JP2021030067A - 人の歩調を検出する方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
分割ユニット5は、最初に、受信した連続時間領域の加速度信号をサンプリングする。様々な加速度信号を、同じサンプリング周波数、例えば、100Hz〜1000Hzを使用してサンプリングすると有利である点に注目されたい。この特定の実施例では、200Hzのサンプリング周波数を使用する。その後、分割ユニット5は、ある所定時間持続及び重複し、この特定の実施例では、6秒持続し5秒重複する可動窓を採用して、分割した手首加速度信号(Ax[n]、Ay[n]、Az[n])を生成する。式中、nは窓番号を指す。窓長6秒が、性能を最適化することを、実験により見出した。窓長は、従って、1秒〜10秒、又はより詳細には4秒〜8秒が有利である。このデータ量は、要求される時間分解能を有せるほど短く、周波数分析用の十分なデータを有せるほど長い。
手首の動きの観点から歩調バウトと非歩調バウトとの本質的な違いを強調するために、多くの特徴を、強度、周期性、姿勢、及びノイズ性等、手首の動きの生体力学に基づいて規定又は識別した。「J. Tang、S. Alelyani及びH. Liu著「Feature Selection for Classification: A Review,” Data Classif. Algorithms Appl., p. 37, 2014」(非特許文献1)による LASSO(Least absolute shrinkage and selection operator)特徴選択方法を使用して、できる限り最良の特徴セットを特定して、訓練データセットに関する性能を最適化した。興味深いことに、LASSOは、特徴を規定するのに使用する全ての生体力学的評価基準(即ち、強度、周期性、姿勢、ノイズ性)をカバーする1セットの特徴を選択した。全部で、13の特徴を、以下の4カテゴリで選択した。
各窓に対する歩調の発生確率を、式13によりベイズ推定器を使用して推定した。
我々は、現在の活動に対する決定の確実性を増すために、過去に検出した活動の情報を利用した。図3で示すように、q[n−1]及びd[n−1]を、それぞれ、窓n−1まで検出した直前の活動(即ち、直前の活動は、窓n−d[n−1]から開始し、窓n−1を含むまで継続した)の種類及び持続時間として規定し、Pq[n]=q[n-1]|d[n-1]は、直前の活動の種類(q[n−1])及び持続時間(d[n−1])を踏まえて、窓nにおいて、この前の窓における活動と同じ活動(即ち、q[n]=q[n−1])を有する確率を表す。このために、2つの指数関数(式16及び式17を参照)を、本方法の訓練セッションから得た、日常生活における歩調及び非歩調バウトの持続時間の確率密度関数に組込んだ。式16及び式17におけるパラメータ(即ち、βG、γG、τG等)を、従って、歩調持続時間と非歩調持続時間それぞれのヒストグラムから得る。次に、ベイズ(PBayes)から求めた確率は、加速度信号から得た幾つかの特徴を使用するため、Pq[n]=q[n-1]|d[n-1]より、一般的に信頼できたことから、Pq[n]=q[n−1]|d[n−1]の修正による影響を、
PT[n]が0.5から十分離れているとき、窓nの活動が歩調か否かを決定し易い。しかしながら、PT[n]が0.5に近いとき、これは特徴窓の一部が歩調で、他の部分が非歩調であるために、活動間の過渡期付近で発生し得るが、意思決定は難しい。その結果、以下のアルゴリズムを、PT[n]に基づくスマート意思決定を行うように設計した。PT[n]<0.3とPT[n]>0.7である場合、決定はそれぞれNGとGであった。ここでは、決定は、現在の窓nに対するラベルL[n]を指す。これらの窓は、信頼できる窓と呼べる。一方で、0.3≦PT[n]≦0.7(曖昧な窓又は不確実性ゾーンと呼ぶ)であれば、我々は、直前の信頼できる窓と次の信頼できる窓の間の期間、より具体的には、その持続時間をチェックした。例えば、曖昧な窓nに関して、窓mとkは、それぞれ直前の窓と次の信頼できる窓である(m<n<k、図4を参照)。k−m+1≦10であれば、意志決定の閾値を、従来の0.5から1−平均(PT[m<n<k])に変更した。その他の点では、PT[n]>0.6又はPT[n]<0.4なら、それぞれG、NGと決定し、0.4≦PT[n]≦0.6なら、直前の信頼できる決定を、窓nに割当てた(即ち、L[n]=L[m])。上記パラメータ値の代わりに、他の適当なパラメータ値を使用してもよい点に注目されたい。以下のアルゴリズムは、提案したスマート意志決定の手順について簡単に説明している。
PT[n]>0.7なら、L[n]=G
PT[n]<0.3なら、L[n]=NG
0.3≦PT[n]≦0.7なら、
k−m+1≦10なら、
L[m]=L[k]なら、L[n]=L[m]=L[k]
そうでなければ、
PT[n]>1−平均(PT[m<n<k])なら、L[n]=G
そうでなければ、L[n]=NG
そうでなく、k−m+1>10なら、
PT[n]>0.6なら、L[n]=G
そうでなく、PT[n]<0.4なら、L[n]=NG
そうでなければ、L[n]=L[m]
終了
3 加速度計
5 分割ユニット
7 特徴抽出ユニット
9 確率推定器
11 確率修正ユニット
13 スマート意思決定ユニット
Claims (15)
- 個人が着用する歩調検出センサー(1)を使用することによって、前記個人の歩調を検出する方法であり、前記センサーは、加速度計(3)及び処理ユニット(5、7、9、11、13)を備え、前記方法は:
−前記加速度計(3)が、1つ又は複数のセンサー加速度値を表す加速度信号を得るステップ(101);
−前記処理ユニット(5)が、前記加速度信号をサンプリングして、サンプリングした加速度信号を得るステップ(103);
−前記処理ユニット(5)が、前記サンプリングした加速度信号を、所定数の、所定持続時間の窓に分割して、分割した加速度信号を得るステップ(105);
−前記処理ユニット(7)が、前記分割した加速度信号から特徴セットを抽出するステップ(107)であって、前記特徴セットは、前記加速度信号を特徴付ける、ステップ;
−前記処理ユニット(9)が、各窓nに対して、前記抽出した特徴セットを使用する訓練された確率推定器(9)を使用することによって、確率値を判断するステップ(109)であって、nは、ゼロより大きい正の整数であり、前記確率値は、前記各窓中の前記個人に対する歩調発生の推定確率値を与える、ステップ;
−前記処理ユニット(11)が、以前に検出した歩調持続時間のヒストグラムを使用し、前記推定確率値を修正して、修正確率値を得るステップ(111);及び
−前記処理ユニット(13)が、前記修正確率値に基づいて、判断閾値を使用して、前記各窓が歩調の発生を表すか否かを判断するステップ(113)
を備える、方法。 - 前記確率推定器(9)は、ベイズ推定器(9)を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記抽出した特徴セットは、以下の特徴カテゴリ:前記加速度信号の強度、前記加速度信号の周期性、センサー位置での前記個人の姿勢、及び前記加速度信号のノイズ性、の少なくとも1つにおいて、1つ又は複数の生力学的特徴を備える、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記1つ又は複数の生力学的特徴は、以下の特徴:加速度ノルムの強度、加速度ノルムの平均、加速度ノルムの正規化自己相関関数の最大ピーク、加速度ノルムの正規化自己相関関数のピークトゥーピーク値、加速度ノルムスペクトルの最大ピーク、加速度ノルムスペクトルの最大ピークの尖鋭度、歩調のステップ周波数、センサー位置での前記個人の姿勢、加速度ノルムの高周波数と低周波数のエネルギー比、平均値を除去した加速度ノルムのゼロ交差率、加速度ノルムのスペクトルエッジ周波数、加速度ノルムのランダム性スコア、及び加速度ノルムの尖度、の中の少なくとも1つである、請求項3に記載の方法。
- 前記分割した加速度信号は、3つの略直交する加速度成分(Ax[n],Ay[n],Az[n])を備える、請求項1〜4の何れか一項に記載の方法。
- 前記方法は、前記推定確率値を判断する前に、訓練データセットを使用して、前記確率推定器(9)を訓練するステップを更に備える、請求項1〜5の何れか一項に記載の方法。
- 前記修正確率値PT[n]が、a≦PT[n]≦(1−a)等の曖昧なゾーンにあると判断したならば、前記処理ユニットは、m<n<kであるような、直前の非曖昧な窓mと次の非曖昧な窓kとの期間持続時間を、非曖昧な窓PT[n]>1−a又はPT[n]<aにおいてチェックし、式中bは正の整数で、k−m+1≦bであれば、前記判断閾値を、0.5から1−平均(PT[m<n<k])に変更する、請求項1〜7の何れか一項に記載の方法。
- aは、0.1〜0.3、特に、0.15〜0.25であり、bは、5〜15、特に8〜12である、請求項8に記載の方法。
- 前記条件k−m+1≦b を満たさない場合、前記判断閾値を、歩調発生に関して0.5+cに設定し、非歩調発生に関して0.5−cに設定し、それにより、PT[n]>(0.5+c)であれば、歩調が発生したと判断し、PT[n]<(0.5−c)であれば、非歩調が発生したと判断し、(0.5−c)≦PT[n]≦(0.5+c)である場合には、前記直前の非曖昧な判断を、窓nに割当てる、請求項8又は9に記載の方法。
- cは、0.02〜0.2、特に0.05〜0.15である、請求項10に記載の方法。
- 前記加速度計を、前記個人の手首に着用する、請求項1〜11の何れか一項に記載の方法。
- 前記判断を、単一の加速度計のみからの前記加速度信号に基づいて、行う、請求項1〜12の何れか一項に記載の方法。
- 個人の歩調を検出する歩調検出センサー(1)であり、該センサーは、加速度計(3)及び処理ユニット(5、7、9、11、13)を備え、前記センサー(1)は:
−1つ又は複数のセンサー加速度値を表す加速度信号を得る手段;
−前記加速度信号をサンプリングして、サンプリングした加速度信号を得る手段;
−前記サンプリングした加速度信号を、所定数の、所定持続時間の窓に分割して、分割した加速度信号を得る手段;
−前記分割した加速度信号から特徴セットを抽出する手段であって、前記特徴セットは、前記加速度信号を特徴付ける、手段;
−各窓nに対して、前記抽出した特徴セットを使用する訓練した確率推定器(9)を使用することによって、確率値を判断する手段であって、nは、ゼロより大きい正の整数であり、前記確率値は、前記各窓中の前記個人に対する歩調発生の推定確率値を与える、手段;
−以前に検出した歩調持続時間のヒストグラムを使用して、前記推定確率値を修正し、修正確率値を得る手段;及び
−前記修正確率値に基づいて、判断閾値を使用し、前記各窓が歩調発生を表すか否かを判断する手段
を備える、センサー。 - 請求項14に記載の前記歩調検出センサーを含む腕時計。
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