CN113727098A - 一种基于目标检测的鸣笛抓拍装置现场校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于目标检测的鸣笛抓拍装置现场校准系统及方法，校准系统包括鸣笛抓拍装置、标准声源、智能小车、导轨、计时显示屏、信号发生装置和计算机。所述汽车鸣笛抓拍装置安装于室外道路上；智能小车上装有导轨，可固定一个标准声源或调节两个标准声源之间的距离；信号发生装置用于驱动声源，同时控制计时显示屏开始工作；抓拍的声相云图中计时显示屏上的时间即为鸣笛抓拍装置的声光图像时间差。通过这个系统和方法可以客观地对机动车鸣笛抓拍装置现场的定位误差、声光图像时间差和分辨力指标进行校准。

Description

一种基于目标检测的鸣笛抓拍装置现场校准系统及方法

技术领域

本发明涉及深度学习与声学测量领域，特别涉及一种基于目标检测的鸣笛抓拍装置现场校准系统及方法

背景技术

随着城市经济的飞速发展，机动车数量迅猛增加，噪声污染日益严重，其中机动车鸣笛噪声占据了主要部分。《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。

交警部门过去常采取巡逻等方式加以监管，但人工执法效率低、可靠性不高，因此各大城市如今纷纷引入鸣笛抓拍装置对违法鸣笛现象作自动化检测。该装置是一种对特定声纹即机动车鸣笛声进行识别定位的技术，源于声学照相机，能够把看不见的声音信号转换成看得见的图像信息，最后以声相云图的方式将鸣笛声与鸣笛车辆相对应。

鸣笛抓拍装置作为一种应用越来越广泛的交通执法工具，其抓拍结果的可靠性受到广泛的关注。尤其是投入使用的鸣笛抓拍装置处于风吹日晒雨淋的环境中，在一定的工作时限后，是否仍然能够保证其抓拍准确性。因此，定期对鸣笛抓拍装置进行现场校准具有重要意义。经过大量、多方面调研得知国内外也没有统一的计量方法和校准装置来衡量鸣笛抓拍装置的技术指标和精度。本发明通过对鸣笛抓拍装置的定位误差、声光图像时间差和分辨力指标进行研究，为该装置重要参数的现场校准提供参考。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于目标检测的鸣笛抓拍装置现场校准系统及方法，通过这个系统和方法可以科学高效地对鸣笛抓拍装置现场工作时的定位误差、声光图像时间差和分辨力指标进行校准。

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鸣笛抓拍装置、标准声源、智能小车、导轨、计时显示屏、信号发生装置和计算机。所述的机动车鸣笛抓拍装置安装于室外道路的支撑杆上，与处理数据的计算机相连；导轨安装在运动速度可控的智能小车上，用于移动标准声源；标准声源固定导轨上，用于触发鸣笛抓拍装置工作；信号发生装置用于驱动标准声源发出不同频率的鸣笛声，也可控制计时显示屏是否开始计时，满足鸣笛抓拍装置对单个标准声源定位误差和声光图像时间差的测试要求。所述的导轨可以调整两个标准声源的位置，满足鸣笛抓拍装置对分辨力性能的测试要求。当标准声源发声时，鸣笛抓拍装置会生成相应的声相云图。将声相云图输入计算机内训练好的目标检测网络得到标准声源和伪彩图中心的像素坐标，后将误差从像素的表现形式转换到世界坐标系下的误差，实现定位误差的校准。

本发明的有益效果在于：

1.通过目标检测算法，同时获得伪彩图中心和标准声源中心的坐标，两者坐标对比即可计算定位误差，代替了人工对标准声源位置的测量，并且目标检测算法可以对视频数据进行识别定位，能够实现鸣笛抓拍装置动态定位误差的校准，更加符合对在役鸣笛抓拍装置进行现场校准的要求。

2.信号发生装置通过程序实现信号输出驱动标准声源发声，同时控制计时显示屏开始计时，可同时对定位误差和声光图像时间差进行校准，方便鸣笛抓拍装置的现场校准工作。

3.设计的导轨实现了两个标准声源之间的距离可控，可对鸣笛抓拍装置的分辨力进行校准，导轨的两端设置了限位开关，防止标准声源移动到导轨边缘后脱离导轨，保证装置的安全可靠。

4.目前国内外没有统一的计量方法和校准装置来衡量鸣笛抓拍装置的技术指标和精度，该方法结合深度学习算法对鸣笛抓拍装置的拍摄结果进行评判，通过研究在役鸣笛抓拍装置的现场校准，为计量部门制定检定规程、研究校准系统提供了技术思路。

附图说明

图1为本发明鸣笛抓拍装置现场校准系统示意图；

图2为本发明对鸣笛抓拍装置的定位误差和声光图像时间差的校准示意图；

图3为本发明对鸣笛抓拍装置的分辨力的校准示意图。

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校准方法作进一步描述，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校准的系统装置主要包括鸣笛抓拍装置1—1、标准声源1—2、导轨1—3、智能小车1—4、信号发生装置1—5、计时显示屏1—6和计算机1—7。鸣笛抓拍装置1—1安装于室外6m高的支撑杆上；标准声源1—2用于触发鸣笛抓拍装置1—1工作，在校准定位误差和声光图像时间差时，仅需一个标准声源，在校准分辨力时需要两个标准声源；导轨1—3用于固定标准声源1—2并改变其位置；智能小车1—4速度可控，可以用于标准声源1—2在位置固定或按设定的速度运动情况下的校准；信号发生装置1—5接收计算机1—7的指令，分别与标准声源1—2和计时显示屏1—6相连，在标准声源1—2开始发声时刻同步控制计时显示屏1—6开始计时；计算机1—7接收鸣笛抓拍装置1—1中计算生成的声相云图及相关数据，进行目标检测算法处理，获得标准声源中心、伪彩图中心的坐标。

如图2所示对鸣笛抓拍装置的定位误差和声光图像时间差的校准系统主要包括鸣笛抓拍装置2—1、标准声源2—2、导轨2—3、计时显示屏2—4、智能小车2—5、信号发生装置2—6和计算机2—7。计算机2—7控制信号发生装置2—6发射所需激励信号，驱动标准声源4—2发声，同时让信号发生采集装置2—6发送信号给计时显示屏2—4，使其开始滚动计时。待鸣笛抓拍装置生成声相云图后传入计算机2—7，此时声相云图中包含伪彩图，标准声源以及计时显示屏上的时间，可实现鸣笛抓拍装置定位误差及声光图像时间差的校准。

如图3所示对鸣笛抓拍装置分辨力的校准系统主要包括鸣笛抓拍装置3—1、标准声源3—2、智能小车3—3、信号发生装置3—4和计算机3—5。计算机3—5控制信号发生装置3—4发射所需激励信号，同时驱动两个标准声源3—2发声，鸣笛抓拍装置3—1抓拍标准声源3—2，产生声相云图。通过不断调整导轨上两个标准声源3—2之间的距离，使声相云图上两个伪彩图相切，记录此时两个标准声源之间的距离。

本发明涉及一种基于目标检测的鸣笛抓拍装置现场校准方法，包括以下步骤：

步骤一：将鸣笛抓拍装置现场校准系统按图2所示的实际工作状态安装完毕后，在进行校准工作前，拍摄大量包含标准声源、伪彩图的图片，采用labelimg软件进行人工标注制作成数据集，用于训练定位两者的目标检测网络。

步骤二：建立坐标系匹配模型。将鸣笛抓拍装置的传声器阵列中心投影到地面的坐标点作为原点，以抓拍视野的左右方向作为坐标轴x方向，上下方向作为坐标轴y方向建立坐标系。根据建立的坐标系，预先在道路上的选取校准实验中包含智能小车活动范围的四个顶点，测量其物理空间中的实际位置坐标，然后依次将标准声源置于四个顶点处鸣笛，分别生成不同位置处的声相云图，从中获取标准声源的像素坐标，通过四组对应的像素坐标和世界坐标之间的关系，建立像素坐标系和世界坐标系下的坐标匹配模型。

步骤三：如图2所示为鸣笛抓拍装置的定位误差和声光图像时间差校准示意图，操作计算机的上位机界面，控制信号发生装置发射所需激励信号，驱动标准声源工作，同时让信号发生装置发送信号给计时器显示屏，开始滚动计时；鸣笛抓拍装置完成抓拍并发送数据到计算机，计算机中的目标检测算法对声相云图或视频数据中的标准声源和伪彩图进行中心像素坐标提取，输入坐标匹配模型，得到两者的实际物理坐标，通过两点间的距离公式可计算得到定位误差。另外，声相云图上计时显示屏上的时间为标准声源鸣笛开始时间到鸣笛抓拍装置抓拍到鸣笛声的时间间隔，即为鸣笛抓拍装置的声光图像时间差。

步骤四：如图3所示鸣笛抓拍装置的分辨力校准示意图，操作计算机的上位机界面，控制信号发生装置发射所需激励信号，驱动两个标准声源同时工作，使鸣笛抓拍装置产生声相云图，通过不断调整导轨上两个标准声源之间的距离，使声相云图上两个伪彩图相切，记录此时导轨上两个标准声源之间的距离。至此，实现了鸣笛抓拍装置分辨力的校准。

综上所述，本发明对鸣笛抓拍装置的定位误差、声光图像时间差和分辨力提供了校准方法及系统，搭建了基于目标检测的鸣笛抓拍装置的现场校准系统，主要包括鸣笛抓拍装置、标准声源、导轨、智能小车、信号发生装置、计时显示屏和计算机。通过实地模拟机动车鸣笛，检测鸣笛抓拍装置抓拍的定位误差、声光图像时间差和分辨力。

Claims (2)

1.一种基于目标检测的鸣笛抓拍装置现场校准系统，包括鸣笛抓拍装置、标准声源、智能小车、导轨、计时显示屏、信号发生装置和计算机，其特征在于：

所述的鸣笛抓拍装置安装于室外道路的支撑杆上，与处理数据的计算机相连；导轨安装在运动速度可控的智能小车上，用于移动标准声源；标准声源固定导轨上，用于触发鸣笛抓拍装置工作；信号发生装置用于驱动标准声源发出不同频率的鸣笛声，另一方面也可控制计时显示屏是否开始计时。所述的导轨可以固定一个或者两个标准声源，满足鸣笛抓拍装置对单个标准声源定位误差和声光图像时间差的测试要求，导轨可以调整两个标准声源的位置，满足鸣笛抓拍装置对分辨力性能的测试要求。

2.一种基于目标检测的鸣笛抓拍装置现场校准方法，使用权利要求1中的基于目标检测的鸣笛抓拍装置现场校准系统，其特征包括以下步骤：

步骤一：在进行校准工作前，拍摄大量包含标准声源、伪彩图的图片，通过人工标注制作成数据集，用于训练定位两者的目标检测网络。

步骤二：将鸣笛抓拍装置的传声器阵列中心投影到地面的坐标点作为原点，以抓拍视野的左右方向作为坐标轴x方向，上下方向作为坐标轴y方向建立坐标系。根据建立的坐标系，预先在道路上的选取实验测量面的四个顶点，测量其世界坐标，然后依次将标准声源置于四个顶点处鸣笛，分别生成不同位置处的声相云图，从中获取标准声源的像素坐标，通过四组对应的像素坐标和世界坐标之间的关系，建立像素坐标系和世界坐标系下的坐标匹配模型。

步骤三：操作计算机的上位机界面，控制信号发生装置驱动标准声源工作，同时发送信号给计时器显示屏，开始滚动计时；鸣笛抓拍装置完成抓拍并发送数据到计算机，计算机中的目标检测算法对声相云图中的标准声源和伪彩图进行中心像素坐标提取，输入坐标匹配模型，得到两者的实际物理坐标，通过两点间的距离公式可计算得到定位误差。另外，声相云图上计时显示屏上的时间即为鸣笛抓拍装置的声光图像时间差。

步骤四：操作计算机的上位机界面，控制信号发生采集装置驱动两个标准声源同时工作，使鸣笛抓拍装置产生声相云图，通过不断调整导轨上两个标准声源之间的距离，使声相云图上两个伪彩图相切，记录此时导轨上两个标准声源之间的距离。至此，实现了鸣笛抓拍装置分辨力的校准。

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