(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地磁気センサから出力される３軸の地磁気データを用いて、当該装置を所持する歩行者の歩数を検出する歩数検出装置であって、
現時刻ｔiの地磁気ベクトルと先の時刻ｔi-1の地磁気ベクトルとから、余弦ａiを算出する変動角算出手段と、
前記余弦ａiが極大となる時点を検出する極大点検出手段と、
前記余弦ａiが極大となる複数の時点を歩数として計数する歩数計数手段と
を有することを特徴とする歩数検出装置。
【請求項２】
３軸の地磁気データを出力する地磁気センサを含む携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させる歩数検出用のプログラムであって、
現時刻ｔiの地磁気ベクトルと先の時刻ｔi-1の地磁気ベクトルとから、余弦ａiを算出する変動角算出手段と、
前記余弦ａiが極大となる時点を検出する極大点検出手段と、
前記余弦ａiが極大となる複数の時点を歩数として計数する歩数計数手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする歩数検出用のプログラム。
【請求項３】
３軸の地磁気データを出力する地磁気センサを含む携帯端末における歩数検出方法であって、
現時刻ｔiの地磁気ベクトルと先の時刻ｔi-1の地磁気ベクトルとから、余弦ａiを算出する第１のステップと、
前記余弦ａiが極大となる時点を検出する第２のステップと、
前記余弦ａiが極大となる複数の時点を歩数として計数する第３のステップと
を有することを特徴とする歩数検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気センサを用いた歩数検出装置、プログラム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速度センサを用いて、歩行者の歩数を検出する技術がある。近年、加速度センサは、利用者によって常に所持される携帯電話機のような携帯端末にも搭載されてきている。携帯端末で、歩数を検出するアプリケーションを実行させることによって、その利用者の歩数を検出することができる。
【０００３】
図１は、合成加速度を用いた歩数の検出を表す説明図である。
【０００４】
図１によれば、歩行者は、携帯端末を把持し、その手を前後に振りながら歩行している。携帯端末には、加速度センサと歩数検出装置とが搭載されている。加速度センサによって検出された加速度データの波形を分析することによって、歩数が検出される。例えば、加速度センサから出力される軸（ｘ、ｙ、ｚ）毎の加速度データに対して、二乗和の平方根（（√(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)）：合成加速度Ｇ）を算出する。
【０００５】
また、図１には、加速度センサによって検出された合成加速度Ｇと、歩数（時間経過）との関係をプロットしたグラフも表されている。図１のグラフによれば、携帯端末を把持する歩行者の手が真下にある時、合成加速度は、極大（最大）となる。逆に、歩行者の手が最も高い位置にある時、合成加速度は、極小（最小）となる。
【０００６】
そうすると、合成加速度が極大又は極小となる回数（ピーク−ピーク間の回数）を計数することによって、手振りの回数が導出される（例えば特許文献１参照）。手振りの１回は、歩行者の１歩に相当する。このように、合成加速度Ｇを１次微分し、その極大点（又は極小点）を計数することによって、最下点を計数し、結果的に「歩数」を計数する。
【０００７】
図２は、時間経過に伴う合成加速度の変化を表す実際のグラフである。
【０００８】
歩数検出装置を把持した歩行者が実際に歩行した場合、歩行者の１歩が常に極大点とならない場合がある。そうすると、１歩毎の極大点を検出する技術によれば、検出された歩数は、実際の歩数よりも少なくなる場合がある。その理由としては、携帯端末が手持ち状態であるために、加速度センサによって検出される波形が乱れることに基づく。特に、歩行者が手を前方と後方に振る場合に、合成加速度の大きさが異なるためである。
【０００９】
これに対し、歩数検出装置が、歩行者の手に把持された状態で、できる限り正しい歩数を検出するため、腕の振り特有の波形の乱れを分析する技術もある（例えば特許文献２参照）。この技術によれば、加速度データの波形は、歩行者の１歩が常に極大点にならない場合であっても、腕の振り特有の波形の形状を検出することによって、歩数を補完することができる。
【００１０】
また、加速度データの中で、水平方向の加速度成分のみを算出し、その大きさの変動から、歩数を算出する技術もある（例えば特許文献３参照）。この技術によれば、水平方向の加速度成分は、腕の前後の振りに対応して、２歩毎に１周期の波形となる。この特性に基づいて、水平方向の加速度成分から算出した極大点に基づいて、歩数を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−０３８０１８号公報
【特許文献２】特開２００９−０９３４４０号公報
【特許文献３】特開２００９−１３５４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献２に記載された技術によれば、腕の振り特有の波形の形状を、パラメータによって設定する必要がある。このパラメータが、個人の腕振りの特性に適合して設定されていない場合、十分に歩数を補完することができない。逆に、パラメータの設定によっては、歩数を過度に補完する場合もある。
【００１３】
また、特許文献３に記載された技術によれば、水平方向の加速度成分は、前後方向の加速度成分だけでなく、左右方向の加速度成分も含まれる。そのために、左右方向の加速度成分によっては、極大点の数が歩数と一致しない場合も生じる。
【００１４】
そもそも、原理的に、加速度センサは、歩行運動に対するノイズに弱いという課題がある。加速度センサによって検出された加速度データには、前後方向の加速度成分だけでなく、重力方向の加速度成分及び左右方向の加速度成分も混在する。そのために、加速度データを用いて正確に歩数を計数することは、極めて難しい。
【００１５】
そこで、本発明は、歩行者が、携帯端末を手持ちで歩行している場合であっても、できる限り正確な歩数を計数する歩数検出装置、プログラム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、地磁気センサから出力される３軸の地磁気データを用いて、当該装置を所持する歩行者の歩数を検出する歩数検出装置であって、
現時刻ｔiの地磁気ベクトルと先の時刻ｔi-1の地磁気ベクトルとから、余弦ａiを算出する変動角算出手段と、
余弦ａiが極大となる時点を検出する極大点検出手段と、
余弦ａiが極大となる複数の時点を歩数として計数する歩数計数手段と
を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、３軸の地磁気データを出力する地磁気センサを含む携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させる歩数検出用のプログラムであって、
現時刻ｔiの地磁気ベクトルと先の時刻ｔi-1の地磁気ベクトルとから、余弦ａiを算出する変動角算出手段と、
余弦ａiが極大となる時点を検出する極大点検出手段と、
余弦ａiが極大となる複数の時点を歩数として計数する歩数計数手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、３軸の地磁気データを出力する地磁気センサを含む携帯端末における歩数検出方法であって、
現時刻ｔiの地磁気ベクトルと先の時刻ｔi-1の地磁気ベクトルとから、余弦ａiを算出する第１のステップと、
余弦ａiが極大となる時点を検出する第２のステップと、
余弦ａiが極大となる複数の時点を歩数として計数する第３のステップと
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の歩数検出装置、プログラム及び方法によれば、地磁気センサから出力される地磁気データから、正確な歩数を計数することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】合成加速度を用いた歩数の検出を表す説明図である。
【図２】時間経過に伴う合成加速度の変化を表す実際のグラフである。
【図３】歩行者の歩行態様と、加速度データの変動とを表す説明図である。
【図４】３つの加速度成分を表す説明図である。
【図５】本発明における歩行検出装置の機能構成図である。
【図６】時間経過に対する余弦の変動を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、図面を用いて、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００２３】
図３は、歩行者の歩行態様と、加速度データの変動とを表す説明図である。
【００２４】
図３によれば、歩行者は、携帯端末を把持し、その手を前後に振りながら歩行している。このような一般的な歩行態様を横方向から見れば、携帯端末の位置は、円弧を描きながら振り子状に前後に変動している。また、進行方向から見れば、携帯端末の位置は、上下に変動しており、鉛直方向から見れば、前後に変動している。
【００２５】
歩行者及び携帯端末に対しては、地磁気が到来している。歩行者が、端末を一定の姿勢で保持し、一方向に真っ直ぐ進行している限り、その地磁気のセンサ座標系における到来方向は同じである。しかしながら、歩行者は、手持ちにした携帯端末を前後に振るために、その腕振りに応じて、地磁気の到来方向も、円錐振り子状の曲線を描いて変動する。
【００２６】
地磁気の到来方向に基づく地磁気データの変動は、携帯端末に搭載された地磁気センサによって検出される。携帯端末を手持ちした腕における肩部分は、携帯端末の位置変動が描く円弧の回転軸となる。即ち、その回転軸とその円錐の一部分とからなる曲面（扇形と見なすことができる）は、地磁気ベクトルの変動として表される。
【００２７】
図４は、現実に発生する地磁気ベクトルの変動を表す説明図である。
【００２８】
図４によれば、地磁気センサから得られた３軸の地磁気データ（ｘ、ｙ、ｚ）が、３次元座標系にプロットされたものである。現時刻の地磁気ベクトル(ｔi)と先の時刻(ｔi-1)の地磁気ベクトルとの間のなす角を、地磁気ベクトルの変動角として算出する。
【００２９】
時刻毎の地磁気ベクトルを、以下のように表す。
ｍi-1＝（ｘi-1，ｙi-1，ｚi-1）：先の時刻(ｔi-1)の地磁気ベクトル
ｍi  ＝（ｘi，ｙi，ｚi）    ：現時刻(ｔi)の地磁気ベクトル
【００３０】
ここで、時刻ｔiにおける２つの地磁気ベクトルの余弦ａiを、以下のように表す。
ａi＝ｃｏｓ∠(ｍi，ｍi-1)
＝(ｍi・ｍi-1)／(|ｍi||ｍi-1|)
＝(ｘiｘi-1＋ｙiｙi-1＋ｚiｚi-1)／(√(ｘi2＋ｙi2＋ｚi2)√(ｘi-12＋ｙi-12＋ｚi-12))
【００３１】
図４によれば、地磁気ベクトルをプロットする所定時間範囲、即ち、時刻−時刻の間の時間は一定である。地磁気ベクトルの変動における端点（例えば図４のｔ0及びｔ6）では、所定時間範囲における変動角は極小となる。手振り速度は、地磁気ベクトルの変動における端点に向かうほど、遅くなる。逆に、地磁気ベクトルの変動における中央点（例えば図４のｔ3）では、所定時間範囲における変動角は極大となる。手振り速度は、地磁気ベクトルの変動における中央点に向かうほど、速くなる。
【００３２】
また、手振り運動の端点は、歩数と同じ回数だけ出現する。具体的には、歩行者の２歩は、手振り１往復に相当する。また、手振り１往復は、前方の端点と後方の端点との２つの端点に相当する。従って、地磁気ベクトルの変動角の極小点（余弦の極大点）を検出することによって、歩数を検出することができる。
【００３３】
地磁気ベクトルの変動角の極小点は、変動角の増減の変動から検出される。変動角の極小点は、余弦ａの極大点である。ここで、現時刻ｔiの余弦ａiが、先の時刻ｔi-1の余弦ａi-1よりも大きく、且つ、後の時刻ｔi+1の余弦ａi+1よりも大きい場合に、極大点であるといえる。即ち、ｔi-1,ｔi,ｔi+1における余弦ａi-1,ａi,ａi+1について、以下の関係がある場合、現時刻ｔiの変動角は、極小点であるといえる。
ａi-1＜ａi  且つ  ａi＞ａi+1
従って、地磁気ベクトルの変動角の極小点（余弦の極大点）を計数することによって、歩数を計数することができる。
【００３４】
図５は、本発明における歩行検出装置の機能構成図である。
【００３５】
図５によれば、歩行者に所持される携帯端末１は、地磁気センサ１０と、歩数検出装置１１とを含む。地磁気センサ１０は、南から到来する地磁気の変化を検出し、３軸の地磁気データを出力する。
【００３６】
歩数検出装置１１は、変動角算出部１１１と、極大点検出部１１２と、歩数計数部１１３とを有する。歩数検出装置１１は、携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。
【００３７】
変動角算出部１１１は、時間経過に応じた地磁気データから、地磁気ベクトルの直近からの変動角を算出する。ここで、変動角算出部１１１は、先の時刻ｔi-1の地磁気ベクトルと現時刻ｔiの地磁気ベクトルとから、余弦ａiを算出する。
【００３８】
極大点検出部１１２は、変動角が極小となる時点を検出する。ここで、余弦ａiが極大となる時点を検出するものであってもよい。
【００３９】
歩数計数部１１３は、変動角が極小となる複数の時点を歩数として計数する。
【００４０】
図６は、時間経過に対する余弦の変動を表すグラフである。
【００４１】
図６によれば、余弦の極大点を検出する毎に、歩行者の１歩と計数することができる。
【００４２】
以上、詳細に説明したように、本発明の歩数検出装置、プログラム及び方法によれば、地磁気センサから出力される地磁気データから、正確な歩数を計数することができる。
【００４３】
前述した本発明における種々の実施形態によれば、当業者は、本発明の技術思想及び見地の範囲における種々の変更、修正及び省略を容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【符号の説明】
【００４４】
１  携帯端末
１０  地磁気センサ
１１  歩数検出装置
１１１  変動角算出部
１１２  極大点検出部
１１３  歩数計数部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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