一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统及方法技术方案

一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统及方法，所述系统由靶标子系统、典型环境光区域分割与机器视觉测量子系统、射击数据处理及结果输出子系统组成。本发明专利技术通过在野外环境下快速搭建简易射击试验平台，采用环境光图像质量分析方法自动选择弹着点区域分割算法的关键控制参数，并采用单目相机视觉测量原理实现对射击试验时弹着点坐标的自动解算及射击效果评估。本系统适用于多型火炮、坦克武器系统的射击试验，具有系统成本低廉、自动化程度高、评估准确度高等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统及方法
本专利技术涉及一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统及方法，该系统及方法通过对当前打靶环境光图像质量特征的分析，自动选择弹着点区域分割算法的控制参数，并采用单目视觉测量原理进行弹着点坐标的定位计算，有效提高了系统对环境的适应性，适合于实现复杂室外环境光条件下的武器打靶试验自动报靶功能。
技术介绍
武器系统实弹射击试验自动报靶技术就是综合采用各类传感器技术、数据通信技术，以及计算机技术实现自动或半自动识别、定位和评估武器打靶弹着点精准度和效果的一类技术和方法。由于实弹射击打靶试验的复杂性，目前尚无通用的技术及产品出现，许多专利技术及应用尝试采用不同的技术途径针对各自的射击要求进行自动报靶功能的实现。中国专利“一种报靶系统的自动校正方法和报靶系统”(国内专利公开号CN103591852A)，综合采用弹着点的超声信号和图像坐标分析结果，进行实弹射击弹着点的定位；中国专利“一种基于图像识别的射击自动报靶系统”(国内专利公开号CN103353259A)，设计了一种基于图像分析技术的比赛用自动报靶系统；中国专利“基于弹丸激波宽度的报靶系统”(国内专利公开号CN102435106A)，专利技术了一种通过激波传感器定位弹着点位置的系统及方法；中国专利“一种轻武器实弹射击自动报靶的装置及其工作方法”(国内专利公开号CN103115527A)专利技术了一种包含靶面传感器的靶标，该靶标通过建立弹着点附近材料电极的电阻模型进行弹着点坐标的定位。与室内应用场景的报靶系统及射击比赛用报靶系统相比，野外环境下各类火炮与坦克武器系统的打靶试验具有试验环境光复杂、试验时间长、炮弹在靶面造成的损伤复杂等特点。如果采用带有特殊传感器的靶标进行打靶试验，将大大提高系统的成本；采用激波或声学传感器进行弹着点的定位时，对于较近距离射击试验，上述测量方法精度一般无法得到有效保证；采用基于监控相机和传统图像分析手段的自动报靶方案，虽然具有输出直观、系统建设成本低的优势，但复杂的野外成像环境对图像处理算法提出极高要求，一般很难设计出通用的弹着点计算方法进行处理，因此这类系统往往更适合于在室内环境或环境光变化相对简单的场合得到应用。
技术实现思路
本专利技术针对野外环境下复杂日光变化对图像分析算法影响严重的问题，提供了一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统及方法，实现对弹着点坐标的精确估算和测量。本专利技术的技术方案是：一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统由靶标子系统、典型环境光区域分割与机器视觉测量子系统、射击数据处理及结果输出子系统组成，其中：靶标子系统由标准木板靶和木板靶固定支架组成；所述标准木板靶作为射击靶标；木板靶固定支架将木板靶竖直固定；典型环境光区域分割与机器视觉测量子系统由监控相机、监控相机支架、便携式计算机、贴纸和卷尺组成；监控相机用于实时采集射击靶标图像并输出至便携式计算机；监控相机支架用于固定监控相机在空间中的位置；贴纸为多个，用于进行相机标定和射击坐标定位时的识别辅助标志点；每个贴纸为固定大小的矩形形状，卷尺用于测量贴纸的大小和多个贴纸张贴的距离；监控相机与便携式计算机进行通信连接；在便携式计算机中存储了典型环境光区域分割算法参数数据库，典型环境光区域分割算法参数数据库包括不同环境光下的图像质量评估参数及与之对应的图像分割算法控制参数；射击结果输出子系统用于输出射击结果，由远程计算机、液晶显示器和扬声器组成；远程计算机与液晶显示器、扬声器相连接；便携式计算机通过有线网络与远程计算机相连接；在实弹射击时，便携式计算机接收监控相机输出的实时靶标图像，并根据实时靶标图像的非弹着点区域计算被测环境光图像质量评估参数，根据被测环境光图像质量评估参数查找典型环境光区域分割算法参数数据库获得与被测环境光图像质量评估参数对应的图像分割算法控制参数，最后根据获得的图像分割算法控制参数解算每个弹着点坐标；便携式计算机根据多次射击的弹着点坐标计算坐标均值和方差，并将计算的弹着点坐标、坐标均值、方差以及靶标图像发送至射击结果输出子系统的远程计算机。标准木板靶的尺寸为1米×1米。贴纸的颜色与木板靶靶面颜色形成较强的对比。贴纸为4个或8个。图像质量评估参数包括亮度、对比度、噪声级和模糊度。利用上述实弹射击自动报靶系统进行自动报靶的方法，包括如下步骤：(1)建立典型环境光区域分割算法参数数据库；首先累积以往打靶时不同季节、不同天气、不同光照条件下的实弹射击靶标图像，根据环境光图像质量变化的情况，选定M幅典型环境光条件下的靶标图像；M至少为1280；根据每幅选定靶标图像的非弹着点区域计算所选定靶标图像的图像质量评估参数，并使用图像分割算法对每个选定靶标图像的弹着点区域进行分割，分割时采用人工调节算法控制参数的方式找到使分割效果达到最佳的图像分割算法控制参数作为与该幅选定靶标图像对应的图像分割算法控制参数；最后将选定的M幅典型环境光条件下的靶标图像的图像质量评估参数与对应的图像分割算法控制参数联合组成典型环境光区域分割算法参数数据库；(2)搭建野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统，确定监控相机与射击靶标间的距离；在设定和固定监控相机焦距的前提下，当标准木板靶靶面基本落入监控相机所拍摄的图像范围之内，所采集的靶面图像占据监控相机90％以上的输出图像范围，且图像细节清晰可见时，则能够确定监控相机与射击靶标间的距离；(3)在靶标表面张贴多个贴纸，张贴完后对贴纸相互的距离采用卷尺进行测量和记录；(4)控制监控相机对靶标表面进行拍摄采集含有贴纸的靶标图像，便携式计算机对含有贴纸的靶标图像进行处理，提取贴纸的特征点信息，采用单目相机标定方法确定摄像机的内外参数；(5)进行实弹射击，通过监控相机获得射击后的实时靶标图像；(6)便携式计算机根据实时靶标图像的非弹着点区域计算被测环境光图像质量评估参数，根据被测环境光图像质量评估参数查找典型环境光区域分割算法参数数据库获得与被测环境光图像质量评估参数对应的图像分割算法控制参数，最后根据获得的图像分割算法控制参数解算实时靶标图像上每个弹着点坐标；(7)便携式计算机根据多次射击的弹着点坐标计算坐标均值和方差，并将计算的弹着点坐标、坐标均值、方差以及靶标图像发送至射击结果输出子系统的远程计算机进行输出。先将四个尺寸已知的贴纸张贴在靶标矩形面的四个直角拐角处，且保证贴纸完全落入靶标表面且与靶标的边缘平行，四个贴纸根据靶标中心呈对称分布；然后在已张贴四个贴纸平行于靶标边缘的四个连线中心再张贴同样大小的四个贴纸。所述图像分割算法为基于图割模型的图像分割算法。图像质量评估参数包括亮度、对比度、噪声级和模糊度。根据被测环境光图像质量评估参数查找典型环境光区域分割算法参数数据库获得与被测环境光图像质量评估参数对应的图像分割算法控制参数的方法如下：根据公式计算被测环境光图像质量评估参数与典型环境光区域分割算法参数数据库中每幅选定靶标图像的环境光图像质量评估参数的距离DisE；其中，xi，i＝1,2,3,4，分别代表实时靶标图像非弹着点区域的亮度、对比度、噪声级和模糊度；yi，i＝1,2,3,4，分别代表典型环境光区域分割算法参数数据库中的每幅选定靶标图像的亮度、对比度、噪声级和模糊度；找到最短的距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统，其特征在于，所述系统由靶标子系统、典型环境光区域分割与机器视觉测量子系统、射击数据处理及结果输出子系统组成，其中：靶标子系统由标准木板靶和木板靶固定支架组成；所述标准木板靶作为射击靶标；木板靶固定支架将木板靶竖直固定；典型环境光区域分割与机器视觉测量子系统由监控相机、监控相机支架、便携式计算机、贴纸和卷尺组成；监控相机用于实时采集射击靶标图像并输出至便携式计算机；监控相机支架用于固定监控相机在空间中的位置；贴纸为多个，用于进行相机标定和射击坐标定位时的识别辅助标志点；每个贴纸为固定大小的矩形形状，卷尺用于测量贴纸的大小和多个贴纸张贴的距离；监控相机与便携式计算机进行通信连接；在便携式计算机中存储了典型环境光区域分割算法参数数据库，典型环境光区域分割算法参数数据库包括不同环境光下的图像质量评估参数及与之对应的图像分割算法控制参数；射击结果输出子系统用于输出射击结果，由远程计算机、液晶显示器和扬声器组成；远程计算机与液晶显示器、扬声器相连接；便携式计算机通过有线网络与远程计算机相连接；在实弹射击时，便携式计算机接收监控相机输出的实时靶标图像，并根据实时靶标图像的非弹着点区域计算被测环境光图像质量评估参数，根据被测环境光图像质量评估参数查找典型环境光区域分割算法参数数据库获得与被测环境光图像质量评估参数对应的图像分割算法控制参数，最后根据获得的图像分割算法控制参数解算每个弹着点坐标；便携式计算机根据多次射击的弹着点坐标计算坐标均值和方差，并将计算的弹着点坐标、坐标均值、方差以及靶标图像发送至射击结果输出子系统的远程计算机。...

【技术特征摘要】
1.一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统，其特征在于，所述系统由靶标子系统、典型环境光区域分割与机器视觉测量子系统、射击数据处理及结果输出子系统组成，其中：靶标子系统由标准木板靶和木板靶固定支架组成；所述标准木板靶作为射击靶标；木板靶固定支架将木板靶竖直固定；典型环境光区域分割与机器视觉测量子系统由监控相机、监控相机支架、便携式计算机、贴纸和卷尺组成；监控相机用于实时采集射击靶标图像并输出至便携式计算机；监控相机支架用于固定监控相机在空间中的位置；贴纸为多个，用于进行相机标定和射击坐标定位时的识别辅助标志点；每个贴纸为固定大小的矩形形状，卷尺用于测量贴纸的大小和多个贴纸张贴的距离；监控相机与便携式计算机进行通信连接；在便携式计算机中存储了典型环境光区域分割算法参数数据库，典型环境光区域分割算法参数数据库包括不同环境光下的图像质量评估参数及与之对应的图像分割算法控制参数；射击结果输出子系统用于输出射击结果，由远程计算机、液晶显示器和扬声器组成；远程计算机与液晶显示器、扬声器相连接；便携式计算机通过有线网络与远程计算机相连接；在实弹射击时，便携式计算机接收监控相机输出的实时靶标图像，并根据实时靶标图像的非弹着点区域计算被测环境光图像质量评估参数，根据被测环境光图像质量评估参数查找典型环境光区域分割算法参数数据库获得与被测环境光图像质量评估参数对应的图像分割算法控制参数，最后根据获得的图像分割算法控制参数解算每个弹着点坐标；便携式计算机根据多次射击的弹着点坐标计算坐标均值和方差，并将计算的弹着点坐标、坐标均值、方差以及靶标图像发送至射击结果输出子系统的远程计算机；图像质量评估参数包括亮度、对比度、噪声级和模糊度；根据被测环境光图像质量评估参数查找典型环境光区域分割算法参数数据库获得与被测环境光图像质量评估参数对应的图像分割算法控制参数的方法如下：根据公式计算被测环境光图像质量评估参数与典型环境光区域分割算法参数数据库中每幅选定靶标图像的环境光图像质量评估参数的距离DisE，其中，xi，i＝1、2、3、4，分别代表实时靶标图像非弹着点区域的亮度、对比度、噪声级和模糊度；yi，i＝1、2、3、4，分别代表典型环境光区域分割算法参数数据库中的每幅选定靶标图像的亮度、对比度、噪声级和模糊度；找到最短的距离DisE所对应的数据库中的图像分割算法控制参数作为与被测环境光图像质量评估参数对应的图像分割算法控制参数。2.根据权利要求1所述的一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统，其特征在于，标准木板靶的尺寸为1米×1米。3.根据权利要求1所述的一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统，其特征在于，贴纸的颜色与木板靶靶面颜色形成较强的对比。4.根据权利要求1所述的一种野外用复杂光照下的实弹射击自动报靶系统，其特征在于，贴纸为4个或8个。5.利用权利要求1所述的实弹射击自动报靶系统进行自动报靶的方法，其特征在于，自动报靶的方法包括如下步骤：(1)建立典型环境光区域分割算法参数数据库；首先累积以往打靶时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘皓挺，王巍，王学锋，于文鹏，王军龙，蓝天，马建立，付铁刚，孙媛，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11