智能射擊成績記錄系統(tǒng)

智能射擊成績記錄系統(tǒng)

北京天惠人控制設(shè)備技術(shù)有限公司研制一、立項(xiàng)由來為適應(yīng)科技練兵的發(fā)展，基地提出了研發(fā)自動報靶系統(tǒng)的想法同年冬天武警總部首長到基地視察，基地領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行了匯報，得到了總部首長的認(rèn)可在2002年初公司開始開發(fā)此產(chǎn)品，與基地合作向武警總部上報了科研立項(xiàng)書2003年本項(xiàng)目列入昌平區(qū)科技項(xiàng)目，受到區(qū)政府的高度重視公司為擁有完整知識產(chǎn)權(quán)，獨(dú)立開發(fā)此產(chǎn)品二、研發(fā)成員成立了由公司首席技術(shù)官白鳳雙博士任組長的專題課題組。課題組成員：白鳳雙總體設(shè)計、初步設(shè)計、硬件設(shè)計、系統(tǒng)測試姜安主要負(fù)責(zé)算法的研究及軟件編程、系統(tǒng)測試張迎軟件編程白龍飛設(shè)備安裝、調(diào)試、系統(tǒng)測試勾東潔系統(tǒng)測試馮國軍設(shè)備器件選型、系統(tǒng)測試王品學(xué)系統(tǒng)測試何卿設(shè)備器件選型、調(diào)試、系統(tǒng)測試劉剛設(shè)備安裝、調(diào)試、系統(tǒng)測試

三、研制和生產(chǎn)過程在2001年底公司開始調(diào)研論證從2002年初開始開發(fā)此產(chǎn)品2003年2月至7月完成了產(chǎn)品設(shè)計8月完成了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)9月至2004年3月進(jìn)行了共7個月的實(shí)彈測試4月進(jìn)行定型生產(chǎn)并在武警基地安裝使用課題組歷時兩年零叁個月的開發(fā)，共進(jìn)行了近100次實(shí)彈測試，使用子彈近萬發(fā)，終于開發(fā)出了此產(chǎn)品。在開發(fā)的過程中，得到了武警各級首長的大力支持。并且經(jīng)常得到負(fù)責(zé)訓(xùn)練的同志的指導(dǎo)，為此產(chǎn)品最終實(shí)用于訓(xùn)練提供了重要保障。2002年9月將產(chǎn)品在國家版權(quán)局進(jìn)行了計算機(jī)軟件著作權(quán)登記。1、2001年底調(diào)研論證（1)我軍射擊訓(xùn)練器材現(xiàn)狀

目前，我軍的射擊訓(xùn)練器材整體情況還很落后，大多數(shù)是靶壕加機(jī)械升落靶，由示靶員人工報靶，費(fèi)時、費(fèi)力、不安全、成績?nèi)菀鬃鞅咨贁?shù)是自動報靶系統(tǒng)，主要運(yùn)用于室內(nèi)或單一課目的訓(xùn)練，但推廣普及不夠，部隊(duì)訓(xùn)練很少使用

(2)現(xiàn)階段射擊成績記錄系統(tǒng)2、2003年2月至7月完成了產(chǎn)品設(shè)計

（1）總體設(shè)計利用內(nèi)存采集技術(shù)，將CCD攝像機(jī)采集的靶面變化序列圖像經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳送到計算機(jī)內(nèi)存，對前后兩幅圖像通過智能化算法模仿人類的視覺過程，自動識別彈孔的精確位置，并判斷其環(huán)數(shù)，從而記錄下每位戰(zhàn)士的成績，同時對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

（2）工作原理描述用攝像頭把靶圖記錄到計算機(jī)中，在計算機(jī)裝有編制好的圖像處理軟件，當(dāng)有圖像輸入時開始圖像處理。從處理完圖像的結(jié)果中顯示出打靶成績。在操作臺上一個攝像頭對準(zhǔn)一個靶位，固定好角度，10靶共用10個攝像頭；用攝像頭把靶位記錄成圖像，通過視頻采集卡（4路）送到微機(jī)中，經(jīng)過軟件處理得到打靶成績。打靶成績可在觀禮臺上的顯示屏上顯示,并可指定靶位聲音報成績；同時打靶圖像可以實(shí)時地在彩色顯示器上顯示。（3）系統(tǒng)硬件設(shè)計（4）系統(tǒng)軟件設(shè)計（1）

A、語言選擇在本系統(tǒng)中，采用Windows環(huán)境下的VisualC++6.0工作平臺來完成軟件的編制。VisualC++提供了功能強(qiáng)大的基礎(chǔ)類庫（MFC），很好地體現(xiàn)了Windows面向?qū)ο缶幊痰奶厣梢苑奖愕亟⑵鸸δ芡晟频挠脩艚缑?。MFC通過將對象的數(shù)據(jù)和處理方法封裝，保證了信息的隱蔽性。這樣，對數(shù)據(jù)的存取只能通過該對象本身的方法來進(jìn)行，而程序的其它部分不能直接作用于對象的數(shù)據(jù)，對象間的相互作用只能通過明確的“消息”來進(jìn)行[51]。使用VisualC++對程序的編寫、調(diào)試及維護(hù)帶來極大便利，并可實(shí)現(xiàn)多任務(wù)操作。（4）系統(tǒng)軟件設(shè)計（2）

B、系統(tǒng)軟件總體設(shè)計與編程系統(tǒng)軟件是在Windows環(huán)境下選擇VisualC++6.0開發(fā)出來的，通過MFC基礎(chǔ)類庫的封裝、繼承和多態(tài)性，很好地體現(xiàn)了Windows面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)。它采取標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面風(fēng)格，界面的上半部分是菜單欄和工具欄，中間是用戶客戶區(qū)，最下面是狀態(tài)欄。通過選擇不同菜單項(xiàng)或工具欄上的快捷按鈕，可以實(shí)現(xiàn)圖像卡操作、選項(xiàng)設(shè)置、半自動版、全自動版、數(shù)據(jù)維護(hù)等功能。

（5）需解決的關(guān)鍵問題和技術(shù)難點(diǎn)（1）需解決的關(guān)鍵問題和技術(shù)難點(diǎn)，分以下幾部分進(jìn)行說明：A、靶區(qū)從背景中的精確分割；B、大風(fēng)吹動引起的靶位變化；C、靶面由于其本身剛度不夠而產(chǎn)生的扭曲變形；D、光照強(qiáng)烈引起的陰影現(xiàn)象，帶來很強(qiáng)的噪聲；E、靶點(diǎn)的精確識別，以及其與噪聲點(diǎn)的區(qū)別；F、環(huán)數(shù)判斷，等等。（5）需解決的關(guān)鍵問題和技術(shù)難點(diǎn)（2）

實(shí)際中所遇到的問題遠(yuǎn)比上面所列的要多。最關(guān)鍵的問題是，由于光照、風(fēng)吹、氣流、鏡頭震動等因素的影響，每次采集的圖像其表現(xiàn)形式都不盡相同：有的圖像有靶位移動和扭曲變形，有的圖像沒有；有的圖像陰影現(xiàn)象非常嚴(yán)重，有的圖像只有細(xì)微的陰影現(xiàn)象；有的靶點(diǎn)比較清晰，有的靶點(diǎn)比較模糊；有的靶點(diǎn)較大，而有的靶點(diǎn)又較小。

1）圖像分割這里的圖像分割問題，就是如何將靶區(qū)所在位置正確地從背景中分離出來，以消除非靶區(qū)的背景區(qū)域噪聲對靶點(diǎn)識別的負(fù)面影響，以及將靶區(qū)內(nèi)環(huán)與環(huán)之間的區(qū)域分割開。即：

A、靶區(qū)與背景的分割

B、環(huán)與環(huán)之間的分割利用Canny算子能夠很好地實(shí)現(xiàn)靶圖的分割。（6）所采用的技術(shù)2）圖像復(fù)原

由于彈頭的沖擊、鏡頭的震動以及風(fēng)的吹動等因素，靶面在序列圖像中的位置將發(fā)生變化，其位置變化類型有以下三種：平移（0階），旋轉(zhuǎn)（1階），以及少量高階變形（扭曲變形為二階變形）。這些變形如果不消除，將會直接影響到靶點(diǎn)識別的精度3）模式識別

靶點(diǎn)識別算法由于光照、風(fēng)吹、鏡頭震動等因素的影響，每次現(xiàn)場采集的圖像，其表現(xiàn)形式都不盡相同。因此，對這些圖像進(jìn)行有效的預(yù)處理，提取其有用的特征，利用模糊專家系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計合理的分類器，從而高準(zhǔn)確率地識別出靶點(diǎn)。

3、8月完成了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室模擬靶場環(huán)境對產(chǎn)品進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)的測試。對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行解決，完善產(chǎn)品。例如：

1）解碼器無法正常使用：解碼器無信號，解碼器無法控制2）云臺無法控制：云臺不受控制，云臺控制方向混亂3）鏡頭的問題：圖像調(diào)節(jié)很難做到很清晰4、9月至2004年3月進(jìn)行了共7個月的實(shí)彈測試

在實(shí)驗(yàn)室模擬靶場環(huán)境對產(chǎn)品進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)的測試對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行解決，完善產(chǎn)品共發(fā)現(xiàn)和解決硬件問題15處，軟件問題23處把實(shí)驗(yàn)室測試通過的產(chǎn)品放到戰(zhàn)士平時訓(xùn)練的靶場上，在各種環(huán)境天氣下，由戰(zhàn)士實(shí)彈射擊，進(jìn)行各種各樣的實(shí)彈測試92次，9500多發(fā)子彈每次打靶測試回來，都將采集的圖像和數(shù)據(jù)重新核查，找出問題，并尋找解決問題的辦法，重新調(diào)整系統(tǒng)利用已得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，修改圖像識別算法，循環(huán)測試實(shí)彈測試發(fā)現(xiàn)問題27個，解決起來很困難，但最終都圓滿解決了布VGA信號傳輸線：在一百米打靶位信號很弱，無法看清圖像采集出現(xiàn)的問題：

a.圖像采集比較麻煩，手動采集的圖像需要處理后才能使用

b.采集到的圖像很清晰，但軟件仍識別不好現(xiàn)場近端打靶調(diào)試遇見問題:

a.系統(tǒng)無法正確記錄成績，靶點(diǎn)無法正確識別

b.系統(tǒng)無法識別靶紙邊界，有的靶點(diǎn)無法識別

c.在調(diào)整圖像時，解碼器無法控制

實(shí)彈測試問題舉例（1）現(xiàn)場遠(yuǎn)端打靶調(diào)試遇見的問題

a.風(fēng)大，靶子不穩(wěn)，系統(tǒng)對此情況處理不好

b.VGA信號放大器不能正常使用

c.靶面上出現(xiàn)陰影（9環(huán)和10環(huán)上陰影比較重），而且陰影忽明忽暗，系統(tǒng)無法處理，出現(xiàn)亂報環(huán)現(xiàn)象

d.風(fēng)特別大時顯示器放在桌子上很不安全，年初時演示因風(fēng)大將桌子吹翻，摔壞顯示器一臺

e.打靶時靶面變形，靶面不斷的扭曲，系統(tǒng)無法正確判斷環(huán)數(shù)

f.打靶時系統(tǒng)無法識別一些靶點(diǎn)最后連續(xù)15次測試無任何故障運(yùn)行，表明產(chǎn)品測試通過實(shí)彈測試問題舉例（2）5、4月進(jìn)行定型生產(chǎn)并在武警基地安裝使用畫出產(chǎn)品圖紙，標(biāo)明生產(chǎn)硬件尺寸，使用專用設(shè)備進(jìn)行加工整個系統(tǒng)的設(shè)備集成、調(diào)試，產(chǎn)品定型生產(chǎn)2004年4月在武警北京總隊(duì)第二訓(xùn)練基地上安裝一套使用截止5月底共使用了11次，600多發(fā)子彈，報靶準(zhǔn)確率達(dá)到99.5%在有風(fēng)、陰天等不良天氣也能使用，效果理想提高射擊成績，降低訓(xùn)練費(fèi)用，節(jié)省訓(xùn)練時間，保證人身安全(1)該產(chǎn)品不是僅為首長射擊使用的，更是為普通戰(zhàn)士大量訓(xùn)練用的。適合日常戰(zhàn)士訓(xùn)練(2)

便于首長檢查：

A、在1臺微機(jī)中可以看到所有靶子的圖像和所有戰(zhàn)士的成績表

B、首長任意指定某靶位，電腦聲音報靶

四、特色與創(chuàng)新之處（1）（3）對提高射擊成績作用很大。原因如下：

A、由于在戰(zhàn)士身旁射位顯示器上清楚地顯示上一發(fā)子彈命中的準(zhǔn)確位置，戰(zhàn)士可以有目的地調(diào)整瞄準(zhǔn)

B、由于可以打印成績單和靶子原始圖像，訓(xùn)練后可以研究射擊規(guī)律和射擊時的問題，在下次訓(xùn)練時注意

C、由于設(shè)備自動報靶、記錄射擊成績，并且可以把成績存儲微機(jī)中，從而避免了報靶員成績舞弊和上報成績舞弊現(xiàn)象

四、特色與創(chuàng)新之處（2）(4)普通紙靶即可，可多次重復(fù)使用，不換靶紙可打70發(fā)以上子彈，耗材低；不用人為報靶及粘貼靶點(diǎn)，輔助訓(xùn)練人員大為減少，每個靶位減少1個報靶員，10個靶位減少10個報靶員，打靶訓(xùn)練費(fèi)用大大降低(5)由于不用戰(zhàn)士人工報靶，不用糊靶紙，在同樣有效訓(xùn)練時間的前提下，節(jié)約了大量時間。訓(xùn)練時間可縮短原來的一半左右(6)由于不用人工報靶，避免了偏彈和跳彈誤傷報靶員，保證了安全四、特色與創(chuàng)新之處（3）吸收了目前國內(nèi)各種射擊訓(xùn)練器材的優(yōu)點(diǎn)，克服了其缺點(diǎn)。利用人工智能技術(shù)開發(fā)出了真正實(shí)用的智能自動報靶系統(tǒng)。其它產(chǎn)品雖然有的性能也很先進(jìn)，但由于其對射擊場地要求較高或不適應(yīng)室外環(huán)境，從而導(dǎo)致實(shí)用性差抗風(fēng)能力較好。在有風(fēng)的天氣里可以使用，這是區(qū)別于其它報靶產(chǎn)品的重要標(biāo)志設(shè)備性能穩(wěn)定，故障率低。目前其它產(chǎn)品最大的不足就是設(shè)備性能不穩(wěn)定，故障率高操作簡單，普通戰(zhàn)士按著微機(jī)屏幕指示都能操作設(shè)備易于維護(hù)，更換部件方便四、實(shí)用性強(qiáng)按大綱中不同射擊科目單獨(dú)設(shè)計程序，按科目記錄成績，具有針對性。并預(yù)留其它射擊科目軟件處理接口任意指定某靶位使用何種武器（僅限于該科目限定的武器）；在規(guī)定范圍內(nèi)任意指定訓(xùn)練人數(shù)每個射擊科目使用不同武器的人數(shù)、位