[發(fā)明專利]一種多機(jī)器人協(xié)同的3D聲源識(shí)別定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011354622.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN112379330B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安康;付衛(wèi)婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江同善人工智能技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01S5/22
• 分類號(hào): G01S5/22
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 周兵

本發(fā)明公開了一種多機(jī)器人協(xié)同的3D聲源識(shí)別定位方法，其包括以下步驟：(S1)采集各機(jī)器人的麥克風(fēng)的音頻信號(hào)；(S2)將各音頻信號(hào)與參考音頻信號(hào)做互相關(guān)計(jì)算，若計(jì)算結(jié)果達(dá)到設(shè)定的閾值，則將其識(shí)別為待識(shí)別的音頻信號(hào)；(S3)對(duì)于每個(gè)機(jī)器人，計(jì)算該機(jī)器人上任意兩個(gè)麥克風(fēng)的音頻信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)，然后對(duì)方向空間做離散化，在每個(gè)方向上計(jì)算對(duì)應(yīng)時(shí)延下的互相關(guān)函數(shù)之和，找出最大響應(yīng)值，最大響應(yīng)值對(duì)應(yīng)的方向即是聲源相對(duì)該機(jī)器人的方向(S4)求解聲源的坐標(biāo)，并根據(jù)聲源方向以及各機(jī)器人所在的位置對(duì)聲源的坐標(biāo)進(jìn)行修正。本發(fā)明相較于通過到達(dá)時(shí)間差來(lái)計(jì)算空間聲源的位置，提出了基于離散空間搜索最大相關(guān)性函數(shù)值的方法，其抵抗混響能力更強(qiáng)，搜索代價(jià)更小，運(yùn)行速度快。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種多機(jī)器人協(xié)同的3D聲源識(shí)別定位方法。

背景技術(shù)

聲源定位是聽覺系統(tǒng)對(duì)發(fā)聲物體位置的判斷過程，它包括水平聲源定位和垂直聲源定位以及與聽者距離的識(shí)別。對(duì)聲源方位的識(shí)別是人和動(dòng)物對(duì)環(huán)境感知的一種基本方法，有利于動(dòng)物捕捉獵物、尋找配偶和躲避危險(xiǎn)。在多聲源的復(fù)雜聲場(chǎng)中，聲源定位功能更有助于從背景聲中鎖定聲學(xué)目標(biāo)，分離有用信息。

聲源的識(shí)別與定位技術(shù)在機(jī)器人的目標(biāo)定位領(lǐng)域有很重要的應(yīng)用。借助聽覺來(lái)辨別聲源并判定發(fā)聲的位置，使得機(jī)器人在感知環(huán)境時(shí)能獲取更多的信息。一個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景是，在RoboCup足球比賽中，機(jī)器人需要辨別裁判吹的哨聲并定位該哨聲以開始比賽。正確識(shí)別哨聲便能搶占先機(jī)，能否正確的辨別哨聲對(duì)比賽也起著非常重要的作用。

一般聲源識(shí)別的方法主要采用提取信號(hào)頻率主成分的方法，判斷其是否在該類聲音的頻率范圍內(nèi)，但往往由于搭載在仿人機(jī)器人上的麥克風(fēng)采樣頻率較低等原因，很容易受到高頻噪聲的干擾而產(chǎn)生誤識(shí)別。另外，一般用來(lái)聲源定位的方法使用GCC-PHAT算法，根據(jù)聲源的到達(dá)時(shí)間差(TDOA)來(lái)建立空間幾何關(guān)系，計(jì)算出聲源的方向，但這種方法也很容易受到混響的干擾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種多機(jī)器人協(xié)同的3D聲源識(shí)別定位方法。

本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成：

一種多機(jī)器人協(xié)同的3D聲源識(shí)別定位方法，其特征在于包括以下步驟：

(S1)采集各機(jī)器人的麥克風(fēng)的音頻信號(hào)，并對(duì)其做快速傅里葉變換，得到各音頻信號(hào)的頻域信號(hào)；

(S2)將各音頻信號(hào)與參考音頻信號(hào)做互相關(guān)計(jì)算，若計(jì)算結(jié)果達(dá)到設(shè)定的閾值，則將其識(shí)別為待識(shí)別的音頻信號(hào)，并跳轉(zhuǎn)至步驟(S3)；否則跳轉(zhuǎn)至步驟(S1)；

(S3)對(duì)于每個(gè)機(jī)器人，計(jì)算該機(jī)器人上任意兩個(gè)麥克風(fēng)的音頻信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)，然后對(duì)方向空間做離散化，在每個(gè)方向上計(jì)算對(duì)應(yīng)時(shí)延下的互相關(guān)函數(shù)之和，找出最大響應(yīng)值，最大響應(yīng)值對(duì)應(yīng)的方向即是聲源相對(duì)該機(jī)器人的方向

(S4)求解聲源的坐標(biāo)，并根據(jù)聲源方向以及各機(jī)器人所在的位置對(duì)聲源的坐標(biāo)進(jìn)行修正。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在步驟(S1)中，采集音頻信號(hào)的過程中，采樣頻率大于參考音頻信號(hào)的頻率的兩倍。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在步驟(S2)中，當(dāng)至少兩個(gè)所述機(jī)器人采集到的音頻信號(hào)的頻域信號(hào)達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，將采集到的音頻信號(hào)識(shí)別為待識(shí)別的音頻信號(hào)。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在步驟(S2)中，將某個(gè)音頻信號(hào)為x_i(n)與參考音頻信號(hào)x_ref(n)做互相關(guān)計(jì)算包括以下步驟

(S21)計(jì)算參考音頻信號(hào)x_ref(n)的自相關(guān)函數(shù)R_ref(τ)以及自相關(guān)函數(shù)R_ref(τ)的峰值，計(jì)算公式為：