本发明专利技术涉及一种针对非点声源声源图像的特征增强方法，包括：S1确定非点声源的声源位置；S2得到阵列聚焦声源信号；S3得到多个声源频谱特征；S4得到各阵元接收到的各频域信号；S5在维空间中形成各时刻对应的时刻信号点；S6对各时刻信号点进行聚类，以形成个类，即非点声源的个发声区域；S7得到各发声区域各自在维空间中形成的拟合直线；S8基于各阵元在最终时刻接收到的滤波信号以及各阵元在各发声区域接收信号的权重系数，计算得到各发声区域的区域频谱特征；S9基于各区域频谱特征、各阵元的位置以及非点声源的声源位置进行二次成像，以得到特征增强的声源图像。本发明专利技术可非点声源的声源图像进行特征增强，进而提高声像仪对微弱声源的成像效果。声像仪对微弱声源的成像效果。声像仪对微弱声源的成像效果。
【技术实现步骤摘要】
一种针对非点声源声源图像的特征增强方法
[0001]本专利技术属于声源定位
，具体涉及一种针对非点声源声源图像的特征增强方法。
技术介绍
[0002]声学成像（acoustic imaging）是基于传声器阵列测量技术，通过测量一定空间内的声波到达各传声器的信号相位差异，依据相控阵原理确定声源的位置，测量声源的幅值，并以图像的方式显示声源在空间的分布，即取得空间声场分布云图－声像图，其中以图像的颜色和亮度代表强弱。
[0003]例如公开号为CN110082725A的中国专利，其公开了一种基于麦克风阵列的声源定位时延估计方法、声源定位系统，利用新提出的频域加权函数，其综合了改进的PATH和ML两种频域加权函数，弥补了原算法不能同时抵抗噪声和混响的不足。首先由麦克风阵列接收两路信号，通过ADC采样转化为数字信号，对两路信号进行加窗分帧，接着经傅里叶变换获得频域信号并计算两帧信号的互功率谱和加权函数，利用对互功率谱进行加权，然后对加权后的互功率谱进行经傅里叶逆变换得到两路信号的互相关函数，最后对互相关函数进行峰值检测即可获得两路信号的相对时延。本专利技术降低了环境噪声和混响对时延估计的影响，提高了时延估计的准确率，提升了声源定位精度。
[0004]又例如公开号为CN113126028A的中国专利，其公开了一种基于多个麦克风阵列的噪声源定位方法。其选取M个麦克风传感器构建环形麦克风阵列，设置一麦克风传感器作为参考麦克风传感器，以该参考麦克风传感器建立阵列坐标系，其余M—1个麦克风传感器环绕参考麦克风传感器设置，并在舱室内设置D个声源；获取D个声源到各麦克风传感器的相对传递函数，并构建环形麦克风阵列的阵列流型矩阵；进一步引入声源与参考麦克风传感器的直线距离、声源相对于参考麦克风传感器的方位角和声源频率构建阵列流型近场模型；采用MUSIC算法估算各声源相对于参考麦克风传感器的方位角；在舱室内预设两个以上相同的环形麦克风阵列，估算声源相对于每个环形麦克风阵列相对于参考麦克风传感器的方位角，总体运用最小二乘法求解声源到各环形麦克风阵列的距离，进而获取声源位置信息。
[0005]可见，目前对于声源定位的研究已经较为成熟，但对于声像图的成像研究较少，当声像仪针对微弱声源进行成像时，由于声源信号微弱，因此最终的成像效果不好，进而导致图像最终呈现在用户面前的效果较差。因此，亟需一种对声源图像进行特征增强的方法。
技术实现思路
[0006]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种针对非点声源声源图像的特征增强方法，可针对非点声源的声源图像进行特征增强，进而提高声像仪对微弱声源的成像效果。本专利技术采用以下技术方案：一种针对非点声源声源图像的特征增强方法，包括步骤：
S1、确定非点声源的声源位置；S2、将声像仪麦克风阵列指向声源位置，以得到阵列聚焦声源信号；S3、对阵列聚焦声源信号进行频谱搜索，以得到多个声源频谱特征；S4、对各阵元接收到的声源信号按照多个声源频谱特征做带通滤波处理，以得到各阵元接收到的滤波信号，对各滤波信号进行频域化以得到各频域信号；S5、根据各时刻下所有阵元接收到的频域信号，在维空间中形成各时刻对应的时刻信号点，时刻对应的时刻信号点的坐标为，表示时刻下第个阵元接收到的频域信号，即在维空间中第个维度的坐标，表示麦克风阵列阵元总数，，表示最终时刻；S6、基于聚类算法对各时刻信号点进行聚类， 以形成个类，即非点声源的个发声区域；S7、对各发声区域内的时刻信号点进行拟合，以得到各发声区域各自在维空间中形成的拟合直线，该拟合直线在不同维度的斜率即表示各阵元在该拟合直线对应发声区域接收信号的权重系数；S8、基于各阵元在最终时刻接收到的滤波信号以及各阵元在各发声区域接收信号的权重系数，计算得到最终时刻各发声区域的声源信号，并基于各发声区域的声源信号得到各发声区域的区域频谱特征；S9、基于各区域频谱特征、各阵元的位置以及非点声源的声源位置进行二次成像，以得到特征增强的声源图像，并进行声源定位。
[0007]作为优选方案，步骤S3中，包括以下步骤：S3.1、对阵列聚焦声源信号进行微分操作：，其中，表示微分后阵列聚焦声源信号，表示阵列聚焦声源信号，表示求微分；S3.2、对微分后阵列聚焦声源信号进行频谱搜索，以得到多个声源频谱特征，每个声源频谱特征均满足：，，其中，表示第个声源频谱特征，表示成像阈值。
[0008]作为优选方案，步骤S5与步骤S6之间还包括步骤：对各时刻信号点进行标准化，以得到各时刻对应的标准化信号点，标准化计算公式为：，，
其中，表示时刻下第1个阵元接收到的频域信号，表示时刻对应的标准化信号点；步骤S6中，基于聚类算法对各时刻对应的标准化信号点进行聚类，以形成个类，即非点声源的个发声区域。
[0009]作为优选方案，步骤S6中，包括以下步骤：S6.1、初始化个聚类中心；S6.2、计算各标准化信号点距离各聚类中心的距离，并将各标准化信号点划入距离其最近的聚类中心所属的类中；S6.3、基于各类中的所有标准化信号点，重新计算得到迭代后的个聚类中心；S6.4、重复步骤S6.2~步骤S6.3，直至预设迭代次数，以得到最终的个类，即非点声源的个发声区域。
[0010]作为优选方案，步骤S7中，各发声区域各自在维空间中形成的拟合直线，其不同维度的斜率可表示为：，其中表示第个发声区域对应的拟合直线在第个维度的斜率，即表示第个阵元在第个发声区域接收信号的权重系数。
[0011]作为优选方案，步骤S7中，采用最小二乘法对各发声区域内的时刻信号点进行拟合，以得到各发声区域各自在维空间中形成的拟合直线。
[0012]作为优选方案，步骤S8中，所述最终时刻各发声区域的声源信号，基于下式进行计算：，其中，表示最终时刻下第个阵元接收到的滤波信号，表示第个阵元在第个发声区域接收信号的权重系数，表示最终时刻下第个发声区域的声源信号。
[0013]作为优选方案，步骤S9中，包括以下步骤：S9.1、基于非点声源各发声区域的区域频谱特征、各阵元的位置以及声源位置，计算各阵元在各区域频谱特征处的阵列流型；S9.2、基于各阵元在各区域频谱特征处的阵列流型进行二次成像，以得到特征增强的声源图像。
[0014]作为优选方案，步骤S9.1中，各阵元在各区域频谱特征处的阵列流型的计算公式为：，其中，表示第个发声区域的区域频谱特征，表示第个阵元在第个发声区域的频谱特征处的阵列流型，表示声源位置，表示虚数，表示声速，表示第个阵元的坐标。
[0015]作为优选方案，步骤S9.2中，特征增强的声源图像的计算公式为：，其中，表示特征增强的声源图像，表示第个发声区域的区域频谱特征，表示第个阵元接收到的声源信号中区域频谱特征为的成分。
[0016]本专利技术的有益效果是：可针对非点声源的声源图像进行特征增强，进而提高声像仪对声源的成像效果。
[0017]由于对非点声源来说其不同位置的发声组成的混合频率可以为不同的，并且不同时刻存在一个主导的声源，所以需要寻找声源频率的信号相关性，对非点声源本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种针对非点声源声源图像的特征增强方法，其特征在于，包括步骤：S1、确定非点声源的声源位置；S2、将声像仪麦克风阵列指向声源位置，以得到阵列聚焦声源信号；S3、对阵列聚焦声源信号进行频谱搜索，以得到多个声源频谱特征；S4、对各阵元接收到的声源信号按照多个声源频谱特征做带通滤波处理，以得到各阵元接收到的滤波信号，对各滤波信号进行频域化以得到各频域信号；S5、根据各时刻下所有阵元接收到的频域信号，在维空间中形成各时刻对应的时刻信号点，时刻对应的时刻信号点的坐标为，表示时刻下第个阵元接收到的频域信号，即在维空间中第个维度的坐标，表示麦克风阵列阵元总数，，表示最终时刻；S6、基于聚类算法对各时刻信号点进行聚类， 以形成个类，即非点声源的个发声区域；S7、对各发声区域内的时刻信号点进行拟合，以得到各发声区域各自在维空间中形成的拟合直线，该拟合直线在不同维度的斜率即表示各阵元在该拟合直线对应发声区域接收信号的权重系数；S8、基于各阵元在最终时刻接收到的滤波信号以及各阵元在各发声区域接收信号的权重系数，计算得到最终时刻各发声区域的声源信号，并基于各发声区域的声源信号得到各发声区域的区域频谱特征；S9、基于各区域频谱特征、各阵元的位置以及非点声源的声源位置进行二次成像，以得到特征增强的声源图像。2.根据权利要求1所述一种针对非点声源声源图像的特征增强方法，其特征在于，步骤S3中，包括以下步骤：S3.1、对阵列聚焦声源信号进行微分操作：，其中，表示微分后阵列聚焦声源信号，表示阵列聚焦声源信号，表示求微分；S3.2、对微分后阵列聚焦声源信号进行频谱搜索，以得到多个声源频谱特征，每个声源频谱特征均满足：，，其中，表示第个声源频谱特征，表示成像阈值。3.根据权利要求1所述一种针对非点声源声源图像的特征增强方法，其特征在于，步骤S5与步骤S6之间还包括步骤：对各时刻信号点进行标准化，以得到各时刻对应的标准化信号点，标准化计算公式为：，
，其中，表示时刻下第1个阵元接收到的频域信号，表示时刻对应的标准化信号点；步骤S6中，基于聚类算法对各时刻对应的标准化信号点进行聚类，以形成个类，即非点声源的个发声区域。4.根据权利要求3所述一种针对非点声源声源图像的特征增强方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹祖杨，杜子哲，陶慧芳，侯佩佩，张凯强，洪全付，张永全，
申请(专利权)人：杭州兆华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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