信号処理装置、信号処理方法、およびプログラム、並びに情報処理装置
【課題】心電図信号から心臓鼓動パターンを精度良く抽出できる。
【解決手段】
本開示の信号処理装置は、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部（Ｐ波用BPF、QRS波用BPF、Ｔ波用BPF）と、前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出部と、検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出部とを含む。本開示は、例えば、心臓鼓動パターンを用いて個人認証を行う認証装置に適用できる。
【解決手段】
本開示の信号処理装置は、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部（Ｐ波用BPF、QRS波用BPF、Ｔ波用BPF）と、前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出部と、検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出部とを含む。本開示は、例えば、心臓鼓動パターンを用いて個人認証を行う認証装置に適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、信号処理装置、信号処理方法、およびプログラム、並びに情報処理装置に関し、特に、例えば、人の心臓の動きを示す心臓鼓動パターンを正確に検出できるようにした信号処理装置、信号処理方法、およびプログラム、並びに情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、健康診断などの医療用途で心電図（以下、心電図信号と称する）の測定が行われている。医療機関で心電図信号を測定する場合、１２誘導法と称される、頭部、胸部、四肢などの１２箇所に電極を取り付けて心電図信号を測定する手法が一般的である。また、左手用電極と右手用電極の２箇所、またはそれにアース電極を追加した３電極で、簡易的に心電図信号を測定する方法（以下、簡易測定法と称する）も知られている。
【０００３】
心電図信号は周期的な心臓の動きを表し、その１周期分の波形パターン（以下、心臓鼓動パターンと称する）が各個人で異なる特徴を示すことが知られている。そして、この心臓鼓動パターンを個人認証に利用する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１は、一般的な心臓鼓動パターンの波形を示している。同図の横軸は時間軸（サンプル軸）を示し、縦軸は電位を示している。同図に示されるように、一般的な心臓鼓動パターンは、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の順に特徴的な波が配置されている。なお、図示は省略するが、Ｕ波と称される波（Ｐ波の前（換言すれば、Ｔ波の後））などのように、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波以外にも特徴的な波の存在が知られている。
【０００５】
一般的な心臓鼓動パターンにおいて、その波高はQRS波部が最も高く、次にＴ波部、Ｐ波部の順で高いことが知られている。心臓鼓動パターンを取得するには、心電図信号から波高が最も高いQRS波部のピークが検出され、検出されたQRS波部のピークを基準とする所定のサンプル幅の波形が心臓鼓動パターンとして抽出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５１８７０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、心臓鼓動パターンを個人認証に利用する場合、心電図信号から心臓鼓動パターンを正確に抽出する必要がある。当然ながら、１２誘導法を採用すれば、正確な心電図信号が測定できるので、そこから心臓鼓動パターンを高い精度で抽出可能である。しかしながら、個人認証の用途を考慮すると１２誘導法の採用は困難であるので、簡易測定法を採用することになる。
【０００８】
しかしながら、簡易測定法により心電図信号を測定した場合、電極の接触の具合、筋肉に流れる筋電位などに起因して心電図信号にノイズ成分が多く発生してしまうことになり正確な心電図信号を測定できず、心臓鼓動パターンを高い精度で得られないことがある。
【０００９】
例えば図２に示される、簡易測定法により測定された心電図信号の一例の場合、必ずしもQRS波部の波高が最も高いわけではないので、QRS波部のピークを正確に検出できず、心臓鼓動パターンを精度良く抽出することができない。
【００１０】
また、QRS波部のピークを検出でき、QRS波部のピークを基準とする所定のサンプル幅の心臓鼓動パターンを正確に抽出できたとしても、心臓鼓動パターン自体にノイズ成分が含まれていた場合、その特徴量は個人特有のものとは言えず、認証に用いることができなくなる。
【００１１】
例えば図３は、簡易測定法により測定された心電図信号から５周期分の心臓鼓動パターンを抽出し、その後、被測定者に電極を接触し直させて、５周期分の心臓鼓動パターンを抽出し、合計１０周期分の心臓鼓動パターンを重ねて表示したものである。
【００１２】
同図に示すように、抽出された１０周期分の心臓鼓動パターンは、QRS波部は一致しているもののＴ波部分にノイズの混合が見受けられる。Ｔ波部分のノイズについては、その周波数成分に応じたバンドカットフィルタを用いることにより除去できる。しかしながら、Ｔ波部分のノイズの周波数成分はQRS波部の周波数成分に近いため、そのようなバンドカットフィルタを用いると、QRS波部までもカットしてしまうことになる。
【００１３】
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、心電図信号から心臓鼓動パターンを精度良く抽出できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本開示の第１の側面である信号処理装置は、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出部と、検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出部とを含む。
【００１５】
本開示の第１の側面である信号処理装置は、検出された前記周波数成分のピークの周期性を判定する周期性判定部をさらに含むことができ、前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する前記周波数成分の前記ピークを基準として前記心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出することができる。
【００１６】
前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する異なる複数の周波数成分それぞれのピークを基準とする複数の心臓鼓動パターン候補を前記心電図信号から抽出し、抽出した前記複数の心臓鼓動パターン候補の重複する範囲を前記心臓鼓動パターンとして抽出することができる。
【００１７】
前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する異なる複数の周波数成分それぞれのピークに基づいて決定される範囲を前記心臓鼓動パターンとして前記心電図信号から抽出することができる。
【００１８】
本開示の第１の側面である信号処理方法は、信号処理装置の信号処理方法において、前記信号処理装置による、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタリングステップと、前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出ステップと、検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出ステップとを含む。
【００１９】
本開示の第１の側面であるプログラムは、コンピュータに、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタリングステップと、前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出ステップと、検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出ステップとを含む処理を実行させる。
【００２０】
本開示の第１の側面においては、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分が抽出され、心電図信号から抽出された複数の周波数成分それぞれのピークが検出され、検出された周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンが心電図信号から抽出される。
【００２１】
本開示の第２の側面である情報処理装置は、心臓の動きに起因する心電図信号を入力する入力部と、前記心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出部と、検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出部と、抽出された前記心臓鼓動パターンを用いて所定の処理を行う情報処理部とを含む。
【００２２】
本開示の第２の側面においては、心臓の動きに起因する心電図信号が入力され、心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分が抽出され、心電図信号から抽出された複数の周波数成分それぞれのピークが検出され、検出された周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンが心電図信号から抽出される。さらに、抽出された心臓鼓動パターンを用いて所定の処理が行行われる。
【発明の効果】
【００２３】
本開示の第１の側面によれば、心電図信号から心臓鼓動パターンを精度良く抽出することができる。
【００２４】
本発明の第２の側面によれば、心臓鼓動パターンを用いる所定の処理の精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般的な心臓鼓動パターンの波形を示す図である。
【図２】簡易測定法により測定された心電図信号の一例を示す図である。
【図３】簡易測定法により測定された心電図信号から１０周期分の心臓鼓動パターンを抽出して重畳表示した図である。
【図４】実施の形態である認証装置の外観図である。
【図５】実施の形態である認証装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】登録処理を説明するフローチャートである。
【図７】認証処理を説明するフローチャートである。
【図８】第１のピーク検出処理を説明するフローチャートである。
【図９】第２のピーク検出処理を説明するフローチャートである。
【図１０】コンピュータの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
＜１．実施の形態＞
［認証装置の構成例］
図４は、実施の形態である認証装置の上面の外観を示している。この認識装置１０は、測定される心電図信号から抽出する心臓鼓動パターンを利用して個人認証を行うものである。
【００２８】
同図Ａに示すように、認証装置１０の上面には、電極１１Ｌおよび電極１１Ｒが設けられている。認証装置１０は、同図Ｂに示されるように、被測定者（登録者および被認証者）が左手を電極１１Ｌに、右手を電極１１Ｒに接触させて状態で心電図信号を測定し、測定した心電図信号を用いて登録処理および認証処理（いずれも後述）を行うことになる。
【００２９】
図５は、認識装置１０の構成例を示している。認識装置１０は、電極１１Ｌ，１１Ｒ、心電図信号入力部２０、Ｐ波部用BPF２１、ピーク検出部２２、QRS波部用BPF２３、ピーク検出部２４、Ｔ波部用BPF２５、ピーク検出部２６、周期性判定部２７、心臓鼓動パターン抽出部２８、および認証処理部２９から構成される。
【００３０】
心電図信号入力部２０は、電極１１Ｌ，１１Ｒから得られる、被測定者の心臓の周期的な動きに起因する微弱な電気信号を増幅し、その電位を所定のサンプリング周波数に従って検出することにより心電図信号を生成して、Ｐ波部用BPF２１、QRS波部用BPF２３、Ｔ波部用BPF２５、および心臓鼓動パターン抽出部２８に入力する。なお、サンプリング周波数は、例えば１MHzとされる。この場合、一般的な心電図信号の１周期分（心臓鼓動パターン）は850サンプル程となる。
【００３１】
Ｐ波部用BPF２１は、入力された心電図信号から、予め知られているＰ波部の周波数成分（例えば、６Hz乃至１２Hz）のみを通過させて、ピーク検出部２２に出力する。ピーク検出部２２は、Ｐ波部の周波数成分のみの心電図信号からＰ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。
【００３２】
QRS波部用BPF２３は、入力された心電図信号から、予め知られているQRS波部の周波数成分（例えば、10.1Hz乃至21.1Hz）のみを通過させて、ピーク検出部２４に出力する。ピーク検出部２４は、QRS波部の周波数成分のみの心電図信号からQRS波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。
【００３３】
Ｔ波部用BPF２５は、入力された心電図信号から、予め知られているＴ波部の周波数成分（例えば、2.5Hz乃至10Hz）のみを通過させて、ピーク検出部２６に出力する。ピーク検出部２６は、Ｔ波部の周波数成分のみの心電図信号からＴ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。なお、ピーク検出部２２，２４，２６におけるピーク検出の方法については既存の任意の手法を用いればよい。また、上述したＰ波部、QRS部、Ｔ波部の周波数成分については、一例であってこれに限るものではない。
【００３４】
周期性判定部２７は、Ｐ波部のピーク、QRS波部のピーク、およびＴ波部のピークに周期性があるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、Ｐ波部のピーク、QRS波部のピーク、およびＴ波部のピークの中から、採用するピークを決定して心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。
【００３５】
心臓鼓動パターン抽出部２８は、心電図信号入力部２０からの心電図信号から、周期性判定部２７にて採用されたピークの位置を基準とする所定のサンプル範囲を抽出し、抽出結果である心臓鼓動パターンを認証処理部２９に出力する。
【００３６】
認証処理部２９は、登録処理時においては、被測定者（登録者）の心臓鼓動パターンの特徴量を算出し、登録者に心臓鼓動パターンの特徴量を対応付けて、自己が管理するデータベースに登録する。また、認証処理部２９は、認証処理時においては、被測定者（被認証者）の心臓鼓動パターンの特徴量を算出し、算出した特徴量と登録済みの特徴量とを比較し、その比較結果に基づいて、被認証者の個人認証を行う。
【００３７】
［動作説明］
次に、認証装置１０の動作について説明する。
【００３８】
図６は、認証装置１０の登録処理を説明するフローチャートである。この登録処理は、登録者の心臓鼓動パターンを登録するときに行われる。
【００３９】
ステップＳ１において、心電図信号入力部２０は、電極１１Ｌ，１１Ｒから得られる、登録者の心臓の周期的な動きに起因する微弱な電気信号を増幅し、その電位を所定のサンプリング周期で検出することにより心電図信号を生成して、Ｐ波部用BPF２１、QRS波部用BPF２３、Ｔ波部用BPF２５、および心臓鼓動パターン抽出部２８に入力する。
【００４０】
ステップＳ２において、Ｐ波部用BPF２１乃至周期性判定部２７にてピーク検出処理が行われる。ピーク検出処理の結果、心臓鼓動パターン抽出部２８には、Ｐ波部、QRS波部、またはＴ波部のうちの少なく１つのピークが通知される。ただし、ピーク検出処理にて、Ｐ波部、QRS波部、およびＴ波部のピークが検出されなかった場合、この登録処理はエラー処理の後に終了される。なお、ピーク検出処理の詳細については、図８または図９を参照して後述する。
【００４１】
ステップＳ３において、心臓鼓動パターン抽出部２８は、心電図信号入力部２０からの心電図信号から、周期性判定部２７にて採用されたピークの位置を基準とする所定のサンプル範囲を抽出し、抽出結果である心臓鼓動パターンを認証処理部２９に出力する。
【００４２】
QRS波部のピークが採用された場合、そのピークの位置を基準として−Ｘ１から＋Ｘ２のサンプリング範囲を心臓鼓動パターンとして抽出する。なお、サンプリング周波数が1MHzである場合、例えば、Ｘ１＝２５０，Ｘ２＝６００とする。
【００４３】
Ｔ波部のピークが採用された場合、そのピークの位置を基準として−Ｙ１から＋Ｙ２のサンプリング範囲を心臓鼓動パターンとして抽出する。なお、サンプリング周波数が1MHzである場合、例えば、Ｙ１＝５５０，Ｘ２＝３００とする。
【００４４】
Ｐ波部のピークが採用された場合、そのピークの位置を基準として−Ｚ１から＋Ｚ２のサンプリング範囲を心臓鼓動パターンとして抽出する。なお、サンプリング周波数が1MHzである場合、例えば、Ｚ１＝７２５，Ｘ２＝１２５とする。
【００４５】
なお、例えばQRS波部のピーク、Ｔ波部のピーク、およびＰ波部のピークが採用された場合や、Ｔ波部のピーク、およびＰ波部のピークが採用された場合などのように、異なる複数の波のピークが採用された場合、それぞれの波のピークを基準として抽出された複数のサンプリング範囲のうちで重複する範囲を心臓鼓動パターンとすればよい。
【００４６】
または、例えばQRS波部のピーク、Ｔ波部のピーク、およびＰ波部のピークが採用された場合、QRS波部のピークとＰ波部のピークの幅Ｌ１と、QRS波部のピークとＴ波部のピークの幅Ｌ２とを算出し、QRS波部のピークを基準として、−Ｎ・Ｌ１から＋Ｎ・Ｌ２（例えば、Ｎ＝２）のサンプリング範囲を心臓鼓動パターンとして抽出するようにしてもよい。この場合、心臓鼓動パターンとして抽出するサンプリング範囲を適応的に変更することができる。
【００４７】
ステップＳ４において、認証処理部２９は、抽出された心臓鼓動パターンの特徴量を算出する。なお、この特徴量の算出については、既存の任意の方法を用いることができる。ステップＳ５において、認証処理部２９は、登録者に心臓鼓動パターンの特徴量を対応付けて、自己が管理するデータベースに登録する。以上で、登録処理は終了される。
【００４８】
次に、図７は、認証装置１０の認証処理を説明するフローチャートである。この認証処理は、被認証者が登録済みの人物（登録者）であるか否かを認証するときに行われる。
【００４９】
なお、認証処理におけるステップＳ１１乃至１４の処理は、上述した登録処理のステップＳ１乃至Ｓ４の処理と同様であるので、その説明は省略する。
【００５０】
ステップＳ１５において、認証処理部２９は、被認証者の心臓鼓動パターンの特徴量と登録済みの特徴量とを比較し、その比較結果に基づいて被験者の個人認証を行う。以上で、認証処理は終了される。
【００５１】
次に、図８は、登録処理のステップＳ２、および認証処理のステップＳ１２にて実行されるピーク検出処理について説明する。ピーク検出処理としては、図８に示す第１のピーク検出処理、または図９に示す第２のピーク検出処理のいずれか一方を実行すればよい。
【００５２】
図８は、第１のピーク検出処理を説明するフローチャートである。
【００５３】
ステップＳ２１において、ピーク検出部２４は、QRS波部用BPF２３から入力されるQRS波部の周波数成分のみの心電図信号からQRS波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。
【００５４】
ステップＳ２２において、周期性判定部２７は、ピーク検出部２２の検出結果に基づき、QRS波部のピークに周期性があるか否かを判定する。周期性があると判定された場合、処理はステップＳ２７に進められる。ステップＳ２７において、周期性判定部２７は、QRS波部のピークを採用すると決定し、そのピーク位置を心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。以上で、第１のピーク検出処理は終了される。
【００５５】
反対に、ステップＳ２２において、QRS波部のピークに周期性がないと判定された場合（QRS波部のピークが検出されない場合も含む）、処理はステップＳ２３に進められる。
【００５６】
ステップＳ２３において、ピーク検出部２６は、Ｔ波部用BPF２５から入力されるＴ波部の周波数成分のみの心電図信号からＴ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。
【００５７】
ステップＳ２４において、周期性判定部２７は、ピーク検出部２６の検出結果に基づき、Ｔ波部のピークに周期性があるか否かを判定する。周期性があると判定された場合、処理はステップＳ２７に進められる。ステップＳ２７において、周期性判定部２７は、Ｔ波部のピークを採用すると決定し、そのピーク位置を心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。以上で、第１のピーク検出処理は終了される。
【００５８】
反対に、ステップＳ２４において、Ｔ波部のピークに周期性がないと判定された場合（Ｔ波部のピークが検出されない場合も含む）、処理はステップＳ２５に進められる。
【００５９】
ステップＳ２５において、ピーク検出部２２は、Ｐ波部用BPF２１から入力されるＰ波部の周波数成分のみの心電図信号からＰ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。
【００６０】
ステップＳ２６において、周期性判定部２７は、ピーク検出部２２の検出結果に基づき、Ｐ波部のピークに周期性があるか否かを判定する。周期性があると判定された場合、処理はステップＳ２７に進められる。ステップＳ２７において、周期性判定部２７は、Ｐ波部のピークを採用すると決定し、そのピーク位置を心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。以上で、第１のピーク検出処理は終了される。
【００６１】
反対に、ステップＳ２６において、Ｐ波部のピークに周期性がないと判定された場合（Ｐ波部のピークが検出されない場合も含む）、処理はステップＳ２８に進められる。ステップＳ２８において、例えば、エラー発生を被験者に通知したり、電極の触り直しを促したりするなどの所定のエラー処理が実行される。以上で、第１のピーク検出処理は終了される。
【００６２】
以上に説明した第１のピーク検出処理によれば、一般的に波高が高いとされている順序（QRS波部、Ｔ波部、Ｐ波部の順）で優先的にそのピークが検出されて、最終的に１種類の波のピークのみが採用される。
【００６３】
次に、図９は、第２のピーク検出処理を説明するフローチャートである。
【００６４】
ステップＳ３１において、ピーク検出部２４は、QRS波部用BPF２３から入力されるQRS波部の周波数成分のみの心電図信号からQRS波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。周期性判定部２７は、ピーク検出部２２の検出結果に基づき、QRS波部のピークの周期性を判定する。
【００６５】
ステップＳ３２において、ピーク検出部２６は、Ｔ波部用BPF２５から入力されるＴ波部の周波数成分のみの心電図信号からＴ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。周期性判定部２７は、ピーク検出部２６の検出結果に基づき、Ｔ波部のピークの周期性を判定する。
【００６６】
ステップＳ３３において、ピーク検出部２２は、Ｐ波部用BPF２１から入力されるＰ波部の周波数成分のみの心電図信号からＰ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。周期性判定部２７は、ピーク検出部２２の検出結果に基づき、Ｐ波部のピークの周期性を判定する。
【００６７】
ステップＳ３４において、周期性判定部２７は、ステップＳ３１乃至Ｓ３３における周期性判定で、QRS波部、Ｔ波部、またはＰ波部のうちの少なくとも１種類の波のピークに周期性があると判定していた場合、処理をステップＳ３５に進める。なお、QRS波部、Ｔ波部、およびＰ波部のピークに周期性がないと判定していた場合（ピークが検出されない場合も含む）、処理をステップＳ３９に進められて、所定のエラー処理の後、第２のピーク検出処理は終了される。
【００６８】
ステップＳ３５において、周期性判定部２７は、ステップＳ３１における周期性判定でQRS波部のピークに周期性があると判定していた場合、処理をステップＳ３６に進められる。
【００６９】
ステップＳ３６において、周期性判定部２７は、QRS波部のピークを採用すると決定し、処理をステップＳ３７に進める。
【００７０】
ステップＳ３７において、周期性判定部２７は、Ｔ波部とＰ波部のピークの周期性判定結果に基づき、Ｔ波部とＰ波部のピークを採用するか否かを判断し、採用したピーク位置を心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。
【００７１】
すなわち、Ｔ波部のピークに周期性があって、Ｐ波部のピークに周期性がなく、Ｔ波部のピークの位置がQRS波部のピークの位置と異なる場合にはＴ波部のピークも採用する（Ｔ波部のピークの位置とQRS波部のピークの位置とが一致する場合には、検出されたＴ波部のピークは誤検出と考えられる）。
【００７２】
Ｐ波部のピークに周期性があって、Ｔ波部のピークに周期性がなく、Ｐ波部のピークの位置がQRS波部のピークの位置と異なる場合にはＰ波部のピークも採用する（Ｐ波部のピークの位置とQRS波部のピークの位置とが一致する場合には、検出されたＰ波部のピークは誤検出と考えられる）。
【００７３】
Ｐ波部とＴ波部それぞれのピークに周期性があってＰ波部とＴ波部それぞれのピークの位置がQRS波部のピークの位置と異なる場合にはＰ波部とＴ波部それぞれのピークも採用する。
【００７４】
上記のようにして採用された１種類以上の波それぞれのピーク位置は、心臓鼓動パターン抽出部２８に通知される。以上で、第２のピーク検出処理は終了される。
【００７５】
ステップＳ３５において、ステップＳ３１における周期性判定でQRS波部のピークに周期性がないと判定していた場合、処理はステップＳ３８に進められる。
【００７６】
ステップＳ３８において、周期性判定部２７は、Ｔ波部とＰ波部のピークの周期性判定結果に基づき、Ｔ波部とＰ波部のピークを採用するか否かを判断し、採用したピーク位置を心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。
【００７７】
すなわち、Ｔ波部のピークに周期性があって、Ｐ波部のピークに周期性がない場合にはＴ波部のピークを採用する。
【００７８】
Ｐ波部のピークに周期性があって、Ｔ波部のピークに周期性がない場合にはＰ波部のピークを採用する。
【００７９】
Ｔ波部とＰ波部それぞれのピークに周期性があって、Ｔ波部とＰ波部それぞれのピークの位置が一致する場合、Ｔ波部のピークを採用する（検出されたＰ波部のピークは誤検出と考えられる）。
【００８０】
Ｔ波部とＰ波部それぞれのピークに周期性があって、Ｔ波部とＰ波部それぞれのピークの位置が異なる場合、Ｔ波部とＰ波部それぞれのピークを採用する。
【００８１】
上記のようにして採用された１種類以上の波それぞれのピーク位置は、心臓鼓動パターン抽出部２８に通知される。以上で、第２のピーク検出処理は終了される。
【００８２】
以上に説明した第２のピーク検出処理によれば、１種類以上の波それぞれのピークが採用される。よって、後段の心臓鼓動パターン抽出部２８において、第１のピーク検出処理に比較して、より精度高く心臓鼓動パターンを抽出することができる。これにより、被験者の心臓鼓動パターンの特徴量を正確に得ることができるので、個人認証における精度を向上させることができる。
【００８３】
なお、本実施の形態においては、心電図信号からQRS波部、Ｔ波部、およびＰ波部のピークを検出して心臓鼓動パターンと抽出するようにしたが、QRS波部、Ｔ波部、またはＰ波部のうちの２種類の波のピークを検出して心臓鼓動パターンと抽出するようにしてもよい。若しくは、Ｕ波などのピークも検出するようにして、４種類以上の波のピークを検出して心臓鼓動パターンと抽出するようにしてもよい。
【００８４】
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。
【００８５】
図１０は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
【００８６】
このコンピュータ１００において、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。
【００８７】
バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部１０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部１０７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部１０８、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部１０９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動するドライブ１１０が接続されている。
【００８８】
以上のように構成されるコンピュータ１００では、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１０５およびバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
【００８９】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。
【００９０】
また、プログラムは、１台のコンピュータにより処理されるものであってもよいし、複数のコンピュータによって分散処理されるものであってもよい。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであってもよい。
【００９１】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【００９２】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 認証装置， １１Ｌ，１１Ｒ 電極， ２０ 心電図信号入力部, ２１ Ｐ波部用BPF, ２２ ピーク検出部， ２３ QRS波部用BPF， ２４ ピーク検出部， ２５ Ｔ波部用BPF， ２６ ピーク検出部， ２７ 周期性判定部， ２８ 心臓鼓動パターン抽出部， ２９ 認証処理部， １００ コンピュータ， １０１ CPU
【技術分野】
【０００１】
本開示は、信号処理装置、信号処理方法、およびプログラム、並びに情報処理装置に関し、特に、例えば、人の心臓の動きを示す心臓鼓動パターンを正確に検出できるようにした信号処理装置、信号処理方法、およびプログラム、並びに情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、健康診断などの医療用途で心電図（以下、心電図信号と称する）の測定が行われている。医療機関で心電図信号を測定する場合、１２誘導法と称される、頭部、胸部、四肢などの１２箇所に電極を取り付けて心電図信号を測定する手法が一般的である。また、左手用電極と右手用電極の２箇所、またはそれにアース電極を追加した３電極で、簡易的に心電図信号を測定する方法（以下、簡易測定法と称する）も知られている。
【０００３】
心電図信号は周期的な心臓の動きを表し、その１周期分の波形パターン（以下、心臓鼓動パターンと称する）が各個人で異なる特徴を示すことが知られている。そして、この心臓鼓動パターンを個人認証に利用する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１は、一般的な心臓鼓動パターンの波形を示している。同図の横軸は時間軸（サンプル軸）を示し、縦軸は電位を示している。同図に示されるように、一般的な心臓鼓動パターンは、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の順に特徴的な波が配置されている。なお、図示は省略するが、Ｕ波と称される波（Ｐ波の前（換言すれば、Ｔ波の後））などのように、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波以外にも特徴的な波の存在が知られている。
【０００５】
一般的な心臓鼓動パターンにおいて、その波高はQRS波部が最も高く、次にＴ波部、Ｐ波部の順で高いことが知られている。心臓鼓動パターンを取得するには、心電図信号から波高が最も高いQRS波部のピークが検出され、検出されたQRS波部のピークを基準とする所定のサンプル幅の波形が心臓鼓動パターンとして抽出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５１８７０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、心臓鼓動パターンを個人認証に利用する場合、心電図信号から心臓鼓動パターンを正確に抽出する必要がある。当然ながら、１２誘導法を採用すれば、正確な心電図信号が測定できるので、そこから心臓鼓動パターンを高い精度で抽出可能である。しかしながら、個人認証の用途を考慮すると１２誘導法の採用は困難であるので、簡易測定法を採用することになる。
【０００８】
しかしながら、簡易測定法により心電図信号を測定した場合、電極の接触の具合、筋肉に流れる筋電位などに起因して心電図信号にノイズ成分が多く発生してしまうことになり正確な心電図信号を測定できず、心臓鼓動パターンを高い精度で得られないことがある。
【０００９】
例えば図２に示される、簡易測定法により測定された心電図信号の一例の場合、必ずしもQRS波部の波高が最も高いわけではないので、QRS波部のピークを正確に検出できず、心臓鼓動パターンを精度良く抽出することができない。
【００１０】
また、QRS波部のピークを検出でき、QRS波部のピークを基準とする所定のサンプル幅の心臓鼓動パターンを正確に抽出できたとしても、心臓鼓動パターン自体にノイズ成分が含まれていた場合、その特徴量は個人特有のものとは言えず、認証に用いることができなくなる。
【００１１】
例えば図３は、簡易測定法により測定された心電図信号から５周期分の心臓鼓動パターンを抽出し、その後、被測定者に電極を接触し直させて、５周期分の心臓鼓動パターンを抽出し、合計１０周期分の心臓鼓動パターンを重ねて表示したものである。
【００１２】
同図に示すように、抽出された１０周期分の心臓鼓動パターンは、QRS波部は一致しているもののＴ波部分にノイズの混合が見受けられる。Ｔ波部分のノイズについては、その周波数成分に応じたバンドカットフィルタを用いることにより除去できる。しかしながら、Ｔ波部分のノイズの周波数成分はQRS波部の周波数成分に近いため、そのようなバンドカットフィルタを用いると、QRS波部までもカットしてしまうことになる。
【００１３】
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、心電図信号から心臓鼓動パターンを精度良く抽出できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本開示の第１の側面である信号処理装置は、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出部と、検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出部とを含む。
【００１５】
本開示の第１の側面である信号処理装置は、検出された前記周波数成分のピークの周期性を判定する周期性判定部をさらに含むことができ、前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する前記周波数成分の前記ピークを基準として前記心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出することができる。
【００１６】
前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する異なる複数の周波数成分それぞれのピークを基準とする複数の心臓鼓動パターン候補を前記心電図信号から抽出し、抽出した前記複数の心臓鼓動パターン候補の重複する範囲を前記心臓鼓動パターンとして抽出することができる。
【００１７】
前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する異なる複数の周波数成分それぞれのピークに基づいて決定される範囲を前記心臓鼓動パターンとして前記心電図信号から抽出することができる。
【００１８】
本開示の第１の側面である信号処理方法は、信号処理装置の信号処理方法において、前記信号処理装置による、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタリングステップと、前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出ステップと、検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出ステップとを含む。
【００１９】
本開示の第１の側面であるプログラムは、コンピュータに、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタリングステップと、前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出ステップと、検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出ステップとを含む処理を実行させる。
【００２０】
本開示の第１の側面においては、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分が抽出され、心電図信号から抽出された複数の周波数成分それぞれのピークが検出され、検出された周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンが心電図信号から抽出される。
【００２１】
本開示の第２の側面である情報処理装置は、心臓の動きに起因する心電図信号を入力する入力部と、前記心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出部と、検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出部と、抽出された前記心臓鼓動パターンを用いて所定の処理を行う情報処理部とを含む。
【００２２】
本開示の第２の側面においては、心臓の動きに起因する心電図信号が入力され、心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分が抽出され、心電図信号から抽出された複数の周波数成分それぞれのピークが検出され、検出された周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンが心電図信号から抽出される。さらに、抽出された心臓鼓動パターンを用いて所定の処理が行行われる。
【発明の効果】
【００２３】
本開示の第１の側面によれば、心電図信号から心臓鼓動パターンを精度良く抽出することができる。
【００２４】
本発明の第２の側面によれば、心臓鼓動パターンを用いる所定の処理の精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般的な心臓鼓動パターンの波形を示す図である。
【図２】簡易測定法により測定された心電図信号の一例を示す図である。
【図３】簡易測定法により測定された心電図信号から１０周期分の心臓鼓動パターンを抽出して重畳表示した図である。
【図４】実施の形態である認証装置の外観図である。
【図５】実施の形態である認証装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】登録処理を説明するフローチャートである。
【図７】認証処理を説明するフローチャートである。
【図８】第１のピーク検出処理を説明するフローチャートである。
【図９】第２のピーク検出処理を説明するフローチャートである。
【図１０】コンピュータの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
＜１．実施の形態＞
［認証装置の構成例］
図４は、実施の形態である認証装置の上面の外観を示している。この認識装置１０は、測定される心電図信号から抽出する心臓鼓動パターンを利用して個人認証を行うものである。
【００２８】
同図Ａに示すように、認証装置１０の上面には、電極１１Ｌおよび電極１１Ｒが設けられている。認証装置１０は、同図Ｂに示されるように、被測定者（登録者および被認証者）が左手を電極１１Ｌに、右手を電極１１Ｒに接触させて状態で心電図信号を測定し、測定した心電図信号を用いて登録処理および認証処理（いずれも後述）を行うことになる。
【００２９】
図５は、認識装置１０の構成例を示している。認識装置１０は、電極１１Ｌ，１１Ｒ、心電図信号入力部２０、Ｐ波部用BPF２１、ピーク検出部２２、QRS波部用BPF２３、ピーク検出部２４、Ｔ波部用BPF２５、ピーク検出部２６、周期性判定部２７、心臓鼓動パターン抽出部２８、および認証処理部２９から構成される。
【００３０】
心電図信号入力部２０は、電極１１Ｌ，１１Ｒから得られる、被測定者の心臓の周期的な動きに起因する微弱な電気信号を増幅し、その電位を所定のサンプリング周波数に従って検出することにより心電図信号を生成して、Ｐ波部用BPF２１、QRS波部用BPF２３、Ｔ波部用BPF２５、および心臓鼓動パターン抽出部２８に入力する。なお、サンプリング周波数は、例えば１MHzとされる。この場合、一般的な心電図信号の１周期分（心臓鼓動パターン）は850サンプル程となる。
【００３１】
Ｐ波部用BPF２１は、入力された心電図信号から、予め知られているＰ波部の周波数成分（例えば、６Hz乃至１２Hz）のみを通過させて、ピーク検出部２２に出力する。ピーク検出部２２は、Ｐ波部の周波数成分のみの心電図信号からＰ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。
【００３２】
QRS波部用BPF２３は、入力された心電図信号から、予め知られているQRS波部の周波数成分（例えば、10.1Hz乃至21.1Hz）のみを通過させて、ピーク検出部２４に出力する。ピーク検出部２４は、QRS波部の周波数成分のみの心電図信号からQRS波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。
【００３３】
Ｔ波部用BPF２５は、入力された心電図信号から、予め知られているＴ波部の周波数成分（例えば、2.5Hz乃至10Hz）のみを通過させて、ピーク検出部２６に出力する。ピーク検出部２６は、Ｔ波部の周波数成分のみの心電図信号からＴ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。なお、ピーク検出部２２，２４，２６におけるピーク検出の方法については既存の任意の手法を用いればよい。また、上述したＰ波部、QRS部、Ｔ波部の周波数成分については、一例であってこれに限るものではない。
【００３４】
周期性判定部２７は、Ｐ波部のピーク、QRS波部のピーク、およびＴ波部のピークに周期性があるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、Ｐ波部のピーク、QRS波部のピーク、およびＴ波部のピークの中から、採用するピークを決定して心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。
【００３５】
心臓鼓動パターン抽出部２８は、心電図信号入力部２０からの心電図信号から、周期性判定部２７にて採用されたピークの位置を基準とする所定のサンプル範囲を抽出し、抽出結果である心臓鼓動パターンを認証処理部２９に出力する。
【００３６】
認証処理部２９は、登録処理時においては、被測定者（登録者）の心臓鼓動パターンの特徴量を算出し、登録者に心臓鼓動パターンの特徴量を対応付けて、自己が管理するデータベースに登録する。また、認証処理部２９は、認証処理時においては、被測定者（被認証者）の心臓鼓動パターンの特徴量を算出し、算出した特徴量と登録済みの特徴量とを比較し、その比較結果に基づいて、被認証者の個人認証を行う。
【００３７】
［動作説明］
次に、認証装置１０の動作について説明する。
【００３８】
図６は、認証装置１０の登録処理を説明するフローチャートである。この登録処理は、登録者の心臓鼓動パターンを登録するときに行われる。
【００３９】
ステップＳ１において、心電図信号入力部２０は、電極１１Ｌ，１１Ｒから得られる、登録者の心臓の周期的な動きに起因する微弱な電気信号を増幅し、その電位を所定のサンプリング周期で検出することにより心電図信号を生成して、Ｐ波部用BPF２１、QRS波部用BPF２３、Ｔ波部用BPF２５、および心臓鼓動パターン抽出部２８に入力する。
【００４０】
ステップＳ２において、Ｐ波部用BPF２１乃至周期性判定部２７にてピーク検出処理が行われる。ピーク検出処理の結果、心臓鼓動パターン抽出部２８には、Ｐ波部、QRS波部、またはＴ波部のうちの少なく１つのピークが通知される。ただし、ピーク検出処理にて、Ｐ波部、QRS波部、およびＴ波部のピークが検出されなかった場合、この登録処理はエラー処理の後に終了される。なお、ピーク検出処理の詳細については、図８または図９を参照して後述する。
【００４１】
ステップＳ３において、心臓鼓動パターン抽出部２８は、心電図信号入力部２０からの心電図信号から、周期性判定部２７にて採用されたピークの位置を基準とする所定のサンプル範囲を抽出し、抽出結果である心臓鼓動パターンを認証処理部２９に出力する。
【００４２】
QRS波部のピークが採用された場合、そのピークの位置を基準として−Ｘ１から＋Ｘ２のサンプリング範囲を心臓鼓動パターンとして抽出する。なお、サンプリング周波数が1MHzである場合、例えば、Ｘ１＝２５０，Ｘ２＝６００とする。
【００４３】
Ｔ波部のピークが採用された場合、そのピークの位置を基準として−Ｙ１から＋Ｙ２のサンプリング範囲を心臓鼓動パターンとして抽出する。なお、サンプリング周波数が1MHzである場合、例えば、Ｙ１＝５５０，Ｘ２＝３００とする。
【００４４】
Ｐ波部のピークが採用された場合、そのピークの位置を基準として−Ｚ１から＋Ｚ２のサンプリング範囲を心臓鼓動パターンとして抽出する。なお、サンプリング周波数が1MHzである場合、例えば、Ｚ１＝７２５，Ｘ２＝１２５とする。
【００４５】
なお、例えばQRS波部のピーク、Ｔ波部のピーク、およびＰ波部のピークが採用された場合や、Ｔ波部のピーク、およびＰ波部のピークが採用された場合などのように、異なる複数の波のピークが採用された場合、それぞれの波のピークを基準として抽出された複数のサンプリング範囲のうちで重複する範囲を心臓鼓動パターンとすればよい。
【００４６】
または、例えばQRS波部のピーク、Ｔ波部のピーク、およびＰ波部のピークが採用された場合、QRS波部のピークとＰ波部のピークの幅Ｌ１と、QRS波部のピークとＴ波部のピークの幅Ｌ２とを算出し、QRS波部のピークを基準として、−Ｎ・Ｌ１から＋Ｎ・Ｌ２（例えば、Ｎ＝２）のサンプリング範囲を心臓鼓動パターンとして抽出するようにしてもよい。この場合、心臓鼓動パターンとして抽出するサンプリング範囲を適応的に変更することができる。
【００４７】
ステップＳ４において、認証処理部２９は、抽出された心臓鼓動パターンの特徴量を算出する。なお、この特徴量の算出については、既存の任意の方法を用いることができる。ステップＳ５において、認証処理部２９は、登録者に心臓鼓動パターンの特徴量を対応付けて、自己が管理するデータベースに登録する。以上で、登録処理は終了される。
【００４８】
次に、図７は、認証装置１０の認証処理を説明するフローチャートである。この認証処理は、被認証者が登録済みの人物（登録者）であるか否かを認証するときに行われる。
【００４９】
なお、認証処理におけるステップＳ１１乃至１４の処理は、上述した登録処理のステップＳ１乃至Ｓ４の処理と同様であるので、その説明は省略する。
【００５０】
ステップＳ１５において、認証処理部２９は、被認証者の心臓鼓動パターンの特徴量と登録済みの特徴量とを比較し、その比較結果に基づいて被験者の個人認証を行う。以上で、認証処理は終了される。
【００５１】
次に、図８は、登録処理のステップＳ２、および認証処理のステップＳ１２にて実行されるピーク検出処理について説明する。ピーク検出処理としては、図８に示す第１のピーク検出処理、または図９に示す第２のピーク検出処理のいずれか一方を実行すればよい。
【００５２】
図８は、第１のピーク検出処理を説明するフローチャートである。
【００５３】
ステップＳ２１において、ピーク検出部２４は、QRS波部用BPF２３から入力されるQRS波部の周波数成分のみの心電図信号からQRS波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。
【００５４】
ステップＳ２２において、周期性判定部２７は、ピーク検出部２２の検出結果に基づき、QRS波部のピークに周期性があるか否かを判定する。周期性があると判定された場合、処理はステップＳ２７に進められる。ステップＳ２７において、周期性判定部２７は、QRS波部のピークを採用すると決定し、そのピーク位置を心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。以上で、第１のピーク検出処理は終了される。
【００５５】
反対に、ステップＳ２２において、QRS波部のピークに周期性がないと判定された場合（QRS波部のピークが検出されない場合も含む）、処理はステップＳ２３に進められる。
【００５６】
ステップＳ２３において、ピーク検出部２６は、Ｔ波部用BPF２５から入力されるＴ波部の周波数成分のみの心電図信号からＴ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。
【００５７】
ステップＳ２４において、周期性判定部２７は、ピーク検出部２６の検出結果に基づき、Ｔ波部のピークに周期性があるか否かを判定する。周期性があると判定された場合、処理はステップＳ２７に進められる。ステップＳ２７において、周期性判定部２７は、Ｔ波部のピークを採用すると決定し、そのピーク位置を心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。以上で、第１のピーク検出処理は終了される。
【００５８】
反対に、ステップＳ２４において、Ｔ波部のピークに周期性がないと判定された場合（Ｔ波部のピークが検出されない場合も含む）、処理はステップＳ２５に進められる。
【００５９】
ステップＳ２５において、ピーク検出部２２は、Ｐ波部用BPF２１から入力されるＰ波部の周波数成分のみの心電図信号からＰ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。
【００６０】
ステップＳ２６において、周期性判定部２７は、ピーク検出部２２の検出結果に基づき、Ｐ波部のピークに周期性があるか否かを判定する。周期性があると判定された場合、処理はステップＳ２７に進められる。ステップＳ２７において、周期性判定部２７は、Ｐ波部のピークを採用すると決定し、そのピーク位置を心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。以上で、第１のピーク検出処理は終了される。
【００６１】
反対に、ステップＳ２６において、Ｐ波部のピークに周期性がないと判定された場合（Ｐ波部のピークが検出されない場合も含む）、処理はステップＳ２８に進められる。ステップＳ２８において、例えば、エラー発生を被験者に通知したり、電極の触り直しを促したりするなどの所定のエラー処理が実行される。以上で、第１のピーク検出処理は終了される。
【００６２】
以上に説明した第１のピーク検出処理によれば、一般的に波高が高いとされている順序（QRS波部、Ｔ波部、Ｐ波部の順）で優先的にそのピークが検出されて、最終的に１種類の波のピークのみが採用される。
【００６３】
次に、図９は、第２のピーク検出処理を説明するフローチャートである。
【００６４】
ステップＳ３１において、ピーク検出部２４は、QRS波部用BPF２３から入力されるQRS波部の周波数成分のみの心電図信号からQRS波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。周期性判定部２７は、ピーク検出部２２の検出結果に基づき、QRS波部のピークの周期性を判定する。
【００６５】
ステップＳ３２において、ピーク検出部２６は、Ｔ波部用BPF２５から入力されるＴ波部の周波数成分のみの心電図信号からＴ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。周期性判定部２７は、ピーク検出部２６の検出結果に基づき、Ｔ波部のピークの周期性を判定する。
【００６６】
ステップＳ３３において、ピーク検出部２２は、Ｐ波部用BPF２１から入力されるＰ波部の周波数成分のみの心電図信号からＰ波部のピークを検出し、検出結果を周期性判定部２７に出力する。周期性判定部２７は、ピーク検出部２２の検出結果に基づき、Ｐ波部のピークの周期性を判定する。
【００６７】
ステップＳ３４において、周期性判定部２７は、ステップＳ３１乃至Ｓ３３における周期性判定で、QRS波部、Ｔ波部、またはＰ波部のうちの少なくとも１種類の波のピークに周期性があると判定していた場合、処理をステップＳ３５に進める。なお、QRS波部、Ｔ波部、およびＰ波部のピークに周期性がないと判定していた場合（ピークが検出されない場合も含む）、処理をステップＳ３９に進められて、所定のエラー処理の後、第２のピーク検出処理は終了される。
【００６８】
ステップＳ３５において、周期性判定部２７は、ステップＳ３１における周期性判定でQRS波部のピークに周期性があると判定していた場合、処理をステップＳ３６に進められる。
【００６９】
ステップＳ３６において、周期性判定部２７は、QRS波部のピークを採用すると決定し、処理をステップＳ３７に進める。
【００７０】
ステップＳ３７において、周期性判定部２７は、Ｔ波部とＰ波部のピークの周期性判定結果に基づき、Ｔ波部とＰ波部のピークを採用するか否かを判断し、採用したピーク位置を心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。
【００７１】
すなわち、Ｔ波部のピークに周期性があって、Ｐ波部のピークに周期性がなく、Ｔ波部のピークの位置がQRS波部のピークの位置と異なる場合にはＴ波部のピークも採用する（Ｔ波部のピークの位置とQRS波部のピークの位置とが一致する場合には、検出されたＴ波部のピークは誤検出と考えられる）。
【００７２】
Ｐ波部のピークに周期性があって、Ｔ波部のピークに周期性がなく、Ｐ波部のピークの位置がQRS波部のピークの位置と異なる場合にはＰ波部のピークも採用する（Ｐ波部のピークの位置とQRS波部のピークの位置とが一致する場合には、検出されたＰ波部のピークは誤検出と考えられる）。
【００７３】
Ｐ波部とＴ波部それぞれのピークに周期性があってＰ波部とＴ波部それぞれのピークの位置がQRS波部のピークの位置と異なる場合にはＰ波部とＴ波部それぞれのピークも採用する。
【００７４】
上記のようにして採用された１種類以上の波それぞれのピーク位置は、心臓鼓動パターン抽出部２８に通知される。以上で、第２のピーク検出処理は終了される。
【００７５】
ステップＳ３５において、ステップＳ３１における周期性判定でQRS波部のピークに周期性がないと判定していた場合、処理はステップＳ３８に進められる。
【００７６】
ステップＳ３８において、周期性判定部２７は、Ｔ波部とＰ波部のピークの周期性判定結果に基づき、Ｔ波部とＰ波部のピークを採用するか否かを判断し、採用したピーク位置を心臓鼓動パターン抽出部２８に通知する。
【００７７】
すなわち、Ｔ波部のピークに周期性があって、Ｐ波部のピークに周期性がない場合にはＴ波部のピークを採用する。
【００７８】
Ｐ波部のピークに周期性があって、Ｔ波部のピークに周期性がない場合にはＰ波部のピークを採用する。
【００７９】
Ｔ波部とＰ波部それぞれのピークに周期性があって、Ｔ波部とＰ波部それぞれのピークの位置が一致する場合、Ｔ波部のピークを採用する（検出されたＰ波部のピークは誤検出と考えられる）。
【００８０】
Ｔ波部とＰ波部それぞれのピークに周期性があって、Ｔ波部とＰ波部それぞれのピークの位置が異なる場合、Ｔ波部とＰ波部それぞれのピークを採用する。
【００８１】
上記のようにして採用された１種類以上の波それぞれのピーク位置は、心臓鼓動パターン抽出部２８に通知される。以上で、第２のピーク検出処理は終了される。
【００８２】
以上に説明した第２のピーク検出処理によれば、１種類以上の波それぞれのピークが採用される。よって、後段の心臓鼓動パターン抽出部２８において、第１のピーク検出処理に比較して、より精度高く心臓鼓動パターンを抽出することができる。これにより、被験者の心臓鼓動パターンの特徴量を正確に得ることができるので、個人認証における精度を向上させることができる。
【００８３】
なお、本実施の形態においては、心電図信号からQRS波部、Ｔ波部、およびＰ波部のピークを検出して心臓鼓動パターンと抽出するようにしたが、QRS波部、Ｔ波部、またはＰ波部のうちの２種類の波のピークを検出して心臓鼓動パターンと抽出するようにしてもよい。若しくは、Ｕ波などのピークも検出するようにして、４種類以上の波のピークを検出して心臓鼓動パターンと抽出するようにしてもよい。
【００８４】
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。
【００８５】
図１０は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
【００８６】
このコンピュータ１００において、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。
【００８７】
バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部１０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部１０７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部１０８、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部１０９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動するドライブ１１０が接続されている。
【００８８】
以上のように構成されるコンピュータ１００では、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１０５およびバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
【００８９】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。
【００９０】
また、プログラムは、１台のコンピュータにより処理されるものであってもよいし、複数のコンピュータによって分散処理されるものであってもよい。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであってもよい。
【００９１】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【００９２】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 認証装置， １１Ｌ，１１Ｒ 電極， ２０ 心電図信号入力部, ２１ Ｐ波部用BPF, ２２ ピーク検出部， ２３ QRS波部用BPF， ２４ ピーク検出部， ２５ Ｔ波部用BPF， ２６ ピーク検出部， ２７ 周期性判定部， ２８ 心臓鼓動パターン抽出部， ２９ 認証処理部， １００ コンピュータ， １０１ CPU
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、
前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出部と、
検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出部と
を含む信号処理装置。
【請求項２】
検出された前記周波数成分のピークの周期性を判定する周期性判定部を
さらに含み、
前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する前記周波数成分の前記ピークを基準として前記心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する異なる複数の周波数成分それぞれのピークを基準とする複数の心臓鼓動パターン候補を前記心電図信号から抽出し、抽出した前記複数の心臓鼓動パターン候補の重複する範囲を前記心臓鼓動パターンとして抽出する
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する異なる複数の周波数成分それぞれのピークに基づいて決定される範囲を前記心臓鼓動パターンとして前記心電図信号から抽出する
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
信号処理装置の信号処理方法において、
前記信号処理装置による、
心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタリングステップと、
前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出ステップと、
検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出ステップと
を含む信号処理方法。
【請求項６】
コンピュータに、
心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタリングステップと、
前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出ステップと、
検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出ステップと
を含む処理を実行させるプログラム。
【請求項７】
心臓の動きに起因する心電図信号を入力する入力部と、
前記心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、
心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、
前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出部と、
検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出部と、
抽出された前記心臓鼓動パターンを用いて所定の処理を行う情報処理部と
を含む情報処理装置。
【請求項１】
心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、
前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出部と、
検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出部と
を含む信号処理装置。
【請求項２】
検出された前記周波数成分のピークの周期性を判定する周期性判定部を
さらに含み、
前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する前記周波数成分の前記ピークを基準として前記心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する異なる複数の周波数成分それぞれのピークを基準とする複数の心臓鼓動パターン候補を前記心電図信号から抽出し、抽出した前記複数の心臓鼓動パターン候補の重複する範囲を前記心臓鼓動パターンとして抽出する
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記心臓鼓動パターン抽出部は、周期性を有する異なる複数の周波数成分それぞれのピークに基づいて決定される範囲を前記心臓鼓動パターンとして前記心電図信号から抽出する
請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
信号処理装置の信号処理方法において、
前記信号処理装置による、
心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタリングステップと、
前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出ステップと、
検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出ステップと
を含む信号処理方法。
【請求項６】
コンピュータに、
心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタリングステップと、
前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出ステップと、
検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出ステップと
を含む処理を実行させるプログラム。
【請求項７】
心臓の動きに起因する心電図信号を入力する入力部と、
前記心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、
心臓の動きに起因する心電図信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽出する複数のフィルタリング部と、
前記心電図信号から抽出された複数の前記周波数成分それぞれのピークを検出するピーク検出部と、
検出された前記周波数成分のピークを基準として、心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを前記心電図信号から抽出する心臓鼓動パターン抽出部と、
抽出された前記心臓鼓動パターンを用いて所定の処理を行う情報処理部と
を含む情報処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１０２３５（Ｐ２０１２−２１０２３５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６１８７（Ｐ２０１１−７６１８７）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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