JP2017038631A - 歩数計測装置、歩数計測方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】人の歩行または走行による歩数の誤検出の発生を低減する歩数計測装置を提供する。
【解決手段】歩数計測装置１は、複数の計測軸を有する加速度センサ１０１によって計測された夫々の計測軸（ｘａ，ｙａ，ｚａ）の加速度の計測値を合成して合成値を算出する合成値算出部１２と、夫々の計測軸の加速度の計測値に基づいて、鉛直方向に対する加速度センサ１０１の傾斜を算出する傾斜算出部１３と、傾斜に基づいて加速度センサ１０１を着用した着用者の鉛直方向の振動の向きを判定する振動方向判定部１４と、振動方向判定部１４によって判定された振動の向きに基づいて、合成値を補正する合成値補正部１５と、合成値補正部１５によって補正された合成値に基づいて、加速度センサ１０１の着用者による歩行または走行による歩数を算出する歩数算出部１６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人の歩行または走行による歩数を計測するための歩数計測装置、歩数計測方法、およびプログラムに関する。

従来から、人の生体情報を測定するための生体情報測定装置として、着用した人の歩行または走行による歩数を計測するための歩数計測装置が知られている。歩数計測装置の多くは、直交する３軸の加速度センサを備え、その加速度センサによって着用した人の歩行または走行を検出し、歩行または走行による歩数を計測している。

例えば、非特許文献１には、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサによって、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の夫々の方向の加速度を検出し、検出した３軸の加速度を合成した値（３軸の合成値）が１Ｇよりも低くなった後に１Ｇよりも高くなったことを歩行の発生とみなして、歩数をカウントする技術が開示されている。また、非特許文献２には、３軸の合成値に基づいて歩数をカウントし、カウントした歩数を表示装置に表示させる従来の歩数計測装置のシステム構成図が開示されている。

「３軸加速度センサーアプリケーションノート ピエゾ抵抗型３軸加速度センサー ＨＡＡＭ−３２６Ｂ 歩数計編」、第１版、北陸電気工業株式会社、２００７年２月。 "Low-Power Pedometer Using an MSP430TM MCU", Dennis Lehman, Application Report, SLAA599, TEXAS INSTRUMENT, May 2013.

非特許文献１や非特許文献２に開示された従来の歩数計測技術では、人の歩行を誤検出する場合があることが、本願発明者らの検討によって明らかとなった。以下、詳細に説明する。

非特許文献１や非特許文献２に開示された従来の歩数計測技術では、（式１）によって、３軸の合成値を算出している。

式（１）において、ａ_[n]は３軸の加速度の合成値であり、ａ_x[n]、ａ_y[n]、およびａ_z[n]は、３軸の加速度センサによって計測された、歩数の計測を開始してからｎ（ｎは１以上の整数）番目の３軸夫々の方向の加速度の計測値である。

上記式（１）から理解されるように、３軸の加速度の合成値は常に“０”以上の値となる。そのため、各軸方向の加速度の値が全て“負”の値であったとしても、３軸の合成値は正となる。

一般に、人の歩行時または走行時の動作（以下、「歩行動作」と称する。）では、左足および右足の一方が床に接触している接地期間と、左足および右足の両方が浮いている無接地期間とがある。接地期間では、一方の足が地面に就いた衝撃により、瞬間的に、地面から歩行者の身体に対して、地面に対して垂直上向き（鉛直上向き）に大きな力が加わる。無接地期間では、歩行者の身体は滞空しているので、身体に加わる力は地面に対して垂直下向き（鉛直下向き）の重力加速度のみが生じる。

例えば、着用者の体動が大きい歩行動作時には、接地期間と無接地期間とが交互に繰り返され、歩行者の身体には、地面に対して垂直方向の加速度振動が生じる。この加速度振動の時間変化は、正弦的な周期波形になると考えられる。
すなわち、上記式（１）によって算出された加速度の合成値は、接地期間において凸となり、無接地期間において凹となるような特性になる。したがって、この加速度の合成値のピークの発生を検出することで、歩数をカウントすることができる。

しかしながら、従来の歩数計測方法では、着用者の体動が大きいランニング等のように、接地期間と無接地期間とが交互に繰り返される歩行動作において、接地期間のみならず、無接地期間にも加速度の合成値が上昇する場合がある。以下、その例を図１０に示す。

図１０は、従来の３軸の加速度センサを備えた歩数計測装置による歩数算出結果を示す図である。
図１０には、人の歩行時または走行時の動作（以下、「歩行動作」と称する。）の一例として、着用者の体動が大きい歩行動作時における３軸の加速度の合成値の特性１００１と、その合成値に基づいて計測された歩数１００２とが示されている。

図１０に示される歩数１００２は、非特許文献１の「歩数の計測方法」および「表１」に記載された従来の歩数計測装置の歩数検出アルゴリズムにより計測したものである。具体的に、歩数１００２は、第１ステップとして最初に３軸の合成値が閾値“０．９Ｇ”より低くなることを検出し、その後、第２ステップとして、一定時間（１秒）内に、３軸の合成値が閾値“１．１Ｇ”よりも高く且つ、前回の３軸の合成値との差が閾値“０．２Ｇ”以上であることを検出したら歩数としてカウントし、上記第２ステップが成立または不成立の場合に再び上記第１ステップに戻るという歩数検出アルゴリズムによって得られた結果である。

図１０に示すように、着用者の体動が大きい歩行動作では、接地期間と無接地期間とが交互に繰り返され、接地期間において加速度の合成値が凸となり、無接地期間において加速度の合成値が凹となる。

しかしながら、図１０の参照符号１００３に示されるように、無接地期間においても、加速度の合成値が上昇する場合がある。この合成値の上昇は、３軸の計測値の少なくとも一つが“負”の大きな値となり、上記式（１）に従って３軸の合成値を算出する際にその大きな“負”の値が２乗されて符号が反転し、“正”の大きなピーク値となることが原因と考えられる。この符号反転に起因する合成値の正のピークの発生が、歩数検出に係る条件を満たした場合、図１０に示すように歩数の誤検出が発生してしまう。

このような歩数の誤検出があると、実際の歩数と検出された歩数との間に誤差が生じ、その誤差が累積されることで歩数計測装置としての正確性が著しく低下する。その結果、歩数計測装置の着用者に誤った情報を提示し、健康を心がけている着用者の生活の質を著しく損なわせるおそれがある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、人の歩行または走行による歩数の誤検出の発生を低減することにある。

本発明に係る歩数計測装置は、複数の計測軸を有する加速度センサ（１０１）によって計測された夫々の計測軸（ｘａ，ｙａ，ｚａ）の加速度の計測値を合成して合成値を算出する合成値算出部（１２）と、夫々の計測軸の加速度の計測値に基づいて、鉛直方向に対する加速度センサの傾斜を算出する傾斜算出部（１３）と、傾斜に基づいて加速度センサを着用した着用者の鉛直方向の振動の向きを判定する振動方向判定部（１４）と、振動方向判定部によって判定された振動の向きに基づいて、合成値を補正する合成値補正部（１５）と、合成値補正部によって補正された合成値に基づいて、加速度センサの着用者による歩行または走行による歩数を算出する歩数算出部（１６）とを有することを特徴とする。

上記歩数計測装置において、傾斜算出部（１３）は、合成値算出部によって算出された合成値を入力し、重力加速度に基づくベクトル量（ａ［ｎ］´）を抽出するローパスフィルタ（１３１）と、重力加速度に基づくベクトル量と加速度センサの夫々の計測軸との角度を算出する角度算出部（１３２）とを含んでもよい。

上記歩数計測装置において、振動方向判定部は、角度算出部によって算出された角度が最も小さい計測軸の加速度の計測値の符号に基づいて、加速度センサを着用した着用者の鉛直方向の振動の向きを判定してもよい。

上記歩数計測装置において、合成値補正部は、振動方向判定部によって加速度センサを着用した着用者の振動が鉛直上向きと判定された場合には、合成値算出部によって算出された合成値の符号を正にし、振動方向判定部によって加速度センサを着用した着用者の振動が鉛直下向きと判定された場合には、合成値算出部によって算出された合成値の符号を負にしてもよい。

上記歩数計測装置において、加速度センサを有するセンサ部（１０）と、加速度センサによって計測された計測軸毎の加速度の計測値を出力する出力部（１０３）と、出力部から出力された計測軸毎の加速度の計測値を記憶する記憶部（１１）とを更に有し、センサ部および出力部は、第１端末（３）に形成され、記憶部、合成値算出部、傾斜算出部、振動方向判定部、合成値補正部、および歩数算出部は、第１端末とは異なる第２端末（４）に形成されていてもよい。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって表している。

本発明によれば、人の歩行または走行による歩数の誤検出の発生を低減することができる。

図１は、実施の形態１に係る歩数計測装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る歩数計測装置の歩数計測処理の概要を示す図である。 図３は、傾斜算出部による傾斜の算出処理の流れを示す図である。 図４は、傾斜算出部の内部構成の一例を示す図である。 図５は、重力加速度に対する加速度センサの各計測軸の傾きを算出する処理を説明するための図である。 図６は、振動方向判定部による鉛直方向の振動の向きの判定処理の流れを示す図である。 図７は、実施の形態１に係る歩数計測装置の歩数計測結果を示す図である。 図８は、実施の形態２に係る歩数計測装置の構成を示す図である。 図９は、実施の形態２に係る歩数計測装置の具体的な実現例を示す図である。 図１０は、従来の３軸の加速度センサを備えた歩数計測装置の歩数算出結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

≪実施の形態１≫
〈実施の形態１に係る歩数計測装置１の構成〉
図１は、実施の形態１に係る歩数計測装置の構成を示す図である。
同図に示される歩数計測装置１は、例えば人に代表される生体に装着され、加速度センサによる加速度の検出結果に基づいて、装着した生体（着用者）の歩行または走行による歩数を計測する装置である。歩数計測装置１は、着用者の歩行動作時の地面に対して垂直方向の加速度振動を考慮して適切な歩数検出を行う機能を有している。
以下、歩数計測装置１の具体的な構成について説明する。

図１に示すように、歩数計測装置１は、センサ部１０、記憶部１１、合成値算出部１２、傾斜算出部１３、振動方法判定部１４、合成値補正部１５、歩数算出部１６、および表示部１７を含む。

センサ部１０は、着用者の体の動きや重力によって生じる生体情報を読み取る機能部である。センサ部１０は、例えば、複数の計測軸を有する加速度センサ１０１とＡ／Ｄ変換器１０２を含む。

加速度センサ１０１は、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の３つの計測軸を有する３軸加速度センサであって、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各計測軸の加速度を計測する。

Ａ／Ｄ変換器１０２は、加速度センサ１０１によって計測されたアナログの各軸の計測値を所定の変換周期でディジタル信号に夫々変換し、Ｘ軸方向の加速度の計測値（Ｘ軸の加速度）ａ_x[n]、Ｙ軸方向の加速度の計測値（Ｙ軸の加速度）ａ_y[n]、およびＺ軸方向の加速度の計測値（Ｚ軸の加速度）ａ_z[n]として出力する。ここで、上述したように、ｎは１以上の整数であり、計測が開始されてからの順番（例えば、Ａ／Ｄ変換処理が行われた順番や後述する加速度の合成値の算出順）を表している。

記憶部１１は、センサ部１０から出力された各軸の加速度の計測値を記憶するための機能部である。記憶部１１としては、例えばフラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性のメモリやＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を例示することができる。

合成値算出部１２、傾斜算出部１３、振動方法判定部１４、合成値補正部１５、および歩数算出部１６は、例えば、ＭＣＵ（Ｍｅｍｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等のプログラム処理装置が実行するプログラム処理によって実現される。

合成値算出部１２は、記憶部１１に記憶された夫々の計測軸の加速度の計測値を合成して合成値を算出する。

傾斜算出部１３は、歩数計測装置１を生体に着用したときの加速度センサ１０１の取り付け角度を検出するための機能部である。具体的に、傾斜算出部１３は、記憶部１１に記憶された各計測軸の加速度の計測値に基づいて、加速度センサ１０１の地面に対して垂直な方向（鉛直方向）に対する傾き（傾斜）を算出する。

振動方向判定部１４は、傾斜算出部１３によって算出された傾斜に基づいて、加速度センサ１０１を着用した着用者の鉛直方向の振動の向き（位相）を判定する機能部である。

合成値補正部１５は、加速度センサ１０１の着用者の鉛直方向の動きに応じて、加速度の合成値を補正するための機能部である。具体的に、合成値補正部１５は、振動方向判定部１４によって判定された着用者の鉛直方向の振動の向きに基づいて、合成値算出部１２によって算出された合成値を補正する。

歩数算出部１６は、合成値補正部１５によって補正された補正後の合成値に基づいて、着用者による歩行または走行による歩数を算出する機能部である。具体的に、歩数算出部１６は、歩数検出条件を満たす補正後の加速度の合成値の変動を検出し、その検出回数に基づいて歩数を算出する。

ここで、歩数検出条件とは、補正後の加速度の合成値の時間経過に伴う変動に基づいて、歩行または走行の有無を判定するための条件である。なお、歩数検出条件の詳細については、後述する。

表示部１７は、歩数算出部１６によって算出された歩数の情報を、着用者を含むユーザに対して視覚的に提供するための機能部である。表示部１７としては、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置を例示することができる。

〈実施の形態１に係る歩数計測装置１による歩数計測処理〉
次に、歩数計測装置１による歩数計測処理について説明する。
図２は、実施の形態１に係る歩数計測装置による歩数計測処理の概要を示す図である。

先ず、歩数計測装置１は、記憶部１１に記憶された、加速度センサ１０１による３軸の加速度の計測値を合成して、加速度の合成値を算出する（Ｓ１）。次に、歩数計測装置１は、各計測軸の加速度の計測値に基づいて、加速度センサ１０１の鉛直方向に対する傾斜を算出する（Ｓ２）。次に、歩数計測装置１は、ステップＳ２で算出した傾斜に基づいて、加速度センサ１０１の着用者の鉛直方向の振動の向きを判定する（Ｓ３）。次に、歩数計測装置１は、ステップＳ３で判定した振動の向きに基づいて、ステップＳ１で算出した各計測軸の加速度の合成値を補正する（Ｓ４）。その後、歩数計測装置１は、歩数算出部１６によって、ステップＳ４で得られた補正後の合成値に基づいて、着用者の歩行または走行による歩数を算出する（Ｓ５）。

その後は、算出された歩数の情報が表示部１７に表示される。なお、上記歩数の情報は、表示部１７に表示されるのみならず、記憶部１１に記憶されてもよいし、外部の装置に無線または有線によって送信されてもよい。

次に、図２に示した歩数計測処理における各ステップについて、詳細に説明する。

（１）ステップＳ１（加速度の合成値ａ［ｎ］の算出処理）
ステップＳ１では、合成値算出部１２が、記憶部１１に記憶された加速度の計測値（ａ_x[n]、ａ_y[n]、およびａ_z[n]）に基づいて、３軸の加速度の合成値ａ_[n]を算出する。具体的には、合成値算出部１２は、上述した式（１）の演算を行うことにより、３軸の加速度の合成値ａ_[n]を算出する。

（２）ステップＳ２（傾斜の算出処理）
ステップＳ２では、傾斜算出部１３が、加速度センサ１０１の鉛直方向に対する傾斜を算出する。

図３は、傾斜算出部１３による傾斜の算出処理の流れを示す図である。
図３に示すように、傾斜算出部１３は、先ず、３軸の加速度の合成値ａ_[n]から高周波成分を除去することにより、重力加速度に基づくベクトル量を抽出する（Ｓ３１）。次に、傾斜算出部１３は、抽出した重力加速度に基づくベクトル量に基づいて、重力加速度に対する加速度センサ１０１の各計測軸の傾斜を算出する（Ｓ３２）。以下、ステップＳ３１、Ｓ３２の処理について詳細に説明する。

図４は、傾斜算出部１３の内部構成の一例を示す図である。
図４に示されるように、傾斜算出部１３は、ローパスフィルタ１３１と、角度算出部１３２とを含む。

ローパスフィルタ１３１は、上記ステップＳ３１の処理を実現するための機能部であり、記憶部１１に記憶されたＸ軸の加速度ａ_x[n]、Ｙ軸の加速度ａ_y[n]、Ｚ軸の加速度ａ_z[n]、および３軸の加速度の合成値ａ_[n]に対して、帯域制限処理を行う。
本実施の形態では、ローパスフィルタ１３１として、式（２）で示される帯域制限処理を行うフィルタを例にとり、説明する。

式（２）において、β_[n]はローパスフィルタ１３１の入力を表し、上述したａ_x[n]、ａ_y[n]、ａ_z[n]、およびａ_[n]の何れかが代入される。β´_[n]は、ローパスフィルタ１３１の出力を表している。また、ｈは任意のフィルタ係数であり、０から１の範囲の値である。ｈを“１”に近いほど、ローパスフィルタ１３１の帯域制限の効果が強くなり、除去される周波数帯域が広くなる。

式（２）において、例えばｈ＝０．９とした場合、１つ前の計測周期で計測された加速度の９０％が、次の計測周期で計測された加速度に引き継がれるということを意味する。フィルタ係数ｈを０．９程度（例えば、ｈ＝０．８５〜０．９５）に設定することにより、鋭い凹凸の発生のみを前回測定値の継続という手段によって除去できる。

このように、ローパスフィルタ１３１に加速度のデータを入力すると、その加速度のデータに含まれる高周波成分、すなわち鋭い凹凸が除去されるので、時間経過に伴う加速度の変化（加速度の特性）が正弦波に近い形状となる。

上述のステップＳ２１では、ローパスフィルタ１３１に加速度の合成値ａ［ｎ］を入力することにより、高周波成分が除去され、低周波数成分のみを含む合成値ａ´_[n]が算出される。これにより、加速度センサ１０１の着用者の体動による加速度成分が除去され、重力加速度の成分が支配的なベクトル量ａ´_[n]を得ることができる。以下、このベクトル量ａ´_[n]を、重力加速度に基づくベクトル量ａ´_[n]と称する。

この重力加速度に基づくベクトル量ａ´_[n]を参照することにより、重力加速度の向きを判定することが可能となる。また、式（２）で表されるローパスフィルタ１３１によれば、式（２）における右辺の２項目“（１−ｈ）β［ｎ］”によって、次の計測周期で計測された加速度のデータの一部（ｈ＝０．９の場合、次の計測周期の加速度のデータの１０％）が更新されるため、着用者の姿勢の大まかな変動にも追随することが可能となる。

なお、一般的に加速度センサでは、重力加速度そのものではなく、その抗力を反作用として計測しているため、重力加速度に基づくベクトル量ａ´_[n]は、重力加速度の反作用を表している。

角度算出部１３２は、上記ステップＳ２２の処理を実現するための機能部であり、重力加速度に対する加速度センサ１０１の各計測軸の傾きを算出する。

図５は、重力加速度に対する加速度センサ１０１の各計測軸の傾きを算出する処理を説明するための図である。
図５において、Ｚ軸は、地面に対して垂直な方向（鉛直方向）の軸である。Ｘ軸およびＹ軸は、互いに直交し、且つＺ軸に対しても直交する軸である。また、ｘａ軸、ｙａ軸、およびｚａ軸は、加速度センサ１０１の計測軸である。

加速度センサ１０１の計測軸であるｘａ軸、ｙａ軸、およびｚａ軸の向きは、着用者の身体への加速度センサ１０１の取り付け角度に依存するため、必ずしも、ｘａ軸、ｙａ軸、およびｚａ軸の何れかが地面に対して垂直の軸となる訳ではない。そこで、角度算出部２０２により、地面に対して垂直なＺ軸に対するｘａ軸、ｙａ軸、およびｚａ軸の傾斜（ずれ）を、重力加速度の反作用と加速度センサ１０１の各計測軸との間の角度として算出する。

具体的には、図５に示すように、角度算出部１３２は、重力加速度に基づくベクトル量ａ´_[n]に対する、ローパスフィルタ１３１を通した後のｘａ軸の加速度ａ´_x[n]、ｙａ軸の加速度ａ´_y[n]、およびｚａ軸の加速度ａ´_z[n]との間の角度の情報を夫々算出する。より具体的には、下記式（３）、（４）、および（５）を解くことによって、重力加速度に基づくベクトル量ａ´_[n]に対するｘａ軸、ｙａ軸、およびｚａ軸の角度の情報ｓｉｎθｘ［ｎ］，ｓｉｎθｙ［ｎ］，ｓｉｎθｚ［ｎ］を夫々算出する。

（３）ステップＳ３（鉛直方向の振動の向きの判定処理）
ステップＳ３では、振動方向判定部１４が、ステップＳ２で算出した傾斜に基づいて、加速度センサ１０１の着用者の鉛直方向の振動の向きを判定する。

図６は、振動方向判定部１４による鉛直方向の振動の向きの判定処理の流れを示す図である。
図６に示すように、先ず、振動方向判定部１４が、加速度センサ１０１の各計測軸ｘ_a、ｙ_a、およびｚ_aのうち、鉛直方向の軸（Ｚ軸）に最も近い最垂直軸を決定する（Ｓ３１）。具体的には、振動方向判定部１４は、角度算出部１３２によって上記式（３）乃至（５）に基づいて算出された角度の情報ｓｉｎθ_x[n]，ｓｉｎθ_y[n]，ｓｉｎθ_z[n]を夫々比較し、最も小さい上記角度の情報を有する計測軸を最垂直軸とする。

例えば、｜ｓｉｎθ_x[n]｜≦｜ｓｉｎθ_y[n]｜、且つ｜ｓｉｎθ_x[n]｜≦｜ｓｉｎθ_z[n]｜のとき、加速度センサ１０１のｘ_a軸が最垂直軸となる。また、｜ｓｉｎθ_y[n]｜≦｜ｓｉｎθ_x[n]｜、且つ｜ｓｉｎθ_y[n]｜≦｜ｓｉｎθ_z[n]｜のとき、加速度センサ１０１のｙ_a軸が最垂直軸となる。また、｜ｓｉｎθ_z[n]｜≦｜ｓｉｎθ_x[n]｜、且つ｜ｓｉｎθ_z[n]｜≦｜ｓｉｎθ_y[n]｜のとき、加速度センサ１０１のｚ_a軸が最垂直軸となる。

次に、振動方向判定部１４が、ステップＳ３１で決定した最垂直軸の地面に対する向きを判定する（Ｓ３２）。具体的には、振動方向判定部１４は、ローパスフィルタ１３１を通した後の最垂直軸の加速度の値の符号から、その最垂直軸が地面に対して上向き（鉛直上向き）であるか、下向き（鉛直下向き）であるかを判定する。

例えば、ｘ_a軸が最垂直軸である場合に、ローパスフィルタ１３１を通した後のｘ_a軸の加速度ａ´_x[n]≧０であれば、最垂直軸であるｘ_a軸が鉛直上向きであると判定され、ａ´_x[n]＜０であれば、最垂直軸であるｘ_a軸が鉛直下向きであると判定される。また、例えば、ｙ_a軸が最垂直軸である場合に、ローパスフィルタ１３１を通した後のｙ_a軸の加速度ａ´_y[n]≧０であれば、最垂直軸であるｙ_a軸が鉛直上向きであると判定され、ａｙ´_[n]＜０であれば、最垂直軸であるｙ_a軸が鉛直下向きであると判定される。また、例えば、ｚ_a軸が最垂直軸である場合に、ローパスフィルタ１３１を通した後のｚ_a軸の加速度ａ´_z[n]≧０であれば、最垂直軸であるｚ_a軸が鉛直上向きであると判定され、ａ´_z[n]＜０であれば、最垂直軸であるｚ_a軸が鉛直下向きであると判定される。

次に、振動方向判定部１４が、加速度センサ１０１の着用者の鉛直方向の振動の向きを判定する（Ｓ３３）。具体的には、最垂直軸の加速度の計測値と、ステップＳ３２で判定した最垂直軸の方向とに基づいて、合成値ａ_[n]の最垂直軸に対する位相を判定する。

例えば、最垂直軸であるｘ_a軸が鉛直上向きである場合に、ローパスフィルタ１３１を通す前のｘ_a軸の加速度ａ_x[n]≧０ならば、合成値ａ_[n]は最垂直軸に対して順位相であり、加速度センサ１０１の着用者の鉛直方向の振動が鉛直上向きであると判定する。一方、ｘ_a軸の加速度ａ_x[n]＜０ならば、合成値ａ_[n]は最垂直軸に対して逆位相であり、加速度センサ１０１の着用者の鉛直方向の振動が鉛直下向きであると判定する。

また、例えば、最垂直軸であるｙ_a軸が鉛直上向きである場合に、ローパスフィルタ１３１を通す前のｙ_a軸の加速度ａ_y[n]≧０ならば、合成値ａ_[n]は最垂直軸に対して順位相であり、加速度センサ１０１の着用者の鉛直方向の振動が鉛直上向きであると判定する。一方、ｘ_a軸の加速度ａ_y[n]＜０ならば、合成値ａ_[n]は最垂直軸に対して逆位相であり、加速度センサ１０１の着用者の鉛直方向の振動が鉛直下向きであると判定する。

また、例えば、最垂直軸であるｚ_a軸が鉛直上向きである場合に、ローパスフィルタ１３１を通す前のｚ_a軸の加速度ａｚ［ｎ］≧０ならば、合成値ａ_[n]は最垂直軸に対して順位相であり、加速度センサ１０１の着用者の鉛直方向の振動が鉛直上向きであると判定する。一方、ｚ_a軸の加速度ａ_z[n]＜０ならば、合成値ａ_[n]は最垂直軸に対して逆位相であり、加速度センサ１０１の着用者の鉛直方向の振動が鉛直下向きであると判定する。

（４）ステップＳ４（加速度の合成値の補正処理）
ステップＳ４では、合成値補正部１５が、ステップＳ３で判定した着用者の鉛直方向の振動の向きに基づいて、各計測軸の加速度の合成値を補正する。
具体的には、ステップＳ３において、着用者の鉛直方向の振動が鉛直上向きであると判定された場合には、合成値算出部１２によって算出された合成値ａ_[n]の符号を“正”とし、着用者の鉛直方向の振動が鉛直下向きであると判定された場合には、合成値算出部１２によって算出された合成値ａ_[n]の符号を“負”とする。

すなわち、補正後の加速度の合成値Ａ_[n]は、着用者の鉛直方向の振動が鉛直上向きであると判定された場合には、式（６）で表され、着用者の鉛直方向の振動が鉛直下向きであると判定された場合には、式（７）で表される。

これにより、着用者の鉛直方向の振動の向きと同じ符号のベクトルを持つ合成値を得ることができる。

（５）ステップＳ５（歩数の算出処理）
ステップＳ５では、歩数算出部１６が、ステップＳ４で算出された補正後の加速度の合成値Ａ_[n]の時間経過に伴う変動が歩数検出条件を満たした回数をカウントし、その回数を歩数として算出する。

ここでは、一例として、歩数算出部１６は、図１０に示した従来の歩数計測装置と同様の歩数検出条件を採用する。すなわち、歩数算出部１６は、補正後の加速度の合成値Ａ_[n]が第１閾値（例えば０．９Ｇ）より低くなった後の一定時間（例えば１秒）内に、補正後の加速度の合成値Ａ_[n]が第２閾値（例えば１．１Ｇ）よりも高く、且つ前回の補正後の加速度の合成値Ａ_[n]との差が第３閾値（例えば０．２Ｇ）以上であることを、歩数検出条件とする。

歩数算出部１６は、補正後の合成値Ａ_[n]が上記歩数検出条件を満たした場合には、歩行または走行があったと判定し、歩数をカウントアップする。一方、補正後の合成値Ａ_[n]が上記歩数検出条件を満たさない場合には、歩数をカウントアップしない。

〈実施の形態１に係る歩数計測装置１による効果〉
図７は、実施の形態１に係る歩数計測装置１による歩数計測結果を示す図である。
図７には、歩数計測装置１による補正後の合成値Ａ_[n]の特性２００１と、補正後の合成値Ａ_[n]に基づいて得られた歩数２００２が示されている。

また、図７に示される補正後の合成値Ａ_[n]の特性２００１および歩数２００２は、実施の形態１に係る歩数計測装置１に対して、図１０に示した従来の歩数計測装置と同様の各計測軸の加速度のデータを用い、且つ、同様の歩数算出アルゴリズムを歩数算出部１６に適用することによって得られた結果である。

図７から理解されるように、歩数計測装置１によれば、補正後の合成値Ａ_[n]は、着用者の鉛直方向の振動の向きを考慮した値となっているため、従来の歩数計測装置とは異なり、正または負の値となる。

これにより、無接地期間において３軸の計測値の少なくとも一つが“負”の大きな値となった場合であっても、補正後の合成値Ａ_[n]には、従来のように符号の反転に起因する凸のピークが発生しないので、図１０に示した従来の歩数計測装置の計測結果において見られた無接地期間における合成値の凸のピークに起因する歩数の誤検出を防止することができる。

以上、実施の形態１に係る歩数計測装置１によれば、加速度センサ１０１の各計測軸の鉛直方向に対する傾斜に基づいて加速度センサ１０１を身に付けた着用者の鉛直方向の振動の向きを判定するとともに、判定した鉛直方向の振動の向きに応じて加速度センサ１０１の各計測軸の加速度の合成値を補正し、補正した合成値に基づいて歩数を検出するので、例えば、体動が大きい歩行動作時に発生する無接地期間における歩数の誤検出を防止することができる。

これにより、従来の歩数計測装置に比べて、歩数の誤検出の発生を低減することができ、歩数計測装置の着用者に対して、より正確な歩数の情報を提示することが可能となる。

また、歩数計測装置１によれば、加速度センサ１０１の各計測軸の加速度の合成値をローパスフィルタを通すことによって重力加速度に基づくベクトル量を抽出し、抽出した重力加速度に基づくベクトル量と加速度センサ１０１の各計測軸との角度を算出することにより、加速度センサ１０１の各計測軸の鉛直方向に対する傾斜を容易に算出することができる。

また、歩数計測装置１によれば、角度算出部によって算出された角度の情報が最も小さい計測軸を鉛直方向の軸（Ｚ軸）に最も近い最垂直軸とし、その最垂直軸の加速度の計測値の符号を判定することにより、加速度センサ１０１を着用した着用者の鉛直方向の振動の向きを容易に判定することができる。

また、歩数計測装置１によれば、振動方向判定部１４によって着用者の振動が鉛直上向きと判定された場合に加速度の合成値の符号を正にし、着用者の振動が鉛直下向きと判定された場合に加速度の合成値の符号を負にする補正を行うことにより、着用者の鉛直方向の振動を考慮した合成値を容易に算出することができる。

≪実施の形態２≫
図８は、実施の形態２に係る歩数計測装置の構成を示す図である。
実施の形態２に係る歩数計測装置２は、加速度センサ１０１を含むセンサ部１０と、合成値補正部１５等の歩数を算出するための信号処理部とが別個の端末に形成されている点において、実施の形態１に係る歩数計測装置１と相違する。

なお、実施の形態２に係る歩数計測装置２において実施の形態１に係る歩数計測装置１と同一の構成要素には、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

具体的に、歩数計測装置２は、センサ端末３と子端末４とから構成される。
センサ端末３は、センサ部１０と、センサ部１０によって計測された各計測軸の加速度の計測値（ａ_x[n]、ａ_y[n]、およびａ_z[n]）を出力する出力部１０３とを有するウェアラブル装置である。

子端末４は、センサ部１０、記憶部１１、合成値算出部１２、傾斜算出部１３、振動方法判定部１４、合成値補正部１５、歩数算出部１６、表示部１７、およびデータ取得部１８を有している。

データ取得部１８は、センサ端末３から出力された各計測軸の加速度の計測値を取得し、記憶部１１に記憶する。合成値算出部１２、傾斜算出部１３、振動方法判定部１４、合成値補正部１５、および歩数算出部１６は、実施の形態１に係る歩数計測装置１と同様に、歩数を算出するための各種信号処理を行う。

図９は、実施の形態２に係る歩数計測装置の具体的な実現例を示す図である。
図９に示すように、センサ端末３は、ユーザ（生体）が身に着けることが可能な衣類５等に装着される。図９では、衣類５としてシャツを例示しているが、衣類５はユーザが身に着けることができるものであればよく、例えば、パンツ、腹まき、サポータ、バンド等であってもよい。

センサ端末３と子端末４とは、有線または無線により、通信を行うことが可能になっている。具体的に、子端末４は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の小電力無線によってセンサ端末３と接続され、センサ端末３から出力された加速度の計測値を受信する。子端末４は、例えば、携帯電話やスマートフォン、タブレット端末等の情報処理端末である。

子端末４は、センサ端末３から受信した加速度の計測値に基づいて、実施の形態１に係る歩数計測装置１と同様の手法により歩数を算出し、算出した歩数の情報を表示部１１に表示する。また、子端末４は、セルラー方式や無線ＬＡＮ方式などの無線通信により通信網と接続され、例えば、算出した歩数の情報や子端末４の位置情報等を上記通信網を介してサーバ等に送信してもよい。

以上、実施の形態２に係る歩数計測装置２によれば、センサ部１０とその他の信号処理部とを分離し、夫々をセンサ端末３と子端末４とに分けて構成しているので、センサ端末３を小型化することができ、ユーザが携帯する上で邪魔にならないようにすることができる。また、センサ端末３の省電力化が可能となるので、長時間動作が可能となり、ユーザの充電の手間を減らすことが可能となる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態では、加速度センサ１０１が３軸加速度センサである場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、加速度センサ１０１は、２つの計測軸を有する加速度センサであってもよいし、４つ以上の計測軸を有する加速度センサであってもよい。加速度センサが３軸以外の場合も同様に、複数の計測軸の中から鉛直方向の軸（Ｚ軸）に最も近い最垂直軸を見つけ、その最垂直軸の加速度の符号に基づいて合成値を補正すれば、上記実施の形態と同様の効果が期待できる。

また、上記実施の形態において、歩数算出部１６による歩数算出アルゴリズムにおいて、補正後の加速度の合成値が第１閾値より低くなった後に、補正後の加速度の合成値が第２閾値よりも高くなることを歩数検出条件とする場合を例示したが、これに限られない。例えば、補正後の加速度の合成値が第２閾値より高くなった後に、補正後の加速度の合成値が第１閾値よりも低くなることを歩数検出条件としてもよいし、補正後の加速度の合成値が第１閾値よりも低下したことを検出せずに、補正後の合成値が第２閾値よりも高くなることを歩数検出条件としてもよい。

一般に、歩行発生時には、最初に加速度センサが上側に振れることから、上記のように合成値の正方向（上側）への変動の検出を優先することにより、時間的に素早い歩数検出が可能となる。

また、歩数計測装置１、２において、加速度センサ１０１の各計測軸の加速度の計測値（ａ_x[n]、ａ_y[n]、ａ_z[n]）や合成値ａ_[n]を用いて信号処理を行う場合には、帯域制限を適宜施すことも可能である。例えば、各種の信号処理を行う前または後に、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ等を使用することで、高周波のノイズ成分を除去してもよい。例えば、サンプリングレートが非常に細かく、高周波成分のノイズが顕著に見える場合等には、加速度の合成値の算出の前後に複数回の帯域制限用のフィルタリングを施しても良い。

また、実施の形態２に係る歩数計測装置２において、合成値算出部１２を子端末４に設ける場合を例示したが、合成値算出部１２をセンサ端末３に内蔵し、センサ端末３から各計測軸の加速度の計測値と合成値算出部１２によって算出した合成値とを子端末４に出力するようにしてもよい。

また、合成値算出部１２、傾斜算出部１３、振動方法判定部１４、合成値補正部１５、および歩数算出部１６がプログラム処理によって実現される場合を例示したが、上記機能部の一部が専用のハードウェア回路によって実現されてもよい。

１，２…歩数計測装置、３…センサ端末、４…子端末、５…衣類、１０…センサ部、１１…記憶部、１２…合成値算出部、１３…傾斜算出部、１４…振動方向判定部、１５…合成値補正部、１６…歩数算出部、１７…表示部、１８…データ取得部、１０１…加速度センサ、１０２…Ａ／Ｄ変換器、１３１…ローパスフィルタ、１３２…角度算出部。

Claims (8)

1. 複数の計測軸を有する加速度センサによって計測された、夫々の前記計測軸の加速度の計測値を合成して合成値を算出する合成値算出部と、
   夫々の前記計測軸の加速度の計測値に基づいて、鉛直方向に対する前記加速度センサの傾斜を算出する傾斜算出部と、
   前記傾斜に基づいて、前記加速度センサを着用した着用者の鉛直方向の振動の向きを判定する振動方向判定部と、
   前記振動方向判定部によって判定された前記振動の向きに基づいて、前記合成値を補正する合成値補正部と、
   前記合成値補正部によって補正された前記合成値に基づいて、前記加速度センサの着用者による歩行または走行による歩数を算出する歩数算出部と
   を有する歩数計測装置。
2. 請求項１に記載の歩数計測装置において、
   前記傾斜算出部は、
   前記合成値算出部によって算出された前記合成値を入力し、重力加速度に基づくベクトル量を抽出するローパスフィルタと、
   前記重力加速度に基づくベクトル量と前記加速度センサの夫々の前記計測軸との角度を算出する角度算出部と、
   を含む
   ことを特徴とする歩数計測装置。
3. 請求項２に記載の歩数計測装置において、
   前記振動方向判定部は、
   前記角度算出部によって算出された角度が最も小さい前記計測軸の加速度の計測値の符号に基づいて、前記加速度センサを着用した着用者の鉛直方向の振動の向きを判定する
   ことを特徴とする歩数計測装置。
4. 請求項３に記載の歩数計測装置において、
   前記合成値補正部は、前記振動方向判定部によって前記加速度センサを着用した着用者の振動が鉛直上向きと判定された場合には、前記合成値算出部によって算出された前記合成値の符号を正にし、前記振動方向判定部によって前記加速度センサを着用した着用者の振動が鉛直下向きと判定された場合には、前記合成値算出部によって算出された前記合成値の符号を負にする、
   ことを特徴とする歩数計測装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の歩数計測装置において、
   前記加速度センサを有するセンサ部と、
   前記加速度センサによって計測された前記計測軸毎の加速度の計測値を出力する出力部と、
   前記出力部から出力された前記計測軸毎の加速度の計測値を記憶する記憶部と、を更に有し、
   前記センサ部および前記出力部は、第１端末に形成され、
   前記記憶部、前記合成値算出部、前記傾斜算出部、前記振動方向判定部、前記合成値補正部、および前記歩数算出部は、前記第１端末とは異なる第２端末に形成されている
   ことを特徴とする歩数計測装置。
6. 複数の計測軸を有する加速度センサによって計測された、前記計測軸毎の加速度の計測値を合成して合成値を算出する第１ステップと、
   前記計測軸の加速度の計測値に基づいて、鉛直方向に対する前記加速度センサの傾斜を算出する第２ステップと、
   前記第２ステップで算出された前記傾斜に基づいて、前記加速度センサを着用した着用者の鉛直方向の振動の向きを判定する第３ステップと、
   前記第３ステップにおいて判定した前記振動の向きに基づいて、前記第１ステップにおいて前記合成値を補正する第４ステップと、
   前記第４ステップにおいて補正された前記合成値に基づいて、着用者による歩行または走行による歩数の算出する第５ステップと、
   を含む歩数計測方法。
7. 請求項６に記載の歩数計測方法において、
   前記第２ステップは、
   前記第１ステップにおいて算出された前記合成値から重力加速度に基づくベクトル量を抽出する第６ステップと、
   前記第６ステップにおいて抽出された前記重力加速度に基づくベクトル量と前記加速度センサの夫々の前記計測軸との角度を算出する第７ステップとを含み、
   前記第３ステップは、
   前記第７ステップにおいて算出された角度が最も小さい前記計測軸の加速度の計測値の符号に基づいて、前記加速度センサを着用した着用者の鉛直方向の振動の向きを判定するステップを含み、
   前記第４ステップは、
   前記第３ステップによって前記加速度センサを着用した着用者の振動が鉛直上向きと判定された場合には、前記第１ステップにおいて算出された前記合成値の符号を正にし、前記第３ステップによって前記加速度センサを着用した着用者の振動が鉛直下向きと判定された場合には、前記第１ステップにおいて算出された前記合成値の符号を負にするステップを含む
   ことを特徴とする歩数計測方法。
8. コンピュータに、請求項６または７に記載の歩数計測方法における各ステップを実行させるためのプログラム。