一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，包括以下步驟：S1、激光器投射在目標(biāo)物體表面，在空間中形成目標(biāo)物體表面的散斑；S2、高速相機(jī)記錄下散播在空間中的散斑，獲得由一組連續(xù)幀散斑圖像構(gòu)成的散斑圖像序列，并將其存儲到計(jì)算機(jī)以進(jìn)行后續(xù)處理；S3、自適應(yīng)選取散斑圖像上一定數(shù)量的像素點(diǎn)作為種子點(diǎn)；S4、根據(jù)種子點(diǎn)的灰度變化值，計(jì)算得出目標(biāo)物體表面的振動信息，從而獲得作用在目標(biāo)物體表面的聲波波形，實(shí)現(xiàn)語音信號的重建。本發(fā)明能夠快速方便對語音信號進(jìn)行探測并處理，同時(shí)又能保證探測結(jié)果的高信噪比和對噪聲的魯棒性，探測靈敏度高。
【專利說明】一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光散斑測振方法領(lǐng)域，具體的說是一種基于激光散斑對物體表面微振動進(jìn)行探測進(jìn)而實(shí)現(xiàn)語音信號重建的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光散斑是由激光器產(chǎn)生相干光源照射在粗糙物體表面后,反射光散射在空間中互相干涉形成的。
[0003]激光散斑已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和工程中的裂紋檢測等，隨著科技的發(fā)展，它漸漸地被應(yīng)用語音探測領(lǐng)域中。在發(fā)展早期，對于語音探測的方法是使用光學(xué)干涉儀收集和檢測從窗戶上反射過來的光。這樣的方法有四個(gè)主要的缺陷:(1)、所有聲源被同時(shí)探測，因此必須使用數(shù)字盲源信號分離技術(shù)進(jìn)行后續(xù)處理；(2)、激光器和探測干涉儀模塊必須被放置在特定位置保證反射光束直接進(jìn)入探測模塊；(3)、該方法的探測模塊非常復(fù)雜同時(shí)對噪聲非常敏感；(4)、該方法需要一個(gè)窗戶放置在聲源附近。
[0004]上述主要缺陷嚴(yán)重限制了早期應(yīng)用激光散斑對語音信號進(jìn)行探測，為了克服這些缺陷，后來發(fā)展了另外兩種典型的方法。其中一種方法首先將激光器照射在探測目標(biāo)物體表面，然后用高速相機(jī)對由此散播在空間中的散斑進(jìn)行高幀頻錄像，最后利用圖像匹配技術(shù)對錄像的相鄰幀進(jìn)行配準(zhǔn)，從而得出散斑圖像的位移信息，并在位移信息基礎(chǔ)上重建語音信號。該方法主要有以下缺陷:(1)、計(jì)算復(fù)雜度太高，無法達(dá)到實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)處理的要求；(2)、成像過程中要求一個(gè)合適的散焦程度，使得既能保證散斑在圖像上的分辨率又能在此基礎(chǔ)上獲得盡量大的成像信噪比，但這是一個(gè)顧此失彼的過程，因此其有較苛刻的距離限制。
[0005]另一種方法中，首先將激光器照射在探測目標(biāo)物體表面，然后用單個(gè)光電探測器去感應(yīng)空間中散播的散斑的能量變化，利用該變化驅(qū)動光能到電能的轉(zhuǎn)化，直接實(shí)現(xiàn)語音信號的重建。該方法的優(yōu)點(diǎn)是由于其完全由物理硬件構(gòu)成，無后續(xù)處理環(huán)節(jié)，因此具有實(shí)時(shí)處理能力。但該方法同樣具有以下缺陷:(1)、需要在光電探測器前面安裝與當(dāng)時(shí)空間中散斑形狀大體一致的空間濾波器，該過程較難實(shí)現(xiàn)；(2)空間濾波器會降低通過的光的能量，限制其探測距離；(3)該套設(shè)備在使用過程中對反射光源和單點(diǎn)光電探測器的對準(zhǔn)非常繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，其能夠快速方便對語音信號進(jìn)行探測并處理，同時(shí)又能保證探測結(jié)果的高信噪比和對噪聲的魯棒性。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，包括以下步驟:
[0009]S1、激光器投射在目標(biāo)物體表面，在空間中形成目標(biāo)物體表面的散斑；[0010]S2、高速相機(jī)記錄下散播在空間中的散斑，獲得由一組連續(xù)幀散斑圖像構(gòu)成的散斑圖像序列，并將其存儲到計(jì)算機(jī)以進(jìn)行后續(xù)處理；
[0011]S3、自適應(yīng)選取散斑圖像上一定數(shù)量的像素點(diǎn)作為種子點(diǎn)；
[0012]S4、根據(jù)種子點(diǎn)的灰度變化值，計(jì)算得出目標(biāo)物體表面的振動信息，從而獲得作用在目標(biāo)物體表面的聲波波形，實(shí)現(xiàn)語音信號的重建。
[0013]優(yōu)選地，所述自適應(yīng)選取符合限定條件的種子點(diǎn)通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0014]S31、定義參數(shù)PS、DS及MS，對于散斑圖像上的單個(gè)散斑斑點(diǎn)，PS為該散斑斑點(diǎn)的半徑值，DS為該散斑斑點(diǎn)到相鄰散斑斑點(diǎn)的距離值，MS為該散斑斑點(diǎn)在不同幀的散斑圖像序列中的位移尺寸最大值；
[0015]S32、選取符合限定條件的散斑斑點(diǎn)作為目標(biāo)斑點(diǎn)，所述限定條件為MS〈PS、MS〈DS;
[0016]S33、米用半徑中點(diǎn)選點(diǎn)方式或最大變化值選點(diǎn)方式,在目標(biāo)斑點(diǎn)上自適應(yīng)選取一定數(shù)量的像素點(diǎn)作為種子點(diǎn)。
[0017]優(yōu)選地，所述半徑選點(diǎn)方式通過以下方法實(shí)現(xiàn):對于散斑圖像上單個(gè)目標(biāo)斑點(diǎn)，首先確定該散斑斑點(diǎn)上灰度最大值點(diǎn)和灰度最小值點(diǎn)，然后選取灰度最大值點(diǎn)和灰度最小值點(diǎn)之間的中點(diǎn)位置上的像素點(diǎn)作為種子點(diǎn)。
[0018]優(yōu)選地， 所述最大變化值選點(diǎn)方式通過以下方法實(shí)現(xiàn):首先選擇位于目標(biāo)斑點(diǎn)上的一定數(shù)量的像素點(diǎn)，并統(tǒng)計(jì)這些點(diǎn)在散斑圖像序列中的灰度變化值，然后選取具有最大灰度變化值的部分點(diǎn)作為種子點(diǎn)。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟S4通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0020]S41、建立單點(diǎn)線性模型，描述每個(gè)種子點(diǎn)的灰度變化值與目標(biāo)物體表面振動的映身寸關(guān)系;
[0021]S42、建立多點(diǎn)信息融合模型，對每個(gè)種子點(diǎn)的單點(diǎn)線性模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行融合，從而獲得作用在目標(biāo)物體表面的聲波波形，實(shí)現(xiàn)語音信號的重建。
[0022]優(yōu)選地，所述單點(diǎn)線性模型為:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、激光器投射在目標(biāo)物體表面，在空間中形成目標(biāo)物體表面的散斑； 52、高速相機(jī)記錄下散播在空間中的散斑，獲得由一組連續(xù)幀散斑圖像構(gòu)成的散斑圖像序列，并將其存儲到計(jì)算機(jī)以進(jìn)行后續(xù)處理； 53、自適應(yīng)選取散斑圖像上一定數(shù)量的像素點(diǎn)作為種子點(diǎn)； 54、根據(jù)種子點(diǎn)的灰度變化值，計(jì)算得出目標(biāo)物體表面的振動信息，從而獲得作用在目標(biāo)物體表面的聲波波形，實(shí)現(xiàn)語音信號的重建。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，其特征在于，所述自適應(yīng)選取符合限定條件的種子點(diǎn)通過以下步驟實(shí)現(xiàn): 531、定義參數(shù)PS、DS及MS，對于散斑圖像上的單個(gè)散斑斑點(diǎn)，PS為該散斑斑點(diǎn)的半徑值，DS為該散斑斑點(diǎn)到相鄰散斑斑點(diǎn)的距離值，MS為該散斑斑點(diǎn)在不同幀的散斑圖像序列中的位移尺寸最大值； 532、選取符合限定條件的散斑斑點(diǎn)作為目標(biāo)斑點(diǎn)，所述限定條件為MS〈PS、MS〈DS; 533、采用半徑中點(diǎn)選點(diǎn)方式或最大變化值選點(diǎn)方式，在目標(biāo)斑點(diǎn)上自適應(yīng)選取一定數(shù)量的像素點(diǎn)作為種子點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，其特征在于，所述半徑選點(diǎn)方式通過以下方法實(shí)現(xiàn):對于散斑圖像上單個(gè)目標(biāo)斑點(diǎn)，首先確定該散斑斑點(diǎn)上灰度最大值點(diǎn)和灰度最小值點(diǎn)，然后選取灰度最大值點(diǎn)和灰度最小值點(diǎn)之間的中點(diǎn)位置上的像素點(diǎn)作為種子點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，其特征在于，所述最大變化值選點(diǎn)方式通過以下方法實(shí)現(xiàn):首先選擇位于目標(biāo)斑點(diǎn)上的一定數(shù)量的像素點(diǎn)，并統(tǒng)計(jì)這些點(diǎn)在散斑圖像序列中的灰度變化值，然后選取具有最大灰度變化值的部分點(diǎn)作為種子點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法,其特征在于，所述步驟S4通過以下步驟實(shí)現(xiàn): 541、建立單點(diǎn)線性模型，描述每個(gè)種子點(diǎn)的灰度變化值與目標(biāo)物體表面振動的映射關(guān)系; 542、建立多點(diǎn)信息融合模型，對每個(gè)種子點(diǎn)的單點(diǎn)線性模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行融合，從而獲得作用在目標(biāo)物體表面的聲波波形，實(shí)現(xiàn)語音信號的重建。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，其特征在于，所述單點(diǎn)線性模型為:

7.如權(quán)利要求6所述的一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，其特征在于，所述多點(diǎn)信息融合模型為:
8.如權(quán)利要求7所述的一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，其特征在于，所述Wi定義如下:
9.如權(quán)利要求7所述的一種基于激光散斑圖像進(jìn)行語音信號重建的方法，其特征在于，所述Phasei通過以下方程求解:
【文檔編號】G01H9/00GK103730127SQ201410015869
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】王程, 陳子儀, 王曉忠, 黃朝紅, 付宏燕 申請人:廈門大學(xué)