[发明专利]一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置

权利要求书

1.一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，包括把持端(1)，弦桥端(2)，弦枕端(3)和拉伸端(4)，所述的把持端(1)，弦桥端(2)，弦枕端(3)和拉伸端(4)四点一线，弦桥端(2)和弦枕端(3)平行设置，与从把持端(1)到拉伸端(4)所在直线方向垂直，所述的弦桥端(2)沿从把持端(1)到拉伸端(4)所在直线方向运动；待测琴弦(5)在把持端(1)固定，依次通过弦桥端(2)，弦枕端(3)至拉伸端(4)；位于弦桥端(2)和弦枕端(3)中部位置，设置有拨片(6)，拾音器(7)和图像传感器(8)，所述的弦桥端(2)、拉伸端(4)、拾音器(7)和图像传感器(8)连接计算机(9)，计算机(9)控制弦桥端(2)沿从把持端(1)到拉伸端(4)所在直线方向运动，拉伸端(4)拉伸待测琴弦(5)，拾音器(7)将拨片(6)波动待测琴弦(5)后，待测琴弦(5)发出的声音传递给计算机(9)，图像传感器(8)用于采集待测琴弦(5)被拨动后的振动图像，并将图像传递给计算机(9)；

所述的弦桥端(2)和弦枕端(3)沿与X平面垂直的方向运动，X平面由a直线和b直线所确定，所述的a直线为从把持端(1)到拉伸端(4)的方向，所述的b直线为弦桥端(2)或弦枕端(3)所在方向；

所述的拨片(6)为钳子形，将待测琴弦(5)拉伸到固定位置后再松开；所述拨片(6)的拉伸方向与图像传感器(8)的光轴方向垂直；

其特征在于，

按照以下的流程进行吉他琴弦音色检测：

步骤a、调整弦桥端(2)的位置

具体方法为根据待测琴弦(5)的编号，调整弦桥端(2)沿从把持端(1)到拉伸端(4)所在直线方向运动，使弦桥端(2)与弦枕端(3)之间的距离等于该编号琴弦在吉他位置上的弦桥到弦枕之间的距离；

步骤b、调整待测琴弦(5)的音高

具体方法为将待测琴弦(5)一端固定在把持端(1)，另一端固定在拉伸端(4)，并使弦桥端(2)和弦枕端(3)与待测琴弦(5)接触，用拨片(6)拨动待测琴弦(5)，拾音器(7)将待测琴弦(5)发出的声音传递给计算机(9)，计算机将待测琴弦(5)的音高与标准音高进行对比，如果：

第一、待测琴弦(5)的音高高于标准音高，使弦桥端(2)和弦枕端(3)与待测琴弦(5)非接触，拉伸端(4)向靠近把持端(1)方向移动，重复判断步骤，直到待测琴弦(5)的音高等于标准音高；

第二、待测琴弦(5)的音高等于标准音高，判断结束；

第三、待测琴弦(5)的音高低于标准音高，使弦桥端(2)和弦枕端(3)与待测琴弦(5)非接触，拉伸端(4)向远离把持端(1)方向移动，重复判断步骤，直到待测琴弦(5)的音高等于标准音高；

步骤c、采集振动图像

利用拨片(6)拨动待测琴弦(5)，图像传感器(8)采集振动中的待测琴弦(5)，并将图像传递给图像传感器(8)；

步骤d、获得振动函数

将步骤c所获得的图像，待测琴弦(5)振幅最大位置处、振动方向的全部像素提取出来，进行傅里叶变换并取模，得到振动函数；

步骤e、获得评价函数

方法一、根据待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅，将其代入到以下公式得到评价函数：

式中，t_e为图像传感器(8)的曝光时长，f为空间频率，D为待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅，ω为振动频率，且t_e为ω的10以上整数倍；

方法二、根据待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅，将其代入到以下公式得到评价函数：

|J₀(2πfD)|

式中，J₀为第一类0阶贝塞尔函数，f为空间频率，D为待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅；

其中，待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅的获得方法为：将步骤c所获得的图像，待测琴弦(5)振幅最大位置处、振动方向的全部像素提取出来，进行梯度运算，梯度绝对值最大的两个点之间的距离的二分之一即为待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅D；

步骤f、获得音色检测结果

将步骤d得到的振动函数与步骤e得到的评价函数进行对比，如果：

振动函数与评价函数之间的误差不大于10％，说明待测琴弦(5)的音色完美；

振动函数与评价函数之间的误差在10％至25％之间，说明待测琴弦(5)的音色不完美；

振动函数与评价函数之间的误差大于25％，说明待测琴弦(5)为劣质琴弦。