JPS62259072A - 音源探査装置 - Google Patents

音源探査装置

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JPS62259072A
JPS62259072A JP10199386A JP10199386A JPS62259072A JP S62259072 A JPS62259072 A JP S62259072A JP 10199386 A JP10199386 A JP 10199386A JP 10199386 A JP10199386 A JP 10199386A JP S62259072 A JPS62259072 A JP S62259072A
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JP
Japan
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sound
image
sound source
microphone array
data
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Pending
Application number
JP10199386A
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English (en)
Inventor
Teru Hayashi
輝 林
Teruo Igarashi
五十嵐 照夫
Keizo Kubodera
久保寺 敬蔵
Yoshio Tanito
谷東 芳雄
Katsumi Miyaki
宮木 克己
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 。
本発明は、騒音発生源等の音源位置、やその音圧分布等
を探査・測定する音源探査装置に関するものである。
]従来の技術1 機械装置や工場等における騒音低減対策は、まずその騒
音発生源を正確に検出することか糸口となるものであっ
て、この騒音源の位置を探査する方式として種々のもの
か開発され、実用化されているか、このうち最も代表的
なものとして音響ホログラフィ法かある。この音響ホロ
グラフィ法は高精度で音源位置の探査・測定を行うこと
ができるか、大規模なマイクロホン掃引装器や複雑な演
算処理機器を必要とし、しかもその演算処理に多大の時
間を要する等の難点があった。
[発11か解決しようとする問題点1 そこで、マイクロホンをマトリックス状に配設すること
によってマイクアレイを形成し、このマイクアレイに騒
音を発生する音源物体からの音を入力することによって
、該マイクアレイでこの受合音テ信=号に応じた電気信
号に変換し、この信号に基づいて各マイクロホンに対応
するようにマトリッ゛クス状に配列した発光ダイオード
アレイ等の表示装置により各マイクロホンの受音音圧レ
ベルに応じ、た輝度て表示させることによって、当該音
源物体における騒音の位置及び分布を音像化処理し、こ
れとカメラ等によって撮像した実際の物体像とを重ね合
わせて表示することによって音源探査を行づ方式が本発
明者等によって提案されている。
前述のよう、に構成することにより、形態のない音を可
視化させることができ、騒音対策を行う際等において極
めて有益なデータの作成を行うことかできる。しかしな
がら、画像処理手段としてはマイクアレイに対応するよ
うに配列した発光ダイオードアレイで形成しているため
に、該マイクアレイに入力された情報を格別の処理を施
さずそのまま音像化されるようになっている。従って、
発光ダイオードアレイで表示される音像の位置及び倍率
は固定されているために、当該音像と物体像と一致させ
た状態で重ね合せるためには、物体像をW像するための
手段側でその物体像の位こ及び−倍率の調整、即ち視界
補正を行う必要があり、かかる調整は非常に面倒て、こ
れらの6像を厳格に重ね合せることか困難であるだけで
なく、音圧レベル毎の音像を形成したりしてきめの細か
い分析を行うことができない等、前述した音源探査装置
においては未だ改良すべき余地が多々あるのか現状であ
る。
本発明は叙上の点に鑑みてなされたもので、マイクアレ
イに入力された信号を処理することによって、音像の視
界補正を行うことによって極めて容易で正確に物体像に
重ね合せて表示することかでき1種々の分析を行うこと
を可濠ならしめる音像な形成するようにした音源探査装
置を提供することを目的とするものである。
(問題点を解決するための手段1 前述の課題を解決するために、本発明は、複数のマイク
ロホンをマトリックス状に並設してなり、音源物体から
発生する音をそれぞれマイクロホンで受けてその音響信
号に対応した電気信号に変換するマイクアレイと、該マ
イクアレイの各マイクロホンから出力される電気信号に
基づいて音像形成用のデータを作成するデータ処理手段
と。
前記音源物体における物体像を撮像する物体像撮像手段
と、該物体像撮像手段からの物体像に重なり合う音像な
形成する画像処理手段と、当該物体像と音像との重ね合
せ像を表示する表示手段とで構成したことをその特徴と
するものである。
【作用1 而して、マイクアレイを直接音源物体に対面させるか、
またはこの音源物体が大型のものである場合には該音源
物体からの音を反射させる凹曲面形状の反射面を有する
集音器を音源に向けて配設する。
そこて、この音源物体から騒音を発生させて、当該音源
物体から発生する騒音をマイクアレイで受音させる。こ
れによって、受音音響信号は該マイクアレイで電気信号
に変換されて、データ処理手段に入力され、該データ処
理手段によってこの入力信号を、音像を形成するために
必要なデータ化処理が行われる。このデータ化処理は、
例えば、入力信号のデジタル変換、周波数分析、感度の
補正等音源探査の種類や目的に応じて適宜設定すること
ができる。そして、このようにして得た音像形成用のデ
ータは画像処理手段に入力されて、該画像処理手段によ
って視界の補正が行われ、物体像に対応する位はに正確
に重なり合うような音像な形成する処理が行われる。
前述のようにして得た音像は1重ね合せ表示手段におい
て、¥SS体操撮像手段ら送られる物体像の画像と正確
に重ね合せて表示することができるようになり、当該音
源物体からの騒音の音源位ご及びその音圧分布か明確に
可視化表示することができるようになる。ここで、音像
な形成するために1例えば所定の音圧レベル以上、或は
特定範囲の音圧、レベル等のように音圧レベルの設定を
行っておけば、探査・測定の対象となる音源物体からの
騒音をきめ細かく分析することができるようになる。
【実施例1 以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する
。まず、第1図乃至第9図は本発明の第1の実施例を示
すものて、本実施例では、マイクアレイを直接音源物体
に対面させず、集音器からの反射音を該マイクアレイに
受音させるように構成したものが示されている。このよ
うに集音器を用いると、小型のマイクアレイで大型の音
源物体の音源を探査することができるようになる。
そこで、まずこの集音式の音源探査装備の原理について
説明する。
即ち、第9図に示した如く、位fiPに音?!1Sを設
け、この位置Pから距itLだけ離間した位置に回転放
物面、凹球面等の凹曲面形状を有する反射型集音器りを
音源Sに向けて配設すると、該音源Sからの音はこの集
音器りの反射面rで反射してP′の位置で音像S′か結
像することになる。そこで、この音像結像位置P′に多
数のマイクロホンをマトリックス状に並設したマイクア
レイを反射面rに対向配設すれば、大きな音源物体であ
っても、この音像なマイクアレイにおける音圧分布とし
て取出すことかでき、この音圧分布を適宜の手段で可視
化表示することによって、音源の位置を探査・測定する
ことができるようになる。
而して、第1図において、1は回転放物面、凹球面等の
凹曲面形状を有する集音器lで、該集音器lの内面には
反射面1aが形成されており、この集音器1は枠状のフ
レーム2に上下左右方向に回動可能に取り付けられてい
る。該フレーム2は高さ調整可能な支持杆3に支持され
ており、該支持杆3は基台4上に立設されている。また
、5は集音器lの反射面1aの鏡軸上において、該反射
面1aに対向、配設したマイクアレイで、該マイクアレ
イ5は第2図に示したように支持板6に多数のマイクロ
ホンSa、5a、・・・をマトリックス状に並設してな
るもので、該各マイクロホン5a間には例えばグラスウ
ール等からなる吸音材7が介装され、各マイクロホン5
aや支持板6の反射音の影響が伝達するのを防止してい
る。そして、このマイクアレイ5からの出力信号は、前
述の各マイクロホン5aに対応するように設けた電圧制
御型の増幅器8に入力されて、このマイクアレイ5にお
ける各マイクロホン5aの受信信号を所望の増幅度に増
幅することかできるようになっている。さらに、この増
幅器8の出力側にはデータ処理手段を構成するデータ処
理装L9か接続されて、該増幅器8の出力0号はこのデ
ータ処理装置9によって処理されて音源の位置や分布等
からなる所定の音像な形成するように音像データ化の処
理を行うことがてきるようになっている。
次に、10は音源物体の物体像を撮像する撮像手段とし
てのテレビカメラを示し、該テレビカメラ10は集音器
lの反射面1aの鏡軸上またはその近傍における前記マ
イクアレイ5の音源物体側に設置されている。このよう
にしてテレビカメラ10によって得た物体像の影像信号
は、画像処理手段を構成する画像処理装r111に入力
されるようになっており、そしてこの画像処理装ff1
llにおいて前述のデータ処理装置8において音源物体
Sからの騒音を音像形成するためのデータ化処理した信
号を物体像と正確に重なり合うように視界補正処理する
ことによって音像を形成し、この音像をテレビモニタ1
2からなる表示手段において物体像に重ね合わせて可視
化表示を行うことかできるように構成されている。
ここで、前述のデータ処理装置9は、第3図に示したよ
うに、増幅器8からの電気信号のうち任意の信号を取出
すためのチャンネル選択器13と、該チャンネル選択器
13から入力される音響アナログ信号をデジタル信号に
変換するAD変換器14と、該AD変換器14からの出
力デジタル信号をFFT処理等を行うことによってその
周波数を分析する周波数分析器15とを有し、入力音響
周波数信号を以後における信号処理等取扱の容易なデジ
タル信号に変換すると共に、特定の周波数成分を有する
音の音圧レベルに応じた音像等のように、探査ソ1、測
定の目的に応じた音像な形成するためのデータ化処理を
行うことができるようになっている。なお、このデータ
処理装置9においては、その周波数分析器15の出力側
にマイクアレイ5を構成するマイクロホン5aの位置に
基づく感度等の補正を行う補正手段を接続したり、また
暗騒音や定常音な除去する不要成分除去手段等を接続す
ることかできる。
前述のように構成されるデータ処理装置9に接続した画
像処理製図11は、該データ処理装置9において処理さ
れた音像形成用のデータに基づいてマイクアレイ5にお
ける受音位置とテレビカメラ10の受像位芒とのずれの
調整及びそれらの間の倍率の調整からなる視界補正を行
って、物体像に重なり合う音像を形成するためのもので
、該画像処理型2111はデータ処理装置9から入力さ
れる信号を音像化するため演算処理を行う演算部16と
、テレビカメラ10からの物体像の画像信号が入力され
る画像メモリ17とを備えている。そして、前記演算部
16において演算処理することによって形成した音像信
号は画像番地選択器18を介して画像メモリ17の所定
の番地に格納することができるように構成されている。
なお、第3図中の19はフロッピーディスク、磁気テー
プ、磁気ディスク、RAM等からなる記録装置で、該記
録装f!119により画像メモリ21内の情報を保存す
ることができるようになっている。また、前述のチャン
ネル選択器129画像番地選択器18、画像メモ、す1
7等の作動は制御手段20によって制御されるようにな
っている。さらに、データ処理装置!19及び画像処理
装鐙11を構成する各機能部は、それぞれ別個の機器で
構成することもできるが1例えばマイクロコンピュータ
等によっても形成することかできる。
本実施例は前述のように構成されるもので、以下にその
作動について説明する。
然るに、まず、第4図に示したように、マイクアレイ5
におけるデータ領域であるマイクアレイデータ領域5b
を第4図(a)に示したように、そのX軸方向に1乃至
Mに等分に区分けをし、またy軸方向には1乃至Nに等
分に区分けをし。
D(X、、Yfi)、D(X、、、、Y、)。
D (X、、Y−−+ )、D CX−−t 、Y−−
t )を1区画とした音像データ形成用の画素とする。
一方、画像メモリ17における画像メモリデータ領域1
7a、音像形成用の画素に対応する画像データ形成用の
画素は、同図(b)に示したように、D(XX= 、Y
Y、)、D (XX、、1 、YYn)。
D  (XX論 、YYn、、)、D  (XX、、1
  。
YYイ。1)となって、前述の音像データ形成用の画素
の位置及び大きさと画像データ形成用の画素の位置及び
大きさとが一致しない。
そこで、これらを一致させるために、第5図に示したよ
うに、キャリブレータによる視野補正係数を求めるよう
にすればよい、即ち、同図(a)に示したように、マイ
クアレイデータ領域における音源位ff1lを(XPI
 、YPI )、音源位置2を(XP、、XP、)とし
、同図(b)のように音源物体位gllを(XXP、、
YYP□)、音源物体位i!12を(X X P 2.
 Y Y P x )とした場合に、X軸方向における
補正係数Kx及びy軸方向における補正係数KYは下記
のように求めることができる: 従って、測定対象の音源位ri(X P s 、 Y 
P s )を画像メモリデータ領域に書き込む位置は、
XXPS =XXP、+にx  (X P s −X 
P t )、YYPs =YYP1+Ky  (YPs
 −YPi )となる。
従って、前述の補正係数を演算部16に設定しておき、
入力信号にこの設定補正係数を掛けることによって、音
像な物体像に対してその位置及び倍率の対応を取らせる
ことができるようになる。
そこで、第6図に示したようにして音像データを形成す
ることができるようになる。
而して、集音器1を音源物体(例えば、第7図に示した
自動車)に向け、該音源物体から騒音を発生させて、そ
の騒音を該集音器lを介してマイクアレイ5に受音させ
るように設置する。
一方、このマイクアレイ5における音像データ取り込み
範囲D (X、、Yn)がm=1〜M、n=l〜Nとな
るように設定する(ステップ■)。
そして、ステップ■に示したように、m=l。
n=1となるようにすると共に、フラグをリセット状j
g(f=o)となす初期設定を行い、また表示音圧レベ
ルPの設定を行う(ステップ■)。
そこで、マイクアレイ5によって音源物体からの音を受
けて、この受音音響信号を電気信号に変換し、増幅器8
によって増幅する。そして、チャンネル選択器13によ
って、所定のチャンネルからの信号をデータ処理装鐙9
に入力し、該データ処理装は9において当該信号をデジ
タル化すると共に、周波数分析を行うことにより、音像
を形成するだめに必要なデータ化する処理を行う。
そこで、前述のデータ処理装置9からの出力信号に基づ
いて音像な形成する処理を行う。
この処理は、まず、第4図(a)に示したマイクアレイ
5におけるマイクアレイデータ領域の位i!iD (X
、、Yn)、D (X、、、、Y、)間の位nに音圧レ
ベルPの信号があるか否かの判別が行われる(ステップ
■)。そして、音圧レベルPがある場合には、これら位
fiD (X、、、Yfl)。
D (X、、、、Yn)に関する座標をキャリブレータ
の補正係数に基づいて演算部16において演算して画像
メモリデータ領域17aにおける対応座標位図を求める
(ステップ■)、さらに、この位ff1D(X、、Y、
)、D (X、、、、Yn)間のライン上のどの位置に
表示音圧レベルになる点があるかを求め1位量(XXP
、YYP)を演算しくステップ■)、フラグを立て(ス
テップ■)、この座標位ff1(XXP、YYP)を(
XXP、。
YYPS)として画像メモリ17に格納する。
次に、ステップ■101■、0においてマイクアレイデ
ータ領域における位fiD (X、、Y、、)。
D (X、、Y、、、”)間、位置D (X、、Y、、
、)。
D (X、、I 、 Yn、、 )間、 D (X−、
+ 、 Y−t )−D (X、、I 、 Y、 )間
、D (X、、、、Y、)。
D (X、、Y、)間に表示音圧レベルPがあるか否か
の判定を行い、この音圧レベルPがある場合には、以下
のサブルーチンSが実行されることになる。
このサブルーチンSは、以下のような命令が含まれる。
即ち、前述のステップ■、■と同様にしてデータの取込
み位置間の画像メモリデータ領域17aにおける対応座
標を求め、この座標における表示音圧レベルPの出力位
置座標を求める。そして、フラグがセットされた状態に
あるか否かの判定を行い(ステップS■)、フラグがセ
ットされた状態にあるときには、この座標位ffi (
XXP。
YYP)と前段の演算結果に基づいて画像メモリ17に
格納された座標(XXP、、YYPS )とを結ぶ全ラ
イン上の座標位置を求める(ステップS■)、このよう
にして求めた座標にマークの書込みを行い(ステップS
■)、前述のステップ■、■と同様に、フラグのセット
及び座標位置の画像メモリ17上への書込みを行う。一
方、フラグがリセット状態となっているときには、この
サブルーチンSで検出された音圧レベルPの位置を<x
xps 、yyps)として画像メモリ17に格納する
前述のサブルーチンSは、ステップ■foeO1oの順
に実行させることによって、当該画素における音像をデ
ータ化することができる。
そして、この操作をステップO及び[株]のように順次
n+1=N、m+1=Mになるまで繰返すことによって
1画像メモリ17上の全画素についての音像データを得
ることができるようになる。
さらに、表示音圧レベルPを変更してm続するか否かの
判定が行われ(ステップ@)、継続する場合には、フラ
グのリセットを行い、前述の各画素単位のデータの書込
みを行えばよい。
このようにして得た音像は、テレビカメラ10からの物
体像に関するデータと共に音像と物体像との重ね合せ像
として画′像メモリ17に格納され、またこの重ね合せ
像は、第7図に示したように。
音圧レベル範囲毎の等高線として、テレビモニタ12に
おいて表示することかできるようになり、音源位数及び
その音圧分布を極めて明瞭かつ正確に可視化表示するこ
とができ、音源物体の明暗等によって音像表示が影響を
受けることのない音像表示を行うことができる。しかも
、音源物体からの騒音の入力があると、それを直ちに音
像処理して表示することができると共に、騒音を変化さ
せたときにおける音像の変化の表示を行うこともできる
ようになる。
また、音源物体からの音か複数ある場合にも、第8図に
示したように、これらの音源の位置及び音圧分布が等高
線で表示されるようになる。この場合において、各音源
からの騒音をそれぞれ他から分離して表示するには、デ
ータ処理装置9における周波数分析器15において該各
音源の音響周波数信号のうちの所定の周波数成分のみを
取り出すようにすればよい。
さらに、このデータは記録装置1gに記録しておくこと
もできるので、このデータを他のデータと比較したり、
再処理したりすることもでき、騒音のより高度な分析か
可能となる。
次に、第1θ図乃至第12図は本発明の第2の実施例を
示すものて1本実施例において前述の第一の実施例と同
一または均等な構成要素については同一の符号を付して
その説明を省略する。
而して1本実施例においては、第10図に示したように
、¥Is体像を撮像する物体像撮像手段とじてカメラ3
1を用い、該カメラ31からの映像をハーフミラ−32
で分光させて、一部を重ね合せ表示手段としてのスクリ
ーン33に結像させると共に、一部をハーフミラ−32
を透過させて、フィルム34上に感光させることができ
るようになっている。
一方、音像を形成するために、演算部16の出力信号な
りA変換器35でアナログ信号に変換し、この信号を画
像番地選択器18を介して発光ダイオードアレイ36に
入力し、この入力音圧レベルに応じた輝度で発光させる
ように構成されている。
本実施例は前述のように構成されるもので、このように
構成した音源探査装置を使用して音像を形成し、当該音
像と物体像を重ね合せて表示する方法について、第11
図を参照して説明する。
まず、音fQ糊体から騒音を発生させて、この騒音を 
マイクアレイ5によって受音させる(ステップ■)、そ
して、音像な形成する音圧レベルの設定を行う(ステッ
プ■)。
そこで、チャンネル選択器13によってデータ処理装置
9からの所定の位n (XPs 、YPs )のマイク
アレイデータ領域の出力信号の選択を行い(ステップ■
)、この選択された位fi(XPs。
YPs、)の画像メモリデータ領域に対応する座標位M
l (XXPs 、YYPs )を演算部16で求め(
ステップ■)、この演算結果を画像メモリ17のどの番
地に入力するかをを選択する(ステラップ■)、そして
、前述の位りにおけるマイクロホン5の受音音圧が予め
設定した所定の音圧レベルより大きいか否かの判定を行
い(ステップ■)、受音音圧が所定の値より大きな状態
にあると、当該情報を画像メモリ17に書込んで(ステ
ップ■)、この信号に基づいて発光ダイオードアレイ3
6をその音圧レベルに応じた輝度で発光させるようにす
る。このようにしてマイクアレイ5を構成する各マイク
ロホン5aの位置に対応する発光ダイオードアレイ36
の位置における発光ダイオードに順次切換え設定する(
ステップ■)。
前述のようにして、発光ダイオードアレイ36の各素子
を入力音圧レベルに応じた輝度で発光させることによっ
て音像な可視化表示し、この音像をカメラ31て撮像し
た物体像にハーフミラ−32を介することによって、重
ね合わせて表示することかできるようになる。
[発明の効果1 以上詳細に説明したように、本発明に係る音源探査装置
は、マイクアレイからの入力音響信号をデーター理手段
で音像を形成するのに必要なデータ化処理し、これを画
像処理手段で視野の調整を行って物体像に重なり合う音
像な形成するように構成したから、物体像に正確に重ね
合せることかできる音像を極めて容易に形成することが
できると共に、この音像な直ちに物体像に重ね合せて表
示することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第9図は本発明の第1の実施例を示し、第1
図は音源探査装置の全体構成図、第2図はマイクアレイ
の正面図、753図はデータ処理装置及び画像処理装置
の構成説明図、第4図(a)及び(b)はデータ領域の
構成説明図、第5図(a)及び(b)は視野の補正を行
うための作用を示す作用説明図、第6図は画像処理袋こ
における音像を得るための工程を示すフローチャート図
、第7図は音像と物体像との重ね合せ表示状態を示す説
明図、第8図は音源が複数ある場合における音像と物体
像との重ね合せ表示状態を示す説明図、第9図は集音式
音源探査方式の原理説明図、第10図乃至第12図は本
発明の第2の実施例を示し、第1θ図は画像処理装置の
構成説明図、第11図は画像処理工程を示すフローチャ
ート図、第12図は音像と物体像との重ね合せ状態を示
す説明図である。 5・・マイクアレイ、5a・・マイクロホン、9・・デ
ータ処理装置。 10・・テレビカメラ。 11・・画像処理装置、12・・テレビモニタ、16・
・演n部、 17・・画像メモリ、18・・画像番地門
択器。 31・・カメラ、32・・ハーフミラ−136・・発光
ダイオードアレイ。 特許出願人   林     輝(外1名)代理人弁理
士  影 井 俊 次 第2図 箪9wI (a) マイクデータ々勾力へ゛ XXPs=XXPt+Kx(XP5  XPl)図 ;e1ンη国灼う奈イゴε5【1 にY=(惜封ト) YYRr=YYP+十にY (YP<−’I’P+ )
第11図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数のマイクロホンをマトリックス状に並設してなり、
    音源物体から発生する音をそれぞれマイクロホンで受け
    てその音響信号に対応した電気信号に変換するマイクア
    レイと、該マイクアレイの各マイクロホンから出力され
    る電気信号に基づいて音像形成用のデータを作成するデ
    ータ処理手段と、前記音源物体における物体像を撮像す
    る物体像撮像手段と、該物体像撮像手段からの物体像に
    重なり合う音像を形成する画像処理手段と、当該物体像
    と音像との重ね合せ像を表示する表示手段とで構成した
    ことを特徴とする音源探査装置。
JP10199386A 1986-05-06 1986-05-06 音源探査装置 Pending JPS62259072A (ja)

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