CN113712543A - 用于真人hrtf测量的头位自标定与自定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于真人HRTF测量的头位自标定与自定位方法，其特征在于，所述方法包括：选取声源分布空间球球心的标记平面，并对所述声源分布空间球球心的标记平面进行标记；选取人头头心的标记平面，并对所述人头头心的标记平面进行标记；被测者自主头位标定；被测者自主头位定位。利用本发明方案，可以有效解决真人HRTF测量中的头部标定和定位问题，提高真人HRTF测量精度和测量效率。

Description

用于真人HRTF测量的头位自标定与自定位方法

技术领域

本发明涉及虚拟空间听觉的声信号处理与测量技术领域，具体涉及一种用于真人HRTF测量的头位自标定与自定位方法。

背景技术

头相关传递函数HRTF(Head Realated Transfer Functions，HRTF)描述了自由声场中声源到双耳的声学传输关系，它与声源位置、频率等参数有关，包含了声波到达双耳的声级差(Interaural Level Difference，ILD)、时间差(Interaural Time Difference，ITD)、以及相位差(Interaural Phase Difference，IPD)等因素，是人脑听觉定位的重要线索，也是空间虚拟听觉研究的重要基础。HRTF将空间各方位声音到双耳的传播过程描述为左右的两个传播信道，用以构建双声道虚拟声，重现空间三维声音。

实验测量是获得人头HRTF的重要方法和手段，通过测量消声室内空间球面上各点声源到双耳的信号传播数据，可以得到人头HRTF。在HRTF测量中，人头的标定与定位影响HRTF测量数据精度。受人的感知定位和生理特性所限，被测者很难将自己头部中心准确标定定位在声源分布球型空间的虚拟球心上。一般都是测量者目测头心和球心的偏离程度，指导被测者调整头部位姿以标定和定位头心。这种目测标定和定位方法的精度不高，而且严重影响测量效率。在一些真人HRTF测量中，通常采用空间球面各点到人头的距离标定定位头位，或者用光电经纬仪定位头位，但这些方法被测者不能自主定位，仍然影响测量精度和测量。

发明内容

本发明提供一种用于真人HRTF测量的头位自标定与自定位方法，以有效解决真人HRTF测量中的头部标定和定位问题，提高真人HRTF测量精度和测量效率。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种用于真人HRTF测量的头位自标定与自定位方法，所述方法包括：

选取声源分布空间球球心的标记平面，并对所述声源分布空间球球心的标记平面进行标记；

选取人头头心的标记平面，并对所述人头头心的标记平面进行标记；

被测者自主头位标定；

被测者自主头位定位。

可选地，所述声源分布空间球球心的标记平面包括：赤道面、矢状面、冠状面；所述选取声源分布空间球球心的标记平面包括：

选取声源分布空间球的最大水平截面作其赤道面；

选取与所述赤道面垂直的两个正交垂直平面分别作为其矢状面和冠状面。

可选地，所述对所述声源分布空间球球心的标记平面进行标记包括：

用可视记号分别标记所述声源分布空间球球心的赤道面与消声室墙壁的交线、以及矢状面与消声室墙壁的交线；或者

用可视记号分别标记所述声源分布空间球球心的赤道面与消声室墙壁的交线、以及冠状面与消声室墙壁的交线。

可选地，所述对所述声源分布空间球球心的标记平面进行标记还包括：

标记测量精度容差上下限。

可选地，所述可视记号为几何线条。

可选地，所述人头头心的标记平面包括人头的赤道面、矢状面、冠状面；所述取人头头心的标记平面包括：

选取双目连线所在水平面为人头的赤道面；

选取双耳连线所在垂直平面为人头的矢状面；

选取鼻中线所在垂直平面为人头的冠状面。

可选地，所述对所述人头头心的标记平面进行标记包括：

在人头的赤道面、矢状面、冠状面上做标记记号。

可选地，所述对所述人头头心的标记平面进行标记还包括：

对人头上的标记记号做镜像，使被测者能够目视观察到自己头上的标记记号。

可选地，所述被测者自主头位标定包括：

被测者自主调整头部姿态将头心与球心的对应平面标记重合。

可选地，所述被测者自主头位定位包括：

被测者自主调整测量过程中头部与标定位置的偏离，将头心与球心的对应平面标记对齐。

本发明实施例提供的用于真人HRTF测量的头位自标定和自定位方法，基于三个互相垂直的平面相交于空间一点的原理，选取赤道面、矢状面和冠状面分别标记声源空间分布虚拟球心的空间位置和头心在人头内的位置，并用可被被测者目视观察的符号作为平面标记，被测者通过观察标记自主调整头部姿态使相应平面标记重合和对齐，用平面配准定位达到空间两点的精准对齐，把真人HRTF测量中不规则人头中心精准标定在空间虚拟球心上，能够在真人HRTF测量过程中实时自主定位头位，提高了真人HRTF测量精度和测量效率。

附图说明

图1是本发明实施例用于真人HRTF测量的头位自标定和自定位方法的流程图；

图2是本发明实施例中声源分布空间球型的赤道面、矢状面、冠状面的示意图；

图3是本发明实施例中声源分布空间球型的赤道面和矢状面标记记号示意图；

图4是本发明实施例中声源分布空间球型的赤道面和冠状面标记记号示意图；

图5是本发明实施例中人头的赤道面、矢状面、冠状面的示意图；

图6是本发明方法中人头的赤道面、矢状面、冠状面标记镜像的示意图；

图7是本发明实施例中将人头上的标记记号做镜像的一种示例；

图8是基于本发明实施例提供的头位自标定和自定位方法的一个具体实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例进一步详细说明。

针对真人HRTF测量的头位标定定位问题，本发明实施例提供一种用于真人HRTF测量的头位自标定和自定位方法，基于三个互相垂直的平面相交于空间一点的原理，选取赤道面、矢状面和冠状面分别标记真人HRTF测量的声源空间分布球心和人头头心，用平面标记的重合对齐标定和定位头心在球心上的位置，被测者能够目视平面标记自主调整头部姿态，实现真人HRTF测量的头位自标定与自定位。

如图1所示，是本发明实施例真人HRTF测量的头位自标定与自定位方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101，选取声源分布空间球心的标记平面，并对所述标记平面进行标记。

所述标记平面包括声源分布空间球的赤道面、矢状面、冠状面。

具体地，首先选取声源空间分布球的最大水平截面为赤道面，然后选取与所述赤道面垂直的两个正交垂直平面分别作为其矢状面和冠状面。比如，可以先选取一个与赤道面垂直的最大垂直截面为矢状面或者冠状面，然后再选取另外一个与这两个平面都垂直的最大垂直截面为冠状面或者矢状面。

声源分布空间球赤道面是唯一的，只要再选定一个与其垂直的平面，则其矢状面和冠状面就能唯一确定。

赤道面、矢状面、冠状面这三个平面的交点即标记出声源分布空间球心在空间的位置。也就是说，只要声源空间分布确定，则其球心在空间的位置就确定，选定一组声源空间分布球的赤道面、矢状面、冠状面就能用三个平面交点将球心标记出来。

对所述声源分布空间球球心的标记平面进行标记，是指给声源分布空间球的赤道面、矢状面和冠状面做记号。

具体地，就是在HRTF测量的消声室内壁上，给选定的一组声源分布虚拟空间球的赤道面、矢状面和冠状面与消声室内壁的交线做记号，用以标记声源分布虚拟空间球的赤道面、矢状面和冠状面。

更进一步地，用可视记号做标记，使被测者能够目视观察到。

如图2所示，示出了声源分布空间虚拟球的赤道面201、矢状面202和冠状面203，这三个面进一步延伸到HRTF测量的消声室内壁上形成的交线，就是用以标记球心的三个相互垂直平面的标记。

如图3所示，是声源空间分布球的赤道面和矢状面标记在消声室墙壁400上的几何线条记号401、402、403、404、405、406。其中401和404分别标记赤道面与墙壁的交线、矢状面与墙壁的交线，402和403、405和406分别是测量精度容差上下限标记。几何线条标记记号只作为本发明标记记号的一种，实际并不限于此，凡能够将声源空间分布球的赤道面和矢状面与消声室内壁交线标记出来，并能被人眼看到的记号，均属于本发明所述范畴。

如图4所示，是声源空间分布球的赤道面和冠状面标记在消声室墙壁500上的几何线条记号401、402、403、504、505、506，其中401和404分别标记赤道面与墙壁的交线、冠状面与墙壁的交线，402和403、505和506分别是测量精度容差上下限标记。几何线条标记记号只作为本发明标记记号的一种，实际并不限于此，凡能够将声源空间分布球的赤道面和冠状面与消声室内壁交线标记出来，并能被人眼看到的记号，均属于本发明所述范畴。

步骤102，选取人头头心的标记平面，并对所述平面进行标记。

所述标记平面包括人头的赤道面、矢状面、冠状面。

具体地，选取双目连线所在水平面为人头的赤道面，双耳连线所在垂直平面为人头的矢状面，鼻中线所在垂直平面为人头的冠状面。

人头的赤道面、矢状面和冠状面是唯一的，也就唯一确定了人头中心。

对人头头心的标记平面进行标记，是指给人头的赤道面、矢状面和冠状面做记号。具体地，在人头的双目连线、双耳连线、鼻中线做记号，用以标记人头的赤道面、矢状面和冠状面。

更进一步地，还可以将人头上的标记记号做镜像，使被测者能够目视观察到。

需要说明的是，所述人头镜像标记包括但不限于光学镜像标记，凡能实现被测者目视观察到自己头上标记记号的方法均属于本发明所述镜像。

如图5所示，是人头的赤道面301、矢状面302和冠状面303，这三个面与人头相切的交线分别是双目连线、双耳连线、鼻中线。

如图6所示，是人头的赤道面、冠状面的镜像平面镜600，挂在消声室内壁500上，镜面上有互相垂直的标记线601、602、603、604、605、606，分别与消声室内壁上的赤道面、冠状面标记线401、402、403、504、505、506重合，这样平面镜中人头像的双眼连线、鼻中线只要与601、604重合，即与声源空间分布球的赤道面和冠状面标记401、504重合。

步骤103，被测者自主头位标定。

所述标定是HRTF测量时的头位初始位的定标，即头心与球心的重合。

具体地，就是被测者通过观察头心和球心的标记，通过自主调整头部，使头心镜像标记与球心标记重合。

步骤104，被测者自主头位定位。

所述定位是HRTF测量过程中的头位保持，即头心在球心处的动态对齐。

具体地，就是被测者通过观察头心和球心的标记，通过自主调整头部，使头心镜像标记与球心标记持续保持对齐，不超过测量要求的容差范围。

本发明实施例提供的用于真人HRTF测量的头位自标定和自定位方法，基于三个互相垂直的平面相交于空间一点的原理，选取赤道面、矢状面和冠状面分别标记声源空间分布虚拟球心的空间位置和头心在人头内的位置，并用可被被测者目视观察的符号作为平面标记，被测者通过观察标记自主调整头部姿态使相应平面标记重合和对齐，用平面配准定位达到空间两点的精准对齐，把真人HRTF测量中不规则人头中心精准标定在空间虚拟球心上，能够在真人HRTF测量过程中实时自主定位头位，提高了真人HRTF测量精度和测量效率。

如图7所示，是本发明实施例中将人头上的标记记号做镜像的一种示例。

在该示例中，人头700矢状面的镜像光敏片701贴在人头头顶700上，光敏片701前后两端是遮光片703，中间是光敏阵列702、过人头双耳连线705，且与人头矢状面302垂直。光敏片701中间的光敏阵列702对激光敏感，只要有激光照射在光敏阵列702上，光敏片701前面的小灯704就发光，被测者可以看到平面镜600中小灯704的光斑。这样只要被测者在平面镜600中能看到小灯704的光斑，则人头就会标定定位在激光照射平面上。镜像光敏片701只作为本发明镜像的一种，实际并不限于此，凡能实现此目的的均属于本发明所述范畴。

如图8所示，是基于本发明实施例提供的头位自标定和自定位方法的一个具体实施例的示意图。

在声源空间分布球矢状面202内的垂直激光器800，固定安装在声源空间分布球的顶点下方，所发射激光束在声源空间分布球矢状面202内，激光束垂直于声源空间分布球赤道面201，垂直激光器800所发激光束照射在光敏阵列702上，光敏片701上的小灯704点亮，被测者可以从其前方的镜像平面镜600中看到小灯704的光斑。当人头活动使激光束照在光敏阵列702上以外的遮光片703时，光敏片701上的小灯704变暗，被测者看不到镜像平面镜600中的光斑，进而主动调整头部位置进行标定定位。根据测量要求精度，可以调整遮光片701的大小，改变光敏阵列702上受光面提高定位精度。

本发明所例举的实施例，只作为本发明所述方法的一种，实际并不限于此，凡能实现此方法的实例均属于本发明所述范畴。本发明所述方法可以基于三个互相垂直平面确定空间一点，准确的将球心空间位置、头心在人头内位置标记出来，并采用可视标记和镜像标记，使被测者能够同时看到球心和头心的标记，进而被测者能够主动对齐重合头心和球心的标记，实现真人HRTF测量的自标定和自定位。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及装置，其仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于真人HRTF测量的头位自标定与自定位方法，其特征在于，所述方法包括：

选取声源分布空间球球心的标记平面，并对所述声源分布空间球球心的标记平面进行标记；

选取人头头心的标记平面，并对所述人头头心的标记平面进行标记；

被测者自主头位标定；

被测者自主头位定位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述声源分布空间球球心的标记平面包括：赤道面、矢状面、冠状面；所述选取声源分布空间球球心的标记平面包括：

选取声源分布空间球的最大水平截面作其赤道面；

选取与所述赤道面垂直的两个正交垂直平面分别作为其矢状面和冠状面。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述声源分布空间球球心的标记平面进行标记包括：

用可视记号分别标记所述声源分布空间球球心的赤道面与消声室墙壁的交线、以及矢状面与消声室墙壁的交线；或者

用可视记号分别标记所述声源分布空间球球心的赤道面与消声室墙壁的交线、以及冠状面与消声室墙壁的交线。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述声源分布空间球球心的标记平面进行标记还包括：

标记测量精度容差上下限。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可视记号为几何线条。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述人头头心的标记平面包括人头的赤道面、矢状面、冠状面；所述取人头头心的标记平面包括：

选取双目连线所在水平面为人头的赤道面；

选取双耳连线所在垂直平面为人头的矢状面；

选取鼻中线所在垂直平面为人头的冠状面。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所述人头头心的标记平面进行标记包括：

在人头的赤道面、矢状面、冠状面上做标记记号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述人头头心的标记平面进行标记还包括：

对人头上的标记记号做镜像，使被测者能够目视观察到自己头上的标记记号。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被测者自主头位标定包括：

被测者自主调整头部姿态将头心与球心的对应平面标记重合。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被测者自主头位定位包括：

被测者自主调整测量过程中头部与标定位置的偏离，将头心与球心的对应平面标记对齐。

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