JPWO2016194581A1 - 姿勢検出装置、眼鏡型電子機器、姿勢検出方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

対象物の姿勢を省電力、小規模且つ安価に検出できる姿勢検出装置を提供する。歩数検出部９５１は、加速度センサ７１からの加速度を基に１歩（歩数）を検出し、その検出結果を加速度累積部９５３に出力する。加速度累積部９５３は、歩数検出部９５１が検出した１歩の時間内において、加速度センサ７１が検出した加速度を累積して加速度累積値（簡易姿勢ピッチ角）を算出する。姿勢検出部９５５は、加速度累積部９５３が算出した加速度累積値を基に、加速度センサ７１が設けられた部位の姿勢を検出する。

Description

本発明は、人体の部位等の対象物の姿勢を検出する姿勢検出装置、眼鏡型電子機器、姿勢検出方法およびプログラムに関するものである。

人体の精神活動状態や体調を示すパラメータとして、歩行時の姿勢等がある。
このような歩行時の姿勢は、例えば、歩行時の体軸に対してのずれを検出することで特定できる。
ところで、加速度センサから出力された加速度は、重力以外に歩行時に生じる加速度の影響を受けるため、当該加速度だけでは姿勢を判断できず、加速度の影響を受けない角速度が必要になる。
現在，動作中の剛体の姿勢角を求める方法として，ジャイロセンサにより測定した角速度を積分することで姿勢角を求める方法が多く用いられている。

しかしながら、ジャイロセンサは加速度センサに比べて大消費電力、大規模且つ高価格化するという問題がある。
一方、歩行時に加速度センサで検出した加速度をそのまま単純に用いると、歩行による加速度の影響を受けるため、姿勢の検出誤差が大きいという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、対象物の姿勢を省電力、小規模かつ安価な構成で検出できる姿勢検出装置、眼鏡型電子機器、姿勢検出方法およびプログラムを提供することを目的とする。

上述した従来技術の問題を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の姿勢検出装置は、予め決められた期間内に、所定の時間間隔で検出された検出対象の部位の移動に応じた複数の加速度を累積する累積手段と、前記累積した加速度を基に、前記部位の姿勢を検出する姿勢検出手段とを有する。

この構成によれば、累積手段において、検出対象の部位の移動に応じた複数の加速度を、所定の時間間隔、累積することで、ジャイロセンサを用いて検出される情報と近似した情報が得られる。そのため、姿勢検出手段において、前記累積した加速度を基に、前記部位の姿勢を検出できる。このように加速度のみで姿勢検出ができるため、対象物の姿勢を省電力、小規模かつ安価な構成で検出できる。

好適には、本発明の姿勢検出装置の前記累積手段は、複数の方向の前記加速度をそれぞれ前記累積し、前記姿勢検出手段は、前記複数の方向について前記累積した加速度を基に、前記所定の部位の姿勢を検出する。
この構成によれば、対象物の複数の方向の姿勢を検出できる。

好適には、本発明の姿勢検出装置の前記姿勢検出手段は、所定の軸に対しての前記部位の傾きを検出する。
この構成によれば、対象物の部位の姿勢を、所定の軸に対しての当該部位の傾きとして検出できる。

好適には、本発明の姿勢検出装置は、前記加速度を基に、前記人体の１歩を検出する歩数検出手段を有し、前記累積手段は、前記１歩の時間を前記予め決められた期間として用いて前記加速度を累積し、前記姿勢検出手段は、前記１歩の時間内の前記加速度の累積値を基に、前記人体の体軸に対しての傾きを検出する。
この構成によれば、人体の歩行時における人体の体軸に対しての傾きを検出できる。

好適には、本発明の姿勢検出装置は、前記加速度を検出する加速度検出手段をさらに有する。この構成によればｍ、加速度検出手段により、加速度を得ることができる。

好適には、本発明の姿勢検出装置の前記加速度検出手段は、人体の頭部あるいは頭部付近に設けられている。
この構成によれば、頭部あるいは頭部付近に加速度検出手段を設けることで、運動時における人体の姿勢を高精度に検出できる。

本発明の眼鏡型電子器は、上述した姿勢検出装置を備えている。

本発明の姿勢検出方法は、予め決められた期間内に、所定の時間間隔で検出された検出対象の部位の移動に応じた複数の加速度を累積する累積工程と、前記累積した加速度を基に、前記部位の姿勢を検出する姿勢検出工程とを有する。

本発明のプログラムは、予め決められた期間内に、所定の時間間隔で検出された検出対象の部位の移動に応じた複数の加速度を累積する累積手順と、前記累積した加速度を基に、前記部位の姿勢を検出する姿勢検出手順とをコンピュータに実行させる。

本発明によれば、対象物の姿勢を省電力、小規模かつ安価な構成で検出できる姿勢検出装置、眼鏡型電子機器、姿勢検出方法およびプログラムを提供できる。

図１は、本発明の実施形態に係る眼鏡の外観斜視図である。 図２は、図１に示す眼鏡の姿勢検出に係る機能ブロック図である。 図３は、図２に示す眼鏡の処理部の機能ブロック図である。 図４は、図１に示す眼鏡で生成した簡易姿勢ピッチ角と、従来のジャイロを用いた方法で生成した理想姿勢ピッチ角とを示す図である。 図５は、図４に示す簡易姿勢ピッチ角と理想姿勢ピッチ角との関係を示した図である。 図６は、図２に示す処理部の加速度検出のフローチャートである。 図７は、図２に示す眼鏡の処理部の加速度累積値（簡易姿勢ピッチ角）の生成処理のフリーチャートである。

本発明者は、対象物の部位の加速度を所定の時間間隔で累積することで、角加速度を用いることなく、当該部位の姿勢を検出できることを見出した。
本実施形態では、人体の頭部に設けた加速度センサからの加速度を１歩行の時間累積し、その累積値を基に、頭部の体軸からのずれを特定し、これから頭部の姿勢を判断する場合を例示する。

以下、本発明の実施形態に係る眼鏡１について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る眼鏡１の外観斜視図である。図２は、図１に示す眼鏡１の機能ブロック図である。

図１に示すように、眼鏡１は、例えば、使用者に耳に掛けられるテンプル１１，１３と、レンズ２１，２３が固定されるリム３１，３３と、リム３１，３３の間に介在するブリッジ３５と、鼻パッド４１，４３とを有する。リム３１，３３の先端はモダン３７，３９と呼ばれる。また、テンプル１１，１３とリム３１，３３との間には丁番４５，４７が設けられている。

テンプル１１，１３、リム３１，３３、リム３１，３３の間に介在するブリッジ３５、鼻パッド４１，４３、モダン３７，３９及び丁番４５，４７とが、本発明の眼鏡型フレームの一例である。

図２に示すように、鼻パッド４１，４３の間には、収容ボックス５１が設けられている。
また、テンプル１１のモダン３７側には、収容ボックス５３が固定されている。

鼻パッド４１の表面には右鼻電極６１が設けられ、鼻パッド４３の表面には左鼻電極６３が設けられる。
右鼻電極６１は、使用者が眼鏡１を装着した状態で使用者の鼻筋の右側面に接触し（押し付けられ）、当該接触した皮膚の電位である眼電位を検出する。
左鼻電極６３は、使用者が眼鏡１を装着した状態で使用者の鼻筋の左側面に接触し、当該接触した皮膚の電位である眼電位を検出する。
右鼻電極６１と左鼻電極６３とは、眼鏡１の使用時の使用者の鼻を正面から見たときの左右対称の位置に配置されている。

収容ボックス５１には、使用者が眼鏡１を装着した状態で使用者の鼻根または眉間に接触し、当該接触した皮膚の電位を検出する眉間電極６５が設けられている。

右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５は、例えば、ステンレスまたはチタンで形成される。
右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５は、接触対象の人体部位の形状に適した形状で形成されている。

収容ボックス５３は、内部に収容空間を有し、当該収容空間内に加速度センサ７１、通信部７３、バッテリー７５および処理部７７が収容されている。
収容ボックス５１と収容ボックス５３とは、プリント基板等の配線で電気的に接続されている。

加速度センサ７１は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸の加速度センサであり、各軸の検出した加速度を処理部７７に出力する。加速度センサ７１は、所定の検出時間間隔で加速度を検出する。加速度センサ７１は、当該検出した加速度をメモリ（図示せず）に記憶する。
本実施形態では、加速度センサ７１は眼鏡１を装着時に、頭の動きを検出するのに適した頭部の耳の周辺に位置する。

通信部７３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や無線ＬＡＮ等の無線通信であり、右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５から入力した眼電位や、加速度センサ７１から入力した加速度等を、外部装置に送信することができる。高い処理能力及びメモリ容量を用いた高機能な処理を実現できる。

処理部７７は、右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５から入力した眼電位、並びに加速度センサ７１から入力した加速度を基に、使用者に関する情報を生成する。
右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５から入力した眼電位（皮膚電位）、並びに加速度センサ７１から入力した加速度は、使用者の発汗現象や動きに応じた電位であり、使用者の体調や、精神状態を反映したものである。そのため、眼電位および加速度と、使用者の体調や精神状態とを予め対応付け参照データを用意することで、処理回路７７において、入力した使用者の眼電位および加速度と、上記参照データとを比較することで、使用者の体調や精神状態を検出できる。

眼球は、角膜側が正に帯電しており、網膜側が負に帯電している。したがって、視線が上に移動した場合、眉間電極６５の眼電位を基準とした右鼻電極６１の眼電位と、眉間電極６５を基準とした左鼻電極６３の眼電位が負となる。
一方、視線が下に移動した場合、眉間電極６５の眼電位を基準とした右鼻電極６１の眼電位と、眉間電極６５の眼電位を基準とした左鼻電極６３の眼電位が正となる。

視線が右に移動した場合、眉間電極６５を基準とした右鼻電極６１の眼電位が負となり、眉間電極６５を基準とした左鼻電極６３の眼電位が正となる。
視線が左に移動した場合、眉間電極６５を基準とした右鼻電極６１の眼電位が正となり、眉間電極６５を基準とした左鼻電極６３の眼電位が負となる。

なお、眉間電極６５の眼電位を基準とした右鼻電極６１の眼電位を検出する代わりに、基準電極を基準とした右鼻電極６１の眼電位から、基準電極を基準とした眉間電極６５の眼電位を減じてもよい。そして同様に、眉間電極６５の眼電位を基準とした左鼻電極６３の眼電位を検出する代わりに、基準電極を基準とした左鼻電極６３の眼電位から、基準電極を基準とした眉間電極６５の眼電位を減じてもよい。基準電極としては、接地電極を用いてよい。

このように、正の検出用眼電位が示された場合には視線が上を向いたことを検出できる。また、負の検出用眼電位が示された場合には視線が下を向いたことを検出できる。
さらに、右鼻電極６１からの眼電位が負、左鼻電極６３からの眼電位が正である場合には視線が右、右鼻電極６１からの眼電位が正、左鼻電極６３からの眼電位が負である場合は視線が左に向いたことを検出できる。

以下、眼鏡１による人体姿勢検出に係る機能について説明する。
図３は、図２に示す処理部７７の姿勢検出に係る機能ブロック図である。
図３に示すように、処理部７７は、例えば、歩数検出部９５１、加速度累積部９５３および姿勢検出部９５５を有する。

処理部７７の各部の機能は、処理回路でプログラムを実行して実現してもよし、少なくとも一部の機能をハードウェアで実現してもよい。

歩数検出部９５１は、加速度センサ７１からの加速度を基に１歩（歩数）を検出し、その検出結果を加速度累積部９５３に出力する。
歩数検出部９５１は、例えば、加速度センサ７１が検出した３軸の加速度の合成値が１Ｇより低くなった後に、１Ｇより高くなったことを条件に１歩を検出する。

加速度累積部９５３は、歩数検出部９５１が検出した１歩の時間内において、加速度センサ７１が検出した加速度を累積して加速度累積値を算出する。
このように、加速度累積部９５３では、１歩単位で加速度を、軸ごとに積分し、その積分値である加速度累積値（簡易姿勢ピッチ角）を算出する。加速度センサ７１が設けられた頭部が体軸を基準としてどちらに傾けているかが、当該加速度累積値を基に特定できる。
なお、歩くと上下運動が生じる。加速度累積部９５３は、所定の軸についての加速度累積知を基、ピッチの他にロールも算出可能である。
加速度累積部９５３は、加速度の方向を基に、加速度センサ７１（頭）がどのように傾いているかを判定できる。

図４は、図１に示す眼鏡１で生成した１軸の簡易姿勢ピッチ角と、従来のジャイロを用いた方法で生成した理想姿勢ピッチ角とを示す図である。図５は、図４に示す１軸の簡易姿勢ピッチ角と理想姿勢ピッチ角との関係を示した図である。
図４および図５に示されるように、加速度累積部９５３が生成した加速度累積値（簡易姿勢ピッチ角）は、ジャイロを用いた理想姿勢ピッチ角と近似している。そのため、人体の姿勢を検出するために、理想姿勢ピッチ角の代わりに、簡易姿勢ピッチ角を用いることができる。

姿勢検出部９５５は、加速度累積部９５３が算出した加速度累積値を基に、加速度センサ７１が設けられた部位の姿勢を検出する。当該姿勢は、体軸からの傾き（ずれ）、すなわちピッチ角である。
姿勢検出部９５５は、上述したように検出した部位（頭）の姿勢から、一歩毎に体の傾きを検出し、歩行姿勢の左右のバランスを特定する。
歩行時の姿勢判定で、体のブレ、傾き等を基に年齢も分かる。例えば、年寄りはブレが少ない。

すなわち、人間は右と左のバランスをくずしながら歩くため、頭の動きをみて、その姿勢を基に健康状態を調べることもできる。歩行時に体軸からのブレが大きいと、そのブレと病気との相関関係がわかる。
本実施形態では、頭に加速度センサ７１を設けた場合を例示したが、足などの人体の他の部位に加速度センサ７１を設けてもよい。

上述した例では、姿勢検出部９５５は、加速度累積部９５３が生成した１歩内の加速度の累積値を用いたが、当該加速度の平均値を用いてもよい。

以下、本発明の実施形態の眼鏡１の動作を説明する。
［加速度検出処理］
図６は、図２に示す処理部７７の加速度検出のフローチャートである。

ステップＳＴ１１：
加速度センサ７１は、所定の時間間隔で、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向のそれぞれの加速度を検出する。

ステップＳＴ１２：
加速度センサ７１は、ステップＳＴ１１で検出した３軸方向の加速度をそれぞれメモリに記憶する。

［簡易姿勢ピッチ角の生成］
図７は、図２に示す眼鏡の処理部の加速度累積値（簡易姿勢ピッチ角）生成処理のフリーチャートである。
図７に示す処理は、例えば、図６に示す処理を完了した後に行われる。

ステップＳＴ２１：
加速度累積部９５３は、加速度累積値を初期化（例えば、０）にする。

ステップＳＴ２２：
加速度累積部９５３は、図６に示すフローによりメモリに書き込んだ加速度を順に読み出し、これを加速度累積値（簡易姿勢ピッチ角）に加算（累積）する。

ステップＳＴ２３：
歩数検出部９５１が、加速度センサ７１からの加速度を基に１歩（歩数）を検出したか否かを判断し、１歩を検出したと判断した場合に、ステップＳＴ２４に進む。歩数検出部９５１は、例えば、加速度センサ７１が検出した３軸の加速度の合成値が１Ｇより低くなった後に、１Ｇより高くなったことを条件に１歩を検出する。

ステップＳＴ２４：
加速度累積部９５３は、最新の加速度累積値を簡易姿勢ピッチ角としてメモリに記憶する。

ステップＳＴ２５：
姿勢検出部９５５は、姿勢検出指示を受けた否かを判断し、姿勢検出指示を受けたと判断した場合にステップＳＴ２６に進み、そうでない場合にステップＳＴ２１に戻る。

ステップＳＴ２６：
姿勢検出部９５５は、メモリから簡易姿勢ピッチ角を読み出し、これを基に、加速度センサ７１が設けられた部位の姿勢を検出する。当該姿勢は、体軸からの傾きである。
姿勢検出部９５５は、上述したように検出した部位（頭）の姿勢から、一歩毎に体の傾きを検出し、歩行姿勢の左右のバランスを特定する。
歩行時の姿勢判定で、体のブレ、傾き等を基に使用者の体調等の様々な情報を取得する。

なお、上述した図７の処理は、３軸の加速度センサ７１の各軸の加速度について個別に行ってもよいし、これらを合成した合成加速度について行ってもよい。

以上説明したように、眼鏡１によれば、図６および図７に示すアルゴリズムで使用者の歩行時の簡易姿勢ピッチ角を生成することで、ジャイロセンサを使用する必要がなくなり、使用者の姿勢を省電力、安価且つ小規模で検出することができる。
また、図４および図５に示すように、眼鏡１によれば、ジャイロセンサを用いた場合に比べて使用者の姿勢の検出精度を大幅に落とすことなく、必要な検出精度を満たすことができる。

また、眼鏡１によれば、収容ボックス５３内に加速度センサ７１、通信部７３、バッテリー７５および処理部７７を収容するため、優れたデザイン性を有すると共に、日常で違和感なく装着できる。

また、眼鏡１によれば、収容ボックス５３内の通信部７３を介して携帯型通信装置等の外部装置に各信号（データ）送信することで、外部装置の高い処理能力及びメモリ容量を用いた高機能な処理を実現できる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

上述した実施形態では、人体の歩行動作から姿勢を検出する場合を例示したが、歩行動作以外の動作を基に姿勢等を検出してもよいし、あるいは人体以外の動作がある対象物の部位の生成を検出してもよい。

また、上述した実施形態では、加速度センサ７１を、テンプル１１のモダン３７側に位置する収容ボックス５３内に設けた場合を例示したが、眼鏡１のその他の箇所に設けてもよい。また、複数の加速度センサを、眼鏡１の異なる位置に設けてもよい。

また、上述した実施形態では、本発明をレンズ２１，２３を備えた眼鏡１に適用した場合を例示したが、レンズが無いアイウェア等に適用してもよい。

本発明は、人体の部位の姿勢を検出する姿勢検出装置に使用可能である。

１…メガネ
１１,１３…テンプル
２１，２３…レンズ
３１，３３…リム
３７，３９…モダン
３５…ブリッジ
４５，４７…丁番
５１，５３…収容ボックス
６１…右鼻電極
６３…左鼻電極
６５…眉間電極
７１…加速度センサ
７３…通信部
７５…バッテリー
７７…処理部
９５１…歩数検出部
９５３…加速度累積部
９５５…姿勢検出部

Claims (9)

1. 予め決められた期間内に、所定の時間間隔で検出された検出対象の部位の移動に応じた複数の加速度を累積する累積手段と、
   前記累積した加速度を基に、前記部位の姿勢を検出する姿勢検出手段と
   を有する姿勢検出装置。
2. 前記累積手段は、複数の方向の前記加速度をそれぞれ前記累積し、
   前記姿勢検出手段は、前記複数の方向について前記累積した加速度を基に、前記所定の部位の姿勢を検出する
   請求項１に記載の姿勢検出装置。
3. 前記姿勢検出手段は、所定の軸に対しての前記部位の傾きを検出する
   請求項１または請求項２に記載の姿勢検出装置。
4. 前記加速度を基に、前記人体の１歩を検出する歩数検出手段
   を有し、
   前記累積手段は、前記１歩の時間を前記予め決められた期間として用いて前記加速度を累積し、
   前記姿勢検出手段は、前記１歩の時間内の前記加速度の累積値を基に、前記人体の体軸に対しての傾きを検出する
   請求項１〜３のいずれかに記載の姿勢検出装置。
5. 前記加速度を検出する加速度検出手段
   をさらに有する請求項１〜４のいずれかに記載の姿勢検出装置。
6. 前記加速度検出手段は、人体の頭部あるいは頭部付近に設けられている
   請求項１〜５のいずれかに記載の姿勢検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の姿勢検出装置を備えた眼鏡型電子機器。
8. 予め決められた期間内に、所定の時間間隔で検出された検出対象の部位の移動に応じた複数の加速度を累積する累積工程と、
   前記累積した加速度を基に、前記部位の姿勢を検出する姿勢検出工程と
   を有する姿勢検出方法。
9. 予め決められた期間内に、所定の時間間隔で検出された検出対象の部位の移動に応じた複数の加速度を累積する累積手順と、
   前記累積した加速度を基に、前記部位の姿勢を検出する姿勢検出手順と
   をコンピュータに実行させるプログラム。
   

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