一种基于视频分析的自动报靶方法技术

技术编号:14652464 阅读:144 留言:0更新日期:2017-02-16 14:48
本发明专利技术涉及一种基于视频分析的自动报靶方法,该方法包括:图像校正、靶面参数建模、射击判断和弹孔定位;射击前,对采集到的靶面图像进行图像校正,得到校正的靶面图像,并在校正的靶面图像上建立靶面参数模型;射击过程中,实时分析采集的靶面图像序列,进行射击判断,判断是否进行了射击,当发生射击行为时,进行弹孔定位,并根据靶面参数模型确定弹孔环数。本发明专利技术利用几何校正去除靶面图像畸变;改进环线边界点的搜索方法,使靶面参数模型更加准确;通过分类方法进行弹孔准确定位,充分利用弹孔区域动态变化特性,提高自动报靶的准确性;通过实时分析采集到的视频序列进行射击判断和弹孔定位,提高报靶的自动化程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于视频分析与图像处理领域,具体涉及一种基于视频分析实现的自动报靶方法。
技术介绍
实弹射击属于军事训练中不可缺少的一个环节,目前,我国部队在实弹射击训练中,主要采用人工报靶,即当一部分战士射击时,另一部分战士就隐蔽在靶壕下,通过目测或借助于一些特定工具(如望远镜或摄像机)来确定靶环数,再根据靶场管理人员的要求进行报靶。传统报靶方式严重影响着射击这项基础训练科目的开展,制约士兵训练的质量、效率,同时也与科技练兵要求不符。因此,开发适应能力强、鲁棒性强、价格相对低廉的自动报靶系统对于满足军事训练现代化需求与提高射击训练水平有重要的现实意义。针对自动报靶问题,国内外相关专业人员进行了广泛的研究,相继研制出了许多不同种类的自动报靶系统,如双层电极短路采样自动报靶系统、声电定位自动报靶系统、光电传感式自动报靶系统、电极埋入式自动报靶系统等基于传感器技术的自动报靶系统。该类系统的枪靶靶面由一些尺寸较小的传感器组成,传感器与集成电路相连,集成电路系统通过对子弹撞击传感器时产生的信号进行处理,从而确定弹着点位置。虽然这种报靶方式的准确率较高,但是由于投入成本高,使用寿命短,因此,大多应用于国际性射击比赛中,不适用于军事训练中的大规模使用。随着数字图像处理技术的发展,基于图像处理技术的自动报靶系统开始出现,该类系统以数字图像处理为理论基础,包括了图像采集、图像处理和数据库管理等部分。在实弹射击过程中,利用图像采集器件采集靶面图像,得到包含弹孔的靶面图像,再利用图像处理技术识别出靶面图像上的弹孔位置,并通过靶面参数来确定弹孔环数,最终实现自动报靶。这种通过图像处理技术实现报靶的方式,成本低,实用性强,发展潜力大。当前基于图像处理技术的报靶系统的研究主要分为两个方面,一是自动报靶装置的研究,主要是通过将图像处理与图像采集、图像传输、嵌入式技术等相结合,形成自动报靶装置;二是图像处理方法的研究,包括靶面参数的确定、弹孔的定位、弹着点环数的确定等。刘秋燕等在《基于视频图像分析的自动报靶方法研究》中采用霍夫变换检测靶心,分析差分图像确定弹孔位置;刘瑞香等在《面向纸质胸环靶的自动识别报靶系统研究》中采用灰度双向肖波投影确定靶心位置;陆祥翠等在《一种基于图像处理技术的自动报靶方案》中利用轮廓跟踪法进行环线识别。虽然基于图像处理技术的自动报靶系统已经取得了一定的成果,但是当前方法大多只是根据环线和弹孔的明亮来进行识别判断。如郑晓势等在中国专利公开号CN2831033Y《自动识别报靶装置》中认为射击过程中前后图像完全重叠,只采用简单的阈值法进行弹着点判断;徐宏伟等在中国专利公开号CN101937509《基于图像处理技术的自动识靶方法》中也只通过环线与弹孔尺寸的不同进行弹孔确定,而且在采用圆拟合方法进行靶面参数建模时,左右上下搜索环线边界点的方法过于理想,没有考虑实际应用中二值化靶面图像中环线不完整的情况。综上,实弹射击训练大多在室外进行,环境复杂,自然光照条件变化大,对报靶系统的鲁棒性要求高,然而当前基于图像处理技术的报靶系统大多只通过环线和弹孔的明亮来进行识别判断,识靶精度较低,很难适应自然光照条件下的室外复杂环境,而且系统对于靶面信息的采集、处理和分析的自动化程度不高,无法满足实际应用要求。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题:克服现有技术的不足,提供一种基于视频分析实现的自动报靶方法,利用几何校正去除靶面图像畸变;改进环线边界点的搜索方法,使靶面参数模型更加准确;通过分类方法进行弹孔准确定位,充分利用弹孔区域动态变化特性,提高自动报靶的准确性;通过实时分析采集到的视频序列进行射击判断和弹孔定位,提高报靶的自动化程度。本专利技术技术解决方案:一种基于视频分析的自动报靶方法,其包括图像校正、靶面参数建模、射击判断和弹孔定位。本专利技术采用的技术方案按照以下步骤实施:射击前,对采集到的靶面图像进行校正,并在校正靶面图像上建立靶面参数模型;射击过程中,实时分析采集的靶面图像序列,判断是否进行了射击,当发生射击行为时,进行弹孔定位,并根据靶面参数模型确定弹孔环数。所述的图像校正,采用基准点几何校正法,主要作用是校正实际获取的靶面图像中由于图像采集装置的位置、拍摄角度、相机的质量等因素引起的几何畸变。进一步的,所述的基准点几何校正法,利用标准靶面图像和实际靶面图像中对应的基准点,建立起标准靶面图像与畸变靶面图像的空间映射关系,根据最小均方误差准则,求出映射关系中的相关系数,然后用这种映射关系对畸变靶面图像进行变换校正。由于畸变程度受射击的影响较小,不需要每次都去求校正系数,对报靶系统进行设置时,仅做一次基准点的选取。更进一步的,所述的基准点,采用手动选择方式,其特征在于,它是从标准靶面图像与待校正靶面图像中成对选择的,一般选择靶面外围轮廓的角点或拐点位置。所述的靶面参数建模,用于计算靶面图像相关参数,主要包括靶心坐标和靶环半径,其特征在于,参数计算是在校正后的靶面图像上完成的。进一步的,所述的靶心坐标,其特征在于,位于靶面中心,是一块明亮的实心圆形区域,与各个靶面环线区域的圆心重合,通过对10环区域进行圆拟合得到。进一步的,所述的靶环半径,其特征在于,标准靶面图像中,其他环值半径是10环区域半径的整数倍。进一步的,所述的靶面参数建模,其特征在于,参数计算具体流程为:1)对校正后的靶面图像进行阈值化处理得到二值图像;2)利用形态学膨胀和腐蚀运算去掉二值图像中的靶面环线和部分数字干扰区域,得到10环区域;3)利用圆拟合方法得到靶心坐标和10环区域半径;4)在1)中得到的二值图像中,从靶心坐标出发,向多个方向延伸,采集得到一系列点,包含了各环值环线边界上的点以及噪声点,根据点的位置关系以及各个环值的靶环半径与10环半径的线性关系(其他环值半径是10环半径的整数倍),筛选出符合条件的点,进行圆拟合,得到各个环值的靶环半径。所述的射击判断,用于实时判断在不断采集的视频图像序列中,是否进行了射击行为,若进行了射击,则进入弹孔定位阶段。其特征在于,射击会使相邻两帧图像发生抖动,同时增加弹孔区域的灰度变化,通过分析差分图像的灰度变化模式,可以判断是否进行了射击行为。进一步的,所述的差分图像,其特征在于,像素点灰度值发生变化的区域在差分图像上表现为亮区域,其中就包含有弹孔所在的区域,而灰度值没有发生变化的区域表现为暗区域。进一步的,所述的射击判断,具体处理流程为:1)采用帧间差分法获取差分图像;2)将差分图像划分为相同大小的网格单元,使每个网格的长和宽为20个像素左右,每4个网格单元组成一个block,以一个网格单元的长或宽为步长网格式地获取block,不同block在图像中可以重叠;3)统计所有block内的灰度和,采用L∞进行归一化处理,得到差分图像的灰度变化模式;4)将差分图像的灰度变化模式作为特征,采用分类方法判断是否进行了射击。归一化之后的射击前后差分图像中,弹孔所在block的灰度值较大,其余block的灰度值会很小,而未进行射击的差分图像,各block的灰度值没有明显的差距。所述的弹孔定位,用于定位最新产生的弹着点位置并根据靶面参数确定弹着点环数。其特征在于,首先利用帧间差分方法获取差分图像,根据差分图像提取弹孔候选区域,得到多个侯选弹本文档来自技高网
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一种基于视频分析的自动报靶方法

【技术保护点】
一种基于视频分析的自动报靶方法,其特征在于:射击前,对采集到的靶面图像进行图像校正,得到校正的靶面图像,并在校正的靶面图像上进行靶面参数建模;射击过程中,实时分析采集的靶面图像序列,进行射击判断,判断是否进行了射击,当发生射击行为时,进行弹孔定位,并根据靶面参数模型确定弹孔环数。

【技术特征摘要】
1.一种基于视频分析的自动报靶方法,其特征在于:射击前,对采集到的靶面图像进行图像校正,得到校正的靶面图像,并在校正的靶面图像上进行靶面参数建模;射击过程中,实时分析采集的靶面图像序列,进行射击判断,判断是否进行了射击,当发生射击行为时,进行弹孔定位,并根据靶面参数模型确定弹孔环数。2.根据权利要求1所述的基于视频分析的自动报靶方法,其特征在于:所述图像校正,采用基准点几何校正法,校正实际获取的靶面图像中由于图像采集装置的位置、拍摄角度、相机的质量因素引起的几何畸变,利用标准靶面图像和实际靶面图像中对应的基准点,采用二次影射变换式建立标准图像与畸变图像的空间映射关系,根据最小均方误差准则,求出变换式中的相关系数,然后对畸变图像进行变换校正。3.根据权利要求2所述的基于视频分析的自动报靶方法,其特征在于:所述基准点,采用手动选择方式,是从标准靶面图像与待校正靶面图像中成对选择的,选择靶面外围轮廓的角点或拐点位置。4.根据权利要求1所述的基于视频分析的自动报靶方法,其特征在于:所述靶面参数建模,用于计算相关靶面参数,靶面参数包括靶心坐标和靶环半径,靶面参数计算是在校正后的靶面图像上完成的。5.根据权利要求4所述的基于视频分析的自动报靶方法,其特征在于:所述靶心坐标,位于靶面中心,是一块明亮的实心圆形区域,与各个靶面环线区域的圆心重合,通过对10环区域进行圆拟合得到;所述靶环半径,其他环值半径是10环区域半径的整数倍。6.根据权利要求4所述的基于视频分析的自动报靶方法,其特征在于:所述靶面参数建模流程为:1)对校正后的靶面图像进行阈值化处理得到二值图像;2)利用形态学膨胀和腐蚀运算去掉二值图像中的靶环线和部分数字干扰区域,得到10环区域;3)利用圆拟合方法得到靶心坐标和10环区域半径;4)在1)中得到的二值图像中,从靶心坐标出发,向多个方向延伸,采集得到一系列点,包含了各个环值环线边界上的点以及噪声点,根据点的位置关系以及各个环值的靶环半径与10环半径的线性关系,其他环值半径是10环半径的整数倍,筛选出符合条件的点,进行圆拟合,...

【专利技术属性】
技术研发人员:李勇
申请(专利权)人:安徽水滴科技有限责任公司
类型:发明
国别省市:安徽;34

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