JP6435429B1 - ヒトの姿勢を獲得する方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】便利で応答が速く低コストで較正が１つのみの効果を有するヒトの姿勢を獲得する方法およびシステムを提供する。
【解決手段】本発明は、ヒトの胴及び肢部に各々取り付けられた１つ以上の第１及び第２のタイプの電磁場放射器で１つ以上の電磁信号をプロセッサに送信し、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定し原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算し、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係に基づいて第２のタイプの電磁場放射器の運動軌道を獲得し運動軌道に基づき座標変化を計算して原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の座標情報を獲得し、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報と原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報とに基づきヒトの姿勢の実時間情報を獲得する各ステップを含む。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、ヒトの胴及び肢部に各々取り付けられた１つ以上の第１及び第２のタイプの電磁場放射器で１つ以上の電磁信号をプロセッサに送信し、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定し原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算し、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係に基づいて第２のタイプの電磁場放射器の運動軌道を獲得し運動軌道に基づき座標変化を計算して原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の座標情報を獲得し、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報と原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報とに基づきヒトの姿勢の実時間情報を獲得する各ステップを含む。
【選択図】図１
Description
関連出願の相互参照
[0001]本発明は、参照により本明細書に組み込まれている、２０１７年１２月４日に出願した係属中華人民共和国出願第２０１７１１２５８２８３Ｘ号の優先権を主張するものである。
[0001]本発明は、参照により本明細書に組み込まれている、２０１７年１２月４日に出願した係属中華人民共和国出願第２０１７１１２５８２８３Ｘ号の優先権を主張するものである。
[0002]本発明はヒトの運動を収集する技術分野に関し、より詳細にはヒトの姿勢を獲得する方法およびシステムに関する。
[0003]現在、ヒトの運動を抽出する主な方法は、光学的方法、加速度センサ方法、時間領域マイクロ波方法および電磁場方法を含む。光学的方法は、可視光または赤外線を使用して画像認識を実施し、また、ヒトの関節に配置されたビーコンを追跡し、それによりヒトの運動の抽出を実現する。欠点は、ビーコンが遮られ、そのためにヒトの運動の抽出が不完全になり得ることである。さらに、画像処理速度が遅いにも関わらずコストは一般的に高い。
[0004]加速度センサ方法は、ヒトの運動の加速度を計算することによってヒトの関節の各々の相対位置を獲得する。主な欠点は、このような方法は、高いコストで、その前の位置に対する位置情報しか得られないことである。また、最大の問題は、その使用が著しく不便なタイミング較正を実施しなければならず、そのためにこのような方法は、フィルム製造などの産業アプリケーションにしか適していないことである。
[0005]時間領域マイクロ波方法は、異なる受信機に到着する信号の伝搬遅延を計算することによってビーコンの位置を抽出する。欠点は、アンテナの体積が非常に大きく、そのためにヒトの身体上の十分な位置に受信機が取り付けられ得ないことである。したがってこのような方法には、受信機を有する特定の空間に人を置く必要がある。精度は低く、また、高精度位置決め（ＣＭレベル）のコストも高い。実際、このような方法は、ヒトの運動を捕らえるのには適しておらず、現在は、在庫追跡およびロジスティクス管理に主として使用されている。
[0006]電磁場方法は、２種類の電磁場解析方法を含む。第１の方法は、ＤＣ磁場と交番電場を結合して章動界を生成する。ＤＣ静磁場を使用しているため、このような方法は、測定領域における金属の干渉に対して脆弱である。第２の方法は、３つの周波数を有する三次元直交アンテナ群を有する複合トランシーバシステムを使用する。送信端の三次元直交アンテナ群は、１つの周波数を有する信号をそれぞれ送信し、この信号は、それぞれ受信端の三次元直交アンテナ群によって受信される。次に、受信アンテナと送信アンテナの間の距離および角度をさらに計算するために、３つの座標軸上の受信アンテナの位置がそれぞれ計算され得る。このようなシステムは強力な耐干渉能力を有しているが、その構造は複雑であり、また、計算パラメータの抽出が複雑化される。また、システムは、一般的な娯楽のために使用するには高価すぎる（少なくとも１００，０００元）。要するにこれらの２つの方法に対する１つの共通点は、追跡される人から独立したある場所に送信アンテナが配置され、一方、追跡される人の身体に受信アンテナがビーコンとして配置される、ということである。したがって追跡される人は、送信アンテナの位置の特定の範囲内に留まっていなければならず、そのために追跡される人の移動が制限される。
[0007]上で言及した問題を解決するために、本発明は、便利で、応答が速く、低コストで、かつ、較正が１つのみである技術的効果を有する、ヒトの姿勢を獲得する方法およびシステムを提供する。
[0008]上記目的を達成するために、本発明は、以下のステップを含む、ヒトの姿勢を獲得する方法を提供する。
[0009]ステップ１、ヒトの胴に取り付けられた１つまたは複数の第１のタイプの電磁場放射器によって１つまたは複数の電磁信号をプロセッサに送信するステップ、およびヒトの肢部に取り付けられた１つまたは複数の第２のタイプの電磁場放射器によって１つまたは複数の電磁信号をプロセッサに送信するステップ。
[0009]ステップ１、ヒトの胴に取り付けられた１つまたは複数の第１のタイプの電磁場放射器によって１つまたは複数の電磁信号をプロセッサに送信するステップ、およびヒトの肢部に取り付けられた１つまたは複数の第２のタイプの電磁場放射器によって１つまたは複数の電磁信号をプロセッサに送信するステップ。
[0010]ステップ２、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定するステップ、および原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算するステップ。
[0011]ステップ３、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係に基づいて第２のタイプの電磁場放射器の運動軌道を獲得するステップ、および運動軌道に基づいて座標変化を計算することによって原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の座標情報をさらに獲得するステップ。
[0012]ステップ４、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報、および原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報に基づいてヒトの姿勢の実時間情報を獲得するステップ。
[0013]本発明の原理は以下の通りである。第１のタイプの電磁場放射器および第２のタイプの電磁場放射器がそれぞれヒトの胴およびヒトの肢部に取り付けられ、電磁場放射器の各々が他の電磁場放射器に信号を送信する。信号を受信する電磁場放射器は、受信した信号をプロセッサに転送し、プロセッサは、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定し、次に、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算し、プロセッサは、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係に基づいて第２のタイプの電磁場放射器の運動軌道を獲得し、次に、運動軌道に基づいて座標変化を計算することによって原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の座標情報を獲得し、また、プロセッサは、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報、および原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報に基づいてヒトの姿勢の実時間情報を獲得する。
[0014]電磁場放射器を使用して信号が送信され、かつ、受信される。例えば測定される位置に配置された電磁場放射器は、送信波形発生回路によって生成された信号を周囲に放射して局所電磁場分布を形成する。次に、測定のための位置に配置された電磁場放射器が信号を受信する。信号は、増幅回路によって増幅された後、データ収集カードによって収集され、かつ、アナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号は、デジタルフィルタリングの後、計算プロセスを実施するために信号処理回路に転送される。
[0015]通常、座標の原点は、実際の必要性に応じて設定され得る、追跡される人の背中の特定の点である。ヒトの姿勢の変化は、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標変化、および原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の座標変化に基づいて獲得され得る。
[0016]さらに、電磁場放射器およびプロセッサは、ヒトの身体に直接または間接的に取り付けられ、また、プロセッサと電磁場放射器の間の接続は、有線または無線である。
[0017]さらに、ステップ１には、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定するステップの後、電圧振幅と座標の間の対応する関係に基づいて、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算するステップを含む。
[0017]さらに、ステップ１には、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定するステップの後、電圧振幅と座標の間の対応する関係に基づいて、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算するステップを含む。
[0018]いくつかの実施形態では、ステップ３における第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係は、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の距離関係を獲得するステップ、および第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の角度関係を獲得するステップの２つのステップに鑑みて獲得され、第２のタイプの電磁場放射器２Ｈのうちの１つが、第１のタイプの電磁場放射器２Ｇおよび２Ｆの２つの電磁場放射器によって受信される信号を送信し、２Ｇおよび２Ｆによって受信される信号の信号強度が測定されてＶｏｕｔ２ｇおよびＶｏｕｔ２ｆが獲得され、Ｖｏｕｔ２ｇおよびＶｏｕｔ２ｆに基づいてｒおよびθの複数の値が計算され、ｒは２Ｈと２Ｇの間の距離を表し、また、θは２Ｈと２Ｇの間の角度を表し、ｒおよびθの複数の値は、最終的に２Ｈと２Ｇの距離関係および角度関係を獲得するために、ｒおよびθのプリセット拘束に従って制約される。
[0019]さらに、ｒおよびθの拘束は、電磁場放射器の取付け位置に対応するヒトの関節の移動範囲によって決定される。移動範囲はヒトの異なる関節に応じて変化し、本発明においては詳細に説明されない運動生理解析によって獲得され得る。
[0020]さらに、本発明は、相応じて、ヒトの胴に取り付けられた複数の第１のタイプの電磁場放射器と、ヒトの肢部に取り付けられた複数の第２のタイプの電磁場放射器と、プロセッサとを備える、ヒトの姿勢を獲得するシステムを提供し、第１のタイプの電磁場放射器および第２のタイプの電磁場放射器は、すべて、複数の電磁信号をプロセッサに送信し、プロセッサは、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定し、次に、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算し、プロセッサは、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係に基づいて第２のタイプの電磁場放射器の運動軌道を獲得し、次に、運動軌道に基づいて座標変化を計算することによって原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の座標情報を獲得し、また、プロセッサは、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報、および原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報に基づいてヒトの姿勢の実時間情報を獲得する。
[0021]好ましいことには、電磁場放射器およびプロセッサは、ヒトの身体に直接または間接的に取り付けられ、また、プロセッサと電磁場放射器の間の接続は、有線または無線である。
[0022]さらに、プロセッサは、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定し、次に、電圧振幅と座標の間の対応する関係に基づいて、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算する。
[0023]さらに、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係がプロセッサによって獲得され、より詳細には、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の距離関係、および第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の角度関係が獲得される。特に、第２のタイプの電磁場放射器２Ｈのうちの１つが、第１のタイプの電磁場放射器２Ｇおよび２Ｆの２つの電磁場放射器によって受信される信号を送信し、２Ｇおよび２Ｆによって受信される信号の信号強度が測定されてＶｏｕｔ２ｇおよびＶｏｕｔ２ｆが獲得され、Ｖｏｕｔ２ｇおよびＶｏｕｔ２ｆに基づいてｒおよびθの複数の値が計算され、ｒは２Ｈと２Ｇの間の距離を表し、また、θは２Ｈと２Ｇの間の角度を表し、ｒおよびθの複数の値は、最終的に２Ｈと２Ｇの距離関係および角度関係を獲得するために、ｒおよびθのプリセット拘束に従って制約される。
[0024]好ましいことには、ｒおよびθの拘束は、電磁場放射器の取付け位置に対応するヒトの関節の移動範囲によって決定される。
[0025]本発明で提供される１つまたは複数の技術的スキームは、少なくとも以下の技術的効果または利点を有する。
[0025]本発明で提供される１つまたは複数の技術的スキームは、少なくとも以下の技術的効果または利点を有する。
[0026]小形電磁場放射器は、すべて、追跡される人の身体に配置され、外部デバイスを必要としないため、本発明は、環境から独立した追跡を実現し、したがって利便性を改善することは明らかである。
[0027]さらに、本発明は、位置および速度情報の絶対座標を追跡すると共に、誤差の蓄積の回避を達成しており、後者により、タイミング較正のための複雑なプロセスが回避される。
[0028]さらに、加速度計およびコンパスなどの光学的方法および機構構造と比較すると、本発明によって採用される電磁場の測定は、光学画像処理時間および機械的応答時間を回避し、したがって高速処理速度が得られ、その一方で全体システムは、単純な構成、低コストハードウェアおよび較正が１つのみの技術的効果を有する。
[0029]上記および他の目的を達成するための特徴および利点は、当業者にはより容易に明らかになり、好ましい実施形態および詳細な説明は、添付の図面と共に以下の説明の中で示される。
[0030]本発明は、以下の詳細な説明および添付の図面を精査することにより、当業者にはより容易に明らかになるであろう。
[0034]次に、本発明について、以下の実施形態を参照してより明確に説明する。本発明の好ましい実施形態についての以下の説明は、単に例証および説明を目的として本明細書において提示されたものにすぎないことに留意されたい。本発明は、当該説明で網羅されていることも、開示された正確な形態に限定されることも意図されていない。
[0035]図１および図２に示されているように、本発明は、ヒトの姿勢を獲得する方法を提供する。方法は以下のステップを含む。
[0036]ヒトの胴に取り付けられた複数の第１のタイプの電磁場放射器、ヒトの肢部に取り付けられた複数の第２のタイプの電磁場放射器およびプロセッサを備え、第１のタイプの電磁場放射器および第２のタイプの電磁場放射器は、すべて、複数の電磁信号をプロセッサに送信し、プロセッサは、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定し、次に、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算し、プロセッサは、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係に基づいて第２のタイプの電磁場放射器の運動軌道を獲得し、次に、運動軌道に基づいて座標変化を計算することによって原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の座標情報を獲得し、また、プロセッサは、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報、および原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報に基づいてヒトの姿勢の実時間情報を獲得する。
[0036]ヒトの胴に取り付けられた複数の第１のタイプの電磁場放射器、ヒトの肢部に取り付けられた複数の第２のタイプの電磁場放射器およびプロセッサを備え、第１のタイプの電磁場放射器および第２のタイプの電磁場放射器は、すべて、複数の電磁信号をプロセッサに送信し、プロセッサは、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定し、次に、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算し、プロセッサは、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係に基づいて第２のタイプの電磁場放射器の運動軌道を獲得し、次に、運動軌道に基づいて座標変化を計算することによって原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の座標情報を獲得し、また、プロセッサは、原点に対する第１のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報、および原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報に基づいてヒトの姿勢の実時間情報を獲得する。
[0037]本発明で提供される電磁場放射器は、第１のタイプの電磁場放射器および第２のタイプの電磁場放射器を含み、電磁場放射器の各々は、信号アクセスのためのアクセスポート、アクセスポートと接地の間に接続されたキャパシタンス、キャパシタンスと並列に接続されたコイル、およびアクセスポートに接続された発振器を備える。アクセスポートはケーブルに接続され、ケーブルからの信号の供給を許容する。したがってキャパシタンスを介してコイルおよび発振器に電磁エネルギーを供給することができる。低周波信号は、主としてコイルから放射して近傍場分布を形成し、一方、高周波信号は、主として発振器から放射して近傍場分布を形成する。電磁場放射器は、ケーブル中に導かれた電磁波を近準定常電磁場分布に変換して、低周波信号および高周波信号の同時供給を可能にし、周波数の差が大きい２つの周波数スペクトル放射成分を実現する。一方、コイルおよび発振器は、周囲の準定常電磁場を誘導電流に変換することができ、この誘導電流は、ケーブルへ流れて受信信号を形成する。上で言及した回路構成は、単純で、かつ、小形であるばかりでなく、十分な放射領域を提供して、最大１メートルに及ぶ十分な放射距離を獲得し、無線充電コイルおよびＮＦＣアンテナの技術的空白を満たす。
[0038]図３に示されているように、電磁場放射器の各々は、アクセスポート１、キャパシタンスＣ、コイルＬおよび発振器２を備えており、アクセスポート１は、信号アクセスのためにケーブルに接続され、キャパシタンスＣは、アクセスポート１と接地の間に接続され、コイルＬは、キャパシタンスＣと並列に接続され、また、発振器２はアクセスポート１に接続されている。ケーブルを介して信号がアクセスされると、電磁波中の低周波信号および高周波信号がそれぞれコイルおよび発振器から放射して近傍場分布を形成する。電磁場放射器の各々は、キャパシタンスと接地の間の接続を実現するためのポートをさらに備えることができる。例えばポートは、接地されたハウジングに接続される。
[0039]システムのハードウェア構成は図２に示されている。電磁場放射器は、追跡される人の身体全体に配置され、また、ケーブルを介してプロセッサに接続される。電磁場放射器を使用して信号が送信され、かつ、受信される。例えば測定される位置に配置された電磁場放射器は、送信波形発生回路によって生成された信号を周囲に放射して局所電磁場分布を形成する。次に、測定のための位置に配置された電磁場放射器が信号を受信する。信号は、増幅回路によって増幅された後、データ収集カードによって収集され、かつ、アナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号は、デジタルフィルタリングの後、算術処理計算を実施するために信号処理回路に転送される。
[0040]増幅回路は、ＢＪＴ三極管を模擬することによって確立されたインフィネオン社（Ｉｎｆｉｎｅｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のハイブリッド集積回路を使用している。データ収集カードは、ＴＩ社（ＴＩ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって開発された、低コストで、かつ、高精度のＡ／Ｄチップを使用している。フィルタリングプロセスは、プロセッサ資源によって確立されたデジタルフィルタソフトウェアを使用することによって実施され、また、ソフトウェアによって処理される。信号処理回路は、ＡＲＭ７またはＡＲＭ９直列チップ、あるいはアルティラ社（Ａｌｔｅｒａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって開発された、低コストのＦＰＧＡ直列チップを使用している。送信波形は、周辺演算増幅器および水晶発振器回路と共にプロセッサによって生成される。
[0041]電磁場放射器は、追跡される人の衣服またはベルト締めデバイスに配置される。プロセッサは、ケーブルを介して電磁場放射器の各々と接続され、電磁場放射器の各々によって送信または受信された信号の振幅および位相を計算し、また、任意の２つの電磁場放射器の間の距離および角度をさらに計算する。任意の２つの電磁場放射器の間のすべての距離および角度が決定されると、ヒトの身体の動作姿勢が同じく決定され得る。
[0042]電磁場放射器の相対位置を計算するためのアルゴリズムは以下の通りである。
[0043]ヒトの胴の背中または胸に配置される電磁場放射器のほとんどは、第１のタイプの電磁場放射器である。第１のタイプの電磁場放射器は、背中の中央領域を基準座標の原点として使用する。身体が自然な直立状態にある場合、第１のタイプの電磁場放射器の各々の初期位置が分かる。ヒトの胴の移動範囲は限られているため、ヒトが移動中である場合、第１のタイプの電磁場放射器の相対位置は一次元方向に変化する。したがって基準座標の原点に配置される第１のタイプの電磁場放射器のうちの１つに対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定することにより、原点に対する測定された第１のタイプの電磁場放射器の位置の変化量が直接計算され得る。
[0043]ヒトの胴の背中または胸に配置される電磁場放射器のほとんどは、第１のタイプの電磁場放射器である。第１のタイプの電磁場放射器は、背中の中央領域を基準座標の原点として使用する。身体が自然な直立状態にある場合、第１のタイプの電磁場放射器の各々の初期位置が分かる。ヒトの胴の移動範囲は限られているため、ヒトが移動中である場合、第１のタイプの電磁場放射器の相対位置は一次元方向に変化する。したがって基準座標の原点に配置される第１のタイプの電磁場放射器のうちの１つに対する第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定することにより、原点に対する測定された第１のタイプの電磁場放射器の位置の変化量が直接計算され得る。
[0044]ヒトの胴に配置される残りの電磁場放射器、およびヒトの肢部に配置される電磁場放射器は、第２のタイプの電磁場放射器である。第２のタイプの電磁場放射器の運動軌道は、第２のタイプの電磁場放射器と第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係に従って決定される。引き続いて、座標変化を計算することにより、原点に対する第２のタイプの電磁場放射器の座標情報が獲得され得る。
[0045]第２のタイプの電磁場放射器および第１のタイプの電磁場放射器の相対位置のための計算方法は以下の通りである。
[0046]電磁場誘導電圧のための計算式によれば、
[0046]電磁場誘導電圧のための計算式によれば、
である。
[0047]上で言及した計算式において、ｄＢはテスラ単位の磁束密度セグメントを表し、１テスラは、１平方メートル当たり１ウェーバ（Ｗｂ／ｍ２）に等しく、ｄｌは電流方向における電流セグメントを表し、ａＲはｄｌから点Ｐまでの単位ベクトルを表し、Ｒは電流セグメントｄｌから点Ｐまでの距離を表し、また、Ｋは比例定数である。
[0047]上で言及した計算式において、ｄＢはテスラ単位の磁束密度セグメントを表し、１テスラは、１平方メートル当たり１ウェーバ（Ｗｂ／ｍ２）に等しく、ｄｌは電流方向における電流セグメントを表し、ａＲはｄｌから点Ｐまでの単位ベクトルを表し、Ｒは電流セグメントｄｌから点Ｐまでの距離を表し、また、Ｋは比例定数である。
[0048]磁場の空間分布に関するビオ−サバールの法則の式によれば、空間の特定の点に形成される任意の電流セグメントの磁束密度は、その特定の点と電流セグメントの間の距離の二乗に反比例し、また、その特定の点と電流セグメントの方向の間の夾角のクロス乗積に比例する。
[0049]信号が電磁場放射器のうちの１つ（すなわち送信電磁場放射器）によって送信され、かつ、電磁場放射器のうちの別の１つ（すなわち受信電磁場放射器）によって受信されると、マクスウェルの方程式におけるファラデーの法則の積分形式に従って、同じ周波数を使用して、受信電磁場放射器によって受信された信号強度（すなわち電圧振幅）が、送信電磁場放射器によって生成される受信電磁場放射器のコイルの磁束密度によって決定される。信号強度は磁束密度と線形である。一方、アンテナの形状およびコールの巻数は一定であり、したがってビオ−サバールの法則に従って積分することによって獲得されるコイルの総磁束密度に対するそれらの寄与も同じく一定である。したがって磁束密度は、受信電磁場放射器と送信電磁場放射器の間の距離および角度によってのみ決定される。
[0050]例えば大腿に配置される第２の電磁場放射器のうちの１つの通し番号は２Ｈである。追跡されると、２Ｈは、２つの第１の電磁場放射器２Ｇおよび２Ｆによって受信される信号を送信する。
[0051]２Ｇおよび２Ｆに対する２Ｈの移動範囲は、ヒトの関節および筋肉の動作によって制限される。２Ｇ、２Ｈに対する関係においては、４〜８ｃｍの距離内で（大腿を持ち上げた、横方向の外反運動によって決まる）、０〜１３０°の角度で動くことができるにすぎない。同様に、２Ｆ、２Ｈに対する関係においては、６〜１０ｃｍの距離内で（大腿を持ち上げた、横方向の外反運動によって決まる）、０〜１３０°の角度で動くことができるにすぎない。
[0052]したがって上で説明した移動範囲内では、２Ｈから送信された信号を２Ｇおよび２Ｆが受信すると、測定される信号強度Ｖｏｕｔ２ｇおよびＶｏｕｔ２ｆも、２Ｈおよび２Ｇの距離ｒ関係および夾角θ関係に同じく対応する。この関係は以下の通りである。
Ｖｏｕｔ２ｇ＝ｆ（ｒ１，θ１）
４＜ｒ１＜８
０＜θ１＜１３０
Ｖｏｕｔ２ｆ＝ｆ（ｒ２，θ２）
６＜ｒ２＜１０
０＜θ２＜１３０
[0053]ｒ１は２Ｇと２Ｈの間の距離を表し、θ１は２Ｇと２Ｈの間の角度を表し、ｒ２は２Ｆと２Ｈの間の距離を表し、また、θ２は２Ｆと２Ｈの間の角度を表している。ｆ（ｒ，θ）のための計算式は以下の通りである。
４＜ｒ１＜８
０＜θ１＜１３０
Ｖｏｕｔ２ｆ＝ｆ（ｒ２，θ２）
６＜ｒ２＜１０
０＜θ２＜１３０
[0053]ｒ１は２Ｇと２Ｈの間の距離を表し、θ１は２Ｇと２Ｈの間の角度を表し、ｒ２は２Ｆと２Ｈの間の距離を表し、また、θ２は２Ｆと２Ｈの間の角度を表している。ｆ（ｒ，θ）のための計算式は以下の通りである。
[0054]上記の式において、Ａは、電磁場放射器の各々の回路構成に関連して一定である電圧伝達係数を表し、μは通気性を表し、Ｎ２は送信電磁場放射器のコイルの巻数を表し、Ｎ１は受信電磁場放射器のコイルの巻数を表し、Ｃ１は送信コイルループに沿った積分を表し、Ｃ２は受信コイルループに沿った積分を表し、θは送信コイルと受信コイルの間の夾角を表し、ｒは送信電流セグメントと受信電流セグメントの間の距離を表し、また、ｄｌ１およびｄｌ２は積分単位である。
[0055]上記の式に鑑みて、既知の位置に既知の角度で配置された受信電磁場放射器の電圧振幅が計算され得る。受信電磁場放射器の測定された電圧振幅、Ｖｏｕｔ２ｇおよびＶｏｕｔ２ｆの測定された値、ｒおよびθの拘束、および上で言及した式に従って計算された位置／角度−電圧の行列を使用して、試験電圧で最小の平均二乗誤差を有する行列の位置／角度点が平均二乗誤差の最小判定基準のニュートン最適化法によって計算される（このような問題を解決するための様々な同様の成熟アルゴリズムは、ルンゲ−クッタ法などの従来技術で知られている）。最後に、２Ｈのｒ１、θ１、ｒ２およびθ２の対応するパラメータが計算される。座標変換の後、原点に対する２Ｈの実時間座標が得られる。
[0056]計算効率が乏しい場合、電磁場放射器のうちの１つを追跡するための受信電磁放射器の量が増加され得る。
[0057]他の電磁場放射器のための位置決め方法は、上で説明した方法と同様である。他の電磁場放射器の計算をしている間、電磁場放射器が位置しているヒトの関節の移動範囲によってｒおよびθの拘束が決定される。このような移動範囲は運動生理解析によって獲得され得る。背中に配置された特定の固定点（すなわち原点）に対するヒトの運動のマーク点（すなわち電磁場放射器の位置）の包括的絶対座標は、すべての電磁場放射器の相対位置関係の決定と共にプロセッサによって獲得され得る。使用に際しては、追跡される人は、較正プロセスを完了するためにシステムによって使用される標準の運動から開始する。その後、追跡される人は、追加較正プロセスなしに自由に動くことができる。
[0057]他の電磁場放射器のための位置決め方法は、上で説明した方法と同様である。他の電磁場放射器の計算をしている間、電磁場放射器が位置しているヒトの関節の移動範囲によってｒおよびθの拘束が決定される。このような移動範囲は運動生理解析によって獲得され得る。背中に配置された特定の固定点（すなわち原点）に対するヒトの運動のマーク点（すなわち電磁場放射器の位置）の包括的絶対座標は、すべての電磁場放射器の相対位置関係の決定と共にプロセッサによって獲得され得る。使用に際しては、追跡される人は、較正プロセスを完了するためにシステムによって使用される標準の運動から開始する。その後、追跡される人は、追加較正プロセスなしに自由に動くことができる。
[0058]本発明は、現時点において最も実際的で、かつ、好ましい実施形態であると見なされているものに関して説明されているが、本発明は、開示されている実施形態に限定される必要はないことを理解されたい。それどころか、最も広義の解釈と一致する添付の特許請求の範囲の精神および範囲に含まれる様々な修正および同様の構造を網羅することが意図されており、したがってすべてのこのような修正および同様の構造を包含する。
１ アクセスポート
２ 発振器
２ 発振器
Claims (12)
- ヒトの姿勢を獲得する方法であって、
ヒトの胴に取り付けられた１つまたは複数の第１のタイプの電磁場放射器によって１つまたは複数の電磁信号をプロセッサに送信し、ヒトの肢部に取り付けられた１つまたは複数の第２のタイプの電磁場放射器によって１つまたは複数の電磁信号を前記プロセッサに送信するステップ１と、
基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する前記第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定し、前記原点に対する前記第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算するステップ２と、
前記第２のタイプの電磁場放射器と前記第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係に基づいて前記第２のタイプの電磁場放射器の運動軌道を獲得し、前記運動軌道に基づいて座標変化を計算することによって前記原点に対する前記第２のタイプの電磁場放射器の座標情報をさらに獲得するステップ３と、
前記原点に対する前記第１のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報、および前記原点に対する前記第２のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報に基づいて前記ヒトの姿勢の実時間情報を獲得するステップ４と
を含む方法。 - 電磁場放射器および前記プロセッサがヒトの身体に直接または間接的に取り付けられ、また、前記プロセッサと前記電磁場放射器の間の接続が有線または無線である、請求項１に記載のヒトの姿勢を獲得する方法。
- ステップ１が、前記基準座標の前記原点に配置された前記電磁場放射器に対する前記第１のタイプの電磁場放射器の前記受信信号の前記電圧振幅の前記差を測定するステップの後、前記電圧振幅と座標の間の対応する関係に基づいて、前記原点に対する前記第１のタイプの電磁場放射器の前記座標情報を計算するステップを含む、請求項１に記載のヒトの姿勢を獲得する方法。
- ステップ３における前記第２のタイプの電磁場放射器と前記第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の前記関係が、
前記第２のタイプの電磁場放射器と前記第１のタイプの電磁場放射器の距離関係を獲得するステップ、および前記第２のタイプの電磁場放射器と前記第１のタイプの電磁場放射器の角度関係を獲得するステップ
に従って獲得され、前記第２のタイプの電磁場放射器２Ｈのうちの１つが、前記第１のタイプの電磁場放射器２Ｇおよび２Ｆの２つの電磁場放射器によって受信される信号を送信し、２Ｇおよび２Ｆによって受信される前記信号の信号強度が測定されてＶｏｕｔ２ｇおよびＶｏｕｔ２ｆが獲得され、Ｖｏｕｔ２ｇおよびＶｏｕｔ２ｆに基づいてｒおよびθの複数の値が計算され、ｒが２Ｈと２Ｇの間の距離を表し、また、θが２Ｈと２Ｇの間の角度を表し、ｒおよびθの前記複数の値が、最終的に２Ｈと２Ｇの前記距離関係および前記角度関係を獲得するために、ｒおよびθのプリセット拘束に従って制約される、請求項１に記載のヒトの姿勢を獲得する方法。 - ｒおよびθの前記拘束が、電磁場放射器の取付け位置に対応するヒトの関節の移動範囲によって決定される、請求項４に記載のヒトの姿勢を獲得する方法。
- 前記電磁場放射器を使用して信号が送信され、かつ、受信され、測定される位置に配置された前記電磁場放射器が、送信波形発生回路によって生成された信号を周囲に放射して局所電磁場分布を形成し、測定のための位置に配置された前記電磁場放射器が前記信号を受信し、前記信号が増幅回路によって増幅され、前記信号がデータ収集カードによって収集され、かつ、アナログ信号からデジタル信号に変換され、デジタルフィルタリングの後、計算プロセスを実施するために前記デジタル信号が信号処理回路に転送される、請求項１に記載のヒトの姿勢を獲得する方法。
- ヒトの姿勢を獲得するシステムであって、
ヒトの胴に取り付けられた複数の第１のタイプの電磁場放射器と、ヒトの肢部に取り付けられた複数の第２のタイプの電磁場放射器と、プロセッサとを備え、
前記第１のタイプの電磁場放射器および前記第２のタイプの電磁場放射器のすべてが、複数の電磁信号を前記プロセッサに送信し、
前記プロセッサが、基準座標の原点に配置された電磁場放射器に対する前記第１のタイプの電磁場放射器の受信信号の電圧振幅の差を測定し、次に、前記原点に対する前記第１のタイプの電磁場放射器の座標情報を計算し、
前記プロセッサが、前記第２のタイプの電磁場放射器と前記第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の関係に基づいて前記第２のタイプの電磁場放射器の運動軌道を獲得し、次に、前記運動軌道に基づいて座標変化を計算することによって前記原点に対する前記第２のタイプの電磁場放射器の座標情報を獲得し、また、
前記プロセッサが、前記原点に対する前記第１のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報、および前記原点に対する前記第２のタイプの電磁場放射器の実時間座標情報に基づいて前記ヒトの姿勢の実時間情報を獲得する、
システム。 - 前記電磁場放射器および前記プロセッサがヒトの身体に直接または間接的に取り付けられ、また、前記プロセッサと前記電磁場放射器の間の接続が有線または無線である、請求項７に記載のヒトの姿勢を獲得するシステム。
- 前記プロセッサが、前記基準座標の前記原点に配置された前記電磁場放射器に対する前記第１のタイプの電磁場放射器の前記受信信号の前記電圧振幅の前記差を測定し、次に、前記電圧振幅と座標の間の対応する関係に基づいて、前記原点に対する前記第１のタイプの電磁場放射器の前記座標情報を計算する、請求項７に記載のヒトの姿勢を獲得するシステム。
- 前記第２のタイプの電磁場放射器と前記第１のタイプの電磁場放射器の間の距離と角度の前記関係が前記プロセッサによって獲得され、前記第２のタイプの電磁場放射器と前記第１のタイプの電磁場放射器の距離関係、および前記第２のタイプの電磁場放射器と前記第１のタイプの電磁場放射器の角度関係が獲得され、前記第２のタイプの電磁場放射器２Ｈのうちの１つが、前記第１のタイプの電磁場放射器２Ｇおよび２Ｆの２つの電磁場放射器によって受信される信号を送信し、２Ｇおよび２Ｆによって受信される前記信号の信号強度が測定されてＶｏｕｔ２ｇおよびＶｏｕｔ２ｆが獲得され、Ｖｏｕｔ２ｇおよびＶｏｕｔ２ｆに基づいてｒおよびθの複数の値が計算され、ｒが２Ｈと２Ｇの間の距離を表し、また、θが２Ｈと２Ｇの間の角度を表し、ｒおよびθの前記複数の値が、最終的に２Ｈと２Ｇの前記距離関係および前記角度関係を獲得するために、ｒおよびθのプリセット拘束に従って制約される、請求項７に記載のヒトの姿勢を獲得するシステム。
- ｒおよびθの前記拘束が、電磁場放射器の取付け位置に対応するヒトの関節の移動範囲によって決定される、請求項１０に記載のヒトの姿勢を獲得するシステム。
- 増幅回路と、データ収集カードと、処理回路と、送信波形発生回路とをさらに備え、電磁場放射器を使用して信号が送信され、かつ、受信され、測定される位置に配置された前記電磁場放射器が、前記送信波形発生回路によって生成された信号を周囲に放射して局所電磁場分布を形成し、測定のための位置に配置された前記電磁場放射器が前記信号を受信し、前記信号が前記増幅回路によって増幅され、前記信号が前記データ収集カードによって収集され、かつ、アナログ信号からデジタル信号に変換され、前記デジタル信号が前記処理回路によってデジタルフィルタリングされ、次に、計算プロセスを実施するために前記デジタル信号が前記プロセッサに送信される、請求項７に記載のヒトの姿勢を獲得するシステム。
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