一种基于实时视频图像的投掷训练成绩检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于实时视频图像的投掷训练成绩检测方法，包括以下步骤：S1：设置投掷训练场地、对目标物体标记处理，设定投掷训练时的天气状况信息；S2：比例标定计算比例因子；S3：投掷目标物体对其进行追踪拍摄，在每帧图像中建立二维坐标系，捕获每帧图像中目标物体在二维坐标系中的空间坐标信息，将捕获到的图像空间坐标信息实时地存储在具有固定长度的链表中。S4：读取链表中位于末端的多个节点计算目标物体的图像空间速度，即图像中目标物体水平和竖直方向的速度采用每秒为多少个像素表示；S5：计算目标物体在出手前一时刻的实际水平速度和竖直速度，继而计算出目标物体水平方向的抛物距离和竖直方向的抛物距离，实现投掷训练成绩的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时视频图像的投掷训练成绩检测方法
本专利技术属于投掷训练成绩水平检测领域，尤其涉及一种基于实时视频图像的投掷训练成绩检测方法。
技术介绍
随着近年来我国经济军事实力不断增强，建设现代化的军事力量成为适应国家发展和适应未来战争的一种迫切需要。而建设现代化军队就要求提高军队建设中的科技含量，包括机械化、自动化、信息化等特征。大到先进的武器装备更新换代，小到军队的日常训练演习，都要不断融入新的科学技术和方法。在军队日常的投掷训练中：目前我国军队中的手榴弹投掷训练主要还停留在实弹场地训练。一方面，投掷训练需要十分开阔的场地，这就限制了训练和演习的常态化，需要大量的人力物力来组织一次训练；另一方面，由于实地训练的特点所致，训练所得数据并不能被规范化、信息化的记录和完善的利用，失去了对比和参照的价值，训练的效果就会大打折扣；最重要的问题是，如果进行实弹训练，则不可避免的会发生危险，例如手榴弹脱手未能成功飞离投掷区，从而危及到参与训练人员的人身安全，事实上，这样的事故已屡见不鲜。可见传统的投掷训练成绩水平检测方法已经无法满足现代军队训练的需求。因此在军队日常投掷训练时，我们可以实时采集监测投掷目标物体的运动状态，利用较小的场地就能完成大规模人次的投掷训练。另外分析得到科学规范的数据后，还可以对应受训人员输入数据库进行存储，以便日后比对分析，使受训人员能够改进投掷技巧以提高成绩。
技术实现思路
根据现有技术中存在的问题，本专利技术公开了一种基于实时视频图像的投掷训练成绩检测方法，具体包括以下步骤：S1：设置投掷训练场地、对目标物体进行标记处理，采集投掷训练时的天气状况信息；如投掷现场可能是雨天或者有风情况时；S2：比例标定计算比例因子：记录在目标物体与摄像头之间距离一定的情况下，摄像头中实际长度为一米物体的图像空间长度，即比例因子采用每个像素对应多少米表示；S3：投掷目标物体，利用摄像头实时采集目标物体在投掷中出手前的运动图像信息，对目标物体进行追踪拍摄，实时处理采集到的视频图像：在每帧图像中建立二维坐标系，捕获每帧图像中目标物体在二维坐标系中的空间坐标信息，将捕获到的图像空间坐标信息实时地存储在具有固定长度的链表中，实现对链表中捕获信息的实时更新；S4：确定目标物体出手后，读取链表中位于末端的多个节点，根据摄像头拍摄相邻帧图像间的时间差固定的原理，利用多个节点中目标物体的空间坐标信息和对应时刻信息，计算目标物体在图像中的空间速度，即图像中目标物体水平方向和竖直方向的速度采用每秒为多少个像素表示；S5：根据S2中的比例标定和比例因子进行图像空间与实际空间的比例换算从而计算目标物体在出手前一时刻的实际水平速度和竖直速度，从而计算目标物体水平方向的抛物距离和竖直方向的抛物距离，实现投掷训练成绩的检测。进一步的，S1中：对目标物体进行标记处理时：在该目标物体上标记出便于摄像头采集的标记并将该标记信息存储，当利用摄像头实时采集目标物体在投掷中的运动图像信息时，摄像头可据此对上述已做的标记进行识别。进一步的，S3中：投掷目标物体时检测投掷动作，将提取到的每一帧图像中目标物体的空间坐标信息存入链表中，当目标物体无法被摄像头识别，从这一帧图像对应的时刻开始计时，当计时时间长度超过阈值时，则目标物体完全离开摄像机的视野。进一步的，所述节点为链表中按照时间顺序存储的数据结构，S4中：读取存储数据链表中位于末端的多个节点时选取最后的两个节点，将目标物体出手时刻的状态采用最后两个节点中目标物体的坐标参数进行计算。进一步的，设定投掷训练时的天气状况信息时：当天气状况为晴天无风则按照匀速运动公式进行计算：根据最后的两个节点中记录的目标物体位置坐标与时刻数据计算水平和竖直方向的速度，再据此计算目标物体水平方向的位移和竖直方向的位移。进一步的，设定投掷训练时的天气状况信息时：当天气状况为下雨时：根据动量定理将雨滴和目标物体的碰撞视为冲量，作用时间为雨滴与目标物体极短的碰撞时间,对于一滴雨滴，这一冲量表示为其中，Δv为雨滴撞击目标物体前的末速度，Δt为雨滴由碰撞开始至末速度减小至零所经历的时间，m为雨滴的近似质量，为目标物体所受到冲量的作用力；雨势的大小由雨滴半径和雨滴的末速度Δv决定，雨滴的末速度由雨滴的半径推导得出：其中：A、B、C均为常数，r1为雨滴半径(计算中将雨滴近似为球体)，n为对于目标物体而言在整个抛体运动过程中，每一时刻雨滴撞击目标物体的近似数量值即雨滴数密度，可根据实际天气信息获取；其理论值采用如下公式计算：N(D)＝N0exp(-λD)，其中参数λ＝4.1I-0.21(mm-1)；N0＝8000(个/m3)；式中N(D)是雨滴数密度，D为雨滴直径,I为雨强,则目标物体受到雨的作用力F为：根据：求解F，其中ρ为雨滴的密度(近似于水的密度)，vt为雨滴末速度，n和vt由根据实际的雨势参数获得，因此目标物体在竖直方向受重力和雨滴的作用力，目标物体在水平方向受雨滴的影响忽略不计,最后在考虑目标物体受雨滴作用力的情况下计算投掷训练成绩。进一步的，设定投掷训练时的天气状况信息时：当天气状况有风时，在水平方向上：当目标物体运动速度小于设定的临界值时：设目标物体受到粘滞阻力作用，粘滞阻力的求解公式为：f＝6πηvr，其中：η为流体的粘性系数，v为目标物体相对于风的运动速度，r为目标物体运动中翻滚姿态近似外接球的半径,所述外接球的半径由目标物体的柱面半径R和目标物体的长度h根据如下公式计算：则目标物体的迎流面面积当目标物体运动速度大于设定的临界值时，设目标物体受压差阻力f，其中：C为形阻系数，ρ1为流体密度(空气密度)，S为迎流面的面积，v为目标物体相对于风的运动速度，Re为雷诺数，其中：ρ1为流体密度，v为目标物体相对于风的运动速度，η为粘性系数，d为特征长度即外接球的直径；在竖直方向上，只需考虑粘滞阻力，其计算过程与水平方向上粘滞阻力的计算相同，最后在考虑目标物体受风的作用力的情况下计算投掷训练成绩。由于采用了上述技术方案，本专利技术通过应用计算机视频采集技术，实时记录并分析受训人员所投掷的目标物体(可以是手榴弹模型等)在即将脱离以及脱离手臂后的位置、时间、速度等信息，实现了即便在较为狭小的空间中，也能够模拟多种自然环境来计算投掷距离、投掷高度和出手角度等关键数据。得到科学规范的数据后，还可以将数据对应受训人员输入数据库进行存储，以便日后比对分析，使受训人员能够改进投掷技巧以提高成绩，从而实现军队整体战斗力的提升。本专利技术的还具有以下有益效果：1、将传统投掷训练与计算机视频采集技术和计算机虚拟现实技术结合，将训练结果数字化、实时化显示，并能够利用数据库系统化地存储每次训练的成绩。2、利用本方法对投掷训练成绩进行检测，可以将投掷训练的场地空间缩小到一个较小区域内，以达到节省空间的目的。3、在实际检测过程中可以对训练数据进行数字化、规范化地存储，并且考虑环境因素的影响(如雨天、空气阻力等因素)，使检测结果更加精确。4、在对投掷水平进行数据分析和计算时，采用比例标定计算比例因子的方式将目标物体的图像空间坐标和实际空间坐标、图像空间速度和实际空间速度相结合的方式对投掷训练的成绩水平进行分析计算。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于实时视频图像的投掷训练成绩检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：设置投掷训练场地、对目标物体进行标记处理，采集投掷训练时的天气状况信息；S2：比例标定计算比例因子：记录在目标物体与摄像头之间距离一定的情况下，摄像头中实际长度为一米物体的图像空间长度，即比例因子采用每个像素对应多少米表示；S3：投掷目标物体，利用摄像头实时采集目标物体在投掷中出手前的运动图像信息，对目标物体进行追踪拍摄，实时处理采集到的视频图像：在每帧图像中建立二维坐标系，捕获每帧图像中目标物体在二维坐标系中的空间坐标信息，将捕获到的图像空间坐标信息实时地存储在具有固定长度的链表中，实现对链表中捕获信息的实时更新；S4：确定目标物体出手后，读取链表中位于末端的多个节点，根据摄像头拍摄相邻帧图像间的时间差固定的原理，利用多个节点中目标物体的空间坐标信息和对应时刻信息，计算目标物体在图像中的空间速度，即图像中目标物体水平方向和竖直方向的速度采用每秒为多少个像素表示；S5：根据S2中的比例标定和比例因子进行图像空间与实际空间的比例换算从而计算目标物体在出手前一时刻的实际水平速度和竖直速度，从而计算目标物体水平方向的抛物距离和竖直方向的抛物距离，实现投掷训练成绩的检测。...

【技术特征摘要】
1.一种基于实时视频图像的投掷训练成绩检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：设置投掷训练场地、对目标物体进行标记处理，采集投掷训练时的天气状况信息；S2：比例标定计算比例因子：记录在目标物体与摄像头之间距离一定的情况下，摄像头中实际长度为一米物体的图像空间长度，即比例因子采用每个像素对应多少米表示；S3：投掷目标物体，利用摄像头实时采集目标物体在投掷中出手前的运动图像信息，对目标物体进行追踪拍摄，实时处理采集到的视频图像：在每帧图像中建立二维坐标系，捕获每帧图像中目标物体在二维坐标系中的空间坐标信息，将捕获到的图像空间坐标信息实时地存储在具有固定长度的链表中，实现对链表中捕获信息的实时更新；S4：确定目标物体出手后，读取链表中位于末端的多个节点，根据摄像头拍摄相邻帧图像间的时间差固定的原理，利用多个节点中目标物体的空间坐标信息和对应时刻信息，计算目标物体在图像中的空间速度，即图像中目标物体水平方向和竖直方向的速度采用每秒为多少个像素表示；S5：根据S2中的比例标定和比例因子进行图像空间与实际空间的比例换算从而计算目标物体在出手前一时刻的实际水平速度和竖直速度，从而计算目标物体水平方向的抛物距离和竖直方向的抛物距离，实现投掷训练成绩的检测；S3中：投掷目标物体时检测投掷动作，将提取到的每一帧图像中目标物体的空间坐标信息存入链表中，当目标物体无法被摄像头识别，从这一帧图像对应的时刻开始计时，当计时时间长度超过阈值时，则目标物体完全离开摄像机的视野。2.根据权利要求1所述的一种基于实时视频图像的投掷训练成绩检测方法，其特征还在于：S1中：对目标物体进行标记处理时：在该目标物体上标记出便于摄像头采集的标记并将该标记信息存储，当利用摄像头实时采集目标物体在投掷中的运动图像信息时，摄像头对上述已做的标记进行识别。3.根据权利要求1所述的一种基于实时视频图像的投掷训练成绩检测方法，其特征还在于：所述节点为链表中按照时间顺序存储的数据结构，S4中：读取存储数据链表中位于末端的多个节点时选取最后的两个节点，将目标物体出手时刻的状态采用最后两个节点中目标物体的坐标参数进行计算。4.根据权利要求1或3所述的一种基于实时视频图像的投掷训练成绩检测方法，其特征还在于：设定投掷训练时的天气状况信息时：当天气状况为晴天无风则按照匀速运动公式进行计算：根据最后的两个节点中记录的目标物体位置坐标与时刻数据计算水平和竖直方向的速度，再据此计算目标物体水平方向的位移和竖直方向的位移。5.根据权利要求1或3所述的一种基于实...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，张兵兵，王超，裴玉，马玉博，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21