Laserbasierte Spracherkennungstechnologie

Laserbasierte Spracherkennungstechnologie
LaserFernspracherkennung: Die Struktur des Erkennungssystems wird offengelegt

Ein dünner Laserstrahl gleitet elegant durch die Luft und sucht lautlos nach entfernten Geräuschen. Das Prinzip dieser futuristischen Technologie ist geheimnisumwittert und fasziniert zugleich. Heute lüften wir den Schleier um diese erstaunliche Technologie und erforschen ihre Struktur und Funktionsweise. Das Prinzip der lasergestützten Fernspracherkennung ist in Abbildung 1(a) dargestellt. Das System besteht aus einem Laser-Vibrationsmesssystem und einem nicht-kooperativen Vibrationsmessobjekt. Je nach Art der Lichtreflexion lässt sich das System in einen störungsfreien und einen störungsbehafteten Typ unterteilen. Die entsprechenden Schaltpläne sind in Abbildung 1(b) und (c) dargestellt.

Abb. 1 (a) Blockdiagramm der lasergestützten Fernspracherkennung; (b) Schematische Darstellung eines nicht-interferometrischen lasergestützten Fernschwingungsmesssystems; (c) Funktionsprinzip eines interferometrischen lasergestützten Fernschwingungsmesssystems

I. Störungsfreies Detektionssystem. Die störungsfreie Detektion ist ein sehr einfaches Verfahren: Durch die Laserbestrahlung der Zieloberfläche und die schräge Bewegung des reflektierten Lichts wird eine Azimutmodulation erzeugt, die zu Änderungen der Lichtintensität oder des Speckle-Bildes am Empfangsende führt. Dadurch werden die Mikrovibrationen der Zieloberfläche direkt gemessen und anschließend ein akustisches Fernsignal detektiert. Die Struktur des Empfangsgeräts ist dabei entscheidend.FotodetektorDas störungsfreie Messsystem lässt sich in Einzelpunkt- und Array-Systeme unterteilen. Kern der Einzelpunktstruktur ist die „Rekonstruktion des akustischen Signals“. Dabei wird die Oberflächenschwingung des Objekts durch Messung der Änderung der Detektionslichtintensität des Detektors erfasst, die durch die Änderung der Rückstrahlrichtung verursacht wird. Die Einzelpunktstruktur zeichnet sich durch geringe Kosten, einen einfachen Aufbau, eine hohe Abtastrate und die Echtzeit-Rekonstruktion des akustischen Signals anhand der Rückkopplung des Detektor-Photostroms aus. Allerdings stört der Laserspeckle-Effekt die lineare Beziehung zwischen Schwingung und Detektorlichtintensität und schränkt somit die Anwendung von Einzelpunkt-Systemen zur störungsfreien Messung ein. Die Array-Struktur rekonstruiert die Oberflächenschwingung des Messobjekts mithilfe eines Speckle-Bildverarbeitungsalgorithmus. Dadurch ist das Schwingungsmesssystem besser an raue Oberflächen angepasst und bietet eine höhere Genauigkeit und Empfindlichkeit.

II. Im Gegensatz zur nicht-interferenziellen Detektion ist die Interferenzdetektion indirekter und wirkungsvoller. Ihr Prinzip beruht auf der Laserbestrahlung der Zieloberfläche. Die Verschiebung der Zieloberfläche entlang der optischen Achse führt zu einer Phasen-/Frequenzänderung im reflektierten Licht. Mithilfe der Interferenztechnologie wird diese Frequenz-/Phasenverschiebung gemessen, um Mikrovibrationen aus der Ferne zu erfassen. Moderne interferometrische Detektionsverfahren lassen sich in zwei Kategorien einteilen: die Laser-Doppler-Vibrationsmessung und die Laser-Selbstmischungsinterferometrie zur Detektion akustischer Fernsignale. Die Laser-Doppler-Vibrationsmessung nutzt den Doppler-Effekt des Lasers, um das Schallsignal durch Messung der Doppler-Frequenzverschiebung infolge der Vibration der Zielobjektoberfläche zu erfassen. Die Laser-Selbstmischungsinterferometrie misst Verschiebung, Geschwindigkeit, Vibration und Entfernung des Ziels, indem ein Teil des reflektierten Lichts des entfernten Ziels in den Laserresonator zurückgeführt wird und so die Amplitude und Frequenz des Laserfelds moduliert. Seine Vorteile liegen in der geringen Größe und der hohen Empfindlichkeit des Schwingungsmesssystems, undLaser mit geringer LeistungEs kann zur Erfassung des entfernten Schallsignals verwendet werden. Ein frequenzverschobenes Laser-Selbstmischungs-Messsystem zur Erfassung entfernter Sprachsignale ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abb. 2 Schematische Darstellung des frequenzverschobenen Laser-Selbstmischungsmesssystems

Als nützliches und effizientes technisches Mittel kann die Laser-„Magie“-Fernsprechübertragung nicht nur im Bereich der Detektion, sondern auch im Bereich der Gegendetektion hervorragende Leistungen erbringen und breit angewendet werden – die Laser-Abhörtechnologie. Diese Technologie ermöglicht Abhörmaßnahmen bis zu einer Entfernung von 100 Metern in Innenräumen, Bürogebäuden und anderen Orten mit Glasfassaden. Ein einzelnes Gerät kann einen Konferenzraum mit einer Fensterfläche von 15 Quadratmetern effektiv schützen. Neben der schnellen Reaktionszeit (Scannen und Positionieren innerhalb von 10 Sekunden), der hohen Positionsgenauigkeit mit einer Erkennungsrate von über 90 % und der hohen Zuverlässigkeit für einen langfristig stabilen Betrieb bietet die Laser-Abhörtechnologie einen starken Schutz für die akustische Informationssicherheit von Nutzern in wichtigen Industriebüros und anderen Umgebungen.