基于感声条纹薄膜的声音测量装置及方法与流程

本发明涉及机器视觉声音测量技术领域，具体涉及一种基于感声条纹薄膜的声音测量装置及方法。

背景技术：

目前，声音测量技术主要是通过麦克风传感器的形式进行，大多数麦克风都是驻极体电容器麦克风（ecm），这种技术已经有几十年的历史。麦克风是由声音的振动传到麦克风的振膜上，推动里边的磁铁形成变化的电流，这样变化的电流送到后面的声音处理电路进行放大处理。而麦克风最常用的是电容式麦克风和动圈式麦克风两大类。电容式话筒是利用电容大小的变化，将声音信号转化为电信号。当声学振动膜受到振动或受到气流地摩擦时，由于振动使两极板间的距离改变，即电容改变，而电量不变，就会引起电压的变化，电压变化的大小，反映了外界声压的强弱，这种电压变化频率反映了外界声音的频率，这就是驻极体传声器的工作原理。另一种动圈式麦克风，是利用电磁感应原理做成的，利用线圈在磁场中，切割磁感线，将声音信号转化为电信号。

传统的声音测量，将振动膜附着在麦克风传感器的一块金属极板，与另一块金属极板之间，形成一个类似于电容传感器或利用电磁感应原理，通过振动膜的振动信息，将声音信号转化为电信号，不但结构复杂，成本高，而且对振动膜的基底有较高的材质要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于感声条纹薄膜的声音测量装置及方法，基于一种感声条纹薄膜实现对声音的测量，测量装置简单，测量效率高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于感声条纹薄膜的声音测量装置，包括感声条纹薄膜、薄膜基座、光学镜头组、成像模块、固定支承架、计算机和图像处理模块；所述感声条纹薄膜安装于薄膜基座上；所述光学镜头组安装于对所述感声条纹薄膜正前方，用以对其进行处理；所述成像模块利用固定支承架固定，用以对条纹进行实时连续成像并通过数据通讯线传输至计算机；所述图像处理模块设置于计算机中，用以对所述的条纹图像进行求取条纹图像的密度变化处理；所述计算机用以对所述成像模块和图像处理模块进行控制，并对传输至计算机的条纹图像信号进行处理分析。

进一步的，所述感声条纹薄膜是将条纹设计在薄膜表面中心位置，例如可以通过真空镀铝或激光喷铝工艺将条纹附在薄膜表面，正面为条纹图像，背面无条纹。

进一步的，所述感声条纹薄膜表面中心位置的条纹为周期固定的单密度条纹，条纹强度沿感声条纹薄膜的长度方向成单密度变化，沿宽度方向不变，且长度与宽度相等。

进一步的，所述感声条纹薄膜表面中心位置的条纹为长度与宽度均为10mm的矩形。

进一步的，所述薄膜基座为有通孔的圆柱筒状；所述感声条纹薄膜通过大垫圈和螺钉固定在薄膜基座上，并且条纹在通孔外围通过小垫圈和螺钉固定。

进一步的，所述成像模块为采样帧率可根据感声条纹薄膜振动的频率进行调整的高速摄像机。

进一步的，所述的一种基于感声条纹薄膜的声音测量装置的声音测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤s1：将单密度条纹设置在薄膜表面中心位置，形成感声条纹薄膜，并安装于薄膜基座。

步骤s2：感声条纹薄膜正前方通过光学镜头组处理，并利用固定支承架固定成像模块，通过调整光学镜头组，使得感声条纹薄膜表面的条纹清晰成像于光学镜头组的面阵成像传感器中心位置。

步骤s3：当声波传至感声条纹薄膜时，薄膜会产生振动，随后通过成像模块对条纹进行实时连续成像并传输到计算机中。

步骤s4：计算机通过图像处理模块求取每帧单密度条纹图像中心行的条纹，采用频谱校正技术对条纹频率进行校正得到条纹随时间变化的密度变化信息，获得感声条纹薄膜的振动信息。

进一步的，所述感声条纹薄膜的时域位移振动信号数学关系式为：

其中为感声条纹薄膜在t时刻的位移，d为光学镜头组和感声条纹薄膜表面条纹之间的成像物距，为在t时刻在面阵成像传感器中条纹图像的密度，为条纹图像参考帧的密度;所述光学镜头组和感声条纹薄膜表面条纹之间的成像物距d，其数学关系式为：

其中为成像透镜焦距，为成像比例因子，其可表述为：

其中可通过计算获得，a为面阵成像传感器单个像素点的宽度，为感声条纹薄膜表面条纹覆盖的像素点总数。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）本发明只需在感声条纹薄膜表面中心位置设计条纹，即可实现对声音的测量。

（2）本发明的感声条纹薄膜对声音能实现简单、精确而高效的测量。

（3）本发明的感声条纹薄膜设计简单，且成本低廉，大大提高了对声音的测量效率。

附图说明

图1是本发明实施例的装置结构示意图。

图2是本发明实施例中感声条纹薄膜设计及固定示意图。

图3是本发明实施例中成像模块的成像几何关系图。

图中，1-计算机，2-数据通讯线，3-成像模块（高速摄像机），4-固定支承架，5-光学镜头组，6-薄膜基座，7-感声条纹薄膜，8-条纹，9-面阵成像传感器（ccd）。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供图1是本发明实施例的装置结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种基于感声薄膜的声音测量装置，包括计算机1、成像模块3、光学镜头组5、感声条纹薄膜7，将条纹8附在薄膜表面中心位置，形成感声条纹薄膜7，并安装于薄膜基座6上，用以感知声音信息；光学镜头组5安装于感声条纹薄膜7正前方，用以对条纹8进行处理，通过调整光学镜头组5，使得感声条纹薄膜7表面的条纹8清晰成像于面阵成像传感器9中心位置；成像模块3利用固定支承架4固定，当声波传至感声条纹薄膜7时，薄膜会产生振动，随后通过成像模块3对条纹8进行实时连续成像并通过数据通讯线2传输至计算机1。计算机1用以对图成像模块3和图像处理模块进行控制，并通过求取传输至计算机1的条纹8图像的密度变化，以获取感声条纹薄膜7的振动信息，进而获得声音信息。

如图2所示，感声条纹薄膜7是将条纹8附在薄膜表面中心位置，正面为周期固定的单密度条纹8图像，背面无条纹，且该条纹8位于附着在基座的感声条纹薄膜7一侧，其中条纹8为长度与宽度均为10mm的矩形。而感声条纹薄膜7安装于薄膜基座6上，薄膜直径与基座直径一致，通过大垫圈和螺钉固定，薄膜基座6为有通孔的圆柱筒状，条纹8的宽度与通孔直径一致，，并在通孔外围通过小垫圈和螺钉固定，以增大感声条纹薄膜7振动的基频。

如图3所示，成像模块3为采样帧率可根据感声条纹薄膜7振动的频率进行调整的高速摄像机，其主要由面阵成像传感器9和光学镜头组5组成。高速摄像机设置于光学镜头组5正前方，通过调整光学镜头组5，使得感声条纹薄膜7表面的条纹8清晰成像于面阵成像传感器9中心位置。当声波传至感声条纹薄膜7时，薄膜会产生振动，随后通过成像模块3对条纹8进行实时连续成像记录。感声条纹薄膜的时域位移振动信号数学关系式为：

其中为感声条纹薄膜在t时刻的位移，d为光学镜头组和感声条纹薄膜表面条纹之间的成像物距，为在t时刻在面阵成像传感器中条纹图像的密度，为条纹图像参考帧的密度;所述光学镜头组和感声条纹薄膜表面条纹之间的成像物距d，其数学关系式为：

其中为成像透镜焦距，为成像比例因子，其可表述为：

其中可通过计算获得，a为面阵成像传感器单个像素点的宽度，为感声条纹薄膜表面条纹覆盖的像素点总数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。