ArKalibri

Automatisches Array-Kalibrier- und Abgleichsystem

Ziel des Projektes war die Entwicklung und Anwendung eines neuartigen Kalibrier- und Abgleichsystems für Mikrofonarrays mit integrierter optischer Kamera. Dieses System kann auf algorithmischer Basis eine weitgehend automatische Bildlagekorrektur zwischen dem optischen Kamerabild und der mittels erweiterter Beamformingmethoden berechneten akustischen Karte vornehmen. Während es für die Kalibrierung der akustischen und optischen Teilsysteme (Pegelabgleich der Einzelmikrofone untereinander bzw. Verzeichnungskorrektur der Kameraobjektive, Lageerkennung optischer Kameras) für sich genommen bereits gut geeignete und auch applizierte Methoden gab, fehlte bislang noch ein leistungsfähiges Verfahren, das die akustische und optische Abbildung beider Systeme mit deutlich geringerem Aufwand als bisher möglich und mit höherer Genauigkeit zur Deckung bringt. Ein derartiges System war im Projekt zu schaffen.

Im Projekt wurde eine gut integrierte Lösung entwickelt, die unter Nutzung von elektronisch ansteuerbaren Funkenschallquellen, die mit entsprechenden optischen Zielmarkern kombiniert sind, den Aufbau von Kalibriertafeln gestattet, bei denen eine feste Lagebeziehung zwischen den Schallquellen gegeben ist. Diese Tafeln können für größere Arraystrukturen noch um extern einzeln aufstellbare Satellitenquellen ergänzt werden. Ein exemplarischer Aufbau wird im Bild 1 gezeigt. Für die weitgehende Automatisierung des optisch-akustischen Abgleiches wurden leistungsfähige Algorithmen entwickelt und umgesetzt. Diese Aufgabe konnte mittels der Zurückführung auf ein vereinfachtes Optimierungsproblem (Parallelität der Sicht-Vektoren der akustischen und der optischen Abbildung) sehr elegant gelöst werden. Weiterhin wurde eine vereinfachte Oberfläche für die Bedienung geschaffen (Bild 2).  

Im Ergebnis konnte eine wesentliche Erhöhung der erzielbaren Lokalisierungsgenauigkeit bei der akustischen Kartierung, eine Objektivierung des bisher von zu vielen subjektiven Fehlereinflüssen beeinträchtigten Kalibrier- und Abgleichprozesses sowie die wesentliche Senkung des zeitlichen und personellen Aufwandes für die Arrayfertigung und Kalibrierung erreicht werden.