一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法与流程

本发明涉及虚拟听觉显示，特别是涉及一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法。

背景技术：

1、人类听觉不但可以感知到音强、音调、音色等主观属性，还可以感知到声音的空间属性，即空间声感知。在一定条件下，听觉系统借助两耳时间差、强度差和相位差等线索可以定位到空间的目标声源，或产生对周围声学环境的空间印象。基于此原理，诞生了空间声重放技术，又称三维音频技术。人类利用此技术可以构建虚拟听觉空间，即让倾听者产生具体的空间感知信息。随着人工智能视听技术的发展，构建沉浸式虚拟听觉空间逐渐成为实现逼真虚拟现实感受的关键组成部分，该技术已在影音娱乐、军事导航以及语音通讯等领域实现了一定程度的应用。

2、依据不同的声音播放设备空间声重放技术可分为两大类：第一类是多通路扬声器重放，涉及声全息重放、球谐波分解、波场合成等技术，主要是通过线阵扬声器的协同作用，在特定听音区域内营造出虚拟的三维空间环境，实现对原始声场的重建。从实际应用的角度来说，此法虽然能够准确构建出一定区域的声场，但需要布置大量的线阵扬声器，且扬声器的配置有严格要求，因此该技术的发展被限制。第二类是双通道耳机重放，主要涉及双耳捡拾与虚拟听觉重放，其中，双耳捡拾技术的关键在于利用麦克风捡拾双耳信号的过程，而虚拟听觉重放的技术核心则是头相关传输函数，此方法的优点是仅需一副双通道耳机便可产生三维空间声效果，因其便利性和实用性，迅速成为构建虚拟空间的主流方式。

3、但头相关传输函数很大程度上依赖与声音反射、衍射和色散相关的人体特征参数，比如头部、耳廓和肩部等参数，而这些参数对每个人来说都是独特的；同时，如佩戴的双通道耳机出现滑动等情况，则会影响到耳罩呈现的虚拟听觉效果，比如前后混淆、上下混淆、角度偏差和头中效应等，所以目前急需开发一种即可以实时测量耳廓特征参数又可以动态修正提醒耳罩滑落的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法。

2、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

3、一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法，包括以下步骤：

4、步骤s1，通过3d激光扫描和ct扫描获取耳廓模型，建立耳廓特征基准数据库；

5、步骤s2，构建嵌套有麦克风阵列和深度相机的耳罩整体模型，结合步骤s1得到的耳廓模型，构建耳廓-耳罩近场声学模型；

6、步骤s3，在所述耳廓-耳罩近场声学模型内采集耳廓-耳罩密闭空间内声音的回波信号，基于有限元仿真计算模型计算声学传递函数；

7、步骤s4，采集耳廓特征参数并选择对声学传递函数影响较大的耳廓关键特征参数；

8、步骤s5，利用步骤s3得到的声学传递函数和步骤s4得到的耳廓关键特征参数，构建声学传递函数与耳廓关键特征参数映射模型；

9、步骤s6，基于步骤s5得到的所述声学传递函数与耳廓关键特征参数映射模型，利麦克风阵列采集经耳廓反射的回波信号，进而预测耳廓关键特征参数，与深度相机实时测量的耳廓关键特征参数进行对比，超过耳廓关键特征参数阈值，实时报警提醒耳罩滑动并动态修正。

10、在上述技术方案中，所述步骤s1中，通过3d激光扫描仪获取耳廓扫描图像，以用作步骤s5中所述声学传递函数与耳廓关键特征参数映射模型的基准库，进行样本训练、特征提取；通过ct扫描仪获取耳廓扫描图像重建高精度耳廓模型，以用作步骤s5中所述声学传递函数与耳廓关键特征参数映射模型的基准验证。

11、在上述技术方案中，所述步骤s2的耳罩整体模型中，耳罩内面板上等间隔设置6个麦克风，相邻两个麦克风间隔60°，6个麦克风构成圆形麦克风阵列，将圆形麦克风阵列的结构布置在头戴式耳机的耳罩内，耳机的左右耳罩内各设置一组圆形麦克风阵列，利用6个不同麦克风的时域、频域和空间特征，实现波束形成。

12、在上述技术方案中，所述步骤s2中，基于三维重建软件建立耳廓-耳罩近场声学模型，其中包含耳廓生理特征、麦克风阵列、深度相机和耳罩。

13、在上述技术方案中，所述步骤s3中，将耳廓-耳罩近场声学模型导入到有限元软件中通过设置相关边界条件获得经耳廓反射的回波信号，建立声学传递函数。

14、在上述技术方案中，所述步骤s4中，采用pearman相关分析筛选具有高相关度的耳廓特征参数，再采用多元线性回归方法筛选出对声学传递函数影响较大的耳廓特征参数作为耳廓关键特征参数。

15、在上述技术方案中，所述步骤s5中，使用高斯核-支持向量回归机构建声学传递函数与耳廓关键特征参数映射模型，模型输入为声学传递函数的低维特征，模型输出为耳廓关键特征参数。

16、在上述技术方案中，所述步骤s6中所述动态修正方法为：深度相机实时获取耳廓特征最新参数，输出最合理的耳廓模型，将耳廓关键特征参数即时反馈给个性化头相关传递函数模型，实现动态修正的功能。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、本发明基于声-光耦合探测联动技术可以实时测量耳廓参数，同时也可以动态修正提醒耳罩滑动，为耳机错位畸变校准提供新手段，为突破3d听觉信号播放再调制和听觉感知技术“瓶颈”奠定应用基础。

技术特征：

1.一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法，其特征在于，所述步骤s1中，通过3d激光扫描仪获取耳廓扫描图像，以用作步骤s5中所述声学传递函数与耳廓关键特征参数映射模型的基准库，进行样本训练、特征提取；通过ct扫描仪获取耳廓扫描图像重建高精度耳廓模型，以用作步骤s5中所述声学传递函数与耳廓关键特征参数映射模型的基准验证。

3.如权利要求1所述的一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法，其特征在于，所述步骤s2的耳罩整体模型中，耳罩内面板上等间隔设置6个麦克风，相邻两个麦克风间隔60°，6个麦克风构成圆形麦克风阵列，将圆形麦克风阵列的结构布置在头戴式耳机的耳罩内，耳机的左右耳罩内各设置一组圆形麦克风阵列，利用6个不同麦克风的时域、频域和空间特征，实现波束形成，耳罩中心设置深度相机，耳罩上还设有扬声器。

4.如权利要求1所述的一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法，其特征在于，所述步骤s3中，将耳廓-耳罩近场声学模型导入到有限元软件中通过设置相关边界条件获得经耳廓反射的回波信号，建立声学传递函数。

5.如权利要求1所述的一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法，其特征在于，所述步骤s4中，采用pearman相关分析筛选具有高相关度的耳廓特征参数，再采用多元线性回归方法筛选出对声学传递函数影响较大的耳廓特征参数作为耳廓关键特征参数。

6.如权利要求1所述的一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法，其特征在于，所述步骤s5中，使用高斯核-支持向量回归机构建声学传递函数与耳廓关键特征参数映射模型，模型输入为声学传递函数的低维特征，模型输出为耳廓关键特征参数。

7.如权利要求1所述的一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法，其特征在于，所述步骤s6中所述动态修正方法为：深度相机实时获取耳廓特征最新参数，输出最合理的耳廓模型，将耳廓关键特征参数即时反馈给个性化头相关传递函数模型，实现动态修正的功能。

技术总结
本发明公开了一种实时测量耳廓参数同时动态修正提醒耳罩滑动的方法，首先，建立耳廓基准数据库和耳廓‑耳罩近场声学模型，采集麦克风阵列处的回波信号建立声学传递函数，基于声学传递函数优选耳廓关键特征参数，并利用机器学习方法构建两者的映射模型，实现通过声学传递函数可以预测耳廓关键特征参数。其次，结合深度相机光学拍照快速重建耳廓几何模型，并快速测量和提取耳廓关键参数，实现实时测量耳廓特征参数的功能；最后，通过对比声‑光耦合探测联动技术获取的耳廓关键参数，实现耳罩滑动提醒的功能，同时将耳廓特征参数反馈给耳机实现动态修正的功能。本发明为耳机错位畸变校准提供新手段。

技术研发人员：郭小朝,刘庆峰,郝正海,倪广健,刘洪兴,刘继汉
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军特色医学中心
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21