JP2008188092A - Data processing method, data processing apparatus, and data processing program - Google Patents
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Abstract
【課題】データ処理方法,データ処理装置及びプログラムに関し、四足動物の歩行状態の解析に際し、簡素な構成で、データ処理速度及びデータ処理精度を向上させる。
【解決手段】四足動物の歩行運動に伴って生じる振動を時系列の振動データとして検出する振動データ検出ステップA10,A20と、振幅エネルギの大きさを抽出すべく該振動データの変換を行う振幅エネルギ変換ステップA30と、該変換がなされたデータから時系列の基本振動データを生成する基本振動データ生成ステップA50と、該基本振動データに基づいて該振動データの変動を特徴付ける基本データ点を抽出する基本データ点抽出ステップA60と、該基本データ点の検出時刻を基準とした所定の時間の範囲を該振動データの抽出範囲として設定する抽出範囲設定ステップA70と、該抽出範囲に含まれる振動データの中から特徴データ点を抽出する特徴データ点抽出ステップA80とを備える。
【選択図】図3The present invention relates to a data processing method, a data processing apparatus, and a program for improving data processing speed and data processing accuracy with a simple configuration when analyzing a walking state of a quadruped animal.
Vibration data detection steps A10 and A20 for detecting vibrations generated by walking movement of a quadruped animal as time-series vibration data, and amplitude for converting the vibration data to extract the magnitude of amplitude energy Energy conversion step A30, basic vibration data generation step A50 for generating time-series basic vibration data from the converted data, and basic data points that characterize fluctuations in the vibration data are extracted based on the basic vibration data. Basic data point extraction step A60, extraction range setting step A70 for setting a predetermined time range based on the detection time of the basic data point as the extraction range of the vibration data, and vibration data included in the extraction range And a feature data point extraction step A80 for extracting feature data points from the inside.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、四足動物の歩行運動時における歩行リズムを解析することで歩行状態を診断するためのデータ処理方法,データ処理装置及びデータ処理プログラムに関するものである。 The present invention relates to a data processing method, a data processing device, and a data processing program for diagnosing a walking state by analyzing a walking rhythm during a walking movement of a quadruped animal.
従来、歩行リズムやまばたきのリズムといった人体の生体リズム情報を抽出し、その周期変動を解析することによって、対象者の健康状態を診断する手法が知られている。
例えば、特許文献1には、人の歩行時における歩行リズムとして、肢体の振動(加速度変動)の情報をコンピュータ解析し、生理機能の低下や老化を判別する構成が開示されている。ここでは解析手法として、フラクタル解析,周波数(FFT)解析,自己関数解析,カオス解析等が挙げられている。これらのようなデータ解析手法を用いて、周期的な振動データの揺らぎを観察することにより、歩行リズムに内在する線形あるいは非線形の構造を抽出することができ、診断の難しい脳神経系の疾病や生理機能の低下を客観的に診断することができるようになっている。
For example,
しかしながら、本発明者らが検討を行ったところ、四足動物を診断対象とした場合には正確な歩行リズムの抽出が難しく、診断が困難であることが判明した。
つまり、四足動物の歩行運動では、四本の各々の肢体の動きによってそれぞれ異なる振動が発生する。そのため、任意の一本の足の動きに着目して、その足の動きのリズムのみを抽出しようとしても、他の三本の足の動きから生じるリズムが混入し、歩行間隔を正確に取り出すことができなかった。
However, as a result of investigations by the present inventors, it has been found that when a quadruped animal is a diagnosis target, it is difficult to accurately extract a walking rhythm and diagnosis is difficult.
That is, in the walking movement of a quadruped animal, different vibrations are generated depending on the movement of each of the four limbs. Therefore, if you focus on the movement of one arbitrary foot and try to extract only the rhythm of the movement of that foot, the rhythm resulting from the movement of the other three feet will be mixed in and the walking interval will be accurately extracted I could not.
特に、四足歩行時における各肢体の歩行リズムの位相差は、二足歩行時における各肢体の歩行リズムの位相差の略半分となるため、互いに干渉した各肢体の歩行リズムの中から特定の肢体の歩行リズムを簡便に抽出することが困難であった。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、四足動物の歩行状態の解析に際し、簡素な構成で、データ処理速度及びデータ処理精度を向上させることができるデータ処理方法,データ処理装置及びプログラムを提供することを目的とする。
In particular, the phase difference of the walking rhythm of each limb during quadrupedal walking is approximately half of the phase difference of the walking rhythm of each limb during biped walking. It was difficult to easily extract the limb walking rhythm.
The present invention has been devised in view of such a problem, and a data processing method and data processing capable of improving data processing speed and data processing accuracy with a simple configuration when analyzing the walking state of a quadruped animal. An object is to provide an apparatus and a program.
上記目的を達成するために、請求項1記載の本発明のデータ処理方法は、四足動物の歩行運動に伴って生じる振動を時系列の振動データとして検出する振動データ検出ステップと、該振動データ検出ステップで検出された該振動データにおける振幅エネルギの大きさを抽出すべくデータ変換を行う振幅エネルギ変換ステップと、該振幅エネルギ変換ステップで得られたデータに対し、該振動の特徴を把握するための前処理としての信号処理を施して、時系列の基本振動データを生成する基本振動データ生成ステップと、該基本振動データ生成ステップで生成された該基本振動データに基づいて、該振動データの変動を特徴付ける基本データ点を抽出する基本データ点抽出ステップと、該基本データ点抽出ステップで抽出された該基本データ点の検出時刻を基準とした所定の時間の範囲を該振動データの抽出範囲として設定する抽出範囲設定ステップと、該振動データ検出ステップで検出された該振動データのうち、該抽出範囲設定ステップで設定された該抽出範囲に含まれる振動データの中から、該振動を特徴付ける振動データを特徴データ点として抽出する特徴データ点抽出ステップとを備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the data processing method of the present invention according to
ここで、四足動物としては、具体的には牛,豚,羊,馬,犬,猫,ハムスター,ラット,マウス等の家畜・ペット・実験動物のような、その挙動を人間が把握,管理する動物が挙げられる。これらのうち、好ましくは、牛,馬,犬が挙げられる。
振幅エネルギの大きさを抽出するためのデータ変換処理としては、絶対値化する処理や二乗処理等が挙げられる。
Here, as a quadruped animal, specifically, humans grasp and manage the behavior of domestic animals, pets, laboratory animals such as cattle, pigs, sheep, horses, dogs, cats, hamsters, rats, mice, etc. And animals to do. Of these, cows, horses, and dogs are preferable.
Examples of the data conversion process for extracting the magnitude of the amplitude energy include an absolute value process and a square process.
なお、該前処理とは、該振動データの変動を見つけやすくするための不可逆的な(非可逆変化を伴う)演算処理全般のことを指しており、例えば該振動データ中に含まれる不必要な情報(ノイズ)を除去するためのフィルタ処理やヒルベルト変換処理,フーリエ変換処理,加算平均の手法を用いた信号処理,ウェーブレット解析処理,フラクタル解析処理等を含む。また、任意の信号加算や減算,比例処理,積分処理,微分処理等も含む。 Note that the preprocessing refers to general irreversible (with irreversible changes) arithmetic processing for making it easy to find fluctuations in the vibration data, for example, unnecessary processing included in the vibration data. It includes filter processing for removing information (noise), Hilbert transform processing, Fourier transform processing, signal processing using an averaging method, wavelet analysis processing, fractal analysis processing, and the like. In addition, arbitrary signal addition and subtraction, proportional processing, integration processing, differentiation processing, and the like are included.
また、請求項2記載の本発明のデータ処理方法は、請求項1記載の構成に加え、該振幅エネルギ変換ステップにおいて、該振動データ検出ステップで得られた該振動データをその絶対値からなる絶対値振動データへと変換し、該絶対値振動データにさらにエンベロープ処理を施して、該絶対値振動データをエンベロープ振動データへと変換することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a data processing method according to the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, in the amplitude energy conversion step, the vibration data obtained in the vibration data detection step is an absolute value of the absolute value. It is characterized in that it is converted into value vibration data, and the absolute value vibration data is further subjected to envelope processing to convert the absolute value vibration data into envelope vibration data.
また、請求項3記載の本発明のデータ処理方法は、請求項1又は2記載の構成に加え、該基本振動データ生成ステップにおいて、該振幅エネルギ変換ステップで変換された該データに対し、線形解析手法を用いて該信号処理を施して、該基本振動データを生成することを特徴としている。
また、請求項4記載の本発明のデータ処理方法は、請求項1〜3の何れか1項に記載の構成に加え、該基本振動データ生成ステップにおいて、該振幅エネルギ変換ステップで変換された該データから、予め設定された所定の周波数成分を濾波することを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a data processing method according to the present invention, wherein, in addition to the configuration of the first or second aspect, a linear analysis is performed on the data converted in the amplitude energy conversion step in the basic vibration data generation step. The basic vibration data is generated by performing the signal processing using a technique.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a data processing method according to the present invention, wherein, in addition to the configuration according to any one of the first to third aspects, the fundamental vibration data generation step converts the amplitude energy conversion step. A predetermined frequency component set in advance is filtered from the data.
また、請求項5記載の本発明のデータ処理方法は、請求項1〜4の何れか1項に記載の構成に加え、該基本振動データ生成ステップにおいて、該振幅エネルギ変換手段で変換された該エンベロープ振動データを平滑化した波動データを該基本振動データとして生成するとともに、該基本データ点抽出ステップにおいて、該基本振動データの波長に相関する該基本振動データ上の点を該基本データ点として抽出することを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a data processing method according to the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to fourth aspects, the basic vibration data generating step converts the amplitude energy conversion means. Wave data obtained by smoothing envelope vibration data is generated as the basic vibration data, and in the basic data point extraction step, a point on the basic vibration data correlated with the wavelength of the basic vibration data is extracted as the basic data point. It is characterized by doing.
なお、「該エンベロープ振動データを平滑化」するとは、信号処理によってエンベロープ振動データの波形を滑らかな波動(波形)に変換することをいう。また、「該基本振動データの波長に相関する該基本振動データ上の点」とは、波動のピーク(振幅が最大となる点であり、一波長中における最大点や最小点)や0点といったように、周期的に現れる点のことを意味する。 “Smoothing the envelope vibration data” means converting the waveform of the envelope vibration data into a smooth wave (waveform) by signal processing. In addition, “the point on the fundamental vibration data that correlates with the wavelength of the fundamental vibration data” refers to the peak of the wave (the point at which the amplitude is maximum, the maximum point or the minimum point in one wavelength) or zero point. Thus, it means a point that appears periodically.
また、請求項6記載の本発明のデータ処理方法は、請求項5記載の構成に加え、該抽出範囲設定ステップにおいて、該基本データ点の検出時刻の近傍時刻を該抽出範囲として設定することを特徴としている。
また、請求項7記載の本発明のデータ処理方法は、請求項6記載の構成に加え、該特徴データ点抽出ステップにおいて、該抽出範囲に含まれる振動データにおける振動ピークの検出時刻を該特徴データ点として抽出することを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fifth aspect, in the extraction range setting step, the time near the detection time of the basic data point is set as the extraction range. It is a feature.
According to a seventh aspect of the present invention, in addition to the configuration of the sixth aspect, in the feature data point extraction step, the detection time of the vibration peak in the vibration data included in the extraction range is set as the feature data. It is characterized by extracting as points.
また、請求項8記載の本発明のデータ処理方法は、請求項1〜7の何れか1項に記載の構成に加え、該特徴データ点抽出ステップで検出された該特徴データ点に基づき、該振動データ中の非線形構造を抽出する非線形解析演算処理ステップをさらに備えたことを特徴としている。
請求項9記載の本発明のデータ処理装置は、四足動物の歩行運動に伴って生じる振動を時系列の振動データとして検出する振動データ検出手段と、該振動データ検出手段で検出された該振動データにおける振幅エネルギの大きさを抽出すべくデータ変換を行う振幅エネルギ変換手段と、該振幅エネルギ変換手段で得られたデータに対し、該振動の特徴を把握するための前処理としての信号処理を施して、時系列の基本振動データを生成する基本振動データ生成手段と、該基本振動データ生成手段で生成された該基本振動データに基づいて、該振動データの変動を特徴付ける基本データ点を抽出する基本データ点抽出手段と、該基本データ点抽出手段で抽出された該基本データ点の検出時刻を基準とした所定の時間の範囲を該振動データの抽出範囲として設定する抽出範囲設定手段と、該振動データ検出手段で検出された該振動データのうち、該抽出範囲設定手段で設定された該抽出範囲に含まれる振動データの中から、該振動を特徴付ける振動データを特徴データ点として抽出する特徴データ点抽出手段とを備えたことを特徴としている。
Further, the data processing method of the present invention described in
The data processing apparatus of the present invention according to
また、請求項10記載の本発明のデータ処理装置は、請求項9記載の構成において、該振幅エネルギ変換手段が、該振動データ検出手段で得られた該振動データをその絶対値からなる絶対値振動データへと変換し、該絶対値振動データにさらにエンベロープ処理を施して、該絶対値振動データをエンベロープ振動データへと変換することを特徴としている。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the data processing device according to the tenth aspect, wherein the amplitude energy converting means has an absolute value comprising the absolute value of the vibration data obtained by the vibration data detecting means. The absolute value vibration data is converted into vibration data, envelope processing is further performed on the absolute value vibration data, and the absolute value vibration data is converted into envelope vibration data.
また、請求項11記載の本発明のデータ処理装置は、請求項9又は10記載の構成において、該基本振動データ生成手段が、該振幅エネルギ変換手段で変換された該エンベロープ振動データに対し、線形解析手法を用いて該信号処理を施して、該基本振動データを生成する線形信号処理手段を有してなることを特徴としている。
また、請求項12記載の本発明のデータ処理装置は、請求項9〜11の何れか1項に記載の構成において、該基本振動データ生成手段が、該振幅エネルギ変換手段で変換された該エンベロープ振動データから、予め設定された所定の周波数成分を濾波するフィルタ処理手段を有してなることを特徴としている。
The data processing device of the present invention according to
A data processing device according to a twelfth aspect of the present invention is the data processing device according to any one of the ninth to eleventh aspects, wherein the fundamental vibration data generating means is converted by the amplitude energy converting means. It has a filter processing means for filtering a predetermined frequency component set in advance from vibration data.
また、請求項13記載の本発明のデータ処理装置は、請求項9〜12の何れか1項に記載の構成において、該基本振動データ生成手段が、該振幅エネルギ変換手段で変換された該データを平滑化した波動データを該基本振動データとして生成するとともに、該基本データ点抽出手段が、該基本振動データの波長に相関する該基本振動データ上の点を該基本データ点として抽出することを特徴としている。 A data processing apparatus according to a thirteenth aspect of the present invention is the data processing apparatus according to any one of the ninth to twelfth aspects, wherein the fundamental vibration data generating means is converted by the amplitude energy converting means. The basic data point extracting means extracts a point on the basic vibration data correlated with the wavelength of the basic vibration data as the basic data point. It is a feature.
また、請求項14記載の本発明のデータ処理装置は、請求項13記載の構成において、該抽出範囲設定手段が、該基本データ点の検出時刻の近傍時刻を該抽出範囲として設定することを特徴としている。
また、請求項15記載の本発明のデータ処理装置は、請求項14記載の構成において、該特徴データ点抽出手段が、該抽出範囲に含まれる振動データにおける振動ピークの検出時刻を該特徴データ点として抽出することを特徴としている。
The data processing apparatus of the present invention according to
The data processing device of the present invention according to
また、請求項16記載の本発明のデータ処理装置は、請求項9〜15の何れか1項に記載の構成において、該特徴データ点抽出手段で検出された該特徴データ点に基づき、該振動データ中の非線形構造を抽出する非線形解析演算処理手段をさらに備えたことを特徴としている。
請求項17記載の本発明のデータ処理プログラムは、コンピュータを、振幅エネルギ変換手段,基本振動データ生成手段,基本データ点抽出手段,抽出範囲設定手段及び特徴データ点抽出手段として機能させるためのデータ処理プログラムであって、該振幅エネルギ変換手段が、振動データとして検出された、四足動物の歩行運動に伴って生じる振動における振幅エネルギの大きさを抽出すべくデータ変換をし、該基本振動データ生成手段が、該振幅エネルギ変換手段で変換されたデータに対し、該振動の特徴を把握するための前処理としての信号処理を施すことで時系列の基本振動データを生成し、該基本データ点抽出手段が、該基本振動データ生成手段で生成された該基本振動データに基づいて、該振動データの変動を特徴付ける基本データ点を抽出し、該抽出範囲設定手段が、該基本データ点抽出手段で抽出された該基本データ点の検出時刻を基準とした所定の時間の範囲を該振動データの抽出範囲として設定し、該特徴データ点抽出手段が、該振動データ検出手段で検出された該振動データのうち、該抽出範囲設定手段で設定された該抽出範囲に含まれる振動データの中から、該振動を特徴付ける振動データを特徴データ点として抽出することを特徴としている。
A data processing device according to a sixteenth aspect of the present invention is the configuration according to any one of the ninth to fifteenth aspects, wherein the vibration is based on the feature data point detected by the feature data point extracting means. The present invention is further characterized by further comprising a nonlinear analysis calculation processing means for extracting a nonlinear structure in the data.
A data processing program of the present invention according to
本発明のデータ処理方法,データ処理装置及びデータ処理プログラム(請求項1,9,17)によれば、基本振動データの生成に際し、まず歩行運動に伴って生じる振動の振幅エネルギの大きさを抽出することによって、着目する肢体のみの歩行リズムを把握しやすくすることができ、その後の周期解析処理の演算精度を向上させることができる。
また、振動データの抽出範囲の設定においては前処理としての信号処理を施した基本振動データを用い、より具体的な特徴データ点の抽出においてはその抽出範囲に含まれる振動データから取り出すため、四足動物の歩行運動に伴って生じる振動を特徴付ける振動データを極めて正確に抽出することができる。
According to the data processing method, data processing apparatus, and data processing program of the present invention (claims 1, 9, and 17), when generating the basic vibration data, first, the magnitude of the amplitude energy of the vibration generated with the walking motion is extracted. By doing so, it is possible to easily grasp the walking rhythm of only the limb of interest, and to improve the calculation accuracy of subsequent periodic analysis processing.
In addition, in setting the extraction range of vibration data, basic vibration data subjected to signal processing as preprocessing is used, and in the extraction of more specific feature data points, it is extracted from vibration data included in the extraction range. It is possible to extract vibration data that characterizes the vibration caused by the walking movement of a paw animal very accurately.
本発明のデータ処理方法及びデータ処理装置(請求項2,10)によれば、前処理としての信号処理に先立って振動データの絶対値をとり、そのエンベロープを抽出することにより、振幅エネルギの変動の概要を把握することができ、振動データの変動を特徴付ける基本データ点を抽出しやすくすることができる。
本発明のデータ処理方法及びデータ処理装置(請求項3,11)によれば、前処理として線形解析手法を用いることで、容易にかつ簡素な構成で短時間に処理を済ませることができる。
According to the data processing method and data processing apparatus of the present invention (claims 2 and 10), the amplitude energy fluctuation is obtained by taking the absolute value of the vibration data and extracting the envelope prior to the signal processing as the preprocessing. The basic data points that characterize fluctuations in vibration data can be easily extracted.
According to the data processing method and data processing apparatus of the present invention (claims 3 and 11), by using the linear analysis method as the preprocessing, the processing can be easily completed in a short time with a simple configuration.
本発明のデータ処理方法及びデータ処理装置(請求項4,12)によれば、振動データのフィルタリングにより、容易に信号処理を行うことができる。また、基本データ点を抽出するのに十分な情報を素早く選別することができる。
本発明のデータ処理方法及びデータ処理装置(請求項5,13)によれば、振動データを平滑化して生成された基本振動データの波長に相関する基本振動データ上の点を検出するようになっているため、容易に基本データ点を検出することができる。また、基本データ点を参照することで、基本振動データの波長の変化、すなわち振動周期の変化を容易に把握することができる。
According to the data processing method and data processing apparatus (claims 4 and 12) of the present invention, signal processing can be easily performed by filtering vibration data. It is also possible to quickly select information sufficient to extract basic data points.
According to the data processing method and data processing apparatus of the present invention (claims 5 and 13), the point on the fundamental vibration data correlated with the wavelength of the fundamental vibration data generated by smoothing the vibration data is detected. Therefore, basic data points can be easily detected. Further, by referring to the basic data points, it is possible to easily grasp the change in the wavelength of the basic vibration data, that is, the change in the vibration period.
本発明のデータ処理方法及びデータ処理装置(請求項6,14)によれば、基本振動データ上における基本データ点の検出時刻の近傍時刻を抽出範囲として設定するため、基本振動データの基本データ点から離れている範囲に含まれる振動データを、特徴データ点の抽出対象から除外することができる。つまり、歩行運動を特徴付ける振動データとの相関が強い部分の情報を容易に取り出すことができる。 According to the data processing method and the data processing apparatus of the present invention (claims 6 and 14), since the time near the detection time of the basic data point on the basic vibration data is set as the extraction range, the basic data point of the basic vibration data is set. The vibration data included in the range away from can be excluded from the feature data point extraction targets. That is, it is possible to easily extract information on a portion having a strong correlation with vibration data that characterizes walking motion.
本発明のデータ処理方法及びデータ処理装置(請求項7,15)によれば、振動データ中に含まれる、歩行運動を特徴付ける特徴データ点を正確に取り出すことができる。
本発明のデータ処理方法及びデータ処理装置(請求項8,16)によれば、正確に抽出された特徴データ点に基づいて振動データ中の非線形構造を抽出することができ、信頼性の高いデータ解析を行うことができる。
According to the data processing method and data processing apparatus (claims 7 and 15) of the present invention, it is possible to accurately extract the characteristic data points characterizing the walking motion included in the vibration data.
According to the data processing method and data processing apparatus of the present invention (claims 8 and 16), the nonlinear structure in the vibration data can be extracted based on the accurately extracted feature data points, and the data is highly reliable. Analysis can be performed.
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図1〜図5は本発明の一実施形態に係るデータ処理装置を示すもので、図1は本データ処理装置の全体構成を示すブロック図、図2は本データ処理装置における処理内容を説明するためのグラフであり、(a)は振幅エネルギ変換部,基本振動データ生成部及び基本データ点抽出部におけるデータ処理に係る振動データの時系列グラフ、(b)は特徴データ点抽出部におけるデータ処理に係る振動データの時系列グラフ、図3は本データ処理装置における制御内容を示すフローチャート、図4はコンピュータを利用した本データ処理装置の構成例を示す模式図、図5は本データ処理装置の処理内容に対する比較例としての振動データの解析過程を示す時系列グラフである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 5 show a data processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the data processing apparatus, and FIG. 2 explains processing contents in the data processing apparatus. (A) is a time-series graph of vibration data related to data processing in the amplitude energy conversion unit, basic vibration data generation unit, and basic data point extraction unit, and (b) is data processing in the feature data point extraction unit. FIG. 3 is a flowchart showing the contents of control in the data processing apparatus, FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of the data processing apparatus using a computer, and FIG. 5 is a diagram of the data processing apparatus. It is a time series graph which shows the analysis process of the vibration data as a comparative example with respect to the processing content.
[1.構成]
[1−1.全体構成]
本実施形態では、牛の歩行運動における歩行リズムを解析対象としたデータ処理装置を具体例として説明する。すなわち、本データ処理装置は、牛の歩行運動に伴って生じる振動の加速度を振動データとして検出し、それにデータ処理を施して牛の歩行状態を診断し、出力を行う装置である。
[1. Constitution]
[1-1. overall structure]
In the present embodiment, a data processing apparatus that analyzes a walking rhythm in cow walking motion will be described as a specific example. That is, this data processing device is a device that detects acceleration of vibration caused by the walking movement of the cow as vibration data, performs data processing on the data, diagnoses the walking state of the cow, and outputs it.
図1に示すように、本データ処理装置は、振動データ検出装置(振動データ検出手段)1,第一データ処理部9及び第二データ処理部(非線形解析演算処理手段)10を備えて構成される。第一データ処理部9は、振動データ検出装置1で検出された信号の特徴を把握しやすくするための演算処理を施すものであり、一方、第二データ処理部10は、実質的なデータ処理として歩行リズムを解析するものである。
As shown in FIG. 1, the data processing apparatus includes a vibration data detection device (vibration data detection means) 1, a first
これらの第一データ処理部9及び第二データ処理部10は、コンピュータの内部で演算処理される機能部を模式的に示すものであり、各機能は個別のプログラムとして構成されている。なお、本実施形態における第一データ処理部9は、振幅エネルギ変換手段,基本振動データ生成手段,基本データ点抽出手段,抽出範囲設定手段及び特徴データ点抽出手段として機能するものである。また、第二データ処理部10は、非線形解析演算処理手段として機能するものである。
The first
コンピュータを利用した本データ処理装置の構成例を図4に示す。このコンピュータ12は、上述の振動データ検出装置1,記憶装置(ROM,RAM等)13,中央処理装置(CPU)14,出力インタフェースとしてのモニタ15,入力インタフェースとしてのキーボード16及びマウス17を備えて構成されている。ここで、本データ処理装置に係る第一データ処理部9及び第二データ処理部10は、記憶装置13の内部にプログラムとして記憶されている。
以下、本データ処理装置における信号処理内容について、図1のブロック図を用いて概念的に説明する。
An example of the configuration of the data processing apparatus using a computer is shown in FIG. The
Hereinafter, the signal processing contents in the data processing apparatus will be conceptually described with reference to the block diagram of FIG.
[1−2.振動データ検出装置]
振動データ検出装置1は、四足動物の歩行運動に伴って生じる振動を検出するセンサである。この振動には、センサで直接検出される情報のほか、その情報を演算等によって処理して、対応するパラメータの値を推定値として求めたものも含まれる。
[1-2. Vibration data detector]
The vibration
本実施形態ではこの振動データ検出装置1として、牛の歩行運動に伴って生じる加速度の大きさを検出するための加速度センサが適用されており、対象となる牛の肢体に装着されている。
この加速度センサとしては、測定対象となる動物の種類や解析の目的に合わせて一軸〜三軸のものを任意に用いてよいが、歩行時における鉛直方向,水平前後方向及び水平左右方向の三方向へ作用する加速度を検出するための三軸加速度センサを用いるのが好ましい。今回の具体例では三軸加速度センサを用いており、ここで検出された鉛直方向の加速度の検出情報及びその検出時刻情報が、図1に示すように、振動データSとして第一データ処理部9へ入力されるようになっている。
なお、振動を検出するセンサの他の具体例としては、速度センサや変位センサ(位置センサ)等も考えられる。
In this embodiment, an acceleration sensor for detecting the magnitude of the acceleration generated with the walking movement of the cow is applied as the vibration
As this acceleration sensor, a uniaxial to triaxial sensor may be arbitrarily used according to the type of animal to be measured and the purpose of analysis. It is preferable to use a triaxial acceleration sensor for detecting acceleration acting on the sensor. In this specific example, a three-axis acceleration sensor is used, and the detected information of the acceleration in the vertical direction and the detected time information are detected as vibration data S as shown in FIG. To be input.
As other specific examples of sensors that detect vibration, a speed sensor, a displacement sensor (position sensor), and the like are also conceivable.
[1−3.第一データ処理部]
第一データ処理部9は、本願請求項1に規定された処理を振動データSに施す機能部であり、図1に示すように、振動データ記憶部11,振幅エネルギ変換部(振幅エネルギ変換手段)6,基本振動データ生成部(基本振動データ生成手段)2,基本データ点抽出部(基本データ点抽出手段)3,抽出範囲設定部(抽出範囲設定手段)4及び特徴データ点抽出部(特徴データ点抽出手段)5を備えて構成される。
[1-3. First data processing unit]
The first
ここで施される処理とは、振動データSに対し、その特徴を把握しやすくするために数学的,電気的な加工を施して、データを変換すること(換言すれば、信号処理)である。なお、該処理はその処理対象となる信号の種類によって、アナログ信号処理とデジタル信号処理とに分類することができる。本第一データ処理部9は、デジタル信号処理の範疇に含まれる処理を実施するものである。
The processing applied here is to convert the data by applying mathematical and electrical processing to the vibration data S in order to make it easy to grasp the characteristics (in other words, signal processing). . The processing can be classified into analog signal processing and digital signal processing depending on the type of signal to be processed. The first
[1−3−1.振動データ記憶部]
振動データ記憶部11は、振動データ検出装置1から入力された振動データSを記憶する機能部である。ここに記憶された振動データSは、図1に示すように、振動データ記憶部11から二系統に分かれて振幅エネルギ変換部6及び特徴データ点抽出部5のそれぞれへと入力されるようになっている。つまり、振幅エネルギ変換部6及び特徴データ点抽出部5の各々に対して、何ら加工されていない生の情報が入力されることになる。
[1-3-1. Vibration data storage unit]
The vibration
なお、この振動データ記憶部11へ入力される振動データSは、振動データ検出装置1において所定時間の間に検出された一連の時系列データであってもよいし、あるいは、振動データ検出装置1で随時検出された個別の測定データであってもよい。
前者の場合には、時系列データとしての振動データSがそのまま、振幅エネルギ変換部6及び特徴データ点抽出部5へ入力される。また、後者の場合には、振動データ検出装置1からの振動データSの総数が予め設定された所定数以上となるまでの間、各振動データSが振動データ記憶部11に記憶され、データ数が十分に揃った段階でそれら全体の振動データSが振幅エネルギ変換部6及び特徴データ点抽出部5へと入力されるようになっている。本実施形態では、後者の場合について説明する。
The vibration data S input to the vibration
In the former case, the vibration data S as time series data is input to the amplitude
なお、時系列の振動データSは、図2(a)に示すように、周期的なピークを含んだ複雑な変動を示している。これは、振動データ検出装置1が振動データ検出装置1を装着された肢体の足運びに伴う振動だけでなく、他の肢体の足運びに伴う振動を同時に検出しているからである。つまり、各々独立した足運びの四肢の振動同士が干渉し、振動データ検出装置1を装着された肢体の歩行ステップ(肢体が地面についてから再び地面につくまでの時間間隔)と振動データSとの対応関係が把握しにくくなっている。
そこで本発明では、振動データSに振幅エネルギ変換処理を施すという、以下に説明する振幅エネルギ変換部6を備えた構成により、このような対応関係をより容易に把握できるようにしている。
Note that the time-series vibration data S indicates a complicated variation including a periodic peak, as shown in FIG. This is because the vibration
Therefore, in the present invention, such a correspondence can be more easily grasped by a configuration including an amplitude
[1−3−2.振幅エネルギ変換部]
振幅エネルギ変換部6は、振動データ記憶部11から入力された時系列の振動データSを、その絶対値からなる絶対値振動データSAへと変換するとともに、変換された絶対値振動データSAに対してエンベロープ処理を施すものである。
まずここでは、以下の式に従って絶対値振動データSAが算出される。
SA=|S| ・・・(式1)
[1-3-2. Amplitude energy conversion unit]
The amplitude
First, here, the absolute value vibration data S A is calculated according to the following equation.
S A = | S | (Formula 1)
つまりここでは、時系列の振動データSにおける、振幅エネルギの大きさが抽出されることになる。続いて、時系列の絶対値振動データSAの各データについて、極大点(前後に隣り合うデータ点よりも大きな値を有するデータ点)を連結するエンベロープ処理が施され、エンベロープ振動データSEへと変換される。つまりここでは、エンベロープ振動データSEが、絶対値振動データSAの細かな振幅を包絡する折れ線として得られることになる。 That is, here, the magnitude of the amplitude energy in the time-series vibration data S is extracted. Subsequently, for each data of the time-series absolute value vibration data S A , an envelope process for linking the local maximum points (data points having a larger value than the adjacent data points before and after) is performed, and the envelope vibration data S E is obtained. Is converted. That is, here, the envelope vibration data S E is obtained as a polygonal line that envelops the fine amplitude of the absolute value vibration data S A.
図2(a)に振動データS及びエンベロープ振動データSEを、それぞれ細実線及び太実線で示す。ここで得られたエンベロープ振動データSEは、基本振動データ生成部2へと入力されるようになっている。
FIG. 2A shows the vibration data S and the envelope vibration data S E by a thin solid line and a thick solid line, respectively. The envelope vibration data S E obtained here is input to the basic vibration
[1−3−3.基本振動データ生成部]
基本振動データ生成部2は、振動データ検出装置1で検出された振動データSから必要な信号成分を取り出すための処理を実施する機能部である。本実施例では、歩行時の加速度変化のピーク、すなわち、歩行ステップの周期と同じ周期で検出される特徴点を検出するためのデジタルフィルタ処理がなされており、振幅エネルギ変換部6で得られたエンベロープ振動データSEに対し、ローパスフィルタ,位相フィルタ及びハイパスフィルタの三種のフィルタ処理が施されるようになっている。
[1-3-3. Basic vibration data generator]
The basic vibration
この基本振動データ生成部2で施される処理の具体的な内容としては、処理対象となるデータの種類や内容、あるいは、どのような目的のもとに解析するのかによって異なるが、一般的には、フィルタ処理,フーリエ変換処理といった線形解析手法を単独で、又は、それらを組み合わせて行うのが好ましい。
ローパスフィルタは、多様な周波数成分を含んだ入力信号の中から高周波数の振動成分を低減させる(あるいは除去する)フィルタである。このローパスフィルタにより、牛の歩行運動に伴う加速度変動の周波数(すなわち、一方の足が地面についてから再び地面につくまでの時間間隔の逆数)よりも高周波数のノイズ成分が抑制されるようになっている。
The specific content of the processing performed by the basic vibration
The low-pass filter is a filter that reduces (or removes) a high-frequency vibration component from an input signal including various frequency components. This low-pass filter suppresses noise components with higher frequencies than the frequency of acceleration fluctuations accompanying the cow's walking movement (that is, the reciprocal of the time interval from when one foot touches the ground to the ground again). ing.
なお、図2(a)中に細い実線で示された振動データSに見られる細かい時間間隔の振動が、高周波数のノイズ成分である。また、図2(a)中に太い実線で示されたエンベロープ振動データSEにも、振動データSよりは時間間隔が長いものの、細かい振動が含まれている。ローパスフィルタでは、このようなエンベロープ振動データSEの高周波成分が抑制される。 In addition, the vibration of the fine time interval seen in the vibration data S shown with the thin continuous line in Fig.2 (a) is a high frequency noise component. In addition, the envelope vibration data S E indicated by a thick solid line in FIG. 2A also includes fine vibration although the time interval is longer than that of the vibration data S. In the low pass filter, such a high frequency component of the envelope vibration data S E is suppressed.
また、位相フィルタは、入力信号の位相変化を遅延させるフィルタである。ここでは、入力信号の位相をその加速度変動の四半周期分だけ遅延させるようになっている。
一方、ハイパスフィルタは、牛の歩行運動に伴う加速度変動の周波数よりも低周波数の振動成分を低減させる(あるいは除去する)フィルタである。このハイパスフィルタにより、振動データ検出装置1で検出された信号のドリフト成分が抑制されるようになっている。これらのフィルタ処理を施すことにより、エンベロープ振動データSEの中から牛の歩行運動に伴う加速度変動の時系列データが明確化されるようになっている。
The phase filter is a filter that delays the phase change of the input signal. Here, the phase of the input signal is delayed by a quarter period of the acceleration fluctuation.
On the other hand, the high-pass filter is a filter that reduces (or removes) a vibration component having a frequency lower than the frequency of the acceleration fluctuation accompanying the walking movement of the cow. The high-pass filter suppresses the drift component of the signal detected by the vibration
例えば、図2(a)中に太実線で示されたエンベロープ振動データSEに対して、上記の各フィルタ処理を施すと、破線で示されたような信号が取り出される。つまり、振動データ検出装置1で検出された生の情報の中から、牛の歩行運動時における一本の肢体の歩行ステップという特徴が、歩行ステップに対応する周期を有する波として取り出される。こうして取り出された時系列信号のことを、以下、基本振動データSBと呼ぶ。
なお、この基本振動データSBは位相フィルタを介して取り出された信号であるため、この信号の大きさが0となる時刻(すなわち0点の位置)が、元のエンベロープ振動データSEのピーク位置(最大値,最小値)が検出された時刻に対応することとなる。
For example, when the above-described filter processing is performed on the envelope vibration data S E indicated by a thick solid line in FIG. 2A, a signal indicated by a broken line is extracted. That is, from the raw information detected by the vibration
Since this basic vibration data S B is a signal extracted through the phase filter, the time when the magnitude of this signal becomes 0 (that is, the position of the zero point) is the peak of the original envelope vibration data S E. This corresponds to the time when the position (maximum value, minimum value) is detected.
[1−3−4.基本データ点抽出部]
基本データ点抽出部3は、基本振動データ生成部2で生成された基本振動データSBに基づき、その加速度変動を特徴づける情報を抽出するものである。ここでは、加速度変動を特徴づける情報として、フィルタ処理によって得られた基本振動データSBから推定される、入力された振動データSのピーク位置を抽出するようになっている。つまり、基本データ点抽出部3では、基本振動データSBの0点のうち、その前後で信号値が負から正へと変化するものに着目し、その0点に対応するエンベロープ振動データSEを抽出する。より具体的には、図2(a)中において0点の時刻と同一時刻のエンベロープ振動データSEを基本データ点DBとして抽出するようになっている。
[1-3-4. Basic data point extraction unit]
The basic data
前述の通り、基本振動データSBの一周期は、牛の歩行時における一本の肢体の歩行ステップに対応(相関)している。したがって、歩行ステップの周期変動は、基本振動データSBの周期変動として現れることになる。そこで本実施形態では、基本振動データSBの周期を把握するための手掛かりとして基本振動データSBの0点(その前後で信号値が負から正へと変化するもの)を用い、基本データ点DBの抽出を行っている。 As described above, one cycle of the fundamental vibration data S B corresponds (correlation) to one limb of the step during cattle walking. Therefore, periodic variation of the step would appear as a periodic variation of the fundamental vibration data S B. Therefore, in the present embodiment, using the zero point of the fundamental vibration data S B as a cue to know the period of the fundamental vibration data S B (which varies the signal value at the before and after from negative to positive), the basic data points It is doing the extraction of D B.
なお、この図2(a)に示すように、実際の振動データSのピーク位置と基本データ点DBとの間には若干のズレが生じていることがわかる。これは、基本振動データ生成部2におけるフィルタ処理によって失われた情報によるものである。すなわち、フィルタリングを施すことで振動データS中に含まれる特徴的な情報に抜けが生じた結果、基本振動データSBの0点の位置と実際のピーク位置とが相違してしまっているのである。
In this, as shown in FIG. 2 (a), between the actual peak location and the basic data points D B of the vibration data S it can be seen that a slight shift occurs. This is due to information lost by the filter processing in the basic vibration
一般に、入力信号に対する前処理として不可逆的な演算処理操作を行うほど、その処理内容に関わらず、入力信号中に含まれる本来の情報が失われる。つまり、たとえそれが入力信号の変動を見つけやすくするための処理操作であったとしても、その結果得られる情報には何らかの誤差が含まれてしまうことになる。もちろん、入力信号の変動把握が容易となる限度内において可能な限り誤差の小さい前処理を追求することも考えられるものの、その結果得られる演算の精度には限界がある。 In general, the more irreversible arithmetic processing operations are performed as preprocessing for an input signal, the more the original information contained in the input signal is lost regardless of the processing content. That is, even if it is a processing operation for making it easy to find the fluctuation of the input signal, some information is included in the information obtained as a result. Of course, it is conceivable to pursue preprocessing with as small an error as possible within the limit that makes it easy to grasp fluctuations in the input signal, but the accuracy of the calculation obtained as a result is limited.
また、このような誤差を小さくするための典型的な手法として、フィルタ処理内容を調整することで振動データSのピーク位置と基本データ点DBとを一致させるという手法がある。例えば、位相フィルタにおける位相変化の遅延量を微調整して、振動データSのピーク位置と基本データ点DBとの誤差を一様に狭めることが考えられる。
しかしながら、このような微調整は、熟練した技術者の勘に頼らざるを得ないやや不確実な手法であり、データ処理精度が不安定となるおそれがある。また、このような微調整は、対象とする個々のデータ群毎(例えば、信号を検出した個体毎)にそれぞれに応じて行う必要があるため、複数の(大量の)データ群を扱う場合、処理に時間がかかり、調整作業も繁雑なものとなる。さらに、実際に前処理を施した後の基本データ点DBを確認してからでなければ調整ができないため、このような手法では十分なデータ処理速度が得られないのである。
Further, as a typical technique for reducing such errors, there is a technique of matching the peak position and the basic data points D B of the vibration data S by adjusting the filtering content. For example, by finely adjusting the delay amount of the phase change in the phase filter, it is conceivable to uniformly reduce the error between the peak position and the basic data points D B of the vibration data S.
However, such a fine adjustment is a somewhat uncertain technique that must be relied on by a skilled engineer, and there is a risk that the data processing accuracy may become unstable. In addition, since such fine adjustment needs to be performed according to each target data group (for example, each individual from which a signal is detected), when handling a plurality (large amount) of data groups, Processing takes time and adjustment work is complicated. Moreover, because it can not adjust unless Verify the base data point D B obtained by performing an actual pretreatment, in such a method is not sufficient data processing speed is obtained.
そこで、本発明では、単に基本振動データSBに基づいて基本データ点DBを抽出するだけでなく、以下に説明する抽出範囲設定部4及び特徴データ点抽出部5を備えた構成としている。
Therefore, in the present invention, simply as a fundamental vibration data S not only to extract the basic data points D B based on B, with an extraction
[1−3−5.抽出範囲設定部]
抽出範囲設定部4は、基本データ点DBが検出された時刻の近傍時間を抽出範囲Aとして設定するものである。近傍時間とは、基本データ点DBが検出された時刻の前後の時間のことを意味している。ここでは図2(b)に示すように、抽出範囲Aが、基本データ点DBが検出された時刻以前の所定時間t1と基本データ点DBが検出された時刻以後の所定時間t2とから構成されている。なお、ここで設定された抽出範囲Aは、続いて説明する特徴データ点抽出部5へと入力されるようになっている。
[1-3-5. Extraction range setting section]
Extraction
なお、所定時間t1及びt2は、それぞれ任意に設定可能な時間である。例えば、基本振動データSBの波長λに対する割合として定めてもよいし、予め設定した値としてもよい。本実施形態では、各所定時間t1及びt2が、上述のフィルタ処理によって生じると推定される時間誤差よりも大きくなるように設定されている。なお、フィルタ処理によって失われる情報量が比較的少ない場合には所定時間t1及びt2が比較的短くてもよく、一方、失われる情報量が比較的多いフィルタ処理を実施する場合には所定時間t1及びt2を比較的長く設定するとよい。 The predetermined times t 1 and t 2 are times that can be arbitrarily set. For example, it may be determined as a ratio with respect to the wavelength λ of the basic vibration data S B or may be a preset value. In the present embodiment, each predetermined time t 1 and t 2 is set to be larger than the time error estimated to be caused by the above-described filtering process. The predetermined times t 1 and t 2 may be relatively short when the amount of information lost by the filtering process is relatively small, while the predetermined time t 1 and t 2 may be relatively short when performing the filtering process with a relatively large amount of information lost. Times t 1 and t 2 may be set relatively long.
[1−3−6.特徴データ点抽出部]
特徴データ点抽出部5は、抽出範囲設定部4で設定された抽出範囲A内に含まれる振動データSの中から、振動を特徴付ける信号、すなわち、実際のピーク位置を特徴データ点DCとして抽出するものである。ここでの演算処理は、図2(b)に示すように、抽出範囲A内のエンベロープ振動データSEの最大値を検出することで求められている。これにより、振動データ検出装置1を装着された肢体が地面についた時刻及びその時の鉛直方向の加速度が、特徴データ点DCとして正確に抽出されることになる。なお、図2(b)中においては、特徴データ点DCのグラフ上の位置が記号+で示されている。
[1-3-6. Feature data point extraction unit]
The feature data
なお、エンベロープ振動データSEは、絶対値振動データSAの極大点を連結したものであるから、実質的には、上記のような演算によって、抽出範囲A内に含まれる振動データSの中から、実際のピーク位置が抽出されることになる。
このように、抽出範囲設定部4及び特徴データ点抽出部5は、基本データ点DBに基づいて再び元のエンベロープ振動データSEへ立ち返り、エンベロープ振動データSEの中から特徴データ点DCを抽出するように機能する。つまり、基本データ点DBには誤差が含まれているものの、その近傍に本来の特徴を示す情報が存在するものと見なして抽出範囲設定部4で抽出範囲Aを設定している。さらに、特徴データ点抽出部5では、抽出範囲A中に含まれるエンベロープ振動データSEのみを演算対象とすることで演算労力や演算時間を低減させるとともに、エンベロープ振動データSEから特徴データ点DCを抽出することでその精度を確保しているのである。
Since the envelope vibration data S E is obtained by concatenating the maximum points of the absolute value vibration data S A , the envelope vibration data S E is substantially determined from the vibration data S included in the extraction range A by the above calculation. Thus, the actual peak position is extracted.
In this way, the extraction
[1−4.第二データ処理部]
第二データ処理部10は、第一データ処理部9において処理が施されたデータに対する実質的なデータ処理を行うための機能部であり、図1に示すように、解析部7及び判定部8を備えて構成される。この第二データ処理部10では、振動データ検出装置1を装着された肢体の加速度データのピーク間隔時間の特徴が解析されるようになっている。なお、本実施形態における解析の手法としては、ピーク間隔時間の揺らぎを観察する非線形解析手法が用いられている。
[1-4. Second data processing unit]
The second
ここでいう「揺らぎ」とは、ある波動が刻々と変化する際に観察される僅かな波形のズレ(空間的,時間的変化や動きが部分的に不規則な動き)のことを指している。例えば、歩行に伴う体動を加速度変動として検出した時系列データだけでなく、呼吸数や心拍数,脳波等のバイタルサインを時系列データとした場合にも、それらの波動のピーク間隔や周期は一定ではなく、複雑な変動を示すことが知られている。一方で、このような不規則に見える複雑な変動の中から、その挙動を支配していると考えられる構造を解析するための数々の手法が提案されている。第二データ処理部10は、これらのような手法を利用して、ピーク間隔時間の揺らぎの度合いを観察することにより、その変動の背後に存在する非線形構造を解析するものである。
Here, “fluctuation” refers to a slight waveform shift (spatial and temporal change or movement that is partially irregular) that is observed when a certain wave changes every moment. . For example, not only time-series data that detects body movements associated with walking as acceleration fluctuations, but also vital signs such as respiratory rate, heart rate, and brain waves are used as time-series data, the peak interval and period of those waves are It is known to exhibit complex fluctuations that are not constant. On the other hand, a number of methods have been proposed for analyzing the structure that seems to dominate the behavior among such complex changes that appear irregular. The second
なお、具体的な解析手法としては、スペクトル解析(FFT解析),フラクタル解析(マルチフラクタル解析,デトレンド変動解析等),カオス解析及びウェーブレット解析等の公知の解析手法が挙げられるが、ここでは、フラクタル解析法の一つであるデトレンド変動解析が用いられている。
デトレンド変動解析の手法は、解析対象となる波動の複雑性をスケーリング指数と呼ばれる値で評価する統計的な解析手法である。本実施形態では、左右何れか一方の足の加速度データがデータ整列部6において整列され、その加速度データのスケーリング指数が解析部7において演算され、さらにその評価が判定部8でなされるようになっている。
Specific analysis methods include known analysis methods such as spectrum analysis (FFT analysis), fractal analysis (multifractal analysis, detrend fluctuation analysis, etc.), chaos analysis, and wavelet analysis. Detrend fluctuation analysis, which is one of the analysis methods, is used.
The detrend fluctuation analysis method is a statistical analysis method in which the complexity of the wave to be analyzed is evaluated by a value called a scaling index. In the present embodiment, the acceleration data of either the left or right foot is aligned in the
[1−4−1.解析部]
解析部7は、第一データ処理部9の特徴データ点抽出部5から入力された特徴データ点DCのスケーリング指数を演算する。具体的には、特徴データ点DCをその検出時刻に基づいてn個の区間に分割し、各区間において各特徴データ点DCが検出された時間間隔(歩行間隔時間)とそのトレンドとの最小二乗誤差(分散)Fを算出して、分割数n及び分散Fの各々の対数プロットの勾配αをスケーリング指数として演算する。なお、トレンドとは、各区間内におけるデータの推移傾向を意味しており、例えば各区間内のデータを直線に近似したものとする。
[1-4-1. Analysis Department]
Analyzing
この方法では、区間の分割数nを変化させれば、特徴データ点DC群の観察スケールも変化することになり、算出される分散Fも変化することになる。一方、分割数n及び分散Fの各々の対数プロットに線形関係が認められれば、分割数nと分散Fとの間には自己相似におけるスケールが存在するということになる。つまりここでは、観察する区間を変化させた場合における、実際の歩行間隔時間のばらつきの度合いの自己相似性の大きさをスケーリング指数αとして演算していることになる。 In this way, if by changing the division number n of sections, also would be varied observation scale characteristic data points D C group, dispersion F is calculated also changes. On the other hand, if a linear relationship is recognized in each logarithmic plot of the division number n and the variance F, it means that a scale in self-similarity exists between the division number n and the variance F. That is, here, the magnitude of the self-similarity of the degree of variation in the actual walking interval time when the section to be observed is changed is calculated as the scaling index α.
[1−4−2.判定部]
判定部8は、解析部7で演算されたスケーリング指数αに基づいて、歩行状態を判定する。一般に、スケーリング指数αの値によって、分割数nと分散Fとの間の相関を判断することができることが知られている。例えば、0.5<α<1である場合には、長距離相関が認められ、α=1である場合には1/f揺らぎの相関が認められる。また、相関はあるもののフラクタル性が認められない場合には、α>1となる。
[1-4-2. Judgment unit]
The
なお、「1/f揺らぎ」とは、前述の揺らぎのうち、揺らぎ成分の大きさ(パワースペクトル)が周波数fに対して1/fとなるような揺らぎのことを意味している。例えば、小川のせせらぎ音やそよ風の風圧,木目の形状,小鳥のさえずり音といった自然界に存在する波動をスペクトル解析すると、パワースペクトルが周波数fに反比例する1/f揺らぎを観測することができる。近年では、人間や動物などから発せられる生体信号(バイタルサイン)にも揺らぎが観察されることが判明しており、特に、観察対象の健康状態を判断するための指標として1/f揺らぎを用いることの有用性が多数報告されている。 Note that “1 / f fluctuation” means fluctuation among the aforementioned fluctuations such that the magnitude (power spectrum) of the fluctuation component is 1 / f with respect to the frequency f. For example, if a spectrum analysis is performed on a wave that exists in nature, such as a buzzing sound of a stream, a wind pressure of a breeze, a shape of a wood grain, or a chirping sound of a bird, a 1 / f fluctuation whose power spectrum is inversely proportional to the frequency f can be observed. In recent years, it has been found that fluctuations are also observed in biological signals (vital signs) emitted from humans and animals, and in particular, 1 / f fluctuation is used as an index for judging the health state of an observation target. Many usefulness has been reported.
これらのような特性に基づき、判定部8は、スケーリング指数αがα=1に近いほど、良好な歩行状態であると判定するようになっている。ここでの判定結果は前述のモニタ15へ出力されるようになっている。
Based on these characteristics, the
[2.フローチャート]
図3に示すフローチャートを用いて、本データ処理装置における制御内容を説明する。
ステップA10では、振動データ検出装置1としての加速度センサにより、加速度の検出情報及びその検出時刻情報が振動データSとして検出される。ここで検出された振動データSは、第一データ処理部9の振動データ記憶部11へ入力され、記憶される。
[2. flowchart]
The control contents in the data processing apparatus will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
In step A10, acceleration detection information and detection time information thereof are detected as vibration data S by the acceleration sensor as the vibration
続くステップA20では、振動データ記憶部11において、記憶された振動データSの総数が予め設定された所定数以上であるか否かが判定される。つまりこのステップでは、信号処理すべきデータ数が十分に揃っているか否かが判定される。ここで、振動データSの総数が所定数以上である場合にはステップA30へ進み、振動データSの総数が所定数未満である場合にはステップA10へ戻る。これにより、データ数が十分に揃うまでの間、ステップA10〜20が繰り返し実行されることになる。
In subsequent step A20, it is determined whether or not the total number of vibration data S stored in the vibration
ステップA30では、振幅エネルギ変換部6において、振動データ記憶部11から入力された時系列の振動データSが、絶対値振動データSAへと変換される。つまりこのステップでは、振動データSに内在する振幅エネルギの大きさが抽出されることになる。
続くステップA40では、ステップA30で変換された絶対値振動データSAが、さらにエンベロープ振動データSEへと変換される。つまりここでは、図2(a)に太い実線で示されるように、絶対値振動データSAの振幅を包絡する時系列データが得られることになる。
In step A30, the amplitude
In subsequent step A40, the absolute value vibration data S A converted in step A30 is further converted into envelope vibration data S E. That is, here, as indicated by a thick solid line in FIG. 2A, time-series data enveloping the amplitude of the absolute value vibration data S A is obtained.
ステップA50では、基本振動データ生成部2において、エンベロープ振動データSEの時系列データに対しローパスフィルタ,位相フィルタ及びハイパスフィルタの三種のフィルタ処理が施される。これらのフィルタ処理により、牛の歩行運動に伴う加速度変動を中心として高周波数及び低周波数の振動成分が低減され、歩行の時間間隔という特徴が、それに対応する周期を有する波として取り出される。図2(a)に破線で示される基本振動データSBが、この波である。なお位相フィルタ処理により、基本振動データSBの大きさが0となる時刻が、時系列の振動データSのピーク位置の時刻に対応するものとなる。
In step A50, the basic vibration
続くステップA60では、基本データ点抽出部3において、基本振動データSBに基づき基本データ点DBが抽出される。ここでは、前後で信号値が負から正へと変化する基本振動データSBの0点に対応するエンベロープ振動データSEが、基本データ点DBとして抽出される。図2(a)に示すように、実際の振動データSのピーク位置と基本データ点DBとの間には、若干の誤差が生じていることがわかる。
In subsequent step A60, the basic data
さらに続くステップA70では、抽出範囲設定部4において、基本データ点DBが検出された時刻の近傍時刻が抽出範囲Aとして設定される。抽出範囲Aは、基本データ点DBが検出された時刻を挟んで、それ以前の所定時間t1とそれ以後の所定時間t2とを合計した時間の幅である。各所定時間t1及びt2は、フィルタ処理によって生じると推定される時間誤差よりも大きく設定されているため、抽出範囲Aの中に実際の振動データSのピークが位置することになる。つまり、図2(b)に示すように、抽出範囲Aは、実際の振動データSのピーク位置と基本データ点DBとの間に生じている若干の誤差を吸収しうる幅を備えている。
In further successive step A70, the extraction
続くステップA80では、特徴データ点抽出部5において、抽出範囲A内に含まれる振動データSの最大値が特徴データ点DCとして抽出され、ステップA90へと進む。図2(b)に示すように、特徴データ点DCはエンベロープ振動データSEの最大値であり、つまり実際の振動データSの最大値であって、歩行状態を特徴付ける正確な信号となる。
そして、続くステップA90では、第二データ処理部10においてこれらの特徴データ点DCが解析され、このフローが終了する。
In step A80, the feature data
Then, in the subsequent step A90, these feature data points D C are analyzed in the second
第二データ処理部10における具体的な解析フローや判定及びその出力フローについては説明を省略するが、時系列特徴データ点DCに対して、歩行間隔時間のゆらぎのスケーリング指数αが演算され、α=1である状態を基準として、歩行状態が良好であるか否かが判定される。また、このような判定結果はモニタ15へ出力される。なお、特徴データ点DCの解析が一旦終了した時点で、ステップA20での判定に係る振動データSの総数がリセットされる。
A description of the specific analysis flow and determination in the second
[3.効果]
[3−1.二系統の信号処理過程による効果]
このように、本実施形態に係るデータ処理装置によれば、振動データ検出装置1から入力された振動データSが二系統の信号処理過程の各々で処理される。一方は、振幅エネルギ変換部6,基本振動データ生成部2及び基本データ抽出部3における抽出範囲Aの設定のための信号処理であり、他方は特徴データ点抽出部5における特徴データ点DCの抽出のための信号処理である。
[3. effect]
[3-1. Effects of two signal processing processes]
As described above, according to the data processing device of the present embodiment, the vibration data S input from the vibration
前者の信号処理過程においては振動データSに前処理が施されているが、その結果設定される抽出範囲Aは、誤差を許容しうる幅を有するものであるため、前処理に伴う誤差の影響を相殺することができる。また、後者の信号処理過程においては前処理を施さずに直接特徴データ点DCの抽出処理がなされているため、正確な特徴データ点DCを取り出すことができる。 In the former signal processing process, pre-processing is performed on the vibration data S, but the extraction range A set as a result has a width that can tolerate the error, and therefore the influence of the error due to the pre-processing. Can be offset. Further, since there have been extraction process directly feature data points D C without being subjected to the pretreatment in the latter signal process, it can be taken out accurate feature data points D C.
つまり、一般に、前処理としての信号処理を行うと、振動データの特徴が把握しやすくするなる反面、特徴的な情報の「抜け」が生じることになるが、本データ処理装置によれば、前処理の結果を参照ながら、「抜け」のない元の振動データの中から特徴データ点DCを抽出するため、データ処理の信頼性を向上させることができる。
また、特徴データ点抽出部5における特徴データ点DCの抽出に際し、抽出範囲A内に含まれる振動データS(エンベロープ振動データSE)のみが参照され、抽出範囲A以外の振動データSが除外されるため、牛の歩行運動を特徴付ける振動データSとの相関が強いと考えられる部分の情報のみを容易に取り出すことができ、十分なデータ処理速度を確保することが可能となる。
In other words, in general, signal processing as preprocessing makes it easy to grasp the characteristics of vibration data, but characteristic information “missing” occurs. However, according to this data processing apparatus, with reference to the result of the process, to extract the feature data points D C from the original vibration data without "missing", it is possible to improve the reliability of data processing.
Moreover, when extracting the feature data points D C in the feature data
さらに、特徴データ点抽出部5は、抽出範囲Aに含まれる振動データSのうちの最大値を特徴データ点DCとして抽出するようになっている。この構成により、ノイズが多く特徴の抽出が困難とされているような四足動物の歩行時における振動データSの中からでも、正確に特徴データ点を抽出することができ、歩行リズムを正確に把握することができる。
Further, the feature data
[3−2.振幅エネルギ変換による効果]
また、振幅エネルギ変換部6において、振動データSの絶対値をとることにより、歩行運動に伴って生じる振動の振幅エネルギの大きさを正確に把握することができる。
例えば、四足動物の歩行時における何れか一つの肢体の足運びに着目して振動データを採取する場合、他の肢体の運動に伴って生じる振動の影響を受けて振動データが部分的に増幅あるいは相殺されやすいが、加速度の情報に内在する振幅エネルギの情報は他の肢体の振動の影響を受けにくい。つまり、振幅エネルギの大きさを抽出することによって、着目する肢体のみの歩行リズムを把握しやすくすることができ、その後の周期解析処理の演算精度を向上させることができる。
[3-2. Effect of amplitude energy conversion]
Further, by taking the absolute value of the vibration data S in the amplitude
For example, when collecting vibration data focusing on the walking of any one limb during walking of a quadruped animal, the vibration data is partially amplified under the influence of vibration caused by the movement of other limbs. Alternatively, it is easy to cancel, but the information on the amplitude energy inherent in the information on acceleration is not easily influenced by vibrations of other limbs. That is, by extracting the magnitude of the amplitude energy, it is possible to easily grasp the walking rhythm of only the limb of interest, and it is possible to improve the calculation accuracy of the subsequent cycle analysis processing.
また、振幅エネルギ変換部6において、絶対値振動データSAのエンベロープを抽出することにより、振幅エネルギの変動の概要を把握することができ、振動データSの変動を特徴付ける基本データ点を抽出しやすくすることができる。なお、エンベロープ処理により、振動データSのピーク部分の情報を欠落させることなく、全体の情報量を圧縮(削減)することもできる。
In addition, by extracting the envelope of the absolute value vibration data S A in the amplitude
ここで、本発明のデータ処理装置との比較例として、振幅エネルギ変換部6における振幅エネルギ変換(すなわち、振動データSの絶対値振動データSA及びエンベロープ振動データSEへの変換)を実施しない場合における、基本振動データSB′及び基本データ点DB′を図5にグラフで示す。これは、振動データ記憶部11から出力される時系列の振動データSが、エンベロープ振動データSEの代わりに直接基本振動データ生成部2へ入力された場合の演算結果を示す図である。
Here, as a comparative example with the data processing apparatus of the present invention, the amplitude energy conversion in the amplitude energy conversion unit 6 (that is, the conversion of the vibration data S into the absolute value vibration data S A and the envelope vibration data S E ) is not performed. In this case, the basic vibration data S B ′ and the basic data point D B ′ are shown graphically in FIG. This is a diagram showing a calculation result when time-series vibration data S output from the vibration
図5に示すように、基本振動データSB′には、振動データSの振幅エネルギ変換処理を行っていないため、その変動周期は、図2(a)に示された基本振動データSBと比較しておよそ半分程度となっている。つまりこれは、振動データ検出装置1が着装された肢体の振動に対して、その肢体以外の肢体の振動が混入しているため、正確な歩行リズムが把握できていないことを示している。また、基本振動データSB′の波形自体が不安定な形状をなしており、0点を抽出できていない部分も見られる。
As shown in FIG. 5, since the amplitude energy conversion processing of the vibration data S is not performed on the basic vibration data S B ′, the fluctuation period thereof is the same as that of the basic vibration data S B shown in FIG. Compared to about half. In other words, this indicates that the vibration of the limb body on which the vibration
このように、振幅エネルギ変換を実施しない場合には、振動データSのピーク位置に対応するような正確な0点の抽出が困難であり、これに伴って基本データ点DB′の精度も低下し、結果として、正確な特徴データ点DCの抽出が難しいことがわかる。 Thus, when the amplitude energy conversion is not performed, it is difficult to extract an accurate zero point corresponding to the peak position of the vibration data S, and accordingly, the accuracy of the basic data point D B ′ is also lowered. As a result, it can be seen that it is difficult to extract accurate feature data points D C.
[3−3.その他の効果]
また、基本振動データ生成部2における前処理としてのフィルタ処理は、ローパスフィルタ,位相フィルタ及びハイパスフィルタといった一般的な信号処理であり、実施が容易であるとともに、短時間に処理を済ませることができる。一方、特徴データ点抽出部5における演算処理に関しても、複雑な演算が不要であり素早く結果を得ることができる。特に、本実施形態の第一データ処理部9における処理内容は、線形解析の手法による信号処理から構成されているため、例えば非線形解析の手法を用いた信号処理と比較して構成が簡素であるという利点がある。
[3-3. Other effects]
The filter processing as preprocessing in the fundamental vibration
また、本データ処理装置は、単に基本振動データSBに基づいて基本データ点DBを抽出するだけでなく、抽出範囲設定部4及び特徴データ点抽出部5を備えた構成となっている。つまり、フィルタ処理によって生成される誤差を小さくするための従来の手法として、位相フィルタにおける位相変化の遅延量を微調整するというものがあるが、本発明によれば、正確なデータが抽出されるが故にこのような微調整の必要がないうえ、実際に前処理を施した後の基本データ点DBの確認も不要である。したがって、振動データSの検出及び振動データSの第一データ処理部9への入力から第二データ処理部10における結果の出力に至るまでの全信号処理過程を完全に自動化することが可能となり、信号処理の労力を格段に低減させることが可能となる。
Further, the data processing apparatus is merely a configuration including a fundamental vibration data based on S B not only extracts the basic data points D B, the extraction
さらに、本実施形態のデータ処理装置では、第一データ処理部9におけるデータ処理の後、特徴データ点DCのピーク間隔時間の揺らぎを観察する非線形解析手法が用いられている。前述の通り、仮に前処理でノイズを除去してしまえば却って非線形構造を把握しにくくなりかねないが、本データ処理装置では第二データ処理部10へ入力される特徴データ点DCは、ノイズが除去されていない生の情報から抽出されたものであるため、特徴的な情報の抜けが生じず、正確に非線形構造を把握することが可能となる。つまり、一見ノイズのように見える部分の情報を切り捨てることなく正確な特徴部分の情報を抽出して非線形解析を実施することができる。
このように、本データ処理装置によれば、簡素な構成で、データ処理速度及びデータ処理精度を向上させることができる。
Furthermore, the data processing apparatus of this embodiment, after the data processing in the first
Thus, according to the present data processing device, the data processing speed and the data processing accuracy can be improved with a simple configuration.
[4.その他]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、第一データ処理部9及び第二データ処理部10におけるデータ処理機能がプログラムとして構成されたものを例示したが、これらの機能を実現手段はこれに限定されない。例えば、各第一データ処理部9及び第二データ処理部10を、ROM,RAM,CPU等を内蔵したワンチップマイコンとして構成してもよいし、あるいは、デジタル回路やアナログ回路といった電子回路として形成してもよい。
[4. Others]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the data processing functions in the first
なお、前述の通り、本発明のデータ処理装置においては、振動データSの検出から結果の出力に至るまでの信号処理過程を自動化することが可能なため、上述のような小型のマイコンで本発明に係るデータ処理装置を構成する場合、本発明に係るモニタ15と同様の機能を備えた小型表示装置や、振動データ検出装置1と同様の機能を備えたマイクロセンサを搭載させて、入出力一体型の小型処理装置を製造することも可能である。
As described above, the data processing apparatus of the present invention can automate the signal processing process from the detection of the vibration data S to the output of the result. When the data processing device according to the present invention is configured, a small display device having the same function as the
また、上述の実施形態では、振幅エネルギ変換部6において、振動データSを絶対値振動データSAへと変換するとともにエンベロープ処理を施すことによって振幅エネルギの大きさが抽出されるようになっている。しかし、このような構成の代わりに、振動データSを二乗変換することによって振幅エネルギに相関する情報を抽出する構成としてもよい。あるいは、二乗変換したデータに対してエンベロープ処理を施す構成とすることも考えられる。これらのように、振動の振幅エネルギと相関のあるパラメータが抽出されるような手法であれば、あらゆるデータ変換手法を用いることが可能である。
In the above-described embodiment, the amplitude
また、上述の実施形態では、信号検出手段1として加速度信号を検出するための加速度センサが適用されているが、本データ処理装置の演算対象となる信号としては、種々の対象体の状態に関わる様々なパラメータが考えられる。
また、上述の実施形態では、振動データ検出装置1で検出された振動データSが第一データ処理部9へ直接入力される構成となっているが、振動データ検出装置1と第一データ処理部9とを分離した構成としてもよい。例えば、振動データ検出装置1で検出された振動データSの時系列データを何らかの記憶媒体に保存しておき、演算処理が必要となった時点でそれらの時系列データを第一データ処理部9へ入力することが考えられる。この場合、それらの時系列データを振動データ記憶部11へ入力してもよいが、振動データ記憶部11を介さずに振幅エネルギ変換部6及び特徴データ点抽出部5の各々へ入力してもよい。
In the above-described embodiment, an acceleration sensor for detecting an acceleration signal is applied as the
In the above-described embodiment, the vibration data S detected by the vibration
また、上述の実施形態では、基本振動データ生成部2においてローパスフィルタ,位相フィルタ及びハイパスフィルタの三種のフィルタ処理が施されているが、バンドパスフィルタやノッチフィルタを併用してもよい。なお、基本振動データ生成部2における前処理とは、パラメータの変動を見つけやすくするための不可逆的な(非可逆変化を伴う)演算処理全般のことを指している。つまり、パラメータの変動を見つけやすくするための演算処理であれば、具体的な処理内容がフィルタ処理でなくてもよい。例えば、ヒルベルト変換処理,エンベロープ処理,フーリエ変換処理,加算平均の手法を用いた信号処理,ウェーブレット解析処理,フラクタル解析処理等を用いることが考えられる。また、任意の信号加算や減算,比例処理,積分処理,微分処理等も含まれる。
In the above-described embodiment, the basic vibration
なお、デジタル回路やアナログ回路といった電子回路を使って第一データ処理部9及び第二データ処理部10を構成する場合には、上述の実施形態に記載されたようなデジタルフィルタの代わりに、アナログフィルタを適用すればよい。すなわち、第一データ処理部9において実施されるデータ処理は、アナログ信号処理であってもよい。
また、上述の実施形態では、基本データ抽出部3において、基本振動データSBの0点に対応する振動データSが抽出されるようになっているが、このような抽出対象は、本データ処理装置における演算対象に応じて適宜設定することができる。抽出範囲設定部4における抽出範囲Aの位置や幅、及び、特徴データ点抽出部5において特徴データ点DCを取り出す位置についても同様である。
When the first
In the above-described embodiment, the basic
また、上述の実施形態では、解析部7においてデトレンド変動解析の手法が用いられているが、解析方法はこれに限定されない。なお、前処理が解析結果に与える一般的な影響の大きさを考慮すると、解析部7における解析手法が非線形解析手法である場合には、線形解析手法の場合と比較してより正確な解析結果が期待できるものと考えられる。
なお、上述の実施形態では、牛の歩行運動時における歩行リズムが解析対象となっているが、馬や羊,豚といった任意の四足動物の歩行リズムを解析するものとすることが考えられる。
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the method of a detrend fluctuation | variation analysis is used in the
In the above-described embodiment, the walking rhythm during the walking movement of the cow is an analysis target. However, it is possible to analyze the walking rhythm of an arbitrary quadruped animal such as a horse, sheep, or pig.
1 振動データ検出装置(振動データ検出手段)
2 基本振動データ生成部(基本振動データ生成手段,線形信号処理手段,フィルタ処理手段)
3 基本データ点抽出部(基本データ点抽出手段)
4 抽出範囲設定部(抽出範囲設定手段)
5 特徴データ点抽出部(特徴データ点抽出手段)
6 振幅エネルギ変換部(振幅エネルギ変換手段)
7 解析部
8 判定部
9 第一データ処理部
10 第二データ処理部(非線形解析演算処理手段)
11 振動データ記憶部
12 コンピュータ
13 記憶装置
14 中央処理装置(CPU)
15 モニタ
1 Vibration data detection device (vibration data detection means)
2 Basic vibration data generation unit (basic vibration data generation means, linear signal processing means, filter processing means)
3 Basic data point extraction unit (Basic data point extraction means)
4 Extraction range setting section (extraction range setting means)
5. Feature data point extraction unit (feature data point extraction means)
6 Amplitude energy conversion unit (amplitude energy conversion means)
7
11 Vibration
15 Monitor
Claims (17)
該振動データ検出ステップで検出された該振動データにおける振幅エネルギの大きさを抽出すべくデータ変換を行う振幅エネルギ変換ステップと、
該振幅エネルギ変換ステップで得られたデータに対し、該振動の特徴を把握するための前処理としての信号処理を施して、時系列の基本振動データを生成する基本振動データ生成ステップと、
該基本振動データ生成ステップで生成された該基本振動データに基づいて、該振動データの変動を特徴付ける基本データ点を抽出する基本データ点抽出ステップと、
該基本データ点抽出ステップで抽出された該基本データ点の検出時刻を基準とした所定の時間の範囲を該振動データの抽出範囲として設定する抽出範囲設定ステップと、
該振動データ検出ステップで検出された該振動データのうち、該抽出範囲設定ステップで設定された該抽出範囲に含まれる振動データの中から、該振動を特徴付ける振動データを特徴データ点として抽出する特徴データ点抽出ステップと
を備えたことを特徴とする、データ処理方法。 A vibration data detection step for detecting vibrations caused by the walking movement of a quadruped animal as time-series vibration data;
An amplitude energy conversion step for performing data conversion to extract the magnitude of amplitude energy in the vibration data detected in the vibration data detection step;
A basic vibration data generation step for generating time-series basic vibration data by performing signal processing as preprocessing for grasping the characteristics of the vibration with respect to the data obtained in the amplitude energy conversion step;
A basic data point extraction step for extracting basic data points characterizing fluctuations in the vibration data based on the basic vibration data generated in the basic vibration data generation step;
An extraction range setting step for setting a predetermined time range based on the detection time of the basic data point extracted in the basic data point extraction step as the extraction range of the vibration data;
A feature of extracting vibration data characterizing the vibration as a feature data point from vibration data included in the extraction range set in the extraction range setting step among the vibration data detected in the vibration data detection step. A data processing method comprising a data point extraction step.
ことを特徴とする、請求項1記載のデータ処理方法。 In the amplitude energy conversion step, the vibration data obtained in the vibration data detection step is converted into absolute value vibration data composed of the absolute value, and the absolute value vibration data is further subjected to envelope processing to obtain the absolute value. Convert vibration data to envelope vibration data
The data processing method according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のデータ処理方法。 The fundamental vibration data generation step generates the basic vibration data by performing the signal processing on the data converted in the amplitude energy conversion step using a linear analysis method. 3. The data processing method according to 1 or 2.
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のデータ処理方法。 The predetermined frequency component set in advance is filtered from the data converted in the amplitude energy conversion step in the basic vibration data generation step. Data processing method.
該基本データ点抽出ステップにおいて、該基本振動データの波長に相関する該基本振動データ上の点を該基本データ点として抽出する
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のデータ処理方法。 In the basic vibration data generation step, wave data obtained by smoothing the data converted by the amplitude energy conversion means is generated as the basic vibration data.
5. The fundamental data point extracting step, wherein a point on the fundamental vibration data that correlates with a wavelength of the fundamental vibration data is extracted as the fundamental data point. Data processing method.
ことを特徴とする、請求項5記載のデータ処理方法。 6. The data processing method according to claim 5, wherein in the extraction range setting step, a time near the detection time of the basic data point is set as the extraction range.
ことを特徴とする、請求項6記載のデータ処理方法。 7. The data processing method according to claim 6, wherein, in the feature data point extraction step, a vibration peak detection time in vibration data included in the extraction range is extracted as the feature data point.
をさらに備えたことを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載のデータ処理方法。 8. The method according to claim 1, further comprising a nonlinear analysis calculation processing step for extracting a nonlinear structure in the vibration data based on the feature data point detected in the feature data point extraction step. The data processing method according to item 1.
該振動データ検出手段で検出された該振動データにおける振幅エネルギの大きさを抽出すべくデータ変換を行う振幅エネルギ変換手段と、
該振幅エネルギ変換手段で得られたデータに対し、該振動の特徴を把握するための前処理としての信号処理を施して、時系列の基本振動データを生成する基本振動データ生成手段と、
該基本振動データ生成手段で生成された該基本振動データに基づいて、該振動データの変動を特徴付ける基本データ点を抽出する基本データ点抽出手段と、
該基本データ点抽出手段で抽出された該基本データ点の検出時刻を基準とした所定の時間の範囲を該振動データの抽出範囲として設定する抽出範囲設定手段と、
該振動データ検出手段で検出された該振動データのうち、該抽出範囲設定手段で設定された該抽出範囲に含まれる振動データの中から、該振動を特徴付ける振動データを特徴データ点として抽出する特徴データ点抽出手段と
を備えたことを特徴とする、データ処理装置。 Vibration data detecting means for detecting vibrations caused by a quadruped walking movement as time-series vibration data;
Amplitude energy conversion means for performing data conversion to extract the magnitude of amplitude energy in the vibration data detected by the vibration data detection means;
Basic vibration data generating means for generating time-series basic vibration data by performing signal processing as preprocessing for grasping the characteristics of the vibration on the data obtained by the amplitude energy conversion means;
Basic data point extracting means for extracting basic data points characterizing fluctuations in the vibration data based on the basic vibration data generated by the basic vibration data generating means;
Extraction range setting means for setting a predetermined time range based on the detection time of the basic data points extracted by the basic data point extraction means as the extraction range of the vibration data;
A feature of extracting vibration data characterizing the vibration as a feature data point from vibration data included in the extraction range set by the extraction range setting unit among the vibration data detected by the vibration data detection unit. A data processing apparatus comprising a data point extracting means.
ことを特徴とする、請求項9記載のデータ処理装置。 The amplitude energy conversion means converts the vibration data obtained by the vibration data detection means into absolute value vibration data consisting of the absolute value, and further performs envelope processing on the absolute value vibration data to obtain the absolute value. The data processing apparatus according to claim 9, wherein vibration data is converted into envelope vibration data.
ことを特徴とする、請求項9又は10記載のデータ処理装置。 The fundamental vibration data generating means has linear signal processing means for generating the fundamental vibration data by performing the signal processing on the envelope vibration data converted by the amplitude energy converting means using a linear analysis method. The data processing apparatus according to claim 9 or 10, characterized by comprising:
ことを特徴とする、請求項9〜11の何れか1項に記載のデータ処理装置。 The fundamental vibration data generating means includes filter processing means for filtering a predetermined frequency component set in advance from the envelope vibration data converted by the amplitude energy converting means. The data processing device according to any one of 9 to 11.
該基本データ点抽出手段が、該基本振動データの波長に相関する該基本振動データ上の点を該基本データ点として抽出する
ことを特徴とする、請求項9〜12の何れか1項に記載のデータ処理装置。 The basic vibration data generation means generates wave data obtained by smoothing the data converted by the amplitude energy conversion means as the basic vibration data,
The basic data point extracting means extracts a point on the basic vibration data correlated with the wavelength of the basic vibration data as the basic data point. Data processing equipment.
ことを特徴とする、請求項13記載のデータ処理装置。 14. The data processing apparatus according to claim 13, wherein the extraction range setting means sets a time near the detection time of the basic data point as the extraction range.
ことを特徴とする、請求項14記載のデータ処理装置。 15. The data processing apparatus according to claim 14, wherein the feature data point extracting unit extracts a vibration peak detection time in vibration data included in the extraction range as the feature data point.
ことを特徴とする、請求項9〜15の何れか1項に記載のデータ処理装置。 The nonlinear analysis calculation processing means for extracting a nonlinear structure in the vibration data based on the feature data points detected by the feature data point extraction means, further comprising: The data processing apparatus according to item 1.
該振幅エネルギ変換手段が、振動データとして検出された、四足動物の歩行運動に伴って生じる振動における振幅エネルギの大きさを抽出すべくデータ変換をし、
該基本振動データ生成手段が、該振幅エネルギ変換手段で変換されたデータに対し、該振動の特徴を把握するための前処理としての信号処理を施すことで時系列の基本振動データを生成し、
該基本データ点抽出手段が、該基本振動データ生成手段で生成された該基本振動データに基づいて、該振動データの変動を特徴付ける基本データ点を抽出し、
該抽出範囲設定手段が、該基本データ点抽出手段で抽出された該基本データ点の検出時刻を基準とした所定の時間の範囲を該振動データの抽出範囲として設定し、
該特徴データ点抽出手段が、該振動データ検出手段で検出された該振動データのうち、該抽出範囲設定手段で設定された該抽出範囲に含まれる振動データの中から、該振動を特徴付ける振動データを特徴データ点として抽出する
ことを特徴とする、データ処理プログラム。 A data processing program for causing a computer to function as amplitude energy conversion means, basic vibration data generation means, basic data point extraction means, extraction range setting means, and feature data point extraction means,
The amplitude energy converting means performs data conversion to extract the magnitude of the amplitude energy in the vibration caused by the walking movement of the quadruped animal detected as vibration data,
The basic vibration data generation means generates time-series basic vibration data by performing signal processing as preprocessing for grasping the characteristics of the vibration on the data converted by the amplitude energy conversion means,
The basic data point extracting means extracts basic data points characterizing fluctuations in the vibration data based on the basic vibration data generated by the basic vibration data generating means,
The extraction range setting means sets a predetermined time range based on the detection time of the basic data points extracted by the basic data point extraction means as the vibration data extraction range,
Vibration data that characterizes the vibration from vibration data included in the extraction range set by the extraction range setting means among the vibration data detected by the vibration data detection means. A data processing program characterized by extracting as feature data points.
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