CN103903597A - 基于机器视觉的钢琴电子调律方法及装置 - Google Patents

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温强
任小雪
徐大颖
李翠翠
杨雄
孙秋华
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Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉的钢琴电子调律方法及装置，机器视觉单元将采集到的按键图像信息进行解码后输送到数据处理单元中，数据处理单元分析并判断当前被按下的按键位置；同时，声音数据采集单元采集当前按键发出的钢琴声音，将声音数字信号传送到数据处理单元进行处理和存储；数据处理单元根据获得的当前按键位置信息和当前按键发出的声音数字信号，向显示单元发送信号，由显示单元显示当前按键的标准音频率和当前按键所发出的实际音频的频谱图。

Description

基于机器视觉的钢琴电子调律方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于机器视觉的钢琴电子调律方法及装置。
背景技术
机器视觉在工业、农业、军事、医学等领域得到广泛的应用。如产品的尺寸测量、缺陷识别；军事上的导航制导系统；微小尺寸的检测；汽车的外观检查及尺寸测量等等均用到机器视觉，它的应用大大提高了众多领域的自动化和智能化。在传统的钢琴调律方法中，钢琴音律的调节主要是靠钢琴调律师对音律的敏感特性和生理听觉特性对高低音作出判断，并与标准音进行比较来调节钢琴琴弦的紧张和松弛，然而再资深的钢琴师也会受到环境因素和个人因素的影响导致辨识音律不准确产生较大误差，造成调音不准。
目前钢琴调律装置主要有：一、多媒体钢琴标准音发生器装置：该装置的实现原理是利用多媒体计算机组成的钢琴标准音发生器，利用声卡产生对应于钢琴1到8，8个键标准音，而显示器则显示相应的界面，通过鼠标或外接脚踏开关控制发生器，由于钢琴的声音频率会受到鼠标移动、鼠标键按下以及脚踏开关声音频率的影响，会对采集的声音信号造成干扰产生较大误差。二、多功能钢琴音准仪：该装置的实现原理是在确定钢琴理想音律与各音的实际物理音高的关系基础上，将原始的声波进行放大和滤波转换成方波信号，并利用单片机内部的定时器和计数器计时和计数，再利用运算子程序与标准音进行比较计算出各项的结果，最后用软件中断的方式将数据输出到液晶屏上进行显示，该装置运用单片机作为音频处理芯片，其运算速度比较慢，影响高精度的处理声音信号，灵敏度不高。三、钢琴调律标准发生器：该装置利用一电子存储器存储标准音频率，利用声音频率检测装置将声音信号转换为电信号并记录频率和波形，将得到的频率通过一个比较电路与标准音频率进行比较得到结果，最后将结果显示在数码显示器上。该装置测量声音信号的稳定度不够高，抗干扰能力弱，且由于各个琴键间频率相差小，很容易造成无法辨识是哪个琴键被按下，导致调音不准确，精度不高。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于机器视觉的钢琴电子调律方法及装置，钢琴调音便捷、准确。
基于同一发明构思，本发明具有2个独立的技术方案：
1.一种基于机器视觉的钢琴电子调律方法，其特征在于：机器视觉单元将采集到的按键图像信息进行解码后输送到数据处理单元中，数据处理单元分析并判断当前被按下的按键位置；同时，声音数据采集单元采集当前按键发出的钢琴声音，将声音数字信号传送到数据处理单元进行处理和存储；数据处理单元根据获得的当前按键位置信息和当前按键发出的声音数字信号，向显示单元发送信号，由显示单元显示当前按键的标准音频率和当前按键所发出的实际音频的频谱图。
调律时，戴上染色的指套按下钢琴的按键。
机器视觉单元可采用CCD或CMOS摄像头。
显示单元还可显示当前按键的键音名和当前按键音准评价信息。
2.一种实现上述基于机器视觉的钢琴电子调律方法的装置，其特征在于：机器视觉单元和声音数据采集单元的信号输出端接数据处理单元，数据处理单元的信号输出端接显示单元。
机器视觉单元可采用CCD或CMOS摄像头。
本发明具有的有益效果：
本发明通过机器视觉单元将采集当前被按下的按键位置信息，通过声音数据采集单元采集当前按键发出的钢琴声音数字信号，数据处理单元根据前述信息，通过分析比较可由显示单元给出钢琴调律方向的提示，当不同琴键被按下时就会显示不同的标准音频率、键音名和频谱图，通过对频谱图的分析和钢琴调律方向的提示，可自动作出钢琴的音准评价，并自动检测音律的偏移。本发明结构简单，易于使用，具有精度高、信噪比高，抗干扰能力强等优点。
附图说明
图1是本发明钢琴电子调律装置的电路原理框图；
图2是本发明中声音信号频谱图与标准音频率对应示意图。
具体实施方式
本发明钢琴电子调律装置由机器视觉单元1、声音数据采集单元2、数据处理单元3、显示单元4构成;机器视觉单元1和声音数据采集单元2的信号输出端接数据处理单元3，数据处理单元3的信号输出端接显示单元4。机器视觉单元4可采用CCD或CMOS摄像头.
机器视觉单元1将采集的按键图像信息解码后送到数据处理单元3中，数据处理单元3分析并判断当前被按下的按键位置；同时，声音数据采集单元2采集当前按键发出的钢琴声音，将声音数字信号传送到数据处理单元3进行处理和存储；数据处理单元3根据获得的当前按键位置信息和当前按键发出的声音数字信号，向显示单元4（如PC机）发送信号，由显示单元4同时以数字和图形方式显示该按键的标准音频率和它的键音名及该琴键敲击琴弦所发声音信号的频谱图，如图2所示，频谱图中峰值点对应的频率为该按键的主频频率，与标准音频率比较，在显示单元4上给出钢琴调律方向的提示。当按下不同的琴键时，其对应的标准音频率、键音名及该琴键所发声音信号的频谱图就会发生变化，通过对频谱图的分析及钢琴调律方向的提示可自动作出钢琴的音准评价，并自动检测出音律的偏移，进而可以完成钢琴琴弦紧张或松弛的调节。实施时，将被测钢琴5置于明亮的室内，测试者可戴上染色的指套按下钢琴的琴键，突出图像特征，以降低图像识别算法的复杂度并提高算法的可靠。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的钢琴电子调律方法，其特征在于：机器视觉单元将采集到的按键图像信息进行解码后输送到数据处理单元中，数据处理单元分析并判断当前被按下的按键位置；同时，声音数据采集单元采集当前按键发出的钢琴声音，将声音数字信号传送到数据处理单元进行处理和存储；数据处理单元根据获得的当前按键位置信息和当前按键发出的声音数字信号，向显示单元发送信号，由显示单元显示当前按键的标准音频率和当前按键所发出的实际音频的频谱图。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的钢琴电子调律方法，其特征在于：调律时，戴上染色的指套按下钢琴的按键。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的钢琴电子调律方法，其特征在于：机器视觉单元可采用CCD或CMOS摄像头。
4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的钢琴电子调律方法，其特征在于：显示单元还可显示当前按键的键音名和当前按键音准评价信息。
5.一种实现权利要求1所述基于机器视觉的钢琴电子调律方法方法的装置，其特征在于：机器视觉单元和声音数据采集单元的信号输出端接数据处理单元，数据处理单元的信号输出端接显示单元。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：机器视觉单元可采用CCD或CMOS摄像头。
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