面向纸质胸环靶的自动识别报靶系统研究

刘瑞香　刘天时　王洪伟

摘要：为了克服在靶场射击训练中人工报靶消耗大量的人力和时间的同时还存在诸多隐患，如误报和谎报等，本文设计了一套硬件配置相对简单、性能稳定可靠、判靶精准快速的面向纸质胸环靶的自动识别报靶系统。该系统结合嵌入式技术、图像处理技术、有线以及无线网络传输技术，实现快速检测靶面信息以及弹孔坐标。在图像处理的基础上，对图像使用区域特征消除法对干扰背景进行了消除，同时采用灰度双向肖波投影确定靶心位置，提取出靶面图像的所有有效特征信息。通过嵌入式终端、wifi通信以及网络传输等完成了整个系统的搭建。本系统具有高效、快速和判靶精准等特点。

关键词： 图像处理；靶面识别；自动报靶；胸环靶；肖波投影

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）12-0191-03

Automatic Recognization Target-reading System for Chest Silhouette of Paper

LIU Rui-xiang1， LIU Tian-shi1， WANG Hong-wei2

（1.Xian Shiyou University， Xian 710065， China； 2.Engineering University of CAPF， Xian 710086，China）

Abstract： This paper proposes an automatic recognition target-scoring system for chest bitmap with simple hardware requirement， stable and reliable performance， precise and fast scoring in order to overcome the problems that the artificial counting consumes a lot of manpower， time and also there are many dangers in shooting training， such as the misinformation and the misrepresentation. Combining with the embedded technology， image processing technology， wired and wireless network transmission technology， the system implements the detecting of target surface information rapidly and the coordinates of bullet holes. The regional feature removing method is employed to eliminate background interference， and the grey two-direction clipping projection is also taken to determine bull's eye position based on the original picture processing. Finally， all characteristic information of the image is extracted effectively. The system is built through the embedded terminal， WiFi communication and network transmission. It has the characteristics of efficient， fast and good scoring precision.

Key words：image processing； target surface recognization； automatic target-reading； chest silhouette； clipping projection

近年来，随着高新技术在部队军事训练中的广泛应用，出现了多种自动报靶系统。自动报靶系统完成了射击训练过程中的自动示靶、判靶、成绩记录等功能，能够实时提示射击人员的命中环数以及相对于十环中心的偏离方位和距离。避免了由人工报靶带来的主观性误判，提高了训练的效果，并在一定程度上消除了安全隐患。然而，目前该系统在部队的日常射击训练中普及程度相对较低，究其原因，主要是由价格昂贵、操作复杂、对环境光线要求苛刻和判靶准确率不高等原因造成[1-3]。

本文根据部队实际需要，设计了一套对现有场地改造较少、硬件配置相对简单、性能稳定可靠、判靶准确率高、功能完善的“面向纸质胸环靶的自动识别报靶系统”。该系统实现了图像实时采集、图像预处理、靶面信息提取、着弹点识别、射击成绩自动录入、自动统计分析等功能。在确保成绩实时、快速、真实可靠的同时，较好地满足了部队实弹射击训练中的要求，达到了提高射击效率、节省人力物力、消除安全隐患的目的。

1 自动报靶系统选型

自动报靶系统的设计根据其设计理念和实施思路的差异可分为两类：基于敏感靶的自动报靶系统和基于图像识别方法的自动报靶系统[4]。

基于敏感靶的自动报靶系统主要是根据安装在靶面四周的敏感材料或探测器件实时监测子弹着靶瞬间引起的声、光、电等物理量的变化情况，然后经过简单计算得出弹着点的环数情况。得出弹着点环数后，利用网线、wifi等通讯方式将采集到的信号送到计算机终端进行后续处理，并将最终打靶成绩自动记录。由于敏感靶的设计方法是基于在靶面附加敏感材料或探测器件实现的，势必存在造价高、探测器件易损坏老化、外界环境干扰大等缺点，严重影响到系统的稳定性和准确度。目前国内外实现的这类报靶系统主要有声电自动定位报靶系统、光电自动报靶系统、双层电极短路采样报靶系统等[5-6]。

基于图像识别方法的自动报靶系统一般由物理靶、图像采集系统、用户软件等几部分组成。工作原理是：图像采集子系统实时采集物理靶面的图像，采用图像直方图分析和数学形态学运算等方法对靶面图像中的弹孔进行识别，最终得出打靶成绩[7-8]。因其使用普通靶纸和普通摄像头，在成本上具有很大的优势，而且具有操作简单、测量精度较高等优点，在现代军事训练和射击比赛中广泛应用。研究成本低、精度高、便携性好并具有一定交互能力的自动报靶系统对于推进射击训练水平的提高具有加速作用，在部队射击训练中才能具有广阔的应用前景。因此本文提出了一种面向纸质环靶的自动识别报靶系统。

2 基于图像识别的胸环靶自动识别报靶系统

针对部队射击训练的现状和人工报靶的弊端，结合部队及军队院校射击训练的实际需求，本文提出一套基于图像识别的胸环靶自动识别报靶系统。该系统结合嵌入式技术[9]、有线以及无线网络传输技术，利用图像处理技术，快速检测靶面信息以及弹孔坐标。通过服务器、嵌入式终端、wifi通信以及网络传输等完成整个系统的搭建。从技术上避免人工报靶方式带来的主观性和安全隐患，有效提高射击训练的效率和质量。

2.1 方案架构

整个系统设计由三个部分组成：中央处理模块、射击位置交互模块以及靶位摄像模块。其中中央处理模块由服务器以及显示设备组成，兼作整个系统的网络服务器，协调整个系统的运行，并实现视频采集、图像预处理、弹孔提取和环值判定，并将射击成绩上传进行录入以及广播等功能。同时，各个模块之间通过无线路由构建成局域网进行通信传输，每个靶位配备完全相同且独立运行的嵌入式显示系统。具体方案如图 1所示。

2.2 靶面信息提取

面向纸质胸环靶的自动识别报靶系统的核心就是靶位图像的算法实现，对靶位图像处理的好坏决定了报靶的精度。为了实现自动报靶功能，需要进行判靶，即通过对图像进行合理、正确的处理和分析最终得到靶值。由此可见，靶面图像处理算法是决定系统判靶精度与准确性的关键。将判靶算法分为六个模块流程，各个模块依次完成图像处理、弹孔识别、重叠弹孔区分、靶心提取、有效区域提取、靶值计算等功能，图 2即为判靶算法的原理及实现过程。

靶面信息提取是将图像中的有效区域、10环到5环的图形区域区分出来，并以此为环数识别依据。靶面信息提取过程如图 3所示。

靶面信息的提取主要有以下重要环节：一是背景干扰图像的剔除，以实测靶场图像的背景为例，实际靶场的图像背景为大量堆放的废弃轮胎，这些轮胎的颜色灰暗，严重影响靶面信息的提取以及着弹点位置判断，因此必须予以排除；二是环数判定干扰因素多，由于在实际操作中，靶面经常会被补靶纸块所覆盖，所以会出现诸多噪声影响，同时补靶纸块有可能压到环线位置，需要程序对环线断点及噪声点进行自动判断。进行判断的具体提取过程可用图 4所示。

2.3 弹孔信息提取

当靶面信息被提取后，弹孔位置一旦识别即可以判断着弹点的环数。着弹点算法设计过程如图 6所示。

着弹点位置和靶面信息被提取后，由于5环、6环与7环并不是一个完整的圆环，因此对图形进行了有效区域提取，并以此为依据对5环、6环与7环进行界定是否命中该环数。有效区域提取主要依靠膨胀与腐蚀运算中的开运算与闭运算进行提取。提取有效区域如图 7所示。

当靶面信息、着弹点以及有效区域被提取出来之后，便可实现精准自动报靶了。同时配合wifi通信、安卓开发等技术实现项目最初的整体架构。并同时辅以自动文档处理，实现自动记录成绩、自动播报等各项功能。

3 系统测试结果与分析

对实测图像（图 8）进行处理，图 9为系统进行预处理提取出的胸环靶环数特征信息，图 10为系统提取出的弹孔信息图，图 11为系统运行结果，可以准确判断出精确地弹孔信息。

4 结论

基于“面向纸质胸环靶自动识别报靶系统”的系统设计以嵌入式系统为基本的硬件平台为基础，构建了人机交互终端，通过采集、处理靶面图像达到自动报靶的目的。实验表明系统整体结构简单、操作方便，具有较强的便携性和人机交互能力，能够较好地适应部队野外射击训练的需求，有利于更好地提高射击训练的效率和质量。本系统具有高效、快速和判靶精准等特点，能够很好地满足部队实战射击训练的需求，具有良好的应用前景。

参考文献：

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