专利名称：用规则声阵列和单摄像机获取静止声源声场图像的方法
技术领域：
本发明涉及一种用规则声阵列和单摄像机获取静止声源声场图像的方法，属于噪声分 析和控制技术领域。
背景技术：
现代社会噪声已经成为环境污染的一大来源。要有针对性的对噪声进行处理，首先需 要比较精确地获取噪声源的声场，将各个声源分辨出来。而声场的可视化可以使噪声源的 定位分析更加直观，从而为进一步的噪声治理工作提供依据，对噪声测量以及治理工作都 具有重要意义。
目前，世界上针对交通工具类的运动声源，对其声场进行测量分析研究的主要有声全 息方法和阵列方法。全息法测量运动声场受多普勒效应影响很大，其工程实际应用受到了 局限。与全息技术相比，阵列技术在声源识别研究中的应用更为广泛。但是，使用阵列技 术只能获得被测声源的声场特征函数分布图，被测声源的位置不能直观的显示出来。
发明内容
本发明的目的是提出一种用规则声阵列和单摄像机获取静止声源声场图像的方法，使 得静态声源的定位分析更加简单直观。
本发明提出的用规则声阵列和单摄像机获取静止声源声场图像的方法，包括以下步
骤
(1) 在与被测声源相距D处布置规则传声器阵列，在规则传声器阵列的中心设置一
台摄像机；
(2) 启动上述摄像机与传声器阵列，摄像机获取被测声源的一帧图像，经设定时段 后停止传声器阵列，传声器阵列获取该时段内被测声源的声压信号；
(3) 对上述传声器阵列获取的声压信号进行波束成型处理，得到被测声源所在的、 并与传声器阵列平行的平面M上任意一点sfe;7)在上述时段内从^至^时间内的声场特征函
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P,(f)为f时刻第/个传声器接收到的声压信号，<formula>formula see original document page 3</formula>为f时刻M面上任意 一点s(s,77)与第/个传声器之间的物理距离，c为声速，iV为传声器数目，若摄像机每帧 图像之间的时间间隔为Ar，设已经获得了r。时刻的被测声源的图像，取<formula>formula see original document page 3</formula>，遍历被测声源所在的平面M，得到平面M的声场特征函数分布图；(4)将上述被测声源的声场特征函数分布图与上述摄像机获取的视频图像进行空间 坐标叠加。
上述方法中，所述的传声器阵列的布置形式为一字、十字、x形或圆形规则传声器阵 列中的任何一种。
本发明提出的用规则声阵列和单摄像机获取静止声源声场图像的方法，利用规则传声 器阵列获取被测声源的声场数据，利用摄像机获取被测声源的图像，将被测声源的声场特 征函数图与被测声源的图片进行叠加融合，实现声场与图像的融合，使静态声源的定位分 析更加简单直观，为进一步的降噪工作提供更准确的依据。
图1是使用本发明方法的场地布置示意图。
图1中，l是静止声源，2是摄像机，3是传声器阵列，4是前置放大接口箱，5是信 号采集仪，6是电脑。
具体实施例方式
以下结合附图详细介绍本发明提出的基于规则声阵列和单摄像机的获取静止声源声
场图像的方法
(1) 如附图1所示，在与被测静止声源1相距D处布置规则传声器阵列3，图中采用 的是圆形阵列，在规则传声器阵列的中心布置一台摄像机2， D的取值范围为2 6米。
(2) 启动上述摄像机与传声器阵列，摄像机获取被测声源的一帧图像，经设定时段 后停止传声器阵列的工作，传声器阵列获取这段时间内被测声源的声压信号。如图1所示， 信号前置接口箱4对被测声源的声压信号进行放大，提高信噪比。信号采集仪5将经过前 置接口箱4后的声压信号进行滤波放大，转化为数字信号。电脑6对声压信号和视频信号 进行采集和处理。
(3) 对上述传声器阵列获取的声压信号进行波束成型处理，得到被测声源所在的、
并与传声器阵列平行的平面M上任意一点s(e,77)在上述时段内从^至^时间内的声场特征函
数
A(O为,时刻第z'个传声器接收到的声压信号，/,<",2， W，f，7)为f时刻M面上任意
一点s(s，/7)与第Z个传声器之间的物理距离，c为声速，iV为传声器数目，若摄像机每帧
图像之间的时间间隔为厶r，设已经获得了^时刻的被测声源的图像，取^=~-*Ar，
<formula>formula see original document page 4</formula>，遍历被测声源所在的平面M，得到平面M的声场特征函数分布图。
(4)将上述被测声源的声场特征函数分布图与上述摄像机的视频图像进行空间坐标叠加。
权利要求
1、一种用规则声阵列和单摄像机获取静止声源声场图像的方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)在与被测声源相距D处布置规则传声器阵列，在规则传声器阵列的中心设置一台摄像机；(2)启动上述摄像机与传声器阵列，摄像机获取被测声源的一帧图像，经设定时段后停止传声器阵列，传声器阵列获取该时段内被测声源的声压信号；(3)对上述传声器阵列获取的声压信号进行波束成型处理，得到被测声源所在的、并与传声器阵列平行的平面M上任意一点s(ε，η)在上述时段内从t1至t2时间内的声场特征函数<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>p</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>ϵ</mi> <mo>,</mo> <mi>η</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup> <mo>∫</mo> <msub><mi>t</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>t</mi><mn>2</mn> </msub></msubsup><msup> <mi>P</mi> <mn>2</mn></msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>ϵ</mi> <mo>,</mo> <mi>η</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>dt</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008101148840002C1.tif" wi="50" he="7" top= "94" left = "30" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中，<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>P</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>ϵ</mi> <mo>,</mo> <mi>η</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>N</mi></mfrac><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></munderover><msub> <mi>p</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mfrac><mrow> <msub><mi>r</mi><mi>i</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>,</mo><mi>ϵ</mi><mo>,</mo><mi>η</mi><mo>)</mo> </mrow></mrow><mi>c</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008101148840002C2.tif" wi="62" he="11" top= "92" left = "96" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>pi(t)为t时刻第i个传声器接收到的声压信号，t1＜t＜t2，ri(t，ε，η)为t时刻M面上任意一点s(ε，η)与第i个传声器之间的物理距离，c为声速，N为传声器数目，若摄像机每帧图像之间的时间间隔为ΔT，设已经获得了t0时刻的被测声源的图像，取<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>t</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><mi>ΔT</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2008101148840002C3.tif" wi="23" he="9" top= "129" left = "156" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths><maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>t</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><mi>ΔT</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2008101148840002C4.tif" wi="24" he="9" top= "140" left = "21" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>遍历被测声源所在的平面M，得到平面M的声场特征函数分布图；(4)将上述被测声源的声场特征函数分布图与上述摄像机获取的视频图像进行空间坐标叠加。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的传声器阵列的布置形式为一字、十 字、X形或圆形规则传声器阵列中的任何一种。
全文摘要
本发明涉及一种用规则声阵列和单摄像机获取静止声源声场图像的方法，属于噪声分析和控制技术领域。首先布置传声器阵列和一台摄像机；传声器阵列获取被测声源的声压信号，摄像机获取被测声源的图像；对声压信号进行波束成型处理，得到被测声源的声场特征函数分布图，将其与被测声源的图像进行空间坐标叠加。本发明方法使静态声源的定位分析更加简单直观，为进一步的降噪工作提供了更准确的依据。
文档编号G01S5/18GK101290347SQ20081011488
公开日2008年10月22日 申请日期2008年6月13日 优先权日2008年6月13日
发明者兵 李, 李克强, 杨殿阁, 罗禹贡, 艺 袁, 连小珉, 林 邵, 郑四发 申请人:清华大学