EP3867667A1 - Dispositif et procede d'analyse de tir - Google Patents

Dispositif et procede d'analyse de tir

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Publication number
EP3867667A1
EP3867667A1 EP19786602.3A EP19786602A EP3867667A1 EP 3867667 A1 EP3867667 A1 EP 3867667A1 EP 19786602 A EP19786602 A EP 19786602A EP 3867667 A1 EP3867667 A1 EP 3867667A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shot
data
analysis
weapon
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19786602.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Joachim Laguarda
Kévin LY VAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP3867667A1 publication Critical patent/EP3867667A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device
    • F41G3/2622—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile
    • F41G3/2683—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile with reflection of the beam on the target back to the weapon
    • F41G3/2688—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile with reflection of the beam on the target back to the weapon using target range measurement, e.g. with a laser rangefinder
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/86—Combinations of lidar systems with systems other than lidar, radar or sonar, e.g. with direction finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/40—Scenes; Scene-specific elements in video content
    • G06V20/41—Higher-level, semantic clustering, classification or understanding of video scenes, e.g. detection, labelling or Markovian modelling of sport events or news items
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/90—Arrangement of cameras or camera modules, e.g. multiple cameras in TV studios or sports stadiums
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J5/00—Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
    • F41J5/08—Infrared hit-indicating systems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10016—Video; Image sequence

Definitions

  • the invention relates to the field of fire analysis, and relates to a device and method for the automated analysis of a shot, in particular in the field of training.
  • a most commonly used technique is the posteriori observation of the accuracy of the shot. If the shot is made on a target, then this is used to support the verification of the accuracy of the shot. If the shot is aimed at a real target, then the accuracy of the shot is analyzed by the impact of the ammunition (real or via a paintball for example). Another technique is to film the target via an external device allowing the user to check the accuracy of the shot.
  • a final approach is to use a laser system coupled to the triggering of the shot and analyzed by an external device, for example by means of markers mounted on the potential targets which transmit to a central system the information whether there is an impact or not. .
  • the following references are an illustration of various devices of the prior art:
  • Patent EP 0985899 A1 proposes a compact video image recording device which can be mounted on a pistol and used to record video images before and after the pistol is fired.
  • the recording device includes a camera comprising a lens and a video image sensor.
  • the video recording device is mounted on the gun so that the viewing area of the camera includes the target area of the gun.
  • the video image sensor generates an electronic signal representative of a video image striking the respective sensor.
  • the output of the image sensor is processed and generally used to produce successive frame data which is stored sequentially in locations of a semiconductor memory organized in circular buffer memory while the video recording device is in a active state.
  • additional frames are stored in the buffer for a short period of time and part of the buffer is used to keep a video recording of the shooting before and after the event. Additional frames are successively stored in the unused part of the buffer memory.
  • Jekel's US patent 8,022,986 proposes a weapon orientation measurement device which includes a processor configured to receive first location information indicating the locations of a first point and a second point on a weapon, the first and second points being separated by a distance parallel to a pointing axis of the weapon, and for receiving a second location information indicating the locations of the first and second points on the weapon.
  • the processor is further configured to receive information indicating a first Earth orientation and determine a second Earth orientation corresponding to the weapon based on the first and second location information and information indicating the first Earth orientation.
  • the first location information represents a location relative to a first sensor at a first location and the second location information represents a location relative to a second sensor at a second location, and the first and second sensors are separated by a given distance .
  • the patent application US 2012/0178053 A1 from D'Souza et al. relates to a method and a system for a shooting training system which predicts ballistics automatically based on both automatically collected weather and distance information.
  • the projectile fire training system also confirms that the manual efforts made by an operator to adjust the turrets would make it possible to reach the target or not after a shot.
  • a light or other signal is sent from the weapon to the target to indicate that a shot has been made by the weapon.
  • a method known for more than 20 years to tackle this problem consists in equipping potential targets with photosensitive sensors which can send information when these are lit by a LASER.
  • the disadvantages of this method are multiple: attenuation of LASER over long distances, inability to fire through blurred obstacles (for example the foliage), the need to equip the target with enough photosensitive sensors, among others.
  • An object of the present invention is to propose an autonomous device in energy and in calculation, capable of detecting the start of a shot and of recording via an electro-optical device the place and the date of the impact of the ammunition if this is present or the position simulated by calculating the impact in the case of the use of a blank ball without real impact.
  • the device of the invention is available in the form of a kit which can be added simply on the rails of a weapon (for example on a MIL-STD 1913 "picatinny" rail).
  • Another object of the present invention is to propose a method for precise analysis of the performance of a shot which makes it possible to generate in real time a report on the accuracy of an impact, and to record it for later consultation. .
  • the report can be directly used by the user on a smartphone or a tablet or a virtual reality headset;
  • the analysis of a shot is made from the analysis of the movement of the weapon and the posture of the shooter, a ballistic calculation is carried out according to the ammunition used, and there is a precise, automated identification and in real time during the firing, of an impact (which entity, which part of the entity) making it possible to determine a level of damage from the impacts;
  • each impact can be analyzed individually;
  • the device can be deployed and used anywhere, without special instrumentation;
  • the invention will find an advantageous application in the field of simulation, and more particularly in the context of military or police training, for which it is necessary to be able to designate targets in a realistic manner without having recourse to real projectiles. For safety reasons. More generally, the invention can also be implemented for an application dedicated to collective military training, with weapon sizes much larger than light weapons such as that described as an example.
  • the device of the invention can be coupled to a system of effectors, thus making it possible to simulate an impact on a target or on an individual instrumented by this same effector, whether it is light or vibration.
  • the device of the invention can be used to calculate a trajectory in traversable obstacles (a door, foliage, etc.) and thus remove the limitations (inaccuracies of the laser at long distance, and need to '' a direct view of the target) of laser equipment (STC Laser Combat Fire Simulator).
  • the device of the invention can be coupled to a set of sensors placed on the ground, and thus make it possible to make a realistic calculation of a trajectory by taking into account parameters such as wind, pressure, humidity.
  • the invention relates to a device for analyzing the impact of a weapon fire on a target, comprising:
  • a data acquisition module capable of determining the moment of the departure of a projectile from a weapon and of acquiring video and spatial data relating to a targeted target
  • a calculation and storage module capable of analyzing the temporal, video and spatial data acquired
  • a data transmission module capable of transmitting the analyzed data.
  • the data acquisition module is composed of at least one inertial unit capable of detecting the movement of the breech of the weapon, of a range finder capable of acquiring distance data from the targeted target, at least one camera able to acquire line of sight images.
  • the data acquisition module includes two multi-spectral and multi-field cameras.
  • the data transmission module allows transmission via a wireless link.
  • the calculation and storage module comprises at least one calculator, a data storage capacity, a learning database, and a real-time clock.
  • the invention also covers a shooting weapon comprising a device as claimed.
  • the invention also covers a shooting simulator comprising a device as claimed.
  • Another object of the invention is a method for analyzing the impact of a weapon fire on a target, which comprises the following steps:
  • the method comprises a step of generating a firing resolution analysis report, and of a firing time analysis report.
  • the method includes a step of sending the analysis reports.
  • the invention in another aspect covers a computer program product comprising non-transient code instructions making it possible to carry out the steps of the method as claimed when said program is executed on a computer.
  • Figure 1 schematically illustrates the device of the invention in one embodiment
  • FIG. 2 schematically illustrates the general functions operated by the various components of the device of the invention
  • FIG. 3 schematically illustrates the data recording phase according to an embodiment of the method of the invention according to.
  • FIG. 4 schematically illustrates the phase of data processing according to an embodiment of the method of the invention. Detailed description of the invention
  • the device (100) of the invention is shown in Figure 1 as being fitted to a weapon. It mainly consists of:
  • the data acquisition module is composed of at least one rangefinder (102) capable of acquiring distance data from a target (10), at least one camera (104, 106) capable of acquiring line of sight images and at least one inertial unit (108) of the 3-axis IMU type capable of detecting the movement of the breech of the weapon at the time of a shot.
  • the data acquisition module can be adapted according to the operational context, such as for example for short-range shots, it only requires a single wide field camera, and an IMU.
  • the module includes two cameras (104, 106) having different field widths, one with wide field and the other with narrow field.
  • the storage and calculation module (1 10) allows the analysis, processing and storage of data.
  • it is composed of a computer using resources of the CPU type and of the GPU type (dedicated to calculations performed by neural networks for example), of a training database (208) comprising information relating to targets (people, vehicles, etc.) used for the target detection calculations, and to a data storage capacity (210).
  • the calculation module also includes a real-time clock which guarantees precise and drift-free dating of the data collected.
  • the data transmission module (1 12) allows communication to a remote device, preferably by a wireless link.
  • FIG 2 schematically illustrates the general functions operated by the various components of the device of the invention, and Figures 3 and 4 detail them.
  • the analysis method begins with the detection of the triggering of a shot (202).
  • the measurement of the moment of departure of a projectile is made by the sensors of the central inertial (108) which detect the movement of the breech of the weapon, ie the simultaneous vibrations on the three axes.
  • the detection of the firing start time triggers the recording (204) of the views by the camera (s) (104, 106).
  • the target (10) aimed by the gun is recorded digitally by electro-optical means preferably by several cameras, which are both multi-spectral (visible / infrared) and multi-field, and this during the entire time of the movement of the ammunition as well as after impact.
  • the device uses a real wide field image and a narrow field image, the images being obtained during the pointing captured by the high resolution multi spectral camera system.
  • the wide field / narrow field switching is done automatically on a distance criterion in order to ensure the optimal resolution for the subsequent segmentation (214) of the image.
  • two cameras are used, each camera being calibrated independently to allow correction of parallax and ballistics by the calculation module.
  • the digital video recording (204) made by all of the sensors is stored and analyzed (206) directly by the computer (110) embedded in the device.
  • the computer which analyzes the images from the cameras is able to:
  • a synchronization mechanism makes it possible to synchronize the data recorded by all of the components in order to ensure the consistency of the debriefing information.
  • the images are stored on the on-board memory (210). If the broadcast mode is activated, these images are transmitted (212) in real time for analysis and segmentation (214) to an external device (216) in order to control the evolution of the score before and after the shot.
  • the operation of the system can be divided into two main phases: a first phase of data recording represented by FIG. 3, and a second phase of data processing represented by FIG. 4.
  • the data recording phase includes the following sequence of steps:
  • the accelerometer detects the movement of the bolt
  • the computer interprets the movement of the cylinder head on a window
  • image ⁇ (as central);
  • the data processing phase illustrated in FIG. 4 comprises two processing sequences carried out in separate processes (400, 410).
  • a first sequence (400) is dedicated to resolving the shot. It is very fast (of the order of the flight time of the ammunition) and is only based on the "A" data available immediately after firing.
  • a second processing sequence (410) is slower and allows a temporal analysis of the shot. It is based on the data “A” and “B” and on the first sequence, and makes it possible to generate a shooting report.
  • the first sequence (400) of data processing "A” allows an analysis of the resolution of a shot, and comprises the following steps:
  • 401 Detection of objects present on image C via detection and recognition algorithms. This step makes it possible to identify static targets, humans, elements of interior or urban furniture, weapons, vehicles, etc.
  • Ballistic calculation This step makes it possible to determine the position affected in image C by the ammunition, using data from the rangefinder, projection information from the camera (s) and the ballistic profile of the weapon and its ammunition.
  • Detection of the target object if an object detected in the previous step is present at the position touched in the image by the ammunition (calculated in step 6), the method proceeds to the next step 404, otherwise the process of the first sequence stops and the ballistics information is communicated to the second sequence.
  • the method makes it possible to identify the affected sub-part. For example, for a human, an arm, a trunk, a leg or a head.
  • the second sequence (410) of data processing allows a temporal analysis of the shot, and includes the following steps:
  • 41 1 Calculation of the optical flux to deduce the deviation of the weapon in pixels, before and after firing.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'analyse de tir. Le dispositif comprend un module d'acquisition de données apte à déterminer le moment du départ d'un projectile d'une arme et à acquérir des données vidéo et spatiales relatives à une cible visée; un module de calcul et de stockage apte à analyser les données temporelles, vidéo et spatiales acquises; et un module de transmission de données apte à transmettre les données analysées.

Description

Dispositif et Procédé d’analyse de tir
Domaine technique
L'invention concerne le domaine de l’analyse de tir, et concerne un dispositif et un procédé permettant une analyse automatisée d’un tir, notamment dans le domaine de l’entraînement.
Etat de la technique
Lors des entraînements au tir, il est nécessaire de pouvoir rendre compte de manière fiable et en temps réel des tirs de projectiles qu’ils soient réels ou simulés. De telles exigences imposent certaines caractéristiques aux systèmes d’analyse envisagés. Ceux-ci doivent disposer d’une précision comparable à celle qui serait obtenue dans des situations réelles, tout en étant peu intrusif, c’est-à-dire de nécessiter le minimum d’équipements supplémentaires montés sur l’arme utilisée.
Ces exigences doivent faire face à plusieurs verrous pratiques opérationnels comme le poids des équipements supplémentaires embarqués, les performances (précision et latence), l’autonomie du kit, mais aussi des verrous technologiques qui sont principalement la précision des données enregistrées et analysées, la fiabilité de l’analyse d’images, la puissance minimale de calcul embarqué dans le dispositif, le débit et la consommation de la liaison sans fil.
Actuellement, plusieurs méthodes existent pour simuler des projectiles lors de l’entrainement au tir. Une technique la plus couramment utilisée est le constat a posteriori de la justesse du tir. Si le tir est effectué sur une cible, alors celle-ci sert de support à la vérification de la justesse du coup tiré. Si le tir est porté sur une cible réelle, alors la justesse du tir est analysée par l’impact de la munition (réel ou via une bille de peinture par exemple). Une autre technique est de filmer la cible via un dispositif extérieur permettant à l’utilisateur de vérifier la justesse du tir. Une dernière approche est d’utiliser un système laser couplé au déclenchement du tir et analysé par un dispositif extérieur, par exemple au moyen de marqueurs montés sur les cibles potentielles qui émettent vers un système central l’information s’il y a impact ou non. Les références suivantes sont une illustration de différents dispositifs de l’art antérieur :
Le brevet EP 0985899 A1 propose un dispositif compact d'enregistrement d'images vidéo pouvant être monté sur un pistolet et utilisé pour enregistrer des images vidéo avant et après le tir du pistolet. Le dispositif d'enregistrement comprend une caméra comprenant un objectif et un capteur d'image vidéo. Le dispositif d'enregistrement vidéo est monté sur le pistolet de sorte que la zone de visualisation de la caméra comprend la zone cible du pistolet. Le capteur d'image vidéo génère un signal électronique représentatif d’une image vidéo frappant le capteur respectif. La sortie du capteur d’image est traitée et généralement utilisée pour produire des données de trames successives qui sont stockées séquentiellement dans des emplacements d’une mémoire à semi-conducteur organisée en mémoire tampon circulaire alors que le dispositif d’enregistrement vidéo est dans un état actif. Lors du déclenchement du tir, des trames supplémentaires sont stockées dans la mémoire tampon pendant une courte période de temps et une partie de la mémoire tampon est utilisée pour conserver un enregistrement vidéo de la prise de vue avant et après l'événement. Des trames supplémentaires sont stockées successivement dans la partie inutilisée de la mémoire tampon.
Le brevet U. S. A. 8,022,986 de Jekel propose un dispositif de mesure de l'orientation d’une arme qui comprend un processeur configuré pour recevoir une première information de localisation indiquant les emplacements d'un premier point et d'un second point sur une arme, les premier et second points étant séparés par une distance parallèle à une l'axe de pointage de l'arme, et pour recevoir une seconde information de localisation indiquant les emplacements des premier et second points sur l’arme. Le processeur est en outre configuré pour recevoir des informations indiquant une première orientation terrestre et déterminer une seconde orientation terrestre correspondant à l'arme sur la base des première et seconde informations de localisation et des informations indiquant la première orientation terrestre. Les premières informations de localisation représentent un emplacement par rapport à un premier capteur à un premier emplacement et les secondes informations de localisation représentent un emplacement par rapport à un second capteur à un second emplacement, et les premier et second capteurs sont séparés par une distance donnée.
La demande de brevet U. S. 2012/0178053 A1 de D’Souza et al. concerne une méthode et un système pour un système d’entrainement au tir qui prédit automatiquement la balistique en s’appuyant à la fois sur des informations météorologiques et de distance automatiquement recueillis. Le système d’entrainement au tir de projectile confirme également que les efforts manuels effectués par un opérateur pour régler les tourelles permettraient d’atteindre ou non la cible après un tir. A la fois les réglages de la tourelle et les paramètres de la cible pour distinguer après un tir entre les états suivants : Touché ; Détruit ; Raté ; Presque raté. Un signal lumineux ou autre est envoyé de l'arme vers la cible pour indiquer qu’un tir a été effectué par l’arme.
Les inconvénients des méthodes existantes sont que d’une manière générale, l’entrainement au tir nécessite de rendre compte du tir, en s’approchant le plus possible de la balistique réelle tout en s’affranchissant des dangers associés. Et de ce fait, l’analyse d’un tir peut se voir comme un problème de désignation où il faut être capable de labéliser une cible en passant à travers certains obstacles opaques et obstacles flous, ou encore en réalisant une trajectoire courbe.
Une méthode connue depuis plus de 20 ans pour aborder cette problématique consiste à équiper les cibles potentielles de capteurs photosensibles pouvant envoyer une information lorsque ceux-ci sont éclairés par un LASER. Les inconvénients de cette méthode sont multiples : atténuation du LASER sur les grandes distances, impossibilité de tirer à travers des obstacles flous (par exemple le feuillage), nécessité d’équiper la cible avec suffisamment de capteurs photosensibles, entre autres.
Pour être utilisable, une désignation numérique doit pouvoir simuler un tir en soumettant l’impact de la balle à une distribution aléatoire proche de celle qu’aurait un tir réel. Or, les techniques actuellement proposées ne permettent pas de résoudre ce problème de manière satisfaisante.
Par ailleurs, il s’agit également de pouvoir présenter les résultats d’un tir rapidement et de façon synthétique, en indiquant et identifiant quel objet d’une scène a été touché.
Il n’existe pas de système connu combinant les différentes technologies de détection, d’enregistrement, d’analyse d’images, pour un environnement intérieur et extérieur. Il n’existe pas de système complet permettant l’enregistrement et l’analyse en temps réel des coups tirés par une arme utilisable n’importe où, n'importe quand et n’impliquant pas d’autre modification de l’arme que l’ajout d’un kit autonome et démontable.
La présente invention propose de répondre à ces besoins. Résumé de l’invention
Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif autonome en énergie et en calcul, capable de détecter le départ d’un coup et d’enregistrer via un dispositif électro-optique le lieu et la date de l’impact de la munition si celle-ci est présente ou la position simulée par calcul de l’impact dans le cas de l’utilisation d’une balle à blanc sans impact réel.
Avantageusement, le dispositif de l’invention est disponible sous forme d’un kit qui peut s’ajouter simplement sur les rails d’une arme (par exemple sur un rail MIL-STD 1913 « picatinny »).
Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé d’analyse précise de la performance d’un tir qui permet de générer en temps-réel un compte rendu sur la justesse d’un impact, et de l’enregistrer pour consultation ultérieure.
Les avantages du dispositif de l’invention sont multiples :
- il est miniaturisé, avec une architecture simple et extensible ;
- il est peu coûteux, en ce que d’une part les capteurs nécessaires à la réalisation du système proposé présentent un coût faible (des capteurs courants du commerce tels ceux équipant des smartphones par exemple peuvent être utilisés), et en ce que d’autre part, la capture d’image et les calculs associés ne sont réalisés qu’au moment du tir, permettant une économie d’énergie importante et rendant la solution proposée viable pour une application dans le domaine militaire ;
- il est embarqué et complètement autonome ;
- il peut être utilisé en tout lieu et tout temps, en environnement intérieur et extérieur sans instrumentation supplémentaire ;
- il peut être utilisé de jour comme de nuit grâce à l’utilisation de caméras IR ;
- l’environnement du tireur n’a pas besoin d’être instrumenté ;
- il est compatible avec :
- des munitions réelles ;
- des munitions factices (billes de peinture par exemple) ;
- des systèmes de simulation à air comprimé (de type « Airsoft »)
- le compte rendu peut être directement exploité par l’utilisateur sur un smartphone ou une tablette ou un casque de réalité virtuelle ; - l’analyse d’un tir est faite à partir de l’analyse du mouvement de l’arme et de la posture du tireur, un calcul de balistique est réalisé suivant les munitions utilisées, et il y a une identification précise, automatisée et en temps réel pendant le tir, d'un impact (quelle entité, quelle partie de l’entité) permettant de déterminer un niveau de dommage des impacts ;
- dans le cas d’une arme automatique à coups multiples (mitraillette), chaque impact peut être analysé individuellement ;
- le dispositif pouvant être déployé et utilisé n’importe où, sans instrumentation particulière ;
- il n’y a plus besoin de connaître la position ni la direction de l’arme.
L’invention trouvera une application avantageuse dans le domaine de la simulation, et plus particulièrement dans le cadre de l’entrainement militaire ou de la police, pour lequel il est nécessaire de pouvoir désigner des cibles de manière réaliste sans avoir recours à des projectiles réels pour des raisons de sécurité. De manière plus générale, l’invention peut également être mise en œuvre pour une application dédiée à l’entraînement collectif militaire, avec des gabarits d’armes beaucoup plus importants que des armes légères telles que celle décrite comme exemple.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de l’invention peut être couplé à un système d’effecteurs, permettant ainsi de simuler un impact sur une cible ou sur un individuel instrumenté par ce même effecteur, qu’il soit lumineux ou à vibrations.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de l’invention peut être utilisé pour calculer une trajectoire dans des obstacles traversables (une porte, un feuillage, ...) et ainsi lever les limitations (imprécisions du laser à longue distance, et besoin d’une vue directe de la cible) d’un équipement laser (Simulateur de Tir de Combat STC laser).
Dans un mode de réalisation, le dispositif de l’invention peut être couplé à un ensemble de capteurs disposés au sol, et ainsi permettre de faire un calcul réaliste d’une trajectoire en prenant en compte des paramètres tels que le vent, la pression, l’humidité de l’air.
Pour atteindre ces objectifs, l’invention a pour objet un dispositif permettant d’analyser l’impact d’un tir par arme sur une cible, comprenant :
- un module d’acquisition de données apte à déterminer le moment du départ d’un projectile d’une arme et à acquérir des données vidéo et spatiales relatives à une cible visée; - un module de calcul et de stockage apte à analyser les données temporelles, vidéo et spatiales acquises ; et
- un module de transmission de données apte à transmettre les données analysées.
Selon des modes de réalisation alternatifs ou combinés :
- le module d’acquisition de données est composé d’au moins une centrale inertielle apte à détecter le mouvement de la culasse de l’arme, d’un télémètre apte à acquérir des données de distance de la cible visée, au moins une caméra apte à acquérir des images en ligne de visée.
- le module d’acquisition de données comprend deux caméras multi-spectrales et multi-champs.
- le module de transmission de données permet une transmission par une liaison sans fil.
- le module de calcul et de stockage comprend au moins un calculateur, une capacité de stockage de données, une base de données d’apprentissage, et une horloge temps réel.
L'invention couvre aussi une arme de tir comprenant un dispositif tel que revendiqué.
L’invention couvre aussi un simulateur de tir comprenant un dispositif tel que revendiqué.
Un autre objet de l’invention est un procédé d’analyse de l’impact d’un tir par arme sur une cible, qui comprend les étapes suivantes :
- détection du déclenchement d’un tir;
- enregistrement des données disponibles immédiatement après le tir ;
- enregistrement des données disponibles avant le tir et après le tir ; - analyse de la résolution du tir par le traitement des données disponibles immédiatement après le tir ; et
- analyse temporelle du tir par le traitement des données disponibles immédiatement après le tir, des données disponibles avant et après le tir, et des résultats de l’analyse de la résolution du tir.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de génération d’un rapport d’analyse de résolution de tir, et d’un rapport d’analyse temporelle de tir.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape d’envoi des rapports d’analyse.
L'invention dans un autre aspect couvre un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code non transitoire permettant d’effectuer les étapes du procédé tel que revendiqué lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
Description des figures
Différents aspects et avantages de l’invention vont apparaître en appui de la description d’un mode préféré d'implémentation de l’invention mais non limitatif, avec référence aux figures ci-dessous :
La figure 1 illustre schématiquement le dispositif de l’invention dans un mode de réalisation ;
La figure 2 illustre schématiquement les fonctions générales opérées par les différents composants du dispositif de l’invention ;
La figure 3 illustre schématiquement la phase d’enregistrement des données selon un mode de réalisation du procédé de l’invention selon; et
La figure 4 illustre schématiquement la phase de traitement des données selon un mode de réalisation du procédé de l’invention. Description détaillée de l’invention
D’une manière générale, pour répondre à la problématique évoquée, le dispositif (100) de l’invention est montré sur la figure 1 comme équipant une arme. Il est constitué principalement:
- d’un module d’acquisition de données (102, 104, 106, 108) ;
- d’un module de stockage et de calcul (1 10) ; et
- d’un module de transmission de données (1 12).
De manière plus précise, dans un mode de réalisation du dispositif de l’invention pour équiper une arme, le module d’acquisition de données est composé au moins d'un télémètre (102) apte à acquérir des données de distance d’une cible (10), au moins une caméra (104, 106) apte à acquérir des images en ligne de visée et au moins une centrale inertielle (108) de type IMU 3 axes apte à détecter le mouvement de la culasse de l’arme au moment d’un tir. Cependant, le module d’acquisition de données peut être adapté en fonction du contexte opérationnel, tel que par exemple pour des tirs à courte portée, il ne requière qu’une seule caméra à champ large, et une IMU. Dans un autre mode de réalisation, le module comprend deux caméras (104, 106) ayant des largeurs de champ différentes, une à champ large et l’autre à champ étroit.
Le module de stockage et calcul (1 10) permet l’analyse, le traitement et le stockage de données. Dans un mode de réalisation il est composé d’un calculateur utilisant des ressources de type CPU et de type GPU (dédié à des calculs effectués par des réseaux de neurones par exemple), d’une base de données d’apprentissage (208) comprenant des informations relatives à des cibles (personnes, véhicules, ...) utilisées pour les calculs de détection de cible, et d’une capacité de stockage de données (210). Le module de calcul comprend aussi une horloge temps réel qui permet de garantir une datation précise et sans dérive des données collectées.
Le module de transmission de données (1 12) permet une communication vers un dispositif distant, de manière préférentielle par une liaison sans fil.
La figure 2 illustre schématiquement les fonctions générales opérées par les différents composants du dispositif de l’invention, et les figures 3 et 4 les détaillent.
Le procédé d’analyse débute par la détection du déclenchement d’un tir (202). La mesure du moment du départ d’un projectile est faite par les capteurs de la centrale inertielle (108) qui détectent le mouvement de la culasse de l'arme, i.e. les vibrations simultanées sur les trois axes.
La détection de l’instant de départ du tir déclenche l’enregistrement (204) des vues par la ou les caméras (104, 106). La cible (10) visée par le canon est enregistrée numériquement par voie électro-optique au moyen préférentiellement de plusieurs caméras, lesquelles sont à la fois multi-spectrales (visible / infra rouge) et multi-champs, et ce pendant tout le temps du déplacement de la munition ainsi qu’après l’impact. Afin de déterminer la ligne de visée, le dispositif utilise une image à champ large et une image à champ étroit réelles, les images étant obtenues lors du pointage capté par le système de caméras haute résolution multi spectrale. Le basculement champ large/champ étroit se fait automatiquement sur un critère de distance afin d’assurer la résolution optimale pour la segmentation ultérieure (214) de l’image. De manière préférentielle, deux caméras sont utilisées, chaque caméra étant calibrée de manière indépendante pour permettre la correction de parallaxe et de balistique par le module de calcul.
L'enregistrement numérique vidéo (204) fait par l’ensemble des capteurs est stocké et analysé (206) directement par le calculateur (1 10) embarqué dans le dispositif. Le calculateur qui analyse les images issues des caméras est apte à :
- calculer la position d’impact dans l'image ;
- détecter et reconnaître les éléments touchés dans l’image (personnes, animaux, objets).
L'homme de l’art comprend que la présente invention peut s’implémenter à partir d’éléments matériel et logiciel. Les traitements de données peuvent être effectués par un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code non transitoire.
Un mécanisme de synchronisation permet de synchroniser les données enregistrées par l’ensemble des composants afin d’assurer la cohérence des informations de débriefing.
Les images sont stockées sur la mémoire embarquée (210). Si le mode de diffusion est activé, ces images sont transmises (212) en temps réel pour analyse et segmentation (214) à un dispositif extérieur (216) afin de contrôler l’évolution du pointage avant et après le tir. Le fonctionnement du système peut être découpé en deux grandes phases : une première phase d’enregistrement des données représentée par la figure 3, et une deuxième phase de traitement des données représentée par la figure 4.
La phase d’enregistrement des données comporte la séquence d’étapes suivantes:
301 : Déclenchement du tir : l’opérateur appuie sur la détente de l’arme.
302 : Détection du Tir :
- l’accéléromètre (IMU) détecte le mouvement de la culasse ; et
- le calculateur interprète le mouvement de la culasse sur une fenêtre
temporelle pour en déduire le déclenchement du tir par comparaison avec une signature de tir pré-enregistrée.
303 : Enregistrement des données « A » disponibles immédiatement après le tir :
- récupération dans un buffer circulaire de l’image au moment du tir. Cette image est notée image Ό’ (comme centrale) ;
- acquisition de la distance à la cible grâce au télémètre ; et
- génération d’un paquet de données «A» envoyées au calculateur pour traitement.
304 : Enregistrement des données « B » disponibles‘M’ secondes après le tir :
- déclenchement d’une boucle d’attente de M secondes. Dans un mode de réalisation, le paramètre‘M’ peut être fixé à M=1 seconde ;
- à la fin de l’attente, récupération dans le buffer circulaire des
images correspondantes à‘N’ secondes avant le tir et aux‘M’ secondes après le tir. Dans un mode de réalisation, le paramètre‘N’ peut être fixé à N= 2 secondes ; et
- génération d’un paquet de données «B» envoyées au calculateur pour traitement.
305 : Fin de l’enregistrement
La phase de traitement des données illustrée par la figure 4, comporte deux séquences de traitement effectuées dans des processus séparés (400, 410). Une première séquence (400) est dédiée à la résolution du tir. Elle est très rapide (de l’ordre de la durée de vol de la munition) et ne s’appuie que sur les données «A» disponibles immédiatement après le tir. Une deuxième séquence (410) de traitement est plus lente et permet une analyse temporelle du tir. Elle s’appuie sur les données «A» et «B» et sur la première séquence, et permet de générer un rapport de tir.
La première séquence (400) de traitement des données « A » permet une analyse de la résolution d’un tir, et comporte les étapes suivantes :
401 : Détection des objets présents sur l’image C via des algorithmes de détection et de reconnaissance. Cette étape permet d’identifier des cibles statiques, des humains, des éléments de mobilier intérieur ou urbain, des armes, des véhicules, etc...
402 : Calcul balistique. Cette étape permet de déterminer la position touchée dans l’image C par la munition, en utilisant les données du télémètre, les informations de projection de la/les caméra(s) et le profil balistique de l’arme et de ses munitions.
403 : Détection de l’objet cible : si un objet détecté à l’étape précédente est présent à la position touchée dans l’image par la munition (calculée à l’étape 6), le procédé passe à l’étape suivante 404, sinon le processus de la première séquence s’arrête et les informations de balistique sont communiquées à la deuxième séquence.
404 : Identification de la cible (personne connue, cible d’un certain type, véhicule particulier, ...). Dans le cas d’un objet comportant des sous-parties identifiées, le procédé permet d’identifier la sous-partie touchée. Par exemple, pour un humain, un bras, un tronc, une jambe ou une tête.
405 : T racé et enregistrement des données d’identification et de balistique sur l’image C. Communication de ces informations pour la deuxième séquence.
406 : Etablissement d’un rapport à destination de la cible touchée pour l’avertir qu’elle a été touchée.
408 : Envoi optionnel du rapport par liaison sans fil.
La deuxième séquence (410) de traitement des données permet une analyse temporelle du tir, et comporte les étapes suivantes :
41 1 : Calcul du flux optique pour en déduire la déviation de l’arme en pixel, avant et après le tir.
412 : Utilisation des paramètres de projection de la caméra pour calculer le mouvement angulaire de l’arme (en degrés).
413 : Utilisation des informations de distance à la cible pour calculer le mouvement linéaire du point de visé dans le repère de la cible (en mètre).
414 : Agrégation et tracé des informations de tir sur l’image C : - mouvement de la ligne de visée ;
- données d’identification de cible (si disponible) ;
- point d’impact calculé par la balistique ;
415 : Génération de données de qualimétrie sur le tir effectué:
- déviation de l’arme ;
- score de tir si la cible touchée permet l’établissement d’un score ;
- autres ...
41 6 : Etablissement d’un rapport de tir numérique: génération d’un rapport synthétique (image, fichier de données) ;
418 : Optionnellement envoi par liaison sans fil (4G, 5G, Bluetooth, wifi) à un ordinateur distant (tablette, smartphone, casque de réalité augmenté) pour visualisation par un instructeur ; et
420 : Sauvegarde du rapport sur mémoire statique, type mémoire flash. La présente description illustre un mode de réalisation de l’invention, mais n’est pas limitative. L’exemple a été choisi pour permettre une bonne compréhension des principes de l’invention, et une application concrète, mais n’est pas exhaustif mais la description doit permettre à l’homme du métier d’apporter des modifications et variantes d’implémentation en gardant les mêmes principes. Ainsi, par exemple, il est envisageable des extensions des fonctionnalités du système par ajout par exemple d’un système de positionnement de joueurs dans le cas d’un entraînement collectif impliquant de grands déplacements.

Claims

Revendications
1. Dispositif permettant d’analyser l’impact d’un tir par arme sur une cible, comprenant :
- un module d’acquisition de données (102, 104, 106, 108) apte à :
■ acquérir des données vidéo et spatiales relatives à une cible visée (10) avant le déclenchement d’un tir ;
■ déterminer le moment du déclenchement d’un tir ; et
■ acquérir des données après le déclenchement d’un tir ;
- un module de calcul et de stockage (1 10) apte à
■ faire une analyse de la résolution d’un tir par le traitement de données disponibles au moment du déclenchement d’un tir ; et
■ faire une analyse temporelle d’un tir par le traitement de données disponibles après le déclenchement d’un tir et des données obtenues par l’analyse de la résolution du tir ; et
- un module de transmission de données (1 12) apte à transmettre les données analysées.
2. Le dispositif selon la revendication 1 dans lequel le module d’acquisition de données est composé d’au moins une centrale inertielle (108) apte à détecter le mouvement de la culasse de l'arme, d’un télémètre (102) apte à acquérir des données de distance de la cible visée, au moins une caméra (104, 106) apte à acquérir des images en ligne de visée.
3. Le dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le module d’acquisition de données comprend deux caméras (104, 106) multi-spectrales et multi-champs.
4. Le dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel le module de transmission de données (1 12) permet une transmission par une liaison sans fil.
5. Le dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le module de calcul et de stockage(1 10) comprend au moins un calculateur, une capacité de stockage de données, une base de données d’apprentissage et un horloge temps réel.
6. Arme de tir comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
7. Simulateur de tir comprenant un dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.
8. Un procédé permettant d’analyser l’impact d’un tir par arme sur une cible, comprenant les étapes suivantes :
- acquisition (304) de données vidéo et spatiales relatives à une cible visée avant le déclenchement d’un tir ;
- détermination (302) du moment du déclenchement (301 ) d’un tir;
- acquisition (303) de données après le déclenchement du tir ;
- analyse de la résolution du tir (400) par le traitement de données disponibles au moment du déclenchement du tir ;
- analyse temporelle du tir (410) par le traitement de données disponibles après le déclenchement du tir et de données obtenues par l’analyse de la résolution du tir ; et
- transmission (408, 418) des données analysées.
9. Le procédé selon la revendication 8 comprenant de plus une étape de génération d’un rapport d’analyse de résolution de tir (406), et d’un rapport d’analyse temporelle de tir (41 6).
10. Le procédé la revendication 9 comprenant de plus une étape d’envoi (408, 418) des rapports d’analyse.
1 1 . Un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code non transitoire permettant d’effectuer certaines des étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
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