具体实施方式

本文中描述的系统、方法和装置提供了使用无人驾驶飞行器(UAV)的改进的目标音频捕获。为了便于说明，“目标音频”将用于指示想要捕获的声音。例如，目标音频可以包括被拍摄的人的讲话、被拍摄的场景的周围声音或者来自工业位置的声音。“噪声”将用于指示并非目标音频的不想要的声音和/或背景声音。尽管这将主要包括由UAV自身产生的声音(例如，来自UAV的电机和/或螺旋桨组件的声音)，但是不限于该方面。例如，还可以包括被拍摄的场景中的背景声音，或者周围环境声音(当不想要捕获这些声音时)。

在描述用于噪声过滤的方法之前，对系统进行概述是有帮助的。图1示出了包括用于噪声过滤的系统100的UAV 200的框图。系统100可以位于UAV 200上或周围。系统100可以被配置成能够可移除地或者永久地安装到UAV的负载。该系统还可以部分地或者完整地并入UAV自身。

该系统可以包括声音捕获装置，该声音捕获装置可以包括被配置成捕获目标音频的目标音频捕获装置102和被配置成捕获噪声的噪声捕获装置104。尽管目标音频捕获装置102和噪声捕获装置104被示出为不同的元件，但是在一些实施方式中它们可以是单个元件的一部分。下文将更详细地描述目标音频捕获装置102和噪声捕获装置104的实施方式。

系统100可以包括传感器模块106。传感器模块106可以包括各种传感器，其被配置成感测关于系统的各种信息，其包括关于目标音频源、噪声源和/或UAV自身的信息。例如，传感器模块106可以包括GPS传感器112，其被配置成感测系统100的GPS位置(并且因此还感测系统100所附接的UAV 200的GPS位置)。传感器模块还可以包括被配置成感测目标音频捕获装置102和/或噪声捕获装置104的相对方向的传感器。下面将更详细地描述其他可能的传感器。

系统100可以包括图像捕获装置118。图像捕获装置118可以用于需要图像捕获的系统应用(例如，用于拍摄目的)。图像捕获装置118可以包括适用于所需的拍摄类型的视频摄像机(例如，对于休闲用途，摄像机可以是相对轻的和廉价的视频摄像机，而对于影片拍摄，摄像机可以是相对重的，但是更高质量的影片摄像机)。图像捕获装置118还可以包括用于捕获静态图像的照片摄像机，其可以更适合于不需要视频的某些应用。

该系统的至少一些组件可以安装在万向架(图1中未示出)上。在一个实施方式中，整个系统100可以在万向架上安装到UAV 200，使得系统相对于UAV 200转向。在其他实施方式中，系统的部件可以安装在万向架上、附接到系统的其余部分或者附接到UAV自身。例如，目标音频捕获装置102、噪声捕获装置104和图像捕获装置118可以一起或者各自安装在万向架上，继而附接到系统100。通过这种方式，这些装置能够相对于系统100的其余部分、相对于UAV 200和/或相对于彼此转向。

系统100可以包括控制模块114。控制模块114可以连接到致动器116。致动器116可以是一个或多个万向架电机，其可被控制以使上文描述的一个或多个万向架转向。例如，在整个系统安装在万向架上的情况下，致动器可被控制以使万向架转向，使得目标音频捕获装置102指向目标音频源。在另一示例中，如果目标音频捕获装置102安装在第一万向架上并且图像捕获装置118安装在第二万向架上，则致动器可以包括第一万向架电机和第二万向架电机，该第一万向架电机可以被控制以使第一万向架转向，使得目标音频捕获装置102指向目标音频源，而第二万向架电机可以被控制以使第二万向架转向，使得图像捕获装置118指向需要被捕获的图像。

上文描述的模块和装置可以全部连接到处理单元108。处理单元108可以被配置成接收来自各个模块和装置的输入、处理信息以及产生控制各个模块和装置的操作的输出。为了简化，处理单元108在图1中被示出为单个模块，然而其可以被分成多个模块，一些模块可以并入到系统的其他模块中。例如，传感器模块可以具有承担其自身的信息的某些处理的能力，在该情况下处理单元可以被视为至少部分地并入到传感器模块中。

该系统还可以包括通信模块110。通信模块可以被配置用于与远程处理单元120进行双向通信。这种双向通信可以借助于任何适当的有线或无线通信协议。尽管图1的远程处理单元120被示出为UAV 200的一部分，但是在一些实施方式中，远程处理单元可以远离UAV200(例如，位于地面上的膝上型计算机)。通过这种方式，下文描述的处理方法可以由处理单元108处理、由远程处理单元120处理或者由此二者的组合处理。通信模块可以与并入在UAV中的其他通信模块(未示出)通信。所述其他通信模块可以被配置成与远程装置(例如，用户用于控制UAV的操作的膝上型计算机)通信。通过这种方式，系统100不需要建立与远程装置的单独的通信线路，而是可以依赖于UAV和远程装置之间的现有通信线路。

系统的各个组件可以被实现为一个或更多个适当的集成电路。例如，集成电路可以是ASIC或FPGA，它们由于相对小的重量、尺寸和低功耗而可以良好地适用于UAV应用。

系统100还包括电源122。电源向系统100的各个模块和装置供应电力。电源可以是可更换或者可再充电的电池。尽管电源122被示出为系统100的一部分，但是在其他实施方式中，电源可以是UAV 200的一部分。然而，为系统100提供不同的电源(而非依赖于UAV的现有电源)是有利的，因为UAV的电源可能是“有噪声的”，这会影响由各个模块和装置产生的信号的质量并且最终影响噪声过滤的质量。

图2是示出在示例背景下的上文描述的系统100和UAV 200的框图。图2示出了系统100被配置成安装到UAV 200的负载210。图2示出了用户201控制UAV 200并且使用系统100捕获来自目标音频源203的目标音频。例如，用户可以使用UAV 200对抗议进行拍摄，其中期望捕获抗议者正在说的内容。用户201使用包括远程处理单元120的远程装置，该远程处理单元120与通信模块进行无线通信以控制系统100。用户201还可以使用远程处理单元120控制UAV 200(例如，使UAV飞行)。

负载210经由万向架安装到UAV 200，并且能够独立于UAV 200移动。用户可以使UAV 200朝向目标音频源飞行。用户控制系统100，使得图像捕获装置(未示出)指向目标音频源(从而对场景进行影片拍摄)。因此已被配置成与图像捕获装置的轴线对准的目标音频捕获装置102也将捕获来自目标音频源203的目标音频。

通过噪声捕获装置104从一个或更多个噪声源205a和205b(诸如UAV 200的推进器)捕获噪声。如图2中所示，噪声捕获装置104可以具有两个部件104a和104b。每个部件可以位于UAV 200上或周围，以更好地捕获来自噪声源的噪声(例如，它们可以安装在UAV 200的任一侧以捕获来自左推进器205a和右推进器205b的噪声)，并且它们可以指向噪声源。在该实施方式中，尽管噪声捕获装置104可以被视为系统100的一部分，但是其直接安装到UAV200而非作为负载210的一部分。通过这种方式，当用户使负载转向时(例如，为了将图像捕获装置指向正在进行拍摄的场景)，噪声捕获装置104相对于噪声源205a和205b的位置和方向不受影响。

如下文将更详细描述的，系统100的处理单元使用传感器模块确定目标音频捕获装置102相对于噪声捕获装置104的位置和/或方向。使用该位置和/或方向信息调整噪声过滤算法的参数。处理单元使用经调整的噪声过滤算法以基于所捕获的目标音频输出经过滤的目标音频。因此该系统能够从目标音频源203捕获相当干净的目标音频，使来自UAV200自身的噪声的干扰最小化。经过滤的目标音频与所捕获的视频时间同步。经过滤的目标音频和视频可以被网络直播到远程处理单元120并且能够由用户201观看。

目标音频捕获装置和噪声捕获装置

在一个实施方式中，目标音频捕获装置102和噪声捕获装置104可以是声音捕获装置。声音捕获装置可以包括任何合适数目的麦克风。非限制性地，这些麦克风可以是MEMS麦克风、电容式麦克风(例如，驻极体电容式麦克风)、驻极体麦克风、抛物面麦克风、动圈式麦克风、带式麦克风、碳粒麦克风、压电麦克风、光纤麦克风、激光麦克风和/或液体麦克风。麦克风可以由于其特定的指向性图而被使用，例如，超心型枪式麦克风、三心型麦克风和/或全向麦克风。麦克风可以被形成为阵列。例如，两个或三个心型或全向麦克风的阵列，或者MEMS麦克风的阵列。

麦克风可以被选择为利用其特定的性质。这些性质可以包括方向性(由其特征指向性图示出)、频率响应(可以对应于目标音频和/或噪声)或者信噪比。

使用定向波束形成(MVDR等)可能需要通过脉冲响应进行特征化以生成波束。当声源或噪声源准确地处于特征化的方向上时，波束性能最佳，但是在阵列的物理取向改变并且源不再对准时，性能劣化。换言之，在理想情况下，每个UAV需要首先以宽范围的相对万向架取向进行校准。在使用中，特定的万向架位置将被近似到最近的校准点，并具有变化的效能度。

在一个实施方式中，声音捕获装置可以是MEMS麦克风的阵列，其已被配置成具有图3a中所示的指向性图。该指向性图示出了声音捕获装置311具有两个灵敏度瓣。如下文将更详细地描述的，然后可以将目标音频和噪声用于噪声过滤以产生经过滤的目标音频。

该声音捕获装置311是有利的，因为指向性图使得如果在第一灵敏度瓣313指向目标音频源303时，则声音捕获装置将捕获目标音频。第二灵敏度瓣315的形状意味着声音捕获装置还将能够捕获来自目标音频外部的噪声源(例如，相对于声音捕获装置311的位置而被固定的推进器305a和305b)的噪声。另一优点在于，不论第一灵敏度瓣313相对于噪声源的相对位置如何，来自噪声源的噪声将在第二瓣315内被捕获并且具有适当恒定的增益。这由图3b示出。目标音频源303相对于声音捕获装置移动(较之图3a)，需要重定向声音捕获装置311，使得第一灵敏度瓣313指向目标音频源303。然而，来自噪声源305a和305b的噪声，虽然现在处于相对于声音捕获装置不同的方向上，但仍将被第二瓣315捕获。当下文更详细地描述用于噪声过滤的方法时，其进一步的益处将变得明显。

具有宽捕获区域且具有在整个频率上近似相等的增益的波束可以更加适用于安装在UAV上的移动万向架系统上，因为这样减小了对噪声源的相对位置变化的响应的不准确性。

为了使用波束形成以捕获声音和噪声源的噪声过滤的目的，较宽的波束是有利的，因为其提供了由音频捕获装置接收的噪声的更完整的捕获。跨波束捕获弧的响应的较小变化也有助于减小源分离的误差，响应偏离目标越远，该误差就越严重。

阵列和波束形成器可以使用具有宽且不变的响应的空波束(null beam)，该响应近似接近上文描述的理想情况。这允许其用在万向架安装的无人机系统中，所述无人机系统将使阵列相对于噪声源移动，同时保持噪声过滤所需的性能。

这也意味着具有较宽的空波束的单个实现方案能够在具有不同的电机位置的无人机框架之间转换，同时仍作为噪声源捕获它们。还可以不仅允许在同一型号的无人机框架之间转换，而且允许在不同型号的无人机框架之间转换。

在一个示例中，空波束可以足够宽以捕获全部噪声源。在该情况下，诸如电机/旋转体的噪声源可以在音频录制装置(非常近)的已知相对方向、已知相对距离以及较之关注信号显著的信号功率(可能相对于信号从下至-5dB到上至+10dB的范围内)的方面进行限定。例如，在四旋翼UAV中，取决于万向架的位置，空波束可以是至少180°。在其他示例中，对于不同的主波束宽度，空波束可以是355°、350°、340°、330°、320°、310°、300°、290°、280°、270°、260°、250°、240°、230°、220°、210°、200°或190°。替选地，空波束可以通过不存在主波束来限定。例如，如果用户选择X°的主波束宽度，则空波束宽度可以是360°-X°，或者可以是360°-X°-Y°，其中Y是缓冲宽度，其可以是固定的或者可以是用户能够选择的，或者可以基于算法确定。

跨空波束的角度的适当恒定的增益的水平可以根据应用而变化。例如，在典型的四旋翼UAV上的商业音频捕获中，增益可以跨波束宽度变化小于20％。在其他示例中，空波束增益可以跨波束宽度变化小于40％、35％、30％或25％。

MEMS阵列可以使用端射线麦克风阵列作为音频捕获装置。端射线阵列将具有与标准枪式麦克风相似的形状系数。与不太适用于无人机万向架的安装限制的其他任意阵列结构相比，该形状将更适合。

端射阵列结构还导致其自身在阵列的任一端具有最大可能的方向性，这允许最佳地捕获关注的信号/噪声源，同时在其他方向上具有高抗拒性。

这种阵列可以提供更宽且更有效的频率响应的额外优点。例如，频率性能可以通过跨空波束的波束宽度的增益变化水平来表征。跨频率范围的适当恒定的增益水平可以根据应用而变化。例如，最低的可用频率可以具有跨波束宽度变化小于20％的空波束增益，诸如在150Hz或1kHz处。在典型的四旋翼UAV上的商业音频捕获中，这可以导致用于噪声过滤目的的150Hz至20kHz的可用频率范围。

在另一实施方式中，波束形成可以用于限定捕获目标音频源和噪声源二者的灵敏度瓣。例如，参照图4a，示出了针对遵循适当的波束形成的声音捕获装置411的指向性图。如由第一灵敏度瓣413所示的第一波束已被配置成从目标音频源403捕获目标音频。如由第二灵敏度瓣415a所示的第二波束已被配置成从噪声源(例如，相对于声音捕获装置411的位置固定的推进器405a和405b)捕获噪声。通过这样形成，声音捕获装置411能够捕获目标音频和噪声，如下文所述，然后可以用于噪声过滤以产生经过滤的目标音频。

如果目标音频源相对于声音捕获装置移动，则相同的波束将不是有效的。这由图4b示出。在该图中，目标音频源403已经移动(与图4a相比)，需要声音捕获装置411转向，使得第一灵敏度瓣413指向目标音频源403。然而，由于已经移动，来自噪声源305a和305b的噪声将不再被现有的灵敏度瓣捕获(如虚线415a和415b所示)，从而限制所捕获的噪声。因此，为了更准确地捕获噪声，实施新的波束形成配置(如417a和417b所示)。该波束形成可以被理解为使声音捕获装置转向成对波束重定向。在另一实施方式中，不同于物理地使声音捕获装置重定向，如果目标音频源不再处于第一灵敏度瓣内，则可以实施新的波束形成配置，其中第二灵敏度瓣保持不变，但是第一瓣被转向以便捕获目标音频源。该方法可以是有利的，因为不需要物理地使声音捕获装置重定向，相反依赖于使波束转向。

声音捕获装置能够具有多个波束形成配置。声音捕获装置可以被配置成根据目标音频源相对于噪声源的相对位置而实现适当的波束形成配置。为了实现合适的波束形成配置，有必要检测目标音频源相对于噪声源的相对方向。对于UAV，由于主要的噪声源(即，电机和推进器组件)相对于UAV是固定的，因此仅需要检测目标音频源相对于UAV的方向。

在另一实施方式中，目标音频捕获装置可以不同于噪声捕获装置。目标音频捕获装置可以是一个或更多个麦克风。无限制地，这些麦克风可以是MEMS麦克风、电容式麦克风(例如，驻极体电容式麦克风)、驻极体麦克风、抛物面麦克风、动圈式麦克风、带式麦克风、碳粒麦克风、压电麦克风、光纤麦克风、激光麦克风和/或液体麦克风。麦克风可以由于其特定的指向性图而被使用，例如，超心型枪式麦克风、三心型麦克风和/或全向麦克风。麦克风可以被形成为阵列。例如，两个或三个心型或全向麦克风的阵列，或者MEMS麦克风的阵列。麦克风可以被选择为利用其适用于目标音频捕获的特定的性质。这些性质可以包括方向性(由其特征指向性图示出)、频率响应(其可以对应于目标音频)或者信噪比。

如果使用多个分离的麦克风，则麦克风可以均匀地分布在UAV周围，并且可以选择性地被接通以从特定方向捕获目标音频。在其他实施方式中，目标音频捕获装置的阵列可以在UAV上彼此均匀地径向隔开并且被选择性地激活以从不同的方向捕获目标音频。

噪声捕获装置可以是一个或更多个麦克风。无限制地，这些麦克风可以是MEMS麦克风、电容式麦克风(例如，驻极体电容式麦克风)、驻极体麦克风、抛物面麦克风、动圈式麦克风、带式麦克风、碳粒麦克风、压电麦克风、光纤麦克风、激光麦克风和/或液体麦克风。麦克风可以由于其特定的指向性图而被使用，例如，超心型枪式麦克风、三心型麦克风和/或全向麦克风。麦克风可以被形成为阵列。例如，两个或三个心型或全向麦克风的阵列，或者MEMS麦克风的阵列。麦克风可以被选择为利用其适用于噪声捕获的特定的性质。这些性质可以包括方向性(由其特征指向性图示出)、频率响应(其可以对应于目标音频)或者信噪比。

目标音频捕获装置可以具有与噪声捕获装置相同类型的麦克风或者可以具有不同类型的麦克风。

位置

声音捕获装置可以定位成(可以经由万向架)安装到UAV的下侧的负载的一部分(例如，图2的210)。声音捕获装置可以通过万向架连接到UAV。通过这种方式，声音捕获装置能够相对于UAV转向。

如图5中所示，声音捕获装置507可以在处于电机和推进器组件509的平面的10度内的空间中安装到UAV 500。这是有利的，因为来自电机和推进器组件509的噪声在该空间中最小。声音捕获装置可以朝向UAV的前方或后方(而非侧方)安装以维持平衡。声音捕获装置(或所附接的万向架)可以经由被配置成隔离和/或抑制由UAV产生的振动的连接件来安装。

在存在不同的目标音频捕获装置和噪声捕获装置的情况下，这些装置可以彼此远离以便使由目标音频捕获装置拾取的噪声最小化。例如，目标音频捕获装置可以位于悬挂在UAV下方并且成角度面向地面的UAV负载上，而噪声捕获装置可以更靠近噪声源安装并且指向噪声源。在另一示例中，目标音频捕获装置可以在电机和推进器组件509的平面的10度内直接位于UAV的侧面(与针对图5描述的布置相似)。目标音频捕获装置(或所附接的万向架)可以经由被配置成隔离振动的连接件来安装。

噪声捕获装置可以被固定或者可以相对于负载或UAV移动。噪声捕获装置被配置成面向要从目标音频滤除的噪声源。噪声的示例包括但不限于，来自UAV电机和/或推进器组件的噪声或者风噪。噪声捕获装置可以位于在UAV的臂上或者UAV上的其他噪声源附近。

移动性

声音捕获装置(或者如果不同于噪声捕获装置，则为目标音频捕获装置)能够相对于UAV(和/或噪声捕获装置)移动。例如，它们可以经由能够独立转向的万向架来安装。在声音捕获装置不能相对于UAV移动的情况下，UAV自身可以移动以使声音捕获装置指向目标音频源。在一种情况下，声音捕获装置(或者如果不同于噪声捕获装置，则为目标音频捕获装置)可以与图像捕获装置对准，使得声音捕获装置指向也被图像捕获装置捕获的目标音频源。在一个实施方式中，声音捕获装置和图像捕获装置可以安装在同一万向架上以确保它们保持对准而与它们所面向的方向无关。

传感器模块

传感器模块106(针对图1的系统100引入)负载可以包括用于感测关于目标音频源的数据的目标传感器。目标传感器的示例包括但不限于，视觉传感器(例如，能够检测可见光、红外光或紫外光的成像装置，诸如摄像装置或热像摄像装置)、接近传感器(例如，超声传感器、激光雷达、激光测距仪、飞行时间摄像机)或者其他的场传感器(例如，磁力仪、电磁传感器)。这些视觉传感器可以附加到前文描述的图像捕获装置或者将其替换。传感器数据可以被传递到处理单元108或传送到远程装置。

来自目标传感器的目标数据可以用于控制目标音频捕获装置的方向以跟踪目标音频源。处理单元可以被配置成自动跟踪目标音频源(例如，目标音频源可以包括无线电收发器，处理单元能够经由传感器模块中包括的适当的收发器来检测该无线电收发器位置)或者跟踪可能需要来自用户的某些输入(例如，用户可以经由图像捕获装置或者适当的视觉传感器捕获的视频来视觉地跟踪目标音频源，并且手动重定向目标音频捕获装置)。

在目标音频捕获装置经由万向架附接的情况下，目标音频源可以相对于负载和/或UAV独立地转向。在负载经由万向架附接的情况下，负载自身可以转向(并且从而重定向目标音频捕获装置)。传感器模块可以包括万向架传感器以检测万向架的取向，从而允许确定目标音频源或目标音频捕获装置相对于UAV的相对方向。例如，如果用户手动控制负载以经由视频反馈来跟踪目标音频源，则万向架传感器可以感测万向架的取向并且因此能够确定目标音频源相对于UAV的相对方向。

来自传感器的数据可以与目标音频源数据相关联，并且可以用于获得来自目标的测量结果，绘制区域地图或者辅助UAV导航。传感器数据可以实时流传送到远程位置，传送到远程装置，或者本地储存。

传感器模块可以包括用于确定UAV、负载和/或目标音频捕获装置和噪声捕获装置的位置、取向和/或运动的其他传感器。传感器的示例包括但不限于，位置传感器(例如，GPS传感器或能够进行位置三角测量的移动装置发射器)、惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪或惯性测量单元)、海拔传感器和/或压力传感器。例如，传感器模块可以包括用于测量UAV的取向(例如，方位和倾角)的电子罗盘。

尽管上文将传感器描述为作为安装在附接到UAV的负载上的系统100的一部分的传感器模块的一部分。但是一些传感器可以安装在UAV自身上或者并入UAV自身。例如，UAV还可以包括GPS传感器并且系统100可以被配置成经由通信模块从现有的GPS系统接收数据。

如传感器确定的“方向数据”可以包括声音捕获装置相对于无人机/噪声源的相对角度。如下文所述，这可以从来自安装装置的旋转万向架或者其他传感器的遥测数据得到，用于在空间噪声过滤系统中选择合适的输入参数。

目标音频源位置

传感器数据(包括例如，万向架数据和GPS数据)可以被组合以计算目标音频源的绝对位置。例如，用户可以远程使目标音频捕获装置指向目标音频源。测距仪(例如，与目标音频捕获装置的方向对准的激光测距仪)可以计算UAV负载和目标音频源之间的距离。万向架传感器可以检测目标音频捕获装置相对于UAV的相对方向并且加速度计可以用于检测UAV的取向。如果目标音频源的相对方向和距离是已知的，并且UAV的绝对位置是已知的(例如使用GPS)，则能够确定目标音频源的绝对位置。

负载

如针对图2描述的，UAV的负载可以位于UAV下面。负载可以包括用于本文描述的噪声过滤的系统。然而该系统的一些方面可以与UAV共享(例如，电源)。

负载可以可移除地或永久地附接到UAV。负载可以经由万向架附接，使得负载能够独立于UAV转向(即，通过控制万向架的偏航、侧倾和俯仰，从而控制负载)。

处理

系统100可以部分地或全部地机上处理音频和噪声数据以产生经过滤的目标音频。替选地，系统100可以储存用于后处理的音频和噪声数据。系统100可以额外包括储存由处理单元108收集和/或处理的数据的数据储存组件。在一个实施方式中，数据储存组件可以在系统100和远程处理单元108之间的连接丢失时储存数据，用于在连接恢复时随后传送。数据储存组件可以是SD卡。

UAV的特性

用于噪声过滤的系统100可以与能够减少由UAV自身产生的噪声的其他系统和方法组合。例如，UAV的电机和推进器组件可以被遮蔽，UAV可以包括噪声吸收材料，和/或UAV可以设置有噪声消除发射器。

UAV可以通过遥控、预先编程或自主导航来导航。UAV可以包括一个或更多个推进单元，允许UAV以高达六个自由度移动。UAV可以是任何适当的尺寸。UAV可以包括中心机体以及从包括UAV推进单元的中心机体向外延伸的一个或更多个臂。中心机体可以包括壳体，其包括UAV电子装置。

UAV自身可以包括一个或更多个传感器。UAV的传感器的示例包括但不限于位置传感器(例如，GPS传感器、能够进行位置三角测量的移动装置发射器)、视觉传感器(例如，能够检测可见光、红外光或紫外光的成像装置，诸如摄像机)、接近传感器(例如，超声传感器、激光雷达、飞行时间摄像机)、惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪或惯性测量单元)、海拔传感器、压力传感器、音频传感器(例如，麦克风)和/或场传感器(例如，磁力仪或电磁传感器)

电池可以耦接到UAV 200。电池可以耦接到UAV以向UAV的一个或更多个组件提供电力。电池可以在耦接到UAV时向一个或更多个推进单元以及UAV的任何其他组件提供电力。在一些实施方式中，电池还可以向包括目标音频捕获装置的用于噪声过滤的系统提供电力。在其他实施方式中，系统依赖于其自身的电源。

尽管针对UAV进行描述，但是实施方式也可以用于在任何适当的移动载具中改进目标音频源的音频捕获，包括但不限于，UAV、直升机、旋翼机、垂直升降系统和固定翼飞行器。

目标音频和噪声

UAV可以被配置成在任何适当的环境(包括室内环境和室外环境)中飞行用于目标音频捕获。目标音频可以是周围音频，由人、动物、机器、环境产生的声音，或者希望捕获的任何其他音频。

UAV与目标音频源之间的距离可以根据应用变化。

由噪声捕获装置捕获的噪声可以包括UAV自身产生的噪声或周围噪声。由UAV产生的噪声的示例包括由电机和推进器组件产生的噪声、由机载仪器(诸如万向架电机或摄像机)产生的噪声或者由UAV与气流的交互产生的声音。周围噪声可以包括通常的风噪、来自附近的空中载具的噪声或者其他环境噪声，诸如交通噪声。

在一些实施方式中，目标音频源可以较之噪声捕获装置更靠近目标音频捕获装置。替选地，噪声源可以较之目标音频源更靠近目标音频捕获装置。

远程处理单元

远程处理单元120可以被并入任何适当的远程装置，所述远程装置包括但不限于个人计算机、膝上型计算机、智能电话、平板计算机或定制装置。远程装置可以包括用于控制UAV和/或用于噪声过滤的系统100的用户界面以及用于显示来自UAV和/或系统的数据的显示器。这些数据可以包括传感器数据和/或目标音频或噪声数据。

系统100可以包括用于开始和停止音频捕获的控制机构。这在例如现场直播中是有用的。具有远程装置的用户可以与系统100通信以开始音频和/或视频捕获，重定向目标音频捕获装置或图像捕获装置，并且停止音频和/或视频捕获。用户可以选择性地单独捕获音频或者单独捕获视频。

在一些实施方式中，负载可以包括允许远程通信的扬声器。远程装置捕获来自用户的音频消息(例如，关于接收包裹的人的指令)并且将音频消息无线地传送到系统的通信模块，其随后通过扬声器发射。通过这种方式，实现了远程通信。

过滤方法

在描述系统和装置之后，现将描述用于噪声过滤的各种方法。图6示出了使用上文所述的用于噪声过滤的系统100来产生经过滤的目标音频的方法。这些步骤可以由处理单元或远程处理单元或者由此二者的组合执行。

在步骤602处，检测目标音频源相对于系统的方向。在一个实施方式中，目标音频源可以包括向系统100传送其位置的无线电收发器，由此能够检测朝向目标音频源的方向。在另一实施方式中，用户可以通过确保目标音频源处于图像捕获装置的视场内来利用视频馈送使图像捕获装置转向到目标音频源。例如，图像捕获装置可以经由万向架安装到UAV，该万向架能够被控制使得图像捕获装置的视场面向目标音频源。在另一示例中，图像捕获装置可以附接到UAV，并且因此用户可以移动UAV(通过使其飞向特定位置)使得图像捕获装置面向目标音频源。通过确定图像捕获装置相对于系统的相对方向，可以检测目标音频源的方向。

在步骤604处，目标音频捕获装置(或者声音捕获装置，在目标音频捕获装置和噪声捕获装置设置在同一装置中的实施方式中)指向目标音频源。在图像捕获装置已被用于检测目标音频源的方向的实施方式中，目标音频捕获装置可以与图像捕获装置对准，使得其自动指向目标音频源。在其他实施方式中，目标音频捕获装置可以例如通过控制目标音频捕获装置所附接的万向架而朝向目标音频源重定向。

在步骤606处，噪声捕获装置指向噪声源。在主要的噪声源是来自UAV的电机或推进器组件的噪声的情况下，一个或多个噪声捕获装置可以已指向噪声源。

在步骤608处，确定目标音频捕获装置与噪声捕获装置之间的相对方向。由于目标音频捕获装置相对于系统的相对方向是已知的(与在步骤602处检测到的目标音频源的相对方向相同)并且噪声捕获装置的方向是已知的，因此确定目标音频捕获装置与噪声捕获装置之间的相对方向。

在步骤610处，使用目标音频捕获装置(或者声音捕获装置，在目标音频捕获装置和噪声捕获装置设置在同一装置中的实施方式中)捕获来自目标音频源的目标音频。使用至少一个噪声捕获装置(或者声音捕获装置，在目标音频捕获装置和噪声捕获装置设置在同一装置中的实施方式中)从噪声源捕获噪声。

在步骤612处，使用在步骤608处获得的方向数据来调整噪声过滤算法的参数。

在步骤614处，使用经调整的噪声过滤算法产生经过滤的目标音频。

为了连续捕获目标音频，在目标音频源相对于系统移动的情况下(例如，目标音频源可以是移动的，或者UAV可以相对于目标音频源移动)，该方法可以连续地或定期地重复步骤602至608。

图7示出了依赖于波束形成的方法的另一实施方式。

在步骤702处，以与针对步骤602描述的极为相同的方式检测目标音频源相对于系统的相对方向。

在步骤703处，检测噪声源相对于系统的相对方向。在主要的噪声源是来自UAV的电机或推进器组件的噪声的情况下，相对方向将是已知的。

在步骤705处，将通过适当的波束形成配置实现声音捕获装置，使得波束指向目标音频源和噪声源。

在步骤708处，确定目标音频源与噪声源之间的相对方向。

在步骤710处，使用声音捕获装置捕获来自目标音频源的目标音频并且使用声音捕获装置从噪声源捕获噪声。

在步骤712处，使用在步骤708处获得的方向数据调整噪声过滤算法的参数。

在步骤714处，使用经调整的噪声过滤算法产生经过滤的目标音频。

为了连续捕获目标音频，在目标音频源相对于系统移动的情况下，该方法可以连续地或定期地重复步骤702至708。

图8示出了依赖于波束形成的方法的另一实施方式。

在步骤801处，通过第一波束形成配置实现声音捕获装置。

在步骤802处，以与针对步骤602描述的极为相同的方式检测目标音频源相对于系统的相对方向。

在步骤803处，检测噪声源相对于系统的相对方向。在主要的噪声源是来自UAV的电机或推进器组件的噪声的情况下，相对方向将是已知的。

在步骤804处，将声音捕获装置定向成使得目标音频捕获波束指向目标音频源。

在步骤805处，将通过适当的波束形成配置实现声音捕获装置，使得波束指向目标音频源和噪声源。

在步骤808处，确定目标音频源与噪声源之间的相对方向。

在步骤810处，使用声音捕获装置捕获来自目标音频源的目标音频并且使用声音捕获装置从噪声源捕获噪声。

在步骤812处，使用在步骤808处获得的方向数据调整噪声过滤算法的参数。

在步骤814处，使用经调整的噪声过滤算法产生经过滤的目标音频。

为了连续捕获目标音频，在目标音频源相对于系统移动的情况下，该方法可以连续地或定期地重复步骤802至808。

图9示出了根据一个实施方式的用于使用声音捕获装置产生经过滤的目标音频Z(t)的方法的示意图。声音捕获装置包括麦克风的阵列(表示为1，2，…M)，其各自在时域X₁(t),X₂(t),…X_M(t)中捕获声音数据。使用傅里叶变换将声音数据的域改变至频域X₁(ω),X₂(ω),…X_M(ω)。

声音数据X₁(ω),X₂(ω),…X_M(ω)被传递到波束形成器0，其使用方向数据(例如在上文描述的步骤702或步骤802处检测到的方向数据)来应用适当的波束形成配置，使得所得到的目标音频波束Y₀(ω)指向目标音频源。

声音数据X₁(ω),X₂(ω),…X_M(ω)还被传递到波束形成器n，其使用方向数据(例如在上文描述的步骤703或步骤803处检测到的方向数据)来应用适当的波束形成配置，使得所得到的噪声波束Y_n(ω)指向噪声源。

目标音频波束Y0(ω)和噪声波束Yn(ω)被提供给平方律单元，其计算关于每个波束的每个频率仓(frequency bin)的能量幅值。所得到的数据被提供给PSD估计单元，其估计关于每个波束的PSD。这可以使用Welch方法来执行。Welch方法依赖于方向性数据。方向性数据可以根据脉冲响应系统特征化预先计算。在估计关于每个波束的PSD时，PSD估计单元使用方向数据选择合适的数据。

PSD估计单元产生权重，权重被提供给适当的滤波器(诸如Wiener滤波器，如图9中所示)，其产生应用于目标音频波束Y0(ω)的滤波H(ω)。反向傅里叶变换转换到时域，产生经过滤的目标音频Z(t)。

在声音捕获装置将连续地捕获声音数据X₁(t),X₂(t),…X_M(t)时，由于目标源相对于噪声的相对方向改变(例如，由于移动的目标源)，应用新的波束形成配置和PSD估计，从而改进经过滤的目标音频Z(t)。

在声音捕获装置相对于UAV物理地转向的实施方式中，一旦波束形成器0已被应用，则没有必要重新配置目标音频波束。如果目标音频源的相对方向改变，则声音捕获装置将被重定向，使得目标音频波束继续捕获目标音频。然而，由于噪声源的相对方向将改变，因此需要由波束形成器n实现新的噪声波束。

图10示出了用于使用其中声音捕获装置具有针对图3a和图3b描述的指向性图的声音捕获装置来产生经过滤的目标音频Z(t)的方法的示意图。波束形成器0产生目标音频波束(对应于第一灵敏度瓣)并且波束形成器n产生噪声波束n(对应于第二灵敏度瓣)。随着目标音频源的相对方向改变(例如，目标音频源移动)，声音捕获装置的方向改变(例如，其可以经由允许其转向的万向架安装)。由于第二灵敏度瓣将捕获噪声源而与方向无关，因此波束自身不需要改变。此外，由于噪声波束具有近似均匀的增益，因此噪声波束的能量捕获极大地对噪声源的相对位置免疫。因此，使用图3a和图3b的阵列可以是更简单的，因为其不需要用新的方向数据进行定期更新。

在该情况下，“方向数据”可以意味着形成声音捕获装置的阵列中的每个元件与噪声源的空间关系。这可以用于在使用捕获装置之前计算用于捕获声源和噪声源的波束形成器。

许多噪声过滤处理基于对混合到输入音频中的噪声的估计，以仅滤除该噪声。这意味着该估计的准确性是这些处理的实际性能的关键。

在能够与万向架安装的麦克风的阵列一起使用的噪声过滤系统的一个实例中，该系统可以经由指向空间分离的目标声源和噪声源的两个分离的波束形成器来接收这些源。尽管波束自身制定空间滤波，但是仍有非目标声音级泄漏到每个波束中。可以使用所关注的已知的目标方向上的每个波束的已知响应来获得音频的什么分量源自这些方向的估计：

PSD_sources(f，t)＝G^-1(f)×PSD_beams(f，t)

其中^PSDbeams是由指向所关注的目标声源和噪声源的每个波束捕获的音频的功率谱密度(PSD)，G^-1是包含每个关注方向中的每个波束形成器的增益的翻转方矩阵，而PSD_sources是不同的源中的每个的估计的PSD。

当增益矩阵G的对角线元素小时，对数字系统执行的逆运算易于出现精度级误差，极大地使性能潜在劣化。该误差的严重性随着增益矩阵G的尺寸而上升，而该尺寸随着所使用的波束的数目增加而变大。该误差可以通过正则化来缓解：

G_regularized＝G+R×I

其中I是单位矩阵，并且R是正则化因子。R通常是小的，被选择为确保对角线元素不太小的任意数值。然而，正则化使得矩阵不再准确地表示波束形成器的增益，因此噪声过滤的性能仍因此劣化。

通常，为了在具有窄的波束的UAV系统中有意义地捕获相关的噪声源，除了目标声源波束之外，电机的两“侧”必须具有其自身的专用波束。在具有空间上定位成远离的电机的UAV框架中，会需要更多的波束，并且引入的数值误差的程度越大。

通过利用在一个增益近似不变的波束中捕获全部非目标源的宽的空波束实现方案，可以将来自该捕获区域的所有噪声输入建模为来自一个方向的单个“噪声源”。在该模型中，仅存在捕获两个关注方向的两个波束，一个是目标声源的方向并且一个是“噪声源”的方向。因此，由每个关注的信号方向上的每个波束形成器的方向性构成的矩阵G减小成2×2矩阵，使精度误差的几率最小化并且还减少了需要完成的正则化(如果存在)的数量。这可以提高所得到的过滤掉噪声的输出的准确性。

这种问题空间的减小还意味着减少计算负担，使得更易于在UAV上实时实现，其中功耗是相当重要的设计考虑。

尽管对于用于大角度的较宽的空波束，响应是相对角度和频率不变的，但是仍存在相对于理想单位增益的小程度的偏离，并且如果使用相对于主要的噪声源的特定角度处的真实响应，则可以提高噪声过滤的性能。在某些应用中可以使用无人机和万向架的遥测来选择合适的增益，以用在关于当前的声音捕获系统相对噪声源的相对角度的矩阵G中。

图11示出了用于使用不同的噪声捕获装置(N1，N2)和目标音频捕获装置(S)来产生经过滤的目标音频Z(t)的方法的示意图。在该实施方式中，不存在波束形成。

来自目标音频捕获装置的目标音频通过傅里叶变换单元以产生在频域中的目标音频数据X_S(ω)。来自噪声捕获装置N1和N2的噪声信号也通过傅里叶变换单元以产生噪声音频数据X_N1(ω)和X_N2(ω)。

这些数据随后以与针对图9描述的极为相同的方式通过平方律单元、PSD估计单元和Wiener滤波器，产生经过滤的目标音频X(t)。

在噪声捕获装置被固定的情况下(例如，噪声捕获装置可以永久地指向电机和推进器组件)，目标音频捕获装置能够相对于UAV转向。因此目标音频信号的相对方向可以改变，该信息被提供给PSD估计单元。

图12示出了根据一个实施方式的噪声过滤的示图。这示出了使用自适应过滤器从目标音频滤除来自噪声源的噪声以产生经过滤的目标音频输出。

图13示出了根据一个实施方式的噪声过滤的示意图。捕获噪声和目标音频。该信号被预放大并且随后被数字化。然后从目标音频滤除噪声。经过滤的目标音频可以以数字和/或模拟格式被储存/传送。

尽管通过本发明的实施方式的描述已说明了本发明，并且尽管已详细描述了实施方式，但是申请人并非旨在将所附权利要求约束或者以任何方式限制于这些细节。本领域技术人员将容易地想到另外的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性设备和方法以及说明性示例。因此，在不偏离申请人的总体发明构思的精神和范围的情况下，可以偏离这些细节。