JP7162192B2 - Bionumber estimation device, bionumber estimation method, and program - Google Patents

Bionumber estimation device, bionumber estimation method, and program Download PDF

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Description

本開示は、推定装置、生体数推定装置、推定方法、及び、プログラムに関し、特に無線信号を利用して、生体の位置及び生体の数のうち少なくとも一方の推定を行う推定装置、生体数推定装置、推定方法、及び、プログラムに関する。 The present disclosure relates to an estimating device, a living body number estimating device, an estimating method, and a program, and in particular, an estimating device and a living body number estimating device that estimate at least one of the position and number of living bodies using radio signals. , an estimation method, and a program.

無線で送信される信号を利用して検出対象を検出する技術が開発されている(例えば特許文献1参照)。 A technique for detecting a detection target using a signal transmitted wirelessly has been developed (see Patent Document 1, for example).

特許文献1には、無線で受信した信号に対して、フーリエ変換を用いてドップラーシフトを含む成分の固有値を解析することで検出対象となる人物の数及び位置を知ることができる技術が開示されている。 Patent Literature 1 discloses a technology capable of knowing the number and positions of persons to be detected by analyzing the eigenvalues of the components including the Doppler shift using the Fourier transform of a signal received wirelessly. ing.

特開2015-117972号公報JP 2015-117972 A 特開2014-228291号公報JP 2014-228291 A 特許第5047002号公報Japanese Patent No. 5047002 特許第5025170号公報Japanese Patent No. 5025170

しかしながら、特許文献1に開示される技術では、検出対象である生体の人数が多いときなど、生体に対応する固有値の大きさの差が小さくなる状況では、検出対象である生体の数の推定精度が低下し、生体の位置の推定精度も低下するという問題がある。 However, with the technology disclosed in Patent Document 1, when the number of living organisms to be detected is large, and the difference in the magnitude of the eigenvalue corresponding to the living organisms is small, the estimation accuracy of the number of living organisms to be detected is is reduced, and the accuracy of estimating the position of the living body is also reduced.

本開示は、上述の事情を鑑みてなされたもので、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる推定装置、生体数推定装置、推定方法、及び、プログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and provides an estimating device, a living body number estimating device, an estimating method, and a program that can accurately estimate at least one of the position and number of living organisms using radio signals. intended to provide

上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る推定装置等は、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出部と、前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部と、前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定部と、記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定部により推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力部と、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定部とを備える。 In order to achieve the above object, an estimating device or the like according to an aspect of the present disclosure provides components corresponding to one or more living organisms present in a predetermined space from a received signal transmitted in a predetermined space. a biometric information extraction unit that extracts biometric information, an eigenvector calculation unit that calculates one or more eigenvectors of a biometric correlation matrix obtained from the biometric information, and a predetermined position estimation method using the biometric correlation matrix, a first position estimating unit for estimating a position including a virtual image in the one or more living bodies; A second steering vector output unit that extracts and outputs the first steering vector corresponding to each position including the virtual image of the living body as a second steering vector, and using the eigenvector and the second steering vector, the and a second position estimator that estimates at least one of the positions and number of one or more living bodies.

本開示の推定装置等によれば、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる。 According to the estimation device and the like of the present disclosure, it is possible to accurately estimate at least one of the positions and the number of living bodies using radio signals.

図1は、実施の形態1におけるセンサの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a sensor according to Embodiment 1. FIG. 図2は、送信機及び受信機の配置の一例と、推定装置の位置推定の方法の概念を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the arrangement of transmitters and receivers and the concept of a method of estimating the position of an estimating device. 図3は、実施の形態1における第二ステアリングベクトルと固有ベクトルとの相関及び評価関数を計算した結果の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the result of calculating the correlation between the second steering vector and the eigenvector and the evaluation function according to the first embodiment. 図4は、実施の形態1におけるセンサの人数推定処理を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flow chart showing a sensor population estimation process according to the first embodiment. 図5は、実施の形態1の変形例における第一位置推定部の構成を示すブロック図である。5 is a block diagram showing a configuration of a first position estimating unit according to a modification of Embodiment 1. FIG. 図6は、実施の形態2における複合センサの構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a composite sensor according to Embodiment 2. FIG. 図7Aは、実施の形態2における一のセンサが推定した位置及び人数から算出される推定位置分布の概念図である。7A is a conceptual diagram of an estimated position distribution calculated from the positions and the number of persons estimated by one sensor according to Embodiment 2. FIG. 図7Bは、実施の形態2における一のセンサが推定した位置及び人数から算出される推定位置分布の概念図である。7B is a conceptual diagram of an estimated position distribution calculated from the positions and the number of persons estimated by one sensor according to Embodiment 2. FIG. 図8は、実施の形態2における生体数推定部が算出する推定位置分布の一例を示す概念図である。8 is a conceptual diagram showing an example of an estimated position distribution calculated by a living body number estimating unit according to Embodiment 2. FIG. 図9は、実施の形態2における複合センサの人数推定処理を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flow chart showing a process of estimating the number of people of the composite sensor according to the second embodiment. 図10は、実施の形態2に係る推定方法を用いた実験の環境を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an experimental environment using the estimation method according to the second embodiment. 図11Aは、Capon法による推定位置分布を示す図である。FIG. 11A is a diagram showing an estimated position distribution by the Capon method. 図11Bは、実施例における推定位置分布を示す図である。FIG. 11B is a diagram showing estimated position distribution in the example. 図12は、図11Bに示される推定位置分布の分散を示すスペクトラムを示す図である。FIG. 12 is a spectrum showing the variance of the estimated position distribution shown in FIG. 11B.

(本開示の基礎となった知見)
無線で送信される信号を利用して検出対象を検出する技術が開発されている(例えば特許文献1~4参照)。
(Findings on which this disclosure is based)
Techniques for detecting a detection target using a signal transmitted wirelessly have been developed (see Patent Documents 1 to 4, for example).

例えば、特許文献1には、フーリエ変換を用いてドップラーシフトを含む成分の固有値を解析することで、検出対象となる人物の数及び位置を推定する技術が開示されている。具体的には、受信信号に対してフーリエ変換を行い、特定の周波数成分を抽出した波形に対して自己相関行列を求め、該自己相関行列を固有値分解し固有値を求める。一般に、固有値及び固有ベクトルはそれぞれが送信アンテナから受信アンテナに至る電波の伝搬経路、すなわちパスの1本を表している。本来であれば直接波または壁などの固定物による反射といった様々なパスが存在しており、それぞれのパスが各固有値及び固有ベクトルに対応する。しかし、特許文献1の技術では生体情報が含まれない成分は除去されているため、生体により反射されたパスと雑音に対応するパスのみが固有値及び固有ベクトルに現れる。ここで、雑音に対応する固有値の値は生体に対応する固有値の値よりも小さいため、該固有値のうち、所定の閾値よりも大きいものの個数を数え上げることで生体数が推定可能である。 For example, Patent Literature 1 discloses a technique of estimating the number and positions of persons to be detected by analyzing eigenvalues of components including Doppler shift using Fourier transform. Specifically, a Fourier transform is performed on the received signal, an autocorrelation matrix is obtained for a waveform obtained by extracting a specific frequency component, and eigenvalue decomposition is performed on the autocorrelation matrix to obtain eigenvalues. In general, each of the eigenvalues and eigenvectors represents a propagation path of radio waves from a transmitting antenna to a receiving antenna, that is, one path. Originally, there are various paths such as direct waves or reflections from fixed objects such as walls, and each path corresponds to each eigenvalue and eigenvector. However, since the technique of Patent Document 1 removes components that do not contain biological information, only paths reflected by the biological body and paths corresponding to noise appear in the eigenvalues and eigenvectors. Here, since the eigenvalue corresponding to noise is smaller than the eigenvalue corresponding to living organisms, the number of living organisms can be estimated by counting the number of eigenvalues larger than a predetermined threshold among the eigenvalues.

しかしながら、特許文献1に開示される技術では、対象となる生体が遠くにいる場合または生体の数が多い場合、生体に対応する固有値と雑音に対応する固有値の差が縮まり、人数推定の精度が低下するという問題がある。なぜなら、ドップラー効果が非常に弱い状況では、受信機が持つ内部雑音、検出対象以外から飛来する干渉波、及び、検出対象以外にドップラーシフトを発生させる物体が存在するなどの影響を受け、ドップラーシフトをしている微弱な信号を検出することが難しくなるからである。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, when the target living body is far away or when there are many living bodies, the difference between the eigenvalue corresponding to the living body and the eigenvalue corresponding to noise is reduced, and the accuracy of the number estimation is reduced. There is a problem of lowering This is because when the Doppler effect is very weak, the Doppler shift is influenced by the internal noise of the receiver, interference waves coming from outside the detection target, and objects that cause Doppler shift outside the detection target. This is because it becomes difficult to detect a weak signal that is

特許文献2には、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法などの方向推定アルゴリズムを利用して対象物の位置を推定する技術が開示されている。具体的には、送信局が発した信号を受信した受信局は、受信信号に対してフーリエ変換を行い、特定の周波数成分を抽出した波形に対して自己相関行列を求め、MUSIC法などの方向推定アルゴリズムを適用する。これにより精度の高い生体の方向推定が可能である。しかしながら、特許文献2で用いるMUSIC法は、あらかじめ検出対象となる生体数を既知として用いることで生体位置の方向を推定する方法であるため、生体数を推定できない。 Patent Literature 2 discloses a technique of estimating the position of an object using a direction estimation algorithm such as the MUSIC (MUltiple Signal Classification) method. Specifically, a receiving station that receives a signal emitted by a transmitting station performs a Fourier transform on the received signal, obtains an autocorrelation matrix for a waveform that extracts a specific frequency component, and uses the direction of the MUSIC method or the like. Apply an estimation algorithm. This makes it possible to estimate the direction of the living body with high precision. However, since the MUSIC method used in Patent Document 2 is a method for estimating the direction of a living body position by using the number of living bodies to be detected as known in advance, the number of living bodies cannot be estimated.

また、例えば特許文献3には、複数のアンテナにより受信された受信信号の固有ベクトルと、電波の到来する可能性のある範囲のステアリングベクトルとの相関から、到来波数すなわち携帯電話など送信機の数を、推定する技術が開示されている。 Further, for example, in Patent Document 3, the number of arriving waves, that is, the number of transmitters such as mobile phones, is calculated from the correlation between the eigenvectors of received signals received by a plurality of antennas and the steering vectors in the range where radio waves may arrive. , is disclosed.

また、例えば特許文献4には、複数のアンテナにより受信された受信信号に対し様々な到来波数を仮定し、それぞれに対してステアリングベクトルを用いた評価関数を算出し、評価関数が最大となる到来波数を真の到来波数として推定する技術が開示されている。 Further, for example, in Patent Document 4, various arrival wave numbers are assumed for received signals received by a plurality of antennas, an evaluation function using a steering vector is calculated for each, and the arrival that maximizes the evaluation function Techniques for estimating the number of waves as the true number of arriving waves have been disclosed.

しかしながら、特許文献3~4に開示される技術は、電波を発する送信機の数を推定する技術であり、生体の人数は推定できない。 However, the techniques disclosed in Patent Documents 3 and 4 are techniques for estimating the number of transmitters that emit radio waves, and cannot estimate the number of living organisms.

発明者らは、これらのことを鑑み、対象となる生体に送信機などの特別な機器を所持させずに、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる推定装置(センサ)等を想到するに至った。 In view of the above, the inventors have made an estimation that can accurately estimate at least one of the position and number of living organisms using radio signals without making the target living organism possess special equipment such as a transmitter. This led to the idea of devices (sensors) and the like.

すなわち、本開示の一様態に係る推定装置は、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出部と、前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部と、前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定部と、記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定部により推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力部と、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定部とを備える。 That is, the estimating device according to one aspect of the present disclosure extracts biometric information, which is a component corresponding to one or more living organisms present in the predetermined space, from a received signal that is received from a signal transmitted in the predetermined space. a biological information extraction unit, an eigenvector calculation unit that calculates one or more eigenvectors of a biological correlation matrix obtained from the biological information, and a predetermined position estimation method using the biological correlation matrix, in the one or more living organisms, a first position estimating unit for estimating a position including a virtual image; and one or more virtual images of the living body estimated by the first position estimating unit among a plurality of first steering vectors pre-stored in a storage unit. a second steering vector output unit for extracting and outputting first steering vectors corresponding to respective positions as second steering vectors; a second position estimator for estimating at least one of the numbers.

この構成により、固有値でなく、固有ベクトルと、Capon法などの所定の位置推定法との、互いに異なる二つの推定方法を併用することができるので、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる。なお、本明細書では、位置推定された生体のことを像と称するものとし、像のうち実際には存在しないものを虚像と定義し実際には存在するものを実像と定義する。 With this configuration, two different estimation methods, ie, eigenvectors instead of eigenvalues and a predetermined position estimation method such as the Capon method, can be used together. At least one of them can be estimated with high accuracy. In this specification, a living body whose position is estimated is called an image, an image that does not actually exist is defined as a virtual image, and an image that actually exists is defined as a real image.

ここで、例えば、前記第二位置推定部は、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとの積または相関を計算し、計算した前記積または前記相関のうち閾値以上の値をとる前記固有ベクトルまたは前記第二ステアリングベクトルの指し示す位置を、前記位置として推定する。 Here, for example, the second position estimation unit calculates the product or correlation between the eigenvector and the second steering vector, and calculates the eigenvector or the first The position pointed to by the two steering vectors is assumed as the position.

これにより、無線信号を利用して、生体の位置を精度よく推定できる。 This makes it possible to accurately estimate the position of a living body using radio signals.

また、例えば、前記第二位置推定部は、計算した前記積または相関のうち閾値以上の値をとる前記固有ベクトルまたは前記第二ステアリングベクトルの数を、前記数として推定する。 Also, for example, the second position estimation unit estimates, as the number, the number of the eigenvectors or the second steering vectors that take a value equal to or greater than a threshold among the calculated products or correlations.

これにより、無線信号を利用して、生体の数を精度よく推定できる。 This makes it possible to accurately estimate the number of living organisms using radio signals.

ここで、例えば、前記所定の位置推定法は、Capon法であってもよいし、例えば、前記所定の位置推定法は、Beamformer法であってもよい。 Here, for example, the predetermined position estimation method may be the Capon method, or the predetermined position estimation method may be the beamformer method.

これにより、人数未知でも使用可能なCapon法などの位置推定法は、位置推定の精度が悪いものの、固有値を使用した方法とを併用することで、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる。 As a result, position estimation methods such as the Capon method, which can be used even if the number of people is unknown, have poor position estimation accuracy. At least one of can be estimated with high accuracy.

また、例えば、前記第一位置推定部は、さらに、前記生体相関行列の固有値を用いて、前記1以上の生体における、虚像を含む人数を推定する事前人数推定部を備え、前記所定の位置推定法は、前記事前人数推定部が推定した人数を利用したMUSIC法であるとしてもよい。 Further, for example, the first position estimating unit further includes a prior number of people estimating unit that estimates the number of people including the virtual image in the one or more living organisms using the eigenvalues of the biometric correlation matrix, and the predetermined position estimating unit The method may be the MUSIC method using the number of people estimated by the prior population estimation unit.

これにより、事前に、虚像を含む不正確な人数であっても、固有値を用いてとりあえず推定した人数を既知としたMUSIC法による位置推定法と、固有値を使用した方法とを併用することで、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる。 As a result, even if the number of people is inaccurate including a virtual image, by using the position estimation method by the MUSIC method in which the number of people estimated for the time being using the eigenvalues is known in advance and the method using the eigenvalues, Radio signals can be used to accurately estimate at least one of the location and number of living organisms.

ここで、例えば、N個(Nは2以上の自然数)の送信アンテナ素子を有する送信機と、M個(Mは2以上の自然数)の受信アンテナ素子と、前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれで所定期間受信された受信信号から、前記N個の送信アンテナ素子と前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する伝達関数算出部とを有する受信機とを、さらに備え、前記生体情報抽出部は、前記伝達関数算出部において算出された複数の複素伝達関数から、生体の影響による変動成分であって前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける変動成分を、前記生体情報として抽出し、前記固有ベクトル算出部は、前記生体情報抽出部において抽出された、前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける前記変動成分から前記生体相関行列を算出し、算出した前記生体相関行列の固有ベクトルを算出する。 Here, for example, a transmitter having N (N is a natural number of 2 or more) transmitting antenna elements, M (M is a natural number of 2 or more) receiving antenna elements, and each of the M receiving antenna elements a transfer function calculator that calculates a plurality of complex transfer functions representing propagation characteristics between the N transmitting antenna elements and the M receiving antenna elements from the received signals received for a predetermined period in and the biological information extraction unit extracts, from the plurality of complex transfer functions calculated by the transfer function calculation unit, fluctuation components due to the influence of the living body and fluctuations in each of the M receiving antenna elements. components are extracted as the biometric information, and the eigenvector calculation unit calculates the biocorrelation matrix from the variation components in each of the M receiving antenna elements extracted by the biometric information extraction unit. Eigenvectors of the biometric correlation matrix are calculated.

さらに、本開示の一態様に係る生体数推定装置は、例えば、さらに、上記態様の推定装置を複数と、前記複数の推定装置が推定した、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の位置をもとに、一部重複する前記所定の空間からなる全空間の推定位置分布を算出する推定位置分布算出部と、前記複数の推定装置が推定した、前記所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の数それぞれを用いて、前記全空間に存在する1以上の生体の数である生体数を推定する生体数推定部とを備える。 Furthermore, the living body count estimation device according to an aspect of the present disclosure further includes a plurality of estimation devices according to the above aspects, and the positions of one or more living bodies existing in each of the predetermined spaces estimated by the plurality of estimation devices. based on the estimated position distribution calculation unit that calculates the estimated position distribution of the entire space consisting of the predetermined space that partially overlaps; and a living body number estimating unit for estimating the number of living bodies, which is the number of one or more living bodies existing in the entire space, using each of the numbers of living bodies.

この構成により、複数の推定装置を用いることで複数の送信局と受信局とを連携させることができるので、人数推定が可能な範囲を広げることができる。 With this configuration, by using a plurality of estimating devices, a plurality of transmitting stations and receiving stations can be linked, so that the range in which the number of people can be estimated can be expanded.

ここで、例えば、前記生体数推定部は、前記複数の推定装置が推定した位置の分散の極小値の数を、前記生体数として推定するとしてもよいし、例えば、前記生体数推定部は、前記複数の推定装置が推定した位置の密度の極大値の数を、前記生体数として推定するとしてもよい。 Here, for example, the living body number estimating unit may estimate, as the living body number, the number of local minimum values of variance of the positions estimated by the plurality of estimation devices. For example, the living body number estimating unit may The number of maximum values of the density of positions estimated by the plurality of estimation devices may be estimated as the number of living organisms.

この構成により、複数の推定装置が重複して推定した同一の生体を一つの生体として数えることができるので、精度よく推定できる範囲を広げることができる。 With this configuration, the same living body that is redundantly estimated by a plurality of estimating devices can be counted as one living body, so that the range that can be estimated with high accuracy can be expanded.

また、本開示の一態様に係る推定方法は、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出ステップと、前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出ステップと、前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定ステップと、記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定ステップにおいて推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力ステップと、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定ステップとを含む。 In addition, an estimation method according to an aspect of the present disclosure extracts biometric information, which is a component corresponding to one or more living organisms present in a predetermined space, from a received signal that is a signal transmitted in a predetermined space. A biological information extraction step, an eigenvector calculation step of calculating one or more eigenvectors of a biological correlation matrix obtained from the biological information, and a predetermined position estimation method using the biological correlation matrix, in the one or more living organisms, a first position estimating step of estimating a position including a virtual image; and one or more virtual images of the living body estimated in the first position estimating step among a plurality of first steering vectors pre-stored in a storage unit. a second steering vector output step of extracting and outputting a first steering vector corresponding to each position as a second steering vector; and a second position estimation step of estimating at least one of the numbers.

また、本開示の一態様に係るプログラムは、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出ステップと、前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出ステップと、前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定ステップと、記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定ステップにおいて推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力ステップと、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定ステップと、をコンピュータに実行させる。 Further, a program according to an aspect of the present disclosure extracts biological information, which is a component corresponding to one or more living organisms present in the predetermined space, from a received signal transmitted in the predetermined space. An information extraction step, an eigenvector calculation step of calculating one or more eigenvectors of a biometric correlation matrix obtained from the biometric information, and a predetermined position estimation method using the biometric correlation matrix to generate a virtual image of the one or more biometric objects. a first position estimation step of estimating a position including a virtual image of the one or more living bodies estimated in the first position estimation step among a plurality of first steering vectors pre-stored in a storage unit a second steering vector output step of extracting and outputting the corresponding first steering vectors as second steering vectors; and a second position estimation step of estimating at least one of the above.

なお、本開示は、装置として実現するだけでなく、このような装置が備える処理手段を備える集積回路として実現したり、その装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを示す情報、データまたは信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データ及び信号は、CD-ROM等の記録媒体やインターネット等の通信媒体を介して配信してもよい。 It should be noted that the present disclosure can be implemented not only as a device, but also as an integrated circuit including processing means included in such a device, as a method using processing means that constitute the device as steps, or as steps can be realized as a program to be executed by a computer, or as information, data or a signal indicating the program. These programs, information, data and signals may be distributed via recording media such as CD-ROMs and communication media such as the Internet.

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。また、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。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments described below is a preferred specific example of the present disclosure. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in independent claims representing the highest concept of the present disclosure will be described as arbitrary constituent elements that constitute more preferred embodiments. Further, in the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.

(実施の形態1)
以下では、図面を参照しながら実施の形態1におけるセンサ100の推定方法等の説明を行う。
(Embodiment 1)
Below, the estimation method of the sensor 100 in Embodiment 1, etc. are demonstrated, referring drawings.

[センサ100の構成]
図1は、実施の形態1におけるセンサ100の構成を示すブロック図である。図2は、実施の形態1における送信機10及び受信機20の配置の一例と、推定装置1の位置推定の方法の概念を示す図である。図1に示すセンサ100は、推定装置1と、送信機10と、受信機20と、生体情報抽出部30と、記憶部50とを備える。以下、詳細構成について説明する。
[Configuration of sensor 100]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of sensor 100 according to Embodiment 1. As shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of arrangement of the transmitter 10 and the receiver 20 and the concept of the position estimation method of the estimation device 1 according to the first embodiment. Sensor 100 shown in FIG. A detailed configuration will be described below.

[送信機10]
送信機10は、N個(Nは2以上の自然数)の送信アンテナ素子を有する。具体的には、送信機10は、図1に示すように、送信部11と、M素子のアレーアンテナを有する送信アンテナ部12とで構成される。ここで、M素子のN個(Nは2以上の自然数)の送信アンテナ素子に対応し、Mは2以上の自然数である。
[Transmitter 10]
The transmitter 10 has N (N is a natural number equal to or greater than 2) transmitting antenna elements. Specifically, as shown in FIG. 1, the transmitter 10 is composed of a transmission section 11 and a transmission antenna section 12 having an MT element array antenna. Here, M T corresponds to N transmit antenna elements (N is a natural number of 2 or more) of M T elements, and M T is a natural number of 2 or more.

<送信アンテナ部12>
送信アンテナ部12は、M素子の送信アレーアンテナで構成されている。ここで、M素子の送信アレーアンテナは、N個の送信アンテナ素子に対応し、Mは2以上の自然数である。
<Transmitting antenna unit 12>
The transmission antenna unit 12 is composed of a transmission array antenna of MT elements. Here, the transmission array antenna of M T elements corresponds to N transmission antenna elements, and M T is a natural number of 2 or more.

送信アンテナ部12は、送信部11が生成した高周波の信号を送信する。 The transmitting antenna section 12 transmits the high-frequency signal generated by the transmitting section 11 .

<送信部11>
送信部11は、生体200の在不在、位置、及び/または人数を推定するために用いる高周波の信号を生成する。例えば、送信部11はCW(Continuous Wave)を生成し、生成したCWを送信波として送信アンテナ部12から送信する。なお、生成すする信号はCWなどの正弦波信号に限らず変調をされた信号(変調波信号)でも構わない。
<Transmitting unit 11>
The transmitting unit 11 generates a high-frequency signal used for estimating the presence/absence, position, and/or number of people of the living body 200 . For example, the transmission unit 11 generates a CW (Continuous Wave) and transmits the generated CW from the transmission antenna unit 12 as a transmission wave. The signal to be generated is not limited to a sine wave signal such as CW, and may be a modulated signal (modulated wave signal).

[受信機20]
受信機20は、M個(Mは2以上の自然数)の受信アンテナ素子と、複素伝達関数算出部23とを備える。具体的には、受信機20は、図1に示すように、受信アンテナ部21と、受信部22と、複素伝達関数算出部23とを備える。
[Receiver 20]
The receiver 20 includes M receiving antenna elements (M is a natural number of 2 or more) and a complex transfer function calculator 23 . Specifically, the receiver 20 includes a receiving antenna section 21, a receiving section 22, and a complex transfer function calculating section 23, as shown in FIG.

<受信アンテナ部21>
受信アンテナ部21は、M素子の受信アレーアンテナで構成されている。ここで、M素子の受信アレーアンテナは、M個の受信アンテナ素子に対応し、Mは2以上の自然数である。受信アンテナ部21は受信アレーアンテナで、高周波の信号を受信する。
<Receiving antenna unit 21>
The receiving antenna section 21 is composed of a receiving array antenna of MR elements. Here, the receiving array antenna of MR elements corresponds to M receiving antenna elements, and MR is a natural number of 2 or more. The receiving antenna unit 21 is a receiving array antenna and receives high frequency signals.

<受信部22>
受信部22は、受信アンテナ部21が受信した高周波の信号を、例えばダウンコンバータなどを用いて信号処理が可能な低周波の信号に変換する。受信部22は、変換した低周波の信号を複素伝達関数算出部23に伝達する。
<Receiver 22>
The receiving unit 22 converts the high-frequency signal received by the receiving antenna unit 21 into a low-frequency signal that can be processed using, for example, a down converter. The receiver 22 transmits the converted low-frequency signal to the complex transfer function calculator 23 .

なお、図1では、送信機10と受信機20とは隣接して構成されているが、これに限らない。例えば図2に示すように、送信機10と受信機20とは、離れた位置に配置されてもよい。 Although the transmitter 10 and the receiver 20 are configured adjacent to each other in FIG. 1, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 2, the transmitter 10 and the receiver 20 may be arranged at distant locations.

また、図1では、送信機10が用いる送信アレーアンテナと受信機20が用いる受信アレーアンテナとは、異なるものとして異なる位置に配置されているが、これに限らない。送信機10及び受信機20が用いる送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとは兼用されてもよい。さらに、送信機10及び受信機20は、Wi-Fi(登録商標)ルータまたは子機といった無線機器のハードウェアと共用されてもよい。 In addition, in FIG. 1, the transmitting array antenna used by the transmitter 10 and the receiving array antenna used by the receiver 20 are different and arranged at different positions, but the present invention is not limited to this. The transmitting array antenna and the receiving array antenna used by the transmitter 10 and the receiver 20 may be shared. Further, transmitter 10 and receiver 20 may be shared with wireless device hardware, such as a Wi-Fi® router or handset.

<複素伝達関数算出部23>
複素伝達関数算出部23は、伝達関数算出部の一例であり、M個の受信アンテナ素子のそれぞれで所定期間受信された受信信号から、N個の送信アンテナ素子とM個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する。
<Complex transfer function calculator 23>
The complex transfer function calculation unit 23 is an example of a transfer function calculation unit. A plurality of complex transfer functions representing propagation characteristics between and are calculated.

具体的には、複素伝達関数算出部23は、受信アンテナ部21の受信アレーアンテナで観測された信号から、当該受信アレーアンテナと送信アンテナ部12の送信アレーアンテナとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を算出する。本実施の形態では、複素伝達関数算出部23は、受信部22により伝達された低周波の信号から、送信アンテナ部12のM個の送信アンテナ素子と受信アンテナ部のM個の受信アンテナ素子との間の伝搬特性を表す複素伝達関数を算出する。 Specifically, the complex transfer function calculation unit 23 calculates the complex transfer function representing the propagation characteristics between the reception array antenna of the reception antenna unit 21 and the transmission array antenna of the transmission antenna unit 12 from the signal observed by the reception array antenna of the reception antenna unit 21 . Calculate the transfer function. In the present embodiment, the complex transfer function calculation unit 23 calculates M T transmission antenna elements of the transmission antenna unit 12 and M R reception antenna elements of the reception antenna unit from the low-frequency signal transmitted by the reception unit 22. A complex transfer function representing the propagation characteristics between elements is calculated.

なお、複素伝達関数算出部23が算出した複素伝達関数には、送信アンテナ部12から送信された送信波の一部が生体200によって反射、散乱された信号である反射波及び/または散乱波を含む場合がある。また、複素伝達関数算出部23が算出した複素伝達関数には、送信アンテナ部12からの直接波及び固定物由来の反射波など、生体200を経由しない反射波が含まれている。また、生体200によって反射または散乱された信号すなわち生体200経由の反射波及び散乱波の振幅及び位相は、生体200の呼吸及び心拍等の生体活動によって常に変動する。以下では、複素伝達関数算出部23が算出した複素伝達関数には、生体200によって反射または散乱された信号である反射波及び散乱波が含まれているとして説明する。 The complex transfer function calculated by the complex transfer function calculation unit 23 includes reflected waves and/or scattered waves, which are signals in which part of the transmission waves transmitted from the transmission antenna unit 12 are reflected and scattered by the living body 200. may contain. In addition, the complex transfer function calculated by the complex transfer function calculation unit 23 includes reflected waves that do not pass through the living body 200, such as direct waves from the transmission antenna unit 12 and reflected waves originating from fixed objects. In addition, the amplitude and phase of the signal reflected or scattered by the living body 200, that is, the reflected wave and the scattered wave passing through the living body 200, constantly fluctuate according to the living body's activities such as respiration and heartbeat. In the following description, it is assumed that the complex transfer function calculated by the complex transfer function calculation unit 23 includes reflected waves and scattered waves, which are signals reflected or scattered by the living body 200 .

[推定装置1]
推定装置1は、人数未知でも使用可能なCapon法などの位置推定法と、固有値を使用した位置推定法とを併用することで、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定する。本実施の形態では、推定装置1は、図1に示すように、生体情報抽出部30と、第一位置推定部40と、第二ステアリングベクトル出力部60と、固有ベクトル算出部70と、第二位置推定部80とを備える。なお、推定装置1は、記憶部50を備えていてもよい。また、推定装置1は、送信機10と、受信機20とを備えることは必須ではないが、これらを備えてもよい。以下、推定装置1の詳細構成について説明する。
[Estimation device 1]
The estimation device 1 uses a position estimation method such as the Capon method, which can be used even if the number of people is unknown, and a position estimation method using eigenvalues in combination to obtain at least one of the position and number of living bodies using radio signals. Estimate with good accuracy. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the estimation device 1 includes a biological information extraction unit 30, a first position estimation unit 40, a second steering vector output unit 60, an eigenvector calculation unit 70, a second and a position estimator 80 . Note that the estimation device 1 may include a storage unit 50 . Also, the estimating device 1 does not have to include the transmitter 10 and the receiver 20, but may include them. A detailed configuration of the estimation device 1 will be described below.

<生体情報抽出部30>
生体情報抽出部30は、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する。より具体的には、生体情報抽出部30は、複素伝達関数算出部23において算出された複数の複素伝達関数から、生体の影響による変動成分であってM個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける変動成分を、生体情報として抽出する。
<Biological information extraction unit 30>
The biometric information extraction unit 30 extracts biometric information, which is a component corresponding to one or more living organisms existing in a predetermined space, from a received signal that has been transmitted to a predetermined space. More specifically, the biometric information extraction unit 30 extracts, from the plurality of complex transfer functions calculated by the complex transfer function calculation unit 23, fluctuation components due to the influence of the living body, which are fluctuation components in each of the M receiving antenna elements. is extracted as biometric information.

本実施の形態では、生体情報抽出部30は、受信アンテナ部21の受信アレーアンテナで観測された信号から、送信アンテナ部12の送信アレーアンテナから送信され、かつ、1以上の生体200によって反射または散乱された信号成分である生体成分を抽出する。 In the present embodiment, the biological information extraction unit 30 extracts signals from signals observed by the receiving array antenna of the receiving antenna unit 21, which are transmitted from the transmitting array antenna of the transmitting antenna unit 12 and reflected or reflected by one or more living bodies 200. A biological component, which is a scattered signal component, is extracted.

より詳細には、生体情報抽出部30は、複素伝達関数算出部23で算出された複素伝達関数を、信号が観測された順である時系列に記録する。そして、生体情報抽出部30は、時系列に記録した複素伝達関数の変化のうち、生体200の影響による変動成分を抽出する。以降、生体200の影響による複素伝達関数の変動成分を生体成分または生体情報と称する。 More specifically, the biological information extraction unit 30 records the complex transfer functions calculated by the complex transfer function calculation unit 23 in chronological order in which the signals were observed. Then, the biological information extraction unit 30 extracts the fluctuation component due to the influence of the living body 200 from the changes in the complex transfer function recorded in time series. Fluctuation components of the complex transfer function due to the influence of the living body 200 are hereinafter referred to as biological components or biological information.

生体成分を抽出する方法としては、例えばフーリエ変換などによる周波数領域への変換後、生体成分のみを抽出する方法、または、2つの異なる時間の複素伝達関数の差分を計算することで抽出する方法がある。これらの方法により、直接波及び固定物を経由する反射波の成分は除去され、生体200を経由する生体成分のみが残ることになる。 As a method of extracting the biological component, for example, a method of extracting only the biological component after conversion to the frequency domain by Fourier transform, etc., or a method of extracting by calculating the difference between the complex transfer functions at two different times. be. By these methods, the components of the direct wave and the reflected wave that pass through the fixed object are removed, leaving only the biological component that passes through the living body 200 .

なお、本実施の形態では、送信アレーアンテナを構成する送信アンテナ素子はM個、受信アレーアンテナを構成する受信アンテナ素子はM個すなわち複数あるため、送信及び受信アレーアンテナに対応する複素伝達関数の生体200経由の生体成分も複数となる。以下、これら生体成分をまとめた行列を、生体成分チャネル行列H(t)と称する。 In the present embodiment, there are M T transmitting antenna elements constituting the transmitting array antenna, and M R receiving antenna elements constituting the receiving array antenna, that is, a plurality of them. The biological component of the function via the biological body 200 also becomes plural. Hereinafter, a matrix that summarizes these biocomponents will be referred to as a biocomponent channel matrix H(t).

このようにして、生体情報抽出部30は、時系列の複素伝達関数から生体成分チャネル行列H(t)を算出する。また、生体情報抽出部30は、抽出した生体成分から得られる生体成分チャネル行列H(t)を、第一位置推定部40及び固有ベクトル算出部70に出力する。 In this manner, the biological information extraction unit 30 calculates the biological component channel matrix H(t) from the time-series complex transfer function. The biological information extraction unit 30 also outputs the biological component channel matrix H(t) obtained from the extracted biological components to the first position estimation unit 40 and the eigenvector calculation unit 70 .

<固有ベクトル算出部70>
固有ベクトル算出部70は、生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する。より具体的には、固有ベクトル算出部70は、生体情報抽出部30において抽出された、M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける変動成分である生体情報から生体相関行列を算出し、算出した生体相関行列の固有ベクトルを算出する。
<Eigenvector calculator 70>
The eigenvector calculator 70 calculates one or more eigenvectors of the biometric correlation matrix obtained from the biometric information. More specifically, the eigenvector calculating unit 70 calculates a biocorrelation matrix from the biometric information, which is the variation component of each of the M receiving antenna elements, extracted by the bioinformation extracting unit 30, and calculates the biocorrelation matrix Calculate the eigenvectors of

本実施の形態では、固有ベクトル算出部70は、生体情報抽出部30から受け取った生体成分チャネル行列H(t)から、(式1)に従って、相関行列Rを計算する。(式1)において、E[・]はアンサンブル平均、{・}は複素共役転置の演算を表す。相関行列Rは、上記の生体相関行列の一例である。 In the present embodiment, the eigenvector calculator 70 calculates the correlation matrix R from the biological component channel matrix H(t) received from the biological information extractor 30 according to (Equation 1). In (Formula 1), E[·] represents an ensemble average, and {·} H represents a complex conjugate transposition operation. The correlation matrix R is an example of the biometric correlation matrix described above.

Figure 0007162192000001
Figure 0007162192000001

また、固有ベクトル算出部70は、計算した相関行列Rを固有値分解して得られた固有ベクトルを、第二位置推定部80へと伝達する。ここで、生体成分チャネル行列H(t)の相関行列Rを固有値分解すると、以下の(式2)~(式4)のように書ける。なお、(式3)において、uからuは要素数がNである固有ベクトルを表す。(式4)において、λからλは固有ベクトルに対応する固有値を表す。 The eigenvector calculation unit 70 also transfers the eigenvectors obtained by performing eigenvalue decomposition of the calculated correlation matrix R to the second position estimation unit 80 . Here, when the correlation matrix R of the biological component channel matrix H(t) is eigenvalue decomposed, the following (formula 2) to (formula 4) can be written. Note that u 1 to u N in (Equation 3) represent eigenvectors having N elements. In (Formula 4), λ 1 to λ N represent eigenvalues corresponding to eigenvectors.

Figure 0007162192000002
Figure 0007162192000002
Figure 0007162192000003
Figure 0007162192000003
Figure 0007162192000004
Figure 0007162192000004

ここで、図2を用いて、算出される固有ベクトルの概念について説明する。固有ベクトル算出部70は、例えば図2に示すように生体200-A及び生体200-Bが存在する空間において得られた生体成分チャネル行列H(t)から、固有ベクトル1011-A~固有ベクトル1011-Dを算出したとする。この場合、算出された固有ベクトル1011-A及び1011-Cは、受信機20の受信アンテナ及び送信機10の送信アンテナから見た生体200-Bの方向を指し示す。また、算出された固有ベクトル1011-B及び1011-Dは受信機20の受信アンテナ及び送信機10の送信アンテナから見た生体200-Aの方向を指し示す。なぜなら、固有ベクトル算出部70により算出される各固有ベクトルは、送信アンテナから受信アンテナに至るパスの1本を表すことから、送信アンテナ及び受信アンテナから見た検出対象の生体の位置を指し示すベクトルに対応することになる。 Here, the concept of the calculated eigenvectors will be described with reference to FIG. The eigenvector calculation unit 70 calculates eigenvectors 1011-A to 1011-D from the biological component channel matrix H(t) obtained in the space where the living body 200-A and the living body 200-B exist, for example, as shown in FIG. Suppose we calculated In this case, the calculated eigenvectors 1011-A and 1011-C point in the direction of living body 200-B as seen from the receiving antenna of receiver 20 and the transmitting antenna of transmitter . Also, the calculated eigenvectors 1011-B and 1011-D indicate the direction of the living body 200-A viewed from the receiving antenna of the receiver 20 and the transmitting antenna of the transmitter . This is because each eigenvector calculated by the eigenvector calculation unit 70 represents one path from the transmitting antenna to the receiving antenna, and therefore corresponds to a vector indicating the position of the living body to be detected as viewed from the transmitting antenna and the receiving antenna. It will be.

<記憶部50>
記憶部50は、予め算出された複数の第一ステアリングベクトルが予め格納されている。記憶部50は、後述する第一位置推定部40及び第二ステアリングベクトル出力部60によりアクセスされ、格納している複数の第一ステアリングベクトルが参照される。
<Storage unit 50>
The storage unit 50 pre-stores a plurality of pre-calculated first steering vectors. The storage unit 50 is accessed by the first position estimation unit 40 and the second steering vector output unit 60, which will be described later, and a plurality of stored first steering vectors are referenced.

ここで、複数の第一ステアリングベクトルの算出方法について説明する。 Here, a method for calculating a plurality of first steering vectors will be described.

まず、(式5)に従って、送信アレーアンテナの各アンテナ素子間の位相差を表す送信側第一ステアリングベクトルa(θ)を、所定の範囲において所定の間隔で算出する。例えば、(式5)に従って、送信アレーアンテナの正面方向を0度として、-45度から45度まで1度刻みで送信側第一ステアリングベクトルを計算することができる。 First, according to (Equation 5), a transmitting-side first steering vector a t (θ) representing the phase difference between each antenna element of the transmitting array antenna is calculated at predetermined intervals within a predetermined range. For example, according to (Equation 5), the front direction of the transmitting array antenna is assumed to be 0 degrees, and the first steering vector on the transmitting side can be calculated from -45 degrees to 45 degrees in increments of 1 degree.

Figure 0007162192000005
Figure 0007162192000005

なお、(式5)において、λは波長、Nは送信アレーアンテナを構成するアンテナ素子数、jは虚数単位、eは自然対数の底を表す。 In (Formula 5), λ is the wavelength, N is the number of antenna elements constituting the transmission array antenna, j is the imaginary unit, and e is the base of natural logarithms.

次に、同様に、受信アレーアンテナの各アンテナ素子間の位相差を表す受信側第一ステアリングベクトルa(θ)を、送信側第一ステアリングベクトルa(θ)における所定のθに対して算出する。 Next, similarly, the receiving side first steering vector a r (θ) representing the phase difference between each antenna element of the receiving array antenna is obtained with respect to a predetermined θ in the transmitting side first steering vector a t (θ) as calculate.

Figure 0007162192000006
Figure 0007162192000006

(式6)において、λは波長、Mは受信アレーアンテナを構成するアンテナ素子数、jは虚数単位、eは自然対数の底を表す。 In (Equation 6), λ is the wavelength, M is the number of antenna elements forming the receiving array antenna, j is the imaginary unit, and e is the base of natural logarithms.

そして、送信側第一ステアリングベクトルa(θ)と、これに対応する受信側第一ステアリングベクトルa(θ)とを第一ステアリングベクトルとして記憶部50に格納する。 Then, the transmitting-side first steering vector a t (θ) and the corresponding receiving-side first steering vector a r (θ) are stored in the storage unit 50 as first steering vectors.

<第一位置推定部40>
第一位置推定部40は、生体情報から得られる生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する。ここで、所定の位置推定法は、Capon法であるが、ビームフォーマ(Beamformer)法であってもよい。
<First position estimation unit 40>
The first position estimating unit 40 uses a biometric correlation matrix obtained from biometric information to estimate a position, including a virtual image, of one or more living bodies by a predetermined position estimation method. Here, the predetermined position estimation method is the Capon method, but may be the beamformer method.

本実施の形態では、第一位置推定部40は、生体情報抽出部30で抽出された生体成分から得られる生体成分チャネル行列H(t)を用いて、生体200の位置の候補を推定する。第一位置推定部40は、ビームフォーマ法またはCapon法など、生体数が未知でも使用可能な位置推定法を用いて、生体200の位置の候補を推定する。なお、ビームフォーマ法及びCapon法は、MUSIC法などの生体数が既知のもとで行う位置推定法と比較すると、精度が悪く、虚像が発生するため単体では高精度な人数推定ができない。 In the present embodiment, the first position estimating unit 40 estimates the position candidates of the living body 200 using the biological component channel matrix H(t) obtained from the biological components extracted by the biological information extracting unit 30 . The first position estimating unit 40 estimates the position candidate of the living body 200 using a position estimating method that can be used even if the number of living bodies is unknown, such as the beamformer method or the Capon method. The beamformer method and the Capon method are less accurate than a position estimation method such as the MUSIC method, which is performed when the number of living organisms is known.

以下では、生体数が未知でも使用可能な位置推定法の一例としてCapon法を用いて、生体成分チャネル行列H(t)から生体200の位置の候補を推定する場合について説明する。 In the following, a case of estimating candidates for the position of the living body 200 from the living body component channel matrix H(t) using the Capon method as an example of a position estimation method that can be used even if the number of living bodies is unknown will be described.

Capon法では、まず、受信アレーアンテナまたは送信アレーアンテナの指向性のメインローブをある方向θに向けた場合の電力に対応する評価関数PCaponを、あらゆるθに対して計算する(Caponスペクトラムと称される)。そして、Caponスペクトラムがピークをとる方向θを対象の方向と推定する。 In the Capon method, first, an evaluation function P Capon corresponding to the power when the directivity main lobe of the receiving array antenna or the transmitting array antenna is directed in a certain direction θ is calculated for every θ (referred to as the Capon spectrum). is done). Then, the direction θ in which the Capon spectrum peaks is estimated as the target direction.

以下の(式7)にCapon法で用いる評価関数PCaponを示す。 The evaluation function P Capon used in the Capon method is shown in (Equation 7) below.

Figure 0007162192000007
Figure 0007162192000007

より具体的には、Capon法による位置推定を、送信アンテナ部12の送信アレーアンテナ及び受信アンテナ部21の受信アレーアンテナの双方から行うことで、2次元のCaponスペクトラムを作成し、検出したピークの位置を推定する。なお、ピークを検出する際、雑音の影響を緩和するためCaponスペクトラムの平滑化を行ってもよい。以下では例えばN個のピークが検出されたとして説明する。 More specifically, position estimation by the Capon method is performed from both the transmitting array antenna of the transmitting antenna unit 12 and the receiving array antenna of the receiving antenna unit 21 to create a two-dimensional Capon spectrum, and the detected peak Estimate location. Note that when detecting the peak, the Capon spectrum may be smoothed in order to reduce the influence of noise. In the following description, for example, NP peaks are detected.

ここで、図2を用いて、Capon法により算出される生体位置の概念について説明する。図2には、生体200-A及び生体200-Bが存在する空間において第一位置推定部40によりCapon法により推定されたCaponスペクトラムのピークの位置を座標系に重畳した図が示されている。すなわち、プラス記号で示されているピーク位置1001、ピーク位置1002及び、ピーク位置1003は、第一位置推定部40により推定されたピークの位置を表している。なお、ピーク位置1001は、実際には生体が存在しないにもかかわらず検出されたピークの位置(以下、ピーク位置とも称する)であり、虚像である。 Here, the concept of the body position calculated by the Capon method will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a diagram in which the peak positions of the Capon spectrum estimated by the Capon method by the first position estimating unit 40 in the space where the living body 200-A and the living body 200-B exist are superimposed on the coordinate system. . That is, the peak positions 1001, 1002, and 1003 indicated by plus signs represent the positions of the peaks estimated by the first position estimator 40. FIG. Note that the peak position 1001 is the position of the peak (hereinafter also referred to as the peak position) detected even though the living body does not actually exist, and is a virtual image.

<第二ステアリングベクトル出力部60>
第二ステアリングベクトル出力部60は、記憶部50に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、第一位置推定部40により推定された1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する。
<Second Steering Vector Output Unit 60>
The second steering vector output unit 60 corresponds to each position including one or more virtual images of the living body estimated by the first position estimation unit 40 among the plurality of first steering vectors pre-stored in the storage unit 50. The first steering vector is extracted and output as the second steering vector.

本実施の形態では、第二ステアリングベクトル出力部60は、予め算出されて記憶部50に格納されている第一ステアリングベクトルのうち、第一位置推定部40で推定されたN個のピーク位置(虚像を含む生体の位置)に対応するものを抽出する。具体的には、第二ステアリングベクトル出力部60は、送信アレーアンテナから見た、第一位置推定部40から受け取ったピーク位置の方向θに対応する第一ステアリングベクトルを、(式5)及び(式6)に従ってN個出力する。なお、本実施の形態では、記憶部50に格納されている第一ステアリングベクトルと区別するため、第二ステアリングベクトル出力部60が抽出する第一ステアリングベクトルを第二ステアリングベクトルと呼び、第二ステアリングベクトルapeakと表記する。 In the present embodiment, the second steering vector output unit 60 outputs N p peak positions estimated by the first position estimation unit 40 among the first steering vectors calculated in advance and stored in the storage unit 50. (the position of the living body including the virtual image) is extracted. Specifically, the second steering vector output unit 60 outputs the first steering vector corresponding to the direction θ of the peak position received from the first position estimation unit 40 as viewed from the transmission array antenna, using (Equation 5) and ( N p pieces are output according to equation 6). In the present embodiment, the first steering vector extracted by the second steering vector output unit 60 is called a second steering vector in order to distinguish it from the first steering vector stored in the storage unit 50. Denote the vector a peak .

<第二位置推定部80>
第二位置推定部80は、算出された固有ベクトルと、出力された第二ステアリングベクトルとを用いて、1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する。具体的には、第二位置推定部80は、算出された固有ベクトルと出力された第二ステアリングベクトルとの積または相関を計算し、計算した積または相関のうち閾値以上の値をとる固有ベクトルまたは第二ステアリングベクトルの指し示す位置を、生体の位置として推定してもよい。また、第二位置推定部は、計算した積または相関のうち閾値以上の値をとる固有ベクトルまたは第二ステアリングベクトルの数を、生体の数として推定してもよい。なお、閾値は例えば0.5であるが、0より大きく1未満の間で適宜決定すればよい。
<Second Position Estimation Unit 80>
The second position estimator 80 estimates at least one of the positions and number of one or more living bodies using the calculated eigenvectors and the output second steering vector. Specifically, the second position estimating unit 80 calculates the product or correlation between the calculated eigenvector and the output second steering vector, and the eigenvector or the second The position indicated by the two steering vectors may be estimated as the position of the living body. Also, the second position estimator may estimate the number of eigenvectors or second steering vectors having a value equal to or greater than a threshold among the calculated products or correlations as the number of living organisms. Although the threshold value is 0.5, for example, it may be appropriately determined between 0 and less than 1.

本実施の形態では、第二位置推定部80は、第二ステアリングベクトル出力部60が出力した第二ステアリングベクトルapeakと、固有ベクトル算出部70が算出した固有ベクトルuとの相関を計算することで、生体の数及び位置を推定する。 In the present embodiment, the second position estimation unit 80 calculates the correlation between the second steering vector a peak output by the second steering vector output unit 60 and the eigenvector u calculated by the eigenvector calculation unit 70, Estimate the number and location of organisms.

ここで、例えば、第二位置推定部80は、(式7)に示す第二ステアリングベクトルapeakと固有ベクトルuの相関を計算する評価関数を用いて生体の数を推定してもよい。 Here, for example, the second position estimator 80 may estimate the number of living bodies using an evaluation function that calculates the correlation between the second steering vector a peak and the eigenvector u shown in (Equation 7).

Figure 0007162192000008
Figure 0007162192000008

(式7)では、第二ステアリングベクトルapeakと固有ベクトルuとの内積を計算することで、第二ステアリングベクトルapeakと固有ベクトルuとの相関を計算する。このため、固有ベクトルuの中に第二ステアリングベクトルapeakiと高い相関を持つものがあれば1に近い値となり、高い相関を持つものがなければ0に近い値となる。 In (Expression 7), the correlation between the second steering vector a peak and the eigenvector u is calculated by calculating the inner product of the second steering vector a peak and the eigenvector u. Therefore, if the eigenvector u has a high correlation with the second steering vector a peak , the value is close to 1, and if there is no high correlation, the value is close to 0.

なお、(式7)では相関の最大値をとる演算を行うが、総和など1に近い相関値を持つ項の有無を判定できる演算であれば代用可能である。 In addition, in (Formula 7), an operation for obtaining the maximum value of correlation is performed, but any operation that can determine the presence or absence of a term having a correlation value close to 1, such as a sum, can be substituted.

以下、第二ステアリングベクトルapeakと固有ベクトルuとの内積を計算することで、これらの相関を計算する場合の例について、図3を用いて説明する。 An example of calculating the correlation between the second steering vector a peak and the eigenvector u by calculating the inner product will be described below with reference to FIG.

図3は、実施の形態1における第二ステアリングベクトルapeakと固有ベクトルuとの相関及び評価関数を計算した結果の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the result of calculating the correlation between the second steering vector a peak and the eigenvector u and the evaluation function according to the first embodiment.

図3に示すように、符号1101に示される第二ステアリングベクトルapeak1と固有ベクトルu2の相関は、0.9であり、閾値0.5を超えて1に近い値となっている。また、符号1102に示される第二ステアリングベクトルapeak2と固有ベクトルu1の相関は、0.83であり、閾値0.5を超えて1に近い値となっている。 As shown in FIG. 3, the correlation between the second steering vector a peak1 and the eigenvector u2 indicated by reference numeral 1101 is 0.9, which exceeds the threshold value of 0.5 and is close to 1. Also, the correlation between the second steering vector a peak2 and the eigenvector u1 indicated by reference numeral 1102 is 0.83, which exceeds the threshold value of 0.5 and is close to 1.

また、第二ステアリングベクトルapeak1からapeakNpについての評価関数Ppeakiの計算結果から、符号1103及び符号1104に示される2つの評価関数Ppeakiが閾値0.5を超えている。これにより、推定される生体の数は2となる。 Also, from the calculation results of the evaluation functions P peaki for the second steering vectors a peak1 to a peakNp , the two evaluation functions P peaki indicated by reference numerals 1103 and 1104 exceed the threshold value of 0.5. As a result, the estimated number of living organisms is two.

つまり、図3に示すように、第二ステアリングベクトル出力部60が出力したN個の第二ステアリングベクトルapeak1からapeakNpに対して、評価関数Ppeakiを、計算する。そして、閾値0.5より大きいものの数を数えて、推定される生体の数として出力すればよい。また、閾値0.5を超えたものに対応するピーク位置を推定される生体の位置として出力してもよい。 That is, as shown in FIG. 3, the evaluation function P peaki is calculated for the N p second steering vectors a peak1 to a peakNp output by the second steering vector output unit 60 . Then, the number of living organisms larger than the threshold value of 0.5 is counted and output as the estimated number of living organisms. Also, the peak positions corresponding to those exceeding the threshold value of 0.5 may be output as the estimated position of the living body.

なお、図3を図2に対応させて概念的に説明すると、ピーク位置1001に対応する第二ステアリングベクトルapeak1は、高い相関を持つ固有ベクトルがないため0に近い値となる。一方、ピーク位置1002に対応する第二ステアリングベクトルapeak2は、高い相関を持つ固有ベクトル1011-A、1011-Cがあるため、1に近い値になる。また、ピーク位置1003に対応する第二ステアリングベクトルapeak3も、高い相関を持つ固有ベクトル1011-B、1011-Dがあるため、1に近い値になる。したがって、閾値を超えるものは2つであり、生体の数は2と推定され、閾値を超える2つのものに対応するピーク位置1002、1003が生体の位置と推定される。 3 corresponds to FIG. 2, the second steering vector a peak1 corresponding to the peak position 1001 has a value close to 0 because there is no eigenvector having a high correlation. On the other hand, the second steering vector a peak2 corresponding to the peak position 1002 has a value close to 1 because there are eigenvectors 1011-A and 1011-C with high correlation. The second steering vector a peak3 corresponding to the peak position 1003 also has a value close to 1 because there are eigenvectors 1011-B and 1011-D with high correlation. Therefore, there are two that exceed the threshold, the number of living bodies is estimated to be two, and the peak positions 1002 and 1003 corresponding to two that exceed the threshold are estimated to be the positions of living bodies.

[センサ100の動作]
以上のように構成されるセンサ100が生体数を推定する処理について説明する。
[Operation of sensor 100]
Processing for estimating the number of living bodies by the sensor 100 configured as described above will be described.

図4は、実施の形態1におけるセンサ100の生体数推定処理を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flow chart showing the living body count estimation process of the sensor 100 according to the first embodiment.

まず、センサ100は、図4に示すように、受信機20において所定の期間受信信号を観測し(S10)、観測した受信信号から複素伝達関数を算出する(S20)。 First, as shown in FIG. 4, the sensor 100 observes a received signal in the receiver 20 for a predetermined period (S10), and calculates a complex transfer function from the observed received signal (S20).

次に、センサ100は、算出した複素伝達関数それぞれを時系列に記録し、記録した時系列の複素伝達関数から生体成分チャネル行列を算出する(S30)。換言すると、センサ100は、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する。 Next, the sensor 100 records each of the calculated complex transfer functions in time series, and calculates a biological component channel matrix from the recorded time-series complex transfer functions (S30). In other words, the sensor 100 extracts biometric information, which is a component corresponding to one or more living organisms present in a given space, from a received signal that has been transmitted to the given space.

次に、センサ100は、算出した生体成分チャネル行列から、固有ベクトルを算出する(S35)。換言すると、センサ100は、生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する。 Next, the sensor 100 calculates eigenvectors from the calculated biological component channel matrix (S35). In other words, the sensor 100 calculates one or more eigenvectors of the biometric correlation matrix obtained from the biometric information.

次に、センサ100は、算出した生体成分チャネル行列から、Capon法などの人数未知でも使用可能な所定の位置推定法を用いて生体位置の候補を推定する(S40)。換言すると、センサ100は、算出した生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する。 Next, the sensor 100 estimates biometric position candidates from the calculated biocomponent channel matrix using a predetermined position estimation method such as the Capon method that can be used even if the number of people is unknown (S40). In other words, the sensor 100 uses the calculated bio-correlation matrix to estimate the position of one or more living bodies, including the virtual image, by a predetermined position estimation method.

次に、センサ100は、推定した生体位置の候補に対応するN個の第二ステアリングベクトルを算出する(S50)。換言すると、センサ100は、記憶部50に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、推定された1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する。 Next, the sensor 100 calculates NP second steering vectors corresponding to the estimated biological position candidates (S50). In other words, the sensor 100 converts the first steering vectors corresponding to the positions including the estimated one or more virtual images of the living body from among the plurality of first steering vectors pre-stored in the storage unit 50 to the second steering vectors. Extract and output as

次に、センサ100は、N個の第二ステアリングベクトルと固有ベクトルの相関を算出し(S60)、S60で算出した相関のうち閾値以上のものの数に基づき、生体数または生体位置を推定する(S70)。換言すると、センサ100は、固有ベクトルと第二ステアリングベクトルとを用いて、1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する。 Next, the sensor 100 calculates the correlations between the N p second steering vectors and the eigenvectors (S60), and estimates the number of living bodies or the positions of living bodies based on the number of correlations above the threshold among the correlations calculated in S60 ( S70). In other words, the sensor 100 uses the eigenvectors and the second steering vector to estimate at least one of the position and number of one or more living organisms.

[効果等]
本実施の形態の推定装置1等によれば、無線信号を利用して、所定の空間に存在している生体の数を精度よく推定できる。また、本実施の形態の推定装置1等によれば生体数の推定と同時に対応する生体の位置を推定することができる。
[Effects, etc.]
According to the estimation device 1 and the like of the present embodiment, it is possible to accurately estimate the number of living organisms present in a predetermined space using radio signals. Further, according to the estimation apparatus 1 and the like of the present embodiment, it is possible to estimate the positions of the corresponding living bodies at the same time as estimating the number of living bodies.

より具体的には、本実施の形態の推定装置1等によれば、固有値に対応する固有ベクトルを用いた位置推定法と、Capon法などの人数未知でも使用可能な所定の位置推定法との互いに異なる二つの方法を併用することで、人数推定の精度を向上することができる。 More specifically, according to the estimation device 1 and the like of the present embodiment, a position estimation method using eigenvectors corresponding to eigenvalues and a predetermined position estimation method such as the Capon method that can be used even if the number of people is unknown By using two different methods together, the accuracy of population estimation can be improved.

既存の生体数推定法である固有値を用いた方法では、生体が遠くにいる場合など信号雑音比が小さい場合、生体に対応する固有値と雑音に対応する固有値とを閾値で判別することが困難になる。固有値に対応する固有ベクトルの向きは固有値と比較して雑音の影響を受けにくいが、人数推定に用いるには対応する固有値によるソートが必要なため、固有ベクトル単体では人数推定を行えない。つまり、固有値は雑音による影響に弱く、信号雑音比が小さい場合、人数推定の精度が低下する。 In the existing method of estimating the number of living organisms using eigenvalues, when the signal-to-noise ratio is small, such as when the living organisms are far away, it is difficult to distinguish between the eigenvalues corresponding to the living organisms and the eigenvalues corresponding to noise using a threshold. Become. The direction of the eigenvector corresponding to the eigenvalue is less susceptible to noise compared to the eigenvalue, but since sorting by the corresponding eigenvalue is required to use it for population estimation, it is not possible to estimate the population using the eigenvector alone. In other words, the eigenvalues are susceptible to noise, and when the signal-to-noise ratio is small, the accuracy of population estimation decreases.

一方、Capon法などの人数未知でも使用可能な位置推定法を用いた方法では、アンテナの周囲などに虚像が発生しやすいため、人数推定を誤ってしまう可能性が高い。つまり、Capon法などの人数未知でも使用可能な位置推定法を用いた方法では、位置推定法は位置推定の精度が悪く、実際には生体のいない位置に生体がいると推定(つまり虚像を推定)する可能性が高いため、単体では高精度な人数推定ができない。 On the other hand, in a method using a position estimation method such as the Capon method, which can be used even if the number of people is unknown, virtual images are likely to occur around the antenna, so there is a high possibility of erroneously estimating the number of people. In other words, in a method using a position estimation method that can be used even if the number of people is unknown, such as the Capon method, the position estimation method has poor position estimation accuracy, and it is estimated that the living body is actually in a position where there is no living body (that is, a virtual image is estimated). ), it is not possible to estimate the number of people with high accuracy by itself.

そこで、本実施の形態では、固有値に対応する固有ベクトルを用いた位置推定法とCapon法などの位置推定法との二つの方法を併用することで、人数推定の精度を向上させる。すなわち、所定の位置推定法により算出した虚像を含む推定位置に対応づけたベクトル(ステアリングベクトル)に、算出した固有ベクトルを対応付けすることで、虚像を除た推定位置を推定することができる。このように、固有ベクトルによる情報を利用して、所定の位置推定法により算出した推定位置の精度を高めることができる。これにより、既存の生体数推定法である固有値を使用した方法と、Capon法などの人数未知でも使用可能な位置推定法との双方の課題を克服することができ、所定の空間に存在している生体の数及び位置を精度よく推定できる。 Therefore, in the present embodiment, two methods, a position estimation method using eigenvectors corresponding to eigenvalues and a position estimation method such as the Capon method, are used together to improve the accuracy of population estimation. That is, the estimated position excluding the virtual image can be estimated by associating the calculated eigenvector with the vector (steering vector) associated with the estimated position including the virtual image calculated by a predetermined position estimation method. In this way, the information from the eigenvectors can be used to improve the accuracy of the estimated position calculated by the predetermined position estimation method. As a result, it is possible to overcome the problems of both existing methods of estimating the number of living organisms using eigenvalues and position estimation methods that can be used even if the number of people is unknown, such as the Capon method. It is possible to accurately estimate the number and positions of living organisms.

なお、本開示では、所定の位置推定法により算出された推定位置に含まれる虚像を判別するため、どの像がどの程度確からしいかを定量的に評価する指標として固有ベクトルとステアリングベクトルの相関を計算し、虚像を排除する。これにより、雑音に強く検出範囲の広い推定方法を実現することができる。 In addition, in the present disclosure, in order to discriminate the virtual image included in the estimated position calculated by the predetermined position estimation method, the correlation between the eigenvector and the steering vector is calculated as an index for quantitatively evaluating which image is likely and how likely. and eliminate virtual images. This makes it possible to implement an estimation method that is resistant to noise and has a wide detection range.

(変形例)
上記の実施の形態では、所定の位置推定法として、Capon法など人数未知でも使用可能な位置推定法を用いるとして説明したが、これに限らない。人数を既知としたMUSIC法による位置推定法を用いてもよい。以下、この場合を変形例として、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
(Modification)
In the above embodiment, a position estimation method such as the Capon method that can be used even if the number of people is unknown is used as the predetermined position estimation method, but the method is not limited to this. A position estimation method based on the MUSIC method in which the number of people is known may be used. Hereinafter, this case will be described as a modified example, focusing on points different from the first embodiment.

図5は、実施の形態1の変形例における第一位置推定部40Aの構成を示すブロック図である。第一位置推定部40Aは、図5に示すように、事前人数推定部401と、候補位置推定部402とを備える。 FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the first position estimator 40A according to the modification of the first embodiment. 40 A of 1st position estimation parts are provided with the advance population estimation part 401 and the candidate position estimation part 402, as shown in FIG.

事前人数推定部401は、生体相関行列の固有値を用いて、1以上の生体における、虚像を含む人数を推定する。本変形例では、事前人数推定部401は、候補位置推定部402が検出対象の生体の位置を推定する前に、固有ベクトル算出部70が、相関行列Rを固有値分解することで得た固有値を用いて、検出対象の生体の人数を推定する。ここで、事前人数推定部401が推定する人数は、固有値を用いてとりあえず推定した人数であり、虚像を含む不正確な人数である。 The prior population estimation unit 401 estimates the number of people including virtual images in one or more living organisms using the eigenvalues of the biometric correlation matrix. In this modification, prior population estimation section 401 uses eigenvalues obtained by eigenvalue decomposition of correlation matrix R by eigenvector calculation section 70 before candidate position estimation section 402 estimates the position of a living body to be detected. to estimate the number of living organisms to be detected. Here, the number of people estimated by the a priori number-of-people estimation unit 401 is the number of people tentatively estimated using the eigenvalue, and is an inaccurate number of people including a virtual image.

候補位置推定部402は、所定の位置推定法として、事前人数推定部401が推定した人数を利用したMUSIC法を用いて、1以上の生体における、虚像を含む候補位置を推定する。本変形例では、候補位置推定部402は、事前人数推定部401が推定した不正確な人数を既知として利用したMUSIC法を用いて、生体200の位置の候補を推定する。 The candidate position estimating unit 402 uses the MUSIC method using the number of people estimated by the prior population estimating unit 401 as a predetermined position estimating method to estimate candidate positions including virtual images on one or more living bodies. In this modification, the candidate position estimation unit 402 estimates candidates for the position of the living body 200 using the MUSIC method using the inaccurate number of people estimated by the prior population estimation unit 401 as known.

これにより、本変形例の推定装置等は、Capon法など人数未知でも使用可能な位置推定法だけでなく、人数を既知としたMUSIC法による位置推定法を用いて、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できることができる。 As a result, the estimation apparatus and the like of this modified example use not only a position estimation method such as the Capon method that can be used even if the number of people is unknown, but also a position estimation method based on the MUSIC method in which the number of people is known. One can be estimated with high accuracy.

(実施の形態2)
実施の形態1では、単体すなわち1つのセンサ100を用いて、生体の位置及び数の少なくとも一方を推定する場合について説明した。実施の形態2では、2以上のセンサ100を用いて、生体の位置及び数の少なくとも一方を推定する場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, a case has been described in which at least one of the positions and the number of living bodies is estimated using a single sensor 100 . In the second embodiment, two or more sensors 100 are used to estimate at least one of the positions and the number of living bodies.

以下では、2以上のセンサ100を備えるセンサを複合センサ101と称する。 A sensor comprising two or more sensors 100 is hereinafter referred to as a composite sensor 101 .

[複合センサ101の構成]
図6は、実施の形態2における複合センサ101の構成を示すブロック図である。図1と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
[Configuration of composite sensor 101]
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of compound sensor 101 according to the second embodiment. Elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

複合センサ101は、生体数推定装置の一例であり、実施の形態1で説明したセンサ100を複数備える。複合センサ101は、複数のセンサ100の推定結果を利用することで、より広範囲かつ高精度に生体の位置及び数の推定を行う。図6に示す例では、複合センサ101は、それぞれがセンサ100であるセンサ100-A~センサ100-Dと、推定位置分布算出部120と、生体数推定部130とを備える。なお、図6では、複合センサ101は、複数の生体200(生体200-A、200-B)が存在する部屋(つまり所定の空間)に張り巡らすためにセンサ100を4個備えているが、これに限らない。複合センサ101が備えるセンサ100の数は2以上であれば数を問わない。以下、詳細構成について説明する。 The composite sensor 101 is an example of a bio-number estimating device, and includes a plurality of sensors 100 described in the first embodiment. The compound sensor 101 uses the estimation results of the plurality of sensors 100 to estimate the positions and number of living bodies in a wider range and with higher accuracy. In the example shown in FIG. 6, the composite sensor 101 includes sensors 100-A to 100-D, each of which is the sensor 100, an estimated position distribution calculator 120, and a living body count estimator . Note that in FIG. 6, the composite sensor 101 includes four sensors 100 in order to cover a room (that is, a predetermined space) in which a plurality of living bodies 200 (living bodies 200-A and 200-B) exist. It is not limited to this. The number of sensors 100 included in the composite sensor 101 is not limited as long as it is two or more. A detailed configuration will be described below.

[センサ100-A~センサ100-D]
センサ100-A~センサ100-Dはそれぞれ、実施の形態1で説明したセンサ100であり、送信機10-A及び受信機20-Aの間~送信機10-D及び受信機20-Dの間で送受信された無線信号を用いて、生体の位置及び数を推定する。本実施の形態では、センサ100-A~センサ100-Dはそれぞれ、生体200の人数と生体200の位置とを推定する。そして、センサ100-A~センサ100-Dはそれぞれ、推定した生体200の人数と生体200の位置とを推定位置分布算出部120に出力する。
[Sensor 100-A to Sensor 100-D]
Sensors 100-A to 100-D are the sensors 100 described in Embodiment 1, respectively, and between the transmitter 10-A and the receiver 20-A to the transmitter 10-D and the receiver 20-D Radio signals transmitted and received between the bodies are used to estimate the location and number of living bodies. In this embodiment, sensors 100-A to 100-D estimate the number of living bodies 200 and the positions of living bodies 200, respectively. Sensors 100 -A to 100 -D then output the estimated number of living bodies 200 and the estimated positions of living bodies 200 to estimated position distribution calculating section 120 .

[推定位置分布算出部120]
推定位置分布算出部120は、複数のセンサ100が推定した、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体200の位置をもとに、一部重複する所定の空間からなる全空間の推定位置分布を算出する。
[Estimated position distribution calculator 120]
Based on the positions of one or more living bodies 200 existing in each predetermined space estimated by a plurality of sensors 100, the estimated position distribution calculator 120 calculates the estimated position distribution of the entire space consisting of partially overlapping predetermined spaces. Calculate

本実施の形態では、推定位置分布算出部120は、センサ100-A~センサ100-Dのそれぞれが推定した生体200の人数(推定人数と称する)と生体200それぞれの位置(推定位置と称する)を受け取る。推定位置分布算出部120は、受け取った推定人数及び推定位置を、平面または空間上にプロットすることで、推定位置分布を算出する。 In the present embodiment, estimated position distribution calculating section 120 calculates the number of living bodies 200 estimated by sensors 100-A to 100-D (referred to as estimated number of people) and the positions of living bodies 200 (referred to as estimated positions). receive. The estimated position distribution calculation unit 120 calculates the estimated position distribution by plotting the received estimated number of people and estimated positions on a plane or space.

より具体的には、推定位置分布算出部120は、まず、センサ100-A~センサ100-Dのそれぞれが測定対象とする所定の空間に基づき、測定範囲となる空間(全空間と称する)の座標系を規定する。ここで、センサ100-A~センサ100-Dのそれぞれが測定対象とする所定の空間は、一部重複して全空間を構成する。そして、推定位置分布算出部120は、センサ100-A~センサ100-Dのそれぞれから出力された推定位置を、測定範囲となる全空間の座標系に変換してプロットする。なお、推定位置分布算出部120は、センサ100-A~センサ100-Dのそれぞれから出力された、生体200が移動しない数秒程度の期間に推定された推定位置を示す時系列データを、重ねてプロットしてもよい。 More specifically, the estimated position distribution calculation unit 120 first calculates the space (referred to as the entire space) as the measurement range based on the predetermined space to be measured by each of the sensors 100-A to 100-D. Define a coordinate system. Here, the predetermined spaces to be measured by the sensors 100-A to 100-D partially overlap to constitute the entire space. Then, estimated position distribution calculating section 120 converts the estimated positions output from sensors 100-A to 100-D into the coordinate system of the entire space, which is the measurement range, and plots them. Estimated position distribution calculating section 120 superimposes the time-series data indicating the estimated position estimated for a period of about several seconds when living body 200 does not move, which are output from sensors 100-A to 100-D. can be plotted.

以下、図を用いて、推定位置分布算出部120が算出する推定位置分布の概念について説明する。図7A及び図7Bは、実施の形態2における一のセンサ100が推定した位置及び人数から算出される推定位置分布の概念図である。図8は、実施の形態2における生体数推定部130が算出する推定位置分布の一例を示す概念図である。 The concept of the estimated position distribution calculated by the estimated position distribution calculator 120 will be described below with reference to the drawings. 7A and 7B are conceptual diagrams of the estimated position distribution calculated from the positions and the number of people estimated by one sensor 100 according to the second embodiment. FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of the estimated position distribution calculated by the living body count estimation unit 130 according to the second embodiment.

推定位置分布算出部120は、図7Aに示すように、例えばセンサ100-Aから出力された、測定対象範囲である所定の空間1201-Aにおける生体200-A及び生体200-Cの推定位置を、測定範囲の全空間1201の座標系に変換してプロットする。図7Aに示す例では、所定の空間1201-Aは、全空間1201の一部の領域(左側領域)を構成している。同様に、推定位置分布算出部120は、図7Bに示すように、例えばセンサ100-Bから出力された、測定対象範囲である所定の空間1201-Bにおける生体200-A及び生体200-Bの推定位置を、測定範囲の全空間1201の座標系に変換してプロットする。図7Bに示す例では、所定の空間1201-Bは、全空間1201の一部の領域(下側領域)を構成している。 As shown in FIG. 7A, the estimated position distribution calculation unit 120 calculates the estimated positions of the living body 200-A and the living body 200-C in a predetermined space 1201-A, which is the measurement target range, output from the sensor 100-A, for example. , are converted into the coordinate system of the entire space 1201 of the measurement range and plotted. In the example shown in FIG. 7A, the predetermined space 1201-A constitutes a partial area (left area) of the total space 1201. In the example shown in FIG. Similarly, as shown in FIG. 7B, the estimated position distribution calculation unit 120 calculates the position of the living body 200-A and the living body 200-B in the predetermined space 1201-B, which is the measurement target range, output from the sensor 100-B, for example. The estimated position is transformed into the coordinate system of the entire space 1201 of the measurement range and plotted. In the example shown in FIG. 7B, the predetermined space 1201-B constitutes a partial area (lower area) of the total space 1201. In the example shown in FIG.

そして、推定位置分布算出部120は、図7Aに示す所定の空間1201-Aにおける生体200-A、200-Cの推定位置と図7Bに示す所定の空間1201-Bにおける生体200-A、200-Bの推定位置とを、図8に示すように重ねてプロットする。図8に示す例では、所定の空間1201-Aと所定の空間1201-Bとは一部重なりあって、全空間1201を構成している。 Then, estimated position distribution calculating section 120 calculates the estimated positions of living bodies 200-A and 200-C in predetermined space 1201-A shown in FIG. 7A and living bodies 200-A and 200 in predetermined space 1201-B shown in FIG. -B's estimated positions are overlaid and plotted as shown in FIG. In the example shown in FIG. 8, the predetermined space 1201-A and the predetermined space 1201-B partially overlap to form the entire space 1201. In FIG.

なお、図8に示す生体200-Aのように、センサ100-Aから出力及びセンサ100-Bから出力で重複して現れる生体については、生体数推定部130が重複の除去を数学的に行う。 Note that, like the living body 200-A shown in FIG. 8, for living bodies that appear redundantly in the output from the sensor 100-A and the output from the sensor 100-B, the living body number estimation unit 130 mathematically removes the overlap. .

[生体数推定部130]
生体数推定部130は、複数のセンサ100が推定した、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の数それぞれを用いて、全空間に存在する1以上の生体の数である生体数を推定する。ここで、生体数推定部130は、複数のセンサ100が推定した位置の分散の極小値の数を、生体数として推定してもよい。また、生体数推定部130は、複数のセンサ100が推定した位置の密度の極大値の数を、生体数として推定してもよい。
[Bionumber estimation unit 130]
The living body number estimating unit 130 estimates the number of living bodies, which is the number of one or more living bodies existing in the entire space, by using the number of one or more living bodies existing in each predetermined space estimated by the plurality of sensors 100. do. Here, the living body count estimating unit 130 may estimate the number of local minimum values of the variance of the positions estimated by the plurality of sensors 100 as the living body count. In addition, the living body count estimating unit 130 may estimate the number of maximum values of the density of the positions estimated by the plurality of sensors 100 as the living body count.

本実施の形態では、生体数推定部130は、推定位置分布算出部120が算出した推定位置分布を用いて人数推定を行う。より具体的には、生体数推定部130は、推定位置分布の密度が極大値をとる点を探索し、その数を、生体200の数として推定する。また、生体数推定部130は、探索した極大値をとる点を、生体200の位置として推定してもよい。このようにして、生体数推定部130は、推定位置分布算出部120が算出した推定位置分布に重複してプロットされる生体200の数を数学的に除去した上で、測定範囲に存在する生体200の数を推定することができる。 In the present embodiment, the living body count estimation unit 130 estimates the number of people using the estimated location distribution calculated by the estimated location distribution calculation unit 120 . More specifically, the living body number estimating unit 130 searches for points where the density of the estimated position distribution takes a maximum value, and estimates the number as the number of living bodies 200 . In addition, the living body count estimating unit 130 may estimate the searched point of maximum value as the position of the living body 200 . In this way, the living body number estimating unit 130 mathematically removes the number of living bodies 200 plotted overlapping the estimated position distribution calculated by the estimated position distribution calculating unit 120, 200 numbers can be estimated.

なお、推定位置分布の密度の算出方法としては、測定範囲の空間を適当な大きさのグリッドに分け、各グリッドにプロットされた推定位置の数を数える方法であってもよく、各グリッドの中心に近い所定数のプロットの分散の逆数を用いる方法であってもよい。ただし、推定位置分布の密度の極大値のうち、値が所定の閾値以上であるものを選択するとよい。これにより、測定範囲に生体200がいない場合すなわち無人の場合において、誤推定を行わないようにできる。 As a method for calculating the density of the estimated position distribution, the space of the measurement range may be divided into grids of appropriate sizes, and the number of estimated positions plotted on each grid may be counted. A method using the reciprocal of the variance of a predetermined number of plots close to . However, among the local maximum values of the density of the estimated position distribution, it is preferable to select those having a value equal to or greater than a predetermined threshold. As a result, erroneous estimation can be prevented when there is no living body 200 in the measurement range, that is, when no one is present.

なお、生体数推定部130は、推定位置分布の分散が極小値をとる点を探索し、その数を、生体200の数として推定してもよい。 Note that the living body number estimation unit 130 may search for points where the variance of the estimated position distribution takes a minimum value, and estimate the number as the number of living bodies 200 .

[複合センサ101の動作]
以上のように構成される複合センサ101が生体数等を推定する処理について説明する。
[Operation of composite sensor 101]
Processing for estimating the number of living organisms and the like by the composite sensor 101 configured as described above will be described.

図9は、実施の形態2における複合センサ101の生体数推定処理を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flow chart showing the living body count estimation process of the composite sensor 101 according to the second embodiment.

まず、複合センサ101は、図9に示すように、各センサ100(センサ100-A~センサ100-D)に所定の期間、生体の位置及び数の推定を行わせる(S110)。 First, as shown in FIG. 9, the composite sensor 101 causes each sensor 100 (sensor 100-A to sensor 100-D) to estimate the position and number of living bodies for a predetermined period (S110).

次に、複合センサ101は、各センサ100の推定結果を用いて、推定位置分布を算出する(S120)。より具体的には、複合センサ101は、各センサ100が出力した推定した人数及び位置を、測定範囲となる全空間に重ねてプロットすることで、推定位置分布を算出する。 Next, the composite sensor 101 calculates an estimated position distribution using the estimation results of each sensor 100 (S120). More specifically, the composite sensor 101 calculates the estimated position distribution by plotting the estimated number of people and positions output by each sensor 100 over the entire space that is the measurement range.

次に、複合センサ101は、S120で算出した推定位置分布の密度の極大値を探索する(S130)。なお、複合センサ101は、S120で算出した推定位置分布の分散の極小値を探索してもよい。 Next, the composite sensor 101 searches for the maximum value of the density of the estimated position distribution calculated in S120 (S130). Note that the composite sensor 101 may search for the minimum value of the variance of the estimated position distribution calculated in S120.

最後に、複合センサ101は、S130で探索された極大値のうち値が閾値以上のものの数を数えることで、生体の数または位置を推定する(S140)。より具体的には、複合センサ101は、S130で探索された極大値のうち、閾値以上であるものの数を、生体の数として推定する。また、生体数推定部130は、S130で探索された極大値をとる点を、生体の位置として推定する。なお、複合センサ101は、S130で探索された極小値の数を数えることで、生体数または生体位置を推定してもよい。 Finally, the composite sensor 101 estimates the number or positions of living bodies by counting the number of maximum values found in S130 that are equal to or greater than a threshold value (S140). More specifically, the composite sensor 101 estimates the number of maximum values found in S130 that are equal to or greater than the threshold as the number of living organisms. In addition, the living body number estimating unit 130 estimates the point having the maximum value searched in S130 as the position of the living body. Note that the composite sensor 101 may estimate the number of living bodies or the positions of living bodies by counting the number of minimum values found in S130.

[効果等]
実施の形態2の複合センサ101等によれば、無線信号を利用して、測定範囲に存在している生体の数を高精度に推定できる。より具体的には、実施の形態2の複合センサ101は、実施の形態1のセンサ100等で得られた効果に加え、複数のセンサ100を連携させることができるので、より広範囲で、高精度に生体の位置及び数の推定を行うことができる。つまり、実施の形態2の複合センサ101は、個々のセンサ100の測定範囲である所定の空間より広範囲である、複数の所定の範囲から構成される測定範囲において、生体の数を高精度に推定できる。このため、実施の形態2の複合センサ101は、あるセンサ100の測定範囲には金属製の障害物があり、電波が届きにくい状況であってもべつのセンサ100を連携させることで、測定範囲における死角を減らすことができ、生体の数を高精度に推定できる。
[Effects, etc.]
According to the composite sensor 101 and the like of Embodiment 2, the number of living organisms present in the measurement range can be estimated with high accuracy using radio signals. More specifically, the composite sensor 101 of Embodiment 2 can link a plurality of sensors 100 in addition to the effects obtained by the sensor 100 and the like of Embodiment 1. Estimates of the position and number of living organisms can be made in In other words, the composite sensor 101 of the second embodiment highly accurately estimates the number of living organisms in a measurement range composed of a plurality of predetermined ranges, which is wider than the predetermined space that is the measurement range of the individual sensors 100. can. For this reason, the composite sensor 101 of the second embodiment has a metal obstacle in the measurement range of a certain sensor 100, and even in a situation where it is difficult for radio waves to reach, the other sensors 100 are linked to each other so that the measurement range can be expanded. It is possible to reduce blind spots in the body and estimate the number of living organisms with high accuracy.

(実施例)
ここで、実施の形態2に係る効果を確かめるために実験による評価を行ったので、以下実施例として説明する。
(Example)
In order to confirm the effects of the second embodiment, an evaluation was conducted by experiments, and the results will be described as examples below.

図10は、実施の形態2に係る推定方法を用いて実験を行った環境を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing an environment in which an experiment was conducted using the estimation method according to Embodiment 2. In FIG.

本実験は、生体が(0.5,2)、(2,2)、(3.5,2)の3か所に立っている横6m×縦7mの部屋で行った。また、本実験では、図10中にTRx1~TRx3と示す送受信局に、素子リニアアレーアンテナを用いた。なお、TRx1~TRx3は、センサ100を構成する送信アンテナ部12及び受信アンテナ部21を構成する送受信用のアレーアンテナに対応する。また、本実験では、送受信局TRx1~TRx3は、座標(0,0)、(2,0)、(4,0)に配置した。また、送受信局TRx1~TRx3に用いられる素子リニアアレーアンテナを構成する送受信アレー素子の間隔を0.5波長、使用周波数2.47125GHz、サンプリング周波数100Hz、抽出する生体活動の周波数範囲0.3~3.3Hzとした。 This experiment was conducted in a room of 6 m wide by 7 m long, in which living organisms stood at three positions (0.5, 2), (2, 2), and (3.5, 2). Further, in this experiment, element linear array antennas were used in the transmitting/receiving stations indicated by TRx1 to TRx3 in FIG. Note that TRx1 to TRx3 correspond to the transmitting/receiving array antennas forming the transmitting antenna section 12 and the receiving antenna section 21 forming the sensor 100, respectively. In this experiment, the transmitting/receiving stations TRx1 to TRx3 are arranged at coordinates (0,0), (2,0), and (4,0). In addition, the distance between the transmitting and receiving array elements constituting the element linear array antenna used in the transmitting and receiving stations TRx1 to TRx3 is 0.5 wavelength, the operating frequency is 2.47125 GHz, the sampling frequency is 100 Hz, and the frequency range of biological activity to be extracted is 0.3 to 3. .3 Hz.

図11Aは、Capon法による推定位置分布を示す図であり、図11Bは本実施例における推定位置分布を示す図である。図11A及び図11Bでは、実際に生体が存在している実像の位置には、人の絵が描かれている。 FIG. 11A is a diagram showing the estimated position distribution by the Capon method, and FIG. 11B is a diagram showing the estimated position distribution in this embodiment. In FIGS. 11A and 11B, a picture of a person is drawn at the position of the real image where the living body actually exists.

図11Aでは、図10に示す部屋においてCapon法のみを用いて生体の位置推定を行った結果が示されている。なお、図11Aでは、生体が移動しない数秒程度の期間に推定された推定位置(図で+)を示す時系列データが重ねてプロットされているが、一回のみ推定された推定位置がプロットされていてもよい。また、図11Bでは、図10に示す部屋において、Capon法及び固有ベクトルの互いに異なる二つの推定方法を併用して実施例における生体の位置推定を行った結果の重ね合わせ、すなわち推定位置分布が示されている。 FIG. 11A shows the result of estimating the position of a living body in the room shown in FIG. 10 using only the Capon method. In FIG. 11A, the time-series data indicating the estimated position (+ in the figure) estimated during a period of about several seconds when the living body does not move is plotted, but the estimated position estimated only once is plotted. may be In addition, FIG. 11B shows a superposition of the results of estimating the position of a living body in the example using both the Capon method and two different estimation methods for eigenvectors in the room shown in FIG. 10, that is, the estimated position distribution. ing.

図11A及び図11Bとを比較してわかるように、図11Bでは、人が描かれている位置の周辺以外の推定位置(図で+)が少なくなっている。つまり、Capon法で発生している多数の虚像は、Capon法などの位置推定法と固有値を使用した方法とを併用する本実施例の方法では取り除けていることがわかる。 As can be seen by comparing FIGS. 11A and 11B, in FIG. 11B, there are fewer estimated positions (+ in the figure) other than those around the positions where people are drawn. In other words, it can be seen that many virtual images generated by the Capon method can be removed by the method of the present embodiment, which uses both a position estimation method such as the Capon method and a method using eigenvalues.

図12は、図11Bに示される推定位置分布の分散を示すスペクトラムを示す図である。 FIG. 12 is a spectrum showing the variance of the estimated position distribution shown in FIG. 11B.

図12に示すように、本実験では、図11Bに示される推定位置分布の分散を示すスペクトラムを算出し、推定位置分布の密度の極大値を探索した。図12に示すように極大値(図中で+)の数は3つであることから、生体の数を正しく3人と推定することができた。これにより、推定位置分布の密度の極大値を探索することで、複数の推定装置が重複して推定した同一の生体を一つの生体として数えることができるのがわかる。 As shown in FIG. 12, in this experiment, the spectrum indicating the variance of the estimated position distribution shown in FIG. 11B was calculated, and the maximum value of the density of the estimated position distribution was searched. As shown in FIG. 12, since the number of maximum values (+ in the figure) is three, the number of living organisms could be correctly estimated to be three. As a result, by searching for the maximum value of the density of the estimated position distribution, it is possible to count the same living body that is redundantly estimated by a plurality of estimating devices as one living body.

本開示は、無線信号を利用して生体の位置及び数の少なくとも一方を推定する推定装置等に利用でき、特に、生体の人数もしくは位置を測定する測定器、生体の人数もしくは位置に応じた制御を行う家電機器、または、生体の侵入を検知する監視装置などに利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure can be used for an estimation device or the like that estimates at least one of the positions and the number of living organisms using radio signals. It can be used for home electric appliances that perform such functions, monitoring devices that detect the intrusion of living organisms, and the like.

1 推定装置
10、10-A、10-B、10-C、10-D 送信機
11 送信部
12 送信アンテナ部
20、20-A、20-B、20-C、20-D 受信機
21 受信アンテナ部
22 受信部
23 複素伝達関数算出部
30 生体情報抽出部
40、40A 第一位置推定部
50 記憶部
60 第二ステアリングベクトル出力部
70 固有ベクトル算出部
80 第二位置推定部
100、100-A、100-B、100-C、100-D センサ
101 複合センサ
120 推定位置分布算出部
130 生体数推定部
200、200-A、200-B、200-C 生体
401 事前人数推定部
402 候補位置推定部
1001、1002、1003 ピーク位置
1011-A、1011-B、1011-C、1011-D 固有ベクトル
1201 全空間
1201-A、1201-B 所定の空間
1 estimation device 10, 10-A, 10-B, 10-C, 10-D transmitter 11 transmission unit 12 transmission antenna unit 20, 20-A, 20-B, 20-C, 20-D receiver 21 reception Antenna section 22 Receiving section 23 Complex transfer function calculating section 30 Biological information extracting section 40, 40A First position estimating section 50 Storage section 60 Second steering vector output section 70 Eigenvector calculating section 80 Second position estimating section 100, 100-A, 100-B, 100-C, 100-D Sensor 101 Combined sensor 120 Estimated position distribution calculator 130 Living body count estimator 200, 200-A, 200-B, 200-C Living body 401 Prior population estimator 402 Candidate position estimator 1001, 1002, 1003 Peak position 1011-A, 1011-B, 1011-C, 1011-D Eigenvector 1201 Whole space 1201-A, 1201-B Predetermined space

Claims (12)

複数の推定装置を備える生体数推定装置であって、
前記複数の推定装置のそれぞれは、
所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出部と、
前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部と、
前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定部と、
記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定部により推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力部と、
前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定部とを備え、
前記生体数推定装置は、さらに、
前記複数の推定装置が推定した、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の位置をもとに、一部重複する前記所定の空間からなる全空間の推定位置分布を算出する推定位置分布算出部と、
前記複数の推定装置が推定した、前記所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の数それぞれを用いて、前記全空間に存在する1以上の生体の数である生体数を推定する生体数推定部とを備え、
前記生体数推定部は、前記複数の推定装置が推定した位置の分散の極小値の数を、前記生体数として推定する、
生体数 推定装置。
A living body count estimation device comprising a plurality of estimation devices,
Each of the plurality of estimation devices,
a biometric information extraction unit that extracts biometric information, which is a component corresponding to one or more living organisms present in the predetermined space, from a received signal that is a signal transmitted in the predetermined space;
an eigenvector calculator that calculates one or more eigenvectors of a biometric correlation matrix obtained from the biometric information;
a first position estimator for estimating a position, including a virtual image, of the one or more living bodies by a predetermined position estimation method using the biometric correlation matrix;
Among a plurality of first steering vectors stored in advance in a storage unit, first steering vectors corresponding to respective positions including the one or more virtual images of the living body estimated by the first position estimation unit are used as second steering vectors. a second steering vector output unit for extracting and outputting as a vector;
a second position estimating unit that estimates at least one of the positions and the number of the one or more living organisms using the eigenvector and the second steering vector;
The living body count estimation device further comprises:
Estimated position distribution calculation for calculating the estimated position distribution of the entire space including the predetermined space that partially overlaps based on the positions of one or more living organisms existing in each of the predetermined spaces, which are estimated by the plurality of estimating devices. Department and
Living body count estimation for estimating the number of living bodies, which is the number of one or more living bodies existing in the entire space, using each of the numbers of one or more living bodies existing in each of the predetermined spaces estimated by the plurality of estimating devices. and
The number of living organisms estimating unit estimates the number of local minimum values of variance of the positions estimated by the plurality of estimating devices as the number of living organisms.
number of lives estimation device.
複数の推定装置を備える生体数推定装置であって、 A living body count estimation device comprising a plurality of estimation devices,
前記複数の推定装置のそれぞれは、 Each of the plurality of estimation devices,
所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出部と、 a biometric information extraction unit that extracts biometric information, which is a component corresponding to one or more living organisms present in the predetermined space, from a received signal that is a signal transmitted in the predetermined space;
前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部と、 an eigenvector calculator that calculates one or more eigenvectors of a biometric correlation matrix obtained from the biometric information;
前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定部と、 a first position estimating unit for estimating a position, including a virtual image, of the one or more living bodies by a predetermined position estimation method using the biometric correlation matrix;
記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定部により推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力部と、 Among a plurality of first steering vectors stored in advance in a storage unit, first steering vectors corresponding to respective positions including the one or more virtual images of the living body estimated by the first position estimation unit are used as second steering vectors. a second steering vector output unit for extracting and outputting as a vector;
前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定部とを備え、 a second position estimating unit that estimates at least one of the positions and the number of the one or more living bodies using the eigenvector and the second steering vector;
前記生体数推定装置は、さらに、 The living body count estimation device further comprises:
前記複数の推定装置が推定した、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の位置をもとに、一部重複する前記所定の空間からなる全空間の推定位置分布を算出する推定位置分布算出部と、 Estimated position distribution calculation for calculating the estimated position distribution of the entire space including the predetermined space that partially overlaps based on the positions of one or more living organisms existing in each of the predetermined spaces, which are estimated by the plurality of estimating devices. Department and
前記複数の推定装置が推定した、前記所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の数それぞれを用いて、前記全空間に存在する1以上の生体の数である生体数を推定する生体数推定部とを備え、 Living body count estimation for estimating the number of living bodies, which is the number of one or more living bodies existing in the entire space, using each of the numbers of one or more living bodies existing in each of the predetermined spaces estimated by the plurality of estimating devices. and
前記生体数推定部は、前記複数の推定装置が推定した位置の密度の極大値の数を、前記生体数として推定する、 The living body number estimating unit estimates, as the living body number, the number of maximum values of the density of positions estimated by the plurality of estimation devices.
生体数推定装置。 Bio-number estimator.
前記第二位置推定部は、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとの積または相関を計算し、計算した前記積または前記相関のうち閾値以上の値をとる前記固有ベクトルまたは前記第二ステアリングベクトルの指し示す位置を、前記位置として推定する、
請求項1または2に記載の生体数推定装置。
The second position estimating unit calculates a product or correlation between the eigenvector and the second steering vector, and indicates the eigenvector or the second steering vector having a value equal to or greater than a threshold among the calculated product or the correlation. estimating a position as said position;
The living body number estimation device according to claim 1 or 2 .
前記第二位置推定部は、計算した前記積または相関のうち閾値以上の値をとる前記固有ベクトルまたは前記第二ステアリングベクトルの数を、前記数として推定する、
請求項に記載の生体数推定装置。
The second position estimation unit estimates the number of the eigenvectors or the second steering vectors that take a value equal to or greater than a threshold among the calculated products or correlations as the number.
The living body number estimation device according to claim 3 .
前記所定の位置推定法は、Capon法である、
請求項1~のいずれか1項に記載の生体数推定装置。
The predetermined position estimation method is the Capon method,
A living body number estimation device according to any one of claims 1 to 4 .
前記所定の位置推定法は、Beamformer法である、
請求項1~のいずれか1項に記載の生体数推定装置。
The predetermined position estimation method is the beamformer method,
A living body number estimation device according to any one of claims 1 to 4 .
前記第一位置推定部は、さらに、前記生体相関行列の固有値を用いて、前記1以上の生体における、虚像を含む人数を推定する事前人数推定部を備え、
前記所定の位置推定法は、前記事前人数推定部が推定した人数を利用したMUSIC法である、
請求項1~のいずれか1項に記載の生体数推定装置。
The first position estimating unit further includes a prior population estimating unit that estimates the number of people including virtual images in the one or more living organisms using the eigenvalues of the biometric correlation matrix,
The predetermined position estimation method is the MUSIC method using the number of people estimated by the prior population estimation unit,
A living body number estimation device according to any one of claims 1 to 4 .
N個(Nは2以上の自然数)の送信アンテナ素子を有する送信機と、
M個(Mは2以上の自然数)の受信アンテナ素子と、前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれで所定期間受信された受信信号から、前記N個の送信アンテナ素子と前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する伝達関数算出部とを有する受信機とを、さらに備え、
前記生体情報抽出部は、前記伝達関数算出部において算出された複数の複素伝達関数から、生体の影響による変動成分であって前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける変動成分を、前記生体情報として抽出し、
前記固有ベクトル算出部は、前記生体情報抽出部において抽出された、前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける前記変動成分から前記生体相関行列を算出し、算出した前記生体相関行列の固有ベクトルを算出する、
請求項1~のいずれか1項に記載の生体数推定装置。
a transmitter having N (N is a natural number of 2 or more) transmitting antenna elements;
M (M is a natural number of 2 or more) receiving antenna elements, and the N transmitting antenna elements and the M receiving antenna elements from the received signals received by each of the M receiving antenna elements for a predetermined period. A receiver having a transfer function calculator that calculates a plurality of complex transfer functions representing the propagation characteristics between each of
The biological information extraction unit extracts, from the plurality of complex transfer functions calculated by the transfer function calculation unit, fluctuation components due to the influence of a living body and fluctuation components in each of the M receiving antenna elements as the biological information. extract,
The eigenvector calculation unit calculates the bio-correlation matrix from the variation components in each of the M receiving antenna elements extracted by the bio-information extraction unit, and calculates the eigenvector of the calculated bio-correlation matrix.
A living body number estimation device according to any one of claims 1 to 7 .
複数の推定装置を備える生体数推定装置の生体数推定方法であって、
前記複数の推定装置のそれぞれが行う推定方法は、
所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出ステップと、
前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出ステップと、
前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定ステップと、
記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定ステップにおいて推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力ステップと、
前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定ステップとを含み、
前記生体数推定方法は、
前記複数の推定装置の前記推定方法により推定された、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の位置をもとに、一部重複する前記所定の空間からなる全空間の推定位置分布を算出する推定位置分布算出ステップと、
前記複数の推定装置の前記推定方法により推定された、前記所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の数それぞれを用いて、前記全空間に存在する1以上の生体の数である生体数を推定する生体数推定ステップとを含み、
前記生体数推定ステップでは、前記複数の推定装置の前記推定方法により推定された位置の分散の極小値の数を、前記生体数として推定する、
生体数推定方法。
A method for estimating the number of living organisms for a living organism number estimating apparatus comprising a plurality of estimating apparatuses,
The estimation method performed by each of the plurality of estimation devices includes:
a biometric information extracting step of extracting biometric information, which is a component corresponding to one or more living organisms present in the predetermined space, from a received signal transmitted to the predetermined space;
an eigenvector calculation step of calculating one or more eigenvectors of a biometric correlation matrix obtained from the biometric information;
a first position estimation step of estimating a position including a virtual image in the one or more living bodies by a predetermined position estimation method using the biometric correlation matrix;
Among a plurality of first steering vectors pre-stored in a storage unit, the first steering vectors corresponding to the positions including the one or more virtual images of the living body estimated in the first position estimation step are used as the second steering vectors. a second steering vector output step of extracting and outputting as a vector;
a second position estimation step of estimating at least one of the positions and numbers of the one or more living organisms using the eigenvectors and the second steering vectors;
The method for estimating the number of living organisms,
Based on the positions of one or more living bodies existing in each of the predetermined spaces estimated by the estimation method of the plurality of estimation devices, calculate the estimated position distribution of the entire space consisting of the predetermined spaces that partially overlap. an estimated position distribution calculation step for
The number of living organisms, which is the number of one or more living organisms existing in the entire space, is calculated using the number of one or more living organisms existing in each of the predetermined spaces estimated by the estimation method of the plurality of estimating devices. and a step of estimating the number of living organisms to be estimated,
In the step of estimating the number of living bodies, the estimation method of the plurality of estimation devicesbyestimating the number of local minima of the variance of the estimated position as the number of living organisms;
number of livesestimation method.
複数の推定装置を備える生体数推定装置の生体数推定方法であって、
前記複数の推定装置のそれぞれが行う推定方法は、
所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出ステップと、
前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出ステップと、
前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定ステップと、
記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定ステップにおいて推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力ステップと、
前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定ステップとを含み、
前記生体数推定方法は、
前記複数の推定装置の前記推定方法により推定された、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の位置をもとに、一部重複する前記所定の空間からなる全空間の推定位置分布を算出する推定位置分布算出ステップと、
前記複数の推定装置の前記推定方法により推定された、前記所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の数それぞれを用いて、前記全空間に存在する1以上の生体の数である生体数を推定する生体数推定ステップとを含み、
前記生体数推定ステップは、前記複数の推定装置の前記推定方法により推定された位置の密度の極大値の数を、前記生体数として推定する、
生体数推定方法。
A method for estimating the number of living organisms for a living organism number estimating device comprising a plurality of estimating devices,
The estimation method performed by each of the plurality of estimation devices includes:
Biometric information extraction for extracting biometric information, which is a component corresponding to one or more living organisms existing in a predetermined space, from a received signal received from a signal transmitted in the predetermined space.stepWhen,
an eigenvector calculation step of calculating one or more eigenvectors of a biometric correlation matrix obtained from the biometric information;
a first position estimation step of estimating a position including a virtual image in the one or more living bodies by a predetermined position estimation method using the biometric correlation matrix;
Among a plurality of first steering vectors pre-stored in a storage unit, the first steering vectors corresponding to the positions including the one or more virtual images of the living body estimated in the first position estimation step are used as the second steering vectors. a second steering vector output step of extracting and outputting as a vector;
a second position estimation step of estimating at least one of the positions and numbers of the one or more living organisms using the eigenvectors and the second steering vectors;
The method for estimating the number of living organisms,
Based on the positions of one or more living bodies existing in each of the predetermined spaces estimated by the estimation method of the plurality of estimation devices, calculate the estimated position distribution of the entire space consisting of the predetermined spaces that partially overlap. an estimated position distribution calculation step for
The number of living organisms, which is the number of one or more living organisms existing in the entire space, is calculated using the number of one or more living organisms existing in each of the predetermined spaces estimated by the estimation method of the plurality of estimating devices. and a step of estimating the number of living organisms to be estimated,
In the step of estimating the number of living organisms, the number of local maximum values estimated by the estimation method of the plurality of estimating devices is estimated as the number of living organisms.
Birth count estimation method.
請求項9の生体数推定方法をコンピュータに実行させるプログラム。 A program that causes a computer to execute the method for estimating the number of living organisms according to claim 9. 請求項10の生体数推定方法をコンピュータに実行させるプログラム。 A program that causes a computer to execute the method for estimating the number of living organisms according to claim 10.
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