JP2019148428A - Human detection device and human detection method - Google Patents

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Abstract

To perform human detection effectively by using only CSI amplitude information.SOLUTION: There are provided: a plurality of antennas; a plurality of transmitters and a plurality of receivers coupled to the plurality of antennas and configured to communicate in compliance with wireless LAN standards including channel state information (CSI); a detector that determines whether there is a person in the vicinity on the basis of the amplitude of CSI received by the plurality of antennas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、人を検出する装置及び方法に関する。   The present disclosure relates to an apparatus and method for detecting a person.

人がいることを検出するさまざまな方法がある。非特許文献1は、CSI(Channel State Information、チャネル状態情報)の位相情報を用いて人検出を行う。   There are various ways to detect the presence of a person. Non-Patent Document 1 performs human detection using phase information of CSI (Channel State Information).

Liangyi Gong, Wu Yang, Dapeng Man, Guozhong Dong, Miao Yu and Jiguang Lv,“WiFi-Based Real-Time Calibration-Free Passive Human Motion Detection,” Sensors, 2015Liangyi Gong, Wu Yang, Dapeng Man, Guozhong Dong, Miao Yu and Jiguang Lv, “WiFi-Based Real-Time Calibration-Free Passive Human Motion Detection,” Sensors, 2015

本願の発明者らはCSIの振幅情報だけを用いて効果的に人検出を行うことができることを見出した。   The inventors of the present application have found that human detection can be performed effectively using only CSI amplitude information.

人検出装置は、複数のアンテナ、前記複数のアンテナに結合され、チャネル状態情報(CSI)を含む無線LAN規格に準拠した通信を行うよう構成された複数の送信器、及び複数の受信器、及び前記複数のアンテナによって受信された前記CSIの振幅に基づいて、近傍に人がいるかどうかの判断をする検出器を備える。   The human detection device includes a plurality of antennas, a plurality of transmitters coupled to the plurality of antennas and configured to perform communication based on a wireless LAN standard including channel state information (CSI), and a plurality of receivers; A detector for determining whether there is a person in the vicinity based on the amplitude of the CSI received by the plurality of antennas.

人検出方法は、複数のアンテナに結合され、チャネル状態情報(CSI)を含む無線LAN規格に準拠した通信を行うよう構成された複数の送信器、及び複数の受信器を用いる方法であって、前記複数のアンテナによって受信された前記CSIの振幅に基づいて、近傍に人がいるかどうかの判断をすることを含む。   The human detection method is a method using a plurality of transmitters and a plurality of receivers coupled to a plurality of antennas and configured to perform communication based on a wireless LAN standard including channel state information (CSI), Determining whether there is a person in the vicinity based on the amplitude of the CSI received by the plurality of antennas.

CSIの振幅情報だけを用いて効果的に人検出を行うことができる。   Human detection can be performed effectively using only the amplitude information of CSI.

人検出装置の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a person detection apparatus. 各サブキャリアにおいて作成された閾値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the threshold value produced in each subcarrier. 人検出装置の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a person detection apparatus. 各サブキャリアにおいて作成された閾値と、受信データの瞬時値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the threshold value produced in each subcarrier, and the instantaneous value of received data. 約15分間のデータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the data for about 15 minutes. 図5のデータに対して移動和をとったデータを示す図である。It is a figure which shows the data which took the movement sum with respect to the data of FIG. 図6のプロットの最小値との差分を5分間合計し、最小値で割った値のプロットを示す図である。It is a figure which shows the plot of the value which totaled the difference with the minimum value of the plot of FIG. 6 for 5 minutes, and divided by the minimum value. 人がいる場合の主成分分析(PCA)の第2成分のプロットを示す図である。It is a figure which shows the plot of the 2nd component of a principal component analysis (PCA) in case a person exists. 人がいない場合のPCAの第2成分のプロットを示す図である。It is a figure which shows the plot of the 2nd component of PCA when there is no person. 図8及び図9の値の二乗平均平方根の値をプロットした図である。It is the figure which plotted the value of the root mean square of the value of FIG.8 and FIG.9. 機械学習を用いる人検出装置の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the human detection apparatus using machine learning.

本開示による人検出では、無線LAN(ローカルエリアネットワーク)の規格であるWiFi(登録商標)の電波を用いる。具体的には、本来はビームフォーミング技術に使用されるCSIを用いて人検出を行う。   In human detection according to the present disclosure, a radio wave of WiFi (registered trademark) which is a standard of a wireless LAN (local area network) is used. Specifically, human detection is performed using CSI, which is originally used for beamforming technology.

WiFiとして普及している無線LAN規格のIEEE 802.11n、IEEE 802.11acでは、送信機と受信機で複数のアンテナを用いるMIMO(Multiple Input Multiple Output)伝送の適用により通信速度を向上させている。複数のアンテナを用いることによりビームフォーミングが可能となる。ビームフォーミングは、同じ位相だと強め合い、逆の位相だと打ち消し合う電波の性質を利用する。実際の環境では、様々な物体で複雑に電波の反射、散乱、回折が生じるため、送信機では信号が受信機までどのように伝搬するかわからない。そのため、ビームフォーミング技術では受信機から受信した信号の振幅や位相といった伝搬路に関する情報、すなわちCSIを利用することで効率的な送信を実現している。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing、直交周波数分割多重方式)により変調するとデータは複数の周波数であるサブキャリアに分割される。CSIは各サブキャリアの状態を表し、以下の数式1で表される。   In the wireless LAN standards IEEE 802.11n and IEEE 802.11ac that are widely used as WiFi, the communication speed is improved by applying MIMO (Multiple Input Multiple Output) transmission using a plurality of antennas at the transmitter and the receiver. Beam forming is possible by using a plurality of antennas. Beamforming uses the property of radio waves that strengthen each other when they are the same phase and cancel each other when they are opposite phases. In an actual environment, radio waves are reflected, scattered, and diffracted in a complex manner by various objects, so the transmitter does not know how the signal propagates to the receiver. Therefore, in the beam forming technique, efficient transmission is realized by using information on a propagation path such as the amplitude and phase of a signal received from a receiver, that is, CSI. When modulated by OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), data is divided into subcarriers having a plurality of frequencies. CSI represents the state of each subcarrier and is expressed by the following Equation 1.

H(fk)=||H(fk)||ej∠H(fk)−−−(1)
ここでH(fk)は複素数で表現され、周波数fk, k∈[1,30]のサブキャリアにおけるCSIを表している。||H(fk)||及び∠H(fk)は、H(fk)の振幅及び位相をそれぞれ表している。
H (f k ) = || H (f k ) || e j∠H (fk) −−− (1)
Here, H (f k ) is represented by a complex number, and represents CSI in a subcarrier having a frequency f k , k∈ [1,30]. || H (f k ) || and ∠H (f k ) represent the amplitude and phase of H (f k ), respectively.

図1は、人検出装置100の構造を示す図である。人検出装置100は、アクセスポイント190と無線LAN規格(例えばWiFiのIEEE 802.11n、IEEE 802.11ac)に準拠した通信を行う。   FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of the human detection device 100. The human detection device 100 communicates with the access point 190 in accordance with a wireless LAN standard (for example, IEEE 802.11n or IEEE 802.11ac of WiFi).

送信機群110は、アンテナ群112を介して、一定間隔でアクセスポイント190に向けてデータを送信する。送信機群110は、複数の送信機を含み、例えば3つの送信機を含み得る。アンテナ群112は、複数のアンテナを含み、例えば3つのアンテナを含み得る。送信機群110が使用する電波の周波数帯は、WiFi規格である2.4GHz帯又は5GHz帯である。   The transmitter group 110 transmits data toward the access point 190 at regular intervals via the antenna group 112. The transmitter group 110 includes a plurality of transmitters, and may include, for example, three transmitters. The antenna group 112 includes a plurality of antennas, and may include, for example, three antennas. The frequency band of the radio wave used by the transmitter group 110 is a 2.4 GHz band or a 5 GHz band, which is a WiFi standard.

データを受信したアクセスポイント190は、人検出装置100に向けてデータを送信する。受信機群120は、アンテナ群122を介して、データを受け取る。受信機群120は、複数の受信機を含み、例えば3つの受信機を含み得る。アンテナ群122は、複数のアンテナを含み、例えば3つのアンテナを含み得る。受信機群120によって受信されたデータは、伝搬路に関する情報であるCSIを含む。   The access point 190 that has received the data transmits the data to the human detection device 100. The receiver group 120 receives data via the antenna group 122. The receiver group 120 includes a plurality of receivers, and may include, for example, three receivers. The antenna group 122 includes a plurality of antennas, and may include, for example, three antennas. The data received by the receiver group 120 includes CSI that is information regarding the propagation path.

本実施形態では、受信機群120は、事前に人がいない状態でのCSIデータを取得する。記憶回路130は、このデータを記憶する。   In the present embodiment, the receiver group 120 acquires CSI data in the absence of a person in advance. The storage circuit 130 stores this data.

検出器140は、受信機群120からの信号124と、記憶回路130によって記憶されていた信号134とを比較することによって、人を検出する。   The detector 140 detects a person by comparing the signal 124 from the receiver group 120 with the signal 134 stored in the storage circuit 130.

本実施形態では、人がいない状態のCSI(「背景データ」という)と、人が動いている状態のCSIとの相違点を検出することによって人検出を行う。ここで背景データは、事前に取得した一定時間の長さを持ったデータである。CSIの各サブキャリアにおける振幅は、人が動いたときには大きく変化する。これは主に、人体によって電波の反射、散乱等が起きるためである。そこで、現フレームの振幅と一つ前のフレームとの振幅の差分を計算することにより、振幅の変化を検出することができ、すなわち、人がいることを検出できる。時刻tにおけるCSIをHt(fk)とすると差分Dt(fk)は、以下の数式2で表される。 In the present embodiment, human detection is performed by detecting a difference between CSI without a person (referred to as “background data”) and CSI with a person moving. Here, the background data is data having a certain length of time acquired in advance. The amplitude of each subcarrier of CSI varies greatly when a person moves. This is mainly because radio waves are reflected and scattered by the human body. Therefore, by calculating the difference between the amplitude of the current frame and the previous frame, a change in amplitude can be detected, that is, the presence of a person can be detected. If CSI at time t is H t (f k ), the difference D t (f k ) is expressed by the following Equation 2.

Dt(fk)=√((||Ht(fk)||-||Ht-1(fk)||)2)−−−(2)
背景データの各サブキャリアにおいて差分値Dt(fk)を計算し、サブキャリア毎に時系列でのばらつき具合を表す標準偏差δを算出する。各サブキャリアにおける値のばらつき具合が正規分布で近似できると仮定して、背景データの平均値±3δを閾値として採用する。正規分布における±3δは、全体の99.7%の領域を表している。
D t (f k ) = √ ((|| H t (f k ) ||-|| H t-1 (f k ) ||) 2 ) −−− (2)
A difference value D t (f k ) is calculated for each subcarrier of the background data, and a standard deviation δ representing the degree of variation in time series is calculated for each subcarrier. Assuming that the degree of variation of values in each subcarrier can be approximated by a normal distribution, an average value ± 3δ of background data is adopted as a threshold value. ± 3δ in the normal distribution represents 99.7% of the entire region.

図2は、各サブキャリアにおいて作成された閾値の一例を示す図である。図2において、縦軸は振幅の変化を表し、横軸はサブキャリアを表す。図2のプロットMax及びMinは、現フレームの振幅と一つ前のフレームとの振幅の差分を、背景データの登録フェーズにおいて、5分〜10分の平均をとったものである。背景データの登録は、例えばユーザが人検出装置100を購入し設置した時に、1回だけ行えばよい。図2のプロットMax及びMinは、隣接フレーム間でのサブキャリアの振幅の変化に対応する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of threshold values created in each subcarrier. In FIG. 2, the vertical axis represents a change in amplitude, and the horizontal axis represents a subcarrier. Plots Max and Min in FIG. 2 are obtained by taking the average difference between the amplitude of the current frame and the previous frame for 5 to 10 minutes in the background data registration phase. For example, when the user purchases and installs the human detection device 100, the background data may be registered only once. The plots Max and Min in FIG. 2 correspond to changes in subcarrier amplitude between adjacent frames.

事前に取得された背景データによる閾値と、現時刻tの差分Dt(fk)を比較し、差分Dt(fk)の方が閾値より大きければ、人が存在すると判断する。例えば、プロットDt(fk)が、図2のプロットMax及びMinの間に完全に収まっているときは人が存在しないと判断する。逆に、プロットDt(fk)の少なくとも一部が、図2のプロットMax及びMinの間から出ているときは人が存在すると判断する。 The threshold value based on background data acquired in advance is compared with the difference D t (f k ) at the current time t. If the difference D t (f k ) is larger than the threshold value, it is determined that a person exists. For example, when the plot D t (f k ) completely falls between the plots Max and Min in FIG. 2, it is determined that there is no person. Conversely, when at least a part of the plot D t (f k ) comes out between the plots Max and Min in FIG. 2, it is determined that a person exists.

CSIは複数個(30〜128)のサブキャリアの情報を持っているが、使用できるデータ数は送信機と受信機のアンテナ数によって変化する。送信機が3つ、受信機が3つの場合は3×3×30=270で最大270個のデータが使用できる。上記の閾値判断処理をすべてのサブキャリアについて行い、1つのサブキャリアで閾値を超えることがあれば人が存在すると判断する。すなわち、検出器140は、複数のアンテナによって受信されたCSIの振幅に基づいて、近傍に人がいるかどうかの判断をする。   The CSI has information on a plurality of (30 to 128) subcarriers, but the number of usable data varies depending on the number of antennas of the transmitter and the receiver. When there are three transmitters and three receivers, 3 × 3 × 30 = 270 and a maximum of 270 data can be used. The above threshold determination process is performed for all subcarriers, and if one subcarrier exceeds the threshold, it is determined that there is a person. That is, the detector 140 determines whether there is a person in the vicinity based on the amplitude of the CSI received by the plurality of antennas.

コントローラ150は、送信機群110によって送信されるデータの周期を決定する。コントローラ150は、検出器140による人検出の結果に応じて、送信周期を例えば20Hz、30Hz等と変化させる。例えば、人が検出されたときは、コントローラ150は、送信周期を短くし、人が検出されないときは、コントローラ150は、送信周期を長くしてもよい。これにより人が検出されないときは、人検出装置100の消費電力を低減することができる。コントローラ150は、送信周期を変化させなくてもよい。   The controller 150 determines the period of data transmitted by the transmitter group 110. The controller 150 changes the transmission cycle to, for example, 20 Hz, 30 Hz, etc. according to the result of human detection by the detector 140. For example, when a person is detected, the controller 150 may shorten the transmission cycle, and when no person is detected, the controller 150 may increase the transmission cycle. Thereby, when a person is not detected, the power consumption of the person detection apparatus 100 can be reduced. The controller 150 may not change the transmission cycle.

検出器140は、検出した結果を表す信号を出力ノード142から、例えば、接続されている外部機器に出力する。この信号に応じて、外部機器は、例えば、機器の状態を変化させることができる。例えば、人検出装置100がテレビに接続されている場合、人が検出されなくなったとき(すなわちテレビの前から人がいなくなったとき)にテレビの電源をオフにする等の動作を行う。   The detector 140 outputs a signal representing the detection result from the output node 142 to, for example, a connected external device. In response to this signal, the external device can change the state of the device, for example. For example, when the human detection device 100 is connected to a television, an operation such as turning off the power of the television is performed when no people are detected (that is, when no people are present from the front of the television).

従来技術では電波受信強度であるRSSI(Received Signal Strength Indication、受信信号強度)を使用して人検出を行っていた。しかし従来技術では、WiFi電波を送信する機器とアクセスポイントとの間を人が通過した場合しか人検出が成功しなかった。これに対して本実施形態では、伝搬路に関する情報であるCSIを利用することにより、WiFi機器(人検出装置100)とアクセスポイントとの距離が1mと近く、かつ人が2つの装置から離れた場所にいても人を検出することができる。   In the prior art, human detection is performed using RSSI (Received Signal Strength Indication), which is the radio wave reception strength. However, in the prior art, human detection succeeds only when a person passes between a device that transmits a WiFi radio wave and an access point. On the other hand, in this embodiment, by using the CSI that is information on the propagation path, the distance between the WiFi device (human detection device 100) and the access point is as close as 1 m, and the person is separated from the two devices. People can be detected even when in a location.

図3は、人検出装置300の構造を示す図である。人検出装置100は、事前に人がいない状態でのデータを背景データとして登録していた。人検出装置300は、背景データを使用せずに人検出を行う。検出器340及び記憶回路330以外は、人検出装置100とほぼ同じである。   FIG. 3 is a diagram illustrating the structure of the human detection device 300. The human detection device 100 registered data in the absence of a person in advance as background data. The human detection device 300 performs human detection without using background data. Except for the detector 340 and the memory circuit 330, the human detection device 100 is almost the same.

図4は、各サブキャリアにおいて作成された閾値と、受信データ324の瞬時値の一例を示す図である。図4において、縦軸は振幅の変化を表し、横軸はサブキャリアを表す。ここではサブキャリア数は56であるが、これには限定されず使用するWiFiチップによって異なる数であってもよい。人検出装置300では、アンテナ群112として2本の送信アンテナTx1、Tx2が用いられ、アンテナ群122として2本の受信アンテナRx1、Rx2が用いられる。アンテナの本数は、これには限定されず、任意の適切な本数のアンテナを送信及び受信に用いてよい。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the threshold value created in each subcarrier and the instantaneous value of the reception data 324. In FIG. 4, the vertical axis represents changes in amplitude, and the horizontal axis represents subcarriers. Here, the number of subcarriers is 56, but is not limited thereto, and may be different depending on the WiFi chip to be used. In the human detection device 300, two transmission antennas Tx1 and Tx2 are used as the antenna group 112, and two reception antennas Rx1 and Rx2 are used as the antenna group 122. The number of antennas is not limited to this, and any appropriate number of antennas may be used for transmission and reception.

プロットRx1は、送信アンテナTx1から受信アンテナRx1へのパス(Tx1:Rx1と表す)における振幅の変化(瞬時値)を表す。プロットRx2は、送信アンテナTx1から受信アンテナRx2へのパス(Tx1:Rx2と表す)における振幅の変化(瞬時値)を表す。人検出装置300と、アクセスポイント190との距離は1mである。人検出装置300が検出しようとする対象である人は、これら2つの装置から離れた場所でテレビを視聴したり、新聞を読んだりするような、比較的、動きの少ない動作を行っている。   A plot Rx1 represents a change (instantaneous value) in amplitude in a path (represented as Tx1: Rx1) from the transmission antenna Tx1 to the reception antenna Rx1. The plot Rx2 represents the change (instantaneous value) of the amplitude in the path (represented as Tx1: Rx2) from the transmission antenna Tx1 to the reception antenna Rx2. The distance between the human detection device 300 and the access point 190 is 1 m. A person who is an object to be detected by the human detection device 300 performs an operation with relatively little movement such as watching a television or reading a newspaper in a place away from these two devices.

プロットRx1max及びRx1minは、受信アンテナRx1で受信された電波の振幅変化の、所定期間における最大値及び最小値をそれぞれ表す。プロットRx2max及びRx2minは、受信アンテナRx2で受信された電波の振幅変化の、所定期間における最大値及び最小値をそれぞれ表す。振幅変化は、現在のフレームの振幅と、1フレーム前のフレームの振幅との差分をとることによって求められる。   The plots Rx1max and Rx1min represent the maximum value and the minimum value in a predetermined period of the amplitude change of the radio wave received by the receiving antenna Rx1, respectively. Plots Rx2max and Rx2min represent the maximum value and the minimum value of the amplitude change of the radio wave received by the receiving antenna Rx2 in a predetermined period, respectively. The amplitude change is obtained by taking the difference between the current frame amplitude and the previous frame amplitude.

検出器340は、受信した信号324のノイズを除去する。ノイズ除去は、時系列での過去所定数のフレーム群のデータに対して、例えばメディアンフィルタ又は平均化処理を施す。これによりスパイク状のノイズは除去され得る。加えて検出器340は、1〜56の各サブキャリアの値の平均値を算出する。検出器340は、その平均値を信号334として記憶回路330に送る。記憶回路330は、信号334をそのフレームにおける代表値として保存する。送信アンテナ2本及び受信アンテナ2本が用いられるときは、2×2で4つのデータが存在するため、信号334は1フレームにつき、4つのデータを表す。記憶回路330は、ある程度、長い期間(例えば5分又は15分等)にわたるデータを記憶する。   The detector 340 removes noise from the received signal 324. In the noise removal, for example, a median filter or an averaging process is performed on data of a predetermined number of frames in the past in time series. Thereby, spike noise can be removed. In addition, the detector 340 calculates an average value of the subcarrier values 1 to 56. The detector 340 sends the average value to the storage circuit 330 as a signal 334. The storage circuit 330 stores the signal 334 as a representative value in the frame. When two transmitting antennas and two receiving antennas are used, since there are 4 × 2 data, the signal 334 represents 4 data per frame. The storage circuit 330 stores data over a long period of time (for example, 5 minutes or 15 minutes).

図5は、約15分間のデータの一例を示す図である。図5で、横軸は、時間に対応するフレーム数(1フレーム=50ms)を表し、縦軸は、振幅を表す。アンテナ毎の4つのデータを表示している。パスTx1:Rx1及びTx2:Rx1では、人ありのプロットは、人なしのプロットよりも振幅が大きい。パスTx1:Rx2及びTx2:Rx2では、人ありのプロットは、人なしのプロットと同程度の振幅である。よってあるパスについて振幅差があるときは、人がいると判断できる。   FIG. 5 is a diagram showing an example of data for about 15 minutes. In FIG. 5, the horizontal axis represents the number of frames corresponding to time (1 frame = 50 ms), and the vertical axis represents the amplitude. Four data for each antenna are displayed. In the paths Tx1: Rx1 and Tx2: Rx1, the plot with people has a larger amplitude than the plot without people. In the paths Tx1: Rx2 and Tx2: Rx2, the plot with the person has the same amplitude as the plot without the person. Therefore, when there is an amplitude difference for a certain path, it can be determined that there is a person.

図6は、図5のデータに対して移動和をとったデータを示す図である。図6では、人がいる場合といない場合の違いが強調できるように、1分間の振幅値の合計を求めてプロットしている。この場合は振幅データの周期は20Hzなので、1200フレーム分の振幅値の合計がプロットされている。図6では破線で表した閾値を用いて、人の有無の判断を行うことができる。図6の場合、パスTx1:Rx1及びTx2:Rx1において閾値を超えているプロットがあるので、人がいると判断できる。   FIG. 6 is a diagram showing data obtained by taking a moving sum with respect to the data of FIG. In FIG. 6, the sum of the amplitude values for one minute is obtained and plotted so that the difference between when the person is present and when the person is absent can be emphasized. In this case, since the period of the amplitude data is 20 Hz, the sum of the amplitude values for 1200 frames is plotted. In FIG. 6, the presence or absence of a person can be determined using the threshold value represented by a broken line. In the case of FIG. 6, since there are plots that exceed the threshold values in the paths Tx1: Rx1 and Tx2: Rx1, it can be determined that there is a person.

図7は、図6のプロットの最小値との差分を5分間合計し、最小値で割った値のプロットを示す図である。図7の処理では、図6のグラフにおいて、人の有無による違いをより強調させる。図6のデータでは人がいる場合の方がデータの起伏が多く、山のように見える部分の面積が大きい。この山の部分の面積を算出することにより、違いを強調させる。図6のデータは1分間のデータを積算したものであるが、15分間のデータの中で積算値の最小値を取得する。最小値はアンテナ毎に取得するので、この場合は4つ存在する。図6のデータとその最小値との差分をとり、5分間のデータ数の合計値を算出し、その合計値を最小値で割った値を順次グラフにプロットすると図7のようになる。   FIG. 7 is a diagram showing a plot of values obtained by summing the difference from the minimum value of the plot of FIG. 6 for 5 minutes and dividing by the minimum value. In the process of FIG. 7, the difference due to the presence or absence of a person is further emphasized in the graph of FIG. In the data of FIG. 6, the undulation of the data is greater when there is a person, and the area of the portion that looks like a mountain is larger. The difference is emphasized by calculating the area of this mountain part. The data in FIG. 6 is obtained by integrating the data for 1 minute, and the minimum integrated value is acquired from the data for 15 minutes. Since the minimum value is acquired for each antenna, there are four in this case. The difference between the data of FIG. 6 and its minimum value is taken, the total value of the number of data for 5 minutes is calculated, and the value obtained by dividing the total value by the minimum value is plotted on a graph in sequence as shown in FIG.

図6のグラフではTx1:Rx2とTx2:Rx2は閾値で分離できなかったが、図7では4つのアンテナすべてで閾値により人の有無が判断できる。さらに4つのアンテナとも同じ閾値が利用でき、閾値調整の煩雑さがなくなるという効果を奏する。図7の差を強調する処理によれば、動きが強調されるので、閾値で人の有無を判断しやすい。   In the graph of FIG. 6, Tx1: Rx2 and Tx2: Rx2 could not be separated by a threshold value, but in FIG. 7, the presence or absence of a person can be determined by the threshold values for all four antennas. Furthermore, the same threshold value can be used for the four antennas, and there is an effect that the complexity of the threshold adjustment is eliminated. According to the processing for emphasizing the difference in FIG. 7, since the motion is emphasized, it is easy to determine the presence or absence of a person using a threshold value.

図8は、人がいる場合の主成分分析(PCA)の第2成分のプロットを示す図である。図9は、人がいない場合のPCAの第2成分のプロットを示す図である。図8及び9において、縦軸は、第2成分での大きさを表し、横軸は、時間に対応するフレーム数を表す。   FIG. 8 is a diagram showing a plot of the second component of the principal component analysis (PCA) when there is a person. FIG. 9 is a diagram showing a plot of the second component of PCA when no one is present. 8 and 9, the vertical axis represents the magnitude of the second component, and the horizontal axis represents the number of frames corresponding to time.

図8のデータを得るために、検出器340は、PCAを用いて次元の圧縮を行う。これにより、事前の背景データを取得することなく、人検出を行うことができる。検出器340は、アンテナ毎の15分間のデータを使用する。入力データは、サブキャリア数の56をデータ個数とし、次元数は15分間のデータ数に相当する19000とした。これによればPCAの第2成分において人の有無による違いが表れた。   To obtain the data of FIG. 8, detector 340 performs dimensional compression using PCA. Thereby, human detection can be performed without acquiring prior background data. The detector 340 uses 15 minutes of data for each antenna. For the input data, the number of subcarriers was 56, and the number of dimensions was 19000 corresponding to the number of data for 15 minutes. According to this, the difference by the presence or absence of a person appeared in the 2nd component of PCA.

図8に示されるように、人がいる場合は、人の動きによってPCAの第2成分の値が変化する。これに対して、人がいない場合は、ほぼ一定で変化しない。   As shown in FIG. 8, when there is a person, the value of the second component of PCA changes depending on the movement of the person. On the other hand, when there is no person, it is almost constant and does not change.

図8及び図9の値はバラツキがあるため、数式3を用いて二乗平均平方根を算出する。   Since the values in FIGS. 8 and 9 vary, the root mean square is calculated using Equation 3.

RMS[x]=√((Σ(xi)2)/N)−−−(3)
ここでΣはi=1, ... , Nの総和である。1分間のデータを用いて平均化するため、数式3のNは1200となる。
RMS [x] = √ ((Σ (xi) 2 ) / N) −−− (3)
Where Σ is the sum of i = 1, ..., N. Since averaging is performed using data for one minute, N in Equation 3 is 1200.

図10は、図8及び図9の値の二乗平均平方根の値をプロットした図である。図10では、人がいない場合は値の変化があまりなく、グラフは平らである。これに対して人がいる場合は、値の変化する箇所が多く、その変化の幅も大きい。これらの値の15分間の標準偏差を計算すると、人がいる場合は0.0051であり、人がいない場合は0.0012となり、明確な差が見られる。これを閾値により区別することにより、人の有無が判断できる。   FIG. 10 is a diagram in which the root mean square values of the values in FIGS. 8 and 9 are plotted. In FIG. 10, when there is no person, the value does not change so much and the graph is flat. On the other hand, when there are people, there are many places where the value changes, and the range of the change is also large. When the standard deviation of these values for 15 minutes is calculated, it is 0.0051 when there is a person and 0.0012 when there is no person, and a clear difference is seen. By distinguishing this by a threshold value, the presence or absence of a person can be determined.

この実施形態では主成分分析の第2成分を用いたが、第1成分、第3成分、第4成分、又は第5成分を用いてもよい。また、主成分分析を行うデータは15分間のデータを用いたが、時間は、15分より短くてもよく、長くてもよい。閾値処理をする際に標準偏差の替わりに図10のグラフの平均勾配を用いても良い。平均勾配は起伏の激しいグラフでは値が高くなり、平らなグラフでは値が低くなるので、人の有無の判断に利用できる。   Although the second component of the principal component analysis is used in this embodiment, the first component, the third component, the fourth component, or the fifth component may be used. Further, although data for 15 minutes was used as data for principal component analysis, the time may be shorter or longer than 15 minutes. When performing threshold processing, the average gradient of the graph of FIG. 10 may be used instead of the standard deviation. The average slope has a high value for a rough graph, and a low value for a flat graph, so it can be used to determine the presence or absence of a person.

図11は、機械学習を用いる人検出装置1100の構造を示す図である。人検出装置1100は、例えば深層学習のような機械学習を用いて人検出を行う。学習は、人検出を行う前に行われる。事前学習時には、学習部1130は、受信機群120からデータを受け、人がいるときの教師データ、及び人がいないときの教師データを基に学習を行う。実際に人検出を行う際には、学習部1130で生成されたフィルタ、又は特徴量を基に検出器140で人検出を行う。深層学習の手法はCNN(Convolution Neural Networks)やRNN(Recurrent Neural Networks)を用いる。CNNを用いる場合には、受信信号を図4のようにグラフにプロットすることにより画像信号として扱う。画像を入力とすることにより、画像認識で多く使用されているCNNを利用することができる。RNNを用いる場合は、信号の値をそのまま入力する。機械学習を用いることにより、より高精度な人検出が可能となる。   FIG. 11 is a diagram illustrating a structure of a human detection device 1100 that uses machine learning. The human detection device 1100 performs human detection using machine learning such as deep learning. Learning is performed before performing human detection. During pre-learning, the learning unit 1130 receives data from the receiver group 120 and performs learning based on teacher data when there is a person and teacher data when there is no person. When actually detecting a person, the detector 140 detects the person based on the filter or feature quantity generated by the learning unit 1130. The deep learning method uses CNN (Convolution Neural Networks) or RNN (Recurrent Neural Networks). When CNN is used, the received signal is treated as an image signal by plotting it on a graph as shown in FIG. By using an image as an input, it is possible to use a CNN that is widely used in image recognition. When RNN is used, the signal value is input as it is. By using machine learning, more accurate human detection is possible.

上述の実施形態における様々な機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、又は、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実現できる。   Various functional blocks in the above-described embodiments can be realized by hardware, software, or a combination of hardware and software.

100 人検出装置
110 送信機群
112 アンテナ群
120 受信機群
122 アンテナ群
124 信号
130 記憶回路
134 信号
140 検出器
142 出力ノード
150 コントローラ
190 アクセスポイント
100 human detection device 110 transmitter group 112 antenna group 120 receiver group 122 antenna group 124 signal 130 storage circuit 134 signal 140 detector 142 output node 150 controller 190 access point

Claims (10)

複数のアンテナ、
前記複数のアンテナに結合され、チャネル状態情報(CSI)を含む無線LAN規格に準拠した通信を行うよう構成された複数の送信器、及び複数の受信器、及び
前記複数のアンテナによって受信された前記CSIの振幅に基づいて、近傍に人がいるかどうかの判断をする検出器
を備える人検出装置。
Multiple antennas,
A plurality of transmitters coupled to the plurality of antennas and configured to perform communication conforming to a wireless LAN standard including channel state information (CSI); and a plurality of receivers; and the plurality of antennas received by the plurality of antennas A human detection device including a detector that determines whether there is a person in the vicinity based on the amplitude of CSI.
前記検出器は、背景データとの差分をとることによって前記判断をする請求項1に記載の人検出装置。   The human detector according to claim 1, wherein the detector makes the determination by taking a difference from background data. 前記検出器は、各サブキャリアの平均値をとることによって前記判断をする請求項1に記載の人検出装置。   The human detector according to claim 1, wherein the detector makes the determination by taking an average value of each subcarrier. 前記検出器は、主成分分析によって前記判断をする請求項1に記載の人検出装置。   The human detector according to claim 1, wherein the detector makes the determination by principal component analysis. 前記検出器は、深層学習によって前記判断をする請求項1に記載の人検出装置。   The human detector according to claim 1, wherein the detector makes the determination by deep learning. 複数のアンテナに結合され、チャネル状態情報(CSI)を含む無線LAN規格に準拠した通信を行うよう構成された複数の送信器、及び複数の受信器を用いる人検出方法であって、
前記複数のアンテナによって受信された前記CSIの振幅に基づいて、近傍に人がいるかどうかの判断をすること
を含む人検出方法。
A human detection method using a plurality of transmitters and a plurality of receivers coupled to a plurality of antennas and configured to perform communication conforming to a wireless LAN standard including channel state information (CSI),
A person detection method including determining whether or not there is a person in the vicinity based on the amplitude of the CSI received by the plurality of antennas.
前記判断をすることは、背景データとの差分をとることを含む、請求項6に記載の人検出方法。   The person detection method according to claim 6, wherein the determination includes taking a difference from background data. 前記判断をすることは、各サブキャリアの平均値をとることを含む、請求項6に記載の人検出方法。   The person detection method according to claim 6, wherein the determination includes taking an average value of each subcarrier. 前記判断をすることは、主成分分析をすることを含む、請求項6に記載の人検出方法。   The human detection method according to claim 6, wherein the determination includes performing principal component analysis. 前記判断をすることは、深層学習をすることを含む、請求項6に記載の人検出方法。   The person detection method according to claim 6, wherein the determination includes deep learning.
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