| Project/Area Number |
22K19893
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中村 健太郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (20242315)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 音響周波数特性 / 固有モード / 共振周波数 / 人の検知 / 姿勢検出 / 車室内 / 浴室 / 見守り |
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| Outline of Research at the Start |
人の見守り技術のひとつとして，トイレや浴室などの個室，居室での人の在・不在，立位・仰臥位などの状態を部屋の音響特性（響き方）から知る方法を確立する。部屋はその寸法・形状に固有の音響特性をもち，人の存在などによってその特徴が変化するので，1組のスピーカとマイクロホンによってその特徴をとらえて人の有無や姿勢を判定する手法を開発する。画像に比べてプライバシーの問題が少ない見守り技術になり得ると思われる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，浴室やトイレ、車室など個室での人の見守りをプライバシー問題の少ない室内音響特性によって実現しようとするものであり、主に部屋の音響共振モードとその変化に着目する手法を提案している。今年度は、提案手法による判定精度の向上や測定時間の短縮をめざした検討を進めた。
家庭用ユニット・バスの1/4スケール模型および1/1スケール模型を用いて、それぞれスピーカとマイクロホンを1つずつ設置し、スイープ音によって取得した部屋の周波数特性から人の有無や姿勢等を判定することをめざしている。100 Hz～5 kHz程度の周波数を用い、受信音の振幅特性の変化と室内の状態変化との対応関係を有限要素法による固有モード計算と実験により検討を進めている。測定した振幅周波数特性を数値列と考え、基準状態と変化がある場合についてのそれぞれの数値列どうしの内積値を評価指標に定め、人の有無と立位・仰臥の判定がある程度可能になった。今年度は、多数の音響共振モードの中から判定に有効なモードの選択とその物理的意味について考察を行った。これにより周波数スイープ幅を限定できれば測定時間を短縮できると期待され、0.5～1秒での測定をめざしている。また、有効な音響共振モードを励振しやすいスピーカ位置、それを検出しやすいマイクロホン位置について検討を進めた。一方、外乱雑音の影響を避ける信号処理について特異値分解法の適用を試み、シャワー音の影響の抑圧に成功した。
また、今後、室内の壁の音響特性の影響を考慮するため、様々な素材の反射特性の測定を行った。一方、これまでシミュレーションのみで検討していた音響共振モードの形状を実測で検討することをねらい、数10分の一の微小モデルにおいて周波数を反比例で高めて音響モードの形を実測することの検討を始めた。このためにシュリーレン装置を準備した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度は1/4浴室モデル、1/1浴室モデル、小型自動車の車内において、人の有無、姿勢、着席位置などの判定をある程度の精度で実現し、提案手法の原理の確認をすることができた。今年度は、この精度の向上を目指して、スピーカとマイクロホンの位置、着目する周波数範囲、雑音の抑圧方法など、この提案原理を実際に応用する際の課題について検討を進めることができた。しかし、姿勢の判定などでは推定誤り率を十分下げられていない。また、窓の開放、浴槽水位の影響などの検討がまだ実施できていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に提案手法の有効性が確認でき、2年目は推定精度の向上方法、測定時間の短縮についてある程度の進展が得られた。現在はマイクロホンで検出した音の振幅特性のみしか利用していないので、今後は振幅特性に加えて位相特性を利用することを検討する。位相は部屋の共振周波数の前後で敏感に変化するが、変化が大き過ぎ、現在までに有効に利用できていない。今後は位相特性の利用方法をさらに検討する。また、音響共振モードの形の変化について、これまでの数値シミュレーションに加え、微小モデルと光学的測定法を組み合わせた実測で確認することも行う。
雑音耐性を向上するには、発生音の信号源と検出音の間で相関処理をするのが最も有効と考えられるので、この方法によって雑音のある場合でも十分な精度で人の有無や姿勢を推定できるようにしたい。この際に、受信音を記録して後から計算を行う方法とアナログ掛け算処理とローパスフィルタで信号処理する方法があり、測定時間とシステム規模からその優劣を検討する。
また、浴槽の水位、窓の開閉、室温などの影響とその排除、あるいは検出法を検討して、推定システム全体としての完成度を高めたい。一方、壁面の音圧反射率の影響も検討する必要がある。さらに、スイープ音ではなく、雑音や環境音を利用してスピーカを用いない方法の可能性についても検討する。
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