(57)【要約】【課題】可視光通信によって音源位置推定に必要な情報を送信することで、マイクロホンの位置計測や配線の手間が省くことができ、かつ、音源方向推定に有利に働くマイクロホンアレイのカバーする面積を容易に変更、増加することできる音源位置推定技術を提供する。【解決手段】センサユニットは、音響信号を用いて、各方向に対する音波の強さの集合である音波受信方向別強度を推定する音波方向推定部と、音波受信方向別強度を符号化し、発光素子を点滅させて、可視光通信により送信する送信部と、を有する。受信装置は、イメージデータ上の発光素子の点滅を復号して音波受信方向別強度を取得し、さらに、受光部の位置を基点としてイメージデータ上の発光素子の点滅位置からセンサユニットの位置を推定する復号部と、音波受信方向別強度とセンサユニットの位置とを用いて、音源位置を推定する音源位置再構成部と、を有する。【選択図】図１
2013213739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサユニットと受信装置とを含む音源位置推定装置であって、
前記センサユニットは、
音波を電気信号に変換し、音響信号を生成するマイクロホンと、
前記音響信号を用いて、各方向に対する音波の強さの集合である音波受信方向別強度を推定する音波方向推定部と、
前記音波受信方向別強度を符号化し、発光素子を点滅させて、可視光通信により送信する送信部と、を有し、
前記受信装置は、
イメージセンサからなり、前記発光素子の点滅をイメージデータとして受信する受光部と、
前記イメージデータ上の前記発光素子の点滅を復号して前記音波受信方向別強度を取得し、さらに、前記受光部の位置を基点としてイメージデータ上の前記発光素子の点滅位置から前記センサユニットの位置を推定する復号部と、
前記音波受信方向別強度と前記センサユニットの位置とを用いて、音源位置を推定する音源位置再構成部と、を有する、
音源位置推定装置。
【請求項２】
請求項１記載の音源位置推定装置であって、
前記マイクロホンは、指向性を持ち、一つの前記センサユニットに対し複数個含まれ、
一つの前記センサユニットに含まれる複数個の前記マイクロホンは、それぞれ異なる収音エリアを持ち、
前記音波方向推定部は、各前記マイクロホンから生成される前記音響信号の強度の集合を前記音波受信方向別強度として推定し、
前記音源位置再構成部は、前記センサユニットの位置から各前記マイクロホンの収音エリアを推定し、各前記センサユニットの前記音波受信方向別強度の中から最大の強度に対応する前記マイクロホンを選択し、複数の前記センサユニットからそれぞれ選択された前記マイクロホンの収音エリアの重複部分に音源があると推定する、
音源位置推定装置。
【請求項３】
請求項１記載の音源位置推定装置であって、
Ｐは３以上の整数であり、前記センサユニットの個数であり、ｐ＝１，２，…，Ｐ、ｐ’＝１，２，…，Ｐ、ｐ≠ｐ’であり、
前記センサユニットは、無指向性の前記マイクロホンを一個含み、
複数の前記センサユニットは、縦続接続され、隣接する前記センサユニット間では、前記マイクロホンの音響信号を相互に送信し、
前記音波方向推定部は、各前記マイクロホンから生成される前記音響信号と、隣接する前記マイクロホンから生成される前記音響信号との間で類似度を計算し、その類似度の集合を前記音波受信方向別強度として推定し、
前記類似度は、隣接するセンサユニットの位置の中点から見て、そのセンサユニット間の相対距離と、時間遅れの差分とにより定まる角度の方向にみた到来軸からの音波の強さとし、前記音源位置再構成部は、ｐ番目のセンサユニットの前記音波受信方向別強度に含まれる前記類似度の一つと、ｐ’番目のセンサユニットの前記音波受信方向別強度に含まれる前記類似度の一つとの加算平均を求め、その加算平均が最大となる前記到来軸の交点に音源があると推定する、
音源位置推定装置。
【請求項４】
請求項３記載の音源位置推定装置であって、
前記センサユニットは、重複する前記類似度を送信しない、
音源位置推定装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載の音源位置推定装置であって、
前記音源位置再構成部は、各前記センサユニットの前記音波方向推定部が推定した前記音波受信方向別強度に含まれる前記類似度の中から、最大の前記類似度を選択し、複数の前記センサユニットからそれぞれ選択された複数の最大の前記類似度の加算平均を求め、その加算平均が最大となる前記到来軸の交点に音源があると推定する、
音源位置推定装置。
【請求項６】
請求項２記載の音源位置推定装置であって、
前記センサユニットを前記受光部に対して三次元的に配置し、
前記マイクロホンの収音エリアを三次元的に配置する、
音源位置推定装置。
【請求項７】
複数のセンサユニットと受信装置とを用いる音源位置推定方法であって、
前記センサユニットのマイクロホンが、音波を電気信号に変換し、音響信号を生成する収音ステップと、
前記センサユニットの音波方向推定部が、前記音響信号を用いて、各方向に対する音波の強さの集合である音波受信方向別強度を推定する音波方向推定ステップと、
前記センサユニットの送信部が、前記音波受信方向別強度を符号化し、発光素子を点滅させて、可視光通信により送信する送信ステップと、
前記受信装置のイメージセンサからなる受光部が、前記発光素子の点滅をイメージデータとして受信する受信ステップと、
前記受信装置の復号部が、前記イメージデータ上の前記発光素子の点滅を復号して前記音波受信方向別強度を取得し、さらに、前記受光部の位置を基点としてイメージデータ上の前記発光素子の点滅位置から前記センサユニットの位置を推定する復号ステップと、
前記受信装置の音源位置再構成部が、前記音波受信方向別強度と前記センサユニットの位置とを用いて、音源位置を推定する音源位置再構成ステップと、を含む、
音源位置推定方法。
【請求項８】
請求項１から請求項６の何れかに記載の音声位置推定装置として、コンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロホンを用いて音源の位置を推定する音源位置推定装置、音源位置推定方法及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイを用いた音源方向、位置の推定に関しては様々な研究開発がなされている。音源方向、位置の推定という目標に対し、通常はマイクロホンの位置及びその計測情報という二つの情報が必要となる。また、一般的にはマイクロホンアレイの配置面積が広く、また、そのマイクロホンの数が多いほど、音源位置推定には有利になる。
【０００３】
そのため、マイクロホンの位置をその都度測定したり、予め位置関係の決まったマイクロホンアレイを作成したりする方法がとられている（非特許文献１参照）。
【０００４】
しかし前者ではマイクロホンのチャンネル数を多くすると位置計測や配線の手間が増えるという課題があり、後者では音源方向推定に有利に働くマイクロホンアレイのカバーする面積を容易に増やせないという課題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】H. Krim, M. Viberg, “Two decades of array signal processing research”, IEEE Signal Processing Magazine, July 1996, pp.67-94
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この課題に対し、マイクロホンアレイからの情報を、可視光通信（参考文献１参照）によってイメージセンサを用いて取得する構成とすると、位置情報とマイクロホンアレイの情報を同時に取得でき、配線も簡略化できるという大きなメリットがある（参考文献２参照）。
（参考文献１）中川正雄，「可視光通信の世界」，工業調査会，２００６年２月１日，ｐ３−２１，ｐ１５９−１７０
（参考文献２）Toru Nagura, Takaya YAMAZATO, Masaaki KATAYAMA, Tomohiro YENDO, Toshiaki FUJII, Hiraku OKADA, “Improved Decoding Methods of Visible Light Communication System for ITS Using LED Array and High-Speed Camera”, Vehicular Technology Conference (VTC 2010-Spring), 2010 IEEE 71st, IEEE, 16-19 May 2010, pp.1-5
【０００７】
しかし、単純にマイクロホンアレイからの情報を可視光通信によって伝送する場合、マイクロホンアレイのチャンネル数を多くすると取得した音響信号を全て伝送するには通信帯域が不足するという課題もある（参考文献３参照）。
（参考文献３）石田正徳，春山真一郎，中川正雄，「並列可視光無線通信方式における通信速度限界の検討」，電子情報通信学会技術研究報告ＣＳ通信方式，社団法人電子情報通信学会，２００７年１月４日，Ｖｏｌ．１０６，Ｎｏ．４５０，ｐｐ．３７−４１
【０００８】
本発明では、音響信号を全て伝送するのではなく、センサユニット内、あるいは複数センサユニット間で音源位置推定に必要な情報のみをある程度抽出したのち、その情報のみ伝送する解決策を上記可視光通信の解決策と組み合わせて用いる。
【０００９】
本発明は、可視光通信によって音源位置推定に必要な情報を送信することで、マイクロホンの位置計測や配線の手間が省くことができ、かつ、音源方向推定に有利に働くマイクロホンアレイのカバーする面積を容易に変更、増加することできる音源位置推定技術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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の第一の態様によれば、音源位置推定装置は、複数のセンサユニットと受信装置とを含む。センサユニットは、音波を電気信号に変換し、音響信号を生成するマイクロホンと、音響信号を用いて、各方向に対する音波の強さの集合である音波受信方向別強度を推定する音波方向推定部と、音波受信方向別強度を符号化し、発光素子を点滅させて、可視光通信により送信する送信部と、を有する。受信装置は、イメージセンサからなり、発光素子の点滅をイメージデータとして受信する受光部と、イメージデータ上の発光素子の点滅を復号して音波受信方向別強度を取得し、さらに、受光部の位置を基点としてイメージデータ上の発光素子の点滅位置からセンサユニットの位置を推定する復号部と、音波受信方向別強度とセンサユニットの位置とを用いて、音源位置を推定する音源位置再構成部と、を有する。
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の第二の態様によれば、音源位置推定方法は、複数のセンサユニットと受信装置とを用いる。音源位置推定方法は、センサユニットのマイクロホンが、音波を電気信号に変換し、音響信号を生成する収音ステップと、センサユニットの音波方向推定部が、音響信号を用いて、各方向に対する音波の強さの集合である音波受信方向別強度を推定する音波方向推定ステップと、センサユニットの送信部が、音波受信方向別強度を符号化し、発光素子を点滅させて、可視光通信により送信する送信ステップと、受信装置の受光部が、発光素子の点滅をイメージデータとして受信する受信ステップと、受信装置の復号部が、イメージデータ上の発光素子の点滅を復号して音波受信方向別強度を取得し、さらに、受光部の位置を基点としてイメージデータ上の発光素子の点滅位置からセンサユニットの位置を推定する復号ステップと、受信装置の音源位置再構成部が、音波受信方向別強度とセンサユニットの位置とを用いて、音源位置を推定する音源位置再構成ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、可視光通信によって音源位置推定に必要な情報を送信することで、マイクロホンの位置計測や配線の手間が省くことができ、かつ、音源方向推定に有利に働くマイクロホンアレイのカバーする面積を容易に変更、増加することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態に係る音源位置推定装置１００の機能ブロック図。
【図２】第一実施形態に係る音源位置推定装置１００の処理フローを示す図。
【図３】図３Ａは二つのセンサユニットと受信装置との配置例を、図３Ｂは受信装置の受光部で得られるイメージデータの例を、図３Ｃは、最大の強度と重複部分の関係を示す図。
【図４】図４Ａはセンサユニットの正面図を、図４Ｂはその平面図を、図４Ｃがその背面図を示す。
【図５】第一実施形態の変形例に係る受信装置の受光部で得られるイメージデータの例を示す図。
【図６】マイクロホンの収音エリアを三次元的に配置した場合の例を示す図。
【図７】３つのセンサユニットを配置する例を示す図。
【図８】３つのセンサユニットと受信装置との配置例を示す図。
【図９】図８の場合のイメージデータの例を示す図。
【図１０】図８の場合の最大の強度と重複部分の関係を示す図。
【図１１】図１１Ａは送信部のＬＥＤを基板の正面上に配置した場合のセンサユニットの正面図を、図１１Ｂはその平面図。
【図１２】送信部のＬＥＤを基板の正面上に配置した場合のセンサユニットと受信装置との配置例を示す図。
【図１３】二つのセンサユニットを異なる方向に設置した場合のセンサユニットと受信装置との配置例を示す図。
【図１４】音源位置推定装置２００の機能ブロック図。
【図１５】図１５Ａは第二実施形態に係るセンサユニットの正面図を、図１５Ｂはその平面図を、図１５Ｃがその背面図。
【図１６】第二実施形態に係るセンサユニットにおいて、音響信号ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）及びｘ３（ｔ）と音波受信方向別強度との関係を示す図。
【図１７】音波受信方向別強度と到来軸との関係を説明するための図。
【図１８】到来軸の交点を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同一の符号を記し、重複説明を省略する。また、ベクトルや行列の各要素単位で行われる処理は、特に断りが無い限り、そのベクトルやその行列の全ての要素に対して適用されるものとする。
【００１５】
＜第一実施形態＞
図１は音源位置推定装置１００の機能ブロック図を、図２はその処理フローを示す。
【００１６】
音源位置推定装置１００は、二つのセンサユニット１１０−１及び１１０−２と、受信装置１２０とを含む。図３Ａは二つのセンサユニット１１０−１及び１１０−２と受信装置１２０との配置例を、図３Ｂは受信装置１２０の受光部１２１で得られるイメージデータの例を示す。本実施形態では、簡単のために音源方向推定を水平方向に限定した場合を示す。従って、センサユニット１１０−１及び１１０−２は、受信装置１２０（の受光部１２１）から見て、同一の高さに水平に設置されているものとする。
【００１７】
［センサユニット１１０−１及び１１０−２］
図４Ａはセンサユニット１１０−１の正面図を、図４Ｂはその平面図を、図４Ｃがその背面図を示す。センサユニット１１０−１は、マイクロホン１１１Ｒ、１１１Ｆ及び１１１Ｌと、音波方向推定部１１３と、送信部１１５とを有する（図１参照）。センサユニット１１０−２も同様の構成を有する。
【００１８】
センサユニット１１０−１は、その設置された位置における音波の到来方向を推定し、可視光通信を用いて、音波の到来方向に関する情報を受信装置に伝送する。
【００１９】
［マイクロホン１１１Ｒ、１１１Ｆ及び１１１Ｌ］
マイクロホン１１１Ｒ、１１１Ｆ及び１１１Ｌは、それぞれ、鋭い指向性を持ち、異なる収音エリアを持つ。本実施形態では、マイクロホン１１１Ｒ、１１１Ｆ及び１１１Ｌは、左右４５°と正面から到来する音波を最もよくとらえるように基板１１７の正面上に設置される（図４参照）。マイクロホン１１１Ｒ、１１１Ｆ及び１１１Ｌは、それぞれ音波を収音して電気信号に変換し、音響信号ｘＲ（ｔ），ｘＦ（ｔ）及びｘＬ（ｔ）を生成し、音波方向推定部１１３に送信する（ｓ１）。ただし、ｔはフレーム番号、または、フレーム番号に対応する時刻を表す。
【００２０】
［音波方向推定部１１３］
音波方向推定部１１３は、ＣＰＵ，メモリ、処理回路等によって構成される。音波方向推定部１１３は、音響信号ｘＲ（ｔ），ｘＦ（ｔ）及びｘＬ（ｔ）を受け取り、これらの値を用いて、各方向に対する音波の強さである音波受信方向別強度を推定し（ｓ２）、送信部に送信する。
【００２１】
ここで、音波受信方向別強度とは、計測位置（センサユニットの設置位置）における音波の進行方向別の強度の集合であり、計測位置の情報さえ与えられたら音波の進行方向を推定することができる情報である。なお、理想的な音源と無限空間での計測では音源方向にのみ、進行波の強度が存在する。
【００２２】
例えば、音波方向推定部１１３は、マイクロホン１１１Ｒ、１１１Ｆ及び１１１Ｌから生成される音響信号ｘＲ（ｔ），ｘＦ（ｔ）及びｘＬ（ｔ）の短時間積分をその強度として求め、その集合である音波受信方向別強度を推定する。例えば、各方向から来た音波の強さを周期Ｔ１ごとに算出する。ｎ回目に計算される正面方向からの音波の強さφＦ（ｎ）は、ｘＦ（ｔ）を用いて、
【００２３】
【数１】
2013213739.tif 000003
【００２４】
と推定される。Ｔ２は積分時間を表す。同様に左４５°，右４５°に関する音波の強さφＬ（ｎ），φＲ（ｎ）もｘＬ（ｔ）、ｘＲ（ｔ）から求めることができる。求めた音波受信方向別強度φ（ｎ）＝［φＦ（ｎ），φＬ（ｎ），φＲ（ｎ）］を周期Ｔ１ごとに送信部１１５に出力する。
【００２５】
［送信部１１５］
送信部１１５は、符号化を行う回路またはプログラム、発光素子用ドライバ（ＬＥＤドライバ等）、発光素子（ＬＥＤ等）等で構成される。本実施形態では、ＬＥＤは基板１１７の背面上に配置される（図４参照）。送信部１１５は、音波受信方向別強度φ（ｎ）＝［φＦ（ｎ），φＬ（ｎ），φＲ（ｎ）］を受け取り、可視光通信用に符号化し、ＬＥＤを点滅させて、可視光通信により送信する（ｓ３）。可視光による点滅は後述する受信装置１２０の受光部１２１に向けて出力される。
【００２６】
本実施形態では、例えばｎ回目に得られた音波受信方向別強度φ（ｎ）をＴ１時間内に受信装置１２０に送ることができればよく、例えば、参考文献３にある通信方式を用いても良い。
【００２７】
以下において、センサユニット１１０−１から出力される音波受信方向別強度をφ１（ｎ）＝［φ１Ｆ（ｎ），φ１Ｌ（ｎ），φ１Ｒ（ｎ）］とし、センサユニット１１０−２から出力される音波受信方向別強度をφ２（ｎ）＝［φ２Ｆ（ｎ），φ２Ｌ（ｎ），φ２Ｒ（ｎ）］とする。
【００２８】
つまり、本実施形態では、マイクロホンの音響信号やその特徴量を伝送するのではなく、予めセンサユニット単体で、音源推定に必要な情報（音波受信方向別強度）のみを抽出したうえで、その情報のみを可視光通信で伝送する。音波受信方向別強度が単独のセンサユニットで算出される音波の方向別強度である。
【００２９】
［受信装置１２０］
受信装置１２０は、受光部１２１、復号部１２３及び音源位置再構成部１２５を有する（図１参照）。複数のセンサユニットから発せられる音波受信方向別強度を取得し、音源の位置を再構成する。
【００３０】
［受光部１２１］
受光部１２１は、イメージセンサで構成される。ＬＥＤの点滅をイメージデータとして受信し（ｓ４）、受信したイメージデータを復号部１２３へ出力する。図３Ｂはイメージデータの例を示す。
【００３１】
［復号部１２３］
復号部１２３は、イメージデータを受け取り、イメージデータのＬＥＤの点滅を復号して音波受信方向別強度φ１（ｎ）、φ２（ｎ）を取得する（ｓ５）。さらに、受光部１２１の位置を基点としてイメージデータ上のＬＥＤの点滅位置からセンサユニット１１０−１及び１１０−２の位置を推定する。取得した音波受信方向別強度φ１（ｎ）、φ２（ｎ）と、推定したセンサユニットの位置とを音源位置再構成部１２５に出力する。このような構成とすることで、センサユニットの位置情報と、センサユニットの計測情報を一度の計測で得られるようにする。
【００３２】
本実施形態では、例えば、センサユニット１１０−１及び１１０−２の送信した点滅を符号化方式に対応する参考文献３記載の復号を行う。
【００３３】
同時に、センサユニット１１０−１及び１１０−２のイメージデータ上のＬＥＤの点滅位置から実際のセンサ位置を推定する。センサユニット１１０−１及び１１０−２の作る面Ｄから受信装置１２０までの距離がｚ０として与えられているとする（図３Ａ参照）。すると、復号部１２３は、イメージデータ上のＬＥＤの点滅位置に基づき、センサユニット１１０−１及び１１０−２の位置を、受信装置１２０の受光部１２１の位置を基点として、それぞれベクトル位置ｒ（ｎ，１）、ｒ（ｎ，２）にあると公知技術を用いて推定することができる。このような構成とすることで、センサユニット１１０−１及び１１０−２の位置は、面Ｄ上であれば、移動したとしても、イメージデータ上のＬＥＤの点滅位置に基づき、ベクトル位置ｒ（ｎ，１）、ｒ（ｎ，２）を容易に推定することができる。
【００３４】
復号部１２３は、これらを全てまとめた情報［ｒ（ｎ，１），φ１（ｎ）］、［ｒ（ｎ，２），φ２（ｎ）］を音源位置再構成部１２５に出力する。
【００３５】
［音源位置再構成部１２５］
音源位置再構成部１２５は、音波受信方向別強度φ１（ｎ）、φ２（ｎ）と、センサユニットの位置ｒ（ｎ，１）、ｒ（ｎ，２）とを受け取り、これらの値を用いて、音源位置を推定し（ｓ６）、推定した音源位置を、音源位置推定装置１００の出力値として出力する。
【００３６】
本実施形態では、音源位置再構成部１２５は、センサユニット１１０−１及び１１０−２の位置ｒ（ｎ，１）、ｒ（ｎ，２）から各マイクロホン１１１Ｒ、１１１Ｆ及び１１１Ｌの収音エリアを推定する。なお、収音エリアは、センサユニット１１０−１及び１１０−２の位置及びその方向により特定されるが、前述の通り、位置はイメージデータ上のＬＥＤの点滅位置に基づき推定され、その方向は、予め与えられているものとする。
【００３７】
さらに、音源位置再構成部１２５は、センサユニット１１０−１の音波受信方向別強度φ１（ｎ）＝［φ１Ｆ（ｎ），φ１Ｌ（ｎ），φ１Ｒ（ｎ）］の中から最大の強度（φ１Ｆ（ｎ），φ１Ｌ（ｎ），φ１Ｒ（ｎ）の何れか）に対応するマイクロホン（マイクロホン１１１Ｒ、１１１Ｆ及び１１１Ｌの何れか）を選択し、同様に、センサユニット１１０−２の音波受信方向別強度φ２（ｎ）＝［φ２Ｆ（ｎ），φ２Ｌ（ｎ），φ２Ｒ（ｎ）］の中から最大の強度（φ２Ｆ（ｎ），φ２Ｌ（ｎ），φ２Ｒ（ｎ）の何れか）に対応するマイクロホン（マイクロホン１１１Ｒ、１１１Ｆ及び１１１Ｌの何れか）を選択する。さらに、音源位置再構成部１２５は、選択されたマイクロホンの収音エリアの重複部分に音源があると推定する。図３Ｃは、最大の強度と重複部分の関係を示す。例えばφ１Ｌ（ｎ）とφ２Ｆ（ｎ）が最大値であったとき、図３Ａのエリア（３）に音源が存在すると推定する。
【００３８】
＜効果＞
このような構成により、センサユニットの位置とセンサユニットで生成した音波受信方向別強度とがイメージデータとして、同時に取得されるため、センサユニットの配置や位置の計測を変更する毎に行わなくてよい。
【００３９】
対象センサユニットが固定されていなくても良い。周期Ｔ１での移動がイメージセンサ上で無視できる程度の速度であれば、面Ｄ上を移動していてもかまわない。
【００４０】
また、センサユニットにおける計測はイメージセンサへ可視光通信する帯域に制限される必要がない。そのため、センサユニットにおけるマイクロホンの計測帯域を十分に確保できる。従って、個々のセンサユニットにおける音源方向の推定精度が劣化しにくい。例えば、４０ｋＨｚで計測した音波受信方向別強度を、イメージデータのビデオレート（例えば３０Ｈｚ〜４０Ｈｚ）で伝送しても良い。
【００４１】
センサユニット側の配線は、電源のみで済む。従って、大量のセンサユニットを広範囲に配置することが容易になる。また、個々のセンサユニットで計測、処理された情報をイメージセンサで取得するため、配線の手間も少ない。
【００４２】
また、センサユニットを広範囲に容易に設置できるため、音源方向、音源位置の推定上、有利になる。
【００４３】
＜変形例＞
センサユニット１１０−１及びセンサユニット１１０−２は、同一の高さに水平に設置されていなくともよい。例えば、センサユニットは受信装置１２０の受光部１２１の位置から見て、異なる高さに、二次元的に配置されてもよい。この場合の受信装置１２０の受光部１２１で得られるイメージデータの例を図５に示す。このような構成であっても、イメージデータ上のＬＥＤの点滅位置と距離ｚ０から、受信装置１２０に対するセンサユニットの位置を推定することができる。
【００４４】
また、図６に示すように、マイクロホン１１１Ｆを中心にマイクロホン１１１ＲＨ、１１１ＲＬ、１１１ＬＬ、１１１ＬＨが四方を取り囲み、左右４５°上下４５°の方向からの音波の強さを測定可能な構成とし、収音エリアを三次元的に配置してもよい。このような構成により、左右方向に加えて上下方向の情報を加えた形で、可視光通信、音源位置の推定を行うことができる。
【００４５】
また、必ずしも、センサユニットは二つでなくともよく、複数個であればよい。例えば、３つのセンサユニット１１０−１、１１０−２及び１１０−３を配置する例を図７に示す。図８は３つのセンサユニット１１０−１、１１０−２及び１１０−３と受信装置１２０との配置例を、図９は図８の場合のイメージデータの例を、図１０は図８の場合の最大の強度と重複部分の関係を示す。このように、複数のセンサユニットを配置することで、より詳細に音源位置を推定することができる。
【００４６】
また、送信部１１５のＬＥＤを基板１１７の正面上に配置してもよい（図１１Ａ及び図１１Ｂ参照）。その場合、受信装置１２０は、基板１１７の正面側に配置される（図１２）。
【００４７】
各センサユニット間でクロックを共有していても良い。このような構成により、Ｔ１毎に送信される［φ１Ｆ（ｎ），φ１Ｌ（ｎ），φ１Ｒ（ｎ）］、［φ２Ｆ（ｎ），φ２Ｌ（ｎ），φ２Ｒ（ｎ）］の計測タイミングと、送信タイミングがユニット間で同期することとなる。
【００４８】
Ｔ１は、センサユニットが実質的に静止しているとみなせる時間に設定されているほうが、センサユニットの位置を特定するうえで望ましい。
【００４９】
受信装置１２０は、複数個であってもよい。例えば、二つの受信装置１２０を用いて、ステレオカメラといった公知技術を利用しても良い。このような構成により、センサユニットの位置を面Ｄ上に限定する必要がなく、受信装置１２０の受光部１２１の位置から見て、三次元的に配置されてもよい。さらに、ｚ０の値を予め測定しておく手間を省くことができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、二つのセンサユニット１１０−１及び１１０−２は、同一の方向に設置されているが、異なる方向に設置してもよい（図１３参照）。このような構成とすることでより、より詳細に音源位置を推定することができる。ただし、センサユニットの方向（向き）については、ＬＥＤの点滅だけでは取得できないので、予め受信装置１２０に与えておく。
【００５１】
＜第二実施形態＞
第一実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５２】
図１４は音源位置推定装置２００の機能ブロック図を示す。
【００５３】
音源位置推定装置２００は、Ｐ個のセンサユニット２１０−ｐと、受信装置２２０とを含む。ただし、Ｐは３以上の整数であり、ｐはセンサユニットのインデックスを表す正の整数であり、ｐ＝１，２，…，Ｐである。
【００５４】
Ｐ個のセンサユニット２１０−ｐは、縦続接続され、隣接するセンサユニット間では、マイクロホンの音響信号を相互に送信し、やり取りする。簡単のために水平方向に接続されたセンサユニットにおいて両隣が接続されている場合を示す。
【００５５】
［センサユニット２１０−ｐ］
センサユニット２１０−ｐは、無指向性のマイクロホン２１１、音波方向推定部２１３及び送信部１１５を含む。
【００５６】
センサユニット２１０−ｐは、設置された位置における音源到来方向を推定し、その情報を可視光通信で受信装置に伝送する。なお、有線接続は最も近接するセンサユニットになされているものとする。一般性を失わず、ｐ番目のセンサユニット１１０−ｐは、受信装置１２０から見て左側にある（ｐ−１）番目のセンサユニット２１０−（ｐ−１）と右側にある（ｐ＋１）番目のセンサユニット２１０−（ｐ＋１）と有線接続されているとしてよい。
【００５７】
［マイクロホン２１１］
マイクロホン２１１は、一般的なマイクロホンであり、指向性はない方が望ましく、基板１１７の正面上に設置される（図１５参照）。マイクロホン２１１は、音波を収音して電気信号に変換し、音響信号ｘ（ｔ）を生成し、音波方向推定部１１３に送信する（ｓ１）。なお、センサユニット２１０−ｐのマイクロホン２１１の生成した音響信号をｘｐ（ｔ）として表す。
【００５８】
［音波方向推定部２１３］
音波方向推定部２１３は、マイクロホン２１１から生成される音響信号ｘｐ（ｔ）と、隣接するセンサユニット２１０−（ｐ−１）及び２１０−（ｐ＋１）のマイクロホン２１１から生成される音響信号ｘｐ−１（ｔ）及びｘｐ＋１（ｔ）とを受け取り、それらの情報からセンサユニット２１０−ｐの近辺に到来した音波受信方向別強度を算出する。算出された音波受信方向別強度を送信部１１５に出力する。また、音波方向推定部２１３は、マイクロホン２１１の生成した音響信号ｘｐ（ｔ）を隣接するセンサユニット２１０−（ｐ−１）及び２１０−（ｐ＋１）に出力する。
【００５９】
本実施形態では、周期Ｔ１毎に音波受信方向別強度φｐ（ｎ）の一部が、積分時間Ｔ２の相関関数φｐ（ｎ，ａ，ｂ）として以下の式に基づき算出される（図１５参照）。ｘｐ（ｔ）とｘｐ−１（ｔ）との相関関数と、ｘｐ（ｔ）とｘｐ＋１（ｔ）との相関関数とからなる集合を音波受信方向別強度φｐ（ｎ）として推定する。例えば、ｎ回目に算出される相関関数φｐ（ｎ，ａ，ｂ）を、
【００６０】
【数２】
2013213739.tif 000004
【００６１】
として算出する。ここで、ａは隣接するセンサユニットを区別する整数インデックスであり、本実施形態では−１と１をとる。τは時間遅れの差分を表す定数であり、ｂは時間遅れを表すインデックスであり、ｂは０からＢまでの整数をとるとする。図１６は、センサユニット２１０−２において、音響信号ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）及びｘ３（ｔ）と音波受信方向別強度との関係を示す。差分τずつ、ずらしながら積分時間Ｔ２に対応する音響信号ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）及びｘ３（ｔ）を用いて、相関関数φ２（ｎ，ａ，ｂ）を計算する。
【００６２】
よって、例えば、Ｂ＝２、ａ＝１またはａ＝−１であるとき、送信部１１５に対して１０回目に送る音波受信方向別強度φｐ（ｎ）は、φｐ（ｎ）＝［φｐ（１０，−１，０），φｐ（１０，１，０），φｐ（１０，−１，１），φｐ（１０，１，１），φｐ（１０，−１，２），φｐ（１０，１，２）］となる。
【００６３】
送信部１１５は、第一実施形態と同様の構成であり、本実施形態では、周期Ｔ１時間内に音波受信方向別強度φｐ（ｎ）（言い換えると、２×（Ｂ＋１）個の相関関数φｐ（ｎ，ａ，ｂ））を受信装置１２０に対して送出できればよい。
【００６４】
なお、隣接するセンサユニットがない場合（両端のセンサユニット２１０−１及び２１０−Ｐ）は、相関関数φｐ（ｎ，ａ，ｂ）の一部が算出されないので、「ｎｕｌｌ」やブランク情報を代わりに送信部１１５に送る。
【００６５】
このような構成により、予めセンサユニット間で、音源推定に必要な情報（音波受信方向別強度）のみを抽出したうえで、その情報のみを可視光通信で伝送する。
【００６６】
［受信装置２２０］
本実施形態において、受信装置２２０は、受光部１２１、復号部２２３及び音源位置再構成部２２５を有する（図１４参照）。
【００６７】
［復号部２２３］
復号部２２３は、イメージデータを受け取り、イメージデータのＬＥＤの点滅を復号してｐ個の音波受信方向別強度φｐ（ｎ）を取得する。さらに、受光部１２１の位置を基点としてイメージデータ上のＬＥＤの点滅位置からＰ個のセンサユニット２１０−ｐの位置ｒ（ｎ，ｐ）を推定する。取得したＰ個の音波受信方向別強度φｐ（ｎ）と、Ｐ個の推定したセンサユニットの位置ｒ（ｎ，ｐ）とを音源位置再構成部２２５に出力する。
【００６８】
［音源位置再構成部２２５］
音源位置再構成部２２５は、Ｐ個の音波受信方向別強度φｐ（ｎ）と、Ｐ個のセンサユニットの位置ｒ（ｎ，ｐ）とを受け取り、これらの値を用いて、音源位置を推定し、推定した音源位置を、音源位置推定装置２００の出力値として出力する。
【００６９】
本実施形態では、センサユニットの位置ｒ（ｎ，ｐ）を用いて、音波受信方向別強度φｐ（ｎ）に実際の音波方向を反映したものに修正する。まず、音源位置再構成部２２５は、Ｐ個のセンサユニットの位置ｒ（ｎ，ｐ）の位置を用いて、隣接するセンサユニット間の相対距離を求める。例えば、ｎ回目の計測におけるセンサユニット２１０−ｐと２１０−（ｐ＋ａ）の間の距離は、
d(n,p,p+a)=|r(n,p)-r(n,p+a)|
で求められる。
【００７０】
次に、Ｐ個の音波受信方向別強度φｐ（ｎ）を用いて、音波の到来方向を予測する。例えば、以下の式により、実際の角度θｐ（ｎ，ａ，ｂ）と２×（Ｂ＋１）個の相関関数φｐ（ｎ，ａ，ｂ）とを紐づけることができる。相関関数φｐ（ｎ，ａ，ｂ）は、センサユニット２１０−ｐと２１０−（ｐ＋１）の中点から見て、以下の角度θｐ（ｎ，ａ，ｂ）から音波がきたとみなせる強さ（確からしさ）を表しているとみなせる。
【００７１】
【数３】
2013213739.tif 000005
【００７２】
ただし、ｓｉｇｎ（ａ）はａの符号を表す関数を、ｓｉｎ−１（）は逆正接関数を、ｃは音速を表す。
【００７３】
言い換えると、センサユニット２１０−ｐ及び２１０−（ｐ＋１）から送信された音波受信方向別強度φｐ（ｎ）、φｐ＋１（ｎ）の一部（半分）をそれぞれ持ってくると、中点である（ｒ（ｎ，ｐ）＋ｒ（ｎ，ｐ＋１））÷２の位置から角度θｐ（ｎ，１、ｂ）、θｐ＋１（ｎ，−１、ｂ）の方向にみた軸（以下、「到来軸」という）からの音波の強さがそれぞれφｐ（ｎ，１、ｂ）とφｐ＋１（ｎ，−１、ｂ）であるとして図上にまとめることができる（図１７参照）。
【００７４】
従って、音源位置再構成部２２５は、ｐ番目のセンサユニットの音波受信方向別強度に含まれる相関関数の一つと、ｐ’番目（ただし、ｐ’＝１，２，…，Ｐ、ｐ≠ｐ’）のセンサユニットの音波受信方向別強度に含まれる相関関数の一つとの加算平均を、全ての組合せについて求め、その加算平均が最大となる到来軸の交点に音源があると推定する（図１８参照）。例えば、図１８の場合、音源３に最も近い交点４の加算平均（φｐ（ｎ，１，１）＋φｐ−１（ｎ，１，１））÷２が最大となり、音源があると推定される。到来軸の交点の位置は、Ｐ個のセンサユニットの位置から得られる隣接するセンサユニットの中点と、音速ｃと、定数τと、相対距離ｄ（ｎ，ｐ，ｐ＋ａ）から求められる。
【００７５】
なお、音源位置再構成部２２５でのθｐ（ａ，ｂ）の算出は、センサユニットの位置が固定されているのならば、一度だけ計算されればよい。
【００７６】
＜効果＞
このような構成により、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態では、電源と隣接ユニットとの通信線のみで済み、大量のセンサユニットを広範囲に配置することが容易になる。
【００７７】
＜変形例＞
第一実施形態と同様の変形例が考えられる。
【００７８】
なお、図１７から明らかなように、相関関数φｐ（ｎ，１，０）とφｐ＋１（ｎ，−１，０）は同じ値となる。つまり、ｂ＝０のときの相関関数は同じ値となる。そこで、送信データの重複を避けるためセンサユニット２１０−ｐがφｐ（ｎ，１，０）を送出しないか、またはセンサユニット２１０−（ｐ＋１）がφｐ＋１（ｎ，１，０）を送出しない構成としてもよい。要は、重複する相関関数を、音波方向推定部２１３が計算しない、または、送信部１１５が送信しない構成とすればよい。このような構成により、計算量及び送信量を減らすことができる。
【００７９】
音源位置再構成部１２５において、最後の音源位置の特定の際に、到来軸の交点を全て求め、さらに、その位置での相関関数φｐ（ｎ，ａ，ｂ）の加算平均を求めている。センサユニット数が多くなると計算量が急激に増加する問題がある。そこで以下のような処理としてもよい。
【００８０】
センサユニット２１０−ｐ及び２１０−（ｐ＋１）の中点位置からまとめた段階（図１７参照）で、以降の計算を当該の中点位置にまとめられた相関関数φｐ（ｎ，ａ，ｂ）の中から最大値をもつ到来軸の方向に限定して行う。つまり、音源位置再構成部２２５は、各センサユニット２１０−ｐの音波方向推定部２１３が推定した音波受信方向別強度φｐ（ｎ）に含まれる２×（Ｂ＋１）個の相関関数φｐ（ｎ，ａ，ｂ）の中から、最大の相関関数を選択する。さらに、複数のセンサユニットからそれぞれ最大の相関関数を選択する。選択された複数の最大の相関関数の加算平均のみを求め、その加算平均が最大となる到来軸の交点に音源があると推定する。
【００８１】
図１７の例で説明すると、センサユニット２１０−ｐ及び２１０−（ｐ＋１）の中点位置（ｒ（ｎ，ｐ）＋ｒ（ｎ，ｐ＋１））÷２を元にまとめなおした音波受信方向別強度φｐ（ｎ）＝［φｐ（ｎ，１，０），φｐ（ｎ，１，１），φｐ（ｎ，１，２），φｐ＋１（ｎ，１，１），φｐ＋１（ｎ，１，２）］である。この最大値がφｐ（ｎ，１，１）であるとき、以降の計算に用いるこの中点位置から到来軸を角度θｐ（ｎ，１，１）の到来軸に関してのみ考える。このような構成によって、音源位置推定の精度をある程度確保しつつ、計算量を大幅に削減できる。
【００８２】
本実施形態では、ｘｐ（ｔ）とｘｐ−１（ｔ）との相関関数や、ｘｐ（ｔ）とｘｐ＋１（ｔ）との相関関数を、その類似度として用いているが、他の値を類似度として用いてもよい。例えば、隣接するセンサユニットとの相関を音響信号のエネルギーで正規化したものを類似度として用いてもよい。このとき、類似度（送信される情報）は例えば
【００８３】
【数４】
2013213739.tif 000006
【００８４】
と計算される。
【００８５】
本実施形態では、ａ＝１またはａ＝−１とし、一つ隣のセンサユニットとの相関関数を求めているが、二つ以上隣のセンサユニットとの相関関数を設けてもよい。Ａ個隣のセンサユニットとの相関関数を求める場合、２Ａ×（Ｂ＋１）個の相関関数を求めればよい。このような構成により、より細かい音源位置の推定が可能となる。
【００８６】
＜その他の変形例＞
本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００８７】
＜プログラム及び記録媒体＞
上述した音源位置推定装置は、コンピュータにより機能させることもできる。より具体的にいうと、音源位置推定装置を構成する各センサユニット及び受信装置は、それぞれコンピュータにより機能させることもできる。この場合はコンピュータに、目的とする装置（各種実施形態で図に示した機能構成をもつ装置）として機能させるためのプログラム、またはその処理手順（各実施形態で示したもの）の各過程をコンピュータに実行させるためのプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気ディスク、半導体記憶装置などの記録媒体から、あるいは通信回線を介してそのコンピュータ内にダウンロードし、そのプログラムを実行させればよい。
【符号の説明】
【００８８】
１００，２００       音源位置推定装置
１１０，２１０       センサユニット
１１１，２１１       マイクロホン
１１３，２１３       音波方向推定部
１１５ 送信部
１２０，２２０       受信装置
１２１ 受光部
１２３，２２３       復号部
１２５，２２５       音源位置再構成部
２００ 音源位置推定装置
２１０ センサユニット
２１０ 各センサユニット
２１０ センサユニット
２１１ マイクロホン
【図１】
2013213739.tif 000007
【図２】
2013213739.tif 000008
【図３】
2013213739.tif 000009
【図４】
2013213739.tif 000010
【図５】
2013213739.tif 000011
【図６】
2013213739.tif 000012
【図７】
2013213739.tif 000013
【図８】
2013213739.tif 000014
【図９】
2013213739.tif 000015
【図１０】
2013213739.tif 000016
【図１１】
2013213739.tif 000017
【図１２】
2013213739.tif 000018
【図１３】
2013213739.tif 000019
【図１４】
2013213739.tif 000020
【図１５】
2013213739.tif 000021
【図１６】
2013213739.tif 000022
【図１７】
2013213739.tif 000023
【図１８】
2013213739.tif 000024