一种武器瞄准系统的制作方法

本发明涉及一种武器瞄准系统。

背景技术：

传统的武器瞄准系统，均需通过人眼靠近武器瞄准器，进而通过武器瞄准器瞄准物体，来达到最终的射击，由此，人在每次武器射击时均需进行瞄准操作、抬枪操作，长时间的使用武器，易于对于人的体力及精神造成较大的损耗，而且瞄准动作多，瞄准速度慢，影响武器攻击效率，此外，对于无法露面或不便观察的场合（例如在巷战转角或地道中），人眼根本无法靠近瞄准器进行瞄准。为此，本申请提出了一种能够实现人、枪分离的瞄准系统，通过将武器瞄准器上显示的图像实时传输给使用者佩戴的眼镜，如此即可让使用者不必进行抬枪操作，就可进行瞄准、射击过程，并且该武器瞄准系统可进一步应用于无人飞行器等需要实现人、枪空间分离的各种场合。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种武器瞄准系统，该系统能够克服传统枪械瞄准系统，需要人眼靠近武器瞄准器的弊端，而实现了人眼与瞄准器在空间上的分离，具有极大的推广价值。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种武器瞄准系统，包括设置于眼镜上的眼镜子系统以及设置于瞄准器上的瞄准子系统；

所述眼镜子系统包括：

传感模块，用于感应瞄准子系统的发射模块发射出的不可见光，并发送相应信息至眼镜子系统的第一图像模块；

语音模块，用于实现语音交互功能；

第一电源模块，用于提供眼镜子系统整体运行的电能；

第一图像模块，根据传感模块发送信息，产生相应图像信息，通过设置于眼镜上的微型投影仪投射图像信息至眼镜上；

第一光学模块，设置于眼镜上镜片位置处的光波导镜片，便于微型投影仪投射图像信息至该光波导镜片上；

所述瞄准子系统包括：

发射模块，以预定发射方式发射用于瞄准物体的不可见光；

第二电源模块，用于提供瞄准子系统整体运行的电能；

第二光学模块，包括设置于瞄准器目镜上的光学瞄准系统。

在本发明一实施例中，该武器瞄准系统的实现过程如下，

s21：眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准：使用者带上眼镜，通过语音或眼镜上的触控开关开启校准功能，而后将瞄准器的第二光学模块的瞄准镜目镜靠近眼镜上的传感模块，观察光波导镜片上显示的投射图像，当投射图像的中心与通过瞄准镜获取的图像的中心完全重合时，即完成眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准；

s22：发射模块以预定发射方式、预定发射图样发射不可见光至待瞄准目标；

s23：传感模块感应发射模块发射的不可见光，并根据发射方式、发射图样判断是否为本瞄准子系统的发射模块发射的信号，若是，投射相应图像信息至至光波导镜片上，并返回步骤s22；否则，过滤该信号，返回步骤s22。

在本发明一实施例中，所述眼镜子系统还包括第一通讯模块、第一视觉模块，所述第一通讯模块用于实现眼镜子系统与瞄准子系统之间的通信，所述第一视觉模块用于实现包括手势、物体识别与跟踪，以及传感信息的处理，该第一视觉模块还具有slam计算能力；所述瞄准子系统还包括第二通讯模块、第二图像模块、第二视觉模块、第二传感模块、控制模块，所述第二通讯模块用于实现瞄准子系统与眼镜子系统之间的通信，所述第二图像模块用于实现对所述第二光学模块及第二传感模块获取的图像信息进行编码处理，所述第二视觉模块用于实现包括物体识别、跟踪，所述第二传感模块用于获取瞄准器观察图像信息及传感信息，所述控制模块用于实现与武器火控系统的连动。

在本发明一实施例中，该武器瞄准系统的实现过程如下，

s41：眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准；

s42：瞄准器的第二光学模块获取瞄准器上设置的瞄准镜目镜观察到的图像信息，瞄准器的第二传感模块获取瞄准器观察图像信息及传感信息，通过第二通讯模块传输给眼镜子系统的第一通讯模块；

s43：第一通讯模块将图像信息及传感信息传输给第一视觉模块，而后经由第一视觉模块进行处理后传输给第一图像模块产生相应的图像信息，通过设置于眼镜上的微型投影仪投射图像信息至眼镜上的光波导镜片。

在本发明一实施例中，所述步骤s41中，眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准方法包括如下三种：

（1）使用者带上眼镜，通过手势、语音或眼镜上的触控开关开启校准功能，而后将瞄准器的第二光学模块的瞄准镜目镜靠近眼镜上的传感模块，观察光波导镜片上显示的投射图像，当投射图像的中心与通过瞄准镜获取的图像的中心完全重合时，即完成眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准；

（2）首先在a位置，使用者带上眼镜，通过手势、语音或眼镜上的触控开关开启校准功能，而后通过瞄准器上射出激光，激光射到瞄准目标上，使用者调整眼镜，使得眼镜上的光波导镜片显示的投射图像中心与激光圆心重合，然后使用者从a位置移动到b位置，再重复一次上述的操作，通过两次移动构成的两个空间三角形，联立方程，即可计算得出眼镜与瞄准器的空间相对位置关系，即完成眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准；

（3）所述眼镜还具有slam计算能力，通过眼镜完成空间感知定位，对周围环境完成三维地图的重建，同时眼镜还能够解析瞄准器发送来的图像，进而从图像推算得到瞄准器的视角，进而根据深度信息推算出瞄准器的位置；并在后续的移动过程中，眼镜对瞄准器的定位信息保持实时跟踪，通过多次迭代计算，即可完成眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准。

在本发明一实施例中，所述步骤s41至s43中，还需对瞄准器传回的图像进行图层融合处理，包括如下五种方式：

（1）不进行处理；

（2）所述眼镜还具有slam计算能力，通过眼镜完成空间感知定位，对周围环境完成三维地图的重建，同时眼镜还能够解析瞄准器发送来的图像，进而从图像推算得到瞄准器的视角，由此，判断当前瞄准器视角是否与眼镜视角相交，若不相交，则不进行处理；若相交，则匹配瞄准器图像中的物体与眼镜实际观察到图像中的物体的位置关系：

若瞄准器放大系数大于1时，需要先对图像进行scaling处理，此时由于图像放大后，瞄准镜中仅剩下物体的局部信息，通过此信息直接与眼镜图像进行匹配相对困难，可以与瞄准镜上第二传感模块拍摄的图像先进行匹配，然后再将结果送到眼镜侧进行图像比较；

若瞄准镜放大系数为1时，由于视角透视的差异，瞄准镜的成像与眼镜的成像存在差异，此时通过以下算法进行辅助匹配：

a）图像模糊匹配算法；

b）通过视觉识别，能够识别出目标是同一物体，然后进行相关合并；

c）通过slam技术，实时进行3d空间的地图重建和目标跟踪；

（3）关闭眼镜直接观察图像的功能，直接将瞄准器第二光学模块获取的图像与瞄准器的第二传感模块观察的图像混合；

（4）关闭眼镜直接观察图像的功能，匹配瞄准器图像中的物体与瞄准器的第二传感模块观察的图像中的物体的位置关系：若瞄准器放大系数大于1时，需要先对图像进行scaling处理，此时由于图像放大后，瞄准镜中仅剩下物体的局部信息，将此信息与瞄准镜上第二传感模块观察的图像进行匹配，匹配过程通过以下算法实现：

a）图像模糊匹配算法；

b）通过视觉识别，能够识别出目标是同一物体，然后进行相关合并；

（5）直接将眼镜观察图像与眼镜传感模块感应的图像信息、瞄准器传输图像信息进行融合。

在本发明一实施例中，所述步骤s41之前还需进行眼镜的第一通讯模块与瞄准器的第二通讯模块的配对，配对方式如下，

若第一通讯模块与第二通讯模块通过无线方式连接，由于在同一无线信道上可能共存多个眼镜与瞄准器，为了避免多个设备之间产生互相干扰，需要为眼镜和瞄准器进行一一配对的id编号，具体配对过程如下：

a）在眼镜ax和瞄准器bx上分别触发配对过程；

b）进入配对状态后，眼镜使用id编号default_a，瞄准器使用id编号default_b，眼镜ax和瞄准器bx以此默认id建立起无线连接；

c）瞄准器bx先向眼镜ax发送配对请求，该配对请求中携带瞄准器bx的新id，为了避免数据传输可能错误，瞄准器bx会重传这个配对请求，直到眼镜ax收到为止；

d）眼镜ax收到配对请求后，向瞄准器bx回复配对应答，该配对应答中携带眼镜ax的新id，瞄准器bx的新id，以及新的secretcode；

e）瞄准器bx收到配对应答后，向眼镜ax发送配对确认。

在本发明一实施例中，所述第一通讯模块与瞄准器的第二通讯模块的配对过程需采用多级密钥机制实现：

a）在配对过程中，由眼镜负责生成新的secretcode，并通过配对过程将secretcode发送给瞄准器；眼镜和瞄准器分别存储新的secretcode，所述secretcode为是眼镜和瞄准器之间的第一级密钥；

b）sessionkey是眼镜和瞄准器之间的第二级密钥；sessionkey在眼镜和瞄准器之间每次建立会话连接时生成，通过握手过程来完成协商；在一次会话过程中，sessionkey将保持不变；在建立新的会话时，老的sessionkey将失效；通过sessionkey加密的密文，能够通过secretcode，解密得到sessionkey明文。

c）完成握手过程后，眼镜和瞄准器之间在此次会话随后的通信过程中，所有的数据将使用sessionkey为密钥进行加密和解密；

在本发明一实施例中，所述第一通讯模块与瞄准器的第二通讯模块的配对过程还需采用可防止重放攻击的加密技术。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明系统能够克服传统枪械瞄准系统，需要人眼靠近武器瞄准器的弊端，而提出了一种能够实现了人眼与瞄准器在空间上的分离，这种空间的分离，不仅仅适用于手持式的武器系统，还能推而广之，适用于人与武器系统在空间上的进一步分离（例如无人飞行器），具有极大的推广价值。

附图说明

图1为本发明的一种武器瞄准系统原理框图。

图2为本发明的一种武器瞄准系统进阶版原理框图。

图3为本发明眼镜子系统与瞄准子系统校准方式示意图一。

图4为本发明眼镜子系统与瞄准子系统校准方式示意图二。

图5为本发明图层融合处理方式示意图一。

图6为本发明图层融合处理方式示意图二。

图7为本发明图层融合处理方式示意图三。

图8为本发明图层融合处理方式示意图四。

图9为本发明图层融合处理方式示意图五。

图10为本发明第一通讯模块与第二通讯模块配对过程示意图。

图11为本发明通信过程采用的多级加密通讯机制示意图。

图12为本发明通信过程采用的加密通讯机制的握手过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本发明的一种武器瞄准系统，包括设置于眼镜上的眼镜子系统以及设置于瞄准器上的瞄准子系统；

所述眼镜子系统包括：

传感模块，用于感应瞄准子系统的发射模块发射出的不可见光，并发送相应信息至眼镜子系统的第一图像模块；传感模块包括光学摄像头、多路深度摄像头；

语音模块，用于实现语音交互功能；语音模块包括骨传导耳机、mic；

第一电源模块，用于提供眼镜子系统整体运行的电能；

第一图像模块，根据传感模块发送信息，产生相应图像信息，通过设置于眼镜上的微型投影仪投射图像信息至眼镜上；

第一光学模块，设置于眼镜上镜片位置处的光波导镜片以及lcos微投影组件，便于微型投影仪投射图像信息至该光波导镜片上；

所述瞄准子系统包括：

发射模块，以预定发射方式发射用于瞄准物体的不可见光；

第二电源模块，用于提供瞄准子系统整体运行的电能；

第二光学模块，包括设置于瞄准器目镜上的光学瞄准系统，用于获取瞄准镜目镜观察到的图像；

上述武器瞄准系统的实现过程如下，

s21：眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准：使用者带上眼镜，通过语音或眼镜上的触控开关开启校准功能，而后将瞄准器的第二光学模块的瞄准镜目镜靠近眼镜上的传感模块，观察光波导镜片上显示的投射图像，当投射图像的中心与通过瞄准镜获取的图像的中心完全重合时，即完成眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准；

s22：发射模块以预定发射方式、预定发射图样发射不可见光至待瞄准目标；

s23：传感模块感应发射模块发射的不可见光，并根据发射方式、发射图样判断是否为本瞄准子系统的发射模块发射的信号，若是，投射相应图像信息至至光波导镜片上，并返回步骤s22；否则，过滤该信号，返回步骤s22。

如图2所示，为使得上述武器瞄准系统具有更加强大的功能，所述眼镜子系统还包括第一通讯模块、第一视觉模块，所述第一通讯模块用于实现眼镜子系统与瞄准子系统之间的通信，所述第一视觉模块用于实现包括手势、物体识别与跟踪以及传感信息处理，该第一视觉模块还具有slam计算能力；第一视觉模块还具有slam计算功能，3d地图重建功能；

所述瞄准子系统还包括第二通讯模块、第二图像模块、第二视觉模块、第二传感模块、控制模块，所述第二通讯模块用于实现瞄准子系统与眼镜子系统之间的通信，所述第二图像模块用于实现对所述第二光学模块及第二传感模块获取的图像信息进行编码处理，所述第二视觉模块用于实现包括物体识别、跟踪，所述第二传感模块用于获取瞄准器观察图像信息及传感信息（第二传感模块包括光学摄像头、深度摄像头），所述控制模块用于实现与武器火控系统的连动。

上述加强版武器瞄准系统的实现过程如下，

s41：眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准；

s42：瞄准器的第二光学模块获取瞄准器上设置的瞄准镜目镜观察到的图像信息，瞄准器的第二传感模块获取瞄准器观察图像信息及传感信息，通过第二通讯模块传输给眼镜子系统的第一通讯模块；

s43：第一通讯模块将图像信息及传感信息传输给第一视觉模块，而后经由第一视觉模块进行处理后传输给第一图像模块产生相应的图像信息，通过设置于眼镜上的微型投影仪投射图像信息至眼镜上的光波导镜片。

如图3-4所示，所述步骤s41中，眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准方法包括如下三种：

（1）使用者带上眼镜，通过手势、语音或眼镜上的触控开关开启校准功能，而后将瞄准器的第二光学模块的瞄准镜目镜靠近眼镜上的传感模块，观察光波导镜片上显示的投射图像，当投射图像的中心与通过瞄准镜获取的图像的中心完全重合时，即完成眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准；

（2）首先在a位置，使用者带上眼镜，通过手势、语音或眼镜上的触控开关开启校准功能，而后通过瞄准器上射出激光，激光射到瞄准目标上，使用者调整眼镜，使得眼镜上的光波导镜片显示的投射图像中心与激光圆心重合，然后使用者从a位置移动到b位置，再重复一次上述的操作，通过两次移动构成的两个空间三角形，联立方程，即可计算得出眼镜与瞄准器的空间相对位置关系，即完成眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准；

（3）所述眼镜还具有slam计算能力，通过眼镜完成空间感知定位，对周围环境完成三维地图的重建，同时眼镜还能够解析瞄准器发送来的图像，进而从图像推算得到瞄准器的视角，进而根据深度信息推算出瞄准器的位置；并在后续的移动过程中，眼镜对瞄准器的定位信息保持实时跟踪，通过多次迭代计算，即可完成眼镜子系统与瞄准子系统之间的校准。

如图5-8所示，所述步骤s41至s43中，还需对瞄准器传回的图像进行图层融合处理，包括如下五种方式：

（1）如图5所示，不进行处理，即直接将瞄准镜的图像混合到眼镜的图像上；

（2）如图6所示，所述眼镜还具有slam计算能力，通过眼镜完成空间感知定位，对周围环境完成三维地图的重建，同时眼镜还能够解析瞄准器发送来的图像，进而从图像推算得到瞄准器的视角，由此，判断当前瞄准器视角是否与眼镜视角相交，若不相交，则不进行处理；若相交，则匹配瞄准器图像中的物体与眼镜实际观察到图像中的物体的位置关系：

若瞄准器放大系数大于1时，需要先对图像进行scaling（缩放）处理，此时由于图像放大后，瞄准镜中仅剩下物体的局部信息，通过此信息直接与眼镜图像进行匹配相对困难，可以与瞄准镜上第二传感模块拍摄的图像先进行匹配，然后再将结果送到眼镜侧进行图像比较；

若瞄准镜放大系数为1时，由于视角透视的差异，瞄准镜的成像与眼镜的成像存在差异，此时通过以下算法进行辅助匹配：

a）图像模糊匹配算法；

b）通过视觉识别，能够识别出目标是同一物体，然后进行相关合并；

c）通过slam技术，实时进行3d空间的地图重建和目标跟踪；

（3）如图7所示，关闭眼镜直接观察图像的功能，直接将瞄准器第二光学模块获取的图像与瞄准器的第二传感模块观察的图像混合；

（4）如图8所示，关闭眼镜直接观察图像的功能，匹配瞄准器图像中的物体与瞄准器的第二传感模块观察的图像中的物体的位置关系：若瞄准器放大系数大于1时，需要先对图像进行scaling处理，此时由于图像放大后，瞄准镜中仅剩下物体的局部信息，将此信息与瞄准镜上第二传感模块观察的图像进行匹配，匹配过程通过以下算法实现：

a）图像模糊匹配算法；

b）通过视觉识别，能够识别出目标是同一物体，然后进行相关合并；

（5）如图9所示，直接将眼镜观察图像与眼镜传感模块感应的图像信息、瞄准器传输图像信息进行融合。

如图10所示，所述步骤s41之前还需进行眼镜的第一通讯模块与瞄准器的第二通讯模块的配对，配对方式如下，

若第一通讯模块与第二通讯模块通过无线方式连接，由于在同一无线信道上可能共存多个眼镜与瞄准器，为了避免多个设备之间产生互相干扰，需要为眼镜和瞄准器进行一一配对的id编号，具体配对过程如下：

a）在眼镜ax和瞄准器bx上分别触发配对过程；

b）进入配对状态后，眼镜使用id编号default_a，瞄准器使用id编号default_b，眼镜ax和瞄准器bx以此默认id建立起无线连接；

c）瞄准器bx先向眼镜ax发送配对请求，该配对请求中携带瞄准器bx的新id，为了避免数据传输可能错误，瞄准器bx会重传这个配对请求，直到眼镜ax收到为止；

d）眼镜ax收到配对请求后，向瞄准器bx回复配对应答，该配对应答中携带眼镜ax的新id，瞄准器bx的新id，以及新的secretcode；

f）瞄准器bx收到配对应答后，向眼镜ax发送配对确认。

上述配对过程的具体工作原理为：

1、眼镜与瞄准器之间通过无线方式连接时，在同一无线信道上可能共存多个眼镜与瞄准器，为了避免多个设备之间产生互相干扰，需要为眼镜和瞄准器进行id编号，例如眼镜a1的id编号为a1_0、眼镜a2的id编号为a2_0……眼镜an的id编号为an_0，瞄准器b1的id编号为b1_0、瞄准器b2的id编号为b2_0……瞄准器bn的id编号为bn_0

2、通常眼镜与瞄准器需要配对使用，例如a1与b1进行配对，a2与b2进行配对。当某一设备出现异常时，可以实现与其它设备的快速配对，例如a1出现问题时，可将b1与a2进行配对使用，当a2与b1完成配对后，a2与b2之间的配对关系将会立即失效。同样，a1与b1之间的配对关系也会失效，即使a1设备恢复正常后，a1与b1之间也不再存在配对关系。

3、配对支持防回滚设计。例如先将a1与b1配对，配对后id编号分别为a1_0和b1_0；再将a1与b2进行配对，配对后id编号就变为a1_1和b2_0；如果之后再将a1与b1配对，则配对后id编号就变成a1_2和b1_1。也就是说，配对后id编号会在较大范围内按一定顺序递增，这种防回滚设计的目的是为了避免设备与曾经配对过的设备出现误连接。

如图11-12所示，所述第一通讯模块与瞄准器的第二通讯模块的配对过程需采用多级密钥机制实现：

a）在配对过程中，由眼镜负责生成新的secretcode，并通过配对过程将secretcode发送给瞄准器；眼镜和瞄准器分别存储新的secretcode，所述secretcode为是眼镜和瞄准器之间的第一级密钥；

b）sessionkey是眼镜和瞄准器之间的第二级密钥；sessionkey在眼镜和瞄准器之间每次建立会话连接时生成，通过握手过程来完成协商；在一次会话过程中，sessionkey将保持不变；在建立新的会话时，老的sessionkey将失效；通过sessionkey加密的密文，能够通过secretcode，解密得到sessionkey明文；

c）完成握手过程后，眼镜和瞄准器之间在此次会话随后的通信过程中，所有的数据将使用sessionkey为密钥进行加密和解密。

多级密钥机制的优点：

1、secretcode作为核心密钥，可以保障sessionkey的安全；sessionkey可以作为次级密钥，可以保障数据的安全。通过层级保障了密钥的安全性。

2、每次会话都创建新的sessionkey，能够大大加强安全性，可防止被监听和破解

3、数据加密使用sessionkey和counter，能够防止回滚和重放攻击

所述第一通讯模块与瞄准器的第二通讯模块的配对过程还需采用可防止重放攻击的加密技术。

例如aes-ctr加密，又称为计算器模式（counter）。在ctr模式中，有一个自增算子，这个算子用密钥加密之后的输出和明文异或的结果得到密文，相当于一次一密。这种加密方式简单快速，安全可靠，而且可以并行加密。

由于counter在一次会话中不会发生回滚，因此这种加密方法可以防止重放攻击。

在一次会话（session）期间，数据使用sessionkey加密，即在上图中，k=sessionkey，counter使用内部32位的累加计数器，眼镜和瞄准器需要对该计数器的值保持同步，计数器的值每隔10ms加一。

数据发送端使用k和counter进行aes-ctr加密，数据接收端使用k和counter进行aes-ctr解密。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。