[发明专利]一种基于声源定位的增强现实系统与方法

说明书

本发明提出一种基于声源定位的增强现实系统与方法，包括场景选择模块、距离测量模块、图像采集模块、目标检测模块、目标显示模块、目标选择模块、配置选择模块、传感器阵列、声信号采集模块、信号缓存模块、信号传输模块、定位模块、增强现实模块和显控模块。通过识别检测范围内存在的目标，自动确定目标的频率范围并自动选择合适的传声器阵列的配置和定位算法，通过增强现实方式展示噪声源的分布及检测目标的相关信息，增加了噪声源定位的便捷性。

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，特别涉及一种基于声源定位的增强现实系统与方法。

背景技术

增强现实(AR)将真实世界与虚拟信息融合，是对现实世界的一种增强，在对现实进行增强后可以使人们更深入地认识现实，已成为新型人机交互界面，并应用于各个行业。

在电力、天然气等行业中，确保设备的正常工作极其重要。一些设备在发生故障时会伴有噪声的产生，设备由于非正常工作而产生的噪声蕴含着丰富的信息，可被用来进行设备状态监测和故障诊断。噪声源定位技术被广泛应用于工业领域，利用一定配置的传声器阵列采集到的声音信号经过定位算法的处理后可以计算出指定频率的声源位置，将声源的位置及强度等参数进行标识，实现声源信息的可视化。声源定位技术不仅可以应用在设备的故障检测中，还广泛应用于各种噪声源的定位中，为降噪提供准确的声源位置及强度等参数。

目前的声源定位系统大都是将传声器阵列采集到的信号进行处理，然后将处理后的结果传输到电脑终端来显示噪声源的位置信息，使得终端操作人员与传声器阵列检测设备距离一般较远，不便移动传声器阵列的位置来改变检测对象，增加了工作人员的操作难度。为此，国内外研究机构都在加速研究便携式声源定位系统。例如中国专利CN110412509A公开了一种基于MEMS麦克风阵列的声源定位系统，利用FPGA芯片并行采集多通道MEMS均匀圆阵麦克风阵列语音信号，经过降采样和缓存处理，再通过千兆网口将语音信号传输到DSP处理器上进行处理，实现语音增强和声源定位的功能，但其采样率为10kHz，可检测范围太小。

由于不同的设备发生故障时会产生不同频率范围的噪声源，例如：输气管道上的阀门产生微小泄漏时会产生超声信号，频率在20kHz到60kHz之间；高压线上电晕放电产生的噪声源频率在11kHz到14kHz之间。在硬件上，固定配置的传声器阵列针对不同频率的声源定位的灵敏度是不同的，即针对不同频率的噪声源需要由不同配置的传声器阵列来进行噪声源的定位；在软件上，不同的声源定位算法也通常适用于不同频率的声源的定位。因此针对不同设备产生的故障需要选择不同配置的传声器阵列和声源定位算法来进行定位。中国专利CN 109752721 A公开了一种具有扫描和分析能力的便携式声学成像工具，需要手动选择需要定位的频率范围之后，再选择对应配置的传声器阵列和定位算法，但是手动选择所需定位的频率范围操作复杂，且对操作人员的专业知识要求较高，一旦选择不合适就会导致无法检测或检测结果不准确。另外，现有定位系统都是针对整个视野范围内进行定位，计算效率与抗干扰性较低，并且在定位后只向操作人员展示噪声源的分布情况，不能为设备状态监测和故障诊断提供检测目标的相关信息。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于声源定位的增强现实系统与方法，用于解决现有声源定位系统太过庞大、便捷性不高、操作要求和难度过大、计算效率与抗干扰性较低、不能为设备状态监测和故障诊断提供检测目标的相关信息等问题。通过识别检测范围内存在的目标，自动确定目标的频率范围并自动选择合适的传声器阵列的配置和定位算法，通过增强现实方式展示噪声源的分布及检测目标的相关信息，增加了噪声源定位的便捷性。

本发明的技术方案为：

所述一种基于声源定位的增强现实系统，包括场景选择模块、距离测量模块、图像采集模块、目标检测模块、目标显示模块、目标选择模块、配置选择模块、传感器阵列、声信号采集模块、信号缓存模块、信号传输模块、定位模块、增强现实模块和显控模块；