自动报靶方法与设备

自动报靶方法与设备

一、背景：目前, 在部队射击训练、考核和比赛中, 示靶、检靶和成绩记录主要依靠人工完成, 这样不但效率低、可靠性差, 而且存在安全隐患【1】。因而在很大程度上影响报靶的结果，不仅判靶效率低，而且不利于射击者准确地了解自己的成绩，不利于打靶水平的提高。射击精度是衡量枪械类轻武器性能的一个重要指标，因此，对自动报靶方法与系统的研究具有非常重大的意义。

二、自动报靶的分类：

为适应科技强军的需要，国内有许多单位对自动报靶系统进行研究，相继开发出多类射击自动报靶系统。

根据自动报靶的技术实现原理，可分为电极埋入方式、光电传感方式、图象处理方式和声电定位方式四种方式。

另外，市售的自动报靶系统根据检测手段可分为：金属片(或其他导电体)连通检测和图像识别两种方式。

1、电极埋入式自动报靶系统

1.1电极埋入式自动报靶系统的工作原理

工作原理：是在特制靶体的生产过程中，利用特殊的工艺，将一个由电极组成的二维网格埋入靶体的夹层里面。当在垂直和水平方向上，每两根电极之间的间隔小于弹丸直径时，每次弹丸击穿靶体都会切断至少两根的电极。通过测量不同编号的电极间电阻值变化就能确定弹丸击中靶体的位置，进而形成弹点坐标，判定环数。

1.2电极埋入式自动报靶系统的优缺点：①优点:响应速度快;报靶精

度高。②缺点：这种判靶方式是一次性的，每次射击后靶体即告报废。因此，电极埋入式报靶系统成本过高。

2、光电传感方式自动报靶系统

2.1光电传感方式自动报靶系统的工作原理：是在光电传感式自动报靶系统中，在靶体的四周以垂直方向和水平方向对应安装两套高灵敏度的光电收发装置(如发光二极管和感光二极管)。这两组排列密集的发光器件所发出的光线将靶划分为矩阵式的网格状。每个小网格对应着靶上的一个方形区域。每一组垂直方向和水平方向光电器件编号的组合，就是靶上对应点的坐标。在每组相邻的光电器件间距小于弹丸直径的情况下，每次弹丸通过靶体的瞬间，都会在垂直方向和水平方向上切断至少两根的光线，光线的明暗变化又使感光器件的电气参数(如输出电平)发生变化。这样，就可以通过单片机等可编程设备来收集这些感光器件的编号，形成弹着点坐标，然后再通过查表等方式获取弹着点的环数。

2.2光电传感方式自动报靶系统的优缺点：①优点:响应速度快，报靶精度高；②缺点：制造和维护成本高，并且只适用于轻武器射击。

2.3使用时应该注意事项：①是在射击开始前要校准光电传感装置和实际靶体相互对应的基准点。②是要防止枪弹对光电传感装置的物理损害。

2.4光电传感方式自动报靶系统

光电传感方式自动报靶系统采用的是光电定位的技术，该系统以由发光装置构成的光电靶作为检测弹着点的装置, 以单片机为核心

构成数据分析处理系统, 能够精确地得到子弹弹着点的坐标和相应的环数, 并且可以有效地减少错报和漏报的情况。另外, 通过对发光装置通断的控制, 还可以对选手的反应速度和灵敏度等重要指标进行考核和评估。

2.4.1光电靶设计原理：将普通靶纸置于激光网络之前并与之同轴,当子弹打破靶纸,并穿越激光网络时,会阻断相应位置处X、Y两个方向上各一路激光( x, y ),从而使接收装置(光敏管)开关状态发生变化。通过对光敏管开关状态进行编码,便可将子弹穿过时对应的光敏管状态进行记录,利用单片机对该信号进行处理,便可得到弹着点的坐标和环数。

2.4.2发射装置

该系统对光束的准直性和横截面积有较高要求,利用激光二极管和透镜组合构成发射装置,可以达到较好的效果。考虑到高精度的激光二极管的成本较高,也可以采用普通的发光二极管来代替。

2.4.3接收装置

接收装置采用光电二极管。该系统要求光电二极管能够检测到子弹快速遮挡光路这一动作, 这主要由光电二极管的响应时间决定。通常情况下,子弹击中靶的速度小于1000m/s,被遮挡光路的有效长度大于5 mm,由此得出子弹遮挡光路的时间大于5ms,普通光电二极管的响应时间小于0.1ms,可以满足测量要求【4】。

2.4.4激光网格大小的设计

激光网格大小的设计决定了该系统报靶的准确性和信号处理的难度。在这里有三种设计方式：1.当网格边长b远大于子弹直径a(情况1)时, 子弹将会有相当大的概率从网格中穿过,造成漏报或是只阻挡住X或Y一路光线而造成错报。2.当网格过小（情况2）是，子弹会

挡住同一方向上的多路光而增加了数据处理难度。3.网格变长略大于子弹直径（情况3），这是一种比较理想的方案，因为这样即可以保证子弹不会同时阻挡同一方向的两路或更多的光线，也可以确保子弹能以足够大的概率同时阻挡两个方向上的光，而不会漏掉一路。

3、图象处理方式自动报靶系统

3.1基于图像处理技术自动报靶的原理

基于图像处理技术的自动报靶系统和以上介绍的两种报靶方式不同，它没有在靶体上安装任何光电传感设备。在实弹射击过程中，它使用摄像头对常规的标准靶画面进行采集，根据采集来的靶图像的特点和变化，利用计算机图像识别技术找出靶图像中的真实弹点，然后通过判定弹点在靶中的位置来确认弹着点的环数值[2]。

3.2图像处理自动报靶系统的优缺点：1、优点：后期维护成本低；2、缺点：制造成本高,需专业人员操作，不适用野外条件下火炮射击。

3.3图像处理自动报靶系统的工作流程：

随着图像处理技术的发展和计算机运算速度的不断提高，数字图像处理技术，特别是图像识别技术已经在诸多领域得到了广泛应用。“基于图像识别技术的自动报靶系统”就是这样一个包括了图像采集、图像识别和数据库管理的典型系统。

自动报靶系统的算法流程

原始数字图像是把换靶机上的摄像头得到的视频信号，送入判靶

计算机的图像采集卡，由图像采集卡进行数字化后得到的。靶识别是通过利用靶纸图案的特殊性，将靶纸和非靶纸区分开来而实现的。靶面参数是指在采集的靶纸图像中，靶心及环线相对于固定的图像坐标系的坐标参数。采用图像直方图分析和数学形态学运算的方法，就可以得到需要的分割图像。得到弹孔位置后，与靶面参数相结合，利用其相对几何关系，系统可以计算出射击成绩。

3.4图像处理自动报靶系统的组成：

系统主要由后端和前端两大模块组成。后端模块放在比赛裁判席，包括一台后台管理计算机、打印设备和大屏幕显示设备。前端模块通过集线器 HUB 和后端模块连接构成局域网前端模块包括判靶计算机、图像采集装置、成绩识别软件等。前端模块是整个自动报靶系统的核心部分，它的功能主要包括：靶纸图像采集、判靶处理、显示和将成绩通过网络送到后台管理计算机。

3.5图像处理自动报靶系统的判靶关键

数字图像由CCD摄像头进行采集,图像处理由PC机上的软件程序承担,数据库管理系统负责对比赛成绩进行相关的统计与管理。

图像处理算法的好坏直接决定最终靶数的准确性。由于靶数与弹孔最内侧点至靶环中心的距离成分段线性变化,因此从理论上讲,只要确定靶环中心的位置和弹孔最内侧点的位置,以及距离与靶数的变换系数,则可以精确计算出靶数。

3.51靶心定位

首先要解决的问题是靶子上各靶环数据的采集。打靶前,首先采