[发明专利]一种声场可视化系统中声像平面的空间角度标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种声场可视化系统中声像平面的空间角度标定方法，属于噪声分析与控制技术领域。

背景技术

噪声问题是现代社会中影响人们生活品质的主要因素之一。若要对噪声进行针对性的处理，则首先需要对声源及声场进行准确的识别和定位。在众多的噪声识别方法中，声场可视化技术可以使声源和声场的识别及定位更加直观，可以为噪声治理提供可靠的依据。

传统的声场可视化技术中，通常是将摄像机固定于传声器阵列中心，摄像机拍摄角度及范围受限。若将摄像机与传声器阵列分离，则可灵活调整摄像机的拍摄角度和范围，并且可以将多个摄像机组成摄像机阵列对目标声源进行视觉定位与测速。然而，当二者分离时，其空间位置和角度的关系均会造成声场重建平面与摄像机拍摄平面不重合，影响声源定位的精确性。对于空间位置关系，可以用传统的测量工具进行精确测量，而对于空间角度关系，则没有传统的方法可以进行精确测量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种使声源能够进行精确定位的声场可视化系统中声像平面的空间角度标定方法，不仅能够消减声源成像位置的系统性偏差，而且能够输出识别效果更加准确的声场可视化图像。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种声场可视化系统中声像平面的空间角度标定方法，包括以下步骤：

1)根据测试需要架设传声器阵列和摄像机，定义摄像机坐标系O_CX_CY_CZ_C和传声器阵列坐标系O_WX_WY_WZ_W，并测量摄像机坐标系原点在传声器阵列坐标系的空间位置T_c＝(t_x,t_y,t_z)^T，假设摄像机坐标系相对于传声器坐标系的初始空间旋转矩阵为R_co＝(0,0,0)^T；

2)对摄像机进行标定，获取摄像机镜头内部参数；其中，摄像机镜头内部参数包括摄像机主点像素坐标(u₀,v₀)，镜头焦距的像素尺寸f_cu×f_cv，摄像机镜头畸变系数(k₁,k₂,k₃,p₁,p₂)；

3)距离摄像机Z_c＝d处设置一粘贴有标志点的声源，并缓慢移动声源，传声器阵列获取移动声源的声压信号，同时摄像机摄取移动声源的若干帧实景图像；

4)采用声源重建方法对声压信号进行重建，得到移动声源所在平面的声压色谱图，获取传声器阵列重建声源像素位置X_po；

5)根据镜头畸变的非线性模型，利用摄像机镜头内部参数，对摄像机所摄取的实景图像进行畸变校正，得到无畸变实景图像，并获取摄像机摄取的声源像素位置X_p'；

6)将无畸变实景图像与相应的声压色谱图进行得叠加匹配，根据传声器阵列重建声源像素位置X_po和摄像机摄取的校正后声源像素位置X_p'的差异，构建使二者差异最小的目标函数，并采用单目标最优化算法求解出声源的重建声平面与实景像平面的空间角度关系，即声像平面的空间角度关系。

所述步骤5)中镜头畸变的非线性模型的数学表达式为：

其中，

所述步骤6)将无畸变实景图像与相应的声压色谱图进行得叠加匹配，根据传声器阵列重建声源像素位置X_po和摄像机摄取的校正后声源像素位置X_p'的差异，构建使二者差异最小的目标函数，如下所示：

min{F＝||M^-1Z_cX_p'+M^-1t_zX_p'-R_cM^-1Z_cX_po+R_cT_c-T_c||₂}

其中，旋转矩阵R_c满足：