JP7010806B2 - Vibration displacement estimation program, device and method using filter phase lead - Google Patents

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JP7010806B2 JP2018232277A JP2018232277A JP7010806B2 JP 7010806 B2 JP7010806 B2 JP 7010806B2 JP 2018232277 A JP2018232277 A JP 2018232277A JP 2018232277 A JP2018232277 A JP 2018232277A JP 7010806 B2 JP7010806 B2 JP 7010806B2
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本発明は、振動に係る測定データから振動変位を求める技術に関し、特にデジタルフィルタを用いて振動変位を導出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for obtaining vibration displacement from measurement data related to vibration, and particularly to a technique for deriving vibration displacement using a digital filter.

現在、自動車や電車、船舶等の移動体に乗り込んだユーザが、スマートフォンやタブレット型コンピュータ等の端末を使用して様々なサービスを享受することは、いたって日常的なこととなっている。 At present, it is quite common for users who have boarded mobile objects such as automobiles, trains, and ships to enjoy various services using terminals such as smartphones and tablet computers.

この際、ユーザは多くの場合、端末画面に表示された画像を見て所望の情報を得るのであるが、移動体の移動に伴う振動によって画像が揺れ、非常に見づらい思いをすることも少なくない。また、このように揺れる画像を見続けることによって、目が疲れたり乗り物酔いの症状が出たりすることも問題となっている。 At this time, in many cases, the user obtains desired information by looking at the image displayed on the terminal screen, but the image is shaken by the vibration accompanying the movement of the moving body, and it is often very difficult to see. .. In addition, it is also a problem that the eyes get tired and the symptoms of motion sickness appear by continuing to see the shaking image in this way.

このような揺れる環境で表示された画像の視認性を向上させるための方策として、例えば特許文献1には、画像を表示するタッチパネル107と、装置の移動を検知する加速度センサ303と、検知された装置の移動に基づいてタッチパネル107に表示する画像の移動量を算出するCPU301とを備え、タッチパネル107は、CPU301から算出された移動量Lに基づいて画像の表示位置を移動させることを特徴とする携帯電話100が開示されている。 As a measure for improving the visibility of an image displayed in such a shaking environment, for example, in Patent Document 1, a touch panel 107 for displaying an image and an acceleration sensor 303 for detecting the movement of a device are detected. The touch panel 107 includes a CPU 301 that calculates the movement amount of the image to be displayed on the touch panel 107 based on the movement of the device, and the touch panel 107 is characterized in that the display position of the image is moved based on the movement amount L calculated from the CPU 301. The mobile phone 100 is disclosed.

ここで、CPU301は、移動中の携帯電話100の加速度を加速度センサ303の出力値から検出し、この検出した加速度から携帯電話100の移動量Lを算出する。この移動量Lは、たとえば、CPU301が、加速度を時間で2回積分することにより求められる。次に、CPU301は、算出された移動量Lに基づいて、タッチパネル107の画面上に携帯電話の移動前に表示されていた画像601を画面内で移動させるのである。 Here, the CPU 301 detects the acceleration of the mobile phone 100 in motion from the output value of the acceleration sensor 303, and calculates the movement amount L of the mobile phone 100 from the detected acceleration. This movement amount L is obtained, for example, by the CPU 301 integrating the acceleration twice in time. Next, the CPU 301 moves the image 601 displayed on the screen of the touch panel 107 before the movement of the mobile phone on the screen based on the calculated movement amount L.

特開2015-141700号公報JP-A-2015-141700

以上述べたように従来、移動端末(特許文献1では携帯電話100)は、振動変位(移動量L)を直接計測することができず、そのため例えば加速度センサを用いて測定した加速度データに対し、二階積分(2回の積分)フィルタ処理を施すことによって振動変位を導出している。 As described above, conventionally, the mobile terminal (mobile phone 100 in Patent Document 1) cannot directly measure the vibration displacement (movement amount L), and therefore, for example, with respect to the acceleration data measured by using an acceleration sensor. The vibration displacement is derived by applying the second-order integral (two integrals) filter processing.

次いで、移動端末は、導出した振動変位に基づいて画像の表示位置を画面内で移動させ、画像表示が当該振動の影響を受けないように調整するのである。 Next, the mobile terminal moves the display position of the image in the screen based on the derived vibration displacement, and adjusts the image display so as not to be affected by the vibration.

しかしながら、上述したような従来技術では、振動変位の導出処理及び表示画像の調整処理等に時間を要し、表示位置の調整された画像表示時点における加速度測定時点からの遅れ分である遅延時間(レイテンシ,latency)の存在が大きな問題となる。すなわち、移動端末が受けた振動をリアルタイムで画像表示に反映させるためには、この遅延時間分の未来における振動変位を予測する必要が生じてしまうのである。 However, in the conventional technique as described above, it takes time for the vibration displacement derivation process, the display image adjustment process, and the like, and the delay time (delay time) which is the delay from the acceleration measurement time point at the image display time point where the display position is adjusted ( The existence of latency) becomes a big problem. That is, in order to reflect the vibration received by the mobile terminal on the image display in real time, it is necessary to predict the vibration displacement in the future for this delay time.

ここで、振動変位を導出するために通常、各種のフィルタを利用するが、一般にフィルタ毎に出力信号における位相の周波数特性が大きく異なっており、その結果、広い周波数帯域で発生する振動において、予測される変位の位相に差が生じ、画像位置調整に適当となる振動変位の予測量を決定することが非常に困難となっていた。 Here, various filters are usually used to derive the vibration displacement, but in general, the frequency characteristics of the phase in the output signal differ greatly for each filter, and as a result, the vibration generated in a wide frequency band is predicted. Due to the difference in the phase of the displacement to be performed, it is very difficult to determine the predicted amount of vibration displacement suitable for adjusting the image position.

そこで、本発明は、未来時間での変位予測に依らずに、振動変位を推定することが可能な振動変位推定プログラム、装置及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a vibration displacement estimation program, an apparatus and a method capable of estimating a vibration displacement without depending on a displacement prediction in a future time.

本発明によれば、振動の加速度又は速度に係る測定量から振動変位を推定し、当該振動変位に基づき自ら実施する処理の処理結果出力における当該振動の影響を抑制可能な装置に搭載されたコンピュータを機能させる振動変位推定プログラムであって、
当該測定量に対し、積分フィルタ処理よりも位相の進む積分相当の積分近似フィルタ処理を施す積分近似フィルタ手段と、
当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における位相進み分を算出する補償量決定手段と、
当該位相進み分に相当する前時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に基づいて振動変位を決定する振動変位決定手段と
してコンピュータを機能させ
積分近似フィルタ手段は、補償量決定手段によって算出される位相進み分であって、当該処理結果出力に影響を及ぼす当該振動に係る周波数について算出される位相進み分の値が、本装置の当該処理における当該処理結果出力までの遅延時間に相当する値又はこの相当する値から所定範囲内にある値となるように、当該積分近似フィルタ処理におけるパラメータを調整して、当該積分近似フィルタ処理を実施する
ことを特徴とする振動変位推定プログラムが提供される。
According to the present invention, a computer mounted on a device capable of estimating vibration displacement from a measured amount related to vibration acceleration or velocity and suppressing the influence of the vibration on the processing result output of the processing performed by itself based on the vibration displacement. Is a vibration displacement estimation program that makes
An integral approximation filter means that applies an integral approximation filter process equivalent to an integral whose phase advances more than the integral filter process to the measured quantity.
Compensation amount determining means for calculating the phase advance amount in the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing, and
The computer is made to function as a vibration displacement determining means for determining the vibration displacement based on the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing at the previous time point corresponding to the phase lead .
The integral approximation filter means is the phase lead calculated by the compensation amount determining means, and the value of the phase lead calculated for the frequency related to the vibration affecting the processing result output is the processing of the present apparatus. The parameters in the integral approximation filter processing are adjusted so that the value corresponds to the delay time until the processing result output in the above or the value is within a predetermined range from this equivalent value, and the integral approximation filter processing is performed.
A vibration displacement estimation program is provided.

また、この本発明による振動変位推定プログラムにおいて、補償量決定手段は、当該積分近似フィルタ処理を施された測定量におけるゲイン変動分も算出し、
振動変位決定手段は、当該位相進み分に相当する前時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に対し、当該ゲイン変動分に係る補正を行うことによって振動変位を決定することも好ましい。
Further, in the vibration displacement estimation program according to the present invention, the compensation amount determining means also calculates the gain fluctuation amount in the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing.
It is also preferable that the vibration displacement determining means determines the vibration displacement by correcting the gain fluctuation amount with respect to the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing at the previous time point corresponding to the phase advance amount.

さらに、本発明による振動変位推定プログラムの一実施形態として、本振動変位推定プログラムは、当該積分近似フィルタ処理の前及び/又は後に、当該測定量に対し、低周波成分を除去する低周波除去フィルタ処理を施す低周波除去フィルタ手段としてコンピュータを更に機能させ、
補償量決定手段は、当該低周波除去フィルタ処理及び当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における位相進み分を算出することも好ましい。
Further, as an embodiment of the vibration displacement estimation program according to the present invention, the vibration displacement estimation program is a low frequency removal filter that removes low frequency components with respect to the measured amount before and / or after the integral approximation filter processing. Further functioning the computer as a low frequency removal filter means to apply processing,
It is also preferable that the compensation amount determining means calculates the phase lead amount in the measured quantity subjected to the low frequency elimination filter processing and the integral approximation filtering processing.

また、本発明による振動変位推定プログラムにおいて、上記の装置は、振動の加速度に係る測定量から振動変位を推定する装置であり、
積分近似フィルタ手段は、当該加速度に係る測定量に対し、位相の進む二階積分相当の積分近似フィルタ処理を施すことも好ましい。
Further, in the vibration displacement estimation program according to the present invention, the above device is a device that estimates the vibration displacement from the measured quantity related to the vibration acceleration.
It is also preferable that the integral approximation filter means performs an integral approximation filter process corresponding to the second-order integral in which the phase advances to the measured quantity related to the acceleration.

さらに、本発明による振動変位推定プログラムの他の実施形態として、本振動変位推定プログラムは、当該測定量における瞬時又は準瞬時周波数を決定する周波数決定手段としてコンピュータを更に機能させ、
補償量決定手段は、当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における当該瞬時又は準瞬時周波数での位相進み分を算出することも好ましい。
Further, as another embodiment of the vibration displacement estimation program according to the present invention, the vibration displacement estimation program further functions the computer as a frequency determining means for determining an instantaneous or quasi-instantaneous frequency in the measured quantity.
It is also preferable that the compensation amount determining means calculates the phase lead amount at the instantaneous or quasi-instantaneous frequency in the measured quantity subjected to the integral approximation filtering process.

また、本発明による振動変位推定プログラムの更なる他の実施形態として、振動変位決定手段は、当該位相進み分に相当する前時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に対し、振動変位推定の不要な低周波数領域での振動変位をゼロ又は微小量にすべく、周波数について単調増加を示す所定の関数値を乗算した量に基づいて振動変位を決定することも好ましい。 Further, as a further embodiment of the vibration displacement estimation program according to the present invention, the vibration displacement determining means is a vibration displacement with respect to the measured amount subjected to the integral approximation filter processing at the previous time point corresponding to the phase advance portion. It is also preferable to determine the vibration displacement based on the amount multiplied by a predetermined function value indicating a monotonous increase with respect to the frequency in order to reduce the vibration displacement in the low frequency region where estimation is unnecessary to zero or a minute amount.

また、上記の更なる他の実施形態の具体的な応用例として、上記の装置は、決定された振動変位に基づいて、この装置の画像処理による処理結果出力としての画像表示における画像の表示位置を補正することも好ましい。 Further, as a specific application example of the above-mentioned other embodiment, the above-mentioned device is based on the determined vibration displacement, and the display position of the image in the image display as the processing result output by the image processing of this device. It is also preferable to correct.

本発明によれば、また、振動の加速度又は速度に係る測定量から振動変位を推定し、当該振動変位に基づき自ら実施する処理の処理結果出力における当該振動の影響を抑制可能な振動変位推定装置であって、
当該測定量に対し、積分フィルタ処理よりも位相の進む積分相当の積分近似フィルタ処理を施す積分近似フィルタ手段と、
当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における位相進み分を算出する補償量決定手段と、
当該位相進み分に相当する前時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に基づいて振動変位を決定する振動変位決定手段と
を有し、
積分近似フィルタ手段は、補償量決定手段によって算出される位相進み分であって、当該処理結果出力に影響を及ぼす当該振動に係る周波数について算出される位相進み分の値が、本装置の当該処理における当該処理結果出力までの遅延時間に相当する値又はこの相当する値から所定範囲内にある値となるように、当該積分近似フィルタ処理におけるパラメータを調整して、当該積分近似フィルタ処理を実施する
ことを特徴とする振動変位推定装置が提供される。
According to the present invention, a vibration displacement estimation device capable of estimating the vibration displacement from the measured amount related to the acceleration or velocity of the vibration and suppressing the influence of the vibration on the processing result output of the processing performed by itself based on the vibration displacement. And,
An integral approximation filter means that applies an integral approximation filter process equivalent to an integral whose phase advances more than the integral filter process to the measured quantity.
Compensation amount determining means for calculating the phase advance amount in the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing, and
It has a vibration displacement determining means for determining a vibration displacement based on a measured quantity subjected to the integral approximation filter processing at a previous time point corresponding to the phase advance portion.
The integral approximation filter means is the phase lead calculated by the compensation amount determining means, and the value of the phase lead calculated for the frequency related to the vibration affecting the processing result output is the processing of the present apparatus. The parameters in the integral approximation filter processing are adjusted so that the value corresponds to the delay time until the processing result output in the above or the value is within a predetermined range from this equivalent value, and the integral approximation filter processing is performed.
A vibration displacement estimation device characterized by this is provided.

本発明によれば、さらに、振動の加速度又は速度に係る測定量から振動変位を推定可能な装置に搭載されたコンピュータを機能させる振動変位推定プログラムであって、
当該測定量に対し、積分フィルタ処理よりも位相の進む積分相当の積分近似フィルタ処理を施す積分近似フィルタ手段と、
当該測定量における瞬時又は準瞬時周波数を決定する周波数決定手段と、
当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における当該瞬時又は準瞬時周波数での位相進み分を算出する補償量決定手段と、
振動変位推定時点から見て、算出された当該位相進み分に相当するだけ前となる時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に基づいて、当該振動変位推定時点での振動変位を決定する振動変位決定手段と
してコンピュータを機能させる振動変位推定プログラムが提供される。
この本発明による振動変位推定プログラムにおいて、補償量決定手段は、当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における当該瞬時又は準瞬時周波数でのゲイン変動分も算出し、
振動変位決定手段は、当該振動変位推定時点から見て当該位相進み分に相当するだけ前となる時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に対し、当該ゲイン変動分に係る補正を行うことによって当該振動変位推定時点での振動変位を決定することも好ましい
According to the present invention, it is a vibration displacement estimation program that functions a computer mounted on a device capable of estimating vibration displacement from a measured quantity related to vibration acceleration or velocity.
An integral approximation filter means that applies an integral approximation filter process equivalent to an integral whose phase advances more than the integral filter process to the measured quantity.
Frequency determining means for determining the instantaneous or quasi-instantaneous frequency in the measured quantity,
Compensation amount determining means for calculating the phase lead at the instantaneous or quasi-instantaneous frequency of the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing, and
The vibration displacement at the time of estimating the vibration displacement is determined based on the measured amount subjected to the integral approximation filter processing at the time point corresponding to the calculated phase advance amount when viewed from the time of estimation of the vibration displacement. Vibration displacement determination means
A vibration displacement estimation program is provided to make the computer work.
In the vibration displacement estimation program according to the present invention, the compensation amount determining means also calculates the gain fluctuation amount at the instantaneous or quasi-instantaneous frequency in the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing.
The vibration displacement determining means corrects the gain fluctuation amount for the measured amount subjected to the integral approximation filter processing at the time point corresponding to the phase advance amount when viewed from the vibration displacement estimation time point. Therefore, it is also preferable to determine the vibration displacement at the time of estimating the vibration displacement .

本発明によれば、未来時間での変位予測に依らずに、振動変位を推定することができる。 According to the present invention, the vibration displacement can be estimated without relying on the displacement prediction in the future time.

本発明による振動変位推定装置の一実施形態における機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure in one Embodiment of the vibration displacement estimation apparatus by this invention. 本発明に係るプレフィルタ部、積分近似フィルタ部及びポストフィルタ部におけるフィルタリングパラメータの調整を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the adjustment of the filtering parameter in the pre-filter unit, the integral approximation filter unit and the post-filter unit which concerns on this invention. 本発明に係る推定された振動変位をもって、スマートフォンにおける表示画像位置の補正を行った具体例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the specific example which corrected the display image position in a smartphone with the estimated vibration displacement which concerns on this invention. 本発明による振動変位推定方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of the vibration displacement estimation method by this invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[振動変位推定装置]
図1は、本発明による振動変位推定装置の一実施形態における機能構成を示す機能ブロック図である。
[Vibration displacement estimation device]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a functional configuration according to an embodiment of the vibration displacement estimation device according to the present invention.

図1に示した実施形態によれば、本発明による振動変位推定装置であるスマートフォン1は、画像を表示可能な画像表示部(タッチパネル・ディスプレイ103)を有する画像表示装置となっている。また、このスマートフォン1を保持したユーザは、移動体としての自動車2の内部で又は自動車2に乗った状態で、スマートフォン1のタッチパネル・ディスプレイ103に表示された(動画像を含む)画像を閲覧・視聴している。 According to the embodiment shown in FIG. 1, the smartphone 1 which is the vibration displacement estimation device according to the present invention is an image display device having an image display unit (touch panel display 103) capable of displaying an image. Further, the user holding the smartphone 1 can view and view the image (including the moving image) displayed on the touch panel display 103 of the smartphone 1 inside the car 2 as a moving body or in the state of being in the car 2. I'm watching.

ここで、自動車2は走行中であって様々な周波数の振動をスマートフォン1に与え、その結果このままでは、ユーザは揺れた表示画像を見続けなければならず、非常に見づらい。特に、数ヘルツ(Hz)以上の高い周波数の振動によって、表示画像が刻々とブレたり残像を伴ったりし、視認性が大幅に低下してしまう。 Here, the automobile 2 is running and gives vibrations of various frequencies to the smartphone 1, and as a result, the user has to keep looking at the shaken display image as it is, which is very difficult to see. In particular, vibration at a high frequency of several hertz (Hz) or more causes the displayed image to blur or have an afterimage every moment, and the visibility is significantly reduced.

これに対し、本実施形態のスマートフォン1は、具備した加速度センサ101等によって刻々と取得される加速度測定データに基づき、自身の受けている振動の振動変位を推定し、さらに推定した振動変位に基づいて、タッチパネル・ディスプレイ103に表示される画像の表示位置を変化させて、表示画像の視認性を向上させているのである。 On the other hand, the smartphone 1 of the present embodiment estimates the vibration displacement of its own vibration based on the acceleration measurement data momentarily acquired by the equipped acceleration sensor 101 or the like, and is further based on the estimated vibration displacement. Therefore, the display position of the image displayed on the touch panel display 103 is changed to improve the visibility of the displayed image.

ここで、スマートフォン1は、装置内処理のレイテンシ(遅延時間)を考慮して振動変を推定することよって、より適切な画像表示位置の補正・調整を実現している。すなわち、よりリアルタイムな振動変位推定処理を実施することを大きな特徴としている。 Here, the smartphone 1 realizes more appropriate correction / adjustment of the image display position by estimating the vibration variation in consideration of the latency (delay time) of the processing in the device. That is, it is a major feature that the vibration displacement estimation process is performed in more real time.

ちなみに、本実施形態における振動変位推定装置(兼画像表示装置)は当然に、スマートフォンに限定されるものではなく、例えばタブレット型・ノート型コンピュータ等のハンドヘルド型端末若しくは携帯端末や、さらには腕時計型端末やHMD(Head Mounted Display)等のウェアラブル端末であってもよい。また、移動体内に持ち込まれたパーソナルコンピュータ(PC)とすることも可能である。さらには、移動体内に設置された、シートバックモニタ装置等のモニタ専用装置や、カーナビゲーション装置であってもよい。 By the way, the vibration displacement estimation device (and image display device) in the present embodiment is not limited to a smartphone, for example, a handheld terminal such as a tablet type / notebook computer, a mobile terminal, or a wristwatch type. It may be a wearable terminal such as a terminal or an HMD (Head Mounted Display). It is also possible to use a personal computer (PC) brought into the moving body. Further, it may be a monitor-dedicated device such as a seat back monitor device installed in the moving body, or a car navigation device.

同じく図1において、スマートフォン1は、振動変位推定装置としての特徴として具体的に、
(A)振動の加速度に係る測定量に対し、積分フィルタ処理よりも位相の進む積分相当の「積分近似フィルタ処理」を施す積分近似フィルタ部112と、
(B)「積分近似フィルタ処理」を施された測定量における「位相進み分」を算出する補償量決定部115と、
(C)「位相進み分」に相当する前時点における「積分近似フィルタ処理」を施された測定量に基づいて振動変位を決定する振動変位決定部116と
を有している。
Similarly, in FIG. 1, the smartphone 1 is specifically characterized as a vibration displacement estimation device.
(A) An integral approximation filter unit 112 that performs "integral approximation filter processing" equivalent to an integral whose phase advances more than the integral filter processing on a measured quantity related to vibration acceleration.
(B) Compensation amount determination unit 115 for calculating "phase lead" in a measured quantity subjected to "integral approximation filter processing", and
(C) It has a vibration displacement determining unit 116 that determines a vibration displacement based on a measured quantity subjected to "integral approximation filtering processing" at a previous time point corresponding to a "phase advance component".

ここで、上記構成(A)の「積分近似フィルタ処理」は、単純な積分フィルタ処理よりも出力信号における位相が進むタイプの積分相当のデジタルフィルタ処理である。その具体的な形は後に詳細に説明を行う。なお、上記構成(A)のように、振動の加速度に係る測定量を処理する場合、「積分近似フィルタ処理」は、単純な二階積分(2回の積分)フィルタ処理よりも位相の進む二階積分相当のフィルタ処理となる。 Here, the "integral approximation filter processing" of the above configuration (A) is a digital filter processing equivalent to an integral of a type in which the phase of the output signal advances more than the simple integral filter processing. The specific form will be explained in detail later. When processing a measure related to vibration acceleration as in the above configuration (A), the "integral approximation filter processing" is a second-order integral whose phase advances more than a simple second-order integral (two-time integral) filter process. It will be a considerable filtering process.

これに対し、スマートフォン1が振動における速度に係る測定量を取得可能な場合、この速度に係る測定量に対する「積分近似フィルタ処理」は、単純な一階積分(1回の積分)フィルタ処理よりも位相の進む一階積分相当のフィルタ処理とすることができる。例えば、ジャイロセンサ102を用いて、後に説明する表示画面座標系におけるZ軸を回転軸とする回転振動の振動角速度に係る測定量を取得した場合、上記構成(A)の「積分近似フィルタ処理」を一階積分相当の処理とし、振動角を推定することも可能となる。 On the other hand, when the smartphone 1 can acquire the measured quantity related to the speed in vibration, the "integral approximation filter processing" for the measured quantity related to this speed is more than the simple first-order integral (one-time integral) filter processing. It can be a filter process equivalent to the first-order integral in which the phase advances. For example, when a measure related to the vibration angular velocity of rotational vibration with the Z axis as the rotation axis in the display screen coordinate system described later is acquired using the gyro sensor 102, the “integral approximation filter processing” of the above configuration (A). Is a process equivalent to the first-order integration, and it is also possible to estimate the vibration angle.

以上説明したように、スマートフォン1は、算出した「位相進み分」に相当する前時点における「積分近似フィルタ処理」を施された測定量に基づいて振動変位を決定することができる。具体的には、当該測定量に対するフィルタ処理の出力が(位相に係る)時間軸上で先に進む分だけ遡ってフィルタ処理出力を選び、この選んだ(よりリアルタイムの)フィルタ処理出力に基づくことによって、振動変位をよりリアルタイムに推定することが可能となる。 As described above, the smartphone 1 can determine the vibration displacement based on the measured quantity subjected to the "integral approximation filter processing" at the previous time point corresponding to the calculated "phase advance". Specifically, the filter processing output is selected by going back by the amount that the filter processing output for the measured quantity advances on the time axis (related to the phase), and it is based on the selected (more real-time) filtering output. This makes it possible to estimate the vibration displacement in real time.

すなわち、スマートフォン1によれば、装置処理にレイテンシが存在する場合でも、未来時間での変位予測に依らずに、加速度センサ101やジャイロセンサ102からの出力信号のみを用いてスマートフォン1の振動変位を推定することができるのである。 That is, according to the smartphone 1, even if there is a latency in the device processing, the vibration displacement of the smartphone 1 is performed by using only the output signals from the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102 without depending on the displacement prediction in the future time. It can be estimated.

ちなみに、スマートフォン1(を所持したユーザ)が乗り込む移動体は当然、自動車2に限定されるものではない。例えば、バスやトラック等の大型車や、リニアカーを含む鉄道車両、モノレール、船舶、エレベータ、さらには飛行船等を含む航空機、メガフロート、潜水艇、宇宙船や、宇宙ステーション等、その内部で又はそれに乗ってスマートフォン1が使用可能であるならば、種々のものが該当するのである。 By the way, the moving body on which the smartphone 1 (the user who owns the smartphone) gets in is not limited to the automobile 2. For example, large vehicles such as buses and trucks, railroad vehicles including linear cars, monorails, ships, elevators, aircraft including airships, mega floats, submersibles, spacecraft, space stations, etc., inside or inside them. If the smartphone 1 can be used on board, various things are applicable.

[装置機能構成,振動変位推定プログラム]
以下、同じく図1に示す機能ブロック図を用いて、本実施形態におけるスマートフォン1の機能構成を詳しく説明する。同機能ブロック図によれば、スマートフォン1は、加速度センサ101と、ジャイロセンサ102と、タッチパネル・ディスプレイ103と、解析結果蓄積部104と、通信インタフェース部105と、プロセッサ・メモリとを有する。ちなみに図1には、スマートフォン1における振動変位推定機能に関係する機能構成のみが示されている。
[Device function configuration, vibration displacement estimation program]
Hereinafter, the functional configuration of the smartphone 1 in the present embodiment will be described in detail with reference to the functional block diagram also shown in FIG. According to the functional block diagram, the smartphone 1 has an acceleration sensor 101, a gyro sensor 102, a touch panel display 103, an analysis result storage unit 104, a communication interface unit 105, and a processor memory. Incidentally, FIG. 1 shows only the functional configuration related to the vibration displacement estimation function in the smartphone 1.

ここで、このプロセッサ・メモリは、本発明による振動変位推定プログラムの一実施形態を保存しており、また、コンピュータ機能を有していて、この振動変位推定プログラムを実行することによって、振動変位推定処理を実施する。なお、本発明による振動変位推定装置は当然、スマートフォンに限定されるものではなく、本発明による振動変位推定プログラムを搭載したコンピュータを含む装置であれば種々の形態のものが、当該振動変位推定装置として採用可能である。 Here, this processor memory stores one embodiment of the vibration displacement estimation program according to the present invention, and also has a computer function, and vibration displacement estimation is performed by executing this vibration displacement estimation program. Carry out the process. Of course, the vibration displacement estimation device according to the present invention is not limited to the smartphone, and various forms of the device including the computer equipped with the vibration displacement estimation program according to the present invention are the vibration displacement estimation device. Can be adopted as.

さらに、プロセッサ・メモリは、パラメータ調整部111pを含むプレフィルタ部111と、パラメータ調整部112pを含む積分近似フィルタ部112と、パラメータ調整部113pを含むポストフィルタ部113と、準瞬時周波数決定部114と、補償量決定部115と、シグモイド関数調整部116sを含む振動変位決定部116と、画像表示制御部117gを含む入出力制御部117と、センサ統合部121と、アプリケーション部122とを有する。 Further, the processor memory includes a pre-filter unit 111 including the parameter adjustment unit 111p, an integral approximation filter unit 112 including the parameter adjustment unit 112p, a post-filter unit 113 including the parameter adjustment unit 113p, and a quasi-instantaneous frequency determination unit 114. It also has a compensation amount determination unit 115, a vibration displacement determination unit 116 including a sigmoid function adjustment unit 116s, an input / output control unit 117 including an image display control unit 117g, a sensor integration unit 121, and an application unit 122.

なお、これらの機能構成部は、プロセッサ・メモリに保存された振動変位推定プログラムの機能と捉えることができる。また、図1におけるスマートフォン1の機能構成部間を矢印で接続して示した処理の流れは、本発明による振動変位推定方法の一実施形態としても理解される。 It should be noted that these functional components can be regarded as the functions of the vibration displacement estimation program stored in the processor memory. Further, the process flow shown by connecting the functional components of the smartphone 1 in FIG. 1 with arrows is also understood as an embodiment of the vibration displacement estimation method according to the present invention.

同じく図1の機能ブロック図において、加速度センサ101は、スマートフォン1自体が受ける加速度を測定し、当該加速度に係る測定量を出力する測定手段であり、例えば公知の3軸加速度センサとすることができる。また、ジャイロセンサ102は、スマートフォン1の装置向き変化分としての角速度(又は角加速度)を測定し、当該角速度に係る測定量を出力する測定手段であり、例えば公知の3軸ジャイロスコープであってもよい。 Similarly, in the functional block diagram of FIG. 1, the acceleration sensor 101 is a measuring means that measures the acceleration received by the smartphone 1 itself and outputs a measured amount related to the acceleration, and can be, for example, a known 3-axis acceleration sensor. .. Further, the gyro sensor 102 is a measuring means for measuring an angular velocity (or angular acceleration) as a change in the orientation of the device of the smartphone 1 and outputting a measured amount related to the angular velocity, and is, for example, a known 3-axis gyroscope. May be good.

ここで本実施形態では、タッチパネル・ディスプレイ103の表示画面座標系として、表示画面における横方向のX軸と縦方向のY軸と奥行き方向のZ軸を備えたXYZ直交座標系が設定されている。これに対し、加速度センサ101及びジャイロセンサ102の測定軸をこれらXYZの3軸とし、最終的にX軸及びY軸方向の振動変位を算出できるように設定することも好ましい。 Here, in the present embodiment, as the display screen coordinate system of the touch panel display 103, an XYZ orthogonal coordinate system having a horizontal X axis, a vertical Y axis, and a depth Z axis on the display screen is set. .. On the other hand, it is also preferable to set the measurement axes of the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102 as the three axes of these XYZ so that the vibration displacement in the X-axis and Y-axis directions can be finally calculated.

また、センサ統合部121は、加速度センサ101及びジャイロセンサ102から、それぞれ加速度に係る測定量及び角速度に係る測定量を入力し、公知のセンサヒュージョン処理を用いて、角速度に係る測定量やZ軸方向の加速度に係る測定量に基づき、X軸方向の加速度に係る測定量、及びY軸方向の加速度に係る測定量の補正を行い、より精度の高いX及びY軸方向の加速度に係る測定量を、プレフィルタ部111へ出力する。またその際、同じく公知のセンサヒュージョン処理によって角速度に係る測定量の精度を向上させて用いてもよい。 Further, the sensor integration unit 121 inputs the measured amount related to the acceleration and the measured amount related to the angular velocity from the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102, respectively, and uses a known sensor fusion process to input the measured amount related to the angular velocity and the Z-axis. Based on the measured quantity related to the acceleration in the direction, the measured quantity related to the acceleration in the X-axis direction and the measured quantity related to the acceleration in the Y-axis direction are corrected, and the measured quantity related to the acceleration in the X and Y-axis directions with higher accuracy is corrected. Is output to the pre-filter unit 111. At that time, the accuracy of the measured quantity related to the angular velocity may be improved by the same known sensor fusion treatment.

ここで、センサ統合部121から出力された測定量には、重力加速度や、自動車2の加減速時の加速度及びカーブ進行時の遠心加速度等、表示位置補正対象となる振動とは異なる超低周波の加速度成分が混入している。 Here, the measured quantity output from the sensor integration unit 121 has an ultra-low frequency different from the vibration to be corrected for the display position, such as gravitational acceleration, acceleration during acceleration / deceleration of the automobile 2, and centrifugal acceleration during curve progress. Acceleration component is mixed.

そこで、プレフィルタ部111は、センサ統合部121から入力した測定量に対し、後述する積分近似フィルタ処理の前処理として超低周波成分を除去する低周波除去フィルタ処理を実施する。具体的には本実施形態において、DCカットフィルタ処理によってこれらの超低周波成分を除去する。このDCカットフィルタ処理は、次式に示す処理とすることができる。
(1) 漸化式:y[i]=x[i]-x[i-1]+r1*y[i-1]
(2) 伝達関数:h(z)=y(z)/x(z)=(1-z-1)/(1-r1*z-1)
y(z)=x(z)-z-1*x(z)+r1*z-1*y(z)
Therefore, the pre-filter unit 111 performs a low-frequency removal filter process for removing the ultra-low frequency component as a pre-process for the integral approximation filter process described later with respect to the measured quantity input from the sensor integration unit 121. Specifically, in the present embodiment, these ultra-low frequency components are removed by DC cut filter processing. This DC cut filter processing can be the processing shown in the following equation.
(1) Recurrence formula: y [i] = x [i] -x [i-1] + r 1 * y [i-1]
(2) Transfer function: h (z) = y (z) / x (z) = (1-z- 1 ) / (1-r 1 * z -1 )
y (z) = x (z) -z -1 * x (z) + r 1 * z -1 * y (z)

ここで上式(1)において、x[i]はi番目のフィルタ入力信号サンプルであって、x[i-1]はi番目より1つ前の時点のフィルタ入力信号サンプルであり、また、y[i]はi番目のフィルタ出力信号サンプルであって、y[i-1]はi番目より1つ前の時点のフィルタ出力信号サンプルである。さらに、r1は0から1までの値をとるフィルタリングパラメータである。また、上式(2)において、x(z)及びy(z)はそれぞれ、入力信号サンプルx[i]及び出力信号サンプルy[i]のZ変換結果である(x(z)=Z(x[i]),y(z)=Z(y[i]))。さらに、上式を含め以下の数式における「*」は、乗算を表している。 Here, in the above equation (1), x [i] is the i-th filter input signal sample, and x [i-1] is the filter input signal sample at the time point one before the i-th. y [i] is the i-th filter output signal sample, and y [i-1] is the filter output signal sample at the time point one before the i-th filter. In addition, r 1 is a filtering parameter that takes a value from 0 to 1. Further, in the above equation (2), x (z) and y (z) are Z-transform results of the input signal sample x [i] and the output signal sample y [i], respectively (x (z) = Z ( x [i]), y (z) = Z (y [i])). Furthermore, "*" in the following formulas including the above formula represents multiplication.

このDCカットフィルタ処理はハイパスフィルタ処理の一種であり、出力信号の位相を進ませる処理となっている。プレフィルタ部111のパラメータ調整部111pは、上記のパラメータr1の値を調整し、本DCカットフィルタ処理の出力信号における位相の進み分を制御することができる。また、プレフィルタ部111は、後述する準瞬時周波数の決定のため、例えば過去1秒間分の出力信号(DCカットフィルタ処理済みの測定量)を時系列信号として蓄積しておくことも好ましい。 This DC cut filter processing is a kind of high-pass filter processing, and is a processing for advancing the phase of the output signal. The parameter adjusting unit 111p of the pre-filter unit 111 can adjust the value of the above parameter r 1 to control the phase advance in the output signal of the DC cut filter processing. Further, it is also preferable that the pre-filter unit 111 stores, for example, the output signal (measured quantity processed by the DC cut filter) for the past 1 second as a time-series signal in order to determine the quasi-instantaneous frequency described later.

同じく図1の機能ブロック図において、積分近似フィルタ部112は、プレフィルタ部111から入力したDCカットフィルタ処理済の測定量(プレフィルタ部111の出力信号)に対し、積分フィルタ処理よりも位相の進む積分相当の「積分近似フィルタ処理」を実施する。本実施形態では、プレフィルタ部111の出力信号は加速度に係る測定量であるので、「積分近似フィルタ処理」は、変位相当量への変換を行うべく、位相の進む二階積分(2回の積分)相当のフィルタ処理となっている。 Similarly, in the functional block diagram of FIG. 1, the integral approximation filter unit 112 has a phase higher than that of the integral filter process with respect to the measured quantity (output signal of the prefilter unit 111) that has been DC-cut filtered and input from the prefilter unit 111. Perform "integral approximation filter processing" equivalent to the forward integral. In the present embodiment, since the output signal of the pre-filter unit 111 is a measured quantity related to acceleration, the "integral approximation filter processing" is a second-order integral (two integrals) in which the phase advances in order to convert to a displacement equivalent amount. ) It is a considerable filtering process.

具体的に、本実施形態の積分近似フィルタ処理は、次式に示すようなフィルタ処理を2回実施するものとすることができる。
(3) 漸化式:y[i]=r2*y[i-1]+x[i]
(4) 伝達関数:h(z)=y(z)/x(z)=1/(1-r2*z-1)
y(z)=x(z)+r2*z-1*y(z)
Specifically, in the integral approximation filter processing of the present embodiment, the filter processing as shown in the following equation can be performed twice.
(3) Recurrence formula: y [i] = r 2 * y [i-1] + x [i]
(4) Transfer function: h (z) = y (z) / x (z) = 1 / (1-r 2 * z -1 )
y (z) = x (z) + r 2 * z -1 * y (z)

ここで、上式(3)及び(4)におけるr2は、0から1までの値をとるフィルタリングパラメータである。本積分近似フィルタ処理では、このパラメータr2を導入することによって、単純な積分フィルタ処理(y[i]=y[i-1]+x[i]))よりも出力信号における位相を進めることが可能となっている。ここで、積分近似フィルタ部112のパラメータ調整部112pは、このパラメータr2の値を調整し、本積分近似フィルタ処理の出力信号における位相の進み分を制御することができる。 Here, r 2 in the above equations (3) and (4) is a filtering parameter that takes a value from 0 to 1. In this integral approximation filter processing, by introducing this parameter r 2 , the phase in the output signal can be advanced more than the simple integral filter processing (y [i] = y [i-1] + x [i])). It is possible. Here, the parameter adjusting unit 112p of the integral approximation filter unit 112 can adjust the value of this parameter r 2 to control the phase advance in the output signal of the present integral approximation filter processing.

さらに、このパラメータr2を導入することで、フィルタ処理を発散させず安定した方向に維持することも可能となっている。実際、単純な積分フィルタ処理(y[i]=y[i-1]+x[i]))を単に2回実施して二階積分を行うと、出力信号としての変位が発散してしまう場合も生じていたが、二階積分相当の本積分近似フィルタ処理によれば、r2の調整によってそのような発散を軽減することが可能となる。 Furthermore, by introducing this parameter r 2 , it is possible to maintain the filtering process in a stable direction without diverging. In fact, if a simple integral filter process (y [i] = y [i-1] + x [i]) is simply performed twice to perform second-order integration, the displacement as an output signal may diverge. However, according to the main integral approximation filter processing equivalent to the second-order integral, it is possible to reduce such divergence by adjusting r 2 .

また、本発明に係る「積分近似フィルタ処理」は、以上に述べたフィルタ処理に限定されるものではなく、単純な積分フィルタ処理よりも位相の進む(二階)積分相当のフィルタ処理であれば種々のものが「積分近似フィルタ処理」として採用可能である。 Further, the "integral approximation filter processing" according to the present invention is not limited to the filter processing described above, and can be various as long as it is a filter process equivalent to a (second-order) integral whose phase advances more than a simple integral filter process. Can be adopted as "integral approximation filtering".

例えば、次式に示すようなフィルタ処理を2回実施する処理を採用してもよい。
(5) 漸化式:y[i]=r2*y[i-1]+(x[i]-p*x[i-1])
(6) 伝達関数:h(z)=y(z)/x(z)=(1-p*z-1)/(1-r2*z-1)
y(z)=(x(z)-p*z-1*(z))+r2*z-1*y(z)
For example, a process of performing the filter process twice as shown in the following equation may be adopted.
(5) Recurrence formula: y [i] = r 2 * y [i-1] + (x [i] -p * x [i-1])
(6) Transfer function: h (z) = y (z) / x (z) = (1-p * z -1 ) / (1-r 2 * z -1 )
y (z) = (x (z) -p * z -1 * (z)) + r 2 * z -1 * y (z)

ここで上式(5)及び(6)におけるr2及びpはいずれも、0から1までの値をとるフィルタリングパラメータとなっている。ちなみに、上式(5)及び(6)で示されるフィルタ処理は、上式(3)及び(4)で示されるフィルタ処理に対し、ハイパスフィルタの要素(-p*x[i-1])を追加したものとなっている(P=0とすれば上式(3)及び(4)のフィルタ処理と一致する)。 Here, both r 2 and p in the above equations (5) and (6) are filtering parameters that take a value from 0 to 1. By the way, the filter processing represented by the above equations (5) and (6) is a high-pass filter element (-p * x [i-1]) with respect to the filter processing represented by the above equations (3) and (4). (If P = 0, it matches the filter processing of the above equations (3) and (4)).

また、上式(5)及び(6)を2回実施する積分近似フィルタ処理を採用する場合、パラメータ調整部112pは、これらのパラメータr2及びpの値を調整し、本積分近似フィルタ処理の出力信号における位相の進み分を制御するのである。 Further, when the integral approximation filter processing in which the above equations (5) and (6) are performed twice is adopted, the parameter adjusting unit 112p adjusts the values of these parameters r 2 and p, and the integral approximation filter processing is performed. It controls the phase advance in the output signal.

ここで、積分近似フィルタ部112から出力された出力信号(変位に相当する二階積分処理後の測定量)には、2回の積分相当処理によってDC成分が蓄積し残存する場合がある。そこで次に、ポストフィルタ部113は、積分近似フィルタ処理済みの測定量(積分近似フィルタ部112の出力信号)に対し、超低周波成分を除去する低周波除去フィルタ処理を施す。 Here, in the output signal (measured quantity after the second-order integral processing corresponding to the displacement) output from the integral approximation filter unit 112, the DC component may be accumulated and remain by the two integral equivalent processes. Therefore, next, the post-filter unit 113 performs a low-frequency elimination filter process for removing the ultra-low frequency component on the measured quantity (output signal of the integral approximation filter unit 112) that has been subjected to the integral approximation filter processing.

具体的には本実施形態において、ポストフィルタ部113はDCカットフィルタ処理によってDC成分を除去する。このDCカットフィルタ処理は、上式(1)及び(2)と同形である次式に示した処理とすることができる。
(7) 漸化式:y[i]=x[i]-x[i-1]+r3*y[i-1]
(8) 伝達関数:h(z)=y(z)/x(z)=(1-z-1)/(1-r3*z-1)
y(z)=x(z)-z-1*x(z)+r3*z-1*y(z)
Specifically, in the present embodiment, the post filter unit 113 removes DC components by DC cut filter processing. This DC cut filter process can be the process shown in the following equation, which has the same form as the above equations (1) and (2).
(7) Recurrence formula: y [i] = x [i] -x [i-1] + r 3 * y [i-1]
(8) Transfer function: h (z) = y (z) / x (z) = (1-z- 1 ) / (1 - r3 * z -1 )
y (z) = x (z) -z -1 * x (z) + r 3 * z -1 * y (z)

上式(7)及び(8)において、r3もr1と同様、0から1までの値をとるフィルタリングパラメータである。また、ポストフィルタ部113のパラメータ調整部113pも、このパラメータr3の値を調整し、本DCカットフィルタ処理の出力信号における位相の進み分を制御することができる。 In the above equations (7) and (8), r 3 is also a filtering parameter that takes a value from 0 to 1 like r 1 . Further, the parameter adjusting unit 113p of the post-filter unit 113 can also adjust the value of the parameter r 3 to control the phase advance in the output signal of the DC cut filter processing.

ちなみに本実施形態において、ポストフィルタ部113は、ポストフィルタ処理後の出力信号を常時、過去N(Nは十分な大きさの自然数)サンプル分だけ保存している。のちに説明するように、振動変位決定部116は、補償位相分を勘案してこれらNサンプルのうちの1つを選択し、この選択した出力信号サンプルに基づいて推定される振動変位を決定するのである。 Incidentally, in the present embodiment, the post-filter unit 113 always stores the output signal after the post-filter processing for the past N (N is a natural number of sufficient magnitude) sample. As will be described later, the vibration displacement determination unit 116 selects one of these N samples in consideration of the compensation phase component, and determines the estimated vibration displacement based on the selected output signal sample. It is.

準瞬時周波数決定部114は、振動変位推定対象である測定量における「瞬時」又は「準瞬時」周波数を決定する。このうち「瞬時」周波数は、複素信号処理を用いた公知の手法で算出されるが、本実施形態では処理遅延をできるだけ抑えるため、準瞬時周波数決定部114は、「準瞬時」周波数を算出する。ちなみにこの後、補償量決定部115は、ここで決定された準瞬時周波数における(ポストフィルタ処理までを施された)信号の位相進み分及び振幅のゲイン変動分を算出するのである。 The quasi-instantaneous frequency determination unit 114 determines the "instantaneous" or "quasi-instantaneous" frequency in the measured quantity for which the vibration displacement is estimated. Of these, the "instantaneous" frequency is calculated by a known method using complex signal processing, but in the present embodiment, in order to suppress the processing delay as much as possible, the quasi-instantaneous frequency determining unit 114 calculates the "quasi-instantaneous" frequency. .. Incidentally, after this, the compensation amount determination unit 115 calculates the phase lead portion and the gain fluctuation portion of the amplitude of the signal (which has been subjected to the post-filter processing) at the quasi-instantaneous frequency determined here.

具体的に、準瞬時周波数決定部114は、プレフィルタ部111から出力された時系列信号(DCカットフィルタ処理済みの測定量)において、(時間軸での)ゼロクロス判定用の正負閾値を用い、過去となる直近のゼロクロス点を2つ検出して、これらの点から信号の半周期に相当するサンプル数を算出し、サンプリング周波数を用いて準瞬時周波数を決定するのである。ここで、プレフィルタ部111の出力信号は、積分近似フィルタ部112の出力信号やその後段のポストフィルタ部113の出力信号と比較して、ゼロクロスしやすく、これにより安定した結果(準瞬時周波数)が得られ易いので、準瞬時周波数の算出により適しているのである。 Specifically, the quasi-instantaneous frequency determination unit 114 uses a positive / negative threshold value for zero cross determination (on the time axis) in the time-series signal (measurement amount processed by the DC cut filter) output from the pre-filter unit 111. Two past zero-cross points are detected, the number of samples corresponding to the half cycle of the signal is calculated from these points, and the quasi-instantaneous frequency is determined using the sampling frequency. Here, the output signal of the pre-filter unit 111 is more likely to zero-cross than the output signal of the integral approximation filter unit 112 and the output signal of the post-filter unit 113 in the subsequent stage, resulting in a stable result (quasi-instantaneous frequency). Is easy to obtain, so it is more suitable for calculating the quasi-instantaneous frequency.

ここで、このように決定された準瞬時周波数は、対象となる時系列信号が複雑な振動に係る信号である場合、短時間で大きく変化してしまう傾向にある。そこで、ある程度安定した準瞬時周波数を取得できるように、準瞬時周波数決定処理の前に、時系列信号に対してローパスフィルタ処理を施すことも好ましい。 Here, the quasi-instantaneous frequency determined in this way tends to change significantly in a short time when the target time-series signal is a signal related to complicated vibration. Therefore, it is also preferable to perform a low-pass filter processing on the time-series signal before the quasi-instantaneous frequency determination processing so that a quasi-instantaneous frequency that is stable to some extent can be obtained.

また、入力加速度波形から導出される周波数推定誤差にバイアスが生じてしまう場合、フィルタ処理においてそれを取り除くような係数を設定し、当該係数値を調整することも好ましい。また以上に述べた場合とは異なり、複数の周波数の振動が混ざっていない単純な振動に係る時系列信号が得られる実施環境の場合、プレフィルタ部111へ入力される計測量における加速度波形から準瞬時周波数を決定することも好ましい。勿論、積分後補正波形と加速度波形とのそれぞれから周波数を推定し、それらの所定の平均をもって準瞬時周波数としてもよい。 Further, when a bias occurs in the frequency estimation error derived from the input acceleration waveform, it is also preferable to set a coefficient for removing the bias in the filtering process and adjust the coefficient value. Further, unlike the case described above, in the case of an implementation environment in which a time-series signal related to a simple vibration in which vibrations of a plurality of frequencies are not mixed can be obtained, the acceleration waveform in the measured quantity input to the prefilter unit 111 is quasi. It is also preferable to determine the instantaneous frequency. Of course, the frequency may be estimated from each of the post-integration correction waveform and the acceleration waveform, and a predetermined average thereof may be used as the quasi-instantaneous frequency.

またより好適な手法として、自己相関法による周波数推定等のロバスト性が高い(波形崩れに強い)手法を用いて準瞬時周波数を推定することも可能である。 Further, as a more preferable method, it is also possible to estimate the quasi-instantaneous frequency by using a method having high robustness (resistant to waveform collapse) such as frequency estimation by the autocorrelation method.

同じく図1の機能ブロック図において、補償量決定部115は、ポストフィルタ部113の出力信号(ポストフィルタ処理済みの測定量)における
(a)決定された準瞬時周波数での位相進み分である「補償位相分(補償位相サンプル数)」と、
(b)決定された準瞬時周波数での振幅のゲイン変動分である「補償ゲイン」と
を算出する。ここで、補償量決定部115へ入力される信号は本実施形態において、プレフィルタ処理、(二階積分相当の)積分近似フィルタ処理及びポストフィルタ処理を施された時系列信号となっている。
Similarly, in the functional block diagram of FIG. 1, the compensation amount determination unit 115 is the phase lead portion at the determined quasi-instantaneous frequency in the output signal (measurement amount after post-filter processing) of the post-filter unit 113. Compensated phase (number of compensated phase samples) ",
(B) The "compensation gain", which is the gain fluctuation of the amplitude at the determined quasi-instantaneous frequency, is calculated. Here, the signal input to the compensation amount determination unit 115 is a time-series signal that has undergone pre-filter processing, integral approximation filter processing (corresponding to second-order integration), and post-filter processing in the present embodiment.

具体的に、補償量決定部115は、実施された上記3つのフィルタ処理の各々につき、その伝達関数に基づいて、準瞬時周波数におけるフィルタ入力信号に対するフィルタ出力信号の位相進み分を計算し、これらの位相進み分を加算した上でサンプル数に変換して「補償位相サンプル数」を算出する。また、各フィルタの入出力信号の比であるゲインを計算し、これらのゲインを乗算して「補償ゲイン」を算出する。 Specifically, the compensation amount determination unit 115 calculates the phase lead of the filter output signal with respect to the filter input signal at the quasi-instantaneous frequency for each of the above three filter processes performed, based on the transfer function thereof. After adding the phase lead of, it is converted into the number of samples to calculate the "compensation phase sample number". In addition, the gain, which is the ratio of the input / output signals of each filter, is calculated, and these gains are multiplied to calculate the “compensation gain”.

最初に、プレフィルタ部111で実施されるDCカットフィルタの補償位相サンプル数p_preの計算を示す。上式(1)に示した時間領域での漸化式(y[i]=x[i]-x[i-1]+r1*y[i-1])をZ領域へ変換することによって、上式(2)に示した伝達関数(h(z)=(1-z-1)/(1-r1*z-1))が算出されるのであるが、この伝達関数を周波数(ω)領域に変換すると、次式
(9) h(ω)=(1-exp(-jωT))/(1-r1*exp(-jωT)) (jは虚数単位)
が得られる。ここで、Tはサンプリング周波数FS(Hz)の逆数(T=1/FS)である。
First, the calculation of the compensation phase sample number p_pre of the DC cut filter performed by the pre-filter unit 111 is shown. By converting the recurrence formula (y [i] = x [i] -x [i-1] + r 1 * y [i-1]) in the time region shown in the above equation (1) into the Z region. , The transfer function (h (z) = (1-z- 1 ) / (1-r 1 * z- 1 )) shown in the above equation (2) is calculated, and this transfer function is used as the frequency ( When converted to the ω) region, the following equation (9) h (ω) = (1-exp (-jωT)) / (1-r 1 * exp (-jωT)) (j is an imaginary unit)
Is obtained. Here, T is the reciprocal of the sampling frequency F S (Hz) (T = 1 / F S ).

次いで上式(9)を用いることにより、プレフィルタ処理での補償位相サンプル数p_preは、次式をもって算出することができる。
(10) p_pre=FS*delay (単位はサンプル数)
delay=(2πf)-1*henkaku (単位は秒)
henkaku=Arg((1-exp(-j*2πfT))/(1-r1*exp(-j*2πfT))) (単位はrad)
ここで、fは準瞬時周波数(Hz)であり、Arg(CN)は、複素数CNの偏角を返す関数である。
Next, by using the above equation (9), the compensation phase sample number p_pre in the pre-filter processing can be calculated by the following equation.
(10) p_pre = F S * delay (Unit is the number of samples)
delay = (2πf) -1 * henkaku (unit is seconds)
henkaku = Arg ((1-exp (-j * 2πfT)) / (1-r 1 * exp (-j * 2πfT))) (Unit is rad)
Here, f is the quasi-instantaneous frequency (Hz), and Arg (CN) is a function that returns the argument of the complex number CN.

また、プレフィルタ処理での補償ゲインg_pre(比)は、次式をもって算出することができる。
(11) g_pre=1/Mod((1-exp(-j*2πfT))/(1-r1*exp(-j*2πfT)))
ここで、Mod(CN)は、複素数CNの絶対値(動径)を返す関数である。
Further, the compensation gain g_pre (ratio) in the pre-filter processing can be calculated by the following equation.
(11) g_pre = 1 / Mod ((1-exp (-j * 2πfT)) / (1-r 1 * exp (-j * 2πfT)))
Here, Mod (CN) is a function that returns the absolute value (radius) of the complex number CN.

ちなみに、同じくDCカットフィルタを用いたポストフィルタ処理における補償位相サンプル数p_post及び補償ゲインg_postも、それぞれ上式(10)及び(11)においてr1をr3に置換した式で算出されるのである。 Incidentally, the compensation phase sample number p_post and the compensation gain g_post in the post filter processing using the DC cut filter are also calculated by the equations in which r 1 is replaced with r 3 in the above equations (10) and (11), respectively. ..

次に、積分近似フィルタ部112で実施される積分近似フィルタの補償位相サンプル数p_midの計算を示す。上式(3)に示した時間領域での漸化式(y[i]=r2*y[i-1]+x[i])をZ領域へ変換することによって、上式(4)に示した伝達関数(h(z)=1/(1-r2*z-1))が算出されるのであるが、この伝達関数を周波数(ω)領域に変換すると、次式
(12) h(ω)=1/(1-r2*exp(-jωT)) (jは虚数単位,T=1/FS
が得られる。
Next, the calculation of the compensation phase sample number p_mid of the integral approximation filter performed by the integral approximation filter unit 112 is shown. By converting the recurrence formula (y [i] = r 2 * y [i-1] + x [i]) in the time region shown in the above equation (3) to the Z region, the above equation (4) can be obtained. The transfer function shown (h (z) = 1 / (1-r 2 * z -1 )) is calculated. When this transfer function is converted into the frequency (ω) region, the following equation (12) h (ω) = 1 / (1-r 2 * exp (-jωT)) (j is an imaginary unit, T = 1 / F S )
Is obtained.

次いで上式(12)を用いることにより、二階積分相当である積分近似フィルタ処理での補償位相サンプル数p_midは、次式をもって算出することができる。
(13) p_mid=2*FS*delay (単位はサンプル数,計数2は2回処理による)
delay=(2πf)-1*henkaku (単位は秒)
henkaku=Arg(1/(1-r2*exp(-j*2πfT))) (単位はrad,fは準瞬時周波数)
Next, by using the above equation (12), the compensation phase sample number p_mid in the integral approximation filter processing equivalent to the second-order integral can be calculated by the following equation.
(13) p_mid = 2 * F S * delay (Unit is the number of samples, Count 2 is processed twice)
delay = (2πf) -1 * henkaku (unit is seconds)
henkaku = Arg (1 / (1-r 2 * exp (-j * 2πfT))) (Unit is rad, f is quasi-instantaneous frequency)

また、プレフィルタ処理での補償ゲインg_mid(比)は、次式をもって算出することができる。
(14) g_mid=1/(Mod(1/(1-r2*exp(-j*2πfT))))2 (分母の二乗は2回処理による)
The compensation gain g_mid (ratio) in the pre-filter processing can be calculated by the following equation.
(14) g_mid = 1 / (Mod (1 / (1-r 2 * exp (-j * 2πfT)))) 2 (The square of the denominator is processed twice)

ちなみに、積分近似フィルタ処理の変更態様として上式(5)及び(6)を用いた場合、二階積分相当である積分近似フィルタ処理での補償位相サンプル数p_mid及び補償ゲインg_mid(比)は、それぞれ次式(15)及び(16)をもって算出することができる。
(15) p_mid=2*FS*delay (単位はサンプル数,計数2は2回処理による)
delay=(2πf)-1*henkaku (単位は秒)
henkaku=Arg((1-p*exp(-j*2πfT))/(1-r2*exp(-j*2πfT))) (単位はrad,fは準瞬時周波数)
(16) g_mid=1/(Mod((1-r2*exp(-j*2πfT))/(1-r2*exp(-j*2πfT))))2 (分母の二乗は2回処理による)
By the way, when the above equations (5) and (6) are used as the modification mode of the integral approximation filter processing, the compensation phase sample number p_mid and the compensation gain g_mid (ratio) in the integral approximation filter processing equivalent to the second-order integral are respectively. It can be calculated by the following equations (15) and (16).
(15) p_mid = 2 * F S * delay (Unit is the number of samples, Count 2 is processed twice)
delay = (2πf) -1 * henkaku (unit is seconds)
henkaku = Arg ((1-p * exp (-j * 2πfT)) / (1-r 2 * exp (-j * 2πfT))) (Unit is rad, f is quasi-instantaneous frequency)
(16) g_mid = 1 / (Mod ((1-r 2 * exp (-j * 2πfT)) / (1-r 2 * exp (-j * 2πfT)))) 2 (The square of the denominator is processed twice. according to)

以上示したように算出された補償位相サンプル数p_pre、p_mid及びp_postから、全てのフィルタ処理に係る全補償位相サンプル数p_allは、次式
(17) p_all=p_pre+p_mid+p_post
によって算出される。また、補償ゲインg_pre、g_mid及びg_postから、全てのフィルタ処理に係る全補償ゲインg_allは、次式
(18) g_all=g_pre*g_mid*g_post
によって算出される。
From the number of compensated phase samples p_pre, p_mid and p_post calculated as described above, the total number of compensated phase samples p_all related to all filter processing is calculated by the following equation (17) p_all = p_pre + p_mid + p_post.
Calculated by. From the compensation gains g_pre, g_mid, and g_post, the total compensation gain g_all related to all filtering is calculated by the following equation (18) g_all = g_pre * g_mid * g_post.
Calculated by.

同じく図1の機能ブロック図において、振動変位決定部116は、全補償位相サンプル数(位相進み分)p_allに相当する前時点(以前の時点)におけるポストフィルタ部113の出力信号(積分近似フィルタ処理及びポストフィルタ処理を施された測定量)に基づいて振動変位を決定する。 Similarly, in the functional block diagram of FIG. 1, the vibration displacement determination unit 116 is the output signal (integral approximation filter processing) of the post filter unit 113 at the previous time point (previous time point) corresponding to the total number of compensated phase samples (phase advance) p_all. And the vibration displacement is determined based on the measured amount that has been post-filtered.

具体的に振動変位決定部116は、ポストフィルタ部113の出力時系列信号を蓄積しておき、蓄積した過去Nサンプルのうちの1つのサンプル位置を、補償位相分を勘案して選択し、ここで選択した出力信号サンプルに対し、全補償ゲイン(ゲイン変動分)g_allに係る補正を行うことによって振動変位を決定するのである。このことを数式を用いて表すと以下の通りとなる。なお以下、表示画面のX軸方向での加速度に係る測定量を取り扱い、X軸方向の振動変位を算出しているが、当然Y軸方向についても同様の処理を行うことになる。 Specifically, the vibration displacement determination unit 116 stores the output time-series signal of the post filter unit 113, and selects the sample position of one of the stored past N samples in consideration of the compensation phase. The vibration displacement is determined by correcting the total compensation gain (gain fluctuation) g_all for the output signal sample selected in. This can be expressed using a mathematical formula as follows. Hereinafter, the measured amount related to the acceleration in the X-axis direction of the display screen is dealt with, and the vibration displacement in the X-axis direction is calculated. Naturally, the same processing is performed in the Y-axis direction as well.

最初に、振動変位決定部116には、ポストフィルタ部113の出力時系列信号として、
(19) x_post[i0],x_post[i0-1],x_post[i0-2],・・・,x_post[i0-N]
が保存されている。上式(19)では、振動変位を推定する時点(現時点)をi0としている。振動変位決定部116は、これらの信号サンプルから、この時点i0での準瞬時周波数f[i0]について計算される補償位相サンプル数p_all分だけ過去の信号サンプルであるx_post[i0-p_all]を時点i0の出力信号サンプルとして選択する。ここで、p_allが整数ではない場合、p_allサンプル位置の前後の信号サンプルの値から内挿して得られた値を出力信号サンプルとしてもよく、または、p_allを四捨五入して得られた整数値I(p_all)に対応するx_post[i0-I(p_all)]を出力信号サンプルとして選択することもできる。
First, the vibration displacement determination unit 116 is subjected to the output time-series signal of the post filter unit 113.
(19) x_post [i 0 ], x_post [i 0 -1], x_post [i 0 -2], ..., x_post [i 0 -N]
Is saved. In the above equation (19), the time point (current time) at which the vibration displacement is estimated is set to i 0 . The vibration displacement determination unit 116 is a signal sample past x_post [i 0 -p_all] by the number of compensating phase samples p_all calculated for the quasi-instantaneous frequency f [i 0 ] at this time i 0 from these signal samples. ] Is selected as the output signal sample at time point i 0 . Here, if p_all is not an integer, the value obtained by interpolating from the values of the signal samples before and after the p_all sample position may be used as the output signal sample, or the integer value I (rounded off p_all) obtained. You can also select x_post [i 0 -I (p_all)] corresponding to p_all) as the output signal sample.

振動変位決定部116は次いで、選択したx_post[i0-p_all]に対し、同じく準瞬時周波数f[i0]について計算される補償ゲインg_allを乗算し、次式
(20) X_out[i0]=g_all*x_post[i0-p_all]
によって、時点i0で推定される振動変位X_out[i0]を決定するのである。
The vibration displacement determination unit 116 then multiplies the selected x_post [i 0 -p_all] by the compensation gain g_all, which is also calculated for the quasi-instantaneous frequency f [i 0 ], and the following equation (20) X_out [i 0 ] = G_all * x_post [i 0 -p_all]
Determines the oscillating displacement X_out [i 0 ] estimated at time point i 0 .

このようにして本実施形態によれば、時点i0において未来時間での変位予測に依らずに、加速度センサ101からの加速度に係る測定量の入力に対する因果性を保ったまま、振動変位X_out[i0]を推定することができる。また、この振動変位推定処理は、従来よりも広い周波数帯域の振動に対応可能となっているのである。 In this way, according to the present embodiment, the vibration displacement X_out [ i 0 ] can be estimated. In addition, this vibration displacement estimation process can handle vibrations in a wider frequency band than before.

ちなみに、補償量決定部115で決定された各種補償量や、振動変位決定部116で決定(推定)された振動変位は、解析結果蓄積部104に一先ず保存されて適宜、読み出されることも好ましい。また、これらの各種補償量や推定振動変位は、入出力制御部117から通信インタフェース部105を介して外部の情報処理装置、例えば自動車2内に設置されたシートバックモニタ装置に送信され、当該装置において利用されてもよい。 Incidentally, it is also preferable that the various compensation amounts determined by the compensation amount determination unit 115 and the vibration displacement determined (estimated) by the vibration displacement determination unit 116 are temporarily stored in the analysis result storage unit 104 and appropriately read out. Further, these various compensation amounts and estimated vibration displacements are transmitted from the input / output control unit 117 to an external information processing device, for example, a seat back monitor device installed in the automobile 2 via the communication interface unit 105, and the device concerned. It may be used in.

ここで以下、振動変位を推定し、タッチパネル・ディスプレイ103の画面における画像表示位置の補正(表示画面揺れ補正)を行う好適な実施形態を説明する。 Here, a preferred embodiment in which the vibration displacement is estimated and the image display position on the screen of the touch panel display 103 is corrected (display screen shake correction) will be described.

本実施形態において、振動変位決定部116のシグモイド関数調整部116sは、時点i0で推定される振動変位X_out[i0]に対し、補正の必要性が低い低周波数領域での推定精度の問題に対処すべく、周波数について単調増加を示す所定の関数(本実施形態ではシグモイド関数)値を乗算することも好ましい。この場合、振動変位決定部116は、この乗算した量に基づいて振動変位を決定することになる。 In the present embodiment, the sigmoid function adjusting unit 116s of the vibration displacement determining unit 116 has a problem of estimation accuracy in the low frequency region where the need for correction is low with respect to the vibration displacement X_out [i 0 ] estimated at the time point i 0 . It is also preferable to multiply a predetermined function (sigmoid function in this embodiment) value indicating a monotonous increase with respect to the frequency in order to deal with the above. In this case, the vibration displacement determining unit 116 determines the vibration displacement based on the multiplied amount.

実際、低周波の振動の場合には画像が見辛くならないので(目が画像の動きに容易についていくことができるので)、画像表示位置の補正処理は概ね不要となる。また一方で、上記の手法で決定された準瞬時周波数は低周波数領域で不安定となることが少なくなく、さらに、上述したDCカットフィルタ処理や積分近似フィルタ処理の出力信号に位相やゲインは、低周波数領域で大きな変動を示す傾向にある。 In fact, in the case of low frequency vibration, the image is not difficult to see (because the eyes can easily follow the movement of the image), so the correction process of the image display position is almost unnecessary. On the other hand, the quasi-instantaneous frequency determined by the above method is often unstable in the low frequency region, and further, the phase and gain of the output signal of the above-mentioned DC cut filter processing and integral approximation filter processing are determined. It tends to show large fluctuations in the low frequency region.

そこで、上述したようなシグモイド関数値の乗算処理を行うことによって、画像表示位置補正において振動変位推定が概ね不要となる低周波数領域での振動変位をゼロ又は微小量に調整することが可能となるのである。なお、シグモイド(Sigmoid)関数は、神経細胞の信号伝達モデルにも使用される周知の関数であり、0~1の間の値をとる周波数の単調増加関数である。 Therefore, by performing the sigmoid function value multiplication process as described above, it is possible to adjust the vibration displacement in the low frequency region, where vibration displacement estimation is generally unnecessary in image display position correction, to zero or a minute amount. It is. The sigmoid function is a well-known function that is also used in a signal transduction model of nerve cells, and is a monotonically increasing function of a frequency having a value between 0 and 1.

ここで具体的に、以上に述べた補正周波数帯域設定処理を数式を用いて説明すると、補正後の推定される振動変位XC_out[i0]は、次式
(21) XC_out[i0]=X_out[i0]*(1/(1+exp(-g_gg*(f[i0]-g_gc))))
=g_all*x_post[i0-p_all] *(1/(1+exp(-g_gg*(f[i0]-g_gc))))
で表される。ここで、g_ggは、シグモイド関数の勾配であり例えば4に設定される。また、g_gcは、シグモイド関数が中央値(0.5)をとる周波数であり例えば2.5(Hz)に設定される。さらに、f[i0]は、時点i0での準瞬時周波数である。
Here, specifically, the correction frequency band setting process described above will be described using a mathematical formula. The estimated vibration displacement X C _out [i 0 ] after correction is given by the following equation (21) X C _out [i 0]. 0 ] = X_out [i 0 ] * (1 / (1 + exp (-g_gg * (f [i 0 ] -g_gc))))
= G_all * x_post [i 0 -p_all] * (1 / (1 + exp (-g_gg * (f [i 0 ] -g_gc))))
It is represented by. Here, g_gg is the gradient of the sigmoid function and is set to 4, for example. Further, g_gc is a frequency at which the sigmoid function takes a median value (0.5), and is set to, for example, 2.5 (Hz). Furthermore, f [i 0 ] is the quasi-instantaneous frequency at time point i 0 .

なお、対象となる振動の最高周波数f_maxよりも高い周波数の振動については、システムのレイテンシに起因して、推定変位と実振動変位との間で位相を合わせることができない。そこで、設計値であるf_maxよりも高い周波数の振動が発生する条件においては、値1からシグモイド関数値分を減算した単調減少関数(準瞬時周波数の入力に対し計算出力結果が1から0まで変化する関数)を採用することができる。この場合、シグモイド関数ではg_gcをf_maxとするか、又はf_maxよりも少し高い周波数に設定し、さらにg_ggを急峻なものに設定する。これにより、最高周波数f_maxよりも高い周波数の振動に対しては、振動変位を推定しない設定が可能となる。 It should be noted that for vibrations having a frequency higher than the maximum frequency f_max of the target vibrations, the phase cannot be matched between the estimated displacement and the actual vibration displacement due to the latency of the system. Therefore, under the condition that vibration with a frequency higher than the design value f_max occurs, the monotonic subtraction function obtained by subtracting the sigmoid function value from the value 1 (the calculated output result changes from 1 to 0 with respect to the input of the quasi-instantaneous frequency). Function) can be adopted. In this case, in the sigmoid function, g_gc is set to f_max, or a frequency slightly higher than f_max is set, and g_gg is set to a steep one. This makes it possible to set the vibration displacement not to be estimated for vibrations with frequencies higher than the maximum frequency f_max.

次いで、上記の補正された推定振動変位をもって、スマートフォン1における表示画像位置の補正を行う具体例を説明する。 Next, a specific example of correcting the display image position on the smartphone 1 with the corrected estimated vibration displacement will be described.

ここで、スマートフォン1のアプリケーション部122において、所定のアプリケーションプログラムが実行されてから、当該実行に係る画像が、入出力制御部117の画像表示制御部117gを介してタッチパネル・ディスプレイ103の画面に表示されるまで、概ね50ミリ秒(msec)のレイテンシが発生する状況を考える。また、当該アプリケーションプログラムの実行周期FSは、5msec(すなわち周波数が200Hz)であるとする。このような場合、出力信号サンプルに関し概ね10(=50/5)サンプル分だけ画像表示が遅延することになる。 Here, after the predetermined application program is executed in the application unit 122 of the smartphone 1, the image related to the execution is displayed on the screen of the touch panel display 103 via the image display control unit 117g of the input / output control unit 117. Consider a situation in which a latency of approximately 50 milliseconds (msec) occurs until this is done. Further, it is assumed that the execution cycle F S of the application program is 5 msec (that is, the frequency is 200 Hz). In such a case, the image display is delayed by about 10 (= 50/5) samples for the output signal sample.

そこで、プレフィルタ部111、積分近似フィルタ部112及びポストフィルタ部113は、
・スマートフォン1(の加速度センサ101)が受ける振動における最高周波数f_maxに対する補償位相サンプル数p_all(f_max)
が、上記のレイテンシ(50msec)に相当する10サンプル分となるように(又は例えば10プラスマイナス1サンプル分の間となるように)、それぞれパラメータr1、パラメータr2(及びp)並びにパラメータr3を調整することも好ましい。
Therefore, the pre-filter unit 111, the integral approximation filter unit 112, and the post-filter unit 113
-Number of compensating phase samples for the maximum frequency f_max in vibration received by the smartphone 1 (accelerometer 101) p_all (f_max)
Is 10 samples corresponding to the above latency (50 msec) (or, for example, between 10 plus or minus 1 sample), parameters r 1 , parameter r 2 (and p), and parameter r, respectively. It is also preferable to adjust 3 .

ちなみに、上記の最高周波数f_maxも、アプリケーションプログラムの実行内容・実行状況等を勘案し、対応可能な周波数最高値に予め設定される。 Incidentally, the above-mentioned maximum frequency f_max is also set in advance to the maximum frequency that can be supported in consideration of the execution content and execution status of the application program.

図2は、プレフィルタ部111、積分近似フィルタ部112及びポストフィルタ部113におけるフィルタリングパラメータの調整を説明するためのグラフである。ここで、このグラフは、各フィルタ処理における移動変化分(単位はサンプル数)の周波数依存性を示すグラフとなっている。また、最高周波数f_maxは10Hzに設定されている。 FIG. 2 is a graph for explaining adjustment of filtering parameters in the pre-filter unit 111, the integral approximation filter unit 112, and the post-filter unit 113. Here, this graph is a graph showing the frequency dependence of the movement change amount (unit is the number of samples) in each filter processing. The maximum frequency f_max is set to 10Hz.

図2によれば、プレフィルタ処理、積分近似フィルタ処理、及びポストフィルタ処理のいずれも、移動変化分(サンプル数)は、超低周波数領域で非常に大きな値となっており、また周波数が高くなるにつれて速やかに小さくなり、それぞれ所定値に漸近する傾向を示す。 According to FIG. 2, in all of the pre-filter processing, the integral approximation filtering processing, and the post-filter processing, the movement change amount (number of samples) is a very large value in the ultra-low frequency region, and the frequency is high. As it becomes smaller, it decreases rapidly, and each shows a tendency to gradually approach a predetermined value.

ここで、本例では、各フィルタ処理におけるパラメータ(r1、r2(及びp)並びにr3)を調整することによって、これらのフィルタ処理結果としての移動変化分(サンプル数)の最高周波数f_max(10Hz)での合計値を、スマートフォン1での処理のレイテンシ(50msec,10サンプル)と一致させているのである。これにより、スマートフォン1における表示画像位置の補正に用いる振動変位を、スマートフォン1での処理のレイテンシを考慮し、より現状に即した形で推定することが可能となる。 Here, in this example, by adjusting the parameters (r 1 , r 2 (and p) and r 3 ) in each filtering process, the maximum frequency f_max of the movement change (number of samples) as a result of these filtering processes. The total value at (10Hz) matches the processing latency (50msec, 10 samples) on the smartphone 1. This makes it possible to estimate the vibration displacement used for correcting the display image position on the smartphone 1 in a form more in line with the current situation, considering the latency of the processing on the smartphone 1.

ちなみに、ポストフィルタ部113において、ポストフィルタ処理後の出力信号が常時、過去Nサンプル分だけ保存されることを説明したが、このN値は、図2における3つのフィルタ処理の位相変化分の合計値のグラフから決定することが可能である。 Incidentally, it has been explained that the output signal after the post-filter processing is always stored only for the past N samples in the post-filter unit 113, but this N value is the total of the phase changes of the three filter processings in FIG. It can be determined from the graph of values.

ここで、例えば振動変位の推定対象周波数を2~10Hzとすると、図2における当該位相変化分の合計値は、この周波数範囲では2Hzにおいて最大値88(サンプル数)を示す。したがって、ポストフィルタ処理後の出力信号は、例えば過去90サンプル分(N=90)だけ保存しておけばよいと判断することが可能となる。 Here, for example, assuming that the frequency for which the vibration displacement is estimated is 2 to 10 Hz, the total value of the phase changes in FIG. 2 shows a maximum value of 88 (number of samples) at 2 Hz in this frequency range. Therefore, it is possible to determine that the output signal after the post-filter processing should be stored, for example, for the past 90 samples (N = 90).

なお、各パラメータの調整においては、これらのパラメータの値次第では振動変位の推定値そのものの誤差が増大し得ることも考慮し、当該誤差を所定以上に増大させないようにパラメータ調整を行うことも好ましい。また、変位推定対象の振動が正弦波から大きく外れた振動である場合にも当該誤差が増大する傾向にあることも考慮し、当該誤差をできるだけ抑制するようにパラメータ調整を行うことも好ましい。 In adjusting each parameter, it is also preferable to adjust the parameters so as not to increase the error more than a predetermined value, considering that the error of the estimated value of vibration displacement itself may increase depending on the value of these parameters. .. Further, it is also preferable to adjust the parameters so as to suppress the error as much as possible in consideration of the fact that the error tends to increase even when the vibration of the displacement estimation target is a vibration greatly deviating from the sine wave.

さらに、振動変位推定対象の振動がインパルス状ではなく連続波形で示される場合、裏打ちで振動を補正・制御しても問題が生じない場合がほとんどである。また、推定した振動変位の波形の正負を逆転させると、位相がいわば180°進んだ振動変位になる。したがって、このように振動変位波形の正負逆転処理を行うことによって、対応する振動における最高周波数f_maxの半周期分だけ、レイテンシを補うことも可能となる。 Further, when the vibration of the vibration displacement estimation target is shown as a continuous waveform instead of an impulse shape, there is almost no problem even if the vibration is corrected and controlled by the backing. Moreover, when the positive and negative of the waveform of the estimated vibration displacement is reversed, the vibration displacement whose phase is advanced by 180 ° is obtained. Therefore, by performing the positive / negative inversion processing of the vibration displacement waveform in this way, it is possible to supplement the latency by half a cycle of the maximum frequency f_max in the corresponding vibration.

図3は、上記の推定された振動変位をもって、スマートフォン1における表示画像位置の補正を行った具体例を示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a specific example in which the display image position on the smartphone 1 is corrected based on the estimated vibration displacement described above.

図3によれば、スマートフォン1は振動を受け、時点t0(サンプル位置では時点i0)においてX軸プラス向きにDだけ変位している。これに対し、
(a)準瞬時周波数決定部114は、プレフィルタ部111の出力時系列信号(当該振動の加速度に係る測定量)についてその準瞬時周波数f[i0]を決定し、
(b)補償量決定部115は、準瞬時周波数f[i0]における全補償位相サンプル数p_all及び全補償ゲインg_allを算出する。
ここで、全補償位相サンプル数p_allは、スマートフォン1での処理のレイテンシに相当する値となっている。次いで、
(c)振動変位決定部116は、算出されたp_all及びg_allを用い、時点t0における準瞬時周波数f[i0]についての振動変位XC_out[i0](上式(21))を算出・決定する。
According to FIG. 3, the smartphone 1 is subjected to vibration and is displaced by D in the X-axis plus direction at the time point t 0 (time point i 0 at the sample position). On the other hand,
(A) The quasi-instantaneous frequency determination unit 114 determines the quasi-instantaneous frequency f [i 0 ] for the output time-series signal (measured quantity related to the acceleration of the vibration) of the pre-filter unit 111.
(B) The compensation amount determination unit 115 calculates the total number of compensation phase samples p_all and the total compensation gain g_all at the quasi-instantaneous frequency f [i 0 ].
Here, the total number of compensated phase samples p_all is a value corresponding to the latency of processing in the smartphone 1. Then
(C) The vibration displacement determination unit 116 uses the calculated p_all and g_all to obtain the vibration displacement X C _out [i 0 ] (the above equation (21)) for the quasi-instantaneous frequency f [i 0 ] at the time point t 0 . Calculate and determine.

ここで、上記(c)の振動変位XC_out[i0]は、振動変位算出処理における位相(時間)の進み分だけ過去の時点において算出された振動変位x_post[i0-p_all]を利用して決定されており、実際の振動変位Dと概ね一致しているのである。 Here, for the vibration displacement X C _out [i 0] in (c) above, the vibration displacement x _post [i 0 -p_all ] calculated at the past time point by the advance of the phase (time) in the vibration displacement calculation process is used. It is determined by the above, and it is almost the same as the actual vibration displacement D.

画像表示制御部117gは、タッチパネル・ディスプレイ103に表示される画像を、このような振動変位XC_out[i0]の向き(X軸プラス向き)とは逆向き(X軸マイナス向き)に、XC_out[i0]の絶対値分だけ変位させて表示させる。 The image display control unit 117g displays the image displayed on the touch panel display 103 in the direction opposite to the direction of the vibration displacement X C _out [i 0 ] (X-axis plus direction) (X-axis minus direction). X C _out [i 0 ] is displaced by the absolute value and displayed.

以上に説明したような表示画像位置の補正処理を、各サンプル時点で、X軸方向だけではなくY軸方向についても実施することによって、ユーザは、スマートフォン1が揺れているにもかかわらず、その揺れの影響を概ね受けていない画像表示を享受することが可能となるのである。 By performing the display image position correction process as described above not only in the X-axis direction but also in the Y-axis direction at each sample time, the user can use the smartphone 1 even though the smartphone 1 is shaking. It is possible to enjoy an image display that is almost unaffected by shaking.

[振動変位推定方法]
図4は、本発明による振動変位推定方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。ちなみに、本実施形態は、X軸方向又はY軸方向の振動に対する振動変位推定方法となっているが、他の実施形態としてZ軸回転による変位の推定も可能である。この場合、図4のフローチャートとは異なり、ジャイロセンサからの「角速度に係る測定量」に対し1階積分フィルタ処理を実施することで回転変位が算出される。
[Vibration displacement estimation method]
FIG. 4 is a flowchart schematically showing an embodiment of the vibration displacement estimation method according to the present invention. Incidentally, this embodiment is a vibration displacement estimation method for vibration in the X-axis direction or the Y-axis direction, but as another embodiment, it is also possible to estimate the displacement by Z-axis rotation. In this case, unlike the flowchart of FIG. 4, the rotational displacement is calculated by performing the first-order integral filter processing on the “measured quantity related to the angular velocity” from the gyro sensor.

(S101)加速度センサ101及びジャイロセンサ102の出力信号(測定量)を取得する。
(S102)取得した出力信号に対し公知のセンサヒュージョン処理を実施し、ノイズの除去された精度の向上した加速度測定量を生成する。
(S103)生成された加速度測定量に対しプレフィルタ処理を実施し、重力加速度や遠心加速度等のノイズとなる超低周波加速度成分を除去する。また、このプレフィルタ処理後の加速度測定量を、後に準瞬時周波数決定用に使用すべく時系列信号として蓄積する。
(S101) Acquire the output signals (measured quantities) of the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102.
(S102) A known sensor fusion process is performed on the acquired output signal to generate an accelerated measurement amount with noise removed and improved accuracy.
(S103) Pre-filtering is performed on the generated acceleration measure to remove ultra-low frequency acceleration components that cause noise such as gravitational acceleration and centrifugal acceleration. Further, the acceleration measurement amount after the pre-filter processing is stored as a time-series signal for later use for quasi-instantaneous frequency determination.

(S104)プレフィルタ処理を施された加速度測定量に対し、2階積分相当の積分近似フィルタ処理を実施し、「変位に係る推定量」を生成する。
(S105)生成された「変位に係る推定量」に対しポストフィルタ処理を実施して、積分相当処理によって蓄積・残存したDC成分を除去し、時系列信号として蓄積する。
(S104) An integral approximation filter process corresponding to the second-order integral is performed on the pre-filtered acceleration measure, and an "estimated amount related to displacement" is generated.
(S105) A post-filter process is performed on the generated "estimated amount related to displacement" to remove the DC component accumulated / remaining by the integral equivalent process, and the DC component is accumulated as a time-series signal.

(S106)プレフィルタ処理を施された加速度測定量の時系列信号を用いて、変位推定対象である振動における準瞬時周波数を決定する。
(S107)準瞬時周波数での補償位相サンプル数(位相進み分)及び補償ゲインを算出し、ポストフィルタ処理を施された「変位に係る推定量」の時系列信号から補償位相サンプル数に基づいて1つの信号サンプルを選択して、補償ゲインを考慮した振動変位を決定する。
(S106) Using the time-series signal of the pre-filtered acceleration measure, the quasi-instantaneous frequency in the vibration to be the displacement estimation target is determined.
(S107) The number of compensated phase samples (phase lead) and compensation gain at the quasi-instantaneous frequency are calculated, and the time-series signal of the "estimator related to displacement" subjected to post-filter processing is used based on the number of compensated phase samples. One signal sample is selected to determine the vibration displacement taking into account the compensation gain.

(S108)決定した振動変位に対しシグモイド関数乗算処理を施し、画像表示位置の補正に使用される調整済みの振動変位を決定する。
(S109,S110)決定した調整済みの振動変位に基づいて表示位置を補正した画像をタッチパネル・ディスプレイ103に表示させる。
(S108) The determined vibration displacement is subjected to a sigmoid function multiplication process to determine the adjusted vibration displacement used for correcting the image display position.
(S109, S110) The touch panel display 103 displays an image whose display position has been corrected based on the determined adjusted vibration displacement.

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、算出した「位相進み分」に相当する前時点における「積分近似フィルタ処理」を施された測定量に基づいて振動変位を決定することができる。具体的には、当該測定量に対するフィルタ処理の出力が(位相に係る)時間軸上で先に進む分だけ遡ってフィルタ処理出力を選び、この選んだ(よりリアルタイムの)フィルタ処理出力に基づくことによって、振動変位をよりリアルタイムに推定することが可能となる。 As described in detail above, according to the present invention, it is possible to determine the vibration displacement based on the measured quantity subjected to the "integral approximation filter processing" at the previous time point corresponding to the calculated "phase lead". can. Specifically, the filter processing output is selected by going back by the amount that the filter processing output for the measured quantity advances on the time axis (related to the phase), and it is based on the selected (more real-time) filtering output. This makes it possible to estimate the vibration displacement in real time.

すなわち、本発明によれば、装置処理にレイテンシが存在する場合でも、未来時間での変位予測に依らずに、振動変位を推定することができるのである。 That is, according to the present invention, even when there is latency in the device processing, the vibration displacement can be estimated without depending on the displacement prediction in the future time.

ちなみに、今後、自動車や電車等の交通機関のみならず、自転車や二輪車の他、種々の移動体において、また海上・海中(海底)や、さらには大気中や宇宙空間といった様々な環境下を航行する移動体において、装置に表示された画像を視聴・閲覧する機会は更に増大することが予想される。本発明は、そのような場面においても、視認性のより向上した見やすい画像表示の実現に大いに貢献するものと考えられる。 By the way, in the future, we will navigate not only in transportation such as automobiles and trains, but also in various mobile objects such as bicycles and motorcycles, and in various environments such as sea, underwater (seabed), and even in the atmosphere and outer space. It is expected that the chances of viewing and viewing the image displayed on the device will further increase in the moving body. It is considered that the present invention greatly contributes to the realization of an easy-to-see image display with improved visibility even in such a situation.

また、本発明による振動変位推定処理の応用先は、移動体で使用する画像表示装置の画像表示における振動(揺れ)補正だけにとどまるものではない。例えば、ウェアラブルカメラ等の携帯可能なカメラにおける撮影画像に対する振動(揺れ)補正や、移動体における駆動系から発生する振動の抑制処理、さらには電動機などの動力を有する機械における制振制御に適用することが可能となっている。 Further, the application destination of the vibration displacement estimation process according to the present invention is not limited to the vibration (sway) correction in the image display of the image display device used in the moving body. For example, it is applied to vibration correction for captured images in a portable camera such as a wearable camera, vibration suppression processing generated from a drive system in a moving body, and vibration suppression control in a powered machine such as an electric motor. It is possible.

以上に述べた本発明の種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。以上に述べた説明はあくまで例であって、何ら本発明を制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。 In the various embodiments of the present invention described above, various changes, modifications and omissions within the scope of the technical idea and viewpoint of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art. The above description is merely an example and does not intend to limit the present invention. The present invention is limited only to the scope of claims and their equivalents.

1 スマートフォン(振動変位推定装置)
101 加速度センサ
102 ジャイロセンサ
103 タッチパネル・ディスプレイ
104 解析結果蓄積部
105 通信インタフェース部
111 プレフィルタ部
111p、112p、113p パラメータ調整部
112 積分近似フィルタ部
113 ポストフィルタ部
114 準瞬時周波数決定部
115 補償量決定部
116 振動変位決定部
116s シグモイド関数調整部
117 入出力制御部
117g 画像表示制御部
121 センサ統合部
122 アプリケーション部
2 自動車(移動体)
1 Smartphone (vibration displacement estimation device)
101 Acceleration sensor 102 Gyro sensor 103 Touch panel display 104 Analysis result storage unit 105 Communication interface unit 111 Pre-filter unit 111p, 112p, 113p Parameter adjustment unit 112 Integral approximation filter unit 113 Post filter unit 114 Semi-instantaneous frequency determination unit 115 Compensation amount determination Part 116 Vibration displacement determination part 116s Sigmoid function adjustment part 117 Input / output control part 117g Image display control part 121 Sensor integration part 122 Application part 2 Automobile (moving body)

Claims (10)

振動の加速度又は速度に係る測定量から振動変位を推定し、当該振動変位に基づき自ら実施する処理の処理結果出力における当該振動の影響を抑制可能な装置に搭載されたコンピュータを機能させる振動変位推定プログラムであって、
当該測定量に対し、積分フィルタ処理よりも位相の進む積分相当の積分近似フィルタ処理を施す積分近似フィルタ手段と、
当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における位相進み分を算出する補償量決定手段と、
当該位相進み分に相当する前時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に基づいて振動変位を決定する振動変位決定手段と
してコンピュータを機能させ
前記積分近似フィルタ手段は、前記補償量決定手段によって算出される位相進み分であって、当該処理結果出力に影響を及ぼす当該振動に係る周波数について算出される位相進み分の値が、前記装置の当該処理における当該処理結果出力までの遅延時間に相当する値又は該相当する値から所定範囲内にある値となるように、当該積分近似フィルタ処理におけるパラメータを調整して、当該積分近似フィルタ処理を実施する
とを特徴とする振動変位推定プログラム。
Vibration displacement is estimated from the measured amount related to the acceleration or velocity of vibration, and the vibration displacement estimation that makes the computer installed in the device capable of suppressing the influence of the vibration on the processing result output of the processing performed by itself based on the vibration displacement function. It ’s a program,
An integral approximation filter means that applies an integral approximation filter process equivalent to an integral whose phase advances more than the integral filter process to the measured quantity.
Compensation amount determining means for calculating the phase advance amount in the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing, and
The computer is made to function as a vibration displacement determining means for determining the vibration displacement based on the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing at the previous time point corresponding to the phase lead .
The integral approximation filter means is a phase lead amount calculated by the compensation amount determining means, and the value of the phase lead amount calculated for the frequency related to the vibration affecting the processing result output is the value of the device. The parameters in the integral approximation filter processing are adjusted so that the value corresponds to the delay time until the processing result output in the processing or the value is within a predetermined range from the corresponding value, and the integral approximation filter processing is performed. implement
This is a vibration displacement estimation program.
前記補償量決定手段は、当該積分近似フィルタ処理を施された測定量におけるゲイン変動分も算出し、
前記振動変位決定手段は、当該位相進み分に相当する前時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に対し、当該ゲイン変動分に係る補正を行うことによって振動変位を決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の振動変位推定プログラム。
The compensation amount determining means also calculates the gain fluctuation amount in the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing.
The vibration displacement determining means is characterized in that the vibration displacement is determined by correcting the gain fluctuation amount with respect to the measured amount subjected to the integral approximation filter processing at the previous time point corresponding to the phase advance amount. The vibration displacement estimation program according to claim 1.
前記振動変位推定プログラムは、当該積分近似フィルタ処理の前及び/又は後に、当該測定量に対し、低周波成分を除去する低周波除去フィルタ処理を施す低周波除去フィルタ手段としてコンピュータを更に機能させ、
前記補償量決定手段は、当該低周波除去フィルタ処理及び当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における位相進み分を算出する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動変位推定プログラム。
The vibration displacement estimation program further functions the computer as a low-frequency elimination filter means for performing a low-frequency elimination filter process for removing low-frequency components on the measured quantity before and / or after the integral approximation filter process.
The vibration displacement estimation program according to claim 1 or 2, wherein the compensation amount determining means calculates a phase lead amount in a measured quantity subjected to the low frequency elimination filter process and the integral approximation filter process.
前記装置は、振動の加速度に係る測定量から振動変位を推定する装置であり、
前記積分近似フィルタ手段は、当該加速度に係る測定量に対し、位相の進む二階積分相当の積分近似フィルタ処理を施す
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の振動変位推定プログラム。
The device is a device that estimates vibration displacement from a measured quantity related to vibration acceleration.
The vibration displacement estimation according to any one of claims 1 to 3, wherein the integral approximation filter means performs an integral approximation filter process corresponding to a second-order integral in which a phase advances to a measured quantity related to the acceleration. program.
前記振動変位推定プログラムは、当該測定量における瞬時又は準瞬時周波数を決定する周波数決定手段としてコンピュータを更に機能させ、
前記補償量決定手段は、当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における当該瞬時又は準瞬時周波数での位相進み分を算出する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の振動変位推定プログラム。
The vibration displacement estimation program further functions the computer as a frequency determining means for determining an instantaneous or quasi-instantaneous frequency in the measured quantity.
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the compensation amount determining means calculates a phase advance amount at the instantaneous or quasi-instantaneous frequency in the measured quantity subjected to the integral approximation filtering process. Vibration displacement estimation program.
前記振動変位決定手段は、当該位相進み分に相当する前時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に対し、振動変位推定の不要な低周波数領域での振動変位をゼロ又は微小量にすべく、周波数について単調増加を示す所定の関数値を乗算した量に基づいて振動変位を決定することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の振動変位推定プログラム。 The vibration displacement determining means reduces the vibration displacement in the low frequency region, which does not require vibration displacement estimation, to zero or a minute amount with respect to the measured amount subjected to the integral approximation filter processing at the previous time point corresponding to the phase advance. The vibration displacement estimation program according to any one of claims 1 to 5, wherein the vibration displacement is determined based on a quantity obtained by multiplying a predetermined function value indicating a monotonous increase with respect to a frequency. 前記装置は、決定された振動変位に基づいて、該装置の画像処理による処理結果出力としての画像表示における画像の表示位置を補正することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の振動変位推定プログラム。 The device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the device corrects the display position of the image in the image display as the processing result output by the image processing of the device based on the determined vibration displacement. The described vibration displacement estimation program. 振動の加速度又は速度に係る測定量から振動変位を推定可能な装置に搭載されたコンピュータを機能させる振動変位推定プログラムであって、
当該測定量に対し、積分フィルタ処理よりも位相の進む積分相当の積分近似フィルタ処理を施す積分近似フィルタ手段と、
当該測定量における瞬時又は準瞬時周波数を決定する周波数決定手段と、
当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における当該瞬時又は準瞬時周波数での位相進み分を算出する補償量決定手段と、
振動変位推定時点から見て、算出された当該位相進み分に相当するだけとなる時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に基づいて、当該振動変位推定時点での振動変位を決定する振動変位決定手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする振動変位推定プログラム。
A vibration displacement estimation program that operates a computer mounted on a device that can estimate vibration displacement from measured quantities related to vibration acceleration or velocity.
An integral approximation filter means that applies an integral approximation filter process equivalent to an integral whose phase advances more than the integral filter process to the measured quantity.
Frequency determining means for determining the instantaneous or quasi-instantaneous frequency in the measured quantity,
Compensation amount determining means for calculating the phase lead at the instantaneous or quasi-instantaneous frequency of the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing, and
The vibration displacement at the time of estimation of the vibration displacement is determined based on the measured amount subjected to the integral approximation filter processing at the time point corresponding to the calculated phase advance amount when viewed from the time of estimation of the vibration displacement. A vibration displacement estimation program characterized by operating a computer as a means for determining vibration displacement.
前記補償量決定手段は、当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における当該瞬時又は準瞬時周波数でのゲイン変動分も算出し、
前記振動変位決定手段は、当該振動変位推定時点から見て当該位相進み分に相当するだけとなる時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に対し、当該ゲイン変動分に係る補正を行うことによって当該振動変位推定時点での振動変位を決定する
ことを特徴とする請求項に記載の振動変位推定プログラム。
The compensation amount determining means also calculates the gain fluctuation amount at the instantaneous or quasi-instantaneous frequency in the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing.
The vibration displacement determining means corrects the gain fluctuation amount for the measured amount subjected to the integral approximation filter processing at the time point corresponding to the phase advance amount when viewed from the vibration displacement estimation time point. The vibration displacement estimation program according to claim 8 , wherein the vibration displacement at the time of estimating the vibration displacement is determined by the operation.
振動の加速度又は速度に係る測定量から振動変位を推定し、当該振動変位に基づき自ら実施する処理の処理結果出力における当該振動の影響を抑制可能な振動変位推定装置であって、
当該測定量に対し、積分フィルタ処理よりも位相の進む積分相当の積分近似フィルタ処理を施す積分近似フィルタ手段と、
当該積分近似フィルタ処理を施された測定量における位相進み分を算出する補償量決定手段と、
当該位相進み分に相当する前時点における当該積分近似フィルタ処理を施された測定量に基づいて振動変位を決定する振動変位決定手段と
を有し、
前記積分近似フィルタ手段は、前記補償量決定手段によって算出される位相進み分であって、当該処理結果出力に影響を及ぼす当該振動に係る周波数について算出される位相進み分の値が、前記装置の当該処理における当該処理結果出力までの遅延時間に相当する値又は該相当する値から所定範囲内にある値となるように、当該積分近似フィルタ処理におけるパラメータを調整して、当該積分近似フィルタ処理を実施する
とを特徴とする振動変位推定装置。
It is a vibration displacement estimation device that can estimate the vibration displacement from the measured amount related to the acceleration or velocity of the vibration and suppress the influence of the vibration on the processing result output of the processing that is performed by itself based on the vibration displacement.
An integral approximation filter means that applies an integral approximation filter process equivalent to an integral whose phase advances more than the integral filter process to the measured quantity.
Compensation amount determining means for calculating the phase advance amount in the measured quantity subjected to the integral approximation filter processing, and
It has a vibration displacement determining means for determining a vibration displacement based on a measured quantity subjected to the integral approximation filter processing at a previous time point corresponding to the phase advance portion.
The integral approximation filter means is a phase lead amount calculated by the compensation amount determining means, and the value of the phase lead amount calculated for the frequency related to the vibration affecting the processing result output is the value of the device. The parameters in the integral approximation filter processing are adjusted so that the value corresponds to the delay time until the processing result output in the processing or the value is within a predetermined range from the corresponding value, and the integral approximation filter processing is performed. implement
A vibration displacement estimator characterized by this .
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