激光散斑中远距离拾音技术研究

作     者：刘明桥 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高椿明

授予年度：2024年

学科分类：0711[理学-系统科学] 080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：激光散斑 离焦成像测振 菲涅尔透镜 空间滤波 语音评价 

摘      要：当今社会国内外反恐事态严峻,激光侦听方法,尤其是激光散斑测量法,因其稳定性和抗干扰性,在公共安全、安防监控、军事等领域广泛应用。激光散斑测量法应用广泛,尤其在基于激光散斑的测振中,通过高速相机拍摄图像、图像采集卡存储、高性能计算机处理实现实时语音重构,但实时性受算法和计算机性能限制,且高速相机价格昂贵、灵敏度不高。考虑到激光散斑测振方法在侦听领域的独特优势,本论文主要利用菲涅尔透镜和光电探测器搭建了一套中远距离的拾音系统,通过光学滤波的方式实现了基于激光散斑的振动信号重构,以语音降噪为主要功能设计了系统的工作界面,对系统的灵敏度及误差进行了测试,并设计了低频、中频和高频信号的测量实验,验证了系统的可行性,实现了室内室外不同待测物的振动信号测量。 本文主要完成如下工作: 1.对激光散斑测振技术的背景和国内外研究现状展开了系统的调研,对激光散斑的原理和传统的激光散斑计量方法做了详细总结,为系统改进提供了理论依据。 2.完成了基于菲涅尔透镜和光电探测器的激光散斑拾音系统的部件选型和系统搭建,介绍了系统的测量原理。设计了系统的工作界面,包括系统的初始设置和传统语音降噪算法的设计。 3.对系统的参数对测量结果的影响进行了实验分析,并对系统的灵敏度和系统误差的测试和实验,系统能够测量的最小振幅为10 nm,测量时产生的频率漂移小于0.15%。 4.开展了大量对系统的测试与分析,包括:(a)心跳及呼吸振动信号的检测;(b)低频、中频和高频机械振动信号的测量;(c)不同距离下振动信号的测量结果;(d)真实场景下对人的皮肤在室内室外的语音振动信号的测量结果。 通过对散斑语音侦听系统以及算法的研究,本文搭建了一套基于菲涅尔透镜、用高灵敏度的探测器接收信号的新的光学探测结构。为远距离声信号的捕捉和分析提供了一种高效可行的方案。