声源定位识别装置及方法与流程

本发明涉及声源定位技术和图像识别技术领域，尤其涉及一种声源定位识别装置及方法。

背景技术：

在交通、军事、反恐、治安管理、石油化工、工业制造、货物仓储、发电输电、油气输送等众多领域，突发事件时有发生，对突发事件的及时控制能够有效减小国家和人民生命财产的损失，这就需要能够对突发事件进行有效监测的工具。突发事件常常伴随着异常声音的产生和传播，因此，声音探测是一种对突发事件进行实时监测的常用手段。通过对异常声音的探测能够快速确定声源方位，但不能准确判断声源类型，从而不利于对突发事件进行全方位监控和及时处理。另一方面，我国各大城市已经安装了大量的监控摄像头，这些探头视场范围很大，只能进行广角拍摄，不能及时聚焦锁定特定目标物，从而不能对特定目标物进行清洗拍照。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种声源定位识别装置及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种声源定位识别装置，包括多个声传感器、外触发相机、电动旋转机构、以及控制与信号处理单元，其中：

多个声传感器，为空间阵列布置，用于感测不同方位处声源的声信号并转换为光/电信号输出；

外触发相机，用于在一触发信号触发下进行拍摄并输出图像；

电动旋转机构，其上固定所述外触发相机，用于旋转所述外触发相机来调整其镜头朝向；

控制与信号处理单元，用于接收并处理所述多个声传感器的输出信号来获取目标声源的方位角信息，根据所述方位角信息控制电动旋转机构旋转到合适位置，触发所述外触发相机拍摄，接收并处理所述外触发相机输出的图像来获取声源类型。

在本发明的一些实施例中，所述控制与信号处理单元用于执行以下步骤的处理：

步骤a：按照预设的初始化条件控制电动旋转机构旋转将外触发相机的镜头朝向设置到预设方位；

步骤b：接收并处理所述多个声传感器的输出信号，从而得到目标声源相对于外触发相机的镜头朝向的方位角信息；

步骤c：根据所述方位角信息控制电动旋转机构旋转，以使所述外触发相机的镜头朝向指向声源；

步骤d：待所述电动旋转机构停止旋转时向外触发相机输出一触发信号来控制外触发相机进行拍照；

步骤e：接收并识别所述外触发相机输出的图像，从而确定声源类型。

在本发明的一些实施例中，在步骤e之后还包括：

步骤f：控制电动旋转机构旋转将外触发相机的镜头朝向复位到所述预设方位。

在本发明的一些实施例中，所述多个声传感器至少为3个，设置于同一平面内且不共线。

在本发明的一些实施例中，所述电动旋转机构具有一个旋转自由度，来调整所述外触发相机的镜头朝向。

在本发明的一些实施例中，所述多个声传感器至少为4个，且为不共面地设置。

在本发明的一些实施例中，所述电动旋转机构具有相垂直的两个旋转自由度，分别来调整所述外触发相机的镜头朝向。

在本发明的一些实施例中，所述电动旋转机构为电动机械转盘，包括：

第一电动转盘，能够沿第一方向进行旋转；以及

第二电动转盘，通过连接板固定于第一电动转盘，能够沿与第一方向相垂直的第二方向进行旋转。

在本发明的一些实施例中，所述电动旋转机构为电动多轴联动杆。

在本发明的一些实施例中，所述声源定位识别装置还包括激光测距传感器，紧靠所述外触发相机设置，其激光发射方向与外触发相机的镜头朝向保持一致；

所述控制与信号处理单元还用于执行以下步骤：

控制电动旋转机构旋转将激光测距传感器的激光发射方向设置到所述预设方位；

待所述电动机械转盘停止旋转时向激光测距传感器输出一触发信号，来控制激光测距传感器进行测距；以及

接收所述激光测距传感器的数据并处理得到目标声源的距离信息，结合所述距离信息和方位角信息能够确定声源的空间位置。

在本发明的一些实施例中，所述声传感器是电容式声传感器、压电式声传感器、动圈式声传感器或光学式声传感器。

在本发明的一些实施例中，所述控制与信号处理单元利用声定位算法得到目标声源相对于外触发相机的镜头朝向的方位角信息。

在本发明的一些实施例中，所述声源定位识别装置还包括信号收发单元，用于接收所述控制与信号处理单元得到的声源信息并发送给用户，所述声源信息包括所述图像、方位角信息和声源类型。

在本发明的一些实施例中，所述声源定位识别装置的外触发相机自带闪光灯，在所述控制与信号处理单元的控制下闪光。

在本发明的一些实施例中，所述多个声传感器的质心位置与外触发相机的距离不超过2m。

在本发明的一些实施例中，所述外触发相机可以是可见光相机、红外线相机、激光扫描成像装置中的一种。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种利用如上所述的声源定位识别装置进行声源定位识别的方法，包括以下步骤：

步骤1：按照预设的初始化条件控制电动旋转机构旋转将外触发相机的镜头朝向设置到预设方位；

步骤2：利用多个声传感器感测目标声源的声信号，并通过处理运算得到目标声源相对于外触发相机的镜头朝向的方位角信息；

步骤3：根据所述方位角信息来旋转外触发相机，使所述外触发相机的镜头朝向指向声源；

步骤4：控制外触发相机进行图像拍摄，并通过图像识别技术来确定声源类型。

在本发明的一些实施例中，步骤1还包括将激光测距传感器的激光发射方向设置到所述预设方位的步骤；步骤3还包括旋转所述激光测距传感器，使其激光发射方向与外触发相机的镜头朝向保持一致的步骤；步骤4还包括控制所述激光测距传感器进行测距并通过处理运算得到目标声源的距离信息，结合所述距离信息和方位角信息确定声源的空间位置的步骤。

从上述技术方案可以看出，本发明声源定位识别装置及方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本发明将声源定位与图像识别相结合，不仅能获取声源方位信息，还能识别声源类型，具有功能多、信息量大、可靠性好等优点；

(2)由于相机的拍摄方位可调，无需在不同的方位分别配置相机来进行拍照，降低应用成本；

(3)结合声源方位角信息和激光测距传感器测量的声源距离，能够确定声源的具体空间位置，进行更好地定位；

(4)利用测得的声源方位角信息引导相机拍照，能够使相机快速锁定目标物，从而获取目标物的高清图像；

(5)本发明装置结构简单，便于用户安装及使用。

附图说明

图1为本发明第一实施例声源定位识别装置的示意图；

图2为本发明第二实施例声源定位识别装置的示意图。

上述附图中，附图标记含义如下：

1-声传感器；

2-外触发相机；

3-电动机械转盘；

31-电动水平转盘，32-电动垂直转盘，33-连接板；

4-控制与信号处理单元；

5-天线；

6-激光测距传感器；

7-支杆；

8-底座；

9-信号线。

具体实施方式

本发明公开了一种声源定位识别装置及方法，将声源定位与图像识别相结合，不仅能获取声源方位信息，还能识别声源类型，进一步还能获取声源距离，具有功能多、信息量大、可靠性好等优点。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

第一实施例

在本发明的第一个示例性实施例中，提供了一种声源定位识别装置及方法。图1为本发明第一实施例声源定位识别装置的示意图。如图1所示，本实施例声源定位识别装置包括多个声传感器1、外触发相机2、电动机械转盘3、控制与信号处理单元4，其中：

多个声传感器1，为空间阵列布置，用于感测不同方位处声源的声信号并转换为光/电信号输出；

外触发相机2，用于在一触发信号触发下进行拍摄并输出图像；

电动机械转盘3，其上固定所述外触发相机2，用于旋转外触发相机2来调整其镜头朝向；

控制与信号处理单元，用于接收并处理所述多个声传感器的输出信号来获取目标声源的方位角信息，根据所述方位角信息来控制电动旋转机构旋转；以及控制所述外触发相机拍摄，接收并处理所述外触发相机输出的图像来获取声源类型。

以下分别对本实施例声源定位识别装置的各个组成部分进行详细描述。

在本实施例中，声传感器1的个数为4个，设置于同一水平面内且不共线设置，可以进行声源的二维平面定位，当然还可以是3个或者更多个。在其他实施例中，该多个声传感器所在平面并不在水平面上，还可以为任意角度的斜面。

在不同的实施例中，声传感器例如可以是电容式声传感器、压电式声传感器、动圈式声传感器或光学式声传感器等。

在本实施例中，电动机械转盘3具有水平方向的旋转自由度，来调整外触发相机的水平镜头朝向。当然在其他实施例中，电动机械转盘3还可以是其他非水平方向的旋转自由度，只要能够满足对外触发相机拍摄方向的调整要求即可。容易理解，电动机械转盘的结构可以采用例如电动机和传动轴等常规结构实现旋转功能。该外触发相机2可以是可见光相机、红外线相机或激光扫描成像装置等。

控制与信号处理单元4具体用于执行以下步骤：

步骤a：按照预设的初始化条件控制电动机械转盘旋转将外触发相机的镜头朝向设置到预设方位；

步骤b：接收并处理所述多个声传感器的输出信号，从而得到目标声源相对于外触发相机2的镜头朝向的方位角信息；

步骤c：根据所述方位角信息控制电动机械转盘旋转，以使所述外触发相机2的镜头朝向指向声源；

步骤d：向外触发相机2输出触发信号来控制外触发相机进行拍照；

步骤e：接收并识别所述外触发相机2输出的图像，从而确定声源类型。

在本实施例中，控制与信号处理单元4可以通过时延估计算法进行声源定位，具体而言，可结合各个声传感器接收的目标声源信号的时延差以及各个声传感器和外触发相机的位置，计算得到目标声源相对于外触发相机的方位角信息，进而再由外触发相机的镜头朝向(初始朝向)确定目标声源相对于外触发相机的镜头朝向的方位角信息。当然并不局限于此，还可以通过其他声定位算法得到目标声源相对于外触发相机的镜头朝向的方位角信息，由于该些声定位算法为本领域中常规技术，故在此不作赘述。

容易理解，根据该方位角信息即可确定电动机械转盘在水平方向上的旋转角度，来使外触发相机的镜头朝向指向声源。

作为优选，控制与信号处理单元还用于执行以下步骤：在完成一次拍照后控制电动机械转盘旋转将外触发相机的镜头朝向复位到预设方位，可以简化每次获取目标声源的方位角信息的计算过程。容易理解，在没有本步骤的情况下，在获取目标声源相对于外触发相机的镜头朝向的方位角信息时，应当结合当前外触发相机的镜头朝向进行计算。

在本实施例中，该声源定位识别装置还包括激光测距传感器6，固定于外触发相机2上，其激光发射方向与外触发相机的镜头朝向保持一致，在控制与信号处理单元4的控制下进行测距。当然激光测距传感器6还可以设置于紧靠该外触发相机2的其他位置处，只要能与外触发相机的镜头朝向保持一致即可。

此时控制与信号处理单元还用于执行以下步骤：控制电动机械转盘旋转将激光测距传感器的激光发射方向设置到所述预设方位；待所述电动机械转盘停止旋转时向激光测距传感器输出一触发信号，来控制激光测距传感器进行测距；以及接收所述激光测距传感器的数据并处理得到目标声源的距离信息，结合所述距离信息和方位角信息确定声源的空间位置。

外触发相机2上还自带闪光灯，在控制与信号处理单元4的控制下闪光，保证在昏暗情况下拍摄图像的清晰明亮。由控制与信号处理单元4采用现有的图像识别技术来对外触发相机2输出的图像进行识别，从而确定声源类型，例如是爆炸等。

在本实施例中，该声源定位识别装置还包括信号收发单元(图中未画出)，用于接收控制与信号处理单元4得到的声源信息发送给用户，声源信息包括图像、方位角信息、距离信息和声源类型等。具体地，该信号收发单元包括天线5，可进行无线通信。在本实施例中，该声源定位识别装置安装于一带有底座7的支架8上。控制与信号处理单元4通过信号线9与声传感器1、外触发相机2、电动机械转盘3、激光测距传感器6和天线5进行数据、信号传输。

本实施例还提供了一种使用上述声源定位识别装置进行声源定位识别的方法，包括以下步骤：

步骤1：按照预设的初始化条件控制电动机械转盘旋转将外触发相机的镜头朝向设置到预设方位；

进一步地，在本实施例中，外触发相机上还固定有激光测距传感器，本步骤还包括使激光测距传感器的激光发射方向与外触发相机的镜头朝向保持一致的步骤。

步骤2：利用多个声传感器感测目标声源的声信号，并通过处理运算得到目标声源相对于外触发相机的镜头朝向的方位角信息；根据前文的描述，具体可通过时延估计算法等常用声定位算法来获取该方位角信息。

步骤3：根据所述方位角信息来旋转外触发相机，使所述外触发相机的镜头朝向指向声源；

在本实施例中，本步骤还包括旋转激光测距传感器，使其激光发射方向与外触发相机的镜头朝向保持一致的步骤。

步骤4：控制外触发相机进行图像拍摄，并通过图像识别技术来确定声源类型。

在本实施例中，本步骤还包括：控制该激光测距传感器进行测距并通过处理运算得到目标声源的距离信息，结合所述距离信息和方位角信息确定声源的空间位置。

由此，本实施例提供的声源定位识别装置及方法可以同时获取声源方位信息、声源类型和目标声源距离等声源信息，能有很大的潜在应用价值。

至此，本发明第一实施例声源定位识别装置及方法介绍完毕。

第二实施例

在本发明的第二个示例性实施例中，提供了一种声源定位识别装置。图2为本发明第二实施例声源定位识别装置的示意图。如图2所示，与第一实施例的声源定位识别装置相比，本实施例声源定位识别装置的区别在于：

声传感器1的数量为6个，且为不共面地设置，可以进行声源的三维空间定位，当然也可以是4个、5个或更多个。

此时可将电动机械转盘3设置为具有相垂直的两个旋转自由度，来分别调整外触发相机的镜头朝向，以利于镜头朝向更针对性地指向声源，能够完整获取声源图像，进行声源类型的准确判断。作为示例，在本实施例中，电动机械转盘3包括电动水平转盘31，能够沿水平方向进行旋转；以及电动垂直转盘32，通过连接板33固定于电动水平转盘31，能够沿竖直方向进行旋转，其中外触发相机2固定于电动垂直转盘32上。

此时，在获取了声源相对于外触发相机的镜头朝向的方位角以后，即可确定电动机械转盘在水平、竖直方向的旋转角度，来使外触发相机的镜头朝向指向声源。为了能够对声源相对于外触发相机的位置进行精确定位，该多个声传感器的质心位置与外触发相机之间的距离应当不超过2m。

至此，本发明第二实施例声源定位识别装置介绍完毕。

至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如电动机械转盘还可由电动多轴联动杆等其他电动旋转机构来取代。

综上所述，本发明提供一种声源定位识别装置及方法，将声源定位与图像识别相结合，不仅能获取声源方位信息，还能识别声源类型、获取声源距离，具有功能多、信息量大、可靠性好等优点。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

控制与信号处理单元的功能可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本发明实施例的相关设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。