JP2015111096A - 方位推定装置、方位推定システム、方位推定方法およびプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】屋内環境における方位検出精度を向上させることができる方位推定装置、方位推定システム、方位推定方法およびプログラムを提供する。【解決手段】実施形態の方位推定装置100は、ユーザが入力装置を特定の姿勢で操作する際のユーザ方位として予め定められた方位を示す方位情報を記憶する記憶部110と、ユーザが特定の姿勢であることを検出する姿勢検出部150と、ユーザが特定の姿勢であることが検出された場合に、方位情報に基づいてユーザ方位を推定する推定部160と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、方位推定装置、方位推定システム、方位推定方法およびプログラムに関する。
従来、3軸加速度センサや3軸地磁気センサなどが統合された慣性装置を歩行者が身に着け、慣性装置の演算によって歩行者の位置や方位を検出する歩行者向けの慣性航法技術(PDR: Pedestrian Dead Reckoning)が知られている(例えば、特許文献1〜4参照)。
特許文献1に記載の技術は、3軸加速度センサと3軸地磁気センサを複合的に組み合わせた歩行者向けの慣性航法技術であり、地磁気による方位情報を元に歩行者の進行方向(方位)を決定する。このため、屋内環境では環境磁場の乱れによる外乱の影響(特に鉄筋コンクリート構造を持つ建物内部が顕著である)を受けて、方位検出精度が低下するという問題があった。
これに対し、特許文献2〜4に記載の歩行者向けの慣性航法技術では、3軸加速度センサと3軸地磁気センサに加えて、3軸ジャイロ(角速度)センサを用いる。そして、例えば基準値となる地磁気を元に環境磁場の乱れを判定し、検出された地磁気が信頼できないと判断した場合には、角速度を検出するジャイロセンサのみによる方位検出に切り替える。したがって、環境磁場の乱れによる外乱の影響に起因した方位検出精度の低下を抑えることができる。
しかし、ジャイロセンサのみによる方位検出では、ジャイロセンサに固有の問題であるゼロ点オフセットの変化(ジャイロドリフト)やノイズ、積分誤差の蓄積から、姿勢角推定情報(クオータニオン、オイラー角)に推定誤差が蓄積する。地磁気が信頼できない場合、ロール・ピッチ角周りの推定誤差は加速度センサの観測によって解消されるが、ヨー角周り(方位)の誤差は、観測対象となるセンサ情報が得られないため解消できない。このため、信頼性の高い地磁気が検出されるまで、方位の誤差を補正することができず、時間の経過とともに方位検出精度が低下するという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、屋内環境における方位検出精度を向上させることができる方位推定装置、方位推定システム、方位推定方法およびプログラムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ユーザの体の向きを表すユーザ方位を推定する方位推定装置であって、ユーザが入力装置を特定の姿勢で操作する際の前記ユーザ方位として予め定められた方位を示す方位情報を記憶する記憶部と、ユーザが前記特定の姿勢であることを検出する検出部と、ユーザが前記特定の姿勢であることが検出された場合に、前記方位情報に基づいて前記ユーザ方位を推定する推定部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、屋内環境における方位検出精度を向上させることができるという効果を奏する。
図1は、方位推定システムの概略構成を示す構成図である。 図2は、第1実施形態の方位推定装置の機能的な構成例を示すブロック図である。 図3は、方位推定装置の記憶部が記憶するユーザ情報の一例を示す図である。 図4は、方位推定装置の記憶部が記憶する機器情報の一例を示す図である。 図5は、方位推定装置の記憶部が記憶する方位・位置情報の一例を示す図である。 図6は、キーボードの操作状態からユーザの姿勢を判定する方法を説明する図である。 図7は、通信端末の機能的な構成例を示すブロック図である。 図8は、第1実施形態の方位推定システムの動作を示すシーケンス図である。 図9は、通信端末が検出しているユーザ方位が補正される様子を示す模式図である。 図10は、方位推定装置が機器の一機能として実現された場合の方位推定システムの動作を示すシーケンス図である。 図11は、第2実施形態の方位推定装置の機能的な構成例を示すブロック図である。 図12は、第2実施形態の方位推定システムの動作を示すシーケンス図である。 図13は、通信端末が検出しているユーザ方位が補正される様子を示す模式図である。 図14は、方位推定装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
以下に添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。実施形態の方位推定装置は、ユーザの体の向き(ユーザの体がどの方向を向いているか)を表すユーザ方位を推定する。ユーザ方位は、東西南北で言い表せる絶対方位であってもよいし、予め定めた基準方位に対する相対方位(角度など)であってもよい。また、実施形態の方位推定装置は、ユーザ方位とあわせて、ユーザの位置を推定することもできる。ユーザの位置は、地理座標で言い表される絶対位置であってもよいし、予め定めた基準位置に対する相対位置(メートルなど)であってもよい。
実施形態の方位推定装置は、ユーザが所定の入力装置を特定の姿勢で操作する際のユーザ方位として予め定められた方位を示す方位情報を記憶している。また、実施形態の方位推定装置は、ユーザが所定の入力装置を特定の姿勢で操作する際のユーザの位置として予め定められた位置を示す位置情報を記憶している。そして、実施形態の方位推定装置は、ユーザが特定の姿勢で所定の入力装置を操作していることを検出すると、記憶している方位情報に基づいてユーザ方位を推定し、また、記憶している位置情報に基づいてユーザの位置を推定する。
所定の入力装置としては、例えば、ユーザが使用するパーソナルコンピュータのキーボードなどが挙げられる。キーボードはユーザが両手で操作する入力装置であり、ユーザが自然に(ユーザへの負担が低く操作性が高い状態で)キーボードを両手で操作して入力を行うシーンでは、ユーザ方位やユーザの位置がある程度固定される。このように、ユーザがキーボードを両手で操作するなど、所定の入力装置を特定の姿勢で操作している場合のユーザ方位や位置は、例えば、事前の検証実験などによって入力装置ごとに求め、データベース化しておくことができる。したがって、例えば、ユーザが特定の姿勢で所定の入力装置を操作していることを検出した場合に、事前に作成したデータベースを参照することによって、そのときのユーザ方位や位置を推定することができる。
実施形態の方位推定装置が推定したユーザ方位や位置は、例えば、独自にユーザ方位や位置を検出している通信端末に送って、この通信端末が検出しているユーザ方位や位置を補正するために用いることができる。通信端末としては、例えば、ユーザが所持(携行)する測位端末(加速度・ジャイロ・地磁気センサと、歩行者向けの慣性航法技術(PDR)によるユーザ方位・位置検出機能を搭載した小型の屋内測位デバイス)が挙げられる。測位端末は、屋内環境において長時間使用した場合、特に方位推定誤差が蓄積して方位検出精度が低下する問題がある。そこで、実施形態の方位推定装置が推定したユーザ方位に基づいて、測位端末が独自に検出したユーザ方位を補正する。これにより、方位検出精度を向上させることができる。
実施形態の方位推定装置が推定したユーザ方位や位置を送る相手となる通信端末(ユーザが所持する通信端末)は、所定の入力装置を操作しているユーザを識別することによって特定できる。例えば、所定の入力装置がパーソナルコンピュータのキーボードである場合、ユーザがログイン操作を行う際に入力するログイン情報から、キーボードを操作しているユーザを識別できる。そして、このユーザに紐付いた通信端末を、実施形態の方位推定装置が推定したユーザ方位や位置を送る相手として特定することができる。ユーザと通信端末との対応関係は、事前に情報として作成して記憶しておけばよい。
実施形態の方位推定装置は、例えば、所定の入力装置を備える機器やユーザが所持する通信端末に対して通信可能に接続されたサーバ装置として実現することができる。また、実施形態の方位推定装置は、所定の入力装置を備える機器(例えばパーソナルコンピュータ)の一機能として実現することもできる。以下では、実施形態の方位推定装置をサーバ装置として実現した例について説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の方位推定装置100を含む方位推定システムの概略構成を示す構成図である。この方位推定システムは、図1に示すように、ネットワーク上のサーバ装置として構成された方位推定装置100と、方位推定装置100に対して例えばネットワークケーブルを介して通信可能に接続された複数の機器200_1,200_2,・・・,200_n(nは任意の自然数)と、方位推定装置100に対して例えば無線LANなどにより通信可能に接続される複数の通信端末300_1,300_2,・・・,300_nとを備える。なお、複数の機器200_1,200_2,・・・,200_nと方位推定装置100との接続は、ネットワークケーブルを介した有線による接続に限らず、例えば、無線LANなどを利用した無線通信による接続であってもよい。
複数の機器200_1,200_2,・・・,200_nは、それぞれ、ユーザが操作する入力装置210_1,210_2,・・・,210_nを備える。以下では、複数の機器200_1,200_2,・・・,200_nを総称して機器200と表記し、各機器200の入力装置210_1,210_2,・・・,210_nを総称して入力装置210と表記する。入力装置210は、ユーザが特定の姿勢で操作するものであり、機器200の本体に対して有線または無線により接続されている。なお、1つの機器200に対して複数の入力装置210が接続されている場合もある。
機器200としては、例えばパーソナルコンピュータが挙げられる。入力装置210としては、例えばパーソナルコンピュータの本体に接続されたキーボードが挙げられる。なお、機器200と入力装置210は、パーソナルコンピュータとキーボードに限定されるものではない。機器200と入力装置210は、ユーザが自然に(ユーザへの負担が低く操作性が高い状態で)入力装置210を操作する場合に特定の姿勢をとることが想定されるあらゆるものを利用できる。
複数の通信端末300_1,300_2,・・・,300_nは、それぞれ、ユーザが所持する端末であり、ユーザ方位や位置を独自に検出する測位端末である。以下では、複数の通信端末300_1,300_2,・・・,300_nを総称して通信端末300と表記する。なお、通信端末300の具体的な構成例については詳細を後述する。
方位推定装置100は、機器200と連携して、機器200の入力装置210を操作しているユーザのユーザ方位や位置を推定する。
図2は、第1実施形態の方位推定装置100の機能的な構成例を示すブロック図である。方位推定装置100は、図2に示すように、記憶部110と、制御部120と、通信部130と、識別部140と、姿勢検出部150と、推定部160と、を備える。
記憶部110は、後述の識別部140や推定部160での処理で参照される各種情報を記憶する。記憶部110が記憶する情報としては、ユーザ情報111、機器情報112、および方位・位置情報113などがある。
ユーザ情報111は、方位推定システムを利用するユーザとして登録されたユーザに関する情報を格納したデータベースである。ユーザ情報111の一例を図3に示す。ユーザ情報111は、例えば図3に示すように、各ユーザに対して一意に割り当てられたユーザ固有IDと、ユーザが所持する通信端末300に対して一意に割り当てられた通信端末固有IDと、通信端末300のIPアドレスと、ユーザ名とを紐付けて格納している。
機器情報112は、方位推定システムに含まれる各機器200に関する情報を格納したデータベースである。機器情報112の一例を図4に示す。機器情報112は、例えば図4に示すように、各機器200に対して一意に割り当てられた機器固有IDと、各機器200が備える入力装置210に対して一意に割り当てられた入力装置固有IDとを紐付けて格納している。なお、1つの機器200が複数の入力装置210を備える場合は、1つの機器固有IDに対して複数の入力装置固有IDが紐付けられる。
方位・位置情報113は、ユーザが入力装置210を特定の姿勢で操作する際のユーザ方位や位置に関する情報を格納したデータベースである。方位・位置情報113の一例を図5に示す。方位・位置情報113は、例えば図5に示すように、各入力装置210それぞれの入力装置固有IDと、ユーザが特定の姿勢でその入力装置210を操作する際のユーザ方位として予め定められた方位を示す方位情報およびその誤差範囲を示す方位誤差情報と、ユーザが特定の姿勢でその入力装置210を操作する際の位置として予め定められた位置を示す位置情報およびその誤差範囲を示す位置誤差情報とを紐付けて格納している。方位・位置情報113は、上述したように、事前に検証実験などを行うことによって作成され、記憶部110に記憶される。
なお、図5に示す例では、方位情報や位置情報を、入力装置210自体の方位や位置を含まない情報としている。つまり、ユーザが特定の姿勢で入力装置210を操作する際のユーザ方位や位置を事前の検証実験などにより求めて、それを方位情報や位置情報として記憶している。しかし、方位情報や位置情報は、例えば、ユーザの姿勢に依存しない入力装置210自体の方位や位置を示す情報と、ユーザが特定の姿勢で入力装置210を操作する際の入力装置210に対する相対的なユーザ方位や位置を示す情報とを組み合わせたものとして作成し、記憶しておくようにしてもよい。
制御部120は、方位推定装置100の動作を統括的に制御する。具体的には、制御部120は、記憶部110から必要な情報を取り出して識別部140や推定部160に渡したり、推定部160が推定したユーザ方位や位置を通信部130に渡して通信端末300に送信させたり、といった制御を行う。そのほか、制御部120は、方位推定装置100が全体として機能するように、各種の制御処理を実行する。
通信部130は、制御部120による制御のもとで、機器200や通信端末300との間で通信を行って各種情報の受け渡しを行う。具体的には、通信部130は、ユーザが機器200に対してログイン処理を行った際に、機器200からユーザ固有IDを受信したり、ユーザが入力装置210を操作した際に、機器200からその操作情報と機器固有IDおよび入力装置固有IDを受信したりする。また、通信部130は、推定部160が推定したユーザ方位や位置を、ユーザが所持する通信端末300に送信する。そのほか、通信部130は、必要に応じて機器200や通信端末300との間で各種情報の受け渡しを行う。
識別部140は、機器200の入力装置210を操作しているユーザを識別する。具体的には、識別部140は、機器200がパーソナルコンピュータである場合、ログイン処理の際にユーザが入力するログイン情報を機器200から受け取ることで、機器200の入力装置210を操作しているユーザを識別することができる。本実施形態では、ログイン処理の際にユーザが入力するログイン情報にユーザ固有IDが含まれているものとする。また、機器200が現金自動預け払い機(ATM:Automated Teller Machine)や自動改札機などのように、ユーザのカード情報を読み取って処理を行うものであれば、カード情報を機器200から受け取ることでユーザを識別することができる。
姿勢検出部150は、入力装置210を操作しているユーザの姿勢を判定し、ユーザが特定の姿勢であることを検出する。具体的には、姿勢検出部150は、入力装置210がキーボードのように両手で操作するものである場合、入力装置210が両手で操作されているか否かを判定し、両手で操作されていると判定した場合に、ユーザが特定の姿勢であると検出する。
ここで、入力装置210がキーボードである場合を例に挙げて、姿勢検出部150によるユーザの姿勢の判定方法の具体例を説明する。ユーザがキーボードを両手で操作しているか否かは、キーボードの操作状態から判定できる。キーボードの操作状態とは、タイプされたキーの位置やタイプ時間間隔を示す状態であり、イベントとして検出される。このキーボードの操作状態は、機器200から方位推定装置100に操作情報として送られる。
図6は、キーボードの操作状態からユーザの姿勢を判定する方法を説明する図である。図6(a)は一般的に知られている左右の手とキー位置との対応を示し、図6(b)は左右の手によるタイプ回数の移動平均値からユーザがキーボードを両手で操作していることを検出する方法の具体例を示している。
姿勢検出部150は、機器200から送られる操作情報をもとに、図6(a)に示すキーボードの左手側のキーの打ち込み回数(タイプ回数)の所定時間(例えば5秒間)あたりの移動平均値と、右手側のキーの打ち込み回数(タイプ回数)の所定時間(例えば5秒間)あたりの移動平均値とを算出する。そして、姿勢検出部150は、左手側と右手側の双方でタイプ回数の移動平均値が閾値(Tth)以上の値を示している場合に、ユーザがキーボードを両手で操作している状態、つまりユーザが特定の姿勢で入力装置210を操作している状態として検出する。なお、閾値(Tth)は事前に最適な値を設定しておけばよい。
なお、姿勢検出部150は、ユーザが特定の姿勢であることを検出可能な構成であればよく、その検出方法は、上記で例示したものに限らない。例えば、機器200がユーザを撮像可能なカメラを搭載している場合、姿勢検出部150は、そのカメラによって撮像された画像を機器200から取得して解析することにより、ユーザが特定の姿勢であることを検出する構成であってもよい。
推定部160は、ユーザが特定の姿勢であることが姿勢検出部150によって検出された場合に、記憶部110が記憶する方位・位置情報に基づいて、現在のユーザ方位および位置を推定する。具体的には、ユーザが入力装置210を操作している間に、姿勢検出部150によってユーザが特定の姿勢であることを検出されると、推定部160は、その入力装置210の入力装置固有IDに紐付けられた方位情報で示されるユーザ方位を、入力装置210を操作しているユーザの現在のユーザ方位と推定する。また、推定部160は、その入力装置210の入力装置固有IDに紐付けられた位置情報で示される位置を、入力装置210を操作しているユーザの現在の位置と推定する。
推定部160が推定したユーザ方位および位置は、その誤差範囲を示す方位誤差情報および位置誤差情報とともに、通信部130によって、入力装置210を操作しているユーザが所持する通信端末300に送信される。
図7は、通信端末300の機能的な構成例を示すブロック図である。通信端末300は、図7に示すように、記憶部310と、制御部320と、方位・位置検出部330と、通信部340と、補正部350と、報知部360と、を備える。
記憶部310は、ユーザ情報311、端末情報312、方位情報313、位置情報314などの各種情報を記憶する。
ユーザ情報311は、例えば、当該通信端末300を所持するユーザに関する情報であり、ユーザ固有IDを含む。端末情報312は、当該通信端末300に関する情報であり、通信端末固有IDとIPアドレスとを含む。
方位情報313は、後述の方位・位置検出部330によって検出されたユーザ方位とその誤差を示す時系列データである。位置情報314は、後述の方位・位置検出部330によって検出されたユーザの位置とその誤差を示す時系列データである。
制御部320は、通信端末300の動作を統括的に制御する。具体的には、制御部320は、方位・位置検出部330に対してユーザ方位や位置の検出命令を発行するとともに、方位・位置検出部330により検出されたユーザ方位や位置を記憶部310に格納する処理を実行する。また、制御部320は、通信部340が方位推定装置100から受信したユーザ方位や位置、それらの誤差情報(方位推定装置100により推定されたユーザ方位や位置、それらの誤差情報)を補正部350に渡して補正命令を発行するとともに、補正部350により補正されたユーザ方位や位置を記憶部310に格納する処理を実行する。そのほか、制御部320は、通信端末300が全体として機能するように、各種の制御処理を実行する。
方位・位置検出部330は、例えば、3軸加速度センサ、3軸ジャイロセンサ、および3軸地磁気センサの各センサ検出値を用い、歩行者向けの慣性航法技術(PDR)によってユーザ方位や位置を検出する。また、方位・位置検出部330は、PDRによって検出したユーザ方位や位置を、他の測位技術を用いて補正する機能を含んでいてもよい。他の測位技術としては、例えば、GPS(Global Positioning System)による測位や、IMES(Indoor Messaging System)による測位、Bluetooth(登録商標)による測位、光ビーコンによる測位、カメラによる測位、音波による測位などが挙げられる。
通信部340は、方位推定装置100からユーザ方位や位置、それらの誤差情報が送信された場合に、これらの情報を受信して制御部320に通知する。そのほか、通信部340は、制御部320による制御のもとで、必要に応じて方位推定装置100や他の外部装置との間で通信を行い、各種情報の受け渡しを行う。
補正部350は、方位推定装置100により推定されたユーザ方位や位置、それらの誤差情報に基づき、方位・位置検出部330によって独自に検出された現在のユーザ方位や位置を補正する処理を実行する。
方位推定装置100が推定したユーザ方位や位置の信頼性が高い場合、補正部350は、例えば、方位・位置検出部330によって検出された現在のユーザ方位や位置を、方位推定装置100により推定されたユーザ方位や位置で置き換えることで、ユーザ方位や位置の補正を行うことができる。また、補正部350は、方位・位置検出部330によって検出されたユーザ方位や位置と、方位推定装置100により推定されたユーザ方位や位置との加重平均を取って、得られたユーザ方位や位置を補正後のユーザ方位や位置として採用することもできる。
また、補正部350は、方位推定装置100により推定されたユーザ方位や位置の誤差情報や、方位・位置検出部330によって検出された現在のユーザ方位や位置の誤差情報を誤差共分散行列に変換し、カルマンフィルタの枠組みにおける観測更新処理を実行することによって推定した状態ベクトルを、修正後のユーザ方位や位置として採用することもできる。このように、補正部350が実行する補正処理としては、状況に応じて様々な補正処理を適用することができ、特に限定されるものではない。
報知部360は、方位・位置検出部330によって独自に検出された現在のユーザ方位や位置が補正部350によって補正された際に、補正の結果をユーザに対して報知する。ユーザに報知する補正の結果には、補正がなされたか否かの情報が含まれる。さらに、減少した誤差量、位置や方位の補正量、方位補正装置に関する情報などを、ユーザに報知する補正の結果に含めるようにしてもよい。報知の方法としては、例えば、文字や図などを表示部に示す方法や、音によって報知する方法、バイブレータなどによる振動で報知する方法などがある。これら報知内容や方法については、ユーザによって適宜選択できるようにすることが望ましい。
次に、本実施形態の方位推定システムにおける一連の動作について、図8を参照して説明する。図8は、方位推定システムの動作を示すシーケンス図である。図8の例では、ユーザUが屋内の執務スペースを自席に向かって歩行により移動し、その後、自席のパーソナルコンピュータ(機器200)のキーボード(入力装置210)を両手で操作することによって、通信端末300で独自に検出しているユーザ方位や位置が補正されるシーンを想定している。
ユーザUが自席に向かって移動している間(ステップS101)、ユーザUが所持する通信端末300は、PDRによるユーザ方位や位置の検出を行っている(ステップS102)。通信端末300により検出されたユーザ方位や位置は、誤差が蓄積されているものとする。
その後、ユーザUが自席につき、機器200に対するログイン操作を行うと(ステップS103)、機器200においてログイン処理が行われ(ステップS104)、機器200から方位推定装置100に対して、ユーザUに対応するユーザ固有IDが送られる(ステップS105)。
方位推定装置100では、機器200からユーザ固有IDが送られると、識別部140が、このユーザ固有IDを記憶部110に記憶されているユーザ情報111と照合することで、ユーザUが誰であるかを識別する処理を行う(ステップS106)。このユーザ識別処理により、ユーザUが所持する通信端末300が特定される。
その後、ユーザUが入力装置210を用いて入力操作を行うと(ステップS107)、機器200から方位推定装置100に対して、入力操作に応じた操作情報が送られる(ステップS108)。この操作情報には、ユーザUが操作している入力装置210に対応する入力装置固有IDと機器固有IDとが含まれている。なお、ここでは、操作情報は、ユーザUが入力装置210を両手で操作していることを示しているものとする。
方位推定装置100では、機器200から操作情報が送られると、姿勢検出部150が、この操作情報をもとにユーザUの姿勢を判定し、ユーザUが特定の姿勢であること(ここではユーザUが両手で入力装置210を操作していること)を検出する(ステップS109)。そして、ユーザUが特定の姿勢であることが検出されると、推定部160が、記憶部110に記憶されている方位・位置情報113のうちで、操作情報に含まれる入力装置固有IDに紐付けられている方位情報および位置情報に基づき、入力装置210を操作しているユーザUの現在のユーザ方位および位置を推定する(ステップS110)。そして、通信部130が、ステップS106のユーザ識別処理において特定された通信端末300に対して、ステップS110で推定されたユーザUの現在のユーザ方位および位置を送信する(ステップS111)。
通信端末300では、方位推定装置100から、推定されたユーザUの現在のユーザ方位および位置が送られると、補正部350が、方位推定装置100により推定されたユーザ方位や位置、それらの誤差情報に基づき、方位・位置検出部330によって独自に検出された現在のユーザ方位や位置を補正する(ステップS112)。そして、報知部360が、ステップS112での補正の結果をユーザUに報知する処理を実行する(ステップS113)。これにより、正確な地磁気の情報が得られない屋内環境においても、ユーザUの現在のユーザ方位や位置を正しく検出することができる。
図9は、図8のシーケンス図で示した動作シーンにおいて、通信端末300が独自に検出しているユーザ方位が補正される様子を示す模式図である。
図9(a)に示すように、通信端末300を所持するユーザUは、屋内の執務スペースを自席に向かって歩行により移動する。このとき、通信端末300は、PDRにより独自にユーザUのユーザ方位を検出しているが、方位推定誤差の蓄積によりユーザ方位の推定精度が低下している。
その後、図9(b)に示すように、ユーザUが自席につき、自席のパーソナルコンピュータ(機器200)のキーボード(入力装置210)を両手で操作すると、方位推定装置100によってユーザUの姿勢に応じた現在のユーザ方位が推定される。そして、方位推定装置100により推定されたユーザ方位が、ユーザUが所持する通信端末300に送信される。通信端末300は、方位推定装置100により推定されたユーザ方位に基づいて、独自に検出しているユーザ方位を補正する。その結果、通信端末300による方位推定精度が向上する。
その後、図9(c)に示すように、ユーザUが自席から離れて歩行により移動する。この際、通信端末300は、PDRにより独自にユーザUのユーザ方位を検出しているが、ユーザUが自席のパーソナルコンピュータ(機器200)のキーボード(入力装置210)を両手で操作した際に、方位推定装置100により推定されたユーザ方位に基づいて補正が行われたため、ユーザ方位の推定精度が向上している。
以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態の方位推定システムでは、ユーザが機器200の入力装置210を特定の姿勢で操作すると、方位推定装置100が現在のユーザ方位を推定する。そして、方位推定装置100により推定されたユーザ方位に基づいて、通信端末300が独自に検出するユーザ方位が補正される。したがって、本実施形態の方位推定システムによれば、屋内環境における方位検出精度を向上させることができる。
(変形例)
以上説明した方位推定装置100は、サーバ装置としての実現例であるが、本実施形態の方位推定装置100は、上述したように、機器200の一機能として実現することもできる。この場合、図2に示した機能的な各構成要素は、機器200において実現される。ただし、記憶部110が記憶する機器情報112や方位・位置情報113は、自機に関する情報のみを格納していればよい。また、通信部130は、通信端末300との間で通信を行う機能のみを有していればよい。
図10は、方位推定装置100が機器200の一機能として実現された場合の方位推定システムの動作を示すシーケンス図である。図10の例は、図8の例と同様のシーンを想定している。以下では、方位推定装置100の機能を有する機器200を、機器200Aと表記する。
ユーザUが自席に向かって移動している間(ステップS201)、ユーザUが所持する通信端末300は、PDRによるユーザ方位や位置の検出を行っている(ステップS202)。通信端末300により検出されたユーザ方位や位置は、誤差が蓄積されているものとする。
その後、ユーザUが自席につき、機器200Aに対するログイン操作を行うと(ステップS203)、機器200Aにおいてログイン処理が行われ(ステップS204)、ユーザUに対応するユーザ固有IDが取得される。そして、識別部140が、このユーザ固有IDを記憶部110に記憶されているユーザ情報111と照合することで、ユーザUが誰であるかを識別する処理を行う(ステップS205)。このユーザ識別処理により、ユーザUが所持する通信端末300が特定される。
その後、ユーザUが入力装置210を両手で操作して入力を行うと(ステップS206)、姿勢検出部150が、この入力操作に応じた操作情報をもとにユーザUの姿勢を判定し、ユーザUが特定の姿勢であること(ここではユーザUが両手で入力装置210を操作していること)を検出する(ステップS207)。そして、ユーザUが特定の姿勢であることが検出されると、推定部160が、記憶部110に記憶されている方位・位置情報113のうちで、操作情報に含まれる入力装置固有IDに紐付けられている方位情報および位置情報に基づき、入力装置210を操作しているユーザUの現在のユーザ方位および位置を推定する(ステップS208)。そして、通信部130が、ステップS205のユーザ識別処理において特定された通信端末300に対して、ステップS208で推定されたユーザUの現在のユーザ方位および位置を送信する(ステップS209)。
通信端末300では、方位推定装置100から、推定されたユーザUの現在のユーザ方位および位置が送られると、補正部350が、方位推定装置100により推定されたユーザ方位や位置、それらの誤差情報に基づき、方位・位置検出部330によって独自に検出された現在のユーザ方位や位置を補正する(ステップS210)。そして、報知部360が、ステップS210での補正の結果をユーザUに報知する処理を実行する(ステップS211)。これにより、正確な地磁気の情報が得られない屋内環境においても、ユーザUの現在のユーザ方位や位置を正しく検出することができる。
以上のように、方位推定装置100を機器200の一機能として実現した場合は、ユーザが機器200Aの入力装置210を特定の姿勢で操作すると、機器200Aが現在のユーザ方位を推定する。そして、機器200Aにより推定されたユーザ方位に基づいて、通信端末300が独自に検出するユーザ方位が補正される。したがって、方位推定装置100を機器200の一機能として実現した場合であっても、方位推定装置100をサーバ装置として実現した場合と同様に、屋内環境における方位検出精度を向上させることができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態の方位推定装置100Aについて説明する。第2実施形態の方位推定装置100Aは、ユーザに対して特定の姿勢をとることを促す報知を行い、この報知に対するユーザの応答があった場合に、ユーザが特定の姿勢であることを検出してユーザ方位や位置の推定を行うものである。なお、その他の構成や動作は上述した第1の実施形態と同様であるため、以下では、第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して重複した説明を省略し、第2実施形態に特徴的な部分についてのみ説明する。
図11は、第2実施形態の方位推定装置100Aの機能的な構成例を示すブロック図である。第2実施形態の方位推定装置100Aは、第1実施形態の方位推定装置100の構成に加えて、報知部170を備える。また、第2実施形態の方位推定装置100Aは、第1実施形態の方位推定装置100の姿勢検出部150に代えて、姿勢検出部150Aを備える。
報知部170は、ユーザに対して特定の姿勢をとることを促す報知を行う。具体的には、報知部170は、機器200の表示装置に、特定の姿勢をとることをユーザに促すメッセージを表示させたり、機器200のスピーカから、特定の姿勢をとることをユーザに促す音声ガイダンスを出力させたりといった、所定の報知動作を行う。この報知部170による報知は、例えば、ユーザが所持する通信端末300によるユーザ方位や位置の検出精度が低い場合や、ユーザが所持する通信端末300でユーザ方位や位置が不定(ユーザが通信端末300の使用を開始するとき)などに行われる。
具体的には、例えば、ユーザが機器200に対してログイン操作を行い、ユーザ固有IDが方位推定装置100Aに送信されると、方位推定装置100Aの制御部120が、ユーザ固有IDからユーザが所持している通信端末300を特定する。そして、方位推定装置100Aの制御部120は、特定した通信端末300に対してユーザ方位や位置の送信を要求し、この要求に応じて通信端末300から送信されるユーザ方位や位置を検証して、ユーザ方位や位置の検出精度が低くなっているか否か、あるいはユーザ方位や位置が不定の状態であるか否かを判定する。そして、方位推定装置100Aの制御部120は、通信端末300によるユーザ方位や位置の検出精度が低い場合や、通信端末300でユーザ方位や位置が不定の場合に、報知部170を起動して、報知部170による報知動作を実行させる。
姿勢検出部150Aは、報知部170による報知動作に対してユーザの応答があった場合に、ユーザが特定の姿勢であることを検出する。報知動作に対するユーザの応答は、例えば、ユーザが特定の姿勢をとったときに操作するように指定された所定のボタン操作やキー操作など、所定の方法を事前に定めておけばよい。
本実施形態の方位推定システムにおける一連の動作について、図12を参照して説明する。図12は、方位推定システムの動作を示すシーケンス図である。図12の例では、ユーザUが屋内の執務スペースを自席に向かって歩行により移動して、自席のパーソナルコンピュータ(機器200)に対するログイン操作を行った後、機器200を利用して行われる報知に従って特定の姿勢をとることによって、通信端末300で独自に検出しているユーザ方位や位置が補正されるシーンを想定している。
ユーザUが自席に向かって移動している間(ステップS301)、ユーザUが所持する通信端末300は、PDRによるユーザ方位や位置の検出を行っている(ステップS302)。通信端末300により検出されたユーザ方位や位置は、誤差が蓄積されているものとする。
その後、ユーザUが自席につき、機器200に対するログイン操作を行うと(ステップS303)、機器200においてログイン処理が行われ(ステップS304)、機器200から方位推定装置100Aに対して、ユーザUに対応するユーザ固有IDが送られる(ステップS305)。
方位推定装置100Aでは、機器200からユーザ固有IDが送られると、識別部140が、このユーザ固有IDを記憶部110に記憶されているユーザ情報111と照合することで、ユーザUが誰であるかを識別する処理を行う(ステップS306)。このユーザ識別処理により、ユーザUが所持する通信端末300が特定される。
次に、方位推定装置100Aの制御部120は、ステップS306のユーザ認識処理により特定された通信端末300に対して、通信端末300が独自に検出しているユーザ方位および位置の送信を要求する(ステップS307)。この要求に応じて、通信端末300は、独自に検出しているユーザ方位および位置を、方位推定装置100Aに対して送信する(ステップS308)。
次に、方位推定装置100Aの制御部120は、通信端末300から送信されたユーザ方位および位置をもとに、通信端末300でのユーザ方位や位置の検出精度を判定する(ステップS309)。ここでは、通信端末300でのユーザ方位や位置の検出精度が低くなっているものとする。そこで、方位推定装置100Aの報知部170が、ユーザUに対して特定の姿勢(例えば機器200の表示装置に正対する姿勢)をとることを促す報知を行うために、機器200に対して報知情報を送信する(ステップS310)。この方位推定装置100Aの報知部170からの報知情報に基づいて、機器200が、例えば、特定の姿勢をとることをユーザUに促すメッセージを表示装置に表示させたり、特定の姿勢をとることをユーザUに促す音声ガイダンスをスピーカから出力させたりすることで、ユーザUに対する報知が行われる(ステップS311)。なお、通信端末300でのユーザ方位や位置の検出精度が低い場合だけでなく、通信端末300でユーザ方位や位置が不定の状態である場合に、上記のようなユーザUに対する報知動作を行うようにしてもよい。
次に、ユーザUがステップS311での報知に従って姿勢を変化させ(ステップS312)、所定のボタン操作やキー操作などの応答を行うと(ステップS313)、そのユーザUの応答が機器200から方位推定装置100Aに通知される(ステップS314)。この通知には、ユーザUがログイン操作を行った機器200の機器固有IDと入力装置210の入力装置固有IDとが含まれている。
方位推定装置100Aでは、このユーザUの応答を受けて、姿勢検出部150Aにより、ユーザが特定の姿勢(例えば機器200の表示装置に正対する姿勢)であることが検出される(ステップS315)。そして、ユーザが特定の姿勢であることが検出されると、推定部160が、記憶部110に記憶されている方位・位置情報113のうちで、ユーザの応答の通知に含まれる入力装置固有IDに紐付けられている方位情報および位置情報に基づき、ユーザUの現在のユーザ方位および位置を推定する(ステップS316)。そして、通信部130が、ステップS306のユーザ識別処理において特定された通信端末300に対して、ステップS316で推定されたユーザUの現在のユーザ方位および位置を送信する(ステップS317)。
通信端末300では、方位推定装置100Aから、推定されたユーザUの現在のユーザ方位および位置が送られると、補正部350が、方位推定装置100Aにより推定されたユーザ方位や位置、それらの誤差情報に基づき、方位・位置検出部330によって独自に検出された現在のユーザ方位や位置を補正する(ステップS318)。そして、報知部360が、ステップS318での補正の結果をユーザUに報知する処理を実行する(ステップS319)。これにより、正確な地磁気の情報が得られない屋内環境においても、ユーザUの現在のユーザ方位や位置を正しく検出することができる。
図13は、図12のシーケンス図で示した動作シーンにおいて、通信端末300が独自に検出しているユーザ方位が補正される様子を示す模式図である。通信端末300は、ユーザUが歩行により自席に移動する間、PDRにより独自にユーザUのユーザ方位を検出しているが、方位推定誤差の蓄積によりユーザ方位の推定精度が低下している。
図13(a)に示すように、通信端末300を所持するユーザUが自席につき、自席のパーソナルコンピュータ(機器200)に対してログイン操作を行うと、機器200の表示装置に、当該表示装置に正対する姿勢をとることをユーザに促すメッセージが表示される。この際、通信端末300が独自に検出しているユーザ方位や位置は、実際のユーザ方位や位置からずれている。
次に、図13(b)に示すように、ユーザUが機器200の表示装置に表示されたメッセージに従って表示装置に正対する姿勢をとり、「OK」ボタンを操作すると、方位推定装置100AによってユーザUの姿勢に応じた現在のユーザ方位および位置が推定される。そして、方位推定装置100Aにより推定されたユーザ方位および位置が、ユーザUが所持する通信端末300に送信される。通信端末300は、方位推定装置100Aにより推定されたユーザ方位および位置に基づいて、独自に検出しているユーザ方位および位置を補正する。その結果、通信端末300による方位推定精度や位置検出精度が向上する。
その後、図13(c)に示すように、機器200の表示装置に、補正が完了した旨のメッセージが表示される。そして、ユーザUが「閉じる」ボタンを押すことにより、機器200を利用した報知動作が終了する。その後、通信端末300が独自に検出するユーザ方位や位置は、方位推定装置100Aにより推定されたユーザ方位や位置に基づいて補正が行われたため、ユーザ方位や位置の推定精度が向上する。
以上のように、本実施形態の方位推定システムでは、方位推定装置100Aが機器200を利用して行う報知動作に従ってユーザが特定の姿勢をとると、方位推定装置100Aが現在のユーザ方位を推定する。そして、方位推定装置100Aにより推定されたユーザ方位に基づいて、通信端末300が独自に検出するユーザ方位が補正される。したがって、本実施形態の方位推定システムによれば、第1実施形態と同様に、屋内環境における方位検出精度を向上させることができる。
なお、本実施形態の方位推定装置100Aは、第1実施形態の方位推定装置100と組み合わせて実施してもよい。つまり、方位推定装置100Aの姿勢検出部150Aは、報知動作に対するユーザの応答があった場合にユーザが特定の姿勢であることを検出することに加え、ユーザが入力装置210を操作したときの操作情報に基づいて、ユーザが特定の姿勢であることを検出するようにしてもよい。
また、本実施形態の方位推定装置100Aは、第1実施形態の変形例と同様に、サーバ装置としての形態だけでなく、機器200の一機能として実現されていてもよい。
ここで、上述した実施形態の方位推定装置100(100A)のハードウェア構成例について説明する。図14は、上述した実施形態の方位推定装置100(100A)のハードウェア構成例を示すブロック図である。
方位推定装置100(100A)は、図14に示すように、CPU10などの制御装置と、ROM20やRAM30などの記憶装置と、ネットワークに接続して通信を行う通信I/F40と、HDD、CDドライブ装置などの図示しない外部記憶装置と、各部を接続するバス50とを備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。上述した方位推定装置100(100A)の各機能は、上記のハードウェア構成において、所定のプログラムを実行することによって実現することができる。
実施形態の方位推定装置100(100A)で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。また、実施形態の方位推定装置100(100A)で実行されるプログラムは、ROM20などに予め組み込んで提供するように構成してもよい。
また、実施形態の方位推定装置100(100A)で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、実施形態の方位推定装置100(100A)で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
実施形態の方位推定装置100(100A)で実行されるプログラムは、上述した各部(制御部120、通信部130、識別部140、姿勢検出部150(姿勢検出部150A)、推定部160、(報知部170))を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはCPU10(プロセッサ)が上記記憶媒体から検出プログラムを読み出して実行することにより上記各部がRAM30(主記憶)上にロードされ、上記各部がRAM30上に生成されるようになっている。
以上、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を加えながら具体化することができる。
例えば、上述した実施形態では、機器200としてユーザが使用するパーソナルコンピュータを想定し、入力装置210としてキーボードを想定している。しかし、ユーザが自然に(ユーザへの負担が低く操作性が高い状態で)何らかの操作を行う際に特定の姿勢をとることが想定される機器(入力装置)を用いる場合に、本発明は広く適用することができる。
具体的には、例えば、オフィス環境における複合機などのオフィス機器や、銀行などに設置される現金自動預け払い機、駅構内などに設置される自動改札機などは、いずれも、それらの機器をユーザが自然に操作する際に特定の姿勢をとることが想定される。したがって、これらの機器を上述した実施形態の機器200として、本発明を実施することができる。また、機器200は所定の位置に固定されたものだけでなく、移動体であってもよい。例えば、店舗で利用されるショッピングカートは、ユーザが両手で押して移動させる際に特定の姿勢をとり、また、自動車は、ユーザがハンドルを把持してアクセル・ブレーキ操作を行う際に特定の姿勢をとる。したがって、これらを上述した実施形態の機器200として本発明を実施することもできる。
100,100A 方位推定装置
110 記憶部
113 方位・位置情報
120 制御部
130 通信部
140 識別部
150,150A 姿勢検出部
160 推定部
170 報知部
200 機器
210 入力装置
300 通信端末
320 制御部
330 方位・位置検出部
340 通信部
350 補正部
360 報知部
特開2012−088253号公報 特開2004−264028号公報 国際公開第2010/001970号 特許第5061264号公報

Claims (9)

  1. ユーザの体の向きを表すユーザ方位を推定する方位推定装置であって、
    ユーザが入力装置を特定の姿勢で操作する際の前記ユーザ方位として予め定められた方位を示す方位情報を記憶する記憶部と、
    ユーザが前記特定の姿勢であることを検出する検出部と、
    ユーザが前記特定の姿勢であることが検出された場合に、前記方位情報に基づいて前記ユーザ方位を推定する推定部と、を備えることを特徴とする方位推定装置。
  2. 前記入力装置は、ユーザが両手で操作する入力装置であり、
    前記検出部は、前記特定の姿勢としてユーザが前記入力装置を両手で操作していることを検出することを特徴とする請求項1に記載の方位推定装置。
  3. ユーザに対して前記特定の姿勢をとることを促す報知を行う報知部をさらに備え、
    前記検出部は、前記報知に対するユーザの応答があった場合に、ユーザが前記特定の姿勢であることを検出することを特徴とする請求項1に記載の方位推定装置。
  4. 前記記憶部は、ユーザが前記入力装置を前記特定の姿勢で操作する際のユーザの位置として予め定められた位置を示す位置情報をさらに記憶し、
    前記推定部は、ユーザが前記特定の姿勢であることが検出された場合に、さらに、前記位置情報に基づいてユーザの位置を推定することを特徴とする請求項1に記載の方位推定装置。
  5. ユーザを識別する識別部と、
    前記推定部が推定した前記ユーザ方位を、前記識別部が識別したユーザが所持する通信端末に送信する送信部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方位推定装置。
  6. 前記通信端末は、前記送信部が送信した前記ユーザ方位を受信する機能と、慣性航法を用いて前記ユーザ方位を検出する機能と、検出した前記ユーザ方位を、受信した前記ユーザ方位に基づいて補正する機能と、を含むことを特徴とする請求項5に記載の方位推定装置。
  7. ユーザの体の向きを表すユーザ方位を推定する方位推定装置と、ユーザが所持する通信端末とが通信可能に接続される方位推定システムであって、
    前記方位推定装置は、
    ユーザが特定の姿勢で入力装置を操作する際の前記ユーザ方位として予め定められた方位を示す方位情報を記憶する記憶部と、
    ユーザが前記特定の姿勢であることを検出する第1検出部と、
    ユーザが前記特定の姿勢であることが検出された場合に、前記方位情報に基づいて前記ユーザ方位を推定する推定部と、
    ユーザを識別する識別部と、
    前記推定部が推定した前記ユーザ方位を、前記識別部が識別したユーザが所持する前記通信端末に送信する送信部と、を備え、
    前記通信端末は、
    前記送信部が送信した前記ユーザ方位を受信する受信部と、
    慣性航法を用いて前記ユーザ方位を検出する第2検出部と、
    受信した前記ユーザ方位に基づいて、検出した前記ユーザ方位を補正する補正部と、を備えることを特徴とする方位推定システム。
  8. ユーザの体の向きを表すユーザ方位を推定する方位推定装置において実行される方位推定方法であって、
    前記方位推定装置は、ユーザが入力装置を特定の姿勢で操作する際の前記ユーザ方位として予め定められた方位を示す方位情報を記憶する記憶部を備え、
    前記方位推定装置が、ユーザが前記特定の姿勢であることを検出するステップと、
    前記方位推定装置が、ユーザが前記特定の姿勢であることが検出された場合に、前記方位情報に基づいて前記ユーザ方位を推定するステップと、を含むことを特徴とする方位推定方法。
  9. ユーザの体の向きを表すユーザ方位を推定するコンピュータであって、ユーザが入力装置を特定の姿勢で操作する際の前記ユーザ方位として予め定められた方位を示す方位情報を記憶するコンピュータに、
    ユーザが前記特定の姿勢であることを検出する機能と、
    ユーザが前記特定の姿勢であることが検出された場合に、前記方位情報に基づいて前記ユーザ方位を推定する機能と、を実現させるためのプログラム。
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