年4月19日自動報靶系統(tǒng)的設計文檔僅供參考，不當之處，請聯(lián)系改正。目錄TOC\o"1-3"\h\u14306摘要 I31839關鍵字 I16493Abstract I24479Keyword I82351引言 191061.1自動報靶在國內(nèi)的研究 1112401.2基于圖像處理技術自動報靶系統(tǒng) 1302651.3研究的意義 2236802傳感器物理特性分析 2195653交匯測量原理簡介 334數(shù)據(jù)儲存 4286404.1CCD信號的處理和檢取 4142004.2S/H和ADC選擇 4138124.3信息壓縮與儲存 5231414.4地址發(fā)生器 6282464.5子彈成像點的確定 7194274.6交匯角的計算 7203665數(shù)據(jù)處理 7302816總結與展望 863606.1總結 8105186.2展望 87176參考文獻 930174致謝 10自動報靶系統(tǒng)的設計摘要針對于軍事射擊的項目特點，起于數(shù)字圖像的處理、識別技術，給出了自動報靶系統(tǒng)的設計方案和實現(xiàn)的算法。這個系統(tǒng)經(jīng)過了對圖像采集、圖像處理、彈孔提取和環(huán)值判定，去實現(xiàn)自動報靶、數(shù)據(jù)管理（包括統(tǒng)計、記錄、分析）等功能。關鍵字圖像處理；系統(tǒng)設計；圖像采集；自動報靶DesignofautomatictargetscoringsystemAbstractAccordingtothecharacteristicofthemilitaryrifler,aschemeofautomatictarget-scoringsystemispresentedinthispaper,basedondigitalimageprocessingandrecognitiontechnology.Thissystemcanrealizethefunctionofautomatictarget-scoringanddatemanagement(statistics,record,analysis)etc,byimagegathering,imageprocess,andbullet-spot’srecognitionandscoring.KeywordAutomaticTarget-scoring;ImageProcess;SystemDesign1引言傳統(tǒng)的報靶主要依靠是人工實現(xiàn)，存在的精確度不高、安全隱患比較大以及人力資源分配的不足?，F(xiàn)在的市場上一些關于自動報靶的產(chǎn)品中應該普遍成本高、系統(tǒng)比較復雜，而且占用場地等一些缺陷。就當前來說，彈丸中靶的坐標測量普遍都采用彈丸穿過實心靶留下彈痕，射擊者使用望遠鏡或借助于閉環(huán)電視系統(tǒng)估算出每一彈丸的中靶坐標。這設計的自動報靶系統(tǒng)是一種對著靶位置進行自動測量的系統(tǒng)，采用確定在光學經(jīng)緯儀上的CCD期間作為探測元件，彈丸經(jīng)有效靶面才在CCD上面成像，經(jīng)過視頻放大、ADC轉換、數(shù)據(jù)處理等送入微機，經(jīng)過正交匯的原理可計算得出彈丸著靶的精確位置坐標。這種測量方法效率很低，測量精確度差。1.1自動報靶在國內(nèi)的研究自動報靶是跟隨著現(xiàn)在的科學技術的進步發(fā)展起來的很新型報靶技術。當前，中國軍中的設計訓練器材的性能情況還很落后，大多數(shù)都是人工報靶，只有少數(shù)是自動報靶系統(tǒng)。其中原因有二點：第一是自動報靶系統(tǒng)的科技含量高，成本相對較高；二是少數(shù)模擬訓練系統(tǒng)，只能去自己模擬訓練，不能進行實彈射擊，訓練的質量還難以保證，因為這個，射擊訓練器材重心放在真正使用的自動報靶系統(tǒng)的研發(fā)上。二是當前國內(nèi)的自動報靶系統(tǒng)技術還不夠成熟，系統(tǒng)環(huán)境的適應性差、性能單一，不能滿足部隊訓練需求；為適應科技強軍的需求，國內(nèi)有許多企業(yè)對這進行研究，相繼開發(fā)出多類射擊自動報靶系統(tǒng)。這此產(chǎn)品按其功能的實現(xiàn)能夠分為：聲電定位自動報靶系統(tǒng)、半導體電子靶系統(tǒng)、基于圖像處理技術的報靶系統(tǒng)。1.2基于圖像處理技術自動報靶系統(tǒng)根據(jù)圖像處理技術的迅速發(fā)展壯大和計算機運算速率的不斷提升，數(shù)字圖像處理技術，特別是圖像識別技術已經(jīng)在諸多領域中得到了相當之廣泛的應用。例如，汽車自動駕駛系統(tǒng)、人臉識別、指紋識別與匹配系統(tǒng)等都是圖像識別技術在現(xiàn)實生活中的典型應用?！盎趫D像處理技術的自動報靶技術”就是這樣一個包括了圖像采集、圖像識別和數(shù)據(jù)處理的典型系統(tǒng)。自動報靶都是采取圖像處理有關技術來進行實現(xiàn)，這個產(chǎn)品是根據(jù)計算機圖像的識別的處理為基本。在實彈進行射擊過程中，它是經(jīng)過攝像頭對常規(guī)標準靶圖像進行采集，根據(jù)采集來的靶圖像的變換和特點，經(jīng)過計算機圖像識別技術來確定出靶圖像的真實彈點，然后利用判定彈點再靶中的具體位置來確定彈點的中環(huán)位數(shù)。對于不同的靶位上的每一次射擊都采用完全相同的算法、規(guī)則和精確度來進行對比、比人工報靶更客觀，更公正，有非常高的可用性。使用這樣一種自動報靶系統(tǒng)就好比是使用了一個“電子煙”，它會替代報靶人員的眼睛，在實彈射擊的過程當中不間斷的對靶面進行精確地測量。1.3研究的意義自動報靶系統(tǒng)不只是在提高射擊效率、節(jié)省人力和避免報靶時的人員安全隱患的同時，而且能自動進行統(tǒng)計而且顯示出射擊成績，確保射擊成績的真實性，實現(xiàn)迅速、準確的落點報告。圖像處理類在成本上基本只需要攝像頭和計算機，而且伴隨著圖像處理新技術。隨著新方法的連續(xù)提出，有一種聲電定位報靶和半導體電子報靶這兩類產(chǎn)品在技術上的不足制約了它們在部隊中作為平時訓練使用的普遍性，因此研究低成本，精度高和適應能力強的自動報靶系統(tǒng)成為部隊所追求的產(chǎn)品，在報靶精度和適應性上也將逐漸滿足軍隊要求，因此研究基于圖像處理的軍用報靶系統(tǒng)對于部隊現(xiàn)代化具有推進作用，在部隊的應用中具有極其廣闊的前景。2傳感器物理特性分析報靶系統(tǒng)是由傳感器（特制的頭靶、胸靶、胸環(huán)靶、身靶）進行數(shù)據(jù)采集、精確檢測到擊中靶子的信號是成功自動報靶的關鍵，這個系統(tǒng)的報靶傳感器使用一種特制的靶子，它的雙面各有一層導電橡膠體或其它導電的軟質材料，反面的導電橡膠接連地線，正面的一層橡膠按胸環(huán)靶樣式用絕緣材料割成不同的環(huán)位和方位區(qū)域，而且在不同的區(qū)域分別引出信號線。當子彈經(jīng)過靶子的瞬間，靶子雙面的導電橡膠層接通，此刻在相應區(qū)域的信號線上就能產(chǎn)生接地的脈沖信號，靶的8個環(huán)位和8個方位總共16種脈沖信號同時輸出。胸靶結構的示意圖如圖一所示。設靶子的厚度是0.02m，彈速是400m/s，因此輸出的接地脈沖寬度低于50us。為了能夠精準的檢測，就一定要對這些脈沖信號進行整形和展寬前期信號的處理，用CPLD技術對數(shù)據(jù)采集好而且處理的實現(xiàn)，引出較常規(guī)的數(shù)據(jù)處理相比，引出同時使用簡易和減少產(chǎn)品造價，數(shù)據(jù)采集板還要實現(xiàn)從并行到串行之間的轉換。3交匯測量原理簡介交匯測量原理如圖1所示，有CCD攝像機和經(jīng)緯儀成角測量系統(tǒng)，測量飛行彈丸空間角的位置;圖1中CDEF位有效靶面，P位彈著靶面，以靶心O為原點,AB=L位基線，有y1=PG-OO1,x1=AG-AO1，令Y=PG,X=AG,則y1=Y-OO1，x1=X-AO1，三角函數(shù)變換知X1=1(1)Y1=1(2)其中α，β由光電經(jīng)緯儀測出4數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)框圖如圖2所示，CCD視頻信號放大濾波、S/H、二值化、A/D及DMA等一系列的措施存入單片機的系統(tǒng)內(nèi)存，同時實行數(shù)據(jù)處理，單片機系統(tǒng)同時設置了對應的功能鍵，控制數(shù)據(jù)的顯示與采集。4.1CCD信號的處理和檢取因為目標最小的過靶時間為70us，CCD器件的主頻最多在10MHz?？紤]到目標經(jīng)過系統(tǒng)后在CCD器件上能呈現(xiàn)兩個像元數(shù)，系統(tǒng)采用了日本松下公司的2592位線陣CCDMN8061A.其像元間距14us；當主頻位10MHz時行積分時間為262.8us；在目標對象最小過靶的時間為70us時，呈像積分時間（占空比）是0.3，CCD驅動電路運用公司為MN8061A配套配置的MN8061A驅動板。CCD模擬信號在單個目標越過靶位時信號基頻為3.8kHz，經(jīng)過對模擬信號幅度真實有效的5次以內(nèi)諧波的考慮，視頻通道帶寬為20kHz。多個目標時，最多在一行之中有3個目標，但頻率跌和，帶寬約需30kHz。高于這個數(shù)值的大多呈顯背影信號，電路中能夠濾除。4.2S/H和ADC選擇依據(jù)以上的參數(shù)，視頻放大選用AD521，低濾波選取TC36376.從主頻10MHz和逐像元采樣開拔，ADC轉換的速度超過10MHz。本系統(tǒng)試量目標的CCD模擬信號的電壓變化梯度很大，因此在ADC之前設S/H。4.3信息壓縮與儲存實現(xiàn)CCD數(shù)字信號的快速儲存是這個系統(tǒng)的關鍵技術。CCD輸出視頻信號的位處理時間僅需100ns，如果想到位處理時間大于S/H時間、RAM時間和ADC時間之和的關系，儲存時間應該低于20ns。采取對CCD視頻信號進行二值化和ADC雙重處理方法（DMA技術）。原理如圖3所示。DMA由8只8D暫存器和相對應的8組RAM以及地址發(fā)生器3部分組成，RAM的容量可跟據(jù)需要抉擇。圖示這種情況下，RAM位8kb*8，可儲存24行CCD數(shù)字信號，8D暫存器可運用74HC系列74HC373，其數(shù)字設立時間為20ns。DMA工作的歷程：8D暫存器的食醋胡控制端接R/W信號，R/W信號還經(jīng)過8個8線三狀態(tài)暫存器管制DMA和計算機數(shù)據(jù)總線路道，兩個8拍分配器輸出的時序一樣，地址發(fā)生器位16位，高13位輸入RAM，低3位輸出8拍分配器，因此每8個時鐘脈沖8組RAM地址同時升一位。對于順序輸入的CCD視頻數(shù)值信號每一位，只允許由被8拍分配器置”+”的一組8D暫存器轉存，轉存的時間是20ns。轉存的數(shù)字信號，包含轉存時的穩(wěn)定過程，由于8D暫存器的輸出端處于允許輸出的狀態(tài)，而且會一并顯現(xiàn)在輸出線上，但此時與之前8D暫存器，相對應的RAM處于抉擇之外（CS=1)，RAM處于拒存的狀態(tài)，當且僅當下一個時鐘輸入之后，才會處于寫入狀態(tài)。因此，對于每一次輸入到CCD的數(shù)值信號僅用20ns存入暫存器，同時入手對RAM寫入，對RAM的寫入時間長達700ns，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速傳輸。4.4地址發(fā)生器地址發(fā)生器是由4片8位雙移位暫存器74HC198組成，其中的兩片輸出緩存置于導通狀態(tài)，是用于產(chǎn)生16位地址，另兩片是用來地址記憶，原理如圖4.如果現(xiàn)在CCD輸入行中出現(xiàn)了二值信號，D觸發(fā)器置1，在當前行結束，也將下一個同步脈沖到來時，IC1和IC2強行在下一行起始的地址輸入記憶，同時在行同步脈沖有效期間又轉存IC1和IC2，因為兩者無差別，該轉存的過程沒有意義，地址在同步脈沖之后繼續(xù)運行。如果下一行沒有二值化信號，IC1和IC2寫入該行末尾的地址。IC1和IC2在同步脈沖作用期間向IC1和IC2并行輸入依舊是該行的起始地址，因此DMA對沒有二值化信號的CCD行重復在原地址進行依次刷新，直到下一個有二值化信號的CCD行儲存之后才轉入下一地址。采取這種技巧的優(yōu)點是能夠壓縮大量無效數(shù)據(jù)，節(jié)省內(nèi)存，減少處理時間，更加要緊的是能夠防止由于內(nèi)存不足出現(xiàn)漏彈情況；在白晝測量時，全部都能省略預置彈種，還有彈速的計算步驟，從而應時啟動CCD的復雜流程；夜晚需適時開啟照明系統(tǒng)。上述的計算步驟是必要的，只要在照明期間有子彈經(jīng)過就不會產(chǎn)生漏彈現(xiàn)象。4.5子彈成像點的確定由以上硬件電路保證接連不斷的對線陣CCD視頻信號進行存儲和采樣，電路設計上可存儲2行的數(shù)據(jù)。A/D變換的過程中，閥值判定電路擔負子彈像點的判斷工作，當A/D變換數(shù)據(jù)呈現(xiàn)突跳，則意味著子彈像點的形成；計算機對本行以及前一行和后一行的采樣數(shù)據(jù)進行逐點加計算，溢出時按照最大值進行處理。加法運算的進行過程就是數(shù)字濾波的過程，三行加和的數(shù)據(jù)”暗點“當值低于某個閥值時，即當做是子彈成像點。這樣就能濾除因為外界光電干擾所引起的某行數(shù)據(jù)突跳的假象點。每個CCD掃描行都有2592個數(shù)據(jù)，以圖5說明濾波的過程。4.6交匯角的計算測量系統(tǒng)都有線陣攝像機A和攝像機B（見圖1），各自安裝在兩部經(jīng)緯儀上。經(jīng)過攝像機A位例說明交匯角的計算。圖6為交匯角運算的示意圖，由圖5閥值處理和數(shù)字濾波后顯現(xiàn)了子彈圖像的二值化數(shù)據(jù)，當把行同步脈沖設為92us時，就“淹沒”了CCD的前92和像素，整行就是2500個采樣數(shù)據(jù)點，像點脈沖的寬度為1~2個像素。以像點脈沖的起始點作為子彈的像點坐標，不可能影響計算精度。計算行同步將要達到像點脈沖的字節(jié)數(shù)對應像點在線陣CCD上的位置。圖6中，ZZ1長度已知，由ZP1的字節(jié)數(shù)乘以14um即為ZP1的長度，則直角三角形Z1ZP1可解。解三角形Z1AA1，α1為經(jīng)緯儀給出的角度。Z1A已知，可得AA1及即為圖1中α，而式（1），（2）中的L需由AB減去AA1和對應的BB1。5數(shù)據(jù)處理經(jīng)過以上的數(shù)據(jù)采集經(jīng)過計算機的數(shù)據(jù)是與CCD像元相對應的離散采樣值。鑒于本系統(tǒng)中信號占有的像元數(shù)少數(shù)是兩個、多數(shù)情況會是3個像元，因此采用線性插值方法，組建一個連續(xù)逼近函數(shù)，在這個原始之上利用求重心法求與實際目標比較接近的更精確位置。6總結與展望6.1總結在實彈射擊的比賽和練習中，現(xiàn)在主要是依靠人工報靶，人工報靶不緊精度低、效率低、精確度差，而且還存在安全隱患。本文是以此為突破點，針對自動報靶進行研究，研制了一套基于圖像處理技術的軍用自動報靶系統(tǒng)，來攻克這一問題。跟隨研究的日益發(fā)展，對于自動報靶系統(tǒng)已經(jīng)研究出很多有成效的辦法。但因為成本和技術的原因很多方法并不能得到廣泛使用。其中，因為圖像處理技術的快速發(fā)展和計算機運算速率的不停提升，圖像梳理技術應用和研究的領域正在快速的發(fā)展，基于此技術的自動報靶系統(tǒng)能夠迅速發(fā)展。但之前的系統(tǒng)太多是面向運動類圓形靶設計，并沒有針對胸環(huán)靶做異樣的研究，現(xiàn)在已經(jīng)研制出來的一些軍事練習用自動報靶在識別算法上也沒有考慮靶場環(huán)境和軍事射擊的需要，算法太過簡單，因此識別率不高。本文正是以此為標桿，將數(shù)字圖像處理技術運用于軍事練習自動報靶的進程中，探索了對此有針對性的圖像書別算法解決了上述問題而且進行了相對應的仿真，其識別結果基本上達到了人類的視覺基本水平。相比于大部分圖像應用來說，自動識別依舊是將來才能進行的，圖像的識別在現(xiàn)實上依舊是一項非常困難的工作。這就要求我們要不停的努力，勇于向以有的理論框架提出疑問而且改進它，才能勇于創(chuàng)新，形成新的理論思想和方法，開發(fā)出能夠滿足大部分領域要求的更完好的圖像應用系統(tǒng)。6.2展望現(xiàn)在能夠預見，數(shù)字圖像處理技術上無論是在理論上還是在實踐上都存在著巨大的潛力。圖像處理技術將向著高速、高分辨率。立體化、多媒體化、智能化和標準化的方向發(fā)展。由于時間有限，利研條件的局限和作者知識、經(jīng)驗上的欠缺，論文還有待進一步的提高和完善：（1）考慮新理論與算法的研究和應用。近年來，在圖像處理領域引入了一批新的理論并提出了一些新的算法。（2）加大訓練時間力度，進一步檢驗該報靶方案的可靠性。參考文獻[1]張偉，高航.基于圖像處理技術的自動報靶系統(tǒng)設計好和實現(xiàn)[J].南京航空航天大學學報，，,32（6）:691-695[2]戰(zhàn)延謀，王卓柱，孫吉紅，等.一種自動報靶系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電子測量技術，,31（5）:1-3[3]魏志華，信思金.一種自動報靶系統(tǒng)的設計[J].武漢理工大學學報:信息與管理工程版，,27（2）:178-179[4]楊子寧.光電自動報靶系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)在電子技術，