一种基于CV和AI算法和电磁炮的自动瞄准系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于CV和AI算法和电磁炮的自动瞄准系统，包括底盘、转台、相机、炮筒、目标识别模块、目标跟踪模块和双向稳定模块，转台包括方位电机和俯仰电机，炮架上部安装炮座，俯仰电机驱动炮座以实现炮座俯仰角度的调整，目标识别模块用于识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离，主机使用基于CV算法中的中的金字塔分层的LK光流算法识别目标并控制转台按照给定角度信息精确运动跟踪目标，双向稳定模块用于调整炮筒在运动状态下炮筒的俯仰角和方位角确保炮筒在运动状态下的稳定性。本发明专利技术能够解决电磁炮在遇到目标移动速度较快以及炮筒和目标均处在移动状态时电磁炮自动瞄准系统不能够有效的识别和跟踪目标的问题。别和跟踪目标的问题。别和跟踪目标的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CV和AI算法和电磁炮的自动瞄准系统及方法
[0001]本申请是名为《一种基于CV和AI算法和电磁炮的自动瞄准系统》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2021年09月30日，申请号为202111157973.2。


[0002]本专利技术涉及电磁炮
，特别是涉及一种基于CV和AI算法和电磁炮的自动瞄准系统及方法。

技术介绍

[0003]电磁炮若要实现其准确的命中率必须采用打靶的方式对电磁炮进行弹道模型训练，测试电磁炮离与目标之间的距离与所需的升压的关系，并将训练的数据存储在主控电脑内，从而实现在电磁炮下次检测到目标就可以匹配相应的电压以准确的命中目标，同时也能够为电磁炮日后的研制提供弹道模型数据。但是电磁炮的精准命中率是建立在精准的运动目标识别和运动目标跟踪的基础上的，而现有的电磁炮自动瞄准系统只能识别运动速度相对较低的目标，并且现有的电磁炮自动瞄准系统只有在摄像机处于静止时才能精准的定位目标，当遇到目标移动速度较快以及炮筒和目标均处在移动状态时电磁炮自动瞄准系统就不能够有效的识别和跟踪目标。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于CV和AI算法和电磁炮的自动瞄准系统及方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于CV和AI算法和电磁炮的自动瞄准系统，包括主机、底盘、转台、相机、炮筒、目标识别模块、目标跟踪模块、双向稳定模块、主机和靶台，所述底盘上设有转台和天线，所述转台包括方位电机和俯仰电机，所述方位电机输出轴端安装炮架，所述方位电机壳体端部安装方位角度传感器，所述炮架上部安装炮座，所述俯仰电机壳体端部安装俯仰角度传感器，所述目标识别模块用于识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离，所述主机使用基于CV的金字塔分层的LK光流算法控制转台按照给定角度信息精确的运动保证相机的视轴始终指向运动目标，所述双向稳定模块用于调整炮筒在运动状态下炮筒的俯仰角和方位角确保炮筒在运动状态下的稳定性；
[0007]所述目标识别模块包括相机、激光测距仪和主机，所述相机安装于炮座顶部，所述激光测距仪安装于炮座前部，所述相机、激光测距仪和炮筒的轴线互相平行，所述相机用于捕捉目标图像并将目标图像信息传送至主机，所述激光测距仪用于测量电磁炮炮筒与目标之间的距离，并将距离信息传送至主机，所述主机用于对相机所传送的目标信息进行处理并使用基于CV算法中的金字塔分层的LK光流算法实现识别运动目标并提取目标的角点作为特征点，其中金字塔分层的LK光溜算法只对目标特征角点进行匹配及光流计算，计算速度也比较快，能够满足实时性要求，所述光流算法在识别出运动目标后，以角点来标识运动
目标，能够跟踪任何具有角点特征的运动目标；
[0008]所述目标跟踪模块包括俯仰电机、方位电机和主机，所述俯仰电机用于调整炮筒的俯仰角度，所述方位电机用于调整炮筒的瞄准方位角度，所述主机采用基于CV算法中的金字塔分层的LK光流算法计算出每个图像采集周期内运动目标特征角点位置信息，并将图像中的目标特征角点位置信息转换为转台内方位电机和俯仰电机的旋转角度信息，所述主机还用于对方位电机和俯仰电机的旋转角度信息进行分析和计算，并指令俯仰电机和方位电机运转把目标锁定在相机的视场中心；
[0009]所述双向稳定模块包括陀螺仪组件、俯仰电机和方位电机，所述陀螺仪组件安装于炮座后部，所述陀螺仪组件用于监测炮筒在竖直方向上的俯仰角度和水平方向上的方位角度变化，并将炮筒实时的俯仰角度数据和方位角度数据传送至主机，所述主机用于对陀螺仪组件传输来的炮筒实时的俯仰角度数据和方位角度数据进行分析和计算，并在对俯仰角度数据和方位角度数据分析和计算后指令俯仰电机和方位电机运转对炮筒俯仰角度和方位角度进行补偿调整以实现在底盘带动炮筒运动时炮筒能够趋于稳定；
[0010]所述靶台包括控制柜、底座、支架、水平齿条滑轨和竖直齿条滑轨，所述底座上对称安装支架，两个所述支架上安装水平齿条滑轨，所述水平齿条滑轨的数量不少于两个，两个所述水平齿条滑轨上均啮合有第一电控滑块，两个所述第一电控滑块上安装竖直齿条滑轨，所述竖直齿条滑轨上安装第二电控滑块，所述第二电控滑块表面安装靶标，所述靶台用于对电磁炮自动瞄准系统进行弹道模型训练，所述控制柜用于控制第一电控滑块和第二电控滑块的运行速度；
[0011]所述底盘上还安装电源，所述电源用于对天线、激光测距仪、相机、目标识别模块、目标跟踪模块和陀螺仪组件供电，所述天线用于接收主机遥控装置的信号并对底盘进行运动控制。
[0012]一种使用上述自动瞄准系统来捕捉靶标和训练电磁炮弹道模型的方法，包括：
[0013]给主机、控制柜、转台和靶台上电，启动主机内的运动目标识别和跟踪程序，打开运动目标识别和跟踪程序的图像显示，手动运行主机内目标识别和跟踪程序使待跟踪靶标处于相机视场内并保持靶标处于图像中心；
[0014]手动运行控制柜靶标移动程序指令第一电控滑块和第二电控滑块运转带动靶标移动，此时主机端连续采集靶标图像，根据光流算法提取靶标位置数据，主机对靶标位置数据进行计算后得到转台的旋转角度，主机指令转台内的俯仰电机和方位电机运转以实时的跟踪靶标，其中通过控制柜可调节靶标移动的速度；
[0015]主机控制转台内的俯仰电机和方位电机运转对靶标实时跟踪后，主机指令激光测距仪启用并测量炮筒与靶标的距离值，激光测距仪将测得的距离值传送至主机后，主机对距离值进行存储运算并指令电磁炮驱动电路升压击打靶标，重复以上步骤后即可实现电磁炮弹道模型训练。
[0016]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0017]本专利技术通过目标识别模块和目标跟踪模块实现了对动态靶标的识别和捕捉，其中主机通过基于CV算法中的金字塔分层的LK 光流算法计算出每个图像采集周期内运动目标特征角点位置信息，并将图像中的目标特征角点位置信息转换为转台内方位电机和俯仰电机的旋转角度信息，主机对方位电机和俯仰电机的旋转角度信息分析计算后指令俯仰电机
和方位电机运转带动相机运动把目标锁定在相机的视场中心实现对靶标的捕捉，此外陀螺仪组件实现了在炮筒被底盘带动而运动的状态下能够控制炮筒在竖直方向和水平方向上的稳定，从而有利于自动瞄准系统对目标的识别和捕捉。
[0018]此外，通过靶台与激光测距仪的结合，实现对电磁炮自动瞄准系统进行弹道模型训练，测试电磁炮离目标之间的距离与所需的升压的关系，并将训练的数据存储在主机内，从而实现在电磁炮下次检测到目标就可以匹配相应的电压以准确的命中目标。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术电磁炮和底盘结构视图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CV和AI算法和电磁炮的自动瞄准系统，包括主机、底盘、转台、相机、炮筒、目标识别模块、目标跟踪模块、双向稳定模块、主机和靶台，其特征在于，所述底盘上设有转台和天线，所述转台包括方位电机和俯仰电机，所述方位电机输出轴端安装炮架，所述方位电机壳体端部安装方位角度传感器，所述炮架上部安装炮座，所述俯仰电机壳体端部安装俯仰角度传感器，所述目标识别模块用于识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离，所述主机使用基于CV的金字塔分层的LK光流算法控制转台按照给定角度信息精确的运动保证相机的视轴始终指向运动目标，所述双向稳定模块用于调整炮筒在运动状态下炮筒的俯仰角和方位角确保炮筒在运动状态下的稳定性；所述目标识别模块包括相机、激光测距仪和主机，所述相机安装于炮座顶部，所述激光测距仪安装于炮座前部，所述相机、激光测距仪和炮筒的轴线互相平行，所述相机用于捕捉目标图像并将目标图像信息传送至主机，所述激光测距仪用于测量电磁炮炮筒与目标之间的距离，并将距离信息传送至主机，所述主机用于对相机所传送的目标信息进行处理并使用基于CV算法中的金字塔分层的LK光流算法实现识别运动目标并提取目标的角点作为特征点，其中金字塔分层的LK光溜算法只对目标特征角点进行匹配及光流计算，计算速度也比较快，能够满足实时性要求，所述光流算法在识别出运动目标后，以角点来标识运动目标，能够跟踪任何具有角点特征的运动目标；所述目标跟踪模块包括俯仰电机、方位电机和主机，所述俯仰电机用于调整炮筒的俯仰角度，所述方位电机用于调整炮筒的瞄准方位角度，所述主机采用基于CV算法中的金字塔分层的LK光流算法计算出每个图像采集周期内运动目标特征角点位置信息，并将图像中的目标特征角点位置信息转换为转台内方位电机和俯仰电机的旋转角度信息，所述主机还用于对方位电机和俯仰电机的旋转角度信息进行分析和计算，并指令俯仰电机和方位电机运转把目标锁定在相机的视场中心；所述双向稳定模块包括陀螺仪组件、俯仰电机和方位电机，所述陀螺仪组件安装于炮座后部，所述陀螺仪组件用于监...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯子翼，尹亮，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：