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基于机器视觉的声源成像方法研究

张焕强  
【摘要】:随着科学技术的不断发展,各种新产品、新设备不断问世,随之带来的噪声问题也越来严重,噪声问题已经成为评价产品的一个重要指标。在工程机械、军事、家用电器等多个领域,确定噪声的来源与位置已经成为一个非常重要的研究课题。研究声场的可视化,对噪声源成像具有重要意义。本文研究了基于机器视觉的声源成像方法,将双目视觉三维重建技术应用于声学测量领域,发展了双目视觉和声成像融合测试的方法,提出基于TDOA声源定位与波束形成成像的复合声场分析方法进行声场分析。将相机拍摄到的图片与产生声场云图进行融合,最终得到可视化的声源成像图片。本文提出的复合声场分析方法采用先定位、后成像的方法,显著缩小成像区域,提高了计算效率。本文研究了基于TDOA的声源定位算法,提出了基于最小二乘的一维空间搜索方法。通过MATLAB仿真实验确定了传声器阵列的布置方式,分析了算法的定位精度及其计算效率。在半消声室内、普通室内大厅、室外马路上三种不同的声学环境下进行实验,验证声源定位算法的有效性。在通过基于TDOA的声源定位算法初步确定声源在三维空间中的位置后,通过波束形成算法在声源位置附近的感兴趣区域进行逐点扫描,得出反应声源声场分布的声云图。通过双目相机实时计算空间物体的三维坐标,作为波束形成算法的输入。最后,将产生的声云图与相机拍摄的实景图进行像素级的图像融合,给出可视化的声场分布图像。在半消声室中设置声源成像实验,验证本文提出的基于机器视觉的声源成像方法的有效性。本文的研究结果表明,采用双目视觉与复合声场分析方法相结合的方法进行声源成像,能够有效、准确地对声源的声场进行重建,正确地识别、定位噪声源,可视化地展示噪声源的位置。本文提出的成像方法能够应用到实际的声场测量中,避免繁琐的人工测量,提高测试的效率,加快产品的开发过程。


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