We present a novel, reflection-aware method for 3D sound localization in indoor environments. Unlike prior approaches, which are mainly based on continuous sound signals from a stationary source, our formulation is designed to localize the position instantaneously from signals within a single frame. We consider direct sound and indirect sound signals that reach the microphones after reflecting off surfaces such as ceilings or walls. We then generate and trace direct and reflected acoustic paths using inverse acoustic ray tracing and utilize these paths with Monte Carlo localization to estimate a 3D sound source position. We have implemented our method on a robot with a cube-shaped microphone array and tested it against different settings with continuous and intermittent sound signals with a stationary or a mobile source. Across different settings, our approach can localize the sound with an average distance error of 0.8m tested in a room of 7m by 7m area with 3m height, including a mobile and non-line-of-sight sound source. We also reveal that the modeling of indirect rays increases the localization accuracy by 40% compared to only using direct acoustic rays.
실내 상황에서 3차원 소리의 위치를 추정하기 위해 반사를 이용한 방법을 제시하려 한다. 정적인 음원과 연속적인 소리 신호를 사용하는 기존의 방법들과 다르게, 본 논문에 제시된 방법은 단일 프레임 안에 발생하는 간헐적인 음원을 연속적으로 탐지할 수 있도록 설계되었다. 또한 직접음 뿐만 아니라 벽이나 천장에 의해 반사된 간접음도 고려하고 있다. 먼저 역-음향 광선 추적법(Inverse acoustic ray tracing)을 이용해 직접 음향 전달 경로(Direct acoustic path)와 간접 음향 전달 경로(Indirect acoustic path)를 생성한 후, 몬테-카를로 위치 추정 기법을 이용해 3차원 음원 위치를 찾게 된다. 본 논문의 방법은 정육면체 모양의 마이크 어래이를 장착한 로봇을 이용해 실험을 진행하였으며, 정적인 또는 움직이는 음원에 대해서 각각 연속적과 간헐적인 소리 신호에 대한 결과를 도출하였다. 우리의 소리 위치 탐색 방법은 음원이 움직이며 비가시선일때도 가로, 세로가 7m이고 높이가 3m의 방에서 실제 음원과의 거리 오차가 0.8m로 비교적 정확하게 탐색할 수 있었다. 또한, 직접 음향 전달 경로만 사용했을 때와 비교하여 간접 음향 전달 경로를 사용했을 때 40%의 정확도 향상을 가져올 수 있었다.
