Слепые люди нередко способны представить себе облик помещения, где они находятся, исключительно по слуховой информации. Аналогичной техникой эхолокации – определения местоположения объекта по времени задержки возвращения звуковой волны – пользуются для ориентации в пространстве летучие мыши и дельфины.
Сотрудники Лаборатории аудиовизуальных коммуникаций при Федеральной политехнической школе в Лозанне, во главе с профессором Мартином Веттерли (Martin Vetterli), разработали компьютерный алгоритм эхолокации по звуку, «пойманному» четырьмя микрофонами. «Наша программа позволит построить трехмерную карту помещения с точностью до нескольких миллиметров», – рассказывает аспирант Иван Докманич (Ivan Dokmanić), соавтор исследования.
Самое удивительное, что микрофоны не нужно расставлять особым образом – их можно ставить как угодно. «Каждый микрофон ловит звук источника, а также эхо, отскакивающие от различных стен. Потом алгоритм сравнивает сигналы со всех микрофонов. Бесконечно малые задержки в сигналах используются для расчета не только расстояния между микрофонами, но и расстояния от каждого микрофона до стен и источника звука», – рассказывает Докманич.
Уникальна сама возможность вычленить различные эхо, которые «слышат» микрофоны. Система анализирует сигнал каждого эха с помощью «матриц эвклидового расстояния» и определяет, отскакивает ли эхо в первый или во второй раз, и в итоге определяет уникальный «почерк» каждой стены.
Исследователи сначала испытали новый алгоритм в аудитории университета, использовав «чистый» источник звука в пустой комнате. Для проверки качества карты они двигали стенку. Результаты оказались очень удачными. Потом эксперимент провели в помещении с более сложной структурой – кафедральном соборе Лозанны. Результаты оказались лишь удовлетворительными. Использование большего числа микрофонов, скорее всего, поможет улучшить качество.
«Архитекторы могут воспользоваться этим алгоритмом для создания концертных залов и аудиторий, если они захотят добиться определенных акустических эффектов», – говорит Докманич.
Такие программы помогут и при расследовании преступлений: звуковые волны могут дать информацию о невидимых объектах, спрятанных в помещении. Анализ телефонного разговора с человеком, который ходит по комнате, может дать следователям указания на место, откуда идет звонок.
Наконец, этот алгоритм можно внедрить в мобильные устройства для создания точных карт местоположения владельца. Ведь, как известно, сигналы GPS плохо проходят внутрь помещений. «Уже есть немало сфер приложения, а мы ожидаем еще больше. Это только начало!», – заявил Докманич.