2016 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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阪本 卓也 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (30432412)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | レーダー / 超高解像度 / 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、さまざまな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4年度となる本年度は、従来手法を発展させると共に実用化を視野に入れ、以下の手法のそれぞれについて理論と実験を組み合わせて高度化を進めた。
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：本手法は主に医用超音波イメージングの分野で応用が進み、急速に発展している。本年度は、これらの手法の実用化において大きな問題となっている演算負荷の低減のために提案したいくつかの高速化アルゴリズムについて、その有効性を実験的に検証し有効性を確認した。
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：本年度は、従来の干渉計で問題となる同一距離に存在し同一速度を有する複数目標の分離識別のために、導入したアダプティブアンテナ技術を改良し、最適化することで、並進する複数人体の分離イメージングのリアルタイム化に成功した。
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：本研究では、遠隔バイタルモニターにおいて大きな問題となる呼吸と心拍の成分を分離する手法としてトポロジー相関法を開発し、その有効性を検証してきた。本年度は、19人の被験者を観測した実データにこれらを適用し、提案手法が様々な体型の成人に適用可能である一般性を有する技術であることを示した。
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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これらの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、本年度はこれらの目的のそれぞれについて、アルゴリズムの改良と並行して最適化と高速化を進め、数値シミュレーションと実測データに基づいて検証を行って、リアルタイム性能を有することを実証した。この結果に基づき、本研究は所定の期間内に目標を達成できる十分な見通しを得た。計画第4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、すでに行っているように、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。
最終年度となる平成29年度は、課題１および２については、昨年度まで使用してきた60GHzレーダーに代えて、感度を飛躍的に向上させた79GHzレーダーによる様々な条件化での実験を行い、広い距離範囲での歩行人体のイメージングを行って提案手法の性能を定量的に評価する。課題３についても、昨年度に引き続き、１０名程度の被験者について就寝時や活動時など多様な生活環境におけるバイタルデータを収集し、これらに対応できる呼吸と心拍の同時推定アルゴリズムの改良を進めると共に、これらの手法を統合することで、実時間性能を有するアルゴリズムを確立し、実用化に向けた性能検証を行う。
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[Presentation] Noncontact Respiration Monitoring of Multiple Closely Positioned Patients Using Ultra-wideband Array Radar with Adaptive Beamforming Technique2017
Author(s)
M. Muragaki, S. Okumura, K. Maehara, T. Sakamoto, M. Yoshioka, K. Inoue, T. Fukuda, H. Sakai, and T. Sato
Organizer
42nd IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing
Place of Presentation
New Orleans, U.S.A.
Year and Date
2017-03-05 – 2017-03-09
Int'l Joint Research
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