[發(fā)明專利]一種基于校準(zhǔn)源的分布式多麥克風(fēng)陣列的映射校準(zhǔn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010062694.7
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111239688B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王文鼐;陶建波;陸晟;王斌;吳煒
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

本發(fā)明公開了一種基于校準(zhǔn)源的分布式多麥克風(fēng)陣列的映射校準(zhǔn)方法，所述方法對于每個校準(zhǔn)聲源，在獲取映射點的粗定位坐標(biāo)后，以該點為中心構(gòu)造8個候選的精細(xì)定位坐標(biāo)，再依聲學(xué)能量最大原則更新映射點坐標(biāo)，然后通過迭代計算直至分辨精度滿足預(yù)定要求。所述方法可用于分布式多麥克風(fēng)陣列的高精度快速校準(zhǔn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于分布式多麥克風(fēng)陣列技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于分布式多麥克風(fēng)陣列的映射校準(zhǔn)方法，具體涉及一種基于校準(zhǔn)源的分布式多麥克風(fēng)陣列的映射校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

分布式麥克風(fēng)陣列在聲源的定位、跟蹤和分離方面有著廣闊的發(fā)展前景。分布式麥克風(fēng)陣列系統(tǒng)可以獲得更大的空間覆蓋范圍和更高的聲學(xué)穩(wěn)定性，且分布式麥克風(fēng)陣列系統(tǒng)的各個麥克風(fēng)陣列單元，在同步工作時，擁有并發(fā)的計算和處理能力。專利201811257101.1公開了一種基于雙麥克風(fēng)陣列的聲源定位方法，該方法根據(jù)時延差計算出聲源的位置信。但該方法并未考慮到雙麥克風(fēng)陣列的數(shù)據(jù)融合問題，因此，在綜合各陣列獨立計算的定位時，需要相對準(zhǔn)確的陣列間相對位置和方向數(shù)據(jù)，即陣列校準(zhǔn)信息。

現(xiàn)有技術(shù)中，對于分布式麥克風(fēng)陣列的校準(zhǔn)，通常使用歸一化八點算法。首先建立麥克風(fēng)陣列映射模型，作用是將空間中的點映射到平面上。假設(shè)在聲場中存在一個校準(zhǔn)源S以及兩個基于麥克風(fēng)陣列映射模型的麥克風(fēng)陣列A₁和A₂，假設(shè)p＝(x，y)^T和q＝(x＇，y＇)^T是兩個圖像映射平面的一對校準(zhǔn)源映射點對，假設(shè)在兩個圖像映射平面中存在i對校準(zhǔn)源映射點對，分別稱為p_i和q_i，則所有校準(zhǔn)源映射點對都滿足以下圖像映射關(guān)系：

將其中的矩陣F稱為基本矩陣，矩陣包含了兩個圖像映射平面的圖像映射關(guān)系，也即是兩個麥克風(fēng)陣列的校準(zhǔn)信息；具體可見文獻(xiàn)：HARTLEY R,ZISSERMAN A.Multiple viewgeometry in computer vision[M].New York:Cambridge University Press,2003:279-308.

在獲取校準(zhǔn)源映射點對的過程中，由于計算復(fù)雜度以及計算誤差的限制，提出了圖像映射，也即是建立有l(wèi)個預(yù)置位置點的映射平面。假設(shè)在遠(yuǎn)場環(huán)境下有一個校準(zhǔn)源S，假設(shè)麥克風(fēng)陣列中有K個麥克風(fēng)，由校準(zhǔn)源S發(fā)出的音頻聲波的離散序列被麥克風(fēng)陣列中k個麥克風(fēng)mic_k接收采樣后獲得離散序列x_k(n)，使用延時求和法，在第l個預(yù)置位置點P_l上疊加的音頻聲波離散序列為

在P_l方向的聲學(xué)能量為

對每一個預(yù)置位置點計算聲學(xué)能量，校準(zhǔn)源映射點為最大值(E_l)_max對應(yīng)的預(yù)置位置點。獲取校準(zhǔn)源映射點對后，將其中的p_i和q_i校準(zhǔn)源映射點對齊次化為三維空間坐標(biāo)，通過歸一化八點算法求解得到基本矩陣F，在得到基本矩陣后，對基本矩陣進(jìn)行奇異值分解，得到旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移向量t，即得到了兩個圖像映射平面的校準(zhǔn)結(jié)果。

假設(shè)空間中存在兩部基于聲學(xué)相機的麥克風(fēng)陣列A₁和A₂，A₁相對于A₂的實際旋轉(zhuǎn)矩陣為R_true，實際平移向量為t_true，校準(zhǔn)結(jié)果R與t相對于實際值存在一定誤差，對應(yīng)指標(biāo)如下

ε_t＝arccos(t^T t_true)