CN106017217A - 智能化全自动校枪系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的智能化全自动校枪系统及方法，系统包括固定台架，用于固定枪身；激光子弹，模拟正常子弹的弹道轨迹；瞄准具激光发射装置，模拟瞄准轨迹；表尺调整机构，用于控制表尺在水平方向上左右移动；准星调整机构，用于控制准星在垂直方向上上下移动；激光靶，用于接收激光束落点；控制电路，用于接收落点坐标信息，控制表尺调整机构和准星调整机构实现落点重合。方法包括以下步骤：安放枪支；计算落点坐标；调整表尺和准星；完成校枪。利用激光技术、数字图像处理技术和自动调整技术等手段，实现了枪支射击精度的全自动校准，无需发射子弹及人工干预，不仅提高了校准精度和校准效率，节约了校枪过程中子弹的大量消耗，并实现了安全校枪，具有很高的实用性和经济效益。

Description

智能化全自动校枪系统及方法

技术领域

本发明涉及枪械的保养和维护领域，尤其涉及一种智能化全自动校枪系统及方法。

背景技术

枪，不仅是现代步兵的主要武器，也是其他兵种的辅助武器，同时在民间也广泛应用于治安警卫、狩猎、体育比赛中，为了保证枪的射击精度，需要在射击前对枪进行校准。目前，枪支的校准主要采取人工的方式，由专人进行实弹射击，并根据实际弹着点和目标之间的偏差，对瞄准具进行调整。人工校枪的方式，不仅受风力、海拔高度等环境因素的影响，还受射击人的射击水平、状态等人为因素的影响，同时校枪的过程有场地要求，还存在大量的子弹消耗和安全隐患。

发明内容

为解决上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种智能化全自动校枪系统及方法，利用激光技术、数字图像处理技术和自动调整技术等手段，实现了枪支射击精度的全自动校准，无需发射子弹及人工干预，不仅提高了校准精度和校准效率，节约了校枪过程中子弹的大量消耗，并实现了安全校枪，具有很高的实用性和经济效益。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：智能化全自动校枪系统，包括固定台架，用于固定枪身，保证枪身稳定垂直；激光子弹，通过发射激光束模拟正常子弹的弹道轨迹；瞄准具激光发射装置，通过发射激光束模拟瞄准轨迹；表尺调整机构，用于控制表尺在水平方向上左右移动；准星调整机构，用于控制准星在垂直方向上上下移动；激光靶，用于接收激光子弹和瞄准具激光发射装置发出的激光束落点，并将接收到的落点坐标发送给控制端；控制电路，用于接收落点坐标信息，控制表尺调整机构和准星调整机构实现落点重合，并将整个处理过程显示出来。

进一步的，所述的瞄准具激光发射装置包括固定机构和激光发射装置，所述的激光发射装置固定在固定机构上端，所述的固定机构利用表尺上的三个觇孔作为定位的基准，通过设置固定杆插入觇孔、设置滑块与滑轨卡接等方式把激光发射装置和枪支表尺紧密固定，并使激光发射装置从表尺觇孔中心向准星尖方向发射激光，激光束射到激光靶上。

进一步的，所述的表尺调整机构包括第一步进电机和第一调整扳手，第一步进电机通过传动机构带动第一调整扳手顺时针或逆时针微调表尺，控制表尺左右移动。

进一步的，所述的准星调整机构包括第二步进电机和第二调整扳手，第二步进电机通过传动机构带动第二调整扳手顺时针或逆时针微调准星，控制准星上下移动。

进一步的，所述的激光靶包括落点接收屏幕，以落点接收屏幕的中心点为原点设置有十字形光学坐标系，落点接收屏幕内设有图像传感器。

进一步的，所述的图像传感器有两个，分别接收激光子弹和瞄准具激光发射装置发出的激光束落点。

进一步的，所述的控制电路包括处理器、存储器、图像传感器接口、步进电机驱动接口、电源、键盘、显示屏和通信接口，所述的电源、键盘、显示屏、图像传感器接口、步进电机驱动接口和通信接口分别连接到处理器上。

利用上述的智能化全自动校枪系统，本发明还提出了一种智能化全自动校枪方法，所述的方法包括以下步骤：

激光子弹上膛后，把枪放入固定台架，并安装瞄准具激光发射装置、表尺调整机构、准星调整机构；

计算激光子弹发射激光束的落点坐标；

计算瞄准具激光发射装置发射激光束的落点坐标；

根据以上两个步骤测量到的两个落点坐标，调整表尺和准星，并记录调整结果；

拆下调整机构，从固定台架中取出枪支，取出激光子弹，完成校枪。

进一步的，计算激光子弹发射激光束的落点坐标的过程中，利用高斯曲面拟合算法实现落点坐标的计算。

进一步的，计算瞄准具激光发射装置发射激光束的落点坐标过程中，利用高斯曲面拟合算法和Canny边缘检测算法相结合的算法实现落点坐标计算。

本发明的有益效果是：

1、智能化全自动校枪系统是根据特定枪支的尺寸结构，设计的专用装置，校枪时将枪支放入装置，即可随时随地校准，不受场地及环境因素的影响。

2、采用带有激光发射功能的专用子弹模拟子弹弹道，节省校枪过程中的子弹消耗。

3、采用激光发射装置代替人眼的瞄准过程，消除由于个人因素造成的校准误差，提高校枪精度。

4、采用带有高精度图像传感器的激光靶代替普通的胸环靶，通过数字图像处理技术和相关算法，自动计算枪支的射击偏差。

5、通过步进电机控制调整装置，根据激光靶接收的光点偏差，自动左右调整表尺，及上下调整准星，使由表尺觇孔中心射出的激光束，经过准星尖，照射到激光靶的设定位置，完成校枪过程。校枪过程全自动完成，无需人工干涉，执行效率高，校枪过程可在20秒之内完成。

6、校枪系统能够自动保存校枪记录，并可进行查询。同时具备通信接口(USB、串口、无线通信等)，可以和计算机连接，实现系统进一步的扩充。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明系统中控制电路的一种具体电路原理图；

图3是本发明方法整个操作过程的流程图；

图4是本发明方法中算法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施进行说明，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的智能化全自动校枪系统，包括固定台架、激光子弹、瞄准具激光发射装置、表尺调整机构、准星调整机构、激光靶、控制电路。

固定台架主要是利用枪支弹匣口作为枪支与固定台架的配合，实现枪支的固定和定位。在实际应用中，主要利用以下两类方式，一种是设置一个与枪械下半部分基本或完全吻合的卡槽，枪械放入此卡槽后，枪膛以上部分露出，可以快速实现枪械固定并保证枪械与地面的垂直，另一种方式下，可以设置两个支架，枪械架在两个支架上，支架的形状可以为U形、Y形、X形等造型，只要保证枪械可以垂直放置在两个支架上且枪械的枪膛与地面平行即可。

激光子弹，包括外壳，外壳上设有开关，外壳内部设置激光发射器，放入枪的弹匣中，射出与枪膛轴线一致的激光束，模拟枪的子弹弹道。

瞄准具激光发射装置，包括固定机构和激光发射装置，所述的激光发射装置固定在固定机构上端，所述的固定机构利用表尺上的三个觇孔作为定位的基准，通过设置固定杆插入觇孔、设置滑块与滑轨卡接等方式把激光发射装置和枪支表尺紧密固定，并使激光发射装置从表尺觇孔中心向准星尖方向发射激光，激光束射到激光靶上。

表尺调整机构，包括第一步进电机和第一调整扳手，通过传动机构带动专用的第一调整扳手顺时针或逆时针微调表尺，控制表尺左右移动。

准星调整机构，包括第二步进电机和第二调整扳手，通过传动机构带动专用的第二调整扳手顺时针或逆时针微调准星，用于控制准星在垂直方向上移动。

激光靶，设置在距离枪口的固定距离上。包括落点接收屏幕，以落点接收屏幕的中心点为原点设置有十字形光学坐标系，落点接收屏幕内设有图像传感器，用于接收激光子弹和瞄准具激光发射装置发出的激光束落点，并将接收到的落点坐标发送给控制端，为了增加图像信息的处理速度、提高处理精度，所述的图像传感器可以设置两个，分别接收激光子弹和瞄准具激光发射装置发出的激光束落点。

控制电路，包括处理器、存储器、图像传感器接口、步进电机驱动接口、电源、键盘、显示屏和通信接口，所述的电源、键盘、显示屏、图像传感器接口、步进电机驱动接口和通信接口分别连接到处理器上，主要用于接收落点坐标信息，控制表尺调整机构和准星调整机构实现落点重合，并将整个处理过程显示出来。而且，通信接口可以与外部的计算机进行连接，将数据进一步的保存或分析，根据实际情况，通信接口可以用无线通信模块进行替换。根据控制电路的功能原理，发明人设计了一种具体的电路结构，如图2所示，图中的芯片型号及其功能如下：

1)数字信号处理器(DSP)选用TI公司TMS320DM642，实现整个电路的中央控制，包括采集图像传感器的信息、完成数据分析计算、控制步进电机驱动器、显示设备工作状态等功能。

2)电路采用220V交流电供电，电源部分电路(DY)经整流滤波后，分别产生24V、5V、3.3V、1.8V等几路直流电压，提供给电路中各部分使用。

3)存储器电路(CC)采用SST39VF1601B芯片，作为程序存储器及数据存储器使用。校枪系统自动保存记录，包括校枪时间、设备编号、校枪过程等数据。

4)图像传感器芯片(CMOS1、CMOS2)采用MICRON公司MT9P031芯片，该芯片有效像素为2592*1944，像素尺寸仅为2.2μm*2.2μm，能够满足高精度测量的需要。

5)步进电机驱动芯片(QD1、QD2)采用TI公司的DRV8711，是具有片上1/256微步进分度器的通过脉冲宽度调制(PWM)的步进电机驱动器。电路中共采用两片驱动芯片，分别驱动一个步进电机(DJ1、DJ2)，其中DJ1控制左右调整表尺，DJ2控制上下调整准星。

6)显示部分(XS)，采用YM160160液晶模块，具有160*160点阵显示像素，用来显示校枪系统的工作状态。

7)按键部分，设置“启动”按键，和“停止”按键。把激光子弹装入枪膛，枪支放入校枪装置并安装好调整机构后，按下“启动”按键，系统自动启动校枪流程，自动完成校枪。校枪过程中，如果按下“停止”按键，将中止校枪流程。

8)通信接口部分(TX)，采用PL2303芯片，外接USB接口可实现与计算机系统的连接，实现校枪系统的进一步扩展。

对于上述的整个系统，为了增加其在实际应用时的便利性，可以将上述整个系统的结构集成在一个便携式箱子内，箱子分为上部的箱盖和下部的箱体，箱体前端的内壁上固定激光靶，箱体后部安装固定台架，箱盖内壁固定标尺调整机构和准星调整机构，并对这些结构的相对位置关系进行调整，以实行不同型号的枪械，甚至可以利用可调的滑轨来实现上述机构与箱体的连接，从而扩大适应范围。控制电路设置在箱子的内外皆可，只要把通信接口设置在外侧，能够实现与计算机的通信就行。箱子还需要设置用于收纳激光子弹和瞄准具发射装置的空间。此外，在箱子的顶端可以设置把手，便于携带。通过这些设置，不仅使得整个系统小型化和便携化，也可以减少校验前期的准备工作，提高效率，同时，由于整个校验系统处于封闭的箱子内部，可以隔绝光线对激光束、激光靶的影响，提高校验精度。

根据上述系统的运行原理，本发明还提供了一种智能化全自动校枪方法，如图3所示，所述的方法在操作时显示以下过程：

开始校枪；

激光子弹上膛；

把枪放入装置，安装瞄准具激光发射装置、表尺调整机构、准星调整机构；

按下“启动”按钮；

激光靶接收枪激光子弹发出的激光束，经控制端处理后计算出坐标，在显示屏上显示“枪膛激光正常”；

激光靶接收瞄准具激光发射装置发出的瞄准激光束，并计算出相应坐标；

显示屏显示“正在调整表尺”；

控制端控制表尺调整机构自动左右调整表尺；

调整完毕，显示屏显示“表尺调整完毕”及实际调整量(如“逆时针调整2档”)；

显示屏显示“正在调整准星”；

控制端控制准星调整机构自动上下调整准星；

调整完毕，显示“准星调整完毕”及实际调整量(如“顺时针调整1/4圈”)；

显示屏显示“校枪完成，横向误差**，纵向误差**，请取枪”；

拆下调整机构、从装置中取出枪支、取出激光子弹；

完成校枪。

为了进一步阐述校枪的运行原理，如图4所示，公开了对于校枪的具体方法：

启动后，采集枪膛激光信号。

利用高斯曲面拟合算法计算光斑中心坐标，具体过程为：

1)选取分布函数：对于枪膛激光束，照射到激光靶上形成光斑，在光靶截面上，光强度的分布满足高斯分布，其分布函数可以描述为：

其中，f(x,y)表示图像传感器芯片在(x,y)坐标采集到的光强度，H表示激光在光靶截面上的光强度幅值，σx表示x方向上的光强度标准差，σy表示y方向上的光强度标准差，x0表示光斑中心的x坐标，y0表示光斑中心的y坐标；

2)去除失真数据：在系统实际应用中，由于图像传感器芯片的测量范围限制，会造成中心部分一些点的采样数值达到最大值(0xfff)，出现失真，对于这部分数据，在拟合计算中需要去除；

3)计算坐标：把图像传感器芯片采集到的所有符合要求的数据，通过求解高斯曲面拟合，可以求得枪膛激光束在激光靶上光斑的中心坐标(x0,y0)。

采集瞄准激光信号后，利用与上一步骤同样的算法，可以求得瞄准激光束在激光靶上光斑的中心坐标(x1,y1)。

根据实际校准的要求，两个坐标的横坐标在理想状况下应当相同，但是，在实际情况中很难实现，因此，根据不同枪支的误差允许范围，在该范围内选取某一数值作为限定门限，只要两个坐标x1、x0满足|x1-x0|<限定门限，说明已经实现调整表尺的目的。

在调整准星高度的过程中，准星尖部分可能会遮挡了由表尺觇孔中发射的激光束，此时在光靶上形成的光斑为不完整的圆形。为了测量光斑下边缘的y坐标，系统采用了Canny边缘检测算法，主要步骤有：

①对采集的图像进行高斯滤波；

②使用一阶有限差分来计算图像灰度值的梯度；

③对梯度幅值进行非最大值抑制；

④用双阈值算法检测边缘，并连接边缘；

⑤计算得到下边缘的y坐标，记为y2。

根据枪械设计的数据，弹道计算以及实际测量得出的指定枪支在光靶处的枪膛激光点和瞄准激光点之间的位移差为一固定值Δy0，即在理想状况下，y0、y2、Δy0之间应当满足|y2-y0-Δy0|＝0，系统需要通过调整准星达到这一目的，同样的，在实际情况中，并不能达到绝对的0值，因此也需要在误差范围内选取一个数值作为限定门限，只要y0、y2、Δy0之间应当满足|y2-y0-Δy0|<限定门限即可。

一般情况下，为了方便，横坐标和纵坐标调整过程中选取的限定门限数值为同一数值，当然也可以根据环境、使用目的不同选择不同的数值。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.智能化全自动校枪系统，其特征在于，包括固定台架，用于固定枪身，保证枪身稳定垂直；激光子弹，通过发射激光束模拟正常子弹的弹道轨迹；瞄准具激光发射装置，通过发射激光束模拟瞄准轨迹；表尺调整机构，用于控制表尺在水平方向上左右移动；准星调整机构，用于控制准星在垂直方向上上下移动；激光靶，用于接收激光子弹和瞄准具激光发射装置发出的激光束落点，并将接收到的落点坐标发送给控制端；控制电路，用于接收落点坐标信息，控制表尺调整机构和准星调整机构实现落点重合，并将整个处理过程显示出来。

2.根据权利要求1所述的智能化全自动校枪系统，其特征在于，所述的瞄准具激光发射装置包括固定机构和激光发射装置，所述的激光发射装置固定在固定机构上端，所述的固定机构利用表尺上的三个觇孔作为定位的基准把激光发射装置和枪支表尺紧密固定。

3.根据权利要求1所述的智能化全自动校枪系统，其特征在于，所述的表尺调整机构包括第一步进电机和第一调整扳手，第一步进电机通过传动机构带动第一调整扳手顺时针或逆时针微调表尺，控制表尺左右移动。

4.根据权利要求1所述的智能化全自动校枪系统，其特征在于，所述的准星调整机构包括第二步进电机和第二调整扳手，第二步进电机通过传动机构带动第二调整扳手顺时针或逆时针微调准星，控制准星上下移动。

5.根据权利要求1所述的智能化全自动校枪系统，其特征在于，所述的激光靶包括落点接收屏幕，以落点接收屏幕的中心点为原点设置有十字形光学坐标系，落点接收屏幕内设有图像传感器。

6.根据权利要求5所述的智能化全自动校枪系统，其特征在于，所述的图像传感器有两个，分别接收激光子弹和瞄准具激光发射装置发出的激光束落点。

7.根据权利要求1所述的智能化全自动校枪系统，其特征在于，所述的控制电路包括处理器、存储器、图像传感器接口、步进电机驱动接口、电源、键盘、显示屏和通信接口，所述的电源、键盘、显示屏、图像传感器接口、步进电机驱动接口和通信接口分别连接到处理器上。

8.利用权利要求1-7所述的智能化全自动校枪系统，本发明还提出了一种智能化全自动校枪方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

激光子弹上膛后，把枪放入固定台架，并安装瞄准具激光发射装置、表尺调整机构、准星调整机构；

计算激光子弹发射激光束的落点坐标；

计算瞄准具激光发射装置发射激光束的落点坐标；

根据以上两个步骤测量到的两个落点坐标，调整表尺和准星，并记录调整结果；

拆下调整机构，从固定台架中取出枪支，取出激光子弹，完成校枪。

9.根据权利要求8所述的智能化全自动校枪方法，其特征在于，计算激光子弹发射激光束的落点坐标的过程中，利用高斯曲面拟合算法实现落点坐标的计算。

10.根据权利要求8所述的智能化全自动校枪方法，其特征在于，计算瞄准具激光发射装置发射激光束的落点坐标过程中，利用高斯曲面拟合算法和Canny边缘检测算法相结合的算法实现落点坐标计算。