KR20080104123A - 체동 검출 장치, 체동 검출 방법 및 체동 검출 프로그램 - Google Patents

Abstract

본 발명은 체동 검출 장치, 체동 검출 방법 및 체동 검출 프로그램에 관한 것으로서, 3축 가속도 센서(1)로부터의 사용자의 체동에 따른 가속도 벡터로부터 연직 성분 추출 수단(2)에 의해 연직 성분을 추출하고, 이 연직 성분을 고대역/저대역 분해부(3)에 의해 고대역 성분과 저대역 성분으로 분해한다. 이들을 피크 검출/판정 처리부(4)에서 사용하여, 사용자의 연직 방향의 동작의 피크 위치의 후보를 검출하고, 또한 고대역 성분과 저대역 성분의 에너지 비율에 기초하여, 피크 위치의 후보를 특정하고, 각 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위에 대한 파형 매칭을 행함으로써, 피크 위치를 결정하여, 이에 기초하여 체동을 검출하고, 또한 스텝 위치 해석부(5)에서 체동 피치를 검출한다. 이에 따라, 각종 노이즈의 영향을 받지 않고, 사용자의 연직 방향의 체동을 정확하게 검출하고, 또한 필요에 따라 사용자의 체동 피치도 정확하게 검출할 수 있도록 한다.

Description

체동 검출 장치, 체동 검출 방법 및 체동 검출 프로그램{BODY MOVEMENT DETECTOR, BODY MOVEMENT DETECTION METHOD AND BODY MOVEMENT DETECTION PROGRAM}

본 발명은, 예를 들면, 보수계(步數計) 등 사용자(유저)의 체동(體動)을 검출하여 이용하는 장치, 방법 및 프로그램에 관한 것이다.

자신의 건강 관리 등을 위하여, 보수계를 사용하여 자신의 운동량을 파악하는 것이 널리 행해지고 있다. 종래의 보수계에서는, 정확하게 보수를 카운트하기 위해서는, 그 구조상, 본체의 장착 위치나 장착 방향에 제약이 있는 것이 많았다. 그러나, 최근에는, 사용 편리성를 보다 향상시키기 위하여, 장착 위치나 장착 방향을 자유롭게 설정할 수 있는 체동 검출 장치가 제안되고 있다. 그 중에서도, 다축 가속도 센서를 사용하여 자세 추정을 행하면서, 동일한 센서를 사용하여 체동 검출을 행하는 방법 및 장치가 제안되어 있다. 이것은, 자세의 추정에 각도 센서 등을 사용하는 방법과 비교하여, 염가로 실현할 수 있는 이점이 있다.

예를 들면, 일본국 특개 2004-141669호 공보에는, 검출 방향이 상이한 복수개의 체동 센서에 의해 가속도를 검출하고, 각 센서의 신호 패턴을 해석함으로써 작용 축을 판정/선택하고, 작용 축의 신호 해석에 의해 보행 검출을 행하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본국 특개 2005-140533호 공보에는, 서로 직교하는 2축 또는 3축 가속도 센서를 탑재하고, 각 축의 센서 신호의 합성 벡터로부터 체동의 운동 방향을 추정하고, 추정된 운동 방향의 신호 성분을 해석함으로써 체동을 검출하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 전술한 일본국 특개 2004-141669호 공보에 개시된 방법에서는, 복수개의 센서로부터 측정에 적절한 센서를 작용 축으로서 하나만 선택하므로, 검출되는 사용자의 체동의 방향(운동 방향)과 선정한 작용 축이 일치하지 않는 케이스도 있으므로, 보행 이외의 체동의 영향을 받아 정확한 보수 계측을 할 수 없게 될 가능성이 있는 것으로 여겨진다. 또한, 전술한 일본국 특개 2005-140533호 공보에 개시된 방법에서는, 신호 파형의 성질은 고려되지 않고, 신호의 강도만을 문제로 하고 있기 때문에, 보행 이외의 체동도 카운트할 가능성이 있는 것으로 여겨진다.

여기서, 보행 이외의 체동은, 보행에 따라 사용자의 신체에 발생하는 연직 방향 이외의 움직임을 의미하고, 사용자의 보수를 계측하기 위한 보수계를 사용자의 손에 가지게 하여 수평 방향으로 진동된 경우의 움직임이나, 예를 들면, 사용자의 보수를 계측하기 위한 보수계가 매달린 끈에 의해 사용자의 목에 걸려 있는 경우에 생기는 진자 운동 등, 다양한 움직임을 고려할 수 있다.

그러므로, 보행 이외의 사용자의 체동의 영향을 받지 않고, 보행 시의 사용자의 연직 방향의 체동만을 정확하게 검출하여, 이것을 카운트 가능하도록 하고, 사용자의 보수를 정확하게 계측 가능하도록 하는 것이 요구된다. 또한, 사용자의 체동을 상세하게 분석하면, 정지하고 있는 상태일 경우도 있고, 정지 상태로부터 보행 상태로, 또는 보행 상태로부터 정지 상태로의 과도기 상태도 있다. 또한, 동작 상태라 하더라도 보행(워킹) 상태와 주행(런닝) 상태 등도 상이하다. 그러므로, 사용자의 보행 피치(보행 속도, 또는 단위 시간당의 보수(횟수))를 정확하게 파악할 수 있다면, 사용자의 동작 상태를 정확하게 파악할 수 있고, 보수의 계측을 더 정확하게 행할 수 있는 등 유용하게 된다.

이상의 사항을 고려하여, 본 발명은, 각종 노이즈의 영향을 받지 않고, 사용자의 연직 방향의 체동(동작)을 정확하게 검출할 수 있도록 하고, 또한 필요에 따라 사용자의 체동(동작) 피치도 정확하게 검출하여 이용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1에 기재된 본 발명의 체동 검출 장치는,

사용자의 신체에 장착되는 가속도 센서와,

상기 가속도 센서로부터의 검출 출력으로부터 가속도의 연직 성분을 추출하는 연직 성분 추출 수단과,

상기 연직 성분 추출 수단에 의해 추출된 상기 연직 성분을 고대역 성분과 저대역 성분으로 성분 분해하는 분해 수단과,

상기 분해 수단에 의해 분해된 상기 연직 성분의 상기 저대역 성분에 기초하여, 피크 위치의 후보를 검출하는 검출 수단과,

상기 검출 수단에 의해 검출된 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위에서의 상기 저대역 성분의 에너지와 상기 고대역 성분의 에너지와의 비율이 소정값보다 작은 경우에 상기 피크 위치의 후보를 피크 위치의 후보로서 특정하는 특정 수단과,

상기 특정 수단에 의해 특정된 피크 위치의 후보에 기초하여, 상기 사용자의 체동을 검출하는 체동 검출 수단

을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 청구항 1에 기재된 본 발명의 체동 검출 장치에 의하면, 가속도 센서로부터의 검출 출력으로부터 연직 성분 추출 수단에 의해 사용자의 체동의 연직 성분이 추출된다. 이 추출된 연직 성분은, 분해 수단에 의해 고대역 성분과 저대역 성분으로 분해된다. 분해되어 얻어진 저대역 성분은 사용자의 체동에 따른 성분을 포함하며, 검출 수단에 의해 사용되어 체동의 피크 위치의 후보가 검출된다.

그리고, 검출된 각 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위마다, 저대역 성분의 에너지에 대한 고대역 성분의 에너지 비율을 구한다. 고대역 성분에는 노이즈가 혼입되기 쉽다. 그러므로, 저대역 성분의 에너지에 대한 고대역 성분의 에너지 비율이 소정값보다 작은 경우에는, 이 소정 범위의 피크 위치의 후보를 피크 위치로 하여 특정하지만, 반대로, 저대역 성분의 에너지에 대한 고대역 성분의 에너지 비율이 소정값보다 큰 경우에는, 이 소정 범위의 피크 위치의 후보는, 피크 위치의 후보로부터는 제외된다. 이와 같이 하여 특정된 피크 위치의 후보에 기초하여, 체동 검출 수단에 의해 사용자의 체동이 검출된다.

이에 따라, 노이즈 등의 영향을 받지 않고, 사용자의 연직 방향의 체동을 양호한 정밀도로 검출할 수 있게 된다.

또한, 본 출원의 청구항 2에 기재된 본 발명의 체동 검출 장치는, 청구항 1에 기재된 체동 검출 장치로서,

상기 특정 수단에 의해 특정된 각 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위에 대하여, 비교 대상의 범위를 정하여 파형을 비교하고, 일치한 경우에 그 피크 위치의 후보를 피크 위치로 하여 결정하는 결정 수단을 구비하고,

상기 체동 검출 수단은, 상기 결정 수단에 의해 결정된 피크 위치에 기초하여, 사용자의 체동을 검출하는 것을 특징으로 한다.

이 청구항 2에 기재된 본 발명의 체동 검출 장치에 의하면, 특정 수단에 의해 특정된 각 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 구간에 대하여, 페어(pair)가 되는 구간을 정하여 파형을 비교하고, 양 구간의 파형이 일치한 경우에는, 비교원(比較元)의 피크 위치의 후보를 피크 위치로 하여 결정하고, 일치하지 않는 경우에는 피크 위치로부터 제외한다.

이에 따라, 노이즈가 혼입됨으로써 우연히 피크가 생긴 경우를 제거하여, 진정한 사용자의 연직 방향의 체동에 따라 피크 위치만을 추출 및 특정하여, 사용자의 체동을 정확하게 검출할 수 있게 된다.

또한, 청구항 3에 기재된 본 발명의 체동 검출 장치는, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 체동 검출 장치로서,

상기 특정 수단에 의해 특정된 복수개의 피크 위치의 후보로 이루어지는 시계열 패턴에 대하여, 또는 상기 결정 수단에 의해 결정된 복수개의 피크 위치로 이루어지는 시계열 패턴에 대하여 해석함으로써, 스텝 간격을 추정하는 간격 추정 수단과,

상기 간격 추정 수단에서 추정된 상기 스텝 간격에 기초하여, 적어도 「정지」, 「보행/주행」, 「부정(不定)」의 3가지 상태를 사용자의 동작 상태로서 판별하는 판별 수단

을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 청구항 3에 기재된 본 발명의 체동 검출 장치에 의하면, 간격 추정 수단에 의해, 특정 수단에 의해 특정된 피크 위치의 후보의 스텝 간격(특정된 피크 위치의 후보 사이의 간격), 또는 결정 수단에 의해 결정된 피크 위치의 스텝 간격(결정된 피크 위치 사이의 간격)이 추정되고, 이 추정된 스텝 간격에 기초하여, 사용자의 동작 상태가, 「정지」상태에 있는지, 「보행/주행」상태에 있는지, 「부정」상태에 있는지가 판정 수단에 의해 판정된다.

이에 따라, 사용자의 동작 상태를 정확하게 파악하고, 사용자의 동작 상태에 따른 기기 제어가 가능하게 되고, 또한 사용자가 「보행/주행」상태에 있는 경우에는, 그 스텝 간격을 정확하게 파악하는 것도 가능하게 된다.

또한, 청구항 11에 기재된 본 발명의 체동 검출 장치는, 청구항 1에 기재된 체동 검출 장치로서,

상기 가속도 센서의 축은 다축이며,

상기 연직 성분 추출 수단은, 다축 가속도 센서로부터의 검출 출력인 가속도 벡터로부터 중력 가속도 벡터를 산출하고, 상기 다축 가속도 센서로부터의 상기 가속도 벡터와 산출된 상기 중력 가속도 벡터를 사용하여 연산에 의해 가속도의 연직 성분을 추출하는 것을 특징으로 한다.

이 청구항 11에 기재된 본 발명의 체동 검출 장치에 의하면, 연직 성분 추출 수단은, 다축 가속도 센서로부터의 검출 출력(가속도 벡터)으로부터 중력 가속도 벡터를 산출하고, 다축 가속도 센서로부터의 검출 출력과 산출된 중력 가속도 벡터를 사용한 연산에 의해, 가속도의 연직 성분을 추출한다.

이에 따라, 다축 가속도 센서가 사용자의 신체에 어떠한 태양으로 장착되어 있다 하더라도, 그 검출 출력(가속도 벡터)의 연직 성분을 논리적이면서도, 또한 정확하게 추출하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 실시예의 체동 검출 장치의 기본적인 구성에 대하여 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는 3축 가속도 센서를 사용한 경우의, 가속도 벡터 an, 중력 가속도 벡터 g, 가속도 벡터 an의 연직 성분 vn에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 3축 가속도 센서를 사용한 경우의, 중력 가속도 벡터 g의 편각을 고려하여 가속도 벡터 an의 연직 성분 vn을 구하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 3축 가속도 센서를 사용한 경우의, 가속도 벡터 an의 수평 성분 hn을 구하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 2축 가속도 센서를 사용한 경우의, 가속도 벡터 an, 중력 가속도 벡터 g, 가속도 벡터 an의 연직 성분 vn에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 가속도 데이터(A), 가속도 벡터의 길이(B), 연직 성분(C), 수평 성 분(D)의 그래프의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 실시예의 체동 검출 장치를 사용자의 허리부에 장착하여 사용한 경우에 검출되는 가속도 신호의 그래프를 나타낸 도면이다.

도 8은 실시예의 체동 검출 장치를 사용자의 바지의 포켓에 넣어 사용한 경우에 검출되는 가속도 신호의 그래프를 나타낸 도면이다.

도 9는 에너지 비율 d를 구하기 위한 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 10은 다축 가속도 센서(1)에 의해 검출되는 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)의 저대역 성분 xl(n)에도 불규칙한 신호가 혼입한 경우의 그래프를 나타낸 도면이다.

도 11은 사용자의 동작 상태의 천이를 설명하기 위한 도면이다.

도 12는 도 1에 나타낸 체동 검출 장치에서 가속도 센서(1)로부터의 검출 출력으로부터 스텝 검출(피크 위치의 결정)을 한 경우의 파형을 나타낸 도면이다.

도 13은 기준 피치 Ps의 산출식의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 14는 「보행/주행」상태에서, 피크 위치의 검출 누락이 생긴 경우의 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 15는 본 발명의 일실시예가 적용된 보수계를 설명하기 위한 블록도이다.

도 16은 연직 성분 추출 처리를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 17은 피크 위치의 후보의 검출 및 특정 처리를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 18은 피크 위치의 후보로서 특정된 것 중에서 피크 위치를 결정하고, 이 에 기초하여, 사용자의 보수를 계수하는 처리를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 19는 주로 선두 부근의 카운트 누락을 방지하는 처리를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 20은 체동 종류별의 추정 처리와 보수 카운트 처리를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 21은 도 20에 이어서 계속되는 흐름도이다.

도 22는 본 발명의 일실시예가 적용된 음향 재생 장치(200)를 설명하기 위한 블록도이다.

도 23은 사용자의 동작 상태에 따라 적절한 플레이리스트를 선택하는 경우의 처리에 대하여 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 의한 장치, 방법 및 프로그램의 일실시예에 대하여 설명한다.

[체동 검출 장치의 기본 구성에 대하여]

도 1은, 본 실시예의 체동 검출 장치의 기본적인 구성에 대하여 설명하기 위한 블록도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 체동 검출 장치는, 가속도 센서(1)와, 연직 성분 추출부(2)와, 고대역/저대역 분해부(3)와, 피크 검출/판정 처리부(4)와, 스텝 위치 해석부(5)로 이루어진다.

본 실시예의 체동 검출 장치는, 사용자의 신체에 장착되어 사용된다. 가속도 센서(1)는, 일정한 타이밍마다 사용자의 체동에 따른 가속도를 검출하고, 이 검 출 출력을 연직 성분 추출부(2)에 공급한다. 연직 성분 추출부(2)는, 가속도 센서(1)로부터의 검출 출력으로부터, 사용자가 보행이나 주행 운동을 행한 경우의 연직 방향의 체동에 따른 성분을 포함하는 가속도 벡터의 연직 성분을 추출하고, 이것을 고대역/저대역 분해부(3)에 공급한다. 그리고, 가속도 센서(1)에서 검출된 가속도 벡터의 아날로그/디지털(A/D) 변환은, 가속도 센서(1) 측에서 행해도 되고, 연직 성분 추출부(2) 측에서 행해도 되고, 또는 가속도 센서(1)와 연직 성분 추출부(2) 사이에서 행하도록 해도 된다.

고대역/저대역 분해부(3)는, 연직 성분 추출부(2)로부터의 가속도 벡터의 연직 성분을, 노이즈가 혼입되기 쉬운 고대역 성분과, 사용자의 연직 방향의 체동에 따른 성분을 포함하는 저대역 성분으로 분해하고, 그 각각을 피크 검출/판정 처리부(4)에 공급한다. 피크 검출/판정 처리부(4)는, 고대역/저대역 분해부로부터의 가속도 벡터의 연직 성분의 고대역 성분과 저대역 성분의 공급을 받아, 피크 검출과 검출된 피크에 기초한 체동 검출을 행하는 부분이다.

즉, 피크 검출/판정 처리부(4)는, 고대역/저대역 분해부(3)로부터 공급된 가속도 벡터의 연직 성분 중 저대역 성분에 기초하여, 피크 위치의 후보를 검출하고, 상기 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위에서의 저대역 성분의 에너지에 대한 고대역 성분의 에너지 비율이 사전에 결정된 값보다 작은 경우에, 상기 피크 위치를 연직 성분의 피크 위치의 후보로서 특정한다.

이와 같이, 저대역 성분의 에너지에 대한 고대역 성분의 에너지 비율을 사용하는 것은, 후술하는 바와 같이, 고대역 성분에는 노이즈가 혼입되기 쉽고, 노이즈 의 혼입에 의해 발생한 피크를 제거하기 위해서이다. 이와 같이 하여 특정된 피크 위치의 후보에 기초하여, 사용자의 연직 방향의 체동을 비교적 양호한 정밀도로 검출할 수 있다. 그러나, 보다 양호한 정밀도로 사용자의 연직 방향의 체동을 검출할 수 있도록 하기 위하여, 본 실시예의 체동 검출 장치의 피크 검출/판정 처리부(4)는, 파형 매칭 처리도 행하도록 하고 있다.

즉, 피크 검출/판정 처리부(4)는, 특정한 각 피크 위치의 후보마다, 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위를 설정하고, 이 설정된 소정 범위마다의 파형을 대상으로 하여 다른 소정 범위의 파형과의 매칭을 행하고, 매칭되었을 경우에 비교 대상의 파형에 포함되는 피크 위치의 후보를 피크 위치로 하여 결정한다. 이와 같이 매칭을 행하는 것은, 사용자의 보행이나 주행 등 주기적인 운동을 확실하게 검출하기 위해서이며, 상이한 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 구간끼리의 파형이 유사하면, 피크 위치의 후보가 주기적으로 발생하고 있는 것으로 판별할 수 있기 때문이다.

이와 같이 하여 결정된 피크 위치는, 사용자의 연직 방향의 체동에 따라 생긴 것이 분명하기 때문에, 결정된 피크 위치에 따라서, 사용자의 연직 방향의 체동을 양호한 정밀도로 검출할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예의 체동 검출 장치에서는, 스텝 위치 해석부(5)가 설치되어 있다.

이 스텝 위치 해석부(5)는, 피크 검출/판정 처리부(4)에서 결정된 피크 위치를 나타내는 정보를 제공받아 이것을 해석하고, 사용자의 보행이나 주행의 체동 피치(보행이나 주행의 템포)를 검출할 수 있도록 하고 있다. 그리고, 상세하게는 후 술 하지만, 검출된 사용자의 체동 피치에 따라 상이한 제어를 행하거나 하는 것이 가능하게 하고 있다.

그리고, 「피치」라는 문언은, 같은 것을 반복하거나, 또는 일정한 간격으로 행하거나 하는 경우에, 그 속도나 횟수를 의미한다. 따라서, 「체동 피치」라는 문언은, 체동의 속도나 횟수를 의미하고, 체동이 보행 일 때는, 보행의 빠르기(보행 속도) 또는 단위 시간당 보수를 의미한다.

그리고, 본 명세서에서는, 「피치」와 같은 의미의 문언으로서 「템포」라는 문언을 사용하는 경우도 있다. 「템포」라는 문언은, 본래, 악곡의 연주 시에 보면에 지정된 속도(악곡 진행의 속도)를 의미하는 것이다. 따라서, 악곡의 「재생 템포」라고 했을 때는, 음악 데이터의 재생 시의 속도이며, 1분간의 박(拍)의 수(BPM: Beat Per Minutes)를 의미한다.

또한, 사용자의 「체동 템포(동작 템포)」라고 했을 때는, 체동(동작)의 속도로서, 예를 들면, 사용자의 체동(동작)이 보행(워킹)이나 주행(런닝) 등의 경우에는, 1분간의 보수이며, 또한, 동작이 점프의 경우에는, 1분간의 점프의 횟수처럼, 1분간의 사용자의 계수 가능한 최소 동작의 단위(1개의 동작(체동))의 개수를 의미한다. 이와 같이, 사용자의 체동(동작)에 대하여 사용하는 「피치」라는 문언과 「템포」라는 문언은, 본 명세서에는 거의 같은 의미의 문언으로서 사용한다.

[체동 검출 장치의 각 부의 기능 및 동작에 대하여]

이하에, 본 실시예의 체동 검출 장치를 구성하는 각 부마다의 기능이나 동작에 대하여, 보다 상세하게 설명한다.

[가속도 센서(1)에 대하여]

먼저, 가속도 센서(1)에 대하여 설명한다. 본 발명의 체동 검출 장치는, 사용자의 신체에 장착되는 가속도 센서(1)로부터의 검출 출력에 기초하여, 사용자의 보행이나 주행에 따른 연직 방향의 체동을 정확하게 검출할 수 있다. 가속도 센서(1)로서는, 1축(단축) 가속도 센서나, 2축이나 3축 등 다축 가속도 센서를 사용할 수 있다.

가속도 센서(1)로서 1축 가속도 센서를 사용한 경우에는, 사용자의 연직 방향의 체동을 검출할 수 있도록 하기 위하여, 장착 위치나 장착 방향에 대하여 어느 정도 제약을 받는다. 예를 들면, 팔이나 다리 등에 1축 가속도 센서를 장착한 경우에는, 팔이나 다리의 모습의 영향을 받는 것이 고려되는 등, 장착하는 위치에 따라서, 연직 방향 이외의 영향을 받을 가능성이 있다.

그러므로, 가속도 센서(1)로서 1축 가속도 센서를 사용하는 경우에는, 사용자의 보행 및 주행에 따른 연직 방향의 체동을 가능한 정확하게 검출할 수 있도록 하기 위하여, 예를 들면, 사용자의 허리부에, 가속도의 검출 방향이 연직 방향이 되도록 상기 1축 가속도 센서를 장착해야만 하는 제약이 있다. 그러나, 이와 같은 제약을 준수한 경우에는, 1축 가속도 센서로부터의 검출 출력은 가속도의 연직 성분으로서 사용할 수 있다. 이 경우, 1축 가속도 센서 자체가 연직 성분 추출부(2)로서의 기능을 가지게 된다.

이에 비해, 가속도 센서(1)로서 서로 직교하는 축에 의해 구성되는 2축이나 3축 가속도 센서를 사용함으로써, 가속도 센서(1)의 장착 위치나 장착 방향으로 유 연성을 가지게 할 수 있게 된다. 그러나, 가속도 센서(1)로서 다축 가속도 센서를 사용하는 경우에는, 다축 검출 출력으로부터 연직 성분을 추출할 필요가 있다. 본 실시예의 체동 검출 장치에서, 가속도 센서(1)는, 예를 들면 3축 가속도 센서가 사용되고 있다. 그러므로, 가속도 센서(1)의 후단에 연직 성분 추출부(2)를 설치하고 있다.

[연직 성분 추출부(2)에 대하여]

연직 성분 추출부(2)는, (가) 다축 가속도 센서(1)로부터의 검출 출력을 사용하여, 그 중력장에서의 중력 가속도 벡터를 추정하고, (나) 이 중력 가속도 벡터의 추정 결과에 기초하여, 같은 가속도 센서(1)의 검출 출력으로부터 연직 방향의 신호 성분을 추출하는 처리를 행한다.

이와 같이, 다축 가속도 센서(1)로부터의 모든 축에 대한 검출 출력을 종합적으로 사용하여, 연직 성분을 추출함으로써, 작용 축을 추정할 필요가 없고, 사용자에 대한 가속도 센서(1)의 장착 위치나 장착 방향에 좌우되지 않고, 사용자의 연직 방향의 운동을 정확하게 검출할 수 있도록 하고 있다.

여기서, 가속도 센서(1)로서 3축 가속도 센서를 사용하는 경우에 대하여 구체적으로 설명한다. 가속도 센서(1)를 X축, Y축 및 Z축의 3축으로 하고, 가속도 센서(1)로부터 얻어지는 어떤 시점 n의 가속도 벡터 an을 도 2의 (1-1)식에 나타낸 바와 같이, axn(X축 성분), ayn(Y축 성분), azn(Z축 성분)으로 나타내기로 한다. 도 2의 (1-1)식에 나타낸 가속도 벡터(가속도 벡터의 데이터 계열) an으로부터 중력 가속도 벡터 g의 추정을 행하고, 또한 체동 검출도 행하도록 한다.

구체적으로는, 중력 가속도 벡터 g의 추정은, 보다 간편하게는 가속도 벡터 an의 각 축의 이동 평균값을 산출하고, 그 평균 벡터를 중력 가속도 벡터 g로 하는 방법이 있다. 이 경우, 체동에 의한 신호 성분의 영향을 작게 하기 위하여, 충분히 긴 구간에서 이동 평균의 계산을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 가속도 벡터 an의 각 축의 값을, 최소 자승법 등을 사용하여 해석하여, 중력 가속도 벡터 g의 산출을 행하도록 하는 방법을 이용하도록 해도 된다.

가속도 벡터 an을 사용하여 중력 가속도 벡터 g를 추정한 결과를, 도 2의 (1-2)식에 나타낸 바와 같이, gx(X축 성분), gy(Y축 성분) 및 gz(Z축 성분)로 나타내기로 한다. 이 경우, 가속도 벡터 an의 연직 성분 vn은, 도 2의 (1-3)식에 나타낸 연산에 의해 구할 수 있다. 즉, 가속도 벡터 an의 연직 성분 vn은, 도 2의 (1-3)식에 나타낸 바와 같이, 중력 가속도 벡터 g의 내적과 가속도 벡터 an의 적(積)을 중력 가속도 벡터 g의 절대값(크기)으로 나눗셈함으로써 구할 수 있다.

이와 같이, 3축 가속도 센서(1)에 의해 검출되는 가속도 벡터 an과 상기 가속도 벡터로부터 구해지는 중력 가속도 벡터 g로부터, 연직 성분 vn을 연산에 의해 정확하게 구할 수 있다. 즉, 3축 가속도 센서(1)로부터의 검출 출력을 종합적으로 사용하고, 그 중에서 연직 성분만을 수치계산에 의해 분리함으로써, 사용자의 연직 방향의 체동을 정확하게 검출할 수 있다는 착상에 기초하여, 본 발명이 이루어지고 있다.

또한, 중력 가속도 벡터 g의 3차원 공간에서의 편각을 구한 후에, 가속도 벡터 an을 회전시킴으로써도 마찬가지의 계산을 할 수 있다. 즉, 중력 가속도 벡터 g에 대한 편각 θ 및 편각 φ를 도 3의 (2-1)식 및 (2-2)식에 나타낼 때, 도 3의 (2-3)식에 의해 계산되는 a'xn은 가속도 벡터 an의 연직 성분이며, a'xn은 연직 성분 vn과 일치한다. 또한, 벡터 a'yn과 벡터 a'zn의 내적은, 중력 가속도 벡터 g를 법선 벡터로 하는 평면으로의 가속도 벡터 an의 정사영이다.

즉, 3축 가속도 센서(1)로부터의 검출 출력에 의해 얻어지는 가속도 벡터 an을 연직 성분과 수평 성분으로 성분 분해할 수 있으므로, 연직 성분뿐만 아니라, 수평 성분을 해석함으로써 수평 방향의 체동도 검출할 수 있다. 구체적으로는, 수평 벡터의 길이 hn은, 도 4의 (3-1)식이나 도 4의 (3-2)식에 의해 구할 수 있다.

이와 같이, 중력 가속도 벡터의 편각을 고려한 연산식을 이용하는 경우에는, 사용자의 연직 방향의 체동과 수평 방향의 체동을, 비교적 간단하면서도, 정확하게 구할 수 있다.

그리고, 여기서는 3축 가속도 센서(1)를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 기본적인 컨셉은, 2축 가속도 센서를 사용하는 경우에도 3축 가속도 센서를 사용하는 경우와 마찬가지로 하여 적용할 수 있다.

즉, 2축 가속도 센서에 의해 검출되는 가속도 벡터 an과 중력 가속도 벡터 g를, 도 5의 (4-1)식(가속도 벡터), 도 5의 (4-2)식(중력 가속도 벡터)처럼 나타내기로 하면, 3축 가속도 센서를 사용하는 경우와 마찬가지로, 도 2의 (1-3)식에 따라 연직 성분을 계산할 수 있다.

또한, 중력 가속도 벡터 g의 편각 θ를, 도 5의 (4-3)식에 나타낸 바와 같이 나타내기로 하면, 도 5의 (4-4)식에 따라, 가속도 벡터 an에 대하여, 그 연직 성분 a'xn과 이에 직교하는 수평 성분 a'yn으로 성분 분해할 수 있고, a'xn과 연직 성분 vn은 일치한다.

이와 같이, 도 5에 나타낸 각 식, 및 도 2에 나타낸 (1-3)식에 의해, 2축 가속도 센서를 사용한 경우라 하더라도, 사용자의 연직 방향의 체동을 정확하게 검출할 수 있고, 또한, 중력 가속도 벡터 g의 편각 θ를 고려한 경우에는, 사용자의 수평 방향의 체동도 정확하게 검출하는 것이 가능하게 된다.

도 6은, 사용자에 장착한 3축 가속도 센서에 의해, 상기 사용자가 보행 등 운동을 행하고 있는 경우에, 샘플링 주파수 50Hz로 4초간, 가속도 데이터를 취득한 경우에, 이 취득한 가속도 데이터와, 이것을 전술한 본 발명의 기본적인 컨셉에 따라 성분 분해한 경우에 얻어지는 데이터를 그래프화하여 나타낸 것이다. 도 6에서, 가로 축은 시간(㎳), 세로축은 중력 가속도(G)이다. 또한, 후술하는 도 7, 도 8, 도 10, 도 12 및 도 14에서도, 가로 축은 시간(㎳), 세로 축은 중력 가속도(G)이다.

즉, 도 6의 A는, 3축 가속도 센서로부터의 가속도 데이터의 그래프이며, 도 6의 B는, 3축 가속도 데이터로부터 계산한 가속도 벡터의 길이(크기)의 그래프이며, 도 6의 C는, 도 2∼도 4를 사용하여 설명한 방법에 의해, 3축 가속도 데이터로부터 계산하여 얻어진 연직 성분의 그래프이다. 또한, 도 6의 D는, 도 2∼도 4를 사용하여 설명한 방법에 의해, 3축 가속도 데이터로부터 계산하여 얻어진 수평 성분의 그래프이다.

그리고, 도 6에 나타낸 그래프는, 가속도 데이터의 검출 시에, 사용자는 주로 연직 방향의 운동을 행하고 있었지만, 약 80 샘플째, 약 100 샘플째 및 170 샘플째에 수평 방향의 운동이 발생하며, 이것이 노이즈 성분으로서 존재하고 있는 경우를 나타내고 있다.

그러나, 노이즈 성분은 수평 성분에 존재하는 것이므로, 본 발명의 기본적인 컨셉에 따라, 가속도 데이터(가속도 벡터)를 연직 성분(도 6의 C)과 수평 성분(도 6의 D)으로 성분 분해하면, 연직 성분으로부터는 수평 성분의 노이즈를 제거할 수 있으므로, 사용자의 연직 방향의 체동을 정확하게 검출할 수 있는 것을 알 수 있다. 물론, 수평 성분으로부터는 연직 성분의 노이즈를 제거할 수 있으므로, 사용자의 수평 방향의 체동을 정확하게 검출할 수 있다. 즉, 성분 분해함으로써, 노이즈의 저감 효과가 있다.

그리고, 여기서는, 연산에 의해 가속도 벡터의 연직 성분을 추출하도록 했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 각각의 축의 가속도 벡터의 길이(크기)를 연산에 의해 구하여, 가장 길이가 긴 가속도 벡터를 사용자의 체동을 가장 반영한 가속도 벡터의 연직 성분으로서 사용하도록 하거나, 또는 사용자의 체동을 가장 반영하고 있는 것으로 추측되는 축의 검출 출력(가속도 벡터)을 연직 성분으로서 사용하거나 해도 된다.

그러나, 가속도 벡터의 길이에 따라 연직 성분을 특정하거나, 또는 연직 성분에 따른 축을 추정하거나 하는 경우에는, 다축 가속도 센서(1)의 사용자에 대한 장착 위치나 장착 방향이 어느 정도 제한되는 경우도 있다. 그러나, 연산에 의해 가속도 벡터의 연직 성분을 추출하도록 한 경우에는, 전술한 바와 같이, 다축 가속도 센서(1)의 사용자에 대한 장착 위치나 장착 방향의 제약을 받지 않기 때문에, 체동 검출 장치의 사용자에 대한 장착 자유도를 향상시킬 수 있다.

[고대역/저대역 분해부(3)에 대하여]

다음에, 고대역/저대역 분해부(3)의 기능 및 동작에 대하여 설명한다. 전술한 바와 같이, 연직 성분 추출부(2)에서 추출된 연직 성분 vn을 함수 x(n)으로 나타내기로 한다. 연직 성분 추출부(2)로부터의 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)은, 고대역/저대역 분해부(3)에 공급된다. 고대역/저대역 분해부(3)는, 예를 들면, LPF(Low Pass Filter)로 구성되고, 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)을 대역 분할하고, 고대역 성분 xh(n)과 저대역 성분 xl(n)으로 분리한다.

이 때, 고대역/저대역 분해부(3)의 LPF로서의 특성으로서는, 보행이나 주행에 의한 가속도의 주요 성분이 포함된 2Hz∼4Hz가 통과 대역으로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 연직 성분 x(n)과 고대역 성분 xh(n) 및 저대역 성분 xl(n)의 위상은 맞추어져 있는 것이 바람직하다.

이와 같이, 연직 성분 x(n)에 대하여, 고대역 성분 xh(n)와 저대역 성분 xl(n)으로 분리하는 것은, 전술한 바와 같이, 저대역 성분 xl(n)에는 사용자의 연직 방향의 체동에 따라 변화하는 성분이 많이 포함되고, 고대역 성분 xh(n)에는 노이즈 성분이 혼입되기 쉽기 때문이다. 이와 같이 하여 고대역/저대역 분해부(3)에서 분해된 고대역 성분 xh(n)과 저대역 성분 xl(n)은, 피크 검출/판정 처리부(4)에 공급된다.

[피크 검출/판정 처리부(4)의 기능과 동작에 대하여]

피크 검출/판정 처리부(4)는, 전술한 바와 같이, 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)의 저대역 성분 xl(n)에 기초하여, 피크 위치의 후보를 검출하고, 또한 이 피크 위치의 후보를 기준으로 사용한 소정 범위마다 저대역 성분의 에너지와 고대역 성분의 에너지의 성분비에 기초하여, 피크 위치의 후보를 특정한다.

이와 같이, 저대역 성분의 에너지와 고대역 성분의 에너지의 성분비를 사용하는 이유에 대하여 설명한다. 도 7 및 도 8은, 본 실시예의 체동 검출 장치를 사용자의 상이한 부위에 장착한 경우에 검출되는 각 대역의 가속도 신호의 그래프를 나타낸 도면이다. 구체적으로는, 도 7은, 본 실시예의 체동 검출 장치를 사용자의 허리부에 고정하여 장착하여 사용한 경우에 검출되는 가속도 신호의 그래프를 나타낸 도면이며, 도 8은, 본 실시예의 체동 검출 장치를 사용자의 바지의 포켓에 넣어서 사용한 경우에 검출되는 가속도 신호의 그래프를 나타낸 도면이다.

도 7과 도 8은 모두, 사용자의 보행 시에 3축 가속도 센서(1)에서 검출된 가속도 신호를 50Hz로 샘플링함으로써 계측한 것이다. 또한, 도 7과 도 8 모두 최상단(도 7의 A, 도 8의 A)의 그래프가 3축 가속도 벡터로부터 추출된 연직 성분, 즉 x(n)이며, 중단(도 7의 B, 도 8의 B)에 나타낸 그래프가 연직 성분 x(n) 중의 저대역 성분 xl(n)이며, 최하단(도 7의 C, 도 8의 C)의 그래프가 연직 성분 x(n)의 고대역 성분 xh(n)이다.

그리고, 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 체동 검출 장치를 사용자의 허리부에 장착한 경우의 3축 가속도 센서(1)의 검출 출력에서는, 중단에 나타낸 저 대역 성분 xl(n)에 주기적인 변화가 집중하고, 최하단에 나타낸 고대역 성분 xh(n)에는 주기적인 변화는 거의 없으므로, 대부분 보행에 의한 상하 이동에 대응하는 성분만이 가속도 신호로서 계측되고 있는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 실시예의 체동 검출 장치를 사용자의 허리부에 장착하여 사용하도록 한 경우에는, 사용자의 연직 방향의 체동에 따른 성분만을 효율적으로 계측할 수 있으므로, 연직 성분 x(n)의 저대역 성분 xl(n)의 파형을 임계값 판정 또는 피크 검출함으로써 보행이나 주행 등의 체동을 검출할 수 있고, 이것을 카운트 처리하면, 정확하게 보수를 카운트(계수)할 수 있는 보수계를 실현할 수 있다.

이와는 대칭적으로, 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 체동 검출 장치를 사용자의 포켓에 넣어 사용하도록 한 경우의 3축 가속도 센서(1)의 검출 출력에서는, 보행에 따른 주기적인 상하 이동 이외의 진동 성분(노이즈 성분)이, 중단에 나타낸 저대역 성분 xl(n)에도, 또한, 최하단에 나타낸 고대역 성분 xh(n)에도 나타나고 있으며, 특히, 최하단에 나타낸 고대역 성분 xh(n)에 많이 나타나고 있다. 따라서, 저대역 성분에 대하여 임계값 판정이나 피크 검출을 행하더라도, 보행 이외의 노이즈 성분을 보행에 따른 체동으로서 오검출하게 될 가능성이 매우 높아진다.

그런데, 도 8에서, 구간 A, 구간 B 및 구간 C에 나타낸 바와 같이, 중단에 나타낸 저대역 성분의 그래프에서, 진폭이 1G를 밑돌고 있는 구간(영역)을 단락지을 경우, 주기적인 운동인 보행에 의한 상하 이동에 대응하는 파형은, 구간 A의 파형과 구간 B의 파형이며, 구간 C의 파형은 주기적인 것이 아니라, 보행 이외의 진 동, 즉 노이즈 성분이다. 그리고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 구간 A 및 구간 B에서는 고대역 성분이 약한데 비해, 구간 C에서는 고대역 성분이 강하다.

이와 같이, 주기적인 운동인 보행에 의한 사용자의 몸의 상하 이동에 따른 성분은, 저대역 성분 xl(n)에 현저하게 나타나고, 노이즈 성분은 고대역 성분 xh(n)에 현저하게 나타난다. 그래서, 피크 위치의 후보로서 검출된 각각의 피크 위치의 후보마다, 피크 위치의 후보 전후에 사전에 결정된 시간 폭을 가지는 소정 영역을 정한다.

예를 들면, 피크 위치의 후보의 전(前) M 샘플 구간과 후(後) M 샘플 구간(M은 1이상의 정수)처럼 소정 범위를 정하면 된다. 그리고, 도 7 및 도 8에서는, 비교적 노이즈의 영향을 쉽게 받지않는 극소값을 피크값으로서 검출하고, 이에 대응하는 피크 위치를 피크 위치의 후보로서 특정하도록 하고 있다.

이와 같이 하여 정한 피크 위치의 후보를 포함하는 각 소정 영역에서, 저대역 성분 xl(n)의 에너지와 고대역 성분 xh(n)의 에너지의 에너지 비율 d를 구한다. 도 9는, 에너지 비율 d를 구하기 위한 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다. 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)의 고대역 성분 xh(n)의 에너지 eh는, 도 9의 (5-1)식에 의해 구할 수 있다. 또한, 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)의 저대역 성분 xl(n)의 에너지 el은, 도 9의 (5-2)식에 의해 구할 수 있다.

그리고, 도 9의 (5-1)식과 (5-2)식에서, n1은 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 영역의 개시 위치를 나타내고, n2는 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 영역의 종료 위치를 나타내고 있다. 그리고, 저대역 성분 xl(n)의 에너지와 고대역 성 분 xh(n)의 에너지의 에너지 비율 d는, 도 9의 (5-3)식에 의해 구할 수 있다.

이와 같이 하여 구한 에너지 비율 d가, 사전에 결정된 임계값 D보다 작은 경우에, 상기 소정 영역에 포함되는 피크 위치의 후보로서 검출된 위치를 피크 위치의 후보로서 특정한다. 즉, 피크 위치의 후보로서 특정된 위치는, 사용자의 보행 운동 또는 주행 운동에 따라 피크가 된 것으로 판단하고, 이 피크 위치의 후보를 카운트함으로써, 보행이나 주행을 행한 사용자의 보수를 정확하게 카운트할 수 있다. 즉, 어떤 임계값 D를 정한 후, 에너지 비율 d < 임계값 D일 때 한해서 보행 또는 주행으로 판정함으로써, 보행이나 주행 이외의 진동 성분의 영향을 배제할 수 있다.

그러나, 전술한 바와 같이, 보행이나 주행인 사용자의 체동에 따른 변화를 검출하기 위하여, 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)의 저대역 성분 xl(n)에 기초하여, 피크 위치의 후보를 검출하고, 저대역 성분 xl(n)의 에너지 el과 고대역 성분 xh(n)의 에너지 eh와의 에너지 비율 d를 고려하여 피크 위치의 후보를 특정하도록 하더라도, 여전히 오판정을 하는 경우가 있을 것으로 생각된다.

도 10은, 보행이나 주행인 사용자의 주기적인 체동 이외의 영향에 의해, 다축 가속도 센서(1)에 의해 검출되는 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)의 저대역 성분 xl(n)에도 불규칙한 신호가 혼입된 경우의 그래프(불규칙 파형)를 나타낸 도면이다. 예를 들면, 넘어지거나 체동 검출 장치를 떨어뜨리거나, 혹은 사용자가 점프하는 등, 보행이나 주행 이외의 불규칙한 동작이 발생한 경우에는, 도 10의 중단의 저대역 성분 xl(n)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 보행이나 주행 이외의 불규칙한 체동 성분이 혼입되는 경우가 있다.

이와 같이, 보행이나 주행 이외의 불규칙한 체동 성분이, 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)의 저대역 성분 xl(n)에 혼입되어 있을 경우에는, 이것을 주기적인 운동인 보행이나 주행에 따른 체동으로 오판정할 경우가 있으리라 생각된다. 그래서, 어느 구간에서 신호 파형이 유사한지의 여부를 비교하여, 파형이 비슷하면 보행이나 주행인 것으로 판정하도록 한다.

예를 들면, 보행이나 주행 이외의 불규칙한 동작이 발생한 경우의 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)(도 10의 A), 저대역 성분 xl(n)(도 10의 B), 고대역 성분 xh(n)(도 10의 C)의 예의 그래프인 도 10에서, 피크 위치로서, 위치 A, 위치 B 및 위치 C를 검출할 수 있다. 이들에 대하여, 위치 A와 위치 B, 위치 B와 위치 C, 위치 A와 위치 C와 같이 페어를 만들고, 그 페어 사이에서, 각각의 피크 위치 주변의 파형에 대하여 매칭을 취하도록 한다.

이 경우, 도 10으로부터도 명백한 바와 같이, 위치 A 근방의 파형, 위치 B 근방의 파형, 위치 C 근방의 파형에 대해서는, 서로 유사하지 않으므로, 주기적인 체동인 보행이나 주행의 체동과는 상이한 것으로 판단하고, 보행이나 주행 시의 체동은 아니라고 판단할 수 있다.

이에 비해, 도 7이나 도 8에 나타낸 바와 같이, 가속도 벡터의 연직 성분 x(n), 저대역 성분 xl(n) 및 고대역 성분 xh(n)이 검출된 경우에, 피크 위치의 후보로서 특정된 위치를 포함하는 소정 구간을 설정하고, 그 전, 또는 그 후의 하나 이상의 소정 구간의 파형으로 매칭 처리한 경우에는, 유사한 경우가 있기 때문에, 피크 위치의 후보로서 특정된 위치를, 정식 피크 위치로서 결정할 수 있다.

구체적으로는, 도 7에 나타낸 예의 경우에는, 노이즈의 영향이 적어지도록, 저대역 성분 xl(n)의 그래프에서 극소값을 피크값으로서 취하도록 하면, 인접하는 피크 위치를 포함하는 파형의 유사도는 매우 높으므로, 각 피크 위치의 후보로서 특정된 위치를 피크 위치로서 결정할 수 있다. 또한, 도 8에 나타낸 예의 경우에도, 노이즈의 영향이 적어지도록, 저대역 성분 xl(n)의 그래프에서 극소값을 피크값으로서 취하도록 하고 있으므로, 피크 위치의 후보의 하나씩 건너띈 상기 피크 위치를 포함하는 파형의 유사도가 매우 높고, 각 피크 위치의 후보로서 특정된 위치를 피크 위치로서 결정할 수 있다.

이와 같이, 피크 위치의 후보를 특정하고, 그 후보를 포함하는 소정 구간의 파형에 대하여, 비교하는(매칭을 취하는) 다른 소정 구간을 정하고, 양 소정 구간끼리의 파형을 비교하여 유사도가 높은 경우에, 비교 대상의 소정 구간에 포함되는 피크 위치의 후보를 피크 위치로서 결정할 수 있다.

그리고, 비교하는 상이한 소정 구간은, 예를 들면, 인접하는 소정 구간끼리, 또는 하나씩 건너띈 소정 구간끼리, 또는 2개씩 건너띈 소정 구간끼리, 적절하게 정할 수 있다. 또는, 앞(과거 방향)의 하나 이상의 소정 구간의 파형과 비교하여, 2개 이상의 소정 구간 사이에서 유사도가 높은 경우에, 비교원의 소정 구간의 피크 위치의 후보를 피크 위치로 결정하는 등, 비교하는 소정 구간의 위치나 개수는 임의로 설정할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예의 체동 검출 장치에서, 피크 검출/판정 처리부(4)는, 단지 가속도 벡터의 연직 성분 x(n)의 저대역 성분 xl(n)의 정보(파형)로부터 피크 위치의 후보를 검출하고, 저대역 성분의 에너지 el과 고대역 성분의 에너지 eh와의 에너지 비율 d를 고려하여 피크 위치의 후보를 특정하는데 그치지 않고, 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 구간끼리의 파형 비교(파형 매칭)를 행함으로써, 보행이나 주행인 사용자의 주기적인 체동을 정확하게 검출할 수 있도록 하고 있다.

그리고, 사용자의 보행이나 주행 등의 주기적인 체동을 정확하게 검출할 수 있으므로, 사용자의 체동을 카운트함으로써, 사용자의 보행 시나 주행 시의 보수를 정확하게 카운트할 수 있는 보수계를 실현할 수 있다. 그리고, 정밀도를 약간 저하시켜도 된다면, 전술한 바와 같이, 파형 매칭을 행하지 않고, 에너지 비율 d를 사용하여 특정하도록 한 피크 위치의 후보에 따라 보수를 카운트해도 된다.

[스텝 위치 해석부(5)의 기능과 동작에 대하여]

전술한 가속도 센서(1), 연직 성분 추출부(2), 고대역/저대역 분해부(3) 및 피크 검출/판정 처리부(4)의 각 부의 기능에 의해, 사용자의 신체에 장착되는 가속도 센서(1)로부터의 검출 출력에 기초하여, 사용자의 보행이나 주행에 따라 사용자의 신체에 생기는 연직 방향의 체동을 정확하게 검출할 수 있다. 이와 같이 하여 검출한 체동을 카운트하면, 사용자의 보수를 정확하게 카운트하는 것도 가능하게 된다.

그러나, 사용자의 동작 상태로서는, 보행이나 주행을 행하고 있는 동작 상태뿐만 아니라, 정지하고 있는 상태도 있고, 정지 상태도 아니고 동작 상태도 아닌 부정(不定)인(정할 수 없는) 상태인 경우도 있다. 그러므로, 사용자의 동작 상태 를 정확하게 파악할 수 있으면, 보수를 카운트하는 등과 같이, 체동을 카운트하는 경우에도, 정지 상태나 부정 상태에 있을 때도 체동의 카운트를 행하는 오동작을 더욱 방지할 수 있다.

그리고, 보행이나 주행 등 운동을 행하고 있는 동작 상태에 있는 것을 알면, 그 기간에서는 사용자의 체동을 정확하게 검출하고, 사용자의 체동 피치(체동 템포)를 정확하게 파악하고, 사용자의 체동 피치에 맞춘 기기 제어를 행하는 것도 가능하게 된다. 그래서, 본 실시예의 체동 검출 장치에서, 스텝 위치 해석부(5)는, 피크 검출/판정 처리부(4)에서 결정된 피크 위치를 나타내는 정보의 공급을 받고, 이에 기초하여, 사용자의 동작 상태를 정확하게 파악할 수 있고, 또한 사용자가 보행이나 주행 등의 주기적인 운동을 행하고 있는 경우에는, 그 체동 피치도 정확하게 검출할 수 있도록 하고 있다.

도 11은, 사용자의 동작 상태의 천이를 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 사용자의 동작 상태로서, 「부정」, 「정지」, 「보행/주행」의 3개의 상태가 있는 것으로 한다. 여기서, 「정지」는 사용자의 몸의 움직임이 전혀 없는 상태를, 「보행/주행」은 사용자가 보행 또는 주행하고 있는 상태를, 「부정」은 전술한 2개 상태 이외의 상태를 의미한다. 또한, 초기 상태는 「부정」으로부터 개시하는 것으로 한다. 또한, 「정지」상태로부터 「보행/주행」상태로 천이하는 경우, 또는 「보행/주행」상태로부터 「정지」상태로 천이하는 경우에는, 「부정」상태를 경유하는 것으로 한다.

그리고, 스텝 위치 해석부(5)에서는, 피크 검출/판정 처리부(4)로부터의 결 정된 피크 위치 정보에 기초하여, 먼저 사용자의 동작 상태를 판정한다. 여기서는, 도 11에서, 천이 A∼천이 G 각각의 천이 상태를 판별함으로써, 사용자의 동작 상태를 판별한다.

즉, 「부정」상태가 유지되는 경우를 천이 A, 「부정」상태로부터 「보행/주행」상태로 변화되는 경우를 천이 B, 「보행/주행」상태가 유지되는 경우를 천이 C, 「보행/주행」상태로부터 「부정」상태로 천이하는 경우를 천이 D, 「부정」상태로부터 「정지」상태로 천이하는 경우를 천이 E, 「정지」상태로부터 「부정」상태로 천이하는 경우를 천이 F, 「정지」상태가 유지되는 경우를 천이 G와 같이, 각 상태가 유지되는 경우에 대해서도 하나의 천이 상태로 하여 동작 상태의 천이를 정밀하게 파악하도록 하고 있다.

다음에, 각 천이 상태의 판별을 위한 조건에 대하여 설명한다. 각 천이 상태의 판별은, 전술한 바와 같이, 피크 검출/판정 처리부(4)에서 결정된 피크 위치에 기초하여 행한다. 이하에서는, 「결정된 피크 위치」를 「검출된 스텝」이라고도 한다. 즉, 피크 검출/판정 처리부(4)에서 결정된 피크 위치가, 사용자의 연직 방향의 체동에 따른 스텝으로 간주하도록 하고 있다. 그리고, (가) 이하에 설명하는 천이 B인 경우의 조건도 만족하지 않고, 천이 C인 경우의 조건도 만족하지 않을 때는, 천이 A의 상태로 판정하고, 「부정」상태를 유지한다.

또한, (나) 천이 A의 상태로 판정한 후에, 검출된 스텝(결정된 피크 위치) 중에서 새로운 쪽의 몇 개에 대하여, 인접하는 스텝의 시간 간격을 계산하여, 시간 간격이 일정한 경우에는, 「부정」으로부터 「보행/주행」으로 천이하는 천이 B의 상태이며, 사용자의 동작 상태로서는, 「보행/주행」상태가 되었다고 판정한다. 이 경우, 기준 스텝 간격(기준 피치 Ps)을 산출해 둔다. 그리고, 기준 스텝 간격은, 후술도 하지만, 천이 B인 것으로 판정된 판정에 사용한 스텝 사이의 간격의 평균값이다.

또한, (다) 천이 B 또는 천이 C로 판정한 후에, 새로 검출된 스텝과 그 직전의 스텝과의 간격이, 기준 스텝 간격(기준 피치 Ps)의 정수배에 대하여 어떤 오차 범위 내에 있는 경우에는, 천이 C의 상태로 판정하고, 「보행/주행」상태를 유지한다. 또한, 천이 B 또는 천이 C인 것으로 판정한 후에, 전술한 (다)의 천이 C인 것으로 판정하기 위한 조건을 만족하지 않는 경우에는, 천이 D의 상태이며, 사용자의 동작 상태로서는, 「부정」상태로 판정한다.

또한, (라) 천이 A 또는 천이 D인 것으로 판정한 후에, 일정 시간 이상 스텝이 검출되지 않은 경우(피크 위치가 결정되지 않은 경우)에는, 「부정」으로부터 「정지」로 천이하는 천이 E의 상태이며, 사용자의 동작 상태로서는 「정지」상태로 판정한다. 또한, (마) 천이 E 또는 천이 G인 것으로 판정한 후에, 스텝이 검출되었을 경우(피크 위치가 결정된 경우)에는, 「정지」로부터 「부정」으로 천이하는 천이 F의 상태이며, 사용자의 동작 상태로서는, 「부정」상태로 되었다고 판정한다.

또한, (바) 천이 E 또는 천이 G로 판정된 후에, 스텝이 검출되지 않은 경우(피크 위치가 결정되지 않은 경우)에는, 천이 G인 것으로 판정하고, 사용자의 동작 상태로서는, 「정지」상태를 유지한다.

그리고, 전술한 (나)의 천이 B인지의 여부의 판정에서, 스텝 간격이 일정한지의 여부의 판정 기준은, 스텝 간격의 분산이나 표준 편차가 있는지의 여부로 판정해도 되고, 최대값과 최소값의 차이가 임계값 이하인지의 여부로 판정해도 된다. 또한, 기준 스텝 간격은, 전술한 바와 같이 판정에 사용한 스텝의 시간 간격의 평균을 사용하거나, 또는 판정에 사용한 스텝의 시간 간격의 중간값을 사용하거나 해도 된다.

도 12는, 도 1에 나타낸 체동 검출 장치의 가속도 센서(1), 연직 성분 추출부(2), 고대역/저대역 분해부(3) 및 피크 검출/판정 처리부(4)의 각 부의 기능을 사용하여, 가속도 센서(1)로부터의 검출 출력으로부터 스텝 검출(피크 위치의 결정)을 행한 경우의 파형을 나타낸 도면이다. 도 12에서도, 피크는 극소값 측에서 취하도록 하고 있다. 도 12의 A에 나타낸 파형은, 「부정」상태로부터 4개의 스텝(결정된 피크 위치)이 검출된 경우의 파형을 나타낸다. 도 12의 B는, 도 12의 A 상태로부터, 그 직후의 스텝이 검출된 경우의 파형을 나타내고 있다. 이와 같은 도 12를 사용하여, 상태 천이의 예에 대하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 12의 A에 나타낸 파형에서는, 최초에는 「부정」의 상태라고 하자. 이 후, 4개의 스텝이 검출(2개의 피크 위치가 결정)되어 있으므로, 스텝 위치 해석부(5)는, 인접하는 스텝 구간 T1, T2 및 T3의 각 스텝 간격을 산출하고, 이들을 비교한다. 이 예의 경우, 스텝 구간 T1, T2 및 T3의 각 구간의 간격은 거의 일정하므로, 이 경우에는, 「부정」으로부터 「보행/주행」으로 천이하는 천이 B의 상태로 판정할 수 있다.

이 때, 스텝 위치 해석부(5)는, 도 13에 나타낸 (6-1)식에 의해, 기준 피치(기준 스텝 간격) Ps를 산출한다. 그리고, 도 13에 나타낸 (6-1)식은, 도 12의 A의 상태에 있을 때의 기준 피치 Ps를 산출하기 위한 식이며, 스텝 구간이 증가하면, 분자의 가산되는 구간과 분모의 구간 개수가 바뀌게 된다.

그리고, 도 12의 A에 나타낸 상태로부터, 도 12의 B에 나타낸 상태로 변화된 경우에는, 최신 스텝 구간 T4의 스텝 간격과 도 13의 (6-1)식에 의해 산출한 기준 피치 Ps를 비교한다. 이 경우, 스텝 구간 T4의 스텝 간격과 기준 피치 Ps는 거의 같으며, 차분은 오차 범위 내에 있는 것으로 판정됨으로써, 천이 C의 상태로 판정되고, 「보행/주행」상태가 유지된다.

그리고, 「보행/주행」상태에서의 보행 시나 주행 시의 피치의 주기(스텝 간격)는, 기준 피치를 대표값으로서 사용해도 되고, 어떤 시간 구간 내의 스텝 간격의 평균값이나, 일정 개수의 스텝 간격의 평균값을 사용해도 된다.

또한, 전술한 설명에서는, 「보행」상태와 「주행」상태를 구별하지 않고, 「보행/주행」상태와 같이 1개의 상태로서 파악하도록 했다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니다. 「보행」상태와 「주행」상태를 각각 다른 상태로서 파악할 수 있도록 해도 된다.

보행과 주행을 분류 기준으로 하여, 전술한 (나)의 천이 B의 판정의 조건에 더하여, (A) 스텝 간격이 어느 일정 미만의 경우는 「주행」상태로 판정하고, 그 이외의 경우에는 「보행」으로 판정하도록 하거나, 또는 (B) 가속도 파형의 피크값이 일정 이상의 경우는 「주행」상태로 판정하고, 그 이외의 경우에는 「보행」상 태라고 판정할 수 있다. 물론, 전술한 바와 같이, 전술한 (A) 또는 (B) 중 어느 하나의 조건을 사용해도 되고, 전술한 (A)와 (B)의 양쪽의 조건을 사용해도 된다.

또한, 전술한 바와 같이, 「보행」상태와 「주행」상태를 전혀 다른 동작 상태로서 정의해도 되지만, 상태 천이는 도 11에 따르는 것으로서 「보행/주행」상태의 속성으로 하고, 전술한 (A), (B) 중 한쪽 또는 양쪽의 조건(기준)을 사용하여, 「보행」과 「주행」으로 나누어서 파악해도 된다.

또한, 천이 C인지의 여부의 판정에서는, 스텝 간격과 기준 피치(기준 스텝 간격) Ps를 그대로 비교하는 것이 아니라, 기준 피치 Ps의 정수배를 기준으로 판정하도록 했다. 이와 같이함으로써, 스텝의 검출 누락이 있었던 경우의 의도하지 않은 상태 천이를 방지하는데 유용하게 된다.

예를 들면, 본 실시예의 체동 검출 장치에서는, 전술한 바와 같이, 피크 검출/판정 처리부(4)에서, 피크 위치의 후보를 검출하여, 고대역과 저대역의 에너지를 고려하여 피크 위치의 후보를 특정하고, 또한 이 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 간격마다 파형 비교를 행함으로써, 피크 위치를 결정하도록 하고 있다.

그러나, 실제로는 사용자의 보행이 속행하고 있음에도 불구하고, 일시적으로 가속도 파형이 흐트러지면 주위의 파형과 매칭되지 않고, 검출 누락이 일어날 가능성이 있다. 그러므로, 전술한 바와 같이, 스텝 위치 해석부(5)에서, 천이 C의 판정을 행하는 경우에, 「기준 피치의 정수배를 기준으로 판정」함으로써, 전단의 피크 검출/판정 처리부(4)에서, 보행 스텝 검출 누락(피크 위치의 결정 누락)이 일어나도 안정된 상태 추정을 행하는 것이 가능하게 된다.

예를 들면, 도 14는, 「보행/주행」상태에서, "×"로 나타낸 2개의 스텝(피크 위치)의 검출 누락(카운트 누락)이 발생하고, 가장 최근에 검출된 스텝(피크 위치)과 그 직전에 검출된 스텝(피크 위치)과의 간격이 3스텝분이 되는 경우의 예를 나타내고 있다.

도 14에 나타낸 예의 경우에는, 천이 C인지의 여부를 판단하기 위한 조건에서, 새로 검출된 스텝과 그 직전의 스텝과의 간격이, 기준 스텝 간격(기준 피치 Ps)의 정수배에 대하여 어떤 오차 범위 내에 있는 경우에는, 천이 C의 상태로 판단되고, 「보행/주행」상태는 유지된다.

따라서, 단순하게 검출된 스텝을 1개씩 적산(積算)하는 것이 아니라, 스텝(피크 위치)이 검출되지 않은 경우라 하더라도, 「보행/주행」상태가 유지되고 있는 경우에는, 기준 피치에 대한 배수를 적산의 대상으로 함으로써, 보다 정확한 보수 계측도 가능하게 된다. 따라서, 본 발명을 보수계에 적용함으로써, 보수계의 정밀도 향상에도 유용하게 된다.

이와 같이, 본 실시예의 체동 검출 장치는, 가속도 센서(1), 연직 성분 추출부(2), 고대역/저대역 분해부(3), 피크 검출/판정 처리부(4) 및 스텝 위치 해석부(5)의 각 부가 유기적으로 기능함으로써, 사용자의 보행이나 주행인 체동을 정확하게 검출하고, 이것을 파악할 수 있다.

[구체적인 장치로의 적용]

다음에, 본 발명에 의한 장치, 방법 및 프로그램을 구체적인 장치에 적용한 경우에 대하여 설명한다. 이하에서는, 본 발명을 보수계에 적용한 경우와, 음향 재생 장치에 적용한 경우로 나누어서 설명한다.

[보수계로의 적용에 대하여]

먼저, 본 발명의 장치, 방법 및 프로그램의 일실시예를 보수계에 적용한 경우에 대하여 설명한다. 도 15는, 본 실시예의 보수계(100)를 설명하기 위한 블록도이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 보수계(100)는, 제어부(110)에 대하여, 3축 가속도 센서(101)가 A/D 변환부(102)를 통하여 접속되고, 또한 표시부(103) 및 조작부(104)가 접속되어 형성된 것이다.

3축 가속도 센서(101)는, 1축 가속도 센서를 서로 직교하는 X축, Y축, Z축의 3축으로 배치하여 형성된 것, 혹은 직교하는 3축 가속도 센서가 하나의 패키지에 밀봉되어 형성된 것 중 어느 것을 사용해도 된다. 3축의 가속도 센서(101)로부터의 X축, Y축 및 Z축 각각의 검출 출력(아날로그 출력)은, A/D 변환부(102)에 공급되고, 여기서 제어부(110)에서 처리 가능한 형식의 디지털 데이터로 변환되어 제어부(110)에 공급된다.

제어부(110)는, 본 실시예의 보수계(100)의 각 부를 제어하며, 도 15에 나타낸 바와 같이, CPU(Central Processing Unit)(111), ROM(Read Only Memory)(112), RAM(Random Access Memory)(113) 및 불휘발성 메모리(114)가, CPU 버스(115)를 통하여 접속되어 마이크로 컴퓨터로 구성된 것이다.

여기서, CPU(111)는, 각종 프로그램을 실행하고, 각 부에 공급하는 제어 신호를 형성하거나, 각종 연산을 행하거나 하는 등, 제어부(110)에서의 처리나 제어의 주체가 된다. ROM(112)은, CPU(111)가 실행하는 각종 프로그램이나 처리에 필 요한 데이터를 기억 및 유지한다.

또한, RAM(113)은, 처리 도중의 결과를 일시적으로 기억하는 등, 주로 작업 영역으로서 사용되며, A/D 변환부(102)를 통해서 공급되는 가속도 센서(101)로부터의 수치화된 가속도 데이터를 기억 및 유지하는 버퍼 메모리 등으로서도 사용된다. 불휘발성 메모리(114)는, 예를 들면, EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)이나 플래시 메모리 등의 전원이 꺼져도 기억 데이터가 소멸되지 않는 메모리이며, 전원이 꺼져도 유지해 두어야할 데이터, 예를 들면, 설정된 파라미터나 추가된 프로그램 등을 기억 및 유지한다.

또한, 제어부(110)에 접속된 표시부(103)는, 표시 제어 회로를 포함하고, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display), 유기 EL(Electro Luminescence) 디스플레이, CRT(Cathode-Ray Tube) 등의 표시 소자를 구비하고, 제어부(110)의 제어에 따라 보수의 카운트값이나 각종 가이던스 정보 등을 표시한다. 구체적으로는, 표시부(103)는, 제어부(110)로부터 표시 데이터를 공급받아, 이 표시 데이터로부터 표시 소자에 공급하는 영상 신호를 형성하고, 이것을 표시 소자에 공급함으로써, 제어부(110)로부터의 표시 데이터에 따른 표시 정보를 표시 소자의 표시 화면에 표시한다.

또한, 조작부(104)는, 리셋 키나 각종 기능 키 등을 구비하고, 사용자로부터의 조작 입력을 받아들여, 이에 따른 전기 신호를 제어부(110)에 공급할 수 있다. 이에 따라 제어부(110)는 각 부를 제어하고, 사용자의 지시에 따른 처리를 행할 수 있도록 하고 있다.

그리고, 본 실시예의 보수계(100)에서, 제어부(110)가, 도 1에 나타낸 체동 검출 장치에서의 연직 성분 추출부(2), 고대역/저대역 분해부(3), 피크 검출/판정 처리부(4) 및 스텝 위치 해석부(5)로서의 기능을 실현하고, 또한 스텝 계측을 행하는 스텝 계측부로서의 기능도 실현하도록 하고 있다.

즉, 본 실시예의 보수계(100)의 제어부(110)는, 가속도 센서(101)로부터의 검출 출력에 기초하여, 도 1을 사용하여 설명한 바와 같이, 연직 성분 추출, 연직 성분의 고역/저역의 분해, 피크 위치의 후보의 검출과 피크 위치의 후보의 특정, 파형 매칭에 의한 피크 위치의 결정을 행하고, 결정된 피크 위치에 기초하여 보수를 계측한다.

또한, 결정된 피크 위치에 기초하여, 사용자의 동작 상태를 정확하게 파악하고, 또한 보행이나 주행 등의 체동 피치를 정확하게 파악하며, 사용자의 동작 상태가 「보행/주행」인 경우에, 체동 피치에 기초하여 사용자의 보수를 보다 정확하게 계측할 수 있도록 하고 있다.

이하, 도 16∼도 21의 흐름도를 참조하면서, 도 15에 나타낸 본 실시예의 보수계에서의 주로 제어부(110)에서 행해지는 각종 처리에 대하여 상세하게 설명한다.

[연직 성분 추출 처리에 대하여]

도 16은, 도 15에 나타낸 본 실시예의 보수계(100)에서의 주로 제어부(110)에서 실행되는 연직 성분 추출 처리를 설명하기 위한 흐름도이다. 본 실시예의 보수계(100)에 전원이 투입되고, 조작부(104)를 통해서 보수의 계측을 실행하도록 하 는 지시 입력을 받으면, 제어부(110)의 CPU(111)는, 먼저, 도 16에 나타내는 처리를 실행한다.

제어부(110)는, A/D 변환부(102)를 통해서 공급되는 가속도 데이터(가속도 벡터)를 취득하여 RAM(113)에 버퍼링하는 처리를 개시하고(단계 S101), 취득한 가속도 벡터를 사용하여 중력 가속도 벡터 g의 초기값을 산출한다(단계 S102). 그리고, 샘플 카운터 c를 리셋[0(제로) 클리어]한다(단계 S103). 이 단계 S101∼단계 S103까지의 처리가 전원 투입 후의 이른바 초기 처리에 해당한다.

그리고, 제어부(110)는, 샘플 카운터 c의 값은, 사전에 결정된 값 N보다 큰지의 여부를 판단한다(단계 S104). 본 실시예에서는, 연산량을 삭감하기 위하여, 중력 가속도 벡터 g의 재계산은, N(N은 1이상의 정수) 샘플씩 건너띄어서 행하도록 하고 있다.

단계 S104의 판단 처리에서, 샘플 카운터 c가 규정값 N보다 크다고 판단했을 때는, 제어부(110)는, 중력 가속도 벡터 g의 재계산 처리를 행하고(단계 S105), 이 후, 샘플 카운터 c에 값 0를 세팅한다(단계 S106). 즉, 단계 S106의 처리는, 샘플 카운터 c의 리셋 처리이다. 그리고, 최신으로 재계산해서 얻은 중력 가속도 벡터 g와 가속도 벡터 an을 사용하여, 도 2 또는 도 3을 사용하여 설명한 바와 같이 연산에 의해 연직 성분 vn을 구한다(단계 S107).

또한, 제어부(110)는, 단계 S104에서, 샘플 카운터 c의 값은, 값 N보다 크지 않은 것으로 판단한 경우에는, 단계 S102에서 산출한 중력 가속도 벡터 g의 초기값과 최신 가속도 벡터 an을 사용하여, 전술한 바와 같이, 도 2 또는 도 3을 사용하 여 설명한 바와 같이 연산에 의해 연직 성분 vn을 구한다(단계 S107).

그리고, 단계 S107의 처리 후, 제어부(110)는, 최신 가속도 데이터를 취득하고(단계 S108), 샘플 카운터 c에 1을 가산하고(단계 S109), 단계 S104로부터의 처리를 반복한다. 이와 같이 하여, 단계 S107에서 구해진 가속도 벡터의 연직 성분이 고역/저역 분리 처리에 사용된다.

그리고, 본 실시예에서, 단계 S105의 중력 가속도 벡터 g의 재계산 처리와, 단계 S102의 중력 가속도 벡터의 초기값의 산출 처리는, 기본적으로 동일한 처리이며, 가속도 벡터의 각 축의 데이터의 이동 평균을 취함으로써, 중력 가속도의 추정값으로서 중력 가속도 벡터 g를 산출한다.

단계 S102 및 단계 S105에서 행해지는 처리를 구체적으로 설명한다. 여기서는, 현재의 샘플 위치를 n1으로 하여, 과거 M 샘플분의 가속도 데이터로부터 중력 가속도를 구하는 경우를 고려한다. 이 경우에, X축의 중력 가속도 벡터 gx를 구하기 위해서는, 현재의 샘플 위치보다 M+1 샘플 전으로부터 n1까지의 각 샘플에서의 X축의 가속도 데이터 axn을 가산하여 합계값을 구하고, 이 합계값을 값 M으로 나눔으로써, X축의 중력 가속도 벡터 gx가 구해진다.

마찬가지로, Y축의 중력 가속도 벡터 gy를 구하는 경우에는, 현재의 샘플 위치보다 M+1 샘플 전으로부터 n1까지의 각 샘플에서의 Y축의 가속도 데이터 ayn을 가산하여 합계값을 구하고, 이 합계값을 값 M으로 나눔으로써, Y축의 중력 가속도 벡터 gy가 구해진다. 또한, Z축의 중력 가속도 벡터 gz를 구하는 경우에는, 현재의 샘플 위치보다 M+1 샘플 전으로부터 n1까지의 각 샘플에서의 Z축의 가속도 데이 터 azn을 가산하여 합계값을 구하고, 이 합계값을 값 M으로 나눔으로써, Z축의 중력 가속도 벡터 gz가 구해진다.

이와 같이 하여 중력 가속도 벡터를 산출하는 경우에는, 움직임에 의한 가속도 성분이 평균화되어 캔슬되도록 충분히 긴 구간에서 평균을 취하는 것이 바람직하다. 그러나, 너무 길면 장치의 경사에 추종하지 않게 되므로(장치의 경사를 정확하게 반영시킬 수 없어지게 되므로), 예를 들면, 몇초간 정도로 설정하는 것이 적당하다.

그리고, 단계 S107의 연직 성분의 추출 처리에서는, 전술한 바와 같이, 도 2에 나타낸 (1-3)식에 의해, 또는 도 3에 나타낸 (2-3)식에 의해, 최신 가속도 벡터 an과 중력 가속도 벡터 g에 기초하여, 연직 성분 vn을 구할 수 있다(추출할 수 있다).

이와 같이, 제어부(110)는, 도 16에 나타낸 처리를 실행함으로써, 연직 성분 추출부(2)로서의 기능을 실현하도록 하고 있다.

그리고, 도 16에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 보수계(100)에서는, 중력 가속도의 추정은, 연산량 삭감을 위하여 N샘플 건너띄어서 행하도록 했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 중력 가속도의 추정에 대해도 매 샘플마다 행해도 된다. 중력 가속도의 추정을 위한 연산 처리는, 각 축의 데이터의 이동 평균을 취하는 것으로 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 최소 자승법 등을 사용해도 된다.

[연직 성분의 고대역/저대역 분리 처리에 대하여]

그리고, 도 16에 나타낸 처리에 의해 추출된 가속도 벡터의 연직 성분을 고 대역 성분과 저대역 성분으로 분리하지만, 이것을 전술한 바와 같이, 예를 들면, 보행이나 주행에 의한 가속도의 주요 성분이 포함되 2Hz∼4Hz의 대역의 성분을 저대역 성분으로서 추출하고, 4Hz보다 높은 대역의 성분을 고대역 성분으로서 추출하도록 하면, 연직 성분을 사전에 결정된 대역의 고대역 성분과 사전에 결정된 대역의 저대역 성분으로 분리할 수 있다.

도 16에 나타낸 처리에 의해 추출되는 연직 성분 x(n)에는, 사용자의 보행 운동에 따른 상하 이동에 대응한 피크가 나타나고, 특히, 연직 성분 x(n)의 저대역 성분 xl(n)에는, 사용자의 보행 운동에 따른 상하 이동에 대응한 피크가 현저하게 나타난다. 그러므로, 연직 성분 x(n)을 분리함으로써 얻어진 저대역 성분 xl(n)에 기초하여, 피크 위치의 후보를 검출하고, 저대역 성분 xl(n)의 에너지와 고대역 성분 xh(n)의 에너지와의 비율에 기초하여, 피크 위치의 후보를 특정한다.

[피크 위치의 후보의 검출 및 특정 처리에 대하여]

도 17은, 도 15에 나타낸 본 실시예의 보수계(100)에서의 주로 제어부(110)에서 실행되는 피크 위치의 후보의 검출 및 특정 처리를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 17에 나타낸 처리는, 도 16을 사용하여 설명한 연직 성분 추출 처리에 의해 추출된 연직 성분 x(n)을 분리함으로써 얻어지는 저대역 성분 xl(n)과 고대역 성분 xh(n)에 기초하여, 예를 들면, 샘플링마다 실행된다.

먼저, 제어부(110)는, 전술한 바와 같이, 연직 성분 x(n)으로부터 분리된 저대역 성분 xl(n)에 기초하여, 피크 위치의 후보를 탐색(검출)하는 처리를 행한다(단계 S201). 구체적으로는, 저대역 성분 xl(x)에 대하여, 예를 들면, 샘플링마 다, 최신으로 취득한 저대역 성분 데이터와 그 직전의 저대역 성분 데이터를 비교하고, 직전의 저대역 성분 데이터 쪽이 크게, 또한 상기 직전의 저대역 성분 데이터가 소정값 이상의 경우에는, 상기 직전의 저대역 성분 데이터를 피크값의 후보로서 검출하고, 또한 그 피크값의 위치를 피크 위치의 후보로서 검출하도록 한다.

그리고, 제어부(110)는, 피크 위치의 후보가 검출되었는지의 여부를 판단하고(단계 S202), 검출되어 있지 않은 것으로 판단했을 때는, 도 17에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 샘플링의 타이밍에서, 다시 도 17에 나타낸 처리를 실행하도록 한다.

또한, 단계 S202의 판단 처리에서, 피크 위치의 후보가 검출되었다고 판단했을 때는, 제어부(110)는, 피크 위치의 후보 근방의 저대역 성분 xl(n)을 사용하여, 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위에서의 저대역 성분 xl(n)의 에너지 el을 도 9의 (5-2)식에 따라 산출한다(단계 S203). 또한, 마찬가지로 하여, 제어부(110)는, 피크 위치의 후보 근방의 고대역 성분 xh(n)을 사용하여, 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위에서의 고대역 성분 xh(n)의 에너지 eh를 도 9의 (5-1)식에 따라 산출한다(단계 S204).

그리고, 제어부(110)는, 도 9의 (5-3)식에 따라, 단계 S203에서 산출한 저대역 성분 xl(n)의 에너지 el과 단계 S204에서 산출한 고대역 성분 xh(n)의 에너지 eh와의 에너지 비율 d를 산출하고(단계 S205), 산출된 에너지 비율 d가, 사전에 결정된 임계값 D보다 작은지의 여부를 판단한다(단계 S206).

단계 S206의 판단 처리에서, 에너지 비율 d가, 사전에 결정된 임계값 D보다 작지 않은 것으로, 즉 고대역 성분 xh(n)에 노이즈가 많은 것으로 판단한 경우에는, 피크 위치의 후보로서 검출한 것은 오검출의 가능성이 높으므로, 검출한 피크 위치의 후보를 피크 위치의 후보로서는 특정하지 않고, 도 17에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 샘플링의 타이밍에서, 다시 도 17에 나타낸 처리를 실행하도록 한다.

단계 S206의 판단 처리에서, 에너지 비율 d가, 사전에 결정된 임계값 D보다 작다고, 즉 고대역 성분 xh(n)에 노이즈가 적은 것으로 판단한 경우에는, 피크 위치의 후보로서 검출한 것은 피크 위치로서의 신빙성이 높으므로, 검출한 피크 위치의 후보를 피크 위치의 후보로서 특정하고, 피크 위치의 후보를, 예를 들면, RAM(113) 등의 피크 위치 기록 버퍼에 기록하도록 하고(단계 S207), 이 후, 도 17에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 샘플링의 타이밍에서, 다시 도 17에 나타낸 처리를 실행하도록 한다.

이와 같이 하여, 본 실시예의 보수계(100)의 제어부(110)는, 가속도 벡터 an으로부터 추출한 연직 성분 x(n)을 대역 분할함으로써 얻어진 저대역 성분 xl(n)에 기초하여, 피크 위치의 후보를 검출하고, 나아가서는 피크 위치의 후보로서 검출한 위치를 포함하는 소정 범위에서의 저대역 성분 xl(n)의 에너지 el과 고대역 성분 xh(n)의 에너지 eh에 기초하여, 피크 위치의 후보로서 신빙성이 높은 것만을 피크 위치의 후보로서 특정하도록 하고 있다.

그리고, 도 17에 나타낸 처리는, 제어부(110)가 실현하는 피크 검출/판정 처리부로서의 기능 중의 피크 검출 기능(피크 위치의 후보 검출과 특정 기능)을 실현한다.

[파형 매칭과 보수 카운트 처리에 대하여]

도 18은, 도 15에 나타낸 본 실시예의 보수계(100)에서의 주로 제어부(110)에서 실행되는 처리로서, 피크 위치의 후보로서 특정된 것 중에서 피크 위치를 결정하고, 이에 따라서, 사용자의 보수를 계수하는 처리를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 18에 나타낸 처리는, 도 17에 나타낸 처리에 의해 특정된 피크 위치의 후보에 기초하여, 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 구간끼리의 파형 매칭을 행함으로써, 진정한 피크 위치를 결정하고, 결정된 피크 위치를 카운트함으로써, 사용자의 보수를 정확하게 카운트한다.

도 17에 나타낸 처리에 의해 특정된 피크 위치의 후보는, 도 17에 나타낸 처리의 단계 S207의 처리에 의해, 예를 들면, RAM(113) 등의 피크 위치 기록 버퍼에 저장된다. 그러므로, 제어부(110)는, 피크 위치 기록 버퍼로부터 체크되지 않은 피크 위치의 후보를 탐색(검색)한다(단계 S301). 체크되지 않았는지의 여부는, 후술도 하지만, 특정된 피크 위치의 후보마다 설정되는 체크된 플래그의 온/오프에 의해 판별할 수 있지만, 통상, 최신에 기록된 피크 위치의 후보가 체크되지 않은 피크 위치의 후보가 된다.

그리고, 제어부(110)는, 단계 S301의 처리에서, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1이 발견되었는지의 여부를 판단한다(단계 S302). 단계 S302의 판단 처리에서, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1이 발견되었다고 판단했을 때는, 피크 위치의 후보 p1으로부터 과거 N초 이내의 범위에서, 피크 위치의 후보 p1을 포함하는 소정 범위의 파형과, 다른 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위의 파형의 매칭 처리를 행한다(단계 S303).

그리고, 단계 S303의 처리에서는, 샘플링 주파수에도 죄우되지만, 과거의 하나 이상의 소정 범위의 파형과 매칭이 행해지게 된다. 또한, 매칭에 사용되는 파형은, 저대역 성분 xl(n)의 파형에 기초하여 행하도록 하면 된다. 물론, 비교하는 파형으로서는, 연직 성분 x(n)의 파형을 사용해도 된다.

그리고, 제어부(110)는, 단계 S303의 처리에 기초하여, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1과 매칭하는 과거 피크 위치의 후보 p2가 발견되었는지의 여부를 판단한다(단계 S304). 즉, 단계 S304의 판단 처리에서는, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1을 포함하는 소정 범위의 파형과 유사도가 높은 과거 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위의 파형이 발견되었는지의 여부를 판단하고 있다.

단계 S304의 판단 처리에서, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1과 매칭하는 과거 피크 위치의 후보 p2가 발견되었다고 판단했을 때는, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1을 피크 위치로서 결정하여 보수 카운트에 값 「1」을 가산하고, 또한 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1의 카운트 완료 플래그를 온으로 한다(단계 S305).

그리고, 이번에, 매칭하는 것으로서 발견된 과거 피크 위치의 후보 p2의 카운트 완료 플래그는 온이 되어 있는지의 여부를 판단한다(단계 S306). 단계 S306의 판단 처리에서, 과거 피크 위치의 후보 p2의 카운트 완료 플래그가 온이 되어 있는 것으로 판단한 경우에는, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1에 대한 체크 완 료 플래그를 온으로 하고(단계 S307), 도 18에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍을 기다린다.

또한, 단계 S306의 판단 처리에서, 과거 피크 위치의 후보 p2의 카운트 완료 플래그는 온으로 되어 있지 않은 것으로 판단했을 때는, 과거 피크 위치의 후보 p2에 대하여, 그 이전에 매칭하는 피크는 존재하지 않았지만, 새로 피크 위치의 후보 p1과 매칭하였으므로, 과거 피크 위치의 후보 p2에 대해서도 피크 위치로서 결정하여 보수 카운트에 값 「1」을 가산하고, 또한 과거 피크 위치의 후보 p2의 카운트완료 플래그를 온으로 하고(단계 S308), 단계 S307의 처리로 진행하고, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1에 대한 체크 완료 플래그를 온으로 하고(단계 S307), 도 18에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍을 기다린다.

또한, 단계 S302의 판단 처리에서, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1이 발견되지 않은 것으로 판단한 경우와, 단계 S304의 판단 처리에서, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1과 매칭하는 과거 피크 위치의 후보 p2가 발견되지 않은 것으로 판단한 경우에는, 도 18에 나타내는 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍을 기다리게 된다.

이와 같이, 도 17을 사용하여 설명한 처리에 의해, 피크 위치의 후보를 특정한 후에, 도 18에 나타낸 처리에 의해, 피크 위치를 결정하고, 결정된 피크 위치를 카운트함으로써, 사용자의 보행이나 주행에 따른 보수를 정확하게 카운트할 수 있다.

그리고, 여기서는, 도 18의 처리에 의해 결정된 피크 위치를 카운트함으로 써, 사용자의 보행이나 주행에 따른 보수를 정확하게 카운트하도록 했지만, 목적으로 하는 정밀도를 확보할 수 있으면, 도 17의 처리에 의해, 특정한 피크 위치의 후보를 카운트함으로써, 사용자의 보행이나 주행에 따른 보수를 카운트하도록 해도 된다.

그리고, 도 18에 나타낸 처리는, 제어부(110)가 실현하는 피크 검출/판정 처리부(4)로서의 기능 중 피크 위치의 결정 기능을 실현하고, 또한 보수계로서의 보수 계측의 기능을 실현하는 것이다.

[선두의 카운트 누락 방지 처리에 대하여]

그런데, 도 18에 나타낸 처리의 경우, 정지 상태로부터 걷기 시작할 때 등 과거 N초 이내에 피크가 없는 경우에 대해서는 카운트 누락이 생긴다. 그래서, 도 19와 같이 과거 피크로부터 현재의 피크에 대하여 매칭을 취하는 처리를 추가함으로써 카운트 누락을 방지할 수 있다.

즉, 사용자의 동작(운동) 개시 직후의 보수의 카운트 누락을 방지하는 경우에는, 도 19에 나타낸 처리를, 도 18에 나타낸 처리 전단 또는 후단에 추가한다. 이 경우, 제어부(110)는, 피크 위치 기록 버퍼로부터 현재보다 N초 전의 피크 위치의 후보로서, 카운트되지 않은 피크 위치의 후보 p1을 탐색(검색)한다(단계 S401).

이 단계 S401의 처리는, 과거의 카운트되지 않은 피크 위치의 후보를 찾아내는 처리이며, 단적으로 말하면, 선두의 피크 위치의 후보를 검색하는 처리이다. 그리고, 제어부(110)는, 카운트되지 않은 피크 위치의 후보 p1이 발견되었는지의 여부를 판단한다(단계 S402).

단계 S402의 판단 처리에서, 카운트되지 않은 피크 위치의 후보 p1이 발견되었다고 판단했을 때는, 카운트되지 않은 피크 위치의 후보 p1으로부터 현재에 걸친 범위를 대상으로 하여, 카운트되지 않은 피크 위치의 후보 p1을 포함하는 소정 범위의 파형과 카운트되지 않은 피크 위치의 후보 p1으로부터 현재에 걸친 범위에 존재하는 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위의 파형과의 매칭을 행한다(단계 S403).

도 18에 나타낸 단계 S303의 처리가 현재부터 과거 방향으로 향하는 파형 매칭 처리인데 비해, 단계 S403의 처리는, 과거부터 현재를 향한 파형 매칭 처리이다.

그리고, 제어부(110)는, 단계 S403의 처리에 기초하여, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1과 매칭하는 현재 방향의 피크 위치의 후보 p2가 발견되었는지의 여부를 판단한다(단계 S404). 즉, 단계 S404의 판단 처리에서는, 카운트되지 않은 것으로 되어 있는 피크 위치의 후보 p1을 포함하는 소정 범위의 파형과, 피크 위치의 후보 p1에서 보아서 현재 방향(시간의 경과 방향)으로 유사도가 높은 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위의 파형이 발견되었는지의 여부를 판단하고 있다.

단계 S404의 판단 처리에서, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1과 매칭하는 현재 방향의 피크 위치의 후보 p2가 발견되었다고 판단했을 때는, 보수 카운트에 값 「1」을 가산하고, 또한 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1의 카운트 완료 플래그를 온으로 한다(단계 S405).

이에 따라, 과거에 피크 위치의 후보가 존재하지 않았기 때문에, 피크 위치 로서 결정할 수 없었던 과거 피크 위치의 후보를, 그보다 나중의 파형과 비교함으로써 유사도가 높은 파형이 존재한 경우에, 과거 피크 위치의 후보를 피크 위치로서 결정하고, 이것을 카운트할 수 있다.

또한, 제어부(110)는, 현재 방향의 피크 위치의 후보 p2에 대한 카운트 완료 플래그가 온인지의 여부를 판단한다(단계 S406). 단계 S406의 판단 처리에서, 현재 방향의 피크 위치의 후보 p2에 대한 카운트 완료 플래그가 온이 아닌 것으로 판단했을 때는, 그 현재 방향의 피크 위치의 후보 p2에 대해서도 피크 위치로서 결정하여, 보수 카운트에 값 「1」을 가산하고, 또한 현재 방향의 피크 위치의 후보 p2에 대한 카운트 완료 플래그를 온으로 한다(단계 S407).

그리고, 단계 S406의 판단 처리에서, 현재 방향의 피크 위치의 후보 p2에 대한 카운트 완료 플래그가 온인 것으로 판단한 경우, 또는 단계 S407의 처리 후에는, 제어부(110)는 도 19에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍을 기다리게 된다.

이와 같은 도 19에 나타낸 처리를, 도 18에 나타낸 처리에 추가하여 실행함으로써, 예를 들면, 가장 최초의 피크 근방의 파형에 대해서는, 시간적으로 나중(미래)의 피크 근방의 파형과 매칭을 취함으로써, 진정한 피크인지의 여부를 판단하고, 피크 일 때는 이것을 카운트할 수 있다.

[체동 종류별 추정 처리와 보수 카운트 처리에 대하여]

전술한 바와 같이, 피크 위치의 후보를 특정하여, 이것을 카운트하거나, 또는 피크 위치의 후보 중에서 진정한 피크 위치를 결정하여, 이것을 카운트하거나 함으로써, 사용자의 보행이나 주행 등의 운동 시의 보수를 계측할 수 있다. 그러나, 노이즈 등의 영향으로, 매칭이 되지 않는 피크가 발생하는 경우가 있다.

그러므로, 본 실시예의 보수계(100)에서는, 제어부(110)가 실현하는 스텝 위치 해석부(5)로서의 기능에 의해, 사용자의 동작 상태(동작 상태에 따른 체동 종류별)도 정확하게 파악하고, 보행이나 주행을 행하고 있는 경우에는, 매칭이 되지 않는 피크가 존재하는 기간에도, 사용자의 보수를 정확하게 카운트할 수 있도록 하고 있다.

도 20 및 도 21은, 본 실시예의 보수계(100)에서의 주로 제어부(110)에서 실행되는 체동 종류별의 추정 처리와 보수 카운트 처리를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 20 및 도 21에 나타낸 처리에서 사용되는 피크 위치의 정보로서는, 도 17의 처리에 의해 특정된 피크 위치 기록 버퍼에 기록된 피크 위치의 후보의 데이터를 사용하고, 파형 매칭에 의한 피크 위치의 결정 처리와, 체동 종류별의 추정 처리와, 보수 카운트 처리를 행하도록 하고 있다.

즉, 도 16 및 도 17의 처리에서, 도 20 및 도 21에 나타낸 처리가 실행된다. 도 20 및 도 21의 처리는, 피크 검출/판정 처리부(4)의 기능과, 스텝 위치 해석부(5)의 기능에 의해 실현된다.

그리고, 제어부(110)는, RAM(113) 등의 피크 위치 기록 버퍼로부터 체크되지 않은 피크 위치의 후보를 탐색(검색)한다(단계 S501). 체크되지 않았는지의 여부는, 후술하는 바와 같이, 특정된 피크 위치의 후보마다 설정되는 체크 완료 플래그의 온/오프에 의해 판별할 수 있지만, 통상, 최신으로 기록된 피크 위치의 후보가 체크되지 않은 피크 위치의 후보가 된다.

그리고, 제어부(110)는, 단계 S501의 처리에서, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1이 발견되었는지의 여부를 판단한다(단계 S502). 단계 S502의 판단 처리에서, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1이 발견되었다고 판단했을 때는, 정지 타이머 C에 값 「0(제로)」를 세팅한다(단계 S503). 그리고, 제어부(110)는, 피크 위치의 후보 p1으로부터 과거 N초 이내의 범위에서, 피크 위치의 후보 p1을 포함하는 소정 범위의 파형과, 다른 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위의 파형과의 매칭 처리를 행한다(단계 S504).

그리고, 단계 S504의 처리에서는, 샘플링 주파수에도 죄우되지만, 과거의 하나 이상의 소정 범위의 파형과의 매칭이 행해지게 된다. 또한, 매칭에 사용되는 파형은, 저대역 성분 xl(n)의 파형에 기초하여 행하도록 하면 된다. 물론, 비교하는 파형으로서는, 연직 성분 x(n)의 파형을 사용해도 된다.

그리고, 제어부(110)는, 단계 S504의 처리에 기초하여, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1과 매칭하는 과거 피크 위치의 후보 p2가 발견되었는지의 여부를 판단한다(단계 S505). 즉, 단계 S505의 판단 처리에서는, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1을 포함하는 소정 범위의 파형과 유사도가 높은 과거 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위의 파형이 발견되었는지의 여부를 판단하고 있다.

단계 S505의 판단 처리에서, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1과 매칭하는 과거 피크 위치의 후보 p2가 발견되었다고 판단했을 때는, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1을 피크 위치로서 결정하여 보수 카운트에 값 「1」을 가산하고, 또 한 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1의 카운트 완료 플래그를 온으로 한다(단계 S506).

그리고, 이번에, 매칭하는 것으로서 발견된 과거 피크 위치의 후보 p2의 카운트 완료 플래그는 온이 되어있는지의 여부를 판단한다(단계 S507). 단계 S507의 판단 처리에서,과거 피크 위치의 후보 p2의 카운트 완료 플래그가 온이 되어 있는 것으로 판단한 경우에는, 도 21에 나타낸 처리로 진행한다.

또한, 단계 S507의 판단 처리에서, 과거 피크 위치의 후보 p2의 카운트 완료 플래그는 온으로 되어 있지 않은 것으로 판단했을 때는, 과거 피크 위치의 후보 p2에 대하여, 그 이전에 매칭하는 피크는 존재하지 않지만, 새로 피크 위치의 후보 p1과 매칭하였으므로, 과거 피크 위치의 후보 p2에 대해서도 피크 위치로서 결정하여 보수 카운트에 값 「1」을 가산하고, 또한 과거 피크 위치의 후보 p2의 카운트 완료 플래그를 온으로 하고(단계 S508), 도 21의 처리로 진행한다.

또한, 도 20에 나타낸 단계 S502의 판단 처리에서, 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1이 발견되지 않은 것으로 판단했을 때는, 정지 타이머 C에 값 「1」을 가산하고(단계 S509), 정지 타이머 C가 기준값보다 커졌는지의 여부를 판단한다(단계 S510).

단계 S510의 판단 처리에서, 정지 타이머 C가 기준값보다 크게 되었다고 판단했을 때는, 사용자의 동작 상태는 「정지」상태인 것으로 설정하고(단계 S511), 도 20 및 도 21의 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍을 기다리게 된다. 또한, 단계 S510의 판단 처리에서, 정지 타이머 C가 기준값보다 커지지 않은 것으로 판단했 을 때는, 아무것도 하지 않고, 도 20 및 도 21에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍을 기다리게 된다.

그리고, 전술한 바와 같이, 단계 S507의 판단 처리에서, 과거 피크 위치의 후보 p2의 카운트 완료 플래그가 온이 되어 있는 것으로 판단한 경우에, 단계 S508의 처리 후에는, 도 21에 나타낸 처리를 행하게 된다. 도 21에 나타낸 처리에서는, 제어부(110)는, 먼저 체크되지 않은 피크 위치의 후보 p1에 대한 체크 완료 플래그를 온으로 한다(단계 S512).

다음에, 제어부(110)는, 단계 S512의 처리에 의해, 최신으로 체크 완료 플래그가 온이 된 피크 위치 p1에 가장 가까운 과거 피크 위치 p1'를 특정하고(단계 S513), 피크 위치 p1과 그 바로 옆의 피크 위치 p1'와의 간격 T0를 산출한다(단계 S514). 본 실시예의 보수계(100)에서는, 도 12를 사용하여 설명한 바와 같이, 바로 옆의 4개의 피크 위치 각각의 사이에 있는 3개의 피크 간격 T0, T1 및 T2를 유지할 수 있도록 하고 있다. 물론, 보다 많은 피크 간격을 유지하여 사용하도록 해도 된다.

그리고, 제어부(110)는, 최신의 사용자의 동작 상태의 판정 결과가 [보행/주행] 상태가 아닌지의 여부를 판단한다(단계 S515). 단계 S515의 판단 처리에서, 사용자의 동작 상태가 [보행/주행] 상태가 아닌 것으로 판단했을 때는, 전술한 바와 같이, 바로 근처의 4개의 피크 위치에 따라 정해지는 3개의 간격 T0, T1 및 T2의 평균값 Ta를 산출하고(단계 S516), 모든 피크 간격 T0, T1 및 T2 각각에 대하여, 평균값 Ta를 감산한 값을 구하고, 이 구한 값이 모든 피크 간격에 대하여, 기 준값보다 작은지의 여부를 판단한다(단계 S517).

이 단계 S517의 판단 처리는, 피크 간격 T0, T1 및 T2 각각이 거의 같은 피치이며, 주기적인 체동인 보행이나 주행이 행해지게 되었는지의 여부를 판단하는 처리이다. 단계 S517의 판단 처리에서, 피크 간격 T0, T1 및 T2 각각과 평균값 Ta와의 차분 각각이, 기준값 이하인 것으로 판단했을 때는, 제어부(110)는, 평균값 Ta를 기준 피치 Ps로 하고, 또한 사용자의 동작 상태를 「보행/주행」상태인 것으로 판정(특정)한다(단계 S518).

그리고, 제어부(110)는, 피크 간격 T0, T1 및 T2의 시프트 처리를 행한다(단계 S519). 즉, 피크 간격 T2에 피크 간격 T1을 이행하고, 피크 간격 T1에 피크 간격 T0를 이행한다. 그리고, 피크 간격 T0에 대해서는, 초기화를 행하도록 해도 된다.

이 단계 S519의 처리 후, 및 단계 S517의 판단 처리에서, 피크 간격 T0, T1, T2 각각과 평균값 Ta와의 각각의 차분이, 기준값 이하가 아닌 것으로 판단했을 때는, 제어부(110)는, 도 20 및 도 21에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍을 기다리게 된다.

또한, 단계 S515의 판단 처리에서, 사용자의 동작 상태가 [보행/주행] 상태라고 판단했을 때는, 제어부(110)는, 최신 피크 간격 T0를 기준 피치 Ps로 나눗셈함으로써 값 r을 산출한다(단계 S520). 이 단계 S520의 처리는, 도 14를 사용하여 설명한 바와 같이, 노이즈 등의 영향에 의해, 본래, 피크값으로서 검출되어야 할 피크값으로서 검출되지 않은 경우를 고려하는 처리이며, 최신으로 검출된 피크 간 격 T0가, 기준 피치 Ps의 몇배가 되는지를 계산하는 처리이다.

그리고, 단계 S520에서 산출한 값 r에 가장 가까운 정수 R을 산출한다(단계 S521). 예를 들면, 값 r이 「0.1」이나 「0.2」 등인 경우에는, 정수 R은 「0」이며, 값 r이 「0.9」나 「1.1」 등인 경우에는, 정수 R은 「1」이며, 또한, 값 r이 「1.9」나 「2.1」이면, 정수 R은 「2」가 된다. 그리고, 제어부(110)는, 값 r로부터 정수 R를 감산함으로써 얻어지는 값의 절대값이, 사전에 결정되는 기준값보다 작은지의 여부를 판단한다(단계 S522).

이 단계 S522의 판단 처리는, 최신의 피크 간격 T0가, 기준 피치 Ps의 정수배인지의 여부를 판단하는 처리이다. 단계 S522의 판단 처리에서, 값 r로부터 정수 R를 감산함으로써 얻어지는 값의 절대값이, 사전에 결정되는 기준값보다 작지 않은 것으로 판단했을 때는, 최신 피크 간격 T0가, 기준 피치 Ps의 정수배가 아닌 것으로 판단하고, 사용자의 동작 상태를 「부정」상태에 있는 것으로 판정(특정)한다(단계 S523). 그리고, 제어부(110)는, 도 20 및 도 21에 나타내는 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍을 기다리게 된다.

또한, 단계 S522의 판단 처리에서, 값 r로부터 정수 R을 감산함으로써 얻어지는 값의 절대값이, 사전에 결정되는 기준값보다 작은 것으로 판단했을 때는, 최신 피크 간격 T0가, 기준 피치 Ps의 정수배인 것으로 판단하고, 정수 R1은, 값 「1」보다 큰지의 여부를 판단한다(단계 S524). 이 단계 S524의 판단 처리는, 피크 간격 T0가 기준 피치 Ps의 2배 이상인지의 여부를 판단하는 처리이다.

단계 S524의 판단 처리에서, 정수 R이 1보다 크지 않은 것으로 판단했을 때 는, 최신 피크 간격 T0는, 기준 피치의 2배 이상의 구간이 아니므로, 제어부(110)는, 아무것도 하지 않고, 도 20 및 도 21에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍을 기다리게 된다.

한편, 단계 S524의 판단 처리에서, 정수 R이 1보다 크다고 판단했을 때는, 최신의 피크 간격 T0는, 기준 피치의 2배 이상의 구간이므로, 제어부(110)는, 카운트 수에, 정수 R로부터 1만큼 감산한 값을 가산하여(단계 S525), 도 20 및 도 21에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍을 기다리게 된다.

이와 같이, 도 20 및 도 21에 나타낸 처리에 의해, 사용자의 동작 상태도 정확하게 판별하면서, 보행이나 주행을 행하고 있는 경우에는, 매칭이 되지않는 피크가 존재하는 기간에도, 사용자의 보수를 정확하게 카운트할 수 있고, 또한 「정지」상태, 「부정」상태, 「보행」상태, 「주행」상태의 4개의 동작 상태(동작 상태에 따른 체동 종류별)를 실시간으로 판별할 수도 있게 하고 있다.

그리고, 도 20 및 도 21을 사용하여 설명한 처리에서, 최신 피크 간격 T0가, 기준 피치의 정수배의 구간일 때, 계측할 수 없었던 피크 위치에 따라, 보수의 계측을 행하도록 했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 최신 피크 간격 T0가, 기준 피치의 정수배의 구간일 때는, 그 구간에서의 연직 성분의 저대역 성분의 진폭, 또는 연직 성분 자체의 진폭도 고려하여, 기준 피치의 정수배의 위치에 확실하게 피크 위치가 존재하는지의 여부를 판별하도록 해도 된다.

구체적으로는, 기준 피치의 정수배의 위치의 진폭에 대한 기준값을 설치해 두고, 이 기준값 이상이면, 피크값 및 피크 위치로서 인식하고, 기준값보다 작은 경우에는, 피크값 및 피크 위치로서 인식하지 않도록 하면 된다. 그리고, 기준값은, 실험을 행함으로써, 적절한 값을 설정할 수 있다.

[음향 재생 장치로의 적용에 대하여]

다음에, 본 발명의 장치, 방법 및 프로그램의 일실시예를 음향 재생 장치에 적용한 경우에 대하여 설명한다. 도 22는, 본 실시예의 음향 재생 장치(200)를 설명하기 위한 블록도이다. 본 실시예의 음향 재생 장치(200)는, 후술도 하지만, 악곡 데이터(음악 데이터)를 기억하기 위한 비교적 대용량의 기록 매체를 사용할 수 있는 휴대형으로 되어있다.

기록 매체로서는, 하드 디스크, MD(미니 디스크(등록상표)) 등의 광자기 디스크, CD나 DVD 등의 광디스크, 메모리 카드, 반도체 메모리 등, 각종 기억 매체의 사용을 고려할 수 있다. 그러나, 여기서는, 설명을 간단하게 하기 위하여, 악곡 데이터 등의 컨텐츠 데이터를 기억하는 기록 매체는 하드 디스크인 것으로서 설명한다.

도 22에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 음향 재생 장치(200)는, 제어부(210)에 대하여, 3축 가속도 센서(201)가 A/D 변환부(202)를 통하여 접속되고, 또한 비교적 기억 용량이 큰 기록 매체로서, 악곡 데이터 베이스(이하, 악곡 DB라고 함)(203)와 플레이리스트 저장부(204)가 접속된다.

또한, 제어부(210)에 대해서는, 음성 재생 처리부(205)를 통하여 스피커(206)가 접속되고, 또한 사용자 인터페이스로서의 조작부(221)와 표시부(222)가 접속되고, 또한 외부 인터페이스(이하, 외부 I/F라고 함)(223)를 통하여 입출력 단 자(224)가 접속된 구성으로 되어 있다.

3축 가속도 센서(201)는, 전술한 보수계(100)의 가속도 센서(101)의 경우와 마찬가지로, 1축 가속도 센서를 서로 직교하는 X축, Y축, Z축의 3축에 배치하여 형성된 것, 또는 직교하는 3축 가속도 센서가 하나의 패키지에 밀봉되어 형성된 것 중 어느 것을 사용해도 된다. 3축 가속도 센서(201)로부터의 X축, Y축, Z축의 각각의 검출 출력(아날로그 출력)은, A/D 변환부(202)에 공급되고, 여기서 제어부(210)에서 처리 가능한 형식의 디지털 데이터로 변환되어 제어부(210)에 공급된다.

제어부(210)는, 본 실시예의 음향 재생 장치(200)의 각 부를 제어하는 것이며, 전술한 보수계(100)의 제어부(110)와 마찬가지로, CPU(211), ROM(212), RAM(213) 및 불휘발성 메모리(214)가, CPU 버스(215)를 통해서 접속되어 마이크로 컴퓨터의 구성으로 된 것이다.

여기서, CPU(211)는, 각종 프로그램을 실행하고, 각 부에 공급하는 제어 신호를 형성하거나, 각종 연산을 행하거나 하는 등, 제어부(210)에서의 처리나 제어의 주체가 된다. ROM(212)은, CPU(211)가 실행하는 각종 프로그램이나 처리에 필요한 데이터를 기억 및 유지한다.

또한, RAM(213)은, 처리 도중 결과를 일시적으로 기억하는 등, 주로 작업 영역으로서 사용되며, A/D 변환부(202)를 통해서 공급되는 가속도 센서(201)로부터의 수치화된 가속도 데이터를 기억 유지하는 버퍼 메모리 등으로도 사용된다. 불휘발성 메모리(214)는, 예를 들면, EEPROM이나 플래시 메모리 등의 전원이 꺼져도 기억 데이터가 소멸되지 않는 메모리이며, 전원이 꺼져도 유지해 두어야 할 데이터, 예를 들면, 설정된 파라미터나 추가된 프로그램 등을 기억 및 유지한다.

그리고, 악곡 DB(203) 및 플레이리스트 저장부(204)는, 전술한 바와 같이, 모두 하드 디스크이다. 악곡 DB에는, 본 실시예의 음향 재생 장치(200)에서 재생 가능한 다수의 악곡 데이터가, 예를 들면, 소정의 데이터 압축 방식에 따라 데이터 압축되어 기억 및 유지되어 있다.

또한, 플레이리스트 저장부(204)에는, 사용자가 「정지」상태에 있을 때 재생할 악곡을 지시하는 정지 시 플레이리스트와, 사용자가 「보행」상태에 있을 때 재생할 악곡을 지시하는 보행 시 플레이리스트와, 사용자가 「주행」상태에 있을 때 재생할 악곡을 지시하는 주행 시 플레이리스트가 기억 및 유지되어 있다.

즉, 플레이리스트 저장부(204)에 저장되어 있는 플레이리스트는, 정지 시 플레이리스트, 보행 시 플레이리스트, 주행 시 플레이리스트의 구별이, 예를 들면, 각 플레이리스트에 부가되는 플레이리스트 종류별 등의 정보에 의해 구별할 수 있도록 되어 있다. 또한, 정지 시 플레이리스트, 보행 시 플레이리스트, 주행 시 플레이리스트 각각은 복수개 존재하고, 각 플레이리스트에는, 재생해야 할 1곡 이상의 악곡을 특정하는 파일명 등의 악곡 ID(악곡 식별자)가, 예를 들면, 재생순으로 사전에 등록되어 형성된다.

그리고, 도 22에서는, 구성을 명확하게 하기 위하여, 악곡 DB(203)와 플레이리스트 저장부(204)를 별개로 나타냈으나, 이들은 같은 하드 디스크 상에 형성되는 경우도 있다.

음성 재생 처리부(205)는, 제어부(210)에 의해 악곡 DB(203)로부터 판독된 악곡 데이터의 공급을 받아, 이것을 압축풀기 처리하여 데이터 압축 전의 원래의 악곡 데이터를 복원하고, 또한 복원된 악곡 데이터로부터 스피커(206)에 공급하는 형식의 아날로그 음성 신호를 형성하고, 이것을 스피커(206)에 공급한다. 이에 따라, 재생하게 된 악곡 데이터에 따라 음성이 스피커(206)로부터 방음(放音)된다.

그리고, 도시하지 않지만, 본 실시예의 음성 재생 처리부(205)에는, 헤드폰 단자도 접속하도록 되어 있고, 상기 헤드폰 단자에 헤드폰이 접속된 경우에는, 음성 재생 처리부(205)에서 처리된 음성 신호는, 스피커(206)가 아닌 헤드폰 단자를 통하여, 이에 접속된 헤드폰에 공급되고, 상기 헤드폰을 통해서 재생 음성을 청취할 수 있도록 하고 있다.

또한, 조작부(221)는, 재생 키, 정지 키, 빨리감기 키, 빨리되감기 키, 그 외에, 각종 기능 키 등을 구비하고, 사용자로부터의 조작 입력을 받아들여, 이에 따른 전기 신호를 제어부(210)에 공급할 수 있다. 이에 따라, 제어부(210)는 각 부를 제어하고, 사용자의 지시에 따른 처리를 행할 수 있도록 하고 있다.

또한, 표시부(222)는, 표시 제어 회로를 포함하고, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display), 유기 EL(Electro Luminescence) 디스플레이, CRT(Cathode-Ray Tube) 등의 표시 소자를 구비하고, 제어부(210)의 제어에 따라 각종 가이던스 정보 등을 표시한다. 구체적으로는, 표시부(222)는, 제어부(210)로부터 표시 데이터의 공급을 받고, 이 표시 데이터로부터 표시 소자에 공급하는 영상 신호를 형성하고, 이것을 표시 소자에 공급함으로써, 제어부(210)로부터의 표시 데이터에 따른 표시 정보를 표시 소자의 표시 화면에 표시한다.

또한, 외부 I/F(223) 및 입출력 단자(224)를 통해서, 퍼스널 컴퓨터 등의 외부 기기에 접속할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 입출력 단자(224) 및 외부 I/F(223)를 통해서, 외부 기기로부터 악곡 데이터나 플레이리스트의 공급을 받아서, 악곡 데이터에 대해서는 악곡 DB(203)에 저장하고, 플레이리스트에 대해서는 플레이리스트 저장부(204)에 저장할 수 있도록 하고 있다.

반대로, 제어부(210)의 제어에 의해, 악곡 DB(203)에 저장되어 있는 악곡 데이터를 제어부(210), 외부 I/F(223) 및 입출력 단자(224)를 통해서 외부 기기에 출력하고, 외부 기기의 기록 매체에 백업을 형성하거나, 마찬가지로 하여, 플레이리스트 저장부(204)에 기억 유지되어 있는 플레이리스트의 백업을 외부 기기의 기록 매체에 작성할 수도 있도록 하고 있다.

또한, 표시부(222)에 악곡 DB(203)에 저장되어 있는 악곡 데이터의 일람 리스트를 표시시키고, 조작부(221)를 통해서 목적하는 악곡 데이터를 선택하고, 또한 정지 시 플레이리스트, 보행 시 플레이리스트, 주행 시 플레이리스트 별로 입력함으로써, 본 실시예의 음향 재생 장치(200)에서도 플레이리스트를 작성할 수 있다.

그리고, 본 실시예의 음향 재생 장치(200)는, 조작부(221)를 통해서 선택된 악곡 데이터가 제어부(210)에 의해 악곡 DB(203)로부터 판독되고, 이것이 음성 재생 처리부(205)에 공급된다. 이에 따라, 사용자로부터 조작부(221)를 통해서 지시된 악곡을 재생하고, 그 악곡을 청취할 수 있게 된다.

또한, 조작부를 통해서 사용할 플레이리스트를 지시한 경우는, 그 지시한 플 레이리스트에 따라, 제어부(210)에 의해 악곡 DB(203)로부터 악곡 데이터가 판독되고, 음성 재생 처리부(205)에 공급하게 되고, 플레이리스트에 따라 악곡을 재생할 수 있도록 하고 있다.

또한, 플레이리스트를 자동 선택하는 모드가 선택되어 있는 경우에는, 사용자의 동작 상태에 따라 적절한 플레이리스트를 선택할 수도 있도록 하고 있다. 본 실시예의 음향 재생 장치(200)에서, 제어부(210)가, 도 1에 나타낸 체동 검출 장치에서의 연직 성분 추출부(2), 고대역/저대역 분해부(3), 피크 검출/판정 처리부(4) 및 스텝 위치 해석부(5)로서의 기능을 실현하고, 또한 사용자의 동작 피치(동작 템포)를 정확하게 파악하고, 사용자의 동작 상태에 따라, 정지 시 플레이리스트, 보행 시 플레이리스트, 주행 시 플레이리스트 중에서 적절한 것을 자동 선택할 수 있도록 하고 있다.

즉, 본 실시예의 음향 재생 장치(200)의 제어부(210)는, 가속도 센서(201)로부터의 검출 출력에 기초하여, 도 1을 사용하여 설명한 바와 같이, 연직 성분 추출, 연직 성분의 고역/저역의 분해, 피크 위치의 후보의 검출과 피크 위치의 후보의 특정, 파형 매칭에 의한 피크 위치의 결정 등의 처리를 행하는 기능을 가지고 있다.

그리고, 결정한 피크 위치에 기초하여, 사용자의 동작 상태를 정확하게 파악하고, 또한 보행이나 주행 등의 체동 피치를 정확하게 파악하고, 체동 피치도 고려하여, 사용자의 동작 상태에 따라 적절한 플레이리스트를 자동적으로 선택하고, 이 선택한 플레이리스트를 사용하여 악곡의 재생을 행할 수 있도록 하고 있다.

이하, 도 23의 흐름도를 참조하면서, 본 실시예의 음향 재생 장치에서, 플레이리스트를 자동 선택하는 모드가 선택되어 있는 경우에, 사용자의 동작 상태에 따라 적절한 플레이리스트를 선택하는 경우의 처리에 대하여 설명한다. 도 23은, 본 실시예의 음향 재생 장치에서, 사용자의 동작 상태에 따라 적절한 플레이리스트를 선택하는 경우의 처리에 대하여 설명하기 위한 흐름도이다.

도 23에 나타낸 처리는, 주로, 본 실시예의 음향 재생 장치(200)의 제어부(210)에서 행해진다. 먼저, 제어부(210)는, 도 15에 나타낸 보수계(100)의 제어부(110)의 경우와 마찬가지로, 체동 종류별 추정 처리를 실행한다(단계 S601). 이 단계 S601의 처리는, (가) 도 16을 사용하여 설명한 바와 같이, 3축 가속도 센서(201)로부터의 가속도 벡터로부터 연직 성분을 추출하고, 또한 (나) 이 추출한 연직 성분을 고대역 성분과 저대역 성분으로 분리하고, (다) 이들을 사용하여, 도 17을 사용하여 설명한 바와 같이, 피크 위치의 후보를 특정하고, (라) 이 특정한 피크 위치의 후보의 정보를 사용하여, 도 20 및 도 21에 나타낸 처리를 실행함으로써, 사용자의 동작 상태와 동작 피치를 파악하는 처리이다.

그리고, 도 20 및 도 21에 나타낸 처리에서는, 보수를 카운트하는 처리를 행할 필요는 없다. 단계 S506∼단계 S508의 처리, 및 단계 S525의 처리를 행할 필요는 없다.

그리고, 제어부(210)는, 사용자의 동작 상태가 변화했는지의 여부를 판단한다(단계 S602). 이 판단 처리는, 예를 들면, 동작 상태의 판정 결과로서, 전회의 판정 결과와 이번 판정 결과를 유지해 두고, 양측이 상이한 경우에 동작 상태가 변 화한 것으로 판단할 수 있다.

단계 S602의 판단 처리에서, 동작 상태는 변화하고 있지 않다고 판단했을 때는, 도 23에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍까지 기다리게 된다. 단계 S602의 판단 처리에서, 동작 상태가 변화했다고 판단했을 때는, 변화 후 상태, 즉 이번 판정 결과가, 「정지」상태인지의 여부를 판단한다(단계 S603).

단계 S603의 판단 처리에서, 이번 판정 결과가 「정지」상태라고 판단했을 때는, 플레이리스트 저장부(204)에 저장되어 있는 정지 시 플레이리스트를 사용하도록 하고, 상기 정지 시 플레이리스트에 따라 악곡(음악)을 재생한다(단계 S604). 이 후, 도 23에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍까지 기다리게 된다.

또한, 단계 S603의 판단 처리에서, 이번 판정 결과가 「정지」상태가 아닌 것으로 판단했을 때는, 이번 판정 결과가 「보행/주행」상태인지의 여부를 판단한다(단계 S605). 단계 S605의 판단 처리에서, 「보행/주행」상태라고 판단했을 때는, 단계 S601의 처리로서, 도 20 및 도 21의 처리에서 구해진 기준 피치 Ps가 규정값보다 작은지의 여부를 판단한다(단계 S606).

이 단계 S606의 판단 처리에서 사용되는 규정값은, 사용자의 동작 상태가, 보행인지 주행인지를 판단하기 위한 것이며, 기준 피치 Ps가 규정값보다 작지 않은 경우에는, 기준 피치는 아직 충분히 빠르지 않은 상태이며, 보행 상태라고 판단할 수 있다. 반대로, 기준 피치가 규정값보다 작은 경우에는, 기준 피치는 충분히 빠른 주행 상태라고 판단할 수 있다.

그러므로, 단계 S606의 판단 처리에서, 기준 피치 PS가 규정값보다 작지 않 은 것으로 판단했을 때는, 사용자의 동작 상태는, 「보행」상태라고 판단하고, 플레이리스트 저장부(204)에 저장되어 있는 보행 시 플레이리스트를 사용하도록 하고, 상기 보행 시 플레이리스트에 따라 악곡(음악)을 재생한다(단계 S607). 이 후, 제어부(210)는, 도 23에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍까지 기다리게 된다.

또한, 단계 S606의 판단 처리에서, 기준 피치 PS가 규정값보다 작은 것으로 판단했을 때는, 사용자의 동작 상태는, 「주행」상태라고 판단하고, 플레이리스트 저장부(204)에 저장되어 있는 주행 시 플레이리스트를 사용하도록 하고, 상기 주행 시 플레이리스트에 따라 악곡(음악)을 재생한다(단계 S608). 이 후, 제어부(210)는, 도 23에 나타낸 처리를 종료하고, 다음 실행 타이밍까지 기다리게 된다.

이와 같이, 본 실시예의 음향 재생 장치(200)는, 사용자의 동작 상태를 적절히 판정하여, 사용자의 동작 상태에 따른 플레이리스트로 자동적으로 전환하여, 사용자의 체동에 따른 악곡을 재생할 수 있도록 된다.

그리고, 전술한 바와 같이, 정지 시 플레이리스트, 보행 시 플레이리스트, 주행 시 플레이리스트 각각이 복수개 준비되어 있는 경우도 있다. 이와 같은 경우에는, 사용하는 순서를 사전에 정해 두고, 그 차례에 따라서 사용하도록 하거나, 각 플레이리스트마다 사용 빈도를 기억해 두고 사용 빈도가 낮은 것을 사용하도록 하거나, 반대로, 사용 빈도가 높은 것을 사용하도록 하거나 해도 된다. 또한, 정지 시 플레이리스트, 보행 시 플레이리스트, 주행 시 플레이리스트 각각에 대하여 사용하는 것을 사전에 사용자가 지정하도록 해도 된다.

또한, 전술한 보수계(100)에서도, 도 20 및 도 21의 처리에 앞서, 도 19의 처리를 행함으로써, 보수의 계측 처리의 최초부터, 정확한 보수의 계측을 행하도록 할 수 있다.

또한, 전술한 보수계(100) 및 음향 재생 장치(200)에서는, 3축 가속도 센서(101, 201)를 사용하는 것으로서 설명하였다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니다. 1축 가속도 센서를 사용해도 되고, 2축 가속도 센서를 사용해도 된다. 그러나, 1축 또는 2축 가속도 센서를 사용하는 경우는, 체동의 주요 성분을 신호로서 취득할 수 있는 방향으로 배치될 필요가 있다.

그러나, 3축 가속도 센서를 사용하고, 전술한 바와 같이, 연직 성분의 추출, 고대역 성분과 저대역 성분의 에너지 비율을 고려하는 처리를 행함으로써, 가속도 센서의 장착 위치나 장착 방향으로 제한을 생기게 하지 않으므로, 3축 가속도 센서를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 실시예에서는, 3축 가속도 센서를 사용하고, 3축의 가속도 벡터로부터 연직 성분을 추출하도록 했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 3축 중에서 가장 신호 강도가 강한 축의 신호를 연직 성분으로 간주하여 선택하도록 해도 된다.

또한, 전술한 보수계(100) 및 음향 재생 장치(200)에서는, 가속도 벡터의 연직 성분의 피크 위치를 검출해 나감으로써, 체동의 피치 주기를 구하도록 했지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 피크 위치(스텝 위치)를 특정하기 위한 수단으로서는, 구두 바닥에 스위치를 배치하고 보행 또는 주행 시 발을 디딤으로써 스위치의 접점을 폐하도록 한 기구를 사용하거나, 구두 바닥에 변형 게이지를 배치하거나 하여 발을 딛는 것을 검출하는 수단을 사용해도 된다.

또한, 전술한 실시예의 음향 재생 장치(200)에서는, 사용자의 체동 피치(보행 템포나 주행 템포)를 정확하게 계측할 수 있으므로, 제어부(210)가 음성 재생 처리부(205)를 제어함으로써, 사용자의 체동 템포에 따라, 재생할 악곡의 재생 템포를 제어하도록 할 수도 있다.

이와 같이, 사용자의 체동 템포에 따라, 재생할 악곡의 재생 템포를 제어함으로써, 사용자는 재생되는 악곡에 대하여 일체감을 느끼고, 보행이나 주행 등의 운동을 효율적으로 행하거나, 무리없이 계속하거나 할 수 있게 된다.

또한, 전술한 실시예의 체동 검출 장치, 체동 검출 방법, 체동 검출 프로그램은, 보수계, 및 휴대형의 음향 재생 장치뿐만 아니라, 피트니스 클럽 등에서 사용되는 실내용 런닝 머신 등의 트레이닝 머신에 적용하거나, 거치형의 음향 재생 장치에 적용하는 등, 사용자의 연직 방향의 체동을 검출하여 이용할 필요성이 있는 각종 전자 기기에 적용할 수 있다.

또한, 도 16∼도 21 및 도 23은, 본 발명에 의한, 방법 및 프로그램이 적용되는 것이며, 도 16∼도 21 및 도 23에 나타낸 흐름도에 따라 처리를 행함으로써, 본 발명에 의한 방법을 이용할 수 있고, 또한, 도 16∼도 21 및 도 23에 나타낸 흐름도에 따른 프로그램을 작성함으로써, 본 발명에 의한 프로그램을 실현할 수 있다.

또한, 도 1에 나타낸 각 부의 기능을 실현하도록 제어부에서의 처리를 규정 함으로써 본 발명에 의한 방법을 실현할 수 있고, 마찬가지로, 도 1에 나타낸 각 부의 기능을 실현하도록 제어부에서 실행하는 프로그램을 작성함으로써, 본 발명에 의한 프로그램을 실현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 노이즈를 제거하고 사용자의 연직 방향의 체동을 정확하게 검출할 수 있다. 즉, 노이즈에 강한(노이즈의 영향을 쉽게 받지 않는) 체동을 검출하기 위한 장치, 방법 및 프로그램을 실현할 수 있다.

Claims (19)

1. 사용자의 신체에 장착하게 되는 가속도 센서와,

   상기 가속도 센서로부터의 검출 출력으로부터 가속도의 연직 성분을 추출하는 연직 성분 추출 수단과,

   상기 연직 성분 추출 수단에 의해 추출된 상기 연직 성분을 고대역 성분과 저대역 성분으로 성분 분해하는 분해 수단과,

   상기 분해 수단에 의해 분해된 상기 연직 성분의 상기 저대역 성분에 기초하여 피크 위치의 후보를 검출하는 검출 수단과,

   상기 검출 수단에 의해 검출된 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위에서의 상기 저대역 성분의 에너지와 상기 고대역 성분의 에너지와의 비율이 소정값보다 작은 경우에 상기 피크 위치의 후보를 피크 위치의 후보로서 특정하는 특정 수단, 및

   상기 특정 수단에 의해 특정되는 피크 위치의 후보에 기초하여, 상기 사용자의 체동을 검출하는 체동 검출 수단

   을 포함하는 체동 검출 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 특정 수단에 의해 특정된 각 피크 위치의 후보마다, 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위를 설정하고, 설정된 소정 범위마다의 파형을 대상으로 하여 다른 소정 범위의 파형과의 매칭을 행하여, 유사도가 높은 경우에, 대상이 된 파형에 포함되는 피크 위치의 후보를 피크 위치로서 결정하는 결정 수단을 구비하고,

   상기 체동 검출 수단은, 상기 결정 수단에 의해 결정된 피크 위치에 기초하여, 사용자의 체동을 검출하는, 체동 검출 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 특정 수단에 의해 특정된 복수개의 피크 위치의 후보로 이루어지는 시계열 패턴에 대하여 해석하거나, 혹은 상기 결정 수단에 의해 결정된 복수개의 피크 위치로 이루어지는 시계열 패턴에 대하여 해석함으로써, 스텝 간격을 추정하는 간격 추정 수단과,

   상기 간격 추정 수단에서 추정된 상기 스텝 간격에 기초하여, 적어도 「정지」, 「보행/주행」, 「부정」의 3상태를 사용자의 동작 상태로서 판별하는 판별 수단

   을 포함하는 체동 검출 장치.
4. 제3항에 있어서,

   판정 수단은, 피크 위치가 전혀 검출되지 않은 「정지」상태도 아니고, 스텝 간격이 등간격도 아닌 「부정」의 상태에 있을 때, 상기 간격 추정 수단에 의해, 수(數) 스텝동안, 스텝 간격이 등 간격인 것이 추정되었을 경우에, 사용자의 동작 상태를 「부정」으로부터 「보행/주행」으로 변경할 수 있으며,

   상기 판정 수단에 의해, 사용자의 동작 상태가 「부정」으로부터 「보행/주행」으로 변경된 경우에, 상기 간격 추정 수단에 의해 추정된 스텝 간격에 기초하여, 기준 피치를 산출하는 기준 피치 산출 수단

   을 포함하는 체동 검출 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 판정 수단은, 상기 간격 추정 수단에 의해 추정된 최신 스텝 간격과, 상기 기준 피치를 비교하여, 그 차이가, 사전에 설정된 오차 범위에 들어가거나, 기준 피치의 정수배에 대하여 소정의 오차 범위에 들어가 있는 경우에는, 「보행/주행」상태를 유지하는, 체동 검출 장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 간격 추정 수단에 의해 추정된 스텝 간격에 기초하여, 사용자의 스텝을 카운트하는 카운트 수단을 구비하고,

   상기 판별 수단에 의해 사용자의 동작 상태가 「보행/주행」인 것으로 판별된 경우, 상기 카운트 수단은, 상기 스텝 간격의 상기 기준 피치에 대한 배수에 기초하여, 카운트의 보간을 행하는, 체동 검출 장치.
7. 제4항에 있어서,

   상기 판별 수단에 의해, 사용자의 동작 상태가 「보행/주행」의 상태에 있는 것으로 판별된 경우에 있어서, 상기 간격 추정 수단에 의해 추정된 상기 스텝 간격에 기초하여, 사용자의 동작 상태가 「보행」인지 혹은 「주행」인지를 판정하는 판정 수단을 포함하는, 체동 검출 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 판별 수단에 의해, 사용자의 동작 상태가 「보행/주행」의 상태에 있는 것으로 판별된 경우에 있어서, 상기 취득 수단에 의해 취득된 상기 저대역 성분의 피크값과, 상기 간격 추정 수단에 의해 추정된 상기 스텝 간격에 기초하여, 사용자의 동작 상태가 「보행」인지 혹은 「주행」인지를 판정하는 판정 수단을 포함하는, 체동 검출 장치.
9. 제3항에 있어서,

   사용자의 동작 상태에 대응하여 형성된 하나이상의 악곡 재생 리스트를 기억 및 유지하는 악곡 재생 리스트 유지 수단과,

   상기 판별 수단에 의해 판별된 사용자의 동작 상태에 따라, 상기 악곡 재생 리스트 유지 수단으로부터 악곡의 재생에 사용하는 악곡 재생 리스트를 선택하는 선택 수단

   을 포함하는, 체동 검출 장치.
10. 제1항에 있어서,

    악곡 데이터의 재생 수단과,

    상기 체동 검출 수단에 의해 검출되는 사용자의 체동의 주기에 따라, 상기 재생 수단에서의 악곡의 재생 속도를 제어하는 재생 제어 수단

    을 포함하고, 악곡 재생 장치로서의 기능을 구비하는, 체동 검출 장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 가속도 센서는 다축 가속도 센서이며,

    상기 연직 성분 추출 수단은, 상기 다축 가속도 센서로부터의 검출 출력인 가속도 벡터로부터 중력 가속도 벡터를 산출하고, 상기 다축 가속도 센서로부터의 상기 가속도 벡터와 산출된 상기 중력 가속도 벡터를 사용하여 연산에 의해 가속도의 연직 성분을 추출하는, 체동 검출 장치.
12. 사용자의 신체에 장착하게 되는 상기 가속도 센서로부터의 검출 출력으로부터 가속도의 연직 성분을 추출하는 연직 성분 추출 단계와,

    상기 연직 성분 추출 단계에서 추출한 상기 연직 성분을 고대역 성분과 저대역 성분으로 성분 분해하는 분해 단계와,

    상기 분해 공정에서 분해한 상기 연직 성분의 상기 저대역 성분에 기초하여 피크 위치의 후보를 검출하는 검출 단계와,

    상기 검출 단계에서 검출한 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위에서의 상기 저대역 성분의 에너지와 상기 고대역 성분의 에너지와의 비율이 소정값보다 작은 경우에 상기 피크 위치의 후보를 피크 위치의 후보로서 특정하는 특정 단계, 및

    상기 특정 단계에서 특정한 피크 위치의 후보에 기초하여, 상기 사용자의 체동을 검출하는 체동 검출 단계

    를 포함하는 체동 검출 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 특정 단계에서 특정한 각 피크 위치의 후보마다, 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위를 설정하고, 설정된 소정 범위마다의 파형을 대상으로 하여 다른 소정 범위의 파형과의 매칭을 행하여, 유사도가 높은 경우에, 대상이 된 파형에 포함되는 피크 위치의 후보를 피크 위치로서 결정하는 결정 단계를 가지고,

    상기 체동 검출 단계에서는, 상기 결정 단계에서 결정한 피크 위치에 기초하여, 사용자의 체동을 검출하는, 체동 검출 방법.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,

    상기 특정 단계에서 특정한 복수개의 피크 위치의 후보로 이루어지는 시계열 패턴에 대하여 해석하거나, 혹은 상기 결정 단계에서 결정한 복수개의 피크 위치로 이루어지는 시계열 패턴에 대하여 해석함으로써, 스텝 간격을 추정하는 간격 추정 단계와,

    상기 간격 추정 단계에서 추정한 상기 스텝 간격에 기초하여, 적어도 「정지 」, 「보행/주행」, 「부정」의 3상태를 사용자의 동작 상태로서 판별하는 판별 단계

    를 포함하는 체동 검출 방법.
15. 제12항에 있어서,

    사용자의 신체에 장착하게 되는 상기 가속도 센서는 다축 가속도 센서이며,

    상기 연직 성분 추출 단계에서는, 상기 다축 가속도 센서로부터의 검출 출력인 가속도 벡터로부터 중력 가속도 벡터를 산출하고, 상기 다축 가속도 센서로부터의 상기 가속도 벡터와 산출된 상기 중력 가속도 벡터를 사용하여 연산에 의해 가속도의 연직 성분을 추출하는, 체동 검출 방법.
16. 사용자의 신체에 장착하게 되는 가속도 센서를 구비하고, 상기 가속도 센서로부터의 검출 출력을 사용하여 사용자의 체동을 검출하는 체동 검출 장치에 탑재된 컴퓨터에,

    상기 가속도 센서로부터의 검출 출력으로부터 가속도의 연직 성분을 추출하는 연직 성분 추출 단계와,

    상기 연직 성분 추출 단계에서 추출한 상기 연직 성분을 고대역 성분과 저대역 성분으로 성분 분해하는 분해 단계와,

    상기 분해 단계에서 분해한 상기 연직 성분의 상기 저대역 성분에 기초하여 피크 위치의 후보를 검출하는 검출 단계와,

    상기 검출 단계에서 검출한 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위에서의 상기 저대역 성분의 에너지와 상기 고대역 성분의 에너지와의 비율이 소정값보다 작은 경우에 상기 피크 위치의 후보를 피크 위치의 후보로서 특정하는 특정 단계, 및

    상기 특정 단계에서 특정한 피크 위치의 후보에 따라 상기 사용자의 체동을 검출하는 체동 검출 단계

    를 실행시키는 체동 검출 프로그램.
17. 제16항에 있어서,

    상기 특정 단계에서 특정한 각 피크 위치의 후보마다, 피크 위치의 후보를 포함하는 소정 범위를 설정하고, 설정된 소정 범위마다의 파형을 대상으로 하여 다른 소정 범위의 파형과의 매칭을 행하여, 유사도가 높은 경우에, 대상이 된 파형에 포함되는 피크 위치의 후보를 피크 위치로서 결정하는 결정 단계를 포함하고,

    상기 체동 검출 단계에서는, 상기 결정 단계에서 결정한 피크 위치에 기초하여, 사용자의 체동을 검출하는 체동 검출 프로그램.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서,

    상기 특정 단계에서 특정한 복수개의 피크 위치의 후보로 이루어지는 시계열 패턴에 대하여 해석하거나, 혹은 상기 결정 단계에서 결정한 복수개의 피크 위치로 이루어지는 시계열 패턴에 대하여 해석함으로써, 스텝 간격을 추정하는 간격 추정 단계와,

    상기 간격 추정 단계에서 추정한 상기 스텝 간격에 기초하여, 적어도 「정지」, 「보행/주행」, 「부정」의 3상태를 사용자의 동작 상태로서 판별하는 판별 단계

    를 포함하는, 체동 검출 프로그램.
19. 제16항에 있어서,

    사용자의 신체에 장착하게 되는 상기 가속도 센서는 다축 가속도 센서이며,

    상기 연직 성분 추출 단계에서는, 상기 다축 가속도 센서로부터의 검출 출력인 가속도 벡터로부터 중력 가속도 벡터를 산출하고, 상기 다축 가속도 센서로부터의 상기 가속도 벡터와 산출된 상기 중력 가속도 벡터를 사용하여 연산에 의해 가속도의 연직 성분을 추출하는, 체동 검출 프로그램.

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