一种基于图像处理技术的自动报靶系统设计

1 引言1.1 课题研究背景及发展方向在军队射击训练和各种体育射击比赛中，示靶、检靶、报靶和成绩的记录统计，是训练和比赛过程中的主要保障工作。

目前，这些保障工作大部分还是依靠人工来完成的。

人工报靶有着工作量大、效率低、安全性差的特点。

想要提高射击比赛或训练中报靶的效率，最主要是要解决自动报靶的问题[1]。

因此，设计制作并采用安全有效的自动报靶系统具有重要的现实意义也是迫切的现实需求。

当今较为先进的报靶系统包括光电坐标靶、图像处理坐标靶、CCD线阵靶、声电坐标靶、光纤编码坐标靶刚、双电极短路坐标靶等[2][3]。

但以上这些方法也存在着各自的不足：有的技术过于复杂、有的不能用于野外实弹射击报靶、有的成本过高、有的着弹实报率较低、不适用于连发射击训练等缺点。

目前应用较多的还有红外光电定位测试、基于图像处理模板匹配法、基于声电坐标定位法、基于光纤编码定位法、广义Hough变换法(基于图像处理)、面阵CCD 精度靶等报靶系统，都是较有效的测试方法[3]。

近年来发展起来一种新型智能自动报靶系统，与传统的实弹射击准备工序繁琐且隐藏着极大的安全隐患比较，利用这种报靶系统开展的训练将会更安全高效。

这一智能自动报靶系统由主机、从机、靶面传感器三部分构成。

具有可对射击过程全程监控，并作数据处理、自动统计以及查询成绩等功能，还可对射手存在的问题作出分析，极大地提高了训练效率[4]。

可以预见，这种新型智能自动报靶系统将会在不远的将来取代传统自动报靶系统并向更加智能化、自动化、数字化方向发展，它将可能成为未来研制报靶系统的新趋势。

1.2 基于激光坐标定位法实现的自动报靶系统简介激光坐标定位法在一些资料中也称为光电坐标定位法，光电靶是由X、Y两个方向上的激光网络构成，如图l 所示。

图1.1 光电靶将普通靶纸置于激光网络之前并与之同轴，当子弹打破靶纸，并穿越激光网络时，会阻断相应位置处X和Y两个方向上的各一路激光，从而使接收装置(光敏管)开关状态发生变化[5][6]。

一种新型自动报靶系统
孙国春;徐卫
【期刊名称】《电脑编程技巧与维护》
【年(卷),期】2009(0)S1
【摘要】介绍一种非接触式着靶点测量系统的工作原理,并在此基础上解决了在实施过程中高速数据存储及高精度确定弹丸着靶位置等技术难点。

实验表明,该方案可行,并有一定推广价值。

【总页数】3页(P166-168)
【关键词】信号检测;信号处理;计算机控制
【作者】孙国春;徐卫
【作者单位】空军航空大学计算机教研室
【正文语种】中文
【中图分类】TP274
【相关文献】
1.一种自动报靶系统的设计 [J], 魏志华;信思金
2.一种多功能无线自动报靶系统设计与实现 [J], 任传铭
3.一种基于图像处理技术的自动报靶系统设计 [J], 张晓锟;林嘉宇
4.一种适用于激光模拟射击的自动报靶系统 [J], 崔金良;于正林
5.一种自动报靶系统的设计与实现 [J], 战延谋;王卓柱;孙吉红;段红
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于图像处理的智能模拟射击训练系统的开题报告一、课题背景随着科技的发展，越来越多的武器装备采用数字化、智能化技术，导致射击训练也越来越注重数字化、智能化。

目前射击训练的主要形式是实际射击，但由于弹药和场地的限制，实际射击的次数和频率都受到较大的限制。

此外，实际射击存在着安全隐患，尤其是未经过专业训练的人士进行射击时更为危险。

因此，发展一种基于图像处理的智能模拟射击训练系统是很有必要的。

二、课题目的与意义本课题的主要目的是设计开发一款基于图像处理的智能模拟射击训练系统，提供一种低成本、安全、高效的射击训练方法。

该系统可以识别虚拟的靶子，计算射击命中率等数据，并对用户的射击操作进行评估，从而提高射击技能水平。

三、研究内容1.基于OpenCV的图像处理算法研究通过OpenCV对摄像头采集的图像进行处理，提高图像的清晰度和识别率，帮助系统实现对靶子的识别和跟踪功能。

2.开发模拟射击场景开发一个模拟射击场景，包括虚拟靶子和各类射击场景，用户可以在场景中进行射击训练，系统可以对其射击命中率、击中位置等数据进行评估。

3.评估射击操作对用户的射击操作进行评估，包括枪姿、射击节奏、瞄准精度等多个方面，为用户提供专业的射击训练指导。

四、研究方法本课题采用以下研究方法：1.文献调研调研相关领域的前沿技术和发展方向，为研究方法和解决方案提供参考。

2.系统设计设计一个基于图像处理的智能模拟射击训练系统，包括系统结构设计、算法设计和用户交互设计。

3.代码实现基于设计方案和算法，使用Python等编程语言进行代码实现。

4.测试验证对系统进行功能测试、性能测试和用户体验测试，为系统的进一步优化提供实验数据。

五、预期成果1.论文完成一篇基于图像处理的智能模拟射击训练系统的毕业论文，阐述研究背景、设计思路、实现方案和实验结果，呈现本课题的研究成果。

2.系统完成一款基于图像处理的智能模拟射击训练系统，实现识别虚拟靶子，计算射击命中率等数据，并对用户的射击操作进行评估，提高用户的射击技能水平。

自动报靶系统设计与实现摘要：文章结合惠更斯原理的子波思想提出一种超声传感器报靶系统，当子弹穿过靶标时，弹头波在其脉冲压力作用下通过空气介质向四周传播，直至遇上微孔管，部分激波通过微孔管到达传感器。

接收信号采用无线传输模块，通过解析各个传感器的时差值来计算弹丸位置，以此实现弹着点自动报靶的系统。

本系统对射击瞄准点指示物无特定要求，结构简单、定位精度高、不受外界环境影响，通过孔式传感器和幕布的方式解决多位无干扰和连发的问题。

引言为了更好、更高效地训练枪械持有者的射击技能，解决传统训练设备技术落后、效率低等问题，更好地适应高效、通用、科学的训练形势，发展与之相适应的新的现代化训练设备迫在眉睫。

现有大多数自动报靶定位装置的靶标皆为有形靶标。

多数采用封闭式声空腔结构，采用前后封闭靶板，对前后封闭靶板受弹数有一定的技术要求，1cm2多者8发、少者4发前后靶板就要修补。

因而靶标的使用寿命低，更换修补次数多。

另外，现有技术中的定位方法是利用弹丸的弹头波到达靶面上的不同传感器所产生的时间差，确定弹丸在靶面上的坐标。

虽能较好解决弹丸精确定位，但是不能解决连发问题。

因此，现有的声电定位装置存在以上缺陷，而且适用范围也有一定的局限性。

针对现有技术的上述不足，提出一种敞开形超声传感器的报靶系统，其结构简单、体积小、重量轻、无耗材并且野外布设、便携、射击瞄准指示物材料无特定要求，定位精度高，能解决弹丸单、连发精确定位问题。

是一种能很好适用于野外实弹连发射击训练、演习、战场杀伤破坏评估中弹丸定位及自动报靶的声电定位装置。

1 声电定位原理声电定位的主要优点在于测量精度高，工作与光照条件无关，可以全天候工作。

对装于“口”型布阵靶框内侧的声学传感器来说，枪械类型和射击距离不同，其探测到的传感器信号不同，波形也会有所不同。

在一个矩形木质框架上装入若干个声电传感器，当弹头从框架内穿过时，冲击框架内的空气使之产生扰动，形成一个冲击波向周围扩散(弹头穿过点即为波源)，离波源最近的传感器最先捕捉到该波，启动检靶仪开始计时，其余各传感器依次接收到该波，这样就获得若干个时间差，通过这些时间差及弹头速度(波速)，进行运算处理，就可以确定波源位置，即弹头穿过位置。

Design and Realize of Automatic Target-scoring System Based on FPGAA DissertationSubmitted for the Degree of MasterOn Control Engineeringby Yang YongjunUnder the Supervision ofProf. Jia JieSchool of Informational EngineeringNanchang Hangkong University, Nanchang, ChinaJune, 2012摘要随着科技发展，射击训练和比赛中对报靶方式提出了更高的要求。

传统人工报靶方式安全性差，费时费力，且报靶准确性没有保证，而自动报靶系统报靶精度高，具有数据统计等多种功能，提高了训练效率。

目前常见的自动报靶系统主要分为图像自动报靶系统、超声波自动报靶系统和光电自动报靶系统。

他们有各自的缺点，例如图像自动报靶系统计算量大、超声波自动报靶系统无法处理速度低于音速的物体、光电报靶系统需要引脚数超过一般处理器可用引脚数，针对以上不足，本文设计并实现了一种基于FPGA的自动报靶系统。

本文所设计的自动报靶系统中，射击靶上激光器和光电二极管传感器之间形成激光光幕，数据采集处理部分以FPGA为核心，采集物体过靶信号，计算过靶坐标，并无线上传至上位机，上位机采用LabVIEW进行模拟显示。

本文首先详细分析了国内外自动报靶系统研究现状和相关产品应用技术，在此基础上完成方案规划和主要技术指标设计，紧接着进行了传感器器件的选型。

然后介绍了靶位处的几个模块，主要包括FPGA和无线传输模块。

在对比了FPGA 和传统可编程逻辑器件的区别后详细说明了FPGA扫描传感器信号得出过靶坐标值的过程，无线传输模块用来实现靶位处控制器和上位机的数据传输，给出了各模块连接电路图并结合硬件做了仿真。

实弹射击报靶系统的图像校正作者：秦斌殷晓露禹世杰来源：《现代电子技术》2014年第14期摘要：针对人工校正报靶系统的不准确性，提出了一种无线超声报靶系统的图像校正技术。

采用轮廓提取的方法获取靶纸上的有效区域，对有效区域采取自动获取控制点的方法进行几何校正，获得与模板图像大小相同的正视靶纸图片，再利用训练好的级联分类器识别校正后的靶纸上的弹孔，最后利用最小二乘法计算出靶纸上弹着点的实际位置。

向超声靶射击3枪，记录超声信号获得的3个弹着点位置，将其与弹着点的实际位置进行比对即可获取报靶系统的修正值，再将修正值用于弹着点的校正当中，即可实现靶纸更换后弹着点位置的自动校正。

较之传统的人工校正方法更加方便快捷，减少人为因素造成的校正不准，避免实弹训练时报靶误差的产生。

关键词：图像校正；超声报靶；轮廓提取；弹孔识别中图分类号： TN919⁃34； TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）14⁃0109⁃05Image correction of wireless ultrasound readout system for shooting practiceQIN Bin1， 2， YIN Xiao⁃lu2， YU Shi⁃jie2（1. Information Center， Shenzhen University， Shenzhen 518060， China；2. School of Mechatronics and Control Engineering， Shenzhen University， Shenzhen 518060， China）Abstract： An image correction technology applied to wireless ultrasound target⁃record system is proposed to avoid the inaccuracy of manual correction. The contour extraction method is adopted to obtain the effective area on the silhouette paper， and then method to automatically get control points on the effective place is used to conduct geometric correction and get the front view target sheet picture which is same size as template image. The corrected bullet holes on the paper are recognized by a trained cascade classifier. The least squares fitting method is used to calculate the actual location of the bullet holes on the paper. Three bullets shoot on the ultrasound target and the locations of three impact points are obtained by recording the ultrasonic signal. The revised value of the ultrasound target⁃record system can be got by comparing them with the actual positions of the impact points. Compared with the traditional manual correction method， the wireless ultrasound target⁃record system is more convenient， can reduce the inaccuracy caused by artificial correction， and also can avoid the record error of shooting training.Keywords： image correction； ultrasound target⁃record； contour extraction； bullet hole recognition0 引言实弹射击训练主要采用人工报靶，其缺点除了人为因素造成报靶误差外主要是实训工作效率低，射击前后的管理性工作非常多，比如贴靶纸、验靶纸、统计成绩等。

激光枪自动射击装置一、任务设计一个能够控制激光枪击发、自动报靶及自动瞄准等功能的电子系统。

该系统由激光枪及瞄准机构、胸环靶、弹着点检测电路组成，其结构见图1。

二、要求1．基本要求（1）用激光笔改装激光枪，激光枪可受电路控制发射激光束，激光束照射于胸环靶上弹着点的光斑直径＜5mm；激光枪与胸环靶间距离为3m。

图1 简易自动报靶装置示意图（2）激光枪固定在一机构上，可通过键盘控制激光枪的弹着点（用键盘设置激光束在靶纸上上下、左右移动一定距离）。

（3）制作弹着点检测电路，通过摄像头识别激光枪投射在胸环靶上的弹着点光斑，并显示弹着点的环数与方位信息。

其中环数包括：10、9、8、7、6、5、脱靶；方位信息是指弹着点与10环区域的相对位置，包括：中心、正上、正下、正左、正右、左上、左下、右上、右下。

详见图2-b。

2．发挥部分（1）在图形点阵显示器上显示胸环靶的相应图形，并闪烁显示弹着点。

（2）自动控制激光枪，在15秒内将激光束光斑从胸环靶上的指定位置迅速瞄准击中靶心（即10环区域）。

（3）可根据任意设定的环数，控制激光枪瞄准击中胸环靶上相应位置。

（4）其他2-a 胸环靶尺寸2-b胸环靶环数及方位信息示意图2 胸环靶示意图三、说明1．激光枪可以由市场上的激光笔改造，由电路控制击发；每次击发使光斑维持3～5s时间，但此期间不得移动光斑。

2．可采用步进电机、舵机或直流电机等机构对激光枪进行两维控制，以实现瞄准。

激光枪及相关机构可由支架支撑。

3．胸环靶是在不反光的白纸画有一组相距5cm的同心圆(线宽不超过1mm)，最内圆环直径10cm，圆环内为10环区域，从最内环至最外环间分别为9、8、7、6、5环区域，最外环外为脱靶。

胸环靶上不允许设置摄像头以外的传感器。

4．当激光枪的弹着点落在胸环靶的环线上时，报靶时采取就高不就低的原则。

例如，弹着点在8环与9环之间的环线上时，则认为是9环。

5．在不影响靶纸上圆环线的前提下，允许在靶纸上做标记。