CN220043563U - 一种基于声音定位拍照的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于声音定位拍照的装置，包括依次连接的用于采集环境声音的声音采集模块、用于将环境中的非相关声音进行滤除的噪音滤除模块、用于对多路音频进行处理从而得到声音的方位信息的声音定位模块和用于将声音的方位信息转换为可转动摄像头的转向角并控制摄像头运动转向控制模块；声音采集模块包括用于采集声音信号的麦克风阵列和用于将声音信号转换为数字信号的多路声音采集卡，麦克风阵列和多路声音采集卡通过模拟信号线连接；麦克风阵列为三维阵列，共六个麦克风组成，各麦克风之间成90°夹角。解决了单个麦克风无法有效提取出目标频率，以及无法对声音进行定位的问题，考虑了声音的横向与纵向的定位方式，提升了实用性。

Description

一种基于声音定位拍照的装置

技术领域

本实用新型涉及工业声音定位技术领域，尤其是涉及多麦克风矩阵的声音定位系统。

背景技术

目前工业领域基于声音来判断设备运行状态已非常普遍，现在普遍的方法是使用单个麦克风进行去噪后对场景中的声音进行频谱分析，但此方法存在较大缺陷，一是对于场景噪音较多的场合，单个麦克风无法有效提取出目标频率，二是单个麦克风无法对声音进行定位，发现异常后仍需要人工进行现场排查。

而使用麦克风阵列技术则可以通过联合滤波分析的方式寻找到最符合的频率波形，并且通过各个麦克风的相位分析，能够定位出异常声音发出的方向，搭配可旋转摄像头，便能够对异响区域进行定位拍摄，增加了实用性。

现在普遍的方法是使用单个麦克风进行去噪后对场景中的声音进行频谱分析，但此方法存在较大缺陷，一是对于场景噪音较多的场合，单个麦克风无法有效提取出目标频率，二是单个麦克风无法对声音进行定位。

发明内容

针对单个麦克风无法有效提取出目标频率，以及无法对声音进行定位的问题，提出了一种基于声音定位拍照的装置。

本实用新型的技术方案为：

一种基于声音定位拍照的装置，包括依次连接的用于采集环境声音的声音采集模块、用于将环境中的非相关声音进行滤除的噪音滤除模块、用于对多路音频进行处理从而得到声音的方位信息的声音定位模块和用于将声音的方位信息转换为可转动摄像头的转向角并控制摄像头运动转向控制模块；所述声音采集模块包括用于采集声音信号的麦克风阵列和用于将声音信号转换为数字信号的多路声音采集卡，所述麦克风阵列和多路声音采集卡通过模拟信号线连接；所述麦克风阵列为三维阵列，共六个麦克风组成，各麦克风之间成90°夹角。

其中，还包括电脑，所述噪音滤除模块和声音定位模块设置在所述电脑内，所述多路声音采集卡与电脑通过USB线连接。

其中，所述转向控制模块包括可转向摄像头和角度控制单元，所述可转向摄像头和电脑通过网线连接，所述角度控制单元设置在所述电脑内。

其中，所述声音定位模块设置在所述电脑内。

其中，所述多路声音采集卡使用六路同步模数转换模块，采样精度16比特。

其中，所述噪音滤除模块包括基于声音信号高阶高斯累积量的滤波算法。

其中，所述声音定位模块包括基于时延估计的球形插值算法。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用考虑了声音的横向与纵向的定位方式，提升了声音定位装置的实用性。

2.本实用采用基于高阶高斯滤波的噪音去除算法，有效的抑制了环境噪音，提升了目标识别的准确性。

3.本实用根据麦克风阵列空间位置进行数学建模，获得了更准确的定位精度。

4.本实用采取与摄像头控制相结合的方式，能够在使用场景中提供更丰富的信息。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型数据计算流程图。

附图标识：

1、麦克风阵列；2、多路声音采集卡；3、电脑；4、可转向摄像头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种基于声音定位拍照的装置，如图1、2所示，包括依次连接的用于采集环境声音的声音采集模块、用于将环境中的非相关声音进行滤除的噪音滤除模块、用于对多路音频进行处理从而得到声音的方位信息的声音定位模块和用于将声音的方位信息转换为可转动摄像头的转向角并控制摄像头运动转向控制模块；声音采集模块包括用于采集声音信号的麦克风阵列1和用于将声音信号转换为数字信号的多路声音采集卡2，麦克风阵列1和多路声音采集卡2通过模拟信号线连接；麦克风阵列1为三维阵列，共六个麦克风组成，各麦克风之间成90°夹角。

还包括电脑3，噪音滤除模块和声音定位模块设置在电脑3内，多路声音采集卡2与电脑3通过USB线连接。

转向控制模块包括可转向摄像头4和角度控制单元，可转向摄像头4和电脑3通过网线连接，角度控制单元设置在电脑3内。

声音定位模块设置在电脑3内。

多路声音采集卡2使用六路同步模数转换模块，采样精度16比特。

噪音滤除模块包括基于声音信号高阶高斯累积量的滤波算法。

声音定位模块包括基于时延估计的球形插值算法。

基于噪声增广和多任务学习的工业元器件缺陷进行检测：

声音采集模块，用于采集环境声音，由麦克风阵列组成。

噪音滤除模块，用于将环境中的非相关声音进行滤除的模块。

声音定位模块，用于对多路音频进行处理从而得到声音的方位信息的模块。

转向控制模块，用于将声音的方位信息转换为可转动摄像头的转向角，并控制摄像头运动。

其中的噪音滤除模块包含基于声音信号高阶高斯累积量的滤波算法，通过计算每一帧采样数据的高斯四阶累积量C(i)和短时能量E(i)进行搜索比对，从而得到更符合目标特性的声音信号。

其中的声音定位模块包含基于时延估计的球形插值算法，通过计算声源到麦克风之间的时间差结合麦克风阵列的几何特性推算出声源的方位与距离。

其中的转向控制模块包含一个角度控制单元与一个可转向摄像头，通过将声音方位与摄像头现有方位进行计算，得出摄像头需要转动的角度。

声音处理模块为以高斯滤波法和延时估计法为主体的时序信号处理方法，其得出的坐标为以麦克风阵列中心为原点的坐标系，最终转向控制模块将麦克风阵列坐标系下的坐标映射到以相机为坐标原点的坐标系上。

电脑3，为声音信号处理的硬件单元，采集卡的数据经过主机程序滤波、去噪处理最后计算出声源位置。可转动摄像头4，为一执行单元，电脑计算出的方位信息经转换得到摄像头转向角，电脑发送指令让摄像头转动到固定角度进行拍照。

进一步的，声音采集模块，声音经过麦克风与数据采集卡后得到六路数字信号。

进一步的，声音处理模块，其中高斯滤波算法根据噪音零均值原理，得到简化四阶累积量公式：

cum(x)＝E{x1,x2,x3,x4}-E{x1,x2}E{x3,x4}-E{x1,x3}E{x2,x4}-E{x1,x4}E{x2,x3}其中x1,x2,x3,x4为连续帧采集的数字信号。将连续四个采样信号输入公式便能够获得滤波后的信号量。

进一步的，根据公式Φ＝dA/v×fs，其中dA为某点到麦克风距离，v为声音在空气中传播速度，fs为采样频率，获得角度信息，再根据公式D＝1/4ΠdA2×sig，其中Π为圆周率，sig为信号强度，计算出声源距离麦克风距离。

进一步的，根据麦克风阵列与摄像头之间的角度关系，将上一步计算的角度信息转换到摄像头坐标系。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的1种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于声音定位拍照的装置，其特征在于，包括依次连接的用于采集环境声音的声音采集模块、用于将环境中的非相关声音进行滤除的噪音滤除模块、用于对多路音频进行处理从而得到声音的方位信息的声音定位模块和用于将声音的方位信息转换为可转动摄像头的转向角并控制摄像头运动转向控制模块；所述声音采集模块包括用于采集声音信号的麦克风阵列(1)和用于将声音信号转换为数字信号的多路声音采集卡(2)，所述麦克风阵列(1)和多路声音采集卡(2)通过模拟信号线连接；所述麦克风阵列(1)为三维阵列，共六个麦克风组成，各麦克风之间成90°夹角。

2.根据权利要求1所述的基于声音定位拍照的装置，其特征在于，还包括电脑(3)，所述噪音滤除模块和声音定位模块设置在所述电脑(3)内，所述多路声音采集卡(2)与电脑(3)通过USB线连接。

3.根据权利要求2所述的基于声音定位拍照的装置，其特征在于，所述转向控制模块包括可转向摄像头(4)和角度控制单元，所述可转向摄像头(4)和电脑(3)通过网线连接，所述角度控制单元设置在所述电脑(3)内。

4.根据权利要求3所述的基于声音定位拍照的装置，其特征在于，所述声音定位模块设置在所述电脑(3)内。

5.根据权利要求4所述的基于声音定位拍照的装置，其特征在于，所述多路声音采集卡(2)使用六路同步模数转换模块，采样精度16比特。