CN104683725B - 一种基于投影技术的射击定位自动校正系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于投影技术的射击定位自动校正系统及方法，系统包括计算模块，投影模块和第一标识点采集模块；投影模块获取第一坐标数据，根据第一坐标数据投影出定位标识点；第一标识点采集模块采集定位标识点，获得第二坐标数据；计算模块计算第一坐标数据和第二坐标数据，获得第三坐标数据；投影模块根据第三坐标数据投影出第一校正标识点，并使得第一校正标识点和定位标识点重合。本发明操作方便，具有更优的技术效果。

Description

一种基于投影技术的射击定位自动校正系统及方法

技术领域

本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种投影技术的定位自动校正技术。

背景技术

在投影影像射击训练的设备领域，投影的静态靶标图像或动态情景图像是由计算机程序提供给投影机投影到训练屏幕上而产生的。其中，模拟激光枪射击训练的激光发射点信号，是通过采用可以探测到这种波长激光的摄像机设备对整个投影画面范围的监测取得的。实弹枪射击的弹着点信号，是通过热成像设备采集弹头与橡胶屏幕摩擦所产生的热量信号而取得的。在利用计算机投影影像进行射击训练的设备校准领域，都存在投影画面上的实际射击弹着点位置与计算机捕捉和显示的射击弹着点进行位置校正的问题。

激光探测摄像机或实弹探测热成像仪一般分别安装在投影机附近，监测所需定位的屏幕范围。由于投影机与激光定位摄像机和实弹定位热成像仪分别具有自己独立的光学镜头和不同的图像分辨率，所以，以往的校准方法是计算机内部产生一个坐标校准的特殊图形或网格，这种图形或网格具有明确的交叉坐标点，特殊图形或网格借助投影机投影到射击训练的屏幕上，由于投影机在设计的过程中已经通过光路、镜头等硬件和内部算法、外部边角修正等软件基本修正了投影画面由于安装位置吊顶、落地而所产生的变形，而激光定位摄像机和实弹定位热成像仪对图像的采集，本身是按照光学镜头中心对称的方式设计的，并没有光路、镜头等硬件帮助图像修正的功能，激光定位摄像机和实弹定位热成像仪当与投影机安装在一起时，必然在采集监测范围图像时产生不规则的图像变形。所以，要使激光点或实弹弹着点与屏幕上计算机通过激光摄像机或实弹热成像仪扑捉计算后再通过投影机投影出的显示点重合，只有解决投影机的坐标系与激光摄像机坐标系或实弹热成像仪坐标系的基本重合的技术问题才能实现。

现有技术中的这种校准，是通过计算机在屏幕上投影出特殊图形或网格，人工在这些特殊图形或网格上手持激光器进行逐个激光标点或利用如电烙铁等发热设备模拟弹着在屏幕上的摩擦热点在屏幕特殊图形或网格上进行人工烫点，计算机逐个采集这些激光标识点或电烙铁烫的热信号点，建立起激光点或热信号与投影特殊图形或网格之间的准确匹配，这种匹配是将激光或热信号点与投影显示特殊图形或网格点之间采用回归方程进行计算，再现出射击点的坐标，才能实现通过影像技术来实现激光和实弹的射击训练。

然而，当只有一台或几台投影机进行投影训练时，每个屏幕上需要进行人工标识的点可能只有数十个点需要进行标识，人工逐个手工进行标识采集还可以进行。但当投影机有数台、十几台或几十台时，或者屏幕分上下几层，高度达到十几米时，每个屏幕需要标识的点相加就有数百至上千个，而且，即使校正好了，由于投影机、激光定位摄像机、热成像仪等安装位置会因季节温度变化、地面沉降发生、安装固定件变形、人为因素碰触等因素的发生产生对投影屏幕位置的相对改变，这就会造成原先标识点定位的偏差，而人工再次进行全屏幕区域的校准会因校准的工时非常长、登高设备短缺、专业技术欠熟悉等因素的影响造成使用方操作人员无法、不愿或很少进行定位的及时校准，这就易造成激光和实弹在实际射击训练时的较大定位误差。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种全新的定位方法技术改进，在设备交付使用后，无须使用方操作人员人工进行激光和实弹在屏幕上进行人工校准的方法。为实现上述目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种基于投影技术的射击定位自动校正系统，包括计算模块，投影模块和第一标识点采集模块；

投影模块获取第一坐标数据，根据第一坐标数据投影出定位标识点；

第一标识点采集模块采集定位标识点，获得第二坐标数据；

计算模块计算第一坐标数据和第二坐标数据，获得第三坐标数据；

投影模块根据第三坐标数据投影出第一校正标识点，并使得第一校正标识点和定位标识点重合。

进一步优选地，还包括第二标识点采集模块；

第二标识点采集模块和第一标识点采集模块固定在同一载物平台上；

第二标识点采集模块采集定位标识点，获得第四坐标数据；

计算模块计算第一坐标数据和第四坐标数据，获得第五坐标数据；

投影模块根据第五坐标数据投影出第二校正标识点，使得第二校正标识点和定位标识点重合。

本发明通过投影模块将第一坐标数据投影出定位标识点，并通过第一标识点采集模块采集定位标识点获得的第二坐标数据，计算模块对第一坐标数据与获得的第二坐标数据进行位置匹配计算，得到第三坐标数据，以及通过第二标识点采集模块采集定位标识点获得的第四坐标数据，对第一坐标数据和第四坐标数据进行位置匹配计算，得到第五坐标数据。将第三坐标数据和第五坐标数据分别输入投影模块，投影出来的图形与定位标识点重合，即达到自动校正效果。

进一步优选地，定位标识点为高反差背景下的特殊图形。为提高计算模块对特殊图形或网格信号图像的识别能力，可以将需采集的定位标识点用黑背景上显示白色标识点或在白背景上显示黑色标识点的方法。

进一步优选地，第一标识点采集模块为激光摄像机，其通过调节图像亮度自动获取定位标识点，形成第二坐标数据。

进一步优选地，第二标识点采集模块为热成像仪，其通过对定位标识点进行热烫点识别，采集定位标识点，形成第三坐标数据。

热成像仪和激光摄像机固定在同一载物平台，分别用于采集定位标识点。由于激光定位摄像机或实弹定位热成像仪安装在同一稳固载物平台上，所以，其中一个设备的位置、角度的变化也意味着另一设备的相同变化，便于进行校正。

进一步优选地，计算模块还包括当第一标识点采集模块和第二标识点采集模块发生位置偏移时，通过计算第二坐标的位置偏移量对第二校正标识点进行修正，并使得修正后的第二校正标识点与定位标识点重合。

本发明还提供一种基于投影技术的射击定位自动校正方法，包括：

S1获取第一坐标数据；

S2根据第一坐标数据投影出定位标识点；

S3采集定位标识点，得到第二坐标数据和第三坐标数据；

S4对第一坐标数据和第二坐标数据进行位置匹配计算，获得第四坐标数据；对第一坐标数据和第三坐标数据进行位置匹配计算，获得第五坐标数据；

S5根据第四坐标数据和第五坐标数据分别投影出第一校正标识点和第二校正标识点，第一校正标识点和第二校正标识点分别与定位标识点重合，完成校正。

进一步优选地，还包括步骤S6：

采集定位标识点，得到第四坐标数据；

对第一坐标数据和第四坐标数据进行位置匹配计算，获得第五坐标数据；

根据第五坐标数据投影出第二校正标识点，第二校正标识点和与定位标识点重合，完成校正。

进一步优选地，定位标识点为高反差背景下的特殊图形

进一步优选地，还包括：当第二坐标数据和第四坐标数据同时发生位置偏移时，通过计算出第二坐标的位置偏移量对第二校正标识点进行修正，使得修正后的第二校正标识点与定位标识点重合。

本发明通过将热成像仪和激光摄像机稳固在同一载物平台上，分别采集定位标识点并经由计算模块计算出对应坐标数据，投影出第一校正标识点和第二校正标识点分别与定位标识点重合，完成校正。当本发明实现了投影技术射击的激光训练完全的定位自动校正和实弹热成像定位在完成一次人工校准后，以后参照同一载物平台上的激光偏移量来实现自动校正。对使用的用户而言，做到了校正无需人工操作，具有更高的实际使用效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明基于投影技术的射击定位自动校正系统的结构框图；

图2为本发明基于投影技术的射击定位自动校正系统的另一实施例结构框图；

图3为本发明基于投影技术的射击定位自动校正系统中第一标识点采集模块和第二标识点采集模块的结构示意图；

图4为本发明基于投影技术的射击定位自动校正系统应用于射击训练中的示意图；

图5为本发明基于投影技术的射击定位自动校正方法流程示意图。

附图标号：

1.计算模块，2.投影模块，3.第一标识点采集模块，31.激光摄像机，4.第二标识点采集模块，41.热成像仪，5.载物平台，6.万向调节器，7.安装底座。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于投影技术的射击定位自动校正系统的结构框图。作为本发明的一个具体实施例，如图1所示，一种基于投影技术的射击定位自动校正系统，包括计算模块1、投影模块2、第一标识点采集模块3；

投影模块2获取第一坐标数据，根据第一坐标数据投影出定位标识点；

第一标识点采集模块3采集定位标识点，获得第二坐标数据；

计算模块1计算第一坐标数据和第二坐标数据，获得第三坐标数据；

投影模块2根据第三坐标数据投影出第一校正标识点，并使得第一校正标识点和定位标识点重合。

本实施例中计算模块1可以为计算机，投影模块2为投影机，第一标识点采集模块3为激光摄像机31。具体的，本发明用于投影影像射击训练中，进行射击模拟训练时使用模拟激光枪射击，其中模拟激光枪射击训练的激光发射点信号，是通过采用可以探测到这种波长激光的激光摄像机31对整个投影画面范围的监测取得的。需要说明的是，本发明对计算模块1不作具体限定，只要能实现计算功能的模块均涵盖在本发明所保护的范围之内。同样，本发明对摄影模块也不作具体限定，只要能够实现投影功能的模块均涵盖在本发明所保护的范围之内。

具体的，计算机向投影机输入第一坐标数据，投影出用于定位校正的定位标识点。计算机根据软件中预先设定的查找标识点程序自动在屏幕范围内采集这些定位标识点，得到第二坐标数据后输入计算机，计算机用回归方程等计算方法将第二坐标数据与输入的第一坐标数据进行位置匹配计算得到校正后的第三坐标数据，从而达到在屏幕上的投影明亮的定位标识点与计算机采集这些定位标识点后计算出的第三坐标数据再通过投影机投出后的标识点重合，即完成投影与激光的校正。该校正为自动校正，无需人工干预。

对上述实施例进行改进，得到优选的实施例二，如图2为本发明基于投影技术的射击定位自动校正系统的另一实施例结构框图，其中，还包括第二标识点采集模块4；

第二标识点采集模块4和第一标识点采集模块2固定在同一载物平台上；

第二标识点采集模块4采集定位标识点，获得第四坐标数据；

计算模块1计算第一坐标数据和第四坐标数据，获得第五坐标数据；

投影模块2根据第五坐标数据投影出第二校正标识点，使得第二校正标识点和定位标识点重合。

具体的，本发明应用于投影影像射击训练中，进行射击模拟训练还包括通过实弹枪射击。实弹枪射击的弹着点信号，是通过热成像仪41采集弹头与橡胶屏幕摩擦所产生的热量信号而取得的。本实施例中，第二标识点采集模块4为热成像仪41。

本发明中的定位标识点是在高反差背景下存在的特殊图形，例如是在特定黑背景下投影白色的定位标识点，或是在特定的白背景下投影黑色的定位标识点。此目的在于，当需要对使用模拟激光枪射击训练的弹着点定位时，便于通过调节激光摄像机31的图像亮度在高反差背景下自动采集这些定位坐标点。

第一标识点采集模块3和第二标识点采集模块4固定在同一载物平台5上。由于激光定位摄像机31或实弹定位热成像仪41安装在同一稳固载物平台5上，所以，其中一个设备的位置、角度的变化也意味着另一设备的相同变化，便于进行校正。

第一标识点采集模块3为激光摄像机31，其通过调节图像亮度自动获取定位标识点，形成第二坐标数据。通过计算模块1软件程序开亮激光摄像机31的图像亮度，使计算模块1识别程序能够在高反差背景下发现定位标识点。

第二标识点采集模块4为热成像仪41，其通过对定位标识点进行热烫点识别，采集定位标识点，形成第四坐标数据。本发明对使用实弹枪进行射击训练时弹着点定位的校正时，需要采用热成像仪41对投影机投影的定位标识点进行采集。由于热成像仪41无法识别投影机所产生的定位标识点，所以，在校正时，在定位标识点位置还是需要进行一次人工对标识点的热烫点识别，使热成像仪41可以将这些标识点坐标信号进行录入，形成第一次的热成像定位坐标体现。

图3为本发明基于投影技术的射击定位自动校正系统中第一标识点采集模块3和第二标识点采集模块4的结构示意图。如图3所示，本实施例中第一标识点采集模块3为激光摄像机31，第二标识点采集模块4为热成像仪41。热成像仪41和激光摄像机31分别通过螺丝固定在同一载物平台5，分别用于采集投影模块2投影的定位标识点，其中载物平台5固定在安装底座7上，在载物平台5和安装底座7之间还装有万向调节器6，用于使得热成像仪41和激光摄像机31同时观察到投影区域全部画面。

对上述实施例进行改进，计算模块1还包括当第一标识点采集模块3和第二标识点采集模块4发生位置偏移时，通过计算第二坐标的位置偏移量对第二校正标识点进行修正，并使得修正后的第二校正标识点与定位标识点重合。

具体的，因发生季节温度变化、地面沉降变化、安装架变形变化、人为碰触变化等情况时，热成像仪41与激光摄像机31会发生位置偏移，激光摄像机31和热成像仪41对训练屏幕上投影出的定位标识点采集，得到的第二坐标数据和第四坐标数据均会发生相应的改变，此时需要对激光摄像机31和热成像仪41进行重新定位校正。由于热成像仪41与激光定位摄像机在同一载物平台5，所以几乎同时发生位置的偏移变化。因此，当需要进行实弹的定位校正，计算机会先自动进行激光摄像机31的校正，校正完成后计算机程序会通过对本次与上次激光校正时第二坐标数据各数值的坐标差分析，计算激光摄像机31所发生的位置偏移量，再利用这一位置偏移量对热成像仪41采集的第四坐标数据进行修正，从而使得修正后的坐标数据通过投影机投影出的校正标识点与原定位标识点重合，由此可知，本发明中的射击定位校正只在首次需要进行人工烫点识以便热成像仪41采集到定位标识点，而在之后需要进行校正时，只需根据激光摄像机31的校正来修正热成像仪41，从而达到全自动校正射击定位坐标的目的。

图4为本发明基于投影技术的射击定位自动校正系统应用于射击训练中的示意图。如图4所示，本发明通过投影模块2将第一坐标数据投影出定位标识点(图中黑色圆点所示)，并通过将热成像仪41和激光摄像机31稳固在同一载物平台5(图中未标出)上，对投影模块2投影出的定位标识点进行采集获得的第二坐标数据，计算模块1对第一坐标数据与获得的第二坐标数据进行位置匹配计算，从而得到第三坐标数据。本发明实现了投影技术的射击定位自动校正，无需人工操作，具有更高的效率。

图5为本发明提供的一种基于投影技术的射击定位自动校正方法流程示意图。如图5所示，基于投影技术的射击定位自动校正方法包括：

S1获取第一坐标数据；

S2根据第一坐标数据投影出定位标识点；

S3采集定位标识点，得到第二坐标数据；

S4对第一坐标数据和第二坐标数据进行位置匹配计算，获得第三坐标数据；

S5根据第三坐标数据投影出第一校正标识点，第一校正标识点和与定位标识点重合，完成校正。

本发明应用于投影影像射击训练中，进行射击模拟训练包括通过模拟激光枪射击和实弹枪射击。其中模拟激光枪射击训练的激光发射点信号，是通过采用可以探测到这种波长激光的激光摄像机31对整个投影画面范围的监测取得的。实弹枪射击的弹着点信号，是通过热成像仪41采集弹头与橡胶屏幕摩擦所产生的热量信号而取得的。

具体的，本发明进行定位自动校正的步骤具体为：

1.首先是从激光校正开始。通过计算机向投影机输入第一坐标数据。

2.投影机在投影屏幕上投影出定位标识点，其为一种高反差背景情况下在特殊图形信号，例如是在特定黑背景下投影白色坐标信号点。

3.通过计算机软件程序开亮激光摄像机31的图像亮度，使计算机识别程序能够在一个高反差背景中发现这些高于背景亮度的明亮的定位标识点。计算机根据软件中预先设定的查找定位标识点程序自动在屏幕范围内采集这些定位标识点信号得到第二坐标数据后输入计算机；

4.计算机用回归方程计算方法将激光摄像机31发送的第二坐标数据与其输入投影机的第一坐标数据进行位置匹配计算，得到第三坐标数据。

5.计算机将第三坐标数据输入投影机。

6.投影机接收第三坐标数据并投影出第一校正标识点，在屏幕上的投影明亮的定位标识点与计算机采集这些定位标识点后计算出的第三坐标数据通过投影机投影后得到的第一校正标识点重合，即完成投影与激光的定位校正。

对上述实施例进行改进，得到优选的实施例，其中还包括步骤S6：

采集定位标识点，得到第四坐标数据；

对第一坐标数据和第四坐标数据进行位置匹配计算，获得第五坐标数据；

根据第五坐标数据投影出第二校正标识点，第二校正标识点和与定位标识点重合，完成校正。

具体的，实弹定位的自动计算方法与激光可以完全自动化处理有所不同。由于热成像仪41无法识别投影机所产生的白点信号标识点，所以，在校正时，在标识点位置，还是需要进行一次人工对标识点的热烫点识别，使热成像仪41可以将这些标识点坐标信号进行录入，形成第一次的热成像定位坐标体现。具体步骤如下：

1.通过计算机向投影机输入第一坐标数据。

2.投影机在投影屏幕上投影出定位标识点，其为一种高反差背景情况下在特殊图形信号，例如是在特定黑背景下投影白色坐标信号点或在特定白背景喜爱投影黑色坐标信号点。

3.利用如电烙铁等发热设备模拟弹着在屏幕上的摩擦热点在定位标识点上进行人工烫点。热成像仪41采集电烙铁烫的定位标识点，得到第三坐标数据并发送至计算机。

4.计算机用回归方程计算方法将激光摄像机31发送的第三坐标数据与其输入投影机的第一坐标数据进行位置匹配计算，得到第五坐标数据。

5.计算机将第五坐标数据输入投影机。

6.投影机接收第五坐标数据并投影出第二校正标识点，在屏幕上的投影明亮的定位标识点与计算机采集这些定位标识点后计算出的第五坐标数据通过投影机投影后得到的校正标识点重合，即完成投影与激光的定位校正。

对上述实施例进行改进，具体的，本实施例中步骤S3采集定位标识点是通过热成像仪41和激光摄像机31来采集投影出的定位标识点的。

在进行定位自动校正之前分别将激光摄像机31和热成像仪41安装在同一载物平台5上，并通过螺丝进行紧固。再对激光摄像机31和热成像仪41进行调试。

如图2所示，激光摄像机31和热成像仪41分别通过螺丝固定在载物平台5上，载物平台5固定在安装底座7上，在载物平台5和安装底座7之间还装有万向调节器6，用于使得热成像仪41和激光摄像机31同时观察到投影区域全部画面。

对上述实施例进行改进，得到优选的实施例，具体的，在日后使用中，因发生季节温度变化、地面沉降变化、安装架变形变化、人为碰触变化等情况时，激光和实弹的二种弹着点的探测设备(在本发明中即为激光摄像机31和热成像仪41)由于同在同一载物平台5，所以几乎同时发生位置的偏移变化。因此，当需要进行实弹的定位校正，计算机会先自动进行激光摄像机31的校正，校正完成后计算机程序会通过对本次与上次激光校正时第二坐标数据各数值的坐标差分析，计算激光摄像机31所发生的位置偏移量，再利用这一位置偏移量对热成像仪41采集的第四坐标数据进行修正，从而使得修正后的坐标数据通过投影机投影出的校正标识点与原定位标识点重合，由此可知，本发明中的射击定位校正只在首次需要进行人工烫点识以便热成像仪41采集到定位标识点，而在之后需要进行校正时，只需根据激光摄像机31的校正来修正热成像仪41，从而达到全自动校正射击定位坐标的目的。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形，而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (4)

1.一种基于投影技术的射击定位自动校正系统，其特征在于，包括计算模块，投影模块和第一标识点采集模块；

所述投影模块获取第一坐标数据，根据所述第一坐标数据投影出定位标识点；

所述第一标识点采集模块采集所述定位标识点，获得第二坐标数据；

所述计算模块计算所述第一坐标数据和所述第二坐标数据，获得第三坐标数据；

所述投影模块根据第三坐标数据投影出第一校正标识点，并使得所述第一校正标识点和所述定位标识点重合；

还包括第二标识点采集模块；

所述第二标识点采集模块和所述第一标识点采集模块固定在同一载物平台上；

所述第二标识点采集模块采集所述定位标识点，获得第四坐标数据；

所述计算模块计算所述第一坐标数据和所述第四坐标数据，获得第五坐标数据；

所述投影模块根据所述第五坐标数据投影出第二校正标识点，使得所述第二校正标识点和所述定位标识点重合；

所述定位标识点为高反差背景下的特殊图形；

所述计算模块还包括当所述第一标识点采集模块和所述第二标识点采集模块发生位置偏移时，通过计算所述第二坐标的位置偏移量对所述第二校正标识点进行修正，并使得修正后的所述第二校正标识点与所述定位标识点重合。

2.如权利要求1所述的基于投影技术的射击定位自动校正系统，其特征在于：所述第一标识点采集模块为激光摄像机，其通过调节图像亮度自动获取所述定位标识点，形成所述第二坐标数据。

3.如权利要求1所述的基于投影技术的射击定位自动校正系统，其特征在于：所述第二标识点采集模块为热成像仪，其通过对所述定位标识点进行热烫点识别，采集所述定位标识点，形成所述第四坐标数据。

4.一种基于投影技术的射击定位自动校正方法，其特征在于，包括：

S1获取第一坐标数据；

S2根据所述第一坐标数据投影出定位标识点；

S3采集所述定位标识点，得到第二坐标数据；

S4对所述第一坐标数据和所述第二坐标数据进行位置匹配计算，获得第三坐标数据；

S5根据所述第三坐标数据投影出第一校正标识点，所述第一校正标识点和与所述定位标识点重合，完成校正；

还包括步骤S6：

采集所述定位标识点，得到第四坐标数据；

对所述第一坐标数据和所述第四坐标数据进行位置匹配计算，获得第五坐标数据；

根据所述第五坐标数据投影出第二校正标识点，所述第二校正标识点和与所述定位标识点重合，完成校正；

当所述第二坐标数据和所述第四坐标数据同时发生位置偏移时，通过计算出所述第二坐标的位置偏移量对所述第二校正标识点进行修正，使得修正后的所述第二校正标识点与所述定位标识点重合。