(57)【要約】【課題】簡素な構成で物体の状態を検出する。【解決手段】物体検出装置１００は、加振器３２と、振動検出器３３と、物体検出部１１６とを備える。加振器３２は、載置板３１の第１位置に配置され、載置板３１に振動を付与する。振動検出器３３は、載置板３１の第１位置と相違する第２位置に配置され、載置板３１の振動を検出する。物体検出部１１６は、振動検出器３３の検出結果に基づいて、載置板３１の載置面ＳＦ上に載置される物体ＢＪの状態を検出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置板の第１位置に配置され、前記載置板に振動を付与する加振器と、
前記載置板の前記第１位置と相違する第２位置に配置され、前記載置板の振動を検出する振動検出器と、
前記振動検出器の検出結果に基づいて、前記載置板の載置面上に載置される物体の状態を検出する物体検出部と
を備える、物体検出装置。
【請求項２】
前記状態は、位置、種類、姿勢、及び内容量の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記加振器は、時間の経過に応じて周波数が変化する振動を前記載置板に付与する、請求項１又は請求項２に記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記加振器は、前記振動を出力する第１振動体を有し、
前記第１振動体は、前記振動を前記載置板に付与し、
前記振動検出器は、前記振動を検出する第２振動体を有し、
前記第２振動体は、前記載置板の前記振動を検出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記加振器は、音響振動を出力する第１圧電素子を有し、
前記第１圧電素子は、前記音響振動を前記載置板に付与し、
前記振動検出器は、前記音響振動を検出する第２圧電素子を有し、
前記第２圧電素子は、前記載置板の前記音響振動を検出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記振動検出器は、
前記載置板の前記第２位置に配置される第１振動検出器と、
前記載置板の前記第１位置及び前記第２位置と相違する第３位置に配置される第２振動検出器と
を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記振動検出器の検出信号に対してフーリエ変換を実行し、振幅スペクトルを生成する変換部を更に備え、
前記物体検出部は、前記振幅スペクトルに基づいて、前記物体の前記状態を検出する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項８】
前記振幅スペクトルを学習する学習部を更に備え、
前記物体検出部は、前記学習部の学習結果に基づいて、前記物体の前記状態を検出する、請求項７に記載の物体検出装置。
【請求項９】
前記変換部は、前記載置面上に前記物体が載置されていない場合の前記振幅スペクトルを示す第１振幅スペクトルと、前記載置面上に複数の前記物体の各々が載置されている場合の前記振幅スペクトルを示す第２振幅スペクトルとを生成し、
前記学習部は、前記第１振幅スペクトルと前記第２振幅スペクトルとに基づいて学習し、
前記物体検出部は、前記学習部の学習結果に基づいて、前記複数の物体の各々の前記状態を検出する、請求項８に記載の物体検出装置。
【請求項１０】
前記第１振幅スペクトルと、前記第２振幅スペクトルとに基づき、前記載置面上に前記複数の物体が載置されている場合の前記振幅スペクトルを示す第３振幅スペクトルを生成する生成部を更に備え、
前記学習部は、前記第３振幅スペクトルを学習し、
前記物体検出部は、前記学習部の学習結果に基づいて、前記複数の物体の各々の前記状態を検出する、請求項９に記載の物体検出装置。
【請求項１１】
前記変換部は、前記載置面上に第１物体が載置されている場合の前記第２振幅スペクトルを示す第４振幅スペクトルと、前記載置面上に前記第１物体と相違する第２物体が載置されている場合の前記第２振幅スペクトルを示す第５振幅スペクトルとを生成し、
前記生成部は、前記第４振幅スペクトルと前記第５振幅スペクトルとの周波数毎の振幅の和を示す和スペクトルを生成し、
前記生成部は、前記和スペクトルと前記第１振幅スペクトルとの周波数毎の振幅の差を前記第３振幅スペクトルとして生成し、
前記学習部は、前記第３振幅スペクトルを学習し、
前記物体検出部は、前記学習部の学習結果に基づいて、前記第１物体の前記状態と前記第２物体の前記状態とを検出する、請求項１０に記載の物体検出装置。
【請求項１２】
前記変換部は、前記載置面上に第１物体が載置されている場合の前記第２振幅スペクトルを示す第４振幅スペクトルと、前記載置面上に前記第１物体と相違する第２物体が載置されている場合の前記第２振幅スペクトルを示す第５振幅スペクトルと、前記載置面上に前記第１物体及び前記第２物体と相違する第３物体が載置されている場合の前記第２振幅スペクトルを示す第６振幅スペクトルとを生成し、
前記生成部は、前記第４振幅スペクトルと前記第５振幅スペクトルと前記第６振幅スペクトルとの周波数毎の振幅の和を示す和スペクトルを生成し、
前記生成部は、前記和スペクトルと前記第１振幅スペクトルとの周波数毎の振幅の差を示す差スペクトルを生成し、
前記生成部は、前記差スペクトルと前記第１振幅スペクトルとの周波数毎の振幅の差を前記第３振幅スペクトルとして生成し、
前記学習部は、前記第３振幅スペクトルを学習し、
前記物体検出部は、前記学習部の学習結果に基づいて、前記第１物体の前記状態と前記第２物体の前記状態と前記第３物体の前記状態とを検出する、請求項１０に記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、載置面上に載置される物体の状態を検出する物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の物体位置認識装置は、検出パネルと、複数の第１送受信コイルと、複数の第２送受信コイルと、制御手段と、複数の横方向の送受信手段と、複数の縦方向の送受信手段と、横方向切換手段と、縦方向切換手段と、送受信手段とを備える。複数の第１送受信コイルは、検出パネルの横方向に配列され、複数の第２送受信コイルは、検出パネルの縦方向に配列される。横方向切換手段は、複数の横方向の送受信手段を切り換える。縦方向切換手段は、複数の縦方向の送受信手段を切り換える。物体には、識別データを記憶するメモリ装置が取り付けられている。送受信手段は、データ読出コマンドを送信し、メモリ装置から識別データを受信する。
【０００３】
物体が検出パネル上に存在する場合に、横方向切換手段は、横方向の送受信手段を順次駆動し、送受信手段は、データ読出コマンドを送信する。そして、メモリ装置内に設けた共振回路がキャリア周波数で共振し、その残留振動を断続して識別データを送信する。また、縦方向切換手段は、縦方向の送受信手段を順次駆動し、送受信手段は、データ読出コマンドを送信する。そして、メモリ装置内に設けた共振回路がキャリア周波数で共振し、その残留振動を断続して識別データを送信する。制御手段は、送受信手段が識別データを受信したときに、横方向切換手段に与えた切換制御信号の列の番号と、縦方向切換手段に与えた切換制御信号の行の番号とに基づき、物体の位置を検出する。また、制御手段は、識別データに基づき、物体の種類を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２０２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の物体位置認識装置は、複数の第１送受信コイルと、複数の第２送受信コイルと、複数の横方向の送受信手段と、複数の縦方向の送受信手段と、横方向切換手段と、縦方向切換手段と、送受信手段とを備える必要がある。したがって、物体位置認識装置の製造コストが増加する。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で物体の状態を検出可能な物体検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る物体検出装置は、加振器と、振動検出器と、物体検出部とを備える。前記加振器は、載置板の第１位置に配置され、前記載置板に振動を付与する。前記振動検出器は、前記載置板の前記第１位置と相違する第２位置に配置され、前記載置板の振動を検出する。前記物体検出部は、前記振動検出器の検出結果に基づいて、前記載置板の載置面上に載置される物体の状態を検出する。
【０００８】
本発明に係る物体検出装置において、前記状態は、位置、種類、姿勢、及び内容量の少なくとも１つを含むことが好ましい。
【０００９】
本発明に係る物体検出装置において、前記加振器は、時間の経過に応じて周波数が変化する振動を前記載置板に付与することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る物体検出装置において、前記加振器は、振動を出力する第１振動体を有し、前記第１振動体は、前記振動を前記載置板に付与することが好ましい。前記振動検出器は、前記振動を検出する第２振動体を有し、前記第２振動体は、前記載置板の前記振動を検出することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る物体検出装置において、前記加振器は、音響振動を出力する第１圧電素子を有し、前記第１圧電素子は、前記音響振動を前記載置板に付与することが好ましい。前記振動検出器は、前記音響振動を検出する第２圧電素子を有し、前記第２圧電素子は、前記載置板の前記音響振動を検出することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る物体検出装置において、前記振動検出器は、前記載置板の前記第２位置に配置される第１振動検出器と、前記載置板の前記第１位置及び前記第２位置と相違する第３位置に配置される第２振動検出器とを有することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る物体検出装置において、前記振動検出器の検出信号に対してフーリエ変換を実行し、振幅スペクトルを生成する変換部を更に備え、前記物体検出部は、前記振幅スペクトルに基づいて、前記物体の前記状態を検出することが好ましい。
【００１４】
本発明に係る物体検出装置において、前記振幅スペクトルを学習する学習部を更に備え、前記物体検出部は、前記学習部の学習結果に基づいて、前記物体の前記状態を検出することが好ましい。
【００１５】
本発明に係る物体検出装置において、前記変換部は、第１振幅スペクトルと、第２振幅スペクトルとを生成することが好ましい。前記第１振幅スペクトルは、前記載置面上に物体が載置されていない場合の前記振幅スペクトルを示す。第２振幅スペクトルは、前記載置面上に複数の物体の各々が載置されている場合の前記振幅スペクトルを示す。前記学習部は、前記第１振幅スペクトルと前記第２振幅スペクトルとに基づいて学習することが好ましい。前記物体検出部は、前記学習部の学習結果に基づいて、前記複数の物体の各々の前記状態を検出することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る物体検出装置において、前記第１振幅スペクトルと、前記第２振幅スペクトルとに基づき、第３振幅スペクトルを生成する生成部を更に備えることが好ましい。前記第３振幅スペクトルは、前記載置面上に前記複数の物体が載置されている場合の振幅スペクトルを示す。前記学習部は、前記第３振幅スペクトルを学習し、前記物体検出部は、前記学習部の学習結果に基づいて、前記複数の物体の各々の前記状態を検出することが好ましい。
【００１７】
本発明に係る物体検出装置において、前記変換部は、第４振幅スペクトルと、第５振幅スペクトルとを生成することが好ましい。前記第４振幅スペクトルは、前記載置面上に第１物体が載置されている場合の前記第２振幅スペクトルを示す。前記第５振幅スペクトルは、前記載置面上に前記第１物体と相違する第２物体が載置されている場合の前記第２振幅スペクトルを示す。前記生成部は、和スペクトルを生成することが好ましい。前記和スペクトルは、前記第４振幅スペクトルと前記第５振幅スペクトルとの周波数毎の振幅の和を示す。前記生成部は、前記和スペクトルと前記第１振幅スペクトルとの周波数毎の振幅の差を前記第３振幅スペクトルとして生成することが好ましい。前記学習部は、前記第３振幅スペクトルを学習することが好ましい。前記物体検出部は、前記学習部の学習結果に基づいて、前記第１物体の前記状態と前記第２物体の前記状態とを検出することが好ましい。
【００１８】
本発明に係る物体検出装置において、前記変換部は、第４振幅スペクトルと、第５振幅スペクトルと、第６振幅スペクトルとを生成することが好ましい。前記第４振幅スペクトルは、前記載置面上に第１物体が載置されている場合の前記第２振幅スペクトルを示す。前記第５振幅スペクトルは、前記載置面上に前記第１物体と相違する第２物体が載置されている場合の前記第２振幅スペクトルを示す。前記第６振幅スペクトルは、前記載置面上に前記第１物体及び前記第２物体と相違する第３物体が載置されている場合の前記第２振幅スペクトルを示す。前記生成部は、和スペクトルと差スペクトルとを生成することが好ましい。前記和スペクトルは、前記第４振幅スペクトルと前記第５振幅スペクトルと前記第６振幅スペクトルとの周波数毎の振幅の和を示す。前記差スペクトルは、前記和スペクトルと前記第１振幅スペクトルとの周波数毎の振幅の差を示す。前記生成部は、前記差スペクトルと前記第１振幅スペクトルとの周波数毎の振幅の差を前記第３振幅スペクトルとして生成することが好ましい。前記学習部は、前記第３振幅スペクトルを学習することが好ましい。前記物体検出部は、前記学習部の学習結果に基づいて、前記第１物体の前記状態と前記第２物体の前記状態と前記第３物体の前記状態とを検出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る物体検出装置によれば、簡素な構成で物体の状態を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る物体検出装置の構成の一例を示す図である。
【図２】（ａ）は、加振器と振動検出器と支持部材との載置板における配置の一例を示す平面図である。（ｂ）は、加振器と振動検出器と支持部材との載置板における配置の一例を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る制御部の構成の一例を示す図である。
【図４】加振器に印加される音響振動の周波数の変化の一例を示す図である。
【図５】物体の位置を検出する実験方法の一例を示す図である。
【図６】物体の位置と振幅スペクトルとの関係の一例を示す図である。
【図７】物体の位置の識別率の一例を示す図である。
【図８】物体の種類の検出する実験方法の一例を示す図である。（ａ）は、物体の種類がマグカップである場合の実験方法の一例を示す図である。（ｂ）は、物体の種類がみかんである場合の実験方法の一例を示す図である。
【図９】物体の種類の一例を示す図である。
【図１０】物体の種類と振幅スペクトルとの関係の一例を示す図である。
【図１１】物体の種類の識別率の一例を示す図である。
【図１２】物体の姿勢を検出する実験方法の一例を示す図である。（ａ）は、積み木が縦長に配置されている場合の実験方法の一例を示す図である。（ｂ）は、積み木が横長に配置されている場合の実験方法の一例を示す図である。
【図１３】物体の姿勢と振幅スペクトルとの関係の一例を示す図である。
【図１４】物体の内容量を検出する実験方法の一例を示す図である。（ａ）は、コップに水が入っていない場合の実験方法の一例を示す図である。（ｂ）は、コップに水が入っている場合の実験方法の一例を示す図である。
【図１５】物体の内容量と振幅スペクトルとの関係の一例を示す図である。
【図１６】２つの物体の位置と種類とを検出する方法の一例を示す図である。（ａ）は、第１振幅スペクトルと、第２振幅スペクトルとの生成方法の一例を示す図である。（ｂ）は、第３振幅スペクトルの推定方法の一例を示す図である。（ｃ）は、第３振幅スペクトルの生成方法の一例を示す図である。
【図１７】２つの物体の位置と種類とを検出する場合の制御部の処理の一例を示すフローチャートである。
【図１８】制御部の学習処理の一例を示すフローチャートである。
【図１９】制御部の検出評価処理の一例を示すフローチャートである。
【図２０】２つの物体の位置と種類との識別率の一例を示す図である。
【図２１】３つの物体の位置と種類とを検出する方法の一例を示す図である。（ａ）は、第１振幅スペクトルと、第２振幅スペクトルとの検出方法の一例を示す図である。（ｂ）は、第３振幅スペクトルの推定方法の一例を示す図である。（ｃ）は、第３振幅スペクトルの生成方法の一例を示す図である。
【図２２】３つの物体の位置と種類との識別率の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面（図１〜図２２）を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００２２】
＜物体検出装置１００の構成＞
まず、図１を参照して、本実施形態に係る物体検出装置１００の構成について説明する。図１は、物体検出装置１００の構成の一例を示す図である。図１に示すように、物体検出装置１００は、パーソナルコンピュータ１と、オーディオインターフェース２と、検出装置本体３とを備える。
【００２３】
パーソナルコンピュータ１は、制御部１１とディスプレイ１２とを備える。制御部１１は、オーディオインターフェース２と、検出装置本体３とを制御する。制御部１１は、プロセッサ１１Ａ及び記憶部１１Ｂを備える。プロセッサ１１Ａは、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を備える。記憶部１１Ｂは、半導体メモリのようなメモリを備え、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）を備えてもよい。記憶部１１Ｂは、制御プログラムを記憶している。ディスプレイ１２は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を備え、種々の画像を表示する。制御部１１については、後述にて図３を参照して詳細に説明する。
【００２４】
オーディオインターフェース２は、制御部１１の指示に応じて、検出装置本体３との間で信号を送受信する。オーディオインターフェース２は、信号発生器２１を備える。信号発生器２１は、時間Ｔの経過に応じて周波数Ｆが変化する信号（スイープ信号）を発生する。スイープ信号については、後述にて図４を参照して詳細に説明する。
【００２５】
検出装置本体３は、載置板３１、加振器３２、振動検出器３３及び支持体３４を備える。また、図１には、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を記載している。Ｚ軸は、鉛直方向に平行である。Ｘ軸及びＹ軸は、水平方向に平行である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する。具体的には、Ｘ軸は、載置板３１の長手方向を示す。Ｙ軸は、載置板３１の幅方向を示す。
【００２６】
載置板３１は、例えば、矩形のアクリル板である。具体的には、載置板３１は、厚みが５ｍｍであり、幅が１８０ｍｍであり、長さが３２０ｍｍである。載置板３１は、載置面ＳＦを有する。載置面ＳＦは、載置板３１の上面に相当し、物体ＢＪが載置される。また、載置板３１には、加振器３２と振動検出器３３とが配置される。
【００２７】
加振器３２は、載置板３１の第１位置Ｐ１に配置され、載置板３１に振動を付与する。例えば、第１位置Ｐ１は、載置板３１の幅方向（Ｙ軸方向）の中央で、且つ載置板３１の長手方向の一方端（Ｘ軸方向の負方向端）の位置を示す。また、第１位置Ｐ１は、例えば、載置板３１の下面に位置する。具体的には、加振器３２は、信号発生器２１によって発生されたスイープ信号に対応する音響振動を載置板３１に付与する。加振器３２は、音響振動を出力する第１圧電素子を有する。第１圧電素子は、例えば、ピエゾ素子である。換言すれば、加振器３２は、スピーカである。加振器３２は、薄板円形状に形成され、直径が２０ｍｍである。
【００２８】
振動検出器３３は、載置板３１に配置され、載置板３１の振動を検出する。第２位置Ｐ２は、第１位置Ｐ１と相違する。また、第２位置Ｐ２は、例えば、載置板３１の下面に位置する。振動検出器３３が検出した検出信号ＳＧはオーディオインターフェース２に入力される。検出信号ＳＧは音響振動を示す。オーディオインターフェース２は、振動検出器３３が検出した検出信号ＳＧを、例えば、９６ｋＨｚのサンプリング周波数で取得する。
【００２９】
振動検出器３３は、第１振動検出器３３１と、第２振動検出器３３２とを有する。第１振動検出器３３１は、載置板３１の第２位置Ｐ２に配置される。第２振動検出器３３２は、載置板３１の第３位置Ｐ３に配置される。第３位置Ｐ３は、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２と相違する。また、第３位置Ｐ３は、例えば、載置板３１の下面に位置する。例えば、第２位置Ｐ２は、載置板３１の幅方向（Ｙ軸方向）の中央で、且つ載置板３１の長手方向の他方端（Ｘ軸方向の正方向端）の位置を示す。第３位置Ｐ３は、載置板３１の長手方向（Ｘ軸方向）の中央で、且つ載置板３１の幅方向の一方端（Ｙ軸方向の正方向端）の位置を示す。
【００３０】
具体的には、第１振動検出器３３１及び第２振動検出器３３２の各々は、音響振動を検出する第２圧電素子を有する。第２圧電素子は、例えば、ピエゾ素子である。換言すれば、第１振動検出器３３１及び第２振動検出器３３２の各々は、マイクロフォンである。第１振動検出器３３１及び第２振動検出器３３２の各々は、薄板円形状に形成され、直径が２０ｍｍである。
【００３１】
支持体３４は、載置板３１を支持する。支持体３４は、第１支持体３４１、第２支持体３４２、第３支持体３４３及び第４支持体３４４を有する。第１支持体３４１〜第４支持体３４４の各々は、フェルトで円柱状に形成される。第１支持体３４１〜第４支持体３４４の各々は、直径が３２ｍｍであり、厚みが５ｍｍである。
【００３２】
第１支持体３４１は、載置板３１の第１端部を支持する。第１端部は、載置板３１のＸ軸の負方向端であり、且つＹ軸の負方向端である端部を示す。第２支持体３４２は、載置板３１の第２端部を支持する。第２端部は、載置板３１のＸ軸の負方向端であり、且つＹ軸の正方向端である端部を示す。第３支持体３４３は、載置板３１の第３端部を支持する。第３端部は、載置板３１のＸ軸の正方向端であり、且つＹ軸の正方向端である端部を示す。第４支持体３４４は、載置板３１の第４端部を支持する。第４端部は、載置板３１のＸ軸の正方向端であり、且つＹ軸の負方向端である端部を示す。
【００３３】
次に、図１及び図２を参照して、加振器３２、振動検出器３３及び支持体３４の載置板３１における配置について具体的に説明する。図２（ａ）は、加振器３２と振動検出器３３と支持体３４との載置板３１における配置の一例を示す平面図である。図２（ｂ）は、加振器３２と振動検出器３３と支持体３４との載置板３１における配置の一例を示す側面図である。
【００３４】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、載置板３１は矩形平板状に形成される。第１支持体３４１〜第４支持体３４４の各々は、支持体３４の周面が載置板３１の長辺と短辺とに接するように配置される。すなわち、第１支持体３４１〜第４支持体３４４の各々は、載置板３１の四隅に配置される。
【００３５】
加振器３２は、第１支持体３４１の中心と第２支持体３４２との中心とを結ぶ直線上に加振器３２の中心が位置するように配置される。第１振動検出器３３１は、第３支持体３４３の中心と第４支持体３４４との中心とを結ぶ直線上に第１振動検出器３３１の中心が位置するように配置される。第２振動検出器３３２は、第２支持体３４２の中心と第３支持体３４３との中心とを結ぶ直線上に第２振動検出器３３２の中心が位置するように配置される。
【００３６】
次に、図１〜図３を参照して、本発明の実施形態に係る制御部１１の構成について説明する。図３は、制御部１１の構成の一例を示す図である。図３に示すように、制御部１１は、振動付与部１１１、振動取得部１１２、変換部１１３、生成部１１４、学習部１１５及び物体検出部１１６を備える。具体的には、制御部１１のプロセッサ１１Ａが制御プログラムを実行することによって、制御部１１は、振動付与部１１１、振動取得部１１２、変換部１１３、生成部１１４、学習部１１５及び物体検出部１１６として機能する。
【００３７】
振動付与部１１１は、信号発生器２１に対して加振器３２が載置板３１に音響振動を付与するように指示する。
【００３８】
振動取得部１１２は、振動検出器３３からオーディオインターフェース２を介して検出信号ＳＧを取得する。
【００３９】
変換部１１３は、検出信号ＳＧに対してフーリエ変換を実行し、振幅スペクトルＳＰを生成する。具体的には、変換部１１３は、検出信号ＳＧに対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実行し、振幅スペクトルＳＰを生成する。変換部１１３は、第１振幅スペクトルＳＰ１と第２振幅スペクトルＳＰ２とを生成する。第１振幅スペクトルＳＰ１は、載置面ＳＦ上に物体ＢＪが載置されていない場合の振幅スペクトルＳＰを示す。第２振幅スペクトルＳＰ２は、載置面ＳＦ上に複数の物体ＢＪの各々が載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。
【００４０】
生成部１１４は、第１振幅スペクトルＳＰ１と、第２振幅スペクトルＳＰ２とに基づき、第３振幅スペクトルＳＰ３を生成する。具体的には、生成部１１４は、第１振幅スペクトルＳＰ１と、第２振幅スペクトルＳＰ２とに基づき、第３振幅スペクトルＳＰ３の推定スペクトルＳＰ３Ｇを生成する。第３振幅スペクトルＳＰ３は、載置面ＳＦ上に複数の物体ＢＪが載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。
【００４１】
学習部１１５は、第３振幅スペクトルＳＰ３を学習する。具体的には、学習部１１５は、第３振幅スペクトルＳＰ３の推定スペクトルＳＰ３Ｇを学習する。
【００４２】
物体検出部１１６は、振動検出器３３の検出結果に基づいて、載置面ＳＦ上に載置される物体ＢＪの状態ＳＴを検出する。具体的には、物体検出部１１６は、振動取得部１１２が取得した検出信号ＳＧに基づいて、載置面ＳＦ上に載置される物体ＢＪの状態ＳＴを検出する。また、物体検出部１１６は、検出結果をディスプレイ１２に表示する。状態ＳＴは、位置ＰＳ、種類ＴＰ、姿勢ＰＴ及び内容量ＣＰを含む。また、物体検出部１１６は、例えば、第３振幅スペクトルＳＰ３に基づいて、複数の物体ＢＪの各々の状態ＳＴを検出する。また、物体検出部１１６は、例えば、学習部１１５の学習結果に基づいて、複数の物体ＢＪの各々の状態ＳＴを検出する。生成部１１４、学習部１１５及び物体検出部１１６については、後述にて、図１６〜図２２を参照して詳細に説明する。
【００４３】
物体検出部１１６が、載置面ＳＦ上に載置される１つの物体ＢＪの位置ＰＳを検出する場合については、後述にて図５〜図７を参照して詳細に説明する。
物体検出部１１６が、載置面ＳＦ上に載置される１つの物体ＢＪの種類ＴＰを検出する場合については、後述にて図８〜図１１を参照して詳細に説明する。
物体検出部１１６が、載置面ＳＦ上に載置される１つの物体ＢＪの姿勢ＰＴを検出する場合については、後述にて図１２〜図１３を参照して詳細に説明する。
物体検出部１１６が、載置面ＳＦ上に載置される１つの物体ＢＪの内容量ＣＰを検出する場合については、後述にて図１４〜図１５を参照して詳細に説明する。
物体検出部１１６が、複数の物体ＢＪの各々の位置ＰＳ及び種類ＴＰを検出する場合については、後述にて図１６〜図２２を参照して詳細に説明する。
【００４４】
以上、図１〜図３を参照して説明したように、本発明の実施形態では、加振器３２が載置板３１に振動を付与し、振動検出器３３が載置板３１の振動を検出し、振動検出器３３の検出結果に基づいて、載置面ＳＦ上に載置される物体ＢＪの状態ＳＴを検出する。よって、簡素な構成で物体ＢＪの状態ＳＴを検出できる。したがって、物体検出装置１００の製造コストを低減できる。
【００４５】
また、振動検出器３３の検出信号ＳＧに対してフーリエ変換を実行し、振幅スペクトルＳＰを生成し、振幅スペクトルＳＰに基づいて、物体ＢＪの状態ＳＴを検出する。したがって、簡素な構成で載置面ＳＦ上に載置される物体ＢＪの状態ＳＴを更に正確に検出できる。
【００４６】
また、振動検出器３３が、互いに相違する位置に配置される第１振動検出器３３１と第２振動検出器３３２とを有する。よって、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとに基づいて、載置面ＳＦ上に載置される物体ＢＪの状態ＳＴが検出される。したがって、載置面ＳＦ上に載置される物体ＢＪの状態ＳＴを正確に検出できる。
【００４７】
なお、本発明の実施形態では、振動検出器３３が、２つの振動検出器（第１振動検出器３３１及び第２振動検出器３３２）を有するが、本発明はこれに限定されない。振動検出器３３が、１つ以上の振動検出器を有すればよい。振動検出器の個数が多い程、載置面ＳＦ上に載置される物体ＢＪの状態ＳＴを正確に検出できる可能性がある。
【００４８】
また、本発明の実施形態では、第１振動検出器３３１が第２位置Ｐ２に配置され、第２振動検出器３３２が第３位置Ｐ３に配置されるが、本発明はこれに限定されない。第１振動検出器３３１と第２振動検出器３３２とが互いに相違する位置に配置されていればよい。
【００４９】
次に、図１〜図４を参照して、加振器３２に印加される音響振動について説明する。図４は、加振器３２に印加される音響振動の周波数Ｆの変化の一例を示す図である。図４に示すグラフの横軸は時間Ｔを示し、グラフの縦軸は周波数Ｆを示す。図４にグラフＧ１で示すように、加振器３２に印加される音響振動の周波数Ｆは、１秒の期間内で２０ｋＨｚから４０ｋＨｚまで直線的に変化する。換言すれば、加振器３２は、１秒の期間内において音響振動を載置板３１に付与する。また、音響振動の周波数Ｆは、音響振動の載置板３１への付与を開始した時点で２０ｋＨｚであり、音響振動の載置板３１への付与を終了する時点で４０ｋＨｚになるように直線的に増加する。
【００５０】
以上、図１〜図４を参照して説明したように、本発明の実施形態では、加振器３２は、時間Ｔの経過に応じて周波数Ｆが変化する振動を載置板３１に付与する。よって、複数の周波数Ｆの振動を効率的に載置板３１に付与できる。したがって、物体検出装置１００による物体ＢＪの状態ＳＴの検出に要する時間を削減できる。
【００５１】
また、第１圧電素子が音響振動を載置板３１に付与し、第２圧電素子が載置板３１の音響振動を検出する。よって、更に簡素な構成で物体ＢＪの状態ＳＴを検出できる。したがって、物体検出装置１００の製造コストを更に低減できる。
【００５２】
更に、状態ＳＴは、位置ＰＳ、種類ＴＰ、姿勢ＰＴ及び内容量ＣＰを含むため、物体ＢＪの位置ＰＳ、種類ＴＰ、姿勢ＰＴ及び内容量ＣＰを検出できる。なお、物体ＢＪの位置ＰＳを検出する場合については、後述にて図５〜図７を参照して詳細に説明する。物体ＢＪの種類ＴＰを検出する場合については、後述にて図８〜図１１を参照して詳細に説明する。物体ＢＪの姿勢ＰＴを検出する場合については、後述にて図１２〜図１３を参照して詳細に説明する。物体ＢＪの内容量ＣＰを検出する場合については、後述にて図１４〜図１５を参照して詳細に説明する。
【００５３】
なお、本発明の実施形態では、加振器３２は、音響振動を出力する第１圧電素子を有し、第１圧電素子が音響振動を載置板３１に付与するが、本発明はこれに限定されない。加振器３２が振動を載置板３１に付与すればよい。換言すれば、加振器３２が載置板３１に付与する振動は、音響振動に限定されない。加振器３２が、振動を出力する第１振動体を有し、第１振動体が、振動を載置板３１に付与してもよい。例えば、振動子が水晶振動子である場合には、載置板３１に付与される振動の周波数Ｆは、１〜２０ＭＨｚである。
【００５４】
また、加振器３２の第１振動体が、振動を載置板３１に付与する場合には、振動検出器３３は、振動を検出する第２振動体を有し、第２振動体が、載置板３１の振動を検出することが好ましい。この場合には、第１振動体が振動を載置板３１に付与し、第２振動体が載置板３１の振動を検出する。よって、簡素な構成で物体ＢＪの状態ＳＴを検出できる。したがって、物体検出装置１００の製造コストを低減できる。
【００５５】
また、本発明の実施形態では、加振器３２は、時間Ｔに対して周波数Ｆが直線的に変化する振動を載置板３１に付与するが、本発明はこれに限定されない。加振器３２は、時間Ｔの経過に応じて周波数Ｆが変化する振動を載置板３１に付与すればよい。例えば、周波数Ｆが低い程、所定時間（例えば、０，１秒）における周波数Ｆの変化が小さいように周波数Ｆが変化する振動を載置板３１に付与してもよい。この場合には、低い周波数Ｆに対するＦＦＴを正確に実行できる。
【００５６】
また、本発明の実施形態では、状態ＳＴが、位置ＰＳ、種類ＴＰ、姿勢ＰＴ及び内容量ＣＰを含むが、本発明はこれに限定されない。状態ＳＴが、位置ＰＳ、種類ＴＰ、姿勢ＰＴ及び内容量ＣＰの少なくとも１つを含めばよい。
【００５７】
＜１つの物体ＢＪの位置ＰＳを検出する実験＞
次に、図１〜図７を参照して、載置面ＳＦに載置された１つの物体ＢＪの位置ＰＳを物体検出装置１００が検出する実験について説明する。図５は、物体ＢＪの位置ＰＳを検出する実験方法の一例を示す図である。図５に示すように、載置板３１の載置面ＳＦにおいて、載置面ＳＦの幅方向（Ｙ軸方向）の中心位置に物体ＢＪを載置して、長手方向（Ｘ軸方向）に沿って移動した。物体ＢＪとしては、一辺が４４ｍｍの立方体の積み木を用いた。
【００５８】
具体的には、載置面ＳＦに物体ＢＪを載置しない場合の振幅スペクトルＳＰを生成した。また、中心線ＣＬ上を、載置面ＳＦのＸ軸の負方向側の端部から３０ｍｍの位置から２９０ｍｍの位置までの間を５ｍｍ間隔で物体ＢＪを移動し、振幅スペクトルＳＰを生成した。すなわち、中心線ＣＬ上の長手方向（Ｘ軸方向）に沿った５３個（＝（２９０−３０）÷５＋１）の位置で、以下のようにして、振幅スペクトルＳＰを生成した。すなわち、振動付与部１１１が加振器３２に対して載置板３１に音響振動を付与させた。そして、振動取得部１１２が振動検出器３３から検出信号ＳＧを取得した。更に、変換部１１３が検出信号ＳＧから振幅スペクトルＳＰを生成した。
【００５９】
また、物体ＢＪを載置しない場合と、５３個の位置の各々に載置した場合とについて、それぞれ、１２回の実験を行い、６４８個（＝（５３＋１）×１２）の振幅スペクトルＳＰを生成した。６４８個の振幅スペクトルＳＰを６つのグループに分割して、交差検証によって識別率を求めた。
【００６０】
図６は、物体ＢＪの位置ＰＳと振幅スペクトルＳＰとの関係の一例を示す図である。図６に示すグラフの横軸は周波数Ｆを示し、縦軸は振幅Ｂを示す。図６に示すグラフＧ１１は、載置面ＳＦのＸ軸の負方向側の端部から９５ｍｍの位置に物体ＢＪを載置した場合の振幅スペクトルＳＰを示す。図６に示すグラフＧ１２は、載置面ＳＦのＸ軸の負方向側の端部から１６０ｍｍの位置に物体ＢＪを載置した場合の振幅スペクトルＳＰを示す。図６に示すグラフＧ１３は、載置面ＳＦのＸ軸の負方向側の端部から２２５ｍｍの位置に物体ＢＪを載置した場合の振幅スペクトルＳＰを示す。
【００６１】
図６に示すように、載置面ＳＦのＸ軸の負方向側の端部からの距離が増加する程、周波数Ｆが３７．５ｋＨｚでの振幅Ｂは減少した。また、載置面ＳＦのＸ軸の負方向側の端部からの距離が増加する程、周波数Ｆが４０ｋＨｚ近傍での振幅Ｂは増加した。このように、載置面ＳＦのＸ軸の負方向側の端部からの距離に応じて、振幅スペクトルＳＰが変化した。そこで、以下に図７を参照して詳細に説明するように、物体検出装置１００が、振幅スペクトルＳＰに基づいて、載置面ＳＦに載置された１つの物体ＢＪの位置ＰＳを検出できることが判明した。
【００６２】
次に、図７を参照して、載置面ＳＦに載置された１つの物体ＢＪの位置ＰＳを物体検出装置１００が検出する実験の実験結果について説明する。図７は、物体ＢＪの位置ＰＳの識別率の一例を示す図である。図７に示すように、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合には、識別率は８５．５％であり、平均絶対誤差が２．３５ｍｍであり、標準偏差が４．７３ｍｍであった。なお、「平均絶対誤差」は、物体ＢＪの位置ＰＳの検出結果における誤差の絶対値の平均値を示す。第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合には、識別率は８５．５％であり、平均絶対誤差が０．６２１ｍｍであり、標準偏差が０．５１６ｍｍであった。第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合には、識別率は８９．２％であり、平均絶対誤差が０．３７７ｍｍであり、標準偏差が０．４１１ｍｍであった。
【００６３】
以上、図１〜図７を参照して説明したように、本発明の実施形態では、載置面ＳＦに載置された１つの物体ＢＪの位置ＰＳを正確に検出できることが判明した。
【００６４】
また、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合と比較して、第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の方が、平均絶対誤差及び標準偏差が小さく、物体ＢＪの位置ＰＳを更に正確に検出できることが判明した。この原因は、載置板３１の長手方向の中心位置を通り幅方向に延びる中心線に対して、第１振動検出器３３１が加振器３２と対称な位置に配置されているためであると推定される。
【００６５】
また、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合には、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合、及び、第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合と比較して、識別率が高く、物体ＢＪの位置ＰＳを更に正確に検出できることが判明した。
【００６６】
＜１つの物体ＢＪの位置ＰＳを検出する実験＞
次に、図１〜図４及び図８〜図１１を参照して、載置面ＳＦに載置された１つの物体ＢＪの種類ＴＰを物体検出装置１００が検出する実験について説明する。図８は、物体ＢＪの種類ＴＰを検出する実験方法の一例を示す図である。図８（ａ）は、物体ＢＪの種類ＴＰが「マグカップ」である場合の実験方法の一例を示す図である。図８（ａ）では、「マグカップ」を物体ＢＪＡと記載している。図８（ｂ）は、物体ＢＪの種類ＴＰが「みかん」である場合の実験方法の一例を示す図である。図８（ｂ）では、「みかん」を物体ＢＪＢと記載している。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、載置面ＳＦの幅方向（Ｙ軸方向）の中心位置で、且つ載置面ＳＦの長手方向（Ｘ軸方向）の中心位置に物体ＢＪを載置して、物体ＢＪの種類ＴＰを変更した。
【００６７】
具体的には、載置面ＳＦに物体ＢＪを載置しない場合の振幅スペクトルＳＰを生成した。また、図９に示す２６種類の物体ＢＪの各々を載置面ＳＦの幅方向（Ｙ軸方向）の中心位置で、且つ載置面ＳＦの長手方向（Ｘ軸方向）の中心位置に物体ＢＪを載置して、振幅スペクトルＳＰを生成した。更に具体的には、２６種類の物体ＢＪの各々を載置面ＳＦの中心位置に載置して、以下のようにして、振幅スペクトルＳＰを生成した。すなわち、振動付与部１１１が加振器３２に対して載置板３１に音響振動を付与させた。そして、振動取得部１１２が振動検出器３３から検出信号ＳＧを取得した。更に、変換部１１３が検出信号ＳＧから振幅スペクトルＳＰを生成した。
【００６８】
また、載置面ＳＦに物体ＢＪを載置しない場合と、２６種類の物体ＢＪの各々を載置した場合とについて、それぞれ、１２回の実験を行い、３２４個（＝（２６＋１）×１２）の振幅スペクトルＳＰを生成した。３２４個の振幅スペクトルＳＰを生成する実験（これを、「１セッションの実験」という）を３日間において１日当たり２回行い、１９４４個（＝３２４×６）の振幅スペクトルＳＰを生成した。以下の説明において、３２４個の振幅スペクトルＳＰを生成する実験を、「１セッションの実験」という。１９４４個の振幅スペクトルＳＰを、６つのグループに分割して、交差検証によって識別率を求めた。
【００６９】
６つのグループに分割する方法として、「ランダムに分割する方法」と、「セッション毎に方法」とについて交差検証によって識別率を求めた。「ランダムに分割する方法」とは、１９４４個の振幅スペクトルＳＰをランダムに６つのグループに分割する方法を示す。「セッション毎に分割する方法」とは、３日間において１日当たり２回行った６つのセッションの各々に分割することによって、６つのグループに分割する方法を示す。
【００７０】
図９は、物体検出装置１００が物体ＢＪの種類ＴＰを検出する実験に用いた物体ＢＪの種類ＴＰを示す。本発明の実施形態では、物体ＢＪの種類ＴＰとして、主に、机上に載置される物体ＢＪと、冷蔵庫に収納される物体ＢＪとを選定した。例えば、「はさみ」、「ペン」、「腕時計」及び「ノート」は、机上に載置される物体ＢＪであり、「ポテト」、「みかん」、「りんご」及び「たまねぎ」は、冷蔵庫に収納される物体ＢＪである。
【００７１】
図１０は、物体ＢＪの種類ＴＰと振幅スペクトルＳＰとの関係の一例を示す図である。図１０に示すグラフの横軸は周波数Ｆを示し、縦軸は振幅Ｂを示す。図１０に示すグラフＧ２１は、物体ＢＪとして「マグカップ」を載置面ＳＦに載置した場合の振幅スペクトルＳＰを示す。図１０に示すグラフＧ２２は、物体ＢＪとして「ノート」を載置面ＳＦに載置した場合の振幅スペクトルＳＰを示す。
【００７２】
図１０に示すように、周波数Ｆが２．１ｋＨｚと周波数Ｆが２．４ｋＨｚとにおいては、「マグカップ」を載置面ＳＦに載置した場合の振幅スペクトルＳＰの振幅Ｂが、「ノート」を載置面ＳＦに載置した場合の振幅スペクトルＳＰの振幅Ｂよりも大きい。また、周波数Ｆが２．２５ｋＨｚにおいては、「マグカップ」を載置面ＳＦに載置した場合の振幅スペクトルＳＰの振幅Ｂが、「ノート」を載置面ＳＦに載置した場合の振幅スペクトルＳＰの振幅Ｂよりも小さい。そこで、以下に図１１を参照して詳細に説明するように、物体検出装置１００が、振幅スペクトルＳＰに基づいて、載置面ＳＦに載置された１つの物体ＢＪの種類ＴＰを検出できることが判明した。
【００７３】
次に、図１１を参照して、物体検出装置１００が物体ＢＪの種類ＴＰを検出する実験の実験結果について説明する。図１１は、物体ＢＪの種類ＴＰの識別率の一例を示す図である。図１１に示すように、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合において、「ランダムに分割」した場合の識別率は９８．２％であり、「セッション毎に分割」した場合の識別率は８７．９％であった。第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合において、「ランダムに分割」した場合の識別率は９５．５％であり、「セッション毎に分割」した場合の識別率は７４．７％であった。第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合において、「ランダムに分割」した場合の識別率は９８．９％であり、「セッション毎に分割」した場合の識別率は８７．２％であった。
【００７４】
以上、図１〜図４及び図８〜図１１を参照して説明したように、本発明の実施形態では、載置面ＳＦに載置された１つの物体ＢＪの種類ＴＰを正確に検出できることが判明した。
【００７５】
また、第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率は、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率より高かった。すなわち、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成する場合よりも、第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成する場合の方が、物体ＢＪの位置ＰＳを更に正確に検出できることが判明した。
【００７６】
また、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率は、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率、及び、第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率より高かった。すなわち、第１振動検出器３３１及び第２振動検出器３３２の各々の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合よりも、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の方が、物体ＢＪの位置ＰＳを更に正確に検出できることが判明した。
【００７７】
また、「セッション毎に分割」する場合と比較して、「ランダムに分割」した場合の方が、識別率が高いことが判った。これは、振幅スペクトルＳＰは、実験が実施された環境温度の影響を受けるためであると推定される。すなわち、「セッション毎に分割」すると識別率が下がる理由は、交差検証における訓練事例集合と同一環境で測定した振幅スペクトルＳＰが交差検証におけるテスト事例集合に含まれないためである。訓練事例集合とは、交差検証において識別を行う際に事前に学習されるデータを示し、テスト事例集合とは、その際に実際に識別されるデータを示す。
【００７８】
＜１つの物体ＢＪの姿勢ＰＴを検出する実験＞
次に、図１〜図４及び図１２〜図１３を参照して、載置面ＳＦに載置された１つの物体ＢＪの姿勢ＰＴを物体検出装置１００が検出する実験について説明する。図１２は、物体ＢＪの姿勢ＰＴを検出する実験方法の一例を示す図である。物体ＢＪとしては、積み木ＢＪＣを用いた。図１２（ａ）は、積み木ＢＪＣが縦長に配置されている場合の実験方法の一例を示す図である。図１２（ｂ）は、積み木ＢＪＣが横長に配置されている場合の実験方法の一例を示す図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、載置面ＳＦの幅方向（Ｙ軸方向）の中心位置で、且つ載置面ＳＦの長手方向（Ｘ軸方向）の中心位置に物体ＢＪを載置して、積み木ＢＪＣの姿勢ＰＴを変更した。
【００７９】
具体的には、図１２（ａ）に示すように、載置面ＳＦの中央に積み木ＢＪＣを縦長に配置して、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した。積み木ＢＪＣは、正四角柱状に形成され、幅が４４ｍｍで、高さが９０ｍｍで、長さが４４ｍｍであった。図１２（ａ）では、積み木ＢＪＣの底面の一辺が４４ｍｍであり、他の一辺が４４ｍｍになるように積み木ＢＪＣを載置した。また、底面のうちの４４ｍｍの辺がＹ軸と平行になるように積み木ＢＪＣを載置した。次に、図１２（ｂ）に示すように、載置面ＳＦの中央に積み木ＢＪＣを横長に配置して、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した。図１２（ｂ）では、積み木ＢＪＣの底面の一辺が４４ｍｍであり、他の一辺が９０ｍｍになるように積み木ＢＪＣを載置した。また、底面のうちの一方の辺がＹ軸と平行になるように積み木ＢＪＣを載置した。
【００８０】
図１３は、積み木ＢＪＣの姿勢ＰＴと振幅スペクトルＳＰとの関係の一例を示す図である。図１３に示す横軸は周波数Ｆを示し、縦軸は振幅Ｂを示す。図１３に示すグラフＧ３１は、積み木ＢＪＣを縦長に配置した場合の振幅スペクトルＳＰを示し、グラフＧ３２は、積み木ＢＪＣを横長に配置した場合の振幅スペクトルＳＰを示す。
【００８１】
図１３に示すように、周波数Ｆが３３ｋＨｚにおいて、積み木ＢＪＣを縦長に配置した場合の振幅スペクトルＳＰの振幅Ｂが、積み木ＢＪＣを横長に配置した場合の振幅スペクトルＳＰの振幅Ｂより大きかった。そこで、物体検出装置１００が、振幅スペクトルＳＰに基づいて、載置面ＳＦに載置された１つの物体ＢＪの姿勢ＰＴを検出できることが判明した。
【００８２】
＜１つの物体ＢＪの内容量ＣＰを検出する実験＞
次に、図１〜図４及び図１４〜図１５を参照して、物体検出装置１００が載置面ＳＦに載置された物体ＢＪの内容量ＣＰを検出する実験について説明する。図１４は、物体ＢＪの内容量ＣＰを検出する実験方法の一例を示す図である。図１４では、物体ＢＪは、コップＢＪＤである。図１４（ａ）は、コップＢＪＤに水が入っていない場合の実験方法の一例を示す図である。図１４（ｂ）は、コップＢＪＤに水が入っている場合の実験方法の一例を示す図である。コップＢＪＤは、コップＢＪＤ１とコップＢＪＤ２とを含む。コップＢＪＤ１は、空のコップを示す。コップＢＪＤ２は、１００ｍＬの水が入っているコップを示す。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、載置面ＳＦの幅方向（Ｙ軸方向）の中心位置で、且つ載置面ＳＦの長手方向（Ｘ軸方向）の中心位置にコップＢＪＤ１及びコップＢＪＤ２の各々を載置した。
【００８３】
具体的には、図１４（ａ）に示すように、載置面ＳＦの中央にコップＢＪＤ１を載置して、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した。次に、載置面ＳＦの中央にコップＢＪＤ２を載置して、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した。
【００８４】
図１５は、コップＢＪＤの内容量ＣＰと振幅スペクトルＳＰとの関係の一例を示す図である。図１５に示すグラフの横軸は周波数Ｆを示し、縦軸は振幅Ｂを示す。図１５に示すグラフＧ４１は、コップＢＪＤ１を配置した場合の振幅スペクトルＳＰを示し、グラフＧ４２は、コップＢＪＤ２を配置した場合の振幅スペクトルＳＰを示す。
【００８５】
図１５に示すように、周波数Ｆが２８ｋＨｚ〜２９ｋＨｚにおいて、コップＢＪＤ２を配置した場合の振幅スペクトルＳＰの振幅Ｂが、コップＢＪＤ１を配置した場合の振幅スペクトルＳＰの振幅Ｂよりも大きかった。そこで、物体検出装置１００が、振幅スペクトルＳＰに基づいて、載置面ＳＦに載置された１つの物体ＢＪ（例えば、コップＢＪＤ）の内容量ＣＰを検出するできることが判明した。
【００８６】
＜２つの物体ＢＪの位置ＰＳと種類ＴＰとの検出＞
次に、図１〜図４及び図１６〜図２０を参照して、２つの物体ＢＪ（物体ＢＪ１及び物体ＢＪ２）が載置面ＳＦに載置された場合において、物体ＢＪ１及び物体ＢＪ２の各々の位置ＰＳと種類ＴＰとを検出する処理について説明する。
【００８７】
まず、下記のように第０態様、第１態様、第２態様及び第３態様を規定する。
第０態様：載置面ＳＦに物体ＢＪが載置されていない態様。
第１態様：載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１だけが載置されている態様。
第２態様：載置面ＳＦに第２物体ＢＪ２だけが載置されている態様。
第３態様：載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２とが載置されている態様。
【００８８】
外力によって物体ＢＪを振動させる場合に、その状態は次の式（１）で示す運動方程式で表される。
Ｍ×Ｕ”＋Ｃ×Ｕ’＋Ｋ×Ｕ＝Ｐ      （１）
ここで、マトリックスＭは、質量マトリックスを示し、マトリックスＣは、減衰マトリックスを示し、マトリックスＫは、剛性マトリックスを示す。ベクトルＵは、変位ベクトルを示し、ベクトルＰは外力ベクトルを示す。
【００８９】
第０態様〜第３態様の各々において、質量マトリックスＭ、減衰マトリックスＣ及び剛性マトリックスＫは一定であるため、第０態様〜第３態様の各々に対応する運動方程式は、次の式（２）〜式（５）で表される。
Ｍ×Ｕ０”＋Ｃ×Ｕ０’＋Ｋ×Ｕ０＝Ｉ      （２）
Ｍ×Ｕ１”＋Ｃ×Ｕ１’＋Ｋ×Ｕ１＝Ｉ＋Ｗ１      （３）
Ｍ×Ｕ２”＋Ｃ×Ｕ２’＋Ｋ×Ｕ２＝Ｉ＋Ｗ２      （４）
Ｍ×Ｕ３”＋Ｃ×Ｕ３’＋Ｋ×Ｕ３＝Ｉ＋Ｗ１＋Ｗ２      （５）
ここで、変位ベクトルＵ０は、第０態様における変位ベクトルを示し、変位ベクトルＵ１は、第１態様における変位ベクトルを示し、変位ベクトルＵ２は、第２態様における変位ベクトルを示し、変位ベクトルＵ３は、第３態様における変位ベクトルを示す。外力Ｉは、加振器３２が載置面ＳＦに付与する外力を示す。外力Ｗ１は、第１物体ＢＪ１が載置面ＳＦに付与する外力を示す。外力Ｗ２は、第２物体ＢＪ２が載置面ＳＦに付与する外力を示す。「”」は２階微分を示し、「’」は１階微分を示す。
【００９０】
微分の線形性を考慮すると、式（２）〜式（４）から次の式（６）（＝式（４）＋式（３）−式（２））が導出される。
Ｍ×（Ｕ２＋Ｕ１−Ｕ０）”＋Ｃ×（Ｕ２＋Ｕ１−Ｕ０）’
＋Ｋ×（Ｕ２＋Ｕ１−Ｕ０）＝Ｉ＋Ｗ１＋Ｗ２      （６）
式（５）と式（６）とを比較することによって、次の式（７）が得られる。
Ｕ３＝Ｕ２＋Ｕ１−Ｕ０      （７）
式（７）から、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２とが載置されている場合の載置板３１の変位は、以下のようにして求められる。すなわち、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１が載置されている場合の載置板３１の変位と、載置面ＳＦに第２物体ＢＪ２が載置されている場合の載置板３１の変位との和から、載置面ＳＦに物体ＢＪが載置されていない場合の載置板３１の変位を減じることによって求められる。
【００９１】
また、振幅スペクトルＳＰについても、式（７）と同様の関係が成立すると推定されるため、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２とが載置されている場合の第３振幅スペクトルＳＰ３を、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）を参照して、以下のようにして推定する。
【００９２】
図１６（ａ）は、第１振幅スペクトルＳＰ１と、第４振幅スペクトルＳＰ４と、第５振幅スペクトルＳＰ５との生成方法の一例を示す図である。図１６（ａ）に示すように、第１振幅スペクトルＳＰ１は、載置面ＳＦ上に物体ＢＪが載置されていない場合の振幅スペクトルＳＰを示す。第４振幅スペクトルＳＰ４は、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１だけが載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。第５振幅スペクトルＳＰ５は、載置面ＳＦに第２物体ＢＪ２だけが載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。
【００９３】
図１６（ｂ）は、第３振幅スペクトルＳＰ３の推定方法の一例を示す図である。図１６（ｂ）に示すように、図４に示す生成部１１４は、第１振幅スペクトルＳＰ１と、第２振幅スペクトルＳＰ２とに基づき、第３振幅スペクトルＳＰ３を生成する。具体的には、生成部１１４は、第４振幅スペクトルＳＰ４と第５振幅スペクトルＳＰ５との周波数Ｆ毎の振幅Ｂの和を示す和スペクトルＳＰＳを生成する。そして、生成部１１４は、和スペクトルＳＰＳと第１振幅スペクトルＳＰ１との周波数Ｆ毎の振幅Ｂの差を第３振幅スペクトルＳＰ３の推定スペクトルＳＰ３Ｇとして生成する。「推定スペクトルＳＰ３Ｇ」は、第１振幅スペクトルＳＰ１と、第２振幅スペクトルＳＰ２とに基づいて第３振幅スペクトルＳＰ３を推定したスペクトルを示す。
【００９４】
図１６（ｃ）は、第３振幅スペクトルＳＰ３の生成方法の一例を示す図である。図１６（ｃ）に示すように、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２とが載置されている場合に、検出信号ＳＧを図４に示す振動取得部１１２が検出し、変換部１１３が、検出信号ＳＧに対してフーリエ変換を実行し、第３振幅スペクトルＳＰ３の実測スペクトルＳＰ３Ａを生成する。「実測スペクトルＳＰ３Ａ」は、検出信号ＳＧに対してフーリエ変換を実行して生成された第３振幅スペクトルＳＰ３を示す。第３振幅スペクトルＳＰ３は、「推定スペクトルＳＰ３Ｇ」と「実測スペクトルＳＰ３Ａ」とを含む。
【００９５】
学習部１１５は、第３振幅スペクトルＳＰ３を学習する。具体的には、学習部１１５は、推定スペクトルＳＰ３Ｇを学習する。例えば、学習部１１５は、ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｍａｃｈｉｎｅ）によって推定スペクトルＳＰ３Ｇを学習する。
【００９６】
物体検出部１１６は、学習部１１５の学習結果に基づいて、物体ＢＪ１の位置ＰＳ１及び種類ＴＰ１と、物体ＢＪ２の位置ＰＳ２及び種類ＴＰ２とを検出する。
【００９７】
次に、図１７〜図１９を参照して、制御部１１の処理について説明する。図１７は、２つの物体ＢＪの位置ＰＳと種類ＴＰとを検出する場合の制御部１１の処理の一例を示すフローチャートである。
図１７に示すように、ステップＳ１０１において、振動取得部１１２は、載置面ＳＦ上に物体ＢＪが載置されていない場合の検出信号ＳＧを振動検出器３３から取得する。
次に、ステップＳ１０３において、生成部１１４は、第１振幅スペクトルＳＰ１を生成する。
次に、ステップＳ１０５において、振動取得部１１２は、載置面ＳＦ上に第１物体ＢＪ１が載置されている場合の検出信号ＳＧを振動検出器３３から取得する。
次に、ステップＳ１０７において、生成部１１４は、第４振幅スペクトルＳＰ４を生成する。
【００９８】
次に、ステップＳ１０９において、振動取得部１１２は、載置面ＳＦ上に第２物体ＢＪ２が載置されている場合の検出信号ＳＧを振動検出器３３から取得する。
次に、ステップＳ１１１において、生成部１１４は、第５振幅スペクトルＳＰ５を生成する。
次に、ステップＳ１１３において、生成部１１４は、第１振幅スペクトルＳＰ１、第４振幅スペクトルＳＰ４及び第５振幅スペクトルＳＰ５に基づいて、推定スペクトルＳＰ３Ｇを生成する。
次に、ステップＳ１１５において、制御部１１は、「学習処理」を実行する。「学習処理」は、推定スペクトルＳＰ３Ｇを学習する処理を示す。「学習処理」については、後述にて図１８を参照して詳細に説明する。
次に、ステップＳ１１７において、制御部１１は、「検出評価処理」を実行し、処理が終了する。「検出評価処理」は、物体ＢＪ１の位置ＰＳ１及び種類ＴＰ１と、物体ＢＪ２の位置ＰＳ２及び種類ＴＰ２とを検出し、検出結果を評価する処理を示す。「検出評価処理」については、後述にて図１９を参照して詳細に説明する。
【００９９】
図１８は、制御部１１の「学習処理」の一例を示すフローチャートである。
図１８に示すように、まず、ステップＳ２０１において、振動取得部１１２は、載置面ＳＦ上に第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２とが載置されている場合の検出信号ＳＧを振動検出器３３から取得する。
次に、ステップＳ２０３において、変換部１１３は、検出信号ＳＧに対してＦＦＴを実行し、実測スペクトルＳＰ３Ａを生成する。
次に、ステップＳ２０５において、学習部１１５は、推定スペクトルＳＰ３Ｇを学習し、処理が図１７のステップＳ１１７にリターンする。
【０１００】
図１９は、制御部１１の「検出評価処理」の一例を示すフローチャートである。
図１９に示すように、まず、ステップＳ３０１において、載置面ＳＦ上に第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２とを載置して、振動取得部１１２が検出信号ＳＧを振動検出器３３から取得する。
次に、ステップＳ３０３において、変換部１１３は、検出信号ＳＧに対してＦＦＴを実行し、実測スペクトルＳＰ３Ａを生成する。
次に、ステップＳ３０５において、物体検出部１１６は、実測スペクトルＳＰ３Ａと、推定スペクトルＳＰ３Ｇの学習結果とに基づいて、第１物体ＢＪ１の位置ＰＳ１及び種類ＴＰ１と、物体ＢＪ２の位置ＰＳ２及び種類ＴＰ２とを検出する。
次に、ステップＳ３０７において、物体検出部１１６の検出結果を評価して、処理が終了する。
【０１０１】
＜２つの物体ＢＪの位置ＰＳと種類ＴＰとを検出する実験＞
まず、実験方法について説明する。物体ＢＪを載置する位置は、３箇所の位置うちのいずれか１つの位置であった。３箇所の位置とは、載置面ＳＦの中心線ＣＬ上のＸ軸方向の端部から３０ｍｍの位置と、Ｘ軸方向の端部から１６０ｍｍの位置とＸ軸方向の端部から２９０ｍｍの位置とであった。物体ＢＪの種類ＴＰとして、机上に載置される物体ＢＪと、冷蔵庫に収納される物体ＢＪとを選定した。具体的には、机上に載置される物体ＢＪとして、「マグカップ」と「ノート」と「ペン」との３つを選定し、冷蔵庫に収納される物体ＢＪとして、「りんご」と「たまねぎ」と「みかん」とを選定した。以下では、「マグカップ」、「ノート」及び「ペン」の３種類の物体ＢＪを用いる場合を、「机パターン」と記載し、「りんご」、「たまねぎ」及び「みかん」の３種類の物体ＢＪを用いる場合を、「冷蔵庫パターン」と記載する。
【０１０２】
「机パターン」及び「冷蔵庫パターン」の各々について、３種類の物体ＢＪのうちの１種類の物体ＢＪを１つの位置に配置する９通りの場合について、それぞれ１２回の実験を行い、１０８個（＝９×１２）の振幅スペクトルＳＰを生成した。１つの位置は、３箇所の位置のうちのいずれか１つの位置を示す。また、３種類の物体ＢＪのうちの２種類の物体ＢＪの各々を、１つの位置に配置する１８通りの場合について、それぞれ１２回の実験を行い、２１６個（＝１８×１２）の振幅スペクトルＳＰを生成した。
【０１０３】
そして、３種類の物体ＢＪのうちの２種類の物体ＢＪを２つの位置に配置する１８通りの場合の各々について、第３振幅スペクトルＳＰ３の推定スペクトルＳＰ３Ｇを学習した。そして、第３振幅スペクトルＳＰ３の実測スペクトルＳＰ３Ａと、第３振幅スペクトルＳＰ３の推定スペクトルＳＰ３Ｇの学習結果とに基づいて、位置ＰＳ１、位置ＰＳ２、種類ＴＰ１及び種類ＴＰ２を検出し、検出結果を評価した。具体的には、交差検証によって位置ＰＳ１、位置ＰＳ２、種類ＴＰ１及び種類ＴＰ２の識別率を求めた。
【０１０４】
次に、図２０を参照して、２つの物体ＢＪの位置ＰＳ及び種類ＴＰを検出する実験の結果について説明する。図２０に示すように、「机パターン」での識別率は以下の通りであった。第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が８６．１％であった。第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が９５．４％であった。第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が９６．８％であった。
【０１０５】
「冷蔵庫パターン」での識別率は以下の通りであった。第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が９５．８％であった。第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が９７．２％であった。第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が９８．６％であった。
【０１０６】
このように、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧのみを用いる場合、及び第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧのみを用いる場合と比較して、第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いることによって、高い識別率が得られた。
【０１０７】
以上、図１〜図４及び図１６〜図２０を参照して説明したように、本発明の実施形態では、振幅スペクトルＳＰの学習結果に基づいて、載置面ＳＦに載置された複数の（ここでは、２つの）物体ＢＪの状態ＳＴ（ここでは、位置ＰＳ及び種類ＴＰ）を検出する。したがって、載置面ＳＦ上に載置される複数の物体ＢＪの状態ＳＴを更に正確に検出できる。
【０１０８】
更に、学習部１１５は、載置面ＳＦ上に第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２とが載置される場合の振幅スペクトルＳＰを、第１振幅スペクトルＳＰ１と、第２振幅スペクトルＳＰ２とに基づいて学習する。そして、物体検出部１１６は、学習部１１５の学習結果に基づいて、第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２との各々の状態ＳＴ（ここでは、位置ＰＳ及び種類ＴＰ）を検出する。したがって、第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２との各々の状態ＳＴを検出できる。
【０１０９】
また、第１振幅スペクトルＳＰ１と、第２振幅スペクトルＳＰ２とに基づき、第３振幅スペクトルＳＰ３（具体的には、推定スペクトルＳＰ３Ｇ）を生成する。第３振幅スペクトルＳＰ３は、載置面ＳＦ上に第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２とが載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。学習部１１５は第３振幅スペクトルＳＰ３を学習し、物体検出部１１６は、学習結果に基づいて、第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２との各々の状態ＳＴ（ここでは、位置ＰＳ及び種類ＴＰ）を検出する。したがって、簡素な構成で、第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２との各々の状態ＳＴを正確に検出できる。
【０１１０】
また、載置面ＳＦ上に第１物体ＢＪ１が載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す第４振幅スペクトルＳＰ４と、載置面ＳＦ上に第２物体ＢＪ２が載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す第５振幅スペクトルＳＰ５とを生成する。そして、第４振幅スペクトルＳＰ４と第５振幅スペクトルＳＰ５との周波数Ｆ毎の振幅Ｂの和を示す和スペクトルＳＰＳを生成し、和スペクトルＳＰＳと第１振幅スペクトルＳＰ１との周波数Ｆ毎の振幅Ｂの差を第３振幅スペクトルＳＰ３（具体的には、推定スペクトルＳＰ３Ｇ）として生成する。更に、第３振幅スペクトルＳＰ３を学習し、学習結果に基づいて、第１物体ＢＪ１の位置ＰＳ１及び種類ＴＰ１と第２物体ＢＪ２の位置ＰＳ２及び種類ＴＰ２とを検出する。したがって、簡素な構成で、第１物体ＢＪ１の位置ＰＳ１及び種類ＴＰ１と第２物体ＢＪ２の位置ＰＳ２及び種類ＴＰ２とを正確に検出できる。
【０１１１】
なお、本発明の実施形態では、第１物体ＢＪ１の位置ＰＳ１及び種類ＴＰ１と第２物体ＢＪ２の位置ＰＳ２及び種類ＴＰ２とを検出したが、本発明はこれに限定されない。第１物体ＢＪ１の状態ＳＴと第２物体ＢＪ２の状態ＳＴとを検出すればよい。
【０１１２】
＜３つの物体ＢＪの位置ＰＳと種類ＴＰとの検出＞
次に、図１〜図４及び図２１〜図２２を参照して、３つの物体ＢＪ（物体ＢＪ１、物体ＢＪ２及び物体ＢＪ３）が載置面ＳＦに載置された場合において、物体ＢＪ１、物体ＢＪ２及び物体ＢＪ３の各々の位置ＰＳと種類ＴＰとを検出する処理について説明する。
【０１１３】
図１〜図４及び図１６〜図２０を参照して、２つの物体ＢＪ（物体ＢＪ１及び物体ＢＪ２）が載置面ＳＦに載置された場合について、式（７）を導出したが、同様にして、次の（８）が得られる。
Ｕ４＝Ｕ３＋Ｕ２＋Ｕ１−２×Ｕ０      （８）
ただし、変位ベクトルＵ４は、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２と第３物体ＢＪ３が載置されている状態における変位ベクトルを示し、変位ベクトルＵ３は、載置面ＳＦに第２物体ＢＪ２が載置されている状態における変位ベクトルを示す点で、式（７）と相違している。
【０１１４】
式（８）から、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２と第３物体ＢＪ３とが載置されている場合の変位は、以下のようにして求められる。すなわち、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１が載置されている場合の変位と、載置面ＳＦに第２物体ＢＪ２が載置されている場合の変位と、載置面ＳＦに第３物体ＢＪ３が載置されている場合の変位との和を求める。そして、３つの変位の和から載置面ＳＦに物体ＢＪが載置されていない場合の変位の２倍を減じることによって求められる。
【０１１５】
また、振幅スペクトルＳＰについても、式（８）と同様の関係が成立すると推定されるため、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２と第３物体ＢＪ３とが載置されている場合の第３振幅スペクトルＳＰ３を、図２１を参照して、以下のようにして推定する。
【０１１６】
図２１（ａ）は、第１振幅スペクトルＳＰ１と、第４振幅スペクトルＳＰ４と、第５振幅スペクトルＳＰ５と、第６振幅スペクトルＳＰ６との生成方法の一例を示す図である。図２１（ａ）に示すように、第１振幅スペクトルＳＰ１は、載置面ＳＦ上に物体ＢＪが載置されていない場合の振幅スペクトルＳＰを示す。第４振幅スペクトルＳＰ４は、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１だけが載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。第５振幅スペクトルＳＰ５は、載置面ＳＦに第２物体ＢＪ２だけが載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。第６振幅スペクトルＳＰ６は、載置面ＳＦに第３物体ＢＪ３だけが載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。
【０１１７】
図２１（ｂ）は、第３振幅スペクトルＳＰ３の推定方法の一例を示す図である。図２１（ｂ）に示すように、図４に示す生成部１１４は、第１振幅スペクトルＳＰ１と、第２振幅スペクトルＳＰ２とに基づき、第３振幅スペクトルＳＰ３を生成する。具体的には、生成部１１４は、第４振幅スペクトルＳＰ４と第５振幅スペクトルＳＰ５と第６振幅スペクトルＳＰ６との周波数Ｆ毎の振幅Ｂの和を示す和スペクトルＳＰＳを生成する。そして、生成部１１４は、和スペクトルＳＰＳと第１振幅スペクトルＳＰ１の２倍の振幅Ｂの振幅スペクトルＳＰとの周波数Ｆ毎の振幅Ｂの差を第３振幅スペクトルＳＰ３の推定スペクトルＳＰ３Ｇとして生成する。
【０１１８】
図２１（ｃ）は、第３振幅スペクトルＳＰ３の生成方法の一例を示す図である。図２１（ｃ）に示すように、載置面ＳＦに第１物体ＢＪ１と第２物体ＢＪ２と第３物体ＢＪ３とが載置されている場合に、検出信号ＳＧを図４に示す振動取得部１１２が検出し、変換部１１３が、検出信号ＳＧに対してフーリエ変換を実行し、第３振幅スペクトルＳＰ３の実測スペクトルＳＰ３Ａを生成する。
【０１１９】
学習部１１５は、第３振幅スペクトルＳＰ３を学習する。具体的には、学習部１１５は、推定スペクトルＳＰ３Ｇを学習する。例えば、学習部１１５は、ＳＶＭによって推定スペクトルＳＰ３Ｇを学習する。
【０１２０】
物体検出部１１６は、学習部１１５の学習結果に基づいて、物体ＢＪ１の位置ＰＳ１及び種類ＴＰ１と、物体ＢＪ２の位置ＰＳ２及び種類ＴＰ２と、物体ＢＪ３の位置ＰＳ３及び種類ＴＰ３とを検出する。
【０１２１】
＜３つの物体ＢＪの位置ＰＳと種類ＴＰとを検出する実験＞
まず、実験方法について説明する。物体ＢＪを載置する位置は、３箇所の位置うちのいずれか１つの位置であった。３箇所の位置とは、載置面ＳＦの中心線ＣＬ上のＸ軸方向の端部から３０ｍｍの位置と、Ｘ軸方向の端部から１６０ｍｍの位置と、Ｘ軸方向の端部から２９０ｍｍの位置とであった。物体ＢＪの種類ＴＰとして、机上に載置される物体ＢＪと、冷蔵庫に収納される物体ＢＪとを選定した。具体的には、机上に載置される物体ＢＪとして、「マグカップ」と「ノート」と「ペン」との３つを選定し、冷蔵庫に収納される物体ＢＪとして、「りんご」と「たまねぎ」と「みかん」とを選定した。以下では、「マグカップ」、「ノート」及び「ペン」の３種類の物体ＢＪを用いる場合を、「机パターン」と記載し、「りんご」、「たまねぎ」及び「みかん」の３種類の物体ＢＪを用いる場合を、「冷蔵庫パターン」と記載する。
【０１２２】
「机パターン」及び「冷蔵庫パターン」の各々について、３種類の物体ＢＪのうちの１種類の物体ＢＪを１つの位置に配置する９通りの場合について、それぞれ１２回の実験を行い、１０８個（＝９×１２）の振幅スペクトルＳＰを生成した。１つの位置は、３箇所の位置のうちのいずれか１つの位置を示す。また、３種類の物体ＢＪの各々を、１つの位置に配置する６通りの場合について、それぞれ１２回の実験を行い、７２個（＝６×１２）の振幅スペクトルＳＰを生成した。
【０１２３】
そして、３種類の物体ＢＪの各々を１つの位置に配置する６通りの場合の各々について、第３振幅スペクトルＳＰ３の推定スペクトルＳＰ３Ｇを学習した。そして、第３振幅スペクトルＳＰ３の実測スペクトルＳＰ３Ａと、第３振幅スペクトルＳＰ３の推定スペクトルＳＰ３Ｇの学習結果とに基づいて、位置ＰＳ１、位置ＰＳ２、位置ＰＳ３、種類ＴＰ１、種類ＴＰ２及び種類ＴＰ３を検出し、検出結果を評価した。具体的には、交差検証によって識別率を求めた。
【０１２４】
次に、図２１を参照して、２つの物体ＢＪの位置ＰＳ及び種類ＴＰを検出する実験の結果について説明する。図２０に示すように、「机パターン」での識別率は以下の通りであった。第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が９７．２％であった。第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が９８．６％であった。第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が１００％であった。
【０１２５】
「冷蔵庫パターン」での識別率は以下の通りであった。第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が９１．７％であった。第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が９８．６％であった。第１振動検出器３３１の検出信号ＳＧと第２振動検出器３３２の検出信号ＳＧとを用いて振幅スペクトルＳＰを生成した場合の識別率が９８．６％であった。
【０１２６】
以上、図１〜図４及び図２１〜図２２を参照して説明したように、本発明の実施形態では、第４振幅スペクトルＳＰ４と、第５振幅スペクトルＳＰ５と、第６振幅スペクトルＳＰ６とを生成する。第４振幅スペクトルＳＰ４は、載置面ＳＦ上に第１物体ＢＪ１が載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。第５振幅スペクトルＳＰ５は、載置面ＳＦ上に第２物体ＢＪ２が載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。第６振幅スペクトルＳＰ６は、載置面ＳＦ上に第３物体ＢＪ３が載置されている場合の振幅スペクトルＳＰを示す。そして、和スペクトルＳＰＳを生成する。和スペクトルＳＰＳは、第４振幅スペクトルＳＰ４と第５振幅スペクトルＳＰ５と第６振幅スペクトルＳＰ６との周波数Ｆ毎の振幅Ｂの和を示す。次に、差スペクトルＳＰＤを生成する。差スペクトルＳＰＤは、和スペクトルＳＰＳと第１振幅スペクトルＳＰ１との周波数Ｆ毎の振幅Ｂの差を示す。また、差スペクトルＳＰＤと第１振幅スペクトルＳＰ１との周波数Ｆ毎の振幅Ｂの差を第３振幅スペクトルＳＰ３（具体的には、推定スペクトルＳＰ３Ｇ）として生成する。更に、第３振幅スペクトルＳＰ３を学習し、学習結果に基づいて、第１物体ＢＪ１の状態ＳＴ１（ここでは、位置ＰＳ１及び種類ＴＰ１）と、第２物体ＢＪ２の状態ＳＴ２（ここでは、位置ＰＳ２及び種類ＴＰ２）と、第３物体ＢＪ３の状態ＳＴ３（ここでは、位置ＰＳ３及び種類ＴＰ３）とを検出する。したがって、簡素な構成で、第１物体ＢＪ１の状態ＳＴ１と第２物体ＢＪ２の状態ＳＴ２と第３物体ＢＪ３の状態ＳＴ３とを正確に検出できる。
【０１２７】
なお、本発明の実施形態では、第１物体ＢＪ１の位置ＰＳ１及び種類ＴＰ１と、第２物体ＢＪ２の位置ＰＳ２及び種類ＴＰ２と、物体ＢＪ３の位置ＰＳ３及び種類ＴＰ３とを検出したが、本発明はこれに限定されない。第１物体ＢＪ１の状態ＳＴと第２物体ＢＪ２の状態ＳＴと第３物体ＢＪ３の状態ＳＴ３とを検出すればよい。
【０１２８】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である（例えば、下記に示す（１）〜（５））。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数等は、図面作成の都合上から実際とは異なる。また、上記の実施形態で示す各構成要素の形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の構成から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【０１２９】
（１）本実施形態では、図１を参照して説明したように、載置面ＳＦが載置板３１の上面であり、且つ載置板３１が矩形のアクリル板であるが、本発明はこれに限定されない。載置板３１は、載置面ＳＦを有すればよい。例えば、載置板３１が円形でもよいし、載置板３１が金属製でもよい。
【０１３０】
（２）本実施形態では、図１を参照して説明したように、加振器３２が載置板３１の下面に配置されるが、本発明はこれに限定されない。加振器３２が載置板３１に配置されればよい。例えば、加振器３２が載置板３１の載置面ＳＦに配置されてもよい。
【０１３１】
（３）本実施形態では、図１を参照して説明したように、振動検出器３３が載置板３１の下面に配置されるが、本発明はこれに限定されない。振動検出器３３が載置板３１に配置されればよい。例えば、振動検出器３３が載置板３１の載置面ＳＦに配置されてもよい。
【０１３２】
（４）本実施形態では、図１を参照して説明したように、制御部１１がパーソナルコンピュータ１に配置されるが、物体検出装置１００が制御部１１を備えればよい。制御部１１がタブレット端末装置に配置されてもよいし、制御部１１がサーバー装置に配置されてもよい。
【０１３３】
（５）本実施形態では、図９を参照して説明したように、物体ＢＪが机上に載置される物体ＢＪ又は冷蔵庫に収納される物体ＢＪであるが、本発明はこれに限定されない。物体ＢＪは、載置面ＳＦに載置されればよい。例えば、物体ＢＪが、棚に陳列される物体ＢＪでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は、載置面上に載置される物体の状態を検出する物体検出装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
１００    物体検出装置
１    パーソナルコンピュータ
１１    制御部
１１Ａ    プロセッサ
１１Ｂ    記憶部
１１１    振動付与部
１１２    振動検出部
１１３    変換部
１１４    生成部
１１５    学習部
１１６    物体検出部
１２    ディスプレイ
２    オーディオインターフェース
２１    信号発生器
３    検出装置本体
３１    載置板
３２    加振器
３３    振動検出器
３３１    第１振動検出器
３３２    第２振動検出器
３４、３４１、３４２，３４３，３４４    支持体
ＢＪ    物体
ＢＪ１    第１物体
ＢＪ２    第２物体
ＢＪ３    第３物体
ＳＦ    載置面
ＳＴ    状態
ＰＳ    位置
ＴＰ    種類
ＰＴ    姿勢
ＣＴ    内容量
ＳＰ    振幅スペクトル
ＳＰ１    第１振幅スペクトル
ＳＰ２    第２振幅スペクトル
ＳＰ３    第３振幅スペクトル
ＳＰ４    第４振幅スペクトル
ＳＰ５    第５振幅スペクトル
ＳＰ６    第６振幅スペクトル
ＳＰＳ    和スペクトル
ＳＰＤ    差スペクトル
ＳＧ    音響信号
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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