CN110207547A - 一种基于图像识别的射击自动报靶系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于自动报靶系统技术领域，提供了一种基于图像识别的射击自动报靶系统及其使用方法，包括摄像头、录音设备、控制器、显示屏，所述摄像头连接所述控制器，所述摄像头用于分别采集未射击前的射击靶照片和射击完成后的射击靶照片，所述录音设备连接所述控制器，所述录音设备用于采集射击的枪声，所述控制器用于处理未射击前的射击靶照片和射击完成后的射击靶照片以输出射击成绩，所述显示屏连接所述控制器，所述显示屏用于显示射击成绩，控制器根据射击的枪声出现的次数得出射击次数，然后根据射击次数及射击靶照片上的弹孔得出射击成绩，本发明具有适用范围广、使用方便的特点。

Description

一种基于图像识别的射击自动报靶系统及其使用方法

技术领域

本发明属于自动报靶系统的领域，尤其涉及一种基于图像识别的射击自动报靶系统及其使用方法。

背景技术

目前自动报靶系统实现原理有基于图像处理的、激光坐标、电容、超声波传感器的。主要用于枪械设计领域。我国设计训练器材的性能情况还很落后，大多数都是人工报靶，只有少数是自动报靶系统。其中原因有二点：第一是自动报靶系统的科技含量高，成本相对较高；二是少数模拟训练系统，只能去自己模拟训练，不能进行实弹射击，训练的质量还难以保证，因此，射击训练器材开发的重心应该放在真正使用的自动报靶系统上。当前自动报靶系统技术还不够成熟，系统环境的适应性差、性能单一，不能满足射击训练需求。

发明内容

本发明提供一种基于图像识别的射击自动报靶系统及其使用方法，旨在解决系统环境的适应性差的问题。

本发明是这样实现的，一种基于图像识别的射击自动报靶系统，包括摄像头、录音设备、控制器、显示屏；

所述摄像头连接所述控制器，所述摄像头用于分别采集未射击前的射击靶照片和射击完成后的射击靶照片；

所述录音设备连接所述控制器，所述录音设备用于采集射击的枪声，所述控制器根据所述录音设备检测的枪声的次数，当所述录音设备检测的枪声的次数达到一个预设的次数时，所述控制器控制所述摄像头采集射击完成后的射击靶照片；

所述控制器用于处理未射击前的射击靶照片，检测出靶心和靶环；所述控制器还用于处理射击完成后的射击靶照片，检测出弹孔的数量和位置，并且根据弹孔在射击靶上的位置计算射击成绩；

所述显示屏连接所述控制器，所述显示屏用于显示所述控制器输出的射击成绩。

本发明还提供优选的，所述控制器处理未射击前的射击靶照片具体为：

所述控制器根据改进的霍夫梯度变换检测射击靶上的靶心所在的圆心和靶环所在的同心圆：先进行边缘检测，然后通过对边缘像素点的梯度线经过的点进行累积投票，票数最多的点就是同心圆的圆心，即靶心；再计算边缘像素点与圆心之间的距离，如果距离圆心相同的像素点的数量与这个距离之比大于一个预设的阈值，则认为检测到了一个同心圆，而这个距离就是同心圆的半径，每一个所述同心圆的圆周为一个靶环。

本发明还提供优选的，所述控制器处理射击完成后的射击照片具体为：

所述控制器根据将射击完成后的射击照片与射击前的射击靶照片相减以获得弹孔图像，对弹孔图像进行二值化处理后，再应用数学形态学中的开运算和闭运算进行滤波处理，最后根据经典霍夫梯度变换检测出圆形弹孔及弹孔在射击靶上的位置。

本发明还提供优选的，所述控制器根据所述录音设备采集的枪声次数控制所述摄像头采集图像，当所述枪声次数等于一个预设的射击次数时，控制器控制所述摄像头采集射击完成后的射击靶照片。

本发明还提供优选的，所述控制器根据所述录音设备检测的枪声的分贝值判断射击的次数，当所述枪声的分贝值高于一个预设的分贝值时则累计一次射击次数。

本发明还提供优选的，所述预设的分贝值为80分贝。

本发明还提供优选的，所述控制器还用于手动设置射击完成。

本发明还提供优选的，所述显示屏采用触控屏。

本发明还提供优选的，所述自动报靶系统还包括可调光源，所述可调光源连接所述控制器，所述可调光源用于提供照明，所述控制器用于调节所述可调光源的亮度；

所述控制器连接一个亮度传感器，所述亮度传感器用于检测光照亮度，所述控制器根据所述亮度传感器检测的光照亮度控制所述可调光源的照明亮度，当所述亮度传感器检测的光照亮度低于一个预设的亮度值时，所述控制器控制所述光照模块增加亮度。

本发明还提供一种基于图像识别的射击自动报靶系统的使用方法，其适用于上述任意一种基于图像识别的射击自动报靶系统，所述使用方法包括以下步骤：

所述摄像头采集未射击前的射击靶照片；

所述控制器根据所述未射击前的射击靶照片检测出射击靶的靶心和靶环；

射击者射击完成后，所述摄像头采集射击完成后的射击靶照片；

所述控制器根据所述射击完成后的射击靶照片检测出弹孔的数量和位置，并且根据弹孔在射击靶上的位置计算射击成绩；

所述控制器将射击成绩输出到显示屏进行显示。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种基于图像识别的射击自动报靶系统及其使用方法，通过设置摄像头，能够通过摄像头采集未射击前的射击靶照片和射击完成后的射击靶照片，通过设置控制器，能够通过控制器处理摄像头所采集的图像，从而检测出弹孔在射击靶的靶环上的位置以通过计算获得射击成绩，通过设置录音设备，录音设备根据射击的枪声检测射击的次数，从而能够自动统计射击次数，使用者能够预先设置预设次数，从而在射击次数达到预设次数时，控制器自动控制摄像头进行图像采集，操作方便，实用性强。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的待射击的射击靶的示意图。

图3为本发明的控制器检测的靶心和靶环的示意图。

图4为本发明的射击完成后的射击靶的示意图。

图5为本发明的控制器检测的弹孔的示意图。

图6为本发明的控制器检测的弹孔在靶环上的位置的示意图。

图中：1-摄像头、2-录音设备、3-控制器、4-显示屏、5-可调光源。

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说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于图像识别的射击自动报靶系统，包括摄像头1、录音设备2、控制器3、显示屏4、可调光源5；

摄像头1连接控制器3，摄像头1用于采集未射击前的射击靶照片和射击完成后的射击靶照片，在进行射击前，射击者手动通过控制器3控制摄像头1进行第一次图像采集并储存，即采集未射击前的射击靶照片，在射击完成后，摄像头1通过控制器3自动或手动进行第二次图像采集，即采集射击完成后的射击靶照片并储存。

录音设备2连接控制器3，录音设备2用于采集射击的枪声，控制器3根据采集到的声音分贝值判断射击的次数，手枪的声强一般为80分贝至110分贝，优选的，在本实施例中，将用于判定枪声的分贝值设置为80分贝，当枪声高于80分贝时，则累计一次射击次数，控制器3根据高于80分贝的声音出现的次数来统计射击的次数并储存。

控制器3用于处理未射击前的射击靶照片和射击完成后的射击靶照片以输出射击成绩，控制器3根据录音设备2采集的枪声次数控制摄像头1采集图像，当枪声次数等于一个预设的射击次数时，控制器3控制摄像头1采集射击完成后的射击靶照片，控制器3处理未射击前的射击靶照片，检测出靶心和靶环，处理射击完成后的射击靶照片，检测出弹孔的数量和位置，并且根据弹孔在靶环的位置计算成绩，控制器3处理未射击前的射击靶照片和射击完成后的射击靶照片的方式是霍夫变换。

霍夫变换是一种特征检测算法，被广泛应用在图像分析、电脑视觉以及数位影像处理中。霍夫变换是用来辨别找出物件中的特征，它的流程大致如下，给定一个物件、要辨别的形状的种类，算法会在参数空间中执行投票来决定物体的形状，而这是由累加空间里的局部最大值来决定，利用霍夫梯度变换可以实时检测出圆图形。在本实施方式中：请参阅图2-图6，第一次用到的改进的霍夫梯度变换本质上检测的是同心圆，实现的过程是：控制器3根据霍夫梯度变换检测射击靶上的靶心6所在的圆心和靶环7所在的同心圆：先进行边缘检测，然后通过对边缘像素点的梯度线经过的点进行累积投票，票数最多的点就是同心圆的圆心，即靶心6；再计算边缘像素点与圆心之间的距离，如果距离圆心相同的像素点的数量与这个距离之比大于一个预设的阈值，则认为检测到了一个同心圆，而这个距离就是同心圆的半径，每一个同心圆的圆周为一个靶环7，第二次用到的经典霍夫梯度变换只是简单的检测一个图形，控制器3根据将射击完成后的射击照片与射击前的射击靶照片相减以获得弹孔图像，对弹孔图像进行二值化处理后，再应用数学形态学中的开运算和闭运算进行滤波处理，根据霍夫梯度变换检测出圆形弹孔及弹孔在射击靶上的位置。

其中，控制器3对如图2所示的待射击的射击靶照片进行检测，并检测出靶心和靶环，检测出后的靶心6和靶环7如图3所示，射击完成后的射击靶照片如图4所示，控制器3检测射击完成后的射击靶照片并检测出弹孔8的位置，检测出的弹孔8的位置如图5所示，再根据弹孔8在靶环7上的位置计算成绩，如图6所示。

显示屏4连接控制器3，显示屏4用于显示射击成绩，显示屏4内设置有触控模块，射击者能够通过触摸显示屏进行手动打开摄像头1进行第一次图像采集，即拍摄未射击前的射击靶照片，在射击完成后或者射击者想要提前结束射击时，射击者能够通过手动结束射击，即在触摸显示屏上进行控制。

可调光源5连接控制器3，可调光源5用于提供光照，可调光源5采用亮度可调的LED灯，可调光源5还连接一个亮度传感器，亮度传感器信号连接手机内的控制器3，可调光源5采用可调光源，且可调光源5信号连接控制器3，亮度传感器用于检测射击靶场的光照亮度，当光照亮度低于一个预设的亮度时，控制器3控制可调光源5增加亮度以进行补光，从而避免摄像头1在进行图像采集时的图像不清晰，使用更方便，在场地光线较弱时能够保持本发明的自动报靶的检测准确度。

本发明还提供一种基于图像识别的射击自动报靶系统的使用方法，包括以下步骤：

所述摄像头1采集未射击前的射击靶照片。

所述控制器3根据所述未射击前的射击靶照片检测出射击靶的靶心和靶环。

射击者射击完成后，所述摄像头1采集射击完成后的射击靶照片。

所述控制器3根据所述射击完成后的射击靶照片检测出弹孔的数量和位置，并且根据弹孔在射击靶上的位置计算射击成绩。

所述控制器3将射击成绩输出到显示屏4进行显示。

本发明的一种基于图像识别的射击自动报靶系统，在安装完成后，射击者手动通过操作显示屏4让控制器3对摄像头1进行第一次图像采集并储存，即采集未射击前的射击靶照片，录音设备2采集射击的枪声，录音设备2根据枪声的分贝值判断射击的次数，当枪声高于80分贝时则累计一次射击次数，当枪声次数等于一个预设的的射击次数时，控制器3控制摄像头1采集射击完成后的射击靶照片，另外，使用者也可以手动提前完成射击，此时控制器3也会控制摄像头1采集射击完成后的射击靶照片，即进行第二次图像采集，控制器3处理未射击前的射击靶照片，检测出靶心和靶环，处理射击完成后的射击靶照片，检测出弹孔的数量和位置，并且根据弹孔在靶环的位置计算成绩，最后显示屏4显示射击成绩，亮度传感器检测射击靶场的光照亮度，当光照亮度低于一个预设的亮度值时，控制器3控制可调光源5增加亮度以进行补光，从而避免摄像头1在进行图像采集时的图像不清晰，使用更方便，在场地光线较弱时能够保持本发明的自动报靶的检测准确度。

实施例2

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于图像识别的射击自动报靶系统，包括摄像头1、录音设备2、控制器3、显示屏4、可调光源5，本实施例中利用手机现有的硬件系统，包括手机中触摸显示屏、录音设备、摄像头和安卓系统，通过编写包括核心算法在内的APP来实现，从而使该系统更具有携带方便、成本低、适用范围广等特点；手机通过支架固定在射击者的正上方，正对于射击靶，这样不仅便于操作，更利于图像采集和处理；

本实施例中将射击训练APP安装在手机上，该射击训练APP的功能包括实施例1中的功能；

利用手机的人机交换界面即上述实施例中的显示屏，手机摄像头即上述实施例中的摄像头1，手机录音功能即上述实施例中录音设备2，手机的控制系统以及APP设置的程序系统即上述实施例中控制器3，手机中自带的摄像亮度调节即上述实施例中的可调光源5。

在本实施例中，将手机正确安装后，打开手机中射击训练APP，点击开始按钮，手机摄像头进行第一次图像采集，即采集未射击前的射击靶照片并储存，在射击完成后，手机摄像头自动进行第二次图像采集，即采集射击完成后的射击靶照片并储存。

在本实施方式中，手机录音设备用于采集射击的枪声，手机中APP控制系统根据枪声的分贝值判断射击的次数，手枪的声强一般为80分贝至110分贝，优选的，在本实施例中，将用于判定枪声的分贝值设置为80分贝，当枪声高于80分贝时，则累计一次射击次数，APP控制系统根据高于80分贝的声音出现的次数来统计射击的次数并储存。

在本实施方式中，APP控制系统根据手机录音设备采集的枪声次数控制手机摄像头进行采集图像，当枪声次数等于一个预设的射击次数时，APP控制系统控制手机摄像头采集射击完成后的射击靶照片；即手机摄像头自动进行第二次图像采集。

优选的，在本实施方式中，射击者未达到预定的射击次数，程序上是不会结束比赛的，射击者可以通过点击APP中的结束按钮结束比赛，同时手机摄像头进行第二次图像采集，即手机摄像头手动进行第二次图像采集。

在本实施方式中，射击训练APP处理系统中包括处理未射击前的射击靶照片和射击完成后的射击靶照片以输出射击成绩，直接在手机界面显示成绩。

在本实施方式中手机摄像头亮度调节功能，通过射击APP中的程序设定，设置亮度范围，让APP系统根据场地的亮度值，对摄像头进行自动补光。

当光照亮度低于一个预设的亮度时，APP系统控制手机中摄像头亮度调节功能来增加亮度以进行补光，从而避免手机摄像头在进行图像采集时的图像不清晰，使用更方便，在场地光线较弱时能够保持本发明的自动报靶的检测准确度。

在本实施方式中，射击训练APP处理系统中处理未射击前的射击靶照片和射击完成后的射击靶照片的方式是霍夫变换，霍夫变换的实施原理及在本实施例中的实施过程与上述实施例1中的一致。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于图像识别的射击自动报靶系统，其特征在于：包括摄像头、录音设备、控制器、显示屏；

所述摄像头连接所述控制器，所述摄像头用于分别采集未射击前的射击靶照片和射击完成后的射击靶照片；

所述录音设备连接所述控制器，所述录音设备用于采集射击的枪声，所述控制器根据所述录音设备检测的枪声的次数，当所述录音设备检测的枪声的次数达到一个预设的次数时，所述控制器控制所述摄像头采集射击完成后的射击靶照片；

所述控制器用于处理未射击前的射击靶照片，检测出靶心和靶环；所述控制器还用于处理射击完成后的射击靶照片，检测出弹孔的数量和位置，并且根据弹孔在射击靶上的位置计算射击成绩；

所述显示屏连接所述控制器，所述显示屏用于显示所述控制器输出的射击成绩。

2.如权利要求1所述的一种基于图像识别的射击自动报靶系统，其特征在于：所述控制器处理未射击前的射击靶照片具体为：

所述控制器根据改进的霍夫梯度变换检测射击靶上的靶心所在的圆心和靶环所在的同心圆：先进行边缘检测，然后通过对边缘像素点的梯度线经过的点进行累积投票，票数最多的点就是同心圆的圆心，即靶心；再计算边缘像素点与圆心之间的距离，如果距离圆心相同的像素点的数量与这个距离之比大于一个预设的阈值，则认为检测到了一个同心圆，而这个距离就是同心圆的半径，每一个所述同心圆的圆周为一个靶环。

3.如权利要求1所述的一种基于图像识别的射击自动报靶系统，其特征在于：所述控制器处理射击完成后的射击照片具体为：

所述控制器根据将射击完成后的射击照片与射击前的射击靶照片相减以获得弹孔图像，对弹孔图像进行二值化处理后，再应用数学形态学中的开运算和闭运算进行滤波处理，最后根据经典霍夫梯度变换检测出圆形弹孔及弹孔在射击靶上的位置。

4.如权利要求1所述的一种基于图像识别的射击自动报靶系统，其特征在于：所述控制器根据所述录音设备采集的枪声次数控制所述摄像头采集图像，当所述枪声次数等于一个预设的射击次数时，控制器控制所述摄像头采集射击完成后的射击靶照片。

5.如权利要求1所述的一种基于图像识别的射击自动报靶系统，其特征在于：所述控制器根据所述录音设备检测的枪声的分贝值判断射击的次数，当所述枪声的分贝值高于一个预设的分贝值时则累计一次射击次数。

6.如权利要求5所述的一种基于图像识别的射击自动报靶系统，其特征在于：所述预设的分贝值为80分贝。

7.如权利要求1所述的一种基于图像识别的射击自动报靶系统，其特征在于：所述控制器还用于手动设置射击完成。

8.如权利要求1所述的一种基于图像识别的射击自动报靶系统，其特征在于：所述显示屏采用触控屏。

9.如权利要求1所述的一种基于图像识别的射击自动报靶系统，其特征在于：所述自动报靶系统还包括可调光源，所述可调光源连接所述控制器，所述可调光源用于提供照明，所述控制器用于调节所述可调光源的亮度；

所述控制器连接一个亮度传感器，所述亮度传感器用于检测光照亮度，所述控制器根据所述亮度传感器检测的光照亮度控制所述可调光源的照明亮度，当所述亮度传感器检测的光照亮度低于一个预设的亮度值时，所述控制器控制所述光照模块增加亮度。

10.一种基于图像识别的射击自动报靶系统的使用方法，其适用于上述权利要求1至9所述的任意一种基于图像识别的射击自动报靶系统，其特征在于：所述使用方法包括以下步骤：

所述摄像头采集未射击前的射击靶照片；

所述控制器根据所述未射击前的射击靶照片检测出射击靶的靶心和靶环；

射击者射击完成后，所述摄像头采集射击完成后的射击靶照片；

所述控制器根据所述射击完成后的射击靶照片检测出弹孔的数量和位置，并且根据弹孔在射击靶上的位置计算射击成绩；

所述控制器将射击成绩输出到显示屏进行显示。