NAIST / IS / Yokoya Lab. /

装着した3次元磁気センサと姿勢センサを用いたユーザの自己位置推定

奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 視覚情報メディア講座
濱口 明宏, 神原 誠之, 横矢 直和

Contents

背景
ユーザの位置推定手法
目的

アプローチ

計測対象

相対移動量

提案システムの構成

機器構成

装着箇所

自己位置推定手法

対象とするユーザの動作

手順

推定移動量のキャリブレーション

歩行状態の判別

自己位置推定結果の例
発表など

背景

モバイル端末を持ったユーザに位置依存情報の提示を行うサービスの開発が盛ん

応用例:

ヒューマンナビゲーション

観光案内, 視覚障害者の移動支援など

エンターテイメント

ゲームなど

tenmoku_npsn.jpg(7745 byte) hitachi_its.jpg(4705 byte) ceok_human-pacman.jpg(8554 byte)
(左から「平城宮跡ナビ[天目,'03]」「歩行者ITS[日立]」「Human Pacman[Ceok,'03]」)
 

位置依存情報の提示のためにはユーザの現在位置・姿勢が必要

ユーザの姿勢: コンパス・ジャイロなどで取得可

ユーザの位置: 多様な環境で利用できる手法がない

ユーザの位置推定手法

屋外環境

主にGPSを利用

屋内環境

複数の手法を組み合わせて推定することが多い

  • 環境インフラによる絶対位置同定
  • アプローチ
    1. 環境中に設置した基準点をユーザが装着したセンサで認識
    2. 事前に登録した位置情報から絶対位置を取得
    利点

    絶対位置を取得可能

    欠点

    利用可能範囲に比例して設置コスト増

  • 自律計測による相対移動量推定
  • アプローチ
    1. ユーザの歩数・歩幅を装着したセンサで計測
    2. 足のセッチタイミングで移動量を加算
    利点

    装着センサのみで推定可能

    欠点

    蓄積誤差の発生

  • ハイブリッド手法
  • 2つの手法それぞれの欠点を補うように組み合わせて推定

    ユーザがインフラを利用できる範囲にいる場合:

    インフラから絶対位置を取得

    ユーザがインフラを利用できない範囲にいる場合:

    自律計測で相対的な移動量を推定

自律計測による推定精度向上

インフラの設置コストを軽減可能
hybrid07_s.png(67196 byte)
 

目的

高精度な相対移動量計測手法の開発

アプローチ

ユーザの歩数歩行動作を計測

計測対象

  • 腰と各足の相対位置関係(3次元磁気センサ)
  • 腰の絶対姿勢(姿勢センサ)
  • 足の接地タイミング(押しボタンスイッチ)

相対移動量(ステップベクトル)

  • 左右の踵の相対位置
  • 前足が接地する瞬間に加算
system_gen06s.png(35312 byte)
 

提案システムの構成

機器構成

3次元磁気センサ

3SPACE FASTRAK (Polhemus, Inc.)

姿勢センサ

InertiaCube2 (InterSense, Inc.)

押しボタンスイッチ
system_cfg19ss.png(91392 byte)
 

装着箇所

3次元磁気センサ
  • トランスミッタ →
  • レシーバ → 各足の脛の最上部
姿勢センサ

押しボタンスイッチ

靴のに埋め込み

system_crd10ss.png(30059 byte)
 

自己位置推定手法

対象とするユーザの動作

推定手順

  1. 足の接地判定
  2. 押しボタンスイッチの入力によって判定する.

  3. ステップベクトルの計算
  4. localization_eq_ss.png(47858 byte)

    接地している足の踵からもう一方の足の踵までの距離腰の絶対姿勢をかけたものとなる. 脛から踵までの距離は事前に計測した値を定数として用いる.

  5. ステップベクトルの加算
  6. もう一方の足が接地した瞬間に加算する.

    coordinates-transform-6c4s.png(42501 byte)
step-vector_color_s.png(20444 byte)
 

推定移動量のキャリブレーション

[問題点] 両足接地時に後足の踵が浮き上がる

walking_phase_plane_heel_s.png(9773 byte)

[解決策] 踵の浮き上がり量を推定して補正

  1. 既知の経路を複数回歩行
  2. (水平面上歩行, 階段昇段, 階段降段)

  3. 1歩あたりの位置推定誤差から決定
calib_gen_s.png(50914 byte)
 

歩行状態の判別

ステップベクトルの高さ成分から,3つの歩行状態に判別

  • 水平面上の歩行
  • 階段昇段
  • 階段降段
stair_1f_stepvector_height_line2ss.png(47684 byte)
 

自己位置推定結果の例

side_s.gif(235198 byte) curve_s.gif(136770 byte)
us1_s.gif(446407 byte)

発表など

  1. 濱口 明宏: "装着した3次元磁気センサと姿勢センサを用いたユーザの自己位置推定", 奈良先端科学技術大学院大学 修士論文, NAIST-IS-MT0451094, Mar. 2006. [pdf]
  2. 濱口 明宏, 神原 誠之, 横矢 直和: "装着した3次元位置姿勢センサによるウェアラブルユーザの自己位置推定", 電子情報通信学会技術研究報告, MVE-2005-59, Jan. 2006. [pdf]
  3. 濱口 明宏, 神原 誠之, 横矢 直和: "装着した3次元磁気センサと姿勢センサによるユーザの自己位置推定", 日本バーチャルリアリティ学会第10回記念大会論文集, pp. 237-238, Sep. 2005. [pdf]
 

Copyright © 2004-2006 Vision and Media Computing Laboratory (Yokoya-lab.), All Rights Reserved. Valid XHTML 1.0!