Công nghệ phát hiện giọng nói từ xa bằng laser

Công nghệ phát hiện giọng nói từ xa bằng laser
LaserPhát hiện giọng nói từ xa: Hé lộ cấu trúc của hệ thống phát hiện

Một chùm tia laser mỏng manh uyển chuyển trong không trung, lặng lẽ tìm kiếm những âm thanh ở xa, nguyên lý đằng sau “phép thuật” công nghệ tương lai này vô cùng bí ẩn và đầy quyến rũ. Hôm nay, chúng ta hãy cùng vén màn bí mật về công nghệ tuyệt vời này và khám phá cấu trúc cũng như nguyên lý kỳ diệu của nó. Nguyên lý phát hiện giọng nói từ xa bằng laser được thể hiện trong Hình 1(a). Hệ thống phát hiện giọng nói từ xa bằng laser bao gồm hệ thống đo rung động bằng laser và mục tiêu đo rung động không hợp tác. Theo chế độ phát hiện phản xạ ánh sáng, hệ thống phát hiện có thể được chia thành loại không nhiễu và loại nhiễu, sơ đồ minh họa tương ứng được thể hiện trong Hình 1(b) và (c).

Hình 1 (a) Sơ đồ khối của hệ thống phát hiện giọng nói từ xa bằng laser; (b) Sơ đồ hệ thống đo rung động từ xa bằng laser không giao thoa; (c) Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đo rung động từ xa bằng laser giao thoa

I. Hệ thống phát hiện không nhiễu Phát hiện không nhiễu có đặc điểm rất đơn giản, thông qua việc chiếu tia laser lên bề mặt mục tiêu, với sự điều biến góc phương vị của ánh sáng phản xạ theo chuyển động xiên dẫn đến sự thay đổi cường độ ánh sáng hoặc hình ảnh nhiễu xạ ở đầu thu để đo trực tiếp độ rung vi mô của bề mặt mục tiêu, và sau đó "truyền thẳng" để thực hiện phát hiện tín hiệu âm thanh từ xa. Theo cấu trúc của bộ thubộ tách sóng quangHệ thống không nhiễu có thể được chia thành loại điểm đơn và loại mảng. Cốt lõi của cấu trúc điểm đơn là “tái tạo tín hiệu âm thanh”, tức là, độ rung bề mặt của vật thể được đo bằng cách đo sự thay đổi cường độ ánh sáng phát hiện của đầu dò do sự thay đổi hướng ánh sáng phản xạ gây ra. Cấu trúc điểm đơn có ưu điểm là chi phí thấp, cấu trúc đơn giản, tốc độ lấy mẫu cao và tái tạo tín hiệu âm thanh theo thời gian thực dựa trên phản hồi dòng quang điện của đầu dò, nhưng hiệu ứng đốm laser sẽ phá hủy mối quan hệ tuyến tính giữa độ rung và cường độ ánh sáng của đầu dò, do đó nó hạn chế ứng dụng của hệ thống phát hiện không nhiễu điểm đơn. Cấu trúc mảng tái tạo độ rung bề mặt của mục tiêu thông qua thuật toán xử lý ảnh đốm, do đó hệ thống đo độ rung có khả năng thích ứng mạnh mẽ với bề mặt gồ ghề, đồng thời có độ chính xác và độ nhạy cao hơn.

II. Hệ thống phát hiện giao thoa khác với sự đơn giản của phương pháp phát hiện không giao thoa, phương pháp phát hiện giao thoa có ưu điểm gián tiếp hơn. Nguyên lý là thông qua việc chiếu tia laser lên bề mặt mục tiêu, sự dịch chuyển của bề mặt mục tiêu dọc theo trục quang học được truyền đến ánh sáng nền, tạo ra sự thay đổi pha/tần số. Sử dụng công nghệ giao thoa để đo sự dịch chuyển tần số/pha nhằm thực hiện phép đo vi rung từ xa. Hiện nay, công nghệ phát hiện giao thoa tiên tiến hơn có thể được chia thành hai loại dựa trên nguyên lý của công nghệ đo rung Doppler laser và phương pháp giao thoa tự trộn laser dựa trên phát hiện tín hiệu âm thanh từ xa. Phương pháp đo rung Doppler laser dựa trên hiệu ứng Doppler của laser để phát hiện tín hiệu âm thanh bằng cách đo sự dịch chuyển tần số Doppler do sự rung động của bề mặt vật thể mục tiêu gây ra. Công nghệ giao thoa tự trộn laser đo độ dịch chuyển, tốc độ, độ rung và khoảng cách của mục tiêu bằng cách cho phép một phần ánh sáng phản xạ từ mục tiêu ở xa quay trở lại bộ cộng hưởng laser và gây ra sự điều biến biên độ và tần số trường laser. Ưu điểm của nó nằm ở kích thước nhỏ gọn và độ nhạy cao của hệ thống đo rung động, vàlaser công suất thấpcó thể được sử dụng để phát hiện tín hiệu âm thanh từ xa. Hình 2 minh họa hệ thống đo tự trộn laser dịch tần để phát hiện tín hiệu lời nói từ xa.

Hình 2. Sơ đồ hệ thống đo tự trộn laser dịch tần.

Là một phương tiện kỹ thuật hữu ích và hiệu quả, công nghệ truyền giọng nói từ xa bằng laser không chỉ có hiệu quả trong lĩnh vực phát hiện mà còn có hiệu suất tuyệt vời và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực chống phát hiện – công nghệ chống chặn bằng laser. Công nghệ này có thể đạt được khả năng chống chặn ở phạm vi 100 mét trong nhà, các tòa nhà văn phòng và các nơi có tường kính, và một thiết bị duy nhất có thể bảo vệ hiệu quả một phòng hội nghị có diện tích cửa sổ 15 mét vuông, ngoài ra còn có tốc độ phản hồi nhanh chóng của việc quét và định vị trong vòng 10 giây, độ chính xác định vị cao với tỷ lệ nhận dạng hơn 90% và độ tin cậy cao cho hoạt động ổn định lâu dài. Công nghệ chống chặn bằng laser có thể cung cấp sự đảm bảo mạnh mẽ cho an ninh thông tin âm thanh của người dùng trong các văn phòng trọng điểm và các kịch bản khác.