JPH07146988A - 物体移動検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 視野から外れた場所にある物体の移動も検出
可能とする。 【構成】 物体１３の移動が監視されるべき空間に、ス
ピーカ２１から音波を放射し、その空間からの音波をマ
イクロホン２２で受音し、スピーカ２１及びマイクロホ
ン２２間のインパルス応答を音響エコーキャンセラ３１
のインパルス応答推定部３３で推定し、その残留エコー
ｅ（ｋ）のパワーがしきい値を越えると物体１３の移動
があったと物体移動検出部２４で判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は例えば部屋への侵入者
の監視に利用され、物体が移動したことを検出する物体
移動検出装置に関する。

【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検出を行なう
方法である。つまり、従来の手法は例えば図３に示すよ
うに、部屋１１の上部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、その部屋
１１の人体１３の侵入があると、監視装置１２からの光
又は超音波が人体１３により反射され、監視装置１２に
おけるそれまでの反射波の受信状態が変化して、人体１
３の侵入、つまり物体１３の移動が検出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし図３に示すよう
に監視装置１２と物体１３との間に障害物１４があり、
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の移動は監視装置１２
で全く検出できないという問題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明によればインパ
ルス応答測定手段により、音波に関するインパルス応答
が継続的に測定され、物体移動検出手段により、その測
定されたインパルス応答の変化から物体の移動が検出さ
れる。前記インパルス応答測定手段としては音響エコー
キャンセラが用いられる。

【０００５】この発明では音波の回折、散乱、反射現象
が利用され、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検知が可能となる。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し、具
体的には超音波とは数１０ｋＨｚ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。

【０００６】

【実施例】図１にこの発明の実施例を示し、図３と対応
する部分に同一符号を付けてある。この発明では物体１
３の移動が検出されるべき空間、この例では部屋１１の
インパルス応答を測定する手段２０が設けられる。即ち
部屋１１内に音波を放射するスピーカ２１と、その部屋
１１内の音響信号を受信するマイクロホン２２と、スピ
ーカ２１を駆動する音源信号ｘ（ｋ）とマイクロホン２
２の出力信号ｙ（ｋ）とから部屋１１内のインパルス応
答を演算する演算部２３とが設けられる。

【０００７】スピーカ２１から音波が送出されると、そ
の音波は、回折効果などにより障害物１４の向こう側
（図の左側）に伝搬する。この時、障害物１４に対しス
ピーカ２１と反対側、つまり障害物１４の陰に位置して
いる物体１３により、音波が散乱や反射などの影響を受
ける。その後、その音波は、物体１３側で障害物１４と
対向する壁面（図で左側の面）１１ａなどで反射されて
再度部屋のスピーカ２１側（右側）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１
３の位置によって物体１３が音波に与える影響が異なる
ことである。従って、物体１３側（図の左側）から戻っ
て来る音波、マイクロホン２２の出力により継続的に観
測し、物体１３が移動した場合には音波の戻り方が異な
るということを利用することにより物体１３の移動を検
出する。

【０００８】しかし、実際には物体１３側（図の左側）
から戻ってくる音波のみを選別し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
応答を計測する。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、その物体１３が、音波放
源（スピーカ）２１に対し障害物１４の向こう側にあっ
たとしても、物体１３が移動した場合には、インパルス
応答が変化することが予測される。そこで、継続的に計
測されたインパルス応答の時間的な変化量を物体移動検
出部２４で算出し、インパルス応答の変化量が大きい場
合には、物体１３が移動したものと判定を行う。

【０００９】なお、インパルス応答の具体的演算手段
は、例えば、中溝：“信号解析とシステム同定”，コロ
ナ社（１９８８）などに記載されている。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も検出可
能であることが明らかになった。図２Ａにこの発明の具
体例を示し、図１と対応する部分に同一符号を付けてあ
る。つまり図１中のインパルス応答演算部２３を音響エ
コーキャンセラ３１で構成した場合である。よく知られ
ているように、音響エコーキャンセラ３１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３３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を駆動する音源信号ｘ
（ｋ）とを、畳み込み部３２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）から差回路３４で引算することで、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。

【００１０】音響エコーキャンセラ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（ｋ）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、ＬＭＳ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。

【００１１】さて、図２Ａの構成において、音源信号ｘ
（ｋ）をスピーカ２１に入力し、音響エコーキャンセラ
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３１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３３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
移動検出部２４に転送される。

【００１２】物体移動検出部２４では、まず、インパル
ス応答の変動量を計算する。変動の大きさを定量化する
方法は種々の方法の適用が可能であるが、ここでは次式
で定義される量Ｊを例として説明する。 Ｊ（ｋ，ｍ）＝Σ（ｈ（ｋ）ｉ−ｈ（ｋ−ｍ）ｉ）² （１） ここで、｛ｈ（ｋ）０，ｈ（ｋ）１，ｈ（ｋ）２，…｝
は、時刻ｋに推定されたインパルス応答を表し、Σはｈ
（ｋ）ｉをインパルス応答の次数だけ加算する。そし
て、（１）式は、時刻ｋのインパルス応答ｈ（ｋ）ｉ
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）ｉとの変動（差）の２乗和を表してい
る。実際にインパルス応答が変化していない場合には、
Ｊ（ｋ，ｍ）としては、推定誤差に相当する小さな値が
得られる。一方、物体１３が移動してインパルス応答が
変化した場合には、Ｊ（ｋ，ｍ）の値は大きなものにな
る。

【００１３】物体１３の移動の判定は、この変動量Ｊ
（ｋ，ｍ）に基づいて行う。例えば、最も簡単な判定方
法としては、あるしきい値Ｔｊを定め、Ｊ（ｋ，ｍ）＜
Ｔｊの場合には移動物体１３が無いと判定し、Ｊ（ｋ，
ｍ）＞Ｔｊの場合には移動物体１３があると判定する方
法がある。その他、判定誤りを防ぐためには、複数の時
刻の変動量Ｊ（ｋ，ｍ）の値がＴｊを越えた時に物体が
移動すると判定する方法、ファジイ論理を用いてあいま
いさを持たせて判定する方法など、様々な判定方法を適
用することが可能である。

【００１４】一方、インパルス応答の変動量の代わり
に、音響エコーキャンセラ３１の残留エコーｅ（ｋ）の
パワー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３１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変化した直後
には、音響エコーキャンセラ３１のインパルス応答推定
値は変化前ｈａの値に留まっている。従って、疑似エコ
ーｙ′（ｋ）と、実際の音響エコーｙ（ｋ）とは、入力
信号ｘ（ｋ）との畳み込みとしてそれぞれ次式で表わせ
る。

【００１５】 ｙ′（ｋ）＝ｘ（ｋ）＊ｈａ （２） ｙ（ｋ）＝ｘ（ｋ）＊ｈｂ （３） 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（４）式とする。 ｅ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｙ′（ｋ）＝ｘ（ｋ）＊ｈｂ−ｘ（ｋ）＊ｈａ ＝ｘ（ｋ）＊（ｈｂ−ｈａ） （４） この（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
わかり、特に、音源信号ｘ（ｋ）が白色雑音信号の場合
には、残留エコーｅ（ｋ）の２乗平均値（パワー）と
（１）式で定義された変化量は一致する。

【００１６】以上のことから、残留エコーｅ（ｋ）のパ
ワーを継続的に観測すれば、図２Ｂに示すように、例え
ば、人が室内に侵入してインパルス応答が変動した結
果、残留エコーｅ（ｋ）のパワーが増加するので、その
侵入を検出することができる。検出の判定は、変動量Ｊ
（ｋ，ｍ）を用いた場合と同様に、しきい値Ｔｅを用い
て判定する方法などが適用できる。インパルス応答変動
量Ｊ（ｋ，ｍ）を利用する場合には、（１）式の演算
を、物体移動検出部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３１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ｅ（ｋ）を利用す
る方法は、大幅な演算量の削減となる。

【００１７】

【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
移動物体の検出が可能となる。また、インパルス応答の
変化から移動を検出するので、光学的手法などの従来法
に比べて物体の移動への感度が高いという特徴もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すブロック図。

【図２】Ａは図１中のインパルス応答演算部２３をエコ
ーキャンセラで構成した例を示すブロック図、Ｂは物体
が移動した場合の残留エコーのパワーの時間変化例を示
す図である。

【図３】従来の移動物体検出装置を示す図。

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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音波に関する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、 そのインパルス応答測定手段で得られるインパルス応答
   の変化から物体の移動を検出する物体移動検出手段とを
   有することを特徴とする物体移動検出装置。
2. 【請求項２】 上記インパルス応答測定手段は音響エコ
   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
   体移動検出装置。
3. 【請求項３】 上記物体移動検出手段は上記音響エコー
   キャンセラの残留エコーのパワーを検出するものである
   ことを特徴とする請求項２記載の物体移動検出装置。