[发明专利]实弹射击系统及基于拓扑栅格学习的命中点解算方法

说明书

技术领域

本发明涉及摄像图像畸变修复技术，尤其是涉及一种基于拓扑栅格学习来修正因摄像图像产生图像畸变带来的误差，准确解算出摄像图像之中命中点位置的方法，以及使用该方法的虚拟场景的实弹射击系统。

背景技术

基于效果作战的指导思想已将战争大量引入城市，而街道复杂、建筑林立的特殊环境又使城市作战给军队带来了前所未有的挑战。传统的实弹射击训练已不能满足未来军事斗争的需要，也不能有效满足驻军履行防务的需求。虚拟场景实弹射击训练成为一种新的训练手段，其能模拟城市街道、建筑物、人质劫持等多种特殊环境。模拟场景实弹射击一般通过投影机投影出场景或模拟靶，投影屏幕同时又是受弹幕，通过与投影机并排安装的摄像机进行命中点检测，通过检测的命中点进行自动报靶或控制场景的生成，这就对弹孔识别与定位提出新的技术要求。

目前的虚拟场景实弹射击系统大致有如下两种类型：

一是通过投影机投映出特定靶图以供射击，摄像机拍回图像，通过图像分析查找弹孔，同时通过靶图靶环分析，结合弹孔所在位置，从而得出弹孔的环数。该方法缺点是只能分析特定的靶图，不能进行任意模拟场景的射击训练，对摄像图像质量要求高，当靶图成像不良时，则无法正确分析命中环数。

另一种是利用激光或红外光在屏幕上几个位置(中央1点，四角4点共五点)打出亮点，得出这些点的摄像图像与屏幕坐标关系，取均值用于计算其它位置。这种方法的缺点是精度差，无法消除摄像图像畸变的误差，同时投影机的投影畸变误差也无法消除，对摄影机镜头质量及安装位置提出很高的要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有虚拟场景实弹射击系统中存在无法消除投影机的投影图像畸变误差而存在命中点定位精度不高的技术问题，提出一种基于修正因摄像图像产生图像畸变带来的误差，准确解算出摄像图像之中命中点位置的方法，以及使用该方法的虚拟场景的实弹射击系统，以此实现对投影屏幕上的命中点通过摄像机检测，对命中点进行快速实时的位置解算。

为解决上述问题，本发明公开一种基于拓扑栅格学习的命中点解算方法，包括步骤：

将为栅格的样本图像通过投影机投影在投影屏幕上，通过摄像机对投影屏幕上的样本图像进行摄像，采集每个栅格端点的位置数据，获得采样图像；

分析每个栅格端点对应在样本图像和采样图像之中的位置数据，建立样本图像和采样图像之间非线性的拓扑栅格映射关系；

通过摄像机检测命中在投影屏幕上的命中点，获取摄像图像，依据拓扑栅格映射关系对该命中点在摄像图像中的位置进行摄像畸变修复，所述摄像畸变修复包括：

a、利用建立的拓扑栅格映射关系，对摄像图像的所有栅格端点利用四点插值法逐点计算对应的投影图像位置，获得摄像图像与投影图像的映射关系并保存于二个二维映射数组，所述二维映射数组分别反映摄像图像中每个栅格端点的位置在投影图像中的横向位置和纵向位置的对应关系；

b、根据命中点在摄像图像中的位置数据，通过查询该位置数据在所述二维映射数组中的对应数据，获得命中点在投影屏幕上相对于投影图像的准确位置；

其中，若投影屏幕上的命中点的位置不处于摄像图像的栅格端点上，则在摄像图像中将该命中点周围的四个栅格端点的位置数据查询所述二维映射数组进行摄像畸变修复，并对修复后的该四个栅格端点的位置数据进行线性插值处理，解算出该命中点在投影屏幕上相对于投影图像的准确位置。

较优的，所述投影机是以行为单位，逐行将样本图像投影在投影屏幕上；所述摄像机逐行扫描投影屏幕的样本图像，采样每行样本图像中每个栅格端点的位置数据。

较优的，本发明的基于拓扑栅格学习的命中点解算方法还包括步骤：根据解算出的命中点的准确位置，控制将命中点通过投影机投影在投影屏幕上，并控制投影场景作相应变化。

另外，本发明还公开一种基于拓扑栅格学习的命中点解算装置，其包括：

数据采集模块，用于将为栅格的样本图像通过投影机投影在投影屏幕上，通过摄像机对投影屏幕上的样本图像进行摄像，采集每个栅格端点的位置数据，获得采样图像；

映射关系模块，用于分析每个栅格端点对应在样本图像和采样图像之中的位置数据，建立样本图像和采样图像之间非线性的拓扑栅格映射关系；