CN111043907B - 一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正系统和校正方法，所述校正方法包括以下步骤：瞄准射击准备；射击后选取图像；计算射击前后瞄准中心坐标；计算射击前后图像旋转角度；提取弹着点坐标；计算校正后的瞄准中心坐标；本发明缩减了热成像瞄准镜的校枪时间，减少了校枪花费的人工和枪弹，对校枪人员的专业要求低，并且普适性好，适用于多种枪械，提高了校枪精度。

Description

一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法

技术领域

本发明涉及红外热成像瞄准镜技术领域，具体而言，涉及一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正系统和校正方法。

背景技术

为使枪械具有良好的射击精准度，保持良好的战斗状态，在新枪初次使用前、更换或修理过对射击精度有影响的零件之后、或使用中发现射击精度异常等情况下，例如当瞄准镜配枪安装固定后，需要调整零位，消除枪体和瞄准镜连接时产生的不协调因素，使瞄准中心与弹着点重合，这个过程称为射效校正，也称校枪，射效校正的目的是为了提高枪械的射击精度。

现有的射效校正方式多为手动校正，手动射效校正需要的时间长，整体工作效率较低，且非常依赖校正者的工作经验，校正精度不可靠，而且，现有的射效校正系统都是专用的，只能用于某一特定型号的枪械，无法适用多种枪械。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正系统和校正方法，以解决现有技术中的射效校正系统效率低、精度不可靠以及普适性差的技术问题。

本发明提供了一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正系统，包括枪械、热成像瞄准镜和热靶，所述热成像瞄准镜固定安装在所述枪械上，所述热靶安装在设定距离的靶道上。

进一步地，所述热成像瞄准镜包括加速度计传感器。

进一步地，所述热成像瞄准镜包括处理器和存储器。

本发明还提供了一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，具体包括以下步骤：

步骤S100、瞄准射击准备；

步骤S200、射击后选取图像；

步骤S300、计算射击前后瞄准中心坐标；

步骤S400、计算射击前后图像旋转角度；

步骤S500、提取弹着点坐标；

步骤S600、计算校正后的瞄准中心坐标。

进一步地，所述步骤S100包括：用户瞄准目标后，热成像瞄准镜连续不断地对热靶进行拍照，并采集每帧图像对应的加速度计的值，当加速度计的值低于第一设定阈值且持续一定时间和/或图像帧间的差异小于第二设定阈值时，假定枪支稳定，可执行射击动作。

进一步地，所述步骤S200包括：分别选取射击前和射击后的各N帧图像，利用图像清晰度评估算法，从选取的图像中分别选定射击前和射击后最清晰稳定的一帧图像用于后续处理。

进一步地，所述步骤S300包括：分别从射击前和射击后最清晰稳定的两帧图像中提取出合适的热靶特征点，并实时算出射击前图像的瞄准中心坐标(X0,Y0)和射击后图像的瞄准中心坐标(X1,Y1)。

进一步地，所述步骤S400包括：采用旋转匹配遍历算法计算出射击前和射击后图像旋转角度Δθ。

进一步地，所述步骤S500包括：通过高精度弹着点解算算法提取出高精度弹着点坐标(X2,Y2)。

进一步地，所述高精度弹着点解算算法包括：以热靶上最有效的弹着点作为弹着点初估计坐标，在M*N像素范围，采用光斑质心算法，计算出光斑亚像素级坐标作为最有效弹着点的坐标。

进一步地，所述光斑质心算法的计算公式如下所示：

X2＝(Σ_ijX(ij)*I(ij))/(∑_ijI(ij))；

Y2＝(Σ_ijY(ij)*I(ij))/(∑_ijI(ij))；

其中：X2、Y2为光斑质心算法所求的弹着点的横坐标与纵坐标；i,j为光斑内点的横坐标与纵坐标；X(ij),Y(ij)为点ij对应的横截距与纵截距；I(ij)为点ij对应像素值。

进一步地，所述步骤S600包括：根据射击后图像旋转角度Δθ、射击后图像的弹着点(X2,Y2)与射击后图像的瞄准中心(X1,Y1)，计算弹着点与射击后图像瞄准中心的相对位移ΔX、ΔY，根据相对位移ΔX、ΔY确定射击前瞄准中心(X0,Y0)的调整方向和调整量，最后进行校枪坐标系归零，校正瞄准中心，得到校正后的瞄准中心坐标(X3,Y3)。

进一步地，所述相对位移ΔX、ΔY的计算公式如下：

ΔX＝(Y2-Y1)cosΔθ+(X2-X1)cosΔθ；

ΔY＝(X2-X1)sinΔθ+(Y2-Y1)cosΔθ。

进一步地，所述校正后的瞄准中心坐标(X3,Y3)计算公式如下：

X3＝X0+ΔX；

Y3＝Y0+ΔY。

进一步地，在自动射效校正的过程中，自动提示相关操作，实现同用户的交互。

本发明的有益效果：基于热成像瞄准镜的自动射效校正系统和校正方法，可用于热成像瞄准镜自动校枪的数据采集分析过程，是一种高精度的自动校枪系统和校枪方法，能够更好地保证校枪设备的精确性；同时本发明还具有良好的交互性，在自动校枪过程中，系统会自动提示相关操作，实现同用户交互，降低用户的操作难度，本发明缩减了热成像瞄准镜的校枪时间，减少了校枪花费的人工和枪弹，对校枪人员的专业要求低，并且普适性好，适用于多种枪械，提高了校枪精度。

附图说明

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实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为基于热成像瞄准镜的自动射效校正系统的结构示意图；

图2为基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法的流程示意图；

图3为射击前图像示意图；

图4为射击后图像示意图；

图5为校正后的瞄准中心示意图。

附图标记说明：

100-枪械；200-热成像瞄准镜；300-热靶。

实施例

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。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

本实施例的基于热成像瞄准镜的自动射效校正系统的结构示意图参见附图1。

一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正系统，包括枪械100、热成像瞄准镜200和热靶300，热成像瞄准镜200固定安装在枪械100上，热靶300安装在设定距离的靶道上，用于产生特定特征的目标信息，以便使用热成像瞄准镜200进行瞄准。

热成像瞄准镜200包括加速度计传感器(未示出)，可用来判断枪支是否已瞄准并稳定、子弹是否出膛、是否已射击完毕并稳定等信息。

热成像瞄准镜200还包括处理器和存储器，可实时获取并存储图像，作为自动射效校正系统的数据来源。

实施例2

本实施例的基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法参见附图2-5。

一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，包括以下步骤：

步骤S100、瞄准射击准备。

用户瞄准目标后，热成像瞄准镜200连续不断地对热靶300进行拍照，并采集每帧图像对应的加速度计的值。当加速度计的值低于第一设定阈值且持续一定时间时和/或图像帧间的差异小于第二设定阈值时，假定枪支基本稳定，此时系统提示用户是否已瞄准，如已瞄准则提示用户可执行射击动作。

步骤S200、射击后选取图像。

枪械在子弹出膛时会受到反方向的作用力并产生晃动，当晃动停止后，枪械有概率偏移原来射击前的位置，产生位移和旋转变化，因此射击后的图像也会出现偏移和旋转，分别选取射击前和射击后的各N帧图像，利用图像清晰度评估算法，从选取的图像中分别选定射击前和射击后最清晰稳定的一帧图像用于后续处理。

步骤S300、计算射击前后瞄准中心坐标。

参见图3-4，分别从射击前和射击后最清晰稳定的两帧图像中提取出合适的热靶特征点，并实时算出射击前图像的瞄准中心坐标(X0,Y0)和射击后图像的瞄准中心坐标(X1,Y1)。

步骤S400、计算射击前后图像旋转角度。

采用旋转匹配遍历算法计算出射击前和射击后图像旋转角度Δθ。

步骤S500、提取弹着点坐标。

通过高精度弹着点解算算法提取出高精度弹着点坐标(X2,Y2)。

射击后最清晰稳定的一帧图像中包含有最有效的弹着点，由于弹着点在图像上往往不是单一像素，因此本方法以热靶上最有效的弹着点作为弹着点初估计坐标，在M*N像素范围，采用光斑质心算法，计算出光斑亚像素级坐标作为最有效弹着点的坐标：

光斑质心算法的计算公式如公式1所示：

X2＝(∑_ijX(ij)*I(ij))/(∑_ijI(ij))

Y2＝(∑_ijY(ij)*I(ij))/(∑_ijI(ij)) (公式1)

其中：

(1)、X2、Y2为光斑质心算法所求的弹着点的横坐标与纵坐标；

(2)、i,j为光斑内点的横坐标与纵坐标；

(3)、X(ij),Y(ij)为点ij对应的横截距与纵截距；

(4)、I(ij)为点ij对应像素值；

所述步骤400和步骤500没有严格的前后顺序。

步骤S600、计算校正后的瞄准中心坐标。

根据射击后图像旋转角度Δθ、射击后图像的弹着点(X2,Y2)与射击后图像的瞄准中心(X1,Y1)，计算弹着点与射击后图像瞄准中心的相对位移ΔX、ΔY，参见公式2：

ΔX＝(Y2-Y1)sinΔθ+(X2-X1)cosΔθ

ΔY＝(X2-X1)sinΔθ+(Y2-Y1)cosΔθ (公式2)

根据相对位移ΔX、ΔY确定射击前瞄准中心(X0,Y0)的调整方向和调整量，最后进行校枪坐标系归零，校正瞄准中心，得到校正后的瞄准中心坐标(X3,Y3)，校正后的瞄准中心坐标(X3,Y3)计算公式如公式3所示。

X3＝X0+ΔX

Y3＝Y0+ΔY (公式3)

所述自动射效校正方法可用于热成像瞄准镜自动校枪的数据采集分析过程，是一种高精度的自动校枪方法，能够更好地保证校枪设备的精确性。同时该方法还具有良好的交互性，在自动校枪过程中，系统会自动提示相关操作，实现同用户交互，降低用户的操作难度，该方法缩减了热成像瞄准镜的校枪时间，减少了校枪花费的人工和枪弹，对校枪人员的专业要求低，并且普适性好，适用于多种枪械，提高了校枪精度。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S100、瞄准射击准备，所述步骤S100包括：用户瞄准目标后，热成像瞄准镜连续不断地对热靶进行拍照，并采集每帧图像对应的加速度计的值，当加速度计的值低于第一设定阈值且持续一定时间和/或图像帧间的差异小于第二设定阈值时，假定枪支稳定，可执行射击动作；

步骤S200、射击后选取图像，所述步骤S200包括：分别选取射击前和射击后的各N帧图像，利用图像清晰度评估算法，从选取的图像中分别选定射击前和射击后最清晰稳定的一帧图像用于后续处理；

步骤S300、计算射击前后瞄准中心坐标；

步骤S400、计算射击前后图像旋转角度；

步骤S500、提取弹着点坐标；

步骤S600、计算校正后的瞄准中心坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，其特征在于，所述步骤S300包括：分别从射击前和射击后最清晰稳定的两帧图像中提取出合适的热靶特征点，并实时算出射击前图像的瞄准中心坐标(X0,Y0)和射击后图像的瞄准中心坐标(X1,Y1)。

3.根据权利要求1所述的一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，其特征在于，所述步骤S500包括：通过高精度弹着点解算算法提取出高精度弹着点坐标(X2,Y2)。

4.根据权利要求3所述的一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，其特征在于，所述高精度弹着点解算算法包括：以热靶上最有效的弹着点作为弹着点初估计坐标，在M*N像素范围，采用光斑质心算法，计算出光斑亚像素级坐标作为最有效弹着点的坐标。

5.根据权利要求4所述的一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，其特征在于，所述光斑质心算法的计算公式如下所示：

X2＝(∑_ijX(ij)*I(ij))/(∑_ijI(ij))；

Y2＝(∑_ijY(ij)*I(ij))/(∑_ijI(ij))；

其中：X2、Y2为光斑质心算法所求的弹着点的横坐标与纵坐标；i,j为光斑内点的横坐标与纵坐标；X(ij),Y(ij)为点ij对应的横截距与纵截距；I(ij)为点ij对应像素值。

6.根据权利要求1所述的一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，其特征在于，所述步骤S600包括：根据射击后图像旋转角度Δθ、射击后图像的弹着点(X2,Y2)与射击后图像的瞄准中心(X1,Y1)，计算弹着点与射击后图像瞄准中心的相对位移ΔX、ΔY，根据相对位移ΔX、ΔY确定射击前瞄准中心(X0,Y0)的调整方向和调整量，最后进行校枪坐标系归零，校正瞄准中心，得到校正后的瞄准中心坐标(X3,Y3)。

7.根据权利要求6所述的一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，其特征在于，所述相对位移ΔX、ΔY的计算公式如下：

ΔX＝(Y2-Y1)sinΔθ+(X2-X1)cosΔθ；

ΔY＝(X2-X1)sinΔθ+(Y2-Y1)cosΔθ。

8.根据权利要求6所述的一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，其特征在于，所述校正后的瞄准中心坐标(X3,Y3)计算公式如下：

X3＝X0+ΔX；

Y3＝Y0+ΔY。

9.根据权利要求1所述的一种基于热成像瞄准镜的自动射效校正方法，其特征在于，在自动射效校正的过程中，自动提示相关操作，实现同用户的交互。

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