[发明专利]基于多弹孔模式识别算法的智能报靶系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于智能装置和模式识别技术领域，特别涉及一种多弹孔模式识别方法及基于该方法的智能报靶系统和方法。

背景技术

随着科学技术的发展，结合模式识别的智能装置逐渐代替人工操作，正快速融入到军事领域。传统的军用射击自动报靶，主要依赖于双层电极短路采样系统、声电定位自动报靶系统、光电电子靶系统等机械式测定系统，这类系统具有复杂的硬件结构，要求制定专用靶标且不可重复利用，成本高、适应性差。近年来，基于图像处理技术的自动报靶系统迅速发展，虽然简化了硬件结构，基本能实现自动报靶，但目前报靶图像处理技术主要依赖于监控计算机进行图像处理和报靶控制，图像数据传输量大、计算机数据处理和调控任务繁重，各靶位不能实现独立报靶，智能化程度低、布局繁琐。此外，现有自动报靶系统图像处理算法仅仅对系统的单弹孔识别进行了研究，对多弹孔中的单弹孔和双弹孔识别分类没有提出有效的解决方案，不具备普遍性，适应性和准确率均有待提高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多弹孔模式识别方法及基于该方法的智能报靶系统与方法，实现对军用打靶的智能报靶和管理。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于多弹孔模式识别算法的智能报靶系统，包括：

声控传感器，基于射击声音触发智能相机采集图像；

群智能相机，由若干智能相机组成，进行靶标图像采集，对靶标图像采用靶面定位矫正算法进行靶面定位矫正，采用多弹孔模式识别算法进行弹孔识别，通过报靶计分算法实时获取射击得分，并将得分信息发送；

监控计算机，接收得分信息实时显示并存储；

移动客户端，接收得分信息采用语音系统进行报靶；

其中，所述多弹孔模式识别方法，包括粗识别和精识别：

首先对利用相机拍摄的本帧标准靶面图和上一帧标准靶面图做减影处理并将处理结果二值化，对二值图进行形态学腐蚀操作消除噪声，检测二值图中白色连通域的轮廓，定位所有轮廓的最小外接矩形，最小外接矩形区域即为疑似弹孔的外接矩形区域，从而实现弹孔的粗识别；

选定弹孔特征属性和弹孔类别集合，使用多张弹孔样本训练朴素贝叶斯分类器，得到各类别下各特征属性的条件概率估计值，将疑似弹孔的外接矩形区域输入已训练的朴素贝叶斯分类器，根据贝叶斯定理计算弹孔各类别的后验概率，弹孔后验概率最大的类别判定为弹孔的类别，实现多弹孔中单弹孔、双弹孔的分类；

使用Hough圆检测算法获得单弹孔区域的中心坐标，对于重叠的双弹孔区域，使用几何分析法求取两个弹孔的中心坐标，实现多弹孔的精识别。

所述靶面定位矫正算法：

首先将RGB颜色空间的靶标图像变换至HSI颜色空间，胸环靶面的军绿色和白色与背景区域色彩差异形成靶面图像的HSI颜色空间模型约束条件，根据该约束条件，采用轮廓检测算法检测胸环靶面边缘，锁定满足胸环靶面轮廓面积阈值的靶面边缘，求取靶面边缘的外接矩形即得到有效的矩形靶面区域，实现靶面定位；提取本帧原始彩色图像中的有效靶面区域得到靶面图，使用Harris角点检测算法提取靶面灰度图中的8个特征角点，利用本帧靶面特征角点和初始靶面特征角点进行靶面的矫正，得到本帧标准靶面图，实现本帧靶面的矫正。

根据靶面图像HSI阈值以及靶面图像的白绿色边缘特征搜索靶标图像，对搜索结果做一次形态学膨胀处理得到二值靶面边缘图，其外围边缘构成胸环靶面边缘。

所述智能相机建立处理声控传感器信号的线程，通过该线程，智能相机不断实时查询与声控传感器相连的数字输入接口信号，若接收到上升沿信号，智能相机则开始计时并等待下降沿信号，若2s内未检测到下降沿信号输入，判定本次射击为单次射击模式，该线程激活图像采集标志并更新状态等待下一次的上升沿信号，智能相机图像采集线程检测到图像采集标志的变化，则立即采集图像；若2s内检测到下降沿信号输入，判定本次射击为连续射击模式，该线程只更新状态，继续等待上升沿触发，直至射击结束激活图像采集标志。

所述报靶计分算法包括靶面中心提取和弹孔环值判定两个阶段：

首先对本帧标准靶面灰度图进行平滑滤波消除噪声，使用OSTU阈值分割对图像做二值化处理得到靶面环线二值图，采用连通域面积滤波算法消除靶面环线和数字，得到白色连通域为10环区域的二值图，利用Hough圆检测算法获得10环中心坐标即为靶面中心坐标；