JP2012042485A - データ処理装置、動作認識システム、動作判別方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】データ処理装置100は、認識対象物20に対して放射した電磁波である放射波の周波数と、上記放射波が上記認識対象物により反射した反射波の周波数との差分の周波数を有するドップラーセンサ出力信号を取得するデータ取得部102と、上記ドップラーセンサ出力信号の特徴を示す特徴量を抽出する特徴量抽出部106と、上記特徴量に基づいて、上記認識対象物の動作を判別する動作判別部108と、を有する。
【選択図】図1
Description
まず、本発明の各実施形態に係る動作認識システムは、いずれもドップラーセンサを用いたものである。そこで、本発明の各実施形態に係る動作認識システムの理解を容易にするために、まず初めに一般的なドップラーセンサの動作原理について、図25及び図26を用いて説明する。図25は、ドップラーセンサの動作原理を説明するための説明図である。また、図26は、ドップラーセンサ出力信号の例と認識対象物の動作との関係を説明するための説明図である。
[システム構成]
まず初めに、図1を用いて、本発明の第1の実施形態に係る動作認識システム10についてその構成を説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る動作認識システム10の構成を示す機能ブロック図である。
ドップラーセンサノード200は、認識対象物20から動作を認識するためにドップラーセンサ202、増幅器204、ローパスフィルタ(LPF)206、及び出力部208を主に有する。
A/D(Analog/Digital)変換器300は、ドップラーセンサノードから受け取ったアナログ信号であるドップラーセンサ出力信号をデジタル信号に変換する機能を有する。
データ処理装置100は、ドップラーセンサノード200が取得したドップラーセンサ出力信号のデジタル信号をデータ処理して動作の判別の実行及び判別結果の出力を行う装置である。データ処理装置100は、データ取得部102、処理データ記憶部104、特徴量抽出部106、動作判別部108、及び、判別結果出力部110を主に有する。
次に、図2〜図5を用いて、本実施形態に係るデータ処理装置100の動作判別部108において認識される認識対象の例について説明する。図2は、認識対象物がタイピングをしている時のドップラーセンサ出力信号の時間領域における波形の例を示す説明図である。図3は、認識対象物がタイピングをしている時のドップラーセンサ出力信号の周波数領域におけるパワースペクトルを示す説明図である。図4は、認識対象物が腕回しをしている時のドップラーセンサ出力信号の時間領域における波形の例を示す説明図である。図5は、認識対象物が腕回しをしている時のドップラーセンサ出力信号の周波数領域におけるパワースペクトルを示す説明図である。
・タイピングする
・腕回しする
・周囲をうろちょろする(手をぶらぶらさせて歩く)
・センサにゆっくり手を近づけたり離したりする
・顔の前で手をばたばた動かす
・貧乏ゆすりをする
・静止する
・離席状態になる
・丸を描くように手を動かす
・バツを描くように手を動かす
・縦方向に手を振る
・横方向に手を振る
・斜め方向に手を振る
ここで、ドップラーセンサ出力信号から抽出する特徴量の具体例について図6を用いて説明する。図6は、特徴量の例を示す説明図である。
次に、図9及び図10を用いて、本発明の第1の実施形態に係るデータ処理装置100の判別結果出力部110において出力される出力画面の例を示す。図9及び図10は、出力画面の例を示す説明図である。
ここで、本実施形態に係る動作認識システム10の効果の例について説明する。まず、本実施形態に係る動作認識システム10は、加速度センサを用いて動作認識システムと異なり、認識対象物20自体にセンサを取り付ける必要がない。このため、センサを取り付けることが困難な認識対象物20の動作を認識することが出来る。また、加速度センサを用いた動作認識システムでは認識することが困難であったゆっくりした動きの認識、及び、等速で動く(加速度が0に近い)動きを判別することが出来るという効果が挙げられる。さらに、時間領域のデータのみでなく、周波数領域のデータを用いて多種な特徴量を用いることで、高精度な動作の判別をすることが出来る。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態に係るデータ処理装置100は、2次元平面上を動いた認識対象物20の移動方向をなるべく少ないドップラーセンサを用いて高い精度により判別する機能を有する。一般的に、用いるセンサの数が多くなればなるほど、多くの特徴を抽出することが出来るため判別精度は高くなる。しかし、センサの数を増やすと、センサの設置コストが高くなり、また、判別にかかる処理も増える。そこで、本実施形態に係るデータ処理装置100は、直接移動方向に向かって電波を放射するセンサだけでなく、直接移動方向に向かって電波を放射しないセンサのドップラーセンサ出力信号も判別に用いることによって、様々な方向の移動をより少ないセンサにより検出することを可能とする。
まず、図11を用いて本実施形態に係るドップラーセンサノード200の配置とサンプルデータの概要について説明する。初めに、サンプルデータとしての認識対象の動作を図11に示す二次元平面上の8つの方向として定義する。例えば、8つの方向は図11の符号を用いると次に示すように定義される。
・第2の方向(550から510)
・第3の方向(570から530)
・第4の方向(530から570)
・第5の方向(580から540)
・第6の方向(540から580)
・第7の方向(520から560)
・第8の方向(560から520)
まず、特徴量抽出部106は、機器の性能差による電圧の最大値及び最小値の差異の影響を省くために、入力されたドップラーセンサ出力信号を正規化する。例えば、正規化されたドップラーセンサ出力信号データは以下の式を用いて求めることが出来る。
ここで、Vは正規化前のドップラーセンサ出力信号の電圧値であり、Vminは機器により定められた電圧の最小値であり、Vmaxは機器により定められた電圧の最大値である。上記の計算の結果、正規化電圧値は0から1までの値をとる。また、以下の説明中における基準電圧値は、動作が観測されないときの電圧の値であるとする。以下、ドップラーセンサ出力信号の電圧値という場合には、この正規化された電圧値をいう。
本発明の第2の実施形態に係る動作認識システム10の効果の例について説明する。本実施形態に係る動作認識システム10は、第1の実施形態における効果の例として挙げたもののうち、加速度センサではなくドップラーセンサを用いることによる効果である、「センサを取り付けることが困難な認識対象物20の動作を認識することが出来る」、「ゆっくりした動きの認識、及び、等速で動く(加速度が0に近い)動きを判別することが出来る」に加えて、以下のような効果が望める。
[認識対象]
次に、本発明の第3の実施形態に係る動作認識システムについて説明する。本実施形態に係る動作認識システム10は、1つのドップラーセンサ202から出力される、2つのドップラーセンサ出力信号を認識対象物20の認識に用いる。当該2つのドップラーセンサ出力信号は、互いに異なる位相を有する。図20は、本実施形態に係る動作認識システム10において認識対象物20がドップラーセンサ202に対して「接近」しているときのドップラーセンサ出力信号を示す説明図である。また、図21は、本実施形態に係る動作認識システム10において認識対象物20がドップラーセンサ202に対して「離反」しているときのドップラーセンサ出力信号を示す説明図である。
次に、図20及び図21を用いて、本実施形態に係るデータ処理装置100の特徴量抽出部106が抽出する特徴量について説明する。本実施形態において、データ処理装置100のデータ取得部102は、1つのドップラーセンサから出力される位相の異なる2つのドップラーセンサ出力信号を取得する。そして、特徴量抽出部は、上記2つのドップラーセンサ出力信号から以下に説明する特徴量を抽出する。
以上、本発明の第3の実施形態に係る動作認識システム10について説明してきたが、かかる動作認識システム10の効果の例について説明する。本実施形態に係る動作認識システム10は、第1の実施形態における効果の例として挙げたもののうち、加速度センサではなくドップラーセンサを用いることによる効果である、「センサを取り付けることが困難な認識対象物20の動作を認識することが出来る」、「ゆっくりした動きの認識、及び、等速で動く(加速度が0に近い)動きを判別することが出来る」に加えて、以下のような効果が望める。
20 認識対象物
100 データ処理装置
102 データ取得部
104 処理データ記憶部
106 特徴量抽出部
108 動作判別部
110 判別結果出力部
200 ドップラーセンサノード
300 A/D変換器
Claims (10)
- 認識対象物に対して放射した電磁波である放射波の周波数と、前記放射波が前記認識対象物により反射した反射波の周波数との差分の周波数を有するドップラーセンサ出力信号を取得するデータ取得部と、
前記ドップラーセンサ出力信号の特徴を示す特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
前記特徴量に基づいて、前記認識対象物の動作を判別する動作判別部と、
を備え、
前記データ取得部は、1つのドップラーセンサから出力される位相の異なる2つのドップラーセンサ出力信号を取得し、
前記特徴量抽出部は、前記2つのドップラーセンサ出力信号の電圧値の大小関係、及び、前記2つのドップラーセンサ出力信号の電圧値が等しくなる交差時点における電圧値の増減情報、を特徴量として抽出し、
前記動作判別部は、前記大小関係及び前記増減情報に基づいて前記認識対象物が前記ドップラーセンサ出力信号を出力するドップラーセンサに対する接近又は離反の別を判別することを特徴とする、データ処理装置。 - 前記動作判別部は、前記交差時点のうち、前回の交差時点の電圧値との差の絶対値が所定の閾値以上となる交差時点において判別を実行することを特徴とする、請求項1に記載のデータ処理装置。
- 前記特徴量抽出部は、前記大小関係を前記2つのドップラーセンサ出力信号の電圧値の差の平均値を用いて比較し、前記ドップラーセンサ出力信号の雑音の影響を抑制することを特徴とする、請求項1又は2のいずれかに記載のデータ処理装置。
- 認識対象物に対して放射した電磁波である放射波の周波数と、前記放射波が前記認識対象物により反射した反射波の周波数との差分の周波数を有するドップラーセンサ出力信号を取得するデータ取得部と、
前記ドップラーセンサ出力信号の特徴を示す特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
前記特徴量に基づいて、前記認識対象物の動作を判別する動作判別部と、
を備え、
前記データ取得部は、2以上の前記ドップラーセンサ出力信号を取得し、
前記特徴量抽出部は、前記2以上のドップラーセンサ出力信号の電圧値の振幅の大きさを、前記ドップラーセンサ出力信号を出力するドップラーセンサと前記認識対象物との距離に依存する変数として用い、
前記動作判別部は、前記特徴量のサンプルデータに基づいたパターンマッチングにより前記認識対象物の動作を判別し、
前記サンプルデータは、複数の所定方向への前記認識対象物の移動に対応する前記ドップラーセンサ出力信号の前記特徴量であり、
前記特徴量抽出部は、前記移動の開始時点から終了時点までを所定の自然数Nで等分した単位時間内の最大振幅の増減情報を前記特徴量として抽出することを特徴とする、データ処理装置。 - 前記単位時間は、少なくとも前記ドップラーセンサ出力信号の1周期以上の長さであることを特徴とする、請求項4に記載のデータ処理装置。
- 前記特徴量抽出部は、連続した複数の前記単位時間のそれぞれに対応する前記増減情報の中から最も多い増減情報値を前記特徴量として抽出することを特徴とする、請求項4に記載のデータ処理装置。
- 前記特徴量抽出部は、前記ドップラーセンサ出力信号の正規化された電圧信号データから前記特徴量を抽出することを特徴とする、請求項4〜6のいずれか1項に記載のデータ処理装置。
- 認識対象物に対して放射波を放射し、前記放射波が前記認識対象物により反射した反射波を受信し、前記放射波の周波数と前記反射波の周波数との差分の周波数を有するドップラーセンサ出力信号を出力するドップラーセンサを有するドップラーセンサノードと、
前記ドップラーセンサ出力信号を取得するデータ取得部と、
前記ドップラーセンサ出力信号の特徴を示す特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
前記特徴量に基づいて、前記認識対象物の動作を判別する動作判別部と、
を有し、
前記データ取得部は、1つのドップラーセンサから出力される位相の異なる2つのドップラーセンサ出力信号を取得し、
前記特徴量抽出部は、前記2つのドップラーセンサ出力信号の電圧値の大小関係、及び、前記2つのドップラーセンサ出力信号の電圧値が等しくなる交差時点における電圧値の増減情報、を特徴量として抽出し、
前記動作判別部は、前記大小関係及び前記増減情報に基づいて前記認識対象物が前記ドップラーセンサ出力信号を出力するドップラーセンサに対する接近又は離反の別を判別するデータ処理装置と、
を備えることを特徴とする、動作認識システム。 - ドップラーセンサを有するドップラーセンサノード及び前記ドップラーセンサノードから取得したドップラーセンサ出力信号をデータ処理し、データ取得部、特徴量抽出部、及び動作判別部を有するデータ処理装置を備える動作認識システムの、
前記ドップラーセンサが認識対象物に対して放射波を放射するステップと、
前記ドップラーセンサが前記放射波が前記認識対象物により反射した反射波を受信するステップと、
前記ドップラーセンサが前記放射波の周波数と前記反射波の周波数との差分の周波数を有するドップラーセンサ出力信号を出力するステップと、
前記データ取得部が前記ドップラーセンサ出力信号を取得するステップと、
前記特徴量抽出部が前記ドップラーセンサ出力信号の特徴を示す特徴量を抽出するステップと、
前記動作判別部が前記特徴量に基づいて前記認識対象物の動作を判別するステップと、を含み、
前記データ取得部は、1つのドップラーセンサから出力される位相の異なる2つのドップラーセンサ出力信号を取得し、
前記特徴量抽出部は、前記2つのドップラーセンサ出力信号の電圧値の大小関係、及び、前記2つのドップラーセンサ出力信号の電圧値が等しくなる交差時点における電圧値の増減情報、を特徴量として抽出し、
前記動作判別部は、前記大小関係及び前記増減情報に基づいて前記認識対象物が前記ドップラーセンサ出力信号を出力するドップラーセンサに対する接近又は離反の別を判別することを特徴とする、動作判別方法。 - コンピュータを、
認識対象物に対して放射した電磁波である放射波の周波数と、前記放射波が前記認識対象物により反射した反射波の周波数との差分の周波数を有するドップラーセンサ出力信号を取得するデータ取得部と、
前記ドップラーセンサ出力信号の特徴を示す特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
前記特徴量に基づいて、前記認識対象物の動作を判別する動作判別部と、
を備え、
前記データ取得部は、1つのドップラーセンサから出力される位相の異なる2つのドップラーセンサ出力信号を取得し、
前記特徴量抽出部は、前記2つのドップラーセンサ出力信号の電圧値の大小関係、及び、前記2つのドップラーセンサ出力信号の電圧値が等しくなる交差時点における電圧値の増減情報、を特徴量として抽出し、
前記動作判別部は、前記大小関係及び前記増減情報に基づいて前記認識対象物が前記ドップラーセンサ出力信号を出力するドップラーセンサに対する接近又は離反の別を判別することを特徴とするデータ処理装置として機能させるための、プログラム。
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