PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102008026657A1 24.09.2009
Titel Verfahren und Vorrichtung zur bildgebenden Darstellung von akustischen Objekten
Anmelder Head acoustics GmbH, 52134 Herzogenrath, DE
Erfinder Guidati, Sandro, Dr. Ing., Lontzen, BE
Vertreter Otte & Jakelski, Patentanwaltskanzlei, 71229 Leonberg
DE-Anmeldedatum 04.06.2008
DE-Aktenzeichen 102008026657
Offenlegungstag 24.09.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.09.2009
IPC-Hauptklasse G03B 42/06  (2006.01)  A,  F,  I,  20080604,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse H04R 5/027  (2006.01)  A,  L,  I,  20080604,  B,  H,  DE
Zusammenfassung Verfahren zur bildgebenden Darstellung von dreidimensionalen akustischen Objekten als Messobjekt durch die Aufnahme eines akustischen Bezugsbilds des Messobjekts über ein Mikrofonarray, wobei dem Mikrofonarray ein optisches Kameraarray zugeordnet ist, welches simultan zum Datenstrom der Mikrofonsignale des Mikrofonarrays räumliche Informationen des Messobjekts aufweisende Bilder zeitlich synchronisiert aufzeichnet, die unmittelbar oder zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt in Relation zu dem akustischen Bezugsbild des Messobjekts gebracht werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zu bildgebenden Darstellung von akustischen Objekten nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Gegenstand der Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

Aus der DE 103 04 215 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bildgebenden Darstellung von akustischen Objekten sowie ein entsprechendes Computerprogramm-Erzeugnis und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium bekannt geworden, welches ein Mikrofonarray mit einer integrierten Videokamera umfasst. Dieses Verfahren und die Vorrichtung dient zur Erfassung und Darstellung akustischer Emissionen. Die auch als akustische Kamera bezeichnete Vorrichtung ermöglicht es, Aufnahmen von akustischen Objekten, das heißt Objekten, die Schall abgeben, zu tätigen, wobei hier eine akustische Karte und ein optisches Bild dadurch überlagert werden, dass Objektabstand und Kameraöffnungswinkel ein optisches Bildfeld definieren, auf welches die akustische Karte „gerechnet” wird. Berechnungsrelevante Parameter der Mikrofone und der Kamera eines Array werden in einem Parameterfile des Arrays unverwechselbar gespeichert. Dieses ermöglicht es auch nach Abschluss der Messung zu einem späteren Zeitpunkt Einzelheiten der akustischen Messung zu rekapitulieren.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung und dieses Verfahrens wird automatisch jede Messung dokumentiert, indem Datensätze der Kameraaufnahmen unlösbar mit den Datensätzen der Mikrofon-Zeitfunktion, mit Zeitsynchronsignalen, mit Szenen-Informationen und Parameterfiles von Mikrofonarray und Datenrecorder verschmolzen in einem Datenfile abgespeichert werden. Für jeden Punkt im akustischen Bild können so Zeitfunktion, Frequenzfunktion, Schalldruck, Koordinaten, Klang oder Korrelation mit einer bekannten Zeitfunktion mittels eines Computers abgerufen und verarbeitet werden. Die Verarbeitung kann auch zu einem späteren Zeitpunkt nach Abschluss der Messung erfolgen und ermöglicht so eine bequeme Aufbereitung der Daten. Dieses Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen jedoch keine räumliche Zuordnung der Schallquellen zu dem mittels der Videokamera aufgenommenen Bild.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bildgebenden Darstellung von akustischen Objekten der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, dass auch räumliche Informationen des akustischen Objekts erfasst und verarbeitet werden können.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 gelöst. Grundidee der Erfindung ist es, ein optisches Kameraarray einem Mikrofonarray zuzuordnen und simultan zum Datenstrom der Mikrofonsignale des Mikrofonarrays räumliche Informationen des Messobjekts aufweisende Bilder zeitlich synchronisiert mit Hilfe des Kameraarrays aufzuzeichnen und diese Bilder in Relation zu dem akustischen Bezugsbild des Messobjekts zu bringen. Durch ein Kameraarray können räumliche Informationen des Messobjekts erfasst werden. Hierdurch ist eine präzise dreidimensionale Schallquellenlokalisierung dadurch möglich, dass der Abstand der potentiellen Schallquellen zum Mikrofon bestimmt werden kann, ohne diesen Abstand von Hand vermessen zu müssen.

Das Kameraarray umfasst mehrere versetzt angeordnete Kameras die auf weiter unten noch näher zu beschreibende Weise eine räumliche Quellkartierung ermöglichen.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Verfahrens und der in dem unabhängigen Anspruch 10 angegebenen Vorrichtung möglich.

So sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass das Kameraarray wenigstens zwei, vorzugsweise drei Videokameras umfasst, die zeitlich synchronisiert kontinuierlich räumliche Informationen des Messobjekts während der akustischen Aufnahme über das Mikrofonarray aufzeichnen. Diese Videokameras liefern jeweils drei Kamerabildern, deren Verschieben, Überlagern und Bestimmung der resultierenden Übereinstimmung von mehreren, vorzugsweise drei Kamerabildern eine Berechnung des variablen Abstands zwischen der Kamera und damit dem Mikrofonarray und jedem beliebigen Bildpunkt ermöglicht. Hierdurch kann eine räumlich gestaffelte Quellanordnung in einer Quellkartierung dargestellt werden.

Eine Abstandsbestimmung ist auch mit Hilfe der Epipolargeometrie möglich.

Bevorzugt sind die optischen Achsen der Videokameras parallel zueinander angeordnet, wobei allerdings hervorzuheben ist, dass auch eine nicht parallele Anordnung rein prinzipiell denkbar ist.

Der Datenstrom der Mikrofonsignale des Mikrofonarrays und der Datenstrom des optischen Kameraarrays werden vorteilhafterweise zur Erstellung einer akustischen dreidimensionalen Abbildung des Messobjekts aufeinander bezogen.

Die Abstandsbestimmung kann dabei Punkt für Punkt in Bezug auf die Oberfläche des Messobjekts erfolgen. Hierdurch kann die erwähnte räumlich gestaffelte Quellanordnung in einer Quellkartierung dargestellt werden. Durch Variation des räumlichen Abstands zwischen Messobjekt und Mikrofonarray und einer darauf bezogenen Scanebene des Mikrofonarrays kann eine akustische Oberfläche des Messobjekts bestimmt und in einer Anzeigeeinheit dargestellt werden. Akustische Oberfläche bedeutet hierbei beispielsweise die Darstellung des Schallpegels auf der Oberfläche des Messobjekts und damit die räumliche Darstellung von Bereichen, welche beispielsweise eine sehr intensive Schallabstrahlung aufweisen. Diese Darstellung ist die akustische dreidimensionale Abbildung.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht eine Kohärenz- bzw. Inkohärenzanalyse. Hierzu werden in Echtzeit mittels Kohärenz- oder Inkohärenzfilterung des Datenstroms die Mikrofonsignale des Mikrofonarrays zur Verstärkung bzw. zur Dämpfung von Schallquellen verwendet.

Die Kohärenz- oder Inkohärenzfilterung erfolgt auf der Basis der in den Frequenzraum, vorzugsweise mittels Fourier-Transformation, transformierten zeitlichen Mikrofonsignale.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Kameraarray dem Mikrofonarray zugeordnet ist. Insbesondere ist das Kameraarray im Zentrum des Mikrofonarrays angeordnet. Das Mikrofonarray kann dabei eine beliebige Ausgestaltung aufweisen. So können die Mikrofone beispielsweise in einem linearen Array angeordnet sein, wobei sich das Kameraarray dann im Zentrum dieser linearen Anordnung befindet. Denkbar ist auch eine stochastische Anordnung der Mikrofone, wobei hier das Kameraarray im Wesentlichen so angeordnet ist, dass es in jede Richtung von einer möglichst gleichen Anzahl von Mikrofonen umgeben wird. Auch eine Anordnung von Mikrofonen auf konzentrischen Ringen ist denkbar.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, die Mikrofone spiralförmig anzuordnen und das Kameraarray im Zentrum zu positionieren.

Die optischen Achsen der Kameras, beispielsweise der drei Videokameras sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der 1 dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Ausführungsformen der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 weist einen Grundkörper 110 auf, an dem Spiralarme 120 befestigt sind. Diese Spiralarme 120 weisen jeweils eine Mehrzahl von Mikrofonen 121 auf, die entlang der Spiralarme 120 angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in 1 diese Mikrofone nur bei einem Spiralarm 120 gekennzeichnet. Jeder der Spiralarme weist entsprechende Mikrofone 121 auf. Im Zentrum dieser Spiralarme sind drei Videokameras 140 angeordnet, deren optische Achsen parallel zueinander verlaufen.

Zur bildgebenden Darstellung von akustischen Objekten wird diese Vorrichtung auf das Messobjekt (nicht dargestellt) gerichtet und simultan und zeitlich synchronisiert sowohl der von dem Messobjekt abgestrahlte Schall erfasst als auch das Messobjekt mit Hilfe der Videokameras 140 aufgezeichnet.

Die Datenströme der Mikrofone 121 wie auch der Videokameras 140 werden in einer (nicht dargestellten) Recheneinheit, einem Computer, verarbeitet. Der Basisalgorithmus der Mikrofonarraytechnologie ist dabei das sogenannte Beamforming oder auch Delay-and-Sum-Verfahren. Bei diesem werden die Signale einer Anzahl von Sensoren ohne Richtungsinformationen so verknüpft, dass die aus einer bestimmten Richtung ankommenden oder von einem bestimmten Ort ausgesandten Signalanteile verstärkt und alle anderen Signalanteile abgedämpft werden. Dies geschieht beispielsweise im Falle von Mikrofonarrays dadurch, dass die Signale der einzelnen Mikrofone 121 entsprechend der geometrischen Anordnung der Sensoren und potentiellen Quellorten und der daraus resultierenden Laufzeit verzögert und dann überlagert werden. Stimmt der angenommene Quellort mit einem tatsächlichen Quellort überein, addieren sich die Signale phasenrichtig. Im anderen Fall kommt es zur Phasenauslöschung. Dieser Vorgang wird für alle in Frage kommenden Quellorte wiederholt. Dargestellt wird die Energie des durch Überlagerung entstandenen Signals. Hierdurch erhält man eine Quellkartierung, in der die Orte mit großer Übereinstimmung mit der realen Quelle farbig hervorgehoben sind.

Bei dem aus der DE 103 04 215 A1 hervorgehenden Verfahren wird diese Quellkartierung einem Videobild überlagert, um eine einfache Zuordnung zu den Quellobjekten zu erreichen. Die „Schärfe” der Quellkartierung entspricht dabei dem räumlichen Auflösungsvermögen des Mikrofonarrays und hängt von einer Vielzahl unterschiedlicher Faktoren ab. Die geometrische Anordnung von Sensoren und Quellen ist dabei von entscheidender Bedeutung. Mit Apertur wird der größte Abstand zwischen zwei Sensoren bezeichnet. Je größer die Apertur ist, desto größer ist das räumliche Auflösungsvermögen bei einer konstanten Frequenz des Schallereignisses. Bei einer planaren Sensoranordnung ist die Apertur senkrecht zur Sensorebene gleich null. Entsprechend ist die räumliche Auflösung in dieser Richtung, das heißt die Schärfentiefe, äußert gering. Mit einer dreidimensionalen Sensoranordnung, z. B. auf einer Kugel, lässt sich die Schärfentiefe nur geringfügig verbessern. Als Folge dessen ist es nicht möglich den Abstand einer Schallquelle zum Array mit Hilfe des Beamforming-Algorithmus exakt zu bestimmen. Der Abstand ist jedoch für die genaue Lokalisierung in den anderen Raumrichtungen von entscheidender Bedeutung. Wird nämlich ein zu großer Abstand für die Berechnung zugrunde gelegt, werden die Quellen am falschen Ort und mit einem falschen Pegel erkannt. Ist der Abstand zu klein, wird die Quelle überhaupt nicht erkannt.

Generell kann gesagt werden, dass der Beamforming-Algorithmus einen geringen Dynamikumfang hinsichtlich der Darstellung der Quellkartierung aufweist. Darüber hinaus erzeugt der Algorithmus für jede real existierende Quelle sogenannte Geisterquellen, deren Pegel je nach Sensoranordnung maximal 14 dB unter dem Pegel der realen Quelle liegen. Weitere reale Quellen, die um mehr als 14 dB leiser als die erste Quelle sind, werden von deren Geisterquellen verdeckt. Bei einer falschen Abstandsannahme sinkt dieser begrenzte Dynamikumfang weiter.

Um den Abstand der Mikrofone zu dem Messobjekt zu bestimmen, ist es bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erforderlich den Abstand beispielsweise von Hand zu vermessen und dann als Einzahlwert in die Auswertesoftware einzugeben. Die Software berechnet dann eine Ebene senkrecht zum Array auf der mittels des Beamforming-Algorithmus nach Quellen gesucht wird. Das Ergebnis ist eine Quellkartierung für diesen Abstand. Bei dreidimensionalen Quellenanordnungen ist es damit nicht möglicht, in einer Quellkartierung alle Quellen korrekt darzustellen. Für eine korrekte Darstellung ist es erforderlich, anstelle einer planaren Scanebene eine dreidimensionale Scanoberfläche zu verwenden, auf der alle potentiellen Quellorte liegen. Rein prinzipiell ist es zwar möglich, alle Abstände zwischen den Sensoren und den potentiellen Schallquellen manuell zu messen. Dies ist jedoch im industriellen Einsatz nicht praktikabel. Die Einbindung von CAD-Daten wäre ebenfalls rein prinzipiell möglich, erfordert jedoch eine genaue Ausrichtung des Arrays zu dem durch die CAD-Daten beschriebenen Messobjekt. Auch diese genaue Ausrichtung ist nicht immer möglich. Eine solche Anwendung wäre nur auf Messobjekte mit vollständig vorhandenen CAD-Daten beschränkt.

Die in 1 dargestellte Vorrichtung und das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren lösen nun das Problem, den genauen Abstand zwischen einzelnen Punkten des Messobjekts und dem Mikrofonarray zu bestimmen, durch eine Kombination des aus den Spiralarmen 120 und den Mikrofonen 121 gebildeten Mikrofonarrays mit dem Videoarray, gebildet aus den Videokameras 140, die im Zentrum des Mikrofonarrays angeordnet sind. Diese Videokameras 140 zeichnen parallel zum Datenstrom der Mikrofonsignale kontinuierlich und zeitlich synchronisiert Bilder von der aktuellen Messanordnung auf. Die optischen Achsen der Kameras 140 sind parallel angeordnet. Durch eine Kalibrierung werden dadurch auf an sich bekannte Weise Abbildungsfehler minimiert. Ein Objekt, welches sich in einem gegebenen Abstand zu den Kameras 140 befindet, wird an unterschiedlichen Positionen auf den Bildern der Kameras 140 abgebildet. Durch genaue Kenntnis der geometrischen Verhältnisse zwischen Objekt und Kameras 140 die beispielsweise durch die sogenannte Epipolargeometrie bestimmt werden können, können die Kamerabilder einzeln so entzerrt werden, dass sich das Objekt an derselben Position auf den einzelnen Bildern befindet. Durch Überlagerung der Kamerabilder erhält man ein neues Bild, auf dem das Objekt scharf erscheint. Ein Objekt, welches sich in einem anderen als dem momentan angenommenen Abstand befindet, wird hingegen nach der Entzerrung nicht auf dieselbe Position in den Kamerabildern abgebildet. Nach der Überlagerung erscheint das Objekt daher unscharf. Rein prinzipiell sind folgende Verfahren denkbar:

  • a) Durch ein manuelles Ändern des angenommenen Abstands mittels der Software kann nacheinander die Position der im Videobild aufgenommenen Objekte bestimmt werden. Synchron zur Änderung des Abstands wird auch die Scanebene für das Beamforming verschoben. Sobald ein Objekt korrekt fokussiert wurde, stimmen auch die Position und der Pegel der zugehörigen Schallquelle. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens liegen alle Scanpunkte auf einer Ebene. In einer Quellkartierung können daher auch nur Quellen, die auf dieser Ebene liegen, korrekt dargestellt werden. Vorteil dieser Ausführungsform des Verfahrens ist es, dass ein manuelles Vermessen der Messobjekte entfällt. Da die Videobilder zusammen mit den Mikrofondaten abgespeichert werden, kann die Bestimmung der korrekten Entfernung auch nach Beendigung einer Messkampagne und Demontage der Messanordnung erfolgen. Das Verfahren ist darüber hinaus robust und einfach in der Anwendung. Eine softwaremäßig realisierte verschiebbare Bild-Lupe unterstützt den Anwender bei der Bestimmung der höchsten Bildschärfe.
  • b) Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Bestimmung eines manuellen Fokus kann angewendet werden, um nacheinander den Abstand zu allen interessierenden Objekten zu bestimmen. Durch Interaktion mit der Software werden diese Punkte gespeichert. Die Software erzeugt eine Oberfläche, auf der alle gespeicherten Punkte liegen, und interpoliert die Flächen dazwischen. Auf diese Weise entsteht sukzessive eine dreidimensionale Fläche, die dann beim Beamforming als Scanfläche verwendet wird. Diese Fläche kann beispielsweise dem Schallpegel zugeordnet werden, wodurch eine akustische Oberfläche des Messobjekts darstellbar ist. Hierdurch können alle Quellen in einer Quellkartierung korrekt dargestellt werden.
  • c) Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Tiefenschätzung mit Hilfe der Videokameras 140 vorgenommen. Rein prinzipiell basiert dieses Verfahren auf der Auswertung von Punktkorrespondenzen in verschiedenen Videobildern. Eine andere Variante besteht darin, aus der geometrischen Anordnung der sich auf oben beschriebene Weise ergebenden entzerrten Videobildern eine diskrete Reihe möglicher Abstände zu berechnen. Jedes Bild wird dann in kleine überlappende Teilbereiche zerlegt. Für jeden Teilbereich wird die Ähnlichkeit der entsprechenden Teilbereiche der einzelnen Videobilder bestimmt und abgespeichert. Die Verfahren zur Bestimmung von Ähnlichkeitsmaßen sind aus dem Bereich der sogenannten Computer Vision an sich bekannt, z. B. die Bestimmung der Summe der paarweisen quadratischen Differenzen zwischen den Bildern der einzelnen Videokameras oder die Ermittlung des normierten Kreuzkorrelationskoeffizienten. Dieser Vorgang wird für alle in Frage kommenden Abstände wiederholt. Anschließend wird für jeden Teilbereich der Abstand bestimmt, für den die Übereinstimmung maximal ist. Dieser Ab stand ist der Abstand des abgebildeten Objektes zu den Videokameras 140 und damit zum Mikrofonarray 120, 121. Das Verfahren setzt zusätzliche Algorithmen zur Detektion von Bildpunkten mit hohem Kontrast voraus, da nur hier eine eindeutige Unterscheidung zwischen hoher und niedriger Übereinstimmung der Teilbereiche möglich ist. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Algorithmus zur Kantendetektion gelöst werden. Dabei wird für jeden Teilbereich die quadratische Summe des Helligkeitsunterschieds zwischen den Bildpunkten und dem mittleren Helligkeitswert bestimmt – diese entspricht der Varianz des Teilbereichs. Über einen Schwellwert werden Bildpunkte mit hohem Kontrast bestimmt. Aus der Umgebung jedes dieser Bildpunkte wird ein Teilbereich für die anschließende Entfernungsbestimmung gebildet. Objekte mit deutlich ausgeprägter, sich wiederholender Struktur führen zu Fehldetektionen, da bei der Überlagerung für mehrere Abstände gleich hohe Werte der Übereinstimmung erreicht werden (Moire-Effekt). Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass Bildpunkte mit wiederholten Maximalwerten in der Übereinstimmung als ungültig markiert werden. Abschließend wird aus allen gültigen Bildpunkten mittels Interpolation eine dreidimensionale Fläche bestimmt, die als Scanfläche für das Beamforming verwendet wird. Das Verfahren ist vollständig automatisierbar. Eine Interaktion des Benutzers ist nicht erforderlich. Bei diesem Verfahren ist auch eine korrekte Erfassung von sich bewegenden Objekten auf sehr vorteilhafte Weise möglich.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht eine Kohärenz-/Inkohärenzfilterung vor, welche die Möglichkeit eröffnet, Kohärenzen zwischen den Quellen aufzuzeigen. Kohärente Quellen haben in der Regel denselben Wirkungsursprung. Die Kenntnis dieses Wirkungsursprungs hilft bei der Lärmminderung bzw. Klangmodifikation.

Mit Hilfe der Inkohärenzfilterung ist es möglich eine dominante Quelle in der Quellkartierung soweit zu dämpfen, dass leisere Quellen, die zuvor aufgrund der Geisterquellen verdeckt waren, sichtbar werden.

Als kohärent gelten Signale, wenn sie zu jedem Zeitpunkt durch eine zeitinvariante Filterung ineinander übergeführt werden können. Die Kohärenzfilterung erfolgt in der Regel im Frequenzbereich. Dabei werden die beiden Zeitsignale in Blöcke zerlegt. Für jeden Block wird das komplexe Spektrum beispielsweise mittels der Fourier-Transformation berechnet. Nun werden das Produkt aus dem Spektrum des Nutzsignals (Mikrofonsignale des Arrays) und dem normierten konjugiert komplexen Spektrum des Referenzsignals gebildet. Das resultierende komplexe Spektrum wird über alle (möglichst viele) Zeitblöcke gemittelt. Signalanteile, die die oben gestellte Anforderung erfüllen, werden dabei verstärkt, bzw. andere Signalanteile werden gedämpft.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein (nicht dargestellter) beliebiger zusätzlicher Sensor, z. B. ein Mikrofon, ein Beschleunigungsaufnehmer, ein Laservibrometer oder dergleichen in unmittelbarer Nähe der interessierenden Quelle angeordnet. Das System führt die vorstehend beschriebene Analyse mittels der Arraymikrofonsignale und dem Referenzmikrofonsignal aus. Die resultierenden komplexen Spektren werden anschließend für das Beamforming verwendet. Alle Quellen, die zum Referenzsensor inkohärent sind, werden in der Quellkartierung gedämpft. Das Ergebnis des Beamformings ist eine energieäquivalente Größe für jeden Scanpunkt. Im System wird parallel diese Größe für die ungefilterten und kohärenzgefilterten Spektren berechnet. Durch Subtraktion der beiden Energiewerte erhält man eine Quellkartierung in der nun die zum Referenzsensor kohärenten Quellen gedämpft werden.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Kombination eines Mikrofonarrays 120, 121 mit einem System zur Bestimmung der Entfernung zwischen Mikrofonarray und Messobjekten, beispielsweise in Form eines Kameraarrays 140 die exakte Bestimmung des Abstands von Schallquellen zu dem Mikrofonarray 120, 121 in der industriellen Anwendung ermöglicht. Hierdurch ist eine genaue Lokalisation und Quantifizierung der Quellen möglich. Durch die optische Entfernungsbestimmung entfällt die Notwendigkeit, die Abstände manuell zu vermessen. Die Entfernungsbestimmung kann auch – und dies ist ein entscheidender Vorteil – nachträglich (ohne Vorhandensein des Messobjekts) erfolgen, da die Rohdaten der Videokameras 140 mit den Mikrofondaten abgespeichert werden. Durch die Möglichkeit, eine dreidimensionale Scanoberfläche zu generieren, können auch Quellen, die sich nicht in einer Ebene befinden, in einer Quellkartierung abgebildet werden. Der Dynamikumfang der Quellkartierung kann dabei voll ausgeschöpft und erhöht werden. Dabei sinkt der Rechenaufwand für die Analyse, da anstelle von mehreren Quellkartierungen (für jeden Abstand eine) nunmehr nur eine einzige bestimmt werden muss. Das Verfahren kann vollständig automatisiert durchgeführt werden und erfordert keine Annahmen über das Messobjekt. Darüber hinaus kann das Verfahren während der Messung/Auswertung in kurzer Zeit durchgeführt werden.

Die Kohärenz-/Inkohärenzfilterung eröffnet die Möglichkeit Kohärenzen zwischen den Quellen aufzuzeigen. Hierdurch können nicht nur leisere Quellen dargestellt werden, sondern es können auch entsprechende Schritte zur Lärmminderung bzw. Klangmodifikation auf der Basis kohärenter Schallquellen vorgenommen werden.

Ein großer Vorteil ist es, dass das Verfahren in Echtzeit und online eingesetzt werden kann. Der Nutzer kann auf diese Weise aktiv mit dem Messobjekt interagieren und die Auswirkungen sämtliche Modifikationen an den Quellen und der Position des Referenzsensors unmittelbar erfahren.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • - DE 10304215 A1 [0003, 0023]


Anspruch[de]
Verfahren zur bildgebenden Darstellung von dreidimensionalen akustischen Objekten als Messobjekt durch die Aufnahme eines akustischen Bezugsbilds des Messobjekts über ein Mikrofonarray (120, 121), wobei dem Mikrofonarray (120, 121) ein optisches Kameraarray (140) zugeordnet ist, welches simultan zum Datenstrom der Mikrofonsignale des Mikrofonarrays (120, 121) räumliche Informationen des Messobjekts aufweisende Bilder zeitlich synchronisiert aufzeichnet, die unmittelbar oder zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt in Relation zu dem akustischen Bezugsbild des Messobjekts gebracht werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kameraarray wenigstens zwei, vorzugsweise drei Videokameras (140) umfasst, die kontinuierlich räumliche Informationen des Messobjekts während der akustischen Aufnahme über das Mikrofonarray (120, 121) aufzeichnen. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen der Videokameras (140) parallel zueinander angeordnet sind. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Basis der Kamerasignale der Abstand zwischen Mikrofonarray (120, 121) und Messobjekt bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Abstand zwischen Mikrofonarray (120, 121) und Messobjekt durch Verschieben, Überlagern und Bestimmung der resultierenden Übereinstimmung von mehreren, vorzugsweise drei Kamerabildern bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand mit Hilfe der Epipolargeometrie bestimmt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenstrom der Mikrofonsignale des Mikrofonarrays (120, 121) und der Datenstrom des optischen Kameraarrays (140) zur Erstellung einer akustischen dreidimensionalen Abbildung des Messobjekts aufeinander bezogen werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine akustische Oberfläche des Messobjekts mit variablem Abstand zwischen Messobjekt und Mikrofonarray (120, 121) und einer darauf bezogenen Scanoberfläche des Mikrofonarrays bestimmt wird und in einer Anzeigeeinheit dargestellt wird, so dass in einer bildlichen Darstellung alle ähnlichen Quellen des Messobjektes simultan dargestellt werden. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Echtzeit mittels Kohärenz- oder Inkohärenzfilterung des Datenstroms die Mikrofonsignale des Mikrofonarrays (120, 121) und wenigstens ein Referenzsignal zur Verstärkung bzw. Dämpfung von Schallquellen verwendet werden. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkohärenz- oder Kohärenzfilterung auf der Basis der in den Frequenzraum, vorzugsweise mittels Fourier-Transformation, transformierten zeitlichen Mikrofonsignale erfolgt. Vorrichtung zur bildgebenden Darstellung von akustischen Objekten durch die Aufnahme eines akustischen Bezugsbilds des Messobjekts über ein Mikrofonarray (120, 121), gekennzeichnet durch ein dem Mikrofonarray (120, 121) zugeordnetes optisches Kameraarray (140), durch welches simultan zum Datenstrom der Mikrofonsignale des Mikrofonarrays (120, 121) dreidimensionale Informationen des Messobjekts aufweisende Bilder zeitlich synchronisiert aufnehmbar und in einer Auswerteeinrichtung zur Erstellung einer akustischen Karte des Messobjekts auswertbar sind. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kameraarray wenigstens zwei, vorzugsweise drei Videokameras (140) aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen der Videokameras (140) parallel zueinander angeordnet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Videokameras (140) im Wesentlichen im Zentrum des Mikrofonarrays angeordnet sind. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com