智能射击成绩记录系统

智能射击成绩记录系统

北京天惠人控制设备技术有限公司研制一、立项由来为适应科技练兵的发展，基地提出了研发自动报靶系统的想法同年冬天武警总部首长到基地视察，基地领导进行了汇报，得到了总部首长的认可在2002年初公司开始开发此产品，与基地合作向武警总部上报了科研立项书2003年本项目列入昌平区科技项目，受到区政府的高度重视公司为拥有完整知识产权，独立开发此产品二、研发成员成立了由公司首席技术官白凤双博士任组长的专题课题组。课题组成员：白凤双总体设计、初步设计、硬件设计、系统测试姜安主要负责算法的研究及软件编程、系统测试张迎软件编程白龙飞设备安装、调试、系统测试勾东洁系统测试冯国军设备器件选型、系统测试王品学系统测试何卿设备器件选型、调试、系统测试刘刚设备安装、调试、系统测试

三、研制和生产过程在2001年底公司开始调研论证从2002年初开始开发此产品2003年2月至7月完成了产品设计8月完成了实验室试验9月至2004年3月进行了共7个月的实弹测试4月进行定型生产并在武警基地安装使用课题组历时两年零叁个月的开发，共进行了近100次实弹测试，使用子弹近万发，终于开发出了此产品。在开发的过程中，得到了武警各级首长的大力支持。并且经常得到负责训练的同志的指导，为此产品最终实用于训练提供了重要保障。2002年9月将产品在国家版权局进行了计算机软件著作权登记。1、2001年底调研论证（1)我军射击训练器材现状

目前，我军的射击训练器材整体情况还很落后，大多数是靶壕加机械升落靶，由示靶员人工报靶，费时、费力、不安全、成绩容易作弊少数是自动报靶系统，主要运用于室内或单一课目的训练，但推广普及不够，部队训练很少使用

(2)现阶段射击成绩记录系统2、2003年2月至7月完成了产品设计

（1）总体设计利用内存采集技术，将CCD摄像机采集的靶面变化序列图像经A/D转换传送到计算机内存，对前后两幅图像通过智能化算法模仿人类的视觉过程，自动识别弹孔的精确位置，并判断其环数，从而记录下每位战士的成绩，同时对这些数据进行统一管理。

（2）工作原理描述用摄像头把靶图记录到计算机中，在计算机装有编制好的图像处理软件，当有图像输入时开始图像处理。从处理完图像的结果中显示出打靶成绩。在操作台上一个摄像头对准一个靶位，固定好角度，10靶共用10个摄像头；用摄像头把靶位记录成图像，通过视频采集卡（4路）送到微机中，经过软件处理得到打靶成绩。打靶成绩可在观礼台上的显示屏上显示,并可指定靶位声音报成绩；同时打靶图像可以实时地在彩色显示器上显示。（3）系统硬件设计（4）系统软件设计（1）

A、语言选择在本系统中，采用Windows环境下的VisualC++6.0工作平台来完成软件的编制。VisualC++提供了功能强大的基础类库（MFC），很好地体现了Windows面向对象编程的特色，可以方便地建立起功能完善的用户界面。MFC通过将对象的数据和处理方法封装，保证了信息的隐蔽性。这样，对数据的存取只能通过该对象本身的方法来进行，而程序的其它部分不能直接作用于对象的数据，对象间的相互作用只能通过明确的“消息”来进行[51]。使用VisualC++对程序的编写、调试及维护带来极大便利，并可实现多任务操作。（4）系统软件设计（2）

B、系统软件总体设计与编程系统软件是在Windows环境下选择VisualC++6.0开发出来的，通过MFC基础类库的封装、继承和多态性，很好地体现了Windows面向对象的特点。它采取标准的Windows界面风格，界面的上半部分是菜单栏和工具栏，中间是用户客户区，最下面是状态栏。通过选择不同菜单项或工具栏上的快捷按钮，可以实现图像卡操作、选项设置、半自动版、全自动版、数据维护等功能。

（5）需解决的关键问题和技术难点（1）需解决的关键问题和技术难点，分以下几部分进行说明：A、靶区从背景中的精确分割；B、大风吹动引起的靶位变化；C、靶面由于其本身刚度不够而产生的扭曲变形；D、光照强烈引起的阴影现象，带来很强的噪声；E、靶点的精确识别，以及其与噪声点的区别；F、环数判断，等等。（5）需解决的关键问题和技术难点（2）

实际中所遇到的问题远比上面所列的要多。最关键的问题是，由于光照、风吹、气流、镜头震动等因素的影响，每次采集的图像其表现形式都不尽相同：有的图像有靶位移动和扭曲变形，有的图像没有；有的图像阴影现象非常严重，有的图像只有细微的阴影现象；有的靶点比较清晰，有的靶点比较模糊；有的靶点较大，而有的靶点又较小。

1）图像分割这里的图像分割问题，就是如何将靶区所在位置正确地从背景中分离出来，以消除非靶区的背景区域噪声对靶点识别的负面影响，以及将靶区内环与环之间的区域分割开。即：

A、靶区与背景的分割

B、环与环之间的分割利用Canny算子能够很好地实现靶图的分割。（6）所采用的技术2）图像复原

由于弹头的冲击、镜头的震动以及风的吹动等因素，靶面在序列图像中的位置将发生变化，其位置变化类型有以下三种：平移（0阶），旋转（1阶），以及少量高阶变形（扭曲变形为二阶变形）。这些变形如果不消除，将会直接影响到靶点识别的精度3）模式识别

靶点识别算法由于光照、风吹、镜头震动等因素的影响，每次现场采集的图像，其表现形式都不尽相同。因此，对这些图像进行有效的预处理，提取其有用的特征，利用模糊专家系统技术设计合理的分类器，从而高准确率地识别出靶点。

3、8月完成了实验室试验

在实验室模拟靶场环境对产品进行各项性能指标的测试。对发现的问题进行解决，完善产品。例如：

1）解码器无法正常使用：解码器无信号，解码器无法控制2）云台无法控制：云台不受控制，云台控制方向混乱3）镜头的问题：图像调节很难做到很清晰4、9月至2004年3月进行了共7个月的实弹测试

在实验室模拟靶场环境对产品进行各项性能指标的测试对发现的问题进行解决，完善产品共发现和解决硬件问题15处，软件问题23处把实验室测试通过的产品放到战士平时训练的靶场上，在各种环境天气下，由战士实弹射击，进行各种各样的实弹测试92次，9500多发子弹每次打靶测试回来，都将采集的图像和数据重新核查，找出问题，并寻找解决问题的办法，重新调整系统利用已得到的数据进行分析，修改图像识别算法，循环测试实弹测试发现问题27个，解决起来很困难，但最终都圆满解决了布VGA信号传输线：在一百米打靶位信号很弱，无法看清图像采集出现的问题：

a.图像采集比较麻烦，手动采集的图像需要处理后才能使用

b.采集到的图像很清晰，但软件仍识别不好现场近端打靶调试遇见问题:

a.系统无法正确记录成绩，靶点无法正确识别

b.系统无法识别靶纸边界，有的靶点无法识别

c.在调整图像时，解码器无法控制

实弹测试问题举例（1）现场远端打靶调试遇见的问题

a.风大，靶子不稳，系统对此情况处理不好

b.VGA信号放大器不能正常使用

c.靶面上出现阴影（9环和10环上阴影比较重），而且阴影忽明忽暗，系统无法处理，出现乱报环现象

d.风特别大时显示器放在桌子上很不安全，年初时演示因风大将桌子吹翻，摔坏显示器一台

e.打靶时靶面变形，靶面不断的扭曲，系统无法正确判断环数

f.打靶时系统无法识别一些靶点最后连续15次测试无任何故障运行，表明产品测试通过实弹测试问题举例（2）5、4月进行定型生产并在武警基地安装使用画出产品图纸，标明生产硬件尺寸，使用专用设备进行加工整个系统的设备集成、调试，产品定型生产2004年4月在武警北京总队第二训练基地上安装一套使用截止5月底共使用了11次，600多发子弹，报靶准确率达到99.5%在有风、阴天等不良天气也能使用，效果理想提高射击成绩，降低训练费用，节省训练时间，保证人身安全(1)该产品不是仅为首长射击使用的，更是为普通战士大量训练用的。适合日常战士训练(2)

便于首长检查：

A、在1台微机中可以看到所有靶子的图像和所有战士的成绩表

B、首长任意指定某靶位，电脑声音报靶

四、特色与创新之处（1）（3）对提高射击成绩作用很大。原因如下：

A、由于在战士身旁射位显示器上清楚地显示上一发子弹命中的准确位置，战士可以有目的地调整瞄准

B、由于可以打印成绩单和靶子原始图像，训练后可以研究射击规律和射击时的问题，在下次训练时注意

C、由于设备自动报靶、记录射击成绩，并且可以把成绩存储微机中，从而避免了报靶员成绩舞弊和上报成绩舞弊现象

四、特色与创新之处（2）(4)普通纸靶即可，可多次重复使用，不换靶纸可打70发以上子弹，耗材低；不用人为报靶及粘贴靶点，辅助训练人员大为减少，每个靶位减少1个报靶员，10个靶位减少10个报靶员，打靶训练费用大大降低(5)由于不用战士人工报靶，不用糊靶纸，在同样有效训练时间的前提下，节约了大量时间。训练时间可缩短原来的一半左右(6)由于不用人工报靶，避免了偏弹和跳弹误伤报靶员，保证了安全四、特色与创新之处（3）吸收了目前国内各种射击训练器材的优点，克服了其缺点。利用人工智能技术开发出了真正实用的智能自动报靶系统。其它产品虽然有的性能也很先进，但由于其对射击场地要求较高或不适应室外环境，从而导致实用性差抗风能力较好。在有风的天气里可以使用，这是区别于其它报靶产品的重要标志设备性能稳定，故障率低。目前其它产品最大的不足就是设备性能不稳定，故障率高操作简单，普通战士按着微机屏幕指示都能操作设备易于维护，更换部件方便四、实用性强按大纲中不同射击科目单独设计程序，按科目记录成绩，具有针对性。并预留其它射击科目软件处理接口任意指定某靶位使用何种武器（仅限于该科目限定的武器）；在规定范围内任意指定训练人数每个射击科目使用不同武器的人数、位