JP7129648B2

JP7129648B2 - 推定装置及び推定方法

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Publication number: JP7129648B2
Application number: JP2018160851A
Authority: JP
Inventors: 翔一飯塚; 武司中山; 尚樹本間; 大笹川; 之雄袁
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2038-08-29
Also published as: JP2019211458A

Description

本開示は、生体に無線信号を照射し、その反射信号を受信して生体の正面が向いている方向である生体方向を推定する推定装置及び推定方法に関する。

特許文献１には、ベッド上の生体に対して電磁波を照射し、その反射波に含まれる心拍及び呼吸の振動を検出することで、生体が仰向けであるかうつ伏せであるかを推定する装置が開示されている。

また、特許文献２には、災害救助の現場において瓦礫の山に向けて電磁波を照射し、その反射波から生存者の有無を検出する装置が開示されている。

特開２０１４－２０７９３５号公報特開平１１－６８７４号公報

しかしながら、従来技術では、生体の方向をより細かい分解能で推定することができない。

上記目的を達成するために、本開示に係る推定装置は、生体の正面が向いている方向である生体方向を推定する推定装置であって、前記生体を含む所定範囲を囲んで配置されるＭ個（Ｍは３以上）の送信アンテナ素子を用いて前記所定範囲にＭ個の送信信号を送信する送信部と、前記所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個（Ｎは２以上）の受信部であって、前記生体によって前記Ｍ個の送信信号が反射、透過または散乱された信号を含む受信信号を、前記Ｎ個の受信部のそれぞれが有する受信アンテナ素子を用いて、それぞれが所定期間受信するＮ個の受信部と、回路と、を備え、前記回路は、前記Ｍ個の送信アンテナ素子が送信したＭ個の前記送信信号にそれぞれが対応するＭセットあるＮ個の前記受信信号のセット毎に、当該セットに含まれるＮ個の受信信号に基づいて、大きい値ほど、振幅が大きく、かつ、より規則的な波形であることを示す特徴量を算出し、前記算出により得られたＭ個の前記特徴量を互いに比較することで、前記Ｍ個の特徴量のうちで最大となる第１特徴量に対応する第１送信アンテナ素子を特定し、特定した前記第１送信アンテナ素子に基づく所定の方向を前記生体方向として推定する。

なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示に係る推定装置によれば、生体の正面が向いている方向である生体方向の推定において、推定した生体方向の分解能及び精度を向上させることができる。

図１は、実施の形態における推定装置の一例を示す構成図である。図２は、実施の形態における回路の機能構成の一例を示すブロック図である。図３は、実施の形態における受信波形の極大値高さの総和の算出方法について説明するための図である。図４は、図５に示す間取りの部屋で生体の方向推定を行った結果を示す一例である。図５は、生体の方向推定を行った部屋の間取りを示す図である。図６は、図５の状況において生体が東側を向いているときに、テレビに注意が向いているとの判断結果を示す表示の一例である。図７は、実施の形態における推定装置の動作の一例を示すフローチャートである。図８は、実施の形態における推定装置による試験で観測された、正面方向の送信アンテナのチャネル応答の絶対値を示す図である。図９は、実施の形態における推定装置による試験で観測された、側面方向の送信アンテナのチャネル応答の絶対値を示す図である。図１０は、実施の形態における推定装置による試験で観測された、背面方向の送信アンテナのチャネル応答の絶対値を示す図である。図１１は、８つのチャネル応答の絶対値から特徴量を計算した結果の一例を示す図である。図１２は、図１１の結果を二次関数で近似した例を示す図である。

（本発明の基礎となった知見）
電磁波を利用した生体の方向推定に関する従来技術について、発明者らは詳細な検討を行った。特許文献１の方法では、生体に電磁波を照射してその反射波を受信したとき、受信信号の変化量が閾値以上ならば仰向け、閾値未満ならばうつ伏せという判定を行うことが開示されている。しかしながら、この方法では、生体の正面が向いているおおよその方向は推定可能であるが、介護で必要とされるような離床動作に伴う体の正面の方向の変化といった、細かな体の正面の方向を推定することができない。

また、特許文献２には、生体に電磁波を照射したとき、生体の正面での反射波の波形には、生体の他の面での反射波形と比較して振幅が大きく、かつ、規則的であるという知見が開示されている。しかしながら、特許文献２には、振幅が大きく、かつ、規則的であるということを定量的に測定する方法は開示されておらず、生体の正面が向いている詳細な方向を知るためには、ユーザが得られた反射波形を目視し経験を踏まえて生体の正面が向いている詳細な方向を判断する必要がある。

発明者らは、以上の課題に対して研究を重ねた結果、推定装置により推定された生体の正面が向いている生体方向の分解能及び精度を向上させるには、特許文献１のように１方向から送信信号を送信し、その反射波を受信するだけでなく、生体の周囲に複数のアンテナを設置し様々な方向から送信波を送信し、かつ、様々な方向にて反射波、透過波または散乱波を受信することで生体の特徴をより多く補足する事が重要であると考えた。また、特許文献２に開示されている生体正面による反射波形の特徴、つまり、振幅が大きく、かつ、規則的であるということを、定量的に評価できる特徴量を用いることが重要であると考えた。

この結果、発明者らは、以下のような推定装置及び推定方法を発明するに至った。

すなわち、本開示に係る推定装置は、生体の正面が向いている方向である生体方向を推定する推定装置であって、前記生体を含む所定範囲を囲んで配置されるＭ個（Ｍは３以上）の送信アンテナ素子を用いて前記所定範囲にＭ個の送信信号を送信する送信部と、前記所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個（Ｎは２以上）の受信部であって、前記生体によって前記Ｍ個の送信信号が反射、透過または散乱された信号を含む受信信号を、前記Ｎ個の受信部のそれぞれが有する受信アンテナ素子を用いて、それぞれが所定期間受信するＮ個の受信部と、回路と、を備え、前記回路は、前記Ｍ個の送信アンテナ素子が送信したＭ個の前記送信信号にそれぞれが対応するＭセットあるＮ個の前記受信信号のセット毎に、当該セットに含まれるＮ個の受信信号に基づいて、大きい値ほど、振幅が大きく、かつ、より規則的な波形であることを示す特徴量を算出し、前記算出により得られたＭ個の前記特徴量を互いに比較することで、前記Ｍ個の特徴量のうちで最大となる第１特徴量に対応する第１送信アンテナ素子を特定し、特定した前記第１送信アンテナ素子に基づく所定の方向を前記生体方向として推定する。

これによれば、所定範囲の周囲に配置されたＭ個の送信アンテナ素子から送信されたＭ個の送信信号に対応するＭ個の特徴量のうち最大の第１特徴量に対応する送信アンテナ素子に基づく所定の方向を生体方向として判定する。このように、送信アンテナ素子および受信アンテナ素子を所定範囲の周囲に配置することで推定した生体方向の分解能及び精度を向上させることができる。

例えば、前記回路は、前記ＭセットあるＮ個の受信信号のセット毎に、当該セットに含まれるＮ個の受信信号に基づく第１受信波形のＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）成分を、前記第１受信波形から除去することにより得られる第２受信波形から前記特徴量を算出してもよい。

これにより、受信信号から、生体の識別には不要な成分であるＤＣ成分を抑制することができ、生体識別を効率よく行うことができる。

例えば、前記回路は、前記第２受信波形の極大値高さの総和を前記特徴量として算出してもよい。

例えば、前記回路は、前記第２受信波形の時間方向の分散を前記特徴量として算出してもよい。

例えば、前記回路は、前記第２受信波形を周波数領域変換することで得られる関数の所定の周波数範囲での積分値を前記特徴量として算出してもよい。

例えば、前記回路は、特定された前記第１送信アンテナ素子の前記所定範囲に対する第１方向と、前記第１送信アンテナ素子に対応する前記第１特徴量と、前記Ｍ個の送信アンテナ素子のうちで前記第１送信アンテナ素子から所定距離以内の範囲に配置されている２以上の第２送信アンテナ素子の前記所定範囲に対する２以上の第２方向と、前記２以上の第２送信アンテナ素子にそれぞれが対応する２以上の第２特徴量とに対して、上に凸の曲線を有する近似関数であって、前記所定範囲に対する方向と前記特徴量との関係を示す近似関数による近似を行うことで得られた近似曲線が最大値を取る方向を前記生体方向として推定してもよい。

これによれば、最大となる第１特徴量と、第１特徴量に対応する第１送信アンテナ素子の近隣の２以上の第２送信アンテナ素子に対応する２以上の第２特徴量と、第１送信アンテナ素子及び２以上の第２送信アンテナ素子の所定範囲に対する第１方向及び２以上の第２方向を用いて、近似関数による近似を行うことで、さらに細かな分解能での方向推定ができる。

なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータで読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（実施の形態）
図１は、実施の形態における推定装置の構成の一例を示す構成図である。

図１に示すように、推定装置１０は、８個の送受信部２０Ａ～２０Ｈと、回路４０とを備える。推定装置１０は、ヒト等の生体１００を含む所定範囲Ａ１に対して送受信部２０Ａ～２０Ｈより送信信号を送信し、送受信部２０Ａ～２０Ｈにて生体１００で反射、透過または散乱された信号を含む受信信号を受信する。推定装置１０は、送受信部２０Ａ～２０Ｈにより受信された受信信号を、回路４０において処理することで、生体１００の正面が向いている方向である生体方向を推定する。

８個の送受信部２０Ａ～２０Ｈのそれぞれは、１個のアンテナ素子３０Ａ～３０Ｈを有する。送受信部２０Ａ～２０Ｈは、それぞれ、アンテナ素子３０Ａ～３０Ｈを用いて所定範囲Ａ１に送信信号を送信する。これにより、アンテナ素子３０Ａ～３０Ｈは、具体的には、ヒトなどの生体１００に対して、マイクロ波を送信信号として発射する。送受信部２０Ａ～２０Ｈは、アンテナ素子３０Ａ～３０Ｈから、無変調の送信信号を送信してもよいし、変調処理が行われた送信信号を送信してもよい。変調処理が行われる場合、送受信部２０Ａ～２０Ｈは、変調処理を行うための回路を含んでいてもよい。アンテナ素子３０Ａ～３０Ｈは、所定範囲Ａ１の周囲の位置、つまり、所定範囲Ａ１の外側の位置に所定範囲Ａ１を囲んで配置される。例えば、アンテナ素子３０Ａ～３０Ｈは、それぞれ、所定範囲Ａ１に対して、異なる８方向の位置に配置される。異なる８方向とは、例えば、所定範囲Ａ１の中心の位置を中心にして３６０°を８等分することで定められる方向である。８個の送受信部２０Ａ～２０Ｈは、それぞれ、アンテナ素子３０Ａ～３０Ｈとともに所定範囲Ａ１を囲んで配置されていてもよい。また、８個の送受信部２０Ａ～２０Ｈは、アンテナ素子３０Ａ～３０Ｈとは異なる位置に配置されていてもよい。

なお、所定範囲Ａ１とは、推定装置１０が生体１００の方向を推定するために予め定められた範囲の空間である。

送受信部２０Ａ～２０Ｈのそれぞれは、生体１００によって送受信部２０Ａ～２０Ｈからの送信信号が反射、透過または散乱された信号を含む受信信号を、それぞれが有するアンテナ素子３０Ａ～３０Ｈを用いて、所定期間受信する。送受信部２０Ａ～２０Ｈのそれぞれは、受信信号を周波数変換し、低周波信号に変換してもよい。また、送受信部２０Ａ～２０Ｈのそれぞれは、受信信号に復調処理を行ってもよい。送受信部２０Ａ～２０Ｈのそれぞれは、周波数変換および／または復調処理することにより得られた信号を回路４０に出力する。送受信部２０Ａ～２０Ｈのそれぞれは、受信信号を処理するための回路を含んでいてもよい。

また、アンテナ素子３０Ａ～３０Ｈは、送信アンテナ素子及び受信アンテナ素子を兼用する構成であるが、これに限らずに、送信アンテナ素子及び受信アンテナ素子は別体の構成であってもよい。また、送信アンテナ素子及び受信アンテナ素子が別体の構成である場合、送信アンテナ素子の数と受信アンテナ素子の数とは互いに異なっていてもよい。送信アンテナ素子は、８個に限らずに、例えば、Ｍ個（Ｍは３以上）であればよい。受信アンテナ素子は、８個に限らずに、例えば、Ｎ個（Ｎは２以上）であればよい。また、送受信部２０Ａ～２０Ｈは、送信信号を送信する送信部と、受信信号を受信する受信部とが一体の構成であるが、送信部及び受信部が別体の構成であってもよい。

次に、回路４０の機能的な構成について説明する。

図２は、実施の形態における回路の機能的な構成の一例を示すブロック図である。

回路４０は、算出部４１と、比較部４２と、方向推定部４３とを有し、推定装置１０を動作させる各種処理を実行する。回路４０は、例えば、制御プログラムを実行するプロセッサと、当該制御プログラムを実行するときに使用するワークエリアとして用いられる揮発性の記憶領域（主記憶装置）とにより構成される。揮発性の記憶領域は、例えば、ＲＡＭ（ＲａｎｄｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）である。また、回路４０は、推定装置１０を動作させる各種処理を実行する専用回路により実現されてもよい。つまり、回路４０は、ソフトウェア処理を実行する回路として実現されてもよいし、ハードウェア処理を実行する回路として実現されてもよい。

回路４０は、送受信部２０Ａ～２０Ｈのそれぞれから取得した信号を揮発性の記憶領域に所定期間、一時的に記憶する。回路４０は、当該信号の位相および振幅を揮発性の記憶領域所定期間、一時的に記憶してもよい。なお、回路４０は、不揮発性の記憶領域を有していてもよく、当該信号を不揮発性の記憶領域に所定期間、一時的に記憶してもよい。

以降、回路４０を構成する算出部４１、比較部４２および方向推定部４３による各処理について順に説明する。

まず、算出部４１で行う特徴量の算出について説明する。

算出部４１は、回路４０の記憶領域に記憶している受信信号を用いて、受信信号の伝搬チャネルＨ（ｔ）を算出する。

ここで、Ｍ個の送信アンテナ素子とＮ個の受信アンテナ素子とで構成されるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ＩｎｐｕｔａｎｄＭｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）アレーアンテナを生体１００の周囲に配置した場合に得られる伝搬チャネルＨ（ｔ）は、以下の式１で表される。

式１において、ｈ_ｉｊはｊ番目の送信アンテナからｉ番目の受信アンテナの複素チャネル応答を示し、ｔは観測時間を示す。

次に、算出部４１は、以下の式２で表される、受信信号の伝搬チャネルから、生体１００の識別に不要な成分であるＤＣ成分を除去したＤＣ除去チャネルを算出する。算出部４１は、ＭセットあるＮ個の受信信号のセット毎に、当該セットに含まれるＮ個の受信信号に基づく第１受信波形のＤＣ成分を、第１受信波形から除去することにより第２受信波形、つまり、ＤＣ除去チャネルを得る。算出部４１は、算出したＤＣ除去チャネルを回路４０の記憶領域に記憶してもよい。

ここで、受信信号のＤＣ除去チャネルｃ（ｔ）は、以下の式３及び式４に示されるように、伝搬チャネルの各成分から、各成分の測定時間平均で算出されるＤＣ成分が減算されることで算出される。

ここで、Ｎはスナップショット数を示し、Ｆ_ｓはサンプリング周波数を示し、Ｔは測定時間を示す。

なお、ＤＣ成分の除去方法は、式３の右辺で表される方法に限らない。例えば、生体１００の居ない無人の所定範囲Ａ１において得た伝搬チャネルを減算することでＤＣ成分を除去してもよい。

算出部４１は、次にアンテナ素子３０Ａ～３０Ｈ毎のＮ個のＤＣ除去チャネルをもとに、送信アンテナ素子毎に、当該送信アンテナに対応する第２受信波形について、大きい値ほど、振幅が大きく、かつ、より規則的な波形であることを示す特徴量を算出する。算出部４１が算出する特徴量は、例えば、受信波形の極大値高さの総和、受信波形の絶対値の和、受信波形の分散、及び、受信波形を周波数領域変換して得られる関数の所定の周波数範囲での積分値の少なくともいずれか１つである。

まず、算出部４１が特徴量として受信波形の極大値高さの総和を算出する場合について説明する。

図３は、受信波形の極大値高さの総和の算出方法について説明するための図である。

はじめに、算出部４１は、対象となる波形、ここでは、第２受信波形であるの極大値を検出する。図３では、極大値は、三角の点Ｐ２で示されている。次に、点Ｐ２から水平に線を引き、波形と交わるか、信号の左端または右端に到達するまで左右に伸ばすことで、左右それぞれについて、２つの区間Ｒ１、Ｒ２が特定される。そして、２つの区間Ｒ１、Ｒ２のそれぞれの区間内での信号の最小値である点Ｐ１、Ｐ２が特定される。そして、二つの間隔の最小値である点Ｐ１、Ｐ３のうち高い方の点Ｐ３を基準レベルとし、基準レベルから極大値までの垂直距離を極大値高さとして決定する。この極大値高さを、送信アンテナ素子に対応するＤＣ除去チャネルの受信波形の全ての極大値について算出し、全極大値の極大値高さの総和を計算することで、ｊ番目の送信アンテナ素子に対応する特徴量ｓ（ｊ）が得られる。ここで、算出部４１は、雑音による受信波形の乱れによる影響を緩和するため、極大値高さが閾値以下の極大値を極大値高さの総和に含めずに特徴量を算出してもよい。

また、算出部４１は、Ｎ個のＤＣ除去チャネルの絶対値の和を特徴量ｓ（ｊ）として算出してもよい。この場合、算出部４１は、以下の式５を用いて特徴量ｓ（ｊ）を算出する。

また、算出部４１は、Ｍ個の送信アンテナ素子ごとの伝搬チャネルのＤＣ除去チャネルの受信波形の分散を特徴量ｓ（ｊ）として算出してもよい。この場合、算出部４１は、以下の式６を用いて特徴量ｓ（ｊ）を算出する。

ここで、ｖａｒ＿ｋは、変数ｋに対する分散を示す。

また、算出部４１は、Ｍ個の送信アンテナ素子毎の伝搬チャネルのＤＣ除去チャネルの受信波形を周波数領域変換して得られる関数Ｆの所定の周波数範囲での積分値を特徴量ｓ（ｊ）として算出してもよい。この場合、算出部４１は、以下の式７を用いて特徴量ｓ（ｊ）を算出する。

算出部４１はこの３種類の特徴量のうち、少なくとも１つの特徴量を算出し、算出した少なくとも１つの特徴量を比較部４２へ出力する。

比較部４２は、算出部４１での算出により得られたＭ個の送信アンテナ素子に対応するＭ個の特徴量を互いに比較することで、Ｍ個の特徴量のうち最大となる第１特徴量に対応する第１送信アンテナ素子を特定する。

方向推定部４３は、比較部４２で特定された第１送信アンテナ素子に基づく所定の方向を生体１００の正面が向いている方向である生体方向として推定する。最も単純な例では、方向推定部４３は、Ｍ個の特徴量のうちで最大である第１特徴量に対応する第１送信アンテナ素子が位置する所定範囲Ａ１に対する方向を生体方向として推定し、推定した方向を推定結果として出力する。

また、方向推定部４３は、次の方法を用いることで、送信アンテナ素子が位置する所定範囲Ａ１に対する方向以外の方向、例えば、２つの送信アンテナ素子の間の位置への方向を生体方向として推定してもよい。具体的には、方向推定部４３は、比較部４２において特定された第１送信アンテナ素子の所定範囲Ａ１に対する第１方向と、第１送信アンテナ素子に対応する第１特徴量と、Ｍ個の送信アンテナ素子のうちで第１送信アンテナ素子から所定距離以内の範囲に配置されている２以上の第２送信アンテナ素子の所定範囲Ａ１に対する２以上の第２方向と、２以上の第２送信アンテナ素子にそれぞれが対応する２以上の第２特徴量とに対して、近似関数を適用することで得られた近似曲線が最大値を取る方向を生体方向として推定してもよい。なお、方向推定部４３は、例えば、２以上の第２送信アンテナ素子として、第１送信アンテナ素子に隣接して配置される、つまり、両隣に配置される２つの送信アンテナ素子を特定してもよい。また、近似関数は、上に凸の曲線を有する近似関数であって、所定範囲Ａ１に対する方向と特徴量との関係を示す近似関数である。

このように、方向推定部４３では、近似関数が最大値をとる方向を生体方向として推定するため、送信アンテナ素子の数を増やすことなく生体方向の分解能を向上させることができる。また、方向推定部４３は、所定の回数分の推定結果を記憶しておき、その平均値を最終的な生体方向とすることで、受信波形に含まれる雑音の影響を軽減することができる。

なお、推定装置１０は、さらに、推定された生体の方向を表示する表示部５０を備えていてもよい。図４は図５に示す間取りの部屋６０で生体の方向推定を行った結果を示す一例である。部屋６０は、所定範囲Ａ１の一例である。この例に示すように生体の向きを表示する方法には例えば生体の正面の向いている方角を表示する方法や、生体を示すアイコンを回転させる方法などがある。

また、生体の正面が向いている方向はその生体の注意が向いている、または生体の意図の向いている方向である可能性が高い。そのため、前記表示部５０は、前述した生体の方向を表示する代わりに、注意を向けているものや意図の向いている対象を表示してもよい。図６は図５の状況において生体が東側を向いているときに、テレビに注意が向いているとの判断結果を示す表示の一例である。この場合、推定装置１０では、部屋６０において、方向と、部屋６０の当該方向側に配置されている物体の種類とが関連付けられた情報を記憶しており、当該情報を用いて、推定した生体が推定した方向から生体が向いている方向に対応する物体の種類を、生体の注意の向いている対象として表示部５０に表示させる。

また、表示部５０が生体の注意が向いている対象を表示する代わりに、機器または照明の遠隔制御を行ってもよい。例えば、生体の注意の向いている方向の照明を点灯して良好な視界を提供することができたり、音声入力による操作が可能な機器が複数存在する場合に、ユーザがどの機器を操作しようとしているかを判断し、適切な機器のみを操作したりすることができる。

図７は、実施の形態における推定装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。

推定装置１０では、生体１００を所定範囲Ａ１内に配置した状態で、アンテナ素子３０Ａ～３０Ｈが所定範囲に送信信号を送信する（Ｓ１１）。つまり、推定装置１０では、８個の送受信部２０Ａ～２０Ｈにより各アンテナ素子３０Ａ～３０Ｈを用いて８個の送信信号を、生体１００を含む所定範囲Ａ１に送信する。

次に、送受信部２０Ａ～２０Ｈは、８個のアンテナ素子３０Ａ～３０Ｈを用いて、生体１００によって送信信号が反射、透過または散乱された信号を含む受信信号を所定期間受信する（Ｓ１２）。

次に、算出部４１は、送受信部２０Ａ～２０Ｈにより受信された受信信号に基づく第１受信波形のＤＣ成分を、第１受信波形から除去する（Ｓ１３）。これにより、８個の送信アンテナ素子が送信した８個の送信信号にそれぞれが対応する８セットある８個の受信信号のセット毎の８個の第１受信波形からＤＣ成分が除去されるため、８個のセット毎に８個の第２受信波形が得られる。

算出部４１は、８個のセット毎に得られた８個の第２受信波形から、特徴量を算出する（Ｓ１４）。算出部４１は、受信波形の極大値高さの総和、受信波形の絶対値の和、受信波形の分散、及び、受信波形を周波数領域変換して得られる関数の所定の周波数範囲での積分値の少なくとも１つを特徴量として算出する。

比較部４２は、算出部４１での算出により得られた８個の特徴量を互いに比較することで、８個の特徴量のうちで最大となる第１特徴量に対応する第１送信アンテナ素子を特定する（Ｓ１５）。

方向推定部４３は、比較部で特定された第１送信アンテナ素子に基づく所定の方向を生体方向として推定する（Ｓ１６）。

発明者らは推定装置１０の検証のために試験を行った。試験では、送受信部２０Ａ～２０Ｈに相当する送受信機を８台用いた。この８台の送受信機は、生体１００を中心として０．５ｍの半径、かつ、４５度間隔で円形に並べて配置されている。ここで８個の送受信機のそれぞれが有する送信アンテナ素子は、１素子から構成され、方形パッチアンテナである。また、８台の送受信機のそれぞれが有する受信アンテナ素子は、１素子から構成され、方形パッチアンテナである。また、床面から受信アンテナ素子が設置される位置までの高さは０．８６ｍである。送信アンテナ素子は、受信アンテナ素子のマイクロ波の１波長真上に配置されている。

ここで、図８は、生体１００の正面方向に位置する送信アンテナ素子が送信信号を送信した場合のチャネル応答の絶対値｜Ｈ_１（ｔ）｜を示す。図９は、生体１００の側面方向に位置する送信アンテナ素子が送信信号を送信した場合のチャネル応答の絶対値｜Ｈ_３（ｔ）｜を示す。図１０は、生体１００の背面方向に位置する送信アンテナ素子が送信信号を送信した場合のチャネル応答の絶対値｜Ｈ_５（ｔ）｜を示す。

図８～図１０を比較すると、正面から送信している｜Ｈ_１（ｔ）｜のみ、振幅が大きく、かつ、規則的な波形が観測されていることが分かる。これらの８つのチャネル応答の絶対値から特徴量を計算した結果の一例を図１１に示す。この場合、特徴量が最大となる第１送信アンテナ素子は２番であり、生体の正面は、４５°の方向を向いていると判定される。つまり、比較部４２は、第１送信アンテナ素子として２番の送信アンテナ素子を特定する。また、特徴量の最大値をとる送信アンテナ及びその近隣の送信アンテナの特徴量を用いて関数による近似を行うことでさらに細かな分解能での方向推定ができる。

図１２は、図１１の結果を二次関数で近似した例を示す図である。

この場合、方向推定部４３は、第１送信アンテナ素子として特定された２番の送信アンテナ素子に対応する方向である４５°と、その特徴量０．８８とを抽出する。また、方向推定部４３は、２番の送信アンテナ素子に隣接する１番の送信アンテナ素子に対応する方向である０°と、その特徴量０．７９とを抽出する。また、方向推定部は、２番の送信アンテナ素子に隣接する３番の送信アンテナ素子に対応する方向である９０°と、その特徴量０．１５とを抽出する。つまり、方向推定部４３は、３つの（「送信アンテナ素子に対する方向」、「特徴量」）の組み合わせである、Ｐ１１（０°、０．７９）、Ｐ１２（４５°、０．８８）、及び、Ｐ１３（９０°、０．１５）の３点を二次関数で近似することにより得られる曲線の極大値を示すＰ１４に対応する方向、例えば３０°を生体方向として推定することができる。

（効果など）
本実施の形態に係る推定装置１０によれば、Ｍ個の送信アンテナ素子から送信されたＭ個の送信信号に対応するＭ個の特徴量のうち最大の第１特徴量に対応する送信アンテナ素子に基づく所定の方向を生体方向として判定する。このように、送信アンテナ素子および受信アンテナ素子を所定範囲の周囲に配置することで推定した生体方向の分解能及び精度を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る推定装置１０によれば、最大となる第１特徴量と、第１特徴量に対応する第１送信アンテナ素子の近隣の２以上の第２送信アンテナ素子に対応する２以上の第２特徴量と、第１送信アンテナ素子及び２以上の第２送信アンテナ素子の所定範囲に対する第１方向及び２以上の第２方向を用いて、近似関数による近似を行うことで得られる所定の方向を生体方向として推定するため、さらに細かな分解能での方向推定ができる。

また、本実施の形態に係る推定装置１０は、マイクロ波などの無線信号を用いて、ヒト等の生体１００の正面が向いている方向を推定することができる。つまり、本実施の形態に係る推定装置１０は、カメラ等で撮像した画像に対して画像解析することなくヒト等の生体１００の生体方向を推定できるため、ヒトのプライバシーを保護した状態で、ヒトの生体方向の推定を行うことができる。

上記実施の形態に係る推定装置１０の、送信部の機能と、受信部の機能とを入れ替えた装置を推定装置として採用してもよい。

本発明は、無線信号を利用した生体の方向を推定する推定装置に利用でき、特に、生体の方向に応じた制御を行う家電機器、高齢者の起き上がりや寝返りを検知して見守りを行うシステムなどに利用できる。

１０推定装置
２０Ａ～２０Ｈ送受信部
３０Ａ～３０Ｈアンテナ素子
４０回路
４１算出部
４２比較部
４３方向推定部
５０表示部
１００生体

Claims

生体の正面が向いている方向である生体方向を推定する推定装置であって、
前記生体を含む所定範囲を囲んで配置されるＭ個（Ｍは３以上）の送信アンテナ素子を用いて前記所定範囲にＭ個の送信信号を送信する送信部と、
前記所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個（Ｎは２以上）の受信部であって、前記生体によって前記Ｍ個の送信信号が反射、透過または散乱された信号を含む受信信号を、前記Ｎ個の受信部のそれぞれが有する受信アンテナ素子を用いて、それぞれが所定期間受信するＮ個の受信部と、
回路と、を備え、
前記回路は、
前記Ｍ個の送信アンテナ素子が送信したＭ個の前記送信信号にそれぞれが対応するＭセットあるＮ個の前記受信信号のセット毎に、当該セットに含まれるＮ個の受信信号に基づいて、大きい値ほど、振幅が大きく、かつ、より規則的な波形であることを示す特徴量を算出し、
前記算出により得られたＭ個の前記特徴量を互いに比較することで、前記Ｍ個の特徴量のうちで最大となる第１特徴量に対応する第１送信アンテナ素子を特定し、
特定した前記第１送信アンテナ素子に基づく所定の方向を前記生体方向として推定する
推定装置。
前記回路は、前記ＭセットあるＮ個の受信信号のセット毎に、当該セットに含まれるＮ個の受信信号に基づく第１受信波形のＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）成分を、前記第１受信波形から除去することにより得られる第２受信波形から前記特徴量を算出する
請求項１に記載の推定装置。
前記回路は、前記第２受信波形の極大値高さの総和を前記特徴量として算出する
請求項２に記載の推定装置。
前記回路は、前記第２受信波形の時間方向の分散を前記特徴量として算出する
請求項２に記載の推定装置。
前記回路は、前記第２受信波形を周波数領域変換することで得られる関数の所定の周波数範囲での積分値を前記特徴量として算出する
請求項２に記載の推定装置。
前記回路は、特定された前記第１送信アンテナ素子の前記所定範囲に対する第１方向と、前記第１送信アンテナ素子に対応する前記第１特徴量と、前記Ｍ個の送信アンテナ素子のうちで前記第１送信アンテナ素子から所定距離以内の範囲に配置されている２以上の第２送信アンテナ素子の前記所定範囲に対する２以上の第２方向と、前記２以上の第２送信アンテナ素子にそれぞれが対応する２以上の第２特徴量とに対して、上に凸の曲線を有する近似関数であって、前記所定範囲に対する方向と前記特徴量との関係を示す近似関数による近似を行うことで得られた近似曲線が最大値を取る方向を前記生体方向として推定する
請求項１から５のいずれか１項に記載の推定装置。
生体の正面が向いている方向である生体方向を推定する推定装置が実行する推定方法であって、
前記推定装置は、
前記生体を含む所定範囲を囲んで配置されるＭ個（Ｍは３以上）の送信アンテナ素子を用いて前記所定範囲にＭ個の送信信号を送信する送信部と、前記所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個（Ｎは２以上）の受信部と、回路と、を備え、
前記推定方法では、
前記Ｍ個の送信アンテナ素子を用いて、前記生体を含む前記所定範囲に前記送信信号を送信し、
前記Ｎ個の受信部が有する前記Ｎ個の受信アンテナ素子を用いて、前記生体によって前記送信信号が反射、透過または散乱された信号を含む受信信号を所定期間受信し、
前記Ｍ個の送信アンテナ素子が送信したＭ個の前記送信信号にそれぞれが対応するＭセットあるＮ個の前記受信信号のセット毎に、当該セットに含まれるＮ個の受信信号に基づいて、大きい値ほど、振幅が大きく、かつ、より規則的な波形であることを示す特徴量を算出し、
前記算出により得られたＭ個の前記特徴量を互いに比較することで、前記Ｍ個の特徴量のうちで最大となる第１特徴量に対応する第１送信アンテナ素子を特定し、
特定した前記第１送信アンテナ素子に基づく所定の方向を前記生体方向として推定する
推定方法。