[發明專利]一種基于麥克風陣列的聲源成像方法

在審

• 申請號: 202110412269.0
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113176538A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 毛志德;張凱帆;張靜;韋俊東;唐子凡;張自立;董芳汝
• 申請（專利權）人: 杭州愛華儀器有限公司
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明提供一種基于麥克風陣列的聲源成像方法，包括以下步驟：S1：由多臂螺旋陣列組成多通道麥克風陣列，通道數為N；S2：通過麥克風陣列采集N個通道的原始音頻數據；S3：對原始音頻數據進行相位修正；S4：對修正后的音頻數據進行處理，得到復數矩陣R’;S5：根據麥克風陣列坐標確定掃描面上各點的坐標；S6：計算掃描面到陣列面的導向向量并根據互譜矩陣R得到掃描面的聲源強度分布圖；S7：將聲源強度分布圖與視頻圖像疊加處理得到實時的聲學成像圖。通過修正音頻數據以及視頻疊加解決了現有聲源定位方法的定位結果易受外界因素干擾問題。

技術領域

本發明涉及聲學成像領域，尤其涉及一種基于麥克風陣列的聲源成像方法。

背景技術

隨著工業化進程不斷加快，人們對于設備檢測需求隨之不斷提高，在工業生產中，噪聲源定位一直是關注的重點，快速準確的發現聲源位置可以提高設備的檢測效率，降低檢測成本。

近幾年，基于麥克風陣列的聲源定位技術近年來成為研究的熱點，聲源定位是通過多個麥克風接收音頻信號，經過處理后反映聲源的方位。現有聲源定位產品一般采用時延估計的方法進行聲源定位，通過計算不同麥克風之間的接收信號的延遲，然后通過時延與方位角的關系確定聲源的位置。該方法對麥克風接收信號的精確度要求較高，且當麥克風陣列面積較小時，定位精度會有所降低。而實際應用場景中，大型陣列會存在操作和使用不便性，往往小型陣列在操作起來更加方便。當聲源定位場景中存在多種背景噪聲干擾時，在檢測時需要排除這些干擾因素，否則會影響聲源定位結果的準確性。

公開號為CN112198474A的專利文獻公開了一種聲源定位方法、裝置、介質和設備。根據本發明實施例提供的方案，可以在確定出的聲源方向既包括真實聲源方向，又包括鏡像聲源方向，無法確定哪個聲源方向為真實聲源的方向時，通過進行DOA估計確定每個聲源方向對應的譜峰，或者通過進行波束形成，確定每個聲源方向對應的聲源波束信號的相對延遲的絕對值，來確定真實聲源方向。使得聲源波束存在強反射的情況下，仍然可以確定聲源真實方向。但該方法著重解決聲音因反射形成的鏡像聲源問題，仍然容易受到其他外界因素的干擾。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：現有聲源定位方法的定位結果易受外界因素干擾問題。為解決上述技術問題，本發明提供一種基于麥克風陣列的聲源成像方法，包括以下步驟：

S1：由多臂螺旋陣列組成多通道麥克風陣列，通道數為N；

S2：通過麥克風陣列采集N個通道的原始音頻數據；

S3：對原始音頻數據進行相位修正；

S4：對修正后的音頻數據進行處理，得到復數矩陣R’；

S5：根據麥克風陣列坐標確定掃描面上各點的坐標；

S6：計算掃描面到陣列面的導向向量并根據互譜矩陣R得到掃描面的聲源強度分布圖；

S7：將聲源強度分布圖與視頻圖像疊加處理得到實時的聲學成像圖。

作為優選，步驟S4的處理過程包括：

S401.獲取N個通道的音頻數據，數據長度為M，逐一對每個通道的音頻數據進行帶通濾波，數據的長度M為2的整數次冪；

S402.對濾波后的每個通道數據分別進行FFT計算，得到N*M大小的復數矩陣P，選取參考通道，并計算出FFT后幅值最大位置的頻率點f0，參考通道選擇傳聲器陣列中距離陣列中心點最近的一個通道；

S403.從矩陣P中選取頻率f0對應的N個值組成列向量Xfi，再計算得到互譜矩陣R；

S404.計算矩陣R的除自譜矩陣R’。

作為優選，所述步驟S3相位修正預先采集遠場聲音數據，采用互相關估計法計算各個通道之間的相位差，然后對采集到的音頻數據進行修正。

作為優選，所述步驟S401帶通濾波對N個通道的數據逐一進行FIR帶通濾波，根據需要進行帶通濾波器的左右截止頻率的調整。默認左右截止頻率分別為：20kHz與35kHz。