一种三维声场可视化系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种三维声场可视化系统和方法，包括声压传感器、深度相机、数据采集仪和计算机，所述的声压传感器设置多个，通过阵列支架排列形成声阵列面，所述的多个声压传感器与数据采集仪的多通道连接，每个声压传感器对应数据采集仪的一个通道，所述的计算机分别与深度相机和数据采集仪连接；所述的数据采集仪获取各通道声压传感器采集的声压信号，并发送至计算机，所述的计算机利用数据采集仪发送的声压信号，通过数据处理得到声源数据图片，并通过深度相机获取声源三维图片，最后将声源三维图片作为背景图片，与声源数据图片融合，进行可视化展示，与现有技术相比，本发明专利技术具有成本低、效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种三维声场可视化系统和方法
本专利技术涉及声学
，尤其是涉及一种三维声场可视化系统和方法。
技术介绍
近年来，随着科学技术的不断发展和人们生活水平的日益提高，噪声已成为环境和产品评价的一项重要指标，如何降低噪声水平也成为了一个备受关注的课题。在交通运输、航空航天、工程机械当领域一直有着广泛的需求。噪声污染已经成为当代社会很严重的污染，所以如何控制噪声污染已经成为亟待解决的问题。一般情况下，从噪声源上控制噪声可以大大减轻噪声治理的工作量，而且对促进低噪声产品研制，提高产品质量和寿命有直接效果。实施噪声控制的一项重要内容就是估计和寻找产生噪声的主要声源，确定噪声源位置是实施控制噪声措施的先决条件，因此选择合适的噪声源识别和定位技术变得至关重要。波束形成和近场声全息都是非常重要的阵列信号处理技术，前者的基本原理是通过传感器接收信号，然后对传感器接收到的信号进行延时、加权与求和，从而增加期望信号和抑制干扰信号来达到信号识别与定位的目的。后者可以利用二维面上测得的声压信息来计算三维空间的声场特征，能够重建三维空间的声压场、振速场、声强矢量场，预测声源的辐射声功率，分离和识别具有相干特性的多噪声源。随着信息处理和计算机技术的发展，深度相机的出现、声成像算法的不断发展以及计算机处理能力的不断加强，这给我们进行噪声源可视化定位技术提供了新的技术支持，而如何将将深度相机和声成像算法进行结合，使其运用于噪声信号的识别与定位，充分发挥两者的长处，提高噪声信号的识别与定位的效率，是目前亟待解决的问题。目前的噪声信号识别与定位系统大多结构复杂、硬件成本高，为噪声信号识别与定位带来很多困难。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本低、效率高的三维声场可视化系统和方法，使得在寻找产生噪声的主要声源时可以直接观察到噪声的来源，便捷实用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种三维声场可视化系统，包括声压传感器、深度相机、数据采集仪和计算机，所述的声压传感器设置多个，通过阵列支架排列形成声阵列面，所述的多个声压传感器与数据采集仪的多通道连接，每个声压传感器对应数据采集仪的一个通道，所述的计算机分别与深度相机和数据采集仪连接；所述的数据采集仪获取各通道声压传感器采集的声压信号，并发送至计算机，所述的计算机利用数据采集仪发送的声压信号，通过数据处理得到声源数据图片，并通过深度相机获取声源三维图片，最后将声源三维图片作为背景图片，与声源数据图片融合，进行可视化展示。进一步地，所述的阵列支架为手持式环形支架，所述的声压传感器为全向性声压传感器，且按环形排布，所述的声阵列面为圆形阵列面，所述的深度相机设置于圆形阵列面的中心。进一步地，所述的计算机分别执行传感器标定程序、数据采集程序、数据处理程序和可视化定位程序，所述的传感器标定程序用于实现对声压传感器的标定，所述的数据采集程序用于实现数据采集仪多通道信号的同步数据采集，所述的数据处理程序用于将数据采集仪采集的声压信号进行处理，所述的可视化定位程序用于将生成的声源数据图片和获取的声源三维图片进行融合，进行可视化定位展示。进一步地，所述的传感器标定程序首先输入标准器的分贝值和频率，再选择所要标定的声压传感器所对应的通道序号和物理通道名称，然后把标准器对所要标定的声压传感器进行标定；标定完成后，每个声压传感器均包含对应的通道名称、检测频率和灵敏度。进一步地，所述的数据采集程序包括虚拟通道创建函数、采样定时函数、任务开始函数、数据读取函数和任务清除函数，所述的虚拟通道创建函数用于创建连接声压传感器的通道，所述的采样定时函数用于配置采样频率、采样点数和采样模式，所述的任务开始函数用于执行数据采集程序，所述的数据读取函数用于通过创建的通道获取声压传感器采集的真实声压值，所述的任务清除函数用于在数据采集结束后对硬件资源进行释放。进一步地，所述的虚拟通道创建函数通过输入声压传感器的灵敏度，来创建声压传感器的虚拟通道。进一步地，所述的数据处理程序首先获取数据采集仪采集的多个声压信号，然后通过对连续采集的多个声压信号进行傅里叶变换，获取复声压的幅值与相位，得到复声压信号，最后发送至可视化定位程序。进一步地，所述的可视化定位程序通过深度照相机采集声源三维图片并获取声源的三维数据，得到背景图片，然后利用复声压信号通过声成像算法获取声源数据图片，最后将声源数据图片和背景图片进行合成并显示在显示控件中，所述的声成像算法采用近场声全息算法或波束形成算法，根据距离自动切换，具体为，当近场时使用近场声全息算法，远场时使用波束形成算法。进一步地，所述的可视化定位程序还包括设置背景图片与声源数据图片之间的透明度，将声源数据图片和背景图片按照预设透明度进行合成并显示在显示控件中。一种如所述的三维声场可视化系统的声源可视化定位方法，包括以下步骤：S1：多个声压传感器采集声源的多个声压信号；S2：数据采集仪通过多通道获取声压传感器采集的多个声压信号，并发送至计算机；S3：计算机获取多个声压信号，并通过傅里叶变换得到复声压信号；S4：计算机控制深度相机采集声源三维图片，作为背景图片；S5：计算机利用复声压信号和声源三维图片进行声场重构，得到声场图像，作为声源数据图片；S6：计算机将背景图片和声源数据图片根据预设透明度进行融合拼接，并在显示控件中进行可视化展示。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术通过设置声压传感器、深度相机、数据采集仪和计算机，利用计算机将深度相机拍摄的声源三维图片，与声压传感器采集到是声压信号进行融合，得到可视化定位结果，直观地反映声源的定位，提高声源检测定位效率，系统结构简单，成本低；2)本专利技术的声阵列使用手持式小型圆形面阵列，不用完全覆盖声源，大大减少了声压传感器的使用数量，降低了系统硬件成本，且系统硬件重量较轻，携带方便；3)本专利技术中，融合过程的背景图片是由深度相机拍摄的声源三维图片处理得到的，简略了对声源进行建模的过程，降低了建立系统的工作量，进一步提高效率；4)本专利技术系统根据噪声源的不同场景，切换不同的声成像算法计算声源数据图片，可以适用于各种测量环境。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图。图2为本专利技术系统的声源可视化定位方法流程图。其中，1、声压传感器，2、声阵列面，3、声源，4、计算机，5、数据采集仪，6、深度相机。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示，本专利技术提供一种三维声场可视化系统，包括声压传感器1、深度相机6、数据采集仪5和计算机4，声压传感器1设置多个，通过阵列支架排列形成声阵列面2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维声场可视化系统，其特征在于，包括声压传感器(1)、深度相机(6)、数据采集仪(5)和计算机(4)，所述的声压传感器(1)设置多个，通过阵列支架排列形成声阵列面(2)，所述的多个声压传感器(1)与数据采集仪(5)的多通道连接，每个声压传感器(1)对应数据采集仪(5)的一个通道，所述的计算机(4)分别与深度相机(6)和数据采集仪(5)连接；/n所述的数据采集仪(5)获取各通道声压传感器(1)采集的声压信号，并发送至计算机(4)，所述的计算机(4)利用数据采集仪(5)发送的声压信号，通过数据处理得到声源数据图片，并通过深度相机(6)获取声源三维图片，最后将声源三维图片作为背景图片，与声源数据图片融合，进行可视化展示。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维声场可视化系统，其特征在于，包括声压传感器(1)、深度相机(6)、数据采集仪(5)和计算机(4)，所述的声压传感器(1)设置多个，通过阵列支架排列形成声阵列面(2)，所述的多个声压传感器(1)与数据采集仪(5)的多通道连接，每个声压传感器(1)对应数据采集仪(5)的一个通道，所述的计算机(4)分别与深度相机(6)和数据采集仪(5)连接；
所述的数据采集仪(5)获取各通道声压传感器(1)采集的声压信号，并发送至计算机(4)，所述的计算机(4)利用数据采集仪(5)发送的声压信号，通过数据处理得到声源数据图片，并通过深度相机(6)获取声源三维图片，最后将声源三维图片作为背景图片，与声源数据图片融合，进行可视化展示。


2.根据权利要求1所述的一种三维声场可视化系统，其特征在于，所述的阵列支架为手持式环形支架，所述的声压传感器(1)为全向性声压传感器，且按环形排布，所述的声阵列面(2)为圆形阵列面，所述的深度相机(6)设置于圆形阵列面的中心。


3.根据权利要求1所述的一种三维声场可视化系统，其特征在于，所述的计算机(4)分别执行传感器标定程序、数据采集程序、数据处理程序和可视化定位程序，所述的传感器标定程序用于实现对声压传感器(1)的标定，所述的数据采集程序用于实现数据采集仪(5)多通道信号的同步数据采集，所述的数据处理程序用于将数据采集仪(5)采集的声压信号进行处理，所述的可视化定位程序用于将生成的声源数据图片和获取的声源三维图片进行融合，进行可视化定位展示。


4.根据权利要求3所述的一种三维声场可视化系统，其特征在于，所述的传感器标定程序首先输入标准器的分贝值和频率，再选择所要标定的声压传感器(1)所对应的通道序号和物理通道名称，然后把标准器对所要标定的声压传感器(1)进行标定；标定完成后，每个声压传感器(1)均包含对应的通道名称、检测频率和灵敏度。


5.根据权利要求3所述的一种三维声场可视化系统，其特征在于，所述的数据采集程序包括虚拟通道创建函数、采样定时函数、任务开始函数、数据读取函数和任务清除函数，所述的虚拟通道创建函数用于创建连接声压传感器(1)的通道，所述的采样定时函数用于配...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡定玉，詹天宇，廖爱华，师蔚，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31