CN107958205B - 射击训练智能管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数据信息综合管理系统技术领域，具体涉及射击训练智能管理系统。所述系统包括数据采集装置、操作终端和服务器，所述操作终端与所述数据采集装置和/或服务器连接；所述数据采集装置采集靶纸图像得到照片和录像，同时所述数据采集装置包括自动分析模块，所述自动分析模块分析靶纸图像中弹着点得出射击精度；所述服务器对照片、录像和射击精度进行管理；所述操作终端控制与所述数据采集装置和/或服务器两者或三者间的数据交换，同时所述操作终端对所述照片、录像和射击精度调用、显示。

Description

射击训练智能管理系统
技术领域
本发明主要属于数据信息综合管理系统技术领域，具体涉及射击训练智能管理系统。
背景技术
传统的射击训练场所，在管理流程上为用户射击->取靶纸->更换靶纸->成绩统计登记，对于用户的射击精度统计是通过最原始的人工登记方式，以纸质文本的形式记录每次射击的成绩，该文本记录的方式，记录时间较长、检索慢、不利于统计分析；随着计算机的普及，射击训练场所采用了计算机的方式进行成绩的录入和管理，该方式相对于传统的纸质文本方式在效率上有了很大的提升，但是该方式依然避免不了需要人工进行电脑录入数据，同时该方式依然没有从管理上改变人工操作的方式，无法进行实时的分析统计，并且无法及时地更换靶纸进行下一轮的射击训练，在增加操作管理人员负荷的同时也没有节约用户的时间，依然给射击体验带来诸多不便利性。
射击场中，射击地点和靶有一定距离，射击后不能通过人眼直接看到射击结果。为了观察射击结果，快速的实现结果数据统计，在此条件下，一种可实现远距离采集分析射击结果的数据采集装置能够解决上述问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种射击训练智能管理系统，该管理系统实时采集靶纸信息并自动分析射击精度，同时对用户数据进行管理。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种射击训练智能管理系统，所述系统包括数据采集装置、操作终端和服务器，所述操作终端与所述数据采集装置和/或服务器连接；
所述数据采集装置，用于采集靶标上的靶纸图像得到照片和录像，同时所述数据采集装置包括自动分析模块，所述自动分析模块分析靶纸图像中的弹着点得出射击精度；
所述服务器，用于对照片、录像和射击精度进行管理；
所述操作终端，控制与所述数据采集装置和/或服务器间进行数据交换，对所述照片、录像和射击精度调用、显示。
进一步地，所述自动分析模块为将数据采集装置捕获的光学图像转换为电子图像，从所述电子图像中提取出靶纸区域，所述靶纸区域和电子参考靶纸进行像素级减法检测出弹着点，计算各弹着点的中心点，根据各弹着点中心点与靶纸区域中心点的偏差确定射击精度；
所述电子参考靶纸为空白靶纸的电子图像或历史分析时提取的靶纸区域；
所述偏差包括纵向偏差和横向偏差。
进一步地，所述操作终端与数据采集装置的连接为：数据采集装置作为无线wifi热点，操作终端作为客户端接入wifi热点网络，实现操作终端与数据采集装置的连接，操作终端获得数据采集装置的采集的照片、录像原始数据及数据采集装置分析得到的射击精度；
数据采集装置与操作终端之间的传输距离控制在100米之内；
所述操作终端实时显示数据采集装置采集的靶纸图像信息、控制数据采集装置采集的启停、控制数据采集装置的自动分析模块的启动、控制启动和关闭wifi热点。
进一步地，所述操作终端与服务器的连接为：操作终端与服务器处于同一无线网络中实现所述操作终端与服务器的连接；
在操作终端经过验证后可将操作终端本地的射击精度、照片和录像传输至服务器。
进一步地，操作终端、数据采集装置与服务器三者互联具体为：
1)操作终端通过蓝牙或者wifi，将要接入的网络信息告知数据采集装置；
2)数据采集装置接收到指令数据后，解析该指令数据，得到要接入网络的名称、用户名、密码；
3)数据采集装置执行网络接入功能，通过蓝牙或者wifi向操作终端反馈网络连接结果；
4)操作终端分析判断数据采集装置是否接入成功，成功后则实现操作终端、数据采集装置与服务器三者互联。
进一步地，射击训练用的靶标为智能靶标，所述服务器通过网络远程控制智能靶标更换靶纸；
所述智能靶标包括一外观结构一，所述外观结构一内部包括靶纸回收仓、靶纸旋转轴、传动轴、靶纸区域、新靶纸仓、电机伺服机构、CPU处理单元、无线wifi单元；
所述CPU处理单元通过所述无线wifi单元接收所述服务器的指令，所述CPU处理单元处理所述服务器的指令信息，控制电机伺服机构的执行动作，所述电机伺服机构通过所述传动轴与所述靶纸旋转轴连接，所述电机伺服机构带动所述传动轴和所述靶纸旋转轴转动，实现靶纸在新靶纸仓、靶纸区域和靶纸回收仓间的更换。
进一步地，所述服务器对所述射击精度数据、照片、录像分别进行管理；
所述服务器将照片、录像按照上传的用户基本单位进行分类管理；
所述服务器将射击精度数据按照时间、用户、团体条件进行数据查询统计，并计算出该条件下的趋势曲线图。
进一步地，提取靶纸区域后对靶纸区域进行透视校正将所述靶纸区域的外轮廓校正为圆形,并用透视校正后的靶纸区域来进行弹着点检测。
进一步地，从所述电子图像中提取出靶纸区域具体为：对所述电子图像进行大尺度的均值滤波，消除靶纸上的网格干扰，使用自适应大津阈值分割法，按照所述电子图像的灰度特性，将所述电子图像分成背景和前景，依据分为前景和背景的图像采用Freeman链码的矢量跟踪方法和几何特征确定最小轮廓得到靶纸区域。
进一步地，将所述靶纸区域和电子参考靶纸进行像素级减法检测出弹着点具体为：将所述靶纸区域和电子参考靶纸进行像素级减法，得到所述靶纸区域和所述电子参考靶纸的像素差图像；
所述像素差图像中设定前后帧图像的像素差阈值threshold，当像素差超过阈值时，设定结果为255，当像素差低于阈值时，设定结果为0；
对所述像素差图像进行轮廓跟踪得到弹着点轮廓并计算轮廓中心得到弹着点的中心点。
进一步地，所述透视校正具体为：用Canny算子得到所述靶纸区域的边缘，对所述边缘利用Hough变换进行最大椭圆轮廓拟合，得到最大椭圆方程，利用Hough变换对所述边缘进行十字交叉线的直线拟合，得到与最大椭圆轮廓的最上点、最下点、最右点、最左点的交叉点，将最大椭圆轮廓的最上点、最下点、最右点、最左点与透视变换模板中相同位置的四个点结合计算得到透视变换矩阵，利用透视变换矩阵对所述靶纸区域进行透视变换。
进一步地，所述管理系统还可包括影像投影显示屏、成绩发布显示屏、PC机终端、数据打印机、网络设备；
网络设备包括有线路由器、无线路由器、交换机、中继器等。
所述影像投影显示屏：通过HDMI、AV接口与采集主机直接互联，屏幕仅显示投影信息；
所述成绩发布显示屏的接口为网络或者HDMI、AV接口，通过网络接口直接与所述服务器连接，或通过HDMI、AV接口与PC终端进行连接，服务器将当前实时的射击精度排行数据发布显示在所述成绩发布显示屏上；
所述数据打印机采用网络、并口、USB接口连接服务器，进行数据打印；
所述PC机终端与所述数据打印机和所述成绩发布显示屏相连，控制所述数据打印机的打印和所述成绩发布显示屏的显示。
进一步地，所述数据采集装置包括一外观结构二，所述外观结构二整体为可拆卸的结构体，所述外观结构二内部包括视场获取单元、电动变焦组件、光电转换电路、CPU处理单元、自动分析模块；
所述视场获取单元，包括具有物镜组合或其他光学可视设备；所述物镜组合或其他光学可视设备安装在视场获取单元的前端，获取视场信息；
所述光电转换电路，用于将所述视场信息转换为可供电子单元显示的电子信息；
所述CPU处理单元，与所述光电转换电路相连，用于对所述电子信息进行处理；
所述自动分析模块，用于对所述电子信息进行分析得到射击精度；
所述电动变焦组件，用于改变所述物镜组合或其他光学可视设备的焦距；
所述CPU处理单元与所述电动变焦组件相连，所述CPU处理单元将控制指令发送至所述电动变焦组件进行变焦的控制。
本发明的有益技术效果：
本发明射击训练智能管理系统，该系统能够实现功能如下：
(1)自动识别射击的弹着点并统计成绩；
(2)射击精度自动匹配射手，并且成绩可供查询；
(3)实现个体单枪成绩以及单次成绩的排名，单次成绩以每次射击完毕后提交的数据为一次进行统计；
(4)成绩排名信息大屏幕实时发布；
(5)现场射击过程影像可连接大屏幕显示；
(6)实现团体的方式进行统计分析，如班组的方式，实现团体之间的总成绩对比；
(7)实现针对单人和团体的成绩趋势分析，并以图表的形式显示。
(8)实现成绩数据的打印，该数据包括文本数据和趋势数据；
(9)实现远程控制更换靶纸，无需人工现场更换。
附图说明
图1.本发明分析方法流程框图；
图2.本发明实施例1中8连通链码；
图3.本发明实施例1中点阵图；
图4.本发明靶纸区域提取流程框图；
图5.本发明实施例2非极大值抑制示意图；
图6.本发明实施例2直角坐标系下的变换原始点示意图；
图7.本发明实施例2直角坐标系下通过原始点的任意4条直线示意图；
图8.本发明实施例2直角坐标系下通过原始点的任意4条直线在极坐标系下的表述示意图；
图9.本发明实施例2确定十字交叉线L1和L2与椭圆的交点示意图；
图10.本发明实施例2透视变换图示意图；
图11.本发明靶纸区域校正执行流程框图；
图12.本发明弹着点检测方法执行流程框图；
图13.本发明实施例1射击训练智能管理系统的整体示意图；
图14.本发明实施例1数据采集装置结构示意图；
图15.终端与采集主机直连模式的数据流图；
图16.终端与服务器互联的数据流图；
图17.移动终端在采集主机与服务器互联模式中的数据流图；
图18.服务器系统功能组成示意图。
图中：1.视场获取单元,2.外挂皮轨,3.外置按键,4.无线传输接口天线，5.蓝牙接口天线，6.三脚架接口,7.电池仓,8.光电转换板,9.CPU核心板,10.接口板,11.功能操作板,12.电动变焦组件，13.电池组件，14.旋转编码器,15.调焦旋钮，01.靶纸回收仓,02.靶纸旋转轴,03.当前使用靶纸区域,04.第一传动轴,05.第二传动轴,06.新靶纸仓,07.电机伺服机构,08.CPU处理单元,09.无线wifi单元,010.电池仓,011.电源管理单元,012.外部电源接口,013.传输天线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
如图13所示，一种射击训练智能管理系统，所述系统包括数据采集装置、操作终端和服务器，所述操作终端与所述数据采集装置和/或服务器连接；所述数据采集装置采集靶纸图像得到照片和录像，同时所述数据采集装置包括自动分析模块，所述自动分析模块靶纸图像中弹着点得出射击精度；所述服务器对照片、录像和射击精度进行管理；所述操作终端控制与所述数据采集装置和/或服务器两者或三者间的数据交换，同时所述操作终端对所述照片、录像和射击精度调用、显示。
数据采集装置通过光学成像的原理，将目标影像(靶纸)投影成像，内置光电转换单元将光学数据转换可计算的电子数据，分析计算出射击结果，数据采集装置和操作终端、高清显示屏幕联动，影像数据以及分析结果实时显示，同时数据采集装置和数据服务器联动，射击结果数据上传至服务器保存以及进一步的分析处理。
进一步地，在射击训练管理系统中，包括智能靶标，服务器通过网络远程控制智能靶标更换靶纸。服务器与智能靶标通过网络联动，射击结束后，可通过服务器操作进行远程更换射击靶纸，无需等待集中更换靶纸，方便快捷的进行下一轮射击训练，节约时间。
特殊的，射击训练智能管理系统中，数据采集装置不自带显示以及功能操作输入，在射击训练智能管理系统中，移动终端作为数据采集装置功能操作的输入接口设备以及输出显示设备。移动终端硬件平台采用成熟稳定的智能手机、智能终端、平板电脑作为载体，软件上设置专用APP作为人机交互，移动终端包括以下三种操作方式：
(1)与数据采集装置直连
该方式下，数据采集装置作为无线wifi热点，移动终端作为客户端接入wifi热点网络，实现与数据采集装置的直连模式。在直连模式下，数据采集装置与移动终端之间的传输距离控制在100米之内，移动终端直连采集主机，移动终端实时显示靶纸图像信息，并且和采集主机进行数据、指令的交互。其优点是：
1)终端实时获取图像显示；
2)终端控制拍照，录像的启停；
3)终端控制采集主机执行变焦，采集主机接收指令控制步进电机执行变焦；
4)终端配置wifi的信道；
5)终端控制启动和关闭热点功能；
6)终端控制采集主机启动自动识别功能；
7)下载成绩数据、照片、录像至本地。
终端与采集主机直连模式的数据流图如图15所示：
(2)与服务器互联
该方式下，移动终端与服务器处于同一无线网络中，移动终端与服务器互联时，可以进行身份注册、登录验证、查询个人的成绩信息，在身份注册时需要录入用户名、密码、头像照片等必要信息，在登录时，可以通过用户名密码的传统方式进行登录，也可以通过人脸识别的方式进行快速登录，登录成功后，可以传送移动终端本地的成绩数据、照片和录像至服务器。
其优点是：
1)信息注册；
2)登录，用户名密码方式登录或人脸识别的方式；
3)上传成绩数据、照片、录像；
4)查看个人成绩以及一段时间内的成绩趋势；
5)查看所在团体的成绩，以及一段时间内团体的成绩趋势。
终端与服务器互联的数据流图如图16所示：
(3)控制采集主机与服务器互联
由于数据采集装置没有操作的人机交互，其功能执行依靠移动终端的指令进行，实现该方式的具体步骤如下：
1)移动终端通过蓝牙或者wifi，将要接入的网络信息告知数据采集装置；
2)数据采集装置接收到指令数据后，解析指令数据，得到要接入网络的名称、用户名、密码等必须信息；
3)数据采集装置执行网络接入功能，通过蓝牙或者wifi向移动终端反馈网络连接结果；
4)移动终端分析判断数据采集装置是否接入成功，成功后则移动终端可以操作将采集主机中的成绩数据、照片、录像上传至服务器。
移动终端在采集主机与服务器互联模式中的数据流图如图17所示。
在射击训练智能管理系统中，服务器作为数据处理、交互、存储的最终场所，是实现射击训练成绩分析管理的重要部分，其包含如下功能：
1)射击精度管理
可按照时间、用户、团体等条件进行数据查询统计，并计算出该条件下的趋势曲线图，同时可进行数据导出、清空操作。
2)照片管理
对用户上传的照片进行分类，以用户为基本单位进行数据管理，可进行批量导出、删除操作，同时可进行本地预览。
3)录像管理
对用户上传的录像文件进行分类，以用户为基本单位进行录像数据的管理，可进行批量导出、删除操作，同时可进行本地预览。
4)智能靶标管理
智能靶标内置无线wifi模块，通过无线路由器接入服务器所在的网络环境中，服务器在线实时监测智能靶标的状态，通过定时发送心跳包的方式检测靶标在线或者离线，智能靶标接收到服务器的状态检测指令后，向服务器发送在线状态信息，服务器接收到在线状态信息后将该智能靶标标记为在线状态，若由于网络故障或者靶标故障，服务器检测指令无法送达靶标或者靶标状态无法反馈至服务器，则一段时间间隔后服务器判断靶标为离线状态。服务器上点击靶标区域可以查看靶标的基本信息，当靶标处于在线状态时，服务器可以远程控制其更换靶纸操作；服务器同时可以对靶标进行添加、删除以及修改配置操作。
5)数据打印
将按条件查询的结果打印输出，数据包括文本一起图表。
6)成绩排行发布
根据管理权限配置的排行条件以及排行榜数目，实时显示系统中满足条件的用户并自动进行排名。
7)用户管理
包含权限管理、用户信息管理、身份验证，权限管理分为普通权限和管理员权限，不同权限登录时，可操作的工作会自动匹配；用户信息管理包括用户信息的注册增加、信息修改以及删除用户；身份验证包括普通的用户名密码验证和动态人脸识别验证。
8)数据库备份
数据库备份功能，管理员权限下操作，数据库备份保证数据安全可恢复的同时可以降低服务器容量负担。
服务器系统功能组成如图18所示。
智能靶标
在射击训练管理系统中，服务器通过网络远程控制智能靶标更换靶纸，无需人工现场更换，本发明提供一种远程控制自动更换靶纸的智能靶标，其结构如图19所示。
所述智能靶标安装在平坦的地面之上，所述智能靶标包括：一外观结构，所述外观结构整体为可拆卸的结构体，所述外观结构内部为一带固定部件的容纳空间，所述带固定部件的容纳空间包括靶纸回收仓、靶纸旋转轴、传动轴、靶纸区域、新靶纸仓、电机伺服机构、CPU处理单元、无线wifi单元、传输天线、电池仓、电源管理及外部电源接口。
所述靶纸回收仓01为一空间区域，用于电机伺服机构07控制回收存放使用过的靶纸。
所述靶纸旋转轴02为内置于靶纸回收仓内的旋转轴，用于将回收的靶纸卷纸存放。
所述靶纸区域，为新靶纸悬挂区域，处理器控制电机伺服机构07将新靶纸悬挂于该区域，为射击使用。
所述第一传动轴04和第二传动轴05，用于连接电机伺服机构07和靶纸旋转轴02，是电机伺服机构07和靶纸旋转轴02之间的动作传动部件，用于带动靶纸旋转轴02旋转。
所述新靶纸仓06，存放未使用的新靶纸。
所述电机伺服机构07，用于控制靶纸的更换，电机伺服机构07通过接口与CPU处理单元08连接，CPU处理单元08控制电机伺服机构07的执行，带动传动轴04、05和靶纸旋转轴02转动，实现靶纸的更换。
所述CPU处理单元08，用于处理服务器的指令信息，控制电机伺服机构07的执行动作。CPU处理单元通过无线wifi单元09接收服务器的指令，执行控制动作，并将结果反馈至服务器。
所述无线wifi单元09与CPU处理单元08连接，负责接收服务器的信息以及向服务器发送数据，无线wifi单元09与传输天线013连接，实现信号的放大，增强传输的距离。
所述电池仓010内置锂电池组，作为智能靶标的备用电源，电池仓010与电源管理单元011连接，电源管理单元负责系统的供电。
所述电源管理单元011，与电池仓010、CPU处理单元08、无线wifi单元09、外部电源接口012连接，对CPU处理单元08和无线wifi单元09供电，当使用外部电源时，电源管理单元对电池仓010内置电池进行充电，当外部电源断开时，电源管理单元自动切换使用电池仓010对系统进行供电。
所述外部电源接口012，为市电输出接口。
进一步，为了更好的显示管理，本发明的管理系统还可包括影像投影显示屏、成绩发布显示屏、PC机终端、数据打印机、网络设备等。网络设备包括有线路由器、无线路由器、交换机、中继器等。
影像投影显示屏
采用成熟稳定的大显示屏幕，影像投影屏幕可以通过HDMI、AV等接口与采集主机直接互联，屏幕仅显示投影信息。
成绩发布显示屏
显示屏幕可以采用接口为网络或者HDMI、AV接口的显示屏幕，屏幕为网络接口时可以通过网络直接与服务器连接，若为非网络接口的屏幕，则通过HDMI、AV接口与PC终端进行连接，服务器将当前实时的成绩排行数据发布显示在屏幕上。
PC机终端
为了更方便用户的打印操作以及非网络大屏幕的显示，需要PC终端连接打印机和有线大屏幕进行控制显示。
数据打印机
采用网络、并口、USB接口等任意接口的打印机连接PC终端或者服务器，进行数据打印。
本发明的数据采集装置具有自动分析模块，自动分析模块采用自动图像分析方法分析射击精度。
本发明的数据采集装置结构如图14所示。
所述数据采集装置可方便地安装在固定三脚架之上，所述数据采集装置包括：一外观结构，所述外观结构整体为可拆卸的结构体，所述外观结构内部为一带固定部件的容纳空间，所述带固定部件的容纳空间包括视场单元、电动变焦组件、光电转换、CPU处理单元、显示单元、电源及无线传输单元。
所述视场获取单元1包括具有物镜组合或其他光学可视设备；所述物镜或光学可视设备安装在视场获取单元1前端，获取视场信息。
所述数据采集装置整体是一数字化装置，可与智能手机、智能终端或电路进行通信，并将视场获取单元1采集的视频信息发送至智能手机、智能终端或电路，通过智能手机、智能终端等装置将视场获取单元1信息进行显示。视场获取单元1中的视场信息通过光电转换电路进行转换，得到可供电子显示的视频信息。该电路包含光电转换板8，该光电转换电路将视场光学信号转换为电信号，所述光电转换板8位于视场获取单元1中后端，所述光电转换板8将光信号转换为电信号，同时对信号进行自动曝光、自动白平衡、降噪、锐化操作，提高信号质量，为成像提供高质量的数据。
所述光电转换电路后端连接着CPU核心板9，所述CPU核心板9后端连接接口板10，具体为CPU核心板9通过串口与接口板10的串口实现连接，所述CPU核心板9置于所述接口板10与所述光电转换板8之间，三者平行放置，板面均垂直于视场获取单元1，所述光电转换板8通过并行数据接口，将转换后的视频信号传输至CPU核心板9进一步的处理，所述接口板10通过串口与CPU核心板9进行通信，将电池电量、时间、WIFI信号强度、按键操作、旋钮操作等外围操作信息传输至CPU核心板9进一步处理。
所述CPU核心板9可通过接口板10连接一内存卡，在本发明实施例中，以视场获取单元1为观测入口方向，所述CPU核心板9左侧位置处设置内存卡槽，所述内存卡插接在内存卡槽中，所述内存卡内可存储信息，所述内存卡可对系统内置的软件程序进行自动升级。
以视场获取单元1为观测入口方向，在所述CPU核心板9左侧内存卡槽边侧还设置有一USB接口，通过所述USB接口可对系统进行外接电源供电或将CPU核心板9的信息输出。
以视场获取单元1为观测入口方向，在所述CPU核心板9左侧内存卡槽和USB接口边侧，还设置有一HDMI接口，通过所述HDMI接口可将实时视频信息传输至HDMI接口的高清显示设备进行显示。
所述壳体内还设有一电池仓7，所述电池仓内设有一电池组件13，所述电池仓7内设置有弹片，便于所述电池组件13的紧固，所述电池仓7设置在壳体内中部，通过壳体侧边可打开电池仓盖实现更换电池组件13。
所述电池仓7底侧设有线路焊接触点，该触点和电池仓内部的弹片连接，所述电池仓7的触点焊接带接线端子的导线，连接接口板10，对接口板10、CPU核心板9、光电转换板8、功能操作板11、电动变焦组件12进行供电。
所示电动变焦组件12为步进电机控制单元，所述步进电机控制单元与接口板10连接，从而与CPU核心板9进行通信，CPU核心板将控制指令发送至变焦组件12进行变焦的控制。
所述壳体顶部设有外置按键3，所述外置按键3通过壳体内侧的功能操作板11连接在接口板10上，通过触按所述外置按键可实现开关设备和拍照、录像的功能。
所述壳体顶部靠近所述外置按键3一侧设有带按键功能的旋转编码器14，所述旋转编码器14在所述壳体内部连接功能操作板11。所述旋转编码器控制功能切换、调整倍率数据、设置信息、操作导出、传输等功能。
所述壳体顶部靠近所述旋转编码器14处设置无线传输接口天线4，所述接口天线在所述壳体内部连接功能操作板11，功能操作板上有无线传输处理电路，负责传输CPU核心板发出的指令和数据，以及接收外部移动终端等联网设备发出的指令。
所述壳体顶部靠近无线传输接口天线4位置设置蓝牙接口天线5，所述蓝牙接口天线在所述壳体内部链接功能操作板11，功能操作板11上有蓝牙传输处理电路，负责传输CPU核心板发出的指令和数据，以及接收外部移动终端等联网设备发出的指令。
以视场获取单元1为观测入口方向，所述壳体右侧靠近所述视场获取单元1一侧设有调焦旋钮15，所述调焦旋钮15通过弹簧机构调节视场获取单元1的对焦，达到不同距离和不同倍率下下清晰观察物体的目的。
所述壳体的底部设有三脚架接口6，用于固定在三角架之上。
所述壳体视场获取单元1的顶部设有外挂皮轨2，外挂皮轨2与视场获取单元1采用同光轴设计，通过螺丝紧固；外挂皮轨2采用标准尺寸设计，可以安装固定有标准皮卡汀尼连接器的物件，所述物件包括激光测距仪、补光灯、激光笔等。
应用上述数据采集装置，通过光电转换电路，直接以图像视频的形式显示在移动终端或者影像投影显示屏上显示；通过电动变焦和电子放大结合的方式，将远处的物体放大显示，通过移动终端屏幕或者影像投影显示屏幕，能够清晰的完整的看清楚靶面信息。
应用上述数据采集装置，无需人工进行数据判读，通过图像识别和模式识别相关技术，自动过滤旧的弹着点，保留新增弹着点信息，并且自动计算出本次射击时每一颗子弹距离靶心的具体偏差值和偏差方向；射击的精度信息可以上传服务器保存数据库，数据库中的数据可以进行本地预览，根据日期时间对自己的一段时间内的射击进行自我评估。
应用上述数据采集装置，可以将整个过程完整的进行录像记录，该录像记录可以作为爱好者之间的分享录像，该录像通过互联网上传至服务器平台以及移动终端，供使用者回放整个射击过程。
应用上述数据采集装置，可以通过网络和移动终端进行联动，联动方式包括观靶镜作为热点，移动设备进行连接，同时还包括观靶镜和移动设备接入同一个无线网络进行连接。
应用上述数据采集装置，可以通过有线传输，将实时影像数据输出至高清大尺寸液晶显示电视或者电视墙，能够使得在某一区域中所有的人同时现场观看。
上述实施例同时提供一种自动分析模块自动分析射击精度的分析方法，所述分析方法包括以下步骤：
(1)光电转换：将数据采集装置得到的光学图像转换为电子图像；
(2)靶纸区域提取：从所述电子图像中提取出靶纸区域；
从全局图像中提取感兴趣的目标靶纸区域，同时消除复杂背景环境信息的干扰。靶纸区域提取方法是基于自适应阈值分割的目标检测方法，该检测方法阈值确定速度快，对各种复杂情况的表现较好，分割质量有保障。该检测方法采用最大化类间方差的思想，设定t为前景与背景的分割阈值，前景点数占图像比例为w0，平均灰度为u0；背景点数占图像比例为w1，平均灰度为u1，设定u为图像的总平均灰度，则
u＝w0*u0+w1*u1；
从最小灰度值到最大灰度值遍历t，当t取值使得
g＝w0*(u0-u)2+w1*(u1-u)2；的值为最大时，t即为分割的最佳阈值。
所述靶纸区域提取方法执行流程如图4，所述靶纸区域提取方法包含图像均值滤波、otsu大津阈值法确定分割阈值、阈值分割确定候选区域、轮廓跟踪算法确定并截取最小轮廓四个步骤。
21)图像均值滤波
对图像进行大尺度的均值滤波，消除靶纸上的网格干扰，突出圆形靶纸区域。以尺寸为41*41的样本为例，计算方法如下：
Figure GDA0003244090750000131
其中，g(x,y)表示滤波后图像，x为样本的中心点在图像上对应点的横坐标，y为样本的中心点在图像上对应点的纵坐标，i为相对于x的-20到20之间的像素点横坐标索引值，j为相对于y的-20到20之间的像素点纵坐标索引值。
22)otsu大津阈值法确定分割阈值
阈值分割使用自适应大津阈值分割法(OTSU)，按照图像的灰度特性，将图像分成背景和前景。背景与前景之间的方差越大，说明两部分图像之间的差别越大。因此，对于图像I(x,y)，设定前景和背景的分割阈值为Th，属于前景的像素点占整幅图像的比例为w2，其平均灰度为G1，背景像素点占整幅图像的比例为w3，其平均灰度为G2，图像的总的平均灰度为G_Ave，类间方差为g，图像的大小为M*N，图像中小于阈值的像素的个数为N1，像素灰度值大于阈值的个数记为N2，则：
Figure GDA0003244090750000141
Figure GDA0003244090750000142
M*N＝N1+N2；
w2+w3＝1；
G_Ave＝w2*G1+w3*G2；
g＝w2*(G_Ave-G1)2+w3*(G_Ave-G2)2；
得到的等价公式：
g＝w2*w3*(G1-G2)2；
采用遍历法就可以得到是类间方差g最大时的分割阈值Th。
23)结合确定的阈值分割阈值Th对滤波后的图像进行分割
Figure GDA0003244090750000143
得到分成前景和背景的二值图像。
24)轮廓跟踪算法确定并截取最小轮廓
轮廓跟踪采用Freeman链码的矢量跟踪方法，该方法是一种用曲线起始点的坐标和边界点方向代码来描述曲线或边界的方法。该方法是一种边界的编码表示法，用边界方向作为编码依据，为了简化边界的描述，采用边界点集的描述方法。
常用的链码按照中心像素点邻接方向个数的不同，分为4连通链码和8连通链码。4连通链码的邻接点有4个，分别在中心点的上、下、左和右。8连通链码比4连通链码增加了4个斜45°方向，因为任意一个像素周围均有8个邻接点，而8连通链码正好与像素点的实际情况相符，能够准确地描述中心像素点与其邻接点的信息。因此，本算法采用的是8连通链码，如图2所示。
8连通链码分布表如表1所示：
表1 8连通链码分布表
3 2 1
4 P 0
5 6 7
；
如图3所示,给出一个9×9的点阵图,其中一条线段,S为起始点,E为终点,此线段可表示为L＝43322100000066。
结合自定义结构体自定义FreemanList结构
Figure GDA0003244090750000144
判断链码结构头尾是否为一点，从而判断是否为完整轮廓。
得到靶纸区域图像并存储靶纸区域图像。
(3)检测弹着点：
所述弹着点检测方法，是基于背景减除的弹着点检测方法。所述该方法从靶纸区域图像中检测弹着点，并确定其中心点位置。该方法保存前一次的靶面图形，再利用当前靶面图形与前一次的靶面图形进行像素级减法，由于在对图像进行透视校正计算过程中两帧图像可能存在像素偏差，采用降采样法以2个像素为步长，统计2*2的像素区域内以最小灰度值为该像素灰度值，对该降采样后的灰度图进行计算，得出灰度大于0的区域，对该区域进行轮廓检测，得到新产生的弹着点图形信息。
所述弹着点检测方法，利用前后像素级减法进行比较，处理速度快，能够保证返回新产生的弹着点位置。
所述弹着点检测方法执行如下：
31)存储原靶纸图像
将原靶纸图像数据存储，并读取缓存中，作为参考目标靶纸图像。若射击时针对的是已经进行过精度计算的靶子的再次射击，则将上次精度计算时存储的靶纸区域作为参考目标靶纸图像。
32)将经过上述(1)-(2)步骤处理后的图像与原靶纸图像进行像素级减法，得到差异位置。
设定前后帧图像的像素差阈值threshold，当像素差超过阈值时，设定结果为255，当像素差低于阈值时，设定结果为0。
Figure GDA0003244090750000151
具体threshold值可通过调试得到，设定范围一般情况下在100～160。
33)对上述步骤32)产生的图像进行轮廓跟踪得到弹着点轮廓，并计算弹着点的中心点
Freeman链码进行轮廓跟踪计算均值得到弹着点中心点，其计算公式如下：
Figure GDA0003244090750000152
Figure GDA0003244090750000153
Centerxi表示第i个弹着点的中心x轴坐标，Centeryi表示第i个弹着点的中心y轴坐标，Freemanlisti表示第i个弹着点的的轮廓；n为正整数。
所述弹着点检测方法执行流程如图12：
(4)偏差计算：
检测出弹着点与靶纸中心的横向、纵向偏差，得到偏差集合。
将所述靶纸区域和电子参考靶纸进行像素级减法检测出弹着点，计算各弹着点的中心点，根据各弹着点中心点与靶纸区域中心点的偏差确定射击精度。
实施例2
该实施例与实施例1基本相同，其区别在于，在提取靶纸区域后包括靶纸区域校正步骤。
靶纸区域校正：
由于靶纸的粘贴以及获取图像时数据采集装置和靶纸出现角度偏差，则提取的靶纸有效区域会出现倾斜状态使得获得的图像非圆形。为了保证计算得到的弹着点偏差值具有较高精度，对靶纸图像进行透视校正，将靶纸图像外轮廓校正为规则的圆形。靶纸区域校正方法，是基于椭圆端点的靶纸图像校正方法，所述方法用Canny算子得到图像的边缘。由于靶纸图像几乎占据了整幅图像，在参数变化范围小的情况下，利用Hough变换进行最大椭圆轮廓拟合，得到最大椭圆方程。靶纸图像存在十字交叉线，并且与椭圆存在若干个交点，这些交点在标准图中分别对应于最大椭圆轮廓最上，最下，最右，最左点。利用Hough变换进行十字交叉线的直线拟合。在输入的子图像中，得出十字交叉与椭圆的交点集合，与模板的相同位置的点集合一起计算透视变换矩阵。
所述靶纸区域校正方法，利用Hough变换可以快速得到最外层椭圆轮廓参数。同时，在极坐标下的Hough变换直线检测算法也能快速得到直线参数，因此，该方法能够快速的校正靶纸区域。
所述靶纸区域校正方法执行如下：51)利用Canny算子进行边缘检测
该方法包含RGB转灰度图、高斯滤波抑制噪声、一阶偏导计算梯度、非极大值抑制、双阈值方法检测和连接边缘五个部分。
RGB转灰度图
通过RGB与灰度的转换比例进行灰度转换，将RGB图像转换为灰度图(将以R、G、B三原色转换为灰度值Gray)，执行如下：
Gray＝0.299R+0.587G+0.114B；
对图像进行高斯滤波
转换后的灰度图经过高斯滤波，抑制转后的图像的噪声，设定σ为标准差，根据高斯损失最小原理，此时设定模板的尺寸为(3*σ+1)*(3σ+1)，设定x为偏离模板中心点的横向坐标，y为偏离模板中心的纵向坐标，K为高斯滤
波模板的权值，执行如下：
Figure GDA0003244090750000161
用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向
卷积算子：
Figure GDA0003244090750000162
Figure GDA0003244090750000163
梯度的计算：
P[i,j]＝(f[i,j+1]-f[i,j]+f[i+1,j+1]-f[i+1,j])/2；
Q[i,j]＝(f[i,j]-f[i+1,j]+f[i,j+1]-f[i+1,j+1])/2；
Figure GDA0003244090750000164
θ[i,j]＝tan-1(Q[i,j]/P[i,j])。
非极大值抑制
该方法是指寻找像素点局部最大值，将非极大值点所对应的灰度值置为0，从而剔除大部分非边缘的点。
根据图5可知，要进行非极大值抑制，就首先要确定像素点C的灰度值在其
8值邻域内是否为最大。图5中线条
Figure GDA0003244090750000165
方向为C点的梯度方向，这样就可以确定其局部的最大值肯定分布在这条线上，即除了C点外，梯度方向的交点dTmp1和dTmp2这两个点的值也可能会是局部最大值。因此，判断C点灰度与这两个点灰度大小即可判断C点是否为其邻域内的局部最大灰度点。如果C点灰度值小于这两个点中的任一个，那就说明C点不是局部极大值，则可以排除C点为边缘。
双阈值算法检测和连接边缘
采用双阈值法进一步减少非边缘数量。设定低阈值参数Lthreshold和高阈值参数Hthreshold，二者组成比较条件，将高阈值以及高阈值以上的数值统一变换成255数值保存，介于低阈值和高阈值之间的数值变换成为128数值存储，其他数值认定为非边缘数据以0替代。
Figure GDA0003244090750000171
再次利用Freeman链码进行边缘跟踪，滤出长度小的边缘点。
52)利用极坐标下Hough变换拟合十字交叉线，得到直线方程
霍夫变换是图像处理中的一个检测直线圆简单几何形状的方法。对于一条直线，利用直角坐标系可以表示成y＝kx+b，则该直线上任意的一点(x,y)变换到k-b空间之中便是一个点，换而言之，图像空间中直线上所有的非零像素变换到k-b参数空间之中则为一个点。因此，参数空间之中的一个局部峰值点就可以对应着原图像空间之中的一条直线。由于斜率存在着无穷大值或者无穷小值，因此利用极坐标空间进行直线的检测。在极坐标系中，直线
可以表述成以下形式：
ρ＝x*cosθ+y*sinθ；
有上述公式，结合图6-8可知，参数ρ为坐标原点到直线的距离，每一组参数ρ和θ将唯一确定了一条直线，只需要在参数空间中以局部最大值为搜索条件，则可以获取该局部最大值对应的直线参数集合。
得到相应的直线参数集合以后，使用非极大值抑制，保留最大值的参数。
53)计算十字交叉线与椭圆的4个交点
L1，L2直线方程已知，只需在直线方向上搜索与椭圆外轮廓的交点，得到4个交点坐标(a，b)、(c，d)、(e，f)、(g，h)，如图9所示。
54)计算透视变换矩阵参数，进行图像校正
利用该4个交点与模板定义的4个点的坐标形成4个点对，对靶纸区域进行透视校正
透视变换是将图像投影到一个新的视平面，通用的变换公式：
Figure GDA0003244090750000172
u,v是原始图像的坐标，对应到变换后的图像的坐标xˊ，yˊ；为了构成三维矩阵添加辅助因素w、wˊ，w取1，wˊ为w变换后的值。其中
x′＝x/w；
y′＝y/w；
以上公式可以等价于：
Figure GDA0003244090750000181
Figure GDA0003244090750000182
因此给定透视变换对应的四个点坐标，就可以求得透视变换矩阵。在求得透视变换矩阵之后就可以对图像或者像素点完成透视变换。如图10所示：为了方便计算，我们对上式进行了简化，设定(a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8)为透视变换的8个参数，上述公式等价为：
Figure GDA0003244090750000183
Figure GDA0003244090750000184
其中，(x,y)为待校准图坐标，(x′,y′)表示校准后的图坐标，即模板图坐标。上述公式等价为：
a1*x+a2*y+a3-a7*x*x′-a8*y*x′-x′＝0；
a4*x+a5*y+a6-a7*x*y′-a8*y*y′-y′＝0；
将上述公式转换成矩阵形式：
Figure GDA0003244090750000185
由于有8个参数，1个点有2个方程对，因此，只需要4个点对就能够求解出相应的8个参数。设定(xi,yi)为待校准图像的像素点坐标，(x′i,y′i)为模板图的像素点坐标，i＝{1,2,3,4}。因此矩阵形式可形式可转换成：
Figure GDA0003244090750000186
令
Figure GDA0003244090750000191
Figure GDA0003244090750000192
Figure GDA0003244090750000193
上述公式为
AX＝b；
解非齐次方程，得到解为：
X＝A-1b；
得到校正后的靶纸区域，同时将该校正后靶纸区域存储，后续弹道点检测时应用校正后靶纸区域图像。

Claims (8)

1.一种射击训练智能管理系统，其特征在于，所述系统包括数据采集装置、操作终端和服务器，所述操作终端与所述数据采集装置和/或服务器连接；
所述数据采集装置，用于采集靶标上的靶纸图像得到照片和录像，同时所述数据采集装置包括自动分析模块，所述自动分析模块从靶纸图像中的弹着点分析得出射击精度；
所述服务器，用于对照片、录像和射击精度进行管理；
所述操作终端，控制与所述数据采集装置和/或服务器间进行数据交换，对所述照片、录像和射击精度调用、显示；
所述自动分析模块为将数据采集装置捕获的光学图像转换为电子图像，从所述电子图像中提取出靶纸区域，所述靶纸区域和电子参考靶纸进行像素级减法检测出弹着点，计算各弹着点的中心点，根据各弹着点中心点与靶纸区域中心点的偏差确定射击精度；
提取靶纸区域后对靶纸区域进行透视校正将所述靶纸区域的外轮廓校正为圆形,并用透视校正后的靶纸区域来进行弹着点检测；
从所述电子图像中提取出靶纸区域具体为：对所述电子图像进行大尺度的均值滤波，消除靶纸上的网格干扰，使用自适应大津阈值分割法，按照所述电子图像的灰度特性，将所述电子图像分成背景和前景，依据分为前景和背景的图像采用Freeman链码的矢量跟踪方法和几何特征确定最小轮廓得到靶纸区域；
将所述靶纸区域和电子参考靶纸进行像素级减法检测出弹着点具体为：将所述靶纸区域和电子参考靶纸进行像素级减法，得到所述靶纸区域和所述电子参考靶纸的像素差图像；
所述像素差图像中设定前后帧图像的像素差阈值threshold，当像素差超过阈值时，设定结果为255，当像素差低于阈值时，设定结果为0；
对所述像素差图像进行轮廓跟踪得到弹着点轮廓并计算轮廓中心得到弹着点的中心点。
2.如权利要求1所述一种射击训练智能管理系统，其特征在于，所述电子参考靶纸为空白靶纸的电子图像或历史分析时提取的靶纸区域；
所述偏差包括纵向偏差和横向偏差。
3.如权利要求1所述一种射击训练智能管理系统，其特征在于，所述操作终端与数据采集装置的连接方式：将数据采集装置作为无线wifi热点，操作终端作为客户端接入wifi热点网络，实现操作终端与数据采集装置的连接，操作终端获得数据采集装置的采集的照片、录像原始数据及数据采集装置分析得到的射击精度；
所述操作终端实时显示数据采集装置采集的靶纸图像信息、控制数据采集装置采集的启停、控制数据采集装置的自动分析模块的启动、控制启动和关闭wifi热点；
所述操作终端与服务器的连接为：操作终端与服务器处于同一无线网络中实现所述操作终端与服务器的连接；
在操作终端经过验证后可将操作终端本地的射击精度、照片和录像传输至服务器；
操作终端、数据采集装置与服务器三者互联具体为：
1)操作终端通过蓝牙或者wifi，将要接入的网络信息告知数据采集装置；
2)数据采集装置接收到指令数据后，解析该指令数据，得到要接入网络的名称、用户名、密码；
3)数据采集装置执行网络接入功能，通过蓝牙或者wifi向操作终端反馈网络连接结果；
4)操作终端分析判断所述数据采集装置是否接入成功，成功后则实现操作终端、数据采集装置与服务器三者互联。
4.如权利要求1所述一种射击训练智能管理系统，其特征在于，所述靶标为智能靶标，所述服务器通过网络远程控制智能靶标更换靶纸；
所述智能靶标包括一外观结构，所述外观结构内部包括靶纸回收仓、靶纸旋转轴、传动轴、靶纸区域、新靶纸仓、电机伺服机构、CPU处理单元、无线wifi单元；
所述CPU处理单元通过所述无线wifi单元接收所述服务器的指令，所述CPU处理单元处理所述服务器的指令信息，控制电机伺服机构的执行动作，所述电机伺服机构通过所述传动轴与所述靶纸旋转轴连接，所述电机伺服机构带动所述传动轴和所述靶纸旋转轴转动，实现靶纸在新靶纸仓、靶纸区域和靶纸回收仓间的更换。
5.如权利要求3或4所述一种射击训练智能管理系统，其特征在于，所述服务器对所述射击精度、照片、录像分别进行管理；
所述服务器将照片、录像按照上传的用户基本单位进行分类管理；
所述服务器将射击精度按照时间、用户、团体条件进行数据查询统计，并计算出该条件下的趋势曲线图。
6.如权利要求1所述一种射击训练智能管理系统，其特征在于，所述管理系统还可包括影像投影显示屏、成绩发布显示屏、PC机终端、数据打印机、网络设备；
网络设备包括有线路由器、无线路由器、交换机、中继器；
所述影像投影显示屏：通过HDMI、AV接口与采集主机直接互联，屏幕仅显示投影信息；
所述成绩发布显示屏的接口为网络或者HDMI、AV接口，通过网络接口直接与所述服务器连接，或通过HDMI、AV接口与PC终端进行连接，服务器将当前实时的射击精度排行数据发布显示在所述成绩发布显示屏上；
所述数据打印机采用网络、并口、USB接口连接服务器，进行数据打印；
所述PC机终端与所述数据打印机和所述成绩发布显示屏相连，控制所述数据打印机的打印和所述成绩发布显示屏的显示。
7.如权利要求1所述一种射击训练智能管理系统，其特征在于，所述数据采集装置包括一外观结构，所述外观结构整体为可拆卸的结构体，所述外观结构内部包括视场获取单元、电动变焦组件、光电转换电路、CPU处理单元、自动分析模块；
所述视场获取单元，包括具有物镜组合；所述物镜组合安装在视场获取单元的前端，获取视场信息；
所述光电转换电路，用于将所述视场信息转换为可供电子单元显示的电子信息；
所述CPU处理单元，与所述光电转换电路相连，用于对所述电子信息进行处理；
所述自动分析模块，用于对所述电子信息进行分析得到射击精度；
所述电动变焦组件，用于改变所述物镜组合的焦距；
所述CPU处理单元与所述电动变焦组件相连，所述CPU处理单元将控制指令发送至所述电动变焦组件进行变焦的控制。
8.如权利要求1所述一种射击训练智能管理系统，其特征在于，所述透视校正具体为：用Canny算子得到所述靶纸区域的边缘，对所述边缘利用Hough变换进行最大椭圆轮廓拟合，得到最大椭圆方程，利用Hough变换对所述边缘进行十字交叉线的直线拟合，得到与最大椭圆轮廓的最上点、最下点、最右点、最左点的交叉点，将最大椭圆轮廓的最上点、最下点、最右点、最左点与透视变换模板中相同位置的四个点结合计算得到透视变换矩阵，利用透视变换矩阵对所述靶纸区域进行透视变换。
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