本發(fā)明屬于聲音還原技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用高速攝像恢復(fù)聲音的裝置法。
背景技術(shù)：
聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的，我們之所以能夠聽(tīng)到聲音，是因?yàn)槲覀兊亩ふ駝?dòng)而使我們聽(tīng)到了這些聲音。但是為什么我們聽(tīng)到的聲音和聲源發(fā)出的聲音是一樣的呢？是因?yàn)槁曉吹恼駝?dòng)頻率與受到聲音激勵(lì)的物體的振動(dòng)頻率是近似相同的。人在說(shuō)話時(shí)，聲波與其周?chē)奈矬w發(fā)生碰撞，受到聲音振動(dòng)激勵(lì)的物體會(huì)發(fā)生極其微小的振動(dòng)。因此需要開(kāi)發(fā)一種通過(guò)采集受到聲音產(chǎn)生振動(dòng)來(lái)恢復(fù)聲音的裝置。本發(fā)明就是在該背景下應(yīng)運(yùn)而生的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)采集受聲音產(chǎn)生的振動(dòng)來(lái)恢復(fù)聲音的裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
采用高速攝像恢復(fù)聲音的裝置，包括：
高速攝像機(jī)，用于捕捉微小振動(dòng)信息并記錄；
受迫振膜，緊繃固定于一載體上，且該受迫振膜處于高速攝像機(jī)的視線范圍內(nèi)；
其中高速攝像機(jī)捕捉受迫振膜的振動(dòng)信息通過(guò)電腦或處理器恢復(fù)聲音。
還包括固定受迫振膜的殼體，殼體包括上殼體和下殼體，上下殼體之間卡接或固定連接。
在殼體上預(yù)留有可直視受迫振膜的圖像采集窗口。
在殼體內(nèi)安裝有提供光源的燈具，該燈具與電源電連接。
所述的燈具為led燈，所述的電源為電池或市電電源。
所述的受迫振膜采用橡膠膜。
對(duì)于振動(dòng)來(lái)說(shuō)，其本質(zhì)就是在一定數(shù)值范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。所以在其二維圖像iw，h中存在大量的信息冗余，但是其核心內(nèi)容不過(guò)是簡(jiǎn)單的位移量關(guān)系px，y。所以信息量(iw，h)≈信息量(px，y)，而從i{w,h}到p{x,y}的本質(zhì)是一個(gè)數(shù)據(jù)降維的過(guò)程，數(shù)據(jù)降維是一種重要的研究方向，并且已經(jīng)得到了廣泛的研究，其中svd奇異值分解技術(shù)便是其中的一種。
svd分解理論是一種重要的矩陣分解方法，它在信號(hào)處理與統(tǒng)計(jì)學(xué)等領(lǐng)域，其便是機(jī)器視覺(jué)的一種。本發(fā)明提出了基于svd分解的位移提取算法，通過(guò)將svd分解應(yīng)用于視頻分析，實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)位移信息的挖掘和提取。與常規(guī)圖像處理手段不同，基于svd的位移提取算法不需要任何的圖像處理操作，避免了復(fù)雜繁瑣的參數(shù)調(diào)整、閾值設(shè)置過(guò)程，算法更加智能、自動(dòng)化。
高速攝像機(jī)捕捉的高速視頻通過(guò)usb3.0接口傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和提取聲音信號(hào)，通過(guò)降維算法進(jìn)行聲音信號(hào)的提取，通過(guò)對(duì)視頻前幾幀圖像組合而成的矩陣進(jìn)行svd分解，可以得到一組正交圖像基，該組圖像基揭示了視頻中物體運(yùn)動(dòng)的本征結(jié)構(gòu)，位移進(jìn)而可以通過(guò)將后續(xù)幀向正交圖像基投影的方法快速得到，最終得到頻率信號(hào)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聲音的還原。
本發(fā)明的有益效果：該裝置采取了非接觸式測(cè)量的方法，具有高精度、高靈敏度、遠(yuǎn)距離遙測(cè)和使檢測(cè)物體無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)。在測(cè)量方式中屬于被動(dòng)式測(cè)量，相對(duì)于主動(dòng)式測(cè)量的激光式恢復(fù)聲音來(lái)說(shuō)對(duì)光源的依賴少，在實(shí)際應(yīng)用中具有隱蔽性。該裝置構(gòu)思巧妙，抓住了受到聲源激勵(lì)的物體的振動(dòng)頻率與聲源的頻率相同這一特性，在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)需直接對(duì)準(zhǔn)聲源，只需要捕捉分析受到聲音激勵(lì)的物體的振動(dòng)情況即可恢復(fù)聲音。該裝置創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了一種運(yùn)用高速高速攝像技術(shù)和svd分解的位移提取算法對(duì)聲音進(jìn)行恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)了在保持高效率的同時(shí)又能保證高質(zhì)量的聲音恢復(fù)。這是一種將人類(lèi)兩大接收信息方式(視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué))結(jié)合在一起的新方法，即通過(guò)所捕捉到的無(wú)聲高速視頻，運(yùn)用svd分解的位移提取算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行提取還原的方法，操作簡(jiǎn)單，創(chuàng)新性強(qiáng)。
在應(yīng)用方面，該裝置提供了一種聲音恢復(fù)的新方式，拓展了視覺(jué)測(cè)量的應(yīng)用視野，有利于聲音學(xué)習(xí)的更深探究；有利于遠(yuǎn)距離了解犯罪現(xiàn)場(chǎng)的談話內(nèi)容，有助于刑事案件的快速偵破。隨著高速高速攝像技術(shù)的快速發(fā)展，該項(xiàng)目的成本會(huì)越來(lái)越低廉，應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例
如圖1所示的采用高速攝像恢復(fù)聲音的裝置，包括：用于捕捉微小振動(dòng)信息并記錄的高速攝像機(jī)1和受迫振膜2，所述的受迫振膜緊繃固定于殼體3上，殼體包括上下殼體，上下殼體之間卡接或通過(guò)緊固件固定連接，且該受迫振膜處于高速攝像機(jī)的視線范圍內(nèi)；在殼體上預(yù)留有可直視受迫振膜的圖像采集窗口4。在受迫振膜上設(shè)有與受迫振膜顏色有差異的色標(biāo)21，色標(biāo)的設(shè)置方便高速攝像機(jī)對(duì)振動(dòng)頻率的捕捉，在殼體內(nèi)安裝有提供光源的燈具5，該燈具與電源電連接。所述的燈具為led燈，所述的電源為電池或市電電源。所述的受迫振膜采用橡膠膜。高速攝像機(jī)錄制的視頻振動(dòng)信息通過(guò)電腦處理提取振動(dòng)頻率，然后通過(guò)電腦播放振動(dòng)頻率即可恢復(fù)聲音。
其中高速攝像機(jī)捕捉受迫振膜的振動(dòng)信息通過(guò)電腦軟件處理實(shí)現(xiàn)恢復(fù)聲音。該軟件為matlab軟件(該軟件進(jìn)行視頻處理為現(xiàn)有的技術(shù)，在此不做詳細(xì)闡述了)，matlab是美國(guó)mathworks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括matlab和simulink兩大部分。matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用matlab來(lái)解算問(wèn)題要比用c，fortran等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且matlab也吸收了像maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使matlab成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件?；趍atlab軟件，有助于我們后期對(duì)于采集數(shù)據(jù)的整理。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本領(lǐng)域內(nèi)普通的技術(shù)人員的簡(jiǎn)單更改和替換都是本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。