JP2019197039A - Estimation device, living body number estimation device, estimation method, and program - Google Patents
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Abstract
【課題】無線信号を利用して生体数及び生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる推定装置等を提供すること。【解決手段】空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出部30と、生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部70と、生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定部40と、記憶部50に格納される複数の第一ステアリングベクトルのうち、第一位置推定部40により推定された1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力部60と、固有ベクトルと第二ステアリングベクトルとを用いて、1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定部80とを備える。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an estimation device and the like capable of accurately estimating at least one of the number of living bodies and the position and number of living bodies by using a wireless signal. SOLUTION: A biometric information extraction unit 30 that extracts biometric information that is a component corresponding to one or more living bodies existing in a space, and an eigenvector calculation unit 70 that calculates one or more eigenvectors of a biometric correlation matrix obtained from the biometric information. And a first position estimation unit 40 that estimates a position including a virtual image in one or more living bodies by a predetermined position estimation method using the biometric correlation matrix, and a plurality of first steering vectors stored in the storage unit 50. Of these, a second steering vector output unit 60 that extracts and outputs a first steering vector corresponding to each position including one or more virtual images of the living body estimated by the first position estimation unit 40 as a second steering vector, A second position estimation unit that estimates at least one of the position and the number of one or more living bodies using the eigenvector and the second steering vector. 0 and a. [Selection diagram] Figure 1
Description
本開示は、推定装置、生体数推定装置、推定方法、及び、プログラムに関し、特に無線信号を利用して、生体の位置及び生体の数のうち少なくとも一方の推定を行う推定装置、生体数推定装置、推定方法、及び、プログラムに関する。 The present disclosure relates to an estimation apparatus, a living body number estimation apparatus, an estimation method, and a program, and in particular, an estimation apparatus and a living body number estimation apparatus that perform estimation of at least one of the position of a living body and the number of living bodies using a radio signal. The present invention relates to an estimation method and a program.
無線で送信される信号を利用して検出対象を検出する技術が開発されている(例えば特許文献1参照)。 A technique for detecting a detection target using a signal transmitted wirelessly has been developed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1には、無線で受信した信号に対して、フーリエ変換を用いてドップラーシフトを含む成分の固有値を解析することで検出対象となる人物の数及び位置を知ることができる技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique that can know the number and positions of persons to be detected by analyzing eigenvalues of components including Doppler shift using a Fourier transform for a signal received wirelessly. ing.
しかしながら、特許文献1に開示される技術では、検出対象である生体の人数が多いときなど、生体に対応する固有値の大きさの差が小さくなる状況では、検出対象である生体の数の推定精度が低下し、生体の位置の推定精度も低下するという問題がある。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, in a situation where the difference in the size of the eigenvalue corresponding to a living body is small, such as when the number of living bodies that are detection targets is large, the estimation accuracy of the number of living bodies that are detection targets And the estimation accuracy of the position of the living body also decreases.
本開示は、上述の事情を鑑みてなされたもので、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる推定装置、生体数推定装置、推定方法、及び、プログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above-described circumstances. An estimation apparatus, a biological number estimation apparatus, an estimation method, and a program that can accurately estimate at least one of the position and number of a living body using a wireless signal are provided. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る推定装置等は、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出部と、前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部と、前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定部と、記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定部により推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力部と、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定部とを備える。 In order to achieve the above object, an estimation device or the like according to an embodiment of the present disclosure includes a component corresponding to one or more living bodies existing in the predetermined space from a reception signal received from a signal transmitted to the predetermined space. A biometric information extraction unit for extracting biometric information, an eigenvector calculation unit for calculating one or more eigenvectors of a biocorrelation matrix obtained from the biometric information, and a predetermined position estimation method using the biocorrelation matrix, The first position estimation unit that estimates a position including a virtual image in the one or more living bodies, and the first position estimation unit that is estimated by the first position estimation unit among a plurality of first steering vectors stored in advance in a storage unit A second steering vector output unit for extracting and outputting a first steering vector corresponding to each of the positions including the virtual image of the living body as a second steering vector; Using a chromatic vector and the second steering vector, the one or more biological positions and a few and a second position estimation unit for estimating at least one.
本開示の推定装置等によれば、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる。 According to the estimation device and the like of the present disclosure, it is possible to accurately estimate at least one of the position and the number of living bodies using a radio signal.
(本開示の基礎となった知見)
無線で送信される信号を利用して検出対象を検出する技術が開発されている(例えば特許文献1〜4参照)。
(Knowledge that became the basis of this disclosure)
Techniques for detecting a detection target using a signal transmitted wirelessly have been developed (see, for example, Patent Documents 1 to 4).
例えば、特許文献1には、フーリエ変換を用いてドップラーシフトを含む成分の固有値を解析することで、検出対象となる人物の数及び位置を推定する技術が開示されている。具体的には、受信信号に対してフーリエ変換を行い、特定の周波数成分を抽出した波形に対して自己相関行列を求め、該自己相関行列を固有値分解し固有値を求める。一般に、固有値及び固有ベクトルはそれぞれが送信アンテナから受信アンテナに至る電波の伝搬経路、すなわちパスの1本を表している。本来であれば直接波または壁などの固定物による反射といった様々なパスが存在しており、それぞれのパスが各固有値及び固有ベクトルに対応する。しかし、特許文献1の技術では生体情報が含まれない成分は除去されているため、生体により反射されたパスと雑音に対応するパスのみが固有値及び固有ベクトルに現れる。ここで、雑音に対応する固有値の値は生体に対応する固有値の値よりも小さいため、該固有値のうち、所定の閾値よりも大きいものの個数を数え上げることで生体数が推定可能である。 For example, Patent Document 1 discloses a technique for estimating the number and positions of persons to be detected by analyzing eigenvalues of components including a Doppler shift using Fourier transform. Specifically, Fourier transformation is performed on the received signal, an autocorrelation matrix is obtained for a waveform from which a specific frequency component is extracted, and the eigenvalue is decomposed to obtain an eigenvalue. In general, each eigenvalue and eigenvector represents a propagation path of a radio wave from a transmitting antenna to a receiving antenna, that is, one path. Originally, there are various paths such as direct waves or reflection by a fixed object such as a wall, and each path corresponds to each eigenvalue and eigenvector. However, in the technique of Patent Document 1, since components that do not include biological information are removed, only paths reflected by the living body and paths corresponding to noise appear in the eigenvalues and eigenvectors. Here, since the value of the eigenvalue corresponding to the noise is smaller than the value of the eigenvalue corresponding to the living body, the number of living bodies can be estimated by counting the number of eigenvalues larger than a predetermined threshold.
しかしながら、特許文献1に開示される技術では、対象となる生体が遠くにいる場合または生体の数が多い場合、生体に対応する固有値と雑音に対応する固有値の差が縮まり、人数推定の精度が低下するという問題がある。なぜなら、ドップラー効果が非常に弱い状況では、受信機が持つ内部雑音、検出対象以外から飛来する干渉波、及び、検出対象以外にドップラーシフトを発生させる物体が存在するなどの影響を受け、ドップラーシフトをしている微弱な信号を検出することが難しくなるからである。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, when the target living body is far away or the number of living bodies is large, the difference between the eigenvalue corresponding to the living body and the eigenvalue corresponding to the noise is reduced, and the accuracy of estimating the number of people is increased. There is a problem of lowering. This is because in a situation where the Doppler effect is very weak, the Doppler shift is affected by internal noise of the receiver, interference waves flying from other than the detection target, and objects that cause Doppler shift other than the detection target. This is because it becomes difficult to detect a weak signal.
特許文献2には、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法などの方向推定アルゴリズムを利用して対象物の位置を推定する技術が開示されている。具体的には、送信局が発した信号を受信した受信局は、受信信号に対してフーリエ変換を行い、特定の周波数成分を抽出した波形に対して自己相関行列を求め、MUSIC法などの方向推定アルゴリズムを適用する。これにより精度の高い生体の方向推定が可能である。しかしながら、特許文献2で用いるMUSIC法は、あらかじめ検出対象となる生体数を既知として用いることで生体位置の方向を推定する方法であるため、生体数を推定できない。 Patent Document 2 discloses a technique for estimating the position of an object using a direction estimation algorithm such as MUSIC (Multiple Signal Classification). Specifically, the receiving station that has received the signal emitted by the transmitting station performs a Fourier transform on the received signal, obtains an autocorrelation matrix for the waveform from which a specific frequency component is extracted, and uses a direction such as the MUSIC method. Apply an estimation algorithm. This makes it possible to estimate the direction of the living body with high accuracy. However, since the MUSIC method used in Patent Document 2 is a method for estimating the direction of the living body position by using the number of living bodies to be detected in advance as a known number, the number of living bodies cannot be estimated.
また、例えば特許文献3には、複数のアンテナにより受信された受信信号の固有ベクトルと、電波の到来する可能性のある範囲のステアリングベクトルとの相関から、到来波数すなわち携帯電話など送信機の数を、推定する技術が開示されている。 Further, for example, in Patent Document 3, the number of incoming waves, that is, the number of transmitters such as mobile phones is calculated from the correlation between eigenvectors of received signals received by a plurality of antennas and steering vectors in a range where radio waves may arrive. An estimation technique is disclosed.
また、例えば特許文献4には、複数のアンテナにより受信された受信信号に対し様々な到来波数を仮定し、それぞれに対してステアリングベクトルを用いた評価関数を算出し、評価関数が最大となる到来波数を真の到来波数として推定する技術が開示されている。 Also, for example, Patent Document 4 assumes that the number of incoming waves is various for received signals received by a plurality of antennas, calculates an evaluation function using a steering vector for each, and arrives at the maximum evaluation function. A technique for estimating a wave number as a true incoming wave number is disclosed.
しかしながら、特許文献3〜4に開示される技術は、電波を発する送信機の数を推定する技術であり、生体の人数は推定できない。 However, the techniques disclosed in Patent Documents 3 to 4 are techniques for estimating the number of transmitters that emit radio waves, and the number of living bodies cannot be estimated.
発明者らは、これらのことを鑑み、対象となる生体に送信機などの特別な機器を所持させずに、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる推定装置(センサ)等を想到するに至った。 In view of the above, the inventors have estimated that at least one of the position and number of living organisms can be accurately estimated using a radio signal without the subject living organism having a special device such as a transmitter. I came up with a device (sensor).
すなわち、本開示の一様態に係る推定装置は、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出部と、前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部と、前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定部と、記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定部により推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力部と、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定部とを備える。 That is, the estimation apparatus according to an aspect of the present disclosure extracts biological information that is a component corresponding to one or more living bodies existing in the predetermined space from a reception signal that has received a signal transmitted to the predetermined space. A biometric information extraction unit, an eigenvector calculation unit that calculates one or more eigenvectors of a biocorrelation matrix obtained from the biometric information, and a predetermined position estimation method using the biocorrelation matrix, in the one or more living organisms, A first position estimation unit that estimates a position including a virtual image; and a virtual image of the one or more living bodies estimated by the first position estimation unit among a plurality of first steering vectors stored in advance in a storage unit A second steering vector output unit that extracts and outputs a first steering vector corresponding to each position as a second steering vector; the eigenvector; Using a two steering vectors, wherein 1 or more biological positions and a few and a second position estimation unit for estimating at least one.
この構成により、固有値でなく、固有ベクトルと、Capon法などの所定の位置推定法との、互いに異なる二つの推定方法を併用することができるので、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる。なお、本明細書では、位置推定された生体のことを像と称するものとし、像のうち実際には存在しないものを虚像と定義し実際には存在するものを実像と定義する。 With this configuration, it is possible to use two different estimation methods, not an eigenvalue, but an eigenvector and a predetermined position estimation method such as the Capon method. At least one can be accurately estimated. In this specification, a living body whose position has been estimated is referred to as an image, and an image that does not actually exist is defined as a virtual image, and an image that actually exists is defined as a real image.
ここで、例えば、前記第二位置推定部は、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとの積または相関を計算し、計算した前記積または前記相関のうち閾値以上の値をとる前記固有ベクトルまたは前記第二ステアリングベクトルの指し示す位置を、前記位置として推定する。 Here, for example, the second position estimation unit calculates a product or a correlation between the eigenvector and the second steering vector, and the eigenvector or the first that takes a value equal to or greater than a threshold value among the calculated product or the correlation. The position indicated by the two steering vectors is estimated as the position.
これにより、無線信号を利用して、生体の位置を精度よく推定できる。 Thereby, the position of the living body can be accurately estimated using the radio signal.
また、例えば、前記第二位置推定部は、計算した前記積または相関のうち閾値以上の値をとる前記固有ベクトルまたは前記第二ステアリングベクトルの数を、前記数として推定する。 In addition, for example, the second position estimation unit estimates the number of the eigenvectors or the second steering vectors that take a value equal to or greater than a threshold value in the calculated product or correlation as the number.
これにより、無線信号を利用して、生体の数を精度よく推定できる。 Thereby, the number of living organisms can be accurately estimated using a radio signal.
ここで、例えば、前記所定の位置推定法は、Capon法であってもよいし、例えば、前記所定の位置推定法は、Beamformer法であってもよい。 Here, for example, the predetermined position estimation method may be a Capon method, and for example, the predetermined position estimation method may be a Beamformer method.
これにより、人数未知でも使用可能なCapon法などの位置推定法は、位置推定の精度が悪いものの、固有値を使用した方法とを併用することで、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる。 As a result, the position estimation method such as the Capon method that can be used even if the number of people is unknown, although the accuracy of the position estimation is poor, by using the method using the eigenvalue in combination with the position and number of the living body using the radio signal. It is possible to accurately estimate at least one of these.
また、例えば、前記第一位置推定部は、さらに、前記生体相関行列の固有値を用いて、前記1以上の生体における、虚像を含む人数を推定する事前人数推定部を備え、前記所定の位置推定法は、前記事前人数推定部が推定した人数を利用したMUSIC法であるとしてもよい。 In addition, for example, the first position estimating unit further includes a prior number estimating unit that estimates the number of persons including virtual images in the one or more living bodies using an eigenvalue of the biological correlation matrix, and the predetermined position estimation The method may be a MUSIC method using the number of persons estimated by the prior number estimation unit.
これにより、事前に、虚像を含む不正確な人数であっても、固有値を用いてとりあえず推定した人数を既知としたMUSIC法による位置推定法と、固有値を使用した方法とを併用することで、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できる。 Thereby, even if it is an inaccurate number of people including a virtual image in advance, by combining the position estimation method based on the MUSIC method with the number of people estimated using the eigenvalue for the time being and the method using the eigenvalue together, Using a radio signal, it is possible to accurately estimate at least one of the position and the number of living bodies.
ここで、例えば、N個(Nは2以上の自然数)の送信アンテナ素子を有する送信機と、M個(Mは2以上の自然数)の受信アンテナ素子と、前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれで所定期間受信された受信信号から、前記N個の送信アンテナ素子と前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する伝達関数算出部とを有する受信機とを、さらに備え、前記生体情報抽出部は、前記伝達関数算出部において算出された複数の複素伝達関数から、生体の影響による変動成分であって前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける変動成分を、前記生体情報として抽出し、前記固有ベクトル算出部は、前記生体情報抽出部において抽出された、前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける前記変動成分から前記生体相関行列を算出し、算出した前記生体相関行列の固有ベクトルを算出する。 Here, for example, a transmitter having N (N is a natural number of 2 or more) transmission antenna elements, M (M is a natural number of 2 or more) reception antenna elements, and the M reception antenna elements, respectively. And a transfer function calculating unit that calculates a plurality of complex transfer functions representing propagation characteristics between each of the N transmitting antenna elements and the M receiving antenna elements from the received signal received for a predetermined period of time. And the biological information extraction unit is a fluctuation component due to the influence of the living body and is a fluctuation in each of the M receiving antenna elements from the plurality of complex transfer functions calculated by the transfer function calculation unit. A component is extracted as the biological information, and the eigenvector calculating unit extracts the change in each of the M receiving antenna elements extracted by the biological information extracting unit. It calculates the biological correlation matrix from the components, to calculate the eigenvectors calculated the biological correlation matrix.
さらに、本開示の一態様に係る生体数推定装置は、例えば、さらに、上記態様の推定装置を複数と、前記複数の推定装置が推定した、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の位置をもとに、一部重複する前記所定の空間からなる全空間の推定位置分布を算出する推定位置分布算出部と、前記複数の推定装置が推定した、前記所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の数それぞれを用いて、前記全空間に存在する1以上の生体の数である生体数を推定する生体数推定部とを備える。 Further, the living body number estimation device according to an aspect of the present disclosure may include, for example, a plurality of the estimation devices according to the above aspects and the positions of one or more living organisms that exist in each of the predetermined spaces estimated by the plurality of estimation devices. And an estimated position distribution calculation unit for calculating an estimated position distribution of the entire space including the predetermined space partially overlapping, and one or more existing in each of the predetermined spaces estimated by the plurality of estimation devices And a living body number estimating unit that estimates the living body number that is the number of one or more living bodies existing in the entire space using each of the living body numbers.
この構成により、複数の推定装置を用いることで複数の送信局と受信局とを連携させることができるので、人数推定が可能な範囲を広げることができる。 With this configuration, since a plurality of transmitting stations and receiving stations can be linked by using a plurality of estimation devices, the range in which the number of persons can be estimated can be expanded.
ここで、例えば、前記生体数推定部は、前記複数の推定装置が推定した位置の分散の極小値の数を、前記生体数として推定するとしてもよいし、例えば、前記生体数推定部は、前記複数の推定装置が推定した位置の密度の極大値の数を、前記生体数として推定するとしてもよい。 Here, for example, the living body number estimating unit may estimate the number of local variances of positions estimated by the plurality of estimating devices as the living body number. For example, the living body number estimating unit may The number of local maximum values estimated by the plurality of estimation devices may be estimated as the number of living organisms.
この構成により、複数の推定装置が重複して推定した同一の生体を一つの生体として数えることができるので、精度よく推定できる範囲を広げることができる。 With this configuration, it is possible to count the same living body estimated by a plurality of estimation devices as a single living body, and thus it is possible to widen the range that can be accurately estimated.
また、本開示の一態様に係る推定方法は、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出ステップと、前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出ステップと、前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定ステップと、記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定ステップにおいて推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力ステップと、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定ステップとを含む。 In addition, the estimation method according to an aspect of the present disclosure extracts biological information that is a component corresponding to one or more living organisms existing in the predetermined space from a reception signal received from a signal transmitted to the predetermined space. A biometric information extraction step, an eigenvector calculation step of calculating one or more eigenvectors of a biocorrelation matrix obtained from the biometric information, and a predetermined position estimation method using the biocorrelation matrix, in the one or more living organisms, A first position estimating step for estimating a position including a virtual image; and a virtual image of the one or more living bodies estimated in the first position estimating step among a plurality of first steering vectors stored in advance in a storage unit. The first steering vector corresponding to each position is extracted as a second steering vector and output. When, by using the above and the eigenvectors second steering vector, and a second position estimation step of estimating at least one of the position and number of the one or more biological.
また、本開示の一態様に係るプログラムは、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、前記所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する生体情報抽出ステップと、前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出ステップと、前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定ステップと、記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定ステップにおいて推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力ステップと、前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定ステップと、をコンピュータに実行させる。 In addition, a program according to an aspect of the present disclosure extracts a biological information that is a component corresponding to one or more living bodies existing in the predetermined space from a reception signal received from a signal transmitted to the predetermined space. An information extraction step, an eigenvector calculation step for calculating one or more eigenvectors of a biocorrelation matrix obtained from the biometric information, and a virtual image in the one or more living bodies by a predetermined position estimation method using the biocorrelation matrix A position including one or more virtual images of the living body estimated in the first position estimation step among a plurality of first steering vectors stored in the storage unit in advance. The first steering vector corresponding to each is extracted as the second steering vector and output. And flop, with said second steering vector and the eigenvector, and a second position estimation step of estimating at least one of the position and number of the one or more biological, causes the computer to execute.
なお、本開示は、装置として実現するだけでなく、このような装置が備える処理手段を備える集積回路として実現したり、その装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを示す情報、データまたは信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データ及び信号は、CD−ROM等の記録媒体やインターネット等の通信媒体を介して配信してもよい。 Note that the present disclosure is not only realized as an apparatus, but also realized as an integrated circuit including processing means included in such an apparatus, or realized as a method using processing means constituting the apparatus as a step. Can be realized as a program for causing a computer to execute, or as information, data, or a signal indicating the program. These programs, information, data, and signals may be distributed via a recording medium such as a CD-ROM or a communication medium such as the Internet.
以下、本開示の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present disclosure. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present disclosure. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present disclosure are described as optional constituent elements that constitute a more preferable embodiment. Further, in the present specification and the drawings, the same reference numerals are given to constituent elements having substantially the same functional configuration, and redundant description is omitted.
(実施の形態1)
以下では、図面を参照しながら実施の形態1におけるセンサ100の推定方法等の説明を行う。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an estimation method of the sensor 100 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
[センサ100の構成]
図1は、実施の形態1におけるセンサ100の構成を示すブロック図である。図2は、実施の形態1における送信機10及び受信機20の配置の一例と、推定装置1の位置推定の方法の概念を示す図である。図1に示すセンサ100は、推定装置1と、送信機10と、受信機20と、生体情報抽出部30と、記憶部50とを備える。以下、詳細構成について説明する。
[Configuration of Sensor 100]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of sensor 100 in the first embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the transmitter 10 and the receiver 20 and the concept of the position estimation method of the estimation device 1 according to the first embodiment. A sensor 100 illustrated in FIG. 1 includes an estimation device 1, a transmitter 10, a receiver 20, a biological information extraction unit 30, and a storage unit 50. Hereinafter, the detailed configuration will be described.
[送信機10]
送信機10は、N個(Nは2以上の自然数)の送信アンテナ素子を有する。具体的には、送信機10は、図1に示すように、送信部11と、MT素子のアレーアンテナを有する送信アンテナ部12とで構成される。ここで、MT素子のN個(Nは2以上の自然数)の送信アンテナ素子に対応し、MTは2以上の自然数である。
[Transmitter 10]
The transmitter 10 has N (N is a natural number of 2 or more) transmission antenna elements. Specifically, the transmitter 10, as shown in FIG. 1, and a transmission unit 11, a transmitting antenna unit 12 having an array antenna of M T elements. Here, corresponding to the transmit antenna elements of the N M T element (N is a natural number of 2 or more), M T is a natural number of 2 or more.
<送信アンテナ部12>
送信アンテナ部12は、MT素子の送信アレーアンテナで構成されている。ここで、MT素子の送信アレーアンテナは、N個の送信アンテナ素子に対応し、MTは2以上の自然数である。
<Transmission antenna unit 12>
Transmitting antenna unit 12 is composed of a transmit array antenna M T elements. The transmission array antenna M T element corresponds to N transmit antenna elements, M T is a natural number of 2 or more.
送信アンテナ部12は、送信部11が生成した高周波の信号を送信する。 The transmission antenna unit 12 transmits a high-frequency signal generated by the transmission unit 11.
<送信部11>
送信部11は、生体200の在不在、位置、及び/または人数を推定するために用いる高周波の信号を生成する。例えば、送信部11はCW(Continuous Wave)を生成し、生成したCWを送信波として送信アンテナ部12から送信する。なお、生成すする信号はCWなどの正弦波信号に限らず変調をされた信号(変調波信号)でも構わない。
<Transmitter 11>
The transmission unit 11 generates a high-frequency signal used to estimate the presence / absence, position, and / or number of people of the living body 200. For example, the transmission unit 11 generates CW (Continuous Wave) and transmits the generated CW from the transmission antenna unit 12 as a transmission wave. The signal to be generated is not limited to a sine wave signal such as CW, but may be a modulated signal (modulated wave signal).
[受信機20]
受信機20は、M個(Mは2以上の自然数)の受信アンテナ素子と、複素伝達関数算出部23とを備える。具体的には、受信機20は、図1に示すように、受信アンテナ部21と、受信部22と、複素伝達関数算出部23とを備える。
[Receiver 20]
The receiver 20 includes M (M is a natural number of 2 or more) receiving antenna elements and a complex transfer function calculation unit 23. Specifically, as shown in FIG. 1, the receiver 20 includes a reception antenna unit 21, a reception unit 22, and a complex transfer function calculation unit 23.
<受信アンテナ部21>
受信アンテナ部21は、MR素子の受信アレーアンテナで構成されている。ここで、MR素子の受信アレーアンテナは、M個の受信アンテナ素子に対応し、MRは2以上の自然数である。受信アンテナ部21は受信アレーアンテナで、高周波の信号を受信する。
<Receiving antenna unit 21>
The receiving antenna unit 21 is composed of a reception array antenna having M R element. Here, the reception array antenna M R element corresponds to M receive antenna elements, M R is a natural number of 2 or more. The receiving antenna unit 21 is a receiving array antenna and receives a high frequency signal.
<受信部22>
受信部22は、受信アンテナ部21が受信した高周波の信号を、例えばダウンコンバータなどを用いて信号処理が可能な低周波の信号に変換する。受信部22は、変換した低周波の信号を複素伝達関数算出部23に伝達する。
<Receiver 22>
The receiving unit 22 converts the high-frequency signal received by the receiving antenna unit 21 into a low-frequency signal that can be processed using, for example, a down converter. The receiving unit 22 transmits the converted low frequency signal to the complex transfer function calculating unit 23.
なお、図1では、送信機10と受信機20とは隣接して構成されているが、これに限らない。例えば図2に示すように、送信機10と受信機20とは、離れた位置に配置されてもよい。 In FIG. 1, the transmitter 10 and the receiver 20 are configured adjacent to each other, but are not limited thereto. For example, as illustrated in FIG. 2, the transmitter 10 and the receiver 20 may be disposed at positions separated from each other.
また、図1では、送信機10が用いる送信アレーアンテナと受信機20が用いる受信アレーアンテナとは、異なるものとして異なる位置に配置されているが、これに限らない。送信機10及び受信機20が用いる送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとは兼用されてもよい。さらに、送信機10及び受信機20は、Wi−Fi(登録商標)ルータまたは子機といった無線機器のハードウェアと共用されてもよい。 In FIG. 1, the transmission array antenna used by the transmitter 10 and the reception array antenna used by the receiver 20 are differently arranged at different positions, but the present invention is not limited to this. The transmitting array antenna and the receiving array antenna used by the transmitter 10 and the receiver 20 may be used in common. Further, the transmitter 10 and the receiver 20 may be shared with hardware of a wireless device such as a Wi-Fi (registered trademark) router or a slave unit.
<複素伝達関数算出部23>
複素伝達関数算出部23は、伝達関数算出部の一例であり、M個の受信アンテナ素子のそれぞれで所定期間受信された受信信号から、N個の送信アンテナ素子とM個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する。
<Complex transfer function calculator 23>
The complex transfer function calculation unit 23 is an example of a transfer function calculation unit, and each of the N transmission antenna elements and the M reception antenna elements is received from the reception signals received by the M reception antenna elements for a predetermined period. A plurality of complex transfer functions representing the propagation characteristics between and are calculated.
具体的には、複素伝達関数算出部23は、受信アンテナ部21の受信アレーアンテナで観測された信号から、当該受信アレーアンテナと送信アンテナ部12の送信アレーアンテナとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を算出する。本実施の形態では、複素伝達関数算出部23は、受信部22により伝達された低周波の信号から、送信アンテナ部12のMT個の送信アンテナ素子と受信アンテナ部のMR個の受信アンテナ素子との間の伝搬特性を表す複素伝達関数を算出する。 Specifically, the complex transfer function calculation unit 23 calculates a complex characteristic indicating a propagation characteristic between the reception array antenna and the transmission array antenna of the transmission antenna unit 12 from a signal observed by the reception array antenna of the reception antenna unit 21. Calculate the transfer function. In this embodiment, the complex transfer function calculation unit 23, the low frequency signal transmitted by the receiver 22, M R receive antennas of the receiving antenna unit and the M T transmit antennas elements of the transmitting antenna section 12 A complex transfer function representing a propagation characteristic between the elements is calculated.
なお、複素伝達関数算出部23が算出した複素伝達関数には、送信アンテナ部12から送信された送信波の一部が生体200によって反射、散乱された信号である反射波及び/または散乱波を含む場合がある。また、複素伝達関数算出部23が算出した複素伝達関数には、送信アンテナ部12からの直接波及び固定物由来の反射波など、生体200を経由しない反射波が含まれている。また、生体200によって反射または散乱された信号すなわち生体200経由の反射波及び散乱波の振幅及び位相は、生体200の呼吸及び心拍等の生体活動によって常に変動する。以下では、複素伝達関数算出部23が算出した複素伝達関数には、生体200によって反射または散乱された信号である反射波及び散乱波が含まれているとして説明する。 The complex transfer function calculated by the complex transfer function calculation unit 23 includes a reflected wave and / or a scattered wave that is a signal in which a part of the transmission wave transmitted from the transmission antenna unit 12 is reflected and scattered by the living body 200. May include. The complex transfer function calculated by the complex transfer function calculation unit 23 includes reflected waves that do not pass through the living body 200, such as direct waves from the transmission antenna unit 12 and reflected waves derived from a fixed object. In addition, the amplitude and phase of a signal reflected or scattered by the living body 200, that is, a reflected wave and a scattered wave via the living body 200, constantly vary depending on living body activities such as respiration and heartbeat. In the following description, it is assumed that the complex transfer function calculated by the complex transfer function calculation unit 23 includes a reflected wave and a scattered wave that are signals reflected or scattered by the living body 200.
[推定装置1]
推定装置1は、人数未知でも使用可能なCapon法などの位置推定法と、固有値を使用した位置推定法とを併用することで、無線信号を利用して、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定する。本実施の形態では、推定装置1は、図1に示すように、生体情報抽出部30と、第一位置推定部40と、第二ステアリングベクトル出力部60と、固有ベクトル算出部70と、第二位置推定部80とを備える。なお、推定装置1は、記憶部50を備えていてもよい。また、推定装置1は、送信機10と、受信機20とを備えることは必須ではないが、これらを備えてもよい。以下、推定装置1の詳細構成について説明する。
[Estimation device 1]
The estimation apparatus 1 uses at least one of the position and number of a living body using a radio signal by using a position estimation method such as a Capon method that can be used even when the number of people is unknown and a position estimation method using an eigenvalue. Estimate accurately. In the present embodiment, as illustrated in FIG. 1, the estimation device 1 includes a biological information extraction unit 30, a first position estimation unit 40, a second steering vector output unit 60, an eigenvector calculation unit 70, a second A position estimation unit 80. Note that the estimation device 1 may include a storage unit 50. Moreover, although it is not essential that the estimation apparatus 1 is provided with the transmitter 10 and the receiver 20, you may provide these. Hereinafter, the detailed configuration of the estimation device 1 will be described.
<生体情報抽出部30>
生体情報抽出部30は、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する。より具体的には、生体情報抽出部30は、複素伝達関数算出部23において算出された複数の複素伝達関数から、生体の影響による変動成分であってM個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける変動成分を、生体情報として抽出する。
<Biological information extraction unit 30>
The biometric information extraction unit 30 extracts biometric information, which is a component corresponding to one or more living organisms existing in a predetermined space, from a reception signal that has received a signal transmitted to the predetermined space. More specifically, the biological information extraction unit 30 uses a plurality of complex transfer functions calculated by the complex transfer function calculation unit 23 as a fluctuation component due to the influence of the living body, and a fluctuation component in each of the M receiving antenna elements. Are extracted as biological information.
本実施の形態では、生体情報抽出部30は、受信アンテナ部21の受信アレーアンテナで観測された信号から、送信アンテナ部12の送信アレーアンテナから送信され、かつ、1以上の生体200によって反射または散乱された信号成分である生体成分を抽出する。 In the present embodiment, the biological information extraction unit 30 is transmitted from the transmission array antenna of the transmission antenna unit 12 from the signal observed by the reception array antenna of the reception antenna unit 21 and reflected or reflected by one or more living bodies 200. A biological component that is a scattered signal component is extracted.
より詳細には、生体情報抽出部30は、複素伝達関数算出部23で算出された複素伝達関数を、信号が観測された順である時系列に記録する。そして、生体情報抽出部30は、時系列に記録した複素伝達関数の変化のうち、生体200の影響による変動成分を抽出する。以降、生体200の影響による複素伝達関数の変動成分を生体成分または生体情報と称する。 More specifically, the biological information extraction unit 30 records the complex transfer function calculated by the complex transfer function calculation unit 23 in a time series that is the order in which the signals are observed. Then, the biological information extraction unit 30 extracts a fluctuation component due to the influence of the living body 200 from changes in the complex transfer function recorded in time series. Hereinafter, the fluctuation component of the complex transfer function due to the influence of the living body 200 is referred to as a biological component or biological information.
生体成分を抽出する方法としては、例えばフーリエ変換などによる周波数領域への変換後、生体成分のみを抽出する方法、または、2つの異なる時間の複素伝達関数の差分を計算することで抽出する方法がある。これらの方法により、直接波及び固定物を経由する反射波の成分は除去され、生体200を経由する生体成分のみが残ることになる。 As a method of extracting a biological component, for example, a method of extracting only a biological component after conversion to the frequency domain by Fourier transform or the like, or a method of extracting by calculating a difference between two complex transfer functions at different times. is there. By these methods, the component of the direct wave and the reflected wave that passes through the fixed object is removed, and only the biological component that passes through the living body 200 remains.
なお、本実施の形態では、送信アレーアンテナを構成する送信アンテナ素子はMT個、受信アレーアンテナを構成する受信アンテナ素子はMR個すなわち複数あるため、送信及び受信アレーアンテナに対応する複素伝達関数の生体200経由の生体成分も複数となる。以下、これら生体成分をまとめた行列を、生体成分チャネル行列H(t)と称する。 In this embodiment, M T-number transmission antenna elements that constitute the transmission array antenna, receiving antenna elements constituting the receiving array antenna M for R number i.e. multiple, complex transfer corresponding to the transmission and reception array antenna There are a plurality of biological components via the living body 200 of the function. Hereinafter, a matrix in which these biological components are collected is referred to as a biological component channel matrix H (t).
このようにして、生体情報抽出部30は、時系列の複素伝達関数から生体成分チャネル行列H(t)を算出する。また、生体情報抽出部30は、抽出した生体成分から得られる生体成分チャネル行列H(t)を、第一位置推定部40及び固有ベクトル算出部70に出力する。 In this way, the biological information extraction unit 30 calculates the biological component channel matrix H (t) from the time-series complex transfer function. In addition, the biological information extraction unit 30 outputs the biological component channel matrix H (t) obtained from the extracted biological component to the first position estimation unit 40 and the eigenvector calculation unit 70.
<固有ベクトル算出部70>
固有ベクトル算出部70は、生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する。より具体的には、固有ベクトル算出部70は、生体情報抽出部30において抽出された、M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける変動成分である生体情報から生体相関行列を算出し、算出した生体相関行列の固有ベクトルを算出する。
<Eigenvector Calculation Unit 70>
The eigenvector calculation unit 70 calculates one or more eigenvectors of the biocorrelation matrix obtained from the biometric information. More specifically, the eigenvector calculation unit 70 calculates a biocorrelation matrix from the biometric information extracted from the biometric information extraction unit 30 and is a variation component in each of the M receiving antenna elements, and calculates the biometric correlation matrix. Calculate the eigenvector of.
本実施の形態では、固有ベクトル算出部70は、生体情報抽出部30から受け取った生体成分チャネル行列H(t)から、(式1)に従って、相関行列Rを計算する。(式1)において、E[・]はアンサンブル平均、{・}Hは複素共役転置の演算を表す。相関行列Rは、上記の生体相関行列の一例である。 In the present embodiment, the eigenvector calculation unit 70 calculates the correlation matrix R from the biological component channel matrix H (t) received from the biological information extraction unit 30 according to (Equation 1). In (Expression 1), E [•] represents an ensemble average, and {•} H represents a complex conjugate transpose operation. The correlation matrix R is an example of the biological correlation matrix.
また、固有ベクトル算出部70は、計算した相関行列Rを固有値分解して得られた固有ベクトルを、第二位置推定部80へと伝達する。ここで、生体成分チャネル行列H(t)の相関行列Rを固有値分解すると、以下の(式2)〜(式4)のように書ける。なお、(式3)において、u1からuNは要素数がNである固有ベクトルを表す。(式4)において、λ1からλNは固有ベクトルに対応する固有値を表す。 In addition, the eigenvector calculation unit 70 transmits the eigenvector obtained by eigenvalue decomposition of the calculated correlation matrix R to the second position estimation unit 80. Here, when eigenvalue decomposition is performed on the correlation matrix R of the biological component channel matrix H (t), it can be written as the following (Expression 2) to (Expression 4). In (Expression 3), u 1 to u N represent eigenvectors having N elements. In (Expression 4), λ 1 to λ N represent eigenvalues corresponding to eigenvectors.
ここで、図2を用いて、算出される固有ベクトルの概念について説明する。固有ベクトル算出部70は、例えば図2に示すように生体200−A及び生体200−Bが存在する空間において得られた生体成分チャネル行列H(t)から、固有ベクトル1011−A〜固有ベクトル1011−Dを算出したとする。この場合、算出された固有ベクトル1011−A及び1011−Cは、受信機20の受信アンテナ及び送信機10の送信アンテナから見た生体200−Bの方向を指し示す。また、算出された固有ベクトル1011−B及び1011−Dは受信機20の受信アンテナ及び送信機10の送信アンテナから見た生体200−Aの方向を指し示す。なぜなら、固有ベクトル算出部70により算出される各固有ベクトルは、送信アンテナから受信アンテナに至るパスの1本を表すことから、送信アンテナ及び受信アンテナから見た検出対象の生体の位置を指し示すベクトルに対応することになる。 Here, the concept of the calculated eigenvector will be described with reference to FIG. For example, as shown in FIG. 2, the eigenvector calculation unit 70 calculates eigenvectors 1011 -A to 1011 -D from the biological component channel matrix H (t) obtained in the space where the living body 200 -A and the living body 200 -B exist. Suppose that it is calculated. In this case, the calculated eigenvectors 1011 -A and 1011 -C indicate the direction of the living body 200 -B viewed from the reception antenna of the receiver 20 and the transmission antenna of the transmitter 10. The calculated eigenvectors 1011 -B and 1011 -D indicate the direction of the living body 200 -A viewed from the receiving antenna of the receiver 20 and the transmitting antenna of the transmitter 10. This is because each eigenvector calculated by the eigenvector calculation unit 70 represents one of the paths from the transmission antenna to the reception antenna, and thus corresponds to a vector indicating the position of the living body to be detected as viewed from the transmission antenna and the reception antenna. It will be.
<記憶部50>
記憶部50は、予め算出された複数の第一ステアリングベクトルが予め格納されている。記憶部50は、後述する第一位置推定部40及び第二ステアリングベクトル出力部60によりアクセスされ、格納している複数の第一ステアリングベクトルが参照される。
<Storage unit 50>
The storage unit 50 stores a plurality of first steering vectors calculated in advance. The storage unit 50 is accessed by a first position estimation unit 40 and a second steering vector output unit 60 which will be described later, and a plurality of stored first steering vectors are referred to.
ここで、複数の第一ステアリングベクトルの算出方法について説明する。 Here, a method for calculating a plurality of first steering vectors will be described.
まず、(式5)に従って、送信アレーアンテナの各アンテナ素子間の位相差を表す送信側第一ステアリングベクトルat(θ)を、所定の範囲において所定の間隔で算出する。例えば、(式5)に従って、送信アレーアンテナの正面方向を0度として、−45度から45度まで1度刻みで送信側第一ステアリングベクトルを計算することができる。 First, according to (Equation 5), a transmission-side first steering vector a t (θ) representing a phase difference between the antenna elements of the transmission array antenna is calculated at a predetermined interval in a predetermined range. For example, according to (Equation 5), the first steering vector on the transmission side can be calculated in increments of 1 degree from −45 degrees to 45 degrees, where the front direction of the transmission array antenna is 0 degrees.
なお、(式5)において、λは波長、Nは送信アレーアンテナを構成するアンテナ素子数、jは虚数単位、eは自然対数の底を表す。 In (Equation 5), λ is the wavelength, N is the number of antenna elements constituting the transmission array antenna, j is an imaginary unit, and e is the base of the natural logarithm.
次に、同様に、受信アレーアンテナの各アンテナ素子間の位相差を表す受信側第一ステアリングベクトルar(θ)を、送信側第一ステアリングベクトルat(θ)における所定のθに対して算出する。 Next, similarly, the reception-side first steering vector a r (θ) representing the phase difference between the antenna elements of the reception array antenna is set with respect to a predetermined θ in the transmission-side first steering vector a t (θ). calculate.
(式6)において、λは波長、Mは受信アレーアンテナを構成するアンテナ素子数、jは虚数単位、eは自然対数の底を表す。 In (Expression 6), λ is a wavelength, M is the number of antenna elements constituting the receiving array antenna, j is an imaginary unit, and e is the base of the natural logarithm.
そして、送信側第一ステアリングベクトルat(θ)と、これに対応する受信側第一ステアリングベクトルar(θ)とを第一ステアリングベクトルとして記憶部50に格納する。 Then, the transmission-side first steering vector a t (θ) and the corresponding reception-side first steering vector a r (θ) are stored in the storage unit 50 as the first steering vector.
<第一位置推定部40>
第一位置推定部40は、生体情報から得られる生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する。ここで、所定の位置推定法は、Capon法であるが、ビームフォーマ(Beamformer)法であってもよい。
<First position estimating unit 40>
The first position estimation unit 40 estimates a position including one or more virtual images in one or more living bodies by a predetermined position estimation method using a biological correlation matrix obtained from biological information. Here, the predetermined position estimation method is the Capon method, but may be a beamformer method.
本実施の形態では、第一位置推定部40は、生体情報抽出部30で抽出された生体成分から得られる生体成分チャネル行列H(t)を用いて、生体200の位置の候補を推定する。第一位置推定部40は、ビームフォーマ法またはCapon法など、生体数が未知でも使用可能な位置推定法を用いて、生体200の位置の候補を推定する。なお、ビームフォーマ法及びCapon法は、MUSIC法などの生体数が既知のもとで行う位置推定法と比較すると、精度が悪く、虚像が発生するため単体では高精度な人数推定ができない。 In the present embodiment, the first position estimation unit 40 estimates the position candidate of the living body 200 using the biological component channel matrix H (t) obtained from the biological component extracted by the biological information extraction unit 30. The first position estimation unit 40 estimates a position candidate of the living body 200 using a position estimation method that can be used even if the number of living bodies is unknown, such as a beam former method or a Capon method. Note that the beam former method and the Capon method are not as accurate as position estimation methods such as the MUSIC method that are performed with a known number of living bodies, and a virtual image is generated, so that it is impossible to estimate the number of people with high accuracy by itself.
以下では、生体数が未知でも使用可能な位置推定法の一例としてCapon法を用いて、生体成分チャネル行列H(t)から生体200の位置の候補を推定する場合について説明する。 Below, the case where the candidate of the position of the biological body 200 is estimated from the biological component channel matrix H (t) is demonstrated using the Capon method as an example of the position estimation method which can be used even if the number of living bodies is unknown.
Capon法では、まず、受信アレーアンテナまたは送信アレーアンテナの指向性のメインローブをある方向θに向けた場合の電力に対応する評価関数PCaponを、あらゆるθに対して計算する(Caponスペクトラムと称される)。そして、Caponスペクトラムがピークをとる方向θを対象の方向と推定する。 In the Capon method, first, an evaluation function P Capon corresponding to the power when the directivity main lobe of the receiving array antenna or the transmitting array antenna is directed to a certain direction θ is calculated for every θ (referred to as a Capon spectrum). ) Then, the direction θ in which the Capon spectrum takes a peak is estimated as the target direction.
以下の(式7)にCapon法で用いる評価関数PCaponを示す。 The following (Equation 7) shows an evaluation function P Capon used in the Capon method.
より具体的には、Capon法による位置推定を、送信アンテナ部12の送信アレーアンテナ及び受信アンテナ部21の受信アレーアンテナの双方から行うことで、2次元のCaponスペクトラムを作成し、検出したピークの位置を推定する。なお、ピークを検出する際、雑音の影響を緩和するためCaponスペクトラムの平滑化を行ってもよい。以下では例えばNP個のピークが検出されたとして説明する。 More specifically, the position estimation by the Capon method is performed from both the transmission array antenna of the transmission antenna unit 12 and the reception array antenna of the reception antenna unit 21, thereby creating a two-dimensional Capon spectrum and detecting the detected peak. Estimate the position. Note that when detecting a peak, the Capon spectrum may be smoothed to reduce the influence of noise. Hereinafter will be described as an example N P-number of peaks were detected.
ここで、図2を用いて、Capon法により算出される生体位置の概念について説明する。図2には、生体200−A及び生体200−Bが存在する空間において第一位置推定部40によりCapon法により推定されたCaponスペクトラムのピークの位置を座標系に重畳した図が示されている。すなわち、プラス記号で示されているピーク位置1001、ピーク位置1002及び、ピーク位置1003は、第一位置推定部40により推定されたピークの位置を表している。なお、ピーク位置1001は、実際には生体が存在しないにもかかわらず検出されたピークの位置(以下、ピーク位置とも称する)であり、虚像である。 Here, the concept of the living body position calculated by the Capon method will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a diagram in which the position of the peak of the Capon spectrum estimated by the first position estimation unit 40 by the Capon method is superimposed on the coordinate system in the space where the living body 200-A and the living body 200-B exist. . That is, the peak position 1001, the peak position 1002, and the peak position 1003 indicated by a plus sign represent peak positions estimated by the first position estimation unit 40. Note that the peak position 1001 is a detected peak position (hereinafter also referred to as a peak position) even though no living body actually exists, and is a virtual image.
<第二ステアリングベクトル出力部60>
第二ステアリングベクトル出力部60は、記憶部50に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、第一位置推定部40により推定された1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する。
<Second steering vector output unit 60>
The second steering vector output unit 60 corresponds to each of the positions including one or more virtual images of the living body estimated by the first position estimation unit 40 among the plurality of first steering vectors stored in the storage unit 50 in advance. The first steering vector is extracted and output as a second steering vector.
本実施の形態では、第二ステアリングベクトル出力部60は、予め算出されて記憶部50に格納されている第一ステアリングベクトルのうち、第一位置推定部40で推定されたNp個のピーク位置(虚像を含む生体の位置)に対応するものを抽出する。具体的には、第二ステアリングベクトル出力部60は、送信アレーアンテナから見た、第一位置推定部40から受け取ったピーク位置の方向θに対応する第一ステアリングベクトルを、(式5)及び(式6)に従ってNp個出力する。なお、本実施の形態では、記憶部50に格納されている第一ステアリングベクトルと区別するため、第二ステアリングベクトル出力部60が抽出する第一ステアリングベクトルを第二ステアリングベクトルと呼び、第二ステアリングベクトルapeakと表記する。 In the present embodiment, the second steering vector output unit 60 includes N p peak positions estimated by the first position estimation unit 40 among the first steering vectors calculated in advance and stored in the storage unit 50. The one corresponding to (the position of the living body including the virtual image) is extracted. Specifically, the second steering vector output unit 60 obtains the first steering vector corresponding to the direction θ of the peak position received from the first position estimation unit 40 as viewed from the transmission array antenna (Equation 5) and ( Output N p pieces according to Equation 6). In the present embodiment, in order to distinguish from the first steering vector stored in the storage unit 50, the first steering vector extracted by the second steering vector output unit 60 is referred to as a second steering vector. This is expressed as a vector a peak .
<第二位置推定部80>
第二位置推定部80は、算出された固有ベクトルと、出力された第二ステアリングベクトルとを用いて、1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する。具体的には、第二位置推定部80は、算出された固有ベクトルと出力された第二ステアリングベクトルとの積または相関を計算し、計算した積または相関のうち閾値以上の値をとる固有ベクトルまたは第二ステアリングベクトルの指し示す位置を、生体の位置として推定してもよい。また、第二位置推定部は、計算した積または相関のうち閾値以上の値をとる固有ベクトルまたは第二ステアリングベクトルの数を、生体の数として推定してもよい。なお、閾値は例えば0.5であるが、0より大きく1未満の間で適宜決定すればよい。
<Second position estimating unit 80>
The second position estimation unit 80 estimates at least one of the position and number of one or more living organisms using the calculated eigenvector and the output second steering vector. Specifically, the second position estimation unit 80 calculates a product or correlation between the calculated eigenvector and the output second steering vector, and the eigenvector or first The position indicated by the two steering vectors may be estimated as the position of the living body. In addition, the second position estimation unit may estimate the number of eigenvectors or second steering vectors that take a value equal to or greater than a threshold value among the calculated products or correlations as the number of living bodies. Note that the threshold is 0.5, for example, but may be determined appropriately between greater than 0 and less than 1.
本実施の形態では、第二位置推定部80は、第二ステアリングベクトル出力部60が出力した第二ステアリングベクトルapeakと、固有ベクトル算出部70が算出した固有ベクトルuとの相関を計算することで、生体の数及び位置を推定する。 In the present embodiment, the second position estimation unit 80 calculates the correlation between the second steering vector a peak output from the second steering vector output unit 60 and the eigenvector u calculated by the eigenvector calculation unit 70. Estimate the number and location of living organisms.
ここで、例えば、第二位置推定部80は、(式7)に示す第二ステアリングベクトルapeakと固有ベクトルuの相関を計算する評価関数を用いて生体の数を推定してもよい。 Here, for example, the second position estimating unit 80 may estimate the number of living bodies using an evaluation function for calculating a correlation between the second steering vector a peak and the eigenvector u shown in (Expression 7).
(式7)では、第二ステアリングベクトルapeakと固有ベクトルuとの内積を計算することで、第二ステアリングベクトルapeakと固有ベクトルuとの相関を計算する。このため、固有ベクトルuの中に第二ステアリングベクトルapeakiと高い相関を持つものがあれば1に近い値となり、高い相関を持つものがなければ0に近い値となる。 In (Equation 7), by calculating the inner product of the second steering vector a peak and eigenvectors u, calculates the correlation between the second steering vector a peak and eigenvectors u. For this reason, if there is an eigenvector u that has a high correlation with the second steering vector a peak , the value is close to 1, and if there is no high correlation, the value is close to 0.
なお、(式7)では相関の最大値をとる演算を行うが、総和など1に近い相関値を持つ項の有無を判定できる演算であれば代用可能である。 In (Expression 7), an operation for obtaining the maximum correlation value is performed. However, any operation that can determine the presence or absence of a term having a correlation value close to 1 such as a sum can be used.
以下、第二ステアリングベクトルapeakと固有ベクトルuとの内積を計算することで、これらの相関を計算する場合の例について、図3を用いて説明する。 Hereinafter, an example of calculating the inner product of the second steering vector a peak and the eigenvector u and calculating these correlations will be described with reference to FIG.
図3は、実施の形態1における第二ステアリングベクトルapeakと固有ベクトルuとの相関及び評価関数を計算した結果の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a result of calculating a correlation and an evaluation function between the second steering vector a peak and the eigenvector u in the first embodiment.
図3に示すように、符号1101に示される第二ステアリングベクトルapeak1と固有ベクトルu2の相関は、0.9であり、閾値0.5を超えて1に近い値となっている。また、符号1102に示される第二ステアリングベクトルapeak2と固有ベクトルu1の相関は、0.83であり、閾値0.5を超えて1に近い値となっている。 As shown in FIG. 3, the correlation between the second steering vector a peak1 and the eigenvector u2 indicated by reference numeral 1101 is 0.9, which is close to 1 beyond the threshold value 0.5. The correlation between the second steering vector a peak2 and the eigenvector u1 indicated by reference numeral 1102 is 0.83, which is close to 1 exceeding the threshold value 0.5.
また、第二ステアリングベクトルapeak1からapeakNpについての評価関数Ppeakiの計算結果から、符号1103及び符号1104に示される2つの評価関数Ppeakiが閾値0.5を超えている。これにより、推定される生体の数は2となる。 Moreover, the evaluation function P Peaki calculation results for a PeakNp from the second steering vector a peak 1, 2 two evaluation functions P Peaki shown by reference numeral 1103 and the code 1104 is greater than the threshold 0.5. Thereby, the estimated number of living bodies is two.
つまり、図3に示すように、第二ステアリングベクトル出力部60が出力したNp個の第二ステアリングベクトルapeak1からapeakNpに対して、評価関数Ppeakiを、計算する。そして、閾値0.5より大きいものの数を数えて、推定される生体の数として出力すればよい。また、閾値0.5を超えたものに対応するピーク位置を推定される生体の位置として出力してもよい。 That is, as shown in FIG. 3, with respect to a PeakNp from N p number of second steering vector a peak 1 of the second steering vector output section 60 has output the evaluation function P Peaki, calculates. Then, the number of objects larger than the threshold value 0.5 may be counted and output as the estimated number of living bodies. Moreover, you may output the peak position corresponding to the thing exceeding the threshold value 0.5 as a presumed living body position.
なお、図3を図2に対応させて概念的に説明すると、ピーク位置1001に対応する第二ステアリングベクトルapeak1は、高い相関を持つ固有ベクトルがないため0に近い値となる。一方、ピーク位置1002に対応する第二ステアリングベクトルapeak2は、高い相関を持つ固有ベクトル1011−A、1011−Cがあるため、1に近い値になる。また、ピーク位置1003に対応する第二ステアリングベクトルapeak3も、高い相関を持つ固有ベクトル1011−B、1011−Dがあるため、1に近い値になる。したがって、閾値を超えるものは2つであり、生体の数は2と推定され、閾値を超える2つのものに対応するピーク位置1002、1003が生体の位置と推定される。 3 conceptually corresponding to FIG. 2, the second steering vector a peak1 corresponding to the peak position 1001 has a value close to 0 because there is no eigenvector having a high correlation. On the other hand, the second steering vector a peak2 corresponding to the peak position 1002 has a value close to 1 because there are eigenvectors 1011 -A and 1011 -C having high correlation. Further, the second steering vector a peak3 corresponding to the peak position 1003 also has a value close to 1 because there are eigenvectors 1011 -B and 1011 -D having high correlation. Therefore, the number of objects exceeding the threshold is two, the number of living bodies is estimated to be 2, and the peak positions 1002 and 1003 corresponding to the two objects exceeding the threshold are estimated as the positions of the living bodies.
[センサ100の動作]
以上のように構成されるセンサ100が生体数を推定する処理について説明する。
[Operation of Sensor 100]
A process in which the sensor 100 configured as described above estimates the number of living bodies will be described.
図4は、実施の形態1におけるセンサ100の生体数推定処理を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing the biological number estimation process of the sensor 100 according to the first embodiment.
まず、センサ100は、図4に示すように、受信機20において所定の期間受信信号を観測し(S10)、観測した受信信号から複素伝達関数を算出する(S20)。 First, as shown in FIG. 4, the sensor 100 observes a received signal for a predetermined period in the receiver 20 (S10), and calculates a complex transfer function from the observed received signal (S20).
次に、センサ100は、算出した複素伝達関数それぞれを時系列に記録し、記録した時系列の複素伝達関数から生体成分チャネル行列を算出する(S30)。換言すると、センサ100は、所定の空間に送信された信号を受信した受信信号から、所定の空間に存在する1以上の生体に対応する成分である生体情報を抽出する。 Next, the sensor 100 records each of the calculated complex transfer functions in time series, and calculates a biological component channel matrix from the recorded time series complex transfer functions (S30). In other words, the sensor 100 extracts biological information, which is a component corresponding to one or more living bodies existing in the predetermined space, from the received signal that has received the signal transmitted to the predetermined space.
次に、センサ100は、算出した生体成分チャネル行列から、固有ベクトルを算出する(S35)。換言すると、センサ100は、生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する。 Next, the sensor 100 calculates an eigenvector from the calculated biological component channel matrix (S35). In other words, the sensor 100 calculates one or more eigenvectors of the biological correlation matrix obtained from the biological information.
次に、センサ100は、算出した生体成分チャネル行列から、Capon法などの人数未知でも使用可能な所定の位置推定法を用いて生体位置の候補を推定する(S40)。換言すると、センサ100は、算出した生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する。 Next, the sensor 100 estimates a biological position candidate from the calculated biological component channel matrix using a predetermined position estimation method that can be used even if the number of persons is unknown, such as the Capon method (S40). In other words, the sensor 100 estimates a position including a virtual image in one or more living bodies using the calculated biological correlation matrix by a predetermined position estimation method.
次に、センサ100は、推定した生体位置の候補に対応するNP個の第二ステアリングベクトルを算出する(S50)。換言すると、センサ100は、記憶部50に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、推定された1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する。 Next, the sensor 100 calculates the N P-number of the second steering vector corresponding to the estimated biological position candidates (S50). In other words, the sensor 100 determines the first steering vector corresponding to each of the positions including one or more estimated virtual images of the living body among the plurality of first steering vectors stored in advance in the storage unit 50 as the second steering vector. Extracted as and output.
次に、センサ100は、Np個の第二ステアリングベクトルと固有ベクトルの相関を算出し(S60)、S60で算出した相関のうち閾値以上のものの数に基づき、生体数または生体位置を推定する(S70)。換言すると、センサ100は、固有ベクトルと第二ステアリングベクトルとを用いて、1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する。 Next, the sensor 100 calculates the correlation between the N p second steering vectors and the eigenvector (S60), and estimates the number of living bodies or the position of the living body based on the number of correlations calculated in S60 that are equal to or greater than the threshold ( S70). In other words, the sensor 100 estimates at least one of the position and number of one or more living organisms using the eigenvector and the second steering vector.
[効果等]
本実施の形態の推定装置1等によれば、無線信号を利用して、所定の空間に存在している生体の数を精度よく推定できる。また、本実施の形態の推定装置1等によれば生体数の推定と同時に対応する生体の位置を推定することができる。
[Effects]
According to the estimation device 1 and the like of the present embodiment, the number of living bodies existing in a predetermined space can be accurately estimated using a radio signal. Moreover, according to the estimation apparatus 1 etc. of this Embodiment, the position of the corresponding living body can be estimated simultaneously with the estimation of the number of living bodies.
より具体的には、本実施の形態の推定装置1等によれば、固有値に対応する固有ベクトルを用いた位置推定法と、Capon法などの人数未知でも使用可能な所定の位置推定法との互いに異なる二つの方法を併用することで、人数推定の精度を向上することができる。 More specifically, according to the estimation apparatus 1 or the like of the present embodiment, the position estimation method using the eigenvector corresponding to the eigenvalue and the predetermined position estimation method that can be used even when the number of people is unknown, such as the Capon method, are mutually connected. By using two different methods in combination, the accuracy of estimating the number of people can be improved.
既存の生体数推定法である固有値を用いた方法では、生体が遠くにいる場合など信号雑音比が小さい場合、生体に対応する固有値と雑音に対応する固有値とを閾値で判別することが困難になる。固有値に対応する固有ベクトルの向きは固有値と比較して雑音の影響を受けにくいが、人数推定に用いるには対応する固有値によるソートが必要なため、固有ベクトル単体では人数推定を行えない。つまり、固有値は雑音による影響に弱く、信号雑音比が小さい場合、人数推定の精度が低下する。 In the method using the eigenvalue, which is an existing method for estimating the number of living bodies, it is difficult to distinguish the eigenvalue corresponding to the living body and the eigenvalue corresponding to the noise with a threshold when the signal-to-noise ratio is small such as when the living body is far away Become. Although the direction of the eigenvector corresponding to the eigenvalue is less susceptible to noise than the eigenvalue, sorting by the corresponding eigenvalue is necessary for use in estimating the number of people, so the number of people cannot be estimated with the eigenvector alone. That is, the eigenvalue is not easily affected by noise, and the accuracy of estimating the number of people decreases when the signal-to-noise ratio is small.
一方、Capon法などの人数未知でも使用可能な位置推定法を用いた方法では、アンテナの周囲などに虚像が発生しやすいため、人数推定を誤ってしまう可能性が高い。つまり、Capon法などの人数未知でも使用可能な位置推定法を用いた方法では、位置推定法は位置推定の精度が悪く、実際には生体のいない位置に生体がいると推定(つまり虚像を推定)する可能性が高いため、単体では高精度な人数推定ができない。 On the other hand, in a method using a position estimation method that can be used even if the number of people is unknown, such as the Capon method, a virtual image is likely to be generated around the antenna and the like, and thus there is a high possibility that the number of people is erroneously estimated. In other words, in a method using a position estimation method that can be used even if the number of people is unknown, such as the Capon method, the position estimation method is inferior in accuracy of position estimation, and it is estimated that there is a living body at a position where there is no living body (that is, a virtual image is estimated). ), It is impossible to estimate the number of people with high accuracy by itself.
そこで、本実施の形態では、固有値に対応する固有ベクトルを用いた位置推定法とCapon法などの位置推定法との二つの方法を併用することで、人数推定の精度を向上させる。すなわち、所定の位置推定法により算出した虚像を含む推定位置に対応づけたベクトル(ステアリングベクトル)に、算出した固有ベクトルを対応付けすることで、虚像を除た推定位置を推定することができる。このように、固有ベクトルによる情報を利用して、所定の位置推定法により算出した推定位置の精度を高めることができる。これにより、既存の生体数推定法である固有値を使用した方法と、Capon法などの人数未知でも使用可能な位置推定法との双方の課題を克服することができ、所定の空間に存在している生体の数及び位置を精度よく推定できる。 Therefore, in the present embodiment, the accuracy of the estimation of the number of persons is improved by using both the position estimation method using the eigenvector corresponding to the eigenvalue and the position estimation method such as the Capon method. That is, the estimated position excluding the virtual image can be estimated by associating the calculated eigenvector with the vector (steering vector) associated with the estimated position including the virtual image calculated by the predetermined position estimation method. As described above, the accuracy of the estimated position calculated by the predetermined position estimation method can be improved by using the information by the eigenvector. As a result, it is possible to overcome the problems of both the existing number estimation method using the eigenvalue and the position estimation method that can be used even if the number of people is unknown, such as the Capon method, and exists in a predetermined space. The number and position of living organisms can be estimated with high accuracy.
なお、本開示では、所定の位置推定法により算出された推定位置に含まれる虚像を判別するため、どの像がどの程度確からしいかを定量的に評価する指標として固有ベクトルとステアリングベクトルの相関を計算し、虚像を排除する。これにより、雑音に強く検出範囲の広い推定方法を実現することができる。 In this disclosure, in order to discriminate the virtual image included in the estimated position calculated by the predetermined position estimation method, the correlation between the eigenvector and the steering vector is calculated as an index for quantitatively evaluating which image is probable. And eliminate the virtual image. As a result, an estimation method that is resistant to noise and has a wide detection range can be realized.
(変形例)
上記の実施の形態では、所定の位置推定法として、Capon法など人数未知でも使用可能な位置推定法を用いるとして説明したが、これに限らない。人数を既知としたMUSIC法による位置推定法を用いてもよい。以下、この場合を変形例として、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
(Modification)
In the above embodiment, the position estimation method that can be used even when the number of people is unknown, such as the Capon method, has been described as the predetermined position estimation method. However, the present invention is not limited to this. A position estimation method based on the MUSIC method in which the number of persons is known may be used. Hereinafter, this case will be described as a modified example, focusing on differences from the first embodiment.
図5は、実施の形態1の変形例における第一位置推定部40Aの構成を示すブロック図である。第一位置推定部40Aは、図5に示すように、事前人数推定部401と、候補位置推定部402とを備える。 FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of first position estimating unit 40A in the modification of the first embodiment. As illustrated in FIG. 5, the first position estimation unit 40 </ b> A includes a prior number of people estimation unit 401 and a candidate position estimation unit 402.
事前人数推定部401は、生体相関行列の固有値を用いて、1以上の生体における、虚像を含む人数を推定する。本変形例では、事前人数推定部401は、候補位置推定部402が検出対象の生体の位置を推定する前に、固有ベクトル算出部70が、相関行列Rを固有値分解することで得た固有値を用いて、検出対象の生体の人数を推定する。ここで、事前人数推定部401が推定する人数は、固有値を用いてとりあえず推定した人数であり、虚像を含む不正確な人数である。 The prior number estimation unit 401 estimates the number of persons including virtual images in one or more living bodies using the eigenvalues of the biological correlation matrix. In this modification, the prior person estimation unit 401 uses eigenvalues obtained by the eigenvector calculation unit 70 eigenvalue decomposition of the correlation matrix R before the candidate position estimation unit 402 estimates the position of the living body to be detected. Thus, the number of living bodies to be detected is estimated. Here, the number of people estimated by the prior number of people estimation unit 401 is a number of people estimated for the time being using eigenvalues, and is an inaccurate number of people including a virtual image.
候補位置推定部402は、所定の位置推定法として、事前人数推定部401が推定した人数を利用したMUSIC法を用いて、1以上の生体における、虚像を含む候補位置を推定する。本変形例では、候補位置推定部402は、事前人数推定部401が推定した不正確な人数を既知として利用したMUSIC法を用いて、生体200の位置の候補を推定する。 The candidate position estimation unit 402 estimates a candidate position including a virtual image in one or more living bodies by using the MUSIC method using the number of persons estimated by the prior number estimation unit 401 as a predetermined position estimation method. In this modification, the candidate position estimation unit 402 estimates the position candidate of the living body 200 using the MUSIC method using the inaccurate number of people estimated by the prior number estimation unit 401 as known.
これにより、本変形例の推定装置等は、Capon法など人数未知でも使用可能な位置推定法だけでなく、人数を既知としたMUSIC法による位置推定法を用いて、生体の位置及び数の少なくとも一方を精度よく推定できることができる。 As a result, the estimation apparatus according to the present modified example uses not only the position estimation method that can be used even if the number of people is unknown, such as the Capon method, but also the position estimation method based on the MUSIC method in which the number of people is known. One can be accurately estimated.
(実施の形態2)
実施の形態1では、単体すなわち1つのセンサ100を用いて、生体の位置及び数の少なくとも一方を推定する場合について説明した。実施の形態2では、2以上のセンサ100を用いて、生体の位置及び数の少なくとも一方を推定する場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, a case where at least one of the position and the number of living bodies is estimated using a single unit, that is, one sensor 100 has been described. In the second embodiment, a case where at least one of the position and the number of living bodies is estimated using two or more sensors 100 will be described.
以下では、2以上のセンサ100を備えるセンサを複合センサ101と称する。 Hereinafter, a sensor including two or more sensors 100 is referred to as a composite sensor 101.
[複合センサ101の構成]
図6は、実施の形態2における複合センサ101の構成を示すブロック図である。図1と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
[Configuration of Composite Sensor 101]
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the composite sensor 101 according to the second embodiment. Elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
複合センサ101は、生体数推定装置の一例であり、実施の形態1で説明したセンサ100を複数備える。複合センサ101は、複数のセンサ100の推定結果を利用することで、より広範囲かつ高精度に生体の位置及び数の推定を行う。図6に示す例では、複合センサ101は、それぞれがセンサ100であるセンサ100−A〜センサ100−Dと、推定位置分布算出部120と、生体数推定部130とを備える。なお、図6では、複合センサ101は、複数の生体200(生体200−A、200−B)が存在する部屋(つまり所定の空間)に張り巡らすためにセンサ100を4個備えているが、これに限らない。複合センサ101が備えるセンサ100の数は2以上であれば数を問わない。以下、詳細構成について説明する。 The composite sensor 101 is an example of a living body number estimation apparatus, and includes a plurality of sensors 100 described in the first embodiment. The composite sensor 101 uses the estimation results of the plurality of sensors 100 to estimate the position and number of living bodies in a wider range and with higher accuracy. In the example illustrated in FIG. 6, the composite sensor 101 includes sensors 100-A to 100-D, each of which is a sensor 100, an estimated position distribution calculation unit 120, and a living body number estimation unit 130. In FIG. 6, the composite sensor 101 includes four sensors 100 to stretch around a room (that is, a predetermined space) where a plurality of living bodies 200 (living bodies 200-A and 200-B) exist. Not limited to this. The number of sensors 100 included in the composite sensor 101 is not limited as long as it is two or more. Hereinafter, the detailed configuration will be described.
[センサ100−A〜センサ100−D]
センサ100−A〜センサ100−Dはそれぞれ、実施の形態1で説明したセンサ100であり、送信機10−A及び受信機20−Aの間〜送信機10−D及び受信機20−Dの間で送受信された無線信号を用いて、生体の位置及び数を推定する。本実施の形態では、センサ100−A〜センサ100−Dはそれぞれ、生体200の人数と生体200の位置とを推定する。そして、センサ100−A〜センサ100−Dはそれぞれ、推定した生体200の人数と生体200の位置とを推定位置分布算出部120に出力する。
[Sensor 100-A to Sensor 100-D]
Each of the sensors 100-A to 100-D is the sensor 100 described in the first embodiment, and is between the transmitter 10-A and the receiver 20-A to the transmitter 10-D and the receiver 20-D. The position and number of living organisms are estimated using wireless signals transmitted and received between them. In the present embodiment, each of the sensors 100-A to 100-D estimates the number of living bodies 200 and the position of the living body 200. Then, each of the sensors 100-A to 100-D outputs the estimated number of the living body 200 and the position of the living body 200 to the estimated position distribution calculating unit 120.
[推定位置分布算出部120]
推定位置分布算出部120は、複数のセンサ100が推定した、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体200の位置をもとに、一部重複する所定の空間からなる全空間の推定位置分布を算出する。
[Estimated position distribution calculation unit 120]
The estimated position distribution calculation unit 120 is based on the positions of one or more living bodies 200 existing in each of the predetermined spaces, which are estimated by the plurality of sensors 100, and the estimated position distribution of the entire space including a part of the predetermined space. Is calculated.
本実施の形態では、推定位置分布算出部120は、センサ100−A〜センサ100−Dのそれぞれが推定した生体200の人数(推定人数と称する)と生体200それぞれの位置(推定位置と称する)を受け取る。推定位置分布算出部120は、受け取った推定人数及び推定位置を、平面または空間上にプロットすることで、推定位置分布を算出する。 In the present embodiment, the estimated position distribution calculation unit 120 includes the number of living bodies 200 estimated by each of the sensors 100-A to 100-D (referred to as estimated number of persons) and the positions of the living bodies 200 (referred to as estimated positions). Receive. The estimated position distribution calculation unit 120 calculates the estimated position distribution by plotting the received estimated number of persons and estimated position on a plane or space.
より具体的には、推定位置分布算出部120は、まず、センサ100−A〜センサ100−Dのそれぞれが測定対象とする所定の空間に基づき、測定範囲となる空間(全空間と称する)の座標系を規定する。ここで、センサ100−A〜センサ100−Dのそれぞれが測定対象とする所定の空間は、一部重複して全空間を構成する。そして、推定位置分布算出部120は、センサ100−A〜センサ100−Dのそれぞれから出力された推定位置を、測定範囲となる全空間の座標系に変換してプロットする。なお、推定位置分布算出部120は、センサ100−A〜センサ100−Dのそれぞれから出力された、生体200が移動しない数秒程度の期間に推定された推定位置を示す時系列データを、重ねてプロットしてもよい。 More specifically, the estimated position distribution calculation unit 120 first determines a space (referred to as a whole space) that is a measurement range based on a predetermined space that is measured by each of the sensors 100-A to 100-D. Specifies the coordinate system. Here, the predetermined spaces that are measured by each of the sensors 100-A to 100-D partially overlap to constitute the entire space. Then, the estimated position distribution calculation unit 120 converts and plots the estimated positions output from each of the sensors 100-A to 100-D into the coordinate system of the entire space as the measurement range. Note that the estimated position distribution calculation unit 120 superimposes time-series data indicating the estimated positions estimated from the sensors 100-A to 100-D and estimated for a period of several seconds during which the living body 200 does not move. You may plot it.
以下、図を用いて、推定位置分布算出部120が算出する推定位置分布の概念について説明する。図7A及び図7Bは、実施の形態2における一のセンサ100が推定した位置及び人数から算出される推定位置分布の概念図である。図8は、実施の形態2における生体数推定部130が算出する推定位置分布の一例を示す概念図である。 Hereinafter, the concept of the estimated position distribution calculated by the estimated position distribution calculation unit 120 will be described with reference to the drawings. 7A and 7B are conceptual diagrams of estimated position distributions calculated from the positions and the number of persons estimated by one sensor 100 in the second embodiment. FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating an example of the estimated position distribution calculated by the living body number estimation unit 130 in the second embodiment.
推定位置分布算出部120は、図7Aに示すように、例えばセンサ100−Aから出力された、測定対象範囲である所定の空間1201−Aにおける生体200−A及び生体200−Cの推定位置を、測定範囲の全空間1201の座標系に変換してプロットする。図7Aに示す例では、所定の空間1201−Aは、全空間1201の一部の領域(左側領域)を構成している。同様に、推定位置分布算出部120は、図7Bに示すように、例えばセンサ100−Bから出力された、測定対象範囲である所定の空間1201−Bにおける生体200−A及び生体200−Bの推定位置を、測定範囲の全空間1201の座標系に変換してプロットする。図7Bに示す例では、所定の空間1201−Bは、全空間1201の一部の領域(下側領域)を構成している。 As shown in FIG. 7A, the estimated position distribution calculation unit 120 calculates the estimated positions of the living body 200-A and the living body 200-C in a predetermined space 1201-A that is a measurement target range, for example, output from the sensor 100-A. , Converted into the coordinate system of the entire space 1201 of the measurement range and plotted. In the example shown in FIG. 7A, the predetermined space 1201-A constitutes a partial region (left region) of the entire space 1201. Similarly, as illustrated in FIG. 7B, the estimated position distribution calculation unit 120 outputs, for example, the living body 200-A and the living body 200-B in a predetermined space 1201-B, which is a measurement target range, output from the sensor 100-B. The estimated position is converted into the coordinate system of the entire space 1201 of the measurement range and plotted. In the example shown in FIG. 7B, the predetermined space 1201-B constitutes a partial region (lower region) of the entire space 1201.
そして、推定位置分布算出部120は、図7Aに示す所定の空間1201−Aにおける生体200−A、200−Cの推定位置と図7Bに示す所定の空間1201−Bにおける生体200−A、200−Bの推定位置とを、図8に示すように重ねてプロットする。図8に示す例では、所定の空間1201−Aと所定の空間1201−Bとは一部重なりあって、全空間1201を構成している。 The estimated position distribution calculation unit 120 then estimates the positions of the living bodies 200-A and 200-C in the predetermined space 1201-A shown in FIG. 7A and the living bodies 200-A and 200 in the predetermined space 1201-B shown in FIG. 7B. The estimated position of −B is superimposed and plotted as shown in FIG. In the example illustrated in FIG. 8, the predetermined space 1201 -A and the predetermined space 1201 -B partially overlap to constitute the entire space 1201.
なお、図8に示す生体200−Aのように、センサ100−Aから出力及びセンサ100−Bから出力で重複して現れる生体については、生体数推定部130が重複の除去を数学的に行う。 In addition, like the living body 200-A shown in FIG. 8, the living body number estimation unit 130 mathematically removes the overlapping of the living body that appears in duplicate from the output from the sensor 100-A and the output from the sensor 100-B. .
[生体数推定部130]
生体数推定部130は、複数のセンサ100が推定した、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の数それぞれを用いて、全空間に存在する1以上の生体の数である生体数を推定する。ここで、生体数推定部130は、複数のセンサ100が推定した位置の分散の極小値の数を、生体数として推定してもよい。また、生体数推定部130は、複数のセンサ100が推定した位置の密度の極大値の数を、生体数として推定してもよい。
[Biological number estimation unit 130]
The living body number estimation unit 130 estimates the number of living bodies, which is the number of one or more living bodies existing in the entire space, using the number of one or more living bodies existing in each of the predetermined spaces estimated by the plurality of sensors 100. To do. Here, the living body number estimation unit 130 may estimate the number of local minimum values of the positions estimated by the plurality of sensors 100 as the living body number. In addition, the living body number estimation unit 130 may estimate the number of local density maximum positions estimated by the plurality of sensors 100 as the living body number.
本実施の形態では、生体数推定部130は、推定位置分布算出部120が算出した推定位置分布を用いて人数推定を行う。より具体的には、生体数推定部130は、推定位置分布の密度が極大値をとる点を探索し、その数を、生体200の数として推定する。また、生体数推定部130は、探索した極大値をとる点を、生体200の位置として推定してもよい。このようにして、生体数推定部130は、推定位置分布算出部120が算出した推定位置分布に重複してプロットされる生体200の数を数学的に除去した上で、測定範囲に存在する生体200の数を推定することができる。 In the present embodiment, the living body number estimating unit 130 estimates the number of people using the estimated position distribution calculated by the estimated position distribution calculating unit 120. More specifically, the living body number estimation unit 130 searches for a point where the density of the estimated position distribution has a maximum value, and estimates the number as the number of living bodies 200. In addition, the living body number estimation unit 130 may estimate the point having the searched maximum value as the position of the living body 200. In this manner, the living body number estimation unit 130 mathematically removes the number of living bodies 200 plotted to overlap the estimated position distribution calculated by the estimated position distribution calculation unit 120, and then the living body existing in the measurement range. A number of 200 can be estimated.
なお、推定位置分布の密度の算出方法としては、測定範囲の空間を適当な大きさのグリッドに分け、各グリッドにプロットされた推定位置の数を数える方法であってもよく、各グリッドの中心に近い所定数のプロットの分散の逆数を用いる方法であってもよい。ただし、推定位置分布の密度の極大値のうち、値が所定の閾値以上であるものを選択するとよい。これにより、測定範囲に生体200がいない場合すなわち無人の場合において、誤推定を行わないようにできる。 As a method of calculating the density of the estimated position distribution, a method of dividing the space of the measurement range into grids of an appropriate size and counting the number of estimated positions plotted on each grid may be used. It is also possible to use a reciprocal of the variance of a predetermined number of plots close to. However, it is preferable to select a maximum value of the density of the estimated position distribution whose value is equal to or greater than a predetermined threshold value. Thereby, when there is no living body 200 in the measurement range, that is, when there is no person, it is possible to prevent erroneous estimation.
なお、生体数推定部130は、推定位置分布の分散が極小値をとる点を探索し、その数を、生体200の数として推定してもよい。 In addition, the living body number estimation unit 130 may search for a point where the variance of the estimated position distribution takes a minimum value, and estimate the number as the number of living bodies 200.
[複合センサ101の動作]
以上のように構成される複合センサ101が生体数等を推定する処理について説明する。
[Operation of Compound Sensor 101]
Processing in which the composite sensor 101 configured as described above estimates the number of living bodies will be described.
図9は、実施の形態2における複合センサ101の生体数推定処理を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing the biological number estimation process of the composite sensor 101 according to the second embodiment.
まず、複合センサ101は、図9に示すように、各センサ100(センサ100−A〜センサ100−D)に所定の期間、生体の位置及び数の推定を行わせる(S110)。 First, as shown in FIG. 9, the composite sensor 101 causes each sensor 100 (sensor 100-A to sensor 100-D) to estimate the position and number of living bodies for a predetermined period (S110).
次に、複合センサ101は、各センサ100の推定結果を用いて、推定位置分布を算出する(S120)。より具体的には、複合センサ101は、各センサ100が出力した推定した人数及び位置を、測定範囲となる全空間に重ねてプロットすることで、推定位置分布を算出する。 Next, the composite sensor 101 calculates an estimated position distribution using the estimation result of each sensor 100 (S120). More specifically, the composite sensor 101 calculates the estimated position distribution by plotting the estimated number of people and positions output by each sensor 100 over the entire space as the measurement range.
次に、複合センサ101は、S120で算出した推定位置分布の密度の極大値を探索する(S130)。なお、複合センサ101は、S120で算出した推定位置分布の分散の極小値を探索してもよい。 Next, the composite sensor 101 searches for the maximum value of the density of the estimated position distribution calculated in S120 (S130). Note that the composite sensor 101 may search for the minimum value of the variance of the estimated position distribution calculated in S120.
最後に、複合センサ101は、S130で探索された極大値のうち値が閾値以上のものの数を数えることで、生体の数または位置を推定する(S140)。より具体的には、複合センサ101は、S130で探索された極大値のうち、閾値以上であるものの数を、生体の数として推定する。また、生体数推定部130は、S130で探索された極大値をとる点を、生体の位置として推定する。なお、複合センサ101は、S130で探索された極小値の数を数えることで、生体数または生体位置を推定してもよい。 Finally, the composite sensor 101 estimates the number or position of living bodies by counting the number of local maximum values searched in S130 that have a value equal to or greater than the threshold (S140). More specifically, the composite sensor 101 estimates the number of the maximum values searched in S130 that are equal to or greater than the threshold as the number of living bodies. In addition, the living body number estimation unit 130 estimates the point having the maximum value searched in S130 as the position of the living body. Note that the composite sensor 101 may estimate the number of living bodies or the living body position by counting the number of local minimum values searched in S130.
[効果等]
実施の形態2の複合センサ101等によれば、無線信号を利用して、測定範囲に存在している生体の数を高精度に推定できる。より具体的には、実施の形態2の複合センサ101は、実施の形態1のセンサ100等で得られた効果に加え、複数のセンサ100を連携させることができるので、より広範囲で、高精度に生体の位置及び数の推定を行うことができる。つまり、実施の形態2の複合センサ101は、個々のセンサ100の測定範囲である所定の空間より広範囲である、複数の所定の範囲から構成される測定範囲において、生体の数を高精度に推定できる。このため、実施の形態2の複合センサ101は、あるセンサ100の測定範囲には金属製の障害物があり、電波が届きにくい状況であってもべつのセンサ100を連携させることで、測定範囲における死角を減らすことができ、生体の数を高精度に推定できる。
[Effects]
According to the composite sensor 101 or the like of the second embodiment, the number of living bodies existing in the measurement range can be estimated with high accuracy using a radio signal. More specifically, since the composite sensor 101 according to the second embodiment can link a plurality of sensors 100 in addition to the effects obtained by the sensor 100 according to the first embodiment, it is more widely and highly accurate. In addition, the position and number of living bodies can be estimated. That is, the composite sensor 101 according to the second embodiment estimates the number of living organisms with high accuracy in a measurement range constituted by a plurality of predetermined ranges that is wider than the predetermined space that is the measurement range of each sensor 100. it can. For this reason, the composite sensor 101 according to the second embodiment has a measurement range in which a certain sensor 100 has a metal obstacle, and even if it is difficult for radio waves to reach, the two sensors 100 are linked together. The number of living bodies can be estimated with high accuracy.
(実施例)
ここで、実施の形態2に係る効果を確かめるために実験による評価を行ったので、以下実施例として説明する。
(Example)
Here, since evaluation by experiment was performed in order to confirm the effect which concerns on Embodiment 2, it demonstrates as an Example below.
図10は、実施の形態2に係る推定方法を用いて実験を行った環境を示す図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating an environment in which an experiment is performed using the estimation method according to the second embodiment.
本実験は、生体が(0.5,2)、(2,2)、(3.5,2)の3か所に立っている横6m×縦7mの部屋で行った。また、本実験では、図10中にTRx1〜TRx3と示す送受信局に、素子リニアアレーアンテナを用いた。なお、TRx1〜TRx3は、センサ100を構成する送信アンテナ部12及び受信アンテナ部21を構成する送受信用のアレーアンテナに対応する。また、本実験では、送受信局TRx1〜TRx3は、座標(0,0)、(2,0)、(4,0)に配置した。また、送受信局TRx1〜TRx3に用いられる素子リニアアレーアンテナを構成する送受信アレー素子の間隔を0.5波長、使用周波数2.47125GHz、サンプリング周波数100Hz、抽出する生体活動の周波数範囲0.3〜3.3Hzとした。 This experiment was performed in a 6 m wide x 7 m long room where the living body stands in three places (0.5, 2), (2, 2), and (3.5, 2). In this experiment, an element linear array antenna was used for the transmitting and receiving stations indicated as TRx1 to TRx3 in FIG. Note that TRx1 to TRx3 correspond to the transmitting and receiving array antennas constituting the transmitting antenna unit 12 and the receiving antenna unit 21 constituting the sensor 100. In this experiment, the transmission / reception stations TRx1 to TRx3 are arranged at coordinates (0, 0), (2, 0), (4, 0). Further, the interval between the transmitting and receiving array elements constituting the element linear array antenna used in the transmitting and receiving stations TRx1 to TRx3 is 0.5 wavelength, the operating frequency is 2.47125 GHz, the sampling frequency is 100 Hz, and the frequency range of the biological activity to be extracted is 0.3 to 3 .3 Hz.
図11Aは、Capon法による推定位置分布を示す図であり、図11Bは本実施例における推定位置分布を示す図である。図11A及び図11Bでは、実際に生体が存在している実像の位置には、人の絵が描かれている。 FIG. 11A is a diagram illustrating an estimated position distribution according to the Capon method, and FIG. 11B is a diagram illustrating an estimated position distribution in the present embodiment. In FIGS. 11A and 11B, a person's picture is drawn at the position of the real image where the living body actually exists.
図11Aでは、図10に示す部屋においてCapon法のみを用いて生体の位置推定を行った結果が示されている。なお、図11Aでは、生体が移動しない数秒程度の期間に推定された推定位置(図で+)を示す時系列データが重ねてプロットされているが、一回のみ推定された推定位置がプロットされていてもよい。また、図11Bでは、図10に示す部屋において、Capon法及び固有ベクトルの互いに異なる二つの推定方法を併用して実施例における生体の位置推定を行った結果の重ね合わせ、すなわち推定位置分布が示されている。 FIG. 11A shows the result of performing the position estimation of the living body using only the Capon method in the room shown in FIG. In FIG. 11A, time-series data indicating estimated positions (+ in the figure) estimated in a period of several seconds in which the living body does not move are plotted and superimposed, but estimated positions estimated only once are plotted. It may be. Further, FIG. 11B shows the superposition of the results of performing biological body position estimation in the embodiment using the Capon method and two different estimation methods of eigenvectors in the room shown in FIG. 10, that is, the estimated position distribution. ing.
図11A及び図11Bとを比較してわかるように、図11Bでは、人が描かれている位置の周辺以外の推定位置(図で+)が少なくなっている。つまり、Capon法で発生している多数の虚像は、Capon法などの位置推定法と固有値を使用した方法とを併用する本実施例の方法では取り除けていることがわかる。 As can be seen by comparing FIG. 11A and FIG. 11B, in FIG. 11B, the estimated positions (+ in the figure) other than the vicinity of the position where the person is drawn are reduced. That is, it can be seen that a large number of virtual images generated by the Capon method can be removed by the method of this embodiment that uses a position estimation method such as the Capon method and a method using eigenvalues in combination.
図12は、図11Bに示される推定位置分布の分散を示すスペクトラムを示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing a spectrum indicating the variance of the estimated position distribution shown in FIG. 11B.
図12に示すように、本実験では、図11Bに示される推定位置分布の分散を示すスペクトラムを算出し、推定位置分布の密度の極大値を探索した。図12に示すように極大値(図中で+)の数は3つであることから、生体の数を正しく3人と推定することができた。これにより、推定位置分布の密度の極大値を探索することで、複数の推定装置が重複して推定した同一の生体を一つの生体として数えることができるのがわかる。 As shown in FIG. 12, in this experiment, a spectrum indicating the variance of the estimated position distribution shown in FIG. 11B was calculated, and the maximum value of the density of the estimated position distribution was searched. As shown in FIG. 12, since the number of local maximum values (+ in the figure) is three, it was possible to correctly estimate the number of living bodies as three. Thus, it can be seen that the same living body estimated by the plurality of estimation devices overlappingly can be counted as one living body by searching for the maximum value of the density of the estimated position distribution.
本開示は、無線信号を利用して生体の位置及び数の少なくとも一方を推定する推定装置等に利用でき、特に、生体の人数もしくは位置を測定する測定器、生体の人数もしくは位置に応じた制御を行う家電機器、または、生体の侵入を検知する監視装置などに利用できる。 The present disclosure can be used for an estimation device that estimates at least one of the position and number of a living body using a radio signal, and in particular, a measuring device that measures the number or position of a living body, and a control according to the number or position of the living body. It can be used for household electrical appliances that perform or monitoring devices that detect invasion of living bodies.
1 推定装置
10、10−A、10−B、10−C、10−D 送信機
11 送信部
12 送信アンテナ部
20、20−A、20−B、20−C、20−D 受信機
21 受信アンテナ部
22 受信部
23 複素伝達関数算出部
30 生体情報抽出部
40、40A 第一位置推定部
50 記憶部
60 第二ステアリングベクトル出力部
70 固有ベクトル算出部
80 第二位置推定部
100、100−A、100−B、100−C、100−D センサ
101 複合センサ
120 推定位置分布算出部
130 生体数推定部
200、200−A、200−B、200−C 生体
401 事前人数推定部
402 候補位置推定部
1001、1002、1003 ピーク位置
1011−A、1011−B、1011−C、1011−D 固有ベクトル
1201 全空間
1201−A、1201−B 所定の空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Estimation apparatus 10, 10-A, 10-B, 10-C, 10-D Transmitter 11 Transmission part 12 Transmitting antenna part 20, 20-A, 20-B, 20-C, 20-D Receiver 21 Reception Antenna unit 22 Receiving unit 23 Complex transfer function calculating unit 30 Biological information extracting unit 40, 40A First position estimating unit 50 Storage unit 60 Second steering vector output unit 70 Eigenvector calculating unit 80 Second position estimating unit 100, 100-A, 100-B, 100-C, 100-D Sensor 101 Compound sensor 120 Estimated position distribution calculation unit 130 Number of living body estimation unit 200, 200-A, 200-B, 200-C Living body 401 Preliminary number of people estimation unit 402 Candidate position estimation unit 1001, 1002, 1003 Peak position 1011-A, 1011-B, 1011-C, 1011-D Eigenvector 1201 All During 1201-A, 1201-B predetermined space
Claims (12)
前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部と、
前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定部と、
記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定部により推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力部と、
前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定部とを備える、
推定装置。 A biological information extraction unit that extracts biological information, which is a component corresponding to one or more living organisms existing in the predetermined space, from a received signal that has received a signal transmitted to the predetermined space;
An eigenvector calculator that calculates one or more eigenvectors of a biocorrelation matrix obtained from the biometric information;
A first position estimating unit that estimates a position including a virtual image in the one or more living bodies by using a predetermined position estimating method using the biological correlation matrix;
Of the plurality of first steering vectors stored in advance in the storage unit, the first steering vector corresponding to each position including the virtual image of the one or more living bodies estimated by the first position estimating unit is used as the second steering vector. A second steering vector output unit for extracting and outputting as a vector;
A second position estimation unit that estimates at least one of the position and number of the one or more living bodies using the eigenvector and the second steering vector;
Estimating device.
請求項1に記載の推定装置。 The second position estimating unit calculates a product or correlation between the eigenvector and the second steering vector, and indicates the eigenvector or the second steering vector that takes a value equal to or greater than a threshold value among the calculated product or the correlation. Estimating the position as said position;
The estimation apparatus according to claim 1.
請求項1または2に記載の推定装置。 The second position estimation unit estimates the number of the eigenvectors or the second steering vectors taking a value equal to or greater than a threshold value among the calculated products or correlations as the number.
The estimation apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の推定装置。 The predetermined position estimation method is a Capon method.
The estimation apparatus of any one of Claims 1-3.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の推定装置。 The predetermined position estimation method is a beamformer method.
The estimation apparatus of any one of Claims 1-3.
前記所定の位置推定法は、前記事前人数推定部が推定した人数を利用したMUSIC法である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の推定装置。 The first position estimating unit further includes a prior number estimating unit that estimates the number of persons including virtual images in the one or more living bodies using eigenvalues of the biological correlation matrix,
The predetermined position estimation method is a MUSIC method using the number of people estimated by the prior number estimation unit.
The estimation apparatus of any one of Claims 1-3.
M個(Mは2以上の自然数)の受信アンテナ素子と、前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれで所定期間受信された受信信号から、前記N個の送信アンテナ素子と前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する伝達関数算出部とを有する受信機とを、さらに備え、
前記生体情報抽出部は、前記伝達関数算出部において算出された複数の複素伝達関数から、生体の影響による変動成分であって前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける変動成分を、前記生体情報として抽出し、
前記固有ベクトル算出部は、前記生体情報抽出部において抽出された、前記M個の受信アンテナ素子のそれぞれにおける前記変動成分から前記生体相関行列を算出し、算出した前記生体相関行列の固有ベクトルを算出する、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の推定装置。 A transmitter having N transmitting antenna elements (N is a natural number of 2 or more);
From the M reception antenna elements (M is a natural number of 2 or more) and the reception signals received for a predetermined period by each of the M reception antenna elements, the N transmission antenna elements and the M reception antenna elements A receiver having a transfer function calculating unit that calculates a plurality of complex transfer functions representing propagation characteristics between each of
The biological information extraction unit uses a plurality of complex transfer functions calculated by the transfer function calculation unit as fluctuation information due to the influence of a living body and fluctuation components in each of the M receiving antenna elements as the biological information. Extract and
The eigenvector calculation unit calculates the biocorrelation matrix from the fluctuation component in each of the M receiving antenna elements extracted by the biometric information extraction unit, and calculates an eigenvector of the calculated biocorrelation matrix.
The estimation apparatus according to any one of claims 1 to 6.
前記複数の推定装置が推定した、所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の位置をもとに、一部重複する前記所定の空間からなる全空間の推定位置分布を算出する推定位置分布算出部と、
前記複数の推定装置が推定した、前記所定の空間それぞれに存在する1以上の生体の数それぞれを用いて、前記全空間に存在する1以上の生体の数である生体数を推定する生体数推定部とを備える、
生体数推定装置。 Further, a plurality of the estimation devices according to any one of claims 1 to 7,
Estimated position distribution calculation for calculating an estimated position distribution of the entire space consisting of the predetermined space partially overlapping based on the positions of one or more living bodies existing in each of the predetermined spaces, which are estimated by the plurality of estimation devices. And
Biological number estimation for estimating the number of living bodies, which is the number of one or more living bodies existing in the entire space, using the number of one or more living bodies existing in each of the predetermined spaces, estimated by the plurality of estimating devices. Comprising a part,
Biological number estimation device.
請求項8に記載の生体数推定装置。 The living body number estimating unit estimates the number of local minimum values of positions estimated by the plurality of estimating devices as the living body number;
The living body number estimation apparatus according to claim 8.
請求項8に記載の生体数推定装置。 The living body number estimating unit estimates the number of local maximum values of positions estimated by the plurality of estimating devices as the living body number,
The living body number estimation apparatus according to claim 8.
前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出ステップと、
前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定ステップと、
記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定ステップにおいて推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力ステップと、
前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定ステップとを含む、
推定方法。 A biological information extraction step of extracting biological information, which is a component corresponding to one or more living organisms existing in the predetermined space, from a received signal that has received a signal transmitted to the predetermined space;
An eigenvector calculating step of calculating one or more eigenvectors of a biocorrelation matrix obtained from the biometric information;
A first position estimation step of estimating a position including a virtual image in the one or more living bodies by using a predetermined position estimation method using the biological correlation matrix;
Of the plurality of first steering vectors stored in advance in the storage unit, the first steering vector corresponding to each position including the one or more virtual images of the living body estimated in the first position estimating step is used as the second steering vector. A second steering vector output step for extracting and outputting as a vector;
A second position estimating step of estimating at least one of the position and number of the one or more living bodies using the eigenvector and the second steering vector.
Estimation method.
前記生体情報から得られる生体相関行列の1以上の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出ステップと、
前記生体相関行列を用いて、所定の位置推定法で、前記1以上の生体における、虚像を含む位置を推定する第一位置推定ステップと、
記憶部に予め格納されている複数の第一ステアリングベクトルのうち、前記第一位置推定ステップにおいて推定された前記1以上の生体の虚像を含む位置それぞれに対応する第一ステアリングベクトルを、第二ステアリングベクトルとして抽出して出力する第二ステアリングベクトル出力ステップと、
前記固有ベクトルと前記第二ステアリングベクトルとを用いて、前記1以上の生体の位置及び数のうち少なくとも一方を推定する第二位置推定ステップと、を
コンピュータに実行させるプログラム。 A biological information extraction step of extracting biological information, which is a component corresponding to one or more living organisms existing in the predetermined space, from a received signal that has received a signal transmitted to the predetermined space;
An eigenvector calculating step of calculating one or more eigenvectors of a biocorrelation matrix obtained from the biometric information;
A first position estimation step of estimating a position including a virtual image in the one or more living bodies by using a predetermined position estimation method using the biological correlation matrix;
Of the plurality of first steering vectors stored in advance in the storage unit, the first steering vector corresponding to each position including the one or more virtual images of the living body estimated in the first position estimating step is used as the second steering vector. A second steering vector output step for extracting and outputting as a vector;
A program that causes a computer to execute a second position estimation step of estimating at least one of the position and number of the one or more living bodies using the eigenvector and the second steering vector.
Priority Applications (1)
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