2014 Fiscal Year Annual Research Report
UWBレーダードップラー分離干渉計法による人体の高次モニタリング
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25249057
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
佐藤 亨 京都大学, 情報学研究科, 教授 (60162450)
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2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | レーダー / 人体計測 / 遠隔バイタルモニター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人体の各部は、運動中はもちろん、就寝時においても複雑な運動をしている。申請者らはUWB(超広帯域)パルスレーダーを用いて、目標の運動に伴う微小なドップラー偏移を検出し、時間・周波数領域で複数目標を分離した上で、干渉計法の原理によって複雑形状物体の位置、形状、運動を把握する手法を開発してきた。本研究ではこれらの手法を人体の運動に特化し、実用性能を向上させて、以下の社会的ニーズに対応できるイメージング手法を実現することを目的とする。第2年度となる本年度は、従来の成果によって開発した手法に加え、それらを発展させた以下の手法を組み合わせることで当該年度の目標を達成した。
A. 周波数領域干渉計(FDI)法による近接反射波の分離と高精度決定：申請者らは、このFDI法を医用超音波イメージングに適用手法を開発し、強い相関性を持つ生体各部からの信号の分離に成功した。本年度は、受信波形が参照波形と異なることを考慮し、複数の参照波を準備してこれらの最適な合成により目標の正確な位置を決定することに成功した。
B. 複数方向からのドップラー干渉計法による多数目標の2次元分離追跡：これまでに開発してきた手法では、アンテナから見た方向の速度（視線速度）のみにより目標を識別する。これと壁面反射を利用する手法を統合し目標の2次元的分離を可能とする。本年度は人体の平面断面を胴体と両腕の3部分で構成されるモデルで表現し、これらを個別に追跡し、それぞれの形状を正確に再現することに成功した。
C. 圧縮センシングを用いた高解像度時間・周波数分離手法の開発：遠隔バイタルモニターにおいては、呼吸（0.5Hz程度）と心拍（1～2Hz程度）という近接した周波数の信号を分離する必要がある。本年度はこの問題に対してトポロジー相関という新しい概念を導入し、サイクルごとに異なる心拍波形に柔軟に対応して正確な心拍抽出を可能とした。
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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
本研究では、申請者らが開発してきた高分解能イメージング手法を人体の運動に特化し、目標を特定することで実用性能を向上させて、以下の社会的ニーズに対応できるリモートセンシング技術を実現することを目的としている。
1. 屋内および建物周辺における侵入者を正確に検知し、その動作を把握する。
2. ショッピングモール等において複数歩行者の運動を把握・追跡し、カート等の走行を支援する。
3. 家庭内における家族のそれぞれを同定し、遠隔で呼吸や心拍などのバイタルモニターを行う。
上記の実績の概要に記載の通り、本年度はそれぞれの目標について数値シミュレーションに加え、人体を用いた基礎的な実験を行って提案手法の改良とその評価を進め、いずれも十分な妥当性を有することを確認して、所定の期間内に所期の目標を達成できる見通しを得た。計画第2年度の進捗として順調と判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度より進めている手法Ａ～Ｃの開発は、予定通り最終年度まで継続しつつ、進捗に応じてその成果を上記の３つの社会的課題に順次適用する。
平成27年度は、課題１および２に関して数値実験をさらに高度化し、現実環境に近づけると共に、歩行人体の実測データ収集を進める。協力を行うパナソニック社より新たに提供された60GHz帯レーダーを用いて測定を行う。課題3についても、10名程度の被験者のバイタルデータを収集し、呼吸と心拍の同時推定アルゴリズムの改良を進める。
平成28年度以降は、複数課題間における開発技術の融合をさらに進め、相乗効果により所期の目標の達成を目指す。
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