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JP2006081771A - Method and apparatus for estimating information about living organisms using electromagnetic waves - Google Patents

Method and apparatus for estimating information about living organisms using electromagnetic waves Download PDF

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JP2006081771A
JP2006081771A JP2004270593A JP2004270593A JP2006081771A JP 2006081771 A JP2006081771 A JP 2006081771A JP 2004270593 A JP2004270593 A JP 2004270593A JP 2004270593 A JP2004270593 A JP 2004270593A JP 2006081771 A JP2006081771 A JP 2006081771A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
organism
estimating
person
posture
electromagnetic wave
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004270593A
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Japanese (ja)
Inventor
Michitoku Shioda
道徳 塩田
Toshihiko Onouchi
敏彦 尾内
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

【課題】人物等の位置、3次元姿勢、行動などの情報を推定する際に、「照明」、「気温」、「人物の着用する衣服や靴」などの影響を受けることなく、比較的精度高く推定すること。
【解決手段】生物体1に関する情報の推定において、生物体1のいる空間にミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波8を照射して、生物体1により反射される反射電磁波9を検出することによって生物体1の少なくとも一部位の方向と距離を含むデータを得、生物体1の少なくとも一部位の空間位置を求める。ミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波は、物体は透過するが生物体ではその水分等のために透過せずに一部は反射される特性を持つ。
【選択図】図1
[PROBLEMS] To estimate information such as a person's position, three-dimensional posture, behavior, etc. without being affected by "lighting", "temperature", "clothes and shoes worn by a person", etc. Estimate high.
In estimation of information related to a living organism, a reflected electromagnetic wave reflected from the living organism is detected by irradiating a space where the organism is located with an electromagnetic wave including a frequency in the terahertz region from millimeter waves. By obtaining data including the direction and distance of at least a part of the organism 1, the spatial position of at least a part of the organism 1 is obtained. Electromagnetic waves including frequencies from the millimeter wave to the terahertz range are transmitted through an object, but are not reflected by a living body due to its moisture and are partially reflected.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、電磁波を用いた生物体に関する情報の推定方法および装置に関し、特にミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を用いて人物等の生物体の位置、姿勢、行動などの情報を推定する方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for estimating information about a living organism using electromagnetic waves, and in particular, estimates information on the position, posture, behavior, etc. of a living organism such as a person using electromagnetic waves including frequencies in the millimeter to terahertz region. It relates to a method and an apparatus.

従来、人物に特別な器具を取り付けることなく人物の姿勢を推定する方法として、ビデオレート・ステレオマシンから得られるカラー画像と距離画像を用いる方法(特許文献1参照)や熱カメラ(赤外線カメラ)を用いる方法(特許文献2参照)があった。
特開平9−237348号公報 特開平10−258044号公報
Conventionally, as a method for estimating the posture of a person without attaching special equipment to the person, a method using a color image and a distance image obtained from a video rate stereo machine (see Patent Document 1) or a thermal camera (infrared camera) is used. There was a method to be used (see Patent Document 2).
JP-A-9-237348 Japanese Patent Laid-Open No. 10-258044

しかしながら、ビデオレート・ステレオマシンを用いる方式では、まずカラー画像から肌色領域を抽出し、頭部および両手の3次元位置を決定する必要があった。そのため、照明の影響や手袋などにより両手の肌色が抽出できない場合には姿勢が推定できないという問題があった。一方、熱カメラを用いる方式では、気温が高いところでは周囲と人物を見分けることが難しくなるという問題や、人物の一部位、例えば腕が他の部位、例えば胴体と重なるような場合にはその部位の検出が難しくなるという問題があった。また、これらの方式に共通する問題として、人物が衣服や靴を着用した状態では、カラー画像では人物そのものではなく衣服や靴が映し出されるため、また、熱カメラでは衣服や靴が熱を遮断するため、人物の全身の精度の高い姿勢推定が難しくなるという問題があった。 However, in the system using the video rate stereo machine, it is necessary to first extract the skin color region from the color image and determine the three-dimensional positions of the head and both hands. Therefore, there is a problem that the posture cannot be estimated when the skin color of both hands cannot be extracted due to the influence of lighting or gloves. On the other hand, in the method using a thermal camera, it is difficult to distinguish the person from the surroundings at high temperatures, and when one part of the person, for example, the arm overlaps with another part, for example, the torso, that part There was a problem that it was difficult to detect. Another problem common to these systems is that when a person wears clothes and shoes, the color image shows clothes and shoes instead of the person itself, and with a thermal camera, clothes and shoes block heat. Therefore, there is a problem that it is difficult to accurately estimate the posture of the whole person.

上記課題に鑑み、本発明の生物体に関する情報の推定方法は、人物等の生物体のいる空間にミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を照射して、生物体により反射される反射電磁波を検出することによって生物体の少なくとも一部位の方向と距離を含むデータを得、生物体の少なくとも一部位の空間位置を求める第1のステップを少なくとも有することを特徴とする。推定すべき情報に生物体の姿勢が含まれる場合には、前記第1のステップで得られた生物体の各部位の空間位置の関係から生物体の姿勢を推定する第2のステップを更に有する。また、推定すべき情報に生物体の行動が含まれる場合には、前記第2のステップで得られた生物体の姿勢の時間的位置変化から生物体の行動を推定する第3のステップを更に有する。 In view of the above problems, the method for estimating information relating to a living body of the present invention irradiates a space where a living body such as a person is irradiated with an electromagnetic wave including a frequency from the millimeter wave to the terahertz region, and generates a reflected electromagnetic wave reflected by the living body. It is characterized by having at least a first step of obtaining data including the direction and distance of at least a part of an organism by detection and determining a spatial position of at least a part of the organism. In the case where the posture of the organism is included in the information to be estimated, the information processing method further includes a second step of estimating the posture of the organism from the relationship between the spatial positions of the parts of the organism obtained in the first step. . If the information to be estimated includes the behavior of the organism, a third step of estimating the behavior of the organism from the temporal position change of the posture of the organism obtained in the second step is further included. Have.

また、上記課題に鑑み、本発明の生物体に関する情報の推定装置は、生物体のいる空間にミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を照射する電磁波照射手段、生物体により反射される反射電磁波を検出することによって生物体の少なくとも一部位の方向と距離を含むデータを得、生物体の少なくとも一部位の空間位置を求める位置検出手段を有することを特徴とする。ここでも、推定すべき情報に生物体の姿勢が含まれる場合には、前記位置検出手段で得られた生物体の各部位の空間位置の関係から生物体の姿勢を推定する姿勢推定手段を更に有する。また、推定すべき情報に生物体の行動が含まれる場合には、前記姿勢推定手段で得られた生物体の姿勢の時間的位置変化から生物体の行動を推定する行動推定手段を更に有する。 In addition, in view of the above problems, the information estimation apparatus for living organisms according to the present invention includes electromagnetic wave irradiation means for irradiating electromagnetic waves including frequencies in the terahertz region from millimeter waves to a space in which living organisms are reflected, and reflected electromagnetic waves reflected by the living organisms. It is characterized by having position detecting means for obtaining data including the direction and distance of at least a part of the organism by detecting the position and obtaining the spatial position of the at least part of the organism. Here again, when the posture of the organism is included in the information to be estimated, there is further provided posture estimation means for estimating the posture of the organism from the relationship of the spatial position of each part of the organism obtained by the position detection means. Have. Further, when the behavior to be estimated includes the behavior of the organism, the behavior estimation means for estimating the behavior of the organism from the temporal position change of the posture of the organism obtained by the posture estimation means is further provided.

この発明によれば、物体は透過するが生物体ではその水分等のために透過せずに一部は反射される特性を持つミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を用いて人物等の位置、3次元姿勢、行動などの情報を推定するため、「照明」、「気温」、「人物の着用する衣服や靴」などの影響をあまり受けることなく、比較的精度の高い人物等の3次元姿勢、行動等の推定ができる。 According to the present invention, the position of a person or the like using electromagnetic waves including a frequency from the millimeter wave to the terahertz region has a characteristic that an object is transmitted but is not transmitted by a living body due to moisture or the like but partially reflected. To estimate information such as 3D posture and behavior, 3D such as a person with relatively high accuracy without being affected by “lighting”, “temperature”, “clothes and shoes worn by a person”, etc. Posture, action, etc. can be estimated.

以下に、ミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を用いた人物の姿勢、行動推定方法ないし装置の実施形態について説明する。 In the following, an embodiment of a human posture / behavior estimation method or apparatus using electromagnetic waves including frequencies from the millimeter wave to the terahertz region will be described.

本発明では、人物等の生物体のいる空間にミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を照射して、生物体により反射される反射電磁波を検出することによって生物体の少なくとも一部位の方向と距離を含むデータを得、生物体の少なくとも一部位の空間位置を求めたり、得られた生物体の各部位の空間位置の関係から生物体の姿勢を推定したり、得られた生物体の姿勢の時間的位置変化から生物体の行動を推定したりするが、典型的な一実施形態では、人物の皮膚表面で反射した反射電磁波から得られる画像データから頭頂点、手先点、足先点を含む人物の特徴部位の位置を求め、前記人物の特徴部位の位置関係から人物の姿勢を推定し、さらに前記姿勢の時間的位置変化から人物の行動を推定する。 In the present invention, an electromagnetic wave including a frequency from the millimeter wave to the terahertz region is irradiated to a space where a living organism such as a person is present, and a reflected electromagnetic wave reflected by the living organism is detected to detect at least a part of the direction of the living organism. Obtain data including distance, obtain the spatial position of at least a part of the organism, estimate the posture of the organism from the relationship of the spatial position of each part of the obtained organism, and obtain the posture of the organism In a typical embodiment, the head vertex, the hand point, and the toe point are obtained from image data obtained from reflected electromagnetic waves reflected on the human skin surface. The position of the characteristic part of the person is obtained, the posture of the person is estimated from the positional relationship of the characteristic part of the person, and the behavior of the person is estimated from the temporal position change of the posture.

上記人物の特徴部位の位置を求めるにあたっては、人物の少なくとも一部の皮膚表面の空間的な距離画像を求め、この距離画像を信号処理することによって頭頂点、手先点、足先点を含む人物の特徴部位の代表点の3次元位置情報を求めることができる。 In determining the position of the characteristic part of the person, a spatial distance image of the skin surface of at least a part of the person is obtained, and the person including the head vertex, the hand point, and the toe point is obtained by signal processing the distance image. The three-dimensional position information of the representative point of the characteristic part can be obtained.

また、人物の姿勢を推定するにあたっては、頭頂点、手先点、足先点を含む人物の特徴部位の代表点の3次元位置情報から人物の特徴部位の代表点間のベクトルを算出し、この代表点間のベクトルから人物の姿勢を推定することができる。 Further, in estimating the posture of the person, a vector between representative points of the characteristic part of the person is calculated from the three-dimensional position information of the representative point of the characteristic part of the person including the head vertex, the hand point, and the toe point. The posture of the person can be estimated from the vector between the representative points.

さらに、人物の行動を推定するにあたっては、人物の特徴部位の代表点間のベクトルの時間的変化から人物の行動を推定することができる。 Furthermore, in estimating the person's action, the person's action can be estimated from the temporal change of the vector between the representative points of the person's characteristic part.

また、推定装置の一実施形態は、人物のいる空間にミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を照射して、人物により反射される反射電磁波を検出することによって、人物の皮膚表面形状に関する情報を検出する装置であって、人物の皮膚表面で反射した反射電磁波から得られる画像データから頭頂点、手先点、足先点を含む人物の特徴部位の位置を求めるための手段、前記人物の特徴部位の位置関係から人物の姿勢を推定するための手段、および前記姿勢の時間的位置変化から人物の行動を推定する手段を含む形態を採り得る。 Further, an embodiment of the estimation device irradiates a space where a person is present with an electromagnetic wave including a frequency from a millimeter wave to a terahertz region, and detects a reflected electromagnetic wave reflected by the person, thereby obtaining information on the skin surface shape of the person. A device for detecting the position of a characteristic part of a person including a head apex, a hand point, and a foot point from image data obtained from reflected electromagnetic waves reflected on the skin surface of the person, the characteristics of the person It may take a form including means for estimating the posture of the person from the positional relationship of the parts and means for estimating the action of the person from the temporal position change of the posture.

ここにおいて、画像データは、例えば、反射電磁波の遅延時間から求められる人物の皮膚表面までの3次元位置情報を含む画像データである。また、電磁波は、連続的に発生する電磁波パルスであり得る。連続的に発生する電磁波パルスを用いることで連続した画像が得られる。 Here, the image data is, for example, image data including three-dimensional position information from the delay time of the reflected electromagnetic wave to the human skin surface obtained. The electromagnetic wave may be a continuously generated electromagnetic wave pulse. Continuous images can be obtained by using continuously generated electromagnetic wave pulses.

電磁波は、その波長程度に絞られたビーム状で空間を伝播し、ビーム位置を2次元スキャンすることで面内方向の一部または全体情報を検知する形態を採り得る。ビーム位置を2次元スキャンすることで画像を形成することができる。また、電磁波は、取得したい人物領域にスポットサイズで照射できるようにエキスパンドしたビーム状で空間を伝播し、面内方向の一部または全体情報を検知する形態も採り得る。エキスパンドしたビームを用いても、画像を形成することができる。 The electromagnetic wave can take a form of propagating in space in the form of a beam narrowed down to about its wavelength, and detecting part or the entire information in the in-plane direction by scanning the beam position in two dimensions. An image can be formed by two-dimensionally scanning the beam position. In addition, the electromagnetic wave may be propagated through the space in the form of an expanded beam so that it can be irradiated with a spot size on a person region to be acquired, and a form in which a part or whole information in the in-plane direction is detected can be taken. An image can also be formed using an expanded beam.

以下に、より具体的な実施例を説明する。
(実施例1)
本実施例による人物の姿勢、行動などの推定方法および装置について、図1を用いて説明する。
Hereinafter, more specific examples will be described.
Example 1
A method and apparatus for estimating the posture and behavior of a person according to this embodiment will be described with reference to FIG.

ここでは、運動をしている人物1を含む空間に、ミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波パルス8を照射して、人物1の姿勢、行動を推定することを考える。3次元情報センシング装置15は、電磁波発生器2、電磁波パルス8を空間に放出するアンテナ10、人物1からの反射電磁波パルス9を受信するアンテナ11および電磁波検出器3、電磁波発生器2からのパルス発生のタイミングを遅延させる遅延器12、遅延器12によって遅延させられた電磁波パルスと受信パルスをミキシングするミキサ14、この遅延時間から人物1の各部位までの3次元位置情報(例えば、方向と距離とは、反射してくる電磁波を検出する検出部に対する物体との距離であり、また方向とは反射してくる電磁波を検出する検出部の傾きから算出された方向である。)を算出する演算器13、演算器13によって算出された3次元位置情報をデータとして記憶するためのデータ記憶部4から構成される。これらの要素は1つの筐体内に一体化したり、集積化したりできるが、必ずしも全てが1つに収められていなくてもよい。なお、電磁波発生器2からの発生パルスの波形は演算器13によって制御され、後述する分解能などを考慮して最初に設定される。 Here, it is assumed that the space including the person 1 who is exercising is irradiated with the electromagnetic wave pulse 8 including the frequency in the terahertz region from the millimeter wave to estimate the posture and action of the person 1. The three-dimensional information sensing device 15 includes an electromagnetic wave generator 2, an antenna 10 that emits an electromagnetic wave pulse 8 into space, an antenna 11 that receives a reflected electromagnetic wave pulse 9 from a person 1, an electromagnetic wave detector 3, and a pulse from the electromagnetic wave generator 2. A delayer 12 that delays the generation timing, a mixer 14 that mixes the electromagnetic wave pulse delayed by the delayer 12 and the received pulse, and three-dimensional position information (for example, direction and distance) from this delay time to each part of the person 1 Is the distance from the object to the detection unit that detects the reflected electromagnetic wave, and the direction is the direction calculated from the inclination of the detection unit that detects the reflected electromagnetic wave. And a data storage unit 4 for storing the three-dimensional position information calculated by the calculator 13 as data. These elements can be integrated or integrated in one housing, but not all of them are necessarily housed in one. Note that the waveform of the generated pulse from the electromagnetic wave generator 2 is controlled by the calculator 13 and is initially set in consideration of the resolution described later.

ミキサ14の出力は、発信パルスを時間遅延させた信号と受信パルスのタイミングが一致したところで最大出力が得られるようになっており、演算器13によって遅延器12による遅延量を掃引制御しながらこの出力をモニタすることで電磁波の伝播遅延時間を同定し、人物1の各部位までの距離を検知することができる。 The output of the mixer 14 is such that the maximum output can be obtained when the timing of the signal obtained by delaying the transmission pulse and the timing of the reception pulse coincides with each other, and the arithmetic unit 13 sweeps and controls the delay amount by the delay unit 12. By monitoring the output, the propagation delay time of the electromagnetic wave can be identified, and the distance to each part of the person 1 can be detected.

テラヘルツ波は、繊維、プラスチック、ゴムなどを透過する性質があるため、姿勢や行動を推定しようとしている人物1が、厚手の服、サングラス、靴などを身に付けていてもテラヘルツ波はそれらを透過して、人物の皮膚表面で反射される。遅延器12から求められる遅延時間をτ、電磁波の伝播する速度を光速cとすると、人物1までの直線距離dは
d=c・τ/2
と求まる。電磁波として0.4psec程度の半値幅をもつパルスを用い、そのパルスの半分までのパルスの分離が行なわれるとすれば、0.2psecの遅延時間τに相当する距離dは30μmとなり、人物1までの距離は30μmの分解能で測定できる。電磁波パルスの波形は、要求される仕様に応じて適宜決めればよい。
Terahertz waves have the property of passing through fibers, plastics, rubber, etc., so even if a person 1 who is trying to estimate posture or action wears thick clothes, sunglasses, shoes, etc., terahertz waves It is transmitted and reflected by the human skin surface. Assuming that the delay time obtained from the delay device 12 is τ and the speed of propagation of electromagnetic waves is the speed of light c, the linear distance d to the person 1 is
d = c ・ τ / 2
It is obtained. If a pulse with a half-value width of about 0.4 psec is used as the electromagnetic wave and the pulse is separated to half of the pulse, the distance d corresponding to the delay time τ of 0.2 psec is 30 μm, and the distance to the person 1 Can be measured with a resolution of 30 μm. The waveform of the electromagnetic wave pulse may be appropriately determined according to the required specifications.

上記のようにして得られた距離は、人物の或る1点の皮膚表面までの直線距離情報である。人物全体の皮膚表面までの直線距離情報を得るためには、波長程度に絞られたビーム状でテラヘルツ波を空間に伝播させ、ビーム位置を2次元スキャンさせる。これには、例えば放物面鏡などを機械的に振動させるといった方法を用いればよい。ビーム伝播方向とそのときの直線距離情報が複数組得られれば、人物の少なくとも一部の皮膚表面の空間的な画像が推定できる。2次元方向の空間分解能は波長程度なので、およそ3THz(波長約100μm)の電磁波の場合は100μmの分解能の画像が得られる。 The distance obtained as described above is linear distance information to the skin surface of a certain point of the person. In order to obtain linear distance information to the skin surface of the whole person, a terahertz wave is propagated in space in the form of a beam narrowed down to about the wavelength, and the beam position is scanned two-dimensionally. For example, a method of mechanically vibrating a parabolic mirror or the like may be used. If a plurality of sets of beam propagation directions and linear distance information at that time are obtained, a spatial image of at least a part of the skin surface of a person can be estimated. Since the spatial resolution in the two-dimensional direction is about a wavelength, an image with a resolution of 100 μm can be obtained in the case of an electromagnetic wave of about 3 THz (wavelength of about 100 μm).

このようにして得られる人物全体の皮膚表面までの直線距離と方向の情報、すなわち3次元位置情報はデータ記憶部4に記憶され、人物1の姿勢および行動を推定する際に演算処理装置16から随時呼び出される。演算処理装置16は、人物の特徴部位検出手段5、人物の姿勢推定手段6、人物の行動推定手段7を含む。 Information on the straight line distance and direction to the skin surface of the entire person obtained in this way, that is, three-dimensional position information, is stored in the data storage unit 4, and from the arithmetic processing unit 16 when estimating the posture and action of the person 1. Called at any time. The arithmetic processing device 16 includes a person characteristic part detection means 5, a person posture estimation means 6, and a person behavior estimation means 7.

人物1の特徴部位検出手段5は、データ記憶部4に記憶されている3次元位置情報から人物1の少なくとも一部の皮膚表面までの距離画像を求めるステップを実行する手段、距離画像を信号処理することによって頭頂点、手先点、足先点などを含む人物の特徴部位の代表点の3次元位置情報を求めるステップを実行する手段を含む。これらの実行手段は、例えばプログラムとしてコンピュータ中にソフト的に構成される。距離画像を信号処理することで頭頂点、手先点、足先点などを含む人物の特徴部位の代表点の3次元位置情報を求めるステップでは、例えば、エッジ検出フィルタによる特徴点の抽出および特徴点のパターンマッチングなどによって、こうした特徴部位の領域を特定し、その特定した領域の重心を代表点として選び、その代表点に対応する3次元位置情報を算出する。 The characteristic part detection means 5 of the person 1 is a means for executing a step of obtaining a distance image from the three-dimensional position information stored in the data storage unit 4 to at least a part of the skin surface of the person 1, and the signal processing of the distance image Means for executing the step of obtaining the three-dimensional position information of the representative point of the characteristic part of the person including the head vertex, the hand tip point, the toe point, and the like. These execution means are configured as software in a computer, for example, as a program. In the step of obtaining the three-dimensional position information of the representative points of the characteristic part of the person including the head vertex, the hand point, the toe point, etc. by performing the signal processing on the distance image, for example, the feature point extraction and the feature point by the edge detection filter are performed. The region of such a characteristic part is specified by pattern matching or the like, the center of gravity of the specified region is selected as a representative point, and three-dimensional position information corresponding to the representative point is calculated.

人物1の姿勢推定手段6は、頭頂点、手先点、足先点などを含む人物の特徴部位の代表点の3次元位置情報から、人物の特徴部位の代表点間のベクトルを算出するステップを実行する手段、および代表点間のベクトルから人物の姿勢を推定するステップを実行する手段を含む。例えば、図2に示すように代表点間のベクトルとして、頭頂点17から両手それぞれの代表点18、19間へのベクトル22、23、頭頂点17から両足それぞれの代表点20、21間へのベクトル24、25を算出することによって、人物の姿勢を推定できる。なお、これ以外にも代表点間のベクトルとして、両手の代表点18、19間のベクトル、両足の代表点20、21間のベクトル、右手18と右足20の代表点間のベクトル、左手19と左足21の代表点間のベクトルなどを人物1の姿勢推定のために算出してもよく、またベクトルの向きは人物の姿勢を推定するのに都合の良いように自由に設定してよい。 The posture estimation means 6 of the person 1 calculates a vector between the representative points of the person's characteristic part from the three-dimensional position information of the representative points of the person's characteristic part including the head vertex, the hand point, the toe point, and the like. Means for executing, and means for executing a step of estimating the posture of the person from the vectors between the representative points. For example, as shown in FIG. 2, as vectors between representative points, vectors 22 and 23 from the head vertex 17 to the representative points 18 and 19 of both hands, and from the head vertex 17 to the representative points 20 and 21 of both feet, respectively. By calculating the vectors 24 and 25, the posture of the person can be estimated. In addition, as vectors between representative points, vectors between representative points 18 and 19 of both hands, vectors between representative points 20 and 21 of both feet, vectors between representative points of right hand 18 and right foot 20, and left hand 19 and A vector between the representative points of the left foot 21 may be calculated for estimating the posture of the person 1, and the direction of the vector may be freely set so as to be convenient for estimating the posture of the person.

人物1の行動推定手段7は、人物の特徴部位の代表点間のベクトルの時間的変化から人物の行動を推定するステップを実行する手段を含む。例えば、図3に示すように、ある瞬間に、右手の代表点の3次元位置が18の位置にあり、そのt秒後には26の位置であったとすると、t秒間の右手の代表点の位置の変化(すなわちベクトル22からベクトル27への変化)はベクトル28で表される。このベクトル28は3次元ベクトルであるため、人物1の立体的な動き、例えば右手を右上前方向にどれだけ動かしたかなどということまで分かる。 The action estimation means 7 of the person 1 includes a means for executing a step of estimating the action of the person from the temporal change of the vector between the representative points of the characteristic part of the person. For example, as shown in FIG. 3, assuming that at a certain moment, the three-dimensional position of the representative point of the right hand is 18 and after 26 seconds, the position of the representative point of the right hand for t seconds. (Ie, change from vector 22 to vector 27) is represented by vector 28. Since this vector 28 is a three-dimensional vector, it is possible to know the three-dimensional movement of the person 1, for example, how much the right hand has moved in the upper right front direction.

このようにミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を用いることによって、厚手の服、サングラス、靴などを身に付けていても人物の少なくとも一部や全身の位置、姿勢、行動などを推定することができる。また、人物の特徴部位の代表点間のベクトルの時間的変化から、人物の3次元方向の動きも分かる。 By using electromagnetic waves including frequencies from the millimeter wave to the terahertz region, it is possible to estimate the position, posture, behavior, etc. of at least a part of a person and the whole body even when wearing thick clothes, sunglasses, shoes, etc. be able to. Further, the movement of the person in the three-dimensional direction can also be known from the temporal change of the vector between the representative points of the characteristic part of the person.

(実施例2)
本発明による第2の実施例を、図4を用いて説明する。本実施例では、第1の実施例のようにビーム位置を2次元スキャンすることで面内方向の一部または全体情報を検知するのではなく、電磁波が、取得したい人物領域にスポットサイズで照射できるようにエキスパンドしたビーム状で空間を伝播し、面内方向の一部または全体情報を検知する。
(Example 2)
A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, instead of detecting a part or the whole information in the in-plane direction by two-dimensionally scanning the beam position as in the first embodiment, the electromagnetic wave is irradiated to the person area to be acquired with a spot size. It propagates through the space in the form of an expanded beam as possible, and detects part or all of the information in the in-plane direction.

3次元情報センシング装置15は、電磁波発生器2、電磁波発生器2から発生するミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波のビーム径を広げて電磁波ビーム32に変換するビームエクスパンダ29、人物1からの反射電磁波ビーム33を集光するためのレンズ30、集光した電磁波を検出する電磁波検出アレイ31、電磁波発生器2からのパルス発生のタイミングを遅延させる遅延器12、遅延器12によって遅延させられた電磁波と電磁波検出アレイ31のそれぞれの画素とを並列にミキシングするミキサ14、遅延時間から3次元位置情報を算出する演算器13、演算器13によって算出された3次元位置情報をデータとして記憶するためのデータ記憶部4から構成される。電磁波検出アレイ31の各画素は空間の各方向に対応しているので、演算器13で人物の各皮膚表面までの方向と直線距離情報が複数組得られて、人物の少なくとも一部の皮膚表面の空間的な画像が推定できる。 The three-dimensional information sensing device 15 includes an electromagnetic wave generator 2, a beam expander 29 that converts the millimeter wave generated from the electromagnetic wave generator 2 into an electromagnetic wave beam 32 by expanding the beam diameter of the electromagnetic wave including the frequency in the terahertz region, and the person 1. Are delayed by a lens 30 for collecting the reflected electromagnetic wave beam 33, an electromagnetic wave detection array 31 for detecting the collected electromagnetic wave, a delay device 12 for delaying the timing of pulse generation from the electromagnetic wave generator 2, and the delay device 12. The mixer 14 that mixes the electromagnetic waves and the respective pixels of the electromagnetic wave detection array 31 in parallel, the calculator 13 that calculates the three-dimensional position information from the delay time, and the three-dimensional position information calculated by the calculator 13 are stored as data. The data storage unit 4 is provided. Since each pixel of the electromagnetic wave detection array 31 corresponds to each direction of the space, the calculator 13 obtains a plurality of sets of directions and straight line distance information to each skin surface of the person, and at least a part of the skin surface of the person Can be estimated.

ここでも、電磁波発生器2からの発生パルスの波形は演算器13によって制御される。また、これらは1つの筐体内に一体化したり、集積化したりできるが、必ずしも全てが1つに収められていなくてもよい。データ記憶部4に記憶されている3次元位置情報は随時、演算処理装置16によって呼び出され、人物1の姿勢、行動などの推定のために利用されるが、その姿勢推定手段6、行動推定手段7などの機能は第1の実施例と同じである。 Again, the waveform of the generated pulse from the electromagnetic wave generator 2 is controlled by the calculator 13. In addition, these can be integrated or integrated in one housing, but not all of them are necessarily housed in one. The three-dimensional position information stored in the data storage unit 4 is called up by the arithmetic processing device 16 at any time and is used for estimating the posture, behavior, etc. of the person 1. Functions such as 7 are the same as those in the first embodiment.

本発明は、種々の分野で利用できる。例えば、バーチャルリアリティシステム、ゲーム、コンピュータグラフィックスにおけるモデル作成、身体の動作を入力情報として機器の操作を行うジェスチャ入力インターフェースなどの分野での利用がある。 The present invention can be used in various fields. For example, they are used in fields such as virtual reality systems, games, model creation in computer graphics, and gesture input interfaces that operate devices using body movements as input information.

本発明の第1の実施例による人物の姿勢、行動などを推定する装置を説明する図。The figure explaining the apparatus which estimates the attitude | position, action, etc. of a person by 1st Example of this invention. 人物の姿勢をベクトルで表現した図。The figure which expressed the posture of a person with a vector. 人物の行動をベクトルで表現した図。The figure which expressed the action of the person with the vector. 本発明の第2の実施例による人物の姿勢、行動などを推定する装置を説明する図。The figure explaining the apparatus which estimates the attitude | position, action, etc. of a person by 2nd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・人物(生物体)
2、10、29・・・電磁波照射手段
3−5、11−14、30、31・・・位置検出手段
6・・・姿勢推定手段
7・・・行動推定手段
8、32・・・電磁波
9、33・・・反射電磁波
1 ... person (organism)
2, 10, 29 ... electromagnetic wave irradiation means 3-5, 11-14, 30, 31 ... position detection means 6 ... posture estimation means 7 ... behavior estimation means 8, 32 ... electromagnetic wave 9 33 ... Reflected electromagnetic wave

Claims (9)

生物体のいる空間にミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を照射して、生物体により反射される反射電磁波を検出することによって生物体の少なくとも一部位の方向と距離を含むデータを得、生物体の少なくとも一部位の空間位置を求める第1のステップを少なくとも有することを特徴とする生物体に関する情報の推定方法。 By irradiating the space where the organism is located with electromagnetic waves including frequencies from the millimeter wave to the terahertz region, the reflected electromagnetic waves reflected by the organism are detected to obtain data including the direction and distance of at least a part of the organism, A method for estimating information relating to an organism, comprising at least a first step of obtaining a spatial position of at least a part of the organism. 前記第1のステップで得られた生物体の各部位の空間位置の関係から生物体の姿勢を推定する第2のステップを更に有する請求項1記載の生物体に関する情報の推定方法。 The method for estimating information about an organism according to claim 1, further comprising a second step of estimating the posture of the organism from the relationship between the spatial positions of the parts of the organism obtained in the first step. 前記第2のステップで得られた生物体の姿勢の時間的位置変化から生物体の行動を推定する第3のステップを更に有する請求項2記載の生物体に関する情報の推定方法。 The method for estimating information related to an organism according to claim 2, further comprising a third step of estimating the behavior of the organism from the temporal position change of the posture of the organism obtained in the second step. 前記第1のステップは、人物の皮膚表面で反射した反射電磁波から得られる画像データから頭頂点、手先点、足先点を含む人物の特徴部位の空間位置を求めるステップを含む請求項1乃至3のいずれかに記載の生物体に関する情報の推定方法。 The first step includes a step of obtaining a spatial position of a characteristic part of a person including a head vertex, a hand point, and a foot point from image data obtained from a reflected electromagnetic wave reflected from the skin surface of the person. The estimation method of the information regarding the organism in any one of. 生物体のいる空間にミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を照射する電磁波照射手段、生物体により反射される反射電磁波を検出することによって生物体の少なくとも一部位の方向と距離を含むデータを得、生物体の少なくとも一部位の空間位置を求める位置検出手段を有することを特徴とする生物体に関する情報の推定装置。 Electromagnetic wave irradiation means for irradiating electromagnetic waves including frequencies in the terahertz region from millimeter waves to the space in which the organism is located, and data including the direction and distance of at least a part of the organism by detecting the reflected electromagnetic wave reflected by the organism An apparatus for estimating information relating to an organism, characterized by comprising position detection means for obtaining a spatial position of at least a part of the organism. 前記位置検出手段で得られた生物体の各部位の空間位置の関係から生物体の姿勢を推定する姿勢推定手段を更に有する請求項5記載の生物体に関する情報の推定装置。 6. The apparatus for estimating information related to a living organism according to claim 5, further comprising posture estimating means for estimating the posture of the living organism based on a spatial position relationship of each part of the living organism obtained by the position detecting means. 前記姿勢推定手段で得られた生物体の姿勢の時間的位置変化から生物体の行動を推定する行動推定手段を更に有する請求項6記載の生物体に関する情報の推定装置。 The apparatus for estimating information about an organism according to claim 6, further comprising behavior estimation means for estimating the behavior of the organism from the temporal position change of the posture of the organism obtained by the posture estimation means. 前記照射手段は、電磁波を、その波長程度に絞られたビーム状で空間に伝播させ、ビーム位置を2次元スキャンできる様に構成された請求項5乃至7のいずれかに記載の生物体に関する情報の推定装置。 The biological information according to any one of claims 5 to 7, wherein the irradiating means is configured to propagate electromagnetic waves in space in the form of a beam narrowed down to about its wavelength and to perform two-dimensional scanning of the beam position. Estimating device. 前記照射手段は、電磁波を、取得したい生物体領域にスポットサイズで照射できるようにエキスパンドしたビーム状で空間に伝播させる様に構成された請求項5乃至7のいずれかに記載の生物体に関する情報の推定装置。 The information on the living organism according to any one of claims 5 to 7, wherein the irradiation means is configured to propagate the electromagnetic wave to the space in an expanded beam shape so that the organism region to be acquired can be irradiated with a spot size. Estimating device.
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