一种打靶的自动识别方法、装置、系统、存储介质

技术领域

本发明涉及打靶图像识别领域，尤其涉及一种打靶的自动识别方法、装置、系统、存储介质。

背景技术

传统的人工读靶由于其效率低下、安全隐患大等缺陷，目前射击训练报靶逐渐由人工报靶发展到了自动报靶阶段。现阶段自动报靶方式多样，其中导电靶识别系统具有响应速度快、识别稳定、耐弹量高等特点。但其识别精度依赖于导电布的分割区域，无法进行精确的弹孔定位，对于一些打靶精度要求高的环境，如高精狙等识别场景无法满足要求。随着技术的发展，基于图像处理技术的自动报靶系统近年来发展迅速，具有成本低，识别精度高等特点。但是由于算法复杂度较高，计算时间较长。对使用环境要求较高，光线变化敏感，易受阴影抖动等干扰，出现误检或漏检，特别是对室外多变场景实施困难。

发明内容

本发明的实施例提供了一种打靶的自动识别方法、装置、系统、存储介质，具有较高的识别稳定性。

一种打靶的自动识别方法，包括：

步骤1，在打靶前对摄像头进行参数标定和矫正畸变后，摄像头正对导电靶板进行拍摄，得到基准图像；

步骤2，当收到所述导电靶板的中弹信号后，启动摄像头拍摄中弹后的导电靶板，生成靶板图像；根据所述靶板图像的标志位，对所述靶板图像与所述基准图像进行匹配并映射矫正，以获取校正后的所述靶板图像和所述基准图像；

步骤3，对校正后的所述靶板图像和所述基准图像进行帧差对比，获取所述靶板图像和所述基准图像之间的差异像素点；根据所述导电靶板的中弹区域位置，形成区域蒙版；将在所述区域蒙版内的所述差异像素点作为候选的中弹像素点；

步骤4，依据预设的弹孔的图像信息，从所述候选的中弹像素点，选取最佳像素点作为弹孔位置；

步骤5，根据所述弹孔位置在靶板坐标轴的位置信息，计算弹孔位置的环数信息。

可选的，所述方法还包括：

步骤6，将所述弹孔位置的位置信息与环数信息上报给主控系统，使得所述主控系统控制所述导电靶板回正。

可选的，所述方法还包括：

步骤7，将所述弹孔位置的位置信息发送给图像显示模块，使得图像显示模块根据所述位置信息实时显示中弹结果。

所述步骤4具体为：

对所述候选的中弹像素点进行滤波过滤处理；

依据预设的弹孔的图像信息，从滤波处理后的所述候选的中弹像素点，选取最佳像素点作为弹孔位置。

所述弹孔的图像信息包括：弹孔的大小、弹孔的灰度信息。

所述步骤1之前，所述方法包括：

设置一导电靶板；所述导电靶板含有双层导电布；所述导电靶板被分割为预定数量个子区域，所述子区域内设置有输入信号和输出信号矩阵；所述导电靶板通过所述输入信号和输出信号矩阵与FPGA高速采集板连接；

所述步骤1之后，所述步骤2之前，所述方法还包括：

当接收到开始打靶指令时，所述FPGA高速采集板产生一个预定时间周期的计数器，以监控导电靶板产生的中弹信号；当有子弹穿过导电靶板的瞬间，子弹穿过所述导电靶板的所述双层导电布连通产生电流信号，从而将导电靶板的中弹区域位置识别出来，并记录当前中弹时刻。

所述摄像头正对导电靶板进行拍摄具体为：导电靶板前倾以正对摄像头，使得摄像头对导电靶板进行拍摄。

一种打靶的自动识别装置，包括：

矫正单元，在打靶前对摄像头进行参数标定和矫正畸变后，摄像头正对导电靶板进行拍摄，得到基准图像；

匹配单元，当收到所述导电靶板的中弹信号后，启动摄像头拍摄中弹后的导电靶板，生成靶板图像；根据所述靶板图像的标志位，对所述靶板图像与所述基准图像进行匹配并映射矫正，以获取校正后的所述靶板图像和所述基准图像；

对比单元，对校正后的所述靶板图像和所述基准图像进行帧差对比，获取所述靶板图像和所述基准图像之间的差异像素点；根据所述导电靶板的中弹区域位置，形成区域蒙版；将在所述区域蒙版内的所述差异像素点作为候选的中弹像素点；

选取单元，依据预设的弹孔的图像信息，从所述候选的中弹像素点，选取最佳像素点作为弹孔位置；

计算单元，根据所述弹孔位置在靶板坐标轴的位置信息，计算弹孔位置的环数信息。

一种打靶的自动识别系统，包括：自动识别装置、摄像头、导电靶板；

所述打靶的自动识别装置用于，在打靶前对摄像头进行参数标定和矫正畸变后，摄像头正对导电靶板进行拍摄，得到基准图像；当收到所述导电靶板的中弹信号后，启动摄像头拍摄中弹后的导电靶板，生成靶板图像；根据所述靶板图像的标志位，对所述靶板图像与所述基准图像进行匹配并映射矫正，以获取校正后的所述靶板图像和所述基准图像；对校正后的所述靶板图像和所述基准图像进行帧差对比，获取所述靶板图像和所述基准图像之间的差异像素点；根据所述导电靶板的中弹区域位置，形成区域蒙版；将在所述区域蒙版内的所述差异像素点作为候选的中弹像素点；依据预设的弹孔的图像信息，从所述候选的中弹像素点，选取最佳像素点作为弹孔位置；根据所述弹孔位置在靶板坐标轴的位置信息，计算弹孔位置的环数信息

一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例中，结合导电识别与图像识别特性，兼顾了效率与精确度，具有较高的识别稳定性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的打靶的自动识别方法的流程示意图；

图2为本发明的打靶的自动识别装置的连接示意图；

图3为本发明的打靶的自动识别系统的连接示意图；

图4是本发明实施例提供的一种高精度自动打靶识别系统的逻辑结构示意图。

图5为本发明中导电靶板的区域结构图。

图6为本发明中自动打靶识别系统的工作流程图。

图7为本发明中打靶的自动识别装置31的主视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

如图1所述，为本发明所述的一种打靶的自动识别方法，包括：

步骤11，设置一导电靶板；所述导电靶板含有双层导电布；所述导电靶板被分割为预定数量个子区域，所述子区域内设置有输入信号和输出信号矩阵；所述导电靶板通过所述输入信号和输出信号矩阵与FPGA高速采集板连接；

步骤12，在打靶前对摄像头进行参数标定和矫正畸变后，摄像头正对导电靶板进行拍摄，得到基准图像；所述摄像头正对导电靶板进行拍摄具体为：

导电靶板前倾以正对摄像头，使得摄像头对导电靶板进行拍摄。拍摄完毕后，导电靶板可以复位。

步骤13，当接收到开始打靶指令时，所述FPGA高速采集板产生一个预定时间周期的计数器，以监控导电靶板产生的中弹信号；当有子弹穿过导电靶板的瞬间，子弹穿过所述导电靶板的所述双层导电布连通产生电流信号，从而将导电靶板的中弹区域位置识别出来，并记录当前中弹时刻。

步骤14，当收到所述导电靶板的中弹信号后，启动摄像头拍摄中弹后的导电靶板，生成靶板图像；根据所述靶板图像的标志位，对所述靶板图像与所述基准图像进行匹配并映射矫正，以获取校正后的所述靶板图像和所述基准图像；其中，靶板图像的标志位可以为设置在四角处的特殊图形，容易识别出来，作为靶板图像的标志位。

步骤15，对校正后的所述靶板图像和所述基准图像进行帧差对比，获取所述靶板图像和所述基准图像之间的差异像素点；根据所述导电靶板的中弹区域位置，形成区域蒙版；将在所述区域蒙版内的所述差异像素点作为候选的中弹像素点；所述区域蒙版可以对处理的图像(全部或者局部)进行遮挡，来控制图像处理的区域或处理过程，可以只关注感兴趣的图像部分，从而减少运算处理量。

步骤16，依据预设的弹孔的图像信息，从所述候选的中弹像素点，选取最佳像素点作为弹孔位置；所述步骤16具体为：对所述候选的中弹像素点进行滤波过滤处理；依据预设的弹孔的图像信息，从滤波处理后的所述候选的中弹像素点，选取最佳像素点作为弹孔位置。所述弹孔的图像信息包括：弹孔的大小、弹孔的灰度信息。该步骤中，从所述候选的中弹像素点选取的最佳像素点的数量与在步骤14中接收到的靶板的中弹信号的数量一致。当接收到一次靶板的中弹信号时，从所述候选的中弹像素点选取一个最佳像素点；当接收到两次靶板的中弹信号时，从所述候选的中弹像素点按照排序选取前两个最佳像素点；因此，本发明也可以用于子弹连发的识别应用场景。

步骤17，根据所述弹孔位置在靶板坐标轴的位置信息，计算弹孔位置的环数信息。

可选的，所述方法还包括：

步骤18，将所述弹孔位置的位置信息与环数信息上报给主控系统，使得所述主控系统控制所述导电靶板回正。

可选的，所述方法还包括：

步骤19，将所述弹孔位置的位置信息发送给图像显示模块，使得图像显示模块根据所述位置信息实时显示中弹结果。

本发明实施例中，结合导电识别与图像识别特性，兼顾了效率与精确度，具有较高的识别稳定性。

如图2所示，本发明还提供一种打靶的自动识别装置，包括：

矫正单元21，在打靶前对摄像头进行参数标定和矫正畸变后，摄像头正对导电靶板进行拍摄，得到基准图像；

匹配单元22，当收到所述导电靶板的中弹信号后，启动摄像头拍摄中弹后的导电靶板，生成靶板图像；根据所述靶板图像的标志位，对所述靶板图像与所述基准图像进行匹配并映射矫正，以获取校正后的所述靶板图像和所述基准图像；

对比单元23，对校正后的所述靶板图像和所述基准图像进行帧差对比，获取所述靶板图像和所述基准图像之间的差异像素点；根据所述导电靶板的中弹区域位置，形成区域蒙版；将在所述区域蒙版内的所述差异像素点作为候选的中弹像素点；

选取单元24，依据预设的弹孔的图像信息，从所述候选的中弹像素点，选取最佳像素点作为弹孔位置；

计算单元25，根据所述弹孔位置在靶板坐标轴的位置信息，计算弹孔位置的环数信息。

如图3所示，本发明还提供一种打靶的自动识别系统，包括：自动识别装置31、摄像头32、导电靶板33；

所述打靶的自动识别装置31用于，在打靶前对摄像头进行参数标定和矫正畸变后，摄像头正对导电靶板进行拍摄，得到基准图像；当收到所述导电靶板的中弹信号后，启动摄像头拍摄中弹后的导电靶板，生成靶板图像；根据所述靶板图像的标志位，对所述靶板图像与所述基准图像进行匹配并映射矫正，以获取校正后的所述靶板图像和所述基准图像；对校正后的所述靶板图像和所述基准图像进行帧差对比，获取所述靶板图像和所述基准图像之间的差异像素点；根据所述导电靶板的中弹区域位置，形成区域蒙版；将在所述区域蒙版内的所述差异像素点作为候选的中弹像素点；依据预设的弹孔的图像信息，从所述候选的中弹像素点，选取最佳像素点作为弹孔位置；根据所述弹孔位置在靶板坐标轴的位置信息，计算弹孔位置的环数信息。

图7为打靶的自动识别装置31的主视图，打靶的自动识别装置31上设置有底盘上盖板4，电推杆3安装在底盘上盖板4前下方，与导电靶板1存在一定距离，可以避免子弹误伤。摄像头2放置在电推杆3顶端内侧挡板上。在执行高精度射击任务时，首先电推杆3推出，导电靶板1前倾45°，使得摄像头2正对导电靶板进行拍摄，得到基准图像。然后，导电靶板起靶垂直于地面，射击人员开始射击。当子弹命中导电靶后，产生区域报靶，导电靶板前倾45°，使得摄像头2正对导电靶板进行拍摄，生成靶板图像，并针对该小部分区域的基准图像与靶板图像进行快速对比识别中弹位置。之后，导电靶板起靶垂直于地面。后续射击依次类推。

本发明实施例中，结合导电识别与图像识别特性，兼顾了效率与精确度，具有较高的识别稳定性。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法。

以下描述本发明的第一应用场景。

本发明公开了一种高精度自动打靶识别系统，是一种融合导电靶与图像识别的识别与显示系统。高精度自动打靶识别系统搭建在智能移动靶标系统上，高精度自动打靶识别系统包含：导电靶板、PCB板、FPGA高速采集板、图像采集模块、主控系统、图像显示模块、图像识别模块。

导电靶板由两层多区域的导电层及EVA阻隔层和靶面构成；导电区域通过导线与PCB板相连，产生电压；FPGA与PCB板相连，以2ms实时间隔检测中弹电流信号，识别中弹区域，实现快速稳定的中弹检测；高速FPGA采集板与主控系统实时通信，主控系统在收到中弹信号后控制靶板前倾，启动图像识别模块，通过图像采集模块采集靶板图像，进一步识别弹孔位置并计算环数；识别完成后，将坐标与环数反馈给主控系统，完成一次打靶识别。也就是说，所述导电靶板与PCB板通过导线连接，所述PCB板与FPGA高速采集板异步连接，所述FPGA高速采集板以间隔2ms实时检测中弹信息，识别中弹区域，所述主控系统与FPGA高速采集板通过RS-485接口实时相互通信，获取中弹数据。所述PCB板与导电靶板通过导线连接，所述FPGA高速采集板与PCB板实时通信。

所述主控系统与图像采集模块通过USB接口相连，采集靶板图像，所述图像识别模块集成在主控系统中，供主控系统动态调用，所述图像显示模块与主控系统通过无线数传相连，同步中弹信息，模拟显示中弹状态。

所述主控系统接收到FPGA高速采集板采集到的中弹信息后，控制靶板前倾正对图像采集模块，进行图像采集；启动图像识别模块，并同步靶板图像与中弹区域信息。

图像识别模块，结合区域信息，对靶板图像进一步识别，精确计算弹孔位置坐标，并计算出中弹环数，精确到0.1环。图像识别模块将计算结果同步到主控系统，同时控制靶板回位，完成高精度打靶识别。所述图像识别模块集成在主控系统中，等待导电识别模块识别到中弹信息后，动态启动进一步识别，所述图像采集模块与主控系统通过USB线相连，获取靶板图像供识别模块进行分析识别。

所述导靶电识别模块与主控系统通过RS-485接口实时相互通信，所述图像识别模块与主控系统集成在工控机中，供主控系统动态调用。

所述图像显示模块与主控系统通过无线数传连接，远程实时显示中弹信息。

以下描述本发明的另一应用场景。

如图4所示，一种高精度自动打靶识别系统，包括主控系统1、导电靶识别系统2、图像识别系统3，其中导电靶识别系统包括导电靶版4、PCB板5、FPGA高速采集板6，图像识别系统包括图像识别模块7、图像采集模块8、图像显示模块9。

如图5所示，导电靶板4含有双层导电布，并将靶板图像分割为69个区域，导电靶版4通过信号线与PCB板5连接，当接收到开始打靶指令时，FPGA高速采集板6产生一个2ms定时的计数器，监控导电靶板产生的中弹信号，当有子弹穿过导电靶板4的瞬间，双层导电布联通产生电流信号，可将将中弹区域位置识别出来，记录当前中弹时刻，同时将信息传递给主控系统1。

本发明的高精度自动打靶识别系统在打靶前，主控系统1控制导电靶板4前倾正对图像采集模块8，可以有效避免阳光直射，减少摄像头采样产生的误差。采集靶板初始图像，并传入图像识别模块7，对靶板图像进行矫正与定位，生成识别基准图像。当主控系统1收到FPGA高速采集板6的中弹数据后，控制导电靶板4前倾，调用图像识别模块7程序启动，避免图像识别模块实时轮询检测带来的计算资源消耗。图像识别模块7获取中弹区域数据，同时控制图像采集模块8采集中弹后的靶板图像，通过图像识别算法获取中弹坐标，其实现过程如图3所示，计算出环数。

如图6所示，一种高精度自动打靶识别系统，其图像识别流程包括：

S1，图像预处理阶段，在打靶前对摄像头进行参数标定，矫正畸变，并拍摄一张靶板图像作为基准识别图。

S2，靶板识别阶段，当收到导电靶识别系统的中弹信号后靶板前倾正对摄像头，同时启动图像采集模块拍摄中弹后的靶板图像，识别靶板图像的标志位，将中弹后的图像与中弹前基准图像进行匹配并映射矫正，获取打靶前后的校正标准图像。

S3，对矫正匹配后的两张靶板进行帧差对比，获取差异像素点，同时结合导电模块发送的中弹区域信息形成区域蒙版；将差异像素点限定到区域蒙版内，过滤干扰像素点，提取可能的中弹像素特征。

S4，对候选中弹像素特征进一步添加滤波过滤处理，同时依据预设的弹孔大小灰度等信息获取最佳像素点作为弹孔位置，结合像素点与中心和基准靶板相对位置坐标，计算出该弹孔的精确图像坐标以及环数信息，完成弹孔识别。

S5，将识别到的中弹坐标与环数回报给主控系统中，主控系统控制靶板机构回正完成一次打靶识别。识别完成后，图像识别模块7将中弹数据传入主控系统1中保存，并通过无线传输同步到远程的图像显示模块9，供打靶人员实时观测中弹结果，生成历史打靶中弹信息供专业人员查看分析。

本发明具有如下有益效果：

通过导电识别模块获得中弹信息与中弹区域，将数据传入图像识别模块，可以有效减少图像识别模块视频流轮询检测次数与等待时间，节省了后台计算资源。通过中弹区域可以减少图像识别模块扫描检测区域，通过区域蒙版限定中弹范围，提高检测效率并大大减少了图像误差。在图像识别模块进行进一步的高精度中弹识别，有效解决了导电模块识别精度不够的问题，可以更精确的输出弹孔位置坐标，在保证检测速度与稳定性的前提下，也提高了整体识别精度。该系统结合导电识别与图像识别特性，兼顾了效率与精确度，具有较高的识别稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。