CN115962677A - 一种战场声效模拟系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种战场声效模拟系统，包括：触发检测单元，用于在武器装备触发后获取武器装备的位置；图像采集单元，用于采集训练人员的头部图像；定位单元，用于采集训练人员的位置；远程处理装置，包括姿态提取模块和音频合成模块，姿态提取模块用于提取头部图像中训练人员的头部姿态，音频合成模块用于根据武器装备的位置和训练人员的位置确定相对方向，根据相对方向和头部姿态确定声道延时，并根据声道延时合成武器装备的触发声效；音频播放单元，设置在训练人员身上，用于播放触发声效。本申请将头部姿态检测和音频合成的工作在远程处理装置中完成，训练人员仅需要携带定位单元和音频播放单元，大大减轻了训练人员的负重压力。

Description

一种战场声效模拟系统

技术领域

本申请涉及军事训练技术领域，特别涉及一种战场声效模拟系统。

背景技术

随着军事训练信息化建设的加快，目前实兵训练中已经摒弃实弹射击这种危险性高的方式，转而采用真实场景加模拟打击的形式，人员在真实的场地中使用各种经过数字化改造的装备完成预定的训练任务，而场地中的装备则采用激光模拟或数字模拟的方式模拟真实战斗环境中的射击、爆炸等行为，以提高实兵训练的安全性。

然而，采用上述模拟方式后，训练过程中的各种声音，例如射击声、发射声、爆炸声等均被大幅度减小甚至消失，导致训练人员无法根据声音获得有用的信息，例如确定敌方人员的方向等，对训练效果存在不利影响。针对这个问题，CN114777563A提出了应用于实兵对抗训练的战场声效模拟系统和方法，该方法需要由人员携带头部姿态测量装置、声效合成模块、通信设备、定位模块和音频播放设备，通过对战场中的声音进行模拟并播放给人员，提供趋于真实环境的声音感受。但是，该专利中需要人员携带的物品较多，尤其是头部姿态测量装置需要正确佩戴才能发挥性能，而在训练过程中人员携带的物品已经很多了，加上声效模拟需要的物品后对人员的负重压力更大，不利于提升训练效果。

发明内容

本申请实施例提供了一种战场声效模拟系统，用以解决现有技术中人员需要携带的声效模拟物品过多对人员的负重压力较大的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种战场声效模拟系统，包括：

触发检测单元，设置在武器装备上，用于在武器装备触发后获取武器装备的位置；

图像采集单元，设置在训练场地中，用于采集训练人员的头部图像；

定位单元，设置在训练人员身上，用于采集训练人员的位置；

远程处理装置，包括姿态提取模块和音频合成模块，姿态提取模块用于提取头部图像中训练人员的头部姿态，音频合成模块用于根据武器装备的位置和训练人员的位置确定相对方向，根据相对方向和头部姿态确定声道延时，并根据声道延时合成武器装备的触发声效；

音频播放单元，设置在训练人员身上，用于播放触发声效。

在一种可能的实现方式中，训练场地中设置有北斗地基增强系统，定位单元基于北斗地基增强系统采集训练人员的位置。

在一种可能的实现方式中，远程处理装置还包括人脸识别模块，人脸识别模块用于识别头部图像中的人脸特征，音频合成模块合成触发声效后由通信模块发送至与人脸识别模块识别确定的人脸特征对应的音频播放单元。

在一种可能的实现方式中，图像采集单元实时采集头部图像，人脸识别模块识别头部图像中的人脸特征后，在视场中对训练人员进行追踪。

在一种可能的实现方式中，人脸识别模块对识别后的头部图像添加追踪框，追踪框标记有训练人员的姓名。

在一种可能的实现方式中，姿态提取模块提取头部图像中的头部轮廓，将提取得到的头部轮廓与预先存储的正视角度下的头部轮廓进行对比，确定训练人员的相对朝向，并根据图像采集单元的朝向和训练人员的相对朝向确定训练人员的头部姿态。

在一种可能的实现方式中，图像采集单元的数量为多个，且设置在训练场地中的不同位置，多个图像采集单元在不同方向获取头部图像，姿态提取模块选取多张头部图像中质量最好的图像进行头部姿态的提取。

在一种可能的实现方式中，音频合成模块根据相对方向和头部姿态确定训练人员头部朝向和武器装备的方向夹角，根据方向夹角和训练人员与武器装备之间的距离确定左右声道的声道延时。

本申请中的一种战场声效模拟系统，具有以下优点：

采用图像处理的方式获取训练人员头部的姿态，并将音频合成的工作在远程处理装置中完成，训练人员仅需要携带定位单元和音频播放单元，而且这两个单元对佩戴的要求也不高，大大减轻了训练人员的负重压力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种战场声效模拟系统的组成示意图；

图2为本申请实施例提供的音频合成模块的计算示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种战场声效模拟系统的组成示意图。本申请实施例提供了一种战场声效模拟系统，包括：

触发检测单元，设置在武器装备上，用于在武器装备触发后获取武器装备的位置；

图像采集单元，设置在训练场地中，用于采集训练人员的头部图像；

定位单元，设置在训练人员身上，用于采集训练人员的位置；

远程处理装置，包括姿态提取模块和音频合成模块，姿态提取模块用于提取头部图像中训练人员的头部姿态，音频合成模块用于根据武器装备的位置和训练人员的位置确定相对方向，根据相对方向和头部姿态确定声道延时，并根据声道延时合成武器装备的触发声效；

音频播放单元，设置在训练人员身上，用于播放触发声效。

示例性地，触发检测单元可以设置在武器装备的触发部件上，例如枪械的扳机、火炮的击发开关等，同时触发检测单元还兼具定位功能，当检测到武器装备被触发后，触发检测单元立即获取当前的位置，然后发送给远程处理装置。

图像采集单元的数量可以为多个，且可以设置在训练场地中的不同位置，在完成对图像采集单元的设置后，需要记录每个图像采集单元的朝向数据，且图像采集单元向远程处理装置发送头部图像时还需要发送自身的身份信息，远程处理装置根据该身份信息可以确定图像采集单元的朝向数据。由于在现有的训练场地中为了监控场上情况也会设置摄像头，因此本申请可以利用这些摄像头作为图像采集单元，而无需额外设置摄像头，可以节省场地建设的成本。

定位单元可以采用北斗定位技术获取训练人员实时的位置。在本申请的实施例中，训练场地中设置有北斗地基增强系统，定位单元基于北斗地基增强系统采集训练人员的位置。通过北斗地基增强系统，可以将训练人员的定位精度提高到厘米级，而且触发检测单元也可以基于北斗地基增强系统对武器装备进行定位，通过对训练人员和武器装备定位精度的提高，可以有效提高后续处理结果的准确度。

远程处理装置可以采用设置在训练场地外部的服务器，该远程处理装置可以通过无线网络与触发检测单元、图像采集单元、定位单元和音频播放单元进行通信连接。远程处理装置中的姿态提取模块和音频合成模块对接收到的头部图像、武器装备位置、训练人员位置等数据进行实时处理，并将处理结果实时反馈，以使最终获得的触发声效符合训练人员的实时状态。

进一步地，本申请中模拟的声效除了枪械、火炮等武器装备的发射声效外，对于火炮等间瞄武器发射的炮弹的爆炸声效也需要进行模拟。在模拟之前，需要由训练数据处理装置根据火炮的发射参数、朝向、俯仰角等数据模拟炮弹的落点，然后由远程处理装置获取落点的位置，将该落点位置与其他数据采用相同的处理方式，最终得到相应的触发声效。

音频播放单元可以为训练人员佩戴的耳机，该耳机需要训练人员双耳同时正确佩戴，以使具有声道延时的触发声效顺利播放。由于本申请中模拟的声效种类较多，包括枪械发射声效、火炮发射声效、炮弹爆炸声效等，而且在枪械、火炮以及炮弹的型号不同时，具体的声效也会发生变化，因此本申请中的触发检测单元在确定武器装备的位置后，还需要向远程处理装置发送武器装备的身份信息，音频合成模块根据该身份信息确定选用的声音文件。在本申请的实施例中，当武器装备和训练人员的距离不同时，声音的强度也会随之发生变化，因此本申请中的音频合成模块还会根据武器装备和训练人员之间的距离对选用的声音文件中的声音强度做相应调整，具体为距离越远则声音强度越低。

在一种可能的实施例中，远程处理装置还包括人脸识别模块，人脸识别模块用于识别头部图像中的人脸特征，音频合成模块合成触发声效后由通信模块发送至与人脸识别模块识别确定的人脸特征对应的音频播放单元。

示例性地，由于训练场地中存在多个训练人员，因此图像采集单元采集的头部图像中也会同时存在多个训练人员。而由于每个训练人员之间的位置存在差异，因此同一个武器装备发出的声音被不同训练人员接受到时也不存在不同。因此本申请还需要通过人脸识别模块来确定各个训练人员的身份，并将合成得到的触发声效发送给各个训练人员对应的音频播放单元中。

进一步地，图像采集单元实时采集头部图像，人脸识别模块识别头部图像中的人脸特征后，在视场中对训练人员进行追踪。在追踪时，人脸识别模块对识别后的头部图像添加追踪框，追踪框标记有训练人员的姓名。由于训练人员的位置和头部姿态等均在时刻发生变化，而在一些极端的情况下可能无法凭借头部图像识别训练人员的身份，此时就需要人脸识别模块对训练人员在视场中的位置进行追踪，一旦在追踪过程中需要识别训练人员的头部姿态，则无需再次识别训练人员的身份，根据追踪框附加的姓名信息即可确定训练人员的身份。而且，无论是否需要对训练人员的头部姿态进行提取，均需要时刻对训练人员的身份和位置进行追踪，以在需要时能够第一时间提供头部姿态提取需要的信息。

在一种可能的实施例中，姿态提取模块提取头部图像中的头部轮廓，将提取得到的头部轮廓与预先存储的正视角度下的头部轮廓进行对比，确定训练人员的相对朝向，并根据图像采集单元的朝向和训练人员的相对朝向确定训练人员的头部姿态。

示例性地，提取训练人员头部姿态分为两步，第一步为确定训练人员头部相对于图像采集单元的角度，即相对朝向，第二步为根据相对朝向确定训练人员头部的绝对朝向，即头部姿态。在第一步中，姿态提取模块首先识别头部图像中的头部特征，基于头部特征提取头部图像中的头部区域，然后采用边缘检测算法提取头部区域的轮廓，即头部轮廓。如果头部轮廓与训练人员正视图像采集单元下拍摄的头部轮廓不相同，说明训练人员头部和图像采集单元之间存在不为零的角度，该角度通过对提取得到的头部轮廓与正视角度下的头部轮廓进行对比即可得到。正视情况下训练人员的头部轮廓和预先存储的头部轮廓相同，而此时训练人员头部和图像采集单元之间的角度为180度，而当提取的头部轮廓仅包含训练人员左半边或右半边脸部时，此时训练人员头部和图像采集单元之间的角度为90度或270度，而在其他情况下，提取的头部轮廓可能会包含训练人员大半部分的脸部，此时训练人员头部和图像采集单元之间的角度和对比结果直接相关，因此可以根据提取到的头部轮廓和正视角度下的头部轮廓的对比结果确定角度。在第一步确定角度后，由于每个图像采集单元会将自身的身份信息发送给姿态提取模块，因此姿态提取模块可以根据该身份信息获取图像采集单元的朝向，然后结合训练人员头部和图像采集单元之间的角度即可确定训练人员头部的绝对方向，例如当图像采集单元的朝向为正南，且训练人员头部和图像采集单元之间的角度为90度，则可以确定训练人员头部的绝对方向，即头部姿态为正东。

在一种可能的实施例中，图像采集单元的数量为多个，且设置在训练场地中的不同位置，多个图像采集单元在不同方向获取头部图像，姿态提取模块选取多张头部图像中质量最好的图像进行头部姿态的提取。

示例性地，由于训练人员的头部姿态时刻发生变化，当训练人员头部和图像采集单元之间的角度过大，或者训练人员直接背对图像采集单元时，图像采集单元采集的头部图像中存在的头部特征过少，导致姿态提取模块无法正确识别训练人员的头部姿态，在这种情况下需要换用其他图像采集单元采集的头部图像，以确保提取结果的准确性。

在一种可能的实施例中，音频合成模块根据相对方向和头部姿态确定训练人员头部朝向和武器装备的方向夹角，根据方向夹角和训练人员与武器装备之间的距离确定左右声道的声道延时。

示例性地，如图2所示，当训练人员头部朝向和武器装备的方向夹角为a，二者之间的距离为D，且训练人员左右耳之间的距离为D_E时，则武器装备和训练人员左耳以及右耳之间的距离D_L和D_R分别为：

因此训练人员左耳和右耳距离武器装备的声程差为D_D＝D_L-D_R，将该声程差D_D和声音在空气中的传播速度V_S，即可确定训练人员左耳和右耳之间的声道延时。

在确定声道延时后，音频合成模块获取与武器装备对应的声音文件，将两个相同的声音文件按照声道延时进行延时处理后再合称为一个触发声效，由通信模块将该触发声效发送给音频播放单元即可向训练人员模拟战场声效。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种战场声效模拟系统，其特征在于，包括：

触发检测单元，设置在武器装备上，用于在武器装备触发后获取武器装备的位置；

图像采集单元，设置在训练场地中，用于采集训练人员的头部图像；

定位单元，设置在训练人员身上，用于采集训练人员的位置；

远程处理装置，包括姿态提取模块和音频合成模块，所述姿态提取模块用于提取所述头部图像中训练人员的头部姿态，所述音频合成模块用于根据武器装备的位置和训练人员的位置确定相对方向，根据所述相对方向和头部姿态确定声道延时，并根据所述声道延时合成武器装备的触发声效；

音频播放单元，设置在训练人员身上，用于播放所述触发声效。

2.根据权利要求1所述的一种战场声效模拟系统，其特征在于，训练场地中设置有北斗地基增强系统，所述定位单元基于所述北斗地基增强系统采集训练人员的位置。

3.根据权利要求1所述的一种战场声效模拟系统，其特征在于，所述远程处理装置还包括人脸识别模块，所述人脸识别模块用于识别所述头部图像中的人脸特征，所述音频合成模块合成所述触发声效后由通信模块发送至与所述人脸识别模块识别确定的人脸特征对应的所述音频播放单元。

4.根据权利要求3所述的一种战场声效模拟系统，其特征在于，所述图像采集单元实时采集所述头部图像，所述人脸识别模块识别所述头部图像中的人脸特征后，在视场中对训练人员进行追踪。

5.根据权利要求4所述的一种战场声效模拟系统，其特征在于，所述人脸识别模块对识别后的所述头部图像添加追踪框，所述追踪框标记有训练人员的姓名。

6.根据权利要求1所述的一种战场声效模拟系统，其特征在于，所述姿态提取模块提取所述头部图像中的头部轮廓，将提取得到的头部轮廓与预先存储的正视角度下的头部轮廓进行对比，确定训练人员的相对朝向，并根据所述图像采集单元的朝向和训练人员的相对朝向确定训练人员的头部姿态。

7.根据权利要求6所述的一种战场声效模拟系统，其特征在于，所述图像采集单元的数量为多个，且设置在训练场地中的不同位置，多个所述图像采集单元在不同方向获取所述头部图像，所述姿态提取模块选取多张所述头部图像中质量最好的图像进行头部姿态的提取。

8.根据权利要求1所述的一种战场声效模拟系统，其特征在于，所述音频合成模块根据所述相对方向和头部姿态确定训练人员头部朝向和武器装备的方向夹角，根据所述方向夹角和训练人员与武器装备之间的距离确定左右声道的声道延时。

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