步行者观测系统、记录介质及行进方向推定方法

步行者观测系统、记录介质及行进方向推定方法
【专利摘要】本发明提供一种用于在姿势的自由度高的携带型装置中响应性良好、计算量少且误测少的用于推定步行者的行进方向的技术。在作为步行者观测系统的终端装置(1)上设有：水平方向检测部(105)，其基于水平面上的加速度成分αE、αN，来求出水平面上的加速度的功率，并获取观测到该功率的极大值的时间及此时的加速度成分αE、αN，作为峰值信息(114)；铅直方向检测部(104)，其获取观测到铅直方向上的加速度成分αU的极大值及极小值的时间，作为峰值信息(114)；峰值分析部(106)，其基于峰值信息(114)，来对与功率的极大值相关的信息进行筛选，由此获取推定用峰值信息(116)；行进方向推定部(107)，其基于推定用峰值信息(116)，来获取表示步行者的行进方向的行进方向信息(117)。
【专利说明】步行者观测系统、记录介质及行进方向推定方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用携带式终端装置来推定步行者的行进方向的技术。

【背景技术】
[0002] 以往，提出了在姿势自由度高的携带式终端装置中确定步行者的行进方向的技 术。特别地，已知有使步行者携带这样的终端装置来观测步行者的移动轨迹的应用程序 G3DR:PedestrianDeadReckoning)等，在这样的应用程序中需要确定步行者的行进方向。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2003-302419号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开2008-116315号公报
[0007] 专利文献3 :日本特再公表2006-104140号公报
[0008] 专利文献4 :日本特开2012-145457号公报
[0009] 专利文献5 :日本特开2012-168004号公报
[0010] 专利文献6 :日本特开2012-242179号公报
[0011] 但是，在专利文献1所记载的技术中，虽然说是姿势自由度高的终端装置，但是将 在步行动作中使终端装置保持静止时的姿势作为前提，因此存在缺乏实用性的问题。另外， 由于直接分析传感器的数据，因此存在抗噪声性差的问题。而且，逐次保持加速度数据，因 此还存在携带性差的问题。
[0012] 另外，在专利文献2所记载的技术中，对多个步行步骤进行统计计算，因此存在响 应性差的问题。
[0013] 另外，专利文献3、4、6所记载的技术是与频率变换、自相关处理等相关联的技术， 因此存在计算量大的问题。
[0014] 而且，在专利文献5所记载的技术中，需要定义步态迈步期、步态站立期，但难以 对此明确地进行定义，因而存在误测变多的问题。


【发明内容】

[0015] 本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种用于在姿势的自由度高 的携带型装置中响应性良好、计算量少且误测少的用于推定步行者的行进方向的技术。
[0016] 为了解决上述问题，第一技术方案的发明是步行者观测系统，该步行者观测系统 具有：加速度检测单元，其与步行者相随，按照独立定义的终端坐标系来获取加速度信息； 水平方向检测单元，其基于与铅直方向垂直的第一方向上的加速度成分和与铅直方向及所 述第一方向垂直的第二方向上的加速度成分，来求出水平面上的加速度的功率，由此获取 观测到所述功率的极大值的时间、观测到该功率的极大值时的所述第一方向上的加速度成 分以及观测到该功率的极大值时的所述第二方向上的加速度成分，来作为水平方向峰值信 息，其中，所述第一方向上的加速度成分和所述第二方向上的加速度成分是根据由所述加 速度检测单元获取的加速度信息来求出的；铅直方向检测单元，其基于由所述加速度检测 单元获取的加速度信息，来获取观测到铅直方向上的加速度的极大值及极小值的时间，来 作为铅直方向峰值信息；峰值分析单元，其基于由所述铅直方向检测单元获取的铅直方向 峰值信息，来对由所述水平方向检测单元获取的水平方向峰值信息中所含的与功率的极大 值相关的信息进行筛选，由此获取推定用峰值信息；行进方向推定单元，其基于由所述峰值 分析单元获取的推定用峰值信息，来获取表示所述步行者的行进方向的行进方向信息。
[0017] 另外，第二技术方案的发明，在第一技术方案的发明的步行者观测系统的基础上， 还具有：姿势推定单元，其获取姿势信息，该姿势信息表示所述加速度检测单元在适于观测 所述步行者的步行动作的观测坐标系上的姿势，变换单元，其基于由所述姿势推定单元获 取的姿势信息，对由所述加速度检测单元获取的加速度信息进行坐标变换，来将该加速度 信息变换为所述观测坐标系上的坐标，来作为已变换加速度信息，低通滤波处理单元，从由 所述变换单元获取的已变换加速度信息中提取低频成分，来作为检测用加速度信息；所述 水平方向检测单元基于由所述低通滤波处理单元获取的检测用加速度信息，获取所述水平 方向峰值信息，所述铅直方向检测单元基于由所述低通滤波处理单元获取的检测用加速度 信息，获取所述铅直方向峰值信息。
[0018] 另外，第三技术方案的发明，在第二技术方案的发明的步行者观测系统的基础上， 所述姿势推定单元实质上实时地获取所述姿势信息。
[0019] 另外，第四技术方案的发明，在第二技术方案的发明的步行者观测系统的基础上， 所述观测坐标系是与所述步行者的动作相独立的坐标系。
[0020] 另外，第五技术方案的发明，在第二技术方案的发明的步行者观测系统的基础上， 所述观测坐标系是对所述步行者的身体定义的坐标系。
[0021] 另外，第六技术方案的发明，在第一技术方案的发明的步行者观测系统的基础上， 所述铅直方向检测单元获取与所述步行者的迈出脚相关的迈出脚信息；所述峰值分析单元 基于由所述铅直方向检测单元获取的迈出脚信息，来将所述推定用峰值信息中所含的与功 率的极大值相关的信息和用于识别迈出脚的信息建立关联。
[0022] 另外，第七技术方案的发明，在第一技术方案的发明的步行者观测系统的基础上， 还具有判断单元，该判断单元判断所述步行者是否一边前后摆动保持有所述加速度检测单 元的臂部一边步行；所述铅直方向检测单元，在由所述判断单元判断为所述步行者一边前 后摆动保持有所述加速度检测单元的臂部一边步行时，基于由所述加速度检测单元获取的 加速度信息，来获取铅直方向上的加速度的极小值，来作为铅直方向峰值信息；所述峰值分 析单元根据所述判断单元的判断结果来获取推定用峰值信息。
[0023] 另外，第八技术方案的发明，在第七技术方案的发明的步行者观测系统的基础上， 所述行进方向推定单元根据时序上的新的铅直方向上的加速度的极小值和时序上的旧的 铅直方向上的加速度的极小值之间的大小关系，来获取行进方向信息。
[0024] 另外，第九技术方案是步行者观测系统，在该步行者观测系统中，具有：获取单元， 其从加速度检测单元获取加速度信息，该加速度信息是由与步行者相随的所述加速度检测 单元按照在所述加速度检测单元中定义的终端坐标系来获取的加速度信息，姿势推定单 元，其获取姿势信息，该姿势信息表示所述加速度检测单元在适于观测所述步行者的步行 动作的观测坐标系上的姿势，变换单元，其基于由所述姿势推定单元获取的姿势信息，对由 所述获取单元获取的加速度信息进行坐标变换，来将该加速度信息变换为所述观测坐标系 上的坐标，来作为已变换加速度信息，低通滤波处理单元，从由所述变换单元获取的已变换 加速度信息中提取低频成分，来作为检测用加速度信息；基于所述检测用加速度信息，来计 算表示所述步行者的行进方向的行进方向信息。
[0025] 另外，第十技术方案的发明，在第九技术方案的发明的步行者观测系统的基础上， 所述姿势推定单元实质上实时地获取所述姿势信息。
[0026] 另外，第十一技术方案的发明，在第九技术方案的发明的步行者观测系统的基础 上，所述观测坐标系是与所述步行者的动作相独立的坐标系。
[0027] 另外，第十二技术方案的发明，在第九技术方案的发明的步行者观测系统的基础 上，所述观测坐标系是对所述步行者的身体定义的坐标系。
[0028] 另外，第十三技术方案的发明是一种记录介质，记录有计算机能够读取的程序，通 过使所述计算机执行所述程序，来使所述计算机发挥如下的计算机的功能，该计算机具有： 水平方向检测单元，其基于与铅直方向垂直的第一方向上的加速度成分和与铅直方向及所 述第一方向垂直的第二方向上的加速度成分，来求出水平面上的加速度的功率，由此获取 观测到所述功率的极大值的时间、观测到该功率的极大值时的所述第一方向上的加速度成 分以及观测到该功率的极大值时的所述第二方向上的加速度成分，来作为水平方向峰值信 息，其中，所述第一方向上的加速度成分和所述第二方向上的加速度成分是根据由与步行 者相随的加速度检测单元按照在所述加速度检测单元中定义的终端坐标系获取的加速度 信息来求出的；铅直方向检测单元，其基于由所述加速度检测单元获取的加速度信息，来获 取观测到铅直方向上的加速度的极大值及极小值的时间，来作为铅直方向峰值信息；峰值 分析单元，其基于由所述铅直方向检测单元获取的铅直方向峰值信息，来对由所述水平方 向检测单元获取的水平方向峰值信息中所含的与功率的极大值相关的信息进行筛选，由此 获取推定用峰值信息；行进方向推定单元，其基于由所述峰值分析单元获取的推定用峰值 信息，来获取表示所述步行者的行进方向的行进方向信息。
[0029] 另外，第十四技术方案的发明是一种记录介质，记录有计算机能够读取的程序，通 过使所述计算机执行所述程序，来使所述计算机发挥如下的计算机的功能，该计算机具有： 获取单元，其从加速度检测单元获取加速度信息，该加速度信息是由与步行者相随的所述 加速度检测单元按照在所述加速度检测单元中定义的终端坐标系来获取的加速度信息，姿 势推定单元，其获取姿势信息，该姿势信息表示所述加速度检测单元在适于观测所述步行 者的步行动作的观测坐标系上的姿势，变换单元，其基于由所述姿势推定单元获取的姿势 信息，对由所述获取单元获取的加速度信息进行坐标变换，来将该加速度信息变换为所述 观测坐标系上的坐标，来作为已变换加速度信息，低通滤波处理单元，从由所述变换单元获 取的已变换加速度信息中提取低频成分，来作为检测用加速度信息；该计算机基于所述检 测用加速度信息，来计算表示所述步行者的行进方向的行进方向信息。
[0030] 另外，第十五技术方案的发明是一种行进方向推定方法，该行进方向推定方法包 括：与步行者相随，按照独立定义的终端坐标系来获取加速度信息的工序；基于与铅直方 向垂直的第一方向上的加速度成分和与铅直方向及所述第一方向垂直的第二方向上的加 速度成分，来求出水平面上的加速度的功率，由此获取观测到所述功率的极大值的时间、观 测到该功率的极大值时的所述第一方向上的加速度成分以及观测到该功率的极大值时的 所述第二方向上的加速度成分，来作为水平方向峰值信息的工序，其中，所述第一方向上的 加速度成分和所述第二方向上的加速度成分是根据所获取的加速度信息来求出的；基于所 获取的加速度信息，来获取观测到铅直方向上的加速度的极大值及极小值的时间，来作为 铅直方向峰值信息的工序；基于所获取的铅直方向峰值信息，来对所获取的水平方向峰值 信息中所含的与功率的极大值相关的信息进行筛选，由此获取推定用峰值信息的工序；基 于所获取的推定用峰值信息，来获取表示所述步行者的行进方向的行进方向信息的工序。
[0031] 另外，第十六技术方案的发明是一种行进方向推定方法，该行进方向推定方法包 括：由与步行者相随的加速度检测单元按照在所述加速度检测单元中定义的终端坐标系来 获取加速度信息的工序，获取姿势信息的工序，该姿势信息表示所述加速度检测单元在适 于观测所述步行者的步行动作的观测坐标系上的姿势，基于所述姿势信息，对所述加速度 信息进行坐标变换，来将该加速度信息变换为所述观测坐标系上的坐标，来作为已变换加 速度信息的工序，从已变换加速度信息中提取低频成分，来作为检测用加速度信息的工序； 基于所述检测用加速度信息，来计算表示所述步行者的行进方向的行进方向信息。
[0032] 根据第一技术方案至第八技术方案、第十三技术方案及第十五技术方案所记载的 发明，与步行者相随，按照独立定义的终端坐标系来获取加速度信息；基于与铅直方向垂直 的第一方向上的加速度成分和与铅直方向及第一方向垂直的第二方向上的加速度成分，来 求出水平面上的加速度的功率，由此获取观测到功率的极大值的时间、观测到该功率的极 大值时的第一方向上的加速度成分以及观测到该功率的极大值时的第二方向上的加速度 成分，来作为水平方向峰值信息，其中，所述第一方向上的加速度成分和所述第二方向上的 加速度成分是根据由加速度检测单元获取的加速度信息来求出的；基于由加速度检测单元 获取的加速度信息，来获取观测到铅直方向上的加速度的极大值及极小值的时间，来作为 铅直方向峰值信息；基于由铅直方向检测单元获取的铅直方向峰值信息，来对由水平方向 检测单元获取的水平方向峰值信息中所含的与功率的极大值相关的信息进行筛选，由此获 取推定用峰值信息；基于由峰值分析单元获取的推定用峰值信息，来获取表示步行者的行 进方向的行进方向信息。由此，能够抑制计算量，因此能够执行响应性良好且精度高的行进 方向推定。
[0033] 另外，根据第九技术方案至第十二技术方案、第十四技术方案及第十六技术方案 所记载的发明的步行者观测系统，从加速度检测单元获取加速度信息，该加速度信息是由 与步行者相随的加速度检测单元按照在加速度检测单元中定义的终端坐标系来获取的加 速度信息；获取姿势信息，该姿势信息表示加速度检测单元在适于观测步行者的步行动作 的观测坐标系上的姿势；基于姿势信息，对加速度信息进行坐标变换，来将该加速度信息变 换为观测坐标系上的坐标，来作为已变换加速度信息；从由变换单元获取的已变换加速度 信息中提取低频成分，来作为检测用加速度信息；基于检测用加速度信息，来计算表示步行 者的行进方向的行进方向信息。由此，能够抑制旋转的噪声。

【专利附图】

【附图说明】
[0034]图1是示出了第一实施方式的终端装置的图。
[0035] 图2是终端装置的框图。
[0036] 图3是一起示出了终端装置所具备的功能块和数据的传送的图。
[0037] 图4是示出了人的步行动作中的加速度的典型模式的图。
[0038] 图5是示出了终端装置所执行的行进方向推定处理的流程图。
[0039] 图6是示出了第一实施方式的终端装置所执行的铅直方向上的峰值检测处理的 流程图。
[0040] 图7是示出了第一实施方式的终端装置所执行的水平方向上的峰值检测处理的 流程图。
[0041] 图8是将横轴设定为时间来例示了加速度成分aE、aN和水平面上的加速度的功 率PW的图。
[0042] 图9是示出峰值分析处理的流程图。
[0043] 图10是示意性示出了用于搜索适当的功率峰值的情况的图。
[0044] 图11是示出了第二实施方式的终端装置的图。
[0045] 图12是一起示出了第三实施方式的终端装置所具备的功能块和数据的传送的 图。
[0046] 图13是示出了第三实施方式的终端装置所执行的行进方向推定处理的流程图。
[0047] 图14是示出了第三实施方式的终端装置所执行的铅直方向上的峰值检测处理的 流程图。
[0048] 图15是示出了第三实施方式的终端装置所执行的臂部摆动时的分析处理的流程 图。
[0049] 图16是例示了臂部摆动状态下的加速度成分的变化的图。
[0050] 图17是示出了第三实施方式的终端装置所执行的行进方向计算处理的流程图。
[0051] 其中，附图标记说明如下：
[0052] 1、2、3:终端装置
[0053] 10:CPU
[0054] 100 :姿势推定部
[0055] 101 :峰值检测部
[0056] 102 :坐标变换部
[0057] 103:LPF处理部
[0058] 104、104a:铅直方向检测部
[0059] 105:水平方向检测部
[0060] l〇6、l〇6a:峰值分析部
[0061] 107、107a:行进方向推定部
[0062] 108 :加速度信息调整部
[0063] 11 :存储装置
[0064] 110:程序
[0065] 111 :姿势信息
[0066] 112:已变换加速度信息
[0067] 113:检测用加速度信息
[0068] 114:峰值信息
[0069] 115:迈出脚信息
[0070] 116:推定用峰值信息
[0071] 117:行进方向信息
[0072] 118:已调整加速度信息
[0073] 12 :操作部
[0074] 13 :显示部
[0075] 14 :加速度传感器
[0076] 140 :加速度信息
[0077] 15:陀螺仪传感器
[0078] 150 :角速度信息
[0079] 16 :磁传感器
[0080] 160 :地磁信息

【具体实施方式】
[0081] 下面，一边参照附图，一边对本发明的优选的实施方式进行详细说明。其中，为了 便于进行该说明，只要没有在下面的说明中特别地提前说明，关于方向及朝向的描述，与附 图相对应，例如并不用于限定实施品、产品或者权利范围等。
[0082] < 1?第一实施方式>
[0083] 图1是示出了第一实施方式的终端装置1的图。图1所示的ENU(East-North_Up: 站立）坐标系，是与终端装置1独立的坐标系，而且是"与步行者的动作独立的坐标系"。在 ENU坐标系中，将向东的轴定义为E轴，将向北的轴定义为N轴，将在铅直方向上向上的轴定 义为U轴。另外，图1所示的XYZ坐标系是在终端装置1上定义的坐标系（终端坐标系）， 在本实施方式中，将其原点定乂在显不部13的画面的中心附近。其中，在本实施方式中，基 于相对的位置关系来计算行进方向及距离，因此图1所示的原点的位置，是为了方便而定 义的，也可以定义在其它位置上。
[0084] 在图1中，X轴与E轴一致，Y轴与N轴一致，Z轴与U轴一致。但是，XYZ坐标系 和ENU坐标系之间的相对关系根据终端装置1的姿势（例如，步行者携带终端装置1的方 式等）来发生变化。即，在本实施方式中，说明终端装置1在步行者身上未固定的例子。
[0085] 图2是终端装置1的框图。终端装置1具有CPUlO和存储装置11，虽然在后面详 细说明，但是将终端装置1作为用于对携带终端装置1的人（下面，称为"步行者"）的步行 动作的行进方向进行推定的装置。
[0086] CPUlO用于读取保存在存储装置11中的程序110并执行该程序110,并且用于计 算各种数据、生成控制信号等。由此，CPUlO发挥对控制终端装置1所具备的各结构进行控 制并且计算并生成各种数据的功能。即，终端装置1构成为一般的计算机。
[0087] 存储装置11提供在终端装置1中存储各种数据的功能。换句话讲，存储装置11 在终端装置1中保存以电的形式固定的信息。特别地，本实施方式的存储装置11用于存储 程序110。
[0088] 作为存储装置11，包括用作CPUlO的暂时性的工作区域的RAM或缓冲器、读取专用 的ROM、非易失性的存储器（例如与非存储器等）、用于存储比较大的数据的硬盘、用于连接 到专用的读取装置上的能够携带的存储介质（CD-ROM、PC卡、SD卡、USB存储器等）等。在 图2中，如一个结构体那样图示了存储装置11。但是，通常，存储装置11由上述例示的各种 装置（或者介质）中的根据需要采用的多种装置构成。即，存储装置11是具有存储数据的 功能的装置组的总称。
[0089] 另外，实际的CPUlO是一种内部具有能够1?速访问的RAM的电路。但是，为了便于 说明，将这样的CPUlO所具备的存储装置，也说明为包括在存储装置11中。即，在本实施方 式中，假设CPUlO自身暂时存储的数据也由存储装置11中进行存储，进行说明。
[0090] 如图2所示，终端装置1具有操作部12和显示部13。
[0091] 操作部12是操作人员（步行者）为了向终端装置1输入各种信息而操作的硬件。 作为操作部12,包括各种按钮类，键，旋转式选择器或触控面板等。
[0092] 显示部13发挥通过显示各种信息来进行输出的输出部的功能。即，显示部13是 以使操作人员视觉观察的状态输出信息的硬件。作为显示部13,例如包括液晶面板、液晶显 示器、有机EL显示器、灯或LED等。
[0093] 而且，终端装置1具备加速度传感器14、陀螺仪传感器15及磁传感器16,作为用 于观测终端装置1自身的运动的装置组。加速度传感器14、陀螺仪传感器15及磁传感器16 都固定设置在终端装置1的内部。因此，通过由步行者携带终端装置1，加速度传感器14、 陀螺仪传感器15及磁传感器16都处于与该步行者相随的状态。另外，加速度传感器14、陀 螺仪传感器15及磁传感器16固定设置在终端装置1的内部，由此在终端装置1上定义的 XYZ坐标系，成为对上述传感器定义的坐标系。
[0094] 此外，虽然在后面进行详细说明，但是终端装置1基于从上述装置组得到的信息， 来对携带该终端装置1的步行者的步行动作进行间接的观测。即，第一实施方式的终端装 置1，构成本发明的步行者观测系统。
[0095] 加速度传感器14通过检测终端装置1的加速度，来获取加速度信息140。加速度 传感器14作成基于在终端装置1上定义的XYZ坐标系来表现的输出值，作为加速度信息 140。
[0096] 陀螺仪传感器15测定终端装置1的角速度，来获取角速度信息150。本实施方式 的陀螺仪传感器15是所谓的三轴陀螺仪传感器，用于测定以相互垂直的3个轴（X、Y、Z轴） 方向为旋转轴旋转的角速度，并输出该测定值来作为角速度信息150。
[0097] 磁传感器16通过检测地磁来获取地磁信息160。地磁信息160是为了决定方位 而使用的信息。此外，在本实施方式的终端装置1中，也可以通过适当采用用于对磁传感器 16所获取的地磁信息160进行修正的以往的技术，来提高地磁信息160的精度。
[0098] 此外，除了图2所示的结构之外，终端装置1例如也可以具有扬声器、话筒、照相 机、通信部、卡槽、各种连接器等。
[0099]图3是一起示出了终端装置1所具备的功能块和数据的传送的图。图3所示的姿 势推定部100、峰值检测部101、峰值分析部106、行进方向推定部107及加速度信息调整部 108是通过由CPUlO按照程序110进行动作来实现的功能块。
[0100] 此外，在本实施方式中，为了便于说明，说明利用软件来实现终端装置1所具备的 所有功能块的例子。但是，实际上，优选通过硬件（芯片化）实现该功能块中的一部分或全 部，以提高处理速度，从而提高实时性。即，是能够根据成本、装置尺寸、要求的处理速度等， 来适当选择利用专用的逻辑电路等硬件来实现功能块中的哪些功能块部并利用软件来实 现哪些功能块部。
[0101] 姿势推定部100实质上实时地获取姿势信息111，该姿势信息111用于表示在与步 行者的运动独立的ENU坐标系上的终端装置1的姿势。本实施方式的姿势推定部100利用 卡尔曼滤波器对加速度传感器14、陀螺仪传感器15及磁传感器16的输出值（加速度信息 140、角速度信息150及地磁信息160)进行复合处理，并通过计算来获取用于表示终端装置 1的当前的姿势（ENU坐标系和XYZ坐标系之间的相对关系）的姿势信息111。
[0102] 对于由姿势推定部100获取姿势信息111的方法，能够适当采用以往的各种技术， 因此在此省略详细的说明。其中，只要能够获取用于表示在与步行者的运动独立的坐标系 上的终端装置1的姿势的姿势信息111即可，并不限定于本实施方式的方法，例如还能够考 虑对照相机拍摄周围的环境得到的图像进行分析来利用的方法、利用超声波或红外线来观 测周围的方法、利用GPS信号的方法、或组合多个方法来相互补充的方法等。
[0103] 另外，在此，"实质上实时地"是指，在推定步行者的行进方向时，以能够忽视的程 度的间隔获取或者延迟获取的情况。如上面说明，姿势推定部100基于加速度传感器14、 陀螺仪传感器15及磁传感器16的输出值，来求出姿势信息111。并且，上述传感器以规定 的传感检测间隔（测定间隔）输出各输出值，因此从严格的意思来说不能连续地持续测定。 因此，只能够至少以与传感检测间隔相对应的间隔，获取姿势信息111。另外，在得到输出 值之后通过计算来求出姿势信息111，因此还产生与计算时间相对应的延迟。但是，鉴于步 行者（人）的步行动作的特性，上述间隔及延迟充分短的情况下，能够认为以"实质上实时 地"获取姿势信息111。此外，具体地，以何种程度的间隔及延迟获取姿势信息111才相当 于"能够忽视的程度"，根据对最终推定的行进方向（行进方向信息117)进行利用的应用程 序等而不同，不能一概决定。
[0104] 峰值检测部101基于加速度传感器14所获取的加速度信息140和姿势推定部100 所获取的姿势信息111，来获取峰值信息114,并且获取与步行者的迈出脚相关的迈出脚信 息 115。
[0105] 此外，在后面说明峰值信息114。
[0106] 另外，迈出脚信息115表示步行者切换了迈出脚的时间，表示切换该迈出脚的时 亥IJ。其中，为了推定行进方向，合成基于左右脚的移动矢量，因此本实施方式的迈出脚信息 115不需包括用于表示迈出了左右脚中的哪只脚的信息。在下面的说明中，利用"第一脚" 及"第二脚"这样的称呼，作为不确定左右脚的迈出脚的称呼。即，第一脚可以是左右脚中 的任一只脚，是与第二脚不同的脚。
[0107] 如图3所示，本实施方式的峰值检测部101具有坐标变换部102、LPF(低通滤波） 处理部103、铅直方向检测部104及水平方向检测部105。
[0108] 坐标变换部102基于姿势推定部100所获取的姿势信息111，通过对加速度传感 器14所获取的加速度信息140进行变换来变换为ENU坐标系上的坐标，由此获取已变换加 速度信息112。即，坐标变换部102基于来自姿势推定部100的输入，来对加速度传感器14 的输出进行变换，由此输出已变换加速度信息112。
[0109] 这样，将加速度信息140预先变换为能够稳定地观测步行者的步行动作的坐标系 (在本实施方式的例子中是ENU坐标系），来作为已变换加速度信息112,从而能够防止通过 步行者的步行动作、查看动作等来使终端装置1旋转而产生的噪声。
[0110] LPF处理部103通过从坐标变换部102所获取的已变换加速度信息112中提取低 频成分，来获取检测用加速度信息113。即，LPF处理部103发挥对坐标变换部102的输出 进行滤波的低通滤波器的功能，用于输出检测用加速度信息113。
[0111] 这样，通过除去高频成分，能够除去与人的动作（步行动作）没相关系的噪声 等，因此能够提高计算（推定）精度。此外，在本实施方式中，LPF处理部103的切割频率 (cuttingfrequency)大概为5HZ至10HZ。但是，切割频率并不限定于此，优选根据步行者 的步行动作的特性等来适当决定。
[0112] 铅直方向检测部104参照来自LPF处理部103的输出即检测用加速度信息113， 来检测U轴方向（铅直方向）上的加速度成分（下面，表示为"a/'）的极大值和极小值。 然后，分别保存检测出该极大值和极小值的时间来作为峰值信息114。即，峰值信息114中 记录有观测到由终端装置1进行动作时的铅直方向上的加速度的极大值及极小值的时刻。 艮P，峰值信息114包括本发明的铅直方向峰值信息。此外，此时，在本实施方式中，并不记录 极大值及极小值，但也可以将上述信息记录到峰值信息114中。
[0113] 另外，当检测出U轴方向（铅直方向）上的加速度成分Cill的极大值时，铅直方向 检测部104认为步行者切换了迈出的脚，从而记录该时刻来作为迈出脚信息115。
[0114] 在人的步行动作中，迈出的脚的迈出方向成为大概的行进方向。因此，可认为行进 方向通常根据步行者的迈出的每一脚来发生变化。更详细地说，步行者每当切换迈出的脚 时，行进方向以大概成为"Z"字形的方式发生变化。即，通过参照迈出脚信息115,能够决定 人的步行动作中的应切换行进方向的时刻。
[0115] 水平方向检测部105 -边参照来自LPF处理部103的输出即检测用加速度信息 113, 一边合成E轴方向上的加速度成分（下面，表示为"aE"）和N轴方向上的加速度成分 (下面，表示为"aN"），由此根据公式1来计算水平面上的功率（下面，表示为"PW"）。
[0116] 数学式1

【权利要求】
1. 一种步行者观测系统，其特征在于， 具有： 加速度检测单元，其与步行者相随，按照独立定义的终端坐标系来获取加速度信息； 水平方向检测单元，其基于与铅直方向垂直的第一方向上的加速度成分和与铅直方向 及所述第一方向垂直的第二方向上的加速度成分，来求出水平面上的加速度的功率，由此 获取观测到所述功率的极大值的时间、观测到该功率的极大值时的所述第一方向上的加速 度成分以及观测到该功率的极大值时的所述第二方向上的加速度成分，来作为水平方向峰 值信息，其中，所述第一方向上的加速度成分和所述第二方向上的加速度成分是根据由所 述加速度检测单元获取的加速度信息来求出的； 铅直方向检测单元，其基于由所述加速度检测单元获取的加速度信息，来获取观测到 铅直方向上的加速度的极大值及极小值的时间，来作为铅直方向峰值信息； 峰值分析单元，其基于由所述铅直方向检测单元获取的铅直方向峰值信息，来对由所 述水平方向检测单元获取的水平方向峰值信息中所含的与功率的极大值相关的信息进行 筛选，由此获取推定用峰值信息； 行进方向推定单元，其基于由所述峰值分析单元获取的推定用峰值信息，来获取表示 所述步行者的行进方向的行进方向信息。
2. 根据权利要求1所述的步行者观测系统，其特征在于， 还具有： 姿势推定单元，其获取姿势信息，该姿势信息表示所述加速度检测单元在适于观测所 述步行者的步行动作的观测坐标系上的姿势， 变换单元，其基于由所述姿势推定单元获取的姿势信息，对由所述加速度检测单元获 取的加速度信息进行坐标变换，来将该加速度信息变换为所述观测坐标系上的坐标，来作 为已变换加速度信息， 低通滤波处理单元，从由所述变换单元获取的已变换加速度信息中提取低频成分，来 作为检测用加速度信息； 所述水平方向检测单元基于由所述低通滤波处理单元获取的检测用加速度信息，获取 所述水平方向峰值信息， 所述铅直方向检测单元基于由所述低通滤波处理单元获取的检测用加速度信息，获取 所述铅直方向峰值信息。
3. 根据权利要求2所述的步行者观测系统，其特征在于， 所述姿势推定单元实质上实时地获取所述姿势信息。
4. 根据权利要求2所述的步行者观测系统，其特征在于， 所述观测坐标系是与所述步行者的动作相独立的坐标系。
5. 根据权利要求2所述的步行者观测系统，其特征在于， 所述观测坐标系是对所述步行者的身体定义的坐标系。
6. 根据权利要求1所述的步行者观测系统，其特征在于， 所述铅直方向检测单元获取与所述步行者的迈出脚相关的迈出脚信息； 所述峰值分析单元基于由所述铅直方向检测单元获取的迈出脚信息，来将所述推定用 峰值信息中所含的与功率的极大值相关的信息和用于识别迈出脚的信息建立关联。
7. 根据权利要求1所述的步行者观测系统，其特征在于， 还具有判断单元，该判断单元判断所述步行者是否一边前后摆动保持有所述加速度检 测单元的臂部一边步行； 所述铅直方向检测单元，在由所述判断单元判断为所述步行者一边前后摆动保持有所 述加速度检测单元的臂部一边步行时，基于由所述加速度检测单元获取的加速度信息，来 获取铅直方向上的加速度的极小值，来作为铅直方向峰值信息； 所述峰值分析单元根据所述判断单元的判断结果来获取推定用峰值信息。
8. 根据权利要求7所述的步行者观测系统，其特征在于， 所述行进方向推定单元根据时序上的新的铅直方向上的加速度的极小值和时序上的 旧的铅直方向上的加速度的极小值之间的大小关系，来获取行进方向信息。
9. 一种步行者观测系统，其特征在于， 具有： 获取单元，其从加速度检测单元获取加速度信息，该加速度信息是由与步行者相随的 所述加速度检测单元按照在所述加速度检测单元中定义的终端坐标系来获取的加速度信 息， 姿势推定单元，其获取姿势信息，该姿势信息表示所述加速度检测单元在适于观测所 述步行者的步行动作的观测坐标系上的姿势， 变换单元，其基于由所述姿势推定单元获取的姿势信息，对由所述获取单元获取的加 速度信息进行坐标变换，来将该加速度信息变换为所述观测坐标系上的坐标，来作为已变 换加速度信息， 低通滤波处理单元，从由所述变换单元获取的已变换加速度信息中提取低频成分，来 作为检测用加速度信息； 基于所述检测用加速度信息，来计算表示所述步行者的行进方向的行进方向信息。
10. 根据权利要求9所述的步行者观测系统，其特征在于， 所述姿势推定单元实质上实时地获取所述姿势信息。
11. 根据权利要求9所述的步行者观测系统，其特征在于， 所述观测坐标系是与所述步行者的动作相独立的坐标系。
12. 根据权利要求9所述的步行者观测系统，其特征在于， 所述观测坐标系是对所述步行者的身体定义的坐标系。
13. -种记录介质，记录有计算机能够读取的程序，其特征在于， 通过使所述计算机执行所述程序，来使所述计算机发挥如下的计算机的功能，该计算 机具有： 水平方向检测单元，其基于与铅直方向垂直的第一方向上的加速度成分和与铅直方向 及所述第一方向垂直的第二方向上的加速度成分，来求出水平面上的加速度的功率，由此 获取观测到所述功率的极大值的时间、观测到该功率的极大值时的所述第一方向上的加速 度成分以及观测到该功率的极大值时的所述第二方向上的加速度成分，来作为水平方向峰 值信息，其中，所述第一方向上的加速度成分和所述第二方向上的加速度成分是根据由与 步行者相随的加速度检测单元按照在所述加速度检测单元中定义的终端坐标系获取的加 速度信息来求出的； 铅直方向检测单元，其基于由所述加速度检测单元获取的加速度信息，来获取观测到 铅直方向上的加速度的极大值及极小值的时间，来作为铅直方向峰值信息； 峰值分析单元，其基于由所述铅直方向检测单元获取的铅直方向峰值信息，来对由所 述水平方向检测单元获取的水平方向峰值信息中所含的与功率的极大值相关的信息进行 筛选，由此获取推定用峰值信息； 行进方向推定单元，其基于由所述峰值分析单元获取的推定用峰值信息，来获取表示 所述步行者的行进方向的行进方向信息。
14. 一种记录介质，记录有计算机能够读取的程序，其特征在于， 通过使所述计算机执行所述程序，来使所述计算机发挥如下的计算机的功能，该计算 机具有： 获取单元，其从加速度检测单元获取加速度信息，该加速度信息是由与步行者相随的 所述加速度检测单元按照在所述加速度检测单元中定义的终端坐标系来获取的加速度信 息， 姿势推定单元，其获取姿势信息，该姿势信息表示所述加速度检测单元在适于观测所 述步行者的步行动作的观测坐标系上的姿势， 变换单元，其基于由所述姿势推定单元获取的姿势信息，对由所述获取单元获取的加 速度信息进行坐标变换，来将该加速度信息变换为所述观测坐标系上的坐标，来作为已变 换加速度信息， 低通滤波处理单元，从由所述变换单元获取的已变换加速度信息中提取低频成分，来 作为检测用加速度信息； 该计算机基于所述检测用加速度信息，来计算表示所述步行者的行进方向的行进方向 信息。
15. -种行进方向推定方法，其特征在于， 包括： 与步行者相随，按照独立定义的终端坐标系来获取加速度信息的工序； 基于与铅直方向垂直的第一方向上的加速度成分和与铅直方向及所述第一方向垂直 的第二方向上的加速度成分，来求出水平面上的加速度的功率，由此获取观测到所述功率 的极大值的时间、观测到该功率的极大值时的所述第一方向上的加速度成分以及观测到该 功率的极大值时的所述第二方向上的加速度成分，来作为水平方向峰值信息的工序，其中， 所述第一方向上的加速度成分和所述第二方向上的加速度成分是根据所获取的加速度信 息来求出的； 基于所获取的加速度信息，来获取观测到铅直方向上的加速度的极大值及极小值的时 间，来作为铅直方向峰值信息的工序； 基于所获取的铅直方向峰值信息，来对所获取的水平方向峰值信息中所含的与功率的 极大值相关的信息进行筛选，由此获取推定用峰值信息的工序； 基于所获取的推定用峰值信息，来获取表示所述步行者的行进方向的行进方向信息的 工序。
16. -种行进方向推定方法，其特征在于， 包括： 由与步行者相随的加速度检测单元按照在所述加速度检测单元中定义的终端坐标系 来获取加速度信息的工序， 获取姿势信息的工序，该姿势信息表示所述加速度检测单元在适于观测所述步行者的 步行动作的观测坐标系上的姿势， 基于所述姿势信息，对所述加速度信息进行坐标变换，来将该加速度信息变换为所述 观测坐标系上的坐标，来作为已变换加速度信息的工序， 从已变换加速度信息中提取低频成分，来作为检测用加速度信息的工序； 基于所述检测用加速度信息，来计算表示所述步行者的行进方向的行进方向信息。
【文档编号】G01C21/12GK104515521SQ201410466340
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】山冈卓纪夫 申请人:株式会社巨晶片