JP2016508039A - 水平方向または垂直方向におけるデバイスの位置変化の検出 - Google Patents

Abstract

デバイスの水平または垂直位置の変化を判別する方法が提供される。該方法は、時間を追って水平または垂直方向におけるデバイスの位置の推定値を表わす信号を取得する段階と；デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する段階と；同定された最大位置値と同定された最小位置値との間の差として前記信号の前記選択された部分にわたる位置の変化を判別する段階とを含む。

Description

本発明は、水平方向または垂直方向におけるデバイス、たとえばユーザーが身につけるまたは携行するデバイスの位置変化を検出する方法および装置に関し、詳細には、デバイスの動きの測定からデバイスの位置の変化を検出する方法および装置に関する。

転倒は、高齢者のケアにおいて、病的状態や致死につながりうる有意な問題である。身体的な観点からは、転倒は傷害を引き起こし、一方、精神的な観点からは、転倒は転倒に対する恐怖を引き起こし、ひいては社会的な孤立および抑鬱につながりうる。

ユーザーが転倒したときに検出するための自動化された信頼できる手段を提供することができる転倒検出デバイスおよびシステムが入手可能である。転倒が検出される場合、該デバイスまたはシステムは、ユーザーに対する助けを呼ぶアラームを発する。これは、ユーザーに対して、転倒が起こった場合には十分な措置が講じられることを安心させる。

一般に、転倒検出器は、ユーザーの身体に取り付けられるデバイスの一部である加速度計（通例、三次元で加速を測定する3D加速度計）に基づく。加速度計からの信号が処理されて、転倒が起こったかどうかを判定する。

転倒検出の信頼性は、転倒に特徴的であるさまざまな異なる特徴を検出するために使用されることができるさらなるセンサーを利用することによって改善されることができる。重要な特徴は、転倒の際の地表によるユーザーの衝撃、ユーザーが転倒する際の方位変化および地表上のセンサー・ユニットの高さの低下を含む。特許文献１では、デバイスによって測定される相対的な高さの変化を検出するために、気圧センサーの使用が提案されている。

現在入手可能な気圧センサーは、10cmのオーダーの相対高度の分解能を提供する。しかしながら、これらの圧力センサーの性質上、その測定は重力に対して、よってセンサー・ユニットの配向に対して敏感である。このことは、特許文献２に記載されるように、センサー・ユニットの配向について圧力センサー測定を補償することによって対処されることができる。さらに、気圧センサーは、明らかに、環境における気圧変動にも応答するので、転倒検出器は、気圧測定の増大によって指示される高さ変化がセンサー・ユニットおよびユーザーの動きに起因するものである（または起因するものでありうる）かどうかを検証する必要がある。気圧センサーに関するさらなる問題は、センサーを収容するデバイスの機械的構築の複雑さを増すということである。特に、デバイスは、デバイス内部の気圧センサーと外部の環境空気との間の高速応答チャネルをもつこととともに、このチャネルが湿気、光および他の汚染に対して遮蔽されることをも要求される。このチャネルの存在は、デバイスを衛生上クリーンに保持することに問題を呈することがある。これは、デバイスが病院または他のヘルスケア環境において使われるときには特に重要である。

高さの変化の測定値を決定することに向けたもう一つのアプローチは、加速度計信号を使うことである。垂直加速度信号を積分することによって、垂直速度の指標を得ることができ、垂直速度信号を積分することによって、位置／高さについての指標を得ることができる。積分は典型的には、初期垂直速度および初期位置／高さの知識を必要とする。

転倒検出では、一つのねらいは高さの変化、すなわち時間的な二つの位置の間の差を検出することであるので、初期位置の値は差の式において打ち消し合うので、積分は実のところ、初期位置の値を知らなくても実行できる。

さらに、転倒検出において、「初期」の時間的瞬間が正しく選ばれる限り、初期垂直速度は0である。一般的な日常の状況では、これは転倒開始前の任意の時点でありうる。しかしながら、真の物理的な垂直速度の0からの逸脱がいくらかでもあれば、選ばれた範囲にわたって積分されて、位置／高さ推定における誤差になる。

しかしながら、加速度計信号の二重の積分を使うことにおけるもう一つの問題は、重力に起因する加速の、ユーザーの動きに起因する加速成分からの適正な分離に関する。1秒にわたる10cmの高さ測定精度を達成するには、加速度信号における残留重力成分は0.2ms^-2以内に留まるべきである。重力が約10ms^-2であることからすると、重力は数パーセントの精度で分離される必要がある。

センサー・ユニットの配向は、ユーザーが転倒するにつれて変化する可能性が高いので、センサー・ユニットの座標系での垂直の方向も変化する。ここで、同じ問題が生じる。配向推定における誤差は、加速の、重力によるものでない垂直成分の計算における誤差を引き起こす。同じ理由により、配向における誤差は、対応する重力成分の計算における誤差も含意する。これらの誤差は、水平方向の加速があればそれが垂直加速度の推定に「漏話」し、真の垂直加速度が過小評価されることを意味する。これらの誤差は、垂直速度推定において、よってデバイスの推定される高さ（または高さの変化）において表面化する。

さらに、加速度センサーが適正に較正されていない、または時間の経過により較正を失った場合には、感知される重力もセンサー・ユニットの配向とともに変化する。

欧州特許出願公開第1642248号 国際公開第2009/101566号

2012年8月17日にコーニンクレッカ・フィリップス・エレクトロニクス・エヌ・ヴィの名において出願された国際特許出願第PCT/IB2012/054192号では、上記の問題を克服することができるシステムおよび方法が記述されている。該システムおよび方法は、二つのフィルタを利用する。一つは第一の積分段階（すなわち、加速度計信号が積分されて速度を得るとき）の前、一つはその後であり、これら二つのフィルタのうちの少なくとも一つは非線形フィルタである。これらのフィルタは、重力に起因する加速の成分を積分前に加速度計信号から除去し、積分の結果からオフセットおよびドリフトを除去するために使われる。

一つまたは複数の非線形フィルタの使用は、それがなければこのプロセスにおいて線形フィルタだけを使うことから帰結するであろう過渡成分の削減を可能にし、絶対的な位置の推定を許容する（該プロセスを使って推定される位置は位置変化の前および後において一定であり、それらの値はほぼその位置変化の大きさだけ異なるため）。

しかしながら、線形フィルタだけを使うときは、プロセスにおいて推定される位置値はやはり位置変化の前および後において一定であるが、それらの差は過渡成分のために0になりうる。つまり、実際の位置変化が隠蔽されてしまうのである。このことは、図１において、約0.5m持ち上げられ（矢印４０によって示される）、次いで短時間後に同じ距離だけ下げられる（矢印４２によって示される）加速度計について示されている。線４４は、二つの移動平均（線形）フィルタが使用されるときの前記プロセスの出力を表わしており、これらのフィルタを使うことの効果が、加速度計の位置（この場合高さ）における持続される変化がない（すなわち、高さにおける各実際の変化の前および後の推定される高さが約0である）ということであることが見て取れる。対照的に、少なくとも一つの非線形フィルタの使用は、高さの変化が、図１において線４６としてラベル付けされている結果として得られる高さ信号において明白となることを意味する。

転倒における高さ変化の検出または身体活動検出のような多くの応用においては、デバイスの絶対的な位置ではなく位置変化を推定または単に検出することが十分でありうるので、実際の位置変化が位置信号内で隠蔽される場合でさえ、たとえば加速度計信号の処理において線形フィルタが使われるときでも、位置変化の検出または推定がされることを許容する方法および装置が提供されることが望ましい。

したがって、本発明の第一の側面によれば、デバイスの水平または垂直位置の変化を判別する方法が提供される。該方法は、時間を追って水平または垂直方向におけるデバイスの位置の推定値を表わす信号を取得する段階と；デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する段階と；同定された最大位置値と同定された最小位置値との間の差として前記信号の前記選択された部分にわたる位置の変化を判別する段階とを含む。この方法は、位置変化が位置信号内に隠蔽されるときでさえ位置の変化が見出されることを可能にする（ただし、通常の方法を使って位置変化がより簡単に見えるまたは同定できる場合に信号の位置変化を見出すために使用されることもできる）。

好ましい実装では、最大位置値は、前記信号における最大に対応する位置値であり、最小位置値は、前記信号における最小に対応する位置値である。代替的な実装では、最大位置値は、前記信号において示される最も高い位置値のうちの複数の平均であり、最小位置値は、前記信号において示される最も低い位置値のうちの複数の平均である。さらなる代替的な実装では、最小位置値は第一のランク値に対応し、最大位置値は第二のランク値に対応し、第一のランク値および第二のランク値は、前記信号の前記選択された部分における信号値を昇順に置換したのちの第一の順位位置および第二の順位位置におけるそれぞれの値に対応し、該第一の順位位置は第二の順位位置より前にくる。これらの代替的な実装は、本方法が、推定された位置信号内に突出値がある場合にさえも位置の変化を決定できるようにする。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、判別された位置の変化が起こった時刻を判別する段階を含んでいる。これらの実施形態において、判別された位置の変化が起こった時刻を判別する段階は、同定された最大位置値および最小位置値が起こった時刻を判別し；判別された位置の変化が起こった時刻を、同定された最大位置値と最小位置値の時刻の間の時点として判別することを含むことができる。

いくつかの実装では、本方法はさらに、前記信号において同定された最大位置値および最小位置値が起こった時間的順序を判別し；判別された時間的順序に基づいて判別された位置変化の方向を判別する段階を含んでいる。

前記信号が前記デバイスの高さの推定値を表わす場合には、判別された位置変化の方向を判別する前記段階は好ましくは、同定された最小位置値が同定された最大位置値より前に起こった場合に位置変化は高さの増大であることを判別し、同定された最小位置値が同定された最大位置値より後に起こった場合に位置変化は高さの減少であることを判別することを含んでいる。

代替的な実施形態では、デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する段階は、あらかじめ定義された方向におけるデバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定することを含み、同定された最大位置値および同定された最小位置値は、最大の差をもつ前記信号における位置値どうしであり、同定された最小位置値および同定された最大位置値は前記信号においてあらかじめ定義された時間的順序で起こる。この実施形態（および下記の実施形態）は、本発明が、特定の方向の動き、たとえば転倒検出の場合における高さ降下（デバイスのユーザーが起き上がるときの高さ上昇がこれに続く）またはベッドを抜け出すことをモニタリングする場合における高さ上昇を同定するために使われるときに有用である。

ある個別的な代替的な実施形態では、デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する段階は、第一の方向におけるデバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定することを含み、同定された最大位置値および同定された最小位置値は、最大の差をもつ前記信号における位置値どうしであり、同定された最小位置値は、前記信号において同定された最大位置値より前に起こる。

いくつかの実装では、第一の方向におけるデバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定する段階は、前記選択された部分における各極小について、極小の値と該極小後に前記選択された部分において起こる最高の信号値との間の位置の差を決定し；最小位置値および最大位置値を、該極小および最高の信号値の対であって最大の差をもつものの値であるように決定することを含むことができる。

前記信号がデバイスの高さの推定値を表わす場合、上記の実装における最大位置値および最小位置値は、高さにおける増大を表わすように同定される。

もう一つの個別的な代替的な実施形態では、デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する段階は、第二の方向におけるデバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定することを含み、同定された最大位置値および同定された最小位置値は、最大の差をもつ前記信号における位置値どうしであり、同定された最小位置値は、前記信号において同定された最大位置値より後に起こる。

いくつかの実装では、第二の方向におけるデバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定する段階は、前記選択された部分における各極大について、極大の値と該極大後に前記選択された部分において起こる最低の信号値との間の位置の差を決定し；最大位置値および最小位置値を、該極大および最低の信号値の対であって最大の差をもつものの値であるように決定することを含む。

前記信号がデバイスの高さの推定値を表わす場合、上記の実装における最大位置値および最小位置値は、高さにおける減少を表わすように同定される。

いくつかの実装では、デバイスの水平または垂直位置の変化を判別する方法であって、上記のように第一の方向におけるデバイスの位置の変化を判別する段階と；上記のように第一の方向とは反対の第二の方向におけるデバイスの位置の変化を判別する段階と；第一の方向における位置の判別された変化を第二の方向における位置の判別された変化と比較する段階と；第一の方向における位置の判別された変化が第二の方向における位置の判別された変化より大きい場合には、第二の方向における位置の変化が前記信号のアーチファクトであるかどうかを判定し、もしそうであれば、第一の方向における位置の判別された変化を、前記選択された部分における位置変化として出力し、そうでなければ、第一の方向における位置の判別された変化および第二の方向における位置の判別された変化の両方を、前記選択された部分において起こった位置変化として出力する段階と；第一の方向における位置の判別された変化が第二の方向における位置の判別された変化より小さい場合には、第一の方向における位置の変化が前記信号のアーチファクトであるかどうかを判定し、もしそうであれば、第二の方向における位置の判別された変化を、前記選択された部分における位置変化として出力し、そうでなければ、第一の方向における位置の判別された変化および第二の方向における位置の判別された変化の両方を、前記選択された部分において起こった位置変化として出力する段階とを含む方法が提供される。この実装は、前記信号の特定の選択された部分において複数の位置変化イベントがあるかどうか、または前記位置変化イベントの一つが前記信号のアーチファクトであるかどうかを判定するために有用である。

本発明の第二の側面によれば、時間を追って水平または垂直方向におけるデバイスの位置の推定値を表わす信号を取得し；デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定し；同定された最大位置値と同定された最小位置値との間の差として前記信号の前記選択された部分にわたる位置の変化を判別するよう構成されている処理手段を有する装置が提供される。

前記処理手段が上述した方法に含まれる段階を実行するよう構成されている、本装置のさまざまな特定の実施形態も考えられている。

本発明の第三の側面によれば、ユーザーが身につけるよう構成されているデバイスが提供される。該デバイスは、三次元でデバイスに作用する加速度を測定する加速度計と、上記の装置とを有する。前記処理手段は、前記加速度計からの測定値を使って、時間を追ってデバイスの位置の推定値を表わす前記信号を取得するよう構成されている。

本発明の第四の側面によれば、ユーザーが身につけるよう構成されているデバイスであって、三次元でデバイスに作用する加速度を測定する加速度計を有するデバイスと；前記デバイスと通信するよう構成されており、上記の装置を有するベース・ユニットとを有するシステムが提供される。前記処理手段は、前記加速度計からの測定値を使って、時間を追ってデバイスの位置の推定値を表わす前記信号を取得するよう構成されている。

本発明の第五の側面によれば、コンピュータ・プログラム・コードが具現されているコンピュータ可読媒体を有するコンピュータ・プログラム・プロダクトが提供される。コンピュータ・プログラム・コードは、コンピュータまたはプロセッサによって実行されたときに、該コンピュータまたはプロセッサが上記の方法のいずれかを実行するように構成されている。

ここで、本発明の個別的な実施形態について、下記の図面を参照しつつ、単に例として述べる。
線形および非線形フィルタを使って得られる推定される絶対的な高さを示すグラフである。 ａおよびｂは、それぞれ本発明の実施形態に基づくデバイスおよびシステムのブロック図である。 本発明のある実施形態に基づく、高さの変化を検出する方法を示すフローチャートである。 本発明のある実施形態に基づく、高さの変化を決定するための加速度計信号の処理を示すブロック図である。 高さ信号を決定するための処理のさまざまな段階における信号を示す一連のグラフの一つである。 高さ信号を決定するための処理のさまざまな段階における信号を示す一連のグラフの一つである。 高さ信号を決定するための処理のさまざまな段階における信号を示す一連のグラフの一つである。 高さ信号を決定するための処理のさまざまな段階における信号を示す一連のグラフの一つである。 高さ信号を決定するための処理のさまざまな段階における信号を示す一連のグラフの一つである。 高さ信号を決定するための処理のさまざまな段階における信号を示す一連のグラフの一つである。 気圧センサーから得られる通常の線形フィルタおよび高さ信号を使って図４に示されるプロセスを使って得られる高さ信号を示すグラフである。 図６に示される高さ信号から得られる高さ変化信号を示すグラフである。 本発明のある実施形態に基づく、第一の非線形最大最小（maxmin）フィルタの動作を示すフローチャートである。 図８に示される方法を使って推定される高さ変化を示す一連のグラフの一つである。 図８に示される方法を使って推定される高さ変化を示す一連のグラフの一つである。 図８に示される方法を使って推定される高さ変化を示す一連のグラフの一つである。 図８に示される方法を使って推定される高さ変化を示す一連のグラフの一つである。 図８に示される方法を使って推定される高さ変化を示す一連のグラフの一つである。 図８に示される方法を使って推定される高さ変化を示す一連のグラフの一つである。 図８に示される方法を使って推定される高さ変化を示す一連のグラフの一つである。 本発明のある代替的な実施形態に基づく、第二の非線形最大最小（maxmin）フィルタの動作を示すフローチャートである。 通常の線形フィルタを使って図４に示されるプロセスを使って得られる高さ信号に対して図１０に示される非線形フィルタを使って得られる高さ変化信号および気圧センサーから得られる高さ変化信号を示すグラフである。 本発明のもう一つの代替的な実施形態に基づく、第三の非線形最大最小（maxmin）フィルタの動作を示すフローチャートである。 図１２における第三の非線形最大最小フィルタを動作させる代替的な仕方を示すフローチャートである。 通常の線形フィルタを使って図４に示されるプロセスを使って得られる高さ信号に対して図１２または図１３に示される「有向降下」非線形フィルタを使って得られる高さ変化信号および気圧センサーから得られる高さ変化信号を示すグラフである。 通常の線形フィルタを使って図４に示されるプロセスを使って得られる高さ信号に対して図１２または図１３に示される「有向上昇」非線形フィルタを使って得られる高さ変化信号および気圧センサーから得られる高さ変化信号を示すグラフである。 本発明のさらにもう一つの代替的な実施形態に基づく、第四の非線形最大最小（maxmin）フィルタの動作を示すフローチャートである。

本発明について、下記では、ユーザーによる転倒を検出するための装置またはデバイス（ここで、加速度計信号が積分されてユーザーが身につける前記デバイスの高さを推定する信号が得られる）における使用に関して記述するが、本発明が、ユーザーの身体活動をモニタリングすること（たとえば、活動の間に費やされるエネルギーまたははたらかされるパワーを計算することまたは歩く、座る、横たわるおよび立つといった活動の型を計算すること）または前記装置またはデバイスが取り付けられることができる他のオブジェクトの動きをモニタリングすることといった他の応用において使用されることもできることは理解されるであろう。これら他の型のデバイスでは、垂直変位（たとえば高さ）の変化を判別することに加えて、またはその代わりに、デバイスの水平方向の変位の変化を判別することが有用であることもある。下記における本発明の記述は主として加速度の垂直成分の推定に関して呈示され、よって高さの変化を導出するが、記載される技法は加速度の水平成分を、よって水平方向の軸に沿った位置を表わす信号を判別するために使用されることができることは、当業者によって理解されるであろう。ここで、本発明に基づくフィルタが、その位置信号から、水平方向位置の変化があったかどうかを判定する。

さらに、下記で述べる転倒検出用途では、転倒が起こったかどうかを判定するために、デバイス／ユーザーの高さの変化が加速度測定値から推定されるが、デバイスの高さの推定される変化は、ユーザーが転倒後に立ち上がりつつあるかどうかを、あるいはユーザーが床に横たわっていた時間の長さを判別するために使用されることもできる（もし立ち上がりつつあるなら転倒アラームは潜在的に撤回されることができる）。

図２の（ａ）は、転倒検出の目的のための本発明に基づく高さの変化を判別する方法を実装する例示的なデバイス２を示している。デバイス２は、ユーザーが身につけるセンサー・ユニットの形である。デバイス２は、ユーザーの首のまわりに配置するために首コードをもつペンダントの形で提供されることができるが、代替的には、デバイス２は、手首、ウエスト、胴体、骨盤または胸骨など、ユーザーの身体の異なる部分に身につけられるよう構成されることができ、身体のその部分にデバイス２を取り付けるために好適な構成（たとえばベルトまたはストラップ）を有することになる。デバイス２は、代替的に、モバイル通信デバイスまたは携帯電話、携帯情報端末（PDA）、タブレット・コンピュータ、衛星ナビゲーション・デバイスまたはスマートフォンなどといった他の任意の型のウェアラブルまたはポータブルな電子デバイスの形で提供されることができる。

デバイス２は、ユーザーが経験する加速を測定し、測定値を処理してデバイス２の高さを決定し、次いでデバイス２の高さの変化が（よってユーザーの高さの変化が）あったかどうかを検出するために使われる。ここでは述べないが、デバイス２は、衝撃または衝撃後の不動の期間といった、転倒の他の特性を同定するために加速測定値に対する追加的な処理を実行してもよい。デバイス２がさらに、ジャイロスコープ、磁気計、気圧センサーおよび／または気流センサーといったさらなるセンサーを含んでいてもよいことも理解されるであろう。それらの信号は、高さ、配向または転倒に関連する他の特性を判別するまたは判別することにおいて支援するために処理されることができる。

デバイス２は、三つの直交軸に沿った加速度を測定する加速度計４を有する。加速度計４によって出力される信号は、解析のためにプロセッサ６に与えられる。図のように、デバイス２は、転倒が検出される場合にプロセッサ６によってトリガーされることのできる可聴アラーム・ユニット８を有する。このアラームは、ユーザーへの助けを呼ぶことができる。しかしながら、デバイス２における可聴アラーム・ユニットの存在は任意的であることは理解されるであろう。さらなる任意的なコンポーネントは、助けを呼ぶためにユーザーが押すことのできるヘルプ・ボタンである。

デバイス２はさらに、処理の結果をリモート（ベース）ユニットに送信するためにまたは転倒が検出される場合またはヘルプ・ボタン（もしあれば）が押された場合に助けを呼ぶためにコール・センターに緊急コールをかけるために使用されることができる送信機またはトランシーバ回路９および関連するアンテナ１０を有する。

デバイス２はまた、任意的に、加速度計４からの測定値を記憶するためおよびプロセッサ６による処理の結果を記憶するために使われるメモリ１１を有する。

いくつかの実施形態では、加速度計４は微小電気機械システム（MEMS: micro-electromechanical system）加速度計である。

加速度計４が経験する加速は、30Hzのレートでサンプリングされることができる。ただし、他の多くのサンプリング周波数が使用できることは理解されるであろう（たとえば50Hz）。

本発明のある代替的な実施形態では、図２の（ｂ）に示されるように、デバイス２はシステム１２の一部であり、加速度計測定値の処理は、ユーザーが身につけるデバイス２とは別個のベース・ユニット１３において実行されることができる。その場合、加速度計測定値はデバイス／センサー・ユニット２からベース・ユニット１３にトランシーバ回路９を介して送信されることができる。

ベース・ユニット１３は、本発明に基づいて測定値を処理するために、デバイス２およびプロセッサ１６からの送信（加速度計測定値など）を受信するためのトランシーバ回路１４およびアンテナ１５を有する。

ベース・ユニット１３は、任意的に、デバイス２から受領される加速度計測定値を記憶するためおよびプロセッサ１６による処理の結果を記憶するために使われるメモリ１７をも有する。

トランシーバ回路１４は、無線でコール・センターに緊急コールをかけるために構成されていてもよく、および／またはポート１８を介した通常のPSTNラインへの接続のために構成されていてもよい。

さらなる代替では、デバイス２は、結果をベース・ユニット１３に送信する前に、加速度計測定値に対する初期処理段階のいくつかを実行してもよい。ベース・ユニット１３がその処理を完了させ、デバイス２の高さの変化を推定する。

デバイス２（およびシステム１２）の、本発明を説明するために必要とされるコンポーネントのみが図２の（ａ）および（ｂ）に示されており、本発明に基づくデバイス２（およびシステム１２）は、ここに記載されるものに対してさらなるコンポーネントおよび機能を含んでいてもよいことは理解されるであろう。たとえば、デバイス２（およびベース・ユニット１３）は何らかの形の電源または供給源およびデバイス２（およびベース・ユニット１３）の動作を制御する回路を含むであろうことは理解されるであろう。

本発明の以下の記述は図２の（ａ）に示したデバイス２を参照するが、当業者には、本発明がどのようにして図２の（ｂ）に示されるシステム１２における使用のために適応されることができるかは容易に理解されるであろう。

本方法の第一の段階、ステップ１０１では、時間を追ったデバイス２の（よってデバイス２が取り付けられているまたはデバイス２を携行しているユーザーまたはオブジェクトの）垂直または水平位置の推定値が得られる。図１における線４４および４６は、ステップ１０１において得られる時間を追ったデバイス２の垂直位置（高さ）の推定値の例である。

図４および図５を参照して下記でより詳細に述べるように、ステップ１０１は、3D加速度計４を使って時間を追ってデバイス２の加速を測定し、加速度測定値をフィルタリングおよび積分して、デバイス２の垂直または水平位置の推定値を表わす信号を与えることを含むことができる。

いくつかの実施形態では、（気圧センサー、ジャイロスコープおよび／または磁気計のような）追加的なセンサーが、デバイス２の位置および／または配向についてのさらなる情報を提供するために使用される。該さらなる情報は、時間を追ったデバイス２の垂直または水平位置の推定値を表わす前記信号を決定するために、加速度測定値とともに処理される。代替的な実施形態では、ステップ１０１は、気圧センサーのような別の型（単数または複数）のセンサーを使って時間を追ってデバイス２の高さを測定することを含むことができる。該他の型のセンサーの出力が、デバイス２の位置（たとえば、気圧センサーの場合、高さまたは高度）の推定値に変換されることができる。

図４は、時間を追ったデバイス２の垂直または水平位置の推定値を得るために、加速度計４からの測定値が処理されることができる例示的な仕方を示すブロック図である。当業者は、本発明において使用するための位置信号を得ることができる他の仕方を認識するであろう。

手短かには、いくつかの実施形態では、ステップ１０１は、加速度計４を使ってデバイス２に対して垂直または水平方向に作用する加速度の測定値を得て、第一のフィルタを使って、得られた測定値から重力に起因する加速を除去してデバイス２の動きに起因する垂直または水平方向に作用する加速度の推定値を与え、デバイスの動きに起因する垂直または水平方向に作用する加速度の推定値を積分して垂直または水平速度の推定値を与え、第二のフィルタを使って、垂直または水平速度からオフセットおよび／またはドリフトを除去してフィルタリングされた垂直または水平速度を与えることを含むことができる。第一のフィルタは線形または非線形フィルタであることができ、第二のフィルタは線形または非線形フィルタであることができる。いくつかの場合には、第二のフィルタは省略できる。

図５（ａ）〜（ｆ）は、第一および第二のフィルタのそれぞれが線形である実装および第一および第二のフィルタのそれぞれが非線形である実装について、図４に示される処理のさまざまな段階における信号を示すグラフである。

図４に示される処理ブロックはデバイス２のプロセッサ６内で、あるいは別個の電子コンポーネントとして実装されることができることは、当業者によって理解されるであろう。

初期ステップとして、加速度計４（よってデバイス２）に対して作用する加速の一連の測定値が収集される。上記で示したように、加速度計４は三次元での加速を測定し、それぞれの信号を測定の各軸について出力する。

加速度計測定値は、垂直方向に作用する加速度の成分を同定するために前記測定値を処理する第一の処理ブロック２２に与えられる。この処理は、いくつもの異なる仕方で実行できる。

垂直加速度の正確な推定をするためには、加速度計４（よってデバイス２）の配向の正確な推定を得ることが望ましい。それにより、加速度計測定値に対して座標変換（回転）を適用することができる。

この配向推定は、デバイス２がジャイロスコープおよび／または磁気計のようなさらなるセンサーを有するときに得ることができ、これらのセンサーからの出力は、可能性としては加速度計４からの出力と一緒になって、加速度計測定値に適用される座標変換（回転）を決定するために使用される。あるいはまた、デバイス２は、複数の加速度計を有することができ、配向は、それらの加速度計のそれぞれの位置において感知される異なる加速度から推定されることができる。座標変換後、加速度の垂直成分が簡単に同定できる。

あるいはまた、重力に起因する加速度（これは定義により垂直方向に作用する）が加速度計測定値の低域通過成分として推定されることができ（低域通過成分の大きさが一定であることは確かめる）、この成分が作用する方向が加速度計４の（垂直）配向を決定するために使用されることができる。低域通過フィルタリングされた加速度の方向における加速度は、垂直方向における加速度に対応する。さらなる代替として、後述する非線形フィルタを使うときに処理ブロック２４によって実行されるものと同様なプロセスの出力が、重力の推定値を、よってその方向を得るために使用されることができる（同様であるというのは、ここでは三次元加速度計信号の各成分に対して作用するという意味においてである）。

加速度の垂直成分を推定するためのより単純な方法は、3D加速度測定値のノルムを計算することである。三つの測定軸のそれぞれについて出力される信号は、垂直方向を向く重力を含み、動きに起因する加速に比して相対的に大きな大きさをもつものと想定できる。動きに起因する加速と重力に起因する加速はベクトル和として組み合わされる。このベクトル和のノルムを計算するとき、水平成分の寄与は、重力成分に対して直交し、この重力成分に比べて絶対値において小さいため、比較的小さい。加速が下向き方向であるときに重力を超えないという条件の下で（さもなければ、ノルムは正味の負の成分を正にすることになる；ここで、重力だけによるような上向きの加速が正と定義される）、垂直方向における加速は、変更されない絶対値をもつノルムに現われる。よって、ノルムは、（重力を含む）垂直加速のコスト効率のよい推定子である。しかしながら、上記で示唆したように、有意な水平加速および大きな下方加速（すなわち、重力を超える）が、推定される垂直加速における歪みを導入することになる。

デバイス２がたとえば、ユーザーの首のまわりに身につけられるペンダントとして実装される場合、デバイス２は典型的には、一つの特定の配向にあり、この配向の知識が、加速度計測定値から加速の垂直成分を同定するために使用されることができる。しかしながら、このアプローチは、デバイス２が適正に身につけられない場合、またはその配向が通常の使用の間もしくは転倒の間に変わる場合には、大きな誤差を受ける可能性があることは理解されるであろう。

もう一つのアプローチが特許文献３に記述されている。これは、任意の配向をもつ3D加速度計信号から加速度の垂直成分を推定する技法を記述している。この技法によれば、加速度の垂直成分は、（ｉ）加速度計からの信号を調べて最大の加速度成分をもつ加速度計の軸を同定し、（ｉｉ）加速度計に対して作用する加速（この加速は一般に重力に起因すると想定される）と最大の加速度成分をもつ軸との間の角度を決定することによって加速度計の配向を判別し、（ｉｉｉ）加速度計の推定された配向を使って、加速度の測定値から垂直方向における加速度を決定することによって、垂直加速度成分が推定される。
国際公開第2010/035191号

第一の処理ブロック２２によって出力される加速度の垂直成分は図４ではacc_zと記されており、例示的な垂直成分信号が図５（ａ）に示されている。この信号は、（時刻1368秒付近において）高さの増大が起こる時間期間をカバーしている。この高さの増大においては、デバイスはデスク上の定常位置から持ち上げられて、手で保持され、それが若干のふるえを誘起する。加速度の垂直成分は第二の処理ブロック２４および加算／減算ブロック２６に与えられる。

処理ブロック２４は、第一のフィルタを使って、加速度の垂直成分における重力に起因する加速度を推定する。

ある単純な実施形態では、処理ブロック２４は、重力について一定の値を使う。この値は9.81ms^-2であってもよいが、加速度計４の特定の特性または較正に依存して、異なる値であってもよい。たとえば、加速度計が、実際の値から0.2ms^-2だけ外れている加速度についての値を出力することが珍しくなく、このことが使用される定数値に対して考慮に入れられることができる。このことは、図５（ａ）において見ることができる。ここでは、一定値は10ms^-2より大きくなっている。この単純な実施形態では、処理ブロック２４は、重力について一定の値（たとえば9.81ms^-2）を出力する加速度の垂直成分に対する推定子を適用することができる。知られているように、この一定の出力のほかは、該推定子はフィルタであると理解することができる。

ある代替的な実施形態では、処理ブロック２４は、重力についての推定値を与えるよう加速度の垂直成分に線形フィルタを適用することができる。線形フィルタは、適切なカットオフ周波数をもつ低域通過フィルタであることができる。たとえば、フィルタは、移動平均（MA: moving average）フィルタであることができる。

知られているように、線形フィルタは、そのインパルス応答曲線によって特徴付けられる。その入力におけるパルスの結果は、時間的に広がった信号となる。したがって、転倒の際に起こる加速度の急激な変化は、連続的に感知される重力信号に対して重畳されるパルスと見ることができる。結果として、線形フィルタを使って重力成分を推定するとき、インパルス広がりに起因する過大評価および過小評価があることになる。過大評価または過小評価の深刻さは、フィルタの帯域幅（またはインパルス応答の長さ）に依存する。これらの過大評価および過小評価はその後の積分ステップにおいて、動きに起因する垂直加速度の一部として扱われ、よって誤った速度推定値に、よって位置推定値にもつながる。

さらに、加速度計４の各測定軸に沿った重力の成分は、加速度計４の配向が変わるときに変化する。この変化は、推定された重力における過渡的な誤差として現われる。この過渡的な変化は、インパルス応答と同様であり、同じ広がりをもつ（より正確には、ステップ応答である）。この広がりは、積分ステップ後の速度および位置推定値における誤差にもつながる。この型の誤差は、較正誤差がないとすれば、ノルムが使われる実施形態には存在しない。ノルムは配向に敏感でないからである。

（上記のプロセスにおけるように）加速度の垂直成分が推定される場合、この配向変化が考慮に入れられ、その効果は、ブロック２２によって推定される配向における誤差のレベルまで軽減される。加速度計４からの測定値がオフセットを含む場合には、配向の変化は、そのオフセットに起因する感知される重力成分の大きさの変化を引き起こす。これは、過渡的な誤差を引き起こししうるもう一つの効果である。これも高さ推定値における誤差として現われうる。

国際特許出願第PCT/IB2012/054192号に記載されるように、処理ブロック２４は、重力についての推定値を与えるために加速度の垂直成分に対して非線形フィルタを適用することができる。非線形フィルタは、転倒の際に起こる加速度の突然の変化を「無視する」、あるいは配向の変化の際に起こる過渡的変化に追随することがずっとよくできる。

この非線形フィルタはメジアン・フィルタであることができる。知られているように、メジアン・フィルタは、入力信号中の各サンプルを順に処理し、各サンプルをいくつかの近隣サンプルのメジアンで置き換えていく。各段階で考慮されるサンプルの数はフィルタの窓サイズによって決定される。典型的な半窓サイズは1.6秒であることができる（よって、窓は現在サンプル前の1.6秒ぶんのサンプルおよび現在サンプル後の1.6秒ぶんのサンプルを包含する）。

メジアン・フィルタは、ビデオ画像におけるごま塩ノイズを抑制する、すなわち短い継続時間の（白黒の）信号スパイクを抑制することで知られている。転倒の間に経験される加速は、（比較的）短い継続時間の加速度信号におけるスパイクと考えることができ、よって、メジアン・フィルタを使ってこのスパイクを除去することは、重力のずっとよい推定を生じ、線形フィルタに関連する応答広がり問題を被らない。

非線形フィルタは代替的には、再帰的メジアン・フィルタであることができる。この型のフィルタは、（重力の）前の推定値を固持する傾向があるという属性をもつ。このようにして、加速度のゆらぎがただちには重力成分の推定値における漏話として現われない。一方、加速度計４の配向変化および貧弱な較正に起因する変化、たとえばステップは、相変わらず追随される。

知られているように、再帰的メジアン・フィルタは、ある特定のサンプルについてのメジアンを計算する際に信号中のもとのサンプル値ではなく、サンプル窓におけるすでに計算されたメジアン値を使うほかは、メジアン・フィルタと同様である。

再帰的メジアン・フィルタは、前方または後方再帰的メジアン・フィルタであることができる。これは、垂直加速度信号がフィルタリングされる方向を決定する。前方再帰的メジアン・フィルタは、過去の値を保持しようとする（すなわち、一定に保とうとする）。一方、後方再帰的メジアンは将来の値を保持しようとする。信号の性質に依存して、これらの各型の再帰的メジアン・フィルタの出力は異なることがある。たとえば、パルスの前の信号がパルスの後より低い値をもつ場合には、前方再帰的メジアン・フィルタがより低い値を使う傾向があり、一方、後方再帰的メジアン・フィルタはより高い値を使う傾向があり、二つの出力の間に相違がある。そこで、両方のフィルタを垂直加速度信号に別個に適用して、それらの結果を平均して、重力成分を得ることが可能である。あるいはまた、二つのフィルタ出力が分かれる点の間の線形補間が使用されることができる。二つの結果を種々の仕方で組み合わせることが可能である。

非線形フィルタは、代替的に、それぞれの重みがフィルタ窓内の各サンプルに適用される重み付けされたメジアン・フィルタまたは現在の窓内で最も多くのサンプル値がそれに最も近いようなサンプル値を取るモード・フィルタであることができる。

他の場合には、垂直加速度をフィルタリングするためにハイブリッド・バージョンを使うことができる。このフィルタは、どの値を使うべきかを決定するために、重力および決定プロセス実行を推定することができる。この決定は、種々のフィルタによる推定結果の組み合わせを使うことまたはたとえば動きのレベルが閾値を超えるときに推定された重力を凍結させることであることができる。

図５（ｂ）は、線形低域通過（移動平均）フィルタが垂直加速度信号に適用されるとき（線５０によって表わされる）および非線形メジアン・フィルタが垂直加速度信号に適用されるとき（線６０によって表わされる）の処理ブロック２４によって出力される重力に起因する加速度の推定値を示している。

図４には示していないが、重力加速度の推定結果にさらなるフィルタを適用して信号を平滑化することが可能である。

デバイス２が、検出された転倒後にユーザーが起き上がりつつあるかどうかを判定するために加速度計測定値を処理するようにも構成されている場合には、重力に起因する推定された加速度を1または2秒だけ時間シフトすることが可能である。ユーザーが床に横たわっているとき、重力成分についての信号は比較的なめらかである（すなわち、一定）。したがって、重力推定値を時間シフトさせることによって、ユーザーが起き上がりつつあるかもしれない期間の間、一定の値が使用されることができる。

処理ブロック２４によって出力される重力に起因する加速度の推定値は、加算／減算ブロック２６に与えられ、第一の処理ブロック２２によって出力された加速度の垂直成分から減算されて、デバイス２の動きに起因する垂直方向の加速度を残す。図５（ｃ）に、ブロック２６によって出力される動きに起因する推定された垂直加速度（移動平均フィルタを使って得られた重力推定値を減算した後――ラベル５１を付されている――および非線形メジアン・フィルタを使って得られた重力推定値を減算した後――ラベル６１を付されている――）が示されている。

処理ブロック２４の出力が、処理ブロック２４による処理のために必要とされる時間に起因して、加算／減算ブロック２６に直接与えられる垂直加速度の推定値に対して遅延されていることがあることは理解されるであろう。したがって、ブロック２６への入力は、（たとえば垂直加速度推定値acc_z中に遅延を導入することによって）同期されることができる。

垂直加速度信号に適用される非線形メジアン・フィルタ２４およびその後の加算／減算ブロック２６は、本稿で「相補的」メジアン・フィルタと称される単一のフィルタによって置換されることができることも理解されるであろう。これは、上記のメジアン・フィルタとは逆の仕方で作用する。すなわち、上記のメジアン・フィルタによって遮断される信号の部分を通過させ、上記のメジアン・フィルタによって通過させられる信号の部分を遮断する。このように、「相補的」メジアン・フィルタは、デバイス２の動きに起因する垂直加速度を表わす短い継続時間のパルスを通過させ、垂直加速度信号における重力加速度を除去する。フィルタ２４が線形フィルタである実施形態において、同様の「相補的」移動平均フィルタが与えられることができる。

デバイス２の動きに起因する垂直加速度を表わす信号が次いで処理ブロック２８によって時間に関して積分され、垂直方向の速度の推定値を与える。積分ブロック２８に入力される初期速度値v(t₀)は未知であるが、これは典型的には0であると想定される。いずれにせよ、上記のように省略されることができる、次のフィルタリング段（下記でさらに述べる）は、垂直速度信号におけるオフセットおよびドリフトを除去し、したがって初期速度成分（0でなかったとしても）は実質的に除去される。

重力のない加速度信号（図５（ｃ）に示される）は、デバイス２の物理的な動きに起因する加速度の完璧な表現ではないことが見出された。信号は歪められ、事実上、積分ブロック２８の出力における追加的な速度成分を引き起こす。歪みは、処理ブロック２２によって実行される配向推定プロセスによって、また垂直方向の推定値に漏話してくる水平方向加速度によっても引き起こされうる。特に、ノルムを推定値として使うとき、漏話がある。また、漏話は正の符号をもつ（すなわち、常に垂直成分の値を増加させる）。よって、パルス後、図５（ｄ）の線６２において示されるように、速度成分におけるステップは通例正である。歪みは一定ではないが、動き信号に関係し、よって、処理ブロック２４によって重力推定の一環としてフィルタリングされることができない。しかしながら、ブロック２８による積分後は、歪みは主として単調な成分を引き起こす。このことは、たとえば図５（ｄ）におけるラベル６２を付された線において見ることができる。ここでは、積分は速度において約0.25ms^-1のオフセットを残している。線形フィルタが重力推定段において使用されるとき、フィルタ応答広がりに起因する推定される重力における誤差が有意な速度成分を引き起こす（図５（ｄ）においてラベル５２を付された線に示されている）。

したがって、垂直速度を表わす信号は、第四の処理ブロック３０に与えられる。この処理ブロックは、垂直速度信号にフィルタを適用して、その信号に存在しているオフセットおよびもしあればドリフト成分を推定する。このフィルタリングの結果は、単調な（すなわちオフセットおよびドリフト）成分のゆらぎを表わす信号である。

DC（一定）またはゆっくり変化する（オフセットおよびドリフト）成分を得るための伝統的な線形フィルタは、低域通過フィルタおよび移動平均フィルタ（これも低域通過挙動を示す）を含む。これらのフィルタは、該フィルタに対応する時間応答を通じて隣接サンプルに影響する。よって、オフセットが除去されうる一方、補償する「ゴースト・オフセット」がサンプルの補正されたストレッチの前後に現われることがある。これらの「ゴースト・オフセット」は、高さにおける変化を得るためにサンプルの補正されたストレッチを積分する結果を、著しく曖昧にすることがある。しかしながら、図３のステップ１０３において使用される非線形フィルタは、高さにおける変化が、高さ信号から抽出されることを許容する。

線形フィルタの使用の代わりに、信号中に存在するオフセットおよびドリフトを除去するために、処理ブロック３０によって非線形フィルタが垂直速度信号に適用されることができる。この非線形フィルタはメジアン・フィルタであってもよい。上記のように、メジアン・フィルタは、定数およびエッジ（すなわちオフセットおよびドリフト）を通過させる一方、信号中のパルスおよび振動を事実上遮断する。このフィルタについての典型的な半窓サイズは0.8秒であることができる（よって、窓は現在のサンプル前の0.8秒ぶんのサンプルおよび現在のサンプル後の0.8秒ぶんのサンプルを包含する）。上記の第一のフィルタと同様に、第二のフィルタが非線形フィルタである場合には、フィルタは代替的に、重み付けされたメジアン・フィルタまたはモード・フィルタであってもよい。

処理ブロック２４によって適用されるフィルタが非線形フィルタである場合、第四の処理ブロック３０は、結果的な速度または高さ推定値を使う用途に依存して、オフセットおよびドリフトを推定するために、線形フィルタを垂直速度信号に適用することができる。図５（ｄ）において見て取れるように、処理ブロック２４における非線形フィルタの適用は、得られる速度の広がりを制限している。オフセットおよびドリフトを除去するための線形フィルタの適用は、いくらかの広がりを引き起こすが、受け容れ可能な程度に限られた程度のものでありうる。

線形移動平均フィルタを使って得られた、上記のような「ゴースト・オフセット」を含む垂直速度信号におけるオフセットおよびドリフトを表わす信号は、図５（ｄ）において点線５３として示されている。非線形メジアン・フィルタを使って得られた、処理ブロック３０の出力である垂直速度信号におけるオフセットおよびドリフトを表わす信号は、図５（ｄ）において点線６３として示されている。

処理ブロック３０からの信号は、積分ブロック２８からの垂直速度信号とともに加算／減算ブロック３２に入力され、垂直速度信号から減算されて、オフセットおよびドリフトのない垂直速度信号を与える。線形移動平均フィルタの垂直速度の推定値への適用を通じて得られる垂直速度は図５（ｅ）の線５４によって示されており、速度の広がりの一部が除去されているが、有意な反転した成分がピーク近くに残ることが見て取れる。非線形メジアン・フィルタの使用を通じて得られる垂直速度は図５（ｅ）に線６４によって示されており、より早い諸処理段の間に適用される諸非線形フィルタの結果として、デバイス２の実際の垂直速度のより正確な推定値が得られることが見て取れる。

加算／減算ブロック２６と同様に、加算／減算ブロック３２への入力は、処理ブロック３０によって導入された遅延を補償するために同期される必要があることがある。

処理ステップ２４におけるフィルタリングと同様に、垂直速度信号に適用される非線形メジアン・フィルタおよびその後の加算／減算ブロック３２は、本稿で「相補的」メジアン・フィルタと称される単一のフィルタによって置換されることができることが理解されるであろう。これは、上記のメジアン・フィルタとは逆の仕方で作用する。すなわち、上記のメジアン・フィルタによって遮断される信号の部分を通過させ、上記のメジアン・フィルタによって通過させられる信号の部分を遮断する。このように、「相補的」メジアン・フィルタは、デバイス２の実際の速度を表わす短い継続時間のパルスを通過させ、垂直速度信号に存在するオフセットおよびドリフトを除去する。上記のように、フィルタ３０部分が線形フィルタである実施形態において、同様の「相補的」移動平均フィルタが与えられることができる。

オフセットおよびドリフトのない垂直速度信号が次いで処理ブロック３４によって時間に関して積分され、デバイス２の高さを推定する信号を与える。積分ブロック３４に入力される初期位置値p(t₀)は典型的には未知であろうが、積分の結果が高さの変化を決定するために使われる場合には、初期位置の知識は必要ない。実態の高さを計算することが所望される場合には、p(t₀)を設定するために何らかの較正または初期化が必要とされる。

図５（ｆ）は、処理の間に線形フィルタが使用されるとき（線５５）および処理の間に非線形フィルタが使用されるとき（線６５）の推定される高さ信号を示している。図５（ｆ）は、図１の左側に見出されるものと同様の信号を示していることが注目される。線６５からは高さの「持続される」増大が起こったことが見て取れるが、線形フィルタを使って得られた信号中に導入された過渡成分の結果、高さ変化がその信号では隠蔽されている（線５５）。

図４を参照して上記したように、垂直方向において作用する加速度は（たとえば加速度計測定値のノルムを取ることによって）三次元加速度計測定値から推定され、次いで、重力に起因する加速度を推定するために、フィルタがその一次元垂直加速度推定値に適用される。ある代替的な実装では、加速度の垂直成分の推定に先立って、三次元で重力に起因する加速度を推定するために、第一のフィルタが、加速度計４の各測定軸からの信号に適用されることができる。この三次元の重力推定値は、次いで、三次元の加速度計測定値における加速度の垂直成分を推定するために使われることができ、その後、該重力推定値（またはさらなるフィルタ――前記第一のフィルタと同じまたは異なる型――を使って得られる別の重力推定値）が、推定された垂直成分から減算されて、デバイスの動きに起因する推定された垂直加速度を与える。さらに、このアプローチを使って、同様にして水平速度および位置を推定するために、（動きに起因する）水平加速度が推定され、処理されることができる。

ここで図３に戻ると、ひとたびステップ１０１において高さ信号が得られたら、デバイス２の高さに変化があったかどうかを検出するために、デバイス２の高さの推定値にフィルタが適用される。いくつかの実施形態では、フィルタの出力は、所定量より大きな高さの変化があったかどうかの指示であることができる。他の実施形態では、フィルタの出力は、高さの実際の変化（および該変化が高さの増加または高さの減少のどちらであったか）の指示であることができる。

通常は、高さの変化は、信号中の特定の（現在の）サンプルにおける高さ推定値と、ある所定の時間期間だけ現在サンプルより前の先のサンプルとの間の差を計算することによって検出され、推定される。高さの変化を検出および計算するこのやり方は、線形フィルタの適用に対応する。しかしながら、上記で論じたように、この型のフィルタリングは、図１に示される線４４のような、高さ信号における過渡成分が実際の高さ変化を隠蔽する高さ信号における高さの変化を検出することができない。この問題は、図６および図７に示されている。図６は、図４に示される、フィルタ２４およびフィルタ３０が線形フィルタであるプロセスを使って加速度計測定値から得られる高さ信号７０（これは図１に示される信号４４と同様である）を示している。図６は、気圧センサーから通常の仕方で得られる高さ信号７２をも示しており、デバイス２が持ち上げられ、次いで下げられる二つのイベントがあるが、高さ信号７０はデバイス２の高さの全体的な変化を示していないことが見て取れる。

図７は、図６の高さ信号７２から導出される高さ変化信号７４および図６の高さ信号７０から導出される高さ変化信号７６を示している。いずれの場合にも、高さ変化信号７４、７６は、図６におけるそれぞれ高さ信号７２、７０上に通される線形フィルタを使って得られる。この例では、線形フィルタは、現在の高さ推定値と高さ信号において5.5秒早い高さ推定値との間の差を計算する。こうして、信号７６において、記述されるフィルタ動作が減少および増加の両方を与えるものの、どの高さ変化が起こったかを同定することは容易ではないことが見て取れる。特に、高さ信号が連続的に変化しているであろう現実世界の状況では、そのそも何らかの変化が起こった場合、結果として生じるすべての減少および増大から、真の（物理的な）高さが何であるかを判別することは難しくなる。

このため、本発明によれば、推定される位置信号に適用されるフィルタは非線形フィルタである。これは、位置変化が信号中の過渡成分によって隠蔽される場合でも、位置信号における変化が検出（および定量化）されることを許容するからである。好ましい実施形態では、非線形フィルタは、下記でより詳細に論じる「最大」ベースのフィルタである。

手短かには、フィルタは、信号の窓掛けされた部分から最大位置値および最小位置値を同定し（図３のステップ１０３）、同定された値の間の差として位置の変化を決定する（ステップ１０５）。下記でより詳細に述べるように、同定された最大位置値および最小位置値は、推定された位置信号に対して作用する関数の帰結である。ここで、前記帰結値は、最も大きいおよび最も小さい位置値における何らかの中心点に関連する。いくつかの実施形態では、最大位置値および最小位置値は、窓掛けされた部分におけるグローバルな最大および最小信号値であってもよく、特定の規則に従って同定された窓掛けされた部分におけるグローバルおよび／またはローカルな最大および最小信号値であってもよく、それぞれ最高および最低の諸信号値のうちの複数の平均であってもよく、あるいは窓掛けされた部分における特定のランク位置における信号値であってもよい。最大および最小値を表わす中心点を得る他の形も使用できる。前記二つの形は同一であることは必要とされない。

本稿に提案されるさまざまな非線形フィルタは、二つの線形フィルタを使って得られた位置信号中で位置変化自身がまだ見えるという事実を活用する。図１の線４４および図５（ｆ）の線５５において見て取れるように、実際の高さ上昇は信号中で表現されているが、見かけの高さ減少（本稿では降下とも称される）がその前後にある。同様に、実際の高さ降下の前後には高さ上昇がある。上記のように、これらのアーチファクトは、位置信号の導出において適用される線形フィルタの過渡成分から生じる。

位置（以下、高さ）の変化があったかどうかを検出するまたは起こったその特定の高さの変化を出力するために使用できるステップ１０３において使うための第一の非線形フィルタの動作が図８に示されている。この第一の好ましい型の非線形フィルタは本稿では「最大最小」フィルタと称される。

最大最小フィルタの原理は、diffSzと記される、あらかじめ定義されたサイズの高さ信号に対する窓を定義し、その窓において現われる最大の高さと最小の高さとの間の差を計算することである。最大高さと最小高さの差が、その窓によってカバーされる時間期間にわたる高さ変化の推定値となる。

こうして、図８の第一のステップであるステップ１１１において、窓が高さ信号に適用されて、フィルタによる解析のための高さ信号の部分を選択する。

ステップ１１３では、選択された部分において現われる最大高さが同定される。換言すれば、窓内で、最も高い値をもつ高さ信号中のサンプルが同定される。

ステップ１１３において最大高さを同定する一つの方法は、（ｉ）選択された部分における最初のサンプルの値をパラメータmaxTとして記憶し、（ｉｉ）選択された部分における次のサンプルを取り、そのサンプルの値をmaxTの記憶されている値と比較し、（ｉｉｉ）新しい値のほうが大きければ、新しい値をmaxTとして記憶し、そうでなければmaxTの記憶されている値をその現在の値に維持し、（ｉｖ）ステップ（ｉｉ）から繰り返すことである。このプロセスに対応する擬似コードは下記のように記述される：
int k0＝選択された部分における最初のサンプルのインデックス
int k1＝選択された部分における最後のサンプルのインデックス
double maxT＝sig[k0];
for (int k＝k0; k<=k1; k++) if(sig[k]>maxT) maxT＝sig[k];
return maxT;
。

同様に、選択された部分において現われる最小高さ（すなわち、最も低い値をもつサンプル）が同定される（ステップ１１５）。最大高さおよび最小高さの同定は図８では別個の逐次的なステップとして示されているが、プロセッサ６は典型的には窓内の各サンプルを順に解析して、データに対する単一パスで最大高さおよび最小高さを同定しようとすることは理解されるであろう。

ひとたび最大高さおよび最小高さが同定されたら、プロセッサ６は窓によってカバーされる時間期間内の高さ変化を、最大高さと同定された最小高さとの間の差として決定する（ステップ１１７）。このステップは、単に同定された最大高さから同定された最小高さを引くことであることができる。

いくつかの実装では、プロセッサ６は、決定された高さ変化が起こった時刻を推定することができる（ステップ１１９）。プロセッサ６は、高さ変化が起こった時刻を、解析される高さ信号の部分における中央サンプル、あるいは同定された最大高さと同定された最小高さの間の中間点にあるサンプルに対応する時刻として推定することができる。ある代替的な仕方は、最大および最小サンプルのインデックスを記憶し、これらを使って高さ変化の位置（インデックス）を導出することでありうる。

この段階において、決定された高さ変化（および、もし決定されるなら、該高さ変化が起こった推定時刻）がフィルタ／プロセッサ６によって出力され、その後の任意の処理において（たとえばデバイス２のユーザーが転倒したかどうかなどを判定するために）使用されることができる。

ステップ１２１では、窓は推定された高さ信号に沿ってシフトされ、窓中の高さ信号の新しい部分について、ステップ１１３〜１１９が繰り返される。窓は、ステップ１２１において単一のサンプルだけ、あるいは複数サンプルもしくは設定された時間期間だけシフトされることができる。

このように、この「最大最小」フィルタの使用は、たとえ推定される高さ信号における高さ変化が信号中のアーチファクトによって隠蔽されている場合でも、高さ変化が同定されることを許容する。

図９のグラフは、図８を参照して上述した最大最小フィルタの動作および出力を示している。図９（ａ）〜（ｆ）のそれぞれは、それぞれの時点k0〜k5について窓掛けされた高さ降下に対応する例示的な高さ信号８０を示している（窓８２はその特定の時点を中心としている）。これらの時点は例示的であり、他の間隔が使用されることもできる。各時点における信号の窓掛けされた部分はラベル８２を付され、垂直な破線の間に示されている。各図におけるボックス８４は窓８２と同じ幅であり、ボックス８４の上の辺および下の辺がそれぞれ窓８２における最大高さ値および最小高さ値に対応する。信号８０の特定の窓掛けされた部分８２についての高さの変化がボックス８４の垂直高さによって表現されることは理解されるであろう。

図９（ｇ）は、それぞれ図９（ａ）〜（ｆ）に示される各時点k0〜k5における、信号８０に対する最大最小フィルタの出力、すなわち、信号８０の窓掛けされた部分８２から決定される高さの変化を示している。

高さにおける変化があったかどうかを検出するまたは起こったその特定の高さ変化を出力するために使われることのできる第二の非線形フィルタの動作が図１０に示されている。非線形フィルタのこの第二の好ましい型では、ステップ１１１〜１２１は、このフィルタがステップ１１７（高さ変化が判別されるステップ）と任意的なステップ１１９（高さ変化の時刻が推定される）との間に追加的なステップを有するということのほかは、図８において上記した「最大最小」フィルタと同一である。

図１０においてラベル１２３が付されているこの追加的なステップにおいて、プロセッサ６は、高さ変化が上昇であるか降下であるかを判別するために、同定された最大高さと同定された最小高さの時間的な順序を決定する。図１、信号４４および図６、信号７０から、高さ変化が上昇であるときは最大は最小より後に現われ（左側）、高さ変化が降下であるときは最大は最小より前に現われる（右側）ことが見て取れる。このように、ステップ１２３では、プロセッサ６が最大が最小より後に現われることを判別する場合には、判別された高さ変化を上昇として分類し、プロセッサ６が最大が最小より前に現われることを判別する場合には、高さ変化を降下として分類する。いくつかの実装では、プロセッサ６は、判別された高さ変化が上昇であるか降下であるかを示すために、判別された高さ変化に符号（たとえば＋または−）を割り当てることができる。このフィルタは、本稿では「符号付き最大最小」フィルタと称される。符号付き最大最小フィルタは、たとえば転倒検出器において使用されてもよい。符号が負の出力のみが考慮されるからである。その逆に、ユーザーが立ち上がることを検出するときは、符号が負の出力は立ち上がり検出器をトリガーさせない。このように、符号は、分類器（または検出器）によって、その正確さを最適化するために使用されることができる。

図１１は、図６における高さ信号７０上に通されるときの符号付き最大最小フィルタの出力７８を示している。信号７４は、図７におけるような気圧センサー測定値から導出された高さ変化を示している。このように、符号付き最大最小フィルタの使用は、高さ変化がより簡単に同定できることを意味することが見て取れる。

符号付き最大最小フィルタの動作を表わす擬似コードは下記のように記述される：
int N＝sig.length;
int minT＝0;
double minV＝sig[0];
for (int k=0; k<N; k++) if(sig[k]<minV) {minT＝k; minV=sig[k];}
int maxT＝0;
double maxV＝sig[0];
for (int k=0; k<N; k++) if(sig[k]>maxT) {minT＝k; maxV=sig[k];}
if (minT<maxT) return maxV−minV;
else return minV−max;
。

高さの変化があったかどうかを検出するまたは起こったその特定の高さの変化を出力するために使用されることのできる第三の非線形フィルタの動作が図１２に示されている。このフィルタは、高さ上昇または高さ降下をさがすよう「向き付けられている」ので、「有向最大最小」フィルタと称される。このようにしてフィルタを向き付けすることは、デバイス２が供される応用に依存して、有用でありうる。たとえば、デバイス２が転倒検出器である場合、プロセッサ６は、フィルタ／処理を、高さ降下をさがすよう構成することができ、転倒後にユーザーが再び立ち上がったかどうかを検出したい場合には、上昇を探し始める。もう一つの例では、デバイス２がベッド抜け出し検出器である場合、プロセッサ６は、フィルタ／処理を、たとえば姿勢変化（これは好適な処理技法を使って加速度計信号から検出されることができる）の近傍において上昇をさがすよう構成することができる。符号付き最大最小フィルタと同様に、有向最大最小は、その後の分類器または検出器の正確さを改善する助けとなりうる。

上昇をさがすときの有向最大最小フィルタの原理は、窓掛けされた部分内での推定された高さ信号におけるサンプル間の最大の差を見出すことであるが、二つのサンプルの「最大」が「最小」より後に現われるべきである（各サンプルがその時点における推定された高さ値を表わす）。降下をさがすときは、「最小」が「最大」より後に現われることが要求される。時間的順序が制約されるので、「最大」および「最小」は必ずしも上記の窓部分全体にわたる最大または最小ではない。また、最大の差が求められるが、この最大の差が必ずしも窓部分における数値的に最大の差ではなく、最大および最小が定義されるのと同様の仕方で定義されることができることも注意しておく。たとえば、二番目に大きい差または平均が選択されることができる。そのような定義は、たとえば潜在的な突出値の降下を軽減するために好ましいことがありうる。有向最大最小フィルタの動作の例は下記で与えられる。

下記の極大〔ローカルな最大〕または極小〔ローカルな最小〕サンプルが、推定された高さ信号の窓掛けされた部分に現われるとする：
s[k0]＝−7, s[k1]＝7, s[k2]＝−9, s[k3]＝6, s[k4]＝−10
ここで、k0＜k1＜k2＜k3＜k4はサンプル・インデックスを示す（必ずしも相続いてではないが、時間的に昇順）。図８を参照して上記した最大最小フィルタは17を返し、図１０を参照して上記した符号付き最大最小は−17を返す。有向最大最小は、降下を探すときは、やはり−17を返す。しかしながら、上昇を探すときは、15を返す。これは、k0におけるサンプルはk1におけるサンプルと対になって（k0が与えられたときの）最大の上昇14を与えるが、k2におけるサンプルはk3と対になって15を与え、このほうが大きいからである。k2は窓における全体的な最小ではなく、k3は窓における全体的な最大ではない。k2におけるサンプルはk1におけるサンプルとは対にされない。時間的順序が上昇方向とは反対だからである。

有向最大最小のある実施形態が図１２に描かれている。図１２では、ステップのラベルが「ａ」で終わるフローチャートの左側の部分は、高さの減少（降下）をさがすよう向き付けられているときのフィルタの動作に対応し、ステップのラベルが「ｂ」で終わるフローチャートの右側の部分は、高さの増大（上昇）をさがすよう向き付けられているときのフィルタの動作に対応する。

このフィルタの動作における第一のステップ（ステップ１１１）である推定された高さ信号の窓掛けは、上記の二つの他のフィルタの場合と同じである。

任意的である（だがその後の処理ステップをより効率的にする助けとなる）次のステップ（ステップ１２５）では、推定された高さ信号における極大および極小が同定される。

フィルタが高さ減少を同定するよう向き付けられているとき、次のステップ（ステップ１２７ａ）は、窓内の各極大について、考えている極大より後に現われる最低の高さを同定することを含む。この「最低の高さ」は、高さ信号の窓掛けされた部分におけるある極小に対応する（あるいはまた、考えられている極大後の高さ信号の窓掛けされた部分の残りの部分のグローバルな最小として記述されることができる）。さらに、各極大について、極大の高さとそれぞれの最低高さとの間の差が決定される。

ひとたび信号の窓掛けされた部分における各極大について上記高さの差が決定されたら、プロセスはステップ１２９ａに進み、窓掛けされた部分についての高さの減少がステップ１２８ａにおいて決定された高さにおける最大の差であることが判別される。この高さの減少が、有向降下最大最小フィルタの出力をなす。

任意的に、高さが減少した時刻がステップ１３１ａにおいて、図６のステップ１１９と同様の仕方で同定されることができる。

次いで、窓は図６と同様の仕方でステップ１２１においてシフトされることができ、処理は、シフトされた窓内のサンプルについて繰り返されることができる。

フィルタが高さ上昇（これは、転倒が検出された後に、プロセッサ６がユーザーが起き上がったかどうかを判定するためにユーザーをモニタリングして、またはベッドからの抜け出しを検出するために使用されうる）を同定するよう向き付けられているときは、第一のステップであるステップ１２７ｂは、窓内の各極小について、プロセッサ６が、考えている極小より後に現われる最大の高さを同定することを含む。この「最大の高さ」は、考えられている極小高さ後の窓掛けされた信号の残りの部分におけるある極大に対応する（あるいはまた、考えられている極小後の高さ信号の窓掛けされた部分の残りの部分のグローバルな最大として記述されることができる）。さらに、各極小について、それぞれの最高の高さと極小の高さとの間の差が決定される。

ステップ１２９ｂでは、信号の窓掛けされた部分についての高さの増大がステップ１２７ｂで見出された最大の差であると決定された量。この高さの増大が、有向上昇最大最小フィルタの出力をなす。ここでもまた、任意的に、高さが増大した時刻がステップ１３１ｂにおいて、図６のステップ１１９と同様の仕方で同定されることができる。

有向最大最小フィルタ（上昇または降下）の場合、上記の図３のステップ１０３において言及された最大位置値および最小位置値が、ステップ１２９ａまたは１２９ｂにおいて見出された高さの最大の差を生じる同定された最大および最小の高さ値に対応することは理解されるであろう。

図１３は、図１２からの有向上昇最大最小フィルタを実装する代替的な方法を示している。図１３におけるステップは、図１２におけるステップ１２５〜１２９に取って代わる。図１３は有向上昇最大最小フィルタに関するものだが、図示したプロセスをどのようにして高さ減少をさがすよう適応できるかは、当業者によって理解するであるろう。

高さ増大を同定するよう向き付けられたフィルタについては、高さ信号を窓掛けした後の最初のステップであるステップ１４１は、三つのパラメータの値を初期化することである。パラメータ「current_min」は信号の窓掛けされた部分における最初のサンプルの高さ値に設定され、パラメータ「current_max」は、たとえば図８ステップ１１３において上述したような、窓における「最大」の高さ値に設定され、パラメータ「largest_height_rise」は「current_min」と「current_max」の値の間の差に設定される。以下の記述では、「current_min」および「current_max」は、窓内の時間インデックス／時点を示すためにも使用される。

次いで、続くステップであるステップ１４３において、プロセッサ６は、「current_min」サンプルと「current_max」サンプルとの間の最小高さ値をさがす。ステップ１４５では、その最小高さ値が「current_min」の値と比較され、その最小高さ値が「current_min」の値より小さいかどうかが判定される。

その最小高さ値が「current_min」の値より小さい場合、本方法は、ステップ１４７に進み、パラメータ「current_min」は最小高さ値に設定され、パラメータ「largest_height_rise」は「current_min」についての新しい値および「current_max」についての前に設定された値から再計算される。次いで、本方法はステップ１４９に進む。

ステップ１４５において、前記最小高さ値が「current_min」の値より大きいことが見出される場合、方法はステップ１４７をスキップして、まっすぐステップ１４９に進む。

ステップ１４９では、「current_max」についての値に対応するサンプルが窓内の最後のサンプルであるかどうかが判定される。もしそれが窓内の最後のサンプルでなければ、プロセスはステップ１５１に進み、「current_max」サンプル後の窓内の次の最大が同定される。

この次の最大の値がパラメータ「current_max」についての値として設定される（ステップ１５３）。次いで方法はステップ１４３に戻って繰り返す。

ステップ１４９において「current_max」についての値に対応するサンプルが窓内の最後のサンプルであると判定される場合、方法はステップ１５５に進み、パラメータ「largest_height_rise」についての現在の値が高さ上昇として出力される。次いで、決定された高さ変化が起こった時刻が決定されることができ（図１２のステップ１３１）、窓が信号に沿ってシフトされることができる（図１２のステップ１２１）。

ステップ１４３および１５１において「current_min」および「current_max」が探索から除外されることを注意しておく。記述された形の探索は次のサンプルに戻ることがあり、いくつかの反復工程についてそれを行なうことになるので、当業者には明白であろうが、さらなる最適化が実装されることができる。

有向上昇最大最小フィルタのもう一つの代替的な実装では、高さ信号を窓掛けした後の次のステップは、推定された高さ信号の前記部分における最初のサンプルに対して最大の高さ上昇を与えるサンプル・インデックスおよび高さ値を同定することである。この同定されたサンプルは以下では「最大」と呼ばれる。このステップは本質的には図８のステップ１１３と同じである（ここでは、さらに、サンプル・インデックスが記憶される）。しかしながら、（ステップ１２７ａに対応する）続くステップにおいて、プロセッサ６は次いで、最初のサンプル後のサンプルであって、最初のサンプルより小さいものをさがす。「より小さい」サンプルと呼ばれるそのようなサンプルは、これまでにみつかった上昇よりも大きな上昇を形成しうる。これは、記憶されている「最大」サンプルがこの新たに見出される「より小さな」サンプルより後である場合にはたしかに成り立つ。「最大」が見出された「より小さい」より前である場合には、該「より小さい」サンプルを用いて別の対であって、これまでにみつかった差よりも大きな差をなすものが見出せるかどうかの新たな試験がなされる。上記の例では、対k0〜k1を見出したのち、サンプルk2はより小さく、k3と対をなして、より大きな（上昇）高さ差をなすことができる。

有向最大最小フィルタの動作を表わす擬似コードは下記のように記述される：
int N＝ sig.length; //sigは現在窓内の部分
int extT＝0;
double extV＝sig[0];
double mm＝0; //閾値
if(上昇) {//上昇をさがす
for (int k＝1; k<N; k++) if(sig[k]−extV>mm){
extT＝k;
mm＝sig[k]−extV;
}
for (int k0＝1; k0<N; k0++) if(sig[k0]<extV){
extV＝sig[k0];
if(extT>k0) mm＝sig[extT]−extV;
else for (int k1＝k0+1; k1<N; k1++)
if(sig[k1]−extV>mm){
extT＝k1;
mm＝sig[k1]−extV;
}
}
} else {//降下をさがす
for (int k＝1; k<N; k++) if (sig[k]−extV<mm){
extT＝ k;
mm＝sig[k]−extV;
}
for (int k0＝1; k0<N; k0++) if(sig[k0]>extV) {
extV＝sig[k0];
if(extT>k0) mm＝sig[extT]−extV;
else for (int k1＝k0+1; k1<N; k1++)
if (sig[k1]−extV<mm){
extT＝k1;
mm＝sig[k1]−extV;
}
}
}
return mm;
。

図１４は、図６における高さ信号７０上を通されるときの降下を同定するよう向き付けられているときの有向最大最小フィルタの出力８０を示している。信号７４は、図７および図１１と同様、気圧センサー測定値から導出された高さ変化を示している。高さの減少が降下有向最大最小フィルタの出力信号８０において明瞭に画定されていることが見て取れる。

図１５は、図６における高さ信号７０上を通されるときの上昇を同定するよう向き付けられているときの有向最大最小フィルタの出力８２を示している。信号７４は、図７、図１１および図１３と同様、気圧センサー測定値から導出された高さ変化を示している。高さの増大が降下有向最大最小フィルタの出力信号８０において明瞭に画定されていることが見て取れる。

高さの変化があったかどうかを検出するまたは起こったその特定の高さの変化を出力するために使用されることのできる第四の非線形フィルタの動作が図１６に示されている。このフィルタは図１２および１３に示され、上述した「有向最大最小」フィルタに基づく。第四の非線形フィルタでは、両方の有向最大最小が計算される（すなわち、図１２のステップ１２７ａから１２９ａ／１３１ａおよびステップ１２７ｂ〜１２９ｂ／１３１ｂが実行されるまたは図１３におけるステップが上昇および降下の両方について実行される）。これは、推定される高さ信号の特定の窓掛けされた部分からの上昇および降下の両方を与える。

図１の線４４および図５（ｆ）の線５５に示されるように、高さ上昇の前および後には見かけの高さ降下がくる（高さ降下についても同様）。これらの先行するおよび後続するアーチファクトが所望される高さ変化より小さなサイズであることが観察された。フィルタの窓がほぼ推定された高さ信号上に位置されるときは、両方のアーチファクトがプロセッサ６によって見出されることになる。こうして、この非線形フィルタでは、降下は、そのすぐ前または後により大きなサイズをもつ上昇があるときには、除去される。同様に、上昇は、そのすぐ前または後により大きなサイズをもつ降下があるときには、除去される。このようにして、フィルタ過渡成分に起因して生じる降下または上昇は、このフィルタによって出力されず、よってその後の処理において使用されないことになる。

図１６に示されるステップは、「有向最大最小」フィルタについて図１２または図１３に示されるステップの後に行なわれる。このように、高さ減少および高さ増大の両方が決定され、ステップ１６１においてどちらが最大か（すなわち、どちらが最高の大きさをもつか）を決定するために比較される。

決定された高さ増大が決定された高さ減少より大きい場合、方法はステップ１６３に進み、決定された高さ減少が加速度計の処理または他の動き信号のアーチファクトである可能性が高いかどうか、あるいはデバイス２の実際の（物理的な）高さ減少に対応しているかどうかが判定される。たとえば、高さ減少は、決定された高さ上昇に（時間的に）近接して起こる場合には、アーチファクトである可能性のほうが高い。よって、いくつかの実施形態では、ステップ１６３は、決定された高さ減少が決定された高さ増大からあるあらかじめ定義された時間期間以内に起こるかどうかを判定することを含む。換言すれば、高さ増大と高さ減少の発生の間の時間差があらかじめ決定された時間期間より短いかどうかが判定される。この時間期間はΔtと記され、1秒のオーダー（たとえば、0.1ないし1秒）であることができる。

高さ増大および高さ減少の発生の間の時間差があらかじめ決定された時間期間より短ければ（すなわち、減少が増大の近くで起これば）、決定された高さ減少は破棄され（ステップ１６５）、フィルタは決定された高さ増大を現在窓における高さ変化として出力する（ステップ１６７）。

高さ増大および高さ減少の発生の間の時間差があらかじめ決定された時間期間より大きければ（すなわち、減少が増大の近くで起こらなければ）、決定された高さ増大および決定された高さ減少の両方がフィルタによって、現在の窓についての別個の高さ変化イベントとして指示されることができる（ステップ１６９）。

ステップ１６１に戻ると、決定された高さ増大が決定された高さ減少より小さい場合、方法は（上記のステップ１６３と類似の）ステップ１７１に進み、決定された高さ増大が加速度計の処理または他の動き信号のアーチファクトである可能性が高いかどうか、あるいはデバイス２の実際の（物理的な）高さ増大に対応しているかどうかが判定される。こうして、いくつかの実施形態では、ステップ１７１は、決定された高さ増大が決定された高さ減少からあるあらかじめ定義された時間期間以内に起こるかどうかを判定することを含む。すなわち、高さ増大と高さ減少の発生の間の時間差があらかじめ決定された時間期間より短いかどうかが判定される。上記のように、この時間期間はΔtと記され、1秒のオーダー、たとえば、0.1から1秒までの間であることができる。

高さ増大および高さ減少の発生の間の時間差があらかじめ決定された時間期間より短ければ（すなわち、増大が減少の近くで起これば）、決定された高さ増大は破棄され（ステップ１７３）、フィルタは決定された高さ減少を現在窓における高さ変化として出力する（ステップ１７５）。

高さ減少および高さ増大の発生の間の時間差があらかじめ決定された時間期間より大きければ（すなわち、増大が減少の近くで起こらなければ）、決定された高さ減少および決定された高さ増大の両方がフィルタによって、現在の窓についての別個の高さ変化イベントとして指示されることができる（ステップ１６９）。

これまでの諸フィルタと同様に、ひとたび高さ変化（単数または複数）が決定されたら、窓はシフトされ（ステップ１２１）、フィルタの動作が繰り返されることができる。

上記の非線形フィルタのいずれにおいても、高さ信号に適用される窓のサイズは、デバイス２が供される用途に好適な時間期間であることができる。たとえば、転倒検出器デバイスについては、5秒または2ないし12秒の間の他の任意の時間である。窓内の高さ信号中のサンプルの数は、この継続時間にサンプリング周波数を乗算することによって与えられる。

上記の好ましいフィルタ型のいずれにおいても、プロセッサ６に対する計算負荷は、窓内のサンプルの部分集合のみを、たとえば一つおきのサンプルのみを解析することによって軽減されることができる。あるいは、可能性としては窓の中央部分におけるサンプルの全部が、窓内の残りのサンプルの部分集合とともに解析されることができる。

記載された非線形フィルタの代替的な諸実装が可能であることも理解されるであろう。たとえば、最大高さおよび最小高さを同定する段階（たとえばステップ１１３および１１５）は、それぞれ最も大きいまたは最も小さい高さ値をもつ窓内の所定数（たとえば3つ）のサンプルの平均またはメジアンを取ることを含むことができる。

あるいはまた、最大高さおよび最小高さを同定する段階は、窓掛けされた部分におけるm番目およびn番目にランクされるサンプルを同定することに一般化されることができる。ここで、m番目のランクは低い値のサンプルまたは最も低い値のサンプル（すなわち最小）に対応し、n番目のランクは高い値のサンプルまたは最も高い値のサンプル（すなわち最大）に対応する。この実装では、高さの変化の計算に関して、m番目のランクが高さについての「最小」値と考えられ（m番目のランクを取ることによって、最も低いm−1個の高さ値は事実上破棄されるため）、n番目のランクが高さについての「最大」値と考えられ（n番目のランクを取ることで、Nが窓掛けされた部分のサンプル数であるとして最も高いN−n個の高さ値は事実上破棄されるため）、高さ変化は同定された「最大」および同定された「最小」を使って決定される。mおよびnについての好適な値は、推定された高さ信号に現われると期待される突出値またはノイズのレベルに依存することができる。たとえば、mおよびnの値は、推定される高さサンプルの最も低い5%および最も高い5%がそれぞれ破棄されるように選択されることができる。m番目およびn番目のランクのサンプル（ここで、m番目およびn番目のサンプルはそれぞれ最低および最高の値のサンプルではない）を同定することは、推定された高さ信号が突出値およびノイズを含む場合に有用であることがある。m番目およびn番目のランクを使うことで、高さ変化を決定するときに、これらの突出値が無視されることを意味することになることが可能だからである。いくつかの実装では、mおよびnの値は、推定された高さ信号における実際のノイズ特性に適応されることができ、あるいはたとえば転倒検出の場合、観察される衝撃に適応されることができる。

いくつかの実施形態では、窓サイズを変えることによっておよび／または窓のその後の諸時点における（すなわち窓を信号上でスライドさせるときの）フィルタの応答を観察することによって、高さ推定におけるさらなる洗練が組み込まれることができる。たとえば、上昇が起こるとき、フィルタの応答は、窓がそのイベントの上を動くときにその上昇を示すことになる。窓が最初に上昇に接触するときは、返される値は小さいが、窓がイベントのより多くをカバーすると、大きくなる。最後に、窓がイベントを通過し終わったら出力は再び降下する。この効果は図９、図１１、図１３および図１５に示されている。同様に、（窓のサイズを一定のままにして）窓を動かす代わりに、窓は拡張されることができる（すなわち、窓の位置は固定されたまま）。より多くのサンプルを組み込むことは、窓の拡張の結果として窓が信号中の上昇（または降下）に接触することになるときに、結果に影響することになる。

上記の諸非線形フィルタの使用が、上記第一および第二のフィルタが線形フィルタ（たとえば移動平均フィルタ）であるときの図４に示されるプロセスを使って得られる高さ信号に対して使われるときに特に有利であることが見て取れる。図４のプロセスにおける線形フィルタの使用はより簡単であり、上記および欧州／国際特許出願第PCT/IB2012/054192号において記載される非線形フィルタを使うより要求する処理パワーが少ないからである。しかしながら、非線形フィルタは、二つの非線形フィルタを使って得られる高さ信号に対して使われるときにも、高さの変化の指示を提供できることは理解されるであろう。

高さ変化検出／推定アルゴリズムが転倒検出器において使用されるとき、検出されたまたは推定された高さ変化が転倒検出のための判断論理において使用されることができる複数の仕方がある。たとえば、推定される高さ変化が（下方の）閾値を超えるかどうかが判定されることができ、もしそうであれば、この高さ変化は、信号が転倒の何らかのさらなる特性を含むまたは指示するかどうかを同定するために動き信号の追加的な処理を開始するために使用されることができる。たとえば、計算された高さ変化がある閾値、たとえば−0.5mより下まで降下する場合、転倒検出アルゴリズムは、衝撃および配向変化のような動き信号からの他の特徴値を計算することができ、それらを、転倒を非転倒から区別するようトレーニングされた分類器において組み合わせることができる。

もう一つの設計では、もう一つの特徴、たとえば衝撃が、他の特徴値の計算をトリガーするために使用されることができる。その場合、非線形フィルタによる高さ推定および高さ変化計算は、衝撃加速に対応するサンプル（単数または複数）のまわりの加速度信号のセグメントに対して適用されるのみであってもよい（この場合、上記のように可変サイズをもつ窓が使用されてもよい）。フィルタがサンプルのまわりの信号のセグメントに対して適用されるだけである場合、記載される洗練はさらに最適化されることができる。たとえば、検出器は転倒をさがしているので、非線形フィルタは（衝撃サンプルのまわり／前の）降下を同定するよう向き付けられることができ、該降下が次いでさらなる転倒分類器によって使用される。さらに、非線形フィルタは、上昇、好ましくは同定された降下後のある時間期間（たとえば30秒）内の指定された量（たとえば0.5〜1メートル）より大きな上昇をさがすよう向き付けられることができる。同定された上昇が同定された降下より大きな値のものであれば、あるいは指定された量より大きければ、転倒検出アルゴリズムは、動き信号のその部分に対するさらなる処理を中断して転倒が起こっていないと判定することを決めることができる。

したがって、デバイスによって経験される動きの測定値に基づいてデバイスの位置の変化を検出するための方法および装置が提供される。

本発明は、図面および以上の記述において詳細に例示され、記述されているが、そのような例示および記述は例解または例示するものであり、制約するものではないと考えられるものである。本発明は開示されている実施形態に限定されるものではない。

開示されている実施形態に対する変形が、図面、本開示および付属の請求項を吟味することから、特許請求される発明を実施する際に、当業者によって理解され、実施されることができる。本発明のいくつかの側面および実施形態の特徴は、以下のように要約される。

本発明の第一の側面によれば、デバイスの水平または垂直位置の変化を判別する方法であって：
時間を追って水平または垂直方向における前記デバイスの位置の推定値を表わす信号を取得する段階と；
前記デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する段階と；
同定された最大位置値と同定された最小位置値との間の差として前記信号の前記選択された部分にわたる位置の変化を判別する段階とを含む、
方法が提供される。
〔実施形態１〕
前記最大位置値は、前記信号における最大に対応する位置値であり、前記最小位置値は、前記信号における最小に対応する位置値である、本発明の前記第一の側面に基づいて定義される方法。
〔実施形態２〕
前記最大位置値は、前記信号において示される最も高い位置値のうちの複数の平均であり、前記最小位置値は、前記信号において示される最も低い位置値のうちの複数の平均である、本発明の前記第一の側面に基づいて定義される方法。
〔実施形態３〕
前記最小位置値は第一のランク値に対応し、前記最大位置値は第二のランク値に対応し、前記第一のランク値および第二のランク値は、前記信号の前記選択された部分における信号値を昇順に置換したのちの第一の順位位置および第二の順位位置におけるそれぞれの値に対応し、前記第一の順位位置は前記第二の順位位置より前にくる、本発明の前記第一の側面に基づいて定義される方法。
〔実施形態４〕
・判別された位置の変化が現われた時刻を判別する段階をさらに含む、
本発明の前記第一の側面に基づいて定義される方法または実施形態１ないし３のうちいずれか一項記載の方法。
〔実施形態５〕
判別された位置の変化が現われた時刻を判別する前記段階が：
・同定された最大位置値および最小位置値が現われた時刻を判別し；
・判別された位置の変化が現われた時刻を、同定された最大位置値と最小位置値の時刻の間の時点として判別することを含む、
実施形態４記載の方法。
〔実施形態６〕
・前記信号において同定された最大位置値および最小位置値が現われた時間的順序を判別し；
・判別された時間的順序に基づいて判別された位置変化の方向を判別する段階をさらに含む、
本発明の前記第一の側面に基づいて定義される方法または実施形態１ないし５のうちいずれか一項記載の方法。
〔実施形態７〕
前記信号が前記デバイスの高さの推定値を表わし、判別された位置変化の方向を判別する前記段階が、同定された最小位置値が同定された最大位置値より前に現われた場合に前記位置変化は高さの増大であることを判別し、同定された最小位置値が同定された最大位置値より後に現われた場合に前記位置変化は高さの減少であることを判別することを含む、実施形態６記載の方法。
〔実施形態８〕
前記デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する前記段階は：
・あらかじめ定義された方向における前記デバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定することを含み、同定された最大位置値および同定された最小位置値は、同定された最小位置値および同定された最大位置値が前記信号においてあらかじめ定義された時間的順序で現われるような最大の差をもつ前記信号における位置値どうしである、
本発明の前記第一の側面に基づいて定義される方法または実施形態１ないし５のうちいずれか一項記載の方法。
〔実施形態９〕
前記デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する前記段階は：
・第一の方向における前記デバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定することを含み、同定された最大位置値および同定された最小位置値は、同定された最小位置値が前記信号において同定された最大位置値より前に現われるような最大の差をもつ前記信号における位置値どうしである、
本発明の前記第一の側面に基づいて定義される方法または実施形態１ないし５のうちいずれか一項記載の方法。
〔実施形態１０〕
第一の方向における前記デバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定することが：
前記選択された部分における各極小について、前記極小の値と前記極小後に前記選択された部分において現われる最高の信号値との間の位置の差を決定し；
前記最小位置値および前記最大位置値を、前記極小および前記最高の信号値の対であって最大の差をもつものの値であるように決定することを含む、
実施形態９記載の方法。
〔実施形態１１〕
前記信号が前記デバイスの高さの推定値を表わし、前記最大位置値および前記最小位置値が、高さにおける増大を表わすように同定される、実施形態９または実施形態１０記載の方法。
〔実施形態１２〕
前記デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する前記段階は：
・第二の方向における前記デバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定することを含み、同定された最大位置値および同定された最小位置値は、同定された最小位置値が前記信号において同定された最大位置値より後に現われるような最大の差をもつ前記信号における位置値どうしである、
本発明の前記第一の側面に基づいて定義される方法または実施形態１ないし５のうちいずれか一項記載の方法。
〔実施形態１３〕
第二の方向における前記デバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定する前記段階は：
前記選択された部分における各極大について、前記極大の値と前記極大後に前記選択された部分において現われる最低の信号値との間の位置の差を決定し；
前記最大位置値および前記最小位置値を、前記極大および前記最低の信号値の対であって最大の差をもつものの値であるように決定することを含む、
実施形態１２記載の方法。
〔実施形態１４〕
前記信号がデバイスの高さの推定値を表わし、前記最大位置値および前記最小位置値は、高さにおける減少を表わすように同定される、実施形態１１または１２記載の方法。
〔実施形態１５〕
デバイスの水平または垂直位置の変化を判別する方法であって：
実施形態９ないし１１のうちいずれか一項において定義されるように第一の方向における前記デバイスの位置の変化を判別する段階と；
実施形態１２ないし１４のうちいずれか一項において定義されるように前記第一の方向とは反対の第二の方向における前記デバイスの位置の変化を判別する段階と；
前記第一の方向における位置の判別された変化を前記第二の方向における位置の判別された変化と比較する段階と；
前記第一の方向における位置の判別された変化が前記第二の方向における位置の判別された変化より大きい場合には、前記第二の方向における位置の変化が前記信号のアーチファクトであるかどうかを判定し、もしそうであれば、前記第一の方向における位置の判別された変化を、前記選択された部分における位置変化として出力し、そうでなければ、前記第一の方向における位置の判別された変化および前記第二の方向における位置の判別された変化の両方を、前記選択された部分において起こった位置変化として出力する段階と；
前記第一の方向における位置の判別された変化が前記第二の方向における位置の判別された変化より小さい場合には、前記第一の方向における位置の変化が前記信号のアーチファクトであるかどうかを判定し、もしそうであれば、前記第二の方向における位置の判別された変化を、前記選択された部分における位置変化として出力し、そうでなければ、前記第一の方向における位置の判別された変化および前記第二の方向における位置の判別された変化の両方を、前記選択された部分において起こった位置変化として出力する段階とを含む、
方法。

本発明の第二の側面によれば、コンピュータ・プログラム・コードが具現されているコンピュータ可読媒体を有するコンピュータ・プログラム・プロダクトが提供される。コンピュータ・プログラム・コードは、コンピュータまたはプロセッサによって実行されたときに、該コンピュータまたはプロセッサが、本発明の第一の側面に基づいて定義される方法または実施形態１ないし１５のうちいずれか一項記載の方法を実行するように構成されている。

請求項において、単語「有する／含む」は他の要素や段階を排除するものではなく、単数形の表現は複数を排除するものではない。単一のプロセッサまたは他のユニットが請求項において記載されているいくつかの項目の機能を充足してもよい。ある種の施策が互いに異なる従属請求項に記載されているというだけの事実が、それらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。コンピュータ・プログラムは、他のハードウェアと一緒にまたは他のハードウェアの一部として供給される光学式記憶媒体または半導体媒体のような好適な媒体上で記憶／頒布されてもよいが、インターネットまたは他の有線もしくは無線の遠隔通信システムを介してなど他の形で頒布されてもよい。請求項に参照符号があったとしても、範囲を限定するものと解釈すべきではない。

ユーザーが転倒したときに検出するための自動化された信頼できる手段を提供することができる転倒検出デバイスおよびシステムが入手可能である。転倒が検出される場合、該デバイスまたはシステムは、ユーザーに対する助けを呼ぶアラームを発する。これは、ユーザーに対して、転倒が起こった場合には十分な措置が講じられることを安心させる。
国際公開第2011/055255号は、転倒が検出された後にユーザーの転倒アラームを撤回するシステムを記載しており、米国特許出願公開第2010/0052896号は、モバイル圧力センサーと、参照圧力信号を生成する表面上方のある参照高さにある参照センサーとを使う転倒検出のためのシステムおよび方法を記載している。

Claims (15)

1. デバイスの水平または垂直位置の変化を判別する方法であって：
   ・時間を追って水平または垂直方向における前記デバイスの位置の推定値を表わす信号を取得する段階と；
   ・前記デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する段階と；
   ・同定された最大位置値と同定された最小位置値との間の差として前記信号の前記選択された部分にわたる位置の変化を判別する段階とを含む、
   方法。
2. 前記最大位置値は、前記信号における最大に対応する位置値であり、前記最小位置値は、前記信号における最小に対応する位置値である、請求項１記載の方法。
3. 前記最大位置値は、前記信号において示される最も高い位置値のうちの複数の平均であり、前記最小位置値は、前記信号において示される最も低い位置値のうちの複数の平均である、請求項１記載の方法。
4. 前記最小位置値は第一のランク値に対応し、前記最大位置値は第二のランク値に対応し、前記第一のランク値および第二のランク値は、前記信号の前記選択された部分における信号値を昇順に置換したのちの第一の順位位置および第二の順位位置におけるそれぞれの値に対応し、前記第一の順位位置は前記第二の順位位置より前にくる、請求項１記載の方法。
5. ・判別された位置の変化が現われた時刻を判別する段階をさらに含む、
   請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の方法。
6. 判別された位置の変化が現われた時刻を判別する前記段階が：
   ・同定された最大位置値および最小位置値が現われた時刻を判別し；
   ・判別された位置の変化が現われた時刻を、同定された最大位置値と最小位置値の時刻の間の時点として判別することを含む、
   請求項５記載の方法。
7. ・前記信号において同定された最大位置値および最小位置値が現われた時間的順序を判別し；
   ・判別された時間的順序に基づいて判別された位置変化の方向を判別する段階をさらに含む、
   請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の方法。
8. 前記信号が前記デバイスの高さの推定値を表わし、判別された位置変化の方向を判別する前記段階が、同定された最小位置値が同定された最大位置値より前に現われた場合に前記位置変化は高さの増大であることを判別し、同定された最小位置値が同定された最大位置値より後に現われた場合に前記位置変化は高さの減少であることを判別することを含む、請求項７記載の方法。
9. 前記デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する前記段階は：
   ・あらかじめ定義された方向における前記デバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定することを含み、同定された最大位置値および同定された最小位置値は、同定された最小位置値および同定された最大位置値が前記信号においてあらかじめ定義された時間的順序で現われるような最大の差をもつ前記信号における位置値どうしである、
   請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の方法。
10. 前記デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する前記段階は：
    ・第一の方向における前記デバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定することを含み、同定された最大位置値および同定された最小位置値は、同定された最小位置値が前記信号において同定された最大位置値より前に現われるような最大の差をもつ前記信号における位置値どうしである、
    請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の方法。
11. 前記デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定する前記段階は：
    ・第二の方向における前記デバイスの位置の変化を与えるよう最大位置値および最小位置値を同定することを含み、同定された最大位置値および同定された最小位置値は、同定された最小位置値が前記信号において同定された最大位置値より後に現われるような最大の差をもつ前記信号における位置値どうしである、
    請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の方法。
12. ・時間を追って水平または垂直方向における前記デバイスの位置の推定値を表わす信号を取得し；
    ・前記デバイスの位置の推定値を表わす前記信号の選択された部分から最大位置値および最小位置値を同定し；
    ・同定された最大位置値と同定された最小位置値との間の差として前記信号の前記選択された部分にわたる位置の変化を判別するよう構成されている処理手段を有する、
    装置。
13. ユーザーが身につけるよう構成されているデバイスであって：
    ・三次元で当該デバイスに作用する加速度を測定する加速度計と；
    ・請求項１２記載の装置とを有しており、
    前記処理手段は、前記加速度計からの測定値を使って、時間を追って当該デバイスの位置の推定値を表わす前記信号を取得するよう構成されている、
    デバイス。
14. ・ユーザーが身につけるよう構成されているデバイスであって、三次元で前記デバイスに作用する加速度を測定する加速度計を有するデバイスと；
    ・前記デバイスと通信するよう構成されており、請求項１２記載の装置を有するベース・ユニットとを有するシステムであって、
    前記処理手段は、前記加速度計からの測定値を使って、時間を追って前記デバイスの位置の推定値を表わす前記信号を取得するよう構成されている、
    システム。
15. コンピュータまたはプロセッサに請求項１ないし１１のうちいずれか一項記載の方法を実行させるためのコンピュータ・プログラム。

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