一种基于声音定位的监控系统及监控方法
技术领域
本申请涉及监控技术领域，具体而言，涉及一种基于声音定位的监控系统及监控方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高和网络的普及，安全防护越来越深入人心。尤其是近几年信息技术的发展和人们居住环境的改善，促使人们对家庭安全防范的意识得到空前强化。同时，得益于经济的快速发展，人们生活节奏越来越快，照顾和了解家庭情况的时间也越来越少。而现代技术的发展，也使得远程照顾小孩、家庭宠物、实时监控家庭情况等成为一种可能。人们可以在繁忙工作或者外出旅行的同事，通过远程了解自己的家庭概况，并根据情况及时作出分析和判断。
现有的家用网络摄像机领域，公知的视频监控室包括图像采集部分、存储部分和传输部分，其中图像采集部分主要有两种方式：一种是采用固定摄像头方式，另一种是采用匀速转动扫描的方式，但这两种方式都不能实现目标的动态跟踪。同时，在实际监控中，很多异常事件难以通过视频信息发现，例如异常声音即为异常事件的一种典型特征。因此，如何实现目标的动态跟踪是本领域目前亟待解决的一项技术问题。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种基于声音定位的监控系统及监控方法，以实现通过声音进行位置定位和联动，进行信息采集和处理的目的。
为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供了一种基于声音定位的监控系统。
根据本申请的监控系统包括：声音采集模块、声音定位模块、联动模块、图像采集模块；
声音采集模块包括至少两个声音采集单元，声音采集单元与图像采集模块分布在同一个圆平面上；
声音采集模块、声音定位模块、联动模块、图像采集模块之间电连接；
至少两个声音采集单元采集声源发出的声音传送至声音定位模块，声音定位模块计算出图像采集模块与声源之间的角度；
联动模块根据角度控制图像采集模块转动，图像采集模块对声源位置处图像进行采集。
可选的，监控系统还包括报警模块和无线通信模块；
报警模块与图像采集模块电连接，报警模块识别图像采集模块采集的声源处图像，并将图像通过无线通信模块传送至移动设备端，同时报警模块发出警报声。
可选的，监控系统还包括声音检测模块，声音检测模块与声音采集模块和无线通信模块电连接，用于对声音采集模块采集的异常声音进行检测，并判断异常声音对应的事件，通过无线通信模块将事件类型上报至移动设备端。
可选的，声音采集单元为不同朝向的麦克风，图像采集模块为旋转摄像头。
第二方面，本申请实施例还提供了一种监控方法，该方法包括以下步骤：
（1）将图像采集系统与至少两个声音采集单元布置在同一个圆平面上；
（2）通过至少两个声音采集单元采集声源发出的声音；
（3）根据至少两个声音采集单元采集到的声音强度计算出声源与图像采集系统的角度；
（4）根据角度控制图像采集系统转动，对声源位置进行图像采集。
可选的，对声源位置进行图像采集步骤后，还包括将采集到的图像进行识别并传送至移动设备端，同时发出警报声。
可选的，声音采集单元采集声源发出的声音后，还包括对异常声音进行检测，判断异常声音对应的事件，并将判断结果上报至移动设备端。
可选的，将图像采集系统与两个声音采集单元布置在同一个圆平面上，步骤（3）包括：
（a）假设声源与声音采集单元和图像采集系统位于同一平面上，声源距离第一声音采集单元的距离为L1，声源距离第二声音采集单元的距离为L2，L1和L2通过声音采集单元采集到的声音强度计算得出；
（b）以圆平面的圆心O为基准点，设第一声音采集单元位置为A，第二声音采集单元位置为B，声源位置为C，图像采集系统位置为D，则第一声音采集单元与图像采集系统之间的偏角为∠AOD，第一声音采集单元与第二声音采集单元之间的偏角为∠AOB，∠AOD和
（c）根据余弦定理，第一声音采集单元和第二声音采集单元之间的距离
（d）由∠CAO=∠CAB+∠OAB，∠OAB根据系统设定而已知，得到∠CAO，则ΔAOC各参数为已知，得到∠AOC，进而得到方位角∠COD。
可选的，图像采集系统在水平方向按方位角转动后，再在竖直方向上以30°-45°为间隔转动进行图像采集。
可选的，将图像采集系统与三个声音采集单元布置在同一个圆平面上，步骤（3）包括：
（a）设声源距离第一声音采集单元的距离为L1，声源距离第二声音采集单元的距离为L2，声源距离第三声音采集单元的距离为L3，L1、L2和L3通过声音采集单元采集到的声音强度计算得出；
（b）以圆平面的圆心O为基准点，设图像采集系统位置为A，第一声音采集单元位置为B，第二声音采集单元位置为C，第三声音采集单元位置为 D，声源位置为F，声源位置在圆平面上的投影点为E，则图像采集系统与声源之间的俯仰角为∠EOF、方位角为∠EOA；
（c）根据系统设定，第一声音采集单元、第二声音采集单元、第三声音采集单元以及图像采集系统之间的距离为已知，设圆平面半径为R，声源到圆平面的投影距离EF=h，则各声音采集单元到声源投影的距离分别为：
在ΔBDE中，BE、DE、BD=2R均为固定值，则：
在ΔBCE中，BE、DE为固定值，BC根据系统设定为已知，设为L4，则：
在ΔCDE中，CE、DE为固定值，CD根据系统设定为已知，设为L5，则：
由∠DEC=∠DEB+∠BEC，可得出声源到圆平面的投影距离h，进而得出DE、BE、CE的值；
（d）在ΔBDE中，OE为中线，则
（e）在ΔDOE中，OE、DE、OD均为已知，得出∠DOE，第三声音采集单元与图像采集系统之间的偏角∠AOD根据系统设定为已知，进而得出图像采集系统与声源之间的方位角∠AOE=∠AOD+∠DOE。
在本申请实施例提供的基于声音定位的视频监控系统及监控方法中，采用至少两个声音采集单元对声源发出的声音进行采集，通过声音定位模块实现对声源位置的定位，计算出声音所在的方位角和俯卧角，再利用联动模块驱动图像采集模块转动，实现对声源位置的图像采集，实现了声音和图像联动进行监控的方式，增强了监控设备的功能，可以获得更多有效的监控信息。同时，本申请采用多个声音采集单元与图像采集模块结合的方式，结构简单，成本低，适宜大范围推广应用。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的第一种监控系统的结构示意图；
图2是根据本申请实施例的第二种监控系统的结构示意图；
图3是根据本申请实施例的第三种监控系统的结构示意图；
图4是根据本申请实施例的第一种监控方法流程图；
图5是根据本申请实施例的第二种监控方法流程图；
图6是根据本申请实施例的第三种监控方法流程图；
图7是根据本申请实施例的声音定位平面模型图；
图8是根据本申请实施例的声音定位立体模型图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“设置”、“连接”、“设有”、“连通”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参见图1，本申请的基于声音定位的监控系统包括：声音采集模块1、声音定位模块2、联动模块3、图像采集模块4；
声音采集模块1包括至少两个声音采集单元，声音采集单元与图像采集模块4分布在同一个圆平面上；
声音采集模块1、声音定位模块2、联动模块3、图像采集模块4之间电连接；
至少两个声音采集单元采集声源发出的声音传送至声音定位模块，声音定位模块2计算出图像采集模块4与声源之间的角度；
联动模块3根据角度控制图像采集模块4转动，图像采集模块4对声源位置处图像进行采集。
本申请实施例中，采用至少两个声音采集单元对声源发出的声音进行采集，通过声音定位模块实现对声源位置的定位，计算出声音所在的方位角和俯卧角，再利用联动模块驱动图像采集模块转动，实现对声源位置的图像采集，实现了声音和图像联动进行监控的方式，增强了监控设备的功能，可以获得更多有效的监控信息。同时，本申请采用多个声音采集单元与图像采集模块结合的方式，结构简单，成本低，适宜大范围推广应用。
具体的，在本申请的一些实施例中，声音采集单元为不同朝向的麦克风，图像采集模块为旋转摄像头。声源部分是指空间有效范围内发出的声源（范围受限于声音采集模块的采集距离，即麦克风的收音距离）。麦克风和旋转摄像头均安装在监控设备上，将其设置在同一个圆平面上分布，有助于后面声音定位模块对旋转摄像头方位与声源位置的角度计算。同时，声音定位模块确定图像采集模块的旋转角度后，利用联动模块驱动旋转摄像头旋转，具体的，联动模块为电极运动机构。
可选的，参见图2，本申请实施例的监控系统还包括报警模块5和无线通信模块6；报警模块5与图像采集模块4电连接，报警模块5识别图像采集模块4采集的声源处图像，并将图像通过无线通信模块6传送至移动设备端，同时报警模块5发出警报声。
由于监控系统中的图像采集系统仅能采集图像，为了更方便用户对家里异常情况进行获知，本申请在进行图像采集之外，还会利用报警模块发出报警声，并可实时将信息传送至连接的移动设备端，使得家里的其他人可及时获知异常发生并进行处理，方便快捷。
可选的，参见图3，本申请实施例的监控系统还包括声音检测模块7，声音检测模块7与声音采集模块1和无线通信模块6电连接，用于对声音采集模块1采集的异常声音进行检测，并判断异常声音对应的事件，通过无线通信模块6将事件类型上报至移动设备端。
本申请实施例中，通过声音检测模块，可对采集到的声源声音进行判断分辨，如检测到婴儿哭声、老人跌倒声等，可对应生成事件信息，并将事件类型上报至移动设备端，以便更清楚的对家里异常情况进行获知。具体的，对婴儿哭声及老人跌倒声音的识别采用现有技术中的识别方式，本发明不做具体限定。
基于相同的技术构思，参见图4，本申请实施例还提供了一种监控方法，该方法包括以下步骤：
S101：将图像采集系统与至少两个声音采集单元布置在同一个圆平面上；
S102：通过至少两个声音采集单元采集声源发出的声音；
S103：根据至少两个声音采集单元采集到的声音强度计算出声源与图像采集系统的角度；
S104：根据角度控制图像采集系统转动，对声源位置进行图像采集。
具体的，在本申请的一些实施例中，图像采集系统为旋转摄像头，声音采集单元为麦克风，至少两个声音采集单元中，麦克风的朝向均不同，且麦克风与旋转摄像头布置在同一个圆平面上。麦克风与旋转摄像头之间的位置固定，便于后期通过麦克风采集的声音信息来对声源与摄像头之间定位。
具体的，作为公知，人的耳朵具有较强的定位能力，仿生学上实现声音的定位，本申请中给监控设备装上“耳朵”，进行声音的定位。本申请中的麦克风即为耳朵，其一方面作为声音的采集单元，进行声音的采集；另一方面进行声源位置的测距。
在咪头功率恒定的情况下，声源距离麦克风的远近不同，采集到的声音强度也不同，因此，可以拟合出强度和距离之间的函数关系为y=f(x)，其中y表示距离，x表示声音强度。具体的，通过声音强度确定距离，为本领域的常规技术手段，本申请在此不做赘述。
当确定声源与声音采集单元之间的距离后，根据特定的计算方式，即可得出图像采集系统与声源之间的角度关系，进而可控制图像采集系统旋转相应角度，实现对声源位置图像的采集。
可选的，参见图5，本申请实施例的第二种监控方法，包括以下步骤：
S201：将图像采集系统与至少两个声音采集单元布置在同一个圆平面上；
S202：通过至少两个声音采集单元采集声源发出的声音；
S203：根据至少两个声音采集单元采集到的声音强度计算出声源与图像采集系统的角度；
S204：根据角度控制图像采集系统转动，对声源位置进行图像采集；
S205：将采集到的图像进行识别并传送至移动设备端，同时发出警报声。
可选的，参见图6，本申请实施例的第三种监控方法，包括以下步骤：
S301：将图像采集系统与至少两个声音采集单元布置在同一个圆平面上；
S302：通过至少两个声音采集单元采集声源发出的声音；
S303：根据至少两个声音采集单元采集到的声音强度计算出声源与图像采集系统的角度；
S304：根据角度控制图像采集系统转动，对声源位置进行图像采集；
S305：将采集到的图像进行识别并传送至移动设备端，同时发出警报声；
S306：将判断出的异常声音对应的事件信息同步上报至移动设备端。
可选的，将图像采集系统与两个声音采集单元布置在同一个圆平面上，参见图7，步骤（3）包括：
（a）假设声源与声音采集单元和图像采集系统位于同一平面上，声源距离第一声音采集单元的距离为L1，声源距离第二声音采集单元的距离为L2，L1和L2通过声音采集单元采集到的声音强度计算得出；
（b）以圆平面的圆心O为基准点，设第一声音采集单元位置为A，第二声音采集单元位置为B，声源位置为C，图像采集系统位置为D，则第一声音采集单元与图像采集系统之间的偏角为∠AOD，第一声音采集单元与第二声音采集单元之间的偏角为∠AOB，∠AOD和
（c）根据余弦定理，第一声音采集单元和第二声音采集单元之间的距离
（d）由∠CAO=∠CAB+∠OAB，∠OAB根据系统设定而已知，得到∠CAO，则ΔAOC各参数为已知，得到∠AOC，进而得到方位角∠COD。
当只有两个声音采集单元时，仅能对空间声源进行粗略定位，假设声源与声音采集单元和图像采集系统位于同一平面上。更具体的，为了防止拍到空图，图像采集系统在水平方向按方位角转动后，再在竖直方向上以30°-45°为间隔转动进行图像采集，确保对异常事件进行监控。
具体的，作为本申请的一种实施方式，假设图像采集系统与两个声音采集单元均匀布置在同一个圆平面上，同时声源与声音采集单元和图像采集系统位于同一平面上，则声源距离第一声音采集单元的距离为L1，声源距离第二声音采集单元的距离为L2，L1和L2通过声音采集单元采集到的声音强度计算得出；
以圆平面的圆心O为基准点，设第一声音采集单元位置为A，第二声音采集单元位置为B，声源位置为C，图像采集系统位置为D，则第一声音采集单元与图像采集系统之间的偏角为∠AOD=120°，第一声音采集单元与第二声音采集单元之间的偏角为∠AOB=120°，第一声音采集单元、第二声音采集单元和图像采集系统距离圆心的距离均为圆半径R；第一声音采集单元与声源之间的偏角为∠AOC，则声源与图像采集系统之间的偏角
根据余弦定理，第一声音采集单元和第二声音采集单元之间的距离
由∠CAO=∠CAB+∠OAB，∠OAB根据系统设定而已知，得到∠CAO，则ΔAOC参数为已知，得到∠AOC，进而得到方位角∠COD。
在本实施例中，将图像采集系统与两个声音采集单元均匀布置在同一个圆平面上，同时假设声源与声音采集单元和图像采集系统位于同一个平面上；采用两点定位的方式，简化了计算方式，更加简单方便。本实施例适用于家庭使用范围，如将声音采集单元和图像采集系统设置在婴儿床附近，此时可认定声音采集单元和声源位于同一平面内，可有效监测到婴儿啼哭声并进行识别及图像采集；或者将监控系统放置在较易发生事故的室内位置如桌边、卫生间门口等。同时，对于采用两个声音采集单元进行声音定位，为了克服两个声音采集单元可能导致的空间定位误差，图像采集系统在水平方向按方位角转动后，再在竖直方向上以30-45°为间隔转动进行图像采集，确保对异常事件进行监控。
可选的，为提高定位的准确性，将上述方案进行优化，参见图8，将图像采集系统与三个声音采集单元布置在同一个圆平面上，步骤（3）包括：
（a）设声源距离第一声音采集单元的距离为L1，声源距离第二声音采集单元的距离为L2，声源距离第三声音采集单元的距离为L3，L1、L2和L3通过声音采集单元采集到的声音强度计算得出；
（b）以圆平面的圆心O为基准点，设图像采集系统位置为A，第一声音采集单元位置为B，第二声音采集单元位置为C，第三声音采集单元位置为 D，声源位置为F，声源位置在圆平面上的投影点为E，则图像采集系统与声源之间的俯仰角为∠EOF、方位角为∠EOA；
（c）根据系统设定，第一声音采集单元、第二声音采集单元、第三声音采集单元以及图像采集系统之间的距离为已知，设圆平面半径为R，声源到圆平面的投影距离EF=h，则各声音采集单元到声源投影的距离分别为：
在ΔBDE中，BE、DE、BD=2R均为固定值，则：
在ΔBCE中，BE、DE为固定值，BC根据系统设定为已知，设为L4，则
在ΔCDE中，CE、DE为固定值，CD根据系统设定为已知，设为L5，则：
由∠DEC=∠DEB+∠BEC，可得出声源到圆平面的投影距离h，进而得出DE、BE、CE的值；
（d）在ΔBDE中，OE为中线，则
（e）在ΔDOE中，OE、DE、OD均为已知，得出∠DOE，第三声音采集单元与图像采集系统之间的偏角∠AOD根据系统设定为已知，进而得出图像采集系统与声源之间的方位角∠AOE=∠AOD+∠DOE。
通过安装3个声音采集单元，可以对空间任意位置的声源进行准确定位，定位后联动转动机构，转动图像采集系统进行图片的抓拍和上报。
具体的，在本申请的一些实施例中，将图像采集系统与三个声音采集单元均匀布置在同一个圆平面上，设声源距离第一声音采集单元的距离为L1，声源距离第二声音采集单元的距离为L2，声源距离第三声音采集单元的距离为L3，L1、L2和L3通过声音采集单元采集到的声音强度计算得出；
以圆平面的圆心O为基准点，设图像采集系统位置为A，第一声音采集单元位置为B，第二声音采集单元位置为C，第三声音采集单元位置为 D，声源位置为F，声源位置在圆平面上的投影点为E，则图像采集系统与声源之间的俯仰角为∠EOF、方位角为∠EOA；
设圆平面半径为R，声源到圆平面的投影距离EF=h，则各声音采集单元到声源投影的距离分别为
在ΔBDE中，BE、DE、BD=2R均为固定值，则：
在ΔBCE中，BE、DE为固定值，
在ΔCDE中，CE、DE为固定值，CD根据系统设定为已知，设为L5，则：
由∠DEC=∠DEB+∠BEC，可得出声源到圆平面的投影距离h，进而得出DE、BE、CE的值；
（d）在ΔBDE中，OE为中线，则
（e）在ΔDOE中，OE、DE、OD均为已知，得出∠DOE，第三声音采集单元与图像采集系统之间的偏角∠AOD根据系统设定为已知，进而得出图像采集系统与声源之间的方位角∠AOE=∠AOD+∠DOE。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
