CN111059964B - 一种摄像报靶装置及报靶方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摄像报靶装置及报靶方法，摄像报靶装置由靶体、主光源、摄像机和报靶处理模块组成。靶体为空腔结构，靶体空腔内壁具有反光特性；主光源设置在靶体的空腔内部，主光源连续发射单一波长的光；靶体的靶面上还设置多个辅助光源，辅助光源发射的光的波长与主光源相同；摄像机对准靶体的靶面，摄像机的镜头上设置滤光片，滤光片只能通过主光源和辅助光源发射的单一波长的光，滤除其他波长的光；摄像机拍摄的视频数据传送给报靶处理模块。实弹射击时，当子弹穿过靶体时，主光源发出的光经靶体空腔内壁反射后从射弹孔透出，摄像机将捕获到射弹孔光点的图像发送给报靶处理模块，报靶处理模块根据射弹孔光点与多个辅助光源的光点相对位置，可以精确的计算出子弹命中靶面的位置。本发明的摄像报靶装置及报靶方法，利用多个辅助光源来辅助测量子弹命中靶面的位置，可有效降低图像识别的难度，提高报靶精度，并且克服了环境光照度对图像识别和精度的影响。

Description

一种摄像报靶装置及报靶方法
技术领域
本发明涉及军事训练器材领域，特别是涉及一种实弹射击使用的摄像报靶装置，本发明同时提出了使用该摄像报靶装置进行报靶的方法。
背景技术
在实弹报靶技术领域，已经有很多利用图像识别技术进行报靶的专利和论文，但目前这些方法和技术均存在较多缺陷，造成只能在室内等特定场合使用，并存在报靶精度不高，易出现错报和漏报现象。
主要的缺陷和不足有：
（1）误报率高。常用的图像报靶技术通过识别和比对靶面上已有弹孔和新增弹孔来进行报靶，如果新发射的子弹靠近已有弹孔，或与已有弹孔重叠时，将不能有效报靶。如果靶面上有各种图案时，识别将更加困难，误报率会大大增加。
（2）适应性差，对环境光照度要求高。在较暗的场合不能使用，因为无法识别弹孔。在阳光下也无法使用，因为随着太阳和云层的移动，弹孔的阴影发生变化，使得图像上的形状和亮度会发生很大变化，很难进行准确的图像识别。有的采用热成像技术，利用子弹穿过靶面摩擦热量进行热成像报靶，但在阳光下不能使用，因为摩擦热量远低于阳光的热量。
（3）技术复杂，成本高。如果利用图像识别技术达到好的报靶效果，需要克服各种干扰，算法复杂，设备的配置要求高。
发明内容
本发明公开了一种摄像报靶装置及报靶技术，靶面使用具有收缩性的材料，利用子弹透过靶面时产生的短暂光点以及多个辅助光源来精确测量子弹命中靶面的位置，并通过在摄像机镜头上加装滤光片，用以滤除阳光和其他背景光源的干扰。该摄像报靶装置及报靶技术能够有效克服以往图像报靶技术误报率高、环境适应性差、技术复杂、成本高的缺点。
本发明通过如下技术手段实现：所述摄像报靶装置由靶体、主光源、摄像机和报靶处理模块组成。所述靶体为空腔结构，主光源设置在靶体的空腔内部，摄像机的镜头对准靶体的靶面，摄像机拍摄的视频数据通过有线或无线方式实时传送给报靶处理模块。
所述靶体空腔内壁还设置反光层，所述反光层具有反光特性。
所述主光源连续发射单一波长的光。
所述靶体的靶面上还设置了不在一条直线上的3个及以上辅助光源，所述辅助光源设置在靶面的四条边或顶角处，辅助光源包围区域为有效检靶区域，所述辅助光源发射的光的波长与主光源发射光的波长相同。
所述摄像机的镜头上还设置滤光片，主光源和辅助光源发射的单一波长的光能够通过所述滤光片，其他波长的光被所述滤光片滤除。
所述靶体的靶面还可以进一步采用具有收缩性的材料，子弹穿过后短时间形成孔洞，使主光源发射的光从孔洞中透出，产生射弹孔光点。一段时间后能够孔洞自动收缩闭合。
一种摄像报靶装置的报靶实现方法为：实弹射击时，当子弹穿过摄像报靶装置的靶体时，主光源发出的光经靶体空腔内壁反射后从射弹孔透出，摄像机拍摄下射弹孔光点和各辅助光源光点,并将图像发送给报靶处理模块。
靶处理模块对图像中的射弹孔光点和辅助光源光点进行图像识别，计算出图像中辅助光源的光点与射弹孔光点之间像素点数目，即可计算出图像中射弹孔光点相对于辅助光源光点的精确坐标。
由于各辅助光源光点相对于摄像报靶装置靶面的坐标位置已知，并且摄像机拍摄的图像为摄像报靶装置靶面上各辅助光源和射弹孔光点在摄像机感光面上的投影成像，根据投影关系，用几何方法即可计算出 射弹孔光点相对于靶面的精确坐标位置。
所述靶体的靶面在子弹穿过后收缩，射弹孔光点消失，将不会对下一发子弹的报靶产生影响。
本发明的有益效果是：
（1）与以往技术相比，本发明只需要通过图像识别技术识别几个辅助光源光点和射弹孔光点，不需要对靶面轮廓、靶面图像以及弹孔图像进行识别，大大降低了图像识别的技术难度，能够有效降低成本。
（2）靶体的靶面使用收缩性材料后，每次射击在靶面上只产生1个射弹孔光点，因此不会出现以往技术中因弹孔重叠而引起的无法正确报靶的现象。
（3）环境适应性强，环境光照度的强弱对报靶及精度没有影响。强阳光下由于滤除了射弹孔光点波长以外的阳光，辅助光源光点和射弹孔光点只要比背景稍亮一些，即可实现准确报靶。在弱光条件下，辅助光源光点和射弹孔光点与背景的反差变大，报靶效果更好。
附图说明
图1为本发明报靶装置结构示意图；
图2为实施例射弹光孔点位置示意图；
图3为实施例投影面示意图；
图4为射弹光孔横坐标示意图；
图5为射弹光孔投影面横坐标示意图；
图6为射弹光孔纵坐标示意图；
图7为射弹光孔投影面纵坐标示意图。
其中：1、靶体，2、主光源，3、摄像机，4、报靶处理模块，5、反光层，6、辅助光源，7、滤光片，8、射弹孔光点，9、投影成像。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的摄像报靶装置及报靶技术的具体实施方式、特征及其功效进行说明。在下述说明中，一个或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
图1所示，本发明涉及一种摄像报靶装置，其包括靶体1、主光源2、摄像机3和报靶处理模块4。
靶体1由前、后靶面和四个边框围成的空腔结构。靶面采用具有收缩性的EVA泡绵或牌号为4LB的PE材料，边框采用塑料或木材。
靶体1空腔内壁的6个面上还设置反光层5，反光层5采用铝箔材料，具有反光特性。
主光源2为多个940nm波长的5W红外发光二极管组成的光源，主光源2设置在靶体1的底部边框上。主光源2在靶体1的空腔内连续发射940nm波长的红外光，经反光层5进行多次反射，充满靶体1整个内腔。
在靶体1的靶面的4个角上设置4个辅助光源6，成矩形排列。辅助光源6为940nm波长的红外发光二极管，连续发射940nm波长的红外光。
摄像机3的镜头对准靶体1的靶面进行摄像，摄像机3拍摄的视频数据通过有线或无线方式实时传送给报靶处理模块4。摄像机3的镜头上设置滤光片7，滤光片7能够通过940nm波长的光，使其能够被摄像机3的感光面接收，其他波长的光被滤光片7滤除。
当子弹穿过靶体1的靶面后，靶面能够短时间出现孔洞，使靶体1内腔的940um波长的红外光经孔洞透出，形成射弹孔光点8。一段时间后孔洞自动闭合，射弹孔光点8消失。
摄像机3拍摄下射弹孔光点8和4个辅助光源6的光点,并将图像发送给报靶处理模块4，报靶处理模块4对射弹孔光点8和4个辅助光源6的光点进行图像识别，并进行报靶计算。
如图2及图3所示，摄像机3拍摄的图像为靶体1靶面上4个辅助光源6和射弹孔光点8在摄像机3的感光面上的投影成像9。报靶处理模块4通过计算图像中4个辅助光源的光点与射弹孔光点之间像素点数目，能够计算出图像中射弹孔光点相对于4个辅助光源的光点的精确坐标。由于靶体1的靶面上4个辅助光源6相对于靶面的坐标位置已知，根据投影关系，用几何方法即可计算出射弹孔光点8相对于靶面的精确坐标位置。
计算方法如下：
假设4个辅助光源点A、B、C、D在靶面上的布设为矩形，竖边长为L1，横边长为L2，计算出射弹孔光点S距上边的距离M1和距左边的距离N1，即可得到射弹孔光点S相对于靶面的精确坐标位置。4个辅助光源A、B、C、D和射弹孔光点S在摄像机3上的感光面上的投影成像点为A’、B’、C’、D’和S’。
矩形在相机坐标系中的投影依然是一个四边形。
如图4及图5所示，确定A’、B’、C’、D’四个点的坐标后，首先确定a1，a2边中的最小值amin，即图3中为a1。计算出a1边上所有像素点的个数n，并将另一条边a2分为n等份，将其与a1边上的n个点对应相连。若S’点落在第x组点连成的线上，则实际射弹孔S点在实际辅助光源A、B、C、D构成的矩形上，距离AC边的距离N1可通过下式求出：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
即：
Figure 408824DEST_PATH_IMAGE002
。
如图6及图7所示，确定A’、B’、C’、D’四个点的坐标后，确定b1，b2边中的最小值bmin，即图4中为b1。计算出b1边上所有像素点的个数m，并将另一条边b2分为m等份，将其与b1边上的m个点对应相连。若S’点落在第y组点连成的线上，则实际射弹孔S点在实际辅助光源A、B、C、D构成的矩形上，距离AB边的距离M1可通过下式求出：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
,
即：
Figure 420773DEST_PATH_IMAGE004
。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种摄像报靶装置，其特征在于：所述摄像报靶装置由靶体、主光源、摄像机和报靶处理模块组成,所述靶体为空腔结构，主光源设置在靶体的空腔内部，摄像机的镜头对准靶体的靶面，摄像机拍摄的视频数据通过有线或无线方式实时传送给报靶处理模块；
所述靶体的靶面采用具有收缩性的材料；
所述靶体空腔内壁还设置反光层，所述反光层设置在靶体空腔的后壁上；
所述主光源连续发射单一波长的光；
所述靶体的靶面上还设置了不在一条直线上的3个以上辅助光源，所述辅助光源设置在靶面的四条边或顶角处，辅助光源包围区域为有效检靶区域，所述辅助光源发射的光的波长与主光源发射光的波长相同。
2.根据权利要求1所述的摄像报靶装置，其特征在于：所述摄像机的镜头上还设置滤光片，所述滤光片仅可通过主光源及辅助光源发出的光。
3.一种摄像报靶装置的报靶方法，其特征在于：包括权利要求1所述的靶体、主光源、辅助光源、摄像机和报靶处理模块；
报靶方法包括如下步骤：
1）实弹射击时，当子弹穿过摄像报靶装置的靶体时，主光源发出的光经靶体空腔内壁反射后从射弹孔透出，摄像机拍摄下射弹孔光点和辅助光源光点,并将图像发送给报靶处理模块；
2）报靶处理模块对图像中的射弹孔光点和辅助光源光点进行图像识别，计算出图像中辅助光源光点之间的像素点数目、以及辅助光源光点与射弹孔光点之间像素点数目，由于各辅助光源光点相对于摄像报靶装置靶面的坐标位置已知，并且摄像机拍摄的图像为摄像报靶装置靶面上各辅助光源光点和射弹孔光点在摄像机感光面上的投影成像，根据投影关系，即可计算出射弹孔光点相对于靶面的精确坐标位置。
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