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人と機械の調和によるエコーロケーション技術の確立に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 21K11973
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分61020:ヒューマンインタフェースおよびインタラクション関連
研究機関北海道大学

研究代表者

渡邉 拓貴  北海道大学, 情報科学研究院, 助教 (50808433)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワードウェアラブルコンピューティング / エコーロケーション / ヒアラブル / 物体認識 / 支援技術 / 超音波 / 可聴化
研究開始時の研究の概要

エコーロケーションとは音の反射により周囲の状況を把握する技術である.一部の視覚障害者は可聴音でこの技術を利用しているが,エコーロケーションには超音波(人には聞こえない高周波音)を用いたほうが,より詳細な情報が取得できることが示されている.そこで本研究では,超音波を発信し反射音を可聴化してユーザに提示するシステムを構築する.同時に,取得した反射音を解析してシステムでも機械学習により認識を行い,ユーザに提示する.提案手法により,視覚障害者は機械の支援を受けながら,自分の耳で超音波エコーロケーションが可能になり,可聴音のエコーロケーションよりも詳細な情報を得ながら周囲を認識できる.

研究実績の概要

本研究では,可聴化された超音波反射音を用いた人による認識と,機械学習による認識を組み合わせた,人と機械の協調型エコーロケーション技術の確立を目的とする.エコーロケーションとは音の反射により周囲の状況を把握する技術である.一部の視覚障害者はこの技術を利用し,舌打ち音等の可聴音で周囲を認識しているが,エコーロケーションには超音波を用いたほうが,より詳細な情報が取得できることが示されている.そこで本研究では,超音波を発信し反射音をリアルタイムに可聴化してユーザに提示するシステムを構築する.同時に,取得した反射音を用いてシステムでも機械学習により認識を行い,ユーザに提示する.提案手法により,視覚障害者は従来不可能であったリアルタイムの超音波エコーロケーションが可能になり,可聴音のエコーロケーションよりも詳細な情報を得ながら周囲を認識できる.また機械学習も併用することで,人には認識が難しい物体や見落としがちな手がかりの検出も可能になると考えられる.人による認識と機械による認識を組み合わせることで,それぞれの特性を活かしながら,より詳細なエコーロケーションの実現を目指す.
2023年度は,提案手法利用時に影響を与えうるイヤホン型デバイス装着時の音の方向を知覚する能力(音像定位能力)の低下について調査した.調査の結果,イヤホン型デバイスを装着することで外部音取り込み機能利用時にも音像定位能力が劣化することが確認された.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の予定通り,昨年度までに人と機械の認識を組み合わせた評価実験を実行することができ,本年度はイヤホン装着時の音像定位能力劣化の影響調査と改善を行うことができたため.

今後の研究の推進方策

現在までの研究で,超音波エコーロケーションに機械学習手法を導入することについて評価した.結果として,この導入に意義があることが確認できた.
また,提案手法ではイヤホンを常時装着する必要があるが,イヤホンを装着することにより音像定位能力が低下し,提案手法利用時の新たな課題になりうることを確認し,その改善手法を実装した.
今後の推進方策として,提案手法では可聴化された超音波がユーザに常に提示されることになるが,イヤホンからの常時音声提示はユーザ本来の聴覚特性に悪影響を与える可能性や,効果的でない情報提示になっている可能性があるため,音情報の提示手法について調査を行う.

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] 超音波イメージングによる把持物体認識手法2023

    • 著者名/発表者名
      山口 駿介、渡邉 拓貴、杉本 雅則
    • 雑誌名

      情報処理学会論文誌

      巻: 64 号: 4 ページ: 955-966

    • DOI

      10.20729/00225502

    • ISSN
      1882-7764
    • 年月日
      2023-04-15
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transparency Mode of Hearable Reduces Your Spatial Hearing: Evaluation and Cancelling Method to Restore Spatial Hearing2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hiroki、Terada Tsutomu
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 11 ページ: 97952-97960

    • DOI

      10.1109/access.2023.3312713

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Human-Machine Cooperative Echolocation using Ultrasound2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Watanabe, Miwa Sumiya, and Tsutomu Terada
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 10 ページ: 125264-125278

    • DOI

      10.1109/access.2022.3224468

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Device-Free Handwritten Character Recognition Method Using Acoustic Signal2021

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Ogura, Hiroki Watanabe, and Masanori Sugimoto
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: 33 号: 5 ページ: 1082-1095

    • DOI

      10.20965/jrm.2021.p1082

    • NAID

      130008106038

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • 年月日
      2021-10-20
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effectiveness of time-varying echo information for target geometry identification in bat-inspired human echolocation2021

    • 著者名/発表者名
      Miwa Sumiya, Kaoru Ashihara, Hiroki Watanabe, Tsutomu Terada, Shizuko Hiryu, Hiroshi Ando
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 16(5) 号: 5 ページ: 1-19

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0250517

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] UltrasonicWhisper: Ultrasound Can Generate Audible Sound in Your Hearable2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Watanabe and Tsutomu Terada
    • 学会等名
      International Symposium on Wearable Computers
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 台本読みの技術向上のための入力音声の音声分析に基づく読み上げ度合い推定手法2023

    • 著者名/発表者名
      谷重翔生, 渡邉拓貴, 寺田 努, 塚本昌彦
    • 学会等名
      ユビキタスウェアラブルワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒアラブルデバイスにおける超音波攻撃による空間音響提示手法の基礎検討2023

    • 著者名/発表者名
      渡邉拓貴, 寺田 努
    • 学会等名
      ユビキタスウェアラブルワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒアラブルデバイスでの情報提示が特定周波数の主観的音量に与える影響調査とその回復手法の提案2023

    • 著者名/発表者名
      金本颯太, 渡邉拓貴, 寺田 努, 塚本昌彦
    • 学会等名
      インタラクション2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] オンライン会議において相手に与える印象を変化させる語尾ピッチ変換システム2023

    • 著者名/発表者名
      西原宗太郎, 渡邉拓貴, 寺田 努, 塚本昌彦
    • 学会等名
      インタラクション2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] オンライン会議でのリアルタイム語尾ピッチ変化・語尾伸長システム2022

    • 著者名/発表者名
      西原宗太郎, 渡邉拓貴, 寺田 努, 塚本昌彦
    • 学会等名
      ユビキタスウェアラブルワークショップ (UWW 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 特定周波数の音を聴取することで生じる主観的音量低下の回復手法2022

    • 著者名/発表者名
      金本颯太, 渡邉拓貴, 寺田 努, 塚本昌彦
    • 学会等名
      ユビキタスウェアラブルワークショップ (UWW 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒアラブルデバイスでの特定周波数の音刺激が環境音聴取時の主観的音量に与える影響の調査2022

    • 著者名/発表者名
      金本颯太, 渡邉拓貴, 寺田 努, 塚本昌彦
    • 学会等名
      第76回ユビキタスコンピューティングシステム研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 視覚情報が音声情報提示の主観的音量に与える影響の調査2022

    • 著者名/発表者名
      渡邉拓貴, 松田裕貴
    • 学会等名
      情報処理学会マルチメディア,分散,協調とモバイルシンポジウム(DICOMO 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒアラブルデバイスの外部音取り込み機能による音像定位能力変化の調査2022

    • 著者名/発表者名
      渡邉拓貴, 寺田 努
    • 学会等名
      情報処理学会マルチメディア,分散,協調とモバイルシンポジウム(DICOMO 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 人と機械による協調型エコーロケーションの提案2022

    • 著者名/発表者名
      渡邉拓貴, 角谷美和, 寺田 努
    • 学会等名
      インタラクション2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] オンライン会議において相手に与える印象を変化させるためのリアルタイム語尾ピッチ変換システム2021

    • 著者名/発表者名
      西原宗太郎, 渡邉拓貴, 寺田 努, 塚本昌彦
    • 学会等名
      情報処理学会マルチメディア,分散,協調とモバイルシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒアラブルデバイスの外部音取り込み機能による音像定位能力変化の基礎検討2021

    • 著者名/発表者名
      渡邉拓貴, 寺田 努
    • 学会等名
      ユビキタスウェアラブルワークショップ2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] オンライン会議での語尾ピッチ上昇・下降システムの使用による通信相手に与える印象変化の調査2021

    • 著者名/発表者名
      西原宗太郎, 渡邉拓貴, 寺田 努, 塚本昌彦
    • 学会等名
      ユビキタスウェアラブルワークショップ2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 特定周波数の音の聴取が主観的な音量へ与える影響の調査2021

    • 著者名/発表者名
      金本颯太, 渡邉拓貴, 寺田 努, 塚本昌彦
    • 学会等名
      ユビキタスウェアラブルワークショップ2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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