專利名稱：基于圖像處理技術(shù)的自動識靶方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于圖像處理技術(shù)的自動識靶方法。
背景技術(shù)：
無論在軍事訓(xùn)練還是體育比賽中，傳統(tǒng)的報靶方法是由報靶員根據(jù)目測確定靶 數(shù)，帶有很大的個人主觀因素，可靠性、公正性及效率不高，常常對射擊人員的最終成績造 成影響。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了很多自動報靶系統(tǒng)，但是現(xiàn)有的自動報靶大都是根據(jù)彈痕 和靶環(huán)線的亮暗差別來識別彈痕，現(xiàn)有各個系統(tǒng)對槍靶靶面信息的采集、處理和分析，自動 化程度不高，識靶精度不高，識別速度不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于圖像處理技術(shù)的自動識靶方法，實現(xiàn)對槍靶靶面信 息的采集、處理和分析，實現(xiàn)靶面信息的自動識別，識靶效率極大提高。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種基于圖像處理技術(shù)的自動識靶方法，該方法按照 以下步驟實施將靶子前安放的攝像頭采集得到的視頻信號，送入圖像采集卡進行數(shù)字化 后得到原始的靶面圖像，設(shè)靶心坐標(biāo)為(A，B)，各圓環(huán)半徑是步驟1、靶面參數(shù)的確定1. 1)對采集的靶面圖像選取閾值進行二值化處理，得到的二值化處理后圖像中只 留有靶環(huán)線和彈孔；1. 2)運用索引突變點的方法，在上步得到的二值化處理后圖像中，依次索引找到 10環(huán)線的左右上下的邊緣點，得到其像素坐標(biāo)，運用最小二乘法擬合出10環(huán)線，即得到10 環(huán)線整個圓的邊界，根據(jù)索引到的左右上下邊界點，再得到10環(huán)的半徑以及靶心的像素坐 標(biāo)；1. 3)利用與步驟1. 2同樣的方法，依次得到其他各環(huán)線的半徑A ；步驟2、彈孔的確定利用環(huán)線和彈孔的半徑大小不同來判別，通過數(shù)字形態(tài)學(xué)圖像處理的方法，對上 步二值化處理后圖像進行分析后，進行反復(fù)膨脹腐蝕運算，最后得到只含彈孔圖像，通過計 算該只含彈孔圖像中的彈點內(nèi)各像素坐標(biāo)的均值來求得各彈點中心坐標(biāo)(Xi，yi)；步驟3、彈著點環(huán)值判斷將各彈孔的中心坐標(biāo)(Xi，Yi)分別代入各個區(qū)域表達式中，檢測它所滿足的區(qū) 域的表達式，進而判定該彈點的環(huán)數(shù)，具體步驟是3. 1)計算彈點中心與靶心的距離d
d= ^x-AfHy-Sf f其中(A，B)是靶心坐標(biāo)，(x, y)是彈點中心坐標(biāo)；3. 2)將該距離d與邊界環(huán)線半徑進行比較，確定彈著點是否在邊界環(huán)線以內(nèi)，如 果是，進行下一步，否則，說明未擊中靶；3. 3)再將得到的距離值d與各環(huán)線的半徑巧進行比較，確定在哪兩個靶環(huán)半徑之間，按照設(shè)定的判靶標(biāo)準(zhǔn)，判靶得到成績，完成識靶。本發(fā)明的基于圖像處理技術(shù)的自動識靶方法，集多種圖像處理技術(shù)為一體，通過 槍靶靶面信息的采集、處理和分析，實現(xiàn)自動靶面信息的識別；該方法能有效減少主觀因素 對靶數(shù)的影響，而且識靶精度高，速度快，在公正性、準(zhǔn)確性等方面具有很大的優(yōu)越性。


圖1是本發(fā)明方法中的視覺傳感器采集的帶彈孔的靶面圖像；圖2是本發(fā)明方法中對圖1的靶面圖像二值化處理后的圖像；圖3是本發(fā)明方法中對圖2的圖像進行腐蝕環(huán)線處理后的圖像。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。本發(fā)明方法中，靶面參數(shù)是指在采集的靶紙圖像中，靶心及環(huán)線相對于固定的圖 像坐標(biāo)系的坐標(biāo)參數(shù)。靶面參數(shù)主要包括中心坐標(biāo)位置、靶心半徑和成像比例。由于靶位信 息即靶面參數(shù)是判斷彈著點信息的唯一依據(jù)，且靶位信息是固定不變的，因此，首先要檢測 出靶位信息；而在打靶過程中，彈著點信息在變化，報靶的主要任務(wù)就是檢測彈著點信息。 槍靶識別是通過利用靶紙圖案的特殊性，將靶紙和非靶紙區(qū)分開來而實現(xiàn)的。將靶子前安放的攝像頭采集得到的視頻信號，送入圖像采集卡進行數(shù)字化后得到 原始的靶面圖像，再創(chuàng)建各個環(huán)值對應(yīng)區(qū)域，確定靶心坐標(biāo)(A，B)和各圓環(huán)半徑ri?；?以上考慮，處理方法主要有靶位信息檢測(靶面參數(shù)檢測)和彈著點信息檢測兩大部分組 成。對靶面參數(shù)及彈著點的檢測識別，最終準(zhǔn)確的顯示環(huán)數(shù)，達到“報靶”。本發(fā)明方法的實施例以含有三個彈孔的靶面圖像(如圖1所示)來闡述，具體步 驟如下步驟1、靶面參數(shù)的確定1. 1)對采集的靶面圖像(圖1)取適當(dāng)?shù)拈撝?該閾值優(yōu)選12. 8)進行二值化處 理，得到的二值化處理后圖像(圖2)只留有靶環(huán)線和彈孔(如圖2所示)；1.2)運用索引突變點的方法，針對圖2所示的二值化處理后圖像，依次索引找到 10環(huán)線(最外環(huán)線)的左右上下的邊緣點，得到其像素坐標(biāo)，運用最小二乘法擬合出10環(huán) 線，即得到10環(huán)線整個圓的邊界，根據(jù)索引到的左右上下邊界點，得到10環(huán)線的半徑以及 靶心的像素坐標(biāo)。具體做法如下采用基于最小二乘曲線擬合法。最小二乘法(leastsquares analysis)是一種數(shù)學(xué)化技術(shù)，它通過最小化誤差的平方和找到一組數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。 最小二乘法是用最簡的方法求得一些絕對不可知的真值，而令誤差平方之和為最小。最小 二乘法通常用于曲線擬合(least squares fitting)。下面是擬合圓曲線的公式推導(dǎo)過程 最小二乘法擬合曲線為R2 = (x-A)2+(y-B)2,其中，R是圓的半徑，(A，B)是靶心坐標(biāo)。即 R2 = x2-2Ax+A2+y2"2By+B2,令a= -2A，b = -2B，c = A2+B2-R2，則x2+y2+ax+by+c = 0 ；只要求出參數(shù)a，b，c的值，就能得到圓心坐標(biāo)及半徑，就能
6確定圓環(huán)大小。設(shè)環(huán)線邊緣點樣本采集為(Xi, Yi), i e (1，2，3... N)，各點到圓環(huán)軸心的距離為 Cli，則式
權(quán)利要求
一種基于圖像處理技術(shù)的自動識靶方法，該方法按照以下步驟實施將靶子前安放的攝像頭采集得到的視頻信號，送入圖像采集卡進行數(shù)字化后得到原始的靶面圖像，設(shè)靶心坐標(biāo)為(A，B)，各圓環(huán)半徑是ri，步驟1、靶面參數(shù)的確定1.1)對采集的靶面圖像選取閾值進行二值化處理，得到的二值化處理后圖像中只留有靶環(huán)線和彈孔；1.2)運用索引突變點的方法，在上步得到的二值化處理后圖像中，依次索引找到10環(huán)線的左右上下的邊緣點，得到其像素坐標(biāo)，運用最小二乘法擬合出10環(huán)線，即得到10環(huán)線整個圓的邊界，根據(jù)索引到的左右上下邊界點，再得到10環(huán)的半徑以及靶心的像素坐標(biāo)；1.3)利用與步驟1.2同樣的方法，依次得到其他各環(huán)線的半徑ri；步驟2、彈孔的確定利用環(huán)線和彈孔的半徑大小不同來判別，通過數(shù)字形態(tài)學(xué)圖像處理的方法，對上步二值化處理后圖像進行分析后，進行反復(fù)膨脹腐蝕運算，最后得到只含彈孔圖像，通過計算該只含彈孔圖像中的彈點內(nèi)各像素坐標(biāo)的均值來求得各彈點中心坐標(biāo)(xi，yi)；步驟3、彈著點環(huán)值判斷將各彈孔的中心坐標(biāo)(xi，yi)分別代入各個區(qū)域表達式中，檢測它所滿足的區(qū)域的表達式，進而判定該彈點的環(huán)數(shù)，具體步驟是3.1)計算彈點中心與靶心的距離d其中(A，B)是靶心坐標(biāo)，(x，y)是彈點中心坐標(biāo)；3.2)將該距離d與邊界環(huán)線半徑進行比較，確定彈著點是否在邊界環(huán)線以內(nèi)，如果是，進行下一步，否則，說明未擊中靶；3.3)再將得到的距離值d與各環(huán)線的半徑ri進行比較，確定在哪兩個靶環(huán)半徑之間，按照設(shè)定的判靶標(biāo)準(zhǔn)，判靶得到成績，完成識靶。FSA00000230881000011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動識靶方法，其特征是所述的步驟1.2的具體做法是 采用基于最小二乘曲線擬合法，按照以下擬合圓曲線的公式推導(dǎo)，最小二乘法擬合曲線為=R2 = (x-A)2+(y-B)2,其中，R是圓的半徑，(A，B)是圓心坐標(biāo)， 艮口 R2 = x2-2Ax+A2+y2"2By+B2, 令a = -2A, b = -2B, c = A2+B2-R2， 則 x2+y2+ax+by+c = 0 ；求出參數(shù)a，b，c的值，即得到圓心坐標(biāo)及半徑，就能夠確定圓環(huán)， 設(shè)環(huán)線邊緣點樣本采集為(Xpyi), i e (1，2，3...吣，各點到圓環(huán)軸心的距離為屯，則 Cii2 =(Xi-A)2+(Yi-B)2^樣本點到圓環(huán)軸心的距離和圓環(huán)半徑的平方差為Si =Cli2 -R2 =(Xi-A)^iYi-Bf-R2 =Xi2 +Yi2 +CiX^bYi+c f令 Q(a，b，c)為<5；2，貝IJ 如果有N個測試點，則目標(biāo)函數(shù)誤差平方和函數(shù)Q(a，b，c)變?yōu)?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動識靶方法，其特征是所述的步驟2的具體做法是 2. 1)選擇半徑為2個像素的圓盤結(jié)構(gòu)元素來對二值化處理后圖像進行膨脹；2. 2)再利用同樣的結(jié)構(gòu)元素進行腐蝕操作；2. 3)再選擇半徑為3個像素的圓盤進行腐蝕操作；2. 4)利用同樣的結(jié)構(gòu)元素再次進行膨脹操作，得到只含彈孔圖像；2. 5)然后分別找到各彈孔重心坐標(biāo)，并且分別進行標(biāo)記。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動識靶方法，其特征是，所述的步驟3判靶標(biāo)準(zhǔn)如下 10環(huán)區(qū)域10環(huán)以內(nèi)的區(qū)域，表達式d彡rr1(1 ；9環(huán)區(qū)域9環(huán)線和10環(huán)線之間的區(qū)域，表達式r1(1 < d ^ r9 ； 8環(huán)區(qū)域8環(huán)線和9環(huán)線之間的區(qū)域，表達式為r9< d彡d8; 7環(huán)區(qū)域7環(huán)線和8環(huán)線之間的區(qū)域，表達式為r8< d彡r7; 6環(huán)區(qū)域6環(huán)線和7環(huán)線之間的區(qū)域，表達式為r7< d彡r6; 5環(huán)區(qū)域5環(huán)線和6環(huán)線之間的區(qū)域，表達式為r6< d彡r5; 4環(huán)區(qū)域4環(huán)線和5環(huán)線之間的區(qū)域，表達式為r5 < d彡r4 ；3環(huán)區(qū)域3環(huán)線和4環(huán)線之間的區(qū)域，表達式為r4< d彡r3; 2環(huán)區(qū)域2環(huán)線和3環(huán)線之間的區(qū)域，表達式為r3 < d彡r2 ； 1環(huán)區(qū)域1環(huán)線和2環(huán)線之間的區(qū)域，表達式為r2 < d彡
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像處理技術(shù)的自動識靶方法，該方法按照以下步驟實施步驟1、對經(jīng)過預(yù)處理的靶面圖像取適當(dāng)?shù)拈撝颠M行二值化處理，處理后的圖像只有靶環(huán)線和彈孔；依次得到其他各環(huán)線的半徑；步驟2、利用環(huán)線和彈孔的半徑大小不同來判別，通過數(shù)字形態(tài)學(xué)圖像處理的方法，對圖像進行分析后，對上述圖像進行反復(fù)膨脹腐蝕運算，得到含有彈孔的圖像，然后找出各彈孔的重心像素坐標(biāo)；步驟3、通過計算彈點內(nèi)各像素坐標(biāo)的均值來求得各彈點中心坐標(biāo)，將它代入各個區(qū)域表達式中，檢測它所滿足的區(qū)域的表達式，進而判定該彈點的環(huán)數(shù)，完成識靶。本發(fā)明方法運行高效，識靶準(zhǔn)確。
文檔編號G06K9/60GK101937509SQ20101025463
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者劉勇, 徐宏偉, 李霞, 王丹, 魯鋒龍 申請人:西安理工大學(xué)