したロボットによって音源を検出する技術が開示されている。

特開２００９−８６０５５号公報 特開２００９−７１５１０号公報

ところで、ロボットが監視業務を実行する場合には、そのロボットは少なくとも人間と同等以上の機動力、判断力、通報力を備える必要がある。特に、異常音等の音が発生したときにその原因を早く突き止めて外部に通報する監視業務においては、ロボット自身が異常音の音源に近づき、情報を収集する必要がある。なお、ロボットが自身のマイクを用いて異常音を検出しながら異常音の音源に近づくプロセスを、以後「異常音探索」という。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された技術では、この異常音探索については考慮されておらず、ロボット自身が異常音の音源を検出しながらその音源に近づくことはできなかった。

本発明は、上述した課題を考慮したものであって、異常音探索を効率的に実施することができる音源探索装置及び音源探索方法を提供することを目的とする。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、プログラムを実行するプロセッサと、前記プロセッサによって実行されるプログラムを格納するメモリと、前記プロセッサに接続されたインターフェースと、を備え、音の音源を探索する音源探索装置であって、前記音の信号が入力される音入力部と、入力された前記音の信号に基づいて、前記音の信号が入力されたときの前記音入力部の位置を基準とした前記音源の方向を推定する音源方向推定部と、前記音源方向推定部による推定の信頼度の高低を判定する方向信頼度判定部と、前記信頼度が高いと判定された場合には、推定された前記音源の方向に前記音源があると判定し、前記信頼度が低いと判定された場合には、前記音源方向推定部と異なる推定方法によって前記音源の方向を推定する音源探索部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の代表的な実施の形態によれば、音源の方向を推定した後に、推定の信頼度の高低に応じて動作態様を切り替えることによって、異常音探索を効率的に実施することができる。

本発明の実施の形態に係る音源探索装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係るメインプログラムの制御ロジックを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る内部状態の状態遷移図である。 本発明の実施の形態に係る巡回プログラムの制御ロジックを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る巡回経路の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る音源探索プログラムの制御ロジックを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る地図情報の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る音源探索装置１０の構成を示す図である。図１に示す音源探索装置１０は、一般的なコンピュータが備える中央演算装置２０、記憶装置３０、バス４０、入出力デバイスとしての通信装置５０、音声入力装置６０、画像入力装置７０、移動制御装置８０、及び、移動装置８１を備える。

中央演算装置２０は、記憶装置３０に記憶された各種プログラムに記述された計算処理を実行するプロセッサである。

記憶装置３０は、ＤＲＡＭ等の揮発性のデータ記憶装置、ＨＤＤ等の不揮発性のデータ記憶装置又はこれらの組み合わせである。記憶装置３０には、地図情報３１、音声バッファ３２、画像バッファ３３、音響マップ３４、位置バッファ３６、内部状態３７、巡回経路３８、巡回インデックス３９、メインプログラム３１０、巡回プログラム３１１、音源探索プログラム３１２、音源対応プログラム３１３、巡回復帰プログラム３１４が記憶される。記憶装置３０に記憶される各データ及び各プログラムについては後述する。

バス４０は、中央演算装置２０、記憶装置３０、通信装置５０、音声入力装置６０、画像入力装置７０、移動制御装置８０を相互に接続するデータの伝送路である。各装置は、このバス４０を介して相互にデータを通信する。

通信装置５０は、外部から音源探索装置１０にアクセスするための装置である。この通信装置５０は、外部から地図情報データを受信して、受信した地図情報データを記憶装置３０の地図情報３１に書き込む。また通信装置５０は、音声バッファ３２、画像バッファ３３に記憶された音声データ、画像データを外部に送信する。さらに通信装置５０は、各種プログラム３１０から３１４が任意のデータを送受信するために利用される。

音声入力装置６０は、マイク６１及び６２によって取得された音響信号が入力され、入力された音響信号に対してサンプリング処理、量子化処理（Ａ／Ｄ変換）を施す。各々の処理が施された音響信号は、音声バッファ３２に記録される。なお、図１は一つの音声入力装置６０が設けられた構成を示しているが、この場合には限らない。複数の音声入力装置６０（各々の音声入力装置６０は複数のマイク６１及び６２を含む）が設けられた構成でもよい。

画像入力装置７０は、カメラ７１及び７２によって取得された画像信号を入力し、画素列に変換する。画素列に変換された画像は、画像バッファ３３に記録される。

移動制御装置８０は、中央演算装置２０によって設定された移動プロセスに従って移動装置８１の移動（駆動）を制御する。移動装置８１が２足歩行用の脚である場合には、移動制御装置８０は移動装置８１のアクチュエータの駆動を制御する。なお、移動装置８１は、２足歩行用の脚の代わりに、タイヤ、脚、モータ、ステアリング等であってもよい。この場合には、移動制御装置８０はそれぞれの移動（駆動）を適切に制御する。

以下、記憶装置３０に記憶される各データ及び各プログラムについて簡単に説明する。

地図情報３１は、音源探索装置１０の移動領域と、その移動領域内で音源探索装置１０が実際に移動可能な各地点を表す格子点と、を含む地図情報である（図７参照）。その詳細については後述する。

音声バッファ３２には、マイク６１及び６２によって取得された音声情報が音声入力装置６０によって逐次書き込まれる。この音声バッファ３２は、常に一定時間以内の過去の音声情報が格納され、参照可能な状態となっている。

画像バッファ３３には、カメラ７１及び７２によって取得された画像情報が画像入力装置７０によって逐次書き込まれる。この画像バッファ３３は、常に一定時間以内の過去の画像情報が格納され、参照可能な状態となっている。

音響マップ３４は、地図情報３１（図７参照）の各地点における音の大きさ（音量）、残響情報等の音響情報を記録するマップである。その詳細については後述する。

位置バッファ３６には、音源探索装置１０の現在の位置情報が逐次書き込まれる。この位置バッファ３６は、常に一定時間以内の過去の位置情報が格納され、参照可能な状態となっている。なお、音源探索装置１０の現在の位置情報は、移動制御装置８０によって移動速度の積分値及び初期値を基に算出される。算出精度を向上させるために、ＧＰＳ（Global Positioning System）や外部センサを用いた位置取得システムを用いてもよい。また、以降の説明においては、位置バッファ３６に記録される現在の位置情報が２次元情報(X,Y)である場合を説明するが、この場合には限らない。位置バッファ３６に記録される現在の位置情報は３次元情報(X,Y,Z)であってもよい。

内部状態３７には、音源探索装置１０の動作態様を決定するための情報が記憶される。具体的には、「巡回」、「音源探索」、「音源対応」、「巡回復帰」のいずれかの状態を示す情報が記憶される（図３参照）。その詳細については後述する。

巡回経路３８には、音源探索装置１０が地図情報３１に示される移動領域を巡回する際の経路情報が記憶される（図５参照）。巡回インデックス３９は、巡回経路３８に経路情報を記録する際に経路情報に付与するインデックス（索引）に関する情報が記憶される（図５参照）。これら巡回経路３８及び巡回インデックス３９の詳細については後述する。

メインプログラム３１０は、音源探索装置１０が起動すると最初に実行されるプログラムである。このメインプログラム３１０は、内部状態３７に記憶された情報に応じて、各サブプログラム３１１から３１４のいずれかを起動する。その詳細については後述する。

巡回プログラム３１１は、内部状態３７が「巡回」状態の場合には、メインプログラム３１０によって起動される。この巡回プログラム３１１は、音源探索装置１０の巡回動作を制御する。その詳細については後述する。

音源探索プログラム３１２は、内部状態３７が「音源探索」状態の場合には、メインプログラム３１０によって起動される。この音源探索プログラム３１２は、音源探索装置１０が異常音の音源を探索する動作を制御する。その詳細については後述する。

音源対応プログラム３１３は、内部状態３７が「音源対応」状態の場合には、メインプログラム３１０によって起動される。この音源対応プログラム３１３は、音源探索装置１０が異常音の音源に到達したときの対応動作を制御する。その詳細については後述する。

巡回復帰プログラム３１４は、内部状態３７が「巡回復帰」状態の場合には、メインプログラム３１０によって起動される。この巡回復帰プログラム３１４は、音源探索装置１０の巡回動作への復帰を制御する。その詳細については後述する。

（メインプログラム３１０の制御ロジック）
図２は、本発明の実施の形態に係るメインプログラム３１０の制御ロジックを示すフローチャートである。メインプログラム３１０は、観測周期L(=10ミリ秒)の間隔で起動して図２に示す制御ロジックを繰り返す。

まずステップＳ１において、メインプログラム３１０は、音声バッファ３２、画像バッファ３３、位置バッファ３６を更新する（Ｓ１）。ステップＳ１では、メインプログラム３１０は、音声バッファ３２、画像バッファ３３、位置バッファ３６に記憶された各データを更新する。その結果、例えば音声バッファ３２には、２チャネル（マイク６１及び６２）の観測周期L分の音声データx1(τ,ｔ)、x2(τ,ｔ)が記憶された状態になる。ここで、xC(τ,ｔ)とは、チャネルCのフレーム番号τにおけるｔサンプル目の振幅値である。サンプリング周波数がS(=16000)である場合には、１フレームのサンプル数NはS×L(=160)である。

次にステップＳ２に進んで、メインプログラム３１０は、内部状態３７に記録された状態に基づきサブプログラムを起動する（Ｓ２）。ステップＳ２では、メインプログラム３１０は、内部状態３７に記憶された情報を参照し、参照した情報に応じてサブプログラム３１１から３１４のいずれかを起動する。すなわち、内部状態３７が「巡回」状態の場合には巡回プログラム３１１を、「音源探索」状態の場合には音源探索プログラム３１２を、「音源対応」状態の場合には音源対応プログラム３１３を、「巡回復帰」状態の場合には巡回復帰プログラム３１４をそれぞれ起動する。内部状態３７について図３を用いて説明する。

図３は、本発明の実施の形態に係る内部状態３７の状態遷移図である。前述のように、記憶装置３０の内部状態３７には、「巡回」、「音源探索」、「音源対応」、「巡回復帰」のいずれかの状態を示す情報が記憶される。

そして、内部状態３７が「巡回」状態の場合に音源探索装置１０が異常音を検出すると、内部状態３７は「巡回」状態から「音源探索」状態に移行する。内部状態３７が「音源探索」状態の場合に音源探索装置１０が異常音の音源に到達すると、内部状態３７は「音源探索」状態から「音源対応」状態に移行する。内部状態３７が「音源対応」状態の場合に音源探索装置１０の音源対応が完了すると、内部状態３７は「音源対応」状態から「巡回復帰」状態に移行する。内部状態３７が「巡回復帰」状態の場合に音源探索装置１０の巡回復帰が完了すると、内部状態３７は「巡回復帰」状態から「巡回」状態に移行する。

（巡回プログラム３１１の制御ロジック）
図４は、本発明の実施の形態に係る巡回プログラム３１１の制御ロジックを示すフローチャートである。巡回プログラム３１１は、図４に示す制御ロジックを実行することによって、音源探索装置１０の巡回動作を制御する。

この巡回プログラム３１１は、図２のステップＳ２において、内部状態３７が「巡回」状態である場合にメインプログラム３１０によって起動される。以下、巡回プログラム３１１の制御ロジックを説明する。

まずステップＳ１０１において、巡回プログラム３１１は、音声バッファ３２から音声データを取得する（Ｓ１０１）。ここでは、巡回プログラム３１１は、音声バッファ３２から２チャネルの観測周期L分の音声データx1(τ,ｔ)、x2(τ,ｔ)を取得する。

次にステップＳ１０２に進んで、巡回プログラム３１１は、観測した音声のパワーP(τ)を計算する（Ｓ１０２）。ここでは、巡回プログラム３１１は、ステップＳ１０１で取得した音声データに基づいて、パワーP(τ)を計算する。例えばマイク６１のチャネルにおける音声データの二乗和をパワーP(τ)と定義すると、P(τ)は式（１）で示される。

その後ステップＳ１０３に進んで、巡回プログラム３１１は、音声判別条件を満たすか否か判定する（Ｓ１０３）。ここでいう音声判別条件とは、ステップＳ１０１で取得された音声データが、過去ＦフレームにおいてパワーがＡ以上のフレームがＧフレーム以上であるという条件式を満たすような音声データであるという判別条件である。この判別条件は、すなわち、ある程度（パワーＡ）以上の音量が一定時間（ＦフレームのうちのＧフレームの間）継続的又は断続的に発生していることを意味している。

音声判別条件を満たす場合には（Ｓ１０３でＹＥＳ）、ステップＳ１０４に進んで、巡回プログラム３１１は、内部状態３７を「音源探索」状態にセットする（Ｓ１０４）。一方、音声判別条件を満たさない場合には（Ｓ１０３でＮＯ）、ステップＳ１０５に進んで、巡回プログラム３１１は、巡回経路３８に基づき移動経路を設定する（Ｓ１０５）。巡回経路３８について図５を用いて説明する。

図５は、本発明の実施の形態に係る巡回経路３８の一例を示す図である。巡回経路３８は図５に示すようなテーブルであり、各項目はインデックスと位置座標(X,Y)とを含む。巡回インデックス３９の値iに対応する巡回経路３８の座標を(Xi,Yi)とする。位置バッファ３６に格納されている現在の位置情報が(Xi,Yi)である場合には、巡回インデックス３９の値を１増やしてi+1にする（ただし、巡回インデックス３９の値が巡回経路３８の最大インデックス（図５では９９）を超えた場合には、巡回インデックス３９の値を０にする）。その後、現在位置(Xi,Yi)から巡回インデックス３９の値i+1に対応する巡回経路３８の座標(X(i+1),Y(i+1))へ向かう経路が移動経路として設定される。

図４に戻り、ステップＳ１０６に進んで、巡回プログラム３１１は、ステップＳ１０５で設定された移動経路の情報を移動制御装置８０に通知する（Ｓ１０６）。その後、巡回プログラム３１１は処理を終了する。移動制御装置８０は、通知された移動経路に従い、移動装置８１を用いて音源探索装置１０を移動させる。

以上に示す制御ロジックにより、巡回プログラム３１１は、原則的には巡回経路３８に基づき設定された移動経路に従って音源探索装置１０を移動させる（Ｓ１０５及びＳ１０６）。ただし、一定量以上の音声を検出した場合には（Ｓ１０３でＹＥＳ）、内部状態３７を「音源探索」状態に移行させる（Ｓ１０４）。

（音源探索プログラム３１２の制御ロジック）
図６は、本発明の実施の形態に係る音源探索プログラム３１２の制御ロジックを示すフローチャートである。音源探索プログラム３１２は、図６に示す制御ロジックを実行することによって、音源探索装置１０が異常音の音源を探索する動作を制御する。

この音源探索プログラム３１２は、図２のステップＳ２において、内部状態３７が「音源探索」状態である場合にメインプログラム３１０によって起動される。以下、音源探索プログラム３１２の制御ロジックを説明する。

まずステップＳ２０１において、音源探索プログラム３１２は、音声バッファ３２から音声データを取得する（Ｓ２０１）。ここでは、音源探索プログラム３１２は、音声バッファ３２から２チャネルの観測周期L分の音声データx1(τ,ｔ)、x2(τ,ｔ)を取得する。

次にステップＳ２０２に進んで、音源探索プログラム３１２は、ステップＳ２０１で取得された音声データx1(τ,ｔ)、x2(τ,ｔ)に基づいて、音源方向を推定する（Ｓ２０２）。

ステップＳ２０２では、まず音源探索プログラム３１２は、ＧＣＣ（Generalized Cross Correlation）法を用いて、ステップＳ２０１で取得された音声データのチャネル間の一般的な相互相関Gcc(τ,θ)を算出する（式（２）参照）。

式（２）において、X1(τ,ｆ)、X2（τ,ｆ）は、それぞれ音声データx1(τ,ｔ)、x2(τ,ｔ)のフーリエ変換である。また、相互相関Gcc(τ,θ)は、音声データx1(τ,ｔ)、x2(τ,ｔ)の相関（類似性の度合い）である。その後音源探索プログラム３１２は、Gcc(τ,θ)に基づき、音源方向の推定値θ(τ)を算出する（式（３）参照）。

式（３）において、θ(τ)は、相互相関Gcc(τ,θ)が最大値をとるときのθの値である。

その後ステップＳ２０３に進んで、音源探索プログラム３１２は、方向推定信頼度L(τ)を計算する（Ｓ２０３）。ここでいう方向推定信頼度L(τ)とは、ステップＳ２０２で算出されたθ(τ)の信頼度が高いか否か（又は、θ(τ)が信頼できるか否か）を示す指標である。音源探索プログラム３１２は、このような方向推定信頼度L(τ)を、例えば式（４）によって算出する。

式（４）において、L(τ)は、関数Gcc(τ,θ)の最大値と、θを変化させたときの関数Gcc(τ,θ)の値の総和との比である。すなわち、このL(τ)は、関数Gcc(τ,θ)の分散の度合いを無次元で示すものである。このL(τ)は、一定方向のみから異常音が検出された場合は大きい値をとる。他方、反射音等の影響で他の多くの方向から異常音が検出された場合は小さな値をとる。

なお、式（４）に示すL(τ)は、相互相関Gcc(τ,θ)の時間変化を考慮していない。そのため、異常音が時間変化しない継続的な音（連続音）である場合に特に有効である。もちろん、異常音は断続的な音であってもよい。

ステップＳ２０３では、音源探索プログラム３１２は、さらに、観測した音声のパワーP(τ)（式（１）参照）を計算する。

その後ステップＳ２０４に進んで、音源探索プログラム３１２は、ステップＳ２０２からＳ２０３によって算出したθ(τ)、L(τ)、P（τ）と、位置バッファ３６に記録されている音源探索装置１０の位置座標(X(τ),Y(τ)) と、を対応付けて音響マップ３４に[θ(τ),L(τ),P(τ),X(τ),Y(τ)]として記録する（Ｓ２０４）。このステップＳ２０４は、地図情報３１（図７参照）において音源探索装置１０がそれまで通過してきた各地点における音源方向の推定値θ(τ)、方向推定信頼度L(τ)、パワーP(τ)等の音響情報を記録するための処理である。

その後ステップＳ２０５に進んで、音源探索プログラム３１２は、ステップＳ２０３で算出されたL(τ)が閾値α以上であるか否かを判定する（Ｓ２０５）。このステップＳ２０５では、音源探索プログラム３１２は、ステップＳ２０２で算出されたθ(τ)の信頼度が高いか否かを判定している。なお、音源探索プログラム３１２は、音源探索装置１０が音源に近い位置にあるか又は遠い位置にあるかを判定していると言い換えてもよい。

L(τ)が閾値α以上である場合には（Ｓ２０５でＹＥＳ）、音源探索プログラム３１２は、ステップＳ２０２で算出されたθ(τ)の信頼度が高いと判定する。すなわち、θ(τ)の方向へ移動すれば音源に到達できると判定する。そこでステップＳ２０６に進んで、音源探索プログラム３１２は、θ(τ) の方向への移動が可能か否かを調べる（Ｓ２０６)。ここでは、音源探索プログラム３１２は、図７の地図情報３１を参照してθ(τ)の方向に移動可能か否かを、障害物の有無等によって調べる。

移動可能である場合には（Ｓ２０６でＹＥＳ）、音源探索プログラム３１２は、θ(τ)の方向を移動経路として設定する（Ｓ２０７）。移動不可である場合には（Ｓ２０６でＮＯ）、音源探索プログラム３１２は、音源に到達したと判定する（Ｓ２０８）。ステップＳ２０８では、音源探索プログラム３１２は、さらに内部状態３７を「音源対応」状態にセットする。ステップＳ２０７又はＳ２０８の処理が終了すると、ステップＳ２１３に進む。

一方、L(τ)が閾値αより小さい場合には（Ｓ２０５でＮＯ）、音源探索プログラム３１２は、ステップＳ２０２で算出されたθ(τ)の信頼度が低いと判定する。そこで、音源探索プログラム３１２は、音響マップ３４を用いて、以下に説明する手順によって音源の位置を推定する。ただし、フレーム数τの値が小さい場合には、音響マップ３４を用いて音源の位置を推定するには情報が不足している。そこで、まずステップＳ２０９に進んで、音源探索プログラム３１２は、フレーム数τの値が一定値γ以上であるか否かを調べる（Ｓ２０９）。

フレーム数τの値が一定値γ以上である場合には（Ｓ２０９でＹＥＳ）、ステップＳ２１０に進んで、音源探索プログラム３１２は、音響マップ３４に基づき音源の位置(Xo,Yo)を推定する（Ｓ２１０）。ステップＳ２１０では、音源探索プログラム３１２は、音源の位置(Xo,Yo)を、例えば式（５）、（６）によって算出する。

式（６）において、音源の位置が(X,Y)であると仮定した場合には、f(X(j),Y(j))は、音源探索装置１０が既に通過した地点(X(j),Y(j))における音量分布を示す。この式（６）は、各地点における音の大きさが音源からの距離の２乗に反比例するという仮定に基づいている。一方、式（５）において、音源の位置(Xo,Yo)は、式（６）に示す音量分布f(X(j),Y(j))に重みβを付けたものと、位置(X(j),Y(j))における音声のパワーP(j)（式（１）参照）と、の差分の２乗和が最小となる(X,Y)であって、地図情報３１における全座標又は音源が存在しうる座標の集合Sに含まれる(X,Y)である。これにより、地図情報３１（図７参照）上の例えば５０ｃｍ間隔のグリッド上の有限点が、音源の位置(Xo,Yo)として算出される。以上のように、ステップＳ２１０では、音源探索プログラム３１２は、音響マップ３４に記録された各地点における音響情報に基づいて音源の位置(Xo,Yo)を推定している。

一方、フレーム数τの値が一定値γより小さい場合には（Ｓ２０９でＮＯ）、ステップＳ２１１に進んで、音源探索プログラム３１２は、未探索地点の位置(Xo,Yo)を目的地に設定する（Ｓ２１１）。ステップＳ２１１では、音源探索プログラム３１２は、未探索地点の位置(Xo,Yo)を、例えば式（７）によって算出する。

式（７）において、未探索地点の位置(Xo,Yo)は、音源探索装置１０が既に通過した各地点(X(j),Y(j)）との間の距離の和が最大となる(X,Y)であって、観測周期Lの間に音源探索装置１０が到達可能な座標の集合Rに含まれている(X,Y)である。つまり、式（７）によって算出される（Xo,Yo）とは、音源探索装置１０が未だ探索していない（音響マップ３４に登録されていない）地点(X,Y)のうちの、音源探索装置１０が既に探索した（音響マップ３４に登録されている）各地点(X(j),Y(j))から最も離れている地点(X,Y)である。

ステップＳ２１０（又はＳ２１１の処理）が終了すると、Ｓ２１２に進んで、音源探索プログラム３１２は、ステップＳ２１０で推定された音源位置（又はステップＳ２１１で設定された目的地）までの移動経路を、地図情報３１を用いて設定する（Ｓ２１２）。地図情報３１及びステップＳ２１２の具体例について図７を用いて説明する。

図７は、本発明の実施の形態に係る地図情報３１の一例を示す図である。図７の丸印は、音源探索装置１０が実際に移動可能な各地点を表す格子点である。音源探索装置１０は隣接する格子点の間を移動可能である。また、全ての隣接する格子点間の距離は等距離にするとよい。

ステップＳ２１０からステップＳ２１２に進んだときに、音源探索装置１０の現在位置がＰ１、ステップＳ２１０で推定された音源位置がＰ２（図７参照）である場合を考える。この場合には、音源探索プログラム３１２は、音源位置であるＰ２に最も近い格子点Ｐ３を地図情報３１から求め、Ｐ１からＰ３に到る最短の経路Ｐ４を移動経路として設定する。ただし、音源探索装置１０が実際に移動する距離は、観測周期Lの間に移動可能な距離までである。

一方、ステップＳ２１１からステップＳ２１２に進んだときに、音源探索装置１０の現在位置がＰ１、ステップＳ２１１で設定された目的地がＰ５（図７参照）である場合を考える。この場合、音源探索プログラム３１２は、現在位置Ｐ１から目的地Ｐ５に至る経路Ｐ６を移動経路として設定する。なお、目的地Ｐ５に移動すると、音源探索プログラム３１２は、図６に示す制御ロジックを繰り返してもよい。これにより、未探索の地点Ｐ５に対応する音響情報を音響マップ３４に新たに追加した上で、再び音源方向を推定したり方向推定信頼度を計算したりすることが可能になる。

図６に戻り、ステップＳ２１３に進むと、音源探索プログラム３１２は、ステップＳ２０７又はＳ２１２で設定された移動経路の情報を、移動制御装置８０に通知する（Ｓ２１３)。その後、音源探索プログラム３１２は処理を終了する。移動制御装置８０は、通知された移動経路に従い、移動装置８１を用いて音源探索装置１０を移動させる。

以上に示す制御ロジックにより、音源探索プログラム３１２は、まず音源方向を推定し（Ｓ２０２）、その後方向推定信頼度を計算する（Ｓ２０３）。その後、方向推定信頼度の高低に応じて動作態様を切り替える（Ｓ２０５からＳ２１３）。特に、方向推定信頼度がなく、且つ、音響マップ３４を用いて音源位置を推定するのに十分な情報がある場合には（Ｓ２０５でＮＯ、Ｓ２０９でＹＥＳ）、音響マップ３４に基づいて音源位置を推定している（Ｓ２１０）。このような音源位置の推定は、残響が大きく正確な音源の推定が困難な環境において特に有効である。

（音源対応プログラム３１３の制御ロジック）
音源対応プログラム３１３は、音源探索装置１０が異常音の音源に到達したときの対応動作を制御する。この音源探索プログラム３１３は、図２のステップＳ２において、内部状態３７が「音源対応」状態である場合にメインプログラム３１０によって起動される。以下、音源対応プログラム３１３の制御ロジックを説明する。

音源対応プログラム３１３は、定められた一定時間（例えば１分）、音声バッファ３２、画像バッファ３３、位置バッファ３６に記憶されたデータを、通信装置５０を用いて外部に送信する。このとき、音源対応プログラム３１３は、さらに音響マップ３４に記憶されたデータを送信してもよい。これにより、音源探索装置１０は、異常音の音源を特定し得る音声や画像等のデータを外部に発報することができる。その後、音源対応プログラム３１３は、一定時間の経過後、内部状態３７を「巡回復帰」状態にセットする。

なお、音源対応プログラム３１３は、外部に上記のデータを送信中に、巡回プログラム３１１の制御ロジック（図４参照）を実行してもよい。そして、巡回プログラム３１１の制御ロジックを実行中に異常音を検出した場合には、一定時間の経過前であってもただちに内部状態３７を「巡回復帰」状態にセットしてよい。

以上に示す制御ロジックにより、音源対応プログラム３１３は、音源探索装置１０が異常音の音源に到達したときに、異常音の音源を特定し得る音声や画像等のデータを外部に発報する。

（巡回復帰プログラム３１４の制御ロジック）
巡回復帰プログラム３１４は、音源探索装置１０の巡回動作への復帰を制御する。この巡回復帰プログラム３１４は、図２のステップＳ２において、内部状態３７が「巡回復帰」状態である場合にメインプログラム３１０によって起動される。以下、巡回復帰プログラム３１４の制御ロジックを説明する。

巡回復帰プログラム３１４は、まず巡回インデックス３９の値を、巡回経路３８の各項目の座標のうち、音源探索装置１０の現在位置に最も近い座標のインデックスの値にセットする。例えば、音源探索装置１０の現在位置が(20,90)である場合には、図５に示す巡回経路３８の各項目の座標のうち、(20,90)に最も近い座標のインデックスは２である。この場合、巡回インデックス３９には２がセットされる。

巡回復帰プログラム３１４は、次に現在位置から(Xi,Yi)への最短経路を移動経路として設定する。ここで、iは巡回インデックス３９の値、Xi,Yiはそれぞれ巡回経路３８のインデックスiにおけるX座標、Y座標である。

その後巡回復帰プログラム３１４は、設定された移動経路の情報を移動制御装置８０に通知する。その後、巡回復帰プログラム３１４は、内部状態３７を「巡回」状態にセットして処理を終了する。移動制御装置８０は、通知された移動経路に従い、移動装置８１を用いて音源探索装置１０を移動させる。

以上に示す制御ロジックにより、巡回復帰プログラム３１４は、音源探索装置１０を巡回状態に復帰させる。

以上説明した本実施の形態の音源探索装置及び音源探索方法は、工場で機械の異常音を検出し通報する調査ロボット、夜間のオフィスでの不審な音を検出し通報する警備ロボットなどへ適用することができる。１台のロボットによって広い空間をカバーでき、また既存のロボットへソフトウェアとして機能追加できる。そのため、マイクやカメラを各所に配置するよりも低コストである。

また、本実施の形態の音源探索装置及び音源探索方法によれば、まず音源方向を推定し（図６のＳ２０２）、その後方向推定信頼度を計算する（Ｓ２０３）。その後、方向推定信頼度の高低に応じて動作態様を切り替える（Ｓ２０５からＳ２１３）。具体的には、方向推定信頼度が高いと判定された場合には（Ｓ２０５でＹＥＳ）、推定された音源の方向に音源があると判定する（Ｓ２０６からＳ２０８）。一方、方向推定信頼度が低いと判定された場合には（Ｓ２０５でＮＯ）、音響マップ３４に基づいて音源の方向を推定する又は未探索地点において再び音源の方向を推定する（Ｓ２０９からＳ２１１）。特に、各地点における残響情報、音の大きさ等の音響情報が記憶された音響マップ３４を用いることで、残響の影響が大きく正確な音源の推定が困難な環境においても効率的に異常音探索を実施することができる。

なお、以上説明した本実施の形態の音源探索装置及び音源探索方法は、音源探索装置１０が音声入力装置６０を備えた構成であるが、この場合には限らない。音源探索装置１０と音声入力装置６０とは別構成であってもよい。この場合、例えば複数の音声入力装置６０が各地点に配置される。そして、音源探索装置１０は、各地点において各々の音声入力装置６０が入力した音響信号に基づいて上記の音源探索方法によって音源の方向を推定する。

１０ 音源探索装置
３２ 音声バッファ
３４ 音響マップ
３６ 位置バッファ
６０ 音声入力装置
６１、６２ マイク
３１０ メインプログラム
３１１ 巡回プログラム
３１２ 音源探索プログラム
３１３ 音源対応プログラム
３１４ 巡回復帰プログラム

Claims (7)

1. プログラムを実行するプロセッサと、前記プロセッサによって実行されるプログラムを格納するメモリと、前記プロセッサに接続されたインターフェースと、を備え、音の音源を探索する音源探索装置であって、
   前記音の信号が入力される音入力部と、
   入力された前記音の信号に基づいて、前記音の信号が入力されたときの前記音入力部の位置を基準とした前記音源の方向を推定する音源方向推定部と、
   前記音源方向推定部による推定の信頼度の高低を判定する方向信頼度判定部と、
   前記信頼度が高いと判定された場合には、推定された前記音源の方向に前記音源があると判定し、前記信頼度が低いと判定された場合には、前記音源方向推定部と異なる推定方法によって前記音源の方向を推定する音源探索部と、
   を備えたことを特徴とする音源探索装置。
2. 入力された前記音の信号に基づいて、前記音の信号が入力されたときの前記音入力部の位置における音の大きさを測定する音量測定部と、
   前記音量測定部によって測定された音の大きさを、前記音入力部の位置毎に記録する音響マップと、をさらに備え、
   前記音源探索部は、前記信頼度が低いと判定された場合には、前記音響マップに基づいて前記音源の方向を推定することを特徴とする請求項１に記載の音源探索装置。
3. 前記音源探索部は、前記信頼度が低いと判定された場合には、前記音入力部によって前記音の信号が取得されていない位置のうち、前記音入力部の位置から最も離れた位置において、当該位置を基準とした前記音源の方向を推定すること特徴とする請求項１又は２に記載の音源探索装置。
4. 推定された前記音源の方向に当該音源探索装置を移動させる移動装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の音源探索装置。
5. マイクが取得した音の信号を入力する音入力装置と、前記音の音源を探索する音源探索装置と、を備えたシステムにおける音源探索方法であって、
   前記音源探索装置は、プログラムを実行するプロセッサと、前記プロセッサによって実行されるプログラムを格納するメモリと、前記プロセッサに接続されたインターフェースとを備え、
   前記方法は、
   前記プロセッサが、入力された前記音の信号に基づいて、前記音入力装置の位置を基準とした前記音源の方向を推定する第１手順と、
   前記プロセッサが、前記推定の信頼度の高低を判定する第２手順と、
   前記プロセッサが、前記信頼度が高いと判定された場合には、推定された前記音源の方向に前記音源があると判定し、前記信頼度が低いと判定された場合には、前記第１手順と異なる推定方法によって前記音源の方向を推定する第３手順と、
   を含むことを特徴とする音源探索方法。
6. 前記方法は、
   前記プロセッサが、入力された前記音の信号に基づいて、前記音入力装置の位置における音の大きさを測定する第４手順をさらに含み、
   前記音源探索装置は、
   前記第４手順によって測定された音の大きさを、前記音入力装置の位置毎に記録する音響マップをさらに備え、
   前記第３手順において、前記プロセッサは、前記信頼度が低いと判定された場合には、前記音響マップに基づいて前記音源の方向を推定することを特徴とする請求項５に記載の音源探索方法。
7. 前記第３手順において、前記プロセッサは、前記音入力装置によって前記音の信号が取得されていない位置のうち、前記音入力装置の位置から最も離れた位置において、当該位置を基準とした前記音源の方向を推定すること特徴とする請求項５又は６に記載の音源探索方法。