[发明专利]一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置

摘要

一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置属于乐器、机械设备和精密仪器领域；该检测装置包括把持端，弦桥端，弦枕端和拉伸端，所述的把持端，弦桥端，弦枕端和拉伸端四点一线，弦桥端和弦枕端平行设置，与从把持端到拉伸端所在直线方向垂直，所述的弦桥端沿从把持端到拉伸端所在直线方向运动；待测琴弦在把持端固定，依次通过弦桥端，弦枕端至拉伸端；位于弦桥端和弦枕端中部位置，设置有拨片，拾音器和图像传感器，所述的弦桥端、拉伸端、拾音器和图像传感器连接计算机；本发明可以实现通过检测琴弦的振动轨迹来判断琴弦音色的技术目的。

主权项

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，te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te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。