JPH08243091A - 感性情報抽出装置 - Google Patents

感性情報抽出装置

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JPH08243091A
JPH08243091A JP7054151A JP5415195A JPH08243091A JP H08243091 A JPH08243091 A JP H08243091A JP 7054151 A JP7054151 A JP 7054151A JP 5415195 A JP5415195 A JP 5415195A JP H08243091 A JPH08243091 A JP H08243091A
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JP
Japan
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angular velocity
angular
signal
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Withdrawn
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JP7054151A
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English (en)
Inventor
Takashi Sakaguchi
貴司 坂口
Tsutomu Kanamori
務 金森
Haruhiro Katayose
晴弘 片寄
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IMEEJI JOHO KAGAKU KENKYUSHO
Original Assignee
IMEEJI JOHO KAGAKU KENKYUSHO
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 感性情報抽出装置10のジャイロ信号処理回
路20は、人体の関節によって動く部位に装着されたジ
ャイロセンサ14からのジャイロ信号のノイズ成分を除
去し、角速度時間応答情報を出力する。これが角速度信
号処理回路34によって処理され、角速度周波数AV
f,角速度絶対値の最大値AVmax,および角速度ピ
ーク値の平均値AVaveが得られる。積分処理回路4
2は角速度を積分して角度信号を作成する。したがっ
て、角度信号処理回路44から角度周波数ANf,角度
絶対値の最大値ANmax,および角度平均値ANav
eが得られる。感性情報抽出回路22は、これら各評価
項目(P)に従って評価関数(Q)を計算し、副詞的な
程度を感性情報として認識する。 【効果】 ジャイロセンサを用いるので簡単かつ安価に
感性情報を抽出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は感性情報抽出装置に関
し、特にたとえばマンマシンインタフェースシステム,
ヒューマンコミュニケーションシステム等において人間
が意識の有無に拘わらず表現している感性情報をその人
間(人体)の動きから抽出する感性情報抽出装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来から、マンマシンインタフェースシ
ステム,感性情報処理,あるいは手話認識等の分野にお
いて、人間の動作の計測および認識を行う研究が盛んに
行われている。従来技術の1つとして、画像処理による
方法がある。この方法は、1台もしくは複数台のカメラ
から取り込んだ人間の動作画像を信号処理することによ
って、人間の動作を認識している。
【0003】別の従来技術として、磁気センサを用いる
方法がある。この方法では、磁場空間内で磁気センサを
動かしたとき磁場の変化量から空間の6自由度(3次元
の位置と姿勢)の情報が得られることを利用して、測定
したい場所に1個もしくは複数個の磁気センサを装着し
て人間の動作を認識する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】第1の従来技術は、非
接触式であるという利点はあるものの、(1) オクルージ
ョン(occlusion) が生じると原理上測定できなくなる、
(2) 測定対象物を背景画像から抽出しなければならな
い、(3) トラッキング(抽出した測定対象物を時間的に
連続して対応づける)しなければならない等の問題があ
り、したがって処理方法が複雑であるばかりでなく、装
置そのものも大掛りになってしまう。
【0005】また、第2の従来技術では、第1の従来技
術に比べて構成等はより簡単にはなるものの、(1) 周囲
の磁界環境に影響される、(2) 計測範囲が限られる、
(3) 高価である等の問題がある。それゆえに、この発明
の主たる目的は、簡単かつ安価なシステムによって人間
の感性情報を精度よく抽出することができる、感性情報
抽出装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、人体の関節
によって動く部位に取り付けられてその動きに応じたジ
ャイロ信号を出力するジャイロセンサ、ジャイロ信号に
含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去手段、ノイズ
除去手段によってノイズが除去されたジャイロ信号に基
づいて角速度時間応答情報を出力する角速度時間応答情
報出力手段、および角速度時間応答情報に基づいて感性
情報を抽出する感性情報抽出手段を備える、感性情報抽
出装置である。
【0007】
【作用】ジャイロセンサからは、それを取り付けた部位
の動きに応じたジャイロ信号が出力される。このジャイ
ロ信号に含まれる高周波ノイズ成分やDCドリフト成分
がノイズ除去手段によって除去されるとともに、このノ
イズ除去手段によって、さらに、オフセット(静止時角
速度ゼロ調整)を行う。このようにして高精度化された
ジャイロ信号に基づいて、角速度時間応答情報出力手段
が、たとえば図8のような角速度時間応答情報を出力す
る。感性情報抽出回路は、このような角速度時間応答情
報から、上述の動きによって表現される感性情報(人間
の感覚の程度を表すアナログ的でかつ副詞的な情報)を
抽出する。
【0008】角速度信号処理手段や角度信号処理手段か
らの情報が感性情報抽出手段に与えられる場合には、感
性情報抽出手段は、それぞれの項目についてそれを評価
するとともに、各評価項目に適当な重み係数を付与する
などして、評価関数を求め、それを感性情報を示す数値
として得る。
【0009】
【発明の効果】この発明によれば、人体の動きを直接計
測できるジャイロセンサを用いているため、従来技術に
比べて、簡単かつ安価なシステムによって、感性情報を
精度よく抽出することができる。この発明の上述の目
的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して
行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろ
う。
【0010】
【実施例】図1に示す実施例の感性情報抽出装置10
は、被測定者12の関節によって動く部位(この実施例
では手の甲)に取り付けられるジャイロセンサ14を含
む。このジャイロセンサは、たとえば、株式会社データ
・テックの3次元姿勢角センサ「DT−3DG」に用い
られているような、振動ジャイロ(ただし、1軸)であ
る。そして、このジャイロセンサ14から出力されるジ
ャイロ信号が、コード16によってたとえばパソコンや
ワークステーションのような処理装置18に与えられ
る。
【0011】なお、ジャイロセンサ14を取り付ける場
所は、手の甲に限らず、人体の関節によって動く部位で
あればどこでもよい。また、必ずしも有線でなければな
らないことはなく、ジャイロセンサ14からのジャイロ
信号はFM波などを用いた無線システムによって処理装
置18に伝達されるようにしてもよい。図1実施例の感
性情報抽出装置10は、典型的には、図2〜図4で一例
を示す手話表現におけるバリュー情報、すなわち手話に
よって表現される形容詞や動詞を修飾する副詞のよう
に、程度の割合を抽出しようとするものである。
【0012】ちなみに、図2は、「うれしい」を表現
し、図3は「寒い」を表現し、図4は「暑い」を表現す
る手話表現である。図2〜図4のような手話表現をする
場合、被測定者12(図1)が手を動かすと、ジャイロ
センサ14によってジャイロ信号(角速度信号)が出力
される。このジャイロ信号は、図5に示すように、ジャ
イロ信号処理回路20に与えられ、このジャイロ信号処
理回路20は、ジャイロ信号に基づいて、角速度時間応
答情報をディジタル信号として出力し、それを感性情報
抽出回路22に与える。
【0013】ジャイロ信号処理回路20は、たとえば図
6のように構成され、ジャイロセンサ14からのジャイ
ロ信号を受けるハイパスフィルタ24を含む。実施例の
ように振動ジャイロセンサを用いた場合、その応答周波
数は50Hz以下であり、温度や素子構造の個体差に起
因するDCドリフト成分がかなりあり、また25kHz
あたりの高周波ノイズ成分がある。そこで、この実施例
では、ジャイロ信号からDCドリフト成分を除去するた
めに、アナログハイパスフィルタ24を用いる。このハ
イパスフィルタ24のカットオフ周波数は約0.05H
z以下が好ましい。なお、アナログハイパスフィルタ2
4の代わりにディジタルハイパスフィルタを用いるの
は、遅延および精度の点であまり好ましくない。ただ
し、DCドリフト成分が小さい場合にはアナログハイパ
スフィルタ24を省略してもよい。
【0014】ハイパスフィルタ24においてDCドリフ
ト成分が除去されたジャイロ信号は、次いでアナログロ
ーパスフィルタ26に与えられる。このアナログローパ
スフィルタ26は、30Hz〜50Hzのカットオフ周
波数を有し、高周波ノイズ成分を除去する。ただし、こ
のローパスフィルタ26はディジタルローパスフィルタ
であってもよい。
【0015】ローパスフィルタ26から出力されたジャ
イロ信号、すなわち人間の動作の低周波成分を残しなが
らDCドリフト成分を除去したジャイロ信号は、アンプ
28によって増幅された後、A/Dコンバータ30に与
えられる。ジャイロ信号に基づいてコンピュータやワー
クステーションで感性情報を抽出するためには、ジャイ
ロ信号をA/Dコンバータ30を通してディジタル信号
に変換する必要がある。このA/Dコンバータ30のサ
ンプリング周波数は100Hz程度とし、その分解能は
8ビット程度で十分である。なお、このA/Dコンバー
タ30のサンプリング周波数を考慮すると、サンプリン
グ定理から、1/2以下のカットオフ周波数をもつロー
パスフィルタを通す必要がある。したがってローパスフ
ィルタ26のカットオフ周波数はA/Dコンバータ10
のサンプリング周波数も考慮して先に述べた程度に設定
される。
【0016】そして、A/Dコンバータ30によってデ
ィジタル信号に変換されたジャイロ信号が、マイコン3
2に与えられる。このマイコン32は、主として、オフ
セット除去すなわち静止時角速度ゼロ調整を図7に示す
フロー図に従って行う。すなわち、マイコン32では、
図7の最初のステップS1において、静止状態のサンプ
リング回数を示すカウンタStillnoをリセットす
る。その後のステップS2において、マイコン32がA
/Dコンバータ30からのディジタル信号、すなわちA
/D変換された角速度AVIを受ける。そして、ステッ
プS3において、マイコン32は、角速度AVIの絶対
値ABS(AVI)が静止判断閾値AVSTより小さい
かどうかを判断する。すなわち、マイコン32は、この
ステップS3において、角速度AVIが所定の閾値AV
STより小さくなって静止状態にあるかどうかを判断す
る。したがって、このステップS3において“YES”
と判断した場合には、次のステップS4においてマイコ
ン32は、前述のカウンタStillnoをインクリメ
ントするとともに、ステップS5において、そのカウン
タのカウント値が静止判断の基準回数を示す閾値Sti
llchと等しいかどうかを判断する。すなわち、ステ
ップS5では、静止状態とみなされる状態が閾値Sti
llch回連続しているかどうかを判断する。したがっ
て、このステップS5において“YES”が判断される
と、マイコン32は、次のステップS6において、最新
の基準回数Stillch回分の角速度平均値を角速度
ゼロ基準オフセット値AVDとして設定する。したがっ
て、マイコン32からは、ステップS7におけるよう
に、角速度AVのデータとして、「AVI+AVD」が
出力される。
【0017】なお、ステップS3において“NO”と判
断された場合には、角速度入力AVIが静止判断閾値A
VSTを超えているので動作状態にあると判断し、した
がってステップS8においてカウンタStillnoを
リセットする。さらに、ステップS5において“NO”
と判断された場合、すなわち角速度入力AVIが静止判
断閾値AVSTを下回った回数が基準回数Stillc
h(所定回数)に達しない場合は、オフセット値AVD
を更新することなくステップS7に入る。
【0018】このようにして、マイコン32からは、ノ
イズ成分(DCドリフト成分やオフセット成分)が除去
された角速度データが、図8に示す角速度時間応答情報
として出力される。図8のグラフは、図2の手話表現
「うれしい」の動作計測において得られた角速度時間応
答情報の一例である。図1に示すように、ジャイロセン
サ14は被測定者12の手の甲に垂直方向に取り付け、
それによって図2におけるX軸回りの回転を測定できる
ようにした。図8のグラフを参照すると、「うれしい」
の程度に応じて、角速度信号の周波数や振幅が変化する
ことがわかる。最初の2回の動作に比べて後の2回の動
作ではうれしさの度合いを大幅に上げて表現した。した
がって、このような時間軸応答情報を利用すれば、シン
ボル情報に関連するバリュー情報である副詞的な程度を
抽出できることがわかった。ここでいう程度とは、「す
ごく」,「非常に」,「かなり」,「やや」,「少し」
などが考えられる。
【0019】そこで、図5に示す感性情報抽出回路22
は、図8に示すような角速度時間応答情報を解析するこ
とによって、感性情報を抽出することができる。図5の
実施例では、ジャイロ信号処理回路20からの図8のよ
うな角速度時間応答情報だけでなく、角度信号処理回路
34からの角速度周波数,角速度絶対値の最大値および
角速度絶対値のピーク平均値を受ける。
【0020】角速度信号処理回路34は、一例として図
9のように構成される。すなわち、角速度信号処理回路
34は、ジャイロ信号処理回路20のマイコン32から
出力される図8のような角速度時間応答情報を受け、角
速度周波数計算回路36,角速度最大値計算回路38お
よび角速度平均値計算回路40によって、それぞれ、角
速度周波数AVf,AVmaxおよびAVaveを計算
する。角速度周波数計算回路36は、基本的には、いわ
ゆるゼロクロス検出の手法を用いる。具体的には、マイ
コン32(図6)から出力される角速度データの符号
(正または負)の変化を検出する。角速度AVを順次乗
算し、その積の符号が負になったとき角速度(図8)の
ゼロクロスが生じたものとみなし、このタイミングから
次の符号反転のタイミングまでの時間(T)を計算し、
その時間(T)の逆数を計算することによって角速度周
波数AVfを計算する。
【0021】ただし、角速度周波数AVfは各ゼロクロ
ス毎に得られるので、この実施例では、その任意の一定
時間内の平均値を角速度周波数AVfとして出力するよ
うにしている。したがって、もし各瞬時値の任意の一定
時間内の最大値(周波数最大値)や任意の一定時間内の
最小値(周波数最小値)が必要なら、各瞬時値毎に前回
のデータと比較するなどすれば、容易に得られる。
【0022】また、角速度最大値計算回路38は、静止
状態から静止状態までの間で、任意の一定時間内に順次
入力される角速度データを既に入力した角速度データと
比較することによってその最大値を求めればよい。ただ
し、この最大値AVmaxは、図8の振幅の絶対値の最
大値を意味するものである。さらに、角速度平均値計算
回路40は、先に説明したゼロクロス法と最大値検出と
を利用して、図8の各ピーク値の任意の一定時間内の平
均値を求める。ただし、この平均値計算回路40は、任
意の一定時間内の単純平均値を計算してもよい。
【0023】このようにして、角速度信号処理回路34
から、角速度周波数AVf,角速度の絶対値の最大値A
Vmaxおよび角速度のピーク値の平均値AVaveが
出力され、それらが図5の感性情報抽出回路22に与え
られる。図10からわかるように、図2〜図4に示すよ
うな手話表現においては、感性情報(副詞的な程度)
は、角速度周波数AVfによって顕著に識別可能なもの
と、それ以外の角速度平均値の最大値AVaveなどに
よって顕著に識別できるものがある。たとえば、「うれ
しい」や「寒い」の場合、平均値AVaveでは正確な
識別がやや困難な場合もある(識別できないということ
はない)が、角速度周波数AVfによればその変化幅が
大きいので極めて正確に程度(感性情報)を検出でき
る。「暑い」の場合は、逆で、角速度平均値AVave
の変化幅が大きいので、その平均値AVaveに基づい
てその程度を正確に検出することができる。
【0024】なお、角速度絶対値の最大値AVmax
は、図10の例では示されていないが、突発的な変化の
有効性/無効性を判断する場合に利用することができ
る。たとえば、角速度平均値AVaveに有意な変化が
生じないときには、角速度最大値AVmaxによって図
10のグラフを作成するようにしてもよい。上述の角速
度は繰り返しの速さによって程度(感性情報)を表示す
る場合には好適するが、物の大きさや広さの程度を表現
する場合には、角速度を積分した角度が有効である。す
なわち、角度は一方向への動きの大きさに依存するもの
であるから、そのような表現形式の場合には、角度の情
報を用いることが考えられる。
【0025】そこで、図5の実施例では、積分処理回路
42によって、角速度AVから角度信号ANを作成し、
それを角度信号処理回路44に与える。この角度信号処
理回路44は、図11に示すように、先の角速度信号処
理回路34と基本的には同様に構成される。したがっ
て、ここでは重複する説明は省略する。ただし、角度信
号は積分処理回路42の出力であり、角度周波数計算回
路46は、積分結果の変動の周波数を検出して角度周波
数ANfを出力する。この場合も、先の角速度周波数計
算回路36と同じように平均値のみならず、最大値や最
小値を利用するようにしてもよい。角度最大値計算回路
48は積分値の任意の一定時間内の最大値を角度最大値
ANmaxとして出力し、角度平均値計算回路50は積
分値の任意の一定時間内の平均値を角度平均値ANav
eとして出力する。
【0026】上述のようにして、図5の感性情報抽出回
路22には、角速度信号処理回路34および角度信号処
理回路44から、角速度周波数AVf,角速度(の絶対
値の一定時間内の)最大値AVmax,角速度(の絶対
値のピークの一定時間内の)平均値AVave,角度周
波数ANf,角度(の一定時間内の)最大値ANma
x,および角度(の一定時間内の)平均値ANaveが
与えられる。したがって、感性情報抽出回路22は、図
12のフロー図に従って、これらを評価して、感性情報
を示す数値を計算する。
【0027】すなわち、図12のステップS11におい
て、感性情報抽出回路22は、数1〜数6に従って、各
評価項目PAVf ,PAVmax ,PAVave ,PANf ,P
ANmax ,およびPANave を計算する。各式において、最
大値および最小値、たとえばAVf1(AVfの最大
値)やAVf2(AVfの最小値)等は、表1に示すテ
ーブルとして予め各評価項目毎に設定されているもので
あり、各評価項目を正規化するために用いられる。この
最大値や最小値としては、被測定者毎の固有値に対応し
てキャリブレーションするようにしてもよいし、一般的
な考えられる値として設定してもよい。
【0028】
【数1】
【0029】
【数2】
【0030】
【数3】
【0031】
【数4】
【0032】
【数5】
【0033】
【数6】
【0034】
【表1】
【0035】そして、図12のステップS12におい
て、数7および数8に従って、評価関数Qを計算する。
【0036】
【数7】Q=W1・PAVf +W2・PAVmax +W3・P
AVave +W4・PANf+W5・PANmax +W6・PANave
【0037】
【数8】W1+W2+W3+W4+W5+W6=1 ただし、W1,W2,W3,W4,W5およびW6は、
各評価項目の重み係数である。たとえば、図4の「暑
い」では、図10に示すように、角速度周波数AVfよ
り角速度平均値AVaveの方が効果的に識別できるの
で、この場合であれば、たとえば角速度平均値AVav
eの重み係数W3のみを「1」とし、残りの重み係数を
「0」することも考えられる。逆に、図3「寒い」で
は、角速度周波数AVfが有効であるので、この場合で
あれば、たとえば角速度周波数AVfの重み係数W1を
大きくし、他の評価項目を小さくするようにしてもよ
い。ただし、この評価項目として入力されない場合に
は、その項目の重み係数Wは「0」となることは勿論で
ある。
【0038】なお、図8のグラフをたとえば処理装置1
8のディスプレイによって表示することもあるが、その
場合、図8のグラフをそのまま表示してもよいが、特別
なキャラクタの動きや色などで表示するようにしてもよ
い。さらに、図5の実施例において、角速度信号処理回
路34のみを用いるようにしてもよく、積分処理回路4
2と角度信号処理回路44とだけを用いるようにしても
よい。また、角速度信号処理回路34および角度信号処
理回路44を用いず、ジャイロ信号処理回路20からの
角速度時間応答情報のみを利用して感性情報を抽出する
ようにしてもよい。
【0039】また、上述の実施例では、1軸のみのジャ
イロセンサを用いたが、2軸あるいは3軸のジャイロセ
ンサを用い、上と同じような処理回路を用いれば、各軸
毎の角速度時間応答情報が得られるのでさらに有効であ
る。さらに、たとえば両手にジャイロセンサを付けるな
どのように複数個のジャイロセンサを用いることも容易
に考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図2】「うれしい」の手話表現を示す図解図である。
【図3】「寒い」の手話表現を示す図解図である。
【図4】「暑い」の手話表現を示す図解図である。
【図5】実施例を詳細に示す機能ブロック図である。
【図6】図5実施例のジャイロ信号処理回路を詳細に示
すブロック図である。
【図7】図6実施例のマイコンによってオフセット値を
計算して静止時ゼロ調整を行うときの動作を示すフロー
図である。
【図8】図5実施例のジャイロ信号処理回路から出力さ
れる角速度時間応答の一例を示すグラフである。
【図9】図5実施例の角速度信号処理回路の一例を示す
ブロック図である。
【図10】図2〜図4の手話表現における程度と角速度
周波数および角速度平均値との関係を示すグラフであ
る。
【図11】図5実施例の角度信号処理回路の一例を示す
ブロック図である。
【図12】図5実施例の感性情報抽出回路における評価
関数計算の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
10…感性情報抽出装置 14…ジャイロセンサ 18…処理装置 20…ジャイロ信号処理回路 22…感性情報抽出回路 32…マイコン 34…角速度信号処理回路 44…角度信号処理回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】人体の関節によって動く部位に取り付けら
    れてその動きに応じたジャイロ信号を出力するジャイロ
    センサ、 前記ジャイロ信号に含まれるノイズ成分を除去するノイ
    ズ除去手段、 前記ノイズ除去手段によってノイズが除去されたジャイ
    ロ信号に基づいて角速度時間応答情報を出力する角速度
    時間応答情報出力手段、および前記角速度時間応答情報
    に基づいて感性情報を抽出する感性情報抽出手段を備え
    る、感性情報抽出装置。
  2. 【請求項2】前記角速度時間応答情報に基づいて角速度
    周波数,角速度の絶対値の一定時間内の最大値,および
    角速度の絶対値の一定時間内の平均値の少なくとも1つ
    を求める角速度信号処理手段をさらに備え、 前記感性情報抽出手段は前記角速度周波数,最大値およ
    び平均値の少なくとも1つを評価する評価手段を含む、
    請求項1記載の感性情報抽出装置。
  3. 【請求項3】前記角速度時間応答情報に基づいて角度周
    波数,角度の絶対値の一定時間内の最大値,および角度
    の絶対値の一定時間内の平均値の少なくとも1つを求め
    る角度信号処理手段をさらに備え、 前記感性情報抽出手段は前記角度周波数,前記最大値お
    よび前記平均値の少なくとも1つを評価する評価手段を
    含む、請求項1または2記載の感性情報抽出装置。
  4. 【請求項4】前記ジャイロ信号をディジタル信号に変換
    するためのA/D変換手段を備え、 前記ノイズ除去手段は前記A/D変換手段からのディジ
    タル信号に基づいて前記ジャイロ信号のオフセットを除
    去するオフセット除去手段を含む、請求項1ないし3の
    いずれかに記載の感性情報抽出装置。
JP7054151A 1995-03-14 1995-03-14 感性情報抽出装置 Withdrawn JPH08243091A (ja)

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Cited By (4)

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JP2003024287A (ja) * 2001-07-12 2003-01-28 Shin Sangyo Souzou Kenkyu Kiko 身体状態の監視装置
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JP2009240716A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Yamaha Corp 信号処理装置
JP2012245211A (ja) * 2011-05-30 2012-12-13 Honda Motor Co Ltd 歩行状態推定装置及びこれを用いた歩行補助装置

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