CN111025935A - 一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抛射物仿真领域，尤其涉及一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统及方法，包括图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块、网络连接模块、抛射物轨迹参数设定模块、抛射物落点仿真模块、落点显示模块、语音播报模块；本发明通过模拟仿真可以计算出抛射物的落点，并在实时实景视频图像上标示出落点，而不需要实物真正抛射，安全、简单、成本低、效率高。
Description
技术领域
本发明涉及抛射物仿真领域，尤其涉及一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统及方法。
背景技术
许多物体的运动状态都可以归类为抛射运动，如炮弹，子弹，射出的箭，投出的标枪，打出的高尔夫球，甚至喷出的水流，抛射物的飞行轨迹及姿态遵循一定的规律，是可以在一定条件下通过计算得到的，以枪支为例，枪支上的瞄准装置即是一种用于预估弹丸落点的设备，人们已经发明了各种瞄准装置，从最初的机械式的准星瞄准装置，到后来的各种光学瞄准装置，如望远式、准直式、反射式瞄准镜，还有依靠激光的激光瞄准镜，这些类型的瞄准装置在实际应用中有各自的优缺点，并不能实现AI目标识别、实景仿真模拟，标示抛射物在实时图像中的落点位置、有线或无线图象传输。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，避免抛射物不能在实时视频图像上标示出模拟仿真计算的落点、不能自动识别目标、不能通过有线或无线的方式传输落点实景仿真视频，而提供了一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统及方法，本发明通过模拟仿真可以计算出抛射物的落点，并在实时实景视频图像上标示出落点，而不需要实物真正抛射，安全、简单、成本低、效率高。
本发明的目的是通过如下措施来实现的：一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统，包括图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块、网络连接模块、抛射物轨迹参数设定模块、抛射物落点仿真模块、落点显示模块，其中：
所述图像采集模块用于采集抛射物飞行轨迹及落点区域的实时图像，对不相关的图像信息进行裁减；
所述姿态数据采集模块用于获取抛射设备在抛射过程中的姿态数据；
所述抛射开关数据采集模块用于采集抛射开关位置，计算抛射开关动作速度、抛射时机、开关保持时间数据；
所述网络连接模块，用于图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块与抛射物落点仿真模块之间的数据通信，将图像和抛射相关信息传输给抛射物落点仿真模块；
所述抛射物轨迹参数设定模块，用于设定被抛射的物体在设定飞行状态下的轨迹参数以及影响飞行轨迹的参数；
所述抛射物落点仿真模块，用于通过获取的图像采集信息、抛射设备姿态信息、抛射开关信息、抛射物轨迹参数，完成抛射物轨迹计算，分析抛射物落点目标图像，识别抛射物落点潜在对象，对抛射物落点潜在对象进行图像语义切割，获得抛射物落点位置，并把落点位置存储在数据库中；
所述落点显示模块，用于把抛射物落点仿真模块给出的落点位置在实景图像上显示出来，支持WEB模式、APP模式浏览。
优选的，还包括与抛射物落点仿真模块网络连接的语音播报模块，语音播报模块用于语音播报落点。
上述的一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统的仿真方法，包括如下步骤：
(1)开启图像采集模块，采集抛射物飞行轨迹及落点区域的实时图像，对不相关的图像信息进行裁减；
(2)开启姿态数据采集模块，获取抛射设备在抛射过程中的姿态数据；
(3)开启抛射开关数据采集模块，采集抛射开关位置，计算抛射开关动作速度、抛射时机、开关保持时间；
(4)开启网络连接模块，将图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块的数据传输给抛射物落点仿真模块；
(5)开启抛射物轨迹参数设定模块，设定或提取预设定的被抛射的物体在设定飞行状态下的轨迹参数以及影响飞行轨迹的参数；
(6)开启抛射物落点仿真模块，用于通过获取的图像采集信息、抛射设备姿态信息、抛射开关信息、抛射物轨迹参数，完成抛射物轨迹计算，分析抛射物落点目标图像，识别抛射物落点潜在对象，对抛射物落点潜在对象进行图像语义切割，获得抛射物落点位置，并把落点位置存储在数据库中；
(7)开启落点显示模块，把抛射物落点仿真模块给出的落点位置在实景图像上显示出来，支持WEB模式、APP模式浏览；
(8)开启语音播报模块，语音播报落点位置。
优选的，所述步骤(1)中选用星光夜视、200万以上分辨率数码影像sensor捕捉实时图像，对抛射物飞行轨迹、落点之外的不相关图像进行裁减后通过步骤(4)传输图像。
优选的，所述步骤(2)中选用高精度9轴MEMS传感器，获取抛射装置的3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计数据，经过9轴数据融合解算得到抛射装置的俯仰角、横滚角、方向角姿态数据，加上高精度气压计得到的气压数据，通过步骤(4)传输抛射设备姿态信息。
优选的，所述步骤(3)中，采用线性霍尔传感器，采集抛射物开关信息，获得开关位置，计算开关速度、抛射时机、开关驻留时间数据，通过步骤(4)传输抛射开关数据。
优选的，所述步骤(4)中，通过4G/5G路由器部署一个WIFI局域网。
优选的，所述步骤(6)中抛射物轨迹的计算是基于步骤(2)、(3)、(5)中获得的数据，建立抛射物飞行轨迹模型，该模型步骤(3)的发射时间实时计算出飞行过程中任意时刻抛射物在飞行轨迹中的位置。
优选的，所述步骤(6)中抛射物目标对象图像识别及语义切割是利用基于MaskRCNN神经网络算法，对获取的图像进行对象识别和语义切割，获得抛射目标实例组成的掩码图。
本发明的有益效果：本发明通过各个采集模块将采集的数据信息通过网络连接传输至抛射物落点仿真模块，抛射物落点仿真模块进行分析、计算抛射物落点的位置，从而通过落点显示模块模拟显示出最终的落点结果，而且可以通过语音播报模块进行播报，此系统适用于多种场合，模拟简单，无需真正进行抛射，则可模拟落点位置。
附图说明
图1为本发明的模块流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：如图1所示，一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统，包括图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块、网络连接模块、抛射物轨迹参数设定模块、抛射物落点仿真模块、落点显示模块、语音播报模块，其中：
图像采集模块用于采集抛射物飞行轨迹及落点区域的实时图像，对不相关的图像信息进行裁减；姿态数据采集模块用于获取抛射设备在抛射过程中的姿态数据，如俯仰角、横滚角、方向角、海拔高度(气压)相关数据；抛射开关数据采集模块用于采集抛射开关位置，计算抛射开关动作速度、抛射时机、开关保持时间数据；网络连接模块，用于图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块与抛射物落点仿真模块之间的数据通信，将图像和抛射相关信息传输给抛射物落点仿真模块；抛射物轨迹参数设定模块，用于设定被抛射的物体在设定飞行状态下的轨迹参数以及影响飞行轨迹的参数如气压、温度、湿度、风力、风向；抛射物落点仿真模块，用于通过获取的图像采集信息、抛射设备姿态信息、抛射开关信息、抛射物轨迹参数，完成抛射物轨迹计算，分析抛射物落点目标图像，识别抛射物落点潜在对象，对抛射物落点潜在对象进行图像语义切割，获得抛射物落点位置，并把落点位置存储在数据库中；从而由上可知，图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块均是通过网络与抛射物落点仿真模块连接，同时抛射物轨迹参数设定模块也与抛射物落点仿真模块连接，从而抛射物落点仿真模块可以接收各个模块的信息数据，进行计算仿真数据，得出结果。
落点显示模块，用于把抛射物落点仿真模块给出的落点位置在实景图像上显示出来，支持WEB模式、APP模式浏览，语音播报模块用于语音播报落点，落点显示模块与语音播报模块也是通过网络与抛射物落点仿真模块连接，从而接收抛射物落点的最终结果。
上述的一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统的仿真方法，包括如下步骤：
(1)开启图像采集模块，采集抛射物飞行轨迹及落点区域的实时图像，对不相关的图像信息进行裁减；
(2)开启姿态数据采集模块，获取抛射设备在抛射过程中的姿态数据，如俯仰角、横滚角、方向角、海拔高度(气压)数据；
(3)开启抛射开关数据采集模块，采集抛射开关位置，计算抛射开关动作速度、抛射时机、开关保持时间；
(4)开启网络连接模块，将图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块的数据传输给抛射物落点仿真模块；
(5)开启抛射物轨迹参数设定模块，设定或提取预设定的被抛射的物体在设定飞行状态下的轨迹参数以及影响飞行轨迹的参数如气压、温度、湿度、风力、风向；
(6)开启抛射物落点仿真模块，用于通过获取的图像采集信息、抛射设备姿态信息、抛射开关信息、抛射物轨迹参数，完成抛射物轨迹计算，分析抛射物落点目标图像，识别抛射物落点潜在对象，对抛射物落点潜在对象进行图像语义切割，获得抛射物落点位置，并把落点位置存储在数据库中；
(7)开启落点显示模块，把抛射物落点仿真模块给出的落点位置在实景图像上显示出来，支持WEB模式、APP模式浏览；
(8)开启语音播报模块，语音播报落点位置。
步骤(1)中选用星光夜视、200万以上分辨率数码影像sensor捕捉实时图像，对抛射物飞行轨迹、落点之外的不相关图像进行裁减后通过步骤(4)传输图像。
步骤(2)中选用高精度9轴MEMS传感器，获取抛射装置的3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计数据，经过9轴数据融合解算得到抛射装置的俯仰角、横滚角、方向角姿态数据，加上高精度气压计得到的气压数据，通过步骤(4)传输抛射设备姿态信息。
步骤(3)中，采用线性霍尔传感器，采集抛射物开关信息，如扳机，获得开关位置，计算开关速度、抛射时机、开关驻留时间数据，通过步骤(4)传输抛射开关数据。
步骤(4)中，通过4G/5G路由器部署一个WIFI局域网，步骤(1)、(2)、(3)采集到的数据通过(4)传给(6)，同时(7)、(8)也通过步骤(4)获得步骤(6)产生的结果，步骤(6)可以部署在云服务器上，通过步骤(4)连接所有模块。
步骤(6)中抛射物轨迹的计算是基于步骤(2)、(3)、(5)中获得的数据，建立抛射物飞行轨迹模型，该模型步骤(3)的发射时间实时计算出飞行过程中任意时刻抛射物在飞行轨迹中的位置，此处可称为(6-1)；步骤(6)中抛射物目标对象图像识别及语义切割是利用基于MaskRCNN神经网络算法，对获取的图像进行对象识别和语义切割，获得抛射目标实例组成的掩码图，此处可称为(6-2)，结合着(6-1)和(6-2)综合计算获得抛射物落点位置。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统，其特征在于：包括图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块、网络连接模块、抛射物轨迹参数设定模块、抛射物落点仿真模块、落点显示模块，其中：
所述图像采集模块用于采集抛射物飞行轨迹及落点区域的实时图像，对不相关的图像信息进行裁减；
所述姿态数据采集模块用于获取抛射设备在抛射过程中的姿态数据；
所述抛射开关数据采集模块用于采集抛射开关位置，计算抛射开关动作速度、抛射时机、开关保持时间数据；
所述网络连接模块，用于图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块与抛射物落点仿真模块之间的数据通信，将图像和抛射相关信息传输给抛射物落点仿真模块；
所述抛射物轨迹参数设定模块，用于设定被抛射的物体在设定飞行状态下的轨迹参数以及影响飞行轨迹的参数；
所述抛射物落点仿真模块，用于通过获取的图像采集信息、抛射设备姿态信息、抛射开关信息、抛射物轨迹参数，完成抛射物轨迹计算，分析抛射物落点目标图像，识别抛射物落点潜在对象，对抛射物落点潜在对象进行图像语义切割，获得抛射物落点位置，并把落点位置存储在数据库中；
所述落点显示模块，用于把抛射物落点仿真模块给出的落点位置在实景图像上显示出来，支持WEB模式、APP模式浏览。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统，其特征在于：还包括与抛射物落点仿真模块网络连接的语音播报模块，语音播报模块用于语音播报落点。
3.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统的仿真方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)开启图像采集模块，采集抛射物飞行轨迹及落点区域的实时图像，对不相关的图像信息进行裁减；
(2)开启姿态数据采集模块，获取抛射设备在抛射过程中的姿态数据；
(3)开启抛射开关数据采集模块，采集抛射开关位置，计算抛射开关动作速度、抛射时机、开关保持时间；
(4)开启网络连接模块，将图像采集模块、姿态数据采集模块、抛射开关数据采集模块的数据传输给抛射物落点仿真模块；
(5)开启抛射物轨迹参数设定模块，设定或提取预设定的被抛射的物体在设定飞行状态下的轨迹参数以及影响飞行轨迹的参数；
(6)开启抛射物落点仿真模块，用于通过获取的图像采集信息、抛射设备姿态信息、抛射开关信息、抛射物轨迹参数，完成抛射物轨迹计算，分析抛射物落点目标图像，识别抛射物落点潜在对象，对抛射物落点潜在对象进行图像语义切割，获得抛射物落点位置，并把落点位置存储在数据库中；
(7)开启落点显示模块，把抛射物落点仿真模块给出的落点位置在实景图像上显示出来，支持WEB模式、APP模式浏览；
(8)开启语音播报模块，语音播报落点位置。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统的仿真方法，其特征在于：所述步骤(1)中选用星光夜视、200万以上分辨率数码影像sensor捕捉实时图像，对抛射物飞行轨迹、落点之外的不相关图像进行裁减后通过步骤(4)传输图像。
5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统的仿真方法，其特征在于：所述步骤(2)中选用高精度9轴MEMS传感器，获取抛射装置的3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计数据，经过9轴数据融合解算得到抛射装置的俯仰角、横滚角、方向角姿态数据，加上高精度气压计得到的气压数据，通过步骤(4)传输抛射设备姿态信息。
6.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统的仿真方法，其特征在于：所述步骤(3)中，采用线性霍尔传感器，采集抛射物开关信息，获得开关位置，计算开关速度、抛射时机、开关驻留时间数据，通过步骤(4)传输抛射开关数据。
7.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统的仿真方法，其特征在于：所述步骤(4)中，通过4G/5G路由器部署一个WIFI局域网。
8.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统的仿真方法，其特征在于：所述步骤(6)中抛射物轨迹的计算是基于步骤(2)、(3)、(5)中获得的数据，建立抛射物飞行轨迹模型，该模型步骤(3)的发射时间实时计算出飞行过程中任意时刻抛射物在飞行轨迹中的位置。
9.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉的抛射物落点实景仿真系统的仿真方法，其特征在于：所述步骤(6)中抛射物目标对象图像识别及语义切割是利用基于MaskRCNN神经网络算法，对获取的图像进行对象识别和语义切割，获得抛射目标实例组成的掩码图。
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| CN112847374A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-05-28 | 湖北师范大学 | 一种抛物-接物机械人系统 |
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