JP2014151010A - Biological information acquisition apparatus and biological information acquisition method - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biological information acquisition apparatus which accurately acquires biological information on a subject such as a driver driving a moving vehicle.SOLUTION: A biological information acquisition device includes: a moving average calculation section which calculates a moving average of a detection signal input from a biological sensor for detecting biological information; a subtraction processing section which subtracts a signal calculated by the moving average calculation section from the detection signal; and a comparison determination section which compares a template signal waveform generated in advance with the signal subtracted by the subtraction processing section to determine coincidence or non-coincidence.

Description

本発明は、生体情報取得装置及び生体情報取得方法に関する。   The present invention relates to a biological information acquisition apparatus and a biological information acquisition method.

従来、人体の心拍数を測定するために、被検者に電磁波等を照射して心拍数を検出する心拍数検出装置があった（例えば、特開２０１０−２８６２６８号公報、特開２００９−５５９９７号公報）。   Conventionally, in order to measure the heart rate of a human body, there have been heart rate detection devices that detect a heart rate by irradiating a subject with electromagnetic waves or the like (for example, JP 2010-286268 A, JP 2009-55997 A). Issue gazette).

また、心拍センサなどの生体センサによって運転者の健康状態を検出する装置があった（例えば、特開２０１１−２３８１３３号公報）。   In addition, there has been an apparatus that detects a driver's health state using a biosensor such as a heart rate sensor (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-238133).

また、人体に対して、電磁波を放射し、反射される電磁波から定められた周波数帯域、振幅範囲、又は位相範囲の信号を分離する装置があった（例えば、特開２０１２−２３９７４８号公報、特開２００６−０５５５０４号公報、特開２０１１−０１５８８７号公報）。   In addition, there has been a device that radiates electromagnetic waves to a human body and separates a signal in a frequency band, amplitude range, or phase range determined from the reflected electromagnetic waves (for example, JP 2012-239748 A, JP 2006-055504 A and JP 2011-015877 A).

特開２０１０−２８６２６８号公報JP 2010-286268 A 特開２００９−０５５９９７号公報JP 2009-055997 A 特開２０１１−２３８１３３号公報JP 2011-238133 A 特開２０１２−２３９７４８号公報JP 2012-239748 A 特開２００６−０５５５０４号公報JP 2006-0555504 A 特開２０１１−０１５８８７号公報JP 2011-015887 A

しかし、上記特許文献１−６に記載された従来の生体情報取得装置では、非接触で運転者の生体情報を取得するような生体センサを使用した場合、走行中に発生する車両の振動や運転操作による運転者の体動によって、検知対象である生体情報にノイズが重畳してしまい、生体情報を精度良く取得することが困難であった。   However, in the conventional biological information acquisition device described in Patent Documents 1-6, when a biological sensor that acquires the biological information of the driver in a non-contact manner is used, the vibration or driving of the vehicle that occurs during traveling Due to the body movement of the driver due to the operation, noise is superimposed on the biological information to be detected, and it is difficult to acquire the biological information with high accuracy.

また、特許文献１における従来のシステムにおいては、テンプレート信号を作成することにより外来ノイズの影響を避けているが、走行中の車両の実環境においては、ＳＮ比の高いテンプレート信号を作成すること自体が困難であった。   Moreover, in the conventional system in Patent Document 1, the influence of external noise is avoided by creating a template signal. However, in the actual environment of a traveling vehicle, creating a template signal with a high S / N ratio itself. It was difficult.

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、走行中の車両を運転している運転者などの被験者の生体情報を精度良く取得する生体情報取得装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and provides a biological information acquisition apparatus that accurately acquires biological information of a subject such as a driver driving a running vehicle. For the purpose.

上記課題に鑑み、本発明における生体情報取得装置は、生体情報を検知する生体センサから入力される検知信号の移動平均を演算する移動平均演算部と、前記検知信号から前記移動平均演算部で演算された信号を減算する減算処理部と、予め生成されたテンプレート信号波形と前記減算処理部によって減算された信号とを比較して一致を判定する比較判定部と、を備える。   In view of the above problems, the biological information acquisition apparatus according to the present invention is operated by the moving average calculation unit that calculates the moving average of the detection signal input from the biological sensor that detects the biological information, and the moving average calculation unit calculates the detection signal. A subtraction processing unit that subtracts the generated signal, and a comparison determination unit that compares the template signal waveform generated in advance with the signal subtracted by the subtraction processing unit to determine a match.

本発明の実施形態によれば、走行中の車両を運転している運転者などの被験者の生体情報を精度良く取得する生体情報取得装置を提供することができる。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a biological information acquisition apparatus that accurately acquires biological information of a subject such as a driver driving a traveling vehicle.

生体情報取得装置の全体構成を示すブロック図The block diagram which shows the whole structure of a biometric information acquisition apparatus. 生体情報制御部の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the biological information control unit 生体情報取得装置の動作を示すフローチャートFlow chart showing operation of biometric information acquisition apparatus 生体センサの検知信号を示すグラフGraph showing detection signal of biological sensor 移動平均演算処理後の信号を示すグラフGraph showing the signal after moving average calculation processing 減算処理後の信号を示すグラフGraph showing signal after subtraction テンプレート波形を示すグラフGraph showing template waveform 変数入力後のテンプレート信号波形を示すグラフGraph showing template signal waveform after variable input 一致度比較を説明する図Diagram explaining the degree of coincidence comparison 出力情報より再現された波形を示すグラフGraph showing waveform reproduced from output information

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、生体情報取得装置の全体構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of the overall configuration of the biological information acquisition apparatus.

図１において、生体情報取得装置１は、生体情報ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０、生体センサ１１、通信装置１２、ＧＰＳ（Global Positioning System）１３、車速センサ１４、操舵角センサ１５、操作表示装置１６、通話装置１７、エンジンＥＣＵ１８、ブレーキＥＣＵ１９、及び外図Ｉ／Ｆ（インターフェース）２０を備えている。   In FIG. 1, a biological information acquisition apparatus 1 includes a biological information ECU (Electronic Control Unit) 10, a biological sensor 11, a communication device 12, a GPS (Global Positioning System) 13, a vehicle speed sensor 14, a steering angle sensor 15, and an operation display device 16. , A communication device 17, an engine ECU 18, a brake ECU 19, and an outside figure I / F (interface) 20.

生体情報ＥＣＵ１０は、生体情報制御部１０１、及び記憶部１０２を備えている。生体情報ＥＣＵ１０の詳細は、図２を用いて後述する。   The biological information ECU 10 includes a biological information control unit 101 and a storage unit 102. Details of the biological information ECU 10 will be described later with reference to FIG.

生体センサ１１は、被験者の生体情報を検知するセンサである。生体センサ１１は、例えば、被験者として車両の運転者の胸部に向かってマイクロ波を照射して、反射波により胸部の変位を非接触で測定する、マイクロ波式非接触変位センサである。本実施例においては無変調の連続波を照射する連続波方式（ＣＷ：Continuous Wave）のセンサを使用するが、例えば、周波数変調による連続波を照射するＦＭＣＷ方式のセンサを使用しても良い。生体センサ１１によって検知する生体情報は、例えば、運転者の心拍数や呼吸数である。非接触で心拍数や呼吸数を検出する場合、生体センサ１１の検知信号には、心拍や呼吸に伴う体表面変位成分に、運転者の体動による体表面変位成分、さらには車両からの振動による生体センサ１１へのノイズ成分が重畳されている。従って、心拍数や呼吸数を測定する場合には、運転者の体動による体表面変位成分などのノイズを除去する必要がある。   The biological sensor 11 is a sensor that detects biological information of a subject. The living body sensor 11 is a microwave non-contact displacement sensor that irradiates microwaves toward the chest of the driver of the vehicle as a subject and measures the displacement of the chest in a non-contact manner using reflected waves, for example. In this embodiment, a continuous wave (CW) sensor that irradiates an unmodulated continuous wave is used. For example, an FMCW sensor that emits a continuous wave by frequency modulation may be used. The biological information detected by the biological sensor 11 is, for example, a driver's heart rate or respiratory rate. When detecting the heart rate and respiration rate in a non-contact manner, the detection signal of the biosensor 11 includes a body surface displacement component accompanying the heart beat and respiration, a body surface displacement component due to the driver's body movement, and further vibration from the vehicle. The noise component to the biological sensor 11 is superimposed. Therefore, when measuring the heart rate and the respiration rate, it is necessary to remove noise such as a body surface displacement component caused by the body movement of the driver.

通信装置１２は、所定の通信方式にて図示しない外部の装置と通信する装置である。通信方式は、例えば、携帯電話やスマートフォン同様の移動体通信方式、無線ＬＡＮ方式、あるいは近距離無線通信規格を利用した通信方式などである。外部の装置は、例えば、通信装置１２で接続され、測定した生体情報の分析や記録のサービスを提供するサービス提供サーバである。   The communication device 12 is a device that communicates with an external device (not shown) by a predetermined communication method. The communication method is, for example, a mobile communication method similar to a mobile phone or a smartphone, a wireless LAN method, or a communication method using a short-range wireless communication standard. The external device is, for example, a service providing server that is connected by the communication device 12 and provides a service for analyzing and recording measured biological information.

ＧＰＳ１３は、車両の位置情報を測位する装置である。位置情報には、経緯度、標高データが含まれる。ＧＰＳ１３は、例えば図示しないカーナビゲーションシステムの測位機能を利用しても良い。車速センサ１４は、走行中の車両の速度情報を測定する。また、操舵角センサ１５は、ステアリングの操舵角情報を測定する。ＧＰＳ１３で測定された位置情報、車速センサ１４で測定した速度情報、又は操舵角センサ１５で測定した操舵角情報は、生体センサ１１で検出した生体情報とともに、例えば、生体情報ＥＣＵ１０の記憶部１０２に記憶したり、通信装置１２を介して外部の装置に送信したり、あるいは後述する外部Ｉ／Ｆを介して外部装置に転送しても良い。これにより、車両の走行状態と運転者の生体情報とを対応させて記録、分析などが可能になる。   The GPS 13 is a device that measures position information of the vehicle. The position information includes longitude and latitude data and altitude data. For example, the GPS 13 may use a positioning function of a car navigation system (not shown). The vehicle speed sensor 14 measures speed information of the running vehicle. The steering angle sensor 15 measures steering angle information of the steering. The position information measured by the GPS 13, the speed information measured by the vehicle speed sensor 14, or the steering angle information measured by the steering angle sensor 15 is stored in the storage unit 102 of the biological information ECU 10 together with the biological information detected by the biological sensor 11, for example. You may memorize | store, transmit to an external apparatus via the communication apparatus 12, or you may transfer to an external apparatus via the external I / F mentioned later. As a result, it is possible to record, analyze, etc. in association with the driving state of the vehicle and the biological information of the driver.

操作表示装置１６は、生体情報取得装置１による測定の開始及び停止、測定結果の記録又は転送などの設定操作を行う。また、測定結果や警告を表示画面に表示し、又は音声出力をして運転者に報知する。操作表示装置１６は、例えば、車両のインストルメントパネルである。また、カーナビゲーションシステムの操作表示部と機能を共用しても良い。   The operation display device 16 performs setting operations such as start and stop of measurement by the biological information acquisition device 1 and recording or transfer of measurement results. In addition, the measurement result and warning are displayed on the display screen, or a voice is output to notify the driver. The operation display device 16 is, for example, a vehicle instrument panel. Moreover, you may share a function with the operation display part of a car navigation system.

通話装置１７は、図示しない外部通話装置（例えば、電話器）との音声通話機能を提供する。通話装置１７は、マイクとスピーカーを含み、運転者による外部通話装置への意図的な発呼の他、生体センサ１１で検出した生体情報に基づき、予め登録された発信先に自動的に発呼しても良い。通話装置１７は、通信装置１２による近距離無線通信を介して生体情報ＥＣＵ１０と接続しても良い。   The call device 17 provides a voice call function with an external call device (not shown) (for example, a telephone). The call device 17 includes a microphone and a speaker. In addition to intentional call by the driver to the external call device, the call device 17 automatically makes a call to a pre-registered destination based on the biometric information detected by the biometric sensor 11. You may do it. The call device 17 may be connected to the biological information ECU 10 via short-range wireless communication by the communication device 12.

エンジンＥＣＵ１８はエンジン制御を行うＥＣＵであり、ブレーキＥＣＵ１９はブレーキ制御を行うＥＣＵである。エンジンＥＣＵ１８及びブレーキＥＣＵ１９は、生体センサ１１で検出した生体情報に基づき、エンジン出力やブレーキ出力を制御しても良い。例えば、生体情報に特定の特徴が検出された場合、アクセル開度を制限したり、また、ブレーキ操作をしたりして、運転者の意図しない車両の動作を制限することができる。   The engine ECU 18 is an ECU that performs engine control, and the brake ECU 19 is an ECU that performs brake control. The engine ECU 18 and the brake ECU 19 may control the engine output and the brake output based on the biological information detected by the biological sensor 11. For example, when a specific feature is detected in the biometric information, it is possible to restrict the accelerator opening or perform a brake operation to restrict the operation of the vehicle not intended by the driver.

外部Ｉ／Ｆは、例えば、他のＥＣＵや外部記録媒体に接続するためのＩ／Ｆであり、規格化されたシリアルバスなどを使用することができる。   The external I / F is, for example, an I / F for connecting to another ECU or an external recording medium, and a standardized serial bus or the like can be used.

次に、生体情報制御部１０１の詳細を、図２を用いて説明する。図２は、生体情報制御部の構成の一例を示すブロック図である。   Next, details of the biological information control unit 101 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the biological information control unit.

図２において、生体情報制御部１０１は、検知信号移動平均演算部１０１１、２信号減算処理部１０１２、テンプレート信号変数調整部１０１３、及び、２信号比較判定部１０１４を備えている。   2, the biological information control unit 101 includes a detection signal moving average calculation unit 1012, a signal subtraction processing unit 1012, a template signal variable adjustment unit 1013, and a two-signal comparison / determination unit 1014.

検知信号移動平均演算部１０１１は、生体センサ１１から入力される検知信号に対して移動平均演算を行う。生体センサ１１から入力される検知信号は、例えば心拍数や呼吸数であり、前述したとおり、検出信号には運転者の体動に伴う体表面変位成分や車両からの振動によるノイズ成分が重畳されている。心拍や呼吸による胸や腹部の変位は変位距離が短く、また周期的であるため、検知信号に対して移動平均演算処理を行うと、心拍や呼吸による変位成分は平滑化されて、不規則で変位量が大きい運転者の体動による体表面変位信号を得ることができる。移動平均演算は、例えば、生体センサ１１から入力される検知信号の値を所定の周期でサンプリングして、サンプリングした個数ｎの平均値を算出することにより求めることができる。平均値は、サンプリングしたｎ個の単純平均を算出する単純移動平均法を用いて算出される。また、サンプリングした検知信号の値のうち、新しい値になるほど加重して平均値を求める加重移動平均法を用いて算出される。ここで、移動平均演算する周期は、検出する生体情報の種類に応じて適宜選択される。   The detection signal moving average calculation unit 1011 performs a moving average calculation on the detection signal input from the biological sensor 11. The detection signal input from the biosensor 11 is, for example, a heart rate or a respiration rate. As described above, a body surface displacement component accompanying a driver's body movement or a noise component due to vibration from a vehicle is superimposed on the detection signal. ing. Since the displacement of the chest and abdomen due to heartbeat and breathing is short and periodic, when moving average calculation processing is performed on the detection signal, the displacement component due to heartbeat and breathing is smoothed and irregular. It is possible to obtain a body surface displacement signal due to the body movement of a driver with a large displacement. The moving average calculation can be obtained, for example, by sampling the value of the detection signal input from the biological sensor 11 at a predetermined period and calculating the average value of the sampled number n. The average value is calculated using a simple moving average method of calculating n sampled averages. Moreover, it calculates using the weighted moving average method which calculates | requires an average value by weighting, so that it becomes a new value among the values of the sampled detection signal. Here, the period for calculating the moving average is appropriately selected according to the type of biological information to be detected.

検知信号移動平均演算部１０１１によって移動平均処理演算処理された検知信号は、２信号減算処理部１０１２に入力されるとともに、移動平均処理後の体表面変位信号（以下、「平均処理信号」という。）として、例えば図１の通信装置１２や外部Ｉ／Ｆを介して外部に出力される。外部に出力された平均処理信号は、例えば、他のＥＣＵによって、運転者の居眠り防止や運転者の動作確認に利用しても良い。   The detection signal subjected to the moving average processing calculation processing by the detection signal moving average calculation unit 1011 is input to the two-signal subtraction processing unit 1012 and the body surface displacement signal after moving average processing (hereinafter referred to as “average processing signal”). ), For example, is output to the outside via the communication device 12 of FIG. 1 or the external I / F. The average processing signal output to the outside may be used, for example, by another ECU for preventing the driver from falling asleep or checking the driver's operation.

２信号減算処理部１０１２は、移動平均演算処理前における検知信号から、検知信号移動平均演算部１０１１から入力された平均処理信号を減算処理して差分を算出する。この減算処理により、検知信号から運転者の体の動きによる成分が除去されて、心拍数や呼吸数などの生体情報に基づく信号が抽出される。減算処理後の信号は、２信号比較判定部１０１４に入力される。   The two-signal subtraction processing unit 1012 calculates a difference by subtracting the average processing signal input from the detection signal moving average calculation unit 1011 from the detection signal before the moving average calculation processing. By this subtraction process, components due to the movement of the driver's body are removed from the detection signal, and a signal based on biological information such as heart rate and respiration rate is extracted. The signal after the subtraction process is input to the two-signal comparison / determination unit 1014.

記憶部１０２には、図７を用いて後述するテンプレート波形が記憶されている。また、例えば、テンプレート波形に適用する各種のパラメータ、判定条件、計測した生体情報、運転者の個人情報、通信装置１２を介した通信先、通話装置１７を介した発呼先などを記憶しておく。   The storage unit 102 stores a template waveform to be described later with reference to FIG. Further, for example, various parameters applied to the template waveform, determination conditions, measured biometric information, driver personal information, communication destination via the communication device 12, call destination via the call device 17, and the like are stored. deep.

テンプレート信号変数調整部１０１３は、記憶部１０２に記憶されたテンプレート波形からテンプレート信号波形を生成して、２信号比較判定部１０１４に入力する。また、２信号比較判定部１０１４に入力したテンプレート信号波形に対して、２信号比較判定部１０１４による判定がＮＧであった場合は、テンプレート波形の変数である、周期、及び位相を調整して再度テンプレート波形信号を生成して２信号比較判定部１０１４に入力する。テンプレート信号変数調整部１０１３は、２信号比較判定部１０１４による判定がＯＫとなるまでテンプレート波形の変数の調整を繰り返す。なお、変数の調整の詳細は図９によって説明する。   The template signal variable adjustment unit 1013 generates a template signal waveform from the template waveform stored in the storage unit 102 and inputs the template signal waveform to the two-signal comparison / determination unit 1014. If the determination by the two-signal comparison / determination unit 1014 is NG with respect to the template signal waveform input to the two-signal comparison / determination unit 1014, the period and phase, which are variables of the template waveform, are adjusted again. A template waveform signal is generated and input to the two-signal comparison / determination unit 1014. The template signal variable adjustment unit 1013 repeats the adjustment of the template waveform variable until the determination by the two-signal comparison / determination unit 1014 is OK. Details of the variable adjustment will be described with reference to FIG.

２信号比較判定部１０１４は、２信号減算処理部１０１２からの減算処理後の信号とテンプレート信号変数調整部１０１３から入力されたテンプレート信号波形とを比較して一致度を算出する。一致度の算出は、例えば、２信号間における相関関数を算出することにより算出する。一致度が設定された閾値以上の場合（相関関数が所定値以上の場合）、２信号比較判定部１０１４の判定はＯＫになり、一致度が設定された閾値より小さい場合は、判定がＮＧになる。閾値は、記憶部１０２に予め設定されて記憶されている。記憶された閾値を変更することにより判定条件を変更することができる。   The two-signal comparison / determination unit 1014 compares the signal after the subtraction processing from the two-signal subtraction processing unit 1012 with the template signal waveform input from the template signal variable adjustment unit 1013 to calculate the degree of coincidence. The degree of coincidence is calculated, for example, by calculating a correlation function between two signals. When the degree of coincidence is equal to or greater than the set threshold (when the correlation function is equal to or greater than a predetermined value), the determination of the two-signal comparison / determination unit 1014 is OK, and when the degree of coincidence is smaller than the set threshold, the determination is NG Become. The threshold value is preset and stored in the storage unit 102. The determination condition can be changed by changing the stored threshold value.

２信号間の相関関数の計算は、例えば２信号間の直交性を求めることにより算出される。ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）の２信号間の直交性は、ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）を内積（乗算）した相互相関関数によって求めることができる。ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）の直交性が低い場合（相関が低い場合）、ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）内積は０に近づく。相互相関関数は、例えば次式によって求められる。

Figure 2014151010
ここでτは信号ｘ（ｔ）と信号ｙ（ｔ）の位相差である。信号ｘ（ｔ）と信号ｙ（ｔ）の内積が最大になるのは、信号ｘ（ｔ）と信号ｙ（ｔ）の周期が一致しており、かつ、位相差が０のときである。したがって、テンプレート信号変数調整部１０１３は、テンプレート波形に対して周期と位相の変数を適宜変更したテンプレート信号波形を順次生成して、そのテンプレート波形における一致度が高い周期と位相差を探し出していく。 The correlation function between the two signals is calculated by, for example, obtaining orthogonality between the two signals. The orthogonality between two signals x (t) and y (t) can be obtained by a cross-correlation function obtained by inner product (multiplication) of x (t) and y (t). When the orthogonality between x (t) and y (t) is low (when the correlation is low), the inner product of x (t) and y (t) approaches zero. A cross correlation function is calculated | required by following Formula, for example.
Figure 2014151010
 Here, τ is a phase difference between the signal x (t) and the signal y (t). The inner product of the signal x (t) and the signal y (t) is maximized when the periods of the signal x (t) and the signal y (t) match and the phase difference is zero. Therefore, the template signal variable adjustment unit 1013 sequentially generates template signal waveforms in which the period and phase variables are appropriately changed with respect to the template waveform, and searches for a period and phase difference having a high degree of matching in the template waveform.

２信号比較判定部１０１４は、相関関数が予め設定された閾値以上か、閾値より小さいかの判断を行い、判定結果をテンプレート信号変数調整部１０１３にフィードバックする。判定結果がＯＫである場合は、調整されたテンプレート信号波形が出力される。出力されたテンプレート信号波形は、生体情報をテンプレート波形によって再現したものであり、信号が単純化されているので、心拍数をカウントしたり、心拍に伴う体表面の変位量を解析したりすることが容易になる。   The two-signal comparison / determination unit 1014 determines whether the correlation function is greater than or equal to a preset threshold value or smaller than the threshold value, and feeds back the determination result to the template signal variable adjustment unit 1013. If the determination result is OK, the adjusted template signal waveform is output. The output template signal waveform is a reproduction of biological information using a template waveform. Since the signal is simplified, the heart rate is counted and the amount of displacement of the body surface associated with the heart rate is analyzed. Becomes easier.

なお、図１及び図２で説明した生体情報取得装置の構成は、各機能を機能ブロックとして説明している。従って、各機能は、その機能を発揮する限りにおいて、単一のブロックで実施されても良いし、複数のブロックに分けて実施されても良い。また、各機能ブロックは、ソフトウエアによって実施されても、ハードウエアによって実施されても良い。さらに、本実施例では、生体情報制御部１０１は生体情報ＥＣＵ１０の機能として説明したが、例えば、他のＥＣＵや通信によって接続された装置とのシステムによって実施されても良い。   In addition, the structure of the biometric information acquisition apparatus demonstrated in FIG.1 and FIG.2 has demonstrated each function as a functional block. Therefore, each function may be implemented in a single block or divided into a plurality of blocks as long as the function is exhibited. Each functional block may be implemented by software or hardware. Furthermore, in the present embodiment, the biometric information control unit 101 has been described as a function of the biometric information ECU 10, but may be implemented by a system with another ECU or a device connected by communication, for example.

次に、図３〜１０を用いて生体情報取得装置１の具体的な動作を説明する。図３は、生体情報取得装置の動作の一例を示すフローチャートである。図４は、生体センサの検知信号の一例を示すグラフである。図５は、移動平均演算処理後の信号の一例を示すグラフである。図６は、減算処理後の信号の一例を示すグラフである。図７は、テンプレート波形の一例を示すグラフである。図８は、変数入力後のテンプレート信号波形の一例を示すグラフである。図９は、一致度比較の一例を説明する図である。また、図１０は、出力情報より再現された波形の一例を示すグラフである。   Next, a specific operation of the biological information acquisition apparatus 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the operation of the biological information acquisition apparatus. FIG. 4 is a graph showing an example of the detection signal of the biosensor. FIG. 5 is a graph showing an example of the signal after the moving average calculation processing. FIG. 6 is a graph illustrating an example of the signal after the subtraction process. FIG. 7 is a graph showing an example of a template waveform. FIG. 8 is a graph showing an example of a template signal waveform after a variable is input. FIG. 9 is a diagram for explaining an example of matching degree comparison. FIG. 10 is a graph showing an example of a waveform reproduced from the output information.

なお、図３で説明する動作は、この実施例では図１及び図２で説明した生体情報制御部１０１で制御されるものとする。   The operation described in FIG. 3 is controlled by the biological information control unit 101 described in FIGS. 1 and 2 in this embodiment.

図３において、生体情報取得装置１による生体情報取得がＯＮになっているか否かを判断する（Ｓ１０）。生体情報取得のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、例えば操作表示装置１６に設けられたスイッチで行う。生体情報取得がＯＮでない場合は（Ｓ１０でＮＯ）、生体情報取得装置１の動作を行わない。生体情報取得のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、エンジン始動中の所定の時間間隔において自動的に切り替えられても良い。また、キーがアクセサリポジション、あるいはイグニッションポジションになったときに生体情報取得をＯＮにして、測定終了にて自動的にＯＦＦにしても良い。   In FIG. 3, it is determined whether or not biometric information acquisition by the biometric information acquisition apparatus 1 is ON (S10). The biometric information acquisition is switched on / off using, for example, a switch provided on the operation display device 16. If the biometric information acquisition is not ON (NO in S10), the biometric information acquisition apparatus 1 is not operated. The on / off switching of biometric information acquisition may be automatically switched at a predetermined time interval during engine startup. Alternatively, the biometric information acquisition may be turned on when the key is in the accessory position or the ignition position, and automatically turned off at the end of the measurement.

生体情報取得がＯＮの場合は（Ｓ１０でＹＥＳ）、生体センサ１１からの検知信号が入力される（Ｓ１１）。図４は、生体センサ１１としてマイクロ波式非接触変位センサを使用し、運転者の体表面で反射されたマイクロ波を検知した検知信号を時系列で表している。図４のグラフにおいて、縦軸は運転者の体表面の変位に応じた生体センサ１１から入力される電圧値である。この実施例では、０．１Ｖの変化は１ｍｍの変位に相当している。図４では、６ｍｍ程度の運転者による体動による変位と、０．２ｍｍ程度の心動に伴う変位が重畳されている。   When biometric information acquisition is ON (YES in S10), a detection signal from the biosensor 11 is input (S11). FIG. 4 shows, in a time series, detection signals obtained by detecting a microwave reflected on the body surface of the driver using a microwave non-contact displacement sensor as the living body sensor 11. In the graph of FIG. 4, the vertical axis represents the voltage value input from the biosensor 11 according to the displacement of the driver's body surface. In this example, a change of 0.1 V corresponds to a displacement of 1 mm. In FIG. 4, the displacement due to the body movement by the driver of about 6 mm and the displacement accompanying the heart movement of about 0.2 mm are superimposed.

次に、検知信号移動平均演算部１０１１は、生体センサ１１から入力される検知信号に対して移動平均演算を行う（Ｓ１２）。ここでは、移動平均を算出する平均期間を１秒としている。図５は、図４で示した検知信号に対して移動平均演算処理を行った平均処理信号を表している。心拍に伴う周期的な細かい変位成分は除去されて平滑化されたグラフは運転者の体動を示している。平均処理信号は、体表面変位信号として出力される（Ｓ１３）。   Next, the detection signal moving average calculation unit 1011 performs a moving average calculation on the detection signal input from the biological sensor 11 (S12). Here, the average period for calculating the moving average is 1 second. FIG. 5 shows an average processing signal obtained by performing a moving average calculation process on the detection signal shown in FIG. A smoothed graph obtained by removing periodic fine displacement components associated with the heartbeat shows the driver's body movement. The average processing signal is output as a body surface displacement signal (S13).

次に、２信号減算処理部１０１２によって、移動平均演算処理前における検知信号から、平均処理信号を減算処理する（Ｓ１４）。図６は、図４の信号波形から図５の信号波形を減算処理したグラフである。体動による変位量の大きな変位成分が除去されて、平均期間の１秒以下の変位が抽出されている。   Next, the two-signal subtraction processing unit 1012 subtracts the average processing signal from the detection signal before the moving average calculation processing (S14). 6 is a graph obtained by subtracting the signal waveform of FIG. 5 from the signal waveform of FIG. A displacement component having a large displacement amount due to body movement is removed, and a displacement of 1 second or less of the average period is extracted.

次に、２信号比較判定部１０１４は、減算処理後の信号とテンプレート信号変数調整部１０１３から入力されたテンプレート信号波形とを比較して一致度を算出し、一致度が予め設定された閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１５）。ここで、テンプレート信号波形とは、テンプレート信号変数調整部１０１３が、記憶部１０２に記憶されたテンプレート波形を基に所定の変数を適用して生成したものである。図７は、記憶部１０２に記憶されたテンプレート波形の例である。図７においては、テンプレート波形１〜３で３つ波形を例示している。テンプレート波形は、生体センサで得られる生体情報をモデル化した波形である。例えば、呼吸による体表面変位のパターンと、心拍による体表面変位のパターンとでは、その特徴が異なり、また個人差によってもそのパターンが異なる。図７で図示しているのは、その波形パターンの一例を示しているが、記憶部１０２には、図示しない数多くのテンプレートを記憶させておくことができる。例えば、運転者に対応した一致度の高いテンプレートを予め登録しておき、運転者が操作表示装置１６により自らのテンプレートを呼出すようにしてもよい。   Next, the two-signal comparison / determination unit 1014 calculates the degree of coincidence by comparing the signal after the subtraction process with the template signal waveform input from the template signal variable adjustment unit 1013, and the degree of coincidence is equal to or greater than a preset threshold value. It is determined whether or not (S15). Here, the template signal waveform is generated by the template signal variable adjustment unit 1013 by applying a predetermined variable based on the template waveform stored in the storage unit 102. FIG. 7 is an example of a template waveform stored in the storage unit 102. In FIG. 7, three waveforms are illustrated as template waveforms 1 to 3. The template waveform is a waveform obtained by modeling biological information obtained by a biological sensor. For example, the body surface displacement pattern due to respiration and the body surface displacement pattern due to heartbeat have different characteristics, and also differ depending on individual differences. FIG. 7 shows an example of the waveform pattern, but the storage unit 102 can store a number of templates (not shown). For example, a template having a high degree of coincidence corresponding to the driver may be registered in advance, and the driver may call his / her template by the operation display device 16.

テンプレート信号変数調整部１０１３は、先ず、選択された一のテンプレート波形に対して、変数の初期値（周期、位相）を入力する。図７においては、初期値として、周期０．６秒、位相０度を入力している。図８は、テンプレート波形３に対して、周期０．６、位相０を適用して生成されたテンプレート信号波形を示している。   First, the template signal variable adjustment unit 1013 inputs an initial value (period, phase) of a variable for one selected template waveform. In FIG. 7, a period of 0.6 seconds and a phase of 0 degree are input as initial values. FIG. 8 shows a template signal waveform generated by applying period 0.6 and phase 0 to the template waveform 3.

一致度は、上述した通り、二つの信号間の直交性により求めるため、先ず、減算処理後の信号とそのテンプレート波形における一番直交性が高い周期と位相を選択する必要がある。なお、最初に適用するテンプレート波形、及びその変数は、過去の記録を基に、運転者毎に予め設定されたものであってもよい。   Since the degree of coincidence is obtained by the orthogonality between the two signals as described above, first, it is necessary to select the cycle and phase having the highest orthogonality in the signal after the subtraction process and its template waveform. Note that the template waveform to be applied first and the variable thereof may be preset for each driver based on past records.

２信号間の一致度が閾値より小さく、比較判定結果がＯＫでなかった場合（Ｓ１５でＮＯ）、テンプレート信号変数調整部１０１３は、選択したテンプレート波形に入力する変数を順次変更したテンプレート信号波形を生成して（Ｓ１６）、再度一致度の判定を行うことを繰り返す（Ｓ１５）。   When the degree of coincidence between the two signals is smaller than the threshold value and the comparison determination result is not OK (NO in S15), the template signal variable adjustment unit 1013 displays a template signal waveform obtained by sequentially changing variables to be input to the selected template waveform. Generate (S16), and repeat the determination of the degree of coincidence (S15).

図９は、一致度の比較を行うためにテンプレート信号変数調整部１０１３がテンプレート波形に適用する変数を順次変えていく様子を説明している。図９左図の図６で説明した減算処理後の信号に対して、図９中図のサンプリングする処理実施区間を選定する。この区間で選定された減算処理後の信号とテンプレート波形信号との相関関数を計算していく。   FIG. 9 illustrates how the template signal variable adjustment unit 1013 sequentially changes variables applied to the template waveform in order to compare the degree of coincidence. 9 is selected with respect to the signal after the subtraction processing described in FIG. 6 in the left diagram of FIG. The correlation function between the signal after subtraction processing selected in this section and the template waveform signal is calculated.

図９右図において、最初に適用した周期０．６秒に対して、位相差を、０度、９０度、さらに１５０度と変更したテンプレート信号波形を生成していく。次に周期を０．８秒として、同様に位相差を変更していく。ここで、周期０．８秒、位相差０度の場合に一致度の閾値を満足する場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、その結果を生体情報として外部に出力する（Ｓ１７）。図１０は、テンプレート信号波形により再現された生体情報である。   In the right diagram of FIG. 9, a template signal waveform is generated in which the phase difference is changed to 0 degrees, 90 degrees, and further 150 degrees with respect to the first applied period of 0.6 seconds. Next, the period is changed to 0.8 seconds, and the phase difference is changed in the same manner. Here, if the coincidence threshold is satisfied when the period is 0.8 seconds and the phase difference is 0 degree (YES in S15), the result is output to the outside as biometric information (S17). FIG. 10 shows biological information reproduced by the template signal waveform.

テンプレート信号変数調整部１０１３は、図９で説明したとおり、予め設定された周期と位相の組み合わせによって順次テンプレート信号波形を生成していくが、例えば、一致度が閾値以上である変数の近傍についてさらに詳細に変数を調整しても良い。例えば、周期０．８秒、位相０で閾値を満足する場合、周期０．７秒〜９秒の間、位相−１５度〜１５度の間でさらに変数を変えて一致度を調査しても良い。   As described with reference to FIG. 9, the template signal variable adjustment unit 1013 sequentially generates a template signal waveform by a combination of a preset period and phase. Variables may be adjusted in detail. For example, when the threshold value is satisfied at a period of 0.8 seconds and a phase of 0, even if the variable is further changed between a phase of −15 degrees and 15 degrees during a period of 0.7 seconds to 9 seconds, good.

以上の判定方法により、例えば信号波形のピークを検出す平滑化数値微分法などの演算処理によりピークを検出して、ピークとピークの間隔を算出するアルゴリズムを使用した演算を行う波形解析処理を行う必要がなくなる。   By the above determination method, for example, the peak is detected by an arithmetic process such as a smoothing numerical differentiation method for detecting the peak of the signal waveform, and the waveform analysis process for performing the calculation using the algorithm for calculating the peak-to-peak interval is performed. There is no need.

検知信号に心拍による信号と呼吸による信号が重畳されている場合は、テンプレート波形と周期を変えて、同様に最適なテンプレート波形信号を選択していくことができる。例えば、心拍による周期は、心拍数が５０〜１８０回／分の場合、約０．３秒〜１．２秒程度であるが、呼吸による周期はさらに長周期となる。複数のテンプレート信号波形を使用して一致度を判定することにより、1つの検知信号から異なる種類の生体情報を取得することができる。   When a signal due to heartbeat and a signal due to respiration are superimposed on the detection signal, it is possible to select an optimal template waveform signal in the same manner by changing the template waveform and the cycle. For example, when the heart rate is 50 to 180 times / minute, the cycle due to the heartbeat is about 0.3 to 1.2 seconds, but the cycle due to respiration is a longer cycle. By determining the degree of coincidence using a plurality of template signal waveforms, different types of biological information can be acquired from one detection signal.

なお、図９では、テンプレート信号変数調整部１０１３が変数を変えたテンプレート信号波形を都度発生させていたが、例えば、予め各変数におけるテンプレート信号波形を記憶させておき、記憶差したテンプレート信号波形を適宜読み出して一致度を計算しても良い。   In FIG. 9, the template signal variable adjustment unit 1013 generates the template signal waveform with the variable changed each time. For example, the template signal waveform in each variable is stored in advance, and the stored template signal waveform is stored. The degree of coincidence may be calculated by reading as appropriate.

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was explained in full detail, this invention is not limited to such specific embodiment, In the range of the summary of this invention described in the claim, Various modifications and changes are possible.

例えば、車両に振動センサをさらに設け、検知信号から振動センサからの振動信号成分を除去することにより、周期的な車両の振動成分を除去して、生体情報に含まれるノイズ成分を減らすことができる。   For example, by further providing a vibration sensor in the vehicle and removing the vibration signal component from the vibration sensor from the detection signal, it is possible to remove the periodic vehicle vibration component and reduce the noise component included in the biological information. .

また、マイクロ波の代わりに赤外線や超音波を利用した生体センサを使用することもできる。   Also, a biosensor using infrared rays or ultrasonic waves can be used instead of microwaves.

１ 生体情報取得装置
１０ 生体情報ＥＣＵ
１０１ 生体情報制御部
１０１１ 検知信号移動平均演算部
１０１２ ２信号減算処理部
１０１３ テンプレート信号変数調整部
１０１４ ２信号比較判定部
１０２ 記憶部
１１ 生体センサ
１２ 通信装置
１３ ＧＰＳ
１４ 車速センサ
１５ 操舵角センサ
１６ 操作表示装置
１７ 通話装置
１８ エンジンＥＣＵ
１９ ブレーキＥＣＵ
２０ 外部Ｉ／Ｆ 1 Biological Information Acquisition Device 10 Biological Information ECU
101 biometric information control unit 1011 detection signal moving average calculation unit 1012 2 signal subtraction processing unit 1013 template signal variable adjustment unit 1014 2 signal comparison determination unit 102 storage unit 11 biosensor 12 communication device 13 GPS
14 Vehicle speed sensor 15 Steering angle sensor 16 Operation display device 17 Communication device 18 Engine ECU
19 Brake ECU
20 External I / F

Claims (7)

生体情報を検知する生体センサから入力される検知信号の移動平均を演算する移動平均演算部と、
前記検知信号から前記移動平均演算部で演算された信号を減算する減算処理部と、
予め生成されたテンプレート信号波形と前記減算処理部によって減算された信号とを比較して一致を判定する比較判定部と、
を備えた生体情報取得装置。 A moving average calculation unit that calculates a moving average of detection signals input from a biological sensor that detects biological information;
A subtraction processing unit for subtracting the signal calculated by the moving average calculation unit from the detection signal;
A comparison determination unit that compares the template signal waveform generated in advance with the signal subtracted by the subtraction processing unit to determine a match;
A biological information acquisition apparatus comprising: テンプレート波形を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されたテンプレート波形の変数を調整して前記テンプレート信号波形を生成するテンプレート信号変数調整部と、
をさらに備えた請求項１に記載の生体情報取得装置。 A storage unit for storing the template waveform;
A template signal variable adjusting unit that adjusts variables of the template waveform stored in the storage unit to generate the template signal waveform;
The biological information acquisition apparatus according to claim 1, further comprising: 前記テンプレート信号変数調整部は、前記テンプレート波形の変数として周期と位相差を調整する請求項２に記載の生体情報取得装置。   The biological information acquisition apparatus according to claim 2, wherein the template signal variable adjustment unit adjusts a period and a phase difference as variables of the template waveform. 前記判定比較部は、前記テンプレート信号波形と前記減算処理部によって減算された信号の相関を算出して一致を判定する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の生体情報取得装置。   4. The biological information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the determination comparison unit determines a match by calculating a correlation between the template signal waveform and the signal subtracted by the subtraction processing unit. 5. 前記移動平均演算部は、前記生体センサで検知される生体情報の周期よりも長い期間において移動平均を演算する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体情報取得装置。   5. The biological information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the moving average calculation unit calculates a moving average in a period longer than a cycle of biological information detected by the biological sensor. 前記生体センサは、非接触で体表面の変位を測定するセンサである請求項１乃至５のいずれか一項に記載の生体情報取得装置。   The biological information acquisition apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the biological sensor is a sensor that measures displacement of a body surface in a non-contact manner. 生体情報を検知する生体センサから入力される検知信号の移動平均を演算する移動平均演算処理と、
前記検知信号から前記移動平均演算処理で演算された信号を減算する減算処理と、
予め生成されたテンプレート信号波形と前記減算処理によって減算された信号とを比較して一致を判定する比較判定処理と、
をコンピュータが実行する生体情報取得方法。 A moving average calculation process for calculating a moving average of detection signals input from a biological sensor that detects biological information;
A subtraction process for subtracting the signal calculated in the moving average calculation process from the detection signal;
A comparison determination process for comparing the template signal waveform generated in advance with the signal subtracted by the subtraction process to determine a match;
A biometric information acquisition method executed by a computer.
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