信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラム
【課題】信号強度の比を正確に算出することを課題とする。
【解決手段】信号処理装置１０は、車両のハンドルに設けられたハンドル電極と基準電極との間のハンドル信号を測定するハンドルセンサ１１ａを有する。さらに、信号処理装置１０は、運転者が着座する座面に設けられた座面電極と基準電極との間の座面信号を測定する座面センサ１１ｂを有する。そして、信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定する。その上で、信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号及び座面センサ１１ｂによって測定される座面信号のうち、特定された区間を対象に、ハンドル信号及び座面信号の信号強度を算出する。
【解決手段】信号処理装置１０は、車両のハンドルに設けられたハンドル電極と基準電極との間のハンドル信号を測定するハンドルセンサ１１ａを有する。さらに、信号処理装置１０は、運転者が着座する座面に設けられた座面電極と基準電極との間の座面信号を測定する座面センサ１１ｂを有する。そして、信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定する。その上で、信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号及び座面センサ１１ｂによって測定される座面信号のうち、特定された区間を対象に、ハンドル信号及び座面信号の信号強度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
装置を操作する操作者の眠気や覚醒度の変化をとらえるためには、心電計測が有効であることが知られている。一例としては、車両を運転する運転者の眠気や覚醒度を検出するために、運転者の心拍を計測することが検討されている。
【０００３】
運転者の心拍を計測する場合には、運転者と接触する２つの電極間の電位差信号を測定した上で、その電位差信号から得られる心電信号を用いて運転者の眠気や覚醒度などの生理状態が検出される。例えば、車両のハンドルや座面などに電極が設けられる。このようにハンドルに電極が設けられた場合には、運転者がハンドルを握ることにより、運転者の手が電極と接触する。さらに、座面に電極が設けられた場合には、運転者が着座することにより、運転者の臀部が電極と接触する。
【０００４】
ここで、上記の電位差信号に含まれるノイズを減少させる心拍計測装置が提案されている。かかる心拍計測装置は、車両の電位と等しくなるようにアースと接地される基準電極と、ハンドルに設けられるハンドル電極との間で電位差信号を測定するハンドルセンサを有する。さらに、心拍計測装置は、基準電極と、座面に設けられた座面電極との間で電位差信号を測定する座面センサを有する。心拍計測装置は、ハンドルセンサによって心拍とともにノイズ成分を含んで測定される心電信号と、座面センサによってノイズ成分だけが測定されるノイズ信号との差分を算出することにより、心電信号に重畳するノイズを減衰させる。
【０００５】
このとき、ハンドルセンサによって測定される心電信号が含むノイズ信号と、座面センサによって測定されるノイズ信号との振幅比が異なる場合がある。この場合には、ハンドルセンサによって測定される心電信号と座面センサによって測定するノイズ信号の信号強度から比を求め、座面センサによって測定されるノイズ信号に与えるゲインを調節した上で心電信号との間で差分が取られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４２５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の従来技術は、以下に説明するように、信号強度の比を正確に算出できないという問題がある。
【０００８】
すなわち、ハンドルセンサによって測定される心電信号には、ノイズ成分だけでなく、心拍信号、いわゆるＲ波も含まれる。このため、上記の心拍計測装置のように、ハンドルセンサによって測定される心電信号を用いて信号強度を算出したのでは、Ｒ波の影響によってノイズの信号強度の比の誤差が増大する場合がある。それゆえ、上記の心拍計測装置では、ノイズを十分に減衰させることができず、座面センサによって測定されるノイズ信号にゲインを与えずに差分を取る場合よりも、ハンドルセンサのＳ／Ｎ比（Signal to Noise ratio）が低下してしまう。
【０００９】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、信号強度の比を正確に算出できる信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラム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】
本願の開示する信号処理装置は、装置の操舵部に設けられた第１の電極と、基準電極として用いられる第２の電極との間の第１の電位差信号を測定する第１の測定部を有する。さらに、前記信号処理装置は、前記装置の操舵部とは異なる箇所に設けられた第３の電極と前記第２の電極との間の第２の電位差信号を測定する第２の測定部を有する。さらに、前記信号処理装置は、前記第１の測定部によって測定される第１の電位差信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定する特定部を有する。さらに、前記信号処理装置は、各々測定される第１の電位差信号及び第２の電位差信号のうち前記特定部によって特定された区間を対象に、前記第１の電位差信号及び前記第２の電位差信号の信号強度を算出する強度算出部を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本願の開示する信号処理装置の一つの態様によれば、信号強度の比を正確に算出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１に係る信号処理装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図２は、典型的な心電心拍波形の一例を示す図である。
【図３】図３は、ハンドルセンサ及び座面センサによって測定される信号波形の一例を示す図である。
【図４】図４は、心拍信号の検出位置および検出間隔を説明するための図である。
【図５】図５は、差分信号、ハンドル信号および座面信号の出力波形の一例を示す図である。
【図６】図６は、ハンドル信号および座面信号の出力波形と両者の相関関係との一例を示す図である。
【図７】図７は、図６に示したハンドル信号および座面信号の出力波形と両者の相関関係とにおける一部を拡大した図である。
【図８】図８は、実施例１に係る信号処理装置の全体処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施例１に係るゲイン算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施例１及び実施例２に係る信号処理プログラムを実行するコンピュータの一例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本願の開示する信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例は開示の技術を限定するものではない。そして、各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００１４】
［信号処理装置の構成］
まず、本実施例に係る信号処理装置の機能的構成について説明する。図１は、実施例１に係る信号処理装置の構成を示す機能ブロック図である。図１に示す信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａによって心拍とともにノイズ成分を含んで測定されるハンドル信号と座面センサ１１ｂによって測定される座面信号との差分を算出することにより、ハンドル信号に重畳するノイズを減少させるものである。なお、図１の例では、車両を運転する運転者の心拍を計測する場合を例示するが、被験者が他の装置を操作する場合にも同様に適用することができる。
【００１５】
ここで、本実施例に係る信号処理装置１０は、車両のハンドルに設けられたハンドル電極と、基準電極との間のハンドル信号を測定するハンドルセンサ１１ａを有する。さらに、本実施例に係る信号処理装置１０は、運転者が着座する座面に設けられた座面電極と基準電極との間の座面信号を測定する座面センサ１１ｂを有する。そして、本実施例に係る信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定する。その上で、本実施例に係る信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号及び座面センサ１１ｂによって測定される座面信号のうち、特定された区間を対象に、ハンドル信号及び座面信号の信号強度を算出する。
【００１６】
図２は、典型的な心電心拍波形の一例を示す図である。図３は、ハンドルセンサ１１ａ及び座面センサ１１ｂによって測定される信号波形の一例を示す図である。図２及び図３に示すグラフの縦軸は電圧（mV）を指し、また、図２及び図３に示すグラフの横軸は時間（sec）を指す。なお、図３の例では、符号５０Ａがハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号を指し、符号５０Ｂが座面センサ１１ｂによって測定される座面信号を指す。
【００１７】
図２に示すように、心電信号は、１００ｍｓｅｃ以内の幅を持つインパルス状のＲ波４１ａ及び４１ｂと、Ｒ波以外の成分によって構成される波形４２とを含む。このＲ波は、０．３〜１．５秒周期で検出されるのが一般的である。また、図３に示すように、ハンドル信号５０Ａには、心拍とともにノイズ成分が含まれる。一方、座面信号５０Ｂには、ノイズ成分だけが含まれる。
【００１８】
例えば、ハンドル信号５０Ａ及び座面信号５０Ｂのうち区間５１を強度信号を算出する範囲とし、強度信号の比を算出した場合には、ハンドル信号５０Ａ及び座面信号５０Ｂの振幅比はおよそ「１．８１」となる。この振幅比を算出するにあたっては、ハンドル信号５０Ａに心拍信号、いわゆるＲ波が含まれるので、ノイズの信号強度の比の誤差が増大している。一方、ハンドル信号５０Ａ及び座面信号５０Ｂのうち区間５２を強度信号を算出する範囲とし、強度信号の比を算出した場合には、ハンドル信号５０Ａ及び座面信号５０Ｂの振幅比はおよそ「１．２２」となる。この振幅比を算出するにあたっては、ハンドル信号５０ＡにＲ波が含まれないので、ノイズの信号強度の比に含まれる誤差は小さくなる。
【００１９】
このように、Ｒ波は、心拍を計測する際には有用であるが、信号強度の比を算出する際には誤差の原因となる。そこで、本実施例に係る信号処理装置１０は、ハンドル信号と座面信号との信号強度の比を求める場合に、ハンドル信号に含まれるＲ波以外の区間５２で信号強度の比を求める。これによって、本実施例に係る信号処理装置１０では、信号強度の比が導出されるにあたってＲ波による影響を低減させる。それゆえ、本実施例に係る信号処理装置１０によれば、信号強度の比を正確に算出できる。
【００２０】
図１の説明に戻り、信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａと、座面センサ１１ｂと、強度算出部１２と、ゲイン算出部１３と、差分算出部１４と、残差判定部１５と、心拍情報記憶部１６と、特定部１７と、相関算出部１８とを有する。なお、信号処理装置１０には、ハンドル信号と座面信号との差分から得られた差分信号から心拍信号を計測する心拍計測装置３０が接続される。
【００２１】
このうち、ハンドルセンサ１１ａは、ハンドル電極と基準電極との間の電位差からハンドル信号を測定するセンサである。これら電極のうち、ハンドル電極は、車両のハンドルに設けられる一方で、基準電極は、車両の電位と等しくなるようにアースと接地される。また、座面センサ１１ｂは、座面電極と基準電極との間の電位差から座面信号を測定するセンサである。これら電極のうち、座面電極は、運転者が着座するシートの座面に設けられる一方で、基準電極は、車両の電位と等しくなるようにアースと接地される。
【００２２】
ここで、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号には、心拍とともにノイズ成分が含まれる。一方、座面センサ１１ｂによって測定される座面信号には、ノイズ成分だけが含まれる。なお、図１の例では、運転者が着座するシートの座面に電極を設ける場合を例示したが、シートの背もたれに電極を設けることとしてもかまわない。また、基準電極は、ハンドルセンサ１１ａ及び座面センサ１１ｂの間で共用されることとしてもよく、また、個別に設けることとしてもよい。
【００２３】
強度算出部１２は、ハンドル信号及び座面信号の信号強度、いわゆるＲＭＳ（Root Mean Square Value）を算出する処理部である。一例としては、強度算出部１２は、バンドパスフィルタ等の帯域フィルタを用いて、ハンドルセンサ１１ａによって入力されるハンドル信号及び座面センサ１１ｂによって入力される座面信号からＲ波以外の周波数成分を除去するとともに直流成分を除去する。その上で、強度算出部１２は、帯域フィルタによりＲ波以外の周波数成分及び直流成分が除去されたハンドル信号及び座面信号から信号強度を算出する。なお、強度算出部１２は、信号強度の計算には公知の算出手法を任意に適用できる。
【００２４】
ゲイン算出部１３は、ハンドル信号及び座面信号の信号強度比を算出する処理部である。一例としては、ゲイン算出部１３は、所定の周期、例えば０．２秒ごとに強度算出部１２によって算出されたハンドル信号の信号強度を座面信号の信号強度で除算することにより、ハンドル信号及び座面信号の信号強度比ｋを算出する。なお、ゲイン算出部１３は、ハンドル信号及び座面信号の信号強度比ｋを一旦算出してからは周期が経過するまで同じ信号強度比ｋを後述の差分算出部１４へ出力する。
【００２５】
差分算出部１４は、ハンドル信号および座面信号の差分を算出する処理部である。一例としては、差分算出部１４は、ゲイン算出部１３によって算出された信号強度比ｋを座面信号に乗算した上でハンドル信号から信号強度比ｋの乗算後の座面信号を減算する。これによって、ハンドル信号から座面信号が減算された差分信号が得られる。
【００２６】
残差判定部１５は、ハンドル信号および座面信号の差分信号におけるノイズの残差を判定する処理部である。一例としては、残差判定部１５は、差分算出部１４によって算出された差分信号におけるノイズの残差が所定の閾値ｂ以上であるか否かを判定する。このとき、残差判定部１５は、ノイズの残差が所定の閾値ｂ未満である場合に、差分信号を後段の心拍計測装置３０へ出力する。一方、ノイズの残差が所定の閾値ｂ以上である場合には、後述の特定部１７によって特定された区間を用いて信号強度比ｋが強度算出部１２によって再計算される。なお、上記の閾値ｂは、正常な値をとるＲ波の差分信号が正常に後段の心拍計測装置３０へ出力されるように、Ｒ波よりも大きい値が設定される。
【００２７】
心拍情報記憶部１６は、心拍に関する各種の情報を記憶する記憶部である。一例としては、かかる心拍情報記憶部１６には、後段の心拍計測装置３０によって計測された心拍信号の検出位置や検出間隔が登録される。他の一例としては、ハンドル信号及び座面信号のうちＲ波が含まれない区間を特定するために、後述の特定部１７によって参照される。
【００２８】
図４は、心拍信号の検出位置および検出間隔を説明するための図である。図４の例では、残差判定部１５によって出力された差分信号から心拍計測装置３０によって計測されたＲ波のピーク位置およびピークの間隔が図示されている。図４に示すように、心拍情報記憶部１６には、Ｒ波のピークが検出された時刻位置６０ａ〜６０ｄが登録されるとともに、Ｒ波のピークが検出された間隔６１ａ〜６１ｃが登録される。これらＲ波のピークが検出された時刻位置６０ａ〜６０ｄやＲ波のピークが検出された間隔６１ａ〜６１ｃに用いれば、ハンドル信号にＲ波が含まれない区間を特定できる。
【００２９】
特定部１７は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号のうちＲ波が含まれる区間以外の区間を特定する処理部である。一例としては、特定部１７は、残差判定部１５によってノイズの残差が所定の閾値ｂ以上であると判定された場合に、差分算出部１４によって差分信号が現在算出されている時刻位置よりも前に含まれるＲ波が心拍計測装置３０によって検知できているか否かを判定する。このとき、特定部１７は、心拍計測装置３０によって心拍が検知できている場合に、心拍情報記憶部１６に記憶された心拍情報にしたがって信号強度の算出区間を特定する。
【００３０】
ここで、図５を用いて、心拍情報にしたがって信号強度の算出区間を特定する方法を説明する。図５は、差分信号、ハンドル信号および座面信号の出力波形の一例を示す図である。図５に示す上段のグラフは、残差判定部１５によって心拍計測装置３０へ出力される差分信号の出力波形を示す。図５に示す中段のグラフは、ハンドル信号の出力波形を示す。また、図５に示す下段のグラフは、座面信号の出力波形を示す。なお、図５に示すグラフの縦軸は電圧を指し、図５に示すグラフの横軸は時間を指すものとする。
【００３１】
図５に示すように、特定部１７は、差分信号が現在算出されている時刻位置７１の前に含まれるＲ波が心拍計測装置３０によって検知されている場合に、心拍情報記憶部１６から１拍前のＲ波のピークが検出された時刻位置７２を読み出す。そして、特定部１７は、１拍前のＲ波のピークが検出された時刻位置７２から所定の時間７３、例えば１００ｍｓｅｃが経過した時刻位置７４を信号強度の算出区間の開始位置として設定する。ここで言う「時間」には、Ｒ波として検出されることが想定される上限値よりも大きい値が設定されるのが好ましい。さらに、特定部１７は、先に設定した開始位置７４から所定の時間、例えば２００ｍｓｅｃを信号強度の算出区間７５として特定する。このようにして特定された信号強度の算出区間７５を用いて信号強度および信号強度比ｋが再計算された上で信号区間７６における差分信号も差分算出部１４によって再計算される。
【００３２】
相関算出部１８は、ハンドル信号と座面信号との間における相関係数を所定の区間ごとに算出する処理部である。一例としては、相関算出部１８は、差分信号が現在算出されている時刻の前のＲ波が心拍計測装置３０によって心拍が検知できていないと特定部１７によって判定された場合に、処理を起動する。
【００３３】
ここで、図６及び図７を用いて、相関係数の算出によって信号強度の算出区間を特定する方法を説明する。図６は、ハンドル信号および座面信号の出力波形と両者の相関関係との一例を示す図である。また、図７は、図６に示したハンドル信号および座面信号の出力波形と両者の相関関係とにおける一部を拡大した図である。図６及び図７に示す上段のグラフは、ハンドル信号の出力波形を示す。図６及び図７に示す中段のグラフは、座面信号の出力波形を示す。図６及び図７に示す下段のグラフは、相関係数および時間の関係を示すグラフである。図６及び図７に示す下段のグラフの縦軸は相関係数を指し、図６及び図７に示すグラフの横軸は時間を指すものとする。なお、図７の例では、図６に示す差分信号が現在算出されている時刻位置８１から所定の時間前まで遡った範囲８２を拡大して図示している。
【００３４】
図６に示すように、相関算出部１８は、差分信号が現在算出されている時刻位置８１から所定の時間、例えば０．４秒前まで遡った範囲８２に測定されたハンドル信号および座面信号を対象に複数の区間を設定する。図７の例では、相関算出部１８は、一定の区間、例えば０．２秒の区間を所定の時刻ずつシフトさせた複数の区間９１〜９７を設定する。このとき、相関算出部１８は、図７に示すように、互いの区間の一部を重複して設定することもできるし、互いに重複しないように区間を設定することもできる。
【００３５】
このようにして区間を設定した上で、相関算出部１８は、ハンドル信号の区間９１ａと座面信号の区間９１ｂとの間で相関係数を求める。一例としては、相関算出部１８は、ハンドル信号の区間９１ａの振幅の平均値と座面信号の区間９１ｂの振幅の平均値との差を算出した上で座面信号の区間９１ｂの各時点の振幅から平均値の差を減算する。これによって、座面信号の区間９１ｂの振幅をハンドル信号の区間９１ａの振幅に合わせる。その上で、相関算出部１８は、ハンドル信号の区間９１ａの振幅値から座面信号の区間９１ｂの振幅値を各時点ごとに減算する。そして、相関算出部１８は、各時点ごとに算出された減算値の総和を相関係数として算出する。
【００３６】
ここでは、ハンドル信号の区間９１ａと座面信号の区間９１ｂとの相関係数を算出する場合を例示したが、他の区間、すなわちハンドル信号の区間９２ａ〜９７ａと座面信号の区間９２ｂ〜９７ｂとの各々の相関係数を算出する場合も同様にして算出される。このとき、相関算出部１８は、複数の区間の相関係数を順番に算出することなく、ハンドル信号の区間９１ａ〜９７ａと座面信号の区間９１ｂ〜９７ｂとの各々の相関係数を並列して算出することもできる。なお、ここでは、ハンドル信号及び座面信号の差分を算出することにより相関係数を算出する場合を例示したが、両者を乗算することにより相関係数を算出することとしてもかまわない。
【００３７】
このように、ハンドル信号と座面信号の間で差分を取った場合には、最も相関係数が高い場合にゼロが算出される。これらハンドル信号及び座面信号のノイズ波形は、相似であることから基本として相互相関は高いが、ハンドル信号にＲ波が重畳すると相互相関が低くなる。よって、相関係数の値が大きい区間を信号強度の算出区間から除外することにより、Ｒ波を含まない区間を信号強度の算出区間として選択させることができる。
【００３８】
その後、特定部１７は、区間９１の相関係数９１ｃ〜区間９７の相関係数９７ｃの７ついの区間のうち最も相関係数の値が小さい区間９７を信号強度の算出区間の候補として選択する。そして、特定部１７は、候補として選択した区間９７が所定の閾値ｃ以下である場合に、当該区間９７を信号強度の算出区間として特定する。このようにして特定された信号強度の算出区間９７を用いて信号強度および信号強度比ｋが再計算された上で差分信号も差分算出部１４によって再計算される。
【００３９】
なお、強度算出部１２、ゲイン算出部１３、差分算出部１４、残差判定部１５、特定部１７及び相関算出部１８には、各種の集積回路や電子回路を採用できる。例えば、集積回路としては、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）が挙げられる。また、電子回路としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などが挙げられる。
【００４０】
また、心拍情報記憶部１５などの記憶部には、半導体メモリ素子や記憶装置を採用できる。例えば、半導体メモリ素子としては、ＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュメモリ（flash memory）などが挙げられる。また、記憶装置としては、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置が挙げられる。
【００４１】
［処理の流れ］
次に、本実施例に係る信号処理装置の処理の流れについて説明する。なお、ここでは、信号処理装置１０によって実行される（１）全体処理を説明した後に、全体処理のサブルーチンとして実行される（２）ゲイン算出処理を説明することとする。
【００４２】
（１）全体処理
図８は、実施例１に係る信号処理装置の全体処理の手順を示すフローチャートである。この全体処理は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号及び座面センサ１１ｂによって測定される座面信号が入力された場合に処理が起動される。
【００４３】
図８に示すように、強度算出部１２は、帯域フィルタを用いて、各センサから入力されるハンドル信号及び座面信号からＲ波以外の周波数成分を除去するとともに直流成分を除去する前処理を実行する（ステップＳ１０１）。そして、強度算出部１２は、帯域フィルタによりＲ波以外の周波数成分及び直流成分が除去されたハンドル信号及び座面信号から信号強度を算出する（ステップＳ１０２）。
【００４４】
続いて、前回にハンドル信号及び座面信号の信号強度比を算出してから所定の周期が経過した場合（ステップＳ１０３肯定）には、後述するゲイン算出処理が実行される（ステップＳ１０４）。そして、差分算出部１４は、今回のゲイン算出処理によって新たに算出された信号強度比ｋを座面信号に乗算した上でハンドル信号から信号強度比ｋの乗算後の座面信号を減算する（ステップＳ１０５）。
【００４５】
一方、前回にハンドル信号及び座面信号の信号強度比を算出してから所定の周期が経過していない場合（ステップＳ１０３否定）には、差分算出部１４は、前回のゲイン算出処理によって算出されている信号強度比ｋを座面信号に乗算した上でハンドル信号から信号強度比ｋの乗算後の座面信号を減算する（ステップＳ１０５）。
【００４６】
その後、差分算出部１４は、ハンドル信号から座面信号を減算した差分信号を後段の心拍計測装置３０へ出力し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。
【００４７】
（２）ゲイン算出処理
図９は、実施例１に係るゲイン算出処理の手順を示すフローチャートである。このゲイン算出処理は、図８に示したステップＳ１０４に対応する処理であり、前回にハンドル信号及び座面信号の信号強度比を算出してから所定の周期が経過した場合に処理が起動される。
【００４８】
図９に示すように、ゲイン算出部１３は、強度算出部１２によって算出されたハンドル信号の信号強度を座面信号の信号強度で除算することにより、ハンドル信号及び座面信号の信号強度比ｋを算出する（ステップＳ３０１）。
【００４９】
そして、差分算出部１４は、ゲイン算出部１３によって算出された信号強度比ｋを座面信号に乗算した上でハンドル信号から信号強度比ｋの乗算後の座面信号を減算することにより、差分信号を算出する（ステップＳ３０２）。
【００５０】
続いて、残差判定部１５は、差分算出部１４によって算出された差分信号におけるノイズの残差が所定の閾値ｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。なお、ノイズの残差が所定の閾値ｂ未満である場合（ステップＳ３０３否定）には、残差判定部１５は、信号強度比ｋを再計算する必要がないので、そのまま処理を終了する。
【００５１】
一方、ノイズの残差が所定の閾値ｂ以上である場合（ステップＳ３０３肯定）に、特定部１７は、差分算出部１４により差分信号が現在算出されている時刻位置より前のＲ波が心拍計測装置３０により心拍が検知できているか否かを判定する（ステップＳ３０４）。
【００５２】
このとき、心拍計測装置３０によって心拍が検知できている場合（ステップＳ３０４肯定）には、特定部１７は、心拍情報記憶部１６に記憶された心拍情報にしたがって信号強度の算出区間を特定する（ステップＳ３０５）。
【００５３】
一方、心拍計測装置３０によって心拍が検知できていない場合（ステップＳ３０４否定）には、相関算出部１８は、複数の区間でハンドル信号と座面信号との間における相関係数を算出する（ステップＳ３０６）。
【００５４】
その後、特定部１７は、最小の相関係数の値を持つ区間を信号強度の算出区間の候補として選択する（ステップＳ３０７）。このとき、候補として選択した区間が所定の閾値ｃを超過する場合（ステップＳ３０８否定）には、上記のステップＳ３０６及びステップＳ３０７の処理を繰り返し行う。
【００５５】
そして、候補として選択した区間が所定の閾値ｃ以下である場合（ステップＳ３０８肯定）には、特定部１７は、当該候補として選択された区間を信号強度の算出区間として特定する。
【００５６】
その後、強度算出部１２は、ハンドル信号及び座面信号のうち特定部１７によって特定された区間を対象にハンドル信号及び座面信号の信号強度を再計算する（ステップＳ３０９）。そして、ゲイン算出部１３は、強度算出部１２によって再計算されたハンドル信号の信号強度を再計算された座面信号の信号強度で除算することにより、ハンドル信号及び座面信号の信号強度比ｋを再計算し（ステップＳ３１０）、処理を終了する。
【００５７】
［実施例１の効果］
上述してきたように、本実施例に係る信号処理装置１０は、ハンドル信号と座面信号との信号強度の比を求める場合に、ハンドル信号に含まれるＲ波以外の区間で信号強度の比を求める。これによって、本実施例に係る信号処理装置１０では、信号強度の比が導出されるにあたってＲ波による影響を低減させる。それゆえ、本実施例に係る信号処理装置１０によれば、各センサの信号強度の比を正確に算出することが可能である。
【００５８】
また、本実施例に係る信号処理装置１０は、ハンドル信号と座面信号との間における相関係数を所定の区間ごとに算出する。その上で、本実施例に係る信号処理装置１０は、相関係数が算出された区間のうち相関係数が所定の基準を満たす区間を選択する。これによって、本実施例に係る信号処理装置１０は、外部の装置からの情報を使用せずとも、ハンドル信号に含まれるＲ波以外の区間を特定することが可能である。
【００５９】
さらに、本実施例に係る信号処理装置１０は、心拍情報記憶部１６に記憶された心拍信号の検出位置および検出間隔を用いて、心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定する。このため、本実施例に係る信号処理装置１０では、実際の心拍信号の位置を除外して信号強度の算出区間を特定することができる。よって、本実施例に係る信号処理装置１０によれば、ハンドル信号に含まれるＲ波以外の区間を特定する精度を向上させることが可能である。
【実施例２】
【００６０】
さて、これまで開示の装置に関する実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。
【００６１】
［装置の構成単位］
上記の実施例１では、信号処理装置１０と心拍計測装置３０とが別々に構成させる場合を例示したが、開示の装置はこれに限定されず、これら信号処理装置１０及び心拍計測装置３０を一体化して構成することとしてもかまわない。
【００６２】
［分散および統合］
また、図示した各装置の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、強度算出部１２、ゲイン算出部１３、差分算出部１４、残差判定部１５、特定部１７または相関算出部１８を信号処理装置１０の外部装置としてネットワーク経由で接続するようにしてもよい。また、ゲイン算出部１３、差分算出部１４、残差判定部１５、特定部１７または相関算出部１８を別の装置がそれぞれ有し、ネットワーク接続されて協働することで、上記の信号処理装置１０の機能を実現するようにしてもよい。
【００６３】
［信号処理プログラム］
また、上記の実施例で説明した各種の処理は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。そこで、以下では、図１０を用いて、上記の実施例と同様の機能を有する信号処理プログラムを実行するコンピュータの一例について説明する。
【００６４】
図１０は、実施例１及び実施例２に係る信号処理プログラムを実行するコンピュータの一例について説明するための図である。図１０に示すように、コンピュータ１００は、操作部１１０ａと、スピーカ１１０ｂと、マイク１１０ｃと、ディスプレイ１２０と、通信部１３０とを有する。さらに、このコンピュータ１００は、ＣＰＵ１５０と、ＲＯＭ１６０と、ＨＤＤ１７０と、ＲＡＭ１８０と有する。これら１１０〜１８０の各部はバス１４０を介して接続される。
【００６５】
ＨＤＤ１７０には、図１０に示すように、上記の実施例１で示したゲイン算出部１３、差分算出部１４と、残差判定部１５と、特定部１７と、相関算出部１８と同様の機能を発揮する信号処理プログラム１７０ａが予め記憶される。この信号処理プログラム１７０ａについては、図１に示した各々のゲイン算出部１３、差分算出部１４、残差判定部１５、特定部１７及び相関算出部１８の各構成要素と同様、適宜統合又は分離しても良い。すなわち、ＨＤＤ１７０に格納される各データは、常に全てのデータがＨＤＤ１７０に格納される必要はなく、処理に必要なデータのみがＨＤＤ１７０に格納されれば良い。
【００６６】
そして、ＣＰＵ１５０が、信号処理プログラム１７０ａをＨＤＤ１７０から読み出してＲＡＭ１８０に展開する。これによって、図１０に示すように、信号処理プログラム１７０ａは、信号処理プロセス１８０ａとして機能する。この信号処理プロセス１８０ａは、ＨＤＤ１７０から読み出した各種データを適宜ＲＡＭ１８０上の自身に割り当てられた領域に展開し、この展開した各種データに基づいて各種処理を実行する。なお、信号処理プロセス１８０ａは、図１に示したゲイン算出部１３、差分算出部１４、残差判定部１５、特定部１７及び相関算出部１８にて実行される処理、例えば図８や図９に示す処理を含む。また、ＣＰＵ１５０上で仮想的に実現される各処理部は、常に全ての処理部がＣＰＵ１５０上で動作する必要はなく、処理に必要な処理部のみが仮想的に実現されれば良い。
【００６７】
なお、上記の信号処理プログラム１７０ａについては、必ずしも最初からＨＤＤ１７０やＲＯＭ１６０に記憶させておく必要はない。例えば、コンピュータ１００に挿入されるフレキシブルディスク、いわゆるＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」に各プログラムを記憶させる。そして、コンピュータ１００がこれらの可搬用の物理媒体から各プログラムを取得して実行するようにしてもよい。また、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介してコンピュータ１００に接続される他のコンピュータまたはサーバ装置などに各プログラムを記憶させておき、コンピュータ１００がこれらから各プログラムを取得して実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 信号処理装置
１１ａ ハンドルセンサ
１１ｂ 座面センサ
１２ 強度算出部
１３ ゲイン算出部
１４ 差分算出部
１５ 残差判定部
１６ 心拍情報記憶部
１７ 特定部
１８ 相関算出部
３０ 心拍計測装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
装置を操作する操作者の眠気や覚醒度の変化をとらえるためには、心電計測が有効であることが知られている。一例としては、車両を運転する運転者の眠気や覚醒度を検出するために、運転者の心拍を計測することが検討されている。
【０００３】
運転者の心拍を計測する場合には、運転者と接触する２つの電極間の電位差信号を測定した上で、その電位差信号から得られる心電信号を用いて運転者の眠気や覚醒度などの生理状態が検出される。例えば、車両のハンドルや座面などに電極が設けられる。このようにハンドルに電極が設けられた場合には、運転者がハンドルを握ることにより、運転者の手が電極と接触する。さらに、座面に電極が設けられた場合には、運転者が着座することにより、運転者の臀部が電極と接触する。
【０００４】
ここで、上記の電位差信号に含まれるノイズを減少させる心拍計測装置が提案されている。かかる心拍計測装置は、車両の電位と等しくなるようにアースと接地される基準電極と、ハンドルに設けられるハンドル電極との間で電位差信号を測定するハンドルセンサを有する。さらに、心拍計測装置は、基準電極と、座面に設けられた座面電極との間で電位差信号を測定する座面センサを有する。心拍計測装置は、ハンドルセンサによって心拍とともにノイズ成分を含んで測定される心電信号と、座面センサによってノイズ成分だけが測定されるノイズ信号との差分を算出することにより、心電信号に重畳するノイズを減衰させる。
【０００５】
このとき、ハンドルセンサによって測定される心電信号が含むノイズ信号と、座面センサによって測定されるノイズ信号との振幅比が異なる場合がある。この場合には、ハンドルセンサによって測定される心電信号と座面センサによって測定するノイズ信号の信号強度から比を求め、座面センサによって測定されるノイズ信号に与えるゲインを調節した上で心電信号との間で差分が取られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４２５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の従来技術は、以下に説明するように、信号強度の比を正確に算出できないという問題がある。
【０００８】
すなわち、ハンドルセンサによって測定される心電信号には、ノイズ成分だけでなく、心拍信号、いわゆるＲ波も含まれる。このため、上記の心拍計測装置のように、ハンドルセンサによって測定される心電信号を用いて信号強度を算出したのでは、Ｒ波の影響によってノイズの信号強度の比の誤差が増大する場合がある。それゆえ、上記の心拍計測装置では、ノイズを十分に減衰させることができず、座面センサによって測定されるノイズ信号にゲインを与えずに差分を取る場合よりも、ハンドルセンサのＳ／Ｎ比（Signal to Noise ratio）が低下してしまう。
【０００９】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、信号強度の比を正確に算出できる信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラム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】
本願の開示する信号処理装置は、装置の操舵部に設けられた第１の電極と、基準電極として用いられる第２の電極との間の第１の電位差信号を測定する第１の測定部を有する。さらに、前記信号処理装置は、前記装置の操舵部とは異なる箇所に設けられた第３の電極と前記第２の電極との間の第２の電位差信号を測定する第２の測定部を有する。さらに、前記信号処理装置は、前記第１の測定部によって測定される第１の電位差信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定する特定部を有する。さらに、前記信号処理装置は、各々測定される第１の電位差信号及び第２の電位差信号のうち前記特定部によって特定された区間を対象に、前記第１の電位差信号及び前記第２の電位差信号の信号強度を算出する強度算出部を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本願の開示する信号処理装置の一つの態様によれば、信号強度の比を正確に算出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１に係る信号処理装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図２は、典型的な心電心拍波形の一例を示す図である。
【図３】図３は、ハンドルセンサ及び座面センサによって測定される信号波形の一例を示す図である。
【図４】図４は、心拍信号の検出位置および検出間隔を説明するための図である。
【図５】図５は、差分信号、ハンドル信号および座面信号の出力波形の一例を示す図である。
【図６】図６は、ハンドル信号および座面信号の出力波形と両者の相関関係との一例を示す図である。
【図７】図７は、図６に示したハンドル信号および座面信号の出力波形と両者の相関関係とにおける一部を拡大した図である。
【図８】図８は、実施例１に係る信号処理装置の全体処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施例１に係るゲイン算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施例１及び実施例２に係る信号処理プログラムを実行するコンピュータの一例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本願の開示する信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例は開示の技術を限定するものではない。そして、各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００１４】
［信号処理装置の構成］
まず、本実施例に係る信号処理装置の機能的構成について説明する。図１は、実施例１に係る信号処理装置の構成を示す機能ブロック図である。図１に示す信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａによって心拍とともにノイズ成分を含んで測定されるハンドル信号と座面センサ１１ｂによって測定される座面信号との差分を算出することにより、ハンドル信号に重畳するノイズを減少させるものである。なお、図１の例では、車両を運転する運転者の心拍を計測する場合を例示するが、被験者が他の装置を操作する場合にも同様に適用することができる。
【００１５】
ここで、本実施例に係る信号処理装置１０は、車両のハンドルに設けられたハンドル電極と、基準電極との間のハンドル信号を測定するハンドルセンサ１１ａを有する。さらに、本実施例に係る信号処理装置１０は、運転者が着座する座面に設けられた座面電極と基準電極との間の座面信号を測定する座面センサ１１ｂを有する。そして、本実施例に係る信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定する。その上で、本実施例に係る信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号及び座面センサ１１ｂによって測定される座面信号のうち、特定された区間を対象に、ハンドル信号及び座面信号の信号強度を算出する。
【００１６】
図２は、典型的な心電心拍波形の一例を示す図である。図３は、ハンドルセンサ１１ａ及び座面センサ１１ｂによって測定される信号波形の一例を示す図である。図２及び図３に示すグラフの縦軸は電圧（mV）を指し、また、図２及び図３に示すグラフの横軸は時間（sec）を指す。なお、図３の例では、符号５０Ａがハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号を指し、符号５０Ｂが座面センサ１１ｂによって測定される座面信号を指す。
【００１７】
図２に示すように、心電信号は、１００ｍｓｅｃ以内の幅を持つインパルス状のＲ波４１ａ及び４１ｂと、Ｒ波以外の成分によって構成される波形４２とを含む。このＲ波は、０．３〜１．５秒周期で検出されるのが一般的である。また、図３に示すように、ハンドル信号５０Ａには、心拍とともにノイズ成分が含まれる。一方、座面信号５０Ｂには、ノイズ成分だけが含まれる。
【００１８】
例えば、ハンドル信号５０Ａ及び座面信号５０Ｂのうち区間５１を強度信号を算出する範囲とし、強度信号の比を算出した場合には、ハンドル信号５０Ａ及び座面信号５０Ｂの振幅比はおよそ「１．８１」となる。この振幅比を算出するにあたっては、ハンドル信号５０Ａに心拍信号、いわゆるＲ波が含まれるので、ノイズの信号強度の比の誤差が増大している。一方、ハンドル信号５０Ａ及び座面信号５０Ｂのうち区間５２を強度信号を算出する範囲とし、強度信号の比を算出した場合には、ハンドル信号５０Ａ及び座面信号５０Ｂの振幅比はおよそ「１．２２」となる。この振幅比を算出するにあたっては、ハンドル信号５０ＡにＲ波が含まれないので、ノイズの信号強度の比に含まれる誤差は小さくなる。
【００１９】
このように、Ｒ波は、心拍を計測する際には有用であるが、信号強度の比を算出する際には誤差の原因となる。そこで、本実施例に係る信号処理装置１０は、ハンドル信号と座面信号との信号強度の比を求める場合に、ハンドル信号に含まれるＲ波以外の区間５２で信号強度の比を求める。これによって、本実施例に係る信号処理装置１０では、信号強度の比が導出されるにあたってＲ波による影響を低減させる。それゆえ、本実施例に係る信号処理装置１０によれば、信号強度の比を正確に算出できる。
【００２０】
図１の説明に戻り、信号処理装置１０は、ハンドルセンサ１１ａと、座面センサ１１ｂと、強度算出部１２と、ゲイン算出部１３と、差分算出部１４と、残差判定部１５と、心拍情報記憶部１６と、特定部１７と、相関算出部１８とを有する。なお、信号処理装置１０には、ハンドル信号と座面信号との差分から得られた差分信号から心拍信号を計測する心拍計測装置３０が接続される。
【００２１】
このうち、ハンドルセンサ１１ａは、ハンドル電極と基準電極との間の電位差からハンドル信号を測定するセンサである。これら電極のうち、ハンドル電極は、車両のハンドルに設けられる一方で、基準電極は、車両の電位と等しくなるようにアースと接地される。また、座面センサ１１ｂは、座面電極と基準電極との間の電位差から座面信号を測定するセンサである。これら電極のうち、座面電極は、運転者が着座するシートの座面に設けられる一方で、基準電極は、車両の電位と等しくなるようにアースと接地される。
【００２２】
ここで、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号には、心拍とともにノイズ成分が含まれる。一方、座面センサ１１ｂによって測定される座面信号には、ノイズ成分だけが含まれる。なお、図１の例では、運転者が着座するシートの座面に電極を設ける場合を例示したが、シートの背もたれに電極を設けることとしてもかまわない。また、基準電極は、ハンドルセンサ１１ａ及び座面センサ１１ｂの間で共用されることとしてもよく、また、個別に設けることとしてもよい。
【００２３】
強度算出部１２は、ハンドル信号及び座面信号の信号強度、いわゆるＲＭＳ（Root Mean Square Value）を算出する処理部である。一例としては、強度算出部１２は、バンドパスフィルタ等の帯域フィルタを用いて、ハンドルセンサ１１ａによって入力されるハンドル信号及び座面センサ１１ｂによって入力される座面信号からＲ波以外の周波数成分を除去するとともに直流成分を除去する。その上で、強度算出部１２は、帯域フィルタによりＲ波以外の周波数成分及び直流成分が除去されたハンドル信号及び座面信号から信号強度を算出する。なお、強度算出部１２は、信号強度の計算には公知の算出手法を任意に適用できる。
【００２４】
ゲイン算出部１３は、ハンドル信号及び座面信号の信号強度比を算出する処理部である。一例としては、ゲイン算出部１３は、所定の周期、例えば０．２秒ごとに強度算出部１２によって算出されたハンドル信号の信号強度を座面信号の信号強度で除算することにより、ハンドル信号及び座面信号の信号強度比ｋを算出する。なお、ゲイン算出部１３は、ハンドル信号及び座面信号の信号強度比ｋを一旦算出してからは周期が経過するまで同じ信号強度比ｋを後述の差分算出部１４へ出力する。
【００２５】
差分算出部１４は、ハンドル信号および座面信号の差分を算出する処理部である。一例としては、差分算出部１４は、ゲイン算出部１３によって算出された信号強度比ｋを座面信号に乗算した上でハンドル信号から信号強度比ｋの乗算後の座面信号を減算する。これによって、ハンドル信号から座面信号が減算された差分信号が得られる。
【００２６】
残差判定部１５は、ハンドル信号および座面信号の差分信号におけるノイズの残差を判定する処理部である。一例としては、残差判定部１５は、差分算出部１４によって算出された差分信号におけるノイズの残差が所定の閾値ｂ以上であるか否かを判定する。このとき、残差判定部１５は、ノイズの残差が所定の閾値ｂ未満である場合に、差分信号を後段の心拍計測装置３０へ出力する。一方、ノイズの残差が所定の閾値ｂ以上である場合には、後述の特定部１７によって特定された区間を用いて信号強度比ｋが強度算出部１２によって再計算される。なお、上記の閾値ｂは、正常な値をとるＲ波の差分信号が正常に後段の心拍計測装置３０へ出力されるように、Ｒ波よりも大きい値が設定される。
【００２７】
心拍情報記憶部１６は、心拍に関する各種の情報を記憶する記憶部である。一例としては、かかる心拍情報記憶部１６には、後段の心拍計測装置３０によって計測された心拍信号の検出位置や検出間隔が登録される。他の一例としては、ハンドル信号及び座面信号のうちＲ波が含まれない区間を特定するために、後述の特定部１７によって参照される。
【００２８】
図４は、心拍信号の検出位置および検出間隔を説明するための図である。図４の例では、残差判定部１５によって出力された差分信号から心拍計測装置３０によって計測されたＲ波のピーク位置およびピークの間隔が図示されている。図４に示すように、心拍情報記憶部１６には、Ｒ波のピークが検出された時刻位置６０ａ〜６０ｄが登録されるとともに、Ｒ波のピークが検出された間隔６１ａ〜６１ｃが登録される。これらＲ波のピークが検出された時刻位置６０ａ〜６０ｄやＲ波のピークが検出された間隔６１ａ〜６１ｃに用いれば、ハンドル信号にＲ波が含まれない区間を特定できる。
【００２９】
特定部１７は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号のうちＲ波が含まれる区間以外の区間を特定する処理部である。一例としては、特定部１７は、残差判定部１５によってノイズの残差が所定の閾値ｂ以上であると判定された場合に、差分算出部１４によって差分信号が現在算出されている時刻位置よりも前に含まれるＲ波が心拍計測装置３０によって検知できているか否かを判定する。このとき、特定部１７は、心拍計測装置３０によって心拍が検知できている場合に、心拍情報記憶部１６に記憶された心拍情報にしたがって信号強度の算出区間を特定する。
【００３０】
ここで、図５を用いて、心拍情報にしたがって信号強度の算出区間を特定する方法を説明する。図５は、差分信号、ハンドル信号および座面信号の出力波形の一例を示す図である。図５に示す上段のグラフは、残差判定部１５によって心拍計測装置３０へ出力される差分信号の出力波形を示す。図５に示す中段のグラフは、ハンドル信号の出力波形を示す。また、図５に示す下段のグラフは、座面信号の出力波形を示す。なお、図５に示すグラフの縦軸は電圧を指し、図５に示すグラフの横軸は時間を指すものとする。
【００３１】
図５に示すように、特定部１７は、差分信号が現在算出されている時刻位置７１の前に含まれるＲ波が心拍計測装置３０によって検知されている場合に、心拍情報記憶部１６から１拍前のＲ波のピークが検出された時刻位置７２を読み出す。そして、特定部１７は、１拍前のＲ波のピークが検出された時刻位置７２から所定の時間７３、例えば１００ｍｓｅｃが経過した時刻位置７４を信号強度の算出区間の開始位置として設定する。ここで言う「時間」には、Ｒ波として検出されることが想定される上限値よりも大きい値が設定されるのが好ましい。さらに、特定部１７は、先に設定した開始位置７４から所定の時間、例えば２００ｍｓｅｃを信号強度の算出区間７５として特定する。このようにして特定された信号強度の算出区間７５を用いて信号強度および信号強度比ｋが再計算された上で信号区間７６における差分信号も差分算出部１４によって再計算される。
【００３２】
相関算出部１８は、ハンドル信号と座面信号との間における相関係数を所定の区間ごとに算出する処理部である。一例としては、相関算出部１８は、差分信号が現在算出されている時刻の前のＲ波が心拍計測装置３０によって心拍が検知できていないと特定部１７によって判定された場合に、処理を起動する。
【００３３】
ここで、図６及び図７を用いて、相関係数の算出によって信号強度の算出区間を特定する方法を説明する。図６は、ハンドル信号および座面信号の出力波形と両者の相関関係との一例を示す図である。また、図７は、図６に示したハンドル信号および座面信号の出力波形と両者の相関関係とにおける一部を拡大した図である。図６及び図７に示す上段のグラフは、ハンドル信号の出力波形を示す。図６及び図７に示す中段のグラフは、座面信号の出力波形を示す。図６及び図７に示す下段のグラフは、相関係数および時間の関係を示すグラフである。図６及び図７に示す下段のグラフの縦軸は相関係数を指し、図６及び図７に示すグラフの横軸は時間を指すものとする。なお、図７の例では、図６に示す差分信号が現在算出されている時刻位置８１から所定の時間前まで遡った範囲８２を拡大して図示している。
【００３４】
図６に示すように、相関算出部１８は、差分信号が現在算出されている時刻位置８１から所定の時間、例えば０．４秒前まで遡った範囲８２に測定されたハンドル信号および座面信号を対象に複数の区間を設定する。図７の例では、相関算出部１８は、一定の区間、例えば０．２秒の区間を所定の時刻ずつシフトさせた複数の区間９１〜９７を設定する。このとき、相関算出部１８は、図７に示すように、互いの区間の一部を重複して設定することもできるし、互いに重複しないように区間を設定することもできる。
【００３５】
このようにして区間を設定した上で、相関算出部１８は、ハンドル信号の区間９１ａと座面信号の区間９１ｂとの間で相関係数を求める。一例としては、相関算出部１８は、ハンドル信号の区間９１ａの振幅の平均値と座面信号の区間９１ｂの振幅の平均値との差を算出した上で座面信号の区間９１ｂの各時点の振幅から平均値の差を減算する。これによって、座面信号の区間９１ｂの振幅をハンドル信号の区間９１ａの振幅に合わせる。その上で、相関算出部１８は、ハンドル信号の区間９１ａの振幅値から座面信号の区間９１ｂの振幅値を各時点ごとに減算する。そして、相関算出部１８は、各時点ごとに算出された減算値の総和を相関係数として算出する。
【００３６】
ここでは、ハンドル信号の区間９１ａと座面信号の区間９１ｂとの相関係数を算出する場合を例示したが、他の区間、すなわちハンドル信号の区間９２ａ〜９７ａと座面信号の区間９２ｂ〜９７ｂとの各々の相関係数を算出する場合も同様にして算出される。このとき、相関算出部１８は、複数の区間の相関係数を順番に算出することなく、ハンドル信号の区間９１ａ〜９７ａと座面信号の区間９１ｂ〜９７ｂとの各々の相関係数を並列して算出することもできる。なお、ここでは、ハンドル信号及び座面信号の差分を算出することにより相関係数を算出する場合を例示したが、両者を乗算することにより相関係数を算出することとしてもかまわない。
【００３７】
このように、ハンドル信号と座面信号の間で差分を取った場合には、最も相関係数が高い場合にゼロが算出される。これらハンドル信号及び座面信号のノイズ波形は、相似であることから基本として相互相関は高いが、ハンドル信号にＲ波が重畳すると相互相関が低くなる。よって、相関係数の値が大きい区間を信号強度の算出区間から除外することにより、Ｒ波を含まない区間を信号強度の算出区間として選択させることができる。
【００３８】
その後、特定部１７は、区間９１の相関係数９１ｃ〜区間９７の相関係数９７ｃの７ついの区間のうち最も相関係数の値が小さい区間９７を信号強度の算出区間の候補として選択する。そして、特定部１７は、候補として選択した区間９７が所定の閾値ｃ以下である場合に、当該区間９７を信号強度の算出区間として特定する。このようにして特定された信号強度の算出区間９７を用いて信号強度および信号強度比ｋが再計算された上で差分信号も差分算出部１４によって再計算される。
【００３９】
なお、強度算出部１２、ゲイン算出部１３、差分算出部１４、残差判定部１５、特定部１７及び相関算出部１８には、各種の集積回路や電子回路を採用できる。例えば、集積回路としては、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）が挙げられる。また、電子回路としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などが挙げられる。
【００４０】
また、心拍情報記憶部１５などの記憶部には、半導体メモリ素子や記憶装置を採用できる。例えば、半導体メモリ素子としては、ＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュメモリ（flash memory）などが挙げられる。また、記憶装置としては、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置が挙げられる。
【００４１】
［処理の流れ］
次に、本実施例に係る信号処理装置の処理の流れについて説明する。なお、ここでは、信号処理装置１０によって実行される（１）全体処理を説明した後に、全体処理のサブルーチンとして実行される（２）ゲイン算出処理を説明することとする。
【００４２】
（１）全体処理
図８は、実施例１に係る信号処理装置の全体処理の手順を示すフローチャートである。この全体処理は、ハンドルセンサ１１ａによって測定されるハンドル信号及び座面センサ１１ｂによって測定される座面信号が入力された場合に処理が起動される。
【００４３】
図８に示すように、強度算出部１２は、帯域フィルタを用いて、各センサから入力されるハンドル信号及び座面信号からＲ波以外の周波数成分を除去するとともに直流成分を除去する前処理を実行する（ステップＳ１０１）。そして、強度算出部１２は、帯域フィルタによりＲ波以外の周波数成分及び直流成分が除去されたハンドル信号及び座面信号から信号強度を算出する（ステップＳ１０２）。
【００４４】
続いて、前回にハンドル信号及び座面信号の信号強度比を算出してから所定の周期が経過した場合（ステップＳ１０３肯定）には、後述するゲイン算出処理が実行される（ステップＳ１０４）。そして、差分算出部１４は、今回のゲイン算出処理によって新たに算出された信号強度比ｋを座面信号に乗算した上でハンドル信号から信号強度比ｋの乗算後の座面信号を減算する（ステップＳ１０５）。
【００４５】
一方、前回にハンドル信号及び座面信号の信号強度比を算出してから所定の周期が経過していない場合（ステップＳ１０３否定）には、差分算出部１４は、前回のゲイン算出処理によって算出されている信号強度比ｋを座面信号に乗算した上でハンドル信号から信号強度比ｋの乗算後の座面信号を減算する（ステップＳ１０５）。
【００４６】
その後、差分算出部１４は、ハンドル信号から座面信号を減算した差分信号を後段の心拍計測装置３０へ出力し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。
【００４７】
（２）ゲイン算出処理
図９は、実施例１に係るゲイン算出処理の手順を示すフローチャートである。このゲイン算出処理は、図８に示したステップＳ１０４に対応する処理であり、前回にハンドル信号及び座面信号の信号強度比を算出してから所定の周期が経過した場合に処理が起動される。
【００４８】
図９に示すように、ゲイン算出部１３は、強度算出部１２によって算出されたハンドル信号の信号強度を座面信号の信号強度で除算することにより、ハンドル信号及び座面信号の信号強度比ｋを算出する（ステップＳ３０１）。
【００４９】
そして、差分算出部１４は、ゲイン算出部１３によって算出された信号強度比ｋを座面信号に乗算した上でハンドル信号から信号強度比ｋの乗算後の座面信号を減算することにより、差分信号を算出する（ステップＳ３０２）。
【００５０】
続いて、残差判定部１５は、差分算出部１４によって算出された差分信号におけるノイズの残差が所定の閾値ｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。なお、ノイズの残差が所定の閾値ｂ未満である場合（ステップＳ３０３否定）には、残差判定部１５は、信号強度比ｋを再計算する必要がないので、そのまま処理を終了する。
【００５１】
一方、ノイズの残差が所定の閾値ｂ以上である場合（ステップＳ３０３肯定）に、特定部１７は、差分算出部１４により差分信号が現在算出されている時刻位置より前のＲ波が心拍計測装置３０により心拍が検知できているか否かを判定する（ステップＳ３０４）。
【００５２】
このとき、心拍計測装置３０によって心拍が検知できている場合（ステップＳ３０４肯定）には、特定部１７は、心拍情報記憶部１６に記憶された心拍情報にしたがって信号強度の算出区間を特定する（ステップＳ３０５）。
【００５３】
一方、心拍計測装置３０によって心拍が検知できていない場合（ステップＳ３０４否定）には、相関算出部１８は、複数の区間でハンドル信号と座面信号との間における相関係数を算出する（ステップＳ３０６）。
【００５４】
その後、特定部１７は、最小の相関係数の値を持つ区間を信号強度の算出区間の候補として選択する（ステップＳ３０７）。このとき、候補として選択した区間が所定の閾値ｃを超過する場合（ステップＳ３０８否定）には、上記のステップＳ３０６及びステップＳ３０７の処理を繰り返し行う。
【００５５】
そして、候補として選択した区間が所定の閾値ｃ以下である場合（ステップＳ３０８肯定）には、特定部１７は、当該候補として選択された区間を信号強度の算出区間として特定する。
【００５６】
その後、強度算出部１２は、ハンドル信号及び座面信号のうち特定部１７によって特定された区間を対象にハンドル信号及び座面信号の信号強度を再計算する（ステップＳ３０９）。そして、ゲイン算出部１３は、強度算出部１２によって再計算されたハンドル信号の信号強度を再計算された座面信号の信号強度で除算することにより、ハンドル信号及び座面信号の信号強度比ｋを再計算し（ステップＳ３１０）、処理を終了する。
【００５７】
［実施例１の効果］
上述してきたように、本実施例に係る信号処理装置１０は、ハンドル信号と座面信号との信号強度の比を求める場合に、ハンドル信号に含まれるＲ波以外の区間で信号強度の比を求める。これによって、本実施例に係る信号処理装置１０では、信号強度の比が導出されるにあたってＲ波による影響を低減させる。それゆえ、本実施例に係る信号処理装置１０によれば、各センサの信号強度の比を正確に算出することが可能である。
【００５８】
また、本実施例に係る信号処理装置１０は、ハンドル信号と座面信号との間における相関係数を所定の区間ごとに算出する。その上で、本実施例に係る信号処理装置１０は、相関係数が算出された区間のうち相関係数が所定の基準を満たす区間を選択する。これによって、本実施例に係る信号処理装置１０は、外部の装置からの情報を使用せずとも、ハンドル信号に含まれるＲ波以外の区間を特定することが可能である。
【００５９】
さらに、本実施例に係る信号処理装置１０は、心拍情報記憶部１６に記憶された心拍信号の検出位置および検出間隔を用いて、心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定する。このため、本実施例に係る信号処理装置１０では、実際の心拍信号の位置を除外して信号強度の算出区間を特定することができる。よって、本実施例に係る信号処理装置１０によれば、ハンドル信号に含まれるＲ波以外の区間を特定する精度を向上させることが可能である。
【実施例２】
【００６０】
さて、これまで開示の装置に関する実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。
【００６１】
［装置の構成単位］
上記の実施例１では、信号処理装置１０と心拍計測装置３０とが別々に構成させる場合を例示したが、開示の装置はこれに限定されず、これら信号処理装置１０及び心拍計測装置３０を一体化して構成することとしてもかまわない。
【００６２】
［分散および統合］
また、図示した各装置の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、強度算出部１２、ゲイン算出部１３、差分算出部１４、残差判定部１５、特定部１７または相関算出部１８を信号処理装置１０の外部装置としてネットワーク経由で接続するようにしてもよい。また、ゲイン算出部１３、差分算出部１４、残差判定部１５、特定部１７または相関算出部１８を別の装置がそれぞれ有し、ネットワーク接続されて協働することで、上記の信号処理装置１０の機能を実現するようにしてもよい。
【００６３】
［信号処理プログラム］
また、上記の実施例で説明した各種の処理は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。そこで、以下では、図１０を用いて、上記の実施例と同様の機能を有する信号処理プログラムを実行するコンピュータの一例について説明する。
【００６４】
図１０は、実施例１及び実施例２に係る信号処理プログラムを実行するコンピュータの一例について説明するための図である。図１０に示すように、コンピュータ１００は、操作部１１０ａと、スピーカ１１０ｂと、マイク１１０ｃと、ディスプレイ１２０と、通信部１３０とを有する。さらに、このコンピュータ１００は、ＣＰＵ１５０と、ＲＯＭ１６０と、ＨＤＤ１７０と、ＲＡＭ１８０と有する。これら１１０〜１８０の各部はバス１４０を介して接続される。
【００６５】
ＨＤＤ１７０には、図１０に示すように、上記の実施例１で示したゲイン算出部１３、差分算出部１４と、残差判定部１５と、特定部１７と、相関算出部１８と同様の機能を発揮する信号処理プログラム１７０ａが予め記憶される。この信号処理プログラム１７０ａについては、図１に示した各々のゲイン算出部１３、差分算出部１４、残差判定部１５、特定部１７及び相関算出部１８の各構成要素と同様、適宜統合又は分離しても良い。すなわち、ＨＤＤ１７０に格納される各データは、常に全てのデータがＨＤＤ１７０に格納される必要はなく、処理に必要なデータのみがＨＤＤ１７０に格納されれば良い。
【００６６】
そして、ＣＰＵ１５０が、信号処理プログラム１７０ａをＨＤＤ１７０から読み出してＲＡＭ１８０に展開する。これによって、図１０に示すように、信号処理プログラム１７０ａは、信号処理プロセス１８０ａとして機能する。この信号処理プロセス１８０ａは、ＨＤＤ１７０から読み出した各種データを適宜ＲＡＭ１８０上の自身に割り当てられた領域に展開し、この展開した各種データに基づいて各種処理を実行する。なお、信号処理プロセス１８０ａは、図１に示したゲイン算出部１３、差分算出部１４、残差判定部１５、特定部１７及び相関算出部１８にて実行される処理、例えば図８や図９に示す処理を含む。また、ＣＰＵ１５０上で仮想的に実現される各処理部は、常に全ての処理部がＣＰＵ１５０上で動作する必要はなく、処理に必要な処理部のみが仮想的に実現されれば良い。
【００６７】
なお、上記の信号処理プログラム１７０ａについては、必ずしも最初からＨＤＤ１７０やＲＯＭ１６０に記憶させておく必要はない。例えば、コンピュータ１００に挿入されるフレキシブルディスク、いわゆるＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」に各プログラムを記憶させる。そして、コンピュータ１００がこれらの可搬用の物理媒体から各プログラムを取得して実行するようにしてもよい。また、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介してコンピュータ１００に接続される他のコンピュータまたはサーバ装置などに各プログラムを記憶させておき、コンピュータ１００がこれらから各プログラムを取得して実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 信号処理装置
１１ａ ハンドルセンサ
１１ｂ 座面センサ
１２ 強度算出部
１３ ゲイン算出部
１４ 差分算出部
１５ 残差判定部
１６ 心拍情報記憶部
１７ 特定部
１８ 相関算出部
３０ 心拍計測装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の操舵部に設けられた第１の電極と、基準電極として用いられる第２の電極との間の第１の電位差信号を測定する第１の測定部と、
前記装置の操舵部とは異なる箇所に設けられた第３の電極と前記第２の電極との間の第２の電位差信号を測定する第２の測定部と、
前記第１の測定部によって測定される第１の電位差信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定する特定部と、
前記第１の測定部よって測定される第１の電位差信号および前記第２の測定部によって測定される第２の電位差信号のうち前記特定部によって特定された区間を対象に、前記第１の電位差信号および前記第２の電位差信号の信号強度を算出する強度算出部と
を有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記第１の電位差信号と前記第２の電位差信号との間における相関係数を所定の区間ごとに算出する相関算出部をさらに有し、
前記特定部は、前記相関算出部によって相関係数が算出された区間のうち、前記相関係数が所定の条件を満たす区間を選択することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記第１の電位差信号と前記第２の電位差信号との差分から得られた差分信号から心拍信号を計測する心拍計測装置によって計測された心拍信号の検出位置および検出間隔を記憶する記憶部とをさらに有し、
前記特定部は、前記記憶部に記憶された心拍信号の検出位置および検出間隔を用いて、前記心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
コンピュータが、
装置の操舵部に設けられた第１の電極と、基準電極として用いられる第２の電極との間の第１の電位差信号を測定し、
前記装置の操舵部とは異なる箇所に設けられた第３の電極と前記第２の電極との間の第２の電位差信号を測定し、
前記第１の電位差信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定し、
各々測定される第１の電位差信号および第２の電位差信号のうち、特定された区間を対象に、前記第１の電位差信号および前記第２の電位差信号の信号強度を算出する
各処理を実行することを特徴とする信号処理方法。
【請求項５】
コンピュータに、
装置の操舵部に設けられた第１の電極と、基準電極として用いられる第２の電極との間の第１の電位差信号を測定し、
前記装置の操舵部とは異なる箇所に設けられた第３の電極と前記第２の電極との間の第２の電位差信号を測定し、
前記第１の電位差信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定し、
各々測定される第１の電位差信号および第２の電位差信号のうち、特定された区間を対象に、前記第１の電位差信号および前記第２の電位差信号の信号強度を算出する
各処理を実行させることを特徴とする信号処理プログラム。
【請求項１】
装置の操舵部に設けられた第１の電極と、基準電極として用いられる第２の電極との間の第１の電位差信号を測定する第１の測定部と、
前記装置の操舵部とは異なる箇所に設けられた第３の電極と前記第２の電極との間の第２の電位差信号を測定する第２の測定部と、
前記第１の測定部によって測定される第１の電位差信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定する特定部と、
前記第１の測定部よって測定される第１の電位差信号および前記第２の測定部によって測定される第２の電位差信号のうち前記特定部によって特定された区間を対象に、前記第１の電位差信号および前記第２の電位差信号の信号強度を算出する強度算出部と
を有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記第１の電位差信号と前記第２の電位差信号との間における相関係数を所定の区間ごとに算出する相関算出部をさらに有し、
前記特定部は、前記相関算出部によって相関係数が算出された区間のうち、前記相関係数が所定の条件を満たす区間を選択することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記第１の電位差信号と前記第２の電位差信号との差分から得られた差分信号から心拍信号を計測する心拍計測装置によって計測された心拍信号の検出位置および検出間隔を記憶する記憶部とをさらに有し、
前記特定部は、前記記憶部に記憶された心拍信号の検出位置および検出間隔を用いて、前記心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
コンピュータが、
装置の操舵部に設けられた第１の電極と、基準電極として用いられる第２の電極との間の第１の電位差信号を測定し、
前記装置の操舵部とは異なる箇所に設けられた第３の電極と前記第２の電極との間の第２の電位差信号を測定し、
前記第１の電位差信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定し、
各々測定される第１の電位差信号および第２の電位差信号のうち、特定された区間を対象に、前記第１の電位差信号および前記第２の電位差信号の信号強度を算出する
各処理を実行することを特徴とする信号処理方法。
【請求項５】
コンピュータに、
装置の操舵部に設けられた第１の電極と、基準電極として用いられる第２の電極との間の第１の電位差信号を測定し、
前記装置の操舵部とは異なる箇所に設けられた第３の電極と前記第２の電極との間の第２の電位差信号を測定し、
前記第１の電位差信号のうち心拍信号が含まれる区間以外の区間を特定し、
各々測定される第１の電位差信号および第２の電位差信号のうち、特定された区間を対象に、前記第１の電位差信号および前記第２の電位差信号の信号強度を算出する
各処理を実行させることを特徴とする信号処理プログラム。
【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２０１２−２３２００１（Ｐ２０１２−２３２００１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３２２４（Ｐ２０１１−１０３２２４）
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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