阅读说明：本技术 一种靶板命中环数识别系统 (Target plate hit ring number identification system ) 是由 吴焕杰 谢楚斌 李绪泽 吴钟鸿 于 2020-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种靶板命中环数识别系统,包括靶板、摄像头和智能手持设备,其特征在于：所述摄像头架设在靶板前方并且位置固定,摄像头用于连续获取靶板的图像并发送给所述智能手持设备；智能手持设备中安装有命中识别软件。这种靶板命中环数识别系统应用场景广、不受距离限制,能实时将射击结果反馈给射击者并进行分析记录,无需与专用的硬件配对使用,所用器材器件均可轻易获得,成本低、操作方便,有利于推广普及射击运动。(The invention discloses a target plate hit ring number recognition system, which comprises a target plate, a camera and intelligent handheld equipment, and is characterized in that: the camera frame is arranged in front of the target plate and is fixed in position, and the camera is used for continuously acquiring images of the target plate and sending the images to the intelligent handheld equipment; and hit identification software is installed in the intelligent handheld equipment. The target plate hit ring number recognition system is wide in application scene, is not limited by distance, can feed the shooting result back to the shooter in real time and analyze and record the shooting result, does not need to be matched with special hardware for use, can easily obtain used equipment and devices, is low in cost and convenient to operate, and is beneficial to popularization of shooting sports.)

一种靶板命中环数识别系统

技术领域

本发明涉及用于在模拟射击训练中记录命中靶板环数及弹道分布的装置和方法，特别涉及一种靶板命中环数识别系统。

背景技术

在传统的实弹射击训练科目中，通常通过示靶员检查靶板上的弹孔来确定射击者的成绩，但这样的检查方式存在着潜在的安全隐患，并且由于射击距离较远，人工报靶存在一定的时间延误，射击者需要等待示靶员报靶结束确认人员安全后才能进行再次射击，且每轮射击都需要重新贴补靶纸弹孔，导致每次的射击训练时间加长，影响射击训练的连贯性。即使有了实弹报靶系统，仍不可避免需要大量的安全保障措施和繁琐的操作。

相较于实弹射击报靶，目前在部队或国防教育基地等射击训练场所中，更多地采用专用的激光模拟射击硬件器材组，这种器材组通常包括专业的摄影设备、模拟训练***和报靶器，在训练***每次扣动扳机时，通过有线或无线信号指令摄影设备对靶板进行拍摄，通过拍摄靶板上的激光弹着点，经后台软件计算后在报靶器上显示射击命中环数。采用这种器材组虽然不存在安全隐患，并且能及时进行报靶，保证射击训练的连贯性。但是由于上述摄影设备需要与模拟***和报靶器进行通讯绑定。摄像机在获取***击发时的拍摄指令时对靶子进行拍摄、分析、计算并将图像和结果传到报靶器上进行显示，所以摄影设备和报靶显示器通常设置在射手位，离靶位较远，就需要使用远距离的高清摄像设备，并且需要配合专用的通讯电路、专用的高清靶板、专用的激光模拟通讯枪、专用的报靶器，对专用器材的依赖性极高；同时由于需要计算射击者的成绩，其计算量较大，还需要在配备单独的计算机或者在摄影设备中内置计算组件；训练***由于长期持续使用容易损坏，更换时也需要购买专用的训练***才能够与摄影设备进行绑定。由于全部需要专用的器材和器件组合，各厂家之间的兼容性又极差，使得射击运动的训练成本居高不下，难以普及。同时预设操作复杂，需要专人专场看管，学员训练仅仅是体验式地走过场，已经无法满足新国际形势下的国防教育需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种靶板命中环数识别系统，这种靶板命中环数识别系统能实时将射击结果反馈给射击者并进行分析记录，无需与专用的硬件配对使用，所用器材器件均可轻易获得，成本低、操作方便，有利于推广普及射击运动。

为了解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种靶板命中环数识别系统，包括靶板、摄像头、装有激光发射管的枪型模拟器和智能手持设备，其特征在于：所述摄像头架设在靶板前方并且位置固定，枪型模拟器用于对靶板进行打靶，摄像头用于连续获取靶板的图像并发送给所述智能手持设备；智能手持设备中安装有命中识别软件，命中识别软件采用以下步骤进行射击命中识别：

步骤（1）、在射击前将摄像头获取的一幅无光斑靶板图像作为对照模板，并识别出各环的分隔点；

步骤（2）、在对照模板上，以靶板中心为原点建立坐标系，并将对照模板上各像素点的坐标进行标记；

步骤（3）、建立分数表：复制对照模板副本作为表模，表模的坐标系与对照模板的坐标系相同，在表模上按照各环的分隔点划分出各个分数区域，每个分数区域均代表一个命中分数，在各个分数区域上填充不同颜色以使相邻的分数区域能够明显区分，并将各个分数区域中的各个像素点的坐标进行标记，形成射击命中分数的分数表；

步骤（4）、枪型模拟器对靶板进行打靶，摄像头对靶板进行持续拍摄，获取摄像头拍摄的每一帧靶板图像，将每一帧靶板图像与对照模板进行比较，将具有差异区域的靶板图像作为具有光斑的有效命中图像，并将有效命中图像中的差异区域作为命中点；

步骤（5）、依照命中点的坐标，在分数表中找出相对应的分数点，按照分数点所处的分数区域给出本次射击的命中分数；

步骤（6）、对命中分数进行记录并输出。

上述摄像头可以为普通摄像头，摄像头也可以为智能手持设备上自带的摄像头，上述的智能手持设备可以是手机、平板或笔记本等。上述枪型模拟器可以是任何款式功能的枪型模拟器，可以是部队使用的制式***也可以是市场上的玩具道具枪，并加装激光发射管。上述激光发射管可以是摄像头可识别波段的任何形状规格的聚光灯光源。上述靶板可以是标准形状的普通靶板，也可以是印刷后贴附在墙壁或竖直平面上的靶纸，也可以是在墙壁或竖直平面上喷印靶环形成完整的靶板。

进行射击训练时，可以先将任意的靶板贴在墙面上，将摄像头朝向靶板，使整个靶板处在拍摄区域中；采用枪型模拟器射击靶板时，摄像头将受到光斑命中的靶板的靶板图像拍摄下并发送给智能手持设备，智能手持设备将有光斑的靶板图像与对照模板进行对比，有效命中图像中的光斑即为有效命中图像与对照模板之间的差异区域，并将该差异区域作为命中点；随后将命中点的坐标位置在分数表中找出相对应的分数点，按照分数点所处的分数区域给出本次射击的命中分数；最后对命中分数进行记录保存到本机并输出。

采用这种靶板命中环数识别系统进行射击训练时，无需采用专用的摄像设备和与摄像设备相关联的射击硬件器材，摆放智能手持设备时可以将智能手持设备放置在离靶板较近的前方四周，无需正面对准靶板，只需要保证整个靶板处在拍摄区域中即可（例如智能手持设备采用手机的话，可以通过手机支架将手机放置在靶板的下前方），对摄像头像素的要求不高，采用的枪型模拟器也无需与智能手持设备或其他专用的硬件进行配对绑定，该靶板命中环数识别系统的应用场景广，无论是在部队、学校、家中或是其他地方均可以使用，不受距离限制，所用器材器件均可轻易获得，成本低廉、操作方便、可随身携带，利于推广普及射击运动；靶板命中环数识别系统是通过获取无光斑的靶板图像，并识别出各环的分隔点，对各个分数区域进行划分，因此，靶板可以采用通过任意枪靶图像打印的靶纸或其他现有的靶板器材，从而能够大幅降低射击训练成本，并且也可以随意选择各种大小不同的靶纸。智能手持设备采用手机等性能不足的设备时，采用现有技术通过计算命中位置与圆心之间的距离再计算命中环数的方式，这些设备需要较长的时间进行运算，识别速度慢，无法连续快速捕捉拍摄，对激光光斑的稳定停留时间具有比较严格的要求，硬件设备的兼容性和稳定性较差，且射手在两发射击之间需要停顿较长时间，影响射击训练的连贯性；通过获取的一幅无光斑靶板图像作为对照模板，并建立分数表，采用涂色划分分数区域的方法，能方便运算时将各个分数区域的各个像素点与坐标轴对应，减少运算工作量；在每次射击后计算命中分数时，只需要通过对比靶板图像和靶板对照模板得出命中点，并将命中点与对应坐标的像素点进行对应即可得出命中分数，从而大量减少射击开始后的运算量，保证射击训练的连贯性和对硬件设备的依赖性。

优选方案中，所述摄像头为所述智能手持设备自带的摄像头，智能手持设备架设在靶板前方并且位置固定，摄像头对准靶板。智能手持设备可以为自带摄像头的手机、平板或笔记本等，摄像头无需采用专用的摄像头，成本较低，这种智能手持设备可随身携带。

优选方案中，所述步骤（3）中各个分数区域上填充不同颜色的具体方法为：以所述表模上各个靶环为边界，先将9环的内边界进行涂黑，随后自表模的中心向外进行涂色，直至周边均与黑色像素接触，则该涂色区域标记为10分区域；随后将8环的内边界进行涂黑，自9环的内边界向外进行涂色，直至周边均与黑色像素接触，则该涂色区域标记为9分区域，以此类推完成整个分数区域的划分；不同的分数区域，采用不同的颜色进行涂色。该涂色划分分数区域的程序，为基于OpenCV开发的图像软件。通过以各个靶环为边界，自靶板的中心环数逐渐向外涂色进行分数区域划分，并且不同的分数区域，采用不同的颜色进行涂色的方式，保证了分数区域划分时的精确度，并且便于将各个分数区域的各个像素点与坐标轴对应，减少智能手持设备的运算量。

优选方案中，所述步骤（4）中取所述差异区域的中心位置点作为命中点。根据射击者选择的靶板大小以及枪型模拟器射出激光大小的不同，光斑在靶板上通常具有一定的大小，因此取光斑位置所在的差异区域的中心位置点作为命中点，使得出的命中分数更准确。

优选方案中，所述步骤（4）中，获取摄像头拍摄的靶板图像时，400ms内多帧连续的靶板图像中均有光斑命中，并且命中的光斑位置均相同，视为只命中一次，将拍摄到的第一帧有光斑命中的靶板图像视为有效命中图像。由于摄像头需要连续不断进行拍摄，并且每次拍摄的间隔时间较短，拍摄时会存在一次命中后被多次拍摄的可能，因此需要将多帧连续均有光斑命中，并且命中的光斑位置均相同靶板图像，视为只命中一次。

优选方案中，所述步骤（4）中，获取摄像头拍摄的靶板图像时，400ms内多帧连续的靶板图像中均有光斑命中，并且命中的光斑能够形成一道完整的轨迹，则视为只命中一次，将拍摄到的第一帧有光斑命中的靶板图像视为有效命中图像。由于射击设备采用枪型模拟器，在射击者命中靶板后，会存在射击后由于射击者身体的抖动，导致摄像头拍摄到多帧连续的靶板图像中的光斑能够形成一道完整的拖拽轨迹，因此需要将多帧连续均有光斑命中，并且命中的光斑能够形成一道完整的轨迹，视为只命中一次。

优选方案中，所述步骤（4）中，还包括将摄像头拍摄的有效命中图像进行保留，将无效图像进行删除。部分射击者进行射击训练后，还需要对此次训练进行复盘分析，由于采用激光射击的方式，靶板上不会保留命中痕迹，因此将拍摄的有效命中图像进行保留，便于射击者根据保留的图像中的弹着点分布进行复盘分析。

优选方案中，所述靶板命中环数识别系统还包括云端服务器，云端服务器与所述智能手持设备连接，所述步骤（6）中，还包括将靶板的对照模板、命中点的坐标数据和命中分数上传到云端服务器。云端服务器也可以安装有命中识别软件。根据拍摄计算使用的智能手持设备与射击者之间的距离，当射击距离较近时，可以采用由计算使用的智能手持设备直接进行报靶，对命中分数进行记录并保存到本机；当射击距离较远时，可以事先将拍摄计算使用的智能手持设备与云端服务器进行连接，射击时，智能手持设备将靶板的对照模板、命中点的坐标数据和命中分数上传到云端服务器，再通过其他移动终端访问云端服务器，由其他移动终端进行报靶，同时云端服务器根据命中点的坐标数据，在接收到的靶板对照模板上模拟每一次射击的命中位置，由其他移动终端访问服务器查看图像数据，方便分析射击者的打靶习惯或检查***问题。

优选方案中，所述步骤（3）中，截取所述摄像头拍摄靶板图像的间隔时间为33-200ms。

优选方案中，所述靶板的对照模板和靶板图像的分辨率均为640*480，坐标轴基于该分辨率进行建立，各个分数区域基于该分辨率进行划分。根据不同手机的摄像头像素以及不同手机的运算性能，还可以采用更高的分辨率以提高射击精度。

本发明的有益效果在于：这种靶板命中环数识别系统应用场景广、不受距离限制，能实时将射击结果反馈给射击者并进行分析记录，无需与专用的硬件配对使用，所用器材器件均可轻易获得，成本低、操作方便，有利于推广普及射击运动。

附图说明

图1为本发明实施例1中靶板命中环数识别系统的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述：

实施例1

如图1所示的一种靶板1命中环数识别系统，包括靶板1、摄像头2、智能手持设备3和云端服务器4，摄像头2架设在靶板1前方并且位置固定，摄像头2用于连续获取靶板1的图像并发送给智能手持设备3；智能手持设备3和云端服务器4中均安装有命中识别软件5。

这种命中识别软件5采用以下步骤进行射击命中识别：

步骤（1）、在射击前将摄像头2获取的一幅无光斑靶板图像作为对照模板，并识别出各环的分隔点；

步骤（2）、在对照模板上，以靶板中心为原点建立坐标系，并将对照模板上各像素点的坐标进行标记；

步骤（3）、建立分数表：复制对照模板副本作为表模，表模的坐标系与对照模板的坐标系相同，在表模上按照各环的分隔点划分出各个分数区域，每个分数区域均代表一个命中分数，在各个分数区域上填充不同颜色以使相邻的分数区域能够明显区分，并将各个分数区域中的各个像素点的坐标进行标记，形成射击命中分数的分数表；

步骤（4）、摄像头2对靶板1进行持续拍摄，获取摄像头2拍摄的每一帧靶板图像，将每一帧靶板图像与对照模板进行比较，将具有差异区域的靶板图像作为具有光斑的有效命中图像，并将有效命中图像中的差异区域的中心位置点作为命中点；将摄像头2拍摄的有效命中图像进行保留，将无效图像进行删除；

步骤（5）、依照命中点的坐标，在分数表中找出相对应的分数点，按照分数点所处的分数区域给出本次射击的命中分数；

步骤（6）、对命中分数进行记录，并将靶板1的对照模板、命中点的坐标数据和命中分数上传到云端服务器4。

上述靶板的对照模板和靶板图像的分辨率均为640*480，坐标轴基于该分辨率进行建立，各个分数区域基于该分辨率进行划分。

上述步骤（3）中，各个分数区域上填充不同颜色的具体方法为：以表模上各个靶环为边界，先将9环的内边界进行涂黑，随后自表模的中心向外进行涂色，直至周边均与黑色像素接触，则该涂色区域标记为10分区域；随后将8环的内边界进行涂黑，自9环的内边界向外进行涂色，直至周边均与黑色像素接触，则该涂色区域标记为9分区域，以此类推完成整个分数区域的划分；不同的分数区域，采用不同的颜色进行涂色。

上述步骤（3）中，截取所述摄像头2拍摄靶板图像的间隔时间为33ms。

上述步骤（4）中，获取摄像头2拍摄的靶板图像时，400ms内多帧连续的靶板图像中均有光斑命中，并且命中的光斑位置均相同，视为只命中一次，将拍摄到的第一帧有光斑命中的靶板图像视为有效命中图像。

上述步骤（4）中，获取摄像头2拍摄的靶板图像时，400ms内多帧连续的靶板图像中均有光斑命中，并且命中的光斑能够形成一道完整的轨迹，则视为只命中一次，将拍摄到的第一帧有光斑命中的靶板图像视为有效命中图像。

实施例2

本实施例在其他其他部分均与实施例1相同的情况下，其区别在于：步骤（3）中，截取所述摄像头拍摄靶板图像的间隔时间为200ms。

实施例3

本实施例在其他其他部分均与实施例1相同的情况下，其区别在于：摄像头为智能手持设备自带的摄像头，智能手持设备架设在靶板前方并且位置固定，摄像头对准靶板。智能手持设备可以为自带摄像头的手机、平板或笔记本等。