聲學(xué)成像是如何形成的？
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作者:佚名
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發(fā)布時間: 2021-10-08
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聲學(xué)成像的技術(shù)越來越先進(jìn)，逐漸被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如冶煉廠、電廠、焦炭廠、煤氣廠、天燃?xì)鈴S及食品廠等等，給工業(yè)安全生產(chǎn)帶來很多便利條件。
聲學(xué)成像（acoustic imaging）是基于傳聲器陣列測量技術(shù)，通過測量一定空間內(nèi)的聲波到達(dá)各傳聲器的信號相位差異，依據(jù)相控陣原理確定聲源的位置，測量聲源的幅值，并以圖像的方式顯示聲源在空間的分布，即取得空間聲場分布云圖－聲像圖，其中以圖像的顏色和亮度代表強(qiáng)弱。
采用Beamforming技術(shù)的ACOUSTIC Camera（聲學(xué)照相機(jī)）系統(tǒng)可以為用戶提供快速、準(zhǔn)確的分布圖，可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)的、非穩(wěn)態(tài)的、靜止的和移動物體的圖像，已經(jīng)成功應(yīng)用于通過，車內(nèi)3D分布，零部件分布等多個領(lǐng)域。
基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位原理簡介
波束形成（Beamforming）
基于最大輸出功率的可控波束形成技術(shù) Beamforming，它的基本思想就是將各陣元采集來的信號進(jìn)行加權(quán)求和形成波束，通過搜索聲源的可能位置來引導(dǎo)該波束，修改權(quán)值使得傳聲器陣列的輸出信號功率最大。這種方法既能在時域中使用，也能在波域中使用。它在時域中的時間平移等價(jià)于在波域中的相位延遲。在波域處理中，首先使用一個包含自譜和互譜的矩陣，我們稱之為互譜矩陣(Cross-Spectral Matrix，CSM)。在每個感興趣波長之處，陣列信號的處理給出了在每個給定的空間掃描網(wǎng)格點(diǎn)上或每個信號到達(dá)的能量水平。因此，陣列表示了一種與聲源分布相關(guān)聯(lián)的響應(yīng)求和后的數(shù)量。這種方法適用于大型麥克風(fēng)陣列，對測試環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。 [3]
基于高分辨率譜估計(jì)
基于高分辨率譜估計(jì)的方法包括了自回歸 AR 模型、最小方差譜估計(jì)（MV）和特征值分解方法（如 Music 算法）等，所有這些方法都通過獲取了傳聲器陣列的信號來計(jì)算空間譜的相關(guān)矩陣。在理論上可以進(jìn)行有效估計(jì)，實(shí)際中若要獲得較理想的精度，就要付出很大的計(jì)算量代價(jià)，而且需要較多的假設(shè)條件，當(dāng)陣列較大時這種譜估計(jì)方法的運(yùn)算量很大，對環(huán)境敏感，還很容易導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，因而在現(xiàn)代的大型聲源定位系統(tǒng)中很少采用。
聲達(dá)時間差(TDOA)
聲達(dá)時間差(TDOA)的定位技術(shù)，這類聲源定位方法一般分為二個步驟進(jìn)行，先進(jìn)行聲達(dá)時間差估計(jì)，并從中獲取傳聲器陣列中陣元間的聲延遲(TDOA)；再利用獲取的聲達(dá)時間差，結(jié)合已知的傳聲器陣列的空間位置進(jìn)一步定出聲源的位置。
將聲像圖與陣列上配裝的攝像實(shí)所拍的視頻圖像以透明的方式疊合在一起，就形成了可直觀分析被測物產(chǎn)生狀態(tài)。這種利用聲學(xué)、電子學(xué)和信息處理等技術(shù)，變換成人眼可見的圖像的技術(shù)可以幫助人們直觀地認(rèn)識聲場、聲波、聲源，便捷地了解機(jī)器設(shè)備產(chǎn)生的部位和原因，物體（機(jī)器設(shè)備）的聲像反映了其所處的狀態(tài)。
聲成像的研究開始于20世紀(jì)20年代末期。最早使用的方法是液面形變法。隨后，很多種聲成像方法相繼出現(xiàn)，至70年代已形成一些較為成熟的方法，并有了大量的商品化產(chǎn)品。聲成像方法可分為主動聲成像、掃描聲成像和聲全息。
讓我們期待聲學(xué)成像技術(shù)的更加成熟，應(yīng)用更加廣泛吧。
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