基于机器视觉的飞碟模拟训练系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉与传感器技术的室内飞碟空枪模拟训练系统及训练方法。该模拟系统包括射击枪、场景模拟装置、机器视觉数据采集装置、姿态参数获取装置、激光发射装置及控制中心。控制中心完成对整个系统工作流程的控制，虚拟现实技术模拟真实的奥运会比赛场景，姿态参数获取装置与机器视觉数据采集装置获取运动员在射击训练过程中所持枪体的运动姿态参数，为运动员及教练员提供丰富、可靠的数据。本发明专利技术公开的模拟训练系统具有整体重量轻，便于携带、安装操作简便，训练成本低，可满足多样化射击训练要求，并可实时记录与分析数据等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于模拟训练
，具体涉及一种飞碟模拟训练系统及方法。
技术介绍
在飞碟射击项目中，为尽快提高运动员的训练成绩，教练员迫切的希望能够全面掌握运动员在整个过程中的技术动作，以便发现问题、解决问题、提高成绩。目前，我国飞碟项目近几年有了长足的进步，要进一步巩固和提高我国飞碟射击技术和运动成绩，需要对该项运动深入进行一些有关方面的研究工作，掌握其飞行特点和规律，应用到射击运动中，指导训练实践。在飞碟射击中，合理的射击姿势直接影响着运动员的成绩。对于射击训练者，尤其是初学者来说，为提高射击水平和训练效率，获取射击的运动参数，例如举枪运枪的速度、加速度、击发时间、角度等是十分必要的。运动员还可根据射击结果及时对动作进行改进，以进一步于提闻射击水平和训练效率。在飞碟射击项目中，自然环境，如风力、风向、天气状况等因素也直接影响着训练的成绩。在射击训练时，如能够预先设定各种环境条件，让训练者在各种自然环境下进行训练，对于提高训练效率和水平无疑是至关重要的。通常，射击训练是在实弹射击场进行的。实弹射击也使训练成本提高，安全性降低；训练者通常不能立即得到信息反馈，及时调整动作。为此，设计安全可靠符合实际训练要求的飞碟模拟训练系统是十分必要的。资料显示，以前科研人员在利用仪器研究飞碟射击技术动作时，数据往往单一、不够全面、不成体系，如对于射击姿态信息的获取、自然环境因素都没有考虑到，系统环境适应性差、性能单一，不能满足射击训练需求。另外少数模拟训练系统，能进行模拟训练，但训练质量难以保证。本专利技术力图为研究飞碟射击技术开拓一条路径，设计一种集计算机多媒体、模式识别、人工智能、数据采集处理等技术于一体的高科技模拟仿真飞碟训练系统，该系统具有整体重量轻，便于携带、安装操作简便，可降低训练成本，满足多样化射击训练要求，并可实时记录数据，进行分析处理。为教练员的训练提供科学依据；同时找出造成运动员脱靶的原因，给出射击枪的姿态信息及环境信息，给运动员和教练员最直接的证据，对动作及时加以改进，使其技术水平和运动成绩不断提高，提高训练的科学化程度，以达到节约训练经费，提高射击技能的目的，为完成奥运会任务提供帮助和服务。
技术实现思路
本专利技术针对运动员射击训练的需要，为达到科学化训练，提高运动员射击技术水平和运动成绩的目的，提出一种基于机器视觉的飞碟模拟训练系统和方法，该方法基于机器视觉实现飞碟训练模拟，可以提高运动员的训练效率及射击水平。为了实现上述本专利技术的目的，本专利技术的技术方案是:基于机器视觉的模拟飞碟训练系统，其特征在于:包括射击枪、场景模拟装置、机器视觉数据采集装置、姿态参数获取装置、激光发射装置及控制中心，其中，场景模拟装置包括视频输出模块、视频接收模块、音频输出模块、音频接收模块及场景模拟软件；机器视觉数据采集装置包括数据获取模块、触发模块及数据传输模块，数据获取模块包括A、B两个高速摄像机和一个高速相机；姿态参数获取装置包括传感器模块、A微控制器、存储模块及A无线收发模块；激光发射装置包括B微控制器、同步触发模块、B无线收发模块及激光发射模块；控制中心包括中央控制模块、语音采集模块、数据收发模块、同步信号接收模块及数据处理模块；所述的姿态参数获取装置和激光发射装置均安装在射击枪上；场景模拟装置中的视频输出模块和视频接收模块放置在运动员的正前方；场景模拟装置中的音频接收模块分别放置于视频接收模块左右两侧；控制中心放置于运动员的右侧；机器视觉数据采集装置中的闻速相机置于运动员的左侧，A闻速摄像机置于运动员的正如方，B闻速摄像机放置于控制中心的右侧；所述的场景模拟装置以三维动画结合音频的方式模拟射击比赛场景，运动员手持射击枪发出“开始”命令后扣动扳机，由激光发射装置发射激光对模拟射击比赛场景中的飞碟进行射击，姿态参数获取装置采集运动员所持射机枪在射击过程中的相关运动参数，并将其发送到控制中心；两个高速摄像机分别采集运动员手臂等部位运动轨迹的辅助数据，并将其发送到控制中心；控制中心对接收到的图像数据进行预处理，判定是否击中目标，并将最终结果在视频输出模块上显示。姿态参数获取装置采集运动员射击姿态参数数据的持续时间为:运动员扣动扳机后的50ms，之后停止数据采集。根据权利要求1所述的基于机器视觉的模拟飞碟训练系统的训练方法，其特征在于:包括以下步骤:I)系统初始化开启系统后，系统各组成部分上电并进行初始化，测试是否存在异常，若无异常则进入等待状态；若发现异常则重启系统；2)检测有效开始信号系统初始化结束进入等待状态，控制中心的语音采集模块实时检测运动员发出的“开始”语音信号，并将该语音信号发送给场景模拟装置和姿态参数获取装置；3)机器视觉与姿态参数的数据采集场景模拟装置的音频接收模块和姿态参数获取装置接收到控制中心发送的“开始”语音信号后，由场景模拟软件弹出碟靶，运动员向碟靶射击；同时，姿态参数获取装置开始采集运动员射击的姿态参数数据，并将其发送给控制中心；运动员扣动扳机的同时启动激光发射装置和机器视觉数据采集装置，激光发射装置发射激光，同时，机器视觉数据采集装置采集飞碟与激光射击的视频数据，并将其发送给控制中心；4)数据处理控制中心接收到机器视觉数据采集装置与姿态参数获取装置传回的数据后，对机器视觉数据采集装置采集的视频数据进行图像预处理；5)结果判定控制中心对预处理后的图像进行分析，判定激光是否击中飞碟，并在屏幕上显示射击结果；同时，根据姿态参数获取装置发送的姿态参数数据绘制运动员在本次射击过程中运动姿态的三维数据图、三维角速度数据图和三维加速度数据图，并将其显示在投影仪幕布上。基于机器视觉的飞碟模拟训练系统可模拟射击训练环境，并给出射击结果，同时，其获取的姿态参数等数据可以为运动员提供分析依据，提高训练效率和射击水平。【附图说明】图1是本专利技术系统组成框图；图2是本专利技术较佳实施方式示意图；图3是本专利技术系统工作流程图；图4是本专利技术碟靶受力分析图；图5是本专利技术碟靶周围空气流线图；图6是本专利技术碟靶飞行过程中侧压力图。【具体实施方式】下面结合附图及较佳实施方式对本专利技术做进一步描述:如图1-2所示，本专利技术基于机器视觉的飞碟模拟训练系统包括射击枪、场景模拟装置10、机器视觉数据采集装置20、姿态参数获取装置30、激光发射装置40及控制中心50。场景模拟装置包括视频输出模块、视频接收模块、音频输出模块、音频接收模块、场景模拟软件及投影仪幕布。场景模拟软件用于改变所述比赛场景中环境参数并将所述比赛场景以三维动画的方式由所述视频输出模块输出；视频接收模块用于接收并呈现来自所述视频输出模块输出的三维动画的比赛场景，音频输出模块用于输出来自所述场景模拟软件的音频信号并将其输出至音频接收模块，音频接收模块用于呈现所述接收的音频信号。本实施方式中，所述视频输出模块为可输出高清视频的电脑，所述视频接收模块为投影仪幕布，所述音频输出模块为可输出音频信号的电脑、音频接收模块为音响。场景模拟装置中的视频输出模块和视频接收模块放置在运动员的正前方；场景模拟装置中的音频接收模块分别放置于视频接收模块左右两侧。机器视觉数据采集装置包括数据获取模块、触发模块及数据传输模块，用于记录飞碟训练过程中的碟靶运行的数据并输出。所述触发模块根据接本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于机器视觉的模拟飞碟训练系统，其特征在于：包括射击枪、场景模拟装置、机器视觉数据采集装置、姿态参数获取装置、激光发射装置及控制中心，其中，场景模拟装置包括视频输出模块、视频接收模块、音频输出模块、音频接收模块及场景模拟软件；机器视觉数据采集装置包括数据获取模块、触发模块及数据传输模块，数据获取模块包括A、B两个高速摄像机和一个高速相机；姿态参数获取装置包括传感器模块、A微控制器、存储模块及A无线收发模块；激光发射装置包括B微控制器、同步触发模块、B无线收发模块及激光发射模块；控制中心包括中央控制模块、语音采集模块、数据收发模块、同步信号接收模块及数据处理模块；所述的姿态参数获取装置和激光发射装置均安装在射击枪上；场景模拟装置中的视频输出模块和视频接收模块放置在运动员的正前方；场景模拟装置中的音频接收模块分别放置于视频接收模块左右两侧；控制中心放置于运动员的右侧；机器视觉数据采集装置中的高速相机置于运动员的左侧，A高速摄像机置于运动员的正前方，B高速摄像机放置于控制中心的右侧；所述的场景模拟装置以三维动画结合音频的方式模拟射击比赛场景，运动员手持射击枪发出“开始”命令后扣动扳机，由激光发射装置发射激光对模拟射击比赛场景中的飞碟进行射击，姿态参数获取装置采集运动员所持射机枪在射击过程中的相关运动参数，并将其发送到控制中心；两个高速摄像机分别采集运动员手臂等部位运动轨迹的辅助数据，并将其发送到控制中心；控制中心对接收到的图像数据进行预处理，判定是否击中目标，并将最终结果在视频输出模块上显示。...

【技术特征摘要】
1.基于机器视觉的模拟飞碟训练系统，其特征在于:包括射击枪、场景模拟装置、机器视觉数据采集装置、姿态参数获取装置、激光发射装置及控制中心，其中，场景模拟装置包括视频输出模块、视频接收模块、音频输出模块、音频接收模块及场景模拟软件；机器视觉数据采集装置包括数据获取模块、触发模块及数据传输模块，数据获取模块包括A、B两个高速摄像机和一个高速相机；姿态参数获取装置包括传感器模块、A微控制器、存储模块及A无线收发模块；激光发射装置包括B微控制器、同步触发模块、B无线收发模块及激光发射模块；控制中心包括中央控制模块、语音采集模块、数据收发模块、同步信号接收模块及数据处理模块； 所述的姿态参数获取装置和激光发射装置均安装在射击枪上；场景模拟装置中的视频输出模块和视频接收模块放置在运动员的正前方；场景模拟装置中的音频接收模块分别放置于视频接收模块左右两侧；控制中心放置于运动员的右侧；机器视觉数据采集装置中的高速相机置于运动员的左侧，A高速摄像机置于运动员的正前方，B高速摄像机放置于控制中心的右侧； 所述的场景模拟装置以三维动画结合音频的方式模拟射击比赛场景，运动员手持射击枪发出“开始”命令后扣动扳机，由激光发射装置发射激光对模拟射击比赛场景中的飞碟进行射击，姿态参数获取装置采集运动员所持射机枪在射击过程中的相关运动参数，并将其发送到控制中心；两个高速摄像机分别采集运动员手臂等部位运动轨迹的辅助数据，并将其发送到控制中心；控制中心对接收到的图像数据进行预处理，判定是否击中目标，并将最终结果在视频输出模块上显示。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵英亮，王黎明，李润汀，郭亚丽，王飞，崔亚琳，朱裕莎，冯思奇，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：