JP2016150034A - 姿勢推定装置、姿勢推定システム、姿勢推定方法及びプログラム - Google Patents
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本発明の実施形態に係る姿勢推定装置10は、当該姿勢推定装置10の高度データをセンサから取得し、得られた高度データを処理することにより、当該姿勢推定装置10の装着者(以下ユーザ1と記載)の姿勢を推定するものである。また当該姿勢推定装置10は、他のセンサ等を組み合わせることにより、ユーザ1の姿勢のみならず、ユーザ1の運動を推定し、ユーザ1の消費エネルギーなどの運動情報を分析し、ユーザ1に当該運動情報を提示する。以下では、まず、図1を参照して、本発明の実施形態に係る姿勢推定装置10の概要について説明する。
以上、本発明の実施形態に係る姿勢推定装置10の概要について説明した。続いて、本発明の実施形態に係る姿勢推定装置10の構成について詳細に説明する。
記憶部100は、姿勢推定装置10が備える記憶手段であり、例えば気圧センサ300や加速度センサ400により取得されたデータや、ユーザ1により入力されたデータ、および姿勢推定装置10の有する各機能部により得られたデータ等を記憶する。例えば、運動記録部270により記録されたデータは、記憶部100の有する運動記録データベース等に格納されてもよい。
通信部110は、姿勢推定装置10が備える通信手段であり、ネットワークNW1等を介して、あるいは直接的に、サーバ装置などの外部装置と、無線または有線で通信を行う。また、通信部110は、例えば制御部120により通信が制御される。
制御部120は、姿勢推定装置10の動作全般を制御する。また、制御部120は、高度データ取得部200、分割部210、加速度データ取得部220、運動情報生成部230、特徴量算出部240、姿勢推定部250、生体情報登録部260、運動記録部270、運動分析出力部280を備え、本発明の実施形態に係る姿勢推定装置10の動作を主導的に行う。以下に、制御部120に備えられる各機能部の有する機能について説明する。
高度データ取得部200は、気圧センサ300により得られた姿勢推定装置10の高度データを取得する。なお、高度データとは、気圧センサ300により計測された気圧データに基づいて変換された、絶対的な高度を示すデータである。そのため、高度データ取得部200は、ユーザ1に装着された姿勢推定装置10の床や地面からの高度を計測することは困難であるが、ユーザ1の姿勢や運動等に伴う高度データの相対的な変化を取得することが可能である。
分割部210は、高度データ取得部200により取得された時系列高度データを分割する。より具体的には、分割部210は、時系列高度データを分割することにより、分割高度データを取得する。
加速度データ取得部220は、加速度センサ400により得られた姿勢推定装置10の加速度データを取得する。なお、加速度データとは、加速度センサ400により得られた3軸方向の加速度データであってもよい。また、加速度データ取得部220は、当該加速度データを時系列に取得する。取得された時系列加速度データは、記憶部100に記憶されてもよい。また、加速度データ取得部220が取得した加速度データは、周波数ノイズ等のノイズを含む可能性が高い。そのため、加速度データ取得部220は、高度データ取得部200と同様に、取得した時系列加速度データに平滑化フィルタ等のフィルタをかけることにより、当該時系列加速度データを修正してもよい。
運動情報生成部230は、加速度データ取得部220により取得された時系列加速度データ、および分割部210から出力された時刻データに基づいて、各時間区間における運動強度データ、歩数データ、および運動状態データを算出する。算出された運動強度データ、歩数データおよび運動状態データは、運動記録部270に出力される。また運動強度データは、特徴量算出部240にも出力される。まず、運動情報生成部230は、時系列加速度データを、上記時刻データに基づいて、分割高度データが取得された時間区間ごとに分割する。そして、運動情報生成部230は、時間区間ごとに分割された時系列加速度データを、対応する時間区間における分割高度データごとに関連づける。これにより、各時間区間における加速度データを活用することができる。
特徴量算出部240は、分割部210から出力された時刻データ、傾斜データ、および始終点高度データに基づいて、各時間区間の特徴量を算出する。算出された特徴量は、姿勢推定部250に出力される。また、特徴量算出部240は、運動情報生成部230から出力された運動強度データに基づいて、各時間区間の特徴量を算出してもよい。ここで特徴量とは、例えば、各時間区間の地形データ、平均運動強度データ、時刻データ、および高度変化量等を含むデータである。
姿勢推定部250は、特徴量算出部240により算出された特徴量に基づき、各時間区間のユーザ1の姿勢を推定する。また、姿勢推定部250により推定された姿勢データ、およびユーザ1の姿勢の推定に用いられた地形データは、運動記録部270に出力される。より具体的には、姿勢推定部250は、識別部251、区間帯設定部252、評価部253、および推定部254を備え、姿勢推定部250の動作を主導的に行うことにより、各時間区間のユーザ1の姿勢を推定する。以下に、姿勢推定部250に備えられる各機能部の有する機能について説明する。
識別部251は、特徴量に含まれる地形データに基づいて、特定の地形データを含む時間区間におけるユーザ1の姿勢を識別する。例えば、ある時間区間における地形データが傾斜、階段、エスカレータ、およびエレベータ等の傾斜がある地形を示す場合は、識別部251は、当該時間区間においてユーザ1は立位であるとみなす。上記の地形においては、時系列に高度が変化するため、ユーザ1が立って行動しているものと考えられるからである。
区間帯設定部252は、当該ユーザ1の姿勢を判定する処理を行うための時間区間帯を設定する。例えば、区間帯設定部252は、識別部251によりユーザ1の姿勢が立位であると識別された時間区間を始点または終点とする時間区間帯を設定してもよい。
評価部253は、区間帯設定部252により設定された時間区間帯に含まれる各時間区間におけるユーザ1の姿勢の変化の確からしさを、特徴量算出部240により算出された特徴量、後述する生体情報登録部260により登録されたユーザ1の身長データ、および識別部251により識別された時間区間帯の始点時間区間および終点時間区間の少なくともいずれかにおけるユーザ1の姿勢に基づいて評価する。各時間区間におけるユーザ1の姿勢の変化の確からしさとは、例えば、対象の時間区間におけるユーザ1の姿勢を立位と仮定し、かつ、当該時間区間の前の時間区間におけるユーザ1の姿勢を座位と仮定したときに、ユーザ1の立位から座位への姿勢の変化が実際起こり得たかどうかを意味する。
推定部254は、評価部253において算出された全ての評価値e(x|y)に基づいて、上記時間区間帯に含まれる各時間区間におけるユーザ1が取り得る姿勢を推定する。より具体的には、上記時間区間帯においてユーザ1が取り得る姿勢の組み合わせごとに評価値e(x|y)の累積値を算出し、その累積値に基づいて上記時間区間帯におけるユーザ1が取り得る姿勢を推定する。以下の説明では、評価値e(x|y)は、上記数式1により表現される値であるとする。
生体情報登録部260は、例えば、ユーザ1の身長や体重などの生体データを登録する。具体的には、生体情報登録部260は、入力部130を介したユーザ1の入力により、または通信部110を介したユーザ1に係る生体データの取得により、ユーザ1の身長や体重などの生体データを登録する。また、例えば、生体情報登録部260は、出力部140等にユーザ1の身長および体重を入力させる画面を表示させることにより、ユーザ1に身長や体重を入力させる。
運動記録部270は、運動情報生成部230から取得した運動強度データ、歩数データ、および運動状態データ、並びに姿勢推定部250から取得した姿勢データ、および地形データを記録する。具体的には、運動記録部270は、上記各データを例えば時間区間ごとに記録してもよい。このとき、時間区間ごとに記録された上記各データは、記憶部100の有する運動記録データベースに時系列に格納されてもよい。記録された上記各データは、運動分析出力部280へ出力される。
運動分析出力部280は、運動記録部270により記録された上記の各データ、および生体情報登録部260により登録されたユーザ1の体重データ等に基づいて、ユーザ1の姿勢や運動に関する活動状況の分析を行う。具体的には、運動分析出力部280は、活動状況を分析したいある対象の期間におけるデータを運動記録データベースに照会し、得られたデータに基づいて、ユーザ1の姿勢や運動について分析を行う。例えば、運動分析出力部280は、ユーザ1の行った運動時間や、ユーザ1が取った姿勢の総時間等を、上記各データに基づいて分析する。さらに運動分析出力部280は、分析結果を出力部140によりユーザ1に対して提示する。
図3に戻って本発明の実施形態に係る姿勢推定装置10の構成の説明を続ける。入力部130は、タッチパネル、およびボタン等ユーザ1が情報を入力するための入力手段と、ユーザ1による入力に基づいて入力信号を生成し、制御部120へ入力信号を出力する入力制御回路等を有する。ユーザ1は、入力部130を操作することにより、画面の操作等を行うことができる。
出力部140は、制御部120から得られたデータ等を出力する。例えば、出力部140は、制御部120から得られた画像信号を出力する表示機能を備えてもよく、具体的には、出力部140は、LCD(Liquid Crystal Display)、OLED(Organic Light−Emitting Diode)またはCRT(Cathode Ray Tube)などにより構成される表示モジュールであってもよい。また、例えば、出力部140は、制御部120から得られた音声信号を出力する音声出力機能を備えてもよく、具体的には、出力部140は、増幅器(アンプ)やスピーカなどから構成される音声出力デバイスであってもよい。
気圧センサ300は、大気中の気圧を測定し、気圧の測定結果を高度データに変換するセンサである。気圧センサ300は、例えば、ピエゾ素子によるピエゾ抵抗効果を利用した半導体気圧センサなど、ユーザ1の姿勢の変化により生じる高度の変化を計測することが可能である気圧センサであってもよい。また、気圧センサ300は、変換した高度データの有するノイズを除去するフィルタリング機能を有していてもよい。なお、本発明の実施形態における気圧センサ300は、第1のセンサの一例である。
加速度センサ400は、加速度センサ400が組み込まれている物体の加速度を測定し、加速度の測定結果を加速度データとして出力するセンサである。加速度センサ400は、例えば、ピエゾ素子によるピエゾ抵抗効果を利用した半導体加速度センサなど、ユーザ1の姿勢の変化や運動により生じる3軸の加速度を計測することが可能である加速度センサであってもよい。また、加速度センサ400は、測定して得られた加速度データの有するノイズを除去するフィルタリング機能を有していてもよい。なお、本発明の実施形態における加速度センサ400は、第2のセンサの一例である。
以上、本発明の実施形態に係る姿勢推定装置10の構成について説明した。次に、本発明の実施形態に係る姿勢推定装置10の動作について説明する。
まず分割部210は、高度データ取得部200により取得された高度データが時系列に記憶されている記憶部100から時系列高度データを取得する(S801)。次に、分割部210は、上記時系列高度データを分割する(S802)。分割部210は、分割高度データが取得された各時間区間の時刻データ、傾斜データ、および始終点高度データを生成する。
次に、運動記録部270は、運動情報生成部230から取得した運動強度データ、歩数データ、および運動状態データ、並びに姿勢推定部250から取得した姿勢データ、および地形データを運動記録データベース等に記録する(S810)。その後、姿勢推定処理および運動記録処理が継続される場合は(S811/NO)、姿勢推定装置10は、ステップS801およびステップS803の処理を再度実施する。
まず、姿勢推定装置10は、ユーザ1の入力等により、ユーザ1の姿勢や運動に関する活動状況の分析の対象となる期間の設定を行う(S851)。次に、姿勢推定装置10は、運動記録データベースから、上記対象期間における姿勢データ等のデータを取得する(S852)。そして、運動分析出力部280は、運動記録部270により記録された上記の各データ、および生体情報登録部260により登録されたユーザ1の体重データ等に基づいて、ユーザ1の指定する期間におけるユーザ1の活動状況について分析を行う(S853)。
そして運動分析出力部280は、当該期間におけるユーザ1の活動状況の分析結果を出力部140によりユーザ1に対して出力する(S854)。その後、ユーザ1が分析を終了する場合は(S855/YES)、姿勢推定装置10の動作は終了する。一方、例えば、ユーザ1が異なる期間における活動状況の分析を実施したい場合は(S855/NO)、再びステップS851の処理が実施される。
以上、本発明の実施形態に係る姿勢推定装置10の動作例について説明した。上述した姿勢推定装置10の情報処理は、ソフトウェアと、姿勢推定装置10との協働により実現される。以下では、姿勢推定装置10のハードウェア構成を説明する。
ここまで、図1〜図10を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明した。本発明の実施形態に係る姿勢推定装置10は、姿勢推定装置10が気圧センサ300から取得した高度データに基づいて、姿勢推定装置10を装着したユーザ1の姿勢を推定することが可能である。気圧センサ300から得られる高度データは指向性を有さないので、ユーザ1は姿勢推定装置10の装着方向の変化等に注意する必要がない。これにより、ユーザ1の姿勢状態をより簡単に推定することが可能となる。
100 記憶部
110 通信部
120 制御部
130 入力部
140 出力部
200 高度データ取得部
210 分割部
220 加速度データ取得部
230 運動情報生成部
240 特徴量計算部
250 姿勢推定部
251 識別部
252 区間帯設定部
253 評価部
254 推定部
260 生体情報登録部
270 運動記録部
280 運動分析出力部
300 気圧センサ
400 加速度センサ
Claims (17)
- 生体に装着された第1のセンサにより取得される高度データに基づいて前記生体の姿勢を推定する推定部を備える、姿勢推定装置。
- 前記推定部は、第1の時点および第2の時点における高度データ、および前記第1の時点における前記生体の姿勢に基づいて、前記第2の時点における前記生体の姿勢を推定する、請求項1に記載の姿勢推定装置。
- 前記姿勢推定装置は、前記高度データを時系列に取得する高度データ取得部と、
前記取得された時系列高度データを分割する分割部と、
をさらに備え、
前記推定部は、前記分割部により得られた複数の分割高度データに基づいて、前記各分割高度データが取得された各時間区間における前記生体の姿勢を推定する、請求項1または2に記載の姿勢推定装置。 - 前記分割部は、前記時系列高度データの変化に基づいて前記時系列高度データを分割する、請求項3に記載の姿勢推定装置。
- 前記分割部は、前記時系列高度データを二階微分した値に基づいて、前記時系列高度データを分割する、請求項4に記載の姿勢推定装置。
- 前記推定部は、第1の分割高度データを含む前記複数の分割高度データ、および前記第1の分割高度データが取得された第1の時間区間における前記生体の姿勢に基づいて、他の時間区間における前記生体の姿勢を推定する、請求項3〜5のいずれか1項に記載の姿勢推定装置。
- 前記姿勢推定装置は、前記第1の分割高度データが示す高度の変化が所定の条件を満たす場合に前記第1の時間区間における前記生体の姿勢が立位であると識別する識別部をさらに備え、
前記推定部は、識別された前記第1の時間区間における前記生体の姿勢に基づいて、前記他の時間区間における前記生体の姿勢を推定する、請求項6に記載の姿勢推定装置。 - 前記姿勢推定装置は、前記第1の時間区間および第2の分割高度データが取得された第2の時間区間を始終点とする時間区間帯における前記生体の姿勢の変化の確からしさを、前記時間区間帯に含まれる各時間区間における分割高度データに基づいて算出される特徴量を用いて評価する評価部をさらに備え、
前記推定部は、前記第1の時間区間における前記生体の姿勢、および前記評価部による評価結果に基づいて、前記第1の時間区間を除く前記時間区間帯に含まれる前記各時間区間における前記生体の姿勢を推定する、請求項7に記載の姿勢推定装置。 - 前記評価部は、前記時間区間帯における前記生体の姿勢の変化の確からしさを示す評価値を、前記特徴量を用いて前記時間区間帯において前記生体が取り得る姿勢の組み合わせごとに算出し、
前記推定部は、前記生体が取り得る姿勢の組み合わせごとに算出された評価値に基づいて、前記第1の時間区間を除く前記時間区間帯に含まれる前記各時間区間における前記生体の姿勢を推定する、請求項8に記載の姿勢推定装置。 - 前記推定部は、前記第1の時間区間および前記第2の時間区間における前記生体の姿勢、並びに前記評価部による評価結果に基づいて、前記第1の時間区間および前記第2の時間区間を除く前記時間区間帯に含まれる前記各時間区間における前記生体の姿勢を推定する、請求項8または9に記載の姿勢推定装置。
- 前記特徴量は、前記各時間区間における前記識別部による前記生体の姿勢の識別結果、前記各時間区間における前記生体の姿勢または運動に応じた運動強度、および前記各分割高度データが取得された時刻の少なくとも1の情報に基づいて算出される、請求項8〜10のいずれか1項に記載の姿勢推定装置。
- 前記生体の運動および前記運動強度の少なくとも1つは、前記生体に装着された第2のセンサにより取得される加速度データに基づいて算出される、請求項11に記載の姿勢推定装置。
- 前記推定部は、前記高度データおよび前記生体の身長データに基づいて、前記生体の姿勢を推定する、請求項1〜12のいずれか1項に記載の姿勢推定装置。
- 前記第1のセンサは気圧センサである、請求項1〜13のいずれか1項に記載の姿勢推定装置。
- 生体に装着された第1のセンサにより取得される高度データに基づいて前記生体の姿勢を推定する推定部を備える、姿勢推定システム。
- 生体に装着された第1のセンサにより取得される高度データに基づいて前記生体の姿勢を推定するステップを含む、姿勢推定方法。
- コンピュータを、
生体に装着された第1のセンサにより取得される高度データに基づいて前記生体の姿勢を推定する推定部として機能させるための、プログラム。
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