JP5652195B2 - 旋回検出装置、端末装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、例えば端末装置を携帯するユーザが歩行中に旋回したことを検出する旋回検出装置、端末装置及びプログラムに関する。

携帯電話等の携帯端末装置が採用している位置測位システムは、ＧＰＳ（Global Positioning System）が主流である。しかし、携帯端末装置のＧＰＳ機能を連続動作させると、ＧＰＳ機能による消費電力が携帯端末装置の他の機能による消費電力と比較して高いため、携帯端末装置を駆動する電池が消耗してしまい、例えば８時間程度の比較的短い連続動作しか実現できない。

一方、自律測位（又は、自律航法）を用いてユーザの歩行経路又は移動経路を推定する携帯端末装置も提案されている。自律測位を用いて推定された結果は、ナビゲーションサービス（Navigation Service）に限らず、携帯端末装置の現在位置に対応する情報提供サービス等の各種サービスに利用可能である。この種の携帯端末装置は、例えば方位を検出する方位検出機能、歩数を検出する歩数検出機能、予め入力されている歩幅と歩数の積から移動距離を算出する移動距離算出機能、現在の絶対位置を取得するＧＰＳ機能等の測位機能を有する。この種の携帯端末装置は、一定時間毎、或いは、一定移動距離毎にＧＰＳ機能が動作するようにＧＰＳ機能を間欠動作させ、これらの測位機能により取得される方位、移動距離、絶対位置等に基づいて、ユーザの移動経路を推定する。

自律測位を用いる携帯端末装置は、ＧＰＳ機能を連続動作させてユーザの移動経路を推定する携帯端末装置と比較すると、消費電力を比較的低く抑えることができる。これは、ＧＰＳ機能以外の測位機能の動作時の消費電力が、ＧＰＳ機能の動作時の消費電力と比較すると少ないことによる。しかし、ユーザの移動経路の推定精度を向上させるためには、ＧＰＳ機能以外の測位機能により正確な方位、移動距離、絶対位置等が取得される必要がある。

例えば方位検出機能が磁気センサを用いる場合、磁気センサのキャリブレーションを実行する必要がある。磁気センサを有する携帯端末装置は、磁気センサが例えば２〜３箇所に設けられ、各磁気センサが地磁気を測定して方位を取得する。しかし、これらの磁気センサのキャリブレーションを実行しても磁気センサ間の測定誤差、即ち、オフセットをゼロにすることは難しい。

又、ＧＰＳ機能以外の測位機能の測定誤差は、ユーザが携帯端末装置を携帯して移動する距離に応じて累積されて増大するため、ユーザの移動経路の推定精度を向上させるためには例えばＧＰＳ機能を比較的頻繁に動作させて誤差を補正する等の対策が必要となる。ＧＰＳ機能により取得した絶対位置にも誤差は含まれるが、ＧＰＳ機能による測位誤差は例えばバネモデルを用いた周知の歩行軌跡補間技術を用いて補正できるので、ユーザの移動距離に応じて累積されて増大する磁気センサの測定誤差はＧＰＳ機能により取得した絶対位置に基づいて補正することができる。

このように、ある程度の位置推定精度を確保するためにＧＰＳ機能を連続動作させると携帯端末装置の消費電力が比較的高くなり、消費電力を低く抑えるためにＧＰＳ機能を比較的長い間隔で間欠動作させると累積される測定誤差のために位置推定精度が低下してしまう。

しかし、ＧＰＳ機能は、繁華街、地下街、建物内等の衛星電波が届きにくい場所では利用できない。このため、ＧＰＳ機能を利用できない場合、或いは、ＧＰＳ機能を利用しても正確な絶対位置が得られない場合でも自律測位を用いる携帯端末装置の位置推定精度を向上することが望まれている。

方位検出機能の一例として、ジャイロセンサを利用して旋回動作を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。ジャイロセンサの検出出力を時間積分することで、旋回動作を検出前の向きを基準とした旋回後の向きの角度を検出し、規定値以上であれば旋回を判定することができる。しかし、このようなジャイロセンサを利用した旋回動作検出方法をユーザが携帯する携帯端末装置に適用した場合、ユーザの歩行動作により角速度にノイズが混入してしまう。これは、ユーザが歩行する際、例えば携帯端末装置を腰に固定している場合は腰振り、携帯端末装置を手に持っている場合は腕振り等により、携帯端末装置の角速度がユーザの歩行動作により大きく影響されることによる。このように検出した角速度にノイズが混入していると、正確な旋回動作の検出は難しい。

実開平６−１２１８８号公報 特開２００８−２９８４８６号公報

http://www.phoenix-c.or.jp/~hideo/reha/kouen/092aruku.html http://harp.lib.hiroshima-u.ac.jp/bitstream/harp/1509/1/ sosho30Yanagawa.pdf

従来の旋回検出方法では、ユーザが携帯する端末装置に適用した場合に正確な旋回動作の検出を行うことは難しいという問題があった。

そこで、本発明は、ユーザが携帯する端末装置に適用した場合でも、正確な旋回動作の検出が可能な旋回検出装置、端末装置及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、ユーザに携帯される端末装置に搭載される旋回検出装置であって、前記端末装置の加速度を示す加速度信号から偶数歩に相当する歩行周期を計測する歩行周期計測部と、前記端末装置の角速度を示す角速度信号を前記歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、基準面に対する角度を示す現在の向きと前記歩行周期に相当する時間だけ前の向きとの差分を検出する向きの差分検出部と、前記差分に基づいて前記端末装置の旋回を判定し、判定結果を示す旋回検出信号を出力する旋回判定部を備え、前記偶数歩に相当する前記歩行周期は、前記旋回判定部で旋回として検出する旋回角度の大きさに応じた値である旋回検出装置が提供される。

本発明の一観点によれば、ユーザに携帯される端末装置であって、前記端末装置の加速度を検出して加速度信号を出力する加速度センサと、前記端末装置の角速度を検出して角速度信号を出力する角速度センサと、前記加速度信号から偶数歩に相当する歩行周期を計測する歩行周期計測部と、前記角速度信号を前記歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、基準面に対する角度を示す現在の向きと前記歩行周期に相当する時間だけ前の向きとの差分を検出する向きの差分検出部と、前記差分に基づいて前記端末装置の旋回を判定し、判定結果を示す旋回検出信号を出力する旋回判定部を備え、前記偶数歩に相当する前記歩行周期は、前記旋回判定部で旋回として検出する旋回角度の大きさに応じた値である端末装置が提供される。

本発明の一観点によれば、ユーザに携帯される端末装置に搭載されるコンピュータに旋回検出処理を実行させるプログラムであって、前記端末装置の加速度を示す加速度信号を加速度センサから入力し、前記加速度信号に基づいて偶数歩に相当する歩行周期を計測して記憶部に格納する歩行周期計測手順と、前記端末装置の角速度を示す角速度信号を角速度センサから入力し、前記角速度信号を前記歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、基準面に対する角度を示す現在の向きと前記歩行周期に相当する時間だけ前の向きとの差分を検出して前記記憶部に格納する向きの差分検出手順と、前記差分に基づいて前記端末装置の旋回を判定し、判定結果を示す旋回検出信号を出力して前記記憶部に格納する旋回判定手順を前記コンピュータに実行させ、前記偶数歩に相当する前記歩行周期は、前記旋回判定手順で旋回として検出する旋回角度の大きさに応じた値であるプログラムが提供される。

開示の旋回検出装置、端末装置及びプログラムによれば、ユーザが携帯する端末装置に適用した場合でも、正確な旋回動作の検出が可能となる。

本発明の第１実施例における端末装置の一例を示すブロック図である。 端末装置がユーザの腰に装着された状態で歩行動作をした場合の端末装置の向きを説明する平面図である。 携帯電話を携帯するユーザの歩行時にジャイロセンサが検出して出力する角速度の一例を示す図である。 図３に示す角速度を４歩毎に積分した結果に基づいて生成される旋回検出信号を示す図である。 携帯電話を形成可能なコンピュータシステムの構成の一例を示すブロック図である。 携帯電話の旋回検出処理を説明するフローチャートである。 旋回検出処理を説明するフローチャートである。 歩行周期計測処理を説明するフローチャートである。 向きの差分検出処理を説明するフローチャートである。 旋回判定処理を説明するフローチャートである。 第２実施例における向きの差分検出処理を説明するフローチャートである。 第１変形例における歩行周期計測処理を説明するフローチャートである。 図１２の歩行周期計測処理における積分区間の算出を説明する図である。 図１２の歩行周期計測処理における角速度信号のサンプル数を説明する図である。 第１実施例で算出される３軸の積分値の二乗和を示す図である。 第１変形例で算出される３軸の積分値の二乗和を示す図である。 第１実施例における旋回検出信号生成処理を説明するフローチャートである。 第２変形例における旋回検出信号生成処理を説明するフローチャートである。 第１実施例における１軸の積分値を示す図である。 第２変形例における３軸積分値の二乗和を示す図である。 第３変形例の動作を説明する図である。

開示の旋回検出装置、端末装置及びプログラムでは、ユーザに携帯される端末装置の加速度を示す加速度信号から偶数歩に相当する歩行周期を計測し、端末装置の角速度を示す角速度信号を歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、基準面に対する角度を示す現在の向きと歩行周期に相当する時間だけ前の向きとの差分を検出し、この差分に基づいて端末装置の旋回を判定する。

以下に、開示の旋回検出装置、端末装置及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。

（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例における端末装置の一例を示すブロック図である。この例では、本発明が携帯電話に適用されているが、端末装置はＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の通信機能を有する端末装置であっても良いことは言うまでもない。

図１に示す携帯電話１００は、旋回検出装置１、センサ群２、及びリンク推定装置３を有する。旋回検出装置１は、歩行周期計測部１１、向きの差分検出部１２、及び旋回判定部１３を含む。センサ群２は、ジャイロスコープ（gyroscope）又は角速度を検出する角速度センサ（以下、ジャイロセンサと言う）２１、及び加速度センサ２２等を含む。

ユーザが歩行する際、例えば携帯電話１００を腰に固定している場合は腰振り、携帯端末装置を手に持っている場合は腕振り等により、携帯電話１００の角速度がユーザの歩行動作により大きく影響される。そこで、この例では、腰振りや腕振りが偶数歩周期で繰り返すという特徴に着目し、旋回検出装置１の歩行周期計測部１１は、加速度センサ２２が検出して出力する加速度（即ち、加速度を示す加速度信号）から歩行周期を周知の方法で計測する。尚、歩行周期計測部１１は、加速度センサ２２が検出して出力する加速度に加え、ジャイロセンサ２１が検出して出力する角速度（即ち、角速度を示す角速度信号）も用いて歩行周期を周知の方法で計測しても良い。又、旋回検出装置１の向きの差分検出部１２は、ジャイロセンサ２１が検出して出力する角速度を、歩行周期計測部１１で計測した歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、携帯電話１００の現在の向き（即ち、基準面に対する角度、以下単に角度とも言う）と歩行周期に相当する時間だけ前の向き（即ち、角度）との差を検出する。旋回検出装置１の旋回判定部１３は、向きの差分検出部１２が検出した角度差に基づいて、携帯電話１００の旋回角度、或いは、旋回の有無と旋回角度を判定して判定結果（即ち、旋回検出信号）を出力する。

つまり、この例では、人間の歩行は同じ動作を２歩単位で繰り返す動作であるという特徴に着目し、「歩行周期×偶数」毎に携帯電話１００の向きを検出し、「歩行周期×偶数」毎に検出された向きの差分を検出することにより歩行動作により生じるノイズを低減する。又、旋回動作に必要となる歩数分（即ち、偶数歩分）毎に携帯電話１００の向きを検出し、「歩行周期×偶数」毎に検出された向きの差分を検出することにより、旋回動作により生じる携帯電話１００の向きの変化量を算出し、旋回動作を検出するための信号を増幅する。

図２は、一例として、端末装置（又は、携帯電話１００）が人間（即ち、ユーザ）の腰に装着された状態で、ユーザが歩行動作をした場合の端末装置の向きを説明する平面図である。この例では、ユーザが図２の左側から右側へ方向するものとする。直立状態ＳＴ１では、ユーザの両脚は平行で携帯電話１００は破線で示す歩行方向を向いているが、右足を踏み出した状態ＳＴ２では携帯電話１００の向きは歩行方向より左を向く。その後、左足を踏み出した状態ＳＴ３では、携帯電話１００の向きは歩行方向より右を向き、更に右足を踏み出した状態ＳＴ４では、携帯電話１００の向きは歩行方向より左を向く。例えば、ユーザの歩行動作のうち、右足を踏み出すタイミングにおける携帯電話１００の姿勢だけを抽出した場合、右足を踏み出すタイミングにおける携帯電話１００の姿勢は、状態ＳＴ２，ＳＴ４からもわかるように同じである。同様に、左足を踏み出すタイミングにおける携帯電話１００の姿勢だけを抽出した場合、左足を踏み出すタイミングにおける携帯電話１００の姿勢は同じである。このため、「歩行周期×偶数」毎、例えば、２歩毎又は４歩毎に携帯電話１００の向きの差部を検出すれば、腰振りによる影響を低減できることがわかる。

図３は、携帯電話１００を腰に固定したユーザの歩行時にジャイロセンサ２１が検出して出力する角速度の一例を示す図である。図３中、縦軸は角速度を任意単位で示し、横軸は時間を秒（sec）で示す。図３からもわかるように、ジャイロセンサ２１の検出出力には、ユーザの腰振りにより発生する角速度が周期的に現れることが確認された。

そこで、腰振りにより発生する角速度を低減するために、向きの差分検出部１２は、ジャイロセンサ２１が検出して出力する角速度を、歩行周期計測部１１は計測した歩行周期で積分する。これにより、指定した偶数歩前の携帯電話１００の向き（即ち、角度）を基準とした携帯電話１００の現在の向き（即ち、角度）の基準との差分を検出することができる。つまり、向きの差分検出部１２は、ユーザの旋回動作に必要となる歩数（即ち、偶数歩）で角速度を積分することにより、旋回前の携帯電話１００の向きを基準とした、旋回後の携帯電話１００の向きを検出することができる。

図４は、図３に示す角速度を向きの差分検出部１２でユーザの４歩毎に積分した結果に基づいて旋回判定部１３で生成される旋回検出信号を示す図である。図４中、縦軸は向きの差分検出部１２が出力する向き（即ち、角度）の差分に基づいて旋回角度、或いは、旋回角度と旋回の有無を示す旋回検出信号（deg²）を示し、横軸は時間を秒（sec）で示す。図４の例は、計測周波数が２５Ｈｚの場合を示す。図４からもわかるように、腰振りにより携帯電話１００の角速度に混入するノイズが低減され、旋回検出信号が増幅されることが確認された。又、腕振りにより携帯電話１００の角速度に混入するノイズも、上記と同様の処理を行うことで低減可能となることは言うまでもない。

このようにして、歩行動作により携帯電話１００の角速度に生じるノイズを低減し、ユーザの旋回動作中に検出される旋回検出信号を増幅することができるので、旋回検出装置１の旋回判定部１３は、旋回検出信号に基づいて携帯電話１００の旋回角度、或いは、旋回の有無と旋回角度を正確に判定して判定結果を出力可能となる。このため、旋回判定部１３は、ユーザの歩行動作により携帯電話１００の角速度にノイズが混入しても、ノイズを低減して歩行動作中の旋回動作を誤検出しにくくなる。

又、歩行周期に設定する偶数歩は、旋回を検出する角度の大きさに応じて決定すれば良い。ユーザが旋回するまでに要する歩数を歩行周期、即ち、積分区間に設定することで、旋回検出精度を更に向上することができる。

図１の説明に戻るに、リンク推定装置３は、加速度センサ２２の検出結果及び旋回判定部１３の判定結果に基づいて、携帯電話１００の直線移動距離を組み合わせたリンクに関するリンク情報を周知の方法で取得して記憶部（図示せず）に格納する。リンク推定装置３は、旋回検出装置１の旋回判定部１３が判定した端末装置１００の旋回角度に基づいて、周知の方法で旋回の角度を算出することができる。又、リンク推定装置３は、ユーザが入力部（図示せず）から入力したユーザの１歩分の長さを表す歩幅情報、或いは、デフォルトの歩幅情報を予め記憶部に保持しており、当該歩幅情報と、加速度センサ２２が検出して出力する加速度から算出される歩数情報とから、ユーザの移動距離（＝歩幅×歩数）を計算することができる。移動距離の求め方自体は、加速度センサを用いた周知の歩数計と同様で良いため、その詳細な説明は省略する。従って、リンク推定装置３は、携帯電話１００を携帯するユーザが旋回して進行方向を転換してから次に進行方向を転換するまでの直線移動距離、即ち、リンク長を求めることができる。リンクとは、移動距離の長さを有する線分のことを言う。リンクは移動経路に相当し、有限の長さを有する一又は複数の節で形成される。リンクを繋げた経路が、端末装置１００の推定移動経路となる。

尚、携帯電話１００は、周知の通話機能を備えており、更にメール、インターネット等の周知の通信機能、周知の撮影機能、周知のＧＰＳ機能等の各種機能を備えても良いが、図１ではこれら各種機能を実現するための構成の図示は省略する。ＧＰＳ機能は、例えば複数のＧＰＳ衛星からの信号をアンテナで受信して携帯電話１００の絶対位置（即ち、緯度及び経度で示される位置）を取得する。

図１に示す旋回検出装置１、或いは、旋回検出装置１及びリンク推定装置３は、
例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサと記憶部の組み合わせにより形成可能である。図５は、携帯電話１００を形成可能なコンピュータシステムの構成の一例を示すブロック図である。

図５において、コンピュータシステム（又は、携帯電話）１００は、ＣＰＵ１０１、記憶部１０２、無線通信を行う通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１０３、加速度センサ１０４、ジャイロセンサ１０５、地磁気センサ１０６、ＧＰＳ受信機１０７、入力部２０１、及び表示部２０２がバス１０８により接続された構成を有する。この例では、記憶部１０２、通信Ｉ／Ｆ１０３、加速度センサ１０４、ジャイロセンサ１０５、地磁気センサ１０６、ＧＰＳ受信機１０７、入力部２０１、及び表示部２０２がバス１０８を介してＣＰＵ１０１に接続されているが、バス１０８を用いることなくを夫々直接ＣＰＵ１０１に接続した構成であっても良い。バス１０８を介さずに直接ＣＰＵ１０１と信号の送受信を行う場合、バス１０８上のトラフィックの問題が軽減できる。

加速度センサ１０４及びジャイロセンサ１０５は、夫々図１に示す加速度センサ２２及びジャイロセンサ２１に相当する。加速度センサ１０４は、例えば３軸方向の加速度を検出する周知のセンサで形成可能である。ジャイロセンサ１０５は、例えば基準面に対する相対角度を検出する角速度センサで形成可能である。地磁気センサ１０６は、例えば３軸座標系上での地磁気を検出する周知の磁気方位センサで形成可能である。ＧＰＳ受信機１０７は、例えば複数のＧＰＳ衛星からの信号をアンテナ（図示せず）で受信して携帯電話１００の絶対位置（即ち、緯度及び経度で示される位置）を取得する周知の構成を有する。

ＣＰＵ１０１は、コンピュータシステム１００全体の制御を司り、旋回検出機能を実現するか、或いは、旋回検出処理を実行する旋回検出プログラムを含む各種プログラムを実行することで旋回検出装置１の各機能を実現できる。コンピュータシステム１００は、リンク推定機能を実現するか、或いは、リンク推定処理を実行するリンク推定プログラムを実行することでリンク推定装置３の各機能を実現しても良い。記憶部１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、及びＣＰＵ１０１が実行する算出処理等の中間データ、地図等を含む各種データを格納する。つまり、記憶部１０２は、旋回検出装置１内、或いは、旋回検出装置１及びリンク推定装置３内の各部が取得、検出、算出、補正、或いは変換した情報を記憶できる。記憶部１０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で形成可能である。入力部２０１は、例えばテンキー、キーボード等で形成可能である。入力部２０１は、コンピュータシステム（即ち、携帯電話）１００にコマンドやデータを入力する際にユーザにより操作される。表示部２０２は、入力部２０１からの入力情報、ユーザへのメッセージ、各種操作メニュー、地図、推定移動経路等を表示する。入力部２０１及び表示部２０２は、タッチパネル等により一体的に設けられていても良い。

コンピュータシステム１００に少なくとも旋回検出機能を持たせるプログラム（旋回検出プログラム）は、コンピュータシステム１００（即ち、ＣＰＵ１０１）を旋回検出機能を有する旋回検出装置１として動作させる。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されていても良い。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、例えばＩＣ（Integrated Circuit）カードメモリ等の半導体記憶装置、フロッピー（登録商標）ディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体に限定されるものではなく、コンピュータシステム１００でアクセス可能な各種記録媒体を含む。又、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、例えば記憶部１０２で形成されても良い。

言うまでもなく、ＣＰＵ１０１は、旋回検出機能に加え、各種プログラムを実行することでリンク推定装置３のリンク推定機能、携帯電話１００の通話機能、通信機能、撮影機能等の各種機能の少なくとも一部を更に実現しても良い。

次に、コンピュータシステム（即ち、携帯電話）１００の旋回検出処理を図６乃至図１０と共に説明する。図６乃至図１０の処理は、例えばＣＰＵ１０１により実行される。以下の説明では、ユーザは携帯電話１００を携帯しているものとする。

図６は、携帯電話１００の旋回検出処理を説明するフローチャートである。図６において、ステップＳ１は、携帯電話１００の電源がオン（ＯＮ）であるか否かを判定する。例えばユーザが入力部２０１の電源キー（図示せず）を操作して携帯電話１００の電源をオンにすると、ＣＰＵ１０１は携帯電話１００のオン状態を周知の方法で検出できる。ステップＳ１の判定結果がＹＥＳになると、ステップＳ２は、図７と共に後述する旋回検出処理を行う。ステップＳ２の後、ステップＳ３は、携帯電話１００の電源がオフ（ＯＦＦ）であるか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ２へ戻る。一方、ステップＳ３の判定結果がＹＥＳであると、処理は終了する。

図７は、旋回検出処理を説明するフローチャートであり、旋回検出装置１が実行する処理を示す。図７において、ステップＳ２１は、図８と共に後述する歩行周期計測処理を行う。ステップＳ２２は、図９と共に後述する向きの差分検出処理を行う。ステップＳ２３は、図１０と共に後述する旋回判定処理を行う。

旋回検出処理は、測定した歩行周期に基づいて携帯電話１００の向き（即ち、角度）の差分をから旋回検出信号を生成し、旋回検出信号の振幅がある一定値以上であれば携帯電話１００の旋回動作であると判定する。

図８は、歩行周期計測処理を説明するフローチャートであり、歩行周期計測部１１が実行する処理を示す。図８において、ステップＳ２１１は、加速度センサ１０６（又は、２２）が出力する３軸の加速度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を入力する。ステップＳ２１２は、入力した加速度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から、重力方向の加速度を抽出する。重力方向の加速度は、例えばユーザが停止している状態の加速度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を重力加速度の成分として重力ベクトルを求め、この重力ベクトルの絶対値を重力方向の加速度信号として抽出することができる。ステップＳ２１３は、重力方向の加速度信号に対してローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low-Pass Filter）を通して高周波ノイズを低減する。例えば非特許文献１で報告されているように、人間が急いで（又は、早足で）歩行する場合の歩調は１４０歩／分程度であるため、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、例えば２．４Ｈｚ程度に設定しても良い。

ステップＳ２１４は、ステップＳ２１３で高周波ノイズを低減された加速度信号に基づいて、ユーザが歩行中であるか否かを判定する。ユーザが歩行中であるかを判定する方法として、例えば計測した歩行周期が既定値以内である場合は歩行中であると判定し、それ以外は歩行中ではないと判定することができる。この場合の既定値は、例えば非特許文献１で報告されているように、人間の歩調が急いで歩行する場合は１４０歩／分程度であるのに対し、ゆっくり歩行する場合は７０歩／分程度であるため、例えば０．８５sec〜０．４２secに設定しても良い。ステップＳ２１４の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ２１５は重力方向の加速度信号の周期を測定して歩行周期とし、処理は終了する。一方、ステップＳ２１４の判定結果がＮＯであると、ステップＳ２１６は歩行周期をゼロ（０）に設定し、処理は終了する。

歩行周期を計測するために、地磁気センサ１０６が出力する磁束密度を用いても良い。３軸の各軸の磁束密度も人間の歩行動作により周期的に変動するので、各軸の磁束密度を合成し（例えば、二乗和を求め）、上記加速度の場合と同様にノイズの低減、周期の計測を行うことで、歩行周期を計測することができる。

又、歩行周期を計測するためにジャイロセンサ１０５（又は、２１）が出力する角速度を用いても良い。角速度も同様に人間の歩行動作により周期的に変動する。３軸各軸の角速度値のうち、最も振幅の大きい信号を出力している軸を抽出し、その軸の信号を上記加速度又は上記磁束密度の場合と同様にノイズの低減、周期の測定を行うことで、歩行周期を計測することができる。

更に、歩行周期を計測する手法として、旋回検出信号から逆算しても良い。つまり、歩行周期としてあり得る範囲を設定し、その範囲内と合致する積分区間を探索範囲と定義して、最適な積分値を探索し、最適な積分値を算出することができた時の歩行周期を、最適な歩行周期として、向きの差分検出を行うこともできる。例えば非特許文献２で報告されている日本人の自然歩行時の歩調に基づき、歩行周期の探索範囲を例えば０．３７sec〜０．６３secに設定しても良い。上記の歩調としてあり得る範囲から積分区間を求めるためには、歩調と旋回歩数の積を求めれば良い。例えば、旋回歩数を４歩とすると、積分区間は１．４８sec〜２．５２secとなる。積分区間が１．４８sec〜２．５２sec であるときの積分値を算出し、積分値が最小となる積分区間を求め、求めた積分区間から求められる歩行周期を最適な歩行周期と定義することができる。このとき、積分値が極小となる積分区間を求め、最適な歩行周期と定義しても良い。

上記の如く、歩行周期計測部１１の歩行周期計測機能は、ＣＰＵ１０１が記憶部１０２及び加速度センサ１０４を用いることで実現できるが、加速度センサ１０４の代わりにジャイロセンサ１０５或いは地磁気センサ１０６を用いても良い。このように歩行周期計測機能を実現する各部は、１つの装置を形成するモジュールの形態を有しても良い。

図９は、向きの差分検出処理を説明するフローチャートであり、向きの差分検出部１２が実行する処理を示す。図９において、ステップＳ２２１は、図８の歩行周期計測処理で計測した歩行周期を入力し、ステップＳ２２２は、ユーザの旋回動作に必要となる歩数（即ち、偶数歩）を入力する。旋回動作に必要となる歩数（即ち、旋回歩数）は、ユーザが入力部２０１から入力しても、デフォルトで予め設定され記憶部１０２に格納されている旋回歩数を記憶部１０２から読み出して入力しても良い。ステップＳ２２３は、ステップＳ２２１，２２２で入力された歩行周期と旋回歩数に基づいて、積分区間を「積分区間」＝「歩行周期」×「旋回歩数」から算出する。尚、歩行周期は、後述する第１変形例のようにリアルタイムに更新しても良く、過去の値を用いて平均化した歩行周期を用いても良い。又、旋回歩数は、ジャイロセンサ１０５の出力に生じる周期的な波形を低減するために偶数歩に設定するが、歩数が大きすぎると後の積分処理で設定する積分区間が大きくなり、積分誤差が発生して誤差の累積の原因となる。積分誤差は、例えば歩行周期の計測誤差、オフセット誤差等により発生する。旋回に必要となる旋回歩数ｓ（歩、又は、steps）は、例えば1歩毎に発生する積分誤差ｅ（度／歩、又は、deg/step）を実験的に求めておき、旋回角度の要求精度ａ（度、又は、deg）とすると、ｅ×ｓ＜ａ、且つ、ｓを２で割った余りが０となる、即ち、ｓが偶数であることを満足する旋回歩数ｓに決定しても良い。

ステップＳ２２４は、ジャイロセンサ１０５が出力する角速度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を入力する。ステップＳ２２５は、オフセット誤差を補正するためのオフセット値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を入力する。オフセット値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、オフセット値は、例えばユーザが停止中の状態でジャイロセンサ１０５が出力する角速度に基づいて計測して用いても良く、角速度の平均値を用いても良い。ステップＳ２２６は、オフセット誤差を補正するために、角速度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）からオフセット値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を減算する。ステップＳ２２７は、オフセット誤差を補正した各軸の角速度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対して、ステップＳ２２３で算出した積分区間で積分を実行し、処理は終了する。

図９の各ステップＳ２２１〜Ｓ２２７で入力又は算出された値は、記憶部１０２に格納される。

上記の如く、向きの差分検出部１２の向きの差分検出機能は、ＣＰＵ１０１が記憶部１０２及びジャイロセンサ１０５を用いることで実現できる。このように向きの差分検出機能を実現する各部は、１つの装置を形成するモジュールの形態を有しても良い。

図１０は、旋回判定処理を説明するフローチャートであり、旋回判定部１３が実行する処理を示す。図１０において、ステップＳ２３１は、図９の向きの差分検出処理により検出された向きの差分（即ち、各軸の角速度の積分値）に基づいて旋回角度、或いは、旋回角度と旋回の有無を示す旋回検出信号を生成する。旋回検出信号は、例えば重力加速度から重力方向を検出し、３軸の角速度値からヨーレート（yaw rate）を抽出することで算出しても良い。又、各軸の角速度を合成し（例えば、二乗和を求め）て旋回検出信号を算出しても良い。

ステップＳ２３２は、閾値Ｔｈを入力する。この閾値Ｔｈは、ユーザが入力部２０１から入力しても、デフォルトで予め設定され記憶部１０２に格納されている閾値Ｔｈを記憶部１０２から読み出して入力しても良い。閾値Ｔｈは、旋回検出処理の結果を用いるアプリケーションソフトウェア（又は、プログラム）の要求精度によって決定すれば良い。例えば、旋回検出処理の結果を携帯電話１００の位置推定処理に利用する場合、携帯電話１００の絶対位置の周囲の地図情報から検出した曲がり角の最小角度を閾値Ｔｈとしても良い。ステップＳ２３３は、ステップＳ２３１で生成した旋回検出信号がステップＳ２３２で入力した閾値Ｔｈより大きいか否かを判定する。ステップＳ２３３の判定結果がＮＯであると、ステップＳ２３４は、直進動作であり旋回動作は無いと判定し、処理は終了する。一方、ステップＳ２３３の判定結果がＹＥＳであると、旋回動作が有ると判定し、処理は終了する。

しかし、実際にはωやtに誤差が含まれているため、閾値Ｔｈの理想値はθ^２ではない。つまり、積分値を合成した結果は、オフセットEo（ジャイロセンサ１０５の基準電圧誤差、積分誤差等）と、信号強度誤差Es（ジャイロセンサ１０５の感度誤差）を含むと考えられるため、閾値Ｔｈの誤差を考慮して閾値Ｔｈの値はθ^２×Es＋Eoに補正しても良い。

上記の如く、旋回判定部１３の旋回判定機能は、ＣＰＵ１０１が記憶部１０２を用いることで実現できる。そこで、旋回検出装置１の各機能を実現するＣＰＵ１０１、記憶部１０２、加速度センサ１０４、及びジャイロセンサ１０５は、１つの装置を形成するモジュールの形態を有しても良い。又、このモジュールに、地磁気センサ１０６及びＧＰＳ受信機１０７の少なくとも一方を更に備えて、旋回検出装置１及びリンク推定装置３の機能を実現するようにしても良い。

（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例を図１１と共に説明する。尚、第２実施例における携帯電話１００の構成は図１又は図５と同じであるため、その図示及び説明は省略する。

この例では、ジャイロセンサ１０５（又は２１）の代わりに地磁気センサ１０６を用いて旋回動作検出を行う。この場合、向きの差分検出処理と、旋回判定処理の旋回検出信号の生成方法と閾値の決定方法が上記第１実施例の場合と異なる。

図１１は、第２実施例における向きの差分検出処理を説明するフローチャートであり、向きの差分検出部１２が実行する処理を示す。図１１中、図９と同一ステップには同一符号を節、その説明は省略する。図１１において、ステップＳ１２２４は、地磁気センサ１０６が出力する磁束密度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を入力して記憶部１０２に格納する。ステップＳ１２２５は、現在から計測区間前に地磁気センサ１０６が出力した磁束密度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、例えば記憶部１０２から読み出すことで抽出する。ステップＳ１２２６は、ステップＳ１２２４で入力した現在の磁束密度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とステップＳ１２２５で抽出された計測区間前の磁束密度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の差を算出し、上記第１実施例における積分値と同様に記憶部１０２に格納する。この磁束密度の差は、上記第１実施例における積分値と同様に扱うことができる。

旋回判定処理は、図１０と同様で良いが、旋回検出信号の生成方法と閾値の決定方法を上記第１実施例の場合と変える。図１０のステップＳ２３１において旋回検出信号を生成する際に、例えば各軸の磁束密度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から算出した差の値の二乗和を算出すれば良い。又、図１０のステップＳ２３２で入力する閾値Ｔｈは、例えば水平分力をＨ（μＴ）、要求精度をθa（deg）としたとき、Ｔ＝｛２Ｈｃｏｓ（θa／２）｝^２と算出すれば良い。

（第１変形例）
第１変形例では、上記第１実施例において図８に示す歩行周期計測処理の代わりに、図１２に示す歩行周期計測処理を行う。図１２は、第１変形例における歩行周期計測処理を説明するフローチャートであり、歩行周期計測部１１が実行する処理を示す。図１２において、ステップＳ１２１１は、歩行周期をリアルタイムに歩行周期計測処理で求めた歩行周期に更新、或いは、過去の歩行周期計測処理で求めた歩行周期を平均化した歩行周期に更新する。ステップＳ１２１２は、図９に示す向きの差分検出処理と同様の処理を行う。ステップＳ１２１３は、ステップＳ１２１２の向きの差分検出処理で求めた積分値が最小Minであるか否かを判定する。

図１３は、図１２の歩行周期計測処理における積分区間の算出を説明する図である。図１３中、縦軸は積分値を示し、横軸は積分区間（sec）を示す。ステップＳ１２１３は、例えば図１３に示す如き積分区間の規定範囲内で、積分値が最小となる積分区間を探索する。この例では、積分値が最小となる積分区間は１．８４（sec）である。又、ジャイロセンサ１０５（又は２１）から得られる角速度を示す角速度信号を１サンプル取得する毎に、積分値が最小となる積分区間を探索する。図１４は、図１２の歩行周期計測処理における角速度信号のサンプル数を説明する図である。図１４中、縦軸は算出した積分区間（sec）を示し、横軸は角速度信号のサンプル数を示す。図１３に示す積分区間は、例えば図１４中○印で示すサンプル数を取得した結果探索される積分値が最小となる積分区間である。

ステップＳ１２１３の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ１２１４は、最適歩行周期を更新する。ステップＳ１２１３の判定結果がＮＯ、或いは、ステップＳ１２１４の後、ステップＳ１２１５は、全歩行周期の積分値の算出が完了したか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ１２１１へ戻る。一方、ステップＳ１２１５の判定結果がＹＥＳであると、処理は終了する。尚、サンプリングレートを上げれば、向きの変化を強調することができる。

図１５は、第１実施例で図９に示す向きの差分検出処理により算出される３軸の積分値の二乗和を示す図である。又、図１６は、第１変形例のステップ１２１２で算出される３軸の積分値の二乗和を示す図である。図１５及び図１６中、縦軸は積分値の二乗和に相当するエネルギー値（deg²）を示し、横軸は時間（sec）を示す。又、図１５及び図１６において、黒い実線は３軸の積分値を示し、梨地の線は曲がり角、即ち、旋回角度を示す。図１５と図１６の比較からも明らかなように、第１変形例の場合の方がエネルギー値の上昇が更に鮮明（即ち、シャープ）になり、向きの変化を強調可能なことが確認された。

（第２変形例）
第２変形例では、上記第１実施例における図１０に示す旋回判定処理のステップＳ２３１で行う旋回検出信号生成処理が上記第１実施例の場合と異なる。

図１７は、第１実施例におけるステップＳ２３１の旋回検出信号生成処理を説明するフローチャートである。図１７において、ステップＳ２３１１は、向きの差分検出処理で算出された各軸の積分値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を入力し、ステップＳ２３１２は、重力方向を入力する。ステップＳ２３１３は、各軸の積分値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び重力方向に基づいてヨー（yaw）方向の成分を抽出し、ステップＳ２３１４は、抽出されたヨー方向の成分を旋回検出信号として処理は終了する。

図１８は、第２変形例におけるステップＳ２３１の旋回検出信号生成処理を説明するフローチャートである。図１８において、ステップＳ２３１１は、向きの差分検出処理で算出された各軸の積分値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を入力する。ステップＳ２３５１は、各軸の積分値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の二乗和を算出し、ステップＳ２３５２は、算出された各軸の積分値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の二乗和を旋回検出信号として処理は終了する。

図１９は、第１実施例における１軸の積分値を示す図である。図１９中、縦軸は１軸積分値に相当するエネルギー値（deg²）を示し、横軸は時間（sec）を示し、黒い実線は１軸（ヨー）積分値を示し、梨地の線は曲がり角、即ち、旋回角度を示す。又、図２０は、第２変形例における３軸積分値の二乗和を示す図である。図２０中、縦軸は３軸積分値の二乗和に相当するエネルギー値（deg²）を示し、横軸は時間（sec）を示し、黒い実線は３軸の積分値を示し、梨地の線は曲がり角、即ち、旋回角度を示す。図１９と図２０の比較からも明らかなように、第２変形例の場合の方がエネルギー値の上昇が更に鮮明（即ち、シャープ）になり、向きの変化を強調可能なことが確認された。

尚、上記の例では、歩行周期計測部１１は加速度センサ２２を用いて歩行周期を計測しているが、人間が偶数歩分だけ歩行するのに要する標準的な歩行時間を予め記憶しておき、歩行周期として利用しても良い。この場合、加速度センサ２２を用いた歩行周期の計測は不要となるが、ユーザが標準的な歩行動作を行っていることが前提となる。

上記各実施例及び変形例によれば、端末装置を携帯するユーザが旋回した場合に、歩行動作により生じるノイズを低減して正確な旋回動作の検出が可能となる。又、ジャイロセンサ等の電力は、例えばＧＰＳ受信機と比較すると消費電力が少ないので、比較的少ない消費電力で正確な旋回動作の検出が可能である。更に、ジャイロセンサは例えば地磁気センサと比較すると外乱要因が少ないので、ジャイロセンサを用いることで外乱要因に影響されずに正確な旋回動作の検出が可能となる。

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
ユーザに携帯される端末装置に搭載される旋回検出装置であって、
前記端末装置の加速度を示す加速度信号から偶数歩に相当する歩行周期を計測する歩行周期計測部と、
前記端末装置の角速度を示す角速度信号を前記歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、基準面に対する角度を示す現在の向きと前記歩行周期に相当する時間だけ前の向きとの差分を検出する向きの差分検出部と、
前記差分に基づいて前記端末装置の旋回を判定し、判定結果を示す旋回検出信号を出力する旋回判定部
を備えたことを特徴とする、旋回検出装置。
（付記２）
前記偶数歩に相当する前記歩行周期は、前記旋回判定部で旋回として検出する旋回角度の大きさに応じた値であることを特徴とする、付記１記載の旋回検出装置。
（付記３）
前記旋回判定部は、前記端末装置の旋回角度、或いは、旋回の有無と旋回角度を示す旋回検出信号を出力することを特徴とする、付記１又は２記載の旋回検出装置。
（付記４）
前記歩行周期計測部は、前記時間積分した結果である積分値が最小となる積分区間を前記歩行周期に設定することを特徴とする、付記１乃至３のいずれか１項記載の旋回検出装置。
（付記５）
前記旋回判定部は、前記角速度信号の３軸の積分値の二乗和から前記旋回検出信号を生成することを特徴とする、付記１乃至４のいずれか１項記載の旋回検出装置。
（付記６）
ユーザに携帯される端末装置であって、
前記端末装置の加速度を検出して加速度信号を出力する加速度センサと、
前記端末装置の角速度を検出して角速度信号を出力する角速度センサと、
前記加速度信号から偶数歩に相当する歩行周期を計測する歩行周期計測部と、
前記角速度信号を前記歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、基準面に対する角度を示す現在の向きと前記歩行周期に相当する時間だけ前の向きとの差分を検出する向きの差分検出部と、
前記差分に基づいて前記端末装置の旋回を判定し、判定結果を示す旋回検出信号を出力する旋回判定部
を備えたことを特徴とする、端末装置。
（付記７）
前記偶数歩に相当する前記歩行周期は、前記旋回判定部で旋回として検出する旋回角度の大きさに応じた値であることを特徴とする、付記６記載の端末装置。
（付記８）
前記旋回判定部は、前記端末装置の旋回角度、或いは、旋回の有無と旋回角度を示す旋回検出信号を出力することを特徴とする、付記６又は７記載の端末装置。
（付記９）
前記歩行周期計測部は、前記時間積分した結果である積分値が最小となる積分区間を前記歩行周期に設定することを特徴とする、付記６乃至８のいずれか１項記載の端末装置。
（付記１０）
前記旋回判定部は、前記角速度信号の３軸の積分値の二乗和から前記旋回検出信号を生成することを特徴とする、付記６乃至９のいずれか１項記載の端末装置。
（付記１１）
前記加速度信号及び前記旋回検出信号に基づいて、前記端末装置の直線移動距離を組み合わせたリンクに関するリンク情報を取得するリンク推定装置
を更に備えたことを特徴とする、付記６乃至１０のいずれか１項記載の端末装置。
（付記１２）
地磁気センサ、又は、絶対位置を検出するセンサのうち少なくとも一方と、
無線通信を行う通信部
を更に備えたことを特徴とする、付記６乃至１１のいずれか１項記載の端末装置。
（付記１３）
ユーザに携帯される端末装置に搭載されるコンピュータに旋回検出処理を実行させるプログラムであって、
前記端末装置の加速度を示す加速度信号を加速度センサから入力し、前記加速度信号に基づいて偶数歩に相当する歩行周期を計測して記憶部に格納する歩行周期計測手順と、
前記端末装置の角速度を示す角速度信号を角速度センサから入力し、前記角速度信号を前記歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、基準面に対する角度を示す現在の向きと前記歩行周期に相当する時間だけ前の向きとの差分を検出して前記記憶部に格納する向きの差分検出手順と、
前記差分に基づいて前記端末装置の旋回を判定し、判定結果を示す旋回検出信号を出力して前記記憶部に格納する旋回判定手順
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
（付記１４）
前記偶数歩に相当する前記歩行周期は、前記旋回判定手順で旋回として検出する旋回角度の大きさに応じた値であることを特徴とする、付記１３記載のプログラム。
（付記１５）
前記旋回判定手順は、前記端末装置の旋回角度、或いは、旋回の有無と旋回角度を示す旋回検出信号を出力することを特徴とする、付記１３又は１４記載のプログラム。
（付記１６）
前記歩行周期計測手順は、前記時間積分した結果である積分値が最小となる積分区間を前記歩行周期に設定することを特徴とする、付記１３乃至１５のいずれか１項記載のプログラム。
（付記１７）
前記旋回判定手順は、前記角速度信号の３軸の積分値の二乗和から前記旋回検出信号を生成することを特徴とする、付記１３乃至１６のいずれか１項記載のプログラム。

以上、開示の旋回検出装置、端末装置及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

１ 旋回検出部
２ センサ群
３ リンク推定装置
１１ 歩行周期計測部
１２ 向きの差分検出部
１３ 旋回判定部
１００ 携帯電話（又は、コンピュータシステム）
１０１ ＣＰＵ
１０２ 記憶部

Claims (4)

1. ユーザに携帯される端末装置に搭載される旋回検出装置であって、
   前記端末装置の加速度を示す加速度信号から偶数歩に相当する歩行周期を計測する歩行周期計測部と、
   前記端末装置の角速度を示す角速度信号を前記歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、基準面に対する角度を示す現在の向きと前記歩行周期に相当する時間だけ前の向きとの差分を検出する向きの差分検出部と、
   前記差分に基づいて前記端末装置の旋回を判定し、判定結果を示す旋回検出信号を出力する旋回判定部
   を備え、
   前記偶数歩に相当する前記歩行周期は、前記旋回判定部で旋回として検出する旋回角度の大きさに応じた値であることを特徴とする、旋回検出装置。
2. 前記旋回判定部は、前記角速度信号の３軸の積分値の二乗和から前記旋回検出信号を生成することを特徴とする、請求項１記載の旋回検出装置。
3. ユーザに携帯される端末装置であって、
   前記端末装置の加速度を検出して加速度信号を出力する加速度センサと、
   前記端末装置の角速度を検出して角速度信号を出力する角速度センサと、
   前記加速度信号から偶数歩に相当する歩行周期を計測する歩行周期計測部と、
   前記角速度信号を前記歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、基準面に対する角度を示す現在の向きと前記歩行周期に相当する時間だけ前の向きとの差分を検出する向きの差分検出部と、
   前記差分に基づいて前記端末装置の旋回を判定し、判定結果を示す旋回検出信号を出力する旋回判定部
   を備え、
   前記偶数歩に相当する前記歩行周期は、前記旋回判定部で旋回として検出する旋回角度の大きさに応じた値であることを特徴とする、端末装置。
4. ユーザに携帯される端末装置に搭載されるコンピュータに旋回検出処理を実行させるプログラムであって、
   前記端末装置の加速度を示す加速度信号を加速度センサから入力し、前記加速度信号に基づいて偶数歩に相当する歩行周期を計測して記憶部に格納する歩行周期計測手順と、
   前記端末装置の角速度を示す角速度信号を角速度センサから入力し、前記角速度信号を前記歩行周期に応じた積分区間で時間積分することで、基準面に対する角度を示す現在の向きと前記歩行周期に相当する時間だけ前の向きとの差分を検出して前記記憶部に格納する向きの差分検出手順と、
   前記差分に基づいて前記端末装置の旋回を判定し、判定結果を示す旋回検出信号を出力して前記記憶部に格納する旋回判定手順
   を前記コンピュータに実行させ、
   前記偶数歩に相当する前記歩行周期は、前記旋回判定手順で旋回として検出する旋回角度の大きさに応じた値であることを特徴とする、プログラム。