[發明專利]基于機器視覺的鋼琴電子調律方法及裝置

無效

• 申請號: 201410108348.2
• 申請日: 2014-03-22
• 公開（公告）號: CN103903597A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 溫強;任小雪;徐大穎;李翠翠;楊雄;孫秋華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G10C9/00
• 分類號: G10C9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于機器視覺的鋼琴電子調律方法及裝置。

背景技術

機器視覺在工業、農業、軍事、醫學等領域得到廣泛的應用。如產品的尺寸測量、缺陷識別；軍事上的導航制導系統；微小尺寸的檢測；汽車的外觀檢查及尺寸測量等等均用到機器視覺，它的應用大大提高了眾多領域的自動化和智能化。在傳統的鋼琴調律方法中，鋼琴音律的調節主要是靠鋼琴調律師對音律的敏感特性和生理聽覺特性對高低音作出判斷，并與標準音進行比較來調節鋼琴琴弦的緊張和松弛，然而再資深的鋼琴師也會受到環境因素和個人因素的影響導致辨識音律不準確產生較大誤差，造成調音不準。

目前鋼琴調律裝置主要有：一、多媒體鋼琴標準音發生器裝置：該裝置的實現原理是利用多媒體計算機組成的鋼琴標準音發生器，利用聲卡產生對應于鋼琴1到8，8個鍵標準音，而顯示器則顯示相應的界面，通過鼠標或外接腳踏開關控制發生器，由于鋼琴的聲音頻率會受到鼠標移動、鼠標鍵按下以及腳踏開關聲音頻率的影響，會對采集的聲音信號造成干擾產生較大誤差。二、多功能鋼琴音準儀：該裝置的實現原理是在確定鋼琴理想音律與各音的實際物理音高的關系基礎上，將原始的聲波進行放大和濾波轉換成方波信號，并利用單片機內部的定時器和計數器計時和計數，再利用運算子程序與標準音進行比較計算出各項的結果，最后用軟件中斷的方式將數據輸出到液晶屏上進行顯示，該裝置運用單片機作為音頻處理芯片，其運算速度比較慢，影響高精度的處理聲音信號，靈敏度不高。三、鋼琴調律標準發生器：該裝置利用一電子存儲器存儲標準音頻率，利用聲音頻率檢測裝置將聲音信號轉換為電信號并記錄頻率和波形，將得到的頻率通過一個比較電路與標準音頻率進行比較得到結果，最后將結果顯示在數碼顯示器上。該裝置測量聲音信號的穩定度不夠高，抗干擾能力弱，且由于各個琴鍵間頻率相差小，很容易造成無法辨識是哪個琴鍵被按下，導致調音不準確，精度不高。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于機器視覺的鋼琴電子調律方法及裝置，鋼琴調音便捷、準確。

基于同一發明構思，本發明具有2個獨立的技術方案：

1.一種基于機器視覺的鋼琴電子調律方法，其特征在于：機器視覺單元將采集到的按鍵圖像信息進行解碼后輸送到數據處理單元中，數據處理單元分析并判斷當前被按下的按鍵位置；同時，聲音數據采集單元采集當前按鍵發出的鋼琴聲音，將聲音數字信號傳送到數據處理單元進行處理和存儲；數據處理單元根據獲得的當前按鍵位置信息和當前按鍵發出的聲音數字信號，向顯示單元發送信號，由顯示單元顯示當前按鍵的標準音頻率和當前按鍵所發出的實際音頻的頻譜圖。

調律時，戴上染色的指套按下鋼琴的按鍵。

機器視覺單元可采用CCD或CMOS攝像頭。

顯示單元還可顯示當前按鍵的鍵音名和當前按鍵音準評價信息。

2.一種實現上述基于機器視覺的鋼琴電子調律方法的裝置，其特征在于：機器視覺單元和聲音數據采集單元的信號輸出端接數據處理單元，數據處理單元的信號輸出端接顯示單元。

機器視覺單元可采用CCD或CMOS攝像頭。

本發明具有的有益效果：

本發明通過機器視覺單元將采集當前被按下的按鍵位置信息，通過聲音數據采集單元采集當前按鍵發出的鋼琴聲音數字信號，數據處理單元根據前述信息，通過分析比較可由顯示單元給出鋼琴調律方向的提示，當不同琴鍵被按下時就會顯示不同的標準音頻率、鍵音名和頻譜圖，通過對頻譜圖的分析和鋼琴調律方向的提示，可自動作出鋼琴的音準評價，并自動檢測音律的偏移。本發明結構簡單，易于使用，具有精度高、信噪比高，抗干擾能力強等優點。

附圖說明

圖1是本發明鋼琴電子調律裝置的電路原理框圖；

圖2是本發明中聲音信號頻譜圖與標準音頻率對應示意圖。

具體實施方式

本發明鋼琴電子調律裝置由機器視覺單元1、聲音數據采集單元2、數據處理單元3、顯示單元4構成;機器視覺單元1和聲音數據采集單元2的信號輸出端接數據處理單元3，數據處理單元3的信號輸出端接顯示單元4。機器視覺單元4可采用CCD或CMOS攝像頭.

機器視覺單元1將采集的按鍵圖像信息解碼后送到數據處理單元3中，數據處理單元3分析并判斷當前被按下的按鍵位置；同時，聲音數據采集單元2采集當前按鍵發出的鋼琴聲音，將聲音數字信號傳送到數據處理單元3進行處理和存儲；數據處理單元3根據獲得的當前按鍵位置信息和當前按鍵發出的聲音數字信號，向顯示單元4（如PC機）發送信號，由顯示單元4同時以數字和圖形方式顯示該按鍵的標準音頻率和它的鍵音名及該琴鍵敲擊琴弦所發聲音信號的頻譜圖，如圖2所示，頻譜圖中峰值點對應的頻率為該按鍵的主頻頻率，與標準音頻率比較，在顯示單元4上給出鋼琴調律方向的提示。當按下不同的琴鍵時，其對應的標準音頻率、鍵音名及該琴鍵所發聲音信號的頻譜圖就會發生變化，通過對頻譜圖的分析及鋼琴調律方向的提示可自動作出鋼琴的音準評價，并自動檢測出音律的偏移，進而可以完成鋼琴琴弦緊張或松弛的調節。實施時，將被測鋼琴5置于明亮的室內，測試者可戴上染色的指套按下鋼琴的琴鍵，突出圖像特征，以降低圖像識別算法的復雜度并提高算法的可靠。