一种远距离自动报靶方法和装置讲解

1、说明书摘要一种轻武器射击自动报靶的方法和装置，所述的方法包括：图像采集， 弹孔识别，成绩判别，结果输出。在弹孔识别步骤，本发明设计了快速 的局部图像曲面特性分析方法，能够有效的去除复杂环境下图像变化检 测结果中的大量噪声，并通过进一步时域分析的方法确认最终弹孔；在 结果输出步骤，提供真实靶显示和模拟靶显示两种途径，通过模拟靶技 术，可以在提高用户体验的同时，有效的节省成本。所述的装置包括： 多个长焦镜头和CCD摄像机，图像处理工控机，用于控制和显示的触 摸屏。本发明对于环境具有良好的适应性，即使在比较恶劣的天气，比 如大风，有雾，低照度等情况下，仍具有良好的性能。权利要求书一种轻武器射击自动报

2、靶的方法和装置，其特征在于包括如下步骤： 步骤S1：用户通过触摸屏选择靶车位置，装置控制靶车到达指定距离，同时选择对应距离的长焦镜头和CCD摄像机将采集到的靶面图像 通过采集卡传输的图像处理工控机。步骤S2：融合图像变化检测，图像局部曲面特征分析以及时域分析 三种方法进行弹孔检测。步骤S21:首先通过一个三点算法对靶面倾斜以及抖动情况进行计 算，将输入图像进行校正和对准。通过将当前输入图像与在线更新的靶 面历史图像进行比较，获取发生变化的部分。步骤S22:通过对图像的局部曲面特征进行分析，将图像分割为弹 孔区域和非弹孔区域。步骤S23:利用时域信息对初步检测到的弹孔进行验证，增加弹孔 检测的准

3、确性。步骤S3：通过提取的环线信息，弹孔位置和尺寸计算射击成绩，成 绩包括环数和方位。步骤，4：将自动报靶结果实时显示到界面上，同时进行语音报靶。 并提供成绩打印功能。根据权利要求1所述的轻武器射击自动报靶装置，其特征在于包括 长焦镜头(P1)，CCD摄像机(P2)，图像处理工控机(P3)，用于显示和控 制的触摸屏(P4)，摄像机支架(P5)，靶道(P6)，靶车(P7)，靶纸(P8)。根据权利要求1所述的轻武器射击自动报靶的方法和装置，其特征 在于使用多个长焦镜头和CCD摄像机采集不同距离的靶面图像，通过 CCD面积，靶车距离，靶面面积计算出所需要的镜头的焦距，保证靶 面采集到的图像具有很好的

4、清晰度，又保证靶面在视野中有足够的面 积。根据权利要求1所述的轻武器射击自动报靶的方法和装置，其特征 在于图像采集设备，图像处理设备，以及用于显示和控制的触摸屏均安 放在射击位，便于安装和管理。根据权利要求1所述的轻武器射击自动报靶的方法和装置，其特征 在于使用了图像变化检测、图像局部特性分析以及时域分析三种方法进 行弹孔检测，保证了弹孔检测方法的环境适应性和准确性。根据权利要求1所述的轻武器射击自动报靶的方法和装置，其特征 在于使用一个三点算法对靶面倾斜以及抖动情况进行计算，将输入图像 进行校正和对准。根据权利要求5所述的弹孔检测方法，其特征在于基于图像局部曲 面特征分析的弹孔分割方法，通过

5、一种快速的曲面特征分析计算方法， 将图像分割成为弹孔区域和非弹孔区域。消除了图像变化检测中由于环 境影响而引起的大量噪声。根据权利要求1所述的轻武器射击自动报靶的方法和装置，其特征 在于结果输出中提供真实靶与模拟靶两种方式。根据权利要求1所述的轻武器射击自动报靶的方法和装置，其特征 在于，同一张靶纸可以多次利用，通过模拟靶技术，每个人只看到自己 的射击成绩，而不会受到前面的人射击成绩的干扰。10，根据权利要求1所述的轻武器射击自动报靶的方法和装置，其特征 在于，在射击成绩打印模块，可以手动的添加漏检的弹孔以及删除多检 的弹孔。从而保证了系统的完善性。一种远距离自动报靶方法和装置技术领域本发明机

6、器视觉与自动化领域，具体涉及一种用于轻武器射击的远 距离智能自动报靶的方法和装置。背景技术在轻武器射击训练和比赛中，由于人工报靶效率和准确度较低，并 且存在一定的危险性，自动报靶正在起着越来越重要的作用。传统的基 于声纳原理和电子靶等方式自动报靶技术普遍存在着成本高的问题，不 利于在部队，射击场等场合的广泛应用。随着图像处理技术的发展和计 算机处理速度的提高，基于图像的方式逐渐受到人们的重视。目前存在 的基于图像的自动报靶系统中，存在着一些显著的问题。首先，弹孔识 别算法的环境适应性较差，主要是针对室内以及比较好的室外环境。算 法主要是通过简单的阈值分割，将弹孔区域从靶面图像中分割出来，用 于

7、后面的分析。在比较复杂的室外环境中，靶面的不同区域由于受到光 照，风吹等影响，仅仅依靠阈值分割很难准确的分割出弹孔。另一个显 著的缺点是，为了保证图像质量，图像采集设备通常安装在靶位附近， 因为存在由于跳弹等现象造成设备损坏的问题，在户外靶场中还会涉及 到设备安全的问题。另外，设备安装的时候需要进行布线施工，成本较 高。发明内容现有技术存在着对环境适应性较差和设备安装管理不便的问题。本 发明的目的是提供一种环境适应能力强的自动报靶方法以及便于安装 和管理的自动报靶装置为了实现上述目的，本发明提供了远距离的自动报靶装置，通过多 个长焦镜头和CCD相机采集多个距离的靶面图像。解决了系统安装与 安全

8、防护的问题。通过融合图像变化检测，局部曲面形状分析以及时域 分析的方法，提供了一种具有良好环境适应性的自动报靶方法。本发明 的轻武器射击远距离自动报靶方法和装置包括：步骤S1：用户通过触摸屏选择靶车位置，装置控制靶车到达指定距 离，同时选择对应距离的长焦镜头和CCD摄像机将采集到的靶面图像 通过采集卡传输的图像处理工控机。步骤S2：融合图像变化检测，图像局部曲面特征分析以及时域分析 三种方法进行弹孔检测。步骤S21:首先通过一个三点算法对靶面倾斜以及抖动情况进行计 算，将输入图像进行校正和对准。通过将当前输入图像与在线更新的靶 面历史图像进行比较，获取发生变化的部分。步骤S22:通过对图像的局

9、部曲面特征进行分析，将图像分割为弹 孔区域和非弹孔区域。步骤S23:利用时域信息对初步检测到的弹孔进行验证，增加弹孔 检测的准确性。步骤S3：通过提取的环线信息，弹孔位置和尺寸计算射击成绩，成 绩包括环数和方位。步骤，4：将自动报靶结果实时显示到界面上，同时进行语音报靶。 并提供成绩打印功能。附图说明以下结合附图对以上自动报靶方法和装置的具体实施过程进行详 细说明，以更清楚的描述本发明的上述特征和优点。在以下的附图中：图1示出本发明方法流程图图2示出本发明装置结构示意图图3示出本发明图像局部分析的八邻域示意图图4示出本发明图像局部分析的灰度曲线图5示出本发明基于面积分析局部曲面形状的示意图图6

10、示出本发明图像局部分析涉及的曲面形状图7示出本发明的显示界面图8示出模拟靶显示方式具体实施方式下面将结合附图，对本发明加以详细说明，应当指出的是，所描述 的实施例仅旨在对本发明进行理解，而对其不起任何限定作用。基于三点的靶面偏移和倾斜计算方法本实施例使用了三点算法对对靶面倾斜以及抖动情况进行计算，以 解决在户外大风情况下的靶面剧烈抖动问题。首先，通过图像分割获取靶纸中间十环内的白色白色区域，然后， 通过轮廓拟合计算出十环的圆，所得到的圆心即靶的中心，这是第一个 点A。以这个点为圆心，4.5倍的十环所对应的圆的半径为半径画圆， 与靶子的头部交与左右两点B、C，通过这三个点。设基准图像中三个 点的

11、位置为A1、B1、C1，通过点A与A1的差可以计算出靶面的偏移 量，通过直线BC与直线B1C1的夹角可以计算出靶面的倾斜角度。设 B、C、B1、C1 的坐标分别为（X%）、（x2，y2）、（x3，y3）、（x4，y4），直线 BC 和B1C1的倾角分别为 TOC o 1-5 h z tana = 2 七（1）xx21tan p = 4 3（2）x 一 x 743从而，靶面的倾斜角度。为:0 = arctanItana-tanP I1 + tan a *tan p接下来通过偏移量与倾斜角度可以将靶面图像与之前的图像进行对 齐，从而有助于后面的处理。这个基于三点的靶面偏移和倾斜计算方法， 计算量小

12、，不易受噪声影响。基于图像局部曲面特征分析的弹孔分割方法在图像处理中，X,是图像宽度和高度方向的离散坐标值，Z是（x,） 点的灰度值，（x,z）就构成了三维空间曲面上的点的笛卡尔坐标，因此，二维的图像可以看作是一个三维空间的曲面来分析。曲面形状有9 种情况，如图6所示，对于弹孔检测的应用来说，我们需要检测图中的 第9种情况，也就是凹椭球曲面点。在图像中，每一个点有8个领域点，也就是有四个方向，如图3所示。 我们只要保证每个方向的曲率七均满足匕0，便可以认为，这是一个 凹椭球面上的点。以当前点为中心，我们在每个方向上取五个点，它们的灰度值便构 成了一条曲线，如图4所示。设四条曲线分别为匕,顷,2

13、,3,4，每个方向定 义一个标志f,i = 1,2,3,4，用来标记在这个方向上是否为一个下凹曲线。i设曲线上五个点的灰度值分别为p,i = 1,2,3,4,5，我们定义判断当前点 四个方向上的是否为下凹的标志位。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其他当ConcaveFlag.,i = 1,2,3,4均为true时，这是一个凹椭球曲面点，即一个弹孔点。在计

14、算时，并不需要对每一个点都进行四个方向的检测才最终确定 这是不是一个椭球曲面点，当任何一个方向上的标志为不为真时，我们 就可以认为这个点不是椭球曲面点，从而节省了很大的计算量。再更进 一步，在计算每一个方向的标志位的时候，有四项判断:包括三项凹凸 性判断和一项曲率判断，它们之间是与的关系，因而，只要任何一个判 断不为真，我们就可以将这个标志为置为false，从而也就可以判定这 不是一个凹椭球曲面点。因此，本发明提出的局部基于局部曲面特征的 弹孔检测方法的计算量非常小。在处理320X240大小的图片的时候， 处理时间不到10个毫秒。虚拟靶显示方式首先测量出靶纸的实际尺寸，作为参数存储到配置文件中

15、，系统启 动后，通过这些参数，使用计算机生成一张靶面的虚拟图像。在计算出 弹着点的成绩后，根据成绩中的方向和环数（均为浮点数），在靶面的虚 拟图上生成对应的弹孔，如图8所示。通过模拟靶技术，用户可以选择 显示靶面上的所有弹孔，或者仅仅显示当前射手的射击的弹孔。因此， 同一张靶纸可以多次利用，可以有效的在节约成本的同时，不影响用户 的使用体验。时域分析为了提高报靶的准确性，使用时域分析降低误报率。检测到一个新 的弹孔时，并不立刻计算成绩和报靶，而是通过对多帧图像检测结果的 统计分析来判定这是否是一个真正的弹孔。时域分析通过循环计数队列 来实现，设循环队列的长度为L，检测到弹孔时，对应位置生成一个循 环队列，第一个元素置1，其余置0。接下来的每一帧图像，如果对应 位置检测到了弹孔，则队列中的元素置为1，指针指向下一个元素。通 过统计循环队列中值为1的元素的个数，来判定这个位置