一种基于三维重建技术的隔声量测量方法

本发明属于声学测量的，具体涉及一种基于三维重建技术的隔声量测量方法。

背景技术：

1、随着社会的进步，城市化进程的加速和各个行业的快速发展，噪声问题越来越受到重视，噪声污染会损害人体健康，影响人们的生活质量，隔声性能的优劣关系到各个行业声学领域的发展，隔声性能也显得尤为重要。

2、在对隔声量的测量中，声强法作为一种可选方法被广泛应用，声强法具有抑制背景噪声和侧向传声的影响，在测量隔声量的同时，还可以判断隔声薄弱环节等优点，构件隔声性能声强法测量标准gb/t 31004.1/is0 15186-1中规定声强探头需在构件表面连续扫描，传统的方法是手持探头沿着构件表面进行扫描，手持操作费时费力，当遇到飞机壁板等大尺寸构件时，测量过程的扫描路径长度较长或当遇到汽车零部件等厚薄不均匀的构件需要测量隔声云图时，每个测量点都需要停留15秒左右，因此，手持操作容易引起测量入员的手臂等部位疲劳，造成工作强度大，测量结果的不准确，使得声强阵列难以实现，不适用于大型不规则构件的现场测量。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于三维重建技术的隔声量测量方法，解决现有技术中人工测量工作强度大、准确度低、误差大等技术问题。

2、本发明可通过以下技术方案实现：

3、一种基于三维重建技术的隔声量测量方法，包括以下步骤：

4、步骤一、建立被测构件的三维模型，将三维模型上的每个点沿其法向向量移动指定距离，获得测量包络面；

5、步骤二、将测量包络面投影到xoy平面上，根据投影形状规划二维扫描轨迹，再利用搜索法结合二维扫描轨迹线重建三维扫描轨迹，然后由测试装置带动声强探头沿三维扫描轨迹自动运动，采集多个测试点的法向声强级；

6、步骤三、以测试点的三维坐标及其对应的法向声强级构建新数据点，采用k-means算法对所有的新数据点进行聚类分析，将其划分为k个簇类，并计算每一簇类的质心；

7、步骤四、依据测量包络面和三维模型的对应关系，将每一簇类内部的新数据点映射到三维模型上，从而将三维模型划分为k个区域，以距离每个区域的质心越近颜色越深构建的热图来展现整体的隔声情况。

8、进一步，在所述步骤二中，采用r树搜索算法初步筛选出二维扫描轨迹附近的点集m，记点集m中的任一点为点a(xj,yj)，二维扫描轨迹上的任一扫描线段为[(xi,yi),(xi+1,yi+1)]，

9、利用如下方程式(1)计算参数t，若0≤t≤1，则点(xj,yj)在扫描线段上的垂直投影点p(xp,yp)在该扫描线段上，再利用方程式(2)计算垂直投影点p(xp,yp)的坐标，并计算其与a(xj,yj)之间的距离d，若d≤ε，则恢复点a(xj,yj)对应的三维坐标，从而获得三维扫描轨迹对应的点集b，最后依据点集b拟合出三维扫描轨迹。

10、

11、xp＝xi+t(xi+1-xi)，yp＝yi+t(yi+1-yi)      (2)

12、进一步，沿三维扫描轨迹等间距取点，以此作为测试点，所述声强探头垂直于测试点所在的平面进行法向声强级采集。

13、进一步，在所述步骤一中，先采用k近邻算法计算每个点的邻域点，再计算其平均值并利构建协方差矩阵，然后求解协方差矩阵，并将最小的特征值对应的特征向量作为该点的法向向量。

14、进一步，所述测试装置包括三轴滑台机构和两轴舵机机构，所述两轴舵机机构用于调整声强探头的角度，使其始终平行于测试点的法向向量，所述三轴滑台机构用于带到声强探头沿三维扫描轨迹运动；

15、所述两轴舵机机构包括水平方向舵机和垂直方向舵机，借助三轴滑台机构带动声强探头到达第t+1个测试点之前，先根据第t个测试点对应的双舵机位姿计算第t+1测试点对应的双舵机位姿，

16、将相邻两个测试点的法向量归一化：

17、

18、计算旋转轴vt+1和旋转角θt+1：

19、vt+1＝nt×nt+1

20、θt+1＝arccos(nt·nt+1)

21、根据罗德里格斯旋转公式构建旋转矩阵rt+1：

22、

23、分别提取水平方向舵机和垂直方向舵机旋转角度θh,t+1和θv,t+1

24、θh,t+1＝arctan2(rt+1,21,rt+1,11)

25、

26、进一步，在所述步骤三中，以每个新数据点对应的法向声强级作为k-means算法的输入进行聚类分析，将其划分为k个簇类，并计算每一簇类的质心即簇类内部所有法向声强级的平均值，其质心对应的三维坐标设置为簇类内部所有法向声强级对应三维坐标的平均值。

27、进一步，在所述步骤四中，依据测量包络面和三维模型的对应关系，将每一簇类中所有新数据点的三维坐标对应映射到三维模型上，然后以映射后的数据点所覆盖的范围作为一个区域，将三维模型划分为k个区域；

28、以每个区域的质心对应的法向声强级，结合声源处的平均声压级计算对应的隔声量，然后以距离每个区域的质心越近颜色越深来构建热图。

29、一种计算机存储介质，包括计算机指令，所述计算机指令在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行上文所述的基于三维重建技术的隔声量测量方法。

30、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器内部的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，使得电子设备执行如上文所述的基于三维重建技术的隔声量测量方法。

31、本发明有益的技术效果在于：

32、1、改进了传统声强法测量隔声量方法，扩展了测量维度，使传统的二维平面测量扩展到三维空间测量，并且利用三轴滑台和双舵机系统代替传统人工测量，大大减轻了测量人员的工作强度，使测量过程更加智能化、自动化，提高了针对三维空间中不规则构件表面测量的精度和可靠性，生成的三维模型隔声分布使测量人员可以更直观地观测隔声分布，更加便于判断被测构件隔声薄弱环节，提高了可视化效果。

33、2、借助三维重建技术构建待测构建的三维模型，并设计了点云处理技术构建三维扫描路径，拓展了测量维度，解决了对三维空间中不规则构件表面隔声测量的问题，同时利用k-means算法对测量点的法向声强级进行聚类分析，同时完成对其三维坐标点的聚类分析，以便将三维模型划分为k个区域，实现热图的可视化体现，降低了本发明算法的计算复杂性，提高整个系统的经济效益。

34、3、由于声强法要求声强探头需与被测构件保持一定间距且始终垂直于被测构件的表面执行检测，本发明巧妙地构建了测量包络面，为三维扫描轨迹的构建提供数据平台，无需借助额外的检测模块确保声强探头与被测构件表面的间距控制，大大降低了制造成本，提升测量方法的实用性。

技术特征：

1.一种基于三维重建技术的隔声量测量方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于三维重建技术的隔声量测量方法，其特征在于：在所述步骤二中，采用r树搜索算法初步筛选出二维扫描轨迹附近的点集m，记点集m中的任一点为点a(xj，yj)，二维扫描轨迹上的任一扫描线段为[(xi，yi)，(xi+1，yi+1)]，

3.根据权利要求2所述的基于三维重建技术的隔声量测量方法，其特征在于：沿三维扫描轨迹等间距取点，以此作为测试点，所述声强探头垂直于测试点所在的平面进行法向声强级采集。

4.根据权利要求3所述的基于三维重建技术的隔声量测量方法，其特征在于：在所述步骤一中，先采用k近邻算法计算每个点的邻域点，再计算其平均值并利构建协方差矩阵，然后求解协方差矩阵，并将最小的特征值对应的特征向量作为该点的法向向量。

5.根据权利要求4所述的基于三维重建技术的隔声量测量方法，其特征在于：所述测试装置包括三轴滑台机构和两轴舵机机构，所述两轴舵机机构用于调整声强探头的角度，使其始终平行于测试点的法向向量，所述三轴滑台机构用于带到声强探头沿三维扫描轨迹运动；

6.根据权利要求1所述的基于三维重建技术的隔声量测量方法，其特征在于：在所述步骤三中，以每个新数据点对应的法向声强级作为k-means算法的输入进行聚类分析，将其划分为k个簇类，并计算每一簇类的质心即簇类内部所有法向声强级的平均值，其质心对应的三维坐标设置为簇类内部所有法向声强级对应三维坐标的平均值。

7.根据权利要求6所述的基于三维重建技术的隔声量测量方法，其特征在于：在所述步骤四中，依据测量包络面和三维模型的对应关系，将每一簇类中所有新数据点的三维坐标对应映射到三维模型上，然后以映射后的数据点所覆盖的范围作为一个区域，将三维模型划分为k个区域；

8.一种计算机存储介质，其特征在于：包括计算机指令，所述计算机指令在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行权利要求1-7之一所述的基于三维重建技术的隔声量测量方法。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器内部的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行计算机程序时，使得电子设备执行如权利要求1-7之一所述的基于三维重建技术的隔声量测量方法。

技术总结本发明公开了一种基于三维重建技术的隔声量测量方法，建立被测构件的三维模型，将三维模型上的每个点沿其法向向量移动指定距离，获得测量包络面；将测量包络面投影到XOY平面上，根据投影形状规划二维扫描轨迹，再利用搜索法重建三维扫描轨迹，由测试装置带动声强探头沿三维扫描轨迹自动运动，采集多个测试点的法向声强级；以测试点的三维坐标及其对应的法向声强级构建新数据点，采用K‑means算法对所有的新数据点进行聚类分析，将其划分为K个簇类，并计算每一簇类的质心；依据测量包络面和三维模型的对应关系，将每一簇类内部的新数据点映射到三维模型上，从而将三维模型划分为K个区域，构建的热图来展现整体的隔声情况。技术研发人员：刘学文,李方远,郑霆,熊鑫忠,陈雨涵,庞金祥,张和伟受保护的技术使用者：上海工程技术大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10