基于多弹孔模式识别算法的智能报靶系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了基于多弹孔模式识别算法的智能报靶系统和方法，系统包括声控传感器、群智能相机与监控计算机和移动客户端，智能相机布置在靶标前方，射击信号通过声控传感器触发智能相机采集图像，使用靶面定位矫正算法、多弹孔识别分类算法、报靶计分算法实时获取弹孔类型和射击得分信息并通过其内部的WIFI模块将信息上传至监控计算机和移动客户端，移动客户端进行语音报靶，监控计算机则实时显示各射手的射击得分信息，提供用户界面对射击信息进行统计查询、智能管理；本发明专利技术每个靶标的射击报靶相互独立，不依赖于监控计算机，结构简洁、安全可靠，同时提出的模式识别方法抗干扰能力强，弹孔识别率高，具有实时性和精确性。

Intelligent scoring system and method based on pattern recognition algorithm.

The present invention provides intelligent scoring system and method of multi hole pattern recognition algorithm based on swarm intelligence system including voice sensor, camera and monitor computer and mobile client, smart cameras arranged in the target ahead, shooting signal through voice control sensor trigger acquisition of smart camera image, using the target positioning correction algorithm, classification algorithm, bullet hole recognition target scoring algorithm to obtain real-time information and scoring and shooting holes type WIFI module through its internal information will be uploaded to the monitoring computer and the mobile client, mobile client voice to the target computer, monitor real-time display of each archer shooting score information, provides a user interface for statistical query, intelligent management of shooting target reported information; the invention of each target are independent of each other, do not depend on the monitoring computer, simple structure, safety Reliable, pattern recognition method and puts forward the strong anti-interference ability, high recognition rate with bullet holes, real-time and accurate.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能装置和模式识别
，特别涉及一种多弹孔模式识别方法及基于该方法的智能报靶系统和方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，结合模式识别的智能装置逐渐代替人工操作，正快速融入到军事领域。传统的军用射击自动报靶，主要依赖于双层电极短路采样系统、声电定位自动报靶系统、光电电子靶系统等机械式测定系统，这类系统具有复杂的硬件结构，要求制定专用靶标且不可重复利用，成本高、适应性差。近年来，基于图像处理技术的自动报靶系统迅速发展，虽然简化了硬件结构，基本能实现自动报靶，但目前报靶图像处理技术主要依赖于监控计算机进行图像处理和报靶控制，图像数据传输量大、计算机数据处理和调控任务繁重，各靶位不能实现独立报靶，智能化程度低、布局繁琐。此外，现有自动报靶系统图像处理算法仅仅对系统的单弹孔识别进行了研究，对多弹孔中的单弹孔和双弹孔识别分类没有提出有效的解决方案，不具备普遍性，适应性和准确率均有待提高。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种多弹孔模式识别方法及基于该方法的智能报靶系统与方法，实现对军用打靶的智能报靶和管理。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于多弹孔模式识别算法的智能报靶系统，包括：声控传感器，基于射击声音触发智能相机采集图像；群智能相机，由若干智能相机组成，进行靶标图像采集，对靶标图像采用靶面定位矫正算法进行靶面定位矫正，采用多弹孔模式识别算法进行弹孔识别，通过报靶计分算法实时获取射击得分，并将得分信息发送；监控计算机，接收得分信息实时显示并存储；移动客户端，接收得分信息采用语音系统进行报靶；其中，所述多弹孔模式识别方法，包括粗识别和精识别：首先对利用相机拍摄的本帧标准靶面图和上一帧标准靶面图做减影处理并将处理结果二值化，对二值图进行形态学腐蚀操作消除噪声，检测二值图中白色连通域的轮廓，定位所有轮廓的最小外接矩形，最小外接矩形区域即为疑似弹孔的外接矩形区域，从而实现弹孔的粗识别；选定弹孔特征属性和弹孔类别集合，使用多张弹孔样本训练朴素贝叶斯分类器，得到各类别下各特征属性的条件概率估计值，将疑似弹孔的外接矩形区域输入已训练的朴素贝叶斯分类器，根据贝叶斯定理计算弹孔各类别的后验概率，弹孔后验概率最大的类别判定为弹孔的类别，实现多弹孔中单弹孔、双弹孔的分类；使用Hough圆检测算法获得单弹孔区域的中心坐标，对于重叠的双弹孔区域，使用几何分析法求取两个弹孔的中心坐标，实现多弹孔的精识别。所述靶面定位矫正算法：首先将RGB颜色空间的靶标图像变换至HSI颜色空间，胸环靶面的军绿色和白色与背景区域色彩差异形成靶面图像的HSI颜色空间模型约束条件，根据该约束条件，采用轮廓检测算法检测胸环靶面边缘，锁定满足胸环靶面轮廓面积阈值的靶面边缘，求取靶面边缘的外接矩形即得到有效的矩形靶面区域，实现靶面定位；提取本帧原始彩色图像中的有效靶面区域得到靶面图，使用Harris角点检测算法提取靶面灰度图中的8个特征角点，利用本帧靶面特征角点和初始靶面特征角点进行靶面的矫正，得到本帧标准靶面图，实现本帧靶面的矫正。根据靶面图像HSI阈值以及靶面图像的白绿色边缘特征搜索靶标图像，对搜索结果做一次形态学膨胀处理得到二值靶面边缘图，其外围边缘构成胸环靶面边缘。所述智能相机建立处理声控传感器信号的线程，通过该线程，智能相机不断实时查询与声控传感器相连的数字输入接口信号，若接收到上升沿信号，智能相机则开始计时并等待下降沿信号，若2s内未检测到下降沿信号输入，判定本次射击为单次射击模式，该线程激活图像采集标志并更新状态等待下一次的上升沿信号，智能相机图像采集线程检测到图像采集标志的变化，则立即采集图像；若2s内检测到下降沿信号输入，判定本次射击为连续射击模式，该线程只更新状态，继续等待上升沿触发，直至射击结束激活图像采集标志。所述报靶计分算法包括靶面中心提取和弹孔环值判定两个阶段：首先对本帧标准靶面灰度图进行平滑滤波消除噪声，使用OSTU阈值分割对图像做二值化处理得到靶面环线二值图，采用连通域面积滤波算法消除靶面环线和数字，得到白色连通域为10环区域的二值图，利用Hough圆检测算法获得10环中心坐标即为靶面中心坐标；对所述靶面环线二值图做细化处理，将靶面环线宽度细化为一个像素点，搜索靶面中心与弹孔中心的连线，绘制连线上的灰度波形图，统计灰度波形图发生脉冲性变化的次数即可判定弹孔所在的靶环区域，从而准确计算射击得分。所述群智能相机与监控计算机、移动客户端构成以无线路由器为中心的星型局域网，局域网中各个节点均通过无线网络进行通信；所述智能相机包括处理器、全局曝光CCD及光学镜头、数字I/O接口、WIFI模块，智能相机通过建立多线程，一方面接收数字I/O接口信号并处理，一方面采集并处理图像、控制相机无线通信；所述声控传感器输出端与智能相机数字I/O接口相连接，声控传感器将射击声音信号转换为数字信号并将信号输入智能相机，触发智能相机采集图像；所述声控传感器由声电转换模块和阻抗变换模块两部分组成，通过声电转换模块，传感器产生与声音强度成正比的模拟信号，阻抗变换模块则实现模拟信号的不同阈值AD转换；所述智能相机安装于靶标正前方地面，距离靶标底部2m，一台智能相机负责对应一个靶标的智能报靶，各靶标间隔不低于5米，智能相机的处理器通过建立多线程，接收声控传感器的触发信号，根据触发信号时间间隔判定当前射击模式，决策是否采集图像。本专利技术智能报靶方法，包括如下步骤：步骤1：打开智能相机的智能报靶程序系统，智能相机处于休眠状态，开启监控计算机和移动客户端交互系统，用户给智能相机发送射击准备信号并在监控计算机用户界面设置各靶位射击人员信息。智能相机通过自身WIFI模块接收到射击准备信号后立即采集靶标图像，使用靶面定位和矫正方法获得初始标准靶面和矫正基准点。智能相机初始化结束，通过其WIFI模块向射击报靶端发送开始信号，移动客户端通过语音提示射击选手准备射击，监控计算机显示各靶位初始成绩为0；步骤2：射击人员开始射击，声控传感器检测射击声音信号并转换为数字信号，智能相机根据声控传感器发送的数字信号判定射击模式，若射击模式为单次射击，则立即采集并处理图像，计算得到射击得分信息后立即传送至射击报靶端；若射击模式为连续射击，则等待射击结束后采集靶标图像，处理计算报靶得分并上传至射击报靶端；步骤3：移动客户端接收到报靶信息后，及时通过其自带语音系统进行语音智能报靶，射击报靶端的监控计算机用户界面实时显示各靶位射击得分并将得分信息存储至数据库；步骤4：若射击过程没有结束，智能相机继续重复步骤2直至射击过程结束；步骤5：射击过程结束，智能相机查询与声控传感器相连的数字接口输入信号，若30秒内未查询到触发信号，智能相机判定本次射击过程结束并将结束信号发送移动客户端和监控计算机，然后智能相机再次进入休眠状态，监控计算机接收到智能相机的结束信号，自动显示各靶位的总成绩。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的报靶系统自动检测射击信号，区分射击模式，射击报靶过程完全智能化。本专利技术的智能相机可实时采集和处理图像、并通过自身WIFI模块与射击报靶端进行实时的网络通信。射击报靶端只需要接受射击得分信息，数据传输量小，监控计算机调控任务简本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于多弹孔模式识别算法的智能报靶系统，其特征在于，包括：声控传感器，基于射击声音触发智能相机采集图像；群智能相机，由若干智能相机组成，进行靶标图像采集，对靶标图像采用靶面定位矫正算法进行靶面定位矫正，采用多弹孔模式识别算法进行弹孔识别，通过报靶计分算法实时获取射击得分，并将得分信息发送；监控计算机，接收得分信息实时显示并存储；移动客户端，接收得分信息采用语音系统进行报靶；其中，所述多弹孔模式识别方法，包括粗识别和精识别：首先对利用相机拍摄的本帧标准靶面图和上一帧标准靶面图做减影处理并将处理结果二值化，对二值图进行形态学腐蚀操作消除噪声，检测二值图中白色连通域的轮廓，定位所有轮廓的最小外接矩形，最小外接矩形区域即为疑似弹孔的外接矩形区域，从而实现弹孔的粗识别；选定弹孔特征属性和弹孔类别集合，使用多张弹孔样本训练朴素贝叶斯分类器，得到各类别下各特征属性的条件概率估计值，将疑似弹孔的外接矩形区域输入已训练的朴素贝叶斯分类器，根据贝叶斯定理计算弹孔各类别的后验概率，弹孔后验概率最大的类别判定为弹孔的类别，实现多弹孔中单弹孔、双弹孔的分类；使用Hough圆检测算法获得单弹孔区域的中心坐标，对于重叠的双弹孔区域，使用几何分析法求取两个弹孔的中心坐标，实现多弹孔的精识别。...

【技术特征摘要】
1.基于多弹孔模式识别算法的智能报靶系统，其特征在于，包括：声控传感器，基于射击声音触发智能相机采集图像；群智能相机，由若干智能相机组成，进行靶标图像采集，对靶标图像采用靶面定位矫正算法进行靶面定位矫正，采用多弹孔模式识别算法进行弹孔识别，通过报靶计分算法实时获取射击得分，并将得分信息发送；监控计算机，接收得分信息实时显示并存储；移动客户端，接收得分信息采用语音系统进行报靶；其中，所述多弹孔模式识别方法，包括粗识别和精识别：首先对利用相机拍摄的本帧标准靶面图和上一帧标准靶面图做减影处理并将处理结果二值化，对二值图进行形态学腐蚀操作消除噪声，检测二值图中白色连通域的轮廓，定位所有轮廓的最小外接矩形，最小外接矩形区域即为疑似弹孔的外接矩形区域，从而实现弹孔的粗识别；选定弹孔特征属性和弹孔类别集合，使用多张弹孔样本训练朴素贝叶斯分类器，得到各类别下各特征属性的条件概率估计值，将疑似弹孔的外接矩形区域输入已训练的朴素贝叶斯分类器，根据贝叶斯定理计算弹孔各类别的后验概率，弹孔后验概率最大的类别判定为弹孔的类别，实现多弹孔中单弹孔、双弹孔的分类；使用Hough圆检测算法获得单弹孔区域的中心坐标，对于重叠的双弹孔区域，使用几何分析法求取两个弹孔的中心坐标，实现多弹孔的精识别。2.根据权利要求1基于多弹孔模式识别算法的智能报靶系统，其特征在于，所述靶面定位矫正算法：首先将RGB颜色空间的靶标图像变换至HSI颜色空间，胸环靶面的军绿色和白色与背景区域色彩差异形成靶面图像的HSI颜色空间模型约束条件，根据该约束条件，采用轮廓检测算法检测胸环靶面边缘，锁定满足胸环靶面轮廓面积阈值的靶面边缘，求取靶面边缘的外接矩形即得到有效的矩形靶面区域，实现靶面定位；提取本帧原始彩色图像中的有效靶面区域得到靶面图，使用Harris角点检测算法提取靶面灰度图中的8个特征角点，利用本帧靶面特征角点和初始靶面特征角点进行靶面的矫正，得到本帧标准靶面图，实现本帧靶面的矫正。3.根据权利要求2基于多弹孔模式识别算法的智能报靶系统，其特征在于，根据靶面图像HSI阈值以及靶面图像的白绿色边缘特征搜索靶标图像，对搜索结果做一次形态学膨胀处理得到二值靶面边缘图，其外围边缘构成胸环靶面边缘。4.根据权利要求2基于多弹孔模式识别算法的智能报靶系统，其特征在于，所述将RGB颜色空间的靶标图像变换至HSI颜色空间的变换方法为：其中，军用胸环靶在HSI色彩空间中，绿色约束条件为：60<H<180,S>0.3，白色约束条件为：S<0.3,I>80；设图像像素点c(i,j)＝(H(i,j),S(i,j),I(i,j)),其中H(i,j)、S(i,j)、I(i,j)为像素点c(i,j)的H、S、I分量，假定图像中3×3像素窗口区域中心坐标为c(i,j)，若图像像素点满足以下任意一个条件，则判定c(i-1,j)、c(i,j)、c(i+1,j)为绿白边缘：(a)c(i-1,j-1)、c(i,j-1)、c(i+1,j)均为绿色像素点，同时c(i-1,j+1)、c(i,j+1)、c(i+1,j+1)均为白色像素点；(b)c(i-1,j-1)、c(i,j-1)、c(i+1,j)均为白色像素点，同时c(i-1,j+1)、c(i,j+1)、c(i+1,j+1)均为绿色像素点，设置输出边缘图像中像素点c(i-1,j)＝c(i,j)＝c(i+1,j)＝2...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩九强，罗娟，钟德星，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61