[發明專利]一種基于機器視覺的吉他琴弦音色檢測裝置

有效

• 申請號: 201410754530.5
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104464694B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 寧凱
• 申請（專利權）人: 儀征市廣茂電子電器有限公司
• 主分類號: G10D3/14
• 分類號: G10D3/14
• 代理公司: 紹興市寅越專利代理事務所(普通合伙) 33285
• 代理人: 陳彩霞

1.一種基于機器視覺的吉他琴弦音色檢測裝置，包括把持端(1)，弦橋端(2)，弦枕端(3)和拉伸端(4)，所述的把持端(1)，弦橋端(2)，弦枕端(3)和拉伸端(4)四點一線，弦橋端(2)和弦枕端(3)平行設置，與從把持端(1)到拉伸端(4)所在直線方向垂直，所述的弦橋端(2)沿從把持端(1)到拉伸端(4)所在直線方向運動；待測琴弦(5)在把持端(1)固定，依次通過弦橋端(2)，弦枕端(3)至拉伸端(4)；位于弦橋端(2)和弦枕端(3)中部位置，設置有撥片(6)，拾音器(7)和圖像傳感器(8)，所述的弦橋端(2)、拉伸端(4)、拾音器(7)和圖像傳感器(8)連接計算機(9)，計算機(9)控制弦橋端(2)沿從把持端(1)到拉伸端(4)所在直線方向運動，拉伸端(4)拉伸待測琴弦(5)，拾音器(7)將撥片(6)波動待測琴弦(5)后，待測琴弦(5)發出的聲音傳遞給計算機(9)，圖像傳感器(8)用于采集待測琴弦(5)被撥動后的振動圖像，并將圖像傳遞給計算機(9)；

所述的弦橋端(2)和弦枕端(3)沿與X平面垂直的方向運動，X平面由a直線和b直線所確定，所述的a直線為從把持端(1)到拉伸端(4)的方向，所述的b直線為弦橋端(2)或弦枕端(3)所在方向；

所述的撥片(6)為鉗子形，將待測琴弦(5)拉伸到固定位置后再松開；所述撥片(6)的拉伸方向與圖像傳感器(8)的光軸方向垂直；

其特征在于，

按照以下的流程進行吉他琴弦音色檢測：

步驟a、調整弦橋端(2)的位置

具體方法為根據待測琴弦(5)的編號，調整弦橋端(2)沿從把持端(1)到拉伸端(4)所在直線方向運動，使弦橋端(2)與弦枕端(3)之間的距離等于該編號琴弦在吉他位置上的弦橋到弦枕之間的距離；

步驟b、調整待測琴弦(5)的音高

具體方法為將待測琴弦(5)一端固定在把持端(1)，另一端固定在拉伸端(4)，并使弦橋端(2)和弦枕端(3)與待測琴弦(5)接觸，用撥片(6)撥動待測琴弦(5)，拾音器(7)將待測琴弦(5)發出的聲音傳遞給計算機(9)，計算機將待測琴弦(5)的音高與標準音高進行對比，如果：

第一、待測琴弦(5)的音高高于標準音高，使弦橋端(2)和弦枕端(3)與待測琴弦(5)非接觸，拉伸端(4)向靠近把持端(1)方向移動，重復判斷步驟，直到待測琴弦(5)的音高等于標準音高；

第二、待測琴弦(5)的音高等于標準音高，判斷結束；

第三、待測琴弦(5)的音高低于標準音高，使弦橋端(2)和弦枕端(3)與待測琴弦(5)非接觸，拉伸端(4)向遠離把持端(1)方向移動，重復判斷步驟，直到待測琴弦(5)的音高等于標準音高；

步驟c、采集振動圖像

利用撥片(6)撥動待測琴弦(5)，圖像傳感器(8)采集振動中的待測琴弦(5)，并將圖像傳遞給圖像傳感器(8)；

步驟d、獲得振動函數

將步驟c所獲得的圖像，待測琴弦(5)振幅最大位置處、振動方向的全部像素提取出來，進行傅里葉變換并取模，得到振動函數；

步驟e、獲得評價函數

方法一、根據待測琴弦(5)振幅最大位置處的振幅，將其代入到以下公式得到評價函數：

式中，t_e為圖像傳感器(8)的曝光時長，f為空間頻率，D為待測琴弦(5)振幅最大位置處的振幅，ω為振動頻率，且t_e為ω的10以上整數倍；

方法二、根據待測琴弦(5)振幅最大位置處的振幅，將其代入到以下公式得到評價函數：

|J₀(2πfD)|

式中，J₀為第一類0階貝塞爾函數，f為空間頻率，D為待測琴弦(5)振幅最大位置處的振幅；

其中，待測琴弦(5)振幅最大位置處的振幅的獲得方法為：將步驟c所獲得的圖像，待測琴弦(5)振幅最大位置處、振動方向的全部像素提取出來，進行梯度運算，梯度絕對值最大的兩個點之間的距離的二分之一即為待測琴弦(5)振幅最大位置處的振幅D；

步驟f、獲得音色檢測結果

將步驟d得到的振動函數與步驟e得到的評價函數進行對比，如果：

振動函數與評價函數之間的誤差不大于10％，說明待測琴弦(5)的音色完美；

振動函數與評價函數之間的誤差在10％至25％之間，說明待測琴弦(5)的音色不完美；

振動函數與評價函數之間的誤差大于25％，說明待測琴弦(5)為劣質琴弦。