一种基于视觉麦克风技术的侦听系统及方法与流程

本发明涉及侦听技术领域，具体涉及一种基于视觉麦克风技术的侦听系统及方法。

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背景技术：
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语言是信息传递最直接、最有效、最可信的方式，在现代社会，电子通信技术的发展仍不能完全取代语言在信息传递中的独特作用。对被关注对象的谈话监听一直是特种兵、国家安全部门、刑侦缉毒部门非常关注的话题，是一种重要的情报信息来源。在某些特定的环境下，例如禁止记录和电子传递的场合，侦听或监听将成为唯一的情报信息来源。按其工作原理，侦听技术大略分为声音侦听、激光侦听、微波侦听、纳米侦听、软件无线电侦听和光缆侦听等。其中，声音侦听、激光侦听和微波侦听多用于对话侦听，纳米侦听、软件无线电侦听和光缆侦听大多用于军事武器引导和通信侦听。

侦听方式主要的方案有如下几种：

参考文献1：(刘玉华等.侦听技术综述[J].电子科技,2012,25(10):138-139.)，介绍了声音监听技术，电话侦听可以分为两类：一类是有线电话侦听，即固定电话侦听；另一类是手机侦听。固定电话侦听只需在侦听对象的电话线路上搭接线路就能够实现。手机侦听则可以通过相关软件等方式实现。此种方法易于实现，但容易被侦听对象发现，引来不必要的纠纷。

参考文献2：(心愉.基于散斑图像的激光侦听技术[J].中国安防,2015(11):89-95.)介绍了激光侦听技术，利用激光作为载体，把对方谈话的声音提取出来的技术。把激光透射到敏感地带的某一薄壁器物上，引起器物振动的声波会对投射激光进行调制，通过接收激光的反射波并进行解调可还原声音信号。然而激光的发射点、接收点和被窃听点的位置关系要求很严格，很小的误差就不能接收到发射信号，因此对窃听目标的理想位置确定比较困难。另外，该技术易受外界干扰，也存在一定缺陷。

参考文献3：(柏晨.微波非接触振动测量的信号处理研究[D].南京理工大学,2012.)介绍了微波侦听技术，采用微波作为传感器，和激光侦听相似，将微波信号对声源振动体进行照射，振动体会使发射波的传播方向及特征发生变化，即对微波进行了调制，此过程被称之为散射效应。用检波器将在离振动体一定的距离内接收到的散射波解调，再依次经过选频器和低通放大器就能把音频信号还原。然而，微波侦听还是依赖于电磁波的传递，容易受到电磁波干扰的影响，易于被预防。

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技术实现要素：
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本发明旨在提出一种基于视觉麦克风技术的侦听系统及方法；本发明的目的由以下技术方案实现：

一种基于视觉麦克风技术的侦听系统，其特征在于，包括：

被侦听声源，产生在空间中传输的声波信号；

被测物体，位于声波信号所产生气压波动的影响范围内，同时位于高速成像系统的感测范围内；

高速成像系统，感测被测物体全部或局部受声波信号所产生气压波动影响而移动或振动的光学信号，并将变化的光学信号转换为变化的电子信号；

信号处理系统，对高速成像系统获取的变化的电子信号进行处理，获得被侦听声源的声音信息。

作为具体的技术方案，所述高速成像系统包括镜头和镜头后设置的光敏器件，光敏器件的响应速度大于等于300Hz。

作为具体的技术方案，所述光敏器件为高速成像阵列，所述信号处理系统为运行有位移检测算法的DSP或CPU系统；被测物体的全部或局部经过镜头后投影到高速成像阵列上，高速成像阵列将所述投影转换为电子视频信号，信号处理系统对高速成像阵列输出的电子视频信号进行放大、滤波、采样、模式识别处理，得到所述声音信号。

作为具体的技术方案，所述光敏器件为PSD，所述信号处理系统包括放大和滤波电路；被测物体的全部或局部经过镜头后投影到PSD上，被测物体移动时PSD捕获的投影相对于PSD光敏面的位置跟着移动，PSD的输出电子信号也对应变化，信号处理系统对PSD输出的电子信号进行放大、滤波处理，得到声音信号。

作为具体的技术方案，所述放大电路包括固定增益低噪声的前置放大电路、自动增益控制的中放电路以及驱动喇叭的功率放大电路。

作为具体的技术方案，所述滤波电路采用有源带通滤波，滤掉低于10Hz以及高于20KHz的信号。

一种基于视觉麦克风技术的侦听方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将被测物体置于被侦听声源声波信号所产生气压波动的影响范围内，同时位于高速成像系统的观察范围内；

步骤2：被侦听声源发出在空间中传输的声波信号；

步骤3：感测被测物体全部或局部受声波信号所产生气压波动影响而移动或振动的光学信号，并将变化的光学信号转换为变化的电子信号；

步骤4：对变化的电子信号进行处理，获得被侦听声源的声音信息。

作为具体的技术方案，所述步骤3是通过镜头将被测物体的全部或局部成像到光敏器件上，当被测物体受所述气压波动影响产生移动或振动时，光敏器件输出的电子信号跟着变化；所述光敏器件的响应速度大于等于300Hz。

作为具体的技术方案，所述步骤3具体为：被测物体的全部或局部经过镜头后投影到高速成像阵列上，高速成像阵列将所述投影转换为电子视频信号；所述步骤4具体为：由运行有位移检测算法的DSP或CPU系统对高速成像阵列输出的电子视频信号进行放大、滤波、采样、模式识别处理，得到所述声音信号。

作为具体的技术方案，所述步骤3具体为：被测物体的全部或局部经过镜头后投影到PSD上，被测物体移动时PSD捕获的投影相对于PSD光敏面的位置跟着移动，PSD的输出电子信号也对应变化；所述步骤4具体为：由放大和滤波电路对PSD输出的电子信号进行放大、滤波处理，得到声音信号。

本发明采用视觉麦克风的技术，声音产生的气压波动会导致被测物体上的移动或振动，利用高速成像系统连续拍摄物体的电子视频信息，通过对采集的电子信号进行放大、滤波、采样、模式识别等处理，还原得到声音信号；本发明采用被动探测方式，不需要对被测振动对象进行主动照射；本发明系统简单，只需高速成像系统作为视频采集器而无需额外的传感器或检测模块，降低了成本；本发明探测对象多样，对被测物的振动表面不要求其为反射镜面，并且不对视频采集的表面取向施加约束，使用范围广。

〖附图说明〗

图1为本发明提供的基于视觉麦克风技术的侦听系统的构成框图。

图2本发明提供的基于视觉麦克风技术的侦听系统中高速成像系统及信号处理系统的一种实施方式。

图3本发明提供的基于视觉麦克风技术的侦听系统中高速成像系统及信号处理系统的另一种实施方式。

〖具体实施方式〗

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示，本实施例提供的基于视觉麦克风技术的侦听系统包括被侦听声源、被测物体、高速成像系统、信号处理系统，高速成像系统包括镜头和光敏器件。其中，被侦听声源产生声波信号；被测物体位于声波信号所产生气压波动影响范围内，同时其全部或局部位于高速成像系统的感测范围内；被测物体的全部或局部经过镜头后投影到光敏器件上，光敏器件将投影转换为电子信号；信号处理系统对光敏器件输出的电子信号进行处理，得到声音信号。

光敏器件可以采用高成本的高速成像阵列来实现，也可以采用低成本的PSD器件来实现。

如图2所示，光敏器件为高速成像阵列，对应地，信号处理系统选用DSP或CPU系统。高速成像阵列输出电子视频数据，DSP或CPU系统上运行位移检测算法来处理视频数据，估算各像素点上成像的微小飘移，并通过模式识别找出代表被侦听声源的那些漂移，最终转换输出声音信号。

如图3所示，光敏器件为PSD时，对应地，信号处理系统选用放大和滤波电路。手工调整高速成像系统,使得被测物体受被侦听声源影响而振幅较大的部分经过镜头后投影到PSD上。被测物体移动时，PSD捕获的投影相对于PSD光敏面的位置会跟着移动，PSD的输出电信号也对应变化。信号处理系统包括放大和滤波电路，对PSD输出的电子信号进行放大、滤波处理，得到声音信号。更具体地，放大电路包括固定增益低噪声的前置放大电路，自动增益控制的中放电路，以及驱动喇叭的功率放大电路。滤波电路采用有源带通滤波，滤掉低于10Hz以及高于20KHz的信号。

基于上述侦听系统，本实施例还提供一种基于视觉麦克风技术的侦听方法，其工作原理及过程如下：

被侦听声源发出声源信号，输出不同频率的持续声信号；声信号的覆盖范围包含被测物体所处位置。

打开高速成像系统3，确保被测物体2位于高速成像系统3的摄像范围内，并进行连续拍摄，以获取被测物体2的特征光学信息(振动、位移)，使用光敏器件将光学信息转换为变化的电子信号；

其中，光敏器件为高速成像阵列时：被测物体的全部或局部经过镜头后投影到高速成像阵列上，高速成像阵列将所述投影转换为电子视频信号；再由运行有位移检测算法的DSP或CPU系统对高速成像阵列输出的电子视频信号进行放大、滤波、采样、模式识别处理，得到所述声音信号。

其中，光敏器件为位置敏感探测器(position sensitive device，PSD)时：被测物体的全部或局部经过镜头后投影到PSD上，被测物体移动时PSD捕获的投影相对于PSD光敏面的位置跟着移动，PSD的输出电子信号也对应变化；再由放大和滤波电路对PSD输出的电子信号进行放大、滤波处理，得到声音信号。

位置敏感探测器(position sensitive device，PSD)，其输出电信号与光点在光敏面上的位置有关。若采用二维PSD，会有两对互相垂直的输出电极，一对确定X轴方向，一对确定Y轴方向，输出向会有四路电信号输出，X1，X2，Y1，Y2分别表示各信号的输出电流(光生电流)。当被测物体的全部或局部成像到光电位置传感器上，被测物体移动时，成像跟着移动，光电位置传感器的输出电信号也对应变化。

最后，使用信号处理系统4，将光电位置传感器提取的带有被测物体位移信息的电子信号进行获取，获取强度变化信息，如电子信号的幅值和变化频率，分别对应于光强的位移大小和变化频率，处理得到声音信号。

上述实施例是通过检测物体上由声音产生的极其微小的振动，并将这些振动信号转换成音频信号；现有的远程侦听技术，如激光侦听、微波侦听，需要将光信号或者微波信号照射到振动物体表面，是一种主动探测的方式，这两种技术容易受到诸多因素的干扰。然而，声压所造成的某些物体的振动能够产生足够振幅的视觉信号，且通过该视觉信号能够较好还原声音信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的揭露范围之内。