一種遠(yuǎn)距離自動(dòng)報(bào)靶方法和裝置講解

1、說(shuō)明書(shū)摘要一種輕武器射擊自動(dòng)報(bào)靶的方法和裝置，所述的方法包括：圖像采集， 彈孔識(shí)別，成績(jī)判別，結(jié)果輸出。在彈孔識(shí)別步驟，本發(fā)明設(shè)計(jì)了快速 的局部圖像曲面特性分析方法，能夠有效的去除復(fù)雜環(huán)境下圖像變化檢 測(cè)結(jié)果中的大量噪聲，并通過(guò)進(jìn)一步時(shí)域分析的方法確認(rèn)最終彈孔；在 結(jié)果輸出步驟，提供真實(shí)靶顯示和模擬靶顯示兩種途徑，通過(guò)模擬靶技 術(shù)，可以在提高用戶體驗(yàn)的同時(shí)，有效的節(jié)省成本。所述的裝置包括： 多個(gè)長(zhǎng)焦鏡頭和CCD攝像機(jī)，圖像處理工控機(jī)，用于控制和顯示的觸 摸屏。本發(fā)明對(duì)于環(huán)境具有良好的適應(yīng)性，即使在比較惡劣的天氣，比 如大風(fēng)，有霧，低照度等情況下，仍具有良好的性能。權(quán)利要求書(shū)一種輕武器射擊自動(dòng)報(bào)

2、靶的方法和裝置，其特征在于包括如下步驟： 步驟S1：用戶通過(guò)觸摸屏選擇靶車(chē)位置，裝置控制靶車(chē)到達(dá)指定距離，同時(shí)選擇對(duì)應(yīng)距離的長(zhǎng)焦鏡頭和CCD攝像機(jī)將采集到的靶面圖像 通過(guò)采集卡傳輸?shù)膱D像處理工控機(jī)。步驟S2：融合圖像變化檢測(cè)，圖像局部曲面特征分析以及時(shí)域分析 三種方法進(jìn)行彈孔檢測(cè)。步驟S21:首先通過(guò)一個(gè)三點(diǎn)算法對(duì)靶面傾斜以及抖動(dòng)情況進(jìn)行計(jì) 算，將輸入圖像進(jìn)行校正和對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)將當(dāng)前輸入圖像與在線更新的靶 面歷史圖像進(jìn)行比較，獲取發(fā)生變化的部分。步驟S22:通過(guò)對(duì)圖像的局部曲面特征進(jìn)行分析，將圖像分割為彈 孔區(qū)域和非彈孔區(qū)域。步驟S23:利用時(shí)域信息對(duì)初步檢測(cè)到的彈孔進(jìn)行驗(yàn)證，增加彈孔 檢測(cè)的準(zhǔn)

3、確性。步驟S3：通過(guò)提取的環(huán)線信息，彈孔位置和尺寸計(jì)算射擊成績(jī)，成 績(jī)包括環(huán)數(shù)和方位。步驟，4：將自動(dòng)報(bào)靶結(jié)果實(shí)時(shí)顯示到界面上，同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)靶。 并提供成績(jī)打印功能。根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕武器射擊自動(dòng)報(bào)靶裝置，其特征在于包括 長(zhǎng)焦鏡頭(P1)，CCD攝像機(jī)(P2)，圖像處理工控機(jī)(P3)，用于顯示和控 制的觸摸屏(P4)，攝像機(jī)支架(P5)，靶道(P6)，靶車(chē)(P7)，靶紙(P8)。根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕武器射擊自動(dòng)報(bào)靶的方法和裝置，其特征 在于使用多個(gè)長(zhǎng)焦鏡頭和CCD攝像機(jī)采集不同距離的靶面圖像，通過(guò) CCD面積，靶車(chē)距離，靶面面積計(jì)算出所需要的鏡頭的焦距，保證靶 面采集到的圖像具有很好的

4、清晰度，又保證靶面在視野中有足夠的面 積。根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕武器射擊自動(dòng)報(bào)靶的方法和裝置，其特征 在于圖像采集設(shè)備，圖像處理設(shè)備，以及用于顯示和控制的觸摸屏均安 放在射擊位，便于安裝和管理。根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕武器射擊自動(dòng)報(bào)靶的方法和裝置，其特征 在于使用了圖像變化檢測(cè)、圖像局部特性分析以及時(shí)域分析三種方法進(jìn) 行彈孔檢測(cè)，保證了彈孔檢測(cè)方法的環(huán)境適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕武器射擊自動(dòng)報(bào)靶的方法和裝置，其特征 在于使用一個(gè)三點(diǎn)算法對(duì)靶面傾斜以及抖動(dòng)情況進(jìn)行計(jì)算，將輸入圖像 進(jìn)行校正和對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)權(quán)利要求5所述的彈孔檢測(cè)方法，其特征在于基于圖像局部曲 面特征分析的彈孔分割方法，通過(guò)

5、一種快速的曲面特征分析計(jì)算方法， 將圖像分割成為彈孔區(qū)域和非彈孔區(qū)域。消除了圖像變化檢測(cè)中由于環(huán) 境影響而引起的大量噪聲。根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕武器射擊自動(dòng)報(bào)靶的方法和裝置，其特征 在于結(jié)果輸出中提供真實(shí)靶與模擬靶兩種方式。根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕武器射擊自動(dòng)報(bào)靶的方法和裝置，其特征 在于，同一張靶紙可以多次利用，通過(guò)模擬靶技術(shù)，每個(gè)人只看到自己 的射擊成績(jī)，而不會(huì)受到前面的人射擊成績(jī)的干擾。10，根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕武器射擊自動(dòng)報(bào)靶的方法和裝置，其特征 在于，在射擊成績(jī)打印模塊，可以手動(dòng)的添加漏檢的彈孔以及刪除多檢 的彈孔。從而保證了系統(tǒng)的完善性。一種遠(yuǎn)距離自動(dòng)報(bào)靶方法和裝置技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明機(jī)

6、器視覺(jué)與自動(dòng)化領(lǐng)域，具體涉及一種用于輕武器射擊的遠(yuǎn) 距離智能自動(dòng)報(bào)靶的方法和裝置。背景技術(shù)在輕武器射擊訓(xùn)練和比賽中，由于人工報(bào)靶效率和準(zhǔn)確度較低，并 且存在一定的危險(xiǎn)性，自動(dòng)報(bào)靶正在起著越來(lái)越重要的作用。傳統(tǒng)的基 于聲納原理和電子靶等方式自動(dòng)報(bào)靶技術(shù)普遍存在著成本高的問(wèn)題，不 利于在部隊(duì)，射擊場(chǎng)等場(chǎng)合的廣泛應(yīng)用。隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展和計(jì) 算機(jī)處理速度的提高，基于圖像的方式逐漸受到人們的重視。目前存在 的基于圖像的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)中，存在著一些顯著的問(wèn)題。首先，彈孔識(shí) 別算法的環(huán)境適應(yīng)性較差，主要是針對(duì)室內(nèi)以及比較好的室外環(huán)境。算 法主要是通過(guò)簡(jiǎn)單的閾值分割，將彈孔區(qū)域從靶面圖像中分割出來(lái)，用 于

7、后面的分析。在比較復(fù)雜的室外環(huán)境中，靶面的不同區(qū)域由于受到光 照，風(fēng)吹等影響，僅僅依靠閾值分割很難準(zhǔn)確的分割出彈孔。另一個(gè)顯 著的缺點(diǎn)是，為了保證圖像質(zhì)量，圖像采集設(shè)備通常安裝在靶位附近， 因?yàn)榇嬖谟捎谔鴱椀痊F(xiàn)象造成設(shè)備損壞的問(wèn)題，在戶外靶場(chǎng)中還會(huì)涉及 到設(shè)備安全的問(wèn)題。另外，設(shè)備安裝的時(shí)候需要進(jìn)行布線施工，成本較 高。發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)有技術(shù)存在著對(duì)環(huán)境適應(yīng)性較差和設(shè)備安裝管理不便的問(wèn)題。本 發(fā)明的目的是提供一種環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的自動(dòng)報(bào)靶方法以及便于安裝 和管理的自動(dòng)報(bào)靶裝置為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了遠(yuǎn)距離的自動(dòng)報(bào)靶裝置，通過(guò)多 個(gè)長(zhǎng)焦鏡頭和CCD相機(jī)采集多個(gè)距離的靶面圖像。解決了系統(tǒng)安裝與 安全

8、防護(hù)的問(wèn)題。通過(guò)融合圖像變化檢測(cè)，局部曲面形狀分析以及時(shí)域 分析的方法，提供了一種具有良好環(huán)境適應(yīng)性的自動(dòng)報(bào)靶方法。本發(fā)明 的輕武器射擊遠(yuǎn)距離自動(dòng)報(bào)靶方法和裝置包括：步驟S1：用戶通過(guò)觸摸屏選擇靶車(chē)位置，裝置控制靶車(chē)到達(dá)指定距 離，同時(shí)選擇對(duì)應(yīng)距離的長(zhǎng)焦鏡頭和CCD攝像機(jī)將采集到的靶面圖像 通過(guò)采集卡傳輸?shù)膱D像處理工控機(jī)。步驟S2：融合圖像變化檢測(cè)，圖像局部曲面特征分析以及時(shí)域分析 三種方法進(jìn)行彈孔檢測(cè)。步驟S21:首先通過(guò)一個(gè)三點(diǎn)算法對(duì)靶面傾斜以及抖動(dòng)情況進(jìn)行計(jì) 算，將輸入圖像進(jìn)行校正和對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)將當(dāng)前輸入圖像與在線更新的靶 面歷史圖像進(jìn)行比較，獲取發(fā)生變化的部分。步驟S22:通過(guò)對(duì)圖像的局

9、部曲面特征進(jìn)行分析，將圖像分割為彈 孔區(qū)域和非彈孔區(qū)域。步驟S23:利用時(shí)域信息對(duì)初步檢測(cè)到的彈孔進(jìn)行驗(yàn)證，增加彈孔 檢測(cè)的準(zhǔn)確性。步驟S3：通過(guò)提取的環(huán)線信息，彈孔位置和尺寸計(jì)算射擊成績(jī)，成 績(jī)包括環(huán)數(shù)和方位。步驟，4：將自動(dòng)報(bào)靶結(jié)果實(shí)時(shí)顯示到界面上，同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)靶。 并提供成績(jī)打印功能。附圖說(shuō)明以下結(jié)合附圖對(duì)以上自動(dòng)報(bào)靶方法和裝置的具體實(shí)施過(guò)程進(jìn)行詳 細(xì)說(shuō)明，以更清楚的描述本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。在以下的附圖中：圖1示出本發(fā)明方法流程圖圖2示出本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖3示出本發(fā)明圖像局部分析的八鄰域示意圖圖4示出本發(fā)明圖像局部分析的灰度曲線圖5示出本發(fā)明基于面積分析局部曲面形狀的示意圖圖6

10、示出本發(fā)明圖像局部分析涉及的曲面形狀圖7示出本發(fā)明的顯示界面圖8示出模擬靶顯示方式具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)指出的是，所描述 的實(shí)施例僅旨在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行理解，而對(duì)其不起任何限定作用?；谌c(diǎn)的靶面偏移和傾斜計(jì)算方法本實(shí)施例使用了三點(diǎn)算法對(duì)對(duì)靶面傾斜以及抖動(dòng)情況進(jìn)行計(jì)算，以 解決在戶外大風(fēng)情況下的靶面劇烈抖動(dòng)問(wèn)題。首先，通過(guò)圖像分割獲取靶紙中間十環(huán)內(nèi)的白色白色區(qū)域，然后， 通過(guò)輪廓擬合計(jì)算出十環(huán)的圓，所得到的圓心即靶的中心，這是第一個(gè) 點(diǎn)A。以這個(gè)點(diǎn)為圓心，4.5倍的十環(huán)所對(duì)應(yīng)的圓的半徑為半徑畫(huà)圓， 與靶子的頭部交與左右兩點(diǎn)B、C，通過(guò)這三個(gè)點(diǎn)。設(shè)基準(zhǔn)圖像中三個(gè) 點(diǎn)的

11、位置為A1、B1、C1，通過(guò)點(diǎn)A與A1的差可以計(jì)算出靶面的偏移 量，通過(guò)直線BC與直線B1C1的夾角可以計(jì)算出靶面的傾斜角度。設(shè) B、C、B1、C1 的坐標(biāo)分別為（X%）、（x2，y2）、（x3，y3）、（x4，y4），直線 BC 和B1C1的傾角分別為 TOC o 1-5 h z tana = 2 七（1）xx21tan p = 4 3（2）x 一 x 743從而，靶面的傾斜角度。為:0 = arctanItana-tanP I1 + tan a *tan p接下來(lái)通過(guò)偏移量與傾斜角度可以將靶面圖像與之前的圖像進(jìn)行對(duì) 齊，從而有助于后面的處理。這個(gè)基于三點(diǎn)的靶面偏移和傾斜計(jì)算方法， 計(jì)算量小

12、，不易受噪聲影響?；趫D像局部曲面特征分析的彈孔分割方法在圖像處理中，X,是圖像寬度和高度方向的離散坐標(biāo)值，Z是（x,） 點(diǎn)的灰度值，（x,z）就構(gòu)成了三維空間曲面上的點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)，因此，二維的圖像可以看作是一個(gè)三維空間的曲面來(lái)分析。曲面形狀有9 種情況，如圖6所示，對(duì)于彈孔檢測(cè)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，我們需要檢測(cè)圖中的 第9種情況，也就是凹橢球曲面點(diǎn)。在圖像中，每一個(gè)點(diǎn)有8個(gè)領(lǐng)域點(diǎn)，也就是有四個(gè)方向，如圖3所示。 我們只要保證每個(gè)方向的曲率七均滿足匕0，便可以認(rèn)為，這是一個(gè) 凹橢球面上的點(diǎn)。以當(dāng)前點(diǎn)為中心，我們?cè)诿總€(gè)方向上取五個(gè)點(diǎn)，它們的灰度值便構(gòu) 成了一條曲線，如圖4所示。設(shè)四條曲線分別為匕,頃,2

13、,3,4，每個(gè)方向定 義一個(gè)標(biāo)志f,i = 1,2,3,4，用來(lái)標(biāo)記在這個(gè)方向上是否為一個(gè)下凹曲線。i設(shè)曲線上五個(gè)點(diǎn)的灰度值分別為p,i = 1,2,3,4,5，我們定義判斷當(dāng)前點(diǎn) 四個(gè)方向上的是否為下凹的標(biāo)志位。p + pp + pp + p八EtrUeConcaveFlag = T I false其他p + pp + pp + p cConcaveFlag = true p 且p V且p V _且ConcaveArea = true(6)223242i = 1,2,3,4Jalse其他當(dāng)ConcaveFlag.,i = 1,2,3,4均為true時(shí)，這是一個(gè)凹橢球曲面點(diǎn)，即一個(gè)彈孔點(diǎn)。在計(jì)

14、算時(shí)，并不需要對(duì)每一個(gè)點(diǎn)都進(jìn)行四個(gè)方向的檢測(cè)才最終確定 這是不是一個(gè)橢球曲面點(diǎn)，當(dāng)任何一個(gè)方向上的標(biāo)志為不為真時(shí)，我們 就可以認(rèn)為這個(gè)點(diǎn)不是橢球曲面點(diǎn)，從而節(jié)省了很大的計(jì)算量。再更進(jìn) 一步，在計(jì)算每一個(gè)方向的標(biāo)志位的時(shí)候，有四項(xiàng)判斷:包括三項(xiàng)凹凸 性判斷和一項(xiàng)曲率判斷，它們之間是與的關(guān)系，因而，只要任何一個(gè)判 斷不為真，我們就可以將這個(gè)標(biāo)志為置為false，從而也就可以判定這 不是一個(gè)凹橢球曲面點(diǎn)。因此，本發(fā)明提出的局部基于局部曲面特征的 彈孔檢測(cè)方法的計(jì)算量非常小。在處理320X240大小的圖片的時(shí)候， 處理時(shí)間不到10個(gè)毫秒。虛擬靶顯示方式首先測(cè)量出靶紙的實(shí)際尺寸，作為參數(shù)存儲(chǔ)到配置文件中

15、，系統(tǒng)啟 動(dòng)后，通過(guò)這些參數(shù)，使用計(jì)算機(jī)生成一張靶面的虛擬圖像。在計(jì)算出 彈著點(diǎn)的成績(jī)后，根據(jù)成績(jī)中的方向和環(huán)數(shù)（均為浮點(diǎn)數(shù)），在靶面的虛 擬圖上生成對(duì)應(yīng)的彈孔，如圖8所示。通過(guò)模擬靶技術(shù)，用戶可以選擇 顯示靶面上的所有彈孔，或者僅僅顯示當(dāng)前射手的射擊的彈孔。因此， 同一張靶紙可以多次利用，可以有效的在節(jié)約成本的同時(shí)，不影響用戶 的使用體驗(yàn)。時(shí)域分析為了提高報(bào)靶的準(zhǔn)確性，使用時(shí)域分析降低誤報(bào)率。檢測(cè)到一個(gè)新 的彈孔時(shí)，并不立刻計(jì)算成績(jī)和報(bào)靶，而是通過(guò)對(duì)多幀圖像檢測(cè)結(jié)果的 統(tǒng)計(jì)分析來(lái)判定這是否是一個(gè)真正的彈孔。時(shí)域分析通過(guò)循環(huán)計(jì)數(shù)隊(duì)列 來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)循環(huán)隊(duì)列的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，檢測(cè)到彈孔時(shí)，對(duì)應(yīng)位置生成一個(gè)循 環(huán)隊(duì)列，第一個(gè)元素置1，其余置0。接下來(lái)的每一幀圖像，如果對(duì)應(yīng) 位置檢測(cè)到了彈孔，則隊(duì)列中的元素置為1，指針指向下一個(gè)元素。通 過(guò)統(tǒng)計(jì)循環(huán)隊(duì)列中值為1的元素的個(gè)數(shù)，來(lái)判定這個(gè)位置