特許 7189555 音響処理装置、音響処理方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-06

(45)【発行日】2022-12-14

(54)【発明の名称】音響処理装置、音響処理方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 15/36 20060101AFI20221207BHJP

   G01S 7/526 20060101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

G01S15/36

G01S7/526 J

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019223926

(22)【出願日】2019-12-11

(65)【公開番号】P2021092475

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2021-12-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100194087

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 伸一

(72)【発明者】

【氏名】中臺 一博

(72)【発明者】

【氏名】岸波 華彦

(72)【発明者】

【氏名】糸山 克寿

(72)【発明者】

【氏名】西田 健次

【審査官】山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０１７２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－０５３１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４２４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】高尾麻衣子 干場功太郎 中臺一博，可聴音を用いた周波数選択に基づく距離推定法の実環境利用に向けた評価，第４９回人工知能学会 ＡＩチャレンジ研究会，日本，人工知能学会，2017年11月25日，29-34

【文献】大亦紀光 上保徹志 中迫昇 森淳，音で距離を測る－帯域信号による実験的検討－， 電子情報通信学会２００７年総合大会講演論文集，日本，社団法人電子情報通信学会，2007年03月07日，237

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

音の送信に用いた送信信号と前記音の送信中に受信された音を収音して得られた受信信号との位相差を複数の周波数のそれぞれについて算出する位相差算出部と、
前記位相差に整数周期分の位相を加えて調整した位相差である調整位相差に対応する距離である距離候補のそれぞれに極大値を有する尤度関数を距離候補尤度として前記複数の周波数のそれぞれについて算出する尤度算出部と、
前記距離候補尤度を前記複数の周波数間で統合して統合尤度を算出する尤度統合部と、
前記受信信号のパワースペクトルの周波数変動成分を距離領域に変換して距離スペクトルを算出する距離スペクトル算出部と、
前記距離スペクトルの極大値を与える距離であるピーク距離から所定範囲内における前記統合尤度に基づいて前記音を反射する物体までの距離を推定距離として定める距離推定部と、を備える
音響処理装置。

【請求項2】

前記所定範囲は、前記ピーク距離を中心とする前記統合尤度の半周期である
請求項１に記載の音響処理装置。

【請求項3】

前記尤度統合部は、前記送信信号の周波数ごとの成分比率に比例する重み係数を用いて前記距離候補尤度を周波数間で重み付き加算して前記統合尤度を算出する
請求項１または請求項２に記載の音響処理装置。

【請求項4】

前記距離推定部は、前記所定範囲内における前記統合尤度の最大値を与える距離を前記推定距離として定める
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の音響処理装置。

【請求項5】

前記所定範囲内における前記統合尤度が複数の極大値を有する場合、
前記距離推定部は、前記複数の極大値のそれぞれを与える距離のうち、前記ピーク距離に最も近似する距離を前記推定距離として定める
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の音響処理装置。

【請求項6】

前記尤度算出部は、
前記距離候補のそれぞれを平均値とする正規分布の総和を前記距離候補尤度として算出する
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の音響処理装置。

【請求項7】

音響処理装置における音響処理方法であって、
音の送信に用いた送信信号と前記音の送信中に受信された音を収音して得られた受信信号との位相差を複数の周波数のそれぞれについて算出する位相差算出ステップと、
前記位相差に整数周期分の位相を加えて調整した位相差である調整位相差に対応する距離である距離候補のそれぞれに極大値を有する尤度関数を距離候補尤度として前記複数の周波数のそれぞれについて算出する尤度算出ステップと、
前記距離候補尤度を前記複数の周波数間で統合して統合尤度を算出する尤度統合部と、
前記受信信号のパワースペクトルの周波数変動成分を距離領域に変換して距離スペクトルを算出する距離スペクトル算出ステップと、
前記距離スペクトルの極大値を与える距離であるピーク距離から所定範囲内における前記統合尤度に基づいて前記音を反射する物体までの距離を推定距離として定める距離推定ステップと、を有する
音響処理方法。

【請求項8】

音響処理装置のコンピュータに、
音の送信に用いた送信信号と前記音の送信中に受信された音を収音して得られた受信信号との位相差を複数の周波数のそれぞれについて算出する位相差算出手順と、
前記位相差に整数周期分の位相を加えて調整した位相差である調整位相差に対応する距離である距離候補のそれぞれに極大値を有する尤度関数を距離候補尤度として前記複数の周波数のそれぞれについて算出する尤度算出手順と、
前記距離候補尤度を前記複数の周波数間で統合して統合尤度を算出する尤度統合部と、
前記受信信号のパワースペクトルの周波数変動成分を距離領域に変換して距離スペクトルを算出する距離スペクトル算出手順と、
前記距離スペクトルの極大値を与える距離であるピーク距離から所定範囲内における前記統合尤度に基づいて前記音を反射する物体までの距離を推定距離として定める距離推定手順と、
を実行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、音響処理装置、音響処理方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

周辺環境認識技術は、近年活発に研究されており、自動運転、災害救助、医療など様々な分野で応用されている。その中でも、一次元の距離計測やそれを発展させた二次元の空間認識は基本技術であるとともに応用価値が高い。
距離計測ではレーザ光線や音響を用いる手法がしばしば用いられる。レーザ光線は波長が短く、周囲環境により発生する外乱の影響を受けにくいため、精密な計測を可能とする。しかし、レーザ光線は測定対象物までの伝搬時間が短いため、出射から測定対象物で反射される反射波の到来までのきわめて小さい時間差を検出できる高精度な測定器を要する。また、ガラスなど光を透過する物体、光の反射が少ない黒い物体の検出は困難である。誤作動によるレーザ光線の被曝は危険を招きかねないため、特に人が所在する環境でのレーザ光線の使用は不向きである。

【0003】

受動的な手法として、カメラで撮影した物体の画像を用いる手法がある。この手法は、レーザ光線を用いる手法とは異なり人体には影響を及ぼさない。しかし、環境光の影響を受けやすく、画像処理の計算コストが高い。また、被写体に人物や特定の個人を容易に推測させる物体が含まれる場合にはプライバシーを侵害するおそれがある。そのため、画像を用いる手法も、人が所在する環境での使用には適さない。

【0004】

他方、音響を用いる手法は、環境光の影響を受けにくく、光を透過するガラスなどの物体が存在しても利用可能である。また、カメラや光測定器と比較すれば、音響計測に用いられる機器は比較的安価である。オフィスルームやリビングルームなど、人が日常的に活動している環境では、環境光とともに環境ノイズの変化が生ずる。そのため、環境ノイズの影響を受けにくい手法が期待される。
一般に、音響は人が聴取できる周波数帯域の成分を有する可聴音と、可聴音よりも高い周波数帯域の成分を有する超音波に大別される。超音波は、波長が短いために分解能が高く、より低い周波数帯域の成分を有する環境ノイズの影響を受けにくいため、音響を用いた距離計測では広く用いられている。しかし、超音波の出力開始時には人に不快感を与える立ち上がり音が生じがちである。また、超音波は人が聴取できないために、気づかれずに大音量の超音波を受音してしまう（超音波曝露）ことがある。大音量の超音波曝露は頭痛、吐き気などの身体的に不快な症状を引き起こす原因となる。そのため、超音波を用いる手法も、人が所在する環境での使用には適さない。

【0005】

これに対し、可聴音を距離計測に用いる場合には、超音波とは異なり、不快感を与える立ち上がり音を生じることはまれである。たとえ誤って大音量の可聴音を提示しても、すぐに気づいて可聴音の提示を中断することで長時間曝露されるリスクを低下させることができる。そのため、可聴音を用いる手法は、上記の手法よりも人が所在する環境の使用には適しているといえる。しかし、可聴音は、環境ノイズの影響を受けやすく、超音波よりも波長が長いため、指向性や分解能が低い。そのため、可聴音を用いた高精度な距離計測の手法が期待されている。

【0006】

可聴音を用いた距離計測では、一般には、測定対象物に向けて送信する送信波の送信から、測定対象物で反射される反射波の受信までの時間差を用いて測定対象物の距離を計測する。しかしながら、測定装置から測定対象物までの距離が短い場合には、送信当初の状態から送信波が伝搬により十分に減衰しない段階で反射波が生じうる。そのため、送信波との干渉のために反射波が埋没してしまい、距離計測が不可能または困難となることがある。そこで、可聴音を用いた距離計測では、白色化相互相関法（ＣＳＰ法：Cross-power Spectrum Phase Analysis法）、重み付き尤度関数法（ＷＥＬＬ法：Weighted Likelihood法）、定在波法などの手法が提案されてきた。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【文献】高尾麻衣子，干場功太郎，中臺一博，可聴音を用いた周波数選択に基づく距離推定法の実環境利用に向けた評価，人工知能学会資料，一般社団法人 人工知能学会，２０１７年１１月２５日，SIG-Challenge-049-5，p.29-34

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記のＣＳＰ法は、送信信号と受信信号の相互相関をそれぞれの振幅で正規化して得られる位相成分に基づいて相互相関関数を算出し、相互相関関数を最大とする位相差に対応する距離を測定対象物までの距離を推定する手法である。ＣＳＰ法は、ノイズによる影響を受けやすい送信信号または受信信号の振幅を直接用いずに、送信信号と受信信号の相互相関の位相差を用いるため、単純に相互相関を用いるよりもノイズに対する耐性が高い。しかしながら、全ての周波数成分が平等に扱われるのでノイズの周波数帯域または信号成分が少ない周波数帯域が広い場合には推定精度が劣化する。また、相互相関関数を用いるため、距離の分解能は音速を送信信号と受信信号のサンプリング周波数で割った値の整数倍に制限される。

【0009】

ＷＥＬＬ法は、周波数ごとの距離候補尤度を送信信号に含まれる周波数成分にわたり積分して得られる統合尤度を最大とする距離を測定対象物までの距離として推定する手法である。距離候補尤度は、送信信号と受信信号の位相差に整数周期を加算して調整した位相差に対応する距離候補において、測定対象物までの距離である可能性の尤もらしさを示す尤度関数である。ＷＥＬＬ法は、ノイズに対する耐性が比較的高いが、統合尤度には距離に対する周期性が残される。つまり、統合尤度が他の周波数よりも高くなるピークが距離に対して周期的に存在するので、推定される距離が一意に定まらないことがある。

【0010】

定在波法は、送信音と測定対象物からの反射音との干渉によって生じる合成音を用いて、測定対象物までの距離を推定する手法である。定在波法では、送信信号を送信するスピーカと受信信号を受信するマイクロホンをほぼ同じ位置に近接して配置し、受信信号として合成音を収音する。合成音のパワースペクトルから平均値を差し引いて得られる距離に関する変動成分を距離領域に変換して距離スペクトルを算出し、距離スペクトルのピークを与える距離が測定対象物までの距離として推定される。定在波法では、測定対象物までの距離は一意に定まるが、送信信号の周波数帯域が十分に広くなければ、推定される距離の分解能が低下する。

【0011】

これらの手法は、距離の分解能が低くノイズの影響を受けやすいという可聴音の特徴に十分に対応できているとは言い難い。そのため、ノイズへの耐性を損なわずに測定対象物までの距離を高精度で推定することが望まれていた。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ノイズへの耐性を損なわずに測定対象物までの距離を高精度で推定できる音響処理装置、音響処理方法およびプログラムを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、音の送信に用いた送信信号と前記音の送信中に受信された音を収音して得られた受信信号との位相差を複数の周波数のそれぞれについて算出する位相差算出部と、前記位相差に整数周期分の位相を加えて調整した位相差である調整位相差に対応する距離である距離候補のそれぞれに極大値を有する尤度関数を距離候補尤度として前記複数の周波数のそれぞれについて算出する尤度算出部と、前記距離候補尤度を前記複数の周波数間で統合して統合尤度を算出する尤度統合部と、前記受信信号のパワースペクトルの周波数変動成分を距離領域に変換して距離スペクトルを算出する距離スペクトル算出部と、前記距離スペクトルの極大値を与える距離であるピーク距離から所定範囲内における前記統合尤度に基づいて前記音を反射する物体までの距離を推定距離として定める距離推定部と、を備える音響処理装置である。

【0013】

（２）本発明の他の態様は、（１）の音響処理装置であって、前記所定範囲は、前記ピーク距離を中心とする前記統合尤度の半周期であってもよい。

【0014】

（３）本発明の他の態様は、（１）または（２）の音響処理装置であって、前記尤度統合部は、前記送信信号の周波数ごとの成分比率に比例する重み係数を用いて前記距離候補尤度を周波数間で重み付き加算して前記統合尤度を算出してもよい。

【0015】

（４）本発明の他の態様は、（１）から（３）のいずれかの音響処理装置であって、前記距離推定部は、前記所定範囲内における前記統合尤度の最大値を与える距離を前記推定距離として定めてもよい。

【0016】

（５）本発明の他の態様は、（１）から（４）のいずれかの音響処理装置であって、前記所定範囲内における前記統合尤度が複数の極大値を有する場合、前記距離推定部は、前記複数の極大値のそれぞれを与える距離のうち、前記ピーク距離に最も近似する距離を前記推定距離として定めてもよい。

【0017】

（６）本発明の他の態様は、（１）から（５）のいずれかの音響処理装置であって、前記尤度算出部は、前記距離候補のそれぞれを平均値とする正規分布の総和を前記距離候補尤度として算出してもよい。

【0018】

（７）本発明の他の態様は、音響処理装置における音響処理方法であって、音の送信に用いた送信信号と前記音の送信中に受信された音を収音して得られた受信信号との位相差を複数の周波数のそれぞれについて算出する位相差算出ステップと、前記位相差に整数周期分の位相を加えて調整した位相差である調整位相差に対応する距離である距離候補のそれぞれに極大値を有する尤度関数を距離候補尤度として前記複数の周波数のそれぞれについて算出する尤度算出ステップと、前記距離候補尤度を前記複数の周波数間で統合して統合尤度を算出する尤度統合部と、前記受信信号のパワースペクトルの周波数変動成分を距離領域に変換して距離スペクトルを算出する距離スペクトル算出ステップと、前記距離スペクトルの極大値を与える距離であるピーク距離から所定範囲内における前記統合尤度に基づいて前記音を反射する物体までの距離を推定距離として定める距離推定ステップと、を有する音響処理方法である。

【0019】

（８）本発明の他の態様は、音響処理装置のコンピュータに、音の送信に用いた送信信号と前記音の送信中に受信された音を収音して得られた受信信号との位相差を複数の周波数のそれぞれについて算出する位相差算出手順と、前記位相差に整数周期分の位相を加えて調整した位相差である調整位相差に対応する距離である距離候補のそれぞれに極大値を有する尤度関数を距離候補尤度として前記複数の周波数のそれぞれについて算出する尤度算出手順と、前記距離候補尤度を前記複数の周波数間で統合して統合尤度を算出する尤度統合部と、前記受信信号のパワースペクトルの周波数変動成分を距離領域に変換して距離スペクトルを算出する距離スペクトル算出手順と、前記距離スペクトルの極大値を与える距離であるピーク距離から所定範囲内における前記統合尤度に基づいて前記音を反射する物体までの距離を推定距離として定める距離推定手順と、を実行させるためのプログラムである。

【発明の効果】

【0020】

上述した（１）、（７）、（８）の構成によれば、ノイズへの耐性を損なわずに高精度で測定対象物までの距離を一意に推定することができる。より具体的には、測定対象物の候補がピーク距離から所定範囲内に限定されるため、顕著なノイズが含まれるためにノイズ源までの距離の誤検出などの外れ値を除外することができる。また、複数の周波数が送信信号に含まれていれば、ピーク距離から所定範囲内の統合尤度を用いて測定対象物までの距離を推定できるため、送信信号の帯域幅が十分に広くなくても測定対象物までの距離の推定精度を確保することができる。

【0021】

上述した（２）の構成によれば、統合尤度から測定対象物までの距離を推定する際に、距離を探索する範囲を、ピーク距離を中心とする前記統合尤度の半周期の範囲内に限定できるため、その範囲から外れた外れ値の発生をより確実に排除することができる。

【0022】

上述した（３）の構成によれば、送信信号に含まれていない周波数成分は距離推定で考慮されず、ノイズの影響を受けやすい成分比率の低い周波数成分が距離推定において相対的に軽視される。そのため、送信信号に含まれていない周波数成分を有するノイズの影響を排除するとともに、信号成分が主な周波数成分が重視されるので、測定対象物までの距離の推定精度を向上させることができる。

【0023】

上述した（４）の構成によれば、統合尤度を基準として測定対象物までの距離である確度が最も高い距離が推定距離として定められるため、測定対象物までの距離の推定精度を向上させることができる。

【0024】

上述した（５）の構成によれば、候補となる複数の距離のうち、距離スペクトルを基準として測定対象物までの距離である確度が高い距離が推定距離として定められるため、測定対象物までの距離の推定精度を向上させることができる。

【0025】

上述した（６）の構成によれば、正規分布を特性パラメータである標準偏差によりノイズ等の誤差要因による推定精度の調整を行うことができるとともに、既存の組み込み関数を用いて調整距離尤度を比較的容易に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本実施形態に係る音響処理システムの構成を示すブロック図である。

【図2】周波数成分ごとの距離候補尤度の例を示す図である。

【図3】統合尤度の例を示す図である。

【図4】パワースペクトルの例を示す図である。

【図5】距離スペクトルの例を示す図である。

【図6】本実施形態に係る距離推定例の説明図である。

【図7】定在波法におけるモデリング例の説明図である。

【図8】定在波法による距離推定例の説明図である。

【図9】ＷＥＬＬ法による距離推定例の説明図である。

【図10】送信信号と受信信号の例を示す図である。

【図11】ＷＥＬＬ法によるシミュレーション結果の例を示す図である。

【図12】本実施形態によるシミュレーション結果の例を示す図である。

【図13】実環境評価に用いた会議室を例示する図である。

【図14】実環境評価における推定距離の例を示す表である。

【図15】実環境評価における推定距離の他の例を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る音響処理システムＳ１の構成を示すブロック図である。
音響処理システムＳ１は、音響処理装置１と、再生部２０と、収音部３０と、を備える。
音響処理装置１は、送信音の送信に用いた送信信号と送信音の送信中に受信された受信音を収音して得られた受信信号との位相差を複数の周波数のそれぞれについて算出する。音響処理装置１は、算出した位相差に整数周期分の位相を加えて調整した位相差である調整位相差に対応する距離である距離候補のそれぞれに極大値を有する尤度関数を複数の周波数のそれぞれについて距離候補尤度として算出する。音響処理装置１は、算出した距離候補尤度を複数の周波数間で統合して統合尤度を算出する。音響処理装置１は、受信信号のパワースペクトルの周波数変動成分を距離領域に変換して距離スペクトルを算出する。音響処理装置１は、算出した距離スペクトルの極大値を与える距離であるピーク距離から所定範囲内における統合尤度に基づいて音を反射する物体までの距離を推定距離として定める。

【0028】

再生部２０は、音響処理装置１から入力される音響信号である送信信号に基づく音を送信音として再生する。再生部２０は、例えば、スピーカである。
収音部３０は、自部に到来する音を受信音として収音し、収音した音の時間波形を示す音響信号を受信信号として生成し、生成した受信信号を音響処理装置１に出力する。収音部３０は、例えば、マイクロホンである。
再生部２０と収音部３０は相互に隣接または所定範囲内に近接して設置される。再生部２０と収音部３０との距離は、再生部２０から送信される送信波の波長よりも十分に短いことが望ましい。
本願では、再生部２０が再生する音を送信音または送信信号と呼び、収音部３０が収音する音を受信音または受信信号と呼ぶことがある。

【0029】

次に、音響処理装置１の機能構成例について説明する。音響処理装置１は、入出力部１０と、制御部１２と、を備える。
入出力部１０は、制御部１２から入力される各種の出力信号を自装置の外部に出力する。入出力部１０は、自装置の外部から入力される各種の入力信号を制御部１２に出力する。入出力部１０は、例えば、入出力インタフェースである。入出力部１０は、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ：Analog-to-Digital）変換器と、ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ：Digital-to-Analog）変換器を備えてもよい。送信音および受信音はアナログ信号であるが、制御部１２がディジタル信号として扱うことができる。

【0030】

制御部１２は、音響処理装置１が有する各種の機能の実現、その機能の制御に係る処理などを実行する。制御部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサとシステムメモリを含んで構成され（図示せず）、以下に説明する機能部を実現してもよい。制御部１２は、予め自装置の記憶媒体（図示せず）から所定の制御プログラムを特定し、特定した制御プログラムを実行して各種の機能を実現するコンピュータシステムを含んで構成される。本願では、プログラムを実行またはプログラムの実行とは、そのプログラムに記述された各種の命令で指示される処理を実行することを意味する。

【0031】

制御部１２は、音源処理部１２０、周波数分析部１２２、位相差算出部１２４、尤度算出部１２６、尤度統合部１２８、パワースペクトル算出部１３４、距離スペクトル算出部１３６、第１距離推定部１３８、第２距離推定部１４０および出力処理部１４２を含んで構成される。これらの機能部のうち、位相差算出部１２４、尤度算出部１２６および尤度統合部１２８は、ＷＥＬＬ法の実現に係る構成要素に相当する。パワースペクトル算出部１３４、距離スペクトル算出部１３６および第１距離推定部１３８が定在波法の実現に係る構成要素に相当する。

【0032】

音源処理部１２０は、少なくとも２以上の周波数の成分（以下、周波数成分）を含む音響信号を音源として取得する。音源処理部１２０は、取得した音響信号を送信信号として再生部２０に入出力部１０を経由して出力するとともに、周波数分析部１２２に出力する。再生部２０に出力される送信信号は距離計測に用いられる。音源処理部１２０は、独自に音響信号を生成してもよいし、他の機器から入力される音響信号を受け付けてもよい。

【0033】

周波数分析部１２２は、収音部３０から入出力部１０を経由して入力される時間領域の受信信号と、音源処理部１２０から入力される時間領域の送信信号のそれぞれに対して周波数分析を行う。周波数分析部１２２は、受信信号と送信信号のそれぞれに対して所定期間（例えば、１０－５０ｍｓ）のフレームごとにフーリエ変換を行って受信信号変換係数と送信信号変換係数に変換する。受信信号変換係数とは、周波数領域の受信信号の変換係数である。送信信号変換係数とは送信信号の変換係数である。周波数分析部１２２は、フレームごとに得られた受信信号変換係数と送信信号変換係数を位相差算出部１２４に出力する。また、周波数分析部１２２は、受信信号変換係数をパワースペクトル算出部１３４に出力する。

【0034】

位相差算出部１２４は、周波数分析部１２２から入力されるフレームごとの受信信号変換係数の位相と送信信号の変換係数の位相との位相差を各周波数について算出する。位相差算出部１２４は、周波数ｆごとに送信信号変換係数Ｘ_ｓ（ｆ）と受信信号変換係数Ｘ_ｒ（ｆ）との位相差φ（ｆ）を算出する。位相差算出部１２４は、例えば、式（１）に示すように、送信信号変換係数Ｘ_ｓ（ｆ）と受信信号変換係数の複素共役Ｘ_ｒ ^＊（ｆ）との積の実部に対する、その積の虚部の比の逆正接値を位相差φ（ｆ）として算出することができる。

【0035】

【数1】

【0036】

式（１）において、ｉｍａｇｅ（…）、ｒｅａｌ（…）は、それぞれ複素数…の虚部、実部を示す。位相差算出部１２４は、算出した位相差を示す位相差情報を尤度算出部１２６に出力する。

【0037】

尤度算出部１２６は、位相差算出部１２４から入力される位相差情報が示す位相差φ（ｆ）に整数周期分の位相２ｎπ（ｎは、整数）を加えて調整した位相差（以下、調整位相差）φ（ｆ）＋２ｎπを算出する。この位相差の調整は、位相アンラップ（Unwrapping）を試行することに相当する。
尤度算出部１２６は、式（２）に示す関係を用いて調整位相差に対応する距離を距離候補ｄ_ｎ（ｆ）として周期ｎごとに算出する。

【0038】

【数2】

【0039】

式（２）において、λ（ｆ）は周波数ｆの音波の波長を示す。即ち、式（２）は調整位相差φ（ｆ）＋２ｎπと波長λ（ｆ）の積を１周期分の位相２πで正規化して距離候補ｄ_ｎ（ｆ）を算出することを示す。距離候補ｄ_ｎ（ｆ）は、測定対象物までの距離の候補に相当する。なお、距離候補ｄ_ｎ（ｆ）は正値であり、再生部２０からの音波が十分な強度をもって到達する範囲内であることが期待されるため、周期ｎは０以上であってＭ（Ｍは、予め定めた１以上の正の整数）以下の値となる。

【0040】

次に、尤度算出部１２６は、算出した各周期ｎの距離候補ｄ_ｎ（ｆ）においてそれぞれ極大値（ピーク）を有し、互いに隣接する調整距離ｄ_ｎ（ｆ）、ｄ_ｎ＋１（ｆ）間で極大値よりも十分に０に近似した極小値を有する関数を距離候補尤度ｐ_ｆ（ｘ）として周波数ｆごとに算出する。距離候補尤度ｐ_ｆ（ｘ）は、周波数ｆについて測定対象物までの距離ｘが距離候補ｄ_ｎ（ｆ）である可能性が極大となり、その可能性が波長λ（ｆ）を周期とする周期性を有することをモデリングする尤度関数である。尤度算出部１２６は、例えば、尤度算出部１２６は、式（３）に示すように、各周期ｎの距離候補ｄ_ｎ（ｆ）を平均値とする正規分布の周期間の総和を距離候補尤度ｐ_ｆ（ｘ）として算出することができる。

【0041】

【数3】

【0042】

式（３）において、σ（ｆ）は、周波数ｆにおける距離候補ｄ_ｎ（ｆ）の標準偏差を示す。標準偏差σ（ｆ）は、ノイズに由来する位相差の誤差の大きさの指標であり、周波数依存性を有する。尤度算出部１２６には、実測により位相差と既知の位相差との誤差に基づく標準偏差σ（ｆ）を予め設定しておく。
尤度算出部１２６は、算出した距離候補尤度ｐ_ｆ（ｘ）を示す尤度情報を尤度統合部１２８に出力する。

【0043】

図２は、周波数成分ごとの距離候補尤度ｐ_ｆ（ｘ）の例を示す図である。距離候補尤度ｐ_ｆ（ｘ）は、周波数ｆ_１、ｆ_２のそれぞれに対応する波長λ（ｆ_１）、波長λ（ｆ_２）を周期とする周期性を有する。各周期ｎの極大値はほぼ等しい値をとり、隣接する極大値間において０に近似する極小値を有する。測定対象物までの距離ｄ_ｐの近傍において周波数ｆ_１、ｆ_２のそれぞれの距離候補尤度ｐ_ｆ１（ｘ）、ｐ_ｆ２（ｘ）は、それぞれ極大値とほぼ等しい近似値をとる。

【0044】

尤度統合部１２８は、尤度算出部１２６から入力される尤度情報が示す周波数ごとの距離候補尤度ｐ_ｆ（ｘ）を、送信信号に含まれる周波数成分間で統合して統合尤度ｑ（ｘ）を算出する。例えば、尤度統合部１２８は、式（４）に示すように送信信号に含まれる周波数ｆ間で距離候補尤度ｐ_ｆ（ｘ）を積分して得られる総和を統合尤度ｑ（ｘ）として算出することができる。
尤度統合部１２８は、算出した統合尤度ｑ（ｘ）を第２距離推定部１４０に出力する。

【0045】

【数4】

【0046】

図３は、統合尤度ｑ（ｘ）の例を示す図である。統合尤度ｑ（ｘ）は距離ｘに応じて変動し、距離ｘの変化に対する周期性が残される。この例では、統合尤度ｑ（ｘ）の極大値のうち所定値よりも高い値をとるものは３個ある。３個の極大値ｌ_ｐ１、ｌ_ｐ２、ｌ_ｐ３のそれぞれに対応する距離ｄ_ｐ１、ｄ_ｐ２、ｄ_ｐ３のうち、最大値ｌ_ｐ２に対応する距離ｄ_ｐ２は、測定対象物までの距離（真の距離）ｄ_ｐに近似する。

【0047】

なお、尤度統合部１２８は、送信信号の周波数ｆごとの成分比率に比例する重み係数ｗ（ｆ）を用いて距離候補尤度ｐ_ｆ（ｘ）に対して周波数ｆ間で重み付き加算して統合尤度ｑ（ｘ）を算出してもよい。一般に、成分比率の高い周波数成分において信号成分が相対的に多く残されるのでノイズの影響を受けにくい。重み付き加算により成分比率の高い周波数成分が重視されるので、ノイズに対する耐性を向上させることができる。
送信信号が既知である場合には、重み係数ｗ（ｆ）を予め尤度統合部１２８に設定しておき、設定した重み係数ｗ（ｆ）を統合尤度ｑ（ｘ）の算出に用いる。送信信号が未知である場合には、周波数分析部１２２は、送信信号変換係数を尤度統合部１２８にも出力する。尤度統合部１２８は、周波数分析部１２２から入力される周波数ｆごとの送信信号変換係数の絶対値について、その周波数ｆ間の総和に対する比を重み係数ｗ（ｆ）として算出すればよい。

【0048】

パワースペクトル算出部１３４は、周波数分析部１２２から入力されるフレームごとの周波数ｆの受信信号変換係数Ｘ（ｆ，０）にその複素共役Ｘ^＊（ｆ，０）を乗算してパワースペクトルｐ（ｆ，０）を算出する。パワースペクトル算出部１３４は、算出したパワースペクトルｐ（ｆ，０）を距離スペクトル算出部１３６に出力する。
パワースペクトルｐ（ｆ，０）は、図４に示すように周波数領域で与えられ、ｃ／２ｄ周期で変動する（式（１２）参照）。

【0049】

距離スペクトル算出部１３６は、パワースペクトル算出部１３４から入力されるパワースペクトルｐ（ｆ，０）から周波数間の平均値＜ｐ（ｆ，０）＞を差し引いて周波数ｆに対する変動成分ｐ（ｆ，０）－＜ｐ（ｆ，０）＞を算出する。距離スペクトル算出部１３６は、式（５）に示すように算出した変動成分に対してフーリエ変換を行って、距離領域の変数である距離スペクトルＰ（ｘ）を算出する。距離スペクトル算出部１３６は、算出した距離スペクトルＰ（ｘ）を第１距離推定部１３８に出力する。

【0050】

【数5】

【0051】

式（５）において、Ｆ［…］は、…のフーリエ変換を示す。平均値＜ｐ（ｆ，０）＞は、式（６）に示すように送信信号に含まれる最低周波数ｆ_１から最高周波数ｆ_Ｎまでのパワースペクトルｐ（ｆ，０）の積分値を送信信号の周波数帯域幅ｆ_Ｎ－ｆ_１で除算することによって正規化して算出される。

【0052】

【数6】

【0053】

図５に例示されるように、距離スペクトルＰ（ｘ）は、理想的には測定対象物までの距離ｄ_ｓにおいて極大値を有する。そこで、第１距離推定部１３８は、距離スペクトル算出部１３６から入力される距離スペクトルＰ（ｘ）の極大値（ピーク）を与える距離ｘをピーク距離ｄ_ｓとして定める。第１距離推定部１３８は、定めたピーク距離ｄ_ｓを示すピーク距離情報を第２距離推定部１４０に出力する。

【0054】

第２距離推定部１４０には、第１距離推定部１３８からピーク距離情報と、尤度統合部１２８から統合尤度が入力される。第２距離推定部１４０は、ピーク距離情報が示すピーク距離ｄ_ｓから所定範囲の距離における統合尤度ｑ（ｘ）に基づいて推定距離ｘ_ａを定める。第２距離推定部１４０は、例えば、式（７）に示すようにピーク距離ｄ_ｓとの差が所定の距離差Ｌ以内となる範囲Ｄｅにおける統合尤度ｑ（ｘ）を最大とする距離ｘを推定距離ｘ_ａとして定めることができる（図６参照）。

【0055】

【数7】

【0056】

距離差Ｌは、推定距離ｘ_ａの候補の範囲を与える。上記のように統合尤度ｑ（ｘ）には周期性が残され、周囲よりも統合尤度ｑ（ｘ）がより高くなる範囲内で推定距離ｘ_ａが探索されればよい。そこで、推定距離ｘ_ａを探索する所定範囲を、ピーク距離ｄ_ｓを中心とする統合尤度ｑ（ｘ）の周期の半分（半周期）となるように距離差Ｌを定めておけばよい。統合尤度ｑ（ｘ）に極大値が生ずる周期Ｌ_ｗは、式（８）に示すように送信信号の波長λ（ｆ）の周波数間の平均値となる。但し、式（８）において、Ｎは送信信号に含まれる周波数成分の数、λ（ｆ_ｊ）は、第ｊ周波数成分の波長を示す。
従って、送信信号が既知である場合には、距離差Ｌを統合尤度ｑ（ｘ）の周期Ｌ_ｗの半分Ｌ_ｗ／２と予め定めておけばよい。

【0057】

【数8】

【0058】

送信信号が未知である場合には、周波数分析部１２２は、送信信号変換係数を第２距離推定部１４０にも出力する。第２距離推定部１４０は、周波数分析部１２２から入力される送信信号変換係数から送信信号に含まれる周波数成分を特定し、特定した周波数成分とその周波数に対応する波長について式（８）の関係を用いて周期Ｌ_ｗ、ひいては距離差Ｌを定めればよい。

【0059】

なお、ピーク距離ｄ_ｓから所定範囲内の距離には、統合尤度ｑ（ｘ）に複数個の極大値（ピーク）を有する場合がある。その場合には、第２距離推定部１４０は、それぞれの極大値を与える距離ｘのうち、最もピーク距離ｄ_ｓに近似した距離ｘを推定距離ｘ_ａとして定めてもよい。
第２距離推定部１４０は、定めた推定距離ｘ_ａを示す推定距離情報を出力処理部１４２に出力する。

【0060】

出力処理部１４２は、第２距離推定部１４０から入力される推定距離情報が示す推定距離ｘ_ａを自装置の外部に出力するための処理を行う。出力処理部１４２は、例えば、推定距離ｘ_ａを示す表示画面データを生成し、自装置に無線または有線で接続された表示部（図示せず）に生成した表示画面データを出力してもよい。
出力処理部１４２は、入力された推定距離情報を他の機器（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、などの情報機器）に通信ネットワークを経由して送信してもよい。

【0061】

なお、定在波法では、図７に示すように再生部２０から測定対象物Ｏｂ０２に向けて送信音が放音され、入射される音波が測定対象物Ｏｂ０２の表面で反射され、収音部３０が測定対象物Ｏｂ０２からの反射音を受音する場合を仮定する。ここで、再生部２０から収音部３０までの距離、再生部２０から測定対象物Ｏｂ０２までの距離を、それぞれｌ_ｓ、ｄとする。送信音ｘ_ｓ（ｔ，ｌ_ｓ）と反射音ｘ_ｒ（ｔ，ｌ_ｓ）は、それぞれ式（９）、（１０）に示すように第ｉ周波数成分（ｉは、１からＮまでの整数）の振幅Ａ_ｉ、周波数ｆ_ｉ、初期位相θ_ｉを用いてモデリングされる。

【0062】

【数9】

【0063】

【数10】

【0064】

式（１０）において、ｃ、γ、φは、それぞれ音速、測定対象物の反射係数、位相差を示す。ｄ、ｌ_ｓは、それぞれ再生部２０から測定対象物までの距離、再生部２０から収音部３０までの距離を示す。再生部２０が収音部３０と同じ位置に配置されていることを仮定すると収音部３０で受信される受信音ｘは、式（１１）に示すように距離ｌ_ｓ＝０における送信音ｘ_ｓ（ｔ，０）と反射音ｘ_ｒ（ｔ，０）との合成音ｘ_ｓｕｍ（ｔ，０）となる。

【0065】

【数11】

【0066】

そして、反射係数γが１より十分に０に近似することを仮定すると、パワースペクトルｐ（ｆ，０）は、式（１２）に示すように近似される。式（１２）において、ψは、測定対象物による反射係数の位相を示す。

【0067】

【数12】

【0068】

定在波法による最小探知可能距離ｄ_ｍｉｎ、最大探知可能距離ｄ_ｍａｘは、式（１３）で与えられる。

【0069】

【数13】

【0070】

この最小探知可能距離ｄ_ｍｉｎは、定在波法により推定される距離の分解能に相当する。このことは、送信信号の周波数帯域が十分に広くなければ測定精度が劣化することを示す。例えば、図８に示されるように、定在波法により推定された測定対象物までの距離ｄ_ｓは、その真値ｄ_ｔｒから有意に乖離してしまうことがある。
これに対して、本実施形態の第２距離推定部１４０のように距離ｄ_ｓから所定の推定範囲Ｄｅにおいて重み付き尤度関数の極大値を与える距離を推定値ｄ_ｐとして定めることで、周波数帯域が十分に広くなくても真値ｄ_ｔｒに近似した推定値ｄ_ｐが得られる（図６参照）。

【0071】

他方、ＷＥＬＬ法では、非測定物体までの距離を一意に定められないことがある。例えば、方向性のノイズが受信信号に加わると、真値から十分に離れた距離で統合尤度ｑ（ｘ）にピークが生じ、その統合尤度ｑ（ｘ）が真値での統合尤度よりも高くなってしまうことがある（図９参照）。そのような場合には、ピークが生じた距離が推定距離として定めるおそれがある。これに対し、本実施形態の第２距離推定部１４０は、距離ｄ_ｓから所定の距離の範囲Ｄｅ内で重み付き尤度関数を参照して、重み付き尤度関数の極大値を探索し、探索した極大値を与える距離ｄ_ａを測定対象物までの距離と推定する。これにより、主に方向性ノイズなどのノイズが加わる環境に適用されても、重み付き尤度関数がそのノイズ源までの距離において顕著になるために、その距離を測定対象物までの距離として誤判定する可能性を低くし、ノイズに対する頑健性（robustness）を向上することができる。

【0072】

（シミュレーション評価）
次に、本実施形態の作用効果を検証するための数値シミュレーションについて説明する。シミュレーションでは、既存の手法であるＷＥＬＬ法と推定距離を比較した。但し、再生部２０と収音部３０の位置を同一とし、再生部２０から測定対象物Ｏｂ０２までの距離を０．９５ｍとした。送信信号として、期間が１ｓのチャープ信号を用いた。チャープ信号は、最低周波数から最高周波数まで時間経過に応じて周波数が線形に変化する信号である。チャープ信号の最低周波数、最高周波数をそれぞれ７５０Ｈｚ、１２５０Ｈｚとした。

【0073】

受信信号は、図１０に示すように送信信号に対して距離に反比例する振幅の減衰を与え、伝搬距離に応じた遅延を加えて生成した。遅延量は、再生部２０から送信音が測定対象物に向けて放射され、測定対象物から収音部３０で受音されるまでの時間と定めた。また、ノイズ源としてホワイトノイズをチャープ信号に重畳して提示した。ホワイトノイズは、周波数に関わらず強度が一定である。信号対ノイズ比（ＳＮ比）を－１０ｄＢに固定した。
シミュレーションは、ＷＥＬＬ法、本実施形態のそれぞれについて１００回行った。

【0074】

図１１は、ＷＥＬＬ法による推定結果を示す図である。図１１は、縦軸、横軸にそれぞれ推定距離、距離の区間ごとの回数を示す。ＷＥＬＬ法では、１００回中８４回は推定距離が０．９－１．０ｍの範囲内となったが、残りの１６回はその範囲を外れている。とりわけ、推定距離が０．２－０．２５ｍ、０．７－０．７５ｍの範囲内という顕著な外れ値が発生した。推定距離の分散は９２．９ｃｍ^２となった。
図１２は、本実施形態による推定結果を示す図である。本実施形態では、１００回中９０回は推定距離が０．９－１．０ｍの範囲となり、残りの１０回は１．０－１．０５ｍの範囲にとどまった。本実施形態では、ＷＥＬＬ法を用いた場合とは異なり、顕著な外れ値は発生していない。推定距離の分散は３１．９ｃｍ^２となった。これらの推定結果は、本実施形態により測定対象物までの距離の推定精度をＷＥＬＬ法よりも有意に向上できることを示す。

【0075】

（実環境評価）
次に、実環境評価について説明する。実環境評価では、現実に再生部２０から送信音測定対象物に対して放音させ、測定対象物からの反射音を含む受信音を収音部３０に収音させ、受信信号に基づいて測定対象物までの距離を推定させた。比較対象とする既存の手法としてＣＳＰ法、ＷＥＬＬ法、定在波法を用いた距離推定も行った。
なお、ＣＳＰ法は、上記のように送信信号と受信信号の相互相関係数Ｃ（τ）を算出し、式（１４）に示すように相互相関係数Ｃ（τ）の最大値を与える時間τ’を再生部２０から収音部３０までの伝搬時間とする距離を定める手法である。

【0076】

【数14】

【0077】

相互相関係数Ｃ（τ）は、式（１４）に示すように送信信号変換係数Ｘ_ｓ（ｆ）と受信信号変換係数の複素共役Ｘ_ｒ ^＊（ｆ）の積を、それぞれの絶対値で正規化して得られる位相成分に対して時間領域に逆フーリエ変換して算出される。式（１５）において、ｊは虚数単位を示す。

【0078】

【数15】

【0079】

実環境評価は、図１３に示す形状の会議室で行った。会議室は、縦、横、高さの寸法がそれぞれ７．９ｍ、６．８ｍ、２．４ｍのほぼ直方体の形状を有する。但し、縦方向の一端から２．１ｍ離れた位置から３．８ｍ離れた位置にかけて、内壁が内部に０．９ｍ窪んだ部分を有する。
測定対象物として会議室の一端の内壁Ｏｂ０２を用い、収音部３０として２本のマイクロホンを内壁Ｏｂ０２に対して平行に同じ高さで配置した。２本のマイクロホンのうち一方のマイクロホン３０－１を再生部２０とするスピーカの真正面に設置した。他方のマイクロホン３０－２を再生部２０から０．２ｍ離れた位置に設置した。再生部２０ならびにマイクロホン３０－１、３０－２と測定対象物とする内壁までの距離を０．５ｍまたは１．０ｍとした。

【0080】

マイクロホン３０－１、３０－２は、それぞれ送信信号、受信信号を収音し、収音した送信信号と受信信号を距離測定に係る処理に用いるためである。即ち、上記の周波数分析部１２２は、音源処理部１２０から入力される送信信号に代え、マイクロホン３０－１から入出力部１０を経由して入力される音響信号を送信信号として用いた。収音される送信信号には再生部２０として用いられるスピーカの入出力特性が含まれるので、スピーカの入出力特性が含まれていない音源処理部１２０からの送信信号を用いる場合よりも測定対象物までの距離の推定精度を向上させることができる。

【0081】

また、制御プログラムの実行により、音源処理部１２０が送信信号を送信するための指令（コマンド）を発行する時点から、再生部２０が送信信号に基づく送信音を現実に送信する時点までには所定の遅延が生じる。また、マイクロホン３０－２が収音したアナログの音響信号をディジタル信号に変換し、さらに変換されたディジタル信号を周波数分析部１２２が送信信号として取得するまでの遅延も加わる。これらの遅延も距離測定における誤差要因となる。そのため、マイクロホン３０－２が収音した送信信号を用いることで、これらの遅延が含まれていない音源処理部１２０からの送信信号を用いる場合よりも測定対象物までの距離の推定精度を向上させることができる。

【0082】

さらに、収音部３０として用いるマイクロホンの個数を１本のみとし、測定対象物に近接している場合には、再生部２０とするスピーカから放音される直接音と測定対象物からマイクロホンに到来する反射音がそれぞれ収音される時刻の時間差が短くなる。そのため、マイクロホン３０－１を用いて取得した受信信号だけでは直接音と反射音との区別が困難となる。これに対し、マイクロホン３０－２は、再生部２０から近接しているが、再生部２０から放音される音波が直接曝露されない位置に設置されるため、マイクロホン３０－２を用いて取得した受信信号によれば、直接音と反射音との区別が容易になる。この点も、２本のマイクロホン３０－１、３０－２を用いることで測定対象物までの距離の推定精度を向上させることに貢献する。

【0083】

送信信号、受信信号のサンプリング周波数を、それぞれ１６ｋＨｚとし、量子化ビット数を２４ビットとした。ノイズ源としてホワイトノイズをチャープ音に重畳して再生部２０から放音させた。但し、事前に周囲に障害物など音を反射する物体を除外した状態で、再生部から送信される送信音を受信音として収音部３０で収録した。これは、再生部２０から収音部３０に到来する直接音の特性を取得することを目的とする。
実環境評価では、ＳＮ比を２０ｄＢ、１０ｄＢ、０ｄＢ、－１０ｄＢの４段階とし、送信信号として用いるチャープ音の周波数帯域を１７５０－２２５０Ｈｚとし、距離が１．０ｍの場合には周波数帯域を１０００－３０００Ｈｚとした。各手法について、距離とＳＮ比の組ごとに距離推定を１０回ずつ繰り返した。なお、内壁までの距離が０．２ｍ以下の領域を不感帯として推定距離の候補から除外し、それ以外の領域を推定距離の候補とした。

【0084】

図１４は、内壁までの距離が０．５ｍである場合における実験結果を示す。各行にノイズレベルとしてＳＮ比を示し、各列に手法を示す。実験結果として、各手法で求められた絶対誤差の平均値を示す。絶対誤差は、推定距離と現実の距離との差の絶対値である。図１４は、総じて本実施形態の絶対誤差が最も小さく、定在波法、ＷＥＬＬ法、ＣＳＰ法の順に大きくなることを示す。Ｓ／Ｎ比が２０ｄＢの場合には、本実施形態、定在波法、ＷＥＬＬ法、ＣＳＰ法での絶対誤差は、それぞれ２．０７５ｃｍ、３．６６９ｃｍ、５．７６５ｃｍ、１９．２８ｃｍとなった。また、本実施形態によれば他の手法とは異なり、Ｓ／Ｎ比の低下によっても、絶対誤差は有意に増加しない。Ｓ／Ｎ比が、それぞれ２０ｄＢ、１０ｄＢ、０ｄＢ、－１０ｄＢの場合には、本実施形態での絶対誤差は２．０７５ｃｍ、１．８３ｃｍ、３．２９ｃｍ、２．７８ｃｍとなった。

【0085】

図１５は、内壁までの距離が１．０ｍである場合における実験結果を示す。図１５も、総じて本実施形態の絶対誤差が最も小さく、定在波法、ＷＥＬＬ法、ＣＳＰ法の順に大きくなることを示す。Ｓ／Ｎ比が２０ｄＢの場合には、本実施形態、定在波法、ＷＥＬＬ法、ＣＳＰ法での絶対誤差は、それぞれ２．８４５ｃｍ、５．５３７ｃｍ、２６．６９ｃｍ、３２．６７ｃｍとなった。また、本実施形態によれば、Ｓ／Ｎ比の低下によっても、絶対誤差は有意に増加しない。Ｓ／Ｎ比が、それぞれ２０ｄＢ、１０ｄＢ、０ｄＢ、－１０ｄＢの場合には、本実施形態での絶対誤差は２．８４５ｃｍ、２．９６５ｃｍ、２．９７ｃｍ、２．９７ｃｍとなった。
これらの測定結果は、本実施形態によれば他の方式よりもノイズへの耐性を損なわずに測定対象物までの距離を高精度で推定できることを示す。

【0086】

以上に説明したように、本実施形態に係る音響処理装置１は、位相差算出部１２４、尤度算出部１２６、尤度統合部１２８、距離スペクトル算出部１３６および第２距離推定部１４０を備える。位相差算出部１２４は、音の送信に用いた送信信号と音の送信中に受信された音を収音して得られた受信信号との位相差を複数の周波数のそれぞれについて算出する。尤度算出部１２６は、算出した位相差に整数周期分の位相を加えて調整した位相差である調整位相差に対応する距離である距離候補のそれぞれに極大値を有する尤度関数を距離候補尤度として複数の周波数のそれぞれについて算出する。尤度統合部１２８は距離候補尤度を前記複数の周波数間で統合して統合尤度を算出する。距離スペクトル算出部１３６は受信信号のパワースペクトルの周波数変動成分を距離領域に変換して距離スペクトルを算出する。距離推定部は算出した距離スペクトルの極大値を与える距離であるピーク距離から所定範囲内における統合尤度に基づいて音を反射する物体までの距離を推定距離として定める。
この構成により、測定対象物の候補がピーク距離から所定範囲内に限定されるため、顕著なノイズが含まれるためにノイズ源までの距離の誤検出などの外れ値を除外することができる。また、複数の周波数が送信信号に含まれていれば、ピーク距離から所定範囲内の統合尤度から測定対象物までの距離を推定できるため、送信信号の帯域幅が十分に広くなくても測定対象物までの距離の推定精度を確保することができる。

【0087】

また、所定範囲は、前記ピーク距離を中心とする前記統合尤度の極大値の半周期であってもよい。
この構成により、統合尤度から測定対象物までの距離を推定する際に、距離を探索する範囲を、ピーク距離を中心とする前記統合尤度の極大値の半周期の範囲内に限定できる。そのため、その範囲から外れた外れ値の発生をより確実に排除できるとともに、探索に係る処理を軽減することができる。

【0088】

また、尤度統合部１２８は、送信信号の周波数ごとの成分比率に比例する重み係数を用いて距離候補尤度を周波数間で重み付き加算して統合尤度を算出してもよい。
この構成により、送信信号に含まれていない周波数成分は距離推定で考慮されず、ノイズの影響を受けやすい成分比率の低い周波数成分が距離推定において相対的に軽視される。そのため、送信信号に含まれていない周波数成分を有するノイズの影響を排除するとともに、信号成分が主な周波数成分が重視されるので、測定対象物までの距離の推定精度を向上させることができる。

【0089】

また、第２距離推定部１４０は、ピーク距離から所定範囲内における統合尤度の最大値を与える距離を推定距離として定めてもよい。
この構成により、統合尤度を基準として測定対象物までの距離である確度が最も高い距離が推定距離として定められるため、測定対象物までの距離の推定精度を向上させることができる。

【0090】

また、ピーク範囲から所定範囲内における統合尤度が複数の極大値を有する場合、第２距離推定部１４０は、複数の極大値のそれぞれを与える距離のうち、ピーク距離に最も近似する距離を推定距離として定めてもよい。
この構成により、候補となる複数の距離のうち、距離スペクトルを基準として測定対象物までの距離である確度が高い距離が推定距離として定められるため、測定対象物までの距離の推定精度を向上させることができる。

【0091】

また、尤度算出部１２６は、距離候補のそれぞれを平均値とする正規分布の総和を前記距離候補尤度として算出してもよい。
この構成により、正規分布を特性パラメータである標準偏差によりノイズ等の誤差要因による推定精度の調整を行うことができるとともに、既存の組み込み関数を用いて調整距離尤度を比較的容易に算出することができる。

【0092】

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

【0093】

例えば、再生部２０は収音部３０と一体化された音響ユニットとして構成されてもよい。また、音響処理装置１は、再生部２０と収音部３０を備え、それらを一体化して構成されてもよい。
音源処理部１２０は、スイープ音やホワイトノイズなどの専用の試験用の信号に限られず、楽音、発話音声、歌唱、物音などを音源とする音声信号を送信信号として取得してもよい。そのため、音源処理部１２０は、ネットワークに接続し、音源とする音声信号を取得してもよいし、予め記憶媒体に記憶された音声信号を読み出してもよい。

【0094】

また、送信信号の周波数帯域は、最低周波数から最高周波数まで必ずしも一連に連続していなくてもよく、複数の周波数帯域に分散されてもよい。
音源処理部１２０は、送信信号を出力しないとき収音部３０から入力される受信信号の周波数ごとのレベルを検出し、検出したレベルが所定のレベルの閾値を超える周波数成分を特定してもよい。音源処理部１２０は送信信号の出力中であっても、送信信号に含まれない周波数成分のうち、検出したレベルが所定のレベルの閾値を超える周波数成分を特定してもよい。
そして、音源処理部１２０は、特定した周波数成分以外の周波数成分を含む送信信号を距離推定のために取得してもよい。これにより、周囲ノイズによる影響をさらに低減することができる。

【0095】

なお、上述した実施形態における音響処理装置１の一部、例えば、音源処理部１２０、周波数分析部１２２、位相差算出部１２４、尤度算出部１２６、尤度統合部１２８、パワースペクトル算出部１３４、距離スペクトル算出部１３６、第１距離推定部１３８、第２距離推定部１４０、および出力処理部１４２をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。
また、上述した実施形態及び変形例における音響処理装置１の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。音響処理装置１の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

【符号の説明】

【0096】

Ｓ１…音響処理システム、１…音響処理装置、１０…入出力部、１２…制御部、２０…再生部、３０…収音部、１４…音源位置推定部、１６…音源特定部、１８…出力部、１２０…音源処理部、１２２…周波数分析部、１２４…位相差算出部、１２６…尤度算出部、１２８…尤度統合部、１３４…パワースペクトル算出部、１３６…距離スペクトル算出部、１３８…第１距離推定部、１４０…第２距離推定部、１４２…出力処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】