[发明专利]一种基于图像处理的声相仪声源定位结果评定方法

说明书

本发明涉及一种基于图像处理的声相仪声源定位结果评定方法。本发明提出将声相仪所拍摄的声相云图中声源定位结果的方位角误差与俯仰角误差作为声相仪声源定位误差的评价指标。然后利用图像处理技术提取声相云图的目标声源，并计算出目标声源的中心坐标。通过图像标定得到目标声源在实际物理空间上的位置坐标信息。最后将目标声源在声相云图中的声源中心坐标与其实际物理空间位置坐标相比较，计算得到方位角误差与俯仰角误差。本发明从图像处理技术入手，克服了远距离时声相仪声源定位结果较难评定的难题，提出的评定方法能够准确的对声相仪的声源定位结果进行评定，以便于对声相仪的性能分析，且图像处理技术操作简单。

技术领域

本发明涉及声学测量领域，特别涉及一种基于图像处理的声相仪声源定位结果评定方法。

背景技术

近年来，声源定位技术因抗干扰能力强、隐蔽性好、定位精度高等优势在视频会议、导航、雷达、智能机器人、声呐和战场监测等领域占据举足轻重的地位。当机械设备出现故障时，失效零件部分会发出异响，可以用声源定位技术定位故障所在区域。快速定位声源位置，在提供试验决策支持、及时发现试验风险等方面具有非常重要的意义。

声源可视化作为声源定位的一种手段，使声源的识别变得快速、准确。然而，通过传统方法完成声源可视化需要大量的手工工作。例如为了识别运动的声源，必须拍摄大量图像，并且手动进行重建和同步，导致工作量大以及降低工作效率。

近年来，随着数码相机技术的发展，出现了利用声相仪来进行声源可视化工作。声相仪成像是基于传声器阵列测量技术，通过测量一定空间内的声波到达各传声器的信号相位差异，依据相控阵原理确定声源的位置，测量声源的幅值，并以图像的方式显示声源在空间的分布。在空间分布中，得到了空间声场分布云图即声学图像，其中以图像的颜色和亮度代表声音的强弱。图像和安装在阵列上的摄像头捕获的视频图像被透明地堆叠，以形成被测对象的可视可分析噪声状态，称为声相云图。声成像分析是目前国内外研究的热点方法，并且在各行业得到了广泛的应用。

但是，目前大部分的声相仪只能提供定量的数据，其所拍摄的声相云图缺乏统一的衡量标准。定位误差作为声相仪的关键性指标，则需要找到一种方法来对声相云图的声源定位结果进行评定。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于图像处理的声相仪声源定位结果评定方法，用于客观的对声相仪的声源定位误差结果进行评定，从图像处理技术入手，克服了远距离时声相仪声源定位结果较难评定的难题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

本发明用信号发生装置发射不同的信号，经过功率放大器放大后驱动声源工作。声相仪对声源进行实时定位，并将定位结果保存于计算机内。提出将声相仪所拍摄的声相云图中声源定位结果的方位角误差与俯仰角误差作为声相仪声源定位误差的评价指标。利用图像处理技术提取声相云图的目标声源，并计算出目标声源的中心坐标。通过图像标定得到目标声源在实际物理空间上的位置坐标信息。最后将目标声源在声相云图中的声源中心坐标与其实际物理空间位置坐标相比较，计算得到方位角误差与俯仰角误差。

所述的图像处理技术提取声相云图目标声源采用以下方法：

操作声相仪对声源发出响声时与未发声时分别进行抓拍；利用差影法将前后拍摄的声相云图中有含有声源定位成像结果的图片与未含声源定位成像结果的背景图片进行相减，再进行滤波处理，从而提高图像质量，使目标轮廓清晰，边界灰度变化明显；设置阈值进行灰度二值化和腐蚀膨胀后提取到声相云图中的目标声源，采用加权平均的方法求得目标声源的中心，即声相云图中声源定位中心的位置坐标（该坐标是以图像的像素点形式表示的）；在与声源摆放位置相同的正对平面内对声相仪系统所采集的图像进行标定，确定声相云图图像中单位像素相对应的实物尺寸的大小；标定完毕后，即可根据标定结果，求得声相云图中声源在实际物理空间的真实位置坐标，进一步求得声相仪声源定位结果的方位角误差和俯仰角误差。

本发明的有益效果在于：