CN101694363A - 一种基于摄像机的报靶方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摄像机的报靶方法及***，其中的方法包括：采用至少两个摄像头，沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；根据摄取的子弹入靶时的至少两个子弹侧面的图像，分别获取图像在对应摄像头中成像的像素位置；根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中靶面的位置；将子弹击中靶面的位置信息输出。以获取靶面中子弹进入靶面的位置，实现高精度，高分辨率，高速度的自动报靶***。

Description

一种基于摄像机的报靶方法及***

技术领域

本发明涉及一种涉及枪械射击用的报靶装置，尤其射击一种基于摄像机的报靶方法及***。

背景技术

目前，在射击训练及比赛中，使用的自动报靶技术主要为声学自动报靶、视频自动报靶以及光幕报靶。

声学报靶，利用获取子弹飞行中的激波或枪弹对空气的扰动而产生的信号来进行弹着点的测算和定位的。声靶获取枪弹穿过靶面时的声信号方式有两种：一种是声腔开放式；另一种是声腔密闭式。但由于声靶的检靶原理受空气声速的物理环境影响，如湿度、温度等，因此无论以哪一种方式进行检测的声靶，其报靶误差均较大(约一个弹径)，并且存在可靠性差、检测精度低、运行费用高等问题。

视频靶，位于射击者旁边的一个长焦距镜头相机，将靶面置于相机视场中，利用图像处理方法求出靶面上的弹孔中心坐标进行检测。但此方案对相机定位的稳定性要求高，因为焦距长，一旦相机有轻微的移动，视场就无法看到靶面。二，靶面弹孔一旦多起来，或者弹孔有部分重叠，则仅依靠图像处理是无法得到枪弹准确坐标的。

还有一类检靶技术为“光幕靶”。其中按检测方式分可分为平行光幕(网)和扇形光幕两种。对于平行光幕式，制造平行光幕的成本极高，无法普及，并且不适合在射击场的恶劣环境中使用；其次，对于平行光网式，大量的光源需要与相应的光敏管接收器一一对准照射，调试工作量极大，维护困难，并且由于光源和接收器的体积因素，无法将其摆放得足够多，导致检测枪弹位置的精度不够高。

扇形光幕的原理是：在靶面的对角线位置放置数个扇形激光光源，靶面的四周放置足够多的光敏管接收器，当枪弹穿过扇形光幕时，扇形光幕对其产生自然投影，并产生相应的光信号，由投影区域与真实枪弹位置的数学关系计算出坐标值。不过这个方案有待考证。第一，激光器的寿命很有限，并不适合在恶劣环境长时间工作。第二，光敏管的阈值在某一时刻是固定的，我们知道，激光器的性能是随着使用时间的增长而下降的，长时间使用则使光强下降，再加上周围环境光的影响，如此多的光敏管阈值需要经常调整，工作量极大。第三，判断枪弹投影范围时只能采用二值化标准(非0即1)，虽然这对信号处理量简化很多，但是却降低了精度，无法对非明非暗的位置做出准确判断。第四，扇形光幕与光敏管的同面度要求过高，扇形光幕一旦有倾仰，光敏管将无法接收到光电信号。第五，只能依靠增加扇面层数来提高精度，无意中增加了成本和实际操作的繁琐。

发明内容

本发明提供一种基于摄像机的报靶方法及***，用于获取靶面中子弹进入靶面的位置，实现自动报靶。

本发明的目的之一是，提供一种基于摄像机的报靶方法，该方法包括：采用至少两个摄像头，沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；根据摄取的子弹入靶时的子弹的至少两个侧面图像，分别获取该图像在对应摄像头中成像的像素位置；根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置；将所述子弹击中所述靶面的位置信息输出。

本发明目的之一是，提供一种基于摄像机的报靶***，该***包括：至少两个摄像头，所述摄像头的朝向与所述靶面平行，用于沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；像素获取装置，用于根据摄取的子弹入靶时的子弹的至少两个侧面图像，分别获取该图像在对应摄像头中成像的像素位置；中靶位置生成装置，用于根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中该靶面的位置；报靶信息输出装置，用于输出所述子弹击中该靶面的位置信息。

本发明的有益效果在于，获取靶面中子弹进入靶面的位置，实现高精度，高分辨率，高速度的自动报靶***。

附图说明

图1为本发明原理图；

图2为本发明方法工作流程图；

图3为本发明实施例一原理图；

图4为本发明靶面区域划分示意图；

图5为本发明摄像头像素位置与多个靶面区域对应关系图；

图6为本发明***结构框图；

图7为本发明实施例二原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合说明书附图对本发明实施例进行进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，当子弹击中标靶100的靶环101的P点时，可通过如下方法计算P点在标靶100上的位置：

确定标靶100的尺寸，如标靶100可为边长L为700mm的正方形标靶。

以A为顶点，获取标靶110中的APE区域的∠PAE的值，即α的值。

以B为顶点，获取标靶110中的BPF区域的∠PBF的值，即β的值。

以C为顶点，获取标靶110中的CPG区域的∠PCG的值，即δ的值。以D为顶点，获取标靶110中的PDH区域的∠PDH的值，即η的值。上述获取夹角α、β、δ、η值的方法包括：实际测量的方法。P点位置的计算方法一：

$\left\{\begin{array}{c}\tan \mathrm{\α}=\frac{\mathrm{PE}}{\mathrm{AE}};\\ \tan \mathrm{\β}=\frac{\mathrm{PE}}{\mathrm{BE}};\\ \mathrm{AE}+\mathrm{BE}=\mathrm{AB};\end{array}\right.---\left(1\right)$

由于α、β已知，AB＝L已知，因此通过式(1)可以得出PE、AE和BE的值，即y₁、y₂和y₄的值，从而获得P点的位置。

P点位置的计算方法二：

$\left\{\begin{array}{c}\tan \mathrm{\α}=\frac{\mathrm{PE}}{\mathrm{AE}};\\ \tan \mathrm{\β}=\frac{\mathrm{PE}}{\mathrm{BE}};\\ \tan \mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{GP}}{\mathrm{GC}};\\ \tan \mathrm{\η}=\frac{\mathrm{GP}}{\mathrm{DG}};\\ \mathrm{AE}+\mathrm{BE}=\mathrm{AB};\\ \mathrm{GP}+\mathrm{PE}=\mathrm{BC}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，α、β、δ、η已知，AB＝BC＝L已知，因此通过式(2)式可以获得PE、AE、BE、GP、DG和GC的值，即y₁、y₂、y₃、y₄的值，从而获得P点的位置。

实施例一

如图2所示，本实施例的一种基于摄像机的报靶方法包括以下步骤：步骤S201，采用至少两个摄像头，沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；步骤S202，根据摄取的子弹入靶时的至少两个子弹侧面的图像，分别获取所述图像在对应摄像头中成像的像素位置；步骤S203，根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置；步骤S204，将所述子弹击中所述靶面的位置信息输出。

下面以两个具有高速线阵CMOS和鱼眼镜头的摄像机拍摄子弹图像的实施例说明本发明的具体实施方式。

如图3所示，将两个具有高速线阵CMOS和鱼眼镜头的摄像机(603，602)设置于标靶300的两个顶点，并使摄像机(301，302)的拍摄方向均与标靶300的靶面平行。

如图4所示，在标靶300的表面划分八个放射区域，这些区域为BAC区域、CAD区域、DAF区域、FAE区域、EAG区域、GAH区域、HAI区域和IAJ区域。获取各区域顶角的角度值，即获取∠BAC、∠CAD、∠DAE、∠FAF、∠FAG、∠GAH、∠HAI和∠IAJ的角度值。将摄像机301的COMS像素线阵中的像素划分为八个像素组，根据像素组与放射区域的相对位置建立该八个像素组与八个放射区域的一一对应关系。如图4中放大图304所示，像素组P1与对应的拍摄区域BAC相对应，像素组P2与对应的拍摄区域CAD对应等。完整的包括角度值的像素组与对应的拍摄区域的对应关系如图5所示，并将如图5所示的对应关系进行存储。

如图3所示，子弹击中靶300的P点，P点位置处于图4中的区域EAD，摄像机301的COMS像素线阵中的像素组P3摄取到该子弹的一个侧面图像，根据图5的对应关系可以获取到P3对应的角度值α₃，根据确定的对应区域EAD和角度值α₃确定图3中的角度α。

同理，根据上述，以摄像机302所在的端点划分标靶为八个放射区域，并与摄像机302的CMOS像素线阵中的像素组对应，预存存储该对应关系，子弹入靶时，摄像机302的COMS像素线阵中的像素组Px摄取到该子弹的另一个侧面图像，并根据预存储的相应的对应关系可以获取到Px对应的角度值β_x，根据确定的像素对应区域和角度值β_x确定图3中的角度β。

根据确定的α和β的角度值和三角函数关系(如图3所示)：

$\left\{\begin{array}{c}\tan \mathrm{\α}=\frac{y_1}{y_4};\\ \tan \mathrm{\β}=\frac{y_1}{y_2};\\ y_4+y_2=L;\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，

L为靶的边长；

为子弹入射位置到各靶边的距离。

根据式(3)可以解出图3中y₁、y₂、y₃、y₄的值，即确定P点的准确位置。

在本实施例中通过在靶面300的两个顶点设置两个摄像机，实现了通过摄像机的像素位置计算生成子弹在靶面的位置，输出获得的位置信息，实现自动报靶。在本实施例中对标靶300划分八个区域，具体实施本发明时，可根据需要，对标靶区域进行划分，通过划分更多的区域，实现跟精准的报靶。

实施例二

如图6所示，本实施例的一种基于摄像机的报靶***包括：至少两个摄像头(601，602)，用于沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；像素获取装置603，用于根据摄取的子弹入靶时的至少两个子弹侧面的图像，分别获取图像在对应摄像头中成像的像素位置；中靶位置生成装置604，用于根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置；报靶信息输出装置606，用于输出子弹击中所述靶面的位置信息。所述的***还包括：对应关系存储装置605，用于存储摄像头像素位置与多个靶面区域的一一对应关系；中靶位置生成装置604，根据所述图像在对应摄像头中成像的像素位置从对应关系存储装置中获取子弹击中的靶面区域数据，并根据子弹击中的靶面区域数据获取子弹击中靶面的位置信息。

本实施例中采用四个高速线阵传感器CMOS和鱼眼镜头的摄像头，设置在方形靶的四个角的位置，如图7所示，将四个摄像头与一台PC机或服务器相连接。如果在光线不足的情况下，可以在方形靶的周边设置四个LED补光源。上述的PC机或服务器包含有如图6所示的像素获取装置603、中靶位置生成装置604、对应关系存储装置605和报靶信息输出装置606。

标靶700的划分原理与实施例一相同，将划分的标靶700的各区域并与摄像头(701，702，703，704)的像素组相对应，并将获得的对应关系存储到对应关系存储装置605。

如图7所示，子弹击中标靶700的P点。像素获取装置603分别获得摄像头(701，702，703，704)拍摄的子弹入靶时的图像在各自摄像头中成像的像素位置，根据对应关系存储装置605，确定图中所示的角α、β、δ和η的角度值，角α、β、δ和η的角度值方法同实施例一中确定α、β的方法相同，在此不重复描述。

根据和获得的角α、β、δ和η的角度值和三角函数关系(如图7所示)：

$\left\{\begin{array}{c}\tan \mathrm{\α}=\frac{y_1}{y_4};\\ \tan \mathrm{\β}=\frac{y_2}{y_1};\\ \tan \mathrm{\δ}=\frac{y_3}{y_2};\\ \tan \mathrm{\η}=\frac{y_4}{y_3};\\ y_4+y_2=L_1;\\ y_1+y_3=L_2;\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，L₁、L₂为靶的边长；

由式(4)解出y₁、y₂、y₃、y₄，中靶位置生成装置604生成子弹入靶位置。

生成的确定的子弹入靶位置，可通过与PC机或服务器相连接的显示器或无线收发装置输出。

采用具有四台摄像机的本发明实施例，可获得更多的角度值，从而可以更加精确的确定P点的坐标，在实际中测量精度更高、更准确。

通过上述的实施例可以确定，只要通过摄像机拍摄到子弹入射的图像，即可通过预存的摄像机的像素位置与靶面区域的对应关系获得子弹入射区域的顶角，从而确定子弹入射的准确位置。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种基于摄像机的报靶方法，其特征在于，所述的方法包括：

采用至少两个摄像头，沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；

根据摄取的子弹入靶时的子弹的至少两个侧面图像，分别获取所述图像在对应摄像头中成像的像素位置；

根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置；

将所述子弹击中所述靶面的位置信息输出。

2.如权利要求1所述的报靶方法，其特征在于，所述的根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置包括：

预存摄像头像素位置与多个靶面区域的一一对应关系；

根据所述图像在对应摄像头中成像的像素位置从所述的对应关系中获取子弹击中的靶面区域数据；

根据子弹击中的靶面区域数据获取子弹击中所述靶面的位置信息。

3.如权利要求2所述的报靶方法，其特征在于，所述的多个靶面区域为以摄像头所在位置为顶点的朝向靶面的多个放射区域，所述的靶面区域数据包括每个放射区域顶角的角度值。

4.如权利要求2所述的报靶方法，其特征在于，所述的摄像头为具有线阵传感器的摄像头；

所述的图像在对应摄像头中成像的像素位置为所述图像在所述线阵传感器中成像的像素位置或像素区域位置。

5.如权利要求1所述的报靶方法，其特征在于，所述的方法包括：

采用设置在矩形靶四个顶点的四个摄像头，沿着与矩形靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；

根据摄取的子弹入靶时的子弹的四个侧面图像，分别获取所述图像在对应摄像头中成像的像素位置；

根据获得的四个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置；

将所述子弹击中所述靶面的位置信息输出。

6.一种基于摄像机的报靶***，其特征在于，所述的***包括：

至少两个摄像头，所述摄像头的朝向与所述靶面平行，用于沿着与靶面平行的方向分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；

像素获取装置，用于根据摄取的子弹入靶时的子弹的至少两个侧面图像，分别获取所述图像在对应摄像头中成像的像素位置；

中靶位置生成装置，用于根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置；

报靶信息输出装置，用于输出所述子弹击中所述靶面的位置信息。

7.如权利要求6所述的报靶***，其特征在于，所述的***还包括：

对应关系存储装置，用于存储摄像头像素位置与多个靶面区域的一一对应关系；

所述的中靶位置生成装置根据所述图像在对应摄像头中成像的像素位置从所述的对应关系存储装置中获取子弹击中的靶面区域数据，并根据子弹击中的靶面区域数据获取子弹击中所述靶面的位置信息。

8.如权利要求7所述的报靶***，其特征在于，所述的多个靶面区域为以摄像头所在位置为顶点的朝向靶面的多个放射区域，所述的靶面区域数据包括每个放射区域顶角的角度值。

9.如权利要求7所述的报靶***，其特征在于，所述的摄像头为具有线阵传感器的摄像头；

所述的图像在对应摄像头中成像的像素位置为所述图像在所述线阵传感器中成像的像素位置或像素区域位置。

10.如权利要求6所述的报靶***，其特征在于，所述的***包括：

设置在矩形靶四个顶点的四个摄像头，沿着与矩形靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；

像素获取装置，用于根据摄取的子弹入靶时的子弹的四个侧面图像，分别获取所述图像在对应摄像头中成像的像素位置；

中靶位置生成装置，用于根据获得的四个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置；

报靶信息输出装置，用于输出所述子弹击中所述靶面的位置信息。

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