JPH07146366A - Device for detecting traveling information on object - Google Patents

Device for detecting traveling information on object

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JPH07146366A
JPH07146366A JP29341393A JP29341393A JPH07146366A JP H07146366 A JPH07146366 A JP H07146366A JP 29341393 A JP29341393 A JP 29341393A JP 29341393 A JP29341393 A JP 29341393A JP H07146366 A JPH07146366 A JP H07146366A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impulse response
microphone
moving
speaker
moving object
Prior art date
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Pending
Application number
JP29341393A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masafumi Tanaka
雅史 田中
Yutaka Kaneda
豊 金田
Shoji Makino
昭二 牧野
Yoichi Haneda
陽一 羽田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP29341393A priority Critical patent/JPH07146366A/en
Publication of JPH07146366A publication Critical patent/JPH07146366A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To measure the position, traveling direction, traveling speed, etc., of a traveling object at a dead angle. CONSTITUTION:The position of a traveling object 13 is found in such a way that acoustic waves are radiated to a passage 24 by driving a loudspeaker 21 with a sound source signal x(k) and acoustic waves in the passage 25 are received with a microphone 22. Then an impulse response is estimated by inputting the sound receiving output y(k) of the microphone 22 and the sound source signal x(k) to an acoustic echo canceler 23 and the acoustic wave propagating time along the shortest route from the microphone 22 of the object 13 is found. Finally, the position of the object 13 is found from the propagating time.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は例えば部屋への侵入者
の監視に適用され、移動物体の位置、移動方向、移動速
度、存在方向などの移動情報を検出する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device which is applied to, for example, surveillance of an intruder in a room and detects movement information such as a position, a moving direction, a moving speed, a presence direction of a moving object.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、物体の移動、部屋への侵入者の有
無の監視には、ビデオカメラ、光センサ、超音波センサ
などが用いられてきた。これらは、対象となる物体で反
射した光や超音波を検出することで物体の移動情報を検
出する方法である。例えば図4に示すように部屋11の
上部の一隅にビデオカメラ、光センサ、超音波センサな
どの監視装置12が設けられ、その監視装置12の視野
内に物体13が入ると、その物体13が検出され、物体
13の各種移動情報も知ることができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a video camera, an optical sensor, an ultrasonic sensor, etc. have been used to monitor the movement of an object and the presence or absence of an intruder in a room. These are methods of detecting movement information of an object by detecting light or ultrasonic waves reflected by the target object. For example, as shown in FIG. 4, a monitoring device 12 such as a video camera, an optical sensor, or an ultrasonic sensor is provided in one corner of the upper part of the room 11, and when an object 13 enters the field of view of the monitoring device 12, the object 13 The various movement information of the object 13 that has been detected can also be known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の装置において
は、監視装置12と物体13との間に障害物14が存在
し、監視装置12の死角、つまり、監視装置12から直
接見通しがきかない場所にある物体13の移動情報は全
く検出できない。
In the conventional device, the obstacle 14 exists between the monitoring device 12 and the object 13, and the blind spot of the monitoring device 12, that is, the place where the monitoring device 12 cannot directly see the object. The movement information of a certain object 13 cannot be detected at all.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この発明によれば音波に
関する2点間以上のインパルス応答がインパルス応答測
定手段により継続して測定され、移動情報検出手段によ
り、その測定したインパルス応答の相違を基に、移動物
体からインパルス応答測定手段までの最短経路で伝搬す
る時間を求め、その伝搬時間、又は複数のインパルス応
答に関する伝搬時間差に基づいて移動物の位置、移動方
向、移動速度、存在方向などの移動情報が推定される。
According to the present invention, impulse responses between two or more points regarding sound waves are continuously measured by the impulse response measuring means, and the movement information detecting means determines the difference in the measured impulse responses. In the, the time to propagate in the shortest path from the moving object to the impulse response measuring means, the propagation time, or the position of the moving object, the moving direction, the moving speed, the presence direction based on the propagation time difference of a plurality of impulse responses. Movement information is estimated.

【0005】つまりこの発明では、音波の回折、散乱、
反射現象を利用することと、2点以上の間のインパルス
応答の変動、又はこれと等価なものを利用することによ
り、上記従来技術の問題点を克服してビデオカメラ等の
死角にある物体の移動の方向、位置、速度などの移動情
報の検知を可能とする。なお、従来技術の超音波センサ
は光センサの原理と同様に超音波の直進性を利用したも
のである。しかしこの発明で言うところの「音波」とは
回折、散乱、反射現象が十分に利用できる可聴周波数程
度の音波を意味する。具体的には超音波とは数10kH
z以上の周波数の音波を意味し、この発明の「音波」と
は十数kHz以下の可聴音波を意味する。
That is, according to the present invention, sound wave diffraction, scattering,
By utilizing the reflection phenomenon and the variation of the impulse response between two or more points, or the equivalent thereof, the above-mentioned problems of the prior art can be overcome, and an object in a blind spot such as a video camera can be overcome. It enables detection of movement information such as movement direction, position, and speed. It should be noted that the ultrasonic sensor of the prior art utilizes the straightness of the ultrasonic wave as in the principle of the optical sensor. However, the term "sound wave" in the present invention means a sound wave having an audible frequency at which diffraction, scattering and reflection phenomena can be fully utilized. Specifically, ultrasonic waves are several tens of kHz
It means a sound wave having a frequency of z or more, and the "sound wave" of the present invention means an audible sound wave having a frequency of ten and several kHz or less.

【0006】[0006]

【実施例】図1を参照してこの発明の原理を説明する。
図1Aにおいて図4と対応する部分に同一符号を付けて
ある。この発明では監視されるべき空間、この例では部
屋11内の音波に関する2点間のインパルス応答を測定
するインパルス応答測定手段20が設けられる。つまり
音源信号x(k)で部屋11の一側部に設けられたスピ
ーカ21が駆動され、スピーカ21から音波が部屋11
へ放射され、部屋11からの音波がスピーカ21と同一
側に設けられたマイクロホン22で収音され、その出力
y(k)と音源信号x(k)とがインパルス応答演算部
23へ供給される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principle of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 1A, parts corresponding to those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals. In the present invention, there is provided an impulse response measuring means 20 for measuring the impulse response between two points regarding the sound wave in the space to be monitored, in this example the room 11. That is, the speaker 21 provided on one side of the room 11 is driven by the sound source signal x (k), and sound waves are emitted from the speaker 21 to the room 11.
The sound wave emitted from the room 11 is picked up by the microphone 22 provided on the same side as the speaker 21, and the output y (k) and the sound source signal x (k) are supplied to the impulse response calculation unit 23. .

【0007】スピーカ21から放射された音波は、回折
効果などにより障害物14の向こう側(図の左側)にも
伝搬する。この時、物体13に達した音波は、物体13
による散乱や反射などの影響を受ける。その後、音波は
障害物14に対しスピーカ21と反対側(図の左側)の
壁面などで反射されて再度部屋11の右側、つまりスピ
ーカ21、マイクロホン22側に伝搬し、マイクロホン
22で受音される。ここで重要なことは、物体13の位
置によって、物体13により音波に与える影響が異な
る。従って、図の左側から戻って来る音波を継続的に観
測すると、物体13が移動した場合には音波の戻り方が
異なる。このことを利用して、物体の移動情報を検出す
ることが可能である。しかし、実際には左側から戻って
くる音波のみを選別して観測することはできない。そこ
で、インパルス応答演算部23において、スピーカ21
からマイクロホン22までの音響的なインパルス応答を
測定する。インパルス応答の具体的測定手段は、例え
ば、中溝:“信号解析とシステム同定”コロナ社(19
88)などに記載されている。
The sound wave radiated from the speaker 21 also propagates to the other side of the obstacle 14 (left side in the figure) due to a diffraction effect or the like. At this time, the sound waves reaching the object 13 are
It is affected by scattering and reflection. After that, the sound wave is reflected by the wall surface or the like on the side opposite to the speaker 21 (on the left side in the drawing) with respect to the obstacle 14, propagates again to the right side of the room 11, that is, the speaker 21 and the microphone 22 side, and is received by the microphone 22. . What is important here is that the position of the object 13 has a different effect on the sound wave by the object 13. Therefore, when the sound waves returning from the left side of the figure are continuously observed, the way the sound waves return when the object 13 moves differs. By utilizing this, it is possible to detect the movement information of the object. However, in reality, it is not possible to select and observe only the sound waves returning from the left side. Therefore, in the impulse response calculation unit 23, the speaker 21
To the microphone 22 to measure the acoustic impulse response. Specific means for measuring the impulse response is, for example, Nakamizo: “Signal analysis and system identification” by Corona (19
88) and the like.

【0008】インパルス応答は部屋11内全体の音響伝
達特性を表しているので、物体13が移動した場合に
は、その物体13がスピーカ21、マイクロホン22に
対し障害物14の向こう側にあったとしても、インパル
ス応答が変化することが予測される。インパルス応答の
変化は、物体が移動した結果、それまで物体のあった場
所では音波が物体の影響を受けなくなり、また新たに物
体が移動した場所では音波が物体の影響を受けるように
なることで生じる。つまり、物体が移動したことによる
インパルス応答の変化はスピーカ21から移動物体13
に達した後にマイクロホン22に到達する。従って、物
体13が移動したことによるインパルス応答の変化は、
スピーカ21から移動物体13まで、そして、移動物体
13からマイクロホン22までの距離を音波が最短経路
で伝搬する時間に相当する時間遅れの後に大きな振幅を
持つ。この遅れ時間のことをこの明細書では「最短到達
時間」と呼ぶことにする。図1Bは物体13の移動によ
るインパルス応答の変化(異なる2つの時刻で測定した
インパルス応答の差分)の模式図であるが、この波形の
なかで大きな変化がある最も早い時刻が最短到達時間で
ある。
Since the impulse response represents the acoustic transfer characteristics of the entire room 11, when the object 13 moves, it is assumed that the object 13 is on the other side of the obstacle 14 with respect to the speaker 21 and the microphone 22. Also, the impulse response is expected to change. The change in the impulse response is because the sound wave is no longer affected by the object at the place where the object was, and the sound wave is affected by the object at the place where the object is moved. Occurs. That is, the change in the impulse response due to the movement of the object is transmitted from the speaker 21 to the moving object 13
And reaches the microphone 22. Therefore, the change in the impulse response due to the movement of the object 13 is
It has a large amplitude after a time delay corresponding to the time required for a sound wave to propagate through the shortest path from the speaker 21 to the moving object 13 and from the moving object 13 to the microphone 22. This delay time will be referred to as "shortest arrival time" in this specification. FIG. 1B is a schematic diagram of changes in the impulse response due to the movement of the object 13 (differences in impulse responses measured at two different times), and the earliest time with a large change in this waveform is the shortest arrival time. .

【0009】図1Cにこの最短到達時間から移動物体1
3の位置を推定する簡単な例を示す。L字状に曲った通
路25の一端部にスピーカ21、マイクロホン22が設
けられ、移動物体13がスピーカ21に対し通路25の
曲った先に位置している。スピーカ21から出て、移動
物体13で折り返してマイクロホン22に至る矢印の付
いた破線は音波の伝搬経路を示している。この図に示す
ように、スピーカ21とマイクロホン22との間隔より
移動物体13が十分大きければ、スピーカ21、マイク
ロホン22から移動物体13までの距離は、最短到達時
間に音速を乗じた距離の約半分と推定される。図1Cで
はスピーカ21、マイクロホン22が通路25の片方の
端に配置されているので、1つの最短到達時間から移動
物体の位置が特定可能となる。
FIG. 1C shows the moving object 1 from this shortest arrival time.
A simple example of estimating the position of 3 is shown. The speaker 21 and the microphone 22 are provided at one end of the L-shaped curved passage 25, and the moving object 13 is located at the curved end of the passage 25 with respect to the speaker 21. A dashed line with an arrow coming out of the speaker 21, folded back by the moving object 13 and reaching the microphone 22 indicates a sound wave propagation path. As shown in this figure, if the moving object 13 is sufficiently larger than the distance between the speaker 21 and the microphone 22, the distance from the speaker 21 and the microphone 22 to the moving object 13 is about half of the distance obtained by multiplying the shortest arrival time by the speed of sound. It is estimated to be. In FIG. 1C, since the speaker 21 and the microphone 22 are arranged at one end of the passage 25, the position of the moving object can be specified from one shortest arrival time.

【0010】スピーカ21、マイクロホン22、移動物
体13が3次元に任意に配置されている場合は複数のマ
イクロホンを用いることで物体の位置または方向が推定
可能である。最短到達時間はマイクロホンごとに異な
り、例えば、移動物体に近いマイクロホンは、移動物体
から遠いマイクロホンに比べて最短到達時間が短い。こ
のような最短到達時間の差からソナー、レーダー等の分
野で知られている方法により移動物体の位置、方向の推
定が可能である。また、時間間隔をおいて移動物体の位
置を検出して、位置の変化を測定することで、移動物体
の移動速度や移動方向を検出することができる。
When the speaker 21, the microphone 22 and the moving object 13 are arbitrarily arranged in three dimensions, the position or direction of the object can be estimated by using a plurality of microphones. The shortest arrival time differs for each microphone. For example, a microphone closer to a moving object has a shorter shortest arrival time than a microphone far from a moving object. The position and direction of a moving object can be estimated from such a difference in the shortest arrival time by a method known in the fields of sonar and radar. Further, by detecting the position of the moving object at time intervals and measuring the change in the position, the moving speed and moving direction of the moving object can be detected.

【0011】なお、音波を物体に当て、その反射波から
物体の位置を推定するというソナーの原理をそのまま室
内のような反射音の多い環境で用いても、室内の他の多
数の反射音に物体からの反射音が埋もれてしまい、物体
の位置の推定は困難である。例えば、図1Cにおけるイ
ンパルス応答では移動物体からの反射音が、通路、壁面
からの多数の反射音に埋もれている。しかし、この発明
では、壁面等の反射音は時間的に変化しないことに着目
し、インパルス応答の時間変化を利用することで移動物
体の方向または位置の推定が可能となった。
Even if the sonar's principle of applying a sound wave to an object and estimating the position of the object from the reflected wave is used as it is in an environment with a lot of reflected sound, such as in a room, it will be reflected in many other reflected sounds in the room. Since the reflected sound from the object is buried, it is difficult to estimate the position of the object. For example, in the impulse response in FIG. 1C, the reflected sound from the moving object is buried in many reflected sounds from the passage and the wall surface. However, in the present invention, it is possible to estimate the direction or the position of the moving object by utilizing the time change of the impulse response, paying attention to the fact that the reflected sound from the wall surface does not change with time.

【0012】以上説明したように、この発明に基づけ
ば、従来の方法では不可能であった監視装置の死角の位
置にある物体の移動情報も検出可能である。図2Aにイ
ンパルス測定手段20として音響エコーキャンセラ51
を用いた例を示す。よく知られているように、音響エコ
ーキャンセラ51は、スピーカ21から送出された音が
マイクロホン22で受音されてハウリングなどの問題が
発生することを防止する装置である。音響エコーキャン
セラ51の動作は、スピーカ21とマイクロホン22の
間のインパルス応答をインパルス応答推定部53で推定
し、推定されたインパルス応答を持つフィルタとスピー
カ21の音源信号x(k)とを、畳み込み部52で畳み
込み演算して疑似エコーy(k)を合成し、これをマイ
クロホン22の出力y(k)から引算することで、スピ
ーカ21から出てマイクロホン22で受音された信号
(音響エコー)を消去するものである。音響エコーキャ
ンセラ51におけるインパルス応答の推定は適応アルゴ
リズムを用いるのが通例である。適応アルゴリズムと
は、ディジタル化された音源信号x(k)と残留エコー
eを利用して、各サンプル時刻毎に逐次的にインパルス
応答を推定するアルゴリズムであって、学習同定法、L
MS法などが代表例として知られている。音響エコーキ
ャンセラ51の詳細については、特願平4−44649
「反響消去装置」などに詳しい。
As described above, according to the present invention, it is possible to detect the movement information of the object at the blind spot position of the monitoring device, which is impossible by the conventional method. FIG. 2A shows an acoustic echo canceller 51 as the impulse measuring means 20.
An example using is shown. As is well known, the acoustic echo canceller 51 is a device that prevents the sound sent from the speaker 21 from being received by the microphone 22 and causing problems such as howling. The operation of the acoustic echo canceller 51 is such that the impulse response between the speaker 21 and the microphone 22 is estimated by the impulse response estimation unit 53, and the filter having the estimated impulse response and the sound source signal x (k) of the speaker 21 are convoluted. The pseudo echo y (k) is synthesized by the convolution operation in the unit 52, and this is subtracted from the output y (k) of the microphone 22 to obtain the signal (acoustic echo) output from the speaker 21 and received by the microphone 22. ) Is to be erased. The estimation of the impulse response in the acoustic echo canceller 51 usually uses an adaptive algorithm. The adaptive algorithm is an algorithm that sequentially estimates an impulse response at each sample time using the digitized sound source signal x (k) and the residual echo e, and is a learning identification method, L
The MS method and the like are known as typical examples. For details of the acoustic echo canceller 51, see Japanese Patent Application No. 4-44649.
Details on "Echo canceller" etc.

【0013】さて、図2Aのような構成において、音源
信号x(k)を入力し、音響エコーキャンセラ51を動
作させる。音源信号x(k)としては、周波数帯域の広
い定常信号(例えば白色雑音や疑似音声)が望ましい
が、楽音や音声信号などの信号であってもよい。音響エ
コーキャンセラ51の動作開始後、適応アルゴリズムが
収束するのに要する時間(通常は数秒程度)が経過した
後には、インパルス応答推定部53にはインパルス応答
が良好に推定されていると考えられる。そして、サンプ
ル時間毎に、インパルス応答の推定値は更新される。言
い換えると、継続的なインパルス応答の測定(推定)が
行われる。そして推定されたインパルス応答は、物体移
動情報検出部24に転送される。物体移動情報検出部2
4では、時刻kに推定されたインパルス応答h(k)=
{h(k)0,h(k)1,h(k)2,…}と、mサ
ンプル分の時間過去に推定されたインパルス応答h(k
−m)との差分波形Δh(k,m)を計算する。
2A, the sound source signal x (k) is input and the acoustic echo canceller 51 is operated. The sound source signal x (k) is preferably a stationary signal with a wide frequency band (for example, white noise or pseudo voice), but may be a signal such as a musical sound or a voice signal. After the operation of the acoustic echo canceller 51 has started, and after the time required for the adaptive algorithm to converge (usually about several seconds), it is considered that the impulse response estimation unit 53 has successfully estimated the impulse response. Then, the estimated value of the impulse response is updated every sample time. In other words, continuous impulse response measurements (estimations) are made. Then, the estimated impulse response is transferred to the object movement information detection unit 24. Object movement information detector 2
4, the impulse response h (k) = estimated at time k =
{H (k) 0, h (k) 1, h (k) 2, ...} and impulse response h (k
-M) and the differential waveform Δh (k, m).

【0014】 Δh(k,m)=h(k)−h(k−m) (1) 次に、Δh(k,m)の包絡線、又は短時間パワー波形
を求める。例えば、図1Bに示す波形をΔh(k,m)
とすると、その短時間パワーは図2Bに示す波形にな
る。包絡線、又は時間パワー波形が予め定められたしき
い値TΔを最初に越えた時刻t0を求める。そして、こ
のt0に音速cを乗ずることで、音源(スピーカ21)
−移動物体13−マイクロホン22の音響伝搬経路長が
求められ、前述した原理で図1Cに示しているような移
動物体13の位置が検出される。
Δh (k, m) = h (k) −h (km) (1) Next, the envelope of Δh (k, m) or the short-time power waveform is obtained. For example, using the waveform shown in FIG. 1B as Δh (k, m)
Then, the short-time power has the waveform shown in FIG. 2B. The time t0 when the envelope or the time power waveform first exceeds the predetermined threshold value TΔ is obtained. Then, the sound source (speaker 21) is obtained by multiplying the sound velocity c by this t0.
-Moving object 13-The acoustic propagation path length of the microphone 22 is obtained, and the position of the moving object 13 as shown in FIG. 1C is detected by the above-described principle.

【0015】一方、インパルス応答の変動量の検出に
は、音響エコーキャンセラ51で得られる残留エコーe
(k)を利用することも可能である。スピーカ21とマ
イクロホン22の間のインパルス応答は、通常、物体1
3の移動に伴って急激に変化する。しかし、音響エコー
キャンセラ51で推定されるインパルス応答は、急激な
変化に追従できず、推定の遅れを生じる。言い換える
と、実際のインパルス応答がhaからhbに変化した直
後には、音響エコーキャンセラ51のインパルス応答推
定値は変化前のhaの値に留まっている。従って、疑似
エコーy′(k)、音響エコーy(k)は、それぞれ入
力信号x(k)との畳み込みとして、 y′(k)=x(k)*ha (2) y(k)=x(k)*hb (3) と表される。ただし、*は畳み込み演算を表す。これよ
り、残留エコーe(k)は e(k)=y(k)−y′(k)=x(k)*(hb−ha) (4) と表される。(4)式より、残留エコーe(k)は、イ
ンパルス応答の変化量(hb−ha)を反映した量であ
ることがわかる。
On the other hand, the residual echo e obtained by the acoustic echo canceller 51 is used to detect the fluctuation amount of the impulse response.
It is also possible to use (k). The impulse response between the speaker 21 and the microphone 22 is usually the object 1
It changes rapidly with the movement of 3. However, the impulse response estimated by the acoustic echo canceller 51 cannot follow abrupt changes, resulting in a delay in estimation. In other words, immediately after the actual impulse response changes from ha to hb, the impulse response estimated value of the acoustic echo canceller 51 remains at the value of ha before the change. Therefore, the pseudo echo y '(k) and the acoustic echo y (k) are convolved with the input signal x (k), respectively, and y' (k) = x (k) * ha (2) y (k) = It is expressed as x (k) * hb (3). However, * represents a convolution operation. From this, the residual echo e (k) is expressed as e (k) = y (k) -y '(k) = x (k) * (hb-ha) (4). From the equation (4), it can be seen that the residual echo e (k) is an amount that reflects the amount of change (hb-ha) in the impulse response.

【0016】図3Aはこの発明の第2の実施例を示す1
個のスピーカ21に対し、2個のマイクロホン22a,
22bが通路25に沿って配列して設けられ、スピーカ
21の音源信号x(k)と、マイクロホン22a,22
bの各出力y1(k),y2(k)とがそれぞれ音響エ
コーキャンセラ51a,51bへ供給される。スピーカ
21、マイクロホン22a,22bの配された通路に対
し、曲って延長された部分に移動物体13が位置してい
る。音響エコーキャンセラ51a,51bよりの残留エ
コーe1(k),e2(k)が物体移動情報検出部24
に入力される。この実施例では残留エコーを利用して移
動物体13がどちらの方向に存在するかを推定する手順
を示す。残留エコーe1(k),e2(k)は次式のよ
うに、式(4)と同様にインパルス応答の変化量と音源
信号x(k)とを畳み込んだ信号として表すことができ
る。
FIG. 3A shows a second embodiment of the present invention 1
For each speaker 21, two microphones 22a,
22b are arranged along the passage 25, and the sound source signal x (k) of the speaker 21 and the microphones 22a, 22 are provided.
The respective outputs y1 (k) and y2 (k) of b are supplied to the acoustic echo cancellers 51a and 51b, respectively. The moving object 13 is located in a curved and extended portion with respect to the passage in which the speaker 21 and the microphones 22a and 22b are arranged. The residual echoes e1 (k) and e2 (k) from the acoustic echo cancellers 51a and 51b are detected by the object movement information detector 24.
Entered in. In this embodiment, a procedure for estimating in which direction the moving object 13 exists by using the residual echo will be shown. The residual echoes e1 (k) and e2 (k) can be expressed as a signal obtained by convolving the variation amount of the impulse response and the sound source signal x (k) as in the equation (4) as in the following equation.

【0017】 e1(k)=x(k)*Δh1 (5) e2(k)=x(k)*Δh2 (6) ここで、Δh1とΔh2はそれぞれスピーカ21とマイ
クロホン22a,22bとの各間のインパルス応答の変
化量を意味する。図3Bに示すようにインパルス応答の
変化量Δh1とΔh2の波形における値の大きいピーク
の時刻k1,k2はそれぞれのマイクロホン22a,2
2bでの最短到達時間であり、その差は移動物体13か
らマイクロホン22a,22bまでの両距離の差に対応
している。残留エコーe1(k),e2(k)は音源信
号x(k)が畳み込まれているので、直接前記距離の差
は知ることはできないが、例えば、音源信号x(k)が
白色雑音なら、次式のようにe1(k)とe2(k)の
自己相関関数φ(i)を計算することで推定可能であ
る。
E1 (k) = x (k) * Δh1 (5) e2 (k) = x (k) * Δh2 (6) where Δh1 and Δh2 are between the speaker 21 and the microphones 22a and 22b, respectively. Means the amount of change in the impulse response of. As shown in FIG. 3B, the peaks k1 and k2 of the waveforms of the changes Δh1 and Δh2 of the impulse response have large peaks at the respective microphones 22a and 2a.
2b is the shortest arrival time, and the difference corresponds to the difference in both distances from the moving object 13 to the microphones 22a and 22b. Since the residual echoes e1 (k) and e2 (k) are convolved with the sound source signal x (k), it is not possible to directly know the difference in the distance, but for example, if the sound source signal x (k) is white noise. , Can be estimated by calculating the autocorrelation function φ (i) of e1 (k) and e2 (k) as in the following equation.

【0018】 φ(i)=Σm e1(m)e2(m+i) (7) φ(i)から時間差、つまり距離差が推定できる理由を
以下に簡単に示す。φ(i)は次のように変形できる。 φ(−i)=Σm e1(m)e2(−(i−m)) =e1(i)*e2(−i) =x(i)*Δh1(i)*x(−i)*Δh2(−i) =x(i)*x(−i)*Δh1(i)*Δh2(−i) =σx′2δ(i) =σx′2Δh1(i)*Δh2(−i) (8) ここで、σx′2はxの分散を、δはクロネッカのδで
あり、 δ(i)=1 (i=0) 0 (i≠0) (9) である。つまり音源信号x(k)が白色雑音であるから
その自己相関はi=0で1となり、i≠0で0となるか
らである。簡単のため、Δh1(i),Δh2(i)を
単一の反射音で Δh1(i)=δ(i−k1) (10) Δh2(i)=δ(i−k2) (11) と近似すると、 φ(i)=σx′2δ(i−(k2−k1)) (12) となり、φ(i)≠0となる場合はi=k2−k1であ
り、かつこのk2−k1が図3の場合は正である。従っ
て、e1(k)がe2(k)に比べて進んでいるので、
移動物体13はマイクロホン22bよりもマイクロホン
22aに近く、図で左側にあると推定される。
Φ (i) = Σ m e1 (m) e2 (m + i) (7) The reason why the time difference, that is, the distance difference can be estimated from φ (i) will be briefly described below. φ (i) can be transformed as follows. φ (-i) = Σ m e1 (m) e2 (- (i-m)) = e1 (i) * e2 (-i) = x (i) * Δh1 (i) * x (-i) * Δh2 (-I) = x (i) * x (-i) * Δh1 (i) * Δh2 (-i) = σx'2δ (i) = σx'2Δh1 (i) * Δh2 (-i) (8) where , Σx′2 is the variance of x, δ is Kronecker δ, and δ (i) = 1 (i = 0) 0 (i ≠ 0) (9). That is, since the sound source signal x (k) is white noise, its autocorrelation is 1 when i = 0 and 0 when i ≠ 0. For simplification, Δh1 (i) and Δh2 (i) are approximated as Δh1 (i) = δ (i−k1) (10) Δh2 (i) = δ (i−k2) (11) with a single reflected sound. Then, φ (i) = σx′2δ (i− (k2-k1)) (12), and when φ (i) ≠ 0, i = k2-k1 and this k2-k1 is shown in FIG. Is positive. Therefore, since e1 (k) is ahead of e2 (k),
It is estimated that the moving object 13 is closer to the microphone 22a than the microphone 22b and is on the left side in the figure.

【0019】マイクロホンごとに最短到達時間を求める
方法は(1)式の演算を、物体移動情報検出部24にお
いて行う必要があるのに対して、この残留エコーe
(k)は、音響エコーキャンセラにおいてインパルス応
答推定を行う場合には必ず計算される量であるので、残
留エコーを利用する方法は、大幅な演算量の削減とな
る。前述したように1個のスピーカとマイクロホンとの
間の1つのインパルス応答の変化から、移動物体までの
最短到達時間を求め、この最短到達時間から移動物体の
位置を知ることができ、その位置の時間変化から移動物
体13が近づいているか遠ざかっているか、つまり移動
方向及び移動速度を求めることができる。
In the method of obtaining the shortest arrival time for each microphone, the calculation of the equation (1) needs to be performed in the object movement information detecting section 24, whereas this residual echo e
Since (k) is an amount that is always calculated when impulse response estimation is performed in the acoustic echo canceller, the method that uses the residual echo significantly reduces the amount of calculation. As described above, the shortest arrival time to the moving object is obtained from the change in one impulse response between one speaker and the microphone, and the position of the moving object can be known from this shortest arrival time. From the time change, whether the moving object 13 is approaching or moving away, that is, the moving direction and the moving speed can be obtained.

【0020】1個のスピーカと複数のマイクロホンとの
間の複数のインパルス応答又は同一駆動信号が供給され
る複数のスピーカと1個のマイクロホンとの間の複数の
インパルス応答の各時間軸上での変化から、それぞれ複
数の最短到達時間を求め、これらからそれぞれ移動物体
までの各距離を半径とする円の交点から移動物体の位置
をより正しく求めることができ、同様にその位置の変化
から移動方向、移動速度を知ることができる。以上の何
れの場合もインパルス応答の変化の検出は、残留エコー
を用いてもよい。
On each time axis, a plurality of impulse responses between one speaker and a plurality of microphones or a plurality of impulse responses between a plurality of speakers to which the same drive signal is supplied and one microphone. A plurality of shortest arrival times can be obtained from the changes, and the position of the moving object can be more accurately obtained from the intersection of the circles with the distances from each to the moving object. , You can know the moving speed. In any of the above cases, residual echo may be used to detect a change in impulse response.

【0021】更に前述のように複数のインパルス応答を
測定する場合は、これらに関する伝搬時間差、つまり前
記(12)式から移動物体の存在方向を知ることがで
き、これを複数組について測定し、これら方向の交点か
ら移動物体の位置を知ることができ、またその位置の変
化から移動方向、移動速度を知ることができる。
Further, when a plurality of impulse responses are measured as described above, it is possible to know the propagation time difference relating to them, that is, the direction of existence of the moving object from the equation (12). The position of the moving object can be known from the intersection of the directions, and the moving direction and the moving speed can be known from the change in the position.

【0022】[0022]

【発明の効果】移動物体の検出において、ビデオカメラ
では視野からはずれた場所にある物体の移動情報検出は
不可能であったが、この発明は音の波動性を利用するこ
とで、スピーカ、マイクロホンから直接見通しのきかな
い場所の移動物体の位置、移動方向、移動速度物体等の
移動情報の検出が可能となる。
In the detection of a moving object, it is impossible for a video camera to detect the moving information of an object located out of the field of view. However, the present invention utilizes the wave nature of sound to make a speaker and a microphone. Therefore, it is possible to detect the moving information such as the position, moving direction, moving speed object, etc. of a moving object in a place where the line of sight cannot be seen directly.

【0023】また、インパルス応答の変化から移動を検
出するため、物体の移動への感度が高いという特徴もあ
る。
Further, since the movement is detected from the change in the impulse response, there is a feature that the sensitivity to the movement of the object is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】Aはこの発明の原理を説明するためのインパル
ス応答測定手段と、移動物体と、障害物との関係例を示
す図、Bはそのインパルス応答の変化例を示す図、Cは
この発明の実施例を示す図である。
FIG. 1A is a diagram showing an example of the relationship between an impulse response measuring means for explaining the principle of the present invention, a moving object, and an obstacle, B is a diagram showing an example of changes in the impulse response, and C is this diagram. It is a figure which shows the Example of invention.

【図2】Aはインパルス応答測定手段に音響エコーキャ
ンセラを用いたこの発明の実施例を示すブロック図、B
はインパルス応答の変化量の短時間パワーの例を示す図
である。
2A is a block diagram showing an embodiment of the present invention in which an acoustic echo canceller is used as an impulse response measuring means, FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an example of short-time power of a change amount of impulse response.

【図3】Aは二つのインパルス応答測定を行う場合のこ
の発明の実施例を示すブロック図、Bはその二つのイン
パルス応答の変化量の例を示す図である。
FIG. 3A is a block diagram showing an embodiment of the present invention when two impulse response measurements are performed, and FIG. 3B is a diagram showing an example of changes in the two impulse responses.

【図4】従来の移動物体の監視の場合は障害物によりで
きない状態を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a state where a conventional moving object cannot be monitored due to an obstacle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽田 陽一 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Yoichi Haneda 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 音波に関する2点間以上のインパルス応
答を継続して測定するインパルス応答測定手段と、 上記測定したインパルス応答の相違を基に移動物体から
上記インパルス応答測定手段までの最短経路で伝搬する
時間を求め、その伝搬時間又は複数のインパルス応答に
関する伝搬時間差に基づいて上記移動物体の位置、移動
方向、移動速度、存在方向などの移動情報を推定する移
動情報検出手段と、 を具備することを特徴とする物体移動情報検出装置。
1. An impulse response measuring means for continuously measuring an impulse response between two or more points regarding sound waves, and a shortest path from a moving object to the impulse response measuring means based on the difference in the measured impulse responses. And a movement information detecting means for estimating movement information such as a position, a moving direction, a moving speed, and an existing direction of the moving object based on a propagation time or a propagation time difference regarding a plurality of impulse responses. An object movement information detection device characterized by:
【請求項2】 上記インパルス応答手段は音響エコーキ
ャンセラであることを特徴とする請求項1記載の物体移
動情報検出装置。
2. The object movement information detecting device according to claim 1, wherein the impulse response means is an acoustic echo canceller.
【請求項3】 上記インパルス応答の相違として上記音
響エコーキャンセラの残留エコーを用いることを特徴と
する請求項2記載の物体移動情報検出装置。
3. The object movement information detection device according to claim 2, wherein the residual echo of the acoustic echo canceller is used as the difference in the impulse response.
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