CN102879763B - 采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种噪声源定位系统及方法，调整摄像头位置与焦距使拍摄的图像包含待测区域并拍摄一张图像作为背景图存至上位机；将光源固定到声强探头上，声强探头与数据采集仪连接；通过滤光使摄像头拍摄的图像突显出光源色彩；移动声强探头在待测区域表面匀速扫描，脉冲信号发生器输出触发信号，摄像头连续拍摄，记录光源运动图像，数据采集仪记录触发信号和声学信号，同步声学信号和图像拍摄时间；探测结束后，处理图像，获得光源在图片中位置；提取声学信号，获得对应时刻的声学物理量信息；将探测区域划分为三角形单元，节点为所有时刻采集到的光源位置，采集到的声学物理量作为云图计量值，得到声场云图并显示。本发明实现了快速定位，测量准确、精度高。
Description
技术领域
本发明涉及噪声源定位方法，尤其涉及一种采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统及方法。
背景技术
为了有效地控制噪声，在降噪措施实施以前，必须首先进行噪声源诊断，确定各主要噪声源的位置及其特性。随着现代信号处理技术的发展，谱分析技术，相干和偏相干分析技术、声强探测技术、波束形成、以及近场声全息技术等得到了迅速地发展。
在这些方法中，声强探测技术由于使用的传感器少，操作简易，成为噪声源定位方法中的低成本、高效率工具。声强探测技术通过分析声强的大小变化，确定噪声源的方位。
经对现有技术文献的检索发现，利用声强测量的方法确定噪声源的位置是一项广泛使用的技术，在一些声学相关的书籍中都有介绍。并且，现有技术文献中的中国专利中包含了多件关于声强测量的专利申请，分别是[1]专利号：ZL 200920071356.9，名称为：“声场测量仪”；[2]专利号ZL 200820235734.8，名称为：“一种用于声场测最的辅助装置”；[3]申请号200910185837.7，名称为：“一种声强测试支架”；[4]专利号ZL200420079571.0，名称为：“噪声自动测量分析装置”。然而，该些专利均未涉及采用图像识别技术对测点的空间位置进行定位的内容，其发明只是涉及了探测设备中与机械结构设计相关的方法。并且，上述现有技术的装置及方法中，均没有说明如何采用快速的定位方法，确定测量点的位置，在测量时需要预先设置好测量位置，并且每次测量后记录测量位置，这种方式不便于工程应用，效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统，快速确定噪声源的位置，并可以用图像的方式快速确定噪声源。相比较于目前的技术，本系统可以保证定位的准确、快速和便捷，以及成像后的结果具有可视性的特点，且本系统适合于光线不佳的环境。本系统适用于探测结构声辐射的声场分布，能快速可视化结构表面的声压、质点速度及声强分布。
本发明的另一目的在于提供一种采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位方法，快速确定噪声源的位置，并可以用图像的方式快速确定噪声源。相比较于目前的技术，本方法可以保证定位的准确、快速和便捷，以及成像后的结果具有可视性的特点，且本方法适合于光线不佳的环境。本方法适用于探测结构声辐射的声场分布，能快速可视化结构表面的声压、质点速度及声强分布。
为达到上述目的，本发明提供一种采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统，包括：摄像头、声强探头、光源、数据采集仪、脉冲信号发生器和上位机，摄像头与上位机连接，光源设置在声强探头上，声强探头与数据采集仪连接，脉冲信号发生器与摄像头和数据采集仪连接，数据采集仪连接至上位机。
依照本发明较佳实施例所述的采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统，其还包括电源，该电源与光源连接。
依照本发明较佳实施例所述的采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统，该电源采用电池或稳压电源。
依照本发明较佳实施例所述的采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统，该光源采用发光二极管。
为达到上述目的，本发明还提供一种采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位方法，包括以下步骤：
步骤一：设定待测结构或声源的探测区域，调整摄像头位置与焦距使其拍摄的图像包含待测区域，并将摄像头信号连接到上位机接口，拍摄一张图像作为背景图保存在上位机中；
步骤二：将光源固定到声强探头附近，提供电源使其发光，将声强探头信号导线连接到数据采集仪上，并通过滤光使摄像头拍摄的图像中突显出光源的色彩，过滤背景中其他颜色；
步骤三：移动声强探头在结构或声源的待测区域表面附近匀速扫描，脉冲信号发生器输出触发信号，使摄像头连续拍摄，记录光源运动的图像，同时数据采集仪记录触发信号和声学信号，以触发信号作为时间校准的参考信号，同步声学信号和图像拍摄的时间；
步骤四：扫描探测结束后，处理拍摄的图像，获得光源在图片中位置；提取声学信号，获得对应时刻的声学物理量信息；
第五步、将探测区域划分为三角形单元，其节点为所有时刻采集到的光源位置，采集到的声学物理量作为云图的计量值，得到声源表面附近的声场云图并显示，该声场云图即声学物理量的分布图。
依照本发明较佳实施例所述的采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位方法，第二步中过滤背景中的其他颜色后，图片中除光源以外的颜色接近于灰色。
依照本发明较佳实施例所述的采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位方法，步骤四进一步包括：
（1）通过比较每帧数字图像的GBR数值，获得光源在图片中位置，然后将所有位置作为一个集合，映射到第一步中拍摄的背景图上。
（2）以触发信号作为时间校准的参考信号，同步声学信号和图像拍摄的时间，提取对应每个探头测点位置的声学物理量信息。
依照本发明较佳实施例所述的采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位方法，该电源采用电池或稳压电源。
依照本发明较佳实施例所述的采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位方法，上述的声学物理量信息包括：声压、质点速度和声强。
依照本发明较佳实施例所述的采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位方法，该触发信号采用固定频率。
本发明利用图像处理技术，实现了声强探头位置的快速定位。在采集过程中用光源作为定位对象，通过滤光技术避免了背景色的干扰，提高了图像定位的精度；利用发光源进行定位，使得本方法在光线不佳的情况下也可以使用；采用云图输出方式，能以可视化的方式快速定位噪声源。利用本发明能够准确的定位探头移动的位置，无须预先设定测量位置和逐次记录测量位置，降低了测试难度和复杂性。同时，本发明可以满足光线不佳情形下的测试，降低了测试条件。因此，与现有技术相比，本发明实现了快速定位、具有测试方便且测量准确、精度高的优点，便于工程应用，效率高。
附图说明
图1为本发明一种采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统的应用示意图；
图2为本发明实施例的声强探头的放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图，具体说明本发明。
请参阅图1，一种采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统，包括：摄像头1、声强探头2、光源3、数据采集仪4、上位机5和脉冲信号发生器6，摄像头1与上位机5连接，光源3设置在声强探头2上，声强探头2与数据采集仪4连接，脉冲信号发生器6与摄像头1和数据采集仪4连接，数据采集仪4连接至上位机5。
摄像头1固定，并对准结构或声源表面的待测区域，用以拍摄待测区域。光源3采用发光二极管或类似光源，其绑定在声强探头2上，为摄像头1提供拍摄光源。声强探头2与安装在探头上的光源3在靠近结构或声源的表面按照均匀的速度移动，用以采集声学信号。本发明还包括一个电源与光源3连接，为光源3供电，具体的电源采用电池或稳压电源。数据采集仪4用以记录声强探头2采集到的声学信号和脉冲信号发生器6发出的触发信号，同步声学信号和图像拍摄的时间。脉冲信号发生器6用于控制发出触发信号（0-1信号），使得摄像头1按照一定频率拍摄待测区域，并同时通过数据采集仪4记录声强探头的信号。上位机5用以在探测结束后对拍摄到的每帧图像进行处理，获取光源在图像中的位置，然后找到对应此帧图像拍摄时刻的声学物理量，最后输出声场分布云图。具体的，上位机5进一步包括：
滤光处理单元：与摄像头1连接，用以对摄像头1进行滤光处理，使摄像头1拍摄的图像中突显出光源的色彩，过滤背景中其他颜色。
开关处理单元：与摄像头1和数据采集仪4连接，记录摄像头1连续拍摄的光源3的运动图像，以及数据采集仪4采集到的声学信号、触发信号，记录的图像。
声信号处理单元：与数据采集仪4连接，处理采集的声学信号和触发信号，获得声学物理量的时频域物理值，并用触发信号同步声学信号与图像拍摄时间。
图像处理单元：与摄像头1连接，处理拍摄的图像，获得光源在图片中位置；提取声学信号，获得对应时刻的声学物理量信息。
云图处理单元：与图像处理单元结合，用以将拍摄到的探测区域划分为三角形单元，其节点为所有时刻采集到的光源位置，采集到的声学物理量作为云图的计量值，由此可得到声源表面附近的声场云图，即声学物理量的分布图。
显示单元：与云图处理单元连接，用以显示得到的声学物理量的分布图。
脉冲信号发生器6具体为：输出固定频率的触发信号，频率可以预先设定为f＝100Hz，有开关按钮，开始测量时打开开关输出触发信号，使摄像头和数据采集仪开始工作，测量结束时关闭按钮，停止输出触发信号，结束摄像头和数据采集仪工作。
以上对本发明采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统进行了详细的说明，基于上述的系统，本发明还提供一种采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位方法，包括以下步骤：
步骤一：设定待测结构或声源的探测区域，调整摄像头位置与焦距使其拍摄的图像包含待测区域，并将摄像头信号连接到上位机接口，拍摄一张图像作为背景图保存在上位机中。
步骤二：将光源固定到声强探头附近，提供电源使其发光，将声强探头信号导线连接到数据采集仪上，并通过滤光使摄像头拍摄的图像中突显出光源的色彩，过滤背景中其他颜色。
具体的，电源采用电池或稳压电源。更进一步地，过滤背景中的其他颜色后，图片中除光源以外的颜色接近于灰色。
步骤三：移动声强探头，在结构或声源的待测区域表面附近匀速扫描，上位机输出触发信号，使摄像头连续拍摄，记录光源运动的图像，同时数据采集仪记录触发信号和声学信号，以触发信号作为时间校准的参考信号，同步声学信号和图像拍摄的时间。
本发明的触发信号采用固定频率，且f＝100Hz。
步骤四：扫描探测结束后，处理拍摄的图像，获得光源在图片中位置；提取声学信号，获得对应时刻的声学物理量信息。该步骤进一步包括：
（1）通过比较每帧数字图像的GBR数值，获得光源在图片中位置，然后将所有位置作为一个集合，映射到第一步中拍摄的背景图上。
（2）以触发信号作为时间校准的参考信号，同步声学信号和图像拍摄的时间，提取对应每个探头测点位置的声学物理量信息。
该声学物理量信息具体包括：声压、质点速度和声强。
第五步、将探测区域划分为三角形单元，其节点为所有时刻采集到的光源位置，采集到的声学物理量作为云图的计量值，得到声源表面附近的声场云图并显示，该声场云图即声学物理量的分布图。
以下结合具体实施例对本发明的采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位方法作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
请同时参照图1，一种采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位方法，包括以下步骤：
1、以立式空调室内机作为待测声源，检测其下半部分区域的声场分布，调整摄像头1位置与焦距使其拍摄的区域包含待测区域，并将摄像头1信号连接到上位机5的接口，拍摄一张图像作为背景图保存在上位机5中。
2、将发光二极管作为光源3固定到声强探头2附近，用电池供电使其发光，将声强探头2信号导线连接到数据采集仪4上。通过上位机5进行滤光处理，使摄像头1拍摄的图像中突显出光源3的色彩，过滤背景中其他颜色。
3、移动声强探头2在待测区域表面附近匀速扫描，脉冲信号发生器6输出一个固定频率f=100Hz的触发信号，使摄像头1连续拍摄，记录光源运动的图像，同时数据采集仪4记录下触发信号和声学信号，同步声学信号和图像拍摄的时间。
4、扫描探测结束后，上位机5的图像处理单元处理拍摄的图像，通过比较数字图像的GBR数值，获得光源3在图片中位置，并且，提取声学信号，获得对应时刻的声压、质点速度和声强等声学物理量信息。
5、上位机5的云图处理单元将探测区域划分为三角形单元，其节点为所有时刻采集到的光源位置，采集到的声学物理量作为云图的计量值。由此就可以得到声源表面附近的声场云图，即声学物理量的分布图。
6、云图处理单元将声学分布图覆盖到背景图上，得到的图为待测区域表面附近的可视化云图。此图可以用于判定噪声源的位置，最后通过显示单元显示出来。
本发明实现了快速确定噪声源的位置，并可以用图像的方式快速确定噪声源。相比较于目前的技术，本方法可以保证定位的准确、快速和便捷，以及成像后的结果具有可视性的特点，且本方法适合于光线不佳的环境。本方法适用于探测结构声辐射的声场分布，能快速可视化结构表面的声压、质点速度、声强分布。
以上所述，仅是本发明的较佳实施实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。
Claims (1)
1.一种采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统的快速定位方法，所述采用图像识别与声强扫描的噪声源快速定位系统包括：摄像头、声强探头、光源、数据采集仪、脉冲信号发生器和上位机，所述摄像头与所述上位机连接，所述光源设置在所述声强探头上，所述声强探头与所述数据采集仪连接，所述脉冲信号发生器与所述摄像头和所述数据采集仪连接，所述数据采集仪连接至所述上位机；
其特征在于，利用图像处理技术，实现声强探头位置的快速定位，具体包括以下步骤：
步骤一：设定待测结构或声源的探测区域，调整摄像头位置与焦距使其拍摄的图像包含待测结构或声源的探测区域，并将摄像头信号连接到上位机接口，拍摄一张图像作为背景图保存在上位机中；
步骤二：将光源固定到声强探头附近，提供电源使其发光，将声强探头信号导线连接到数据采集仪上，并通过滤光使摄像头拍摄的图像中突显出光源的色彩，过滤背景中其他颜色，过滤背景中的其他颜色后，图片中除光源以外的颜色接近于灰色；
步骤三：移动声强探头在待测结构或声源的探测区域表面附近匀速扫描，脉冲信号发生器输出触发信号，使摄像头连续拍摄，记录光源运动的图像，同时数据采集仪记录触发信号和声学信号，以触发信号作为时间校准的参考信号，同步声学信号和图像拍摄的时间；
步骤四：扫描探测结束后，处理拍摄的图像，获得光源在图片中位置；提取声学信号，获得对应时刻的声学物理量信息，包括以下步骤：
(1)通过比较每帧数字图像的GBR数值，获得光源在图片中位置，然后将所有位置作为一个集合，映射到步骤一中拍摄的背景图上；
(2)以触发信号作为时间校准的参考信号，同步声学信号和图像拍摄的时间，提取对应每个探头测点位置的声学物理量信息；
步骤五：将探测区域划分为三角形单元，其节点为所有时刻采集到的光源位置，采集到的声学物理量作为云图的计量值，得到待测结构或声源的探测区域表面附近的声场云图并显示，该声场云图即声学物理量的分布图。
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150311 Termination date: 20170911 |