研究人员开发出利用光而不是空气来检测声音的视觉麦克风

健康生活 2025年08月08日 22:03 1 admin

北京理工大学的研究人员研发出一种麦克风，它不像传统麦克风那样探测空气振动，而是捕捉细微表面运动反射的光。这种新设备被称为“视觉麦克风”，它依赖于表面对声波的响应，利用这些微小的振动来重建可听信息。

这一进步为在传统麦克风难以实现的环境中聆听提供了可能性，例如通过玻璃窗进行通信或在隔离空间中监听声音，而无需直接传输声音。

“我们的方法简化了利用光捕捉声音的过程，降低了成本，同时还能应用于传统麦克风无法发挥作用的场景，例如隔着玻璃窗交谈，”该项目首席研究员姚旭日解释道，“只要有光可以穿过，声音传输就没有必要。”

此前利用光捕捉声音的尝试依赖于复杂且昂贵的设备，例如激光器或高速摄像机。而团队则采取了不同的方法。他们的系统采用了一种名为单像素成像的技术，无需使用拥有数百万像素的相机传感器。相反，它利用的是单个光探测器和空间光调制器投射的结构光图案。

本质上，该技术的工作原理是将经过操控的光线投射到目标上，并捕捉目标因附近声音而振动时反射亮度的微小变化。这些微小的强度变化被检测到，并通过计算算法将其转换回声音信号。这种方法不仅降低了成本和复杂性，也使该技术更容易普及。

姚教授表示：“将单像素成像与基于傅里叶变换的定位方法相结合，我们能够使用更简单的设备以更低的成本实现高质量的声音检测。我们的系统能够在自然光照条件下，利用纸卡和树叶等日常物品进行声音检测，而且不需要振动表面以特定方式反射光线。”

研究人员通过对纸卡振动进行成像（ac）来重建音频信号。他们应用了信号处理滤波器来增强信号的高频成分（df）。

为了展示该系统的功能，研究人员测试了纸卡和树叶等常见材料，并将它们放置在距离音频源（例如播放语音数字和音乐片段的扬声器）约半米的位置。视觉麦克风成功重建了清晰易懂的音频，尤其是在使用纸卡时。低频声音的捕捉精度非常高，而高频声音则出现了一些失真——团队利用信号处理技术部分缓解了这一限制。

该设置还具有数据效率，可产生约每秒 4 MB 的适度数据流，这使其适合长期或连续录制，并且适用于存储或互联网传输。

研究人员设想了该技术在各行各业的应用，包括穿透固体屏障的通信、远程环境监测、非侵入式医疗观察以及先进的工业诊断等。

姚教授指出：“目前，这项技术仍处于实验室阶段，可用于传统麦克风无法工作的特殊场景。” 该团队目前正在努力提高灵敏度和准确性，并开发更便携的系统版本，并扩大其探测范围，以实现更远距离的声音探测。

展望未来，研究人员看到了实验室之外的潜力——从远距离探测心跳和脉搏，到在无法直接部署麦克风的搜救行动中提供帮助。目前，该系统代表了一种利用光“聆听”的新方式，为在传统麦克风无法触及的环境中进行通信和监控开辟了可能性。

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