基于视觉的激光散斑振动测量研究

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远程侦听方法一直是国家安全部门和社会安防行业关注的焦点之一,而现行的侦听方法中,激光侦方法具有相比较于传统的电话侦听法和基于监听器的侦听方法而言所不具备的非接触性、隐蔽性和抗干扰性强等优点,因此受到了广泛的重视。其实,激光侦听其实就是激光测振技术的一种特殊应用。激光测振技术本身分为干涉法测量法、光反射调制测量法和散斑测量法三种技术。在应用于远距离侦听时,激光散斑测量技术克服了其它两种技术的缺点,拥有以下优势:可以轻易分离不同声源的信号,不必使用特殊的分离算法;系统适应性强,摆放位置比较灵活,结构简单,易于维护;远距离侦听时不必要求被测对象附近一定要有窗户。基于散斑测振法在侦听领域的独特优势,本课题采用激光散斑测振技术作为测振方案进行研究,并着重研究其在音频检测方面的应用。本文搭建了一套中距离测量振动的实验系统,并实现了一种高效准确的振动恢复算法,将通过机器视觉技术获取到的散斑信息转化为目标的振动信息,可以达到在线检测的要求,后续进行语音降噪处理,得到最终检测出的音频信号。本文主要完成如下工作:(1)对激光散斑测振技术的应用背景研究现状进行了系统的调研,并深入研究了电子散斑法测振法和数字散斑测振法的相关原理和系统结构,为测振方案的最终确定提供了理论指导。(2)实现了基于多种子点融合的散斑测振算法,将散斑测振的时间复杂度由传统的数字散斑相关法的O(n3/2)提高到了是O(1)级别,大大提升了散斑测振的效率和实时性。(3)完成了基于视觉的激光散斑测振系统的总体设计、算法实现、硬件选型和系统搭建。本文所实现的系统可以在2m的距离内对振频02000Hz范围内的单频振动的物体进行振动检测,误差在0.07%以内,同时也能实现呼吸振动和音频振动的检测,对镜头离焦程度的鲁棒性也较高。(4)开展了大量对系统的测试与分析,包括:(a)扬声器的中低频测振实验(b)不同材料的测振实验(c)真实场景中的振动检测实验,包含对呼吸振动和音频振动的检测通过本文的工作,搭建了基于机器视觉技术的激光散斑测振系统,为散斑测振技术应用于音频检测领域的发展提供了一定的借鉴思路,具有一定的意义。
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