JP4385274B2

JP4385274B2 - 歩行波形特徴抽出方法及び個人識別装置

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Publication number: JP4385274B2
Application number: JP2002314920A
Authority: JP
Inventors: 清昭滝口
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Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は歩行波形特徴抽出方法及び個人識別装置に関し、例えば人体の歩行運動に伴って当該人体に形成される電界変位に基づいて個人の識別を行う個人識別装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、個人識別装置は、目の虹彩や、指又は掌の指紋等の人体固有となる生体的特徴を抽出し、当該抽出結果に基づいて所定の照合処理を行うことにより個人を識別するようになされている。
【０００３】
また、近年では人体の歩行運動自体が人体固有となる生体的特徴の１つとして着目されており、例えば歩行運動により生じる振動（音）について周波数解析を行うことにより生体的特徴を抽出し、当該抽出結果に基づいて個人を識別する個人識別装置が提案されている。
【０００４】
この個人識別装置においては、人体にマイクロフォンを装着し、当該人体の歩行運動時における振動をマイクロフォンで採集することにより得られる電気信号のうち、片方の脚部が着地した際の衝撃により生じる着地時振動に対応する部分を１歩の指標として歩行周期を検出した後、当該検出結果に基づいて人体固有となる歩行波形の特徴を抽出するようになされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１９７４３７号公報（第６図及び第７図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる個人識別装置においては、マイクロフォンを人体に装着する部位に応じて着地時の振動が可変するのみならず、当該マイクロフォン周囲のノイズの影響が大きいことにより、着地時振動に対応する部分を的確に特定することができず、その結果、歩行波形の特徴を精度よく抽出することが困難であった。
【０００７】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、精度よく歩行波形の特徴を抽出し得る歩行波形特徴抽出方法及び個人識別装置を提案しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明は、人体の２足運動に伴って当該人体に形成される電界の変位のうち、一方の足底面全体が着地し、かつ他方の爪先が離地直後の状態において足底面と路面との電位差及び静電容量により生じる所定の周波数帯域での振幅のピークを指標として、２足運動の１歩に相当する１歩波形を特定し、その１歩波形に基づいて当該１歩波形の特徴を抽出する。
【０００９】
この場合、左右足相互間又は個人差による歩行態様の差異に係わらず、当該左右足相互間の帯電干渉の影響を受けずに出現する振幅のピークを指標とすることができ、ほぼ的確に１歩を特定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１１】
（１）個人識別装置の構成
図１において、１は全体として本発明を適用した個人識別装置を示し、電界変位検出部２と、当該電界変位検出部２に接続された解析部３と、当該解析部３に接続された入力部４、記憶メモリ５及び出力部６とによって構成されており、例えば腕や足首等の人体の皮膚へ当接可能な状態に形成される。
【００１２】
個人識別装置１は、任意の人体の歩行運動に伴って当該人体の足底面と路面との間で形成される静電容量変化や、足底面と路面との帯電変化等が生じることにより当該人体に形成される電界変位を、電界変位検出部２によって電気信号（以下、これを歩行波形信号と呼ぶ）Ｓ１として検出し、その歩行波形信号Ｓ１を解析部３によって解析することにより個人を識別するようになされている。
【００１３】
ここで、この一実施の形態における歩行運動とは、人体が特にスピードを意識することなくほぼ平坦な路面を歩いている動きをいう。
【００１４】
因みに、人体の歩行運動に伴って当該人体に形成される電界変位においては、極めて周波数が低く波長も長いので、極めて広範囲な静電界が支配的となっている。
【００１５】
電界変位検出部２は、図２に示すように、電界効果トランジスタ（以下、これをＦＥＴと呼ぶ）１０と、当該ＦＥＴ１０のゲートに接続された主電極１１と、当該主電極１１と検出対象の人体表皮ＯＳとの間に介挿された誘電体１２と、一端がＦＥＴ１０のソースに接続されると共に他端がＦＥＴ１０のドレインに接続されたアンプ１３とによって構成される。
【００１６】
ＦＥＴ１０のドレインとアンプ１３の他端との中点ＭＰには、誘電体１２を介して人体表皮ＯＳが接続される。またアンプ１３は、内部電源又は外部から供給される電源によって動作するようになされている。
【００１７】
従って電界変位検出部２においては、検出対象の人体の歩行運動に伴って当該人体に形成される超低周波帯の電界変位が人体表皮ＯＳを伝わると、誘電体１２と主電極１１との間でポテンシャルが生じることにより当該電界変位に応じた微小電流をＦＥＴ１０を介して検出し、その微小電流をアンプ１３を介して歩行波形信号Ｓ１として解析部３（図１）に送出する。
【００１８】
この場合、電界変位検出部２においては、人体に形成される電界変位が超低周波帯であるため、ハムノイズ等のノイズの影響を殆ど受けることなく当該人体の歩行運動に伴う電界変位を精度よく検出し得るようになされている。
【００１９】
また電界変位検出部２は、検出対象の人体表皮ＯＳに誘電体１２を直接当接することにより当該人体の歩行運動に伴う電界変位を感度よく検出し得、さらに誘電体１２を誘電率の高い例えば軟質塩ビで形成することにより当該人体の歩行運動に伴う電界変位を感度よく検出し得るようになされている。
【００２０】
このように電界変位検出部２は、マイクロ波等の探査波を検出対象の人体に照射することなく電界変位を検出し得るようになされている。
【００２１】
かかる構成に加えて、電界変位検出部２は、中点ＭＰを介して人体表皮ＯＳに接地する際に、当該ＦＥＴ１０及び主電極１１の周囲を覆うガード電極１４を介して人体表皮ＯＳに接地するようになされている。
【００２２】
これにより電界変位検出部２は、ガード電極１４によって人体の歩行運動に伴う電界変位以外の周波数成分（ノイズ）の検出を極力回避し得るようになされている。
【００２３】
このようにして電界変位検出部２により検出された歩行波形信号Ｓ１は、図３に示すように、２０Ｈｚ以下の低周波帯域において、時間の経過に応じて電界強度の強弱パターンがあたかも声紋のように発生している。
【００２４】
ここで、かかる電界強度（電位）の変化と、人体の歩行運動の態様（以下、これを歩行態様と呼ぶ）との対応関係について検討するが、まずは基本的前提として、人体歩行態様及び電界強度の発生メカニズムとを説明する。
【００２５】
右足における人体歩行態様としては、図４に示すように、踵が離地（路面から離れることをいう。以下同じ）した直後から爪先が離地した直後までの離地プロセス（図４Ａ）と、爪先が離地した直後から踵が着地する直前までの蹴出プロセス（図４Ｂ）と、踵が着地した直後から足底面全体が路面に対して着地（以下、これを完全着地と呼ぶ）するまでの着地プロセス（図４Ｃ）との大きく３種類のプロセスが順次繰り返されている。
【００２６】
また左足における人体歩行態様としては、右足と同様に３種類のプロセスが順次繰り返されるが、当該左足の各プロセスの開始時期については右足とは異なっており、右足の離地プロセスの途中で着地プロセスを開始し（図４Ａにおいて矢印で示す）、当該右足における着地プロセスの途中で左足における離地プロセスを開始する（図４Ｃにおいて矢印で示す）。
【００２７】
このように人体の歩行運動においては、右足の着地プロセスに相反する左足の離地プロセスと、右足の離地プロセスに相反する左足の着地プロセスとがおよそ半周期ずれながら、当該右足及び左足の各プロセスが交互に繰り返されることにより前進するようになされている。
【００２８】
次に、電界強度（電位）の発生メカニズムについて説明する。
【００２９】
静電容量は、当該静電容量をＣ、誘電率をε、電極面積をＳ及び電極間の距離をｄとすると、次式
【００３０】
【数１】

【００３１】
によって表される。
【００３２】
従って人体の歩行運動では、路面に対する足底面の接触面積Ｓが大きいほど静電容量Ｃは大きく、これに対して路面から足底面が剥離すると、その剥離面積Ｓに対応する足底面と路面との間の距離ｄに応じた分だけ誘電率の低い空気層ができるので静電容量Ｃは小さくなる。
【００３３】
すなわち人体の歩行運動に伴う電界変位の電界強度においては、路面に対する足底面の剥離面積（接触面積）の変化、路面と足底面との距離変化及び路面と足底面との間における電荷の移動（帯電相互作用）がそれぞれ密接に関与している。
【００３４】
ところで電荷量は、当該電荷量をＱ及び電圧をＶとすると、次式
【００３５】
【数２】

【００３６】
によって表される。
【００３７】
ここで人体の歩行運動では、人体の電荷量Ｑ自体には殆ど変化がないので、当該電荷量Ｑが一定であるものと仮定した場合、静電容量Ｃの変化と、電圧Ｖの変化とが相反する。
【００３８】
従って人体の歩行運動では、離地プロセス（図４Ａ）において路面に対する足底面の急速な剥離に伴って静電容量Ｃが急激に低下すると、当該足底面と路面との間における電圧Ｖが急激に上昇することにより空気の絶縁破壊限界を越えて放電が起こる。
【００３９】
このように人体の歩行運動では、路面に対する足底面の剥離に伴って電圧Ｖが上昇すると同時に、静電容量Ｃの急激な低下に伴って当該足底面と路面との間で放電が生じる。
【００４０】
かくして、人体の歩行運動に伴って変化する電界強度の発生メカニズムとしては、人体の足底面と路面との電位差による電圧Ｖだけが要因となるのではなく、静電容量Ｃも密接に関与している。
【００４１】
以上の基本的前提をふまえたうえで、人体歩行態様と、人体の歩行運動に伴って生じる電界強度の変化との対応関係について人体の足底面と路面と間に静電容量を形成しているモデルに基づいて説明する。
【００４２】
かかるモデルとしては、左足底面を長さ方向の中間から幅方向へ左踵及び左爪先の各部分に分けると共に、同様にして右足底面を右踵及び右爪先の各部分に分けた際に、当該各部分と路面との間で形成される可変容量コンデンサを仮定した等価回路を用いる。
【００４３】
図５に示すように、等価回路２０は、電界変位検出部２（図２）とほぼ同様の回路構成ではあるが、当該電界変位検出部２におけるＦＥＴ１０のゲートには、主電極１１及び誘電体１２に代えて、左踵と路面との間に形成されるコンデンサＣL1と、左爪先と路面との間に形成されるコンデンサＣL2と、右踵と路面との間に形成されるコンデンサＣR1と、右爪先と路面との間に形成されるコンデンサＣR2との４つの可変容量コンデンサがＦＥＴ１０のゲートに接続されているものと仮定している。
【００４４】
因みに、点線で囲っている部分については、説明の便宜上、電界変位検出部２の構成を簡易化している。
【００４５】
この等価回路２０を用いて、人体歩行態様と、人体の電荷量Ｑの変化、足底面と路面との間に形成される静電容量Ｃの変化及び当該足底面と路面との電圧Ｖの変化（すなわち歩行波形信号Ｓ１における電界強度の変化）との対応関係について図６のタイミングチャートに表し、そのタイミングチャートの説明を表１にまとめた。
【００４６】
但し、説明の便宜上、路面の漏洩抵抗は無視し、また人体の電荷量Ｑは当該変化が微小であるため一定であると仮定し、さらに足底面が離地するときには、踵と爪先とが明確に分かれて離地するものと仮定する。
【００４７】
また、人体歩行態様としては、右足が後方にあり、右踵が離地する直前の状態（図４Ａに示す左端の状態）から、当該右足の蹴出プロセス（図４Ｂ）を経て、左爪先が離地した直後の状態（図４Ｃに示す右端の状態）までを対象とする。
【００４８】
【表１】

【００４９】
このように図６中に示した歩行波形は、表１で説明した通り、ほぼ半周期ずれながら交互に繰り返される歩行態様の各状態（表１における歩行運動項目の〔１〕〜〔８〕）に応じた静電容量及び電位の変化の結果であり、図３に示した電界強度の強弱パターンに対応する。
【００５０】
従って歩行波形は、左右足相互間あるいは個人間における生体的差異や歩行軌跡等の歩行態様の差異に応じて静電容量及び電位が変化することにより、固有のパターンで現れる。
【００５１】
ところで、図６中の歩行波形には、右踵が離地した直後（図６中における右足動作の〔１〕）、右爪先が離地した直後（図６中における右足動作の〔４〕）、左踵が離地した直後（図６中における左足動作の〔５〕）及び左爪先が離地した直後（図６中における左足動作の〔７〕）にそれぞれ対応して剥離帯電が発生（放電）しており、これに伴って鋭い振幅のピーク（図６中における実測波形の▲１▼〜▲４▼）が出現している。
【００５２】
かかる振幅のピークを、踵が離地した直後と爪先が離地した直後とに分けて着目してみる。まず、前者においては、右足（左足）の踵が完全に離地した直後（図４中の破線部分）のとき、左足（右足）は未だ着地しておらず空中の位置に存在している。
【００５３】
従って、左右踵が離地した直後に対応する振幅のピーク（図６中▲１▼及び▲３▼）は、剥離帯電が発生（放電）により比較的顕著に出現するものの、左右足相互間に帯電干渉が起こっている分だけ抑制され、また上述したように左右足相互間における歩行態様の差異に応じて左右足相互間の帯電干渉の状態も変化するので振幅差もある。
【００５４】
これに対して後者においては、右足（左足）の爪先が完全に離地した直後（図４中の破線部分）のとき、歩行態様の特性上、当該歩行態様の差異に係わらず左足（右足）は完全着地状態となる。
【００５５】
従って、左右爪先が離地した直後に対応する振幅のピーク（図６中▲２▼及び▲４▼）は、左右足相互間に帯電干渉が起こらないことにより、歩行波形のうち最も大きい振幅のピークとして８Ｈｚ±２Ｈｚの帯域内にほぼ一律に出現する。この場合、複数の被験者に対して計測された歩行波形についても同様に８Ｈｚ±２Ｈｚの帯域で振幅のピーク（以下、これを８Ｈｚピークと呼ぶ）が出現する。
【００５６】
このように歩行波形信号Ｓ１（図１）の歩行波形は、歩行態様の差異に応じて静電容量及び電位が変化することにより固有のパターンで出現するが、当該歩行態様の差異に係わらず左右爪先が離地した直後の繰り返しに対応してほぼ一定の周期で特徴的な８Ｈｚピークが出現するようになされている。
【００５７】
ところで、解析部３（図１）は、入力部４を介して所定の登録開始操作が行われると歩行波形登録処理を実行することにより、例えば当該操作時に個人識別装置１を装着している人体（以下、これを登録者と呼ぶ）の歩行運動に応じて電界変位検出部２から与えられる歩行波形信号（以下、これを登録歩行波形信号と呼ぶ）Ｓ１のうち、上述の８Ｈｚピークを指標として登録波形の特徴を抽出した後、当該抽出結果を登録波形特徴データＤ１として記憶メモリ５に記憶する。
【００５８】
この状態において解析部３は、入力部４を介して所定の照合開始操作が行われると歩行波形照合処理を実行することにより、まず、例えば当該操作時に個人識別装置１を装着している人体（以下、これを照合対象者と呼ぶ）の歩行運動に応じて電界変位検出部２から与えられる歩行波形信号（以下、これを照合歩行波形信号と呼ぶ）Ｓ２のうち、上述の８Ｈｚピークを指標として照合対象波形の特徴を抽出する。
【００５９】
次いで解析部３は、照合対象波形の特徴と、記憶メモリ５に記憶された登録者波形特徴データＤ１における登録波形の特徴とを照合することにより登録者であるか否かを識別し、その識別結果を表す識別結果データＤ２を生成して出力部６に送出する。
【００６０】
出力部６は、出力先の回路（装置）の受付状態に対応した出力信号を生成するようになされており、解析部３から与えられる識別結果データＤ２を例えば光電変換することにより赤外線信号Ｓ３を生成し、これを外部に出力する。
【００６１】
記憶メモリ５には、解析部３による歩行波形登録処理又は歩行波形照合処理の際に用いるための情報として、８Ｈｚピークが出現してから次の８Ｈｚピークが出現するまでの時間幅（以下、これをピーク間幅と呼ぶ）の平均的な平均ピーク間幅情報が予め記憶されている。
【００６２】
実際上、解析部３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等により構成される制御部により、記憶メモリ５に予め記憶された所定の解析プログラムに従って歩行波形登録処理及び歩行波形照合処理を実行するようになされており、まずは歩行波形登録処理について、以下のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００６３】
（２）歩行波形登録処理
図７に示すように解析部３は、ルーチンＲＴ１の開始ステップから入ってステップＳＰ１へ移り、電界変位検出部２から与えられる所定の単位時間当たりの登録歩行波形信号Ｓ１（図２）に対して、Ａ／Ｄ変換処理を施すことにより登録歩行波形データを生成し、次のステップＳＰ２へ移る。
【００６４】
ステップＳＰ２において解析部３は、登録歩行波形データのうち解析対象ではない４０Ｈｚ以上の周波数成分を除去した後、例えばＦＦＴ(Fast Fourier Transform)等の直交変換処理を施すことにより、図８に示すように８Ｈｚ帯域付近の登録歩行波形データ（以下、これを８Ｈｚ帯登録歩行波形と呼ぶ）を生成し、次のステップＳＰ３へ移る。
【００６５】
ステップＳＰ３において解析部３は、ステップＳＰ２で生成された８Ｈｚ帯登録歩行波形のうち、歩き始めや歩き終わりの際の歩行運動あるいは立ち止まり時等の定常歩行運動以外に相当する波形部分を除去し、次のステップＳＰ４へ移る。
【００６６】
実際上、解析部３は、８Ｈｚ帯登録歩行波形に出現する８Ｈｚピークを検知し、当該検知した８Ｈｚピーク間幅のうち、予め記憶メモリ５（図１）に記憶されているピーク間平均幅情報に比して所定の許容範囲外となる８Ｈｚピーク間幅に係る波形部分を除去するようになされている。
【００６７】
この場合、解析部３は、歩行態様の差異に係わらずほぼ等間隔で出現する８Ｈｚピークを指標として定常歩行運動以外に相当する波形部分を除去していることにより、定常歩行運動部分に相当する８Ｈｚ帯登録歩行波形だけを的確に残し得るようになされている。
【００６８】
ステップＳＰ４において解析部３は、任意の基準８Ｈｚピークの中心位置から当該基準８Ｈｚピークの前後にそれぞれ存在する８Ｈｚピークの中間位置までを、歩行運動における実際の１歩に相当する単位（以下、これを１歩単位と呼ぶ）ＳＵとして特定するようになされており、ステップＳＰ３で得られた８Ｈｚ帯登録歩行波形を当該１歩区間単位ＳＵで切り出すことにより、複数歩数分の１歩登録波形を生成し、次のステップＳＰ５へ移る。
【００６９】
この場合、解析部３は、８Ｈｚピークを指標として特定した１歩単位ＳＵで８Ｈｚ帯登録歩行波形を切り出していることにより、歩行運動における実際の１歩に対応する１歩登録波形を的確に生成し得るようになされている。
【００７０】
ステップＳＰ５において解析部３は、ステップＳＰ４で切り出した複数歩数分の１歩登録波形が予め設定された歩数（以下、これを設定歩数と呼ぶ）分だけ切り出されたか否かを判断する。
【００７１】
ここで否定結果が得られると、このことはステップＳＰ４で切り出された１歩登録波形が未だ設定歩数分に達していないことを表わしており、このとき解析部３は、ステップＳＰ１に戻って上述の処理を繰り返す。
【００７２】
これに対してステップＳＰ５で肯定結果が得られると、このことはステップＳＰ４で切り出された１歩登録波形が設定歩数分に達していることを表わしており、このとき解析部３は、次のステップＳＰ６へ移る。
【００７３】
ステップＳＰ６において解析部３は、ステップＳＰ４で切り出した設定歩数分の１歩登録波形それぞれに対して、ほぼ等間隔でなる例えば２１個の細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に分割する。
【００７４】
そして解析部３は、細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に係る振幅値（電界強度の値）を積分することにより得られる積分値を、１歩登録波形の特徴として抽出し、次のステップＳＰ７へ移る。
【００７５】
ここで、例えば５歩分の１歩登録波形をそれぞれ２１個の細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に分割した際における積分値のグラフを図９に示す。但し、積分値については正規化している。
【００７６】
図９中の１本の折れ線は、１歩分の１歩登録波形に対応しており、当該１歩登録波形を２１個の細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１ごとに積分した結果得られる複数の積分値を結んでいることから、もとの１歩登録波形の詳細な概形を表している。
【００７７】
従って、１本の折れ線を形成している各細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１の積分値は、それぞれ登録者固有となる１歩登録波形の特徴を表しているといえる。また各細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に係る５つの積分値の組は、当該１歩登録波形の部分的特徴の集合であり、登録者であることを部分毎に証明する範囲を表しているといえる。
【００７８】
ステップＳＰ７において解析部３は、細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に係る５つの積分値の組を、１歩登録波形の部分的特徴を表す登録波形特徴パラメータ群ＧＲ１〜ＧＲ２１としてそれぞれ認識し、次のステップＳＰ８へ移る。
【００７９】
ステップＳＰ８において解析部３は、例えば図１０に示すように、登録波形特徴パラメータ群ＧＲ１及びＧＲ２における２１次元空間上の分布状態を表す登録波形特徴分布データを生成し、登録波形特徴パラメータ群ＧＲ３〜ＧＲ２１についても同様にして登録波形特徴分布データを生成し、次のステップＳＰ９へ移る。
【００８０】
因みに、図１０においては便宜上２次元上の分布状態を表している。また解析部３は、２１次元空間上の分布状態を表したが、実際にはステップＳＰ６で１歩登録波形を分割する分割数に対応する次元空間上の分布状態を表すようになされている。
【００８１】
ステップＳＰ９において解析部３は、ステップＳＰ８で生成した登録波形特徴パラメータ群ＧＲ１〜ＧＲ２１にそれぞれ対応する登録波形特徴分布データに対して、所定の保存データ形式に変換することにより登録波形特徴データＤ１を生成し、これを記憶メモリ５（図１）に記憶した後、次のステップＳＰ１０に移って、歩行波形登録処理を終了する。
【００８２】
このように解析部３は、所定の登録開始操作が行われると、８Ｈｚピークを指標として１歩登録波形を切り出し、当該１歩登録波形を複数の細分区間に係る振幅値を積分することにより、登録者固有の１歩登録波形の特徴を表す積分値を的確に抽出し得るようになされている。
【００８３】
（３）歩行波形照合処理
次に、解析部３における歩行波形照合処理について、以下のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００８４】
図１１に示すように解析部３は、ルーチンＲＴ２の開始ステップから入ってステップＳＰ２１へ移り、電界変位検出部２から与えられる所定の単位時間当たりの照合歩行波形信号Ｓ２に対して、上述のルーチンＲＴ１（図７）におけるステップＳＰ１からステップＳＰ３までの各処理を実行することにより、定常歩行運動以外に相当する波形部分を除去した８Ｈｚ帯照合歩行波形を生成し、次のステップＳＰ２２へ移る。
【００８５】
ステップＳＰ２２において解析部３は、ステップＳＰ４の処理と同様に、ステップＳＰ２１で生成された８Ｈｚ帯照合歩行波形を１歩区間単位ＳＵ（図８）で切り出すことにより、１歩分の１歩照合波形を生成し、次のステップＳＰ２３へ移る。
【００８６】
ステップＳＰ２３において解析部３は、ステップＳＰ２２で切り出した１歩照合波形を、ステップＳＰ６で分割した分割数と同じ例えば２１個の細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１（図８）に分割する。
【００８７】
そして解析部３は、細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に係る電界強度（電位）を積分することにより得られる積分値を、１歩照合波形の特徴として抽出し、次のステップＳＰ２４へ移る。
【００８８】
ステップＳＰ２４において解析部３は、図１１に示すように、ステップＳＰ２３で抽出された細分区間ＣＳＵ１の積分値ＣＰと、当該細分区間ＣＳＵ１に対応する例えば３人分の登録波形特徴パラメータ群ＧＲ１における分布ＤＳ１〜ＤＳ３の各重心位置とのマハラノビス距離を求める。
【００８９】
また解析部３は、残りの各細分区間ＣＳＵ２〜ＣＳＵ２１の積分値についても同様にしてマハラノビス距離を求め、次のステップＳＰ２５へ移る。
【００９０】
ステップＳＰ２５において解析部３は、ステップＳＰ２４で各細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１の積分値ごとに登録者３人分に対して求めたマハラノビス距離を当該登録者ごとに合計し、当該合計した登録者ごとのマハラノビス距離に基づいて、照合対象者が登録者本人であると識別し得る可能性がどの程度であるかを割合で表す本人認識率をそれぞれ算出し、次のステップＳＰ２６へ移る。
【００９１】
実際上、解析部３は、合計マハラノビス距離が小さいほど高い本人認識率を算出し、これに対して合計マハラノビス距離が大きいほど低い本人認識率を算出するようになされている。
【００９２】
ステップＳＰ２６おいて解析部３は、ステップＳＰ２５で算出された複数の本人認識率のいずれかが９０％以上であるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは照合対象者の１歩照合波形と、記憶メモリ５に既に登録されている登録者の１歩登録波形との一致率が悪い、即ち照合対象者が登録者本人であると識別することができないことを表しており、このとき解析部３は、照合対象者が登録者ではないと識別し、次のステップＳＰ２９へ移る。
【００９３】
これに対して肯定結果が得られると、このことは照合対象者が複数の登録者のうちのいずれかに該当していることを表しており、このとき解析部３は、次のステップＳＰ２７へ移る。
【００９４】
ステップＳＰ２７において解析部３は、ステップＳＰ２５で算出された複数の本人認識率のうち、９０％以上の本人認識率が２以上あるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは照合対象者が登録者本人であるとすべき候補が１人であることを表しており、このとき解析部３は、当該候補である登録者が照合対象者であると識別し、次のステップＳＰ２９へ移る。
【００９５】
これに対して肯定結果が得られると、このことは照合対象者が登録者本人であるとすべき候補が２人以上存在していることを表しており、このとき解析部３は、次のステップＳＰ２８へ移って、９０％以上の本人認識率が最も高い登録者が照合対象者であると識別し、次のステップＳＰ２９へ移る。
【００９６】
ステップＳＰ２９において解析部３は、ステップＳＰ２６、ＳＰ２７又はＳＰ２８の識別結果に応じた識別結果データＤ２を生成し、これを出力部６（図１）に送出した後、次のステップＳＰ３０へ移って、歩行波形照合処理を終了する。
【００９７】
因みに解析部３は、９０％以上の本人認識率が最も高い登録者が２以上存在していた場合には、その旨を識別結果データＤ２として出力部６に送出するようになされている。
【００９８】
このように解析部３は、歩行態様の差異に係わらずほぼ等間隔で出現する８Ｈｚピークを指標として１歩照合波形を切り出し、当該１歩照合波形を、歩行波形処理で分割した分割数と同じ細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１（図８）に係る積分値を１歩照合波形の特徴として抽出した後に、登録波形特徴パラメータ群ＧＲ１〜ＧＲ２１の分布とのマハラノビス距離に基づいて登録者であるか否かを識別することにより、登録者及び照合対象者の１歩のうちそれぞれ対応する歩行態様に相当する波形部分を照合することができ、その結果、精度よく識別し得るようになされている。
【００９９】
以上の構成において、個人識別装置１は、人体の歩行運動に伴って路面と足底面との間に形成される静電容量変化と、当該路面と足底面との帯電変化とが生じることにより当該人体に形成される電界変位の相対的な変化を、電界変位検出部２によって歩行波形信号Ｓ１又はＳ２として検出するようにした。
【０１００】
この場合、静電容量変化及び帯電変化が超低周波帯域に広範囲に伝搬するので、個人識別装置１は、電界変位検出部２の位置の影響や、ハムノイズや当該電界変位検出部２周囲のノイズ等の影響を受けることなく電界変位の相対的な変化を歩行波形信号Ｓ１又はＳ２として検出することができる。
【０１０１】
この状態において、個人識別装置１は、歩行波形信号Ｓ１又はＳ２の歩行波形のうち、一方の足底面全体が着地しかつ他方の爪先が離地直後の状態（図４中の破線部分）に対応して特異的に出現する８Ｈｚ±２Ｈｚ帯域に係る８Ｈｚピークを指標として１歩波形を特定するようにした。
【０１０２】
この場合、個人識別装置１においては、左右足相互間の帯電干渉の影響を受けずに出現する振幅の最大ピークを指標とすることができるので、左右足相互間あるいは個人間の歩行態様の差異に応じて固有のパターンで出現していても、当該歩行運動の実際の１歩を忠実に反映した１歩波形として的確に特定することができる。
【０１０３】
また、個人識別装置１においては、かかる１歩波形を複数の細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１（図８）に分割し、当該分割した細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に係る振幅値ごとに積分した積分値を１歩波形の波形の特徴として抽出することにより、１歩波形の詳細な概形を表すことができ、従って１歩波形をそのまま照合しなくても、精度よく個人を識別することができる。
【０１０４】
以上の構成によれば、人体の歩行運動に伴って当該人体に形成される電界変位のうち、一方の足底面全体が着地しかつ他方の爪先が離地直後の状態に対応する８Ｈｚピークを指標として、当該歩行運動の１歩に相当する１歩波形を特定し、その特定された１歩波形に基づいて１歩波形の特徴を抽出するようにしたことにより、左右足相互間の帯電干渉の影響を受けずに出現する振幅の最大ピークを指標とすることができるので、当該歩行運動の実際の１歩を忠実に反映した１歩波形として的確に特定することができ、かくして、１歩波形の特徴を精度よく抽出することができる。
【０１０５】
なお上述の実施の形態においては、解析部３によって人体の歩行運動に伴って当該人体に形成される電界変位を解析する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば早歩き運動、階段の昇降運動又は足踏み運動等、要は、一方の足底面全体が着地し、かつ他方の爪先が離地した直後の状態を含むこの他種々の２足運動に伴って当該人体に形成される電界変位を解析するようにしても良い。
【０１０６】
この場合、右足（左足）が完全着地状態から、当該右足（左足）の爪先が離地した直後に至るまでの移動速度に応じて歩行波形における振幅の最大ピークが可変するので、解析部３は、８Ｈｚピークに代えて、検出対象とすべき２足運動時における右足（左足）が完全着地状態から当該右足（左足）の爪先が離地した直後に至るまでの移動速度に応じた周波数帯域に出現する振幅のピークを指標として検知すれば、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
また上述の実施の形態においては、電界変位検出部２を当接した人体を登録者又は照合対象者として歩行検出する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、電界変位検出部２を当接した人体の周囲に存在する人体を登録者又は照合対象者として歩行検出するようにしても良い。
【０１０８】
この場合、接近に伴って時系列的に振幅が増大するので、解析部３は、個人識別装置１から検出対象の位置までの距離と、８Ｈｚピークに相当する振幅ピークとの対応関係を予め記憶メモリ５に記憶しておけば、人体の歩行運動に伴って当該人体に極めて広範囲に伝搬する静電界変位を検出しているため、電界変位検出部２を当接した人体の周囲に存在する登録者又は照合対象者が比較的遠い位置に存在していても精度よく検出することができる。
【０１０９】
さらに上述の実施の形態においては、電界変位検出部２を人体皮膚ＯＳに直接当接する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該人体皮膚に代えて、例えば携帯電話機や歩数計内に組み込んだり、あるいは金属の柱や机に設置する等、この他種々の導体に取り付けるようにしても良い。
【０１１０】
この場合、個人を識別する場合に限らず、例えば医療機関において患者（歩行者）の歩行態様等を分析する場合や、バイオメトリクスの分野において人体と動物との識別を行う場合など、２足運動に関するこの他種々の用途に使用することができる。
【０１１１】
さらに上述の実施の形態においては、電界変位検出手段としての電界変位検出部２を図２で上述した構成とした場合について述べたが、当該電界変位検出部２に代えて、本発明はこれに限らず、超電導薄膜を微細加工し、超電導状態にある接合部（ジョセフソン結合）を並列となるように形成されたＳＱＩＤ(Superconducting Quantum Interference Device) と呼ばれる磁気センサによって構成するようにしても良い。
【０１１２】
さらに上述の実施の形態においては、識別手段としての解析部３と電界変位検出部２とを個人識別装置１に設ける場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該電界検出部２又は解析部３のいずれかを別途独立して設けるようにしてもよい。
【０１１３】
さらに上述の実施の形態においては、１歩波形を複数の細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１（図８）に分割し、当該分割した細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に係るごとに算出された積分値を１歩波形の特徴として抽出する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該複数の細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１（図８）に分割した際の振幅値を積分することなくそのまま１歩波形の特徴として抽出する用にしても良い。
【０１１４】
さらに上述の実施の形態においては、解析部３における各処理を解析プログラムによって実現する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該各処理の一部又は全部をそれぞれ専用の集積回路等のハードウェア手段によって実現するようにしても良い。
【０１１５】
さらに上述の実施の形態においては、予め記憶メモリ５に予め記憶された解析プログラムに従って上述の歩行波形登録処理（図７）及び歩行波形照合処理（図１１）を実行する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該解析プログラムが格納されたプログラム格納媒体を情報処理装置にインストールすることにより歩行波形登録処理及び歩行波形照合処理を実行するようにしても良い。
【０１１６】
この場合、歩行波形登録処理及び歩行波形照合処理を実行するための解析プログラムを情報処理装置にインストールして実行可能な状態にするためのプログラム格納媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory ）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のパッケージメディアのみならず、プログラムが一時的若しくは永続的に記憶される半導体メモリや磁気ディスク等で実現しても良い。またこれらプログラム格納媒体に解析プログラム記憶する手段として、ローカルエリアネットワークやインターネット、ディジタル衛星放送等の有線又は無線通信媒体を利用しても良く、ルータやモデム等の各種通信インターフェースを介して格納するようにしても良い。
【０１１７】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、人体の２足運動に伴って当該人体に形成される電界の変位のうち、一方の足底面全体が着地し、かつ他方の爪先が離地直後の状態において足底面と路面との電位差及び静電容量により生じる所定の周波数帯域での振幅のピークを指標として、２足運動の１歩に相当する１歩波形を特定し、その１歩波形に基づいて当該１歩波形の特徴を抽出するようにしたことにより、左右足相互間の帯電干渉の影響を受けずに出現する振幅のピークを指標とすることができるので、当該歩行運動の実際の１歩を忠実に反映した１歩波形として的確に特定することができ、かくして、歩行波形の特徴を精度よく抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した個人識別装置の構成を示すブロック図である。
【図２】電界変位検出部の構成を示す略線図である。
【図３】スペクトログラム例を示す略線図である。
【図４】歩行態様を示す略線図である。
【図５】等価回路を示す略線図である。
【図６】表１の説明に供するタイミングチャートである。
【図７】歩行波形登録処理手順を示すフローチャートである。
【図８】１歩波形の切り出し及び分割の説明に供する略線図である。
【図９】細分区間における積分値を示す略線図である。
【図１０】登録波形特徴パラメータ群の分布例を示す略線図である。
【図１１】歩行波形照合処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】マハラノビス距離の算出の説明に供する略線図である。
【符号の説明】
１……個人識別装置、２……電界変位検出部、３……解析部、４……入力部、５……記憶メモリ、６……出力部、１０……ＦＥＴ、１１……主電極、１２……誘電体、１３……アンプ、１４……ガード電極。

Claims

人体の２足運動に伴って当該人体に形成される電界の変位のうち、一方の足底面全体が着地し、かつ他方の爪先が離地直後の状態において足底面と路面との電位差及び静電容量により生じる所定の周波数帯域での振幅のピークを指標として、上記２足運動の１歩に相当する１歩波形を特定する波形特定ステップと、
上記１歩波形に基づいて当該１歩波形の特徴を抽出する特徴抽出ステップと
を有する歩行波形特徴抽出方法。
上記所定の周波数帯域は、８Ｈｚ±２Ｈｚである、請求項１に記載の歩行波形特徴抽出方法。
上記特徴抽出ステップでは、
上記１歩波形を任意の時間幅ごとに分割し、当該分割した時間幅に係る振幅値を積分することにより得られる積分値を、上記１歩波形の特徴として抽出する、請求項１に記載の歩行波形特徴抽出方法。
上記１歩波形の特徴と、メモリに登録されている登録波形の特徴とを比較する比較ステップと、
上記比較ステップでの比較の結果が所定の範囲内に存在する場合、上記１歩波形及び上記登録波形が一致したと認識する認識ステップと
を有する、請求項１に記載の歩行波形特徴抽出方法。
上記比較ステップでは、
上記１歩波形の特徴と、上記登録波形の特徴に基づき計算されたマハラノビス距離により比較する、請求項４に記載の歩行波形特徴抽出方法。
上記特徴抽出ステップでは、
上記１歩波形から複数の特徴パラメータを抽出し、
上記比較ステップでは、
各上記特徴パラメータを比較する、請求項４に記載の歩行波形特徴抽出方法。
人体の２足運動に伴って当該人体に形成される電界の変位を検出する電界変位検出手段と、
上記電界の変位のうち、一方の足底面全体が着地し、かつ他方の爪先が離地直後の状態において足底面と路面との電位差及び静電容量により生じる所定の周波数帯域での振幅のピークを指標として、上記２足運動の１歩に相当する１歩波形を特定する１歩波形特定手段と、
上記１歩波形を用いて個人を識別する識別手段と
を有する個人識別装置。
上記所定の周波数帯域は、８Ｈｚ±２Ｈｚである、請求項７に記載の個人識別装置。
上記１歩波形の特徴を抽出する特徴抽出手段
をさらに有し、
上記識別手段は、
上記１歩波形の特徴を用いて識別する、請求項７に記載の個人識別装置。
上記識別手段は、
上記１歩波形の特徴と、メモリに登録されている登録波形の特徴との比較の結果が所定の範囲内に存在するか否かに応じて個人を識別する、請求項９に記載の個人識別装置。
上記特徴抽出手段は、
上記１歩波形を任意の時間幅ごとに振幅値を積分する、請求項９乃至請求項１０に記載の個人識別装置。
上記識別手段は、
上記１歩波形の特徴と、上記登録波形の特徴に基づき計算されたマハラノビス距離により比較する、請求項１０に記載の個人識別装置。
上記特徴抽出手段は、
上記１歩波形から複数の特徴パラメータを抽出し、
上記識別手段は、
各上記特徴パラメータを比較する、請求項１０に記載の個人識別装置。