JP2015109915A - 姿勢推定装置、方法及びプログラム - Google Patents
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で表すと、AC信号成分に基づいて、振幅ベクトルρiの平均二乗の平方根(RMS:Root Mean Square)ρrmsを
から算出して、CPU2が管理する時間情報と共に記憶部3に記憶する。ステップS2−1bでは、CPU2がρi>ρstaticであるか否かを判定する。ρstaticは、姿勢推定装置1が対象者21に装着されておらず、例えばテーブル上に置かれた状態での振幅ベクトルを表す。ステップS2−1bの判定結果がNoであると、ステップS2−1cでは、CPU2が姿勢推定装置1が対象者21に装着されていない未装着状態であることを検出し、未装着状態に関するデータをCPU2が管理する時間情報と共に記憶部3に記憶する。一方、ステップS2−1bの判定結果がYesであると、ステップS2−2aでは、CPU2が次式で表される、x,y,z軸信号が正規化された信号振幅エリア(SMA:Signal Magnitude Area)をあるウィンドウwについて算出し、CPU2が管理する時間情報と共に記憶部3に記憶する。
ここで、重力加速度成分φiは次式で表される。
ステップS609では、CPU2がz軸信号のピーク数が閾値より小さいか否かを判定し、判定結果がYesであると処理はステップS610へ進む。ステップS610では、CPU2がモデル化されたz軸信号の波形の山の最大値、山の形状、谷の最大値、谷の形状、及び山の時刻を検出する。モデル化されたz軸信号の波形の山の最大値(または、ピーク)は、例えば起立状態の対象者21の重力方向の最大加速度に相当し、山の形状は、例えば起立状態の対象者21の重力方向の加速度の変化に相当する。また、モデル化されたz軸信号の波形の谷の最大値(または、ピーク)は、例えば起立状態の対象者21の重力方向とは反対方向の最大加速度に相当し、谷の形状は、例えば起立状態の対象者21の重力方向とは反対方向の加速度の変化に相当する。z軸信号の波形の山の時刻は、起立状態の対象者21が重力方向への運動(即ち、着座動作)を行い椅子などに座り重力方向への運動が終了して(例えば、SMA≦Th1となり図6のステップS2−2bの判定結果がNoになり)z軸方向上のピーク(この例では山)が得られた時の時刻に相当する。ステップS610の後、処理はステップS611及びステップS614へ進む。一方、ステップS609の判定結果がNoであると、CPU2がモデル化されたz軸信号のピーク数が着座と起立と間の遷移とみなすには多すぎると判断し、ステップS612では、CPU2がz,yをz=0,y=0に設定し、処理は後述する図15のステップS621へ進む。
ステップS614では、CPU2が対象者21の運動状態の終了時までの一定期間内の傾斜角度φの変位Δφを表す変位Δφwを算出する。対象者21の運動状態の終了時までの一定期間は、例えばCPU2が対象者21の運動状態の終了時までに処理するセンサ出力の最後のセグメント(または、ウィンドウw)に相当する時間(例えば、1秒)であっても良い。対象者21の運動状態の終了時は、図4のステップ2−2の判定結果がNoになることからわかる。また、CPU2が処理するセンサ出力の最後のセグメントであることは、図4のステップS6−0aの判定結果がNoになることからわかる。ステップS615では、CPU2が変位Δφwが例えば20°より大きく、且つ、ステップS610で検出したz軸信号の波形の山の時刻からある閾値時間以内に運動が終了する(即ち、図4のステップS2−2の判定結果がNoになる)か否かを判定する。ステップS615の判定結果がNoであると、処理は後述する図15のステップS621へ進む。ステップS615の判定結果がYesであると、ステップS616では、CPU2がyを次式に基づいてy=2と定義し、処理は後述する図15のステップS621へ進む。閾値時間は、例えば上記一定期間(例えば、1秒)のウィンドウwに相当する時間であっても良いが、特に限定されない。
ここで、sgn(z)及びsgn(t)は、次式の如き符号関数である。
また、対象者21が着座動作の終了部分で後傾する場合、椅子の背もたれに接触するなどして閾値時間以内に対象者21の後傾が止められる。これに対し、対象者が起立動作の終了部分で後傾する場合、閾値時間以内に対象者21の後傾を止める要素は特に無い。従って、CPU2がステップS610で検出したz軸信号の波形の山の時刻からある閾値時間以内に対象者21の運動が終了すれば、対象者21の起立状態から着座状態への遷移であり、ある閾値時間以内に対象者21の運動が終了しなければ、対象者21の起立状態から着座状態への遷移ではないことが判別可能である。
上記の例では、対象者21のx軸方向への動きは、傾き角度φを比較することで比較しているが、これに限定されるものではない。また、上記の例では、対象者21のz軸方向に沿った運動の終了時からの閾値時間は固定値であるが、閾値時間は例えば対象者21毎に適宜設定可能である。
(付記1)
対象者の上半身の加速度を検出する3軸加速度センサを、前記3軸加速度センサの第1の軸と第2の軸の方向が夫々起立状態の前記対象者の前後方向と上下方向と一致するように装着した前記対象者の姿勢を推定する姿勢推定装置であって、
前記3軸加速度センサの出力に含まれる直流信号成分に基づいて前記対象者の静止状態を検出し、前記静止状態に関するパラメータを記憶する静止状態検出手段と、
前記3軸加速度センサの出力に含まれる交流信号成分に基づいて前記対象者の運動状態を検出し、前記運動状態に関するパラメータを記憶する運動検出手段と、
前記運動検出手段が記憶した前回の運動状態に関するパラメータと、前記前回の運動状態の前後に相当する、前記静止状態検出手段が記憶した前回及び今回の静止状態に関するパラメータとに基づいて、前記対象者の状態遷移を検出する状態遷移検出手段とを備え、
前記状態遷移検出手段は、前記運動検出手段が前記対象者の運動状態を検出する前後に前記静止状態検出手段が検出する静止状態が前記対象者の着座状態及び起立状態を含む直立状態であると、前記運動検出手段が検出する前記対象者の運動状態の終了時までの一定期間内の、前記第1の軸の方向と重力方向とがなす傾き角度の変位を算出し、前記変位が第1の値未満であれば起立状態への遷移を推定し、前記第1の値より大きい第2の値を超えていれば着座状態への遷移を推定する
ことを特徴とする、姿勢推定装置。
(付記2)
前記状態遷移検出手段は、前記運動検出手段が前記3軸加速度センサの出力をモデル化した前記第2の軸の方向に沿った加速度信号のピークが得られる時刻からある閾値時間以内に前記対象者の運動の終了を検出すると、前記起立状態から前記着座状態への遷移を検出することを特徴とする、付記1記載の姿勢推定装置。
(付記3)
前記第1の値は−20°であり、前記第2の値は20°であることを特徴とする、付記1または2記載の姿勢推定装置。
(付記4)
前記状態遷移検出手段は、前回の静止状態が横臥状態ではなく、且つ、今回の静止状態が直立状態であると判定すると、着座−起立遷移であるか、或いは、起立−着座遷移であるかを判定し、判定結果に関するデータを時間情報と共に記憶することを特徴とする、付記1乃至3のいずれか1項記載の姿勢推定装置。
(付記5)
前記状態遷移検出手段は、前記3軸加速度センサの出力をモデル化した前記第1の軸の方向に沿った加速度信号または前記第2の軸の方向に沿った加速度信号のピーク数が閾値以上であると、着座−起立間の状態遷移ではないと判定することを特徴とする、付記1乃至4のいずれか1項記載の姿勢推定装置。
(付記6)
前記静止状態検出手段は、前記傾き角度が前記第1の値より大きくないと、前記傾き角度と前記対象者が前記直立状態にあるときの参照傾き角度との差で表される角度変位と、前記傾き角度を含む前記対象者の状態が持続される期間と、前記対象者の前回の運動状態に関するデータに基づき、前記対象者が起立状態である確率P(STD)及び前記対象者が着座状態である確率P(SIT)を算出して、P(SIT)>P(STD)であると着座状態を検出し、P(SIT)>P(STD)以外であると起立状態を検出することを特徴とする、付記1乃至5のいずれか1項記載の姿勢推定装置。
(付記7)
対象者の上半身の加速度を検出する3軸加速度センサを、前記3軸加速度センサの第1の軸と第2の軸の方向が夫々起立状態の前記対象者の前後方向と上下方向と一致するように装着した前記対象者の姿勢を推定する姿勢推定方法であって、
プロセッサが、前記3軸加速度センサの出力に含まれる直流信号成分に基づいて前記対象者の静止状態を検出して前記静止状態に関するパラメータを記憶し、
前記プロセッサが、前記3軸加速度センサの出力に含まれる交流信号成分に基づいて前記対象者の運動状態を検出して前記運動状態に関するパラメータを記憶し、
前記プロセッサが、記憶した前回の運動状態に関するパラメータと、前記前回の運動状態の前後に相当する、記憶した前回及び今回の静止状態に関するパラメータとに基づいて、前記対象者の状態遷移を検出し、
前記状態遷移の検出は、前記運動の検出が前記対象者の運動状態を検出する前後に前記静止状態の検出が検出する静止状態が前記対象者の着座状態及び起立状態を含む直立状態であると、前記運動の検出が検出する前記対象者の運動状態の終了時までの一定期間内の、前記第1の軸の方向と重力方向とがなす傾き角度の変位を算出し、前記変位が第1の値未満であれば起立状態への遷移を推定し、前記第1の値より大きい第2の値を超えていれば着座状態への遷移を推定する
ことを特徴とする、姿勢推定方法。
(付記8)
前記状態遷移の検出は、前記運動の検出が前記3軸加速度センサの出力をモデル化した前記第2の軸の方向に沿った加速度信号のピークが得られる時刻からある閾値時間以内に前記対象者の運動の終了を検出すると、前記起立状態から前記着座状態への遷移を検出することを特徴とする、付記7記載の姿勢推定方法。
(付記9)
前記第1の値は−20°であり、前記第2の値は20°であることを特徴とする、付記7または8記載の姿勢推定方法。
(付記10)
前記状態遷移の検出は、前回の静止状態が横臥状態ではなく、且つ、今回の静止状態が直立状態であると判定すると、着座−起立遷移であるか、或いは、起立−着座遷移であるかを判定し、判定結果に関するデータを時間情報と共に記憶することを特徴とする、付記7乃至9のいずれか1項記載の姿勢推定方法。
(付記11)
前記状態遷移の検出は、前記3軸加速度センサの出力をモデル化した前記第1の軸の方向に沿った加速度信号または前記第2の軸の方向に沿った加速度信号のピーク数が閾値以上であると、着座−起立間の状態遷移ではないと判定することを特徴とする、付記7乃至10のいずれか1項記載の姿勢推定方法。
(付記12)
前記静止状態の検出は、前記傾き角度が前記第1の値より大きくないと、前記傾き角度と前記対象者が前記直立状態にあるときの参照傾き角度との差で表される角度変位と、前記傾き角度を含む前記対象者の状態が持続される期間と、前記対象者の前回の運動状態に関するデータに基づき、前記対象者が起立状態である確率P(STD)及び前記対象者が着座状態である確率P(SIT)を算出して、P(SIT)>P(STD)であると着座状態を検出し、P(SIT)>P(STD)以外であると起立状態を検出することを特徴とする、付記7乃至11のいずれか1項記載の姿勢推定方法。
(付記13)
コンピュータに、対象者の上半身の加速度を検出する3軸加速度センサを、前記3軸加速度センサの第1の軸と第2の軸の方向が夫々起立状態の前記対象者の前後方向と上下方向と一致するように装着した前記対象者の姿勢を推定させるプログラムであって、
前記3軸加速度センサの出力に含まれる直流信号成分に基づいて前記対象者の静止状態を検出して前記静止状態に関するパラメータを記憶部に記憶する静止状態検出手順と、
前記3軸加速度センサの出力に含まれる交流信号成分に基づいて前記対象者の運動状態を検出して前記運動状態に関するパラメータを前記記憶部に記憶する運動検出手順と、
前記運動検出手順が記憶した前回の運動状態に関するパラメータと、前記前回の運動状態の前後に相当する、前記静止状態検出手順が記憶した前回及び今回の静止状態に関するパラメータとに基づいて、前記対象者の状態遷移を検出する状態遷移検出手順段と
を前記コンピュータに実行させ、
前記状態遷移検出手順は、前記運動検出手順が前記対象者の運動状態を検出する前後に前記静止状態検出手順が検出する静止状態が前記対象者の着座状態及び起立状態を含む直立状態であると、前記運動検出手順が検出する前記対象者の運動状態の終了時までの一定期間内の、前記第1の軸の方向と重力方向とがなす傾き角度の変位を算出し、前記変位が第1の値未満であれば起立状態への遷移を推定し、前記第1の値より大きい第2の値を超えていれば着座状態への遷移を推定する
ことを特徴とする、プログラム。
(付記14)
前記状態遷移検出手順は、前記運動検出手順が前記3軸加速度センサの出力をモデル化した前記第2の軸の方向に沿った加速度信号のピークが得られる時刻からある閾値時間以内に前記対象者の運動の終了を検出すると、前記起立状態から前記着座状態への遷移を検出することを特徴とする、付記13記載のプログラム。
(付記15)
前記第1の値は−20°であり、前記第2の値は20°であることを特徴とする、付記13または14記載のプログラム。
(付記16)
前記状態遷移検出手順は、前回の静止状態が横臥状態ではなく、且つ、今回の静止状態が直立状態であると判定すると、着座−起立遷移であるか、或いは、起立−着座遷移であるかを判定し、判定結果に関するデータを時間情報と共に記憶することを特徴とする、付記13乃至15のいずれか1項記載のプログラム。
(付記17)
前記状態遷移検出手順は、前記3軸加速度センサの出力をモデル化した前記第1の軸の方向に沿った加速度信号または前記第2の軸の方向に沿った加速度信号のピーク数が閾値以上であると、着座−起立間の状態遷移ではないと判定することを特徴とする、付記13乃至16のいずれか1項記載のプログラム。
(付記18)
前記静止状態検出手順は、前記傾き角度が前記第1の値より大きくないと、前記傾き角度と前記対象者が前記直立状態にあるときの参照傾き角度との差で表される角度変位と、前記傾き角度を含む前記対象者の状態が持続される期間と、前記対象者の前回の運動状態に関するデータに基づき、前記対象者が起立状態である確率P(STD)及び前記対象者が着座状態である確率P(SIT)を算出して、P(SIT)>P(STD)であると着座状態を検出し、P(SIT)>P(STD)以外であると起立状態を検出することを特徴とする、付記13乃至17のいずれか1項記載のプログラム。
1A 装着部
2 CPU
3 記憶部
4 センサ部
5 通信部
6 バス
11 サーバ
21 分離部
22 静止状態検出部
23 運動検出部
24 状態遷移検出部
Claims (5)
- 対象者の上半身の加速度を検出する3軸加速度センサを、前記3軸加速度センサの第1の軸と第2の軸の方向が夫々起立状態の前記対象者の前後方向と上下方向と一致するように装着した前記対象者の姿勢を推定する姿勢推定装置であって、
前記3軸加速度センサの出力に含まれる直流信号成分に基づいて前記対象者の静止状態を検出し、前記静止状態に関するパラメータを記憶する静止状態検出手段と、
前記3軸加速度センサの出力に含まれる交流信号成分に基づいて前記対象者の運動状態を検出し、前記運動状態に関するパラメータを記憶する運動検出手段と、
前記運動検出手段が記憶した前回の運動状態に関するパラメータと、前記前回の運動状態の前後に相当する、前記静止状態検出手段が記憶した前回及び今回の静止状態に関するパラメータとに基づいて、前記対象者の状態遷移を検出する状態遷移検出手段とを備え、
前記状態遷移検出手段は、前記運動検出手段が前記対象者の運動状態を検出する前後に前記静止状態検出手段が検出する静止状態が前記対象者の着座状態及び起立状態を含む直立状態であると、前記運動検出手段が検出する前記対象者の運動状態の終了時までの一定期間内の、前記第1の軸の方向と重力方向とがなす傾き角度の変位を算出し、前記変位が第1の値未満であれば起立状態への遷移を推定し、前記第1の値より大きい第2の値を超えていれば着座状態への遷移を推定する
ことを特徴とする、姿勢推定装置。 - 前記状態遷移検出手段は、前記運動検出手段が前記3軸加速度センサの出力をモデル化した前記第2の軸の方向に沿った加速度信号のピークが得られる時刻からある閾値時間以内に前記対象者の運動の終了を検出すると、前記起立状態から前記着座状態への遷移を検出することを特徴とする、請求項1記載の姿勢推定装置。
- 前記第1の値は−20°であり、前記第2の値は20°であることを特徴とする、請求項1または2記載の姿勢推定装置。
- 対象者の上半身の加速度を検出する3軸加速度センサを、前記3軸加速度センサの第1の軸と第2の軸の方向が夫々起立状態の前記対象者の前後方向と上下方向と一致するように装着した前記対象者の姿勢を推定する姿勢推定方法であって、
プロセッサが、前記3軸加速度センサの出力に含まれる直流信号成分に基づいて前記対象者の静止状態を検出して前記静止状態に関するパラメータを記憶し、
前記プロセッサが、前記3軸加速度センサの出力に含まれる交流信号成分に基づいて前記対象者の運動状態を検出して前記運動状態に関するパラメータを記憶し、
前記プロセッサが、記憶した前回の運動状態に関するパラメータと、前記前回の運動状態の前後に相当する、記憶した前回及び今回の静止状態に関するパラメータとに基づいて、前記対象者の状態遷移を検出し、
前記状態遷移の検出は、前記運動の検出が前記対象者の運動状態を検出する前後に前記静止状態の検出が検出する静止状態が前記対象者の着座状態及び起立状態を含む直立状態であると、前記運動の検出が検出する前記対象者の運動状態の終了時までの一定期間内の、前記第1の軸の方向と重力方向とがなす傾き角度の変位を算出し、前記変位が第1の値未満であれば起立状態への遷移を推定し、前記第1の値より大きい第2の値を超えていれば着座状態への遷移を推定する
ことを特徴とする、姿勢推定方法。 - コンピュータに、対象者の上半身の加速度を検出する3軸加速度センサを、前記3軸加速度センサの第1の軸と第2の軸の方向が夫々起立状態の前記対象者の前後方向と上下方向と一致するように装着した前記対象者の姿勢を推定させるプログラムであって、
前記3軸加速度センサの出力に含まれる直流信号成分に基づいて前記対象者の静止状態を検出して前記静止状態に関するパラメータを記憶部に記憶する静止状態検出手順と、
前記3軸加速度センサの出力に含まれる交流信号成分に基づいて前記対象者の運動状態を検出して前記運動状態に関するパラメータを前記記憶部に記憶する運動検出手順と、
前記運動検出手順が記憶した前回の運動状態に関するパラメータと、前記前回の運動状態の前後に相当する、前記静止状態検出手順が記憶した前回及び今回の静止状態に関するパラメータとに基づいて、前記対象者の状態遷移を検出する状態遷移検出手順段と
を前記コンピュータに実行させ、
前記状態遷移検出手順は、前記運動検出手順が前記対象者の運動状態を検出する前後に前記静止状態検出手順が検出する静止状態が前記対象者の着座状態及び起立状態を含む直立状態であると、前記運動検出手順が検出する前記対象者の運動状態の終了時までの一定期間内の、前記第1の軸の方向と重力方向とがなす傾き角度の変位を算出し、前記変位が第1の値未満であれば起立状態への遷移を推定し、前記第1の値より大きい第2の値を超えていれば着座状態への遷移を推定する
ことを特徴とする、プログラム。
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