專(zhuān)利名稱(chēng):一種嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)及其報(bào)靶方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種報(bào)靶系統(tǒng)及其報(bào)靶方法，具體涉及的是一種嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)及其報(bào)靶方法。
背景技術(shù)：
目前自動(dòng)報(bào)靶產(chǎn)品按其功能的實(shí)現(xiàn)方式可以分以下幾種類(lèi)型雙層電極短路采樣系統(tǒng)、聲電定位自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)、光電電子靶系統(tǒng)和基于圖像處理技術(shù)的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)。
雙層電極短路采樣系統(tǒng)的報(bào)靶傳感器是一特制的靶子，它的兩面各有一層導(dǎo)電橡膠(或其它導(dǎo)電的軟材料)，反面導(dǎo)電橡膠接地線，正面的一層按胸環(huán)靶樣式用絕緣材料分隔成不同的環(huán)位和方位區(qū)域，并在不同的區(qū)域分別引出信號(hào)線。當(dāng)子彈穿越靶子的瞬間， 靶子兩面的導(dǎo)電橡膠層接通，此時(shí)在相應(yīng)區(qū)域的信號(hào)線上即可產(chǎn)生接地的脈沖信號(hào)，靶的8 個(gè)環(huán)位和8個(gè)方位一共16種脈沖信號(hào)并行輸出。雙層電極短路采樣法由于硬件電路穩(wěn)定性限制，導(dǎo)致實(shí)報(bào)率低，且由于報(bào)靶傳感器為特制靶紙，成本高，適應(yīng)性差。因此，現(xiàn)代自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)已經(jīng)很少使用這種實(shí)現(xiàn)方式了。
激光二極管陣列系統(tǒng)在靶紙錢(qián)表面構(gòu)建一層激光網(wǎng)格，人工對(duì)網(wǎng)格中心進(jìn)行校準(zhǔn)，然后在射擊時(shí)，通過(guò)捕捉子彈入射瞬間，被檢測(cè)阻擋的激光位置并得到其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)的來(lái)判斷彈著點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是不用靶紙也能報(bào)環(huán)，但是該種方式局限性很大，且由于激光網(wǎng)絡(luò)各層面間的干擾，導(dǎo)致精度難以提高，很難滿(mǎn)足射擊比賽中對(duì)數(shù)字類(lèi)報(bào)靶系統(tǒng)小數(shù)級(jí)的精度要求。
聲音定位法利用彈丸穿越空氣飛行時(shí)，由于空氣的阻力、摩擦等產(chǎn)生聲音，造成彈丸前面氣體壓縮和后面擴(kuò)張，產(chǎn)生了彈丸前后壓力差。遠(yuǎn)離彈丸落點(diǎn)的接收記錄傳感器 (麥克風(fēng))將迅速增大的壓力與隨之壓力又快速回落之間接受整理為一個(gè)高頻率信號(hào)。如果使用的麥克風(fēng)多于兩個(gè)，那么就有幾條曲線聯(lián)系起來(lái)共同找到彈著點(diǎn)的位置。實(shí)際使用中調(diào)和雙曲線被變換到笛卡兒平面坐標(biāo)系，從而判定彈孔位置。這種方法目前使用在如世錦賽、奧運(yùn)會(huì)等高端比賽中，但是由于其成本高，且對(duì)靶場(chǎng)環(huán)境和靶紙質(zhì)量要求極嚴(yán)格，難以普及。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、精度高、體積小和識(shí)別準(zhǔn)確性高的嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)及其報(bào)靶方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
本發(fā)明包括靶端圖像采集及處理系統(tǒng)，設(shè)置在靶端，包括可自動(dòng)安裝靶紙及旋轉(zhuǎn)靶面的靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)和用于采集及處理靶面信息得到彈孔坐標(biāo)信息的圖像采集及處理系統(tǒng)；圖像采集及處理系統(tǒng)與靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)的輸出端相連接；射擊端報(bào)靶系統(tǒng)，設(shè)置在射擊端，用于設(shè)置射擊規(guī)則和顯示彈孔坐標(biāo)信息，包括可與對(duì)應(yīng)的靶端圖像采集及處理系統(tǒng)進(jìn)行通信的射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和可與所有的靶端圖像采集及處理系統(tǒng)進(jìn)行通信的裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)；其中，所述靶端圖像采集及處理系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)與射擊端報(bào)靶系統(tǒng)相通信。
上述無(wú)線傳輸系統(tǒng)包括靶端無(wú)線傳輸系統(tǒng)和用戶(hù)端無(wú)線傳輸系統(tǒng)。
上述靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)包括接收開(kāi)機(jī)信號(hào)后自動(dòng)更換靶紙的靶紙自動(dòng)更換模塊、 靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊和用于接收靶框震動(dòng)信號(hào)的震動(dòng)傳感器，所述靶紙自動(dòng)更換模塊通過(guò)靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊與震動(dòng)傳感器相連接。
上述圖像采集及處理系統(tǒng)包括用于采集靶面信息并對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理的圖像采集模塊、以先進(jìn)先出的方式存儲(chǔ)預(yù)處理圖像的圖像存儲(chǔ)模塊和圖像處理模塊，三者依次連接；圖像采集模塊與靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊的輸出端相連接。
上述圖像采集模塊包括圖像采集傳感器、先進(jìn)先出緩存器和微處理器。
上述圖像處理模塊包括彈孔識(shí)別模塊、環(huán)線及靶心識(shí)別模塊和環(huán)值計(jì)算模塊。
上述射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)通過(guò)帶觸摸控制的第一顯示裝置作為人機(jī)接口 ；第一顯示裝置設(shè)有用戶(hù)設(shè)置界面、成績(jī)顯示界面和成績(jī)統(tǒng)計(jì)界面。
上述第一顯示裝置還設(shè)有語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)模塊及語(yǔ)音電路。
上述裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)第二顯示裝置作為人機(jī)接口 ；第二顯示裝置設(shè)有各靶位成績(jī)顯示界面和成績(jī)統(tǒng)計(jì)界面。
本發(fā)明的報(bào)靶方法，包括以下幾個(gè)步驟
(a)首先開(kāi)啟射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，并在射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)上設(shè)置射擊相關(guān)選項(xiàng)，然后裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)向圖像采集及處理系統(tǒng)和靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)機(jī)信號(hào)；
靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)接收開(kāi)機(jī)信號(hào)后，自動(dòng)安裝靶紙并旋轉(zhuǎn)靶面，圖像采集及處理系統(tǒng)首先采集靶面信息進(jìn)行圖像預(yù)處理并進(jìn)行存儲(chǔ)作為原始圖像，然后通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)向射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)發(fā)送初始化完成信號(hào)，未完成初始化則不能開(kāi)始射擊；
(b)射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)收到初始化完成信號(hào)后，提示射手開(kāi)始射擊，射手開(kāi)始射擊；
(c)子彈擊中靶面后，靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)靶面，圖像采集及處理系統(tǒng)首先采集靶面信息進(jìn)行圖像預(yù)處理并進(jìn)行存儲(chǔ)作為實(shí)時(shí)圖像，然后對(duì)實(shí)時(shí)圖像和原始圖像進(jìn)行圖像處理，得到彈孔坐標(biāo)信息，最后通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)發(fā)送給裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)；
(d)裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)分別接收彈孔坐標(biāo)信息， 然后顯示彈孔坐標(biāo)信息并記錄；
(e)射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的射擊相關(guān)選項(xiàng)，判斷比賽是否完成，如果沒(méi)有完成則轉(zhuǎn)向步驟(b)，如果完成則向圖像采集及處理系統(tǒng)和靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)發(fā)送射擊結(jié)束信號(hào)，同時(shí)射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)顯示射擊完成，裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)最終的成績(jī)，完成比賽。
本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明在靶端就實(shí)現(xiàn)了圖像處理過(guò)程，射擊端僅需接收相應(yīng)靶位彈孔信息即可， 降低了報(bào)靶系統(tǒng)成本；[0026]本發(fā)明識(shí)別精度高，可以實(shí)現(xiàn)0.20mm以上的測(cè)量精度，在實(shí)際環(huán)值計(jì)算中精度可以達(dá)到0. 1環(huán)；
本發(fā)明識(shí)別速度快，單次識(shí)別時(shí)間不大于200ms，可以滿(mǎn)足速射類(lèi)競(jìng)技項(xiàng)目的需求；
本發(fā)明識(shí)別準(zhǔn)確性高，與其他傳統(tǒng)自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)不同，本發(fā)明的圖像采集模塊采用高分辨率攝像頭，不易老化，不易受外界環(huán)境因素影響；
本發(fā)明傳輸距離遠(yuǎn)，采用無(wú)線傳輸技術(shù)，擺脫了傳統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)線纜的依賴(lài)， 方便在室外條件下搭建系統(tǒng)，且傳輸距離大于400m，可以滿(mǎn)足大部分射擊項(xiàng)目的要求；
本發(fā)明支持多種比賽類(lèi)型，支持自行設(shè)定比賽規(guī)則，同時(shí)內(nèi)置各種標(biāo)準(zhǔn)比賽規(guī)則， 可在初始化設(shè)定中直接選擇。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明；
圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明的基本組成框圖；
圖3為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明包括位于靶端的靶端圖像采集及處理系統(tǒng)和位于射擊端的射擊端報(bào)靶系統(tǒng)，靶端圖像采集及處理系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)與射擊端報(bào)靶系統(tǒng)相通
靶端圖像采集及處理系統(tǒng)包括靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)和靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)輸出端相連接的圖像采集及處理系統(tǒng)。
靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)包括接收開(kāi)機(jī)信號(hào)后自動(dòng)更換靶紙的靶紙自動(dòng)更換模塊、靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊和安裝在靶框上用于接收靶框震動(dòng)信號(hào)的震動(dòng)傳感器，靶紙自動(dòng)更換模塊通過(guò)靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊與震動(dòng)傳感器相連接，靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊在接收自動(dòng)更換靶紙信號(hào)及震動(dòng)傳感器信號(hào)后旋轉(zhuǎn)靶紙。
靶紙自動(dòng)更換模塊由轉(zhuǎn)動(dòng)角可控的轉(zhuǎn)筒自動(dòng)更換靶紙。
靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊包括動(dòng)力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本實(shí)施例的動(dòng)力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為外槽輪式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，外槽輪式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括具有圓柱銷(xiāo)的主動(dòng)撥盤(pán)和具有直槽的從動(dòng)槽輪，主動(dòng)撥盤(pán)和從動(dòng)槽輪固定連接。其具體執(zhí)行過(guò)程將主動(dòng)撥盤(pán)與舵機(jī)固定連接，將從動(dòng)槽輪與靶桿固定連接，舵機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)撥盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而通過(guò)從動(dòng)槽輪帶動(dòng)靶桿轉(zhuǎn)動(dòng)。這套機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 加工容易，工作可靠，機(jī)械效率高，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)角，且有自鎖保持，可在一定范圍之內(nèi)彌補(bǔ)舵機(jī)轉(zhuǎn)向誤差。
圖像采集及處理系統(tǒng)包括圖像采集模塊、圖像存儲(chǔ)模塊和圖像處理模塊，三者依次連接；圖像采集模塊采集靶面信息并對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，圖像存儲(chǔ)模塊接收預(yù)處理圖像并以先進(jìn)先出的方式存儲(chǔ)，圖像處理模塊處理前后兩次的預(yù)處理圖像，得到彈孔坐標(biāo)信息；圖像采集模塊與靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊的輸出端相連接。
圖像采集模塊在硬件上包括高精度CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭構(gòu)成的圖像采集傳感器和先進(jìn)先出緩存器；在軟件上包括圖像濾波、圖像矯正、圖像二值化過(guò)程。當(dāng)系統(tǒng)接收到開(kāi)始采集圖像信號(hào)，攝像頭開(kāi)始采集圖像信息，所得圖像信息為30K字節(jié)大小的一個(gè)數(shù)組，先將采集到的數(shù)據(jù)存入先進(jìn)先出緩存器中緩沖，再由微處理器從先進(jìn)先出緩存器中讀取圖像數(shù)組信息，進(jìn)行圖像預(yù)處理。微處理器首先對(duì)所得圖像進(jìn)行濾波處理，由于靶紙圖像的特殊性， 本發(fā)明采用基于小波變換的邊緣保留圖像濾波法。
該算法的步驟如下
①對(duì)采集到的圖像進(jìn)行小波變換，其分解層數(shù)為K ；
②在各尺度k(k = K-1)上，提取低頻系數(shù)Ak、高頻系數(shù)瑪。
③在各尺度k(k = K-1)上，對(duì)高頻系數(shù)矩陣爯首先利用銳化掩模矩陣T進(jìn)行銳化，得到銳化后的高頻系數(shù)矩陣。如對(duì)窗口銳化可表示為
ι M N
E(]+X/m ,n) = -^ YjE1 (m + i,η+k)xTU)(mf+i,η + k)
S i=-M k=-N，
式中E(°)(m'，η')為平滑前的原始系數(shù)矩陣數(shù)據(jù)，E(j+1) (m'，η')為第j+Ι次迭
M N
代銳化后濾波器的輸出值，Σ+/，《 +幻χΓω( ’+ζ>+幻為窗口內(nèi)權(quán)系數(shù)的和。
i=-M k=-N
④在各尺度k(k = K-1)上，對(duì)低頻系數(shù)A進(jìn)行增強(qiáng)，即Ak = pXAk，對(duì)銳化后的高頻系數(shù)矩陣五4選定一個(gè)窗口，該窗口在高頻系數(shù)矩陣上從左到右、從上到下移動(dòng)，在這個(gè)窗口里做如下處理
如栗abs{Ee'k(ii + ii, jj + jj'))>0，那么Ee1k {U + ii, i/ + i/)) = 0，其中 θ 為閾值。
⑤在各尺度k(k = K-1)上，銳化前的高頻系數(shù)瑪與處理后的高頻系數(shù)五<相減，即
El=E[-{qkxEe/)
⑥利用處理過(guò)的系數(shù)進(jìn)行二維小波重構(gòu)。
其中K 對(duì)圖像進(jìn)行小波變換時(shí)的分解層數(shù)
k 各個(gè)尺度
Ak 各尺度的低頻系數(shù)
E1k 各尺度的高頻系數(shù)矩陣
T 銳化掩膜矩陣
Ee1k 銳化后的高頻系數(shù)矩陣
E(°)(m' ,η')平滑前的原始系數(shù)矩陣數(shù)據(jù)
E(J+1) (m' ,η')第j+1次迭代銳化后濾波器的輸出值
i，j:普通變量
ρ 低頻系數(shù)的增強(qiáng)系數(shù)
θ 閾值
通過(guò)以上算法完成圖像濾波，完成后，進(jìn)行圖像的幾何校正。在此步驟中采用坐標(biāo)變化的方法進(jìn)行校正。在靶紙上沿兩條對(duì)角線進(jìn)行搜索，搜索到與對(duì)角線相交的最外環(huán)環(huán)線的四個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo)，將其與預(yù)先存入系統(tǒng)的該四個(gè)點(diǎn)的理想標(biāo)定坐標(biāo)對(duì)比找出坐標(biāo)變換參數(shù)，通過(guò)得出的參數(shù)將整幅圖像矯正還原。
在圖像的幾何校正完成后，對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，將圖像的灰度值與設(shè)定閾值比較，根據(jù)灰度值與閾值的大小關(guān)系，將所有點(diǎn)區(qū)分為黑點(diǎn)和白點(diǎn)，完成圖像的二值化。
圖像存儲(chǔ)模塊在硬件上包括隨機(jī)存儲(chǔ)器以及存儲(chǔ)芯片。在圖像采集模塊獲取到未打靶時(shí)的原始圖像并且完成預(yù)處理后，將該圖像存儲(chǔ)至存儲(chǔ)芯片。當(dāng)圖像采集模塊獲取到第一次打靶后圖像且完成預(yù)處理時(shí)，將預(yù)先存入存儲(chǔ)芯片的未打靶時(shí)圖像調(diào)用至隨機(jī)存儲(chǔ)器，將兩幅圖像進(jìn)行圖像處理，在圖像處理完成后，將后獲得的圖像存入至存儲(chǔ)芯片，以供下一輪處理時(shí)使用。
圖像處理模塊包括彈孔識(shí)別模塊、環(huán)線及靶心識(shí)別模塊和環(huán)值計(jì)算模塊三部分。
彈孔識(shí)別模塊采用減影技術(shù)，即利用打靶前后的兩張靶面的灰度差來(lái)確定彈孔位置。彈孔識(shí)別模塊從圖像存儲(chǔ)模塊中讀取原始圖像及實(shí)時(shí)圖像，橫向掃描圖像并對(duì)比，記錄差異點(diǎn)坐標(biāo)。采用減影技術(shù)尤其適用于-張靶紙打多槍的情況，每次將上一次打靶后的圖像暫存，與新的打靶圖像減影操作，干擾小，出錯(cuò)率低。確定差異點(diǎn)坐標(biāo)后，按照平面圖形質(zhì)心的計(jì)算方法確定彈孔中心。
環(huán)線及靶心識(shí)別模塊在對(duì)環(huán)線進(jìn)行輪廓跟蹤和特征分析并擬合靶心位置。輪廓跟蹤利用標(biāo)簽化算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。標(biāo)簽化是指將圖像連通鄰域點(diǎn)賦予相同標(biāo)簽值，實(shí)際上是一個(gè)搜索鄰域連通的過(guò)程，考慮到一般的連通鄰域搜索算法是以遞歸算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，雖然遞歸算法代碼短小，但是遞歸深度不可控和資源占用不可以預(yù)測(cè)，遞歸深度過(guò)多將占用大量?jī)?nèi)存資源，因此在嵌入式系統(tǒng)中不宜采用遞歸，本發(fā)明利用雙重循環(huán)加標(biāo)識(shí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。搜索算法的基本思想是
(1)順序沿行列掃描，當(dāng)掃描到一個(gè)新點(diǎn)時(shí)判斷其是否已標(biāo)簽化，若已標(biāo)簽化就繼續(xù)掃描下一點(diǎn)；
(2)若沒(méi)有標(biāo)簽化就判斷其領(lǐng)域是否存在標(biāo)簽化了的點(diǎn)，若存在就將該點(diǎn)標(biāo)簽設(shè)置為與其已標(biāo)簽化鄰域點(diǎn)相同的標(biāo)簽值，繼續(xù)搜索該點(diǎn)的其余連通點(diǎn)直到無(wú)連通點(diǎn)存在；
(3)若一個(gè)點(diǎn)領(lǐng)域都無(wú)標(biāo)簽化，就賦予該點(diǎn)一個(gè)新標(biāo)簽值，然后重復(fù)上述搜索與它連通的點(diǎn)并且給予標(biāo)簽化；
(4)最后給所有連通鄰域標(biāo)簽化，這樣所有各自的連通鄰域有各自相同的標(biāo)簽值， 根據(jù)標(biāo)簽值來(lái)提取圖像特征并確定圓心位置。
確定圓心位置的方法通?？梢愿鶕?jù)圓周上三點(diǎn)來(lái)確定該圓圓心，但是這三點(diǎn)需要準(zhǔn)確在圓周上，而圖像數(shù)據(jù)的非理想性使得確定這樣的點(diǎn)很困難；另外一種方法是選取連通鄰域的一段來(lái)模擬一段圓弧作為圓的弦，這種算法在選取圓弧及其范圍較難以確定。本發(fā)明采用了一種實(shí)用簡(jiǎn)單算法的同時(shí)又具有一定的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)和可靠性通過(guò)多個(gè)方向多種平均方式預(yù)先確定一個(gè)圓心位置參考，然后利用另外方向上圓周的點(diǎn)來(lái)動(dòng)態(tài)逼近真實(shí)圓心位置。
(1)獲取圓心位置的初步參考通過(guò)上下左右四個(gè)方向進(jìn)行相同的搜索圓周，四個(gè)方向取平均后將均值作為圓心參考位置。由于圖像數(shù)據(jù)的非理想性，該參考位置是一個(gè)逼近真實(shí)圓心的位置，當(dāng)然也可能就是要求得的真實(shí)圓心位置。
(2)圓心位置動(dòng)態(tài)定位沿著參考點(diǎn)向左上、左下、右上、右下四個(gè)方向外搜索圓周。因?yàn)閳A心位置最終可以分解為垂直和水平方向移動(dòng)的合成。根據(jù)條件判據(jù)向目標(biāo)位置動(dòng)態(tài)逼近，移動(dòng)判據(jù)為參考點(diǎn)和四個(gè)方向的距離關(guān)系作為四個(gè)判據(jù)，考慮圖像的非理想性， 四個(gè)判據(jù)里只要有三個(gè)判據(jù)成立就向目標(biāo)水平和垂直方向移動(dòng)一個(gè)最小單位，然后設(shè)置這個(gè)新的圓心位置為參考繼續(xù)重新判斷，直到逼近最終位置滿(mǎn)足條件退出。
環(huán)值計(jì)算模塊利用了一種分段式的環(huán)值計(jì)算方法，主要過(guò)程如下
(1)根據(jù)著彈孔中心坐標(biāo)和靶心坐標(biāo)確定著彈孔半徑，與環(huán)線識(shí)別得到的環(huán)線半徑比較，判斷著彈孔位于哪兩個(gè)同心圓內(nèi)，由此確定靶數(shù)的整數(shù)部分。由于該部分是根據(jù)圖像的物理意義確定的，因此不會(huì)存在偏差。
(2)根據(jù)著彈孔在兩同心圓間的相對(duì)位置，計(jì)算出靶數(shù)的小數(shù)部分，以減小圖像畸變對(duì)測(cè)量精度的影響。
射擊端報(bào)靶系統(tǒng)包括可與對(duì)應(yīng)的靶端圖像采集及處理系統(tǒng)進(jìn)行通信的射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和可與所有的靶端圖像采集及處理系統(tǒng)進(jìn)行通信的裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。
射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)通過(guò)帶觸摸控制的第一顯示裝置作為人機(jī)接口，第一顯示裝置設(shè)有用戶(hù)設(shè)置界面、成績(jī)顯示界面、成績(jī)統(tǒng)計(jì)界面和語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)模塊及語(yǔ)音電路。
本實(shí)施例的第一顯示裝置為液晶顯示屏。
用戶(hù)設(shè)置界面由用戶(hù)通過(guò)觸摸屏進(jìn)行操作，設(shè)置射擊相關(guān)選項(xiàng)，包括比賽類(lèi)型 (練習(xí)、初賽、決賽)、靶紙類(lèi)型(競(jìng)賽類(lèi)圓環(huán)靶、人形靶、胸環(huán)靶)、比賽種類(lèi)(10米氣步槍、 25米氣步槍、10米手槍)、射擊規(guī)則(射擊輪數(shù)、每輪射擊槍數(shù)、射擊時(shí)間限制)和用戶(hù)名及 ID號(hào)等。
在成績(jī)顯示界面中包含虛擬靶面、當(dāng)前成績(jī)顯示表、相關(guān)比賽信息等元素；射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)接收到彈孔坐標(biāo)后可以在虛擬靶面上顯示著彈孔位置；當(dāng)前成績(jī)統(tǒng)計(jì)表根據(jù)用戶(hù)設(shè)置的射擊規(guī)則生成，顯示射擊槍數(shù)及對(duì)應(yīng)成績(jī)，在接收著彈孔及環(huán)值信息后在當(dāng)前成績(jī)顯示表中顯示；相關(guān)比賽信息顯示用戶(hù)設(shè)置的其他項(xiàng)內(nèi)容。
成績(jī)統(tǒng)計(jì)界面由用戶(hù)設(shè)置的射擊規(guī)則生成，可以顯示用戶(hù)本次比賽的全部成績(jī)信肩、ο
語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)模塊及語(yǔ)音電路由處理器外接語(yǔ)音電路根據(jù)接收到的彈孔環(huán)值，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)靶功能。
裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)第二顯示裝置作為人機(jī)接口，包括各靶位成績(jī)顯示界面和成績(jī)統(tǒng)計(jì)界面。
本實(shí)施例的第二顯示裝置為液晶顯示器。
在成績(jī)顯示界面上顯示各靶位的成績(jī)信息。
成績(jī)統(tǒng)計(jì)界面根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則統(tǒng)計(jì)各靶位的成績(jī)，并排定名次，得出比賽總成績(jī)信息，包括排名等。
參見(jiàn)圖3，嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)的報(bào)靶方法如下
(a)首先開(kāi)啟射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，并在射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)上設(shè)置射擊相關(guān)選項(xiàng)，然后裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)向圖像采集及處理系統(tǒng)和靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)機(jī)信號(hào)；
靶紙自動(dòng)更換模塊接收開(kāi)機(jī)信號(hào)后自動(dòng)安裝靶紙，靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊接收自動(dòng)安裝靶紙信號(hào)后旋轉(zhuǎn)靶面，圖像采集模塊接收到靶面旋轉(zhuǎn)信號(hào)后采集靶面信息進(jìn)行圖像預(yù)處理，圖像存儲(chǔ)模塊將預(yù)處理圖像進(jìn)行存儲(chǔ)作為原始圖像，然后通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)向射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)發(fā)送初始化完成信號(hào)，未完成初始化則不能開(kāi)始射擊；
(b)射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)收到初始化完成信號(hào)后，提示射手開(kāi)始射擊，射手開(kāi)始射擊；
(c)子彈擊中靶面后，震動(dòng)傳感器接收震動(dòng)信號(hào)后傳遞到靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊，靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊使靶面旋轉(zhuǎn)，圖像采集模塊接收靶面旋轉(zhuǎn)信號(hào)后采集靶面信息進(jìn)行圖像預(yù)處理，圖像存儲(chǔ)模塊對(duì)預(yù)處理圖像進(jìn)行存儲(chǔ)作為實(shí)時(shí)圖像，圖像處理模塊對(duì)實(shí)時(shí)圖像和原始圖像進(jìn)行圖像處理，得到彈孔坐標(biāo)信息，最后通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)發(fā)送給射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)；
(d)裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)分別接收彈孔坐標(biāo)信息， 然后顯示彈孔坐標(biāo)信息并記錄；
(e)射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的射擊相關(guān)選項(xiàng)，判斷比賽是否完成，如果沒(méi)有完成則轉(zhuǎn)向步驟(b)，如果完成則向圖像采集及處理系統(tǒng)和靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)發(fā)送射擊結(jié)束信號(hào)，同時(shí)射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)顯示射擊完成，裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)最終的成績(jī)，完成比賽。
本實(shí)施例的，無(wú)線傳輸系統(tǒng)包括靶端無(wú)線傳輸系統(tǒng)和用戶(hù)端無(wú)線傳輸系統(tǒng)。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求
書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，其特征在于，包括靶端圖像采集及處理系統(tǒng)，設(shè)置在靶端，包括可自動(dòng)安裝靶紙及旋轉(zhuǎn)靶面的靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)和用于采集及處理靶面信息得到彈孔坐標(biāo)信息的圖像采集及處理系統(tǒng)；所述圖像采集及處理系統(tǒng)與靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)的輸出端相連接；射擊端報(bào)靶系統(tǒng)，設(shè)置在射擊端，用于設(shè)置射擊規(guī)則和顯示彈孔坐標(biāo)信息，包括可與對(duì)應(yīng)的靶端圖像采集及處理系統(tǒng)進(jìn)行通信的射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和可與所有的靶端圖像采集及處理系統(tǒng)進(jìn)行通信的裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)；其中，所述靶端圖像采集及處理系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)與射擊端報(bào)靶系統(tǒng)相通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)線傳輸系統(tǒng)包括靶端無(wú)線傳輸系統(tǒng)和用戶(hù)端無(wú)線傳輸系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，其特征在于，所述靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)包括接收開(kāi)機(jī)信號(hào)后自動(dòng)更換靶紙的靶紙自動(dòng)更換模塊、靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊和用于接收靶框震動(dòng)信號(hào)的震動(dòng)傳感器，所述靶紙自動(dòng)更換模塊通過(guò)靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊與震動(dòng)傳感器相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集及處理系統(tǒng)包括用于采集靶面信息并對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理的圖像采集模塊、以先進(jìn)先出的方式存儲(chǔ)預(yù)處理圖像的圖像存儲(chǔ)模塊和圖像處理模塊，三者依次連接；所述圖像采集模塊與靶紙旋轉(zhuǎn)控制模塊的輸出端相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集模塊包括圖像采集傳感器、先進(jìn)先出緩存器和微處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理模塊包括彈孔識(shí)別模塊、環(huán)線及靶心識(shí)別模塊和環(huán)值計(jì)算模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，其特征在于，所述射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)通過(guò)帶觸摸控制的第一顯示裝置作為人機(jī)接口 ；所述第一顯示裝置設(shè)有用戶(hù)設(shè)置界面、成績(jī)顯示界面和成績(jī)統(tǒng)計(jì)界面。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，其特征在于，所述第一顯示裝置還設(shè)有語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)模塊及語(yǔ)音電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，其特征在于，所述裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)第二顯示裝置作為人機(jī)接口 ；所述第二顯示裝置設(shè)有各靶位成績(jī)顯示界面和成績(jī)統(tǒng)計(jì)界面。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1至9任意一項(xiàng)所述的嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)的報(bào)靶方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟(a)首先開(kāi)啟射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，并設(shè)置射擊相關(guān)選項(xiàng)，然后裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)向圖像采集及處理系統(tǒng)和靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)機(jī)信號(hào)；靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)接收開(kāi)機(jī)信號(hào)后，自動(dòng)安裝靶紙并旋轉(zhuǎn)靶面，圖像采集及處理系統(tǒng)首先采集靶面信息進(jìn)行圖像預(yù)處理并進(jìn)行存儲(chǔ)作為原始圖像，然后通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)向射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)發(fā)送初始化完成信號(hào)，未完成初始化則不能開(kāi)始射擊；(b)射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)收到初始化完成信號(hào)后，提示射手開(kāi)始射擊，射手開(kāi)始射擊； (C)子彈擊中靶面后，靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)靶面，圖像采集及處理系統(tǒng)首先采集靶面信息進(jìn)行圖像預(yù)處理并進(jìn)行存儲(chǔ)作為實(shí)時(shí)圖像，然后對(duì)實(shí)時(shí)圖像和原始圖像進(jìn)行圖像處理，得到彈孔坐標(biāo)信息，最后通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)發(fā)送給裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)；(d)裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)分別接收彈孔坐標(biāo)信息，然后顯示彈孔坐標(biāo)信息并記錄；(e)射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的射擊相關(guān)選項(xiàng)，判斷比賽是否完成，如果沒(méi)有完成則轉(zhuǎn)向步驟(b)，如果完成則向圖像采集及處理系統(tǒng)和靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)發(fā)送射擊結(jié)束信號(hào)，同時(shí)射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)顯示射擊完成，裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)最終的成績(jī)，完成比賽。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種嵌入式無(wú)線自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)及其報(bào)靶方法，包括靶端圖像采集及處理系統(tǒng)，包括可自動(dòng)安裝靶紙及旋轉(zhuǎn)靶面的靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)和用于采集及處理靶面信息的圖像采集及處理系統(tǒng)；圖像采集及處理系統(tǒng)與靶紙機(jī)械控制系統(tǒng)的輸出端相連接；射擊端報(bào)靶系統(tǒng)，包括可與對(duì)應(yīng)的靶端圖像采集及處理系統(tǒng)進(jìn)行通信的射手端用戶(hù)交互系統(tǒng)和可與所有的靶端圖像采集及處理系統(tǒng)進(jìn)行通信的裁判端成績(jī)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)；靶端圖像采集及處理系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)與射擊端報(bào)靶系統(tǒng)相通信。本發(fā)明在靶端就實(shí)現(xiàn)了圖像處理過(guò)程，降低了系統(tǒng)成本，采用無(wú)線傳輸技術(shù)，可以滿(mǎn)足大部分射擊項(xiàng)目的要求，且具有精度高、識(shí)別準(zhǔn)確性高和體積小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F41J5/10GKCN102175100SQ201110069211
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月22日
發(fā)明者卜昕陽(yáng), 湯勇明, 湯旭婷, 溫凱, 王克響, 王彥斌, 鄭姚生 申請(qǐng)人:東南大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan