专利名称:一种基于摄像机的报靶方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涉及枪械射击用的报靶装置，尤其射击一种基于摄像机的报靶方
法及系统。
技术背景
目前，在射击训练及比赛中，使用的自动报靶技术主要为声学自动报革巴、视频自动 报靶以及光幕报靶。
声学报靶，利用获取子弹飞行中的激波或枪弹对空气的扰动而产生的信号来进行 弹着点的测算和定位的。声靶获取枪弹穿过靶面时的声信号方式有两种一种是声腔开放 式；另一种是声腔密闭式。但由于声靶的检靶原理受空气声速的物理环境影响，如湿度、温 度等，因此无论以哪一种方式进行检测的声靶，其报靶误差均较大(约一个弹径)，并且存 在可靠性差、检测精度低、运行费用高等问题。
视频靶，位于射击者旁边的一个长焦距镜头相机，将靶面置于相机视场中，利用图 像处理方法求出靶面上的弹孔中心坐标进行检测。但此方案对相机定位的稳定性要求高， 因为焦距长，一旦相机有轻微的移动，视场就无法看到靶面。二，耙面弹孔一旦多起来，或者 弹孔有部分重叠，则仅依靠图像处理是无法得到枪弹准确坐标的。
还有一类检靶技术为"光幕靶"。其中按检测方式分可分为平行光幕(网)和扇形 光幕两种。对于平行光幕式，制造平行光幕的成本极高，无法普及，并且不适合在射击场的 恶劣环境中使用；其次，对于平行光网式，大量的光源需要与相应的光敏管接收器一一对准 照射，调试工作量极大，维护困难，并且由于光源和接收器的体积因素，无法将其摆放得足 够多，导致检测枪弹位置的精度不够高。
扇形光幕的原理是在靶面的对角线位置放置数个扇形激光光源，耙面的四周放 置足够多的光敏管接收器，当枪弹穿过扇形光幕时，扇形光幕对其产生自然投影，并产生相 应的光信号，由投影区域与真实枪弹位置的数学关系计算出坐标值。不过这个方案有待考 证。第一，激光器的寿命很有限，并不适合在恶劣环境长时间工作。第二，光敏管的阈值在某 一时刻是固定的，我们知道，激光器的性能是随着使用时间的增长而下降的，长时间使用则 使光强下降，再加上周围环境光的影响，如此多的光敏管阈值需要经常调整，工作量极大。 第三，判断枪弹投影范围时只能采用二值化标准(非0即l)，虽然这对信号处理量简化很 多，但是却降低了精度，无法对非明非暗的位置做出准确判断。第四，扇形光幕与光敏管的 同面度要求过高，扇形光幕一旦有倾仰，光敏管将无法接收到光电信号。第五，只能依靠增 加扇面层数来提高精度，无意中增加了成本和实际操作的繁琐。
发明内容
本发明提供一种基于摄像机的报靶方法及系统，用于获取靶面中子弹进入靶面的 位置，实现自动报耙。
本发明的目的之一是，提供一种基于摄像机的报靶方法，该方法包括采用至少两
4个摄像头，沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；根据摄取的子弹 入靶时的子弹的至少两个侧面图像，分别获取该图像在对应摄像头中成像的像素位置；根 据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置；将所述子弹击中所述靶面 的位置信息输出。
本发明目的之一是，提供一种基于摄像机的报靶系统，该系统包括至少两个摄像 头，所述摄像头的朝向与所述靶面平行，用于沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时 子弹一侧的图像；像素获取装置，用于根据摄取的子弹入靶时的子弹的至少两个侧面图像， 分别获取该图像在对应摄像头中成像的像素位置；中靶位置生成装置，用于根据获得的至 少两个像素位置计算生成子弹击中该靶面的位置；报靶信息输出装置，用于输出所述子弹 击中该靶面的位置信息。
本发明的有益效果在于，获取靶面中子弹进入靶面的位置，实现高精度，高分辨 率，高速度的自动报靶系统。
图l为本发明原理图；
图2为本发明方法工作流程图；
图3为本发明实施例一原理图；
图4为本发明靶面区域划分示意图；
图5为本发明摄像头像素位置与多个耙面区域对应关系图；
图6为本发明系统结构框图；
图7为本发明实施例二原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合
对本发 明实施例进行进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但 并不作为对本发明的限定。
如图1所示，当子弹击中标靶100的靶环101的P点时，可通过如下方法计算P点 在标耙100上的位置
确定标耙100的尺寸，如标耙100可为边长L为700mm的正方形标耙。
以A为顶点，获取标靶110中的APE区域的Z PAE的值，即a的值。
以B为顶点，获取标靶110中的BPF区域的Z PBF的值，即P的值。
以C为顶点，获取标靶110中的CPG区域的ZPCG的值，S卩S的值。以D为顶点，
获取标靶110中的PDH区域的Z PDH的值，即n的值。上述获取夹角a 、 P 、 S 、 n值的
方法包括实际测量的方法。P点位置的计算方法一 户五
f tan a
乂￡
<加々=苎；
L /1E + B五-爿5 ;
(1)
5[0025]
由于a 、 p已知，AB = L已知，因此通过式(1)可以得出PE、AE和BE的值，即yr y2和y4的值，从而获得P点的位置。
P点位置的计算方法二
tana
tan/ =
tan 5 =
tan"=
P五
尸五
G尸
OP 5^
(2)
其中，a 、 p 、 S 、 n已知，AB = BC = L已知，因此通过式(2)式可以获得PE、AE、 BE、 GP、 DG和GC的值，即yi、 y2、 y3、 y4的值，从而获得P点的位置。 实施例一
如图2所示，本实施例的一种基于摄像机的报耙方法包括以下步骤步骤S201， 采用至少两个摄像头，沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；步骤 S202，根据摄取的子弹入靶时的至少两个子弹侧面的图像，分别获取所述图像在对应摄像 头中成像的像素位置；步骤S203，根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中所述靶 面的位置；步骤S204，将所述子弹击中所述靶面的位置信息输出。
下面以两个具有高速线阵CMOS和鱼眼镜头的摄像机拍摄子弹图像的实施例说明 本发明的具体实施方式
。
如图3所示，将两个具有高速线阵CMOS和鱼眼镜头的摄像机(603， 602)设置于标 靶300的两个顶点，并使摄像机(301,302)的拍摄方向均与标靶300的靶面平行。 如图4所示，在标靶300的表面划分八个放射区域，这些区域为BAC区域、CAD区 域、DAF区域、FAE区域、EAG区域、GAH区域、HAI区域和IAJ区域。获取各区域顶角的角度 值，即获取Z BAC、 Z CAD、 Z DAE、 Z FAF、 Z FAG、 Z GAH、 Z HAI和Z IAJ的角度值。将摄像 机301的COMS像素线阵中的像素划分为八个像素组，根据像素组与放射区域的相对位置建 立该八个像素组与八个放射区域的一一对应关系。如图4中放大图304所示，像素组P1与 对应的拍摄区域BAC相对应，像素组P2与对应的拍摄区域CAD对应等。完整的包括角度值 的像素组与对应的拍摄区域的对应关系如图5所示，并将如图5所示的对应关系进行存储。 如图3所示，子弹击中耙300的P点，P点位置处于图4中的区域EAD，摄像机301 的COMS像素线阵中的像素组P3摄取到该子弹的一个侧面图像，根据图5的对应关系可以 获取到P3对应的角度值a3，根据确定的对应区域EAD和角度值03确定图3中的角度a 。 同理，根据上述，以摄像机302所在的端点划分标靶为八个放射区域，并与摄像机 302的CMOS像素线阵中的像素组对应，预存存储该对应关系，子弹入耙时，摄像机302的 COMS像素线阵中的像素组Px摄取到该子弹的另一个侧面图像，并根据预存储的相应的对应关系可以获取到Px对应的角度值！^，根据确定的像素对应区域和角度值P,确定图3中 的角度P 。
根据确定的a和|3的角度值和三角函数关系(如图3所示)<formula>formula see original document page 7</formula>[0038] 其中，
L为耙的边长；
为子弹入射位置到各靶边的距离。
根据式(3)可以解出图3中ypy2、y3、^的值，即确定P点的准确位置。
在本实施例中通过在靶面300的两个顶点设置两个摄像机，实现了通过摄像机的
像素位置计算生成子弹在靶面的位置，输出获得的位置信息，实现自动报耙。在本实施例中
对标靶300划分八个区域，具体实施本发明时，可根据需要，对标靶区域进行划分，通过划
分更多的区域，实现跟精准的报靶。
实施例二
如图6所示，本实施例的一种基于摄像机的报靶系统包括至少两个摄像头(601， 602)，用于沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；像素获取装置 603，用于根据摄取的子弹入靶时的至少两个子弹侧面的图像，分别获取图像在对应摄像头 中成像的像素位置；中靶位置生成装置604，用于根据获得的至少两个像素位置计算生成 子弹击中所述靶面的位置；报靶信息输出装置606，用于输出子弹击中所述靶面的位置信 息。所述的系统还包括对应关系存储装置605，用于存储摄像头像素位置与多个靶面区域 的一一对应关系；中靶位置生成装置604，根据所述图像在对应摄像头中成像的像素位置 从对应关系存储装置中获取子弹击中的靶面区域数据，并根据子弹击中的靶面区域数据获 取子弹击中靶面的位置信息。
本实施例中采用四个高速线阵传感器CMOS和鱼眼镜头的摄像头，设置在方形靶 的四个角的位置，如图7所示，将四个摄像头与一台PC机或服务器相连接。如果在光线不 足的情况下，可以在方形靶的周边设置四个LED补光源。上述的PC机或服务器包含有如图 6所示的像素获取装置603、中靶位置生成装置604、对应关系存储装置605和报靶信息输出 装置606。
标靶700的划分原理与实施例一相同，将划分的标靶700的各区域并与摄像头 (701， 702， 703， 704)的像素组相对应，并将获得的对应关系存储到对应关系存储装置605。 如图7所示，子弹击中标靶700的P点。像素获取装置603分别获得摄像头(701， 702,703,704)拍摄的子弹入靶时的图像在各自摄像头中成像的像素位置，根据对应关系存 储装置605，确定图中所示的角a、!3、S禾P n的角度值，角a、!3、S禾P n的角度值方法 同实施例一中确定a 、 P的方法相同，在此不重复描述。
根据和获得的角a 、 |3 、 S禾P n的角度值和三角函数关系(如图7所示)<formula>formula see original document page 8</formula>
少3
其中，LpL2为耙的边长；
由式(4)解出ypy2、y3、y4，中靶位置生成装置604生成子弹入靶位置。
生成的确定的子弹入靶位置，可通过与PC机或服务器相连接的显示器或无线收
发装置输出。
采用具有四台摄像机的本发明实施例，可获得更多的角度值，从而可以更加精确 的确定P点的坐标，在实际中测量精度更高、更准确。
通过上述的实施例可以确定，只要通过摄像机拍摄到子弹入射的图像，即可通过 预存的摄像机的像素位置与靶面区域的对应关系获得子弹入射区域的顶角，从而确定子弹 入射的准确位置。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技 艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围 当视权利要求
所界定者为准。
8
权利要求
一种基于摄像机的报靶方法，其特征在于，所述的方法包括采用至少两个摄像头，沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；根据摄取的子弹入靶时的子弹的至少两个侧面图像，分别获取所述图像在对应摄像头中成像的像素位置；根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置；将所述子弹击中所述靶面的位置信息输出。
2. 如权利要求
1所述的报靶方法，其特征在于，所述的根据获得的至少两个像素位置 计算生成子弹击中所述靶面的位置包括预存摄像头像素位置与多个靶面区域的一一对应关系；根据所述图像在对应摄像头中成像的像素位置从所述的对应关系中获取子弹击中的 靶面区域数据；根据子弹击中的靶面区域数据获取子弹击中所述靶面的位置信息。
3. 如权利要求
2所述的报靶方法，其特征在于，所述的多个靶面区域为以摄像头所在 位置为顶点的朝向靶面的多个放射区域，所述的靶面区域数据包括每个放射区域顶角的角度值。
4. 如权利要求
2所述的报靶方法，其特征在于，所述的摄像头为具有线阵传感器的摄 像头；所述的图像在对应摄像头中成像的像素位置为所述图像在所述线阵传感器中成像的 像素位置或像素区域位置。
5. 如权利要求
1所述的报靶方法，其特征在于，所述的方法包括采用设置在矩形靶四个顶点的四个摄像头，沿着与矩形靶面平行的方向，分别摄取子 弹入靶时子弹一侧的图像；根据摄取的子弹入靶时的子弹的四个侧面图像，分别获取所述图像在对应摄像头中成 像的像素位置；根据获得的四个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置； 将所述子弹击中所述靶面的位置信息输出。
6. —种基于摄像机的报靶系统，其特征在于，所述的系统包括至少两个摄像头，所述摄像头的朝向与所述靶面平行，用于沿着与靶面平行的方向分 别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；像素获取装置，用于根据摄取的子弹入靶时的子弹的至少两个侧面图像，分别获取所 述图像在对应摄像头中成像的像素位置；中靶位置生成装置，用于根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的 位置；报靶信息输出装置，用于输出所述子弹击中所述靶面的位置信息。
7. 如权利要求
6所述的报靶系统，其特征在于，所述的系统还包括 对应关系存储装置，用于存储摄像头像素位置与多个靶面区域的一一对应关系； 所述的中靶位置生成装置根据所述图像在对应摄像头中成像的像素位置从所述的对应关系存储装置中获取子弹击中的靶面区域数据，并根据子弹击中的靶面区域数据获取子弹击中所述靶面的位置信息。
8. 如权利要求
7所述的报靶系统，其特征在于，所述的多个靶面区域为以摄像头所在 位置为顶点的朝向靶面的多个放射区域，所述的靶面区域数据包括每个放射区域顶角的角 度值。
9. 如权利要求
7所述的报靶系统，其特征在于，所述的摄像头为具有线阵传感器的摄 像头；所述的图像在对应摄像头中成像的像素位置为所述图像在所述线阵传感器中成像的 像素位置或像素区域位置。
10. 如权利要求
6所述的报靶系统，其特征在于，所述的系统包括 设置在矩形靶四个顶点的四个摄像头，沿着与矩形靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；像素获取装置，用于根据摄取的子弹入靶时的子弹的四个侧面图像，分别获取所述图 像在对应摄像头中成像的像素位置；中靶位置生成装置，用于根据获得的四个像素位置计算生成子弹击中所述靶面的位置；报靶信息输出装置，用于输出所述子弹击中所述靶面的位置信息。
专利摘要
本发明公开了一种基于摄像机的报靶方法及系统，其中的方法包括采用至少两个摄像头，沿着与靶面平行的方向，分别摄取子弹入靶时子弹一侧的图像；根据摄取的子弹入靶时的至少两个子弹侧面的图像，分别获取图像在对应摄像头中成像的像素位置；根据获得的至少两个像素位置计算生成子弹击中靶面的位置；将子弹击中靶面的位置信息输出。以获取靶面中子弹进入靶面的位置，实现高精度，高分辨率，高速度的自动报靶系统。
文档编号F41J5/10GKCN101694363SQ200910235641
公开日2010年4月14日 申请日期2009年9月30日
发明者魏力中 申请人:魏力中;导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan