推定装置及推定方法与流程

本发明涉及推定装置及推定方法，其向生物体照射无线信号，接收其反射信号来推定生物体的正面所朝向的方向即生物体方向。

背景技术：

在专利文献1中公开了一种装置，其对床上的生物体照射电磁波，检测其反射波中所含的心拍及呼吸的振动，从而推定生物体的是脸朝上还是脸朝下。

另外，在专利文献2中公开了一种装置，其在救灾现场向瓦砾堆照射电磁波，根据其反射波来检测有无生存者。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014－207935号公报

专利文献2：日本特开平11－6874号公报

但是，在现有技术中，无法以更高的分辨率推定生物体的方向。

技术实现要素：

为了实现上述目的，本发明的推定装置对生物体的正面所朝向的方向即生物体方向进行推定，具备：发送部，利用将包含所述生物体的规定范围环绕而配置的m个发送天线元件，向所述规定范围发送m个发送信号，m为3以上；n个接收部，是将所述规定范围的周围环绕而配置的n个接收部，利用所述n个接收部各自具有的接收天线元件，分别在规定期间接收包含所述m个发送信号由于所述生物体而反射、透射或散射而得到的信号的接收信号，n为2以上；以及电路；所述电路，按照分别与所述m个发送天线元件所发送的m个所述发送信号对应的m组的n个所述接收信号的每组，基于该组所含的n个接收信号，计算表示值越大则振幅越大且是更规则的波形这一情况的特征量，对通过所述计算得到的m个所述特征量进行相互比较，从而确定所述m个特征量中最大的第一特征量所对应的第一发送天线元件，将基于所确定的所述第一发送天线元件的规定方向推定为所述生物体方向。

此外，这些整体性或具体性的实施方式可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或者计算机可读取的cd－rom等记录介质来实现，也可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序以及记录介质的任意组合来实现。

根据本发明的推定装置，能够在生物体的正面所朝向的方向即生物体方向的推定中使推定的生物体方向的分辨率及精度提高。

附图说明

图1是表示实施方式的推定装置的一例的结构图。

图2是表示实施方式的电路的功能构成的一例的框图。

图3是用于对实施方式的接收波形的极大值高度的总和的计算方法进行说明的图。

图4是表示在图5所示的户型的房间中进行生物体的方向推定的结果的一例。

图5是表示进行生物体的方向推定的房间的户型的图。

图6是表示在图5的状况下生物体朝向东侧时正在关注电视这一判断结果的显示的一例。

图7是表示实施方式的推定装置的动作的一例的流程图。

图8是表示通过利用实施方式的推定装置进行的试验而观测到的、正面方向的发送天线的信道响应的绝对值的图。

图9是表示通过利用实施方式的推定装置进行的试验而观测到的、侧面方向的发送天线的信道响应的绝对值的图。

图10是表示通过利用实施方式的推定装置进行的试验而观测到的、背面方向的发送天线的信道响应的绝对值的图。

图11是表示根据8个信道响应的绝对值来计算特征量的结果的一例的图。

图12是表示将图11的结果以二次函数近似的例子的图。

具体实施方式

(作为本发明基础的见解)

发明人对于有关利用电磁波的生物体方向推定的现有技术，进行了详细研究。在专利文献1的方法中公开了以下内容：当向生物体照射电磁波并接收到其反射波时，若接收信号的变化量在阈值以上则判定为脸朝上，若接收信号的变化量低于阈值则判定为脸朝下。但是，虽然利用该方法能够推定生物体的正面所朝向的大致方向，但是无法推定伴随着护理所需要的离床动作的身体正面方向的变化这样的细微的身体正面方向。

另外，在专利文献2中公开了以下内容：当向生物体照射了电磁波时，生物体的正面的反射波的波形与生物体的其它面的反射波形相比振幅较大且规则。但是，专利文献2没有公开对振幅较大且规则这一情况定量地进行测定的方法，为了知晓生物体的正面朝向的具体方向，用户需要目视所得到的反射波形、根据经验来判断生物体的正面朝向的具体方向。

本申请的发明人针对以上课题进行了深入研究，结果认为比较重要的是：为了提高推定装置推定出的生物体的正面所朝向的生物体方向的分辨率及精度，不仅仅是如专利文献1那样从一个方向对发送信号进行发送并接收其反射波，而是在生物体的周围设置多个天线并从各种方向对发送波进行发送，并且在各种方向上接收反射波、透射波或散射波，从而更多地补充生物体的特征。另外，认为比较重要的是：利用能够对专利文献2所公开的生物体正面的反射波形的特征、即振幅较大且规则这一情况定量地进行评价的特征量。

结果，发明人发明出以下这样的推定装置及推定方法。

即，本发明的推定装置对生物体的正面所朝向的方向即生物体方向进行推定，具备：发送部，利用将包含所述生物体的规定范围环绕而配置的m个发送天线元件，向所述规定范围发送m个发送信号，m为3以上；n个接收部，是将所述规定范围的周围环绕而配置的n个接收部，利用所述n个接收部各自具有的接收天线元件，分别在规定期间接收包含所述m个发送信号由于所述生物体而反射、透射或散射而得到的信号的接收信号，n为2以上；以及电路；所述电路，按照分别与所述m个发送天线元件所发送的m个所述发送信号对应的m组的n个所述接收信号的每组，基于该组所含的n个接收信号，计算表示值越大则振幅越大且是更规则的波形这一情况的特征量，对通过所述计算得到的m个所述特征量进行相互比较，从而确定所述m个特征量中最大的第一特征量所对应的第一发送天线元件，将基于所确定的所述第一发送天线元件的规定方向推定为所述生物体方向

由此，将基于与第一特征量对应的发送天线元件的规定方向判定为生物体方向，所述第一特征量是从在规定范围的周围配置的m个发送天线元件发送的m个发送信号所对应的m个特征量中最大的特征量。这样，能够通过将发送天线元件和接收天线元件配置在规定范围的周围而使推定的生物体方向的分辨率及精度提高。

例如，也可以是，所述电路，按照所述m组的n个接收信号的每组，将基于该组所含的n个接收信号而得到的第一接收波形的dc成分即直流成分，从所述第一接收波形中除去而得到第二接收波形，根据该第二接收波形算出所述特征量。

由此，能够从接收信号抑制生物体的识别所不需要的成分即dc成分，能够高效地进行生物体识别。

例如，也可以是，所述电路将所述第二接收波形的极大值高度的总和作为所述特征量来计算。

例如，也可以是，所述电路将所述第二接收波形的时间方向的方差作为所述特征量来计算。

例如，也可以是，所述电路将对所述第二接收波形进行频域变换而得到的函数在规定的频率范围内的积分值作为所述特征量来计算。

例如，也可以是，所述电路，对于第一方向、所述第一特征量、2个以上第二方向以及2个以上第二特征量，利用具有上凸的曲线的近似函数、即表示相对于所述规定范围的方向与所述特征量之间的关系的近似函数来进行近似从而得到近似曲线，将该近似曲线取最大值的方向推定为所述生物体方向，其中，所述第一方向是所确定的所述第一发送天线元件相对于所述规定范围的方向，所述第一特征量是与所述第一发送天线元件对应的特征量，所述2个以上第二方向是所述m个发送天线元件中的配置在距离所述第一发送天线元件为规定距离以内的范围中的2个以上第二发送天线元件相对于所述规定范围的方向，所述2个以上第二特征量是分别与所述2个以上第二发送天线元件对应的特征量。

由此，能够利用最大的第一特征量、与第一特征量对应的第一发送天线元件附近的2个以上第二发送天线元件所对应的2个以上第二特征量、第一发送天线元件及2个以上第二发送天线元件相对于规定范围的第一方向及2个以上第二方向，进行近似函数的近似，从而能够进行更高分辨率的方向推定。

此外，这些整体性或具体性的实施方式可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的cd－rom等记录介质来实现，也可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序以及记录介质的任意组合来实现。

以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，以下说明的实施方式均表示本发明的优选的一个具体例。以下的实施方式所示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接方式、步骤、步骤的顺序等仅为一例而并不意欲限定本发明。另外，以下的实施方式的构成要素中，对于表示本发明的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为构成更优选的方式的任意构成要素来进行说明。此外，在本说明书及附图中，对于实质上具有同一功能构成的构成要素，标记同一符号而省略重复说明。

(实施方式)

图1是表示实施方式的推定装置的结构的一例的结构图。

如图1所示，推定装置10具备8个收发部20a～20h、和电路40。推定装置10从收发部20a～20h将发送信号对包含人等生物体100的规定范围a1进行发送，并通过收发部20a～20h接收包含因生物体100而反射、透射或散射的信号的接收信号。推定装置10将通过收发部20a～20h接收到的接收信号在电路40中进行处理，从而推定生物体100的正面所朝向的方向即生物体方向。

8个收发部20a～20h各自具有1个天线元件30a～30h。收发部20a～20h各自利用天线元件30a～30h将发送信号向规定范围a1进行发送。由此，具体而言，天线元件30a～30h对人等生物体100发射微波作为发送信号。收发部20a～20h可以从天线元件30a～30h发送无调制的发送信号，也可以发送进行了调制处理的发送信号。在进行调制处理的情况下，收发部20a～20h可以包含用于进行调制处理的电路。天线元件30a～30h在规定范围a1的周围的位置即规定范围a1的外侧的位置将规定范围a1环绕而配置。例如，天线元件30a～30h分别相对于规定范围a1配置于不同的8个方向的位置。所谓不同的8个方向例如是指以规定范围a1的中心位置为中心、将360°进行8等分而确定的方向。8个收发部20a～20h可以分别与天线元件30a～30h一起将规定范围a1环绕而配置。另外，8个收发部20a～20h也可以配置在与天线元件30a～30h不同的位置。

此外，所谓规定范围a1是指为了通过推定装置10推定生物体100的方向而预先确定的范围的空间。

收发部20a～20h分别利用各自具有的天线元件30a～30h，在规定期间对接收信号进行接收，该接收信号包含来自收发部20a～20h的发送信号因生物体100而反射、透射或散射后的信号。收发部20a～20h分别可以将接收信号进行频率变换而变换为低频信号。另外，收发部20a～20h分别可以对接收信号进行解调处理。收发部20a～20h分别将进行频率变换和/或解调处理而得到的信号向电路40输出。收发部20a～20h分别可以包含用于处理接收信号的电路。

另外，天线元件30a～30h兼用作发送天线元件及接收天线元件，但不限于此，发送天线元件及接收天线元件也可以分体地构成。另外，在发送天线元件及接收天线元件分体地构成的情况下，发送天线元件的数量与接收天线元件的数量可以互不相同。发送天线元件并不限于8个，例如是m个(m为3以上)即可。接收天线元件并不限于8个，例如是n个(n为2以上)即可。另外，收发部20a～20h是对发送信号进行发送的发送部和对接收信号进行接收的接收部成为一体的结构，但发送部及接收部也可以分体地构成。

接下来，对电路40的功能结构进行说明。

图2是表示实施方式的电路的功能结构的一例的框图。

电路40具有计算部41、比较部42和方向推定部43，执行使推定装置10动作的各种处理。电路40例如由执行控制程序的处理器、和被用作当执行该控制程序时使用的工作区的易失性存储区域(主存储装置)构成。易失性存储区域例如是ram(randomaccessmemory)。另外，电路40也可以由执行使推定装置10动作的各种处理的专用电路来实现。即，电路40可以作为执行软件处理的电路来实现，也可以作为执行硬件处理的电路来实现。

电路40将从收发部20a～20h分别取得的信号在规定期间暂时存储于易失性存储区域。电路40也可以将该信号的相位和振幅在规定期间暂时存储于易失性存储区域。此外，电路40也可以具有非易失性存储区域，并将该信号在规定期间暂时存储于非易失性的存储区域。

以下，依次对构成电路40的计算部41、比较部42以及方向推定部43的各处理进行说明。

首先，对计算部41进行的特征量的计算进行说明。

计算部41利用在电路40的存储区域中存储的接收信号，计算接收信号的传播信道h(t)。

这里，利用以下的式1表示将由m个发送天线元件和n个接收天线元件构成的mimo(multiple－inputandmultiple－output)阵列天线配置在生物体100周围的情况下得到的传播信道h(t)。

数学式1

在式1中，hij表示从第j个发送天线到第i个接收天线的复信道响应，t表示观测时间。

接下来，计算部41计算以下的式2所表示的、从接收信号的传播信道将生物体100的识别所不需要的成分即dc成分除去后的dc除去信道。计算部41按m组的n个接收信号的每组，将基于该组所含的n个接收信号的第一接收波形的dc成分从第一接收波形中除去，从而得到第二接收波形即dc除去信道。计算部41可以将算出的dc除去信道存储于电路40的存储区域。

这里，如以下的式3及式4所示，从传播信道的各成分中减去以各成分的测定时间平均而算出的dc成分来计算接收信号的dc除去信道c(t)。

数学式2

数学式3

数学式4

n＝fs·t式(4)

这里，n表示快照(snapshot)数，fs表示采样频率，t表示测定时间。

此外，dc成分的除去方法不限于式3的右边所示的方法。例如，也可以将在没有生物体100的无人的规定范围a1中得到的传播信道进行减法运算从而除去dc成分。

计算部41接下来基于每个天线元件30a～30h的n个dc除去信道，按每个发送天线元件，对与该发送天线对应的第二接收波形，计算表示值越大则振幅越大且是更规则的波形的特征量。计算部41算出的特征量例如是接收波形的极大值高度的总和、接收波形的绝对值的和、接收波形的方差、以及对接收波形进行频域变换所得的函数在规定的频率范围内的积分值中的至少某一个。

首先，说明计算部41算出接收波形的极大值高度的总和作为特征量的情况。

图3是用于对接收波形的极大值高度的总和的计算方法进行说明的图。

首先，计算部41检测作为对象的波形、在此为第二接收波形的极大值。在图3中，极大值由三角的点p2表示。接下来，从点p2水平地引线，与波形相交、或左右延伸直至到达信号的左端或右端，从而左右分别地确定2个区间r1、r2。并且，确定2个区间r1、r2各自的区间内的信号的最小值即点p1、p2。并且，将两个间隔的最小值即点p1、p3中较高的点p3作为基准水平，将从基准水平到极大值的垂直距离决定为极大值高度。对与发送天线元件对应的dc除去信道的接收波形的全部的极大值算出该极大值高度，并计算全部极大值的极大值高度的总和，从而得到与第j个发送天线元件对应的特征量s(j)。这里，也可以是，为了缓和噪声引起的接收波形紊乱所造成的影响，计算部41使极大值高度为阈值以下的极大值不包含在极大值高度的总和中来计算特征量。

另外，计算部41也可以将n个dc除去信道的绝对值的和作为特征量s(j)算出。该情况下，计算部41使用以下的式5算出特征量s(j)。

数学式5

另外，计算部41也可以将m个发送天线元件的每个的传播信道的dc除去信道的接收波形的方差作为特征量s(j)算出。该情况下，计算部41使用以下的式6算出特征量s(j)。

数学式6

这里，var_k表示对于变量k的方差。

另外，作为特征量s(j)，计算部41也可以算出将m个发送天线元件的每个的传播信道的dc除去信道的接收波形进行频域变换所得的函数f在规定的频率范围内的积分值。该情况下，计算部41使用以下的式7算出特征量s(j)。

数学式7

计算部41算出这3种特征量中的至少一个特征量，将算出的至少一个特征量向比较部42输出。

比较部42将通过计算部41计算得到的与m个发送天线元件对应的m个特征量进行相互比较，从而确定与m个特征量中最大的第一特征量对应的第一发送天线元件。

方向推定部43将基于比较部42确定出的第一发送天线元件的规定的方向推定为生物体100的正面所朝向的方向即生物体方向。在最简单的例子中，方向推定部43将相对于与m个特征量中最大的第一特征量对应的第一发送天线元件所处的规定范围a1的方向推定为生物体方向，将推定出的方向作为推定结果来输出。

另外，方向推定部43也可以通过利用如下方法，将相对于发送天线元件所处的规定范围a1的方向以外的方向、例如朝向2个发送天线元件之间的位置的方向推定为生物体方向。具体而言，方向推定部43可以将对于第一方向、第一特征量、2个以上第二方向和2个以上第二特征量应用近似函数而得到的近似曲线取最大值的方向推定为生物体方向，其中，第一方向是在比较部42中确定的第一发送天线元件相对于规定范围a1的方向，第一特征量是与第一发送天线元件对应的特征量，2个以上第二方向是m个发送天线元件中的配置在距离第一发送天线元件为规定距离以内的范围中的2个以上第二发送天线元件相对于规定范围a1的方向，2个以上第二特征量是分别与2个以上第二发送天线元件对应的特征量。此外，方向推定部43例如可以将与第一发送天线元件相邻地配置、即在两侧相邻地配置的2个发送天线元件确定为2个以上第二发送天线元件。另外，近似函数是具有上凸的曲线的近似函数，并且是表示相对于规定范围a1的方向与特征量之间的关系的近似函数。

这样，通过方向推定部43，将近似函数取最大值的方向推定为生物体方向，因此能够不增加发送天线元件的数量地提高生物体方向的分辨率。另外，方向推定部43能够存储规定次数的推定结果，并将其平均值作为最终的生物体方向，从而能够减轻接收波形中包含的噪声的影响。

此外，推定装置10还可以具备显示所推定的生物体方向的显示部50。图4是表示在图5所示的户型的房间60中进行生物体的方向推定的结果的一例。房间60是规定范围a1的一例。如该例所示，显示生物体朝向的方法例如有显示生物体的正面朝向的方位的方法、使表示生物体的图标旋转的方法等。

另外，生物体的正面所朝向的方向是该生物体所关注的、或生物体所意图的方向的可能性高。因此，上述显示部50可以不是显示上述的生物体的方向而是显示所关注或所意图的对象。图6是表示在图5的状况下生物体朝向东侧时正在关注电视这一判断结果的显示的一例。该情况下，在推定装置10中，关于房间60，存储有将方向与在房间60的该方向侧配置的物体的种类建立了关联的信息，利用该信息，根据推定的生物体推定的方向，将与生物体所朝向的方向对应的物体的种类作为生物体关注的对象而显示于显示部50。

另外，显示部50也可以不是显示生物体关注的对象而是进行设备或照明的远程控制。例如，能够使生物体关注的方向的照明点亮而提供良好的视角，或者在有多个能够利用声音输入来操作的设备的情况下，能够判断用户想要操作哪个设备并仅对适当的设备进行操作。

图7是表示实施方式的推定装置10的动作的一例的流程图。

根据推定装置10，在将生物体100配置在规定范围a1内的状态下，天线元件30a～30h将发送信号向规定范围进行发送(s11)。即，根据推定装置10，通过8个收发部20a～20h，利用各天线元件30a～30h，将8个发送信号向包含生物体100的规定范围a1发送。

接着，收发部20a～20h利用8个天线元件30a～30h，在规定期间接收包含因生物体100而使发送信号反射、透射或散射而得到的信号的接收信号(s12)。

接着，计算部41将基于由收发部20a～20h接收到的接收信号的第一接收波形的dc成分从第一接收波形中除去(s13)。由此，从8个发送天线元件发送的8个发送信号分别对应的8组的8个接收信号的每组的8个第一接收波形中将dc成分除去，因此能够对8个组的每个得到8个第二接收波形。

计算部41根据对8个组的每个得到的8个第二接收波形，算出特征量(s14)。计算部41将接收波形的极大值高度的总和、接收波形的绝对值的和、接收波形的方差、以及对接收波形进行频域变换而得到的函数在规定的频率范围内的积分值中的至少一个作为特征量来算出。

比较部42将由计算部41计算得到的8个特征量进行相互比较，来确定8个特征量中最大的第一特征量所对应的第一发送天线元件(s15)。

方向推定部43将基于比较部所确定出的第一发送天线元件的规定方向推定为生物体方向(s16)。

本申请的发明人为了推定装置10的验证而进行了试验。在试验中，使用了相当于收发部20a～20h的8台收发器。这8台收发器以生物体100为中心，以0.5m的半径且以45度间隔呈圆形排列配置。这里，8个收发器各自具有的发送天线元件由一个元件构成，是方形贴片天线。另外，8台收发器各自具有的接收天线元件由一个元件构成，是方形贴片天线。另外，从地面到设置接收天线元件的位置的高度为0.86m。发送天线元件配置在接收天线元件的微波的1个波长正上方。

这里，图8表示位于生物体100的正面方向的发送天线元件发送了发送信号的情况下的信道响应的绝对值|h1(t)|。图9表示位于生物体100的侧面方向的发送天线元件发送了发送信号的情况下的信道响应的绝对值|h3(t)|。图10表示位于生物体100的背面方向的发送天线元件发送了发送信号的情况下的信道响应的绝对值|h5(t)|。

对图8～图10进行比较可知，仅有从正面进行了发送的|h1(t)|其振幅大且观测到规则的波形。图11表示根据这8个信道响应的绝对值计算特征量的结果的一例。该情况下，特征量最大的第一发送天线元件是2号，判定为生物体的正面朝向45°的方向。即，比较部42将2号发送天线元件确定为第一发送天线元件。另外，通过利用取得特征量的最大值的发送天线及其附近的发送天线的特征量进行函数近似，能够进行更高分辨率的方向推定。

图12是表示用二次函数对图11的结果进行近似的例子的图。

该情况下，方向推定部43提取与确定为第一发送天线元件的2号发送天线元件对应的方向即45°及其特征量0.88。另外，方向推定部43提取与2号发送天线元件相邻的1号发送天线元件所对应的方向即0°及其特征量0.79。另外，方向推定部提取与2号发送天线元件相邻的3号发送天线元件所对应的方向即90°及其特征量0.15。也就是说，方向推定部43能够将表示用二次函数对3个(“与发送天线元件对应的方向”、“特征量”)的组合即p11(0°、0.79)、p12(45°、0.88)及p13(90°、0.15)这3点进行近似而得到的曲线的极大值的p14所对应的方向例如30°推定为生物体方向。

(效果等)

根据本实施方式的推定装置10，将基于如下这样的发送天线元件的规定方向判定为生物体方向，所述发送天线元件是与从m个发送天线元件发送的m个发送信号对应的m个特征量中最大的第一特征量所对应的发送天线元件。这样，能够通过将发送天线元件和接收天线元件配置在规定范围的周围而使推定的生物体方向的分辨率及精度提高。

另外，根据本实施方式的推定装置10，利用最大的第一特征量、与第一特征量对应的第一发送天线元件附近的2个以上的第二发送天线元件所对应的2个以上的第二特征量、以及第一发送天线元件及2个以上第二发送天线元件相对于规定范围的第一方向及2个以上第二方向，通过近似函数进行近似从而得到规定方向并将该规定方向推定为生物体方向，因此能够进行更高分辨率的方向推定。

另外，本实施方式的推定装置10，能够利用微波等无线信号来推定人等生物体100的正面所朝向的方向。也就是说，本实施方式的推定装置10能够不对由相机等拍摄的图像进行图像解析地推定人等生物体100的生物体方向，因此能够以个人隐私受到保护的状态来进行人的生物体方向的推定。

也可以将对上述实施方式的推定装置10的发送部的功能和接收部的功能进行了替换而得到的装置作为推定装置来采用。

产业上的利用可能性

本发明能够用于利用了无线信号的推定生物体方向的推定装置，尤其是能够用于进行与生物体方向对应的控制的家电设备、检测老年人的起身翻身来进行看护的系统等。

符号说明

10：推定装置

20a～20h：收发部

30a～30h：天线元件

40：电路

41：计算部

42：比较部

43：方向推定部

50：显示部

100：生物体