CN112858998B - 一种汽车鸣笛抓拍装置现场检定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车鸣笛抓拍装置现场检定系统及方法，检定系统包括汽车鸣笛抓拍装置、支撑杆、标准声源、可拆卸式偏差标记框、信号发生采集装置、功率放大器、同步计时器和计算机。所述汽车鸣笛抓拍装置安装于支撑杆上；可拆卸式偏差标记框设计为汽车的实际边界大小，用于评定鸣笛抓拍装置的定位结果，底部装有万向轮，方便设置标准声源的实际位置；信号发生装置用于驱动声源；同步计时器用于同步声源发声时间以及鸣笛抓拍装置完成抓拍的时间。通过这个系统和方法可以客观地对汽车鸣笛抓拍装置室外现场的定位误差、声光图像时间差指标进行检定。

Description

一种汽车鸣笛抓拍装置现场检定系统及方法

技术领域

本发明涉及声学测量领域，特别涉及一种汽车鸣笛抓拍装置现场检定系统及方法。

背景技术

《中华人民共和国道路交通安全实施条例》第62条规定：驾驶机动车不得在禁止鸣喇叭的区域或者路段鸣喇叭。目前，国内多数路段禁止鸣喇叭，特别是医院、住宅小区、学校等人群密集的区域。

汽车鸣笛抓拍装置是高科技时代下应运而生的智能抓拍系统，是交管部门监控系统中的重要组成部分。在传统执法过程中，只能凭借人耳判定是否鸣笛、哪一辆车鸣笛，采用汽车鸣笛抓拍装置更具科学性和实用性。该系统采用波束形成原理，能够把看不见的声音信号转换成看得见的图像信息对鸣笛汽车进行定位。

但是，车辆在马路中的交错与并行、车辆行驶过程中坐标点实时追踪误差等这些误差项，会影响到系统的准确性。目前市场上的汽车鸣笛抓拍系统价格比较昂贵，其技术参数、精度、用户指南和系统设置各有特点。国内仅有的声源定位校准规范——《声源识别定位系统(波束形成法)校准规范》仅对室内校准作相关技术标准，明确了鸣笛抓拍系统的指标和检测方法。并没有明确给出室外情况下的方法及指标。本发明通过对汽车鸣笛抓拍装置的定位误差、声光图像时间差指标进行检定方法研究，可以提高企业在产品研发过程中使用汽车鸣笛抓拍装置的准确度，为其产品研发和质量升级提供有效的技术保障。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种汽车鸣笛抓拍装置现场检定系统及方法，通过这个系统和方法可以科学高效地对汽车鸣笛抓拍装置现场工作时的定位误差、声光图像时间差指标进行检定。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

本发明装置主要包括汽车鸣笛抓拍装置、支撑杆、标准声源、可拆卸式偏差标记框、信号发生采集装置、功率放大器、同步计时器和计算机。所述的汽车鸣笛抓拍装置固定安装在支撑杆上，支撑杆立于室外道路上，标准声源固定在可拆卸式偏差标记框中间位置的声源支架上。信号发生采集装置采用丹麦B&K公司的PULSE系统，用于驱动标准声源，并采集由鸣笛抓拍装置传输过来的数据信息。鸣笛抓拍装置对其视野内有效识别区域进行监控，实时采集音频信号，将麦克风阵列采集的信号通过波束形成法进行声源定位生成声相云图。计算机处理得到标准声源中心、伪彩图中心的像素坐标以及偏差标记框的周围顶点的像素坐标，后将误差从像素的表现形式转换到世界坐标系下的误差，实现定位误差的检定。在上位机软件控制程序驱动标准声源发声的同时，与信号发生装置相邻位置的计时器开始计时，直到鸣笛抓拍装置自动生成声相云图，得到鸣笛抓拍装置的声光图像时间差时间差。通过对定位误差和声光图像时间差的测量实现汽车鸣笛抓拍装置现场检定的目标。

作为本设计的一种优选技术方案，所述信号发生采集装置通过计算机VC程序控制驱动标准声源发声，同时计算机采集鸣笛抓拍装置生成的声相云图，进一步通过图像处理方法获取标准声源中心、伪彩图中心的像素坐标以及偏差标记框四个顶点的像素坐标位置。

作为本设计的一种优选技术方案，所述鸣笛抓拍装置的摄像头由于朝向位置倾斜向下，获得的图像存在梯形畸变，即出现在图像下方(近端)的物体宽大；出现在图像上方(远端)的物体窄小。本方法根据单目测距原理，结合摄像机光学镜头的成像原理以及其他几何关系，修正了图像中的梯形畸变，推导出图像坐标系与实际世界坐标系的映射关系，进而获得声源定位在世界坐标系下的误差。

本发明的有益效果在于：

1.信号发生采集装置通过程序实现信号输出驱动标准声源发声，标准声源体积较小且能够涵盖市场上各类汽车基本款式喇叭的电声特性，代替实际的汽车到现场进行检定实验，方便汽车鸣笛抓拍装置的现场检定工作。

2.设计的可拆卸式偏差标记框如图所示，由两个3m*1.2m的标记框并列组成，其功能是模仿汽车的实际边界大小，评定鸣笛抓拍装置的定位结果。可拆卸式偏差标记框有两大优点：一是易于组装和拆卸，方便收纳；二是底部安装了带有刹车的万向轮，方便移动以及固定位置。

3.所采用的坐标轴转换方法，结合摄像机光学镜头的成像原理以及其他几何关系，推导出图像坐标系与实际世界坐标系的映射关系，对摄像头视野图像中的梯形畸变进行了修正，方便了对定位误差的计算以及定量评判。

4.该方法通过同步计时器，可以较准确地采集声源发声的时间点以及鸣笛抓拍装置完成抓拍的时间点，通过计算得到声光图像时间差，实时实地检测鸣笛抓拍装置的性能。

5.该方法用于鸣笛抓拍装置误差结果的评判，突破了目前国内外还没有统一的标准和规范来衡量汽车鸣笛抓拍装置的标准，便于对汽车鸣笛抓拍装置的现场在线检定，为计量部门制定规范、开展研究提供了技术思路，也为企业在产品研发和质量升级提供有效的技术保障。

附图说明

图1为本发明对鸣笛抓拍装置定位误差的检定示意图；

图2为本发明中可拆卸式偏差标记框的示意图；

图3为本发明中汽车鸣笛抓拍装置现场检定系统的坐标轴转换原理图；

图4为本发明声光图像时间差测量示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体实施方式和附图对本发明的检定方法作进一步描述，从而本发明的有益效果将进一步明确。

如图1所示鸣笛抓拍装置现场检定的系统装置主要包括汽车鸣笛抓拍装置1—1、支撑杆1—2、标准声源1—3、可拆卸式偏差标记框1—4、功率放大器1—5、信号发生采集装置1—6和计算机1—7。汽车鸣笛抓拍装置1—1安装于马路的支撑杆1—2上；可拆卸式偏差标记框1—4放置于汽车鸣笛抓拍装置1—1的摄像头视野的有效识别区域内；标准声源1—3放置于可拆卸式偏差标记框1—4中心的声源托盘上，左右分别放置一个标准声源1—3，用于发出汽车喇叭声，触发汽车鸣笛抓拍装置1—1抓拍生成云图。计算机1—7一方面连接信号发生采集装置1—6，编程控制其发生特定波形和频率的信号，再通过功率放大器1—5放大信号，最后传输到标准声源1—3，另一方面与汽车鸣笛抓拍装置1—1相连，获取声相云图及相关数据，进行图像处理，获得标准声源中心、伪彩图中心的像素坐标以及偏差标记框四个顶点的像素坐标位置。

如图2所示鸣笛抓拍装置现场检定的系统装置的可拆卸式偏差标记框主要包括PVC黑管2—1、PVC透明管2—2、声源托盘2—3、PVC管道接头2—4和万向轮2—5。可拆卸式偏差标记框在鸣笛抓拍装置现场检定过程主要有两个作用：一是改变标准声源的位置；二是用于判定鸣笛抓拍装置的定位结果是否合格，若云图中伪彩图的中心落在偏差标记框内，则判为合格。可拆卸式偏差标记框由PVC黑管2—1组成其主体部分，PVC透明管2—2用于设置中心的声源托盘和维持偏差标记框不发成形变。声源托盘2—3用于放置标准声源。由于整个偏差标记框尺寸为3m*1.2m，由0.6m*8段、0.5m*6段、1m*6段的PVC黑管2—1，和0.6m*4段的PVC透明管2—2组装而成，通过PVC管道接头2—4连接在一起。万向轮2—5固定在可拆卸式偏差标记框的四周顶点和中心，用于移动可拆卸式偏差标记框的位置，同时万向轮2—5带有刹车可防止其在固定位置滑动。

如图4所示本系统鸣笛抓拍装置声光图像时间差测量系统主要包括汽车鸣笛抓拍装置4—1、标准声源4—2、功率放大器4—3、信号发生采集装置4—4计算机4—5和同步计时器4—6。计算机4—5控制信号发生采集装置4—4发射所需激励信号，经过功率放大器4—3放大后驱动标准声源4—2工作，同时让信号发生采集装置4—4发送信号给同步计时器4—6，记录声源发生时间，汽车鸣笛抓拍装置4—1抓拍到图像后向同步计时器4—6发送信号，记录鸣笛抓拍装置完成抓拍的时间点，从而得到声光图像时间差。

本发明涉及一种基于动态特性的汽车鸣笛抓拍装置现场校准方法，包括以下步骤：

步骤一：汽车鸣笛抓拍装置安装在室外道路上，高度为6m，在鸣笛监测系统定位参考点附近，布置2个鸣笛声源，并在每个鸣笛声源周围布置偏差标记框。鸣笛声源发声方向正对鸣笛监测系统，偏差标记框布置于道路路面上、高度不应超过鸣笛声源，偏差标记框如图2所示。每次随机控制其中的一个发出持续0.5s以上的鸣笛声。鸣笛抓拍装置输出的声相云图中的鸣笛声源中心十字标记的中心点落在发声的鸣笛声源周围偏差标记框内，则判定为该次鸣笛声定位误差测试合格，同时计算机保存其带有伪彩图的声相云图。

步骤二：在计算机内的声相云图数据进行图像处理，通过背景消除、二值化、膨胀、腐蚀后得到偏差标记框和伪彩图的轮廓，再通过边缘提取和数学计算得到其像素坐标值。结合摄像机光学镜头的成像原理以及其他几何关系，修正图像中的梯形畸变，如图3所示为本系统的坐标轴转换原理图，其中汽车鸣笛抓拍装置3-1拍摄声相云图，(1)侧视图中H为安装高度，Dmin为图像底边到摄像头的实际距离，Dmax为图像顶边到摄像头的实际距离，α为汽车鸣笛抓拍装置3-1摄像头的俯仰角，θ为摄像头的垂直视场角，Δθ为步进小角度，(2)俯视图中width和height分别为图像的像素宽度和高度，(x，y)为伪彩图中心在像素坐标系的坐标，以图像的左上方为原点，(X，Y)为伪彩图中心在世界坐标系下，以汽车鸣笛抓拍装置3-1的竖直向下投影点为原点的坐标。通过图像坐标系与实际世界坐标系的映射关系，将转换后的伪彩图中心坐标(X，Y)与声源实际位置(P，Q)对比计算，进而获得声源定位在世界坐标系下的定位误差M，实现对汽车鸣笛抓拍装置的定位误差M的检定。

有关计算公式为：

步进小角度

距离摄像头水平距离Y＝H·tan(α+Δθ)

Y对应的实际水平视野宽度B＝Y·tan(β/2)

距离摄像头水平距离

定位误差

步骤三：如图4所示为声光图像时间差测量示意图，操作计算机的上位机界面，控制信号发生采集装置发射所需激励信号，经过功率放大器放大后驱动标准声源工作，同时让信号发生装置发送信号给同步计时器，记录下声源发声的时间点t₀；鸣笛抓拍装置完成抓拍并发送信号给同步计时器，记录下鸣笛抓拍装置完成抓拍的时间点t₁；再计算两个时间点的差值，从而实现对汽车鸣笛抓拍装置的声光图像时间差的检定。可得声光图像时间差T为：

T＝t₁-t₀

综上所述，本发明对汽车鸣笛抓拍装置的定位误差、声光图像时间差提供了检定方法及系统，搭建了汽车鸣笛抓拍装置的现场检定系统，主要包括汽车鸣笛抓拍装置、支撑杆、标准声源、可拆卸式偏差标记框、信号发生采集装置、功率放大器、同步计时器和计算机。通过实地模拟汽车鸣笛，检测汽车鸣笛抓拍装置抓拍的定位误差和声光图像时间差。

Claims (2)

1.一种汽车鸣笛抓拍装置现场检定系统，包括汽车鸣笛抓拍装置、支撑杆、标准声源、可拆卸式偏差标记框、信号发生采集装置、功率放大器、同步计时器和计算机，其特征在于：

所述的汽车鸣笛抓拍装置安装于马路的支撑杆上；标准声源固定在可拆卸式偏差标记框中间位置的声源支架上；信号发生采集装置采用丹麦B&K公司的PULSE系统，用于驱动标准声源，并采集由鸣笛抓拍装置传输过来的数据信息；可拆卸式偏差标记框由两个3m*1.2m的标记框并列组成，其功能是模仿汽车的实际边界大小，评定鸣笛抓拍装置的定位结果，其底部安装了带有刹车的万向轮，方便移动以及固定标准声源相对于鸣笛抓拍装置的位置；同步计时器分别与信号发生采集装置、汽车鸣笛抓拍装置相连，用于同步标准声源发声的时间以及汽车鸣笛抓拍装置完成抓拍的时间。

2.一种汽车鸣笛抓拍装置现场检定方法，使用权利要求1中的汽车鸣笛抓拍装置现场检定系统，其特征包括以下步骤：

步骤一：汽车鸣笛抓拍装置安装在室外道路上，高度为6m，在鸣笛监测系统定位参考点附近，布置2个鸣笛声源，并在每个鸣笛声源周围布置偏差标记框，鸣笛声源发声方向正对鸣笛监测系统，偏差标记框布置于道路路面上、高度不应超过鸣笛声源，每次随机控制其中的一个发出持续0.5s以上的鸣笛声，鸣笛抓拍装置输出的声相云图中的鸣笛声源中心十字标记的中心点落在偏差标记框内，则判定为该次鸣笛声定位误差测试合格，首先得到定性结果，同时计算机保存其带有伪彩图的声相云图;

步骤二：在计算机内的声相云图数据进行图像处理，通过背景消除、二值化、膨胀、腐蚀后得到偏差标记框和伪彩图的轮廓，再通过边缘提取和数学计算得到伪彩图中心的像素坐标值(x,y)，通过图像坐标系与实际世界坐标系的映射关系，修正图像中的梯形畸变，将转换后的伪彩图中心坐标(X,Y)与声源实际位置(P,Q)对比计算，进而获得声源定位在世界坐标系下的定位误差，实现对汽车鸣笛抓拍装置的定位误差的检定;

步骤三：操作计算机的上位机界面，控制信号发生采集装置发射所需激励信号，经过功率放大器放大后驱动标准声源工作，同时让信号发生装置发送信号给同步计时器，记录下声源发声的时间点，鸣笛抓拍装置完成抓拍并发送信号给同步计时器，记录下鸣笛抓拍装置完成抓拍的时间点，再计算两个时间点的差值，从而实现对汽车鸣笛抓拍装置的声光图像时间差的检定。