JP5561097B2

JP5561097B2 - 状態検出装置、状態検出方法、状態検出プログラム、携帯端末、および制御方法

Info

Publication number: JP5561097B2
Application number: JP2010236084A
Authority: JP
Inventors: 康介西原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: JP2012090132A

Description

本発明は、状態検出装置、状態検出方法、状態検出プログラム、携帯端末、および制御方法に関する。

携帯端末を、その状態（換言すれば、ユーザの動作、例えば、ユーザの姿勢）に応じて制御する方法が知られている。特許文献１は、加速度センサ等のジェスチャ検出センサから得られる信号により、ユーザの「振る」や「傾ける」などのジェスチャを検出し、検出結果に応じて、携帯端末を制御（例えば、アイコンの表示制御）する技術について記載する。

特開２００３−１６２３７１号公報

ところで、例えば、特許文献１に示すような一般的な制御装置は、携帯端末に固有の加速度成分に基づいて状態を検出していた。一方、例えば、携帯端末の持ち方に関していえば、一通りではなく、様々な持ち方が存在する。例えば、横に持ったり、縦に持ったり、あるいは、斜めに持つ場合もあり、把持パターンは幾通りにもなる。

そして、上記したような、携帯端末に固有の加速度成分に基づいて状態を検出する一般的な制御装置において、例えば、ユーザの姿勢を正確に検出しようとする場合、上記幾通りかの把持パターンに対応した多くの加速度パターンを予め計算し、携帯端末に登録しておく必要がある。

多くの加速度パターンを予め準備する場合、以下に示すような問題が懸念される。第１に、各加速度パターンを算出するのにかなりの手間やコストが掛かる。第２に、多くの加速度パターンを登録するため、携帯端末のメモリ負荷が増大する懸念もある。第３に、加速度を検出する度に測定値と各加速度パターンとを比較する必要があるため、この比較処理に時間が費やされ、状態検出が遅れる可能性もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、多くの加速度パターンを予め準備することなく携帯端末の状態を検出することが可能な、状態検出装置、状態検出方法、状態検出プログラム、携帯端末、および制御方法を提供することを目的とする。

本発明の状態検出装置は、携帯端末に搭載される加速度センサによって測定された加速度成分を、携帯端末の持ち方に依存しない加速度成分に変換する加速度成分変換部と、前記変換後の加速度成分に基づいて携帯端末の状態を予測する状態予測部と、を備える。

本発明の状態検出方法は、携帯端末に搭載される加速度センサによって測定された加速度成分を、携帯端末の持ち方に依存しない加速度成分に変換し、前記変換後の加速度成分に基づいて携帯端末の状態を予測する。

本発明の状態検出プログラムは、携帯端末に搭載される加速度センサによって測定された加速度成分を、携帯端末の持ち方に依存しない加速度成分に変換する処理と、前記変換後の加速度成分に基づいて携帯端末の状態を予測する処理とをコンピュータに実行させる。

本発明の携帯端末は、加速度センサと、前記加速度センサによって測定された加速度成分を、携帯端末の持ち方に依存しない加速度成分に変換する加速度成分変換部と、前記変換後の加速度成分に基づいて携帯端末の状態を予測する状態予測部と、前記状態予測部から入力する前記予測結果に応じた制御を行う制御部と、を備える。

本発明の制御方法は、携帯端末における制御方法であって、携帯端末に搭載される加速度センサによって測定された加速度成分を、携帯端末の持ち方に依存しない加速度成分に変換し、前記変換後の加速度成分に基づいて携帯端末の状態を予測し、前記予測結果に応じた制御を行う。

本発明により、多くの加速度パターンを予め準備することなく携帯端末の状態を検出することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る状態検出装置の構成例を示すブロック図である。固有成分を説明する図である。非依存成分を説明する図であり、（ａ）は携帯端末を持ち歩いている状態の全体図であり、（ｂ）は携帯端末部分の拡大図である。非依存成分を説明する図であり、携帯端末を持ち歩いている状態の全体図であり、特に、進行方向および直交方向の成分決定を説明する図である。図１に示す状態検出装置の動作例を説明するフローチャートである。本発明の実施例を説明するための図であって、腕を振りながら歩行した際の加速度を端末固有の座標系（固有座標系）で計った測定値である。本発明の実施例を説明するための図であって、非依存成分の垂直方向を決定するための回転変換の様子を示す図である。本発明の実施例を説明するための図であって、図６に示す測定値に対して、図７に示す回転変換を施した場合の加速度成分を示す。本発明の実施例を説明するための図であって、非依存成分の、進行方向および直交方向を決定するための回転変換の様子を示す図である。本発明の実施例を説明するための図であって、図８に示す加速度成分に対して、図９に示す回転変換を施した場合の加速度成分を示す。本発明の第２の実施形態に係る状態検出装置の構成例を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態に係る携帯端末の構成例を示すブロック図である。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る状態検出装置１００の構成例を示すブロック図である。状態検出装置１００は、例えば、携帯端末に搭載され、携帯端末の状態を検出する。ここで、「携帯端末の状態」とは、例えば、携帯端末を把持するユーザの姿勢や動作のことを指す。状態検出装置１００は、加速度成分変換部１１０と、状態予測部１２０とを備える。

加速度成分変換部１１０は、携帯端末に搭載される加速度センサ（図１においては不図示）によって測定された加速度成分を入力する。この加速度成分は、携帯端末に固有の加速度成分（以下、固有成分とも呼ぶ）である。図２は、固有成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を説明する図である。加速度成分変換部１１０は、この固有成分を、持ち方に依存しない加速度成分（以下、非依存成分とも呼ぶ）に変換する。ここで、非依存成分は、固有成分の線形結合となる。つまり、固有成分から非依存成分への変換は、線形結合の重みを見つけることである。また、上記変換は、加速度の固有成分から非依存成分への座標変換と見なすこともできる。

図３は、非依存成分を説明する図であり、（ａ）は携帯端末を持ち歩いている状態の全体図であり、（ｂ）は携帯端末部分の拡大図である。例えば、図３（ａ）のように、ユーザが携帯端末を持って歩いている場合、固有成分を、垂直方向を表す成分と、ユーザが移動する進行方向を表す成分と、垂直方向および進行方向に直交する直交方向を表す成分に変換する。この場合、基準位置としては、携帯端末が一番下に下がったときの位置を基準とする。

垂直方向を表す成分は、重力加速度を基に決定する。地球上において垂直方向には、常時９．８ｍ／ｓ^２の重力加速度が働いているため、垂直方向を見つけることは容易である。この場合、携帯端末が振動しているため、例えば、平均が９．８ｍ／ｓ^２となる線形結合の重みを見つける。

進行方向を表す成分は、腕の振りを基に決定する。図４は、非依存成分を説明する図であり、携帯端末を持ち歩いている状態の全体図であり、特に、進行方向および直交方向の成分決定を説明する図である。通常、ユーザは、図４に示すように、歩行時には進行方向と垂直方向からなる平面に沿って腕を振っている。このため、垂直方向には大きさ０を中心にした加速度の振動が働いている。この振動を基に、他の方向と直交するように線形結合の重みを見つける。

直交方向を表す成分は、加速度成分がないことを特徴に決定する。多少の誤差はあるものの、図４から諒解されるように、基本的には、歩行時において、携帯端末は直交方向には振れない。すなわち、直交方向には、加速度成分がないと判断することができる。従って、他の方向と直交するように、加速度がほぼ０となる線形結合の重みを見つける。

図１の説明に戻り、状態予測部１２０は、変換後の加速度成分（非依存成分）に基づいて携帯端末の状態を判定する。例えば、状態予測部１２０は、垂直方向の加速度成分の符号が変わる変化、および、直交方向の加速度が０から大きく離れる変化のうちの少なくとも１つの変化を用い、携帯端末の状態を検出する。例えば、状態検出の一例として、携帯端末を閲覧する姿勢の検出について説明する。ユーザが、図３の状態（すなわち、携帯端末を持って歩いている状態）から携帯端末を閲覧する場合、携帯端末を振り上げることになる。この場合、携帯端末の向きが変わったり、反転したりする。その変化は、垂直方向成分の符号のプラスからマイナスへの変化、直交方向成分が０から大きく離れたりするような変化として観測される。

図５は、図１に示す状態検出装置１００の動作例を説明するフローチャートである。加速度成分変換部１１０は、加速度成分変換（固有成分から非依存成分への変換）を実行する（ステップＳ１１）。具体的には、加速度成分変換部１１０は、固有成分を非依存成分に変換するための線形結合の重みを決定する。線形結合の重みを決定する方法は上述したとおりである。固有成分は、決定した重みにより非依存成分へと変換される。

状態予測部１２０は、変換後の加速度成分（非依存成分）の変化に基づいて携帯端末の状態（例えば、ユーザの姿勢）を予測する（ステップＳ１２）。非依存成分の変化に基づいて携帯端末の姿勢を予測する方法は上述したとおりである。予測結果は、携帯端末の制御部（図１において不図示）に送信される。該制御部は、予測結果に応じた制御（例えば、閲覧に関わる表示制御）を実行する。

以上説明した第１の実施形態によれば、加速度センサの測定値（固有成分）を携帯端末の持ち方に依存しない加速度成分（非依存成分）に変換し、非依存成分に基づいて携帯端末の状態（携帯端末を把持するユーザの姿勢や動作）を検出する。すなわち、状態検出に用いられる加速度成分は、携帯端末固有の加速度成分ではなく、携帯端末の持ち方に依存しない加速度成分であるため、状態検出の際、携帯端末がどのような持ち方をされているかを意識する必要はない。従って、多くの加速度パターンを予め準備する必要は無い。よって、多くの加速度パターンを計算する手間を省くことが可能となる。さらに、携帯端末のメモリ負荷の増大を抑止することができる。しかも、測定結果と多くの加速度パターンとの比較処理が不要となるため、状態検出を迅速に行うことが可能となる。

さらに、以上説明した第１の実施形態において、状態予測部１２０は、垂直方向の加速度成分の符号が変わる変化、および、直交方向の加速度成分がゼロから大きく離れる変化のうちの少なくとも１つの変化を用い、携帯端末の状態を検出する。この場合、上記変化は、ユーザの所望とする動作が確定する前で発生する。携帯端末を閲覧する場合を例に挙げると、上記変化は、携帯端末を振り上げる動作が完了する前で発生する。すなわち、状態予測部１２０は、動作が確定する時点（すなわち、携帯端末を振り上げ終わって閲覧状態に入る時点）に先立って（換言すれば、動作を予測して）、所望の制御（例えば、閲覧に関わる表示制御等）を開始することができる。よって、ユーザが携帯端末を閲覧する頃には、すでに所望の制御が実行されているので、携帯端末の使用に関してユーザが不快を感じることはない。

［実施例］
以下、以上説明した第１の実施形態の具体例（実施例）について、図６〜図１０を用いて説明する。本実施例では、加速度成分変換部１１０での変換を、加速度の固有成分から非依存成分への座標変換と見なす場合について説明する。この座標変換は回転変換であり、加速度成分変換部１１０は回転角を見つけることになる。

携帯端末を図４のように持ち、腕を振りながら歩行した際の加速度の測定結果を図６に示す。具体的には、図６は、０秒から７秒まで歩行しその後に携帯端末を閲覧した場合の、携帯端末固有の座標系（固有座標系）で計った測定値である。この時、歩行中の加速度成分の平均Ａは（Ａ_ｘ、Ａ_ｙ、Ａ_ｚ）＝（５．５、−７．０、７．２）であり。この成分の向きは重力加速度の向きを表している。

まず、加速度成分変換部１１０は、垂直方向を決定する。本実施例では、垂直方向は歩行中の加速度成分の平均Ａの方向（すなわち、重力加速度の方向）とする。図７は、非依存成分の垂直方向を決定するための回転変換の様子を示す図である。図７に示すように、Ｘ軸を、Ｚ軸の周りにφ回転し、Ｙ軸（正確には、Ｚ軸の周りにφ回転した後の新しいＹ軸）の周りにθ回転させ、変換後のＸ’を垂直方向の軸とする。各回転角は以下で与えられる。

なお、今回のＺ軸回転ではＸからＹの方向が正であるため、φの符号は正となっている。一方、Ｙ軸回転ではＺからＸの方向が正であるため、θの符号は負となっている。

回転変換後の新しい座標（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）は、変換前の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を用いて以下の式で表される。

図８は、図６の測定結果に対して上記回転変換を適用した場合の各加速度成分を示す。図８より、Ｘ’成分が重力加速度（９．８ｍ／ｓ^２）を中心に振動していることが諒解される。また、他の２軸（Ｙ’、Ｚ’）が０を中心に振動していることも諒解される。

次に、加速度成分変換部１１０は、非依存成分の残りの２方向（進行方向および直交方向）を決定する。図９は、進行方向および直交方向を決定するための回転変換の様子を示す図である。決定に際しては、図９に示すように、Ｘ’軸の周りに回転を行い、変換後のどちらかの軸の成分が振動しない回転角ψを求める。この結果、振動する軸を進行方向とし、振動しない軸を直交方向とする。回転角ψを求めるには、振幅及び周期の値を基に計算するか、０から９０度まで探索を行う。

Ｘ’軸回転変換後の新しい座標（Ｘ’’、Ｙ’’、Ｚ’’）は、座標（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）を用いて以下の式で表される。

図１０は、図８の加速度成分に上記Ｘ’軸回転変換を適用した場合の各加速度成分を示す。この場合、探索の結果ψの値は３３度であった。

状態予測部１２０は、上記で求めた（Ｘ’’、Ｙ’’、Ｚ’’）に基づいて、閲覧姿勢を予測する。具体的には、状態予測部１２０は、垂直方向の加速度成分（Ｘ’’）の符号のプラスからマイナスへの変化、および直交方向の加速度成分（Ｙ’’）が０から大きく離れる変化（例えば、図１０において、所定の閾値である２ｍ／ｓ^２を超える変化）のうちの少なくとも１つの変化を検出した際、閲覧姿勢に移行すると予測する。実際、図１０を参照すると、７秒の僅か手前で、垂直方向の加速度成分（Ｘ’’）の符号がプラスからマイナスに変化するとともに直交方向の加速度成分（Ｙ’’）が２ｍ／ｓ^２をオーバーしている。

以上説明した実施例の効果は、前述した第１の実施形態の効果と同様である。

［第２の実施形態］
第１の実施形態に示した状態検出処理は、ソフトウェアで実行されてもよい。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る状態検出装置（状態検出処理をソフトウェアにより実行する場合の状態検出装置２００の）構成例を示すブロック図である。状態検出装置２００は、プロセッサ２１０（コンピュータやＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と呼ぶ場合もある）と、メインメモリ２２０と、インターフェース２３０と、を備える。

プロセッサ２１０は、メインメモリ２２０に格納されたプログラムを実行する。メインメモリ２２０は、プロセッサ２１０によって実行されるプログラムを記憶する。該プログラムには、図５に示す各処理を実行するために、プロセッサ２１０に処理させるための命令群が記載されている。インターフェース２３０には、加速度センサや制御対象のデバイス（例えば、表示デバイス）が接続される。プロセッサ２１０は、インターフェース２３０を介して、加速度センサから測定結果（固有成分）を入力する。また、プロセッサ２１０は、インターフェース２３０を介して、制御対象デバイスを制御するための信号を出力する。

プロセッサ２１０は、メインメモリ２２０に格納される上記プログラムを実行することにより、図５に示す処理を実行する。従って、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同一の効果を得ることができる。

なお、上記プログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の通信媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。

記憶媒体の例としては、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）を挙げることができる。あるいは、記憶媒体は、ＲＯＭカートリッジ、バッテリバックアップ付きＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）メモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性ＲＡＭカートリッジ等であってもよい。

一方、通信媒体の例としては、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等を挙げることができる。

［第３の実施形態］
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る携帯端末３００の構成例を示すブロック図である。携帯端末３００は、加速度センサ３１０と、加速度成分変換部３２０と、状態予測部３３０と、制御部３４０と、を備える。加速度センサ３１０は、携帯端末に固有の加速度成分（第１の実施形態の固有成分と同一）を出力する。加速度成分変換部３２０は、第１の実施形態の加速度成分変換部１１０（図１参照）と同一である。状態予測部３３０は、第１の実施形態の状態予測部１２０（図１参照）と同一である。制御部３４０は、状態予測部３３０から出力される予測結果に応じた制御（例えば、閲覧に関わる表示制御）を実行する。

以上説明した第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同一の効果を得ることができる。

１００、２００状態検出装置
１１０、３２０加速度成分変換部
１２０、３３０状態予測部
２１０プロセッサ
２２０メインメモリ
２３０インターフェース
３００携帯端末
３１０加速度センサ
３４０制御部

Claims

携帯端末に搭載される加速度センサによって測定された加速度成分を、垂直方向を表す加速度成分と、ユーザが移動する進行方向を表す加速度成分と、垂直方向および進行方向によって形成される平面に対して直交する直交方向を表す加速度成分とに変換する加速度成分変換部と、
前記変換後の加速度成分に基づいて携帯端末の状態を予測する状態予測部と、
を備えることを特徴とする状態検出装置。
前記状態予測部は、垂直方向の加速度成分の符号が変わる変化、および直交方向の加速度成分が０から大きく離れる変化のうちの少なくとも１つの変化を検出することで前記予測を行うことを特徴とする請求項１記載の状態検出装置。
前記状態は、前記携帯端末を把持するユーザが閲覧姿勢となる状態であり、前記状態予測部は、垂直方向の加速度成分の符号のプラスからマイナスへの変化、および直交方向の加速度成分が所定の閾値を超える変化のうちの少なくとも１つの変化を検出した際、前記閲覧姿勢に移行すると予測することを特徴とする請求項２記載の状態検出装置。
携帯端末に搭載される加速度センサによって測定された加速度成分を、垂直方向を表す加速度成分と、ユーザが移動する進行方向を表す加速度成分と、垂直方向および進行方向によって形成される平面に対して直交する直交方向を表す加速度成分とに変換し、
前記変換後の加速度成分に基づいて携帯端末の状態を予測する、
ことを特徴とする状態検出方法。
携帯端末に搭載される加速度センサによって測定された加速度成分を、垂直方向を表す加速度成分と、ユーザが移動する進行方向を表す加速度成分と、垂直方向および進行方向によって形成される平面に対して直交する直交方向を表す加速度成分とに変換する処理と、
前記変換後の加速度成分に基づいて携帯端末の状態を予測する処理と、
を、コンピュータに実行させることを特徴とする状態検出プログラム。
加速度センサと、
前記加速度センサによって測定された加速度成分を、垂直方向を表す加速度成分と、ユーザが移動する進行方向を表す加速度成分と、垂直方向および進行方向によって形成される平面に対して直交する直交方向を表す加速度成分とに変換する加速度成分変換部と、
前記変換後の加速度成分に基づいて携帯端末の状態を予測する状態予測部と、
前記状態予測部から入力する前記予測結果に応じた制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする携帯端末。
携帯端末における制御方法であって、
携帯端末に搭載される加速度センサによって測定された加速度成分を、垂直方向を表す加速度成分と、ユーザが移動する進行方向を表す加速度成分と、垂直方向および進行方向によって形成される平面に対して直交する直交方向を表す加速度成分とに変換し、
前記変換後の加速度成分に基づいて携帯端末の状態を予測し、
前記予測結果に応じた制御を行う
ことを特徴とする制御方法。